專利名稱：Iii族氮化物半導(dǎo)體激光器元件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件以及III族氮化物半導(dǎo)體激光器元 件的制作方法。
背景技術(shù)：
在非專利文獻(xiàn)1中公開了在C面藍(lán)寶石基板上制作的半導(dǎo)體激光器。通過干法 蝕刻形成半導(dǎo)體激光器的鏡面。登載了激光器諧振鏡面的顯微鏡照片，并記載了該表面 的粗糙度約為50nm。
在非專利文獻(xiàn)2中公開了在(11-22)面GaN基板上制作的半導(dǎo)體激光器。通過 干法蝕刻形成半導(dǎo)體激光器的鏡面。
在非專利文獻(xiàn)3中公開了氮化鎵類半導(dǎo)體激光器。為了將m面作為解理面 (cleaved facets)用于激光諧振器，提出了產(chǎn)生沿基板的c軸的偏離方向偏振的激光。在該 文獻(xiàn)中具體地記載了在無極性面上擴(kuò)大阱幅度，而在半極性面上縮小阱幅度。
非專利文獻(xiàn)1 Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35，(1996) L74-L76
非專利文獻(xiàn)2 Appl.Phy.Express 1 (2008) 091102
非專利文獻(xiàn)3 Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46，(2007) L789
根據(jù)氮化鎵類半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，存在能夠產(chǎn)生激光振蕩的幾種躍遷。據(jù)發(fā)明 人所知，在使用c軸向a軸方向傾斜的半極性面的支撐基體的III族氮化物半導(dǎo)體激光器 元件中，可以認(rèn)為當(dāng)沿著由c軸和a軸所確定的面延伸激光波導(dǎo)時能夠使閾值電流降低。 在該激光波導(dǎo)的方向上，這些躍遷當(dāng)中躍遷能量(導(dǎo)帶能量和價帶能量的差)最小的模式 能夠形成激光振蕩，當(dāng)能夠形成該模式的激光振蕩時能夠使閾值電流降低。
然而，在該激光波導(dǎo)上，為了對諧振器鏡面有利而不能利用c面、a面以及m面 這些以往的解理面。因此。為了便于制作諧振器鏡面，以往使用反應(yīng)性離子蝕刻(RIE) 來形成半導(dǎo)體層的干法蝕刻面。在相對于激光波導(dǎo)的垂直性、干法蝕刻面的平坦性以及 離子損失等方面期望對通過RIE法形成的諧振器鏡面進(jìn)行改善。另外，分析出用于獲得 當(dāng)前技術(shù)水平下的良好的干法蝕刻面的工藝條件成為很大的負(fù)擔(dān)。
在發(fā)明人所知的范圍內(nèi)，直到目前為止，在上述的半極性面上形成的上述III族 氮化物半導(dǎo)體激光器元件中沒有實(shí)現(xiàn)C軸的傾斜方向(偏離方向)上延伸的激光波導(dǎo)、以 及不使用干法蝕刻形成的諧振器鏡面用端面這兩者。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這種情況而做出的。本發(fā)明的目的在于，提供一種III族氮化物半 導(dǎo)體激光器元件，在從六方晶系III族氮化物的c軸向a軸方向傾斜的支撐基體的半極性 面上，具有可實(shí)現(xiàn)低閾值電流的激光諧振器，本發(fā)明的目的還在于提供一種該III族氮化 物半導(dǎo)體激光器元件的制作方法。
本發(fā)明的一個側(cè)面所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，包括(a)激光器結(jié)構(gòu)體，包含由六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成且具有半極性主面的支撐基體和被設(shè)置 在上述支撐基體的上述半極性主面上的半導(dǎo)體區(qū)域；和(b)電極，被設(shè)置在上述激光器 結(jié)構(gòu)體的上述半導(dǎo)體區(qū)域上。其中上述半導(dǎo)體區(qū)域包含第1包層，由第1導(dǎo)電類型的氮 化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成；第2包層，由第2導(dǎo)電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成；以及活性層， 被設(shè)置在上述第1包層和上述第2包層之間，上述第1包層、上述第2包層以及上述活性 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類半導(dǎo)體層，上述支撐基 體的上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸 方向相對于上述法線軸以有限的角度ALPHA傾斜，上述 激光器結(jié)構(gòu)體包含與由上述六方 晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸和上述法線軸確定的a-n面交叉的第1切斷面和第2切斷 面，該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器包含上述第1切斷面和第2切斷面， 上述激光器結(jié)構(gòu)體包含第1面和第2面，上述第1面為上述第2面的相反側(cè)的面，上述第 1切斷面和第2切斷面分別從上述第1面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，作為激光諧振器的第1及第2切斷面與 由六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸及法線軸所確定的a-η面交叉，因而能夠設(shè)置在a-n 面和半極性面的交叉線方向上延伸的激光波導(dǎo)。因此，能夠提供具有可實(shí)現(xiàn)低閾值電流 的激光諧振器的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述法線軸和上述六方晶 系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸所成的角度在45度以上且80度以下或者在100度以上且135 度以下的范圍內(nèi)。在該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，在小于45度以及超過135度的角度的情 況下，通過按壓形成的端面由a面構(gòu)成的可能性較高。另外，在超過80度且小于100度 的角度的情況下，存在不能獲得期望的平坦性及垂直性的擔(dān)憂。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述法線軸和上述六方晶 系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸所成的角度在59度以上且80度以下或者在100度以上且121 度以下的范圍內(nèi)。在該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，在59度以上且80度以下的范圍內(nèi)，通 過按壓形成的端面接近與基板主面垂直的面的可能性高。另外，在100度以上且121度 以下的范圍內(nèi)，通過按壓形成的端面接近與基板主面垂直的面的可能性高。在超出80度 且小于100度的角度的情況下，存在不能獲得期望的平坦性及垂直性的擔(dān)憂。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述支撐基體的厚度優(yōu)選 為40 μ m以下。該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件有助于獲得用于激光諧振器的質(zhì)量良好 的切斷面。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述支撐基體的厚度優(yōu)選 為50 μ m以上且IOOym以下。如果厚度在50 μ m以上，則處理變得容易，并且生產(chǎn)成 品率提高。如果在100 μ m以下，則更有助于獲得用于激光諧振器的質(zhì)量良好的切斷面。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，來自上述活性層的激光在 上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的m軸方向上偏振。在該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元 件中，可實(shí)現(xiàn)低閾值電流的能帶躍遷具有偏振性。 在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的LED模式的光在上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的m軸方向上包含偏振分 量II，在將上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸投影到主面上所得到的方向上包含偏 振分量12，上述偏振分量Il大于上述偏振分量12。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元 件，在LED模式中，使用激光諧振器來使較大發(fā)光強(qiáng)度的模式的光進(jìn)行激光振蕩。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，關(guān)于上述半極性主面，從 {11-22丨面、{11-21丨面、{11-2-2丨面以及丨11-2-1丨面中任意一個半極性面朝向a面方向 略微傾斜-4度以上且+4度以下的范圍的面也可作為上述主面。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，在從這些典型的半極性面略微傾斜的面 中，可以提供可構(gòu)成該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器的具有足夠的平坦性 和垂直性的第1及第2端面。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述半極性主面優(yōu)選為 {11-22[面、{11-21[面、{11-2-2[面以及{11-2-1[面中的任意一個面。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，在這些典型的半極性面中，能夠提供可 構(gòu)成該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器的具有足夠的平坦性和垂直性的第1 及第2端面。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述支撐基體的堆垛層錯 密度優(yōu)選為IXlO4Cm1以下。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，由于堆垛層錯密度在1 X IO4cm 1以下， 因此由于偶然事件而使切斷面的平坦性和/或垂直性破壞的可能性較低。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述支撐基體可以由 GaN、AlGaN、A1N、InGaN 以及 InAlGaN 中的任意一種構(gòu)成。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，當(dāng)使用由這些氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的基 板時，能夠得到可作為諧振器利用的第1及第2端面。當(dāng)使用AlN基板或AlGaN基板 時，能夠增大偏振度，還能夠通過低折射率來強(qiáng)化光封閉。當(dāng)使用InGaN基板時，能夠 減小基板和發(fā)光層之間的晶格不匹配率，從而提高晶體質(zhì)量。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，還可以具有在上述第1及 第2切斷面中的至少任意一個面上設(shè)置的電介質(zhì)多層膜。在該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，在切斷面上也可適用端面涂敷?？梢酝?過端面涂敷來調(diào)整反射率。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述活性層可以包含被設(shè) 置為產(chǎn)生波長在360nm以上且600nm以下的光的量子阱結(jié)構(gòu)。該III族氮化物半導(dǎo)體激 光器元件可以通過利用半極性面來獲得有效利用LED模式偏振光的III族氮化物半導(dǎo)體激 光器元件，并且可獲得低的閾值電流。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，更優(yōu)選上述活性層包含被 設(shè)置為產(chǎn)生波長在430nm以上且550nm以下的光的量子阱結(jié)構(gòu)。該III族氮化物半導(dǎo)體 激光器元件可以通過利用半極性面來降低壓電電場并提高發(fā)光層區(qū)域的晶體質(zhì)量，并由 此提高量子效率，有助于產(chǎn)生波長在430nm以上且550nm以下的光。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述第1切斷面和第2切 斷面上均露出上述支撐基體的端面和上述半導(dǎo)體區(qū)域的端面，上述半導(dǎo)體區(qū)域的上述活性層的端面和由上述六方晶系氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的支撐基體的a軸所正交的基準(zhǔn)面所成的 角度，在由上述III族氮化物半導(dǎo)體的c軸和a軸確定的第1平面上為(ALPHA-5)度以上 且(ALPHA+5)度以下的范圍內(nèi)的角度。該III族 氮化物半導(dǎo)體激光器元件具有從c軸和a軸中的一個到另一個所取得的 角度滿足上述垂直性的端面。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述角度優(yōu)選為在與上述 第1平面及上述法線軸正交的第2平面上在-5度以上且+5度以下的范圍內(nèi)。該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件具有垂直于半極性面的法線軸的面上所確定的 角度地滿足上述垂直性的端面。在本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，上述電極在預(yù)定的軸的方 向上延伸，并且上述第1及第2切斷面與上述預(yù)定的軸交叉。本發(fā)明的其它側(cè)面涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方法，該方法 包括如下步驟(a)準(zhǔn)備由六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成且具有半極性主面的基板； (b)形成具有激光器結(jié)構(gòu)體、陽極電極和陰極電極的基板制品，上述激光器結(jié)構(gòu)體包含形 成在上述半極性主面上的半導(dǎo)體區(qū)域和上述基板；(C)在上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo) 體的a軸方向上對上述基板制品的第1面的局部劃線；以及(d)通過對上述基板制品的第 2面按壓，分離上述基板制品，形成其他的基板制品和激光棒。其中上述第1面是上述第 2面的相反側(cè)的面，上述半導(dǎo)體區(qū)域位于上述第1面和上述基板之間，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端面和第2端面，上述第1端 面和第2端面構(gòu)成該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器，上述陽極電極和陰極 電極形成在上述激光器結(jié)構(gòu)體上，上述半導(dǎo)體區(qū)域包含第1包層，由第1導(dǎo)電類型的氮 化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成；第2包層，由第2導(dǎo)電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成；以及活性層， 被設(shè)置在上述第1包層和上述第2包層之間，上述第1包層、上述第2包層以及上述活性 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類半導(dǎo)體層，上述基板的 上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸方向 相對于上述法線軸以有限的角度ALPHA傾斜，上述第1端面和第2端面與由上述六方晶 系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸和上述法線軸確定的a-n面交叉。根據(jù)該方法，在六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的m軸方向上對基板制品的第1 面劃線之后，通過對基板制品的第2面按壓來分離基板制品，形成其他基板制品及激光 棒。因此，在激光棒上第1及第2端面形成為與由六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸和 法線軸確定的a-n面交叉。通過如上所述形成端面，第1及第2端面能夠提供可構(gòu)成該 III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器的具有足夠的平坦性、垂直性或者沒有離子 損傷的諧振鏡面。另外，在該方法中，激光波導(dǎo)在六方晶系III族氮化物的c軸的傾斜方向上延 伸，不使用干法蝕刻面而形成能夠提供該激光波導(dǎo)的諧振器鏡端面。在本發(fā)明所涉及的方法中，在形成上述基板制品的上述步驟中，對上述基板實(shí) 施被稱為切削或研削的加工以使上述基板的厚度在400 μ m以下，上述第2面是通過上述 加工形成的加工面或者包含形成在上述加工面上的電極的面。在本發(fā)明所涉及的方法中，在形成上述基板制品的上述步驟中，研磨上述基板以使上述基板的厚度在50 μ m以上且100 μ m以下，上述第2面是通過上述研磨形成的研 磨面或者包含形成在上述研磨面上的電極的面。
在該厚度的基板中，能夠成品率良好地形成可構(gòu)成該III族氮化物半導(dǎo)體激光器 元件的激光諧振器的具有足夠的平坦性、垂直性或者沒有離子損傷的第1及第2端面。
在本發(fā)明所涉及的方法中，上述角度ALPHA可以在45度以上且80度以下以及 100度以上且135度以下的范圍內(nèi)。在小于45度和超出135度的角度的情況下，通過按 壓形成的端面由a面構(gòu)成的可能性高。另外，在超出80度且小于100度的角度的情況 下，不能獲得期望的平坦性和垂直性。
在本發(fā)明所涉及的方法中，為了更好地實(shí)施本發(fā)明，上述角度ALPHA可以在59 度以上且80度以下以及100度以上且121度以下的范圍內(nèi)。在小于59度并且超出121 度的角度的情況下，存在通過按壓形成的端面的一部分中露出a面的可能性。另外，在 超出80度且小于100度的角度的情況下，不能獲得期望的平坦性和垂直性。
在本發(fā)明所涉及的方法中，關(guān)于上述半極性主面，從{11-22}面、{11-21}面、 {11-2-2}面以及丨11-2-1丨面中任意一個半極性面朝向a面方向略微傾斜-4度以上且+4 度以下的范圍的面也可作為上述主面。
在從這些典型的半極性面略微傾斜的面中，也能夠提供可構(gòu)成該III族氮化物半 導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器的具有足夠的平坦性、垂直性或者沒有離子損傷的第1及 第2端面。
在本發(fā)明所涉及的方法中，上述半極性主面優(yōu)選為{11-22}面、{11-21}面、 {11-2-2}面以及{11-2-1}面中任意一個。
在這些典型的半極性面中，也能夠提供可構(gòu)成該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件 的激光諧振器的具有足夠的平坦性、垂直性或者沒有離子損傷的第1及第2端面。
在本發(fā)明所涉及的方法中，使用激光劃線器進(jìn)行上述劃線，通過上述劃線形成 劃線槽，上述劃線槽的長度小于由上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的m軸和上述法線軸 確定的m-n面與上述第1面的交叉線的長度。
根據(jù)該方法，通過切斷基板制品來形成其他基板制品和激光棒。使用比激光棒 的切斷線短的劃線槽來進(jìn)行上述切斷。
在本發(fā)明所涉及的方法中，在由上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸和a軸 確定的平面上，上述第1端面和第2端面各自的上述活性層的端面與由上述六方晶系氮化 物半導(dǎo)體構(gòu)成的支撐基體的a軸所正交的基準(zhǔn)面成(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5度) 以下的范圍內(nèi)的角度。
根據(jù)該方法，能夠形成從c軸和a軸中的一個到另一個所取得的角度具有上述垂 直性的端面。
在本發(fā)明所涉及的方法中，上述基板可以由GaN、AlN> AlGaN> biGaN以及 InAlGaN中的任意一種形成。根據(jù)該方法，當(dāng)使用由這些氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的基板 時，能夠獲得可用作諧振器的第1及第2端面。
根據(jù)下面參照附圖進(jìn)行的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，可更加容易地明確 本發(fā)明的上述目的及其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)。


圖1是概略地示出本實(shí)施方式所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的結(jié)構(gòu)的 圖。圖2是示出III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中的活性層的能帶結(jié)構(gòu)的圖。圖3是示出III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的活性層中的發(fā)光的偏振的圖。圖4是示出III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的端面和活性層的a面的關(guān)系的圖。圖5是示出本實(shí)施方式所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方法的主 要步驟的步驟流程圖。圖6是示意性地示出本實(shí)施方式所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作 方法的主要步驟的圖。圖7是示出晶格中的{11-21}面和諧振器端面的掃描電子顯微鏡圖像的圖。圖8是示出實(shí)施例1中所示的激光二極管的結(jié)構(gòu)的圖。圖9是示出所求出的偏振度P和閾值電流密度的關(guān)系的圖。圖10是示出GaN基板的c軸朝向a軸方向的傾斜角和振蕩率的關(guān)系的圖。圖11是示出堆垛層錯密度和振蕩率的關(guān)系的圖。圖12是示出基板厚度和振蕩率的關(guān)系的圖。圖13是示出(11-21)面和其它面方位(指數(shù))所成的角度的圖。
具體實(shí)施例方式可以通過參照作為示例而示出的附圖并考查下面的詳細(xì)說明來容易地理解本發(fā) 明的見解。接下來，參照附圖對本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件以及III族氮化 物半導(dǎo)體激光器元件的制作方法所涉及的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在可能的情況下，對同一 部分標(biāo)以相同的標(biāo)號。圖1是概略地示出本實(shí)施方式所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的結(jié)構(gòu)的 圖。雖然III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11具有增益導(dǎo)引型的結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明的實(shí)施方式 不限于增益導(dǎo)引型的結(jié)構(gòu)。III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11具有激光器結(jié)構(gòu)體13以及 電極15。激光器結(jié)構(gòu)體13包含支撐基體17以及半導(dǎo)體區(qū)域19。支撐基體17由六方晶 系III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，而且具有半極性主面17a和背面17b。半導(dǎo)體區(qū)域19設(shè)置在 支撐基體17的半極性主面17a上。電極15設(shè)置在激光器結(jié)構(gòu)體13的半導(dǎo)體區(qū)域19上。 半導(dǎo)體區(qū)域19包含第1包層21、第2包層23以及活性層25。第1包層21由第1導(dǎo)電 類型的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成，例如由η型AlGaN、η型InAlGaN等構(gòu)成。第2包層23由 第2導(dǎo)電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成，例如由ρ型AlGaN、ρ型InAlGaN等構(gòu)成。活性 層25設(shè)置在第1包層21和第2包層23之間。活性層25包含氮化鎵類半導(dǎo)體層，該氮 化鎵類半導(dǎo)體層為例如阱層25a?；钚詫?5包含由氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的勢壘層25b， 并且交替地配置阱層25a和勢壘層25b。阱層25a由例如InGaN等構(gòu)成，勢壘層25b由例 如GaN、InGaN等構(gòu)成?；钚詫?5可以包含為了產(chǎn)生波長360nm以上且600nm以下的 光而設(shè)置的量子阱結(jié)構(gòu)。通過利用半極性面，有利于產(chǎn)生波長430nm以上且550nm以下 的光。第1包層21、第2包層23以及活性層25沿半極性主面17a的法線軸NX配置。 在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11中，激光器結(jié)構(gòu)體13包含與六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸和法線軸NX所確定的a-n面交叉的第1切斷面27和第2切斷面29。參照圖1描繪正交坐標(biāo)系S以及晶格坐標(biāo)系CR。法線軸NX指向正交坐標(biāo)系S 的Z軸方向。半極性主面17a與正交坐標(biāo)系S的X軸和Y軸所確定的預(yù)定平面平行地延 伸。另外，在圖1中，描繪了代表性的c面Sc。支撐基體17的六方晶系III族氮化物半 導(dǎo)體的c軸朝向六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸方向相對于法線軸NX傾斜有限的角 度ALPHA，并且角度ALPHA大于0。III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11還具有絕緣膜31。絕緣膜31覆蓋激光器結(jié)構(gòu) 體13的半導(dǎo)體區(qū)域19的表面19a，半導(dǎo)體區(qū)域19位于絕緣膜31和支撐基體17之間。支 撐基體17由六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。絕緣膜31具有開口 31a，開口 31a在半 導(dǎo)體區(qū)域19的表面19a和上述a-η面的交叉線LIX的方向上延伸，形成例如長條(Stripe) 形狀。電極15經(jīng)由開口 31a與半導(dǎo)體區(qū)域19的表面19a(例如第2導(dǎo)電類型的接觸層 33)接觸，并且在上述的交叉線LIX的方向上延伸。在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11 中，激光波導(dǎo)包含第1包層21、第2包層23以及活性層25，而且在上述的交叉線LIX的 方向上延伸。在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11中，第1切斷面27以及第2切斷面29與六 方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸和法線軸NX所確定的a-η面交叉。III族氮化物半導(dǎo)體 激光器元件11的激光諧振器包含第1和第2切斷面27、29，并且激光波導(dǎo)從第1切斷面 27和第2切斷面29中的一個延伸至另一個。激光器結(jié)構(gòu)體13包含第1面13a和第2面 13b，并且第1面13a是第2面13b的相反側(cè)面。第1及第2切斷面27、29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切斷面27、29與c面、m面以及 a面這些現(xiàn)有的解理面(Cleavage plane)不同。根據(jù)這種III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11，構(gòu)成激光諧振器的第1及第2切斷 面27、29與a-n面交叉。因此能夠設(shè)置a_n面和半極性面17a的交叉線的方向上延伸的 激光波導(dǎo)。因此，III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11具有可實(shí)現(xiàn)低閾值電流的激光諧振器。III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11包含η側(cè)光導(dǎo)引層35以及ρ側(cè)光導(dǎo)引層37。η 側(cè)光導(dǎo)引層35包含第1部分35a以及第2部分35b，η側(cè)光導(dǎo)引層35由例如GaN、InGaN 等構(gòu)成。P側(cè)光導(dǎo)引層37包含第1部分37a以及第2部分37b，ρ側(cè)光導(dǎo)引層37由例如 GaN、InGaN等構(gòu)成。載流子阻擋層39設(shè)置在例如第1部分37a和第2部分37b之間。 支撐基體17的背面17b上設(shè)置有另一個電極41，電極41覆蓋例如支撐基體17的背面 17b。圖2是示出III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中的活性層的能帶結(jié)構(gòu)的圖。圖3是 示出在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11的活性層中25的發(fā)光偏振的圖。圖4是示意地 示出由c軸和a軸所確定的剖面的圖。參照圖2(a)，在能帶結(jié)構(gòu)BAND的Γ點(diǎn)附近， 導(dǎo)帶和價帶之間可能的躍遷有3種。A能帶和B能帶具有較小的能量差。基于導(dǎo)帶和A 能帶之間的躍遷Ea的發(fā)光在m軸方向上偏振，基于導(dǎo)帶和B能帶之間的躍遷Eb的發(fā)光 在將c軸投影在主面上所得到的方向上偏振。關(guān)于激光振蕩，躍遷Ea的閾值比躍遷Eb 的閾值小。參照圖2(b)，示出了在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11的LED模式中的光譜。LED模式中的光包含六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的m軸方向的偏振分量II、以及 將六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸投影在主面上所得到的方向的偏振分量12，偏振分 量Il比偏振分量12大。根據(jù)(11-12) / (11+12)確定偏振度P。使用這種III族氮化物半 導(dǎo)體激光器元件11的激光諧振器，能夠在LED模式中使較大發(fā)光強(qiáng)度的模式的光形成激 光振蕩。如圖3所示，還可以具有第1及第2切斷面27、29中的至少一個上或者兩個上 分別設(shè)置的電介質(zhì)多層膜43a、43b。切斷面27、29上也可以進(jìn)行端面涂敷。通過端面 涂敷可以調(diào)整反射率。如圖3(b)所示，來自活性層25的激光L在六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的m軸 方向上偏振。在該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11中，能夠?qū)崿F(xiàn)低閾值電流的能帶躍 遷具有偏振性。用于激光諧振器的第1及第2切斷面27、29與C面、m面以及a面這些 現(xiàn)有的解理面不同。然而，第1及第2切斷面27、29具有諧振器所要求的作為鏡面的平 坦性和垂直性。因此，使用第1及第2切斷面27、29以及在這些切斷面27、29之間延 伸的激光波導(dǎo)，如圖3(b)所示，能夠利用比在將c軸投影在主面上所得到的方向上偏振 的躍遷Eb的發(fā)光更強(qiáng)的躍遷Ea的發(fā)光，降低激光振蕩的閾值。在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11中，在第1及第2切斷面27、29上分別有支 撐基體17的端面17c和半導(dǎo)體區(qū)域19的端面19c，并且端面17c和端面19c被電介質(zhì)多 層膜43a覆蓋。在支撐基體17的端面17c以及活性層25的端面25c的法線矢量NA和活 性層25的a軸矢量AA之間形成的角度BETA由分量(BETA)工和分量(BETA) 2確定，其 中，分量(BETA)1在由III族氮化物半導(dǎo)體的c軸和a軸所確定的第1平面Sl中確定，分 量(BETA)2在與第1平面Sl (在圖3中參照“Si” )和法線軸NX正交的第2平面S2 (在 圖3中參照“S2”)中確定。在由III族氮化物半導(dǎo)體的c軸和a軸所確定的第1平面Sl 中，分量(BETA)Jt選為在(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范圍內(nèi)。該角 度范圍由圖4中表示為代表性的a面Sa*參考面Fm所成的角度。為了容易理解，在圖4 中，從激光器結(jié)構(gòu)體的內(nèi)側(cè)移至外側(cè)來描繪代表性的a面SA。參考面Fm沿著活性層25 的端面25c延伸。該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11具有從c軸和a軸中的一個到另一 個所取得的角度BETA滿足上述垂直性的端面。另外，在第2平面S2中，分量(BETA)2 優(yōu)選在-5度以上且+5度以下的范圍內(nèi)。在此，BETA2=(BETA)1^(BETA)A此時， III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11的端面27、29的垂直于半極性面17a的法線軸NX的面 中所確定的角度滿足上述的垂直性。再次參照圖1，在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11中，支撐基體17的厚度 DSUB優(yōu)選為400 μ m以下。在該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件中，有利于獲得用于激 光諧振器的質(zhì)量良好的切斷面。在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11中，支撐基體17的 厚度DUSB更優(yōu)選為50 μ m以上且100 μ m以下。在該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件 11中，更有利于獲得激光諧振器所要求的質(zhì)量良好的切斷面。另外，還能使處理容易， 并提高生產(chǎn)成品率。在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11中，優(yōu)選法線軸NX和六方晶系III族氮化 物半導(dǎo)體的c軸所成的角度ALPHA為45度以上，并且優(yōu)選為在80度以下。另外，角 度ALPHA優(yōu)選為100度以上，并且優(yōu)選為135度以下。在小于45度和超出135度的情況下，通過按壓形成的端面由a面形成的可能性較高。另外，在超過80度且小于100度 的角度的情況下，存在不能獲得期望的平坦性及垂直性的擔(dān)憂。
在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11中，為了更好地實(shí)施本發(fā)明，優(yōu)選為法線軸 NX和六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸所成的角度ALPHA為59度以上，并且優(yōu)選為 80度以下。另外，優(yōu)選為角度ALPHA為100度以上，并且優(yōu)選為121度以下。在小于 59度和超出121度的角度的情況下，有通過按壓形成的端面的一部分中露出a面的可能 性。另外，在超出80度并且小于100度的角度的情況下，存在不能獲得期望的平坦性及 垂直性的擔(dān)憂。
半極性主面17a可以是{11-22}面、{11-21}面、{11_2_2}面以及{11_2_1}面 中的任意一個面。此外，相對這些面略微傾斜-4度以上且+4度以下的范圍內(nèi)的面也能 夠作為上述的主面來良好地使用。從這些典型的半極性面17a中能夠提供可構(gòu)成該III族 氮化物半導(dǎo)體激光器元件11的激光諧振器的具有足夠的平坦性和垂直性的第1及第2端 面27、29。另外，在這些典型的面方位所涉及的角度的范圍內(nèi)，可獲得表現(xiàn)出足夠的平 坦性和垂直性的端面。
在III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件11中，支撐基體17的堆垛層錯密度可以在 IX IO4cm1以下。由于堆垛層錯密度在IX IO4cm1以下，因此由于偶然事件而使切斷面的 平坦性和/或垂直性被破壞的可能性低。另外，支撐基體17可以由GaN、A1N、AlGaN、 InGaN以及InAlGaN中的任意一種構(gòu)成。在使用由這些氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的基板時， 能夠獲得可作為諧振器使用的端面27、29。當(dāng)使用AlN或AlGaN基板時，能夠增大偏 振度，還能夠通過低折射率來強(qiáng)化光封閉。當(dāng)使用InGaN基板時，能夠減小基板和發(fā)光 層之間的晶格不匹配率，從而提高結(jié)晶質(zhì)量。
圖5是示出本實(shí)施方式所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方法的主 要步驟的圖。參照圖6(a)，示出了基板51。在步驟SlOl中，準(zhǔn)備用于制作III族氮化物 半導(dǎo)體激光器元件的基板51?；?1的六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸(矢量VC) 朝向六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸方向(矢量VA)相對于法線軸NX傾斜有限的角 度ALPHA。因此，基板51具有由六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半極性主面51a。
在步驟S102中，形成基板制品SP。在圖6(a)，雖然將基板制品SP作為大致圓 板形部件來進(jìn)行描繪，但基板制品SP的形狀不限于此。為了獲得基板制品SP，首先， 在步驟S103中形成激光器結(jié)構(gòu)體55。激光器結(jié)構(gòu)體55包括半導(dǎo)體區(qū)域53及基板51， 在步驟S103中，半導(dǎo)體區(qū)域53形成在半極性主面51a上。為了形成半導(dǎo)體區(qū)域53，在 半極性主面51a上依次生長第1導(dǎo)電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域57、發(fā)光層59以及第2 導(dǎo)電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域61。氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域57可以包含例如η型包層，氮 化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域61可以包含例如ρ型包層。發(fā)光層59設(shè)置在氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域57 和氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域61之間，發(fā)光層59還可以包含活性層、光導(dǎo)引層以及電子阻擋層 等。沿半極性主面51a的法線軸NX配置氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域57、發(fā)光層59以及第2導(dǎo) 電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體區(qū)域61。通過外延生長來形成這些半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體區(qū)域53 上覆蓋有絕緣膜討。絕緣膜討由例如硅氧化物構(gòu)成。絕緣膜討具有開口 ^a。開口 54a形成為例如長條形狀。
在步驟S104中，在激光器結(jié)構(gòu)體55上形成陽極電極58a和陰極電極58b。另外，在基板51的背面上形成電極之前，對用于生長晶體的基板的背面進(jìn)行研磨來形成所 期望的厚度DSUB的基板制品SP。在電極的形成中，例如，在將陽極電極58a形成在半 導(dǎo)體區(qū)域53上，并且將陰極電極58b形成在基板51的背面(研磨面)51b上。陽極電極 58a在X軸方向上延伸，陰極電極58b覆蓋背面51b的整個面。通過這些步驟形成基板制 品SP?；逯破稴P包含第1面63a以及位于該第1面63a的相反側(cè)的第2面63b。半 導(dǎo)體區(qū)域53位于第1面63a和基板51之間。在步驟S105中，如圖6(b)所示，對基板制品SP的第1面63a劃線。使用激光 劃線器IOa來進(jìn)行劃線。通過劃線形成劃線槽65a。在圖6(b)中，已形成5道劃線槽， 并正使用激光束LB繼續(xù)形成劃線槽65b。劃線槽65a的長度小于由六方晶系III族氮化 物半導(dǎo)體的m軸和法線軸NX所確定的m-n平面和第1面63a的交叉線AIS的長度，并 對交叉線AIS的一部分進(jìn)行激光束LB的照射。通過激光束LB的照射，在第1面63a上 形成在特定方向上延伸并到達(dá)半導(dǎo)體區(qū)域的槽。劃線槽65a可以在例如基板制品SP的一 個邊緣上形成。在步驟S106中，如圖6(c)所示，通過向基板制品SP的第2面63b按壓來進(jìn)行基 板制品SP的分離，從而形成基板制品SPl和激光棒LB1。使用例如稱為刀片(Blade)69 的切斷裝置來進(jìn)行按壓。刀片69包含在一個方向上延伸的刃69a以及規(guī)定刃69a的至少 兩個刀片面69b、69c。另外，在支撐裝置71上對基板制品SPl進(jìn)行按壓。支撐裝置71 含有支撐面71a和凹部71b，凹部71b在一個方向上延伸。凹部71b形成在支撐面71a 中。使基板制品SPl的劃線槽65a的朝向和位置與支持裝置71的凹部71b的延伸方向一 致，從而將基板制品SPl在支撐裝置71上定位于凹部71b處。使凹部71b的延伸方向與 切斷裝置的刃的朝向一致，從與第2面63b交叉的方向在基板制品SPl上按壓切斷裝置的 刃。交叉方向優(yōu)選為與第2面63b大體垂直的方向。由此來進(jìn)行基板制品SP的分離， 從而形成基板制品SPl和激光棒LBl。通過按壓形成具有第1及第2端面67a、67b的激 光棒LB1，這些端面67a、67b的至少發(fā)光層的一部分具有可適用于半導(dǎo)體激光器的諧振 鏡面的程度的垂直性和平坦性。所形成的激光棒LBl具有通過上述分離形成的第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(gòu)成該III族氮化物
半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器，并且與XZ面交叉。該XZ面對應(yīng)于由六方晶系III族 氮化物半導(dǎo)體的a軸及法線軸NX所確定的a-n面。根據(jù)該方法，在六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的m軸的方向上對基板制品SP的第 1面63a劃線之后，通過向基板制品SP的第2面63b按壓來進(jìn)行基板制品SP的分離，從 而形成新的基板制品SPl和激光棒LBl。因此，在激光棒LBl中第1及第2端面67a、 67b形成為與a-n面交叉。通過如上所述形成該端面，第1及第2端面67a、67b可具有 能夠構(gòu)成該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器的足夠的平坦性和垂直性。另外，在該方法中，所形成的激光波導(dǎo)在六方晶系III族氮化物的c軸的傾斜方 向上延伸。在不使用干法蝕刻面的情況下，形成了能夠提供該激光波導(dǎo)的諧振器鏡端 面。根據(jù)該方法，通過切斷基板制品SPl來形成新的基板制品SPl和激光棒LBl。 在步驟S107中，反復(fù)通過按壓進(jìn)行分離來制作多個激光棒。通過使用比激光棒LBl的切斷線BREAK短的劃線槽65a來引起這種切斷。在步驟S108中，在激 光棒LBl的端面67a、67b上形成電介質(zhì)多層膜來形成激光 棒制品。在步驟S109中，將該激光棒制品分離成各半導(dǎo)體激光器芯片。在本實(shí)施方式所涉及的制造方法中，角度ALPHA可以在45度以上且80度以 下，以及100度以上且135度以下的范圍內(nèi)。在小于45度以及超出135度的角度的情況 下，通過按壓形成的端面由a面形成的可能性較高。另外，在超出80度且小于100度的 角度的情況下，存在不能獲得期望的平坦性及垂直性的擔(dān)憂。為了更好地實(shí)施本發(fā)明， 可以使角度ALPHA在59度以上且80度以下的范圍內(nèi)，還可以使角度ALPHA在100度 以上且121度以下的范圍內(nèi)。在小于59度和超出121度的角度的情況下，存在通過按壓 形成的端面的一部分中露出a面的可能性。另外，在超出80度且小于100度的角度的情 況下，存在不能獲得期望的平坦性及垂直性的擔(dān)憂。半極性主面51a可以是{11-22丨面、 {11-21}面、{11-2-2}面以及{11-2-1}面中的任意一個面。此外，相對于這些面略微傾 斜-4度以上且+4度以下的范圍內(nèi)的面也能夠作為上述的主面來良好地使用。從這些典 型的半極性面中能夠提供可構(gòu)成該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器的具有足 夠的平坦性和垂直性的用于激光諧振器的端面?；?1可以由GaN、A1N、AlGaN、InGaN以及InAlGaN中的任意一種構(gòu)成。
在使用由這些氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的基板時，能夠獲得可作為激光諧振器使用的端面。 基板51優(yōu)選由GaN構(gòu)成。在形成基板制品SP的步驟S104中，可以對在晶體生長中使用的半導(dǎo)體基板實(shí)施 稱為切削(Slice)或研削的加工以使得基板厚度在400 μ m以下，并且第2面63b可以是 通過研磨形成的加工面。在該基板厚度的情況下，能夠成品率較高地形成可構(gòu)成該III族 氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器的具有足夠的平坦性、垂直性或者沒有離子損傷 的端面67a、67b。第2面63b是通過研磨形成的研磨面，更優(yōu)選經(jīng)研磨后基板厚度達(dá)到 IOOym以下。另外，為了較容易地處理基板制品SP，優(yōu)選基板厚度為50 μ m以上。在本實(shí)施方式所涉及的激光器端面的制造方法中，在激光棒LBl中也規(guī)定參照 圖3說明的角度BETA。在激光棒LBl中，在由III族氮化物半導(dǎo)體的c軸和a軸所確定 的第1平面(與參照圖3說明的第1平面Sl相對應(yīng)的面)中，角度BETA的分量(BETA)1 優(yōu)選為(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范圍內(nèi)。激光棒LBl的端面67a、 67b的從c軸和a軸中的一個到另一個所取得的角度BETA的角度分量滿足上述的垂直 性。另外，在第2平面(與圖3中所示的第2平面S2相對應(yīng)的面)中，角度BETA的分 量(BETA)Jt選為在-5度以上且+5度以下的范圍內(nèi)。此時，激光棒LBl的端面67a、 67b的垂直于半極性面51a的法線軸NX的面中所確定角度BETA的角度分量滿足上述的 垂直性。通過向在半極性面51a上外延生長的多層氮化鎵類半導(dǎo)體層的按壓而產(chǎn)生的切斷 來形成端面67a、67b。由于是在半極性面51a上生長的外延膜，因此端面67a、67b并不 是以往作為諧振器鏡面使用的c面、m面或a面等低面指數(shù)的解理面。然而，在半極性 面51a上形成的外延膜的層疊層的切斷中，端面67a、67b具有可作為諧振器鏡面適用的 平坦性和垂直性。實(shí)施例1
如下準(zhǔn)備半極性面GaN基板，并觀察切斷面的垂直性。對于基板，使用如下的 GaN基板從利用HVPE法生長為較厚的(0001) GaN結(jié)晶塊上沿a軸方向以73度的角度 切成的{11-21丨面GaN基板。GaN基板的主面是鏡面加工成的面，背面是經(jīng)過研削加工 的花紋狀。基板的厚度為370 μ m。在花紋狀的背面?zhèn)?，使用金剛筆與將C軸投影在基板主面上所得到的方向垂直地 劃出劃線，然后進(jìn)行按壓來切斷基板。為了觀察所得到的切斷面的垂直性，使用掃描電 子顯微鏡從m面方向觀察基板。圖7(a)是從m面方向觀察切斷面的掃描型電子顯微鏡圖像，右側(cè)的端面是切斷 面?？芍袛嗝嬷写嬖谙鄬τ诎霕O性主面具有平坦性和垂直性的區(qū)域。通過將基板研磨 得較薄并改善劃線方法，能夠?qū)⑵教剐院痛怪毙蕴岣叩亩嗣孢m用于激光二極管。實(shí)施例2在實(shí)施例1中，可知在具有半極性丨11-21丨面的GaN基板中，在與將c軸投影在 基板主面上所得到的方向垂直地劃出劃線并進(jìn)行按壓得到的切斷面對于基板主面具有平 坦性和垂直性。在此，為了分析將該切斷面作為激光器振蕩器時的有用性，如下通過有 機(jī)金屬氣相生長法來生長圖8所示的激光二極管。原料使用三甲基鎵(TMGa)、三甲基 鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)。準(zhǔn)備基板71。對于基板71， 制作如下的GaN基板從通過HVPE法生長為較厚的(0001) GaN結(jié)晶塊上，使用晶片切 削裝置沿a軸方向以0度到90度的范圍的角度切成該基板，并且c軸朝向a軸方向的傾 斜角度ALPHA具有從0度到90度的范圍的期望的偏離角。例如，當(dāng)以73度的角度切 割時，得到丨11-21丨面的GaN基板，圖7 (b)所示的六方晶系的晶格中由參照標(biāo)號71a表
7J\ ο在生長之前，為了分析基板的堆垛層錯密度，通過陰極發(fā)光 (Cathodoluminescence)法來觀察基板。在陰極發(fā)光法中，雖然觀察通過電子線激勵的載 流子的發(fā)光過程，但當(dāng)存在堆垛層錯時，由于在堆垛層錯附近載流子進(jìn)行非發(fā)光復(fù)合， 因此觀察到暗線形狀。求出該暗線每單位長度的密度(線密度)，將其定義為堆垛層錯 密度。在此，為了分析堆垛層錯密度，使用了非破壞測量的陰極發(fā)光法，但也可以使用 破壞測量的透射電子顯微鏡。在透射電子顯微鏡中，在從m軸方向觀察樣品剖面時，沿 a軸方向從基板向樣品表面延伸的缺陷為支撐基體中所包含的堆垛層錯，與陰極發(fā)光法的 情況相同，能夠求出堆垛層錯的線密度。在將該基板71配置在反應(yīng)爐內(nèi)的基座上之后，按照下面的生長步驟生長外延 層。首先，生長厚度IOOOnm的η型GaN72。然后，生長厚度1200nm的η型InAlGaN 包層73。接下來，在生長厚度200nm的η型GaN導(dǎo)引層74a和厚度65nm的非摻雜InGaN 導(dǎo)引層74b之后，生長由GaN厚度15nm/InGaN厚度3nm構(gòu)成的3個周期的MQW75。 接著，生長厚度65nm的非摻雜InGaN導(dǎo)引層76a、厚度20nm的ρ型AlGaN阻擋層77 以及厚度200nm的ρ型GaN導(dǎo)引層76b。然后，生長厚度400nm的ρ型InAlGaN包層 77。最后，生長厚度50nm的ρ型GaN接觸層78。在將SiO2絕緣膜79在接觸層78上成膜之后，使用光刻通過濕法蝕刻形成寬度 ΙΟμιη的條紋狀窗口。在此，形成以下兩種條紋方向的接觸窗口。激光條紋的方向?yàn)?(I)A方向(接觸窗口沿著由c軸和a軸確定的預(yù)定面的方向)，以及(2)M方向<1-100>方向。在條紋狀窗口形成之后，蒸鍍由Ni/Au形成的ρ側(cè)電極80a和由Ti/Al形成的焊盤電極。然后，使用金剛石研磨液研磨GaN基板(GaN晶片)的背面，并制作背面為 鏡面狀態(tài)的基板制品。此時，使用接觸式膜厚計來測定基板制品的厚度。厚度測定也可 以通過顯微鏡測定樣品剖面而進(jìn)行。顯微鏡可以使用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡。在 GaN基板(GaN晶片)的背面(研磨面)上通過蒸鍍來形成由Ti/Al/Ti/Au構(gòu)成的η側(cè)電 極 80b。為了制作對應(yīng)于這兩種激光條紋的諧振器鏡，使用采用了 355nm的YAG激光 器的激光劃線器。在使用激光劃線器進(jìn)行切斷的情況下，與使用金剛石劃線器的情況相 比，能夠提高振蕩芯片的成品率。使用如下條件作為劃線槽的形成條件激光器光輸出 IOOmW ；掃描速度5mm/s。形成的劃線槽為例如，長30 μ m、寬10 μ m、深40 μ m的 槽。通過以800 μ m的間距穿過基板的絕緣膜開口位置來在外延表面上直接照射激光，從 而形成劃線槽。諧振器的長度設(shè)為600 μ m。使用刀片切斷來制作諧振鏡。通過在基板背側(cè)進(jìn)行按壓來切斷，由此制作激光 棒。更具體地，對于丨11-21丨面的GaN基板，圖7 (b)和圖7 (c)示出結(jié)晶方位和切斷面 的關(guān)系。圖7(b)是將激光條紋設(shè)置成(I)A方向的情況，示出半極性面71a和用于激光 諧振器的端面81a、81b。端面81a、81b大致正交于半極性面71a，但端面81a、81b與以 往的c面、m面或a面等現(xiàn)有的解理面不同。圖7(c)是將激光條紋設(shè)置成(2)<1_100> 方向的情況，示出半極性面71a和用于激光諧振器的端面81c、Sld0端面81c、81d大致 正交于半極性面71a，端面81c、81d由m面構(gòu)成。利用掃描電子顯微鏡觀察通過切斷形成的切斷面的結(jié)果，在(1)和(2)均沒有觀 察到顯著的凸凹。因此，推斷切斷面的平坦性(凹凸的大小)為20nm以下。此外，對 于切斷面相對于樣品表面的垂直性在士5度的范圍內(nèi)。通過真空蒸鍍法在激光棒的端面上鍍制電介質(zhì)多層膜。通過交替地積層SiO2和 TiO2來構(gòu)成電介質(zhì)多層膜。在50 IOOnm的范圍內(nèi)對膜厚分別進(jìn)行調(diào)整，以設(shè)計成反 射率的中心波長處于500 530nm的范圍內(nèi)。使一側(cè)的反射面為10個周期，以將反射 率的設(shè)計值設(shè)計成約為95%，使另一側(cè)的反射面為6個周期，以使反射率的設(shè)計值約為 80%。在室溫下通過通電來進(jìn)行評價。對于電源，使用脈寬500ns、占空比0.1%的脈 沖電源，使探針落在表面電極上來進(jìn)行通電。在測定光輸出時，通過光電二極管來檢測 來自激光棒端面的發(fā)光，從而分析電流-光輸出特性(I-L特性)。在測定發(fā)光波長時， 使來自激光棒端面的發(fā)光通過光纖，在檢測器中使用光譜分析儀來進(jìn)行光譜測定。在分 析偏振狀態(tài)時，通過使來自激光棒的發(fā)光通過偏光板并轉(zhuǎn)動偏光板來分析偏振狀態(tài)。在 觀測LED模式光時，通過將光纖配置在激光棒表面?zhèn)葋頊y定從表面發(fā)出的光。根據(jù)對所有的激光器振蕩后的偏振狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)的結(jié)果，可知沿m軸方向偏 振。振蕩波長為500 530nm。測定所有的激光器的LED模式(自然發(fā)出光)的偏振狀態(tài)。將m軸方向的偏振 分量設(shè)為II，將C軸投影在主面上所得到的方向的偏振分量設(shè)為12，則偏振度ρ定義為 (11-12)/(11+12)。這樣，圖9得出了對所求出的偏振度P和閾值電流密度的最小值的之間的關(guān)系進(jìn)行分析的結(jié)果。從圖9中看出，在偏振度為正的情況下，(1)在激光條紋為 A方向的激光器中，閾值電流密度大幅降低。即，在偏振度為正(II >12)，并且將波導(dǎo) 設(shè)置在偏離方向的情況下，閾值電流密度大幅降低。
圖9所示的數(shù)據(jù)如下0.35 15圖10得出了對GaN基板的c軸朝向a軸方向的傾斜角和振蕩率之間的關(guān)系進(jìn)行 分析的結(jié)果。在本實(shí)施例中，關(guān)于振蕩率，將其定義為(振蕩芯片數(shù))/(測定芯片數(shù))。 另外，圖10繪制了在基板的堆垛層錯密度為IX IO4 (cm O以下，并且激光條紋為(I)A方 向的激光器中分析的結(jié)果。從圖10可知在偏離角在45度以下的情況下，振蕩率極低。 通過光學(xué)顯微鏡觀察端面狀態(tài)的結(jié)果，可知在比45度小的角度的情況下，大多數(shù)的芯片 中露出了 a面，并且不能獲得垂直性。另外，可知在偏離角為59度以上且80度以下的范 圍的情況下，垂直性提高，并且振蕩率增加到50%以上。從這些事實(shí)中可以看出，GaN 基板的偏離角度的范圍優(yōu)選在59度以上且80度以下。此外，在具有與該晶體等效的端 面的角度范圍即100度以上且121度以下的范圍內(nèi)也能得到同樣的結(jié)果。圖10所示的數(shù)據(jù)如下傾斜角 振蕩率0100.1390.258406058666573707565796085359030圖11得出了對堆垛層錯密度和振蕩率之間的關(guān)系進(jìn)行分析的結(jié)果。振蕩率的定 義與上述相同。從圖11中看出，當(dāng)堆垛層錯密度超出lXloYcm1)時，振蕩率急劇降 低。另外，通過光學(xué)顯微鏡觀察端面狀態(tài)的結(jié)果，可知在振蕩率降低的樣品中，端面凸 凹劇烈而不能獲得平坦的切斷面。原因可認(rèn)為是由于存在堆垛層錯而產(chǎn)生了切斷容易程 度的差別。因此，有必要使基板中包含的堆垛層錯密度在IX IO4(cm1)以下。圖11所示的數(shù)據(jù)如下堆垛層錯密度(cm O 成品率
閾值電流 閾值電流 偏振度 (A方向條紋)(<1_100>條紋)-0.15 50.05 300.23 2015/16 頁500631000654000608000551000010500001圖12得出了對基板厚度和振蕩率之間的關(guān)系進(jìn)行分析的結(jié)果。振蕩率的定義與 上述相同。另外，圖12繪制了在基板堆垛層錯密度為IX IO4(cm O以下，并且激光條紋 為(I)A方向的激光器中分析的結(jié)果。從圖12中看出，在基板厚度薄于ΙΟΟμιη、厚于 50 μ m時，振蕩率較高。這是由于當(dāng)基板厚度厚于IOOym時，切斷面的垂直性惡化。 此外，由于當(dāng)薄于50 μ m時，處理變得困難，并且芯片容易被損壞。因此，基板厚度最 好在50 μ m以上且100 μ m以下。圖12所示的數(shù)據(jù)如下基板厚度 成品率441282559065110 45150 40210 20400 10實(shí)施例3在實(shí)施例2中，在具有丨11-21丨面的GaN基板上生長用于半導(dǎo)體激光器的多層外 延膜。如上面所述，通過劃線槽的形成和按壓來形成光振蕩器所使用的端面。為了找出 這些端面的候選，形成相對于(11-21)面為90度左右的角度，并通過計算求出與a面不 同的面方位。參照圖13，以下的角度和面方位相對于(11-21)面具有90度左右的角度。具體的面指數(shù)相對于丨11-21}面的角度(-1-129) 92.77 度(-1-1210) 90.92 度(-1-1211) 89.37 度認(rèn)為在端面上露出以這樣的指數(shù)表示的面指數(shù)。當(dāng)采用(al、a2、a3、c)這樣的記法時，面方位(-1-129)中al = _1、a2 = -l、 a3 = 2、c = 9，面方位(-1-1210)中 al =-1、a2 =-1、a3 = 2、c = 10，面方位 (-1-1211)中 al = -1、a2 = -1、a3 = 2、c = 11。根據(jù)包含上述實(shí)施例1 3的各種實(shí)驗(yàn)，角度ALPHA可以在45度以上且80度 以下以及100度以上且135度以下的范圍內(nèi)。為了提高振蕩芯片的成品率，角度ALPHA 可以在59度以上且80度以下以及100度以上且121度以下的范圍內(nèi)。典型的半極性主面 可以是{11-22}面、{11-21}面、{11-2-2}面以及{11-21}面中的任意一個面。此外， 可以是相對于這些半極性面略微傾斜的面。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，提供一種III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，在六方晶系III族氮化物的c軸朝向a軸方向傾斜的支撐基體的半極性面上，具有可實(shí)現(xiàn)低閾值 電流的激光振蕩器。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，提供一種該III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件 的制作方法。盡管在優(yōu)選的實(shí)施方式中圖示并說明了本發(fā)明的原理，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 在不脫離該原理的情況下改變配置和細(xì)節(jié)。本發(fā)明不限于本實(shí)施方式所公開的特定結(jié) 構(gòu)。因此，請求保護(hù)權(quán)利要求書及其精神范圍內(nèi)的所有修改和變形。
權(quán)利要求
1. 一種III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，包括激光器結(jié)構(gòu)體，包含由六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成且具有半極性主面的 支撐基體和被設(shè)置在上述支撐基體的上述半極性主面上的半導(dǎo)體區(qū)域；和 電極，被設(shè)置在上述激光器結(jié)構(gòu)體的上述半導(dǎo)體區(qū)域上，上述半導(dǎo)體區(qū)域包含第1包層，由第1導(dǎo)電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成；第2包 層，由第2導(dǎo)電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成；以及活性層，被設(shè)置在上述第1包層和上述 第2包層之間，上述第1包層、上述第2包層以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類半導(dǎo)體層，上述支撐基體的上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向上述六方晶系III族氮化 物半導(dǎo)體的a軸方向相對于上述法線軸以有限的角度ALPHA傾斜，上述激光器結(jié)構(gòu)體包含與由上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸和上述法線軸確 定的a-n面交叉的第1切斷面和第2切斷面，上述III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器包含上述第1切斷面和第2切斷上述激光器結(jié)構(gòu)體包含第1面和第2面，上述第1面為上述第2面的相反側(cè)的面， 上述第1切斷面和第2切斷面分別從上述第1面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，上述法線軸和上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸所成的角度在45度以上且80 度以下或者在100度以上且135度以下的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 上述法線軸和上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸所成的角度在59度以上且80度以下或者在100度以上且121度以下的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 上述支撐基體的厚度為400 μ m以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 上述支撐基體的厚度為50 μ m以上且100 μ m以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 來自上述活性層的激光在上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的m軸方向上偏振。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 上述III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的LED模式的光包含在上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的m軸方向上的偏振分量II，以及在將上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸 投影到主面上所得到的方向上的偏振分量12， 上述偏振分量Il大于上述偏振分量12。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 上述半極性主面是從{11-22}面、{11-21}面、{11-2-2}面以及{11-2-1}面中任意一個面以_4度以上且+4度以下的范圍偏離的微傾斜面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 上述半極性主面是{11-22}面、{11-21}面、{11-2-2}面以及{11-2-1}面中的任意一個面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，上述支撐基體的堆垛層錯密度為IXlO4Cm1以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，上述支撐基體由GaN、AlGaN、A1N、InGaN以及InAlGaN中的任意一種構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，上述III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件還包括電介質(zhì)多層膜，被設(shè)置在上述第1切斷面 和第2切斷面的中的至少任意一個面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，上述活性層包含被設(shè)置為產(chǎn)生波長在360nm以上且600nm以下的光的發(fā)光區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，上述活性層包含被設(shè)置為產(chǎn)生波長在430nm以上且550nm以下的光的量子阱結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，上述第1切斷面和第2切斷面上均露出上述支撐基體的端面和上述半導(dǎo)體區(qū)域的端上述半導(dǎo)體區(qū)域的上述活性層的端面和由上述六方晶系氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的支撐基 體的a軸所正交的基準(zhǔn)面所成的角度，在由上述III族氮化物半導(dǎo)體的c軸和a軸確定的 第1平面上為(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范圍內(nèi)的角度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，上述角度在與上述第1平面和上述法線軸正交的第2平面上在_5度以上且+5度以下 的范圍內(nèi)。
17.—種III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方法，其特征在于，包括如下步驟準(zhǔn)備由六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成且具有半極性主面的基板；形成具有激光器結(jié)構(gòu)體、陽極電極和陰極電極的基板制品，上述激光器結(jié)構(gòu)體包含 形成在上述半極性主面上的半導(dǎo)體區(qū)域和上述基板；在上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸方向上對上述基板制品的第1面的局部劃 線；以及通過對上述基板制品的第2面按壓，分離上述基板制品，形成其他的基板制品和激 光棒，上述第1面是上述第2面的相反側(cè)的面，上述半導(dǎo)體區(qū)域位于上述第1面和上述基板之間，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端面和第2端面，上述第1端面和第2端面構(gòu)成上述III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的激光諧振器， 上述陽極電極和陰極電極形成在上述激光器結(jié)構(gòu)體上，上述半導(dǎo)體區(qū)域包含第1包層，由第1導(dǎo)電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成；第2包 層，由第2導(dǎo)電類型的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成；以及活性層，被設(shè)置在上述第1包層和上述 第2包層之間，上述第1包層、上述第2包層以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類半導(dǎo)體層，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向上述六方晶系III族氮化物半 導(dǎo)體的a軸方向相對于上述法線軸以有限的角度ALPHA傾斜，上述第1端面和第2端面與由上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的a軸和上述法線軸 確定的a-η面交叉。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方法，其特征在于，上述角度ALPHA在45度以上且80度以下或者在100度以上且135度以下的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方法，其特征 在于，上述角度ALPHA在59度以上且80度以下或者在100度以上且121度以下的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方 法，其特征在于，在形成上述基板制品的上述步驟中，對上述基板實(shí)施被稱為切削或研削的加工以使 上述基板的厚度在400 μ m以下，上述第2面是通過上述加工形成的加工面或者包含形成在上述加工面上的電極的
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方 法，其特征在于，在形成上述基板制品的上述步驟中，研磨上述基板以使上述基板的厚度在50μιη以 上且100 μ m以下，上述第2面是通過上述研磨形成的研磨面或者包含形成在上述研磨面上的電極的
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方 法，其特征在于，使用激光劃線器進(jìn)行上述劃線，通過上述劃線形成劃線槽，上述劃線槽的長度小于由上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo) 體的m軸和上述法線軸確定的m-n面與上述第1面的交叉線的長度。
23.根據(jù)權(quán)利要求17至22中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方 法，其特征在于，上述半極性主面是{11-22}面、{11-21}面、{11-2-2}面以及{11-2-1}面中的任意一個面。
24.根據(jù)權(quán)利要求17至23中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方 法，其特征在于，在由上述六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸和a軸確定的平面上，上述第1端面和 第2端面各自的上述活性層的端面與由上述六方晶系氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的支撐基體的a軸 所正交的基準(zhǔn)面成(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5度)以下的范圍內(nèi)的角度。
25.根據(jù)權(quán)利要求17至24中任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件的制作方 法，其特征在于，上述基板由GaN、AlGaN> A1N、InGaN以及InAlGaN中的任意一種構(gòu)成。
全文摘要
一種III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件及其制作方法，在六方晶系III族氮化物的c軸朝向a軸方向傾斜的支撐基體的半極性面上，具有能夠?qū)崿F(xiàn)低閾值電流的激光諧振器。作為激光諧振器的第1和第2切斷面(27、29)與a-n面交叉。III族氮化物半導(dǎo)體激光器元件(11)具有在a-n面和半極性面(17a)的交叉線方向上延伸的激光波導(dǎo)。因此，能夠利用可實(shí)現(xiàn)低閾值電流的能帶躍遷的發(fā)光。在激光器結(jié)構(gòu)體(13)中，第1面(13a)是第2面(13b)的相反側(cè)的面。第1及第2切斷面從第1面的邊緣(13c)延伸至第2面的邊緣(13d)。切斷面不通過干法蝕刻形成，并且與c面、m面或a面等現(xiàn)有的解理面不同。
文檔編號H01S5/10GK102025104SQ20101028440
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者上野昌紀(jì), 中村孝夫, 京野孝史, 住友隆道, 善積祐介, 德山慎司, 池上隆俊, 片山浩二, 鹽谷陽平, 秋田勝史, 足立真寬 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社