外延基板及制作iii族氮化物半导体激光器元件的方法
外延基板及制作iii族氮化物半导体激光器元件的方法
【专利摘要】本发明提供一种外延基板及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法。III族氮化物半导体激光器元件在六方晶系III族氮化物的c轴向m轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有能实现低阈值电流的激光谐振器且具有能提高振荡合格率的构造。成为激光谐振器的第1及第2切断面(27、29)与m-n面交叉。III族氮化物半导体激光器元件(11)中，激光波导路在m-n面与半极性面(17a)的交叉线的方向延伸，因此可利用能实现低阈值电流的能带跃迁的发光。第1及第2切断面(27、29)自第1面(13a)的边缘(13c)延伸至第2面(13b)的边缘(13d)。切断面(27、29)并非通过干式蚀刻形成，且与c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。波导路向量(LGV)与投影分量(VCP)所成的偏移角(AV)可在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
【专利说明】外延基板及制作I 11族氮化物半导体激光器元件的方法
[0001]本申请是国际申请日为2010年11月11日、国际申请号为PCT/JP2010/070140、国家申请号为201080059063.4、发明名称为“III族氮化物半导体激光器元件、制作III族氮化物半导体激光器元件的方法及外延基板”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种III族氮化物半导体激光器元件、制作III族氮化物半导体激光器元件的方法及外延基板。
【背景技术】
[0003]专利文献I中记载有一种激光器装置。若将自{0001}面向与[1-100]方向等价的方向以28.1度倾斜的面作为基板的主面，则2次解理面成为与主面及光谐振器面这两者垂直的{11-20}面，激光器装置成为长方体状。
[0004]专利文献2中记载有一种氮化物半导体装置。对用于解理的基板的背面进行研磨，使总层厚薄膜化为100 μ m左右。将电介质多层膜堆积在解理面上。
[0005]专利文献3中记载有一种氮化物系化合物半导体元件。氮化物系化合物半导体元件中使用的基板，由穿透位错密度为3 X IO6CnT2以下的氮化物系化合物半导体构成，穿透位错密度在面内大致均匀。
[0006]专利文献4中记载有一种氮化物系半导体激光器元件。氮化物系半导体激光器元件中，如下所述形成解理面。对于以自半导体激光器元件层到达η型GaN基板的方式通过蚀刻加工形成的凹部，避开η型GaN基板的谐振器面的蚀刻加工时所形成的凸部，同时使用激光刻划器在与隆隆脊部的延伸方向正交的方向以虚线状(约40 μ m的间隔)形成刻划槽。而且，对晶圆在刻划槽的位置进行解理。此时，凸部等未形成刻划槽的区域以相邻的刻划槽为起点而被解理。结果，元件分离面分别形成为由η型GaN基板的(0001)面构成的解理面。
[0007]专利文献5中记载有一种发光元件。根据发光元件，容易实现长波长的发光，而无损在发光层的发光效率。
[0008]非专利文献I中记载有一种半导体激光器，其在半极性(10-1-1)面上，将波导路设于倾斜方向，而利用反应性离子蚀刻法形成镜面。
[0009]在先技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本专利特开2001-230497号公报
[0012]专利文献2:日本专利特开2005-353690号公报
[0013]专利文献3:日本专利特开2007-184353号公报
[0014]专利文献4:日本专利特开2009-081336号公报
[0015]专利文献5:日本专利特开2008-235804号公报
[0016]非专利文献[0017]非专利文献I:Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46Νο.19 (2007) L444
【发明内容】
[0018]发明要解决的问题
[0019]根据氮化镓系半导体的能带构造，存在若干能实现激光振荡的跃迁。根据发明人的观点，认为在使用c轴向m轴方向倾斜的半极性面的支撑基体的III族氮化物半导体激光器元件中，当使激光波导路沿由c轴及m轴所界定的面延伸时，可降低阈值电流。该激光波导路的方向下，其中的跃迁能量(导带能量与价带能量的差)最小的模式能实现激光振荡，当该模式的振荡能实现时，可降低阈值电流。
[0020]然而，该激光波导路的方向下，因谐振镜的缘故，无法利用c面、a面或者m面等现有的解理面。因此，为了制作谐振镜，使用反应性离子蚀刻(Reactive 1n Etching, RIE)而形成半导体层的干式蚀刻面。作为利用RIE法形成的谐振镜，期望在对于激光波导路的垂直性、干式蚀刻面的平坦性或者离子损伤等方面进行改善。而且，当前的技术水平下用于获得良好的干式蚀刻面的工艺条件的导出成为较大的负担。
[0021]在使用c面的III族氮化物半导体激光器元件的制作中，当利用现有的解理面形成谐振镜时，在外延面侧的薄膜上形成刻划槽，并且通过刮刀对基板的背面的挤压而制作解理面。据发明人所知，目前为止，在形成于上述半极性面上的III族氮化物半导体激光器元件中，在C轴的倾斜方向(OFF方向)延伸的激光波导路及不使用干式蚀刻而形成的谐振镜用端面这两者均未实现。
[0022]然而，在c轴的倾斜方向(OFF方向)延伸的激光波导路的方向下，无法利用现有的解理面制作谐振镜。根据发明人的观点，在使用c轴向m轴方向倾斜的半极性面的基板的III族氮化物半导体激光器元件中，可将与解理面不同的端面用作谐振镜。然而，根据发明人的实验，在因谐振镜的缘因此使用与解理面不同的端面的半导体激光器中，用于半导体激光器的波导路的方向与c轴的倾斜方向的偏移会大大影响半导体激光器的振荡特性。本申请的 申请人:进行了与包含用于光谐振器的切断面的III族氮化物半导体激光器元件相关的专利申请(日本专利特愿2009-144442号)。
[0023]本发明的目的在于提供一种III族氮化物半导体激光器元件以及制作该III族氮化物半导体激光器元件的方法，该III族氮化物半导体激光器元件在自六方晶系III族氮化物的C轴向m轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有能实现低阈值电流的激光谐振器且具有能提高振荡合格率的构造。进而，本发明的目的在于提供用于该III族氮化物半导体激光器元件的外延基板。
[0024]用于解决问题的手段
[0025]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件包括:(a)激光器构造体，其包括由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体、及设于上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域；及(b)电极，其设于上述激光器构造体的上述半导体区域上。上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的C轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系111族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述激光器构造体包括与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定的m-n面交叉的第I及第2切断面，该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器包含上述第I及第2切断面，上述激光器构造体包含第I及第2面，上述第I面为上述第2面的相反侧的面，上述第I及第2切断面自上述第I面的边缘延伸至上述第2面的边缘。
[0026]而且，该III族氮化物半导体激光器元件中，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，上述激光器构造体包含在上述支撑基体的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向延伸，该波导路向量朝向自上述第I及第2切断面的一方指向另一方的方向，表示上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴方向的c轴向量，包括与上述半极性主面平行的投影分量、及与上述法线轴平行的垂直分量，上述波导路向量与上述投影分量所成的偏移角可在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
[0027]或者，该III族氮化物半导体激光器元件中，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，上述激光器构造体包含在上述支撑基体的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向延伸，该波导路向量朝向自上述第I及第2切断面的一方指向另一方的方向，上述激光器构造体在由水银灯的光激发所得的荧光显微镜像中，示出在预定轴的方向延伸的条状发光像，上述波导路向量与正交于上述预定轴的正交方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
[0028]根据该III族氮化物半导体激光器元件，成为激光谐振器的第I及第2切断面，与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴所界定的m-n面交叉，因此，可设置在m_n面与半极性面的交叉线的方向延伸的激光波导路。因此，可提供具有能实现低阈值电流的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器元件。
[0029]该III族氮化物半导体激光器元件中，在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
[0030]该III族氮化物半导体激光器元件中，当偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围时，振荡合格率提高。而且，当偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围时，阈值偏差提闻。
[0031]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，更优选，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的C轴所成的角度在63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围。
[0032]该III族氮化物半导体激光器元件中，在63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围内，通过挤压而形成的端面获得接近垂直于基板主面的面的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
[0033]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体的厚度优选400 μ m以下。该III族氮化物半导体激光器元件中，适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。
[0034]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体的厚度更优选50 μ m以上100 μ m以下。若厚度为50 μ m以上，则操作变得容易，生产合格率提高。若为IOOym以下，则更适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。
[0035]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，来自上述活性层的激光向上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向偏光。该III族氮化物半导体激光器元件中，能实现低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。
[0036]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，该III族氮化物半导体激光器元件的LED模式下的光包含上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上的偏光分量I1、及将上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向上的偏光分量12，上述偏光分量Il大于上述偏光分量12。根据该III族氮化物半导体激光器元件，使用激光器谐振器可激光振荡LED模式下发光强度较大的模式的光。
[0037]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述半极性主面优选{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10+1}面中的任一个。
[0038]根据该III族氮化物半导体激光器元件，这些典型的半极性面上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第I及第2端面。
[0039]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，作为上述半极性主面，自{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10_1_1}面中的任一半极性面向m面方向具有-4度以上+4度以下的范围的微倾斜的面也适于作为上述主面。
[0040]根据该III族氮化物半导体激光器元件，在自这些典型的半极性面的微倾斜面上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第I及第2端面。
[0041]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体的堆垛层错密度优选I X IO4CnT1以下。
[0042]根据该III族氮化物半导体激光器元件，堆垛层错密度为IXlO4cnT1以下，因此，因偶发事件而损坏切断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。
[0043]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体可由GaN、AlGaN、AIN、InGaN 及 InAlGaN 中的任一个构成。
[0044]根据该III族氮化物半导体激光器元件，当使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作谐振器的第I及第2端面。当使用AlN基板或者AlGaN基板时，可增大偏光度，且通过低折射率可强化光束缚。当使用InGaN基板时，可减小基板与发光层的晶格失配率，从而可提闻结晶品质。
[0045]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，可还包含设于上述第I及第2切断面中的至少任一面上的电介质多层膜。
[0046]该III族氮化物半导体激光器元件中，可对断裂面也适用端面涂布。通过端面涂布,可调整反射率。
[0047]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述活性层可包含以发出波长为360nm以上600nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。该III族氮化物半导体激光器元件，通过利用半极性面，可获得有效利用了 LED模式的偏光的III族氮化物半导体激光器元件，从而可获得低阈值电流。[0048]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，更优选，上述活性层包含以发出波长为430nm以上550nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。该III族氮化物半导体激光器元件，通过利用半极性面，可减小压电电场且提高发光层区域的结晶质量，从而可提高量子效率，适于产生波长430nm以上550nm以下的光。
[0049]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述第I及第2切断面各自显现上述支撑基体的端面及上述半导体区域的端面，上述半导体区域的上述活性层的端面与正交于由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的m轴的基准面所成的角度，在由上述III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的第I平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。
[0050]该III族氮化物半导体激光器元件具有关于自c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度而满足上述垂直性的端面。
[0051]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，优选，上述角度在与上述第I平面及上述法线轴正交的第2平面中在-5度以上+5度以下的范围。
[0052]该III族氮化物半导体激光器元件具有关于与半极性面的法线轴垂直的面上所界定的角度而满足上述垂直性的端面。
[0053]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述电极在预定轴方向延伸，上述第I及第2切断面与上述预定轴交叉。
[0054]本发明的另一个方式涉及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法。该方法包括如下步骤:(a)准备由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的基板；(b)形成具有激光器构造体、阳极电极及阴极电极的基板产物，该激光器构造体包含形成于上述半极性主面上的半导体区域及上述基板；(C)在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向，对上述基板产物的第I面局部地进行刻划；以及(d)通过对上述基板产物的第2面的挤压而进行上述基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条。上述第I面为上述第2面的相反侧的面，上述半导体区域位于上述第I面与上述基板之间，上述激光条具有自上述第I面延伸至上述第2面且通过上述分离而形成的第I及第2端面，上述第I及第2端面构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器，上述阳极电极及阴极电极形成于上述激光器构造体上，上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述第I及第2端面与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定的m-n面交叉。上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，上述激光器构造体包含在上述基板的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向延伸，该波导路向量朝向自上述第I及第2切断面的一方指向另一方的方向,表不上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴方向的c轴向量，包括与上述半极性主面平行的投影分量、及与上述法线轴平行的垂直分量，上述波导路向量与上述投影分量所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围，上述基板产物的上述半导体区域包含表示上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的标记，上述基板产物包含延伸在上述基板的上述半极性主面上的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向延伸，该波导路向量朝向自上述第I及第2切断面的一方指向另一方的方向，在形成上述基板产物的步骤中，上述激光波导路的方向以上述标记为基准而决定。
[0055]根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向刻划基板产物的第I面之后，通过对基板产物的第2面的挤压而进行基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条。因此，以与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴所界定的m-n面交叉的方式，在激光条形成第I及第2端面。通过该端面形成，可对第I及第2端面提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的谐振镜面。而且，该方法中，激光波导路在六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方向延伸，不使用干式蚀刻面而形成能提供该激光波导路的谐振镜端面。
[0056]该方法中，在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，无法获得所需的平坦性及垂直性。
[0057]该方法中，当偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围时，振荡合格率提高。而且，当偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围时，阈值偏差提高。
[0058]本发明的另一个方式的方法中，在形成上述基板产物的上述步骤中，上述基板可经切片或研削加工以使上述基板的厚度成为400 μ m以下，上述第2面可为通过上述加工所形成的加工面。或者，可为包含形成于上述加工面上的电极的面。
[0059]本发明的另一个方式的方法中，在形成上述基板产物的上述步骤中，上述基板经研磨以使上述基板的厚度成为50 μ m以上100 μ m以下，上述第2面可为通过上述研磨而形成的研磨面。或者，可为包含形成于上述研磨面上的电极的面。
[0060]具有这种厚度的基板上，能以良好的合格率形成具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的第I及第2端面。
[0061]本发明的另一个方式的方法中，优选，上述角度ALPHA在63度以上80度以下及100度以上117度以下的范围。在小于63度及超过117度的角度内，在通过挤压而形成的端面的一部分可能会出现m面。而且，在超过80度且小于100度的角度内，无法获得所需的平坦性及垂直性。
[0062]本发明的另一个方式的方法中，优选，上述半极性主面为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一个。
[0063]这些典型的半极性面上，也可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的第I及第2端面。
[0064]本发明的另一个方式的方法中，作为上述半极性主面，自{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一半极性面向m面方向具有-4度以上+4度以下的范围的微倾斜的面也适于作为上述主面。
[0065]在自这些典型的半极性面的微倾斜面上，也可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的第I及第2端面。[0066]本发明的另一个方式的方法中，上述刻划使用激光刻划器进行，通过上述刻划而形成刻划槽，上述刻划槽的长度比由上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴及上述法线轴所界定的a-n面与上述第I面的交叉线的长度更短。
[0067]根据该方法，通过基板产物的切断，形成另一基板产物及激光条。该切断使用比激光条的切断线更短的刻划槽而产生。
[0068]本发明的另一个方式的方法中，上述第I及第2端面各自的上述活性层的端面，可相对于与由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的m轴正交的基准面，在由上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。
[0069]根据该方法，可形成关于自c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度而具有上述垂直性的端面。
[0070]本发明的另一个方式的方法中，上述基板可由GaN、AIN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。根据该方法，当使用由氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作谐振器的第I及第2端面。
[0071]本发明的另一个方式的方法中，上述基板中可包含表示上述六方晶系III族氮化物半导体的a面的定向平面，上述标记可包含上述定向平面。而且，本发明的方法中，上述基板可包含上述六方晶系III族氮化物半导体的a面的解理面，上述标记可包含上述解理面。进而，本发明的方法中，在形成上述基板产物的步骤中，将激光照射至上述基板产物，形成在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上排列的激光标记，上述标记可包含上述激光标记的排列。本发明的方法中，上述激光器构造体可在由水银灯的光激发所得的荧光显微镜像中示出在预定轴的方向延伸的条状发光像，上述激光标记的排列方向以上述条状发光像的上述预定轴的方向为基准而决定，上述波导路向量与正交于上述预定轴的正交方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
[0072]本发明的又一个方式涉及用于III族氮化物半导体激光器元件的外延基板。该外延基板包括:(a)基板，其具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面；以及(b)半导体积层，其设于上述基板的上述半极性主面上。上述半导体积层包含用于激光器构造体的半导体区域，上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系111族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，上述半导体积层包含沿表示上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的基准轴延伸的构造物。
[0073]该外延基板适用于包含激光条纹的III族氮化物半导体激光器元件，该激光条纹沿由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴所界定的m-n面的方向。而且，该外延基板上，法线轴与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围。然而，半导体积层包含沿基准轴延伸的带状的构造物，该基准轴表示六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向，因此该构造物可对使用该外延基板制作的III族氮化物半导体激光器元件，提供用于激光条纹的定向或激光腔的定向的基准
己 O
[0074]本发明的又一个方式中，优选，上述构造物在上述a轴方向具有230 μ m以上的长度。根据该外延基板，长度为230 μ m以上的构造物，适于III族氮化物半导体激光器元件的制作时的掩模对准。
[0075]本发明的又一个方式中，上述构造物可在上述半导体积层的上表面具有在上述a轴方向延伸的表面形态。根据该外延基板，构造物为外延基板的外延面的表面形态，因此，通过观察外延基板的外观，可确定构造物的位置。
[0076]本发明的又一个方式中，上述构造物可包含上述半导体积层的上表面上的凹陷。根据该外延基板，构造物含有凹陷，因此可通过紫外线~可见光~红外线等所产生的反射像或透射层而找出凹陷的位置。
[0077]本发明的又一个方式中，上述构造物可设于到达上述半导体积层的上表面的堆垛层错的位置。根据该外延基板，构造物形成于到达半导体积层的上表面的堆垛层错的位置上，因此结晶学上的信息反映到构造物的形状及方向等。
[0078]本发明的又一个方式中，优选，上述构造物相对于上述a轴方向形成-0.5度以上及+0.5度以下的范围的偏移角。进而，本发明的又一个方式中，更优选，上述构造物相对于上述a轴方向形成-0.3度以上及+0.3度以下的范围的偏移角。根据该外延基板，例如上述堆垛层错具有上述角度范围程度的偏差。
[0079]本发明的又一个方式中，上述构造物可包含在由水银灯激发的发光像中被观察为暗区域的缺陷区域。根据该 外延基板，缺陷区域为结晶生长的缺陷，因此，结晶学上的信息反映到构造物的形状及方向等上。而且，本发明的又一个方式中，上述暗区域具有可通过摄氏800度以上的高温下的热处理而扩大的特征。
[0080]本发明的又一个方式中，优选，上述发光像中的暗区域的长边在上述基准轴方向延伸，上述长边具有230 μ m以上的长度。根据该外延基板，长度为230 μ m以上的构造物适于III族氮化物半导体激光器元件的制作时的掩模对准。
[0081]本发明的又一个方式中，优选，上述长边与上述a轴方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。进而，本发明的又一个方式中，更优选，上述长边与上述a轴方向所成的偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围。根据该外延基板，上述暗区域具有上述角度范围程度的偏差。
[0082]本发明的又一个方式中，上述暗区域可包含设于上述活性层的结晶缺陷。根据该外延基板，因生长温度或量子阱构造，活性层容易导入有结晶缺陷，但可将该结晶缺陷用于进行掩模对准。
[0083]本发明的又一个方式中，与上述a轴正交的平面的剖面形状，在上述结晶缺陷的至少一部分可为六边形。根据该外延基板，因生长温度或量子阱构造，活性层容易导入有结晶缺陷，但该结晶缺陷的形状反映出结晶学上的信息。
[0084]本发明的另一个方式涉及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法。该方法包括如下步骤:(a)准备上述外延基板；(b)使用上述外延基板，形成具有阳极电极及阴极电极的基板产物；(C)在上述基板产物上形成以上述构造物为基准界定了方向的刻划标记；及(d)通过上述基板产物的挤压而进行上述基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条。上述激光条具有通过上述分离而形成的第I及第2端面，上述第I及第2端面构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器，上述基板产物包括激光器构造体，该激光器构造体包括具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面的上述基板、及形成于上述半极性主面上的半导体区域，上述阳极电极及阴极电极形成于上述激光器构造体上，上述第I及第2端面与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定的m-n面交叉。
[0085]根据该方法，法线轴与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成角度虽为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，但可在基板产物上形成刻划标记，其以制作外延基板时在外延区域形成的构造物为基准而界定方向。
[0086]本发明的另一个方式的方法中，形成上述基板产物的步骤包含形成覆盖上述激光器构造体的上述半导体区域的绝缘膜的步骤，在上述绝缘膜上形成有以上述构造物为基准而界定方向的条纹形状的开口，上述阳极电极及阴极电极中的任一方可经由上述绝缘膜的上述开口而与上述激光器构造体接触。根据该方法，可在绝缘膜上形成以外延基板中的构造物为基准而界定方向的条纹形状的开口。
[0087]本发明的另一个方式的方法中，上述激光器构造体的上述半导体区域具有隆脊构造，上述隆脊构造具有条纹形状，形成上述隆脊构造时，上述隆脊构造的条纹形状的方向可以上述构造物为基准而界定。根据该方法，可形成以外延基板中的构造物为基准而界定方向的隆脊构造。
[0088]本发明的又一个方式中，III族氮化物半导体外延基板包括(a)激光器构造体，其包含由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体、及设于上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域。上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，且在外延基板内具有平行于a轴方向而伸展的表面形态。该外延基板上，上述表面形态优选，在a轴方向具有230 μ m以上的长度。该外延基板上，优选，上述表面形态与a轴方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。该外延基板上，优选，上述表面形态与a轴方向所成的偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围。该外延基板上，优选，在自a轴方向观察剖面时上述表面形态为凹陷。
[0089]本发明的又一个方式中，III族氮化物半导体外延基板包括(a)激光器构造体，其包含由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体、及设于上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域。上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，在水银灯激发所得的发光像中，观察到关于c轴而线对称的三角形或者五边形的暗区域。该外延基板上，上述发光像中的暗区域的长边在a轴方向伸展，且在a轴方向具有230 μ m以上的长度。该外延基板上，上述长边与a轴方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。该外延基板上，上述长边与a轴方向所成的偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围。该外延基板上，上述暗区域中，自a轴方向观察剖面时，在阱层的结晶构造的一部分可观察为六边形。该外延基板上，当在摄氏800度以上的高温实施热处理时，上述暗区域扩大。
[0090]本发明的上述目的及其它目的、特征以及优点，可根据参照【专利附图】
【附图说明】的本发明的优选实施方式的以下详细描述而容易地了解。
[0091]发明效果
[0092]如以上所说明，根据本发明，可提供一种III族氮化物半导体激光器元件，其在六方晶系III族氮化物的C轴向m轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有能实现低阈值电流的激光谐振器并且具有能提高振荡合格率的构造。而且，根据本发明，可提供制作该III族氮化物半导体激光器元件的方法。进而，根据本发明，可提供用于上述III族氮化物半导体激光器元件的外延基板。
【专利附图】
【附图说明】
[0093]图1是概略性地表示本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的构造的图。
[0094]图2是表示III族氮化物半导体激光器元件中的活性层的能带构造的图。
[0095]图3是表示III族氮化物半导体激光器元件的活性层的发光的偏光的图。
[0096]图4是表示III族氮化物半导体激光器元件的端面与活性层的m面的关系的图。
[0097]图5是表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法的主要步骤的步骤流程图。
[0098]图6是示意性地表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法的主要步骤的图。
[0099]图7是表示晶格中的{20-21}面、以及谐振器端面的扫描型电子显微镜像的图。
[0100]图8是表示实施例1中所示的激光二极管的构造的图。
[0101]图9是表示求得的偏光度P与阈值电流密度的关系的图。
[0102]图10是表示GaN基板的c轴向m轴方向的倾斜角与振荡合格率的关系的图。
[0103]图11是表示堆垛层错密度与振荡合格率的关系的图。
[0104]图12是表不基板厚度与振荡合格率的关系的图。
[0105]图13是表示(20-21)面与其他面取向(指数)所成角度的图。
[0106]图14是示意性地表示增益导引激光器的构造的图。
[0107]图15是示意性地表示具有隆脊构造的折射率导引激光器的构造的图。
[0108]图16是表示示出基板产物的外延面上的阳极电极附近的区域的Nomarski微分干涉显微镜像、由水银灯所激发的发光像、以及条状发光层与激光波导路的延伸方向的偏移的图。
[0109]图17是表示刻意地具有较大偏移角的半导体激光器的上表面图。[0110]图18是表示激光波导路的方向与c轴投影分量的方向的偏移角度、和垂直于波导路的理想端面与实际的端面所成的偏移角度间的关系的图。
[0111]图19是表示激光波导路的方向与c轴投影分量(将c轴投影至基板主面的方向)的偏移角度和振荡合格率的关系、以及激光波导路与c轴投影分量的偏移角度和阈值电流密度的偏差的关系的图。
[0112]图20是表示(20-21)面、(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的图。
[0113]图21是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的图。
[0114]图22是表示(20-21)面、(-101-8)面及(-1018)面的原子配置的图。
[0115]图23是表示具有定向平面的基板的构造的图。
[0116]图24是表不尝试a面解理的晶圆的平面图。
[0117]图25是表示外延最表面的Nomarski微分干涉显微镜像的图。
[0118]图26是表示图25中的箭头所示的区块内的区域的剖面的透射电子显微镜像的图。
[0119]图27是示意性地表示氮化镓系半导体中的堆垛层错SF与外延表面的缺陷G的图。
[0120]图28是针对图26所示的区域BOX表示高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)像的图。
[0121]图29是表示使用水银灯激发所得的外延基板的荧光像的图。
[0122]符号说明
[0123]11 III族氮化物半导体激光器元件
[0124]13激光器构造体
[0125]13a 第 I 面
[0126]13b 第 2 面
[0127]13c、13d 边缘
[0128]15 电极
[0129]17支撑基体
[0130]17a半极性主面
[0131]17b支撑基体背面
[0132]17c支撑基体端面
[0133]19半导体区域
[0134]19a半导体区域表面
[0135]19c半导体区域端面
[0136]21第I包覆层
[0137]23第2包覆层
[0138]25活性层
[0139]25a 阱层
[0140]25b势垒层
[0141]27,29 切断面
[0142]ALPHA 角度[0143]Scc 面
[0144]NX法线轴
[0145]31绝缘膜
[0146]31a绝缘膜开口
[0147]35n侧导光层
[0148]37P侧导光层
[0149]39载流子阻挡层
[0150]41电极
[0151]43a、43b电介质多层膜
[0152]MAm轴向量
[0153]BETA 角度
[0154]DSUB支撑基体厚度
[0155]51基板
[0156]51a半极性主面
[0157]SP基板产物
[0158]57氮化镓系半导体区域
[0159]59发光层
[0160]61氮化镓系半导体区域
[0161]53半导体区域
[0162]54绝缘膜
[0163]54a绝缘膜开口
[0164]55激光器构造体
[0165]58a阳极电极
[0166]58b阴极电极
[0167]63a第 I 面
[0168]63b第 2 面
[0169]IOa激光刻划器
[0170]65a刻划槽
[0171]65b刻划槽
[0172]LB激光束
[0173]SPl基板产物
[0174]LBl激光条
[0175]69刮刀
[0176]69a边缘
[0177]69b、69c 刮刀面
[0178]71支撑装置
[0179]71a支撑面
[0180]71b凹部【具体实施方式】
[0181]本发明的观点可通过参照作为例示所示的附图且考虑到以下的详细描述而容易地理解。接着，参照附图，对本发明的III族氮化物半导体激光器元件及制作111族氮化物半导体激光器元件的方法的实施方式进行说明。可能的情况下，对于相同的部分标注相同的符号。
[0182]图1是概略性地表示本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的构造的图。III族氮化物半导体激光器元件11具有增益导引型的构造，但本发明的实施方式并不限于增益导引型的构造。III族氮化物半导体激光器元件11包含激光器构造体13及电极15。激光器构造体13包含支撑基体17及半导体区域19。支撑基体17由六方晶系III族氮化物半导体构成，且具有半极性主面17a及背面17b。半导体区域19设置于支撑基体17的半极性主面17a上。电极15设置于激光器构造体13的半导体区域19上。半导体区域19包含第I包覆层21、第2包覆层23、及活性层25。第I包覆层21由第I导电型氮化镓系半导体构成，例如由η型AlGaN、n型InAlGaN等构成。第2包覆层23由第2导电型氮化镓系半导体构成，例如由P型AlGaN、P型InAlGaN等构成。活性层25设于第I包覆层21与第2包覆层23之间。活性层25包含氮化镓系半导体层，该氮化镓系半导体层例如为阱层25a。活性层25包括由氮化镓系半导体构成的势垒层25b，阱层25a及势垒层25b交替排列。阱层25a由例如InGaN等构成，势垒层25b由例如GaN、InGaN等构成。活性层25可包含以发出波长为360nm以上600nm以下的光的方式而设的量子阱构造。通过利用半极性面，适于产生波长为430nm以上550nm以下的光。第I包覆层21、第2包覆层23及活性层25沿半极性主面17a的法线轴NX排列。III族氮化物半导体激光器元件11中，激光器构造体13包含与m-n面交叉的第I切断面27及第2切断面29，该m_n面由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX界定。
[0183]参照图1，描绘有直角坐标系S及结晶坐标系CR。法线轴NX朝向直角坐标系S的Z轴方向。半极性主面17a平行于由直角坐标系S的X轴及Y轴所界定的预定平面而延伸。图1中描绘有代表性的c面Sc。支撑基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于法线轴NX向六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以大于零度的角度ALPHA而倾斜。该c轴方向由c轴向量VC表示。c轴向量VC包含与半极性主面17a平行的投影分量VCP、及与法线轴NX平行的垂直分量VCN。
[0184]III族氮化物半导体激光器元件11还包括绝缘膜31。绝缘膜31覆盖激光器构造体13的半导体区域19的表面19a，半导体区域19位于绝缘膜31与支撑基体17之间。支撑基体17由六方晶系III族氮化物半导体构成。绝缘膜31具有开口 31a，开口 31a在半导体区域19的表面19a与上述m-n面的交叉线LIX的方向延伸，例如形成为条纹形状。电极15经由开口 31a而与半导体区域19的表面19a(例如第2导电型的接触层33)接触，且在上述交叉线LIX的方向延伸。III族氮化物半导体激光器元件11中，激光波导路包含第I包覆层21、第2包覆层23及活性层25，而且，在上述交叉线LIX的方向延伸。例如在增益导引型激光器中，绝缘膜31的开口 31a具有例如条纹形状，激光波导路的方向朝向该条纹开口的延伸方向。而且，隆脊型激光器中，激光器构造体13的半导体区域19具有隆脊构造，激光波导路的方向朝向该隆脊构造的延伸方向。波导路向量LGV表示激光波导路的方向。[0185]III族氮化物半导体激光器元件11中，第I切断面27及第2切断面29与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所界定的m-n面交叉。III族氮化物半导体激光器元件11的激光谐振器包含第I及第2切断面27、29，激光波导路自第I切断面27及第2切断面29中的一方向另一方延伸。激光器构造体13包含第I面13a及第2面13b，第I面13a为第2面13b的相反侧的面。第I及第2切断面27、29自第I面13a的边缘13c延伸至第2面13b的边缘13d。第I及第2切断面27、29与c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。
[0186]根据该III族氮化物半导体激光器元件11，构成激光谐振器的第I及第2切断面27、29与m-n面交叉。因此，可设置在m_n面与半极性面17a的交叉线的方向上延伸的激光波导路。因此，III族氮化物半导体激光器元件11具有能实现低阈值电流的激光谐振器。
[0187]该III族氮化物半导体激光器元件11中，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度ALPHA为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，激光器构造体13包含在支撑基体17的半极性主面17a上延伸的激光波导路。该激光波导路在波导路向量LGV的方向延伸，该波导路向量LGV朝向自第I及第2切断面27、29中的一方指向另一方的方向。表不六方晶系III族氮化物半导体的C轴方向的C轴向量VC,由与半极性主面17a平行的投影分量VCP、及与法线轴NX平行的垂直分量VCN界定。图1所示的波导路向量LGV与投影分量VCP所成的偏移角AV可处于-0.5度以上+0.5度以下的范围。
[0188]而且，该III族氮化物半导体激光器元件11中，激光器构造体13在由水银灯的光激发所得的荧光显微镜像中，表示出在预定轴方向延伸的条状发光像。波导路向量LGV与正交于预定轴PG的正交方向所成的偏移角处于-0.5度以上+0.5度以下的范围。换言之，波导路向量LGV与预定轴方向PG所成的偏移角处于-89.5度以上+90.5度以下的范围。
[0189]当上述偏移角AV在-0.5度以上+0.5度以下的范围时，振荡合格率提高。而且，当偏移角AV在-0.3度以上+0.3度以下的范围时，阈值偏差提高。
[0190]用于激光谐振器的端面的方向与激光波导路的方向的不匹配使得激光器特性下降。若c轴向量的投影分量VCP与波导路向量LGV之间存在偏移角度AV，则通过切断而制作的端面难以垂直于激光波导路。垂直性的下降使得激光器特性下降，或者使特性偏差增加。当表示激光波导路的方向的波导路向量LGV与c轴投影分量VCP的平行度提高时，可提高激光器特性且可降低特性偏差。例如，若偏移角AV在-0.5度以上+0.5度以下的范围，则可使振荡合格率为50%以上。而且，当偏移角AV为-0.3度以上+0.3度以下的范围时，可将阈值偏差改善至15%以下。
[0191]III族氮化物半导体激光器元件11包含η侧导光层35及ρ侧导光层37。η侧导光层35包含第I部分35a及第2部分35b，η侧导光层35例如由GaN、InGaN等构成。ρ侧导光层37包含第I部分37a及第2部分37b，ρ侧导光层37例如由GaN、InGaN等构成。载流子阻挡层39设置于例如第I部分37a与第2部分37b之间。在支撑基体17的背面17b设有另一电极41，电极41覆盖例如支撑基体17的背面17b。
[0192]图2是表示III族氮化物半导体激光器元件中的活性层的能带构造的图。图3是表示III族氮化物半导体激光器元件11的活性层25的发光的偏光的图。图4是示意性地表示由c轴及m轴所界定的剖面的图。参照图2的(a)部，在能带构造BAND的r点附近，导带与价带之间的可能的跃迁有3个。A能带及B能带具有比较小的能量差。导带与A能带的跃迁Ea而产生的发光向a轴方向偏光，导带与B能带的跃迁Eb而产生的发光向将c轴投影至主面的方向偏光。关于激光振荡，跃迁Ea的阈值小于跃迁Eb的阈值。
[0193]参照图2的(b)部，其表示III族氮化物半导体激光器元件11的LED模式下的光的光谱。LED模式下的光包含六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的偏光分量I1、及将六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向的偏光分量12，偏光分量Il大于偏光分量12。偏光度P由(11-12)/(11+12)界定。使用该III族氮化物半导体激光器元件11的激光谐振器，可激光振荡LED模式下发光强度较大的模式的光。
[0194]如图3所示，可还包括设置于第I及第2切断面27、29中的至少一方、或者两者上的电介质多层膜43a、43b。断裂面27、29均可适用端面涂布。通过端面涂布，可调整反射率。
[0195]如图3的(b)部所示，来自活性层25的激光L向六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向偏光。该III族氮化物半导体激光器元件11中，能实现低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。用于激光谐振器的第I及第2切断面27、29与c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。然而，第I及第2切断面27、29具有用于谐振器的、作为镜面的平坦性、垂直性。因此，使用第I以及第2切断面27、29及在这些切断面27、29间延伸的激光波导路，如图3的(b)部所示，利用跃迁Ea的发光可实现低阈值的激光振荡，该跃迁Ea的发光比向将c轴投影至主面的方向偏光的跃迁Eb的发光更强。
[0196]III族氮化物半导体激光器元件11中，第I及第2切断面27、29各自显现支撑基体17的端面17c及半导体区域19的端面19c，端面17c及端面19c被电介质多层膜43a覆盖。支撑基体17的端面17c及活性层25的端面25c的法线向量NA与活性层25的m轴向量MA所成角度BETA由分量(BETA)1及分量(BETA)2而界定，该分量(BETA)1W定在由III族氮化物半导体的c轴以及m轴所界定的第I平面SI上，该分量(BETA)2界定在与第I平面SI (图中参照为“SI”)以及法线轴NX正交的第2平面S2(图中参照为“S2”)上。分量(BETA)1优选，在由III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的第I平面SI中为(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围。该角度范围在图4中表示为代表性的m面Sm与参照面Fa所成的角度。为了便于理解，图4中，代表性的m面Sm自激光器构造体的内侧描绘至外侦U。参照面Fa沿活性层25的端面25c延伸。该III族氮化物半导体激光器元件11具有关于自c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度BETA而满足上述垂直性的端面。而且优选，分量(BETA)2在第2平面S2上为-0.5度以上+0.5度以下的范围，更优选为-0.3度以上+0.3度以下的范围。此处，BETA2 = (BETA)12+(BETA)22。此时，III族氮化物半导体激光器元件11的端面27、29关于与半极性面17a的法线轴NX垂直的面上所界定的角度满足上述垂直性。
[0197]再次参照图1，III族氮化物半导体激光器元件11中优选，支撑基体17的厚度DSUB为400 μ m以下。该III族氮化物半导体激光器兀件中，适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。III族氮化物半导体激光器元件11中更优选，支撑基体17的厚度DSUB为50 μ m以上100 μ m以下。该III族氮化物半导体激光器元件11中，更适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。而且，操作变得容易，从而可提高生产合格率。
[0198]III族氮化物半导体激光器元件11中，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的C轴所成角度ALPHA优选45度以上，且优选80度以下。而且，角度ALPHA优选100度以上，且优选135度以下。在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
[0199]III族氮化物半导体激光器元件11中，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度ALPHA更优选63度以上，且优选80度以下。而且，角度ALPHA优选100度以上，且优选117度以下。在小于63度及超过117度的角度内，在通过挤压而形成的端面的一部分可能会出现m面。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
[0200]半极性主面17a可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一个。进而，自这些面在-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也适于作为上述主面。这些典型的半极性面17a上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件11的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第I及第2端面27、29。而且，在跨及这些典型的面取向的角度的范围内，可获得表现充分的平坦性及垂直性的端面。
[0201]III族氮化物半导体激光器元件11中，支撑基体17的堆垛层错密度可为
IX IO4CnT1以下。因堆垛层错密度为I X IO4CnT1以下，因此，因偶发事件而损坏切断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。而且，支撑基体17可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。当使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作谐振器的端面27、29。当使用AlN或者AlGaN基板时，可增大偏光度，且通过低折射率可强化光束缚。当使用InGaN基板时，可减小基板与发光层的晶格失配率，从而可提闻结晶品质。
[0202]图5是表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法的主要步骤的图。参照图6的(a)部，其表示基板51。步骤SlOl中，准备用于制作III族氮化物半导体激光器元件的基板51。基板51的六方晶系III族氮化物半导体的c轴(向量VC)，相对于法线轴NX向六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向(向量VM)以有限的角度ALPHA倾斜。因此，基板51具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面51a。
[0203]步骤S102中，形成基板产物SP。图6的(a)部中，基板产物SP描绘成大致圆板形的构件，但基板产物SP的形状并不限定于此。为了获得基板产物SP，首先，在步骤S103中形成激光器构造体55。激光器构造体55包含半导体区域53以及基板51，步骤S103中，半导体区域53形成于半极性主面51a上。为了形成半导体区域53，在半极性主面51a上依序生长第I导电型氮化镓系半导体区域57、发光层59、以及第2导电型氮化镓系半导体区域61。氮化镓系半导体区域57可包含例如η型包覆层，氮化镓系半导体区域61可包含例如P型包覆层。发光层59设于氮化镓系半导体区域57与氮化镓系半导体区域61之间，可包含活性层、导光层及电子阻挡层等。氮化镓系半导体区域57、发光层59、及第2导电型氮化镓系半导体区域61沿半极性主面51a的法线轴NX排列。这些半导体层被外延生长。
[0204]基板产物SP包含表不六方晶系III族氮化物半导体的m轴或者a轴方向的标记。作为该标记，可使用例如GaN基板的定向平面(记作“OF”, Orientation Flat)。在形成基板产物SP的步骤中，在半导体区域53形成于半极性主面51a上之后，必要的情形时，可在包含半导体区域53的外延基板上，使用激光标记器形成表示a轴方向或者m轴方向的激光标记的排列(例如通过激光束的照射而形成的槽的列)。激光标记的排列优选，例如平行于晶圆的OF而形成。该定向平面的方向表示a轴方向或者m轴方向。激光标记的排列用作对准标记。在之后的使用掩模对准器的光刻工艺中，有助于使波导路条纹与OF高精度地平行。
[0205]半导体区域53上被绝缘膜54覆盖。绝缘膜54由例如硅氧化物构成。绝缘膜54具有开口 54a。开口 54a形成为例如条纹形状。开口 54a在例如使用了激光标记的排列的光刻工艺中形成。而且，当在外延基板的半导体区域53形成用于半导体激光器的隆脊构造时，可在使用了对于激光标记的排列的对准的光刻工艺中形成用于隆脊构造的掩模。形成基板产物SP时，激光波导路的方向(波导路向量LGV的方向)以上述标记为基准而决定。例如，绝缘膜54的开口 54a的延伸方向及隆脊构造的延伸方向经由以标记为基准的光刻法而决定。该延伸方向与波导路向量的方向一致。
[0206]步骤S104中，使用标记形成隆脊构造及/或者电极(及条纹孔)。例如，在激光器构造体55上形成阳极电极58a及阴极电极58b。而且，在基板51的背面形成电极之前，对结晶生长中所使用的基板的背面进行研磨，形成具有所需的厚度DSUB的基板产物SP。形成电极时，例如使阳极电极58a形成于半导体区域53上，且使阴极电极58b形成于基板51的背面(研磨面)51b上。阳极电极58a在X轴方向延伸，阴极电极58b覆盖整个背面51b。通过这些步骤，形成基板产物SP。基板产物SP包含第I面63a、及位于其相反侧的第2面63bο半导体区域53位于第I面63a与基板51之间。
[0207]步骤S105中，如图6的(b)部所示，对基板产物SP的第I面63a进行刻划。该刻划使用激光刻划器IOa进行。通过刻划，形成刻划槽65a。图6的(b)部中，已形成有5个刻划槽，使用激光束LB形成刻划槽65b。刻划槽65a的长度，比由六方晶系III族氮化物半导体的a轴及法线轴NX所界定的a-n面与第I面63a的交叉线AIS的长度更短，对交叉线AIS的一部分照射激光束LB。通过激光束LB的照射，在第I面63a上形成在特定的方向延伸且到达半导体区域的槽。刻划槽65a可形成于例如基板产物SP的一个边缘。
[0208]步骤S106中，如图6的(C)部所示，通过对基板产物SP的第2面63b的挤压而进行基板产物SP的分离，形成基板产物SPl及激光条LBl。挤压使用例如刮刀69等致断装置进行。刮刀69包括向一个方向延伸的边缘69a、及界定边缘69a的至少2个刮刀面69b、69c。而且，基板产物SPl的挤压在支撑装置70上进行。支撑装置70包含支撑面70a及凹部70b，凹部70b在一个方向延伸。凹部70b形成于支撑面70a上。使基板产物SPl的刻划槽65a的方向及位置与支撑装置70的凹部70b的延伸方向一致，而将基板产物SPl定位于支撑装置70上的凹部70b。使致断装置的边缘的方向与凹部70b的延伸方向一致，而自与第2面63b交叉的方向将致断装置的边缘抵压于基板产物SP1。交叉方向优选与第2面63b大致垂直的方向。由此进行基板产物SP的分离，形成基板产物SPl及激光条LBl。通过抵压，形成具有第I及第2端面67a、67b的激光条LB1，这些端面67a、67b上，至少发光层的一部分具有可适用于半导体激光器的谐振镜的程度的垂直性及平坦性。
[0209]所形成的激光条LBl具有通过上述分离而形成的第I及第2端面67a、67b，端面67a、67b各自从第I面63a延伸至第2面63b。因此,端面67a、67b构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器，且与XZ面交叉。该XZ面与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所界定的m-n面相对应。
[0210]根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向对基板产物SP的第I面63a进行刻划之后，通过对基板产物SP的第2面63b的挤压而进行基板产物SP的分离，形成新的基板产物SPl及激光条LBl。因此，以与m-n面交叉的方式在激光条LBl上形成第I及第2端面67a、67b。通过该端面形成，可对第I及第2端面67a、67b提供能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性。
[0211]而且，该方法中，所形成的激光波导路在六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方向延伸。不使用干式蚀刻面，形成能提供该激光波导路的谐振镜端面。
[0212]根据该方法，通过基板产物SPl的切断，形成新的基板产物SPl及激光条LBl。步骤S107中，反复通过挤压而进行分离，从而制作多个激光条。该切断使用比激光条LBl的切断线BREAK短的刻划槽65a产生。
[0213]步骤S108中，在激光条LBl的端面67a、67b形成电介质多层膜，从而形成激光条产物。步骤S109中，将该激光条产物分离成各个半导体激光器的芯片。
[0214]本实施方式的制造方法中，角度ALPHA可在45度以上80度以下及100度以上135度以下的范围。在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。角度ALPHA更优选在63度以上80度以下及100度以上117度以下的范围。在小于45度及超过135度的角度内，在通过挤压而形成的端面的一部分可能会出现m面。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。半极性主面51a可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10+1}面中的任一个。进而，自这些面在-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面，也适于作为上述主面。在这些典型的半极性面上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性、且用于激光谐振器的端面。
[0215]而且，基板51可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。当使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作激光谐振器的端面。基板51优选由GaN构成。
[0216]在形成基板产物SP的步骤S104中，结晶生长中所使用的半导体基板经切片或研削加工而使基板厚度成为400 μ m以下，第2面63b可为通过研磨而形成的加工面。该基板厚度下，能以良好的合格率形成具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的端面67a、67b。第2面63b为通过研磨而形成的研磨面，若研磨后基板厚度为IOOym以下则更佳。而且，为了比较容易地对基板产物SP进行处理，基板厚度优选50 μ m以上。
[0217]本实施方式的激光器端面的制造方法中，在激光条LBl上也界定参照图3说明的角度BETA。在激光条LBl上，角度BETA的分量(BETA)1优选，在由III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的第I平面(与参照图3的说明中的第I平面SI相对应的面)中在(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围。激光条LBl的端面67a、67b，关于自c轴及m轴中的一方向另一方而获取的角度BETA的角度分量，满足上述垂直性。而且，角度BETA的分量(BETA)2优选，在第2平面(与图3所示的第2平面S2相对应的面)中在_5度以上+5度以下的范围。此时，激光条LBl的端面67a、67b，关于与半极性面51a的法线轴NX垂直的面中所界定的角度BETA的角度分量，满足上述垂直性。
[0218]端面67a、67b通过对半极性面51a上外延生长的多个氮化镓系半导体层的挤压产生的断裂而形成。由于是半极性面51a上的外延膜，因此端面67a、67b并不是目前为止用作谐振镜的c面、m面、或者a面等低面指数的解理面。然而，半极性面51a上的外延膜的积层的断裂中，端面67a、67b具有可适用作谐振镜的平坦性及垂直性。
[0219](实施例1)
[0220]如下所述，准备半极性面GaN基板，观察切断面的垂直性。基板使用自利用HVPE法较厚地生长的(OOOl)GaN结晶块向m轴方向以75度的角度切取的{20-21}面GaN基板。GaN基板的主面经过镜面精加工，背面经过研削加工后成为梨皮面状态。基板的厚度为370 μ m。
[0221]在梨皮面状态的背面侧，使用金刚石笔，与在将c轴投影至基板主面的方向垂直地施加划线之后，进行挤压而切断基板。为了观察所得的切断面的垂直性，使用扫描型电子显微镜自a面方向观察基板。
[0222]图7的(a)部为自a面方向观察切断面的扫描型电子显微镜像，右侧的端面为切断面。可知，切断面相对于半极性主面具有平坦性以及垂直性。
[0223](实施例2)
[0224]实施例1中可知，在具有半极性{20-21}面的GaN基板上与将c轴投影至基板主面的方向垂直地施加划线并进行挤压后所得的切断面，相对于基板主面具有平坦性以及垂直性。因此，为了调查该切断面作为激光器的谐振器的有用性，如下所述，利用有机金属气相生长法生长图8所示的激光二极管。原料使用三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)。准备基板71。在基板71上，自利用HVPE法较厚地生长的(OOOl)GaN结晶块向m轴方向以O度?90度的范围的角度而使用晶圆切片装置进行切取，制作具有c轴向m轴方向的倾斜角度ALPHA为O度?90度的范围的所需的倾斜角的GaN基板。例如，当以75度的角度切取时，可获得{20-21}面GaN基板，在图7的(b)部所示的六方晶系的晶格中由参照符号71a表示。
[0225]在生长之前，为了调查基板的堆垛层错密度，通过阴极发光法观察基板。阴极发光中，观察通过电子束所激发的载流子的发光过程，若存在堆垛层错，则因其附近的载流子会非发光再结合，从而可观察到暗线状。求出该暗线的单位长度的密度(线密度)，定义为堆垛层错密度。此处，为了调查堆垛层错密度，使用非破坏测定的阴极发光法，但也可使用破坏测定的透射型电子显微镜。透射型电子显微镜中，自a轴方向观察试样剖面时，自基板向m轴方向朝向试样表面延伸的缺陷为支撑基体中所含的堆垛层错，与阴极发光法的情形相同，可求出堆垛层错的线密度。
[0226]将该基板71配置在反应炉内的基座上之后，按照以下的生长顺序生长外延层。首先，生长厚度为IOOOnm的η型GaN层72。继而，在GaN层72上生长厚度为1200nm的η型InAlGaN包覆层73。接着，生长厚度为200nm的η型GaN导引层74a及厚度为65nm的无掺杂InGaN导引层74b，之后生长由厚度为15nm的GaN/厚度为3nm的InGaN而构成的3周期MQW75。然后，生长厚度为65nm的无掺杂InGaN导引层76a、厚度为20nm的p型AlGaN阻挡层77及厚度为200nm的P型GaN导引层76b。继而，生长厚度为400nm的p型InAlGaN包覆层77。最后，生长厚度为50nm的p型GaN接触层78。
[0227]将SiO2的绝缘膜79成膜在接触层78上之后，使用光刻法通过湿式蚀刻形成宽度为10 μ m的条纹孔。此处，以如下的2种方式形成条纹方向的接触孔。激光条纹为:(1)M方向(接触孔沿着由c轴及m轴所界定的预定面的方向)；以及(2)A方向:〈11-20>方向。[0228]形成条纹孔之后，蒸镀由Ni/Au构成的P侧电极80a及由Ti/Al构成的焊盘电极。继而，使用金刚石研磨液研磨GaN基板(GaN晶圆)的背面，而制作背面为镜面状态的基板产物。此时，使用接触式膜厚计测定基板产物的厚度。厚度的测定也可自试样剖面利用显微镜而进行。显微镜可使用光学显微镜、或扫描型电子显微镜。在GaN基板(GaN晶圆)的背面(研磨面)，通过蒸镀而形成由Ti/Al/Ti/Au构成的η侧电极80b。
[0229]针对这2种激光条纹制作谐振镜时，使用了采用波长为355nm的YAG激光的激光刻划器。当使用激光刻划器而断裂时，与使用金刚石刻划时相比，可提高振荡芯片合格率。作为刻划槽的形成条件，使用以下条件:激光输出为IOOmW ;扫描速度为5mm/s。所形成的刻划槽，例如是长度为30 μ m、宽度为10 μ m、深度为40 μ m的槽。以800 μ m的间距通过基板的绝缘膜开口部位对外延表面直接照射激光，由此形成刻划槽。设谐振器长度为600μπι。
[0230]使用刮刀，通过切断而制作谐振镜。在基板背侧通过挤压而使其断裂，由此制作激光条。更具体而言，针对{20-21}面的GaN基板表示结晶取向与切断面的关系的图为图7的(b)部及图7的(c)部。图7的(b)部表示激光条纹设于(I)M方向的情形，表示出半极性面71a以及用于激光谐振器的端面81a、81b。端面81a、81b与半极性面71a大致正交,但与现有的c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。图7的(c)部表示激光条纹设于
(2)〈11-20>方向的情形，表示出半极性面71a以及用于激光谐振器的端面81c、81d。端面81c、81d与半极性面71a大致正交，且由a面构成。
[0231]利用扫描型电子显微镜观察因断裂而形成的切断面可知，(I)以及(2)中均未观察到明显的凹凸。因此，可推断切断面的平坦性(凹凸的大小)为20nm以下。进而，切断面对于试样表面的垂直性为±5度的范围内。
[0232]在激光条的端面通过真空蒸镀法涂布电介质多层膜。电介质多层膜由SiO2与TiO2交替地积层而构成。膜厚分别在50?IOOnm的范围调整，并设计成反射率的中心波长位于500?530nm的范围。将一侧的反射面设计为10周期，将反射率的设计值设计为约95%，将另一侧的反射面设计为6周期，将反射率的设计值设为约80%。
[0233]在室温下通电而进行评估。电源使用脉宽为500ns、占空比为0.1%的脉冲电源，使探针落在表面电极而通电。进行光输出测定时，利用光电二极管检测出来自激光条端面的发光，调查电流-光输出特性(1-L特性)。测定发光波长时，使来自激光条端面的发光通过光纤，使用光谱分析仪作为检测器而进行光谱测定。调查偏光状态时，使来自激光条的发光通过偏光板而旋转，从而调查偏光状态。观测LED模式光时,将光纤配置在激光条表面侧，由此测定自表面放出的光。
[0234]在所有的激光器中确认振荡后的偏光状态后可知，向a轴方向偏光。振荡波长为500 ?530nm。
[0235]在所有的激光器中测定LED模式(自然放出光)的偏光状态。设a轴方向的偏光分量为I1、将m轴投影至主面的方向的偏光分量为12，将(11-12)/(11+12)定义为偏光度P。如此，调查求得的偏光度P与阈值电流密度的最小值的关系后，可获得图9。根据图9可知，当偏光度为正时，(I)激光条纹M方向的激光器中，阈值电流密度大幅下降。S卩，可知当偏光度为正(11>12)、且在倾斜方向设有波导路时，阈值电流密度大幅下降。
[0236]图9所示的数据如下。
[0237]
【权利要求】
1.一种外延基板，其用于III族氮化物半导体激光器元件，其包括: 基板，其具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面；以及 半导体积层，其设于上述基板的上述半极性主面上， 上述半导体积层包含用于激光器构造体的半导体区域， 上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层， 上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列， 上述活性层包含氮化镓系半导体层， 上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜， 上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度ALPHA为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围， 上述半导体积层包含沿表示上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的基准轴延伸的构造物。
2.如权利要求1所述的外延基板，其中，上述构造物在上述a轴方向具有230μ m以上的长度。
3.如权利要求1或2所述的外延基板，其中，上述构造物在上述半导体积层的上表面具有在上述a轴方向延伸的表面形态。
4.如权利要求1至3中任一项所述的外延基板，其中，上述构造物包含上述半导体积层的上表面上的凹陷。
5.如权利要求1至4中任一项所述的外延基板，其中，上述构造物设于到达上述半导体积层的上表面的堆垛层错的位置。
6.如权利要求1至5中任一项所述的外延基板，其中，上述构造物相对于上述a轴方向形成-0.5度以上及+0.5度以下的范围的偏移角。
7.如权利要求1至6中任一项所述的外延基板，其中，上述构造物相对于上述a轴方向形成-0.3度以上及+0.3度以下的范围的偏移角。
8.如权利要求1所述的外延基板，其中，上述构造物包含在由水银灯激发的发光像中被观察为暗区域的缺陷区域。
9.如权利要求8所述的外延基板，其中， 上述发光像中的暗区域的长边在上述基准轴的方向延伸， 上述长边具有230 μ m以上的长度。
10.如权利要求8或9所述的外延基板，其中，上述长边与上述a轴方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
11.如权利要求8至10中任一项所述的外延基板，其中，上述长边与上述a轴方向所成的偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围。
12.如权利要求8至11中任一项所述的外延基板，其中，上述暗区域包含设于上述活性层的结晶缺陷。
13.如权利要求8至12中任 一项所述的外延基板，其中，与上述a轴正交的平面上的剖面形状在上述结晶缺陷的至少一部分中为六边形。
14.如权利要求8至13中任一项所述的外延基板，其中，上述暗区域通过摄氏800度以上的温度的热处理而扩大。
15.一种制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其包括如下步骤: 准备权利要求1至13中任一项的外延基板； 使用上述外延基板，形成具有阳极电极及阴极电极的基板产物； 在上述基板产物上形成以上述外延基板的上述构造物为基准界定了方向的刻划标记；以及 通过上述基板产物的挤压而进行上述基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条， 上述激光条具有通过上述分离而 形成的第I及第2端面， 上述第I及第2端面构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器， 上述基板产物包括激光器构造体，该激光器构造体包括具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面的上述基板、及形成于上述半极性主面上的半导体区域， 上述阳极电极及阴极电极形成于上述激光器构造体上， 上述第I及第2端面与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定的m-n面交叉。
16.如权利要求15所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中， 形成上述基板产物的步骤，包含形成覆盖上述激光器构造体的上述半导体区域的绝缘膜的步骤， 在上述绝缘膜形成有条纹形状的开口， 形成上述开口时，上述开口的方向以上述构造物为基准而界定， 上述阳极电极及阴极电极中的任一方经由上述绝缘膜的上述开口而与上述激光器构造体接触。
17.如权利要求15或16所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中， 上述激光器构造体的上述半导体区域具有隆脊构造， 上述隆脊构造具有条纹形状， 形成上述隆脊构造时，上述隆脊构造的条纹形状的方向以上述构造物为基准而界定。
【文档编号】B82Y20/00GK103606817SQ201310545985
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2010年11月11日 优先权日:2009年12月25日
【发明者】善积祐介, 盐谷阳平, 京野孝史, 住友隆道, 嵯峨宣弘, 足立真宽, 住吉和英, 德山慎司, 高木慎平, 池上隆俊, 上野昌纪, 片山浩二 申请人:住友电气工业株式会社
【专利摘要】本发明提供一种外延基板及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法。III族氮化物半导体激光器元件在六方晶系III族氮化物的c轴向m轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有能实现低阈值电流的激光谐振器且具有能提高振荡合格率的构造。成为激光谐振器的第1及第2切断面(27、29)与m-n面交叉。III族氮化物半导体激光器元件(11)中，激光波导路在m-n面与半极性面(17a)的交叉线的方向延伸，因此可利用能实现低阈值电流的能带跃迁的发光。第1及第2切断面(27、29)自第1面(13a)的边缘(13c)延伸至第2面(13b)的边缘(13d)。切断面(27、29)并非通过干式蚀刻形成，且与c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。波导路向量(LGV)与投影分量(VCP)所成的偏移角(AV)可在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
【专利说明】外延基板及制作I 11族氮化物半导体激光器元件的方法
[0001]本申请是国际申请日为2010年11月11日、国际申请号为PCT/JP2010/070140、国家申请号为201080059063.4、发明名称为“III族氮化物半导体激光器元件、制作III族氮化物半导体激光器元件的方法及外延基板”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种III族氮化物半导体激光器元件、制作III族氮化物半导体激光器元件的方法及外延基板。
【背景技术】
[0003]专利文献I中记载有一种激光器装置。若将自{0001}面向与[1-100]方向等价的方向以28.1度倾斜的面作为基板的主面，则2次解理面成为与主面及光谐振器面这两者垂直的{11-20}面，激光器装置成为长方体状。
[0004]专利文献2中记载有一种氮化物半导体装置。对用于解理的基板的背面进行研磨，使总层厚薄膜化为100 μ m左右。将电介质多层膜堆积在解理面上。
[0005]专利文献3中记载有一种氮化物系化合物半导体元件。氮化物系化合物半导体元件中使用的基板，由穿透位错密度为3 X IO6CnT2以下的氮化物系化合物半导体构成，穿透位错密度在面内大致均匀。
[0006]专利文献4中记载有一种氮化物系半导体激光器元件。氮化物系半导体激光器元件中，如下所述形成解理面。对于以自半导体激光器元件层到达η型GaN基板的方式通过蚀刻加工形成的凹部，避开η型GaN基板的谐振器面的蚀刻加工时所形成的凸部，同时使用激光刻划器在与隆隆脊部的延伸方向正交的方向以虚线状(约40 μ m的间隔)形成刻划槽。而且，对晶圆在刻划槽的位置进行解理。此时，凸部等未形成刻划槽的区域以相邻的刻划槽为起点而被解理。结果，元件分离面分别形成为由η型GaN基板的(0001)面构成的解理面。
[0007]专利文献5中记载有一种发光元件。根据发光元件，容易实现长波长的发光，而无损在发光层的发光效率。
[0008]非专利文献I中记载有一种半导体激光器，其在半极性(10-1-1)面上，将波导路设于倾斜方向，而利用反应性离子蚀刻法形成镜面。
[0009]在先技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本专利特开2001-230497号公报
[0012]专利文献2:日本专利特开2005-353690号公报
[0013]专利文献3:日本专利特开2007-184353号公报
[0014]专利文献4:日本专利特开2009-081336号公报
[0015]专利文献5:日本专利特开2008-235804号公报
[0016]非专利文献[0017]非专利文献I:Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46Νο.19 (2007) L444
【发明内容】
[0018]发明要解决的问题
[0019]根据氮化镓系半导体的能带构造，存在若干能实现激光振荡的跃迁。根据发明人的观点，认为在使用c轴向m轴方向倾斜的半极性面的支撑基体的III族氮化物半导体激光器元件中，当使激光波导路沿由c轴及m轴所界定的面延伸时，可降低阈值电流。该激光波导路的方向下，其中的跃迁能量(导带能量与价带能量的差)最小的模式能实现激光振荡，当该模式的振荡能实现时，可降低阈值电流。
[0020]然而，该激光波导路的方向下，因谐振镜的缘故，无法利用c面、a面或者m面等现有的解理面。因此，为了制作谐振镜，使用反应性离子蚀刻(Reactive 1n Etching, RIE)而形成半导体层的干式蚀刻面。作为利用RIE法形成的谐振镜，期望在对于激光波导路的垂直性、干式蚀刻面的平坦性或者离子损伤等方面进行改善。而且，当前的技术水平下用于获得良好的干式蚀刻面的工艺条件的导出成为较大的负担。
[0021]在使用c面的III族氮化物半导体激光器元件的制作中，当利用现有的解理面形成谐振镜时，在外延面侧的薄膜上形成刻划槽，并且通过刮刀对基板的背面的挤压而制作解理面。据发明人所知，目前为止，在形成于上述半极性面上的III族氮化物半导体激光器元件中，在C轴的倾斜方向(OFF方向)延伸的激光波导路及不使用干式蚀刻而形成的谐振镜用端面这两者均未实现。
[0022]然而，在c轴的倾斜方向(OFF方向)延伸的激光波导路的方向下，无法利用现有的解理面制作谐振镜。根据发明人的观点，在使用c轴向m轴方向倾斜的半极性面的基板的III族氮化物半导体激光器元件中，可将与解理面不同的端面用作谐振镜。然而，根据发明人的实验，在因谐振镜的缘因此使用与解理面不同的端面的半导体激光器中，用于半导体激光器的波导路的方向与c轴的倾斜方向的偏移会大大影响半导体激光器的振荡特性。本申请的 申请人:进行了与包含用于光谐振器的切断面的III族氮化物半导体激光器元件相关的专利申请(日本专利特愿2009-144442号)。
[0023]本发明的目的在于提供一种III族氮化物半导体激光器元件以及制作该III族氮化物半导体激光器元件的方法，该III族氮化物半导体激光器元件在自六方晶系III族氮化物的C轴向m轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有能实现低阈值电流的激光谐振器且具有能提高振荡合格率的构造。进而，本发明的目的在于提供用于该III族氮化物半导体激光器元件的外延基板。
[0024]用于解决问题的手段
[0025]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件包括:(a)激光器构造体，其包括由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体、及设于上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域；及(b)电极，其设于上述激光器构造体的上述半导体区域上。上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的C轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系111族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述激光器构造体包括与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定的m-n面交叉的第I及第2切断面，该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器包含上述第I及第2切断面，上述激光器构造体包含第I及第2面，上述第I面为上述第2面的相反侧的面，上述第I及第2切断面自上述第I面的边缘延伸至上述第2面的边缘。
[0026]而且，该III族氮化物半导体激光器元件中，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，上述激光器构造体包含在上述支撑基体的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向延伸，该波导路向量朝向自上述第I及第2切断面的一方指向另一方的方向，表示上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴方向的c轴向量，包括与上述半极性主面平行的投影分量、及与上述法线轴平行的垂直分量，上述波导路向量与上述投影分量所成的偏移角可在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
[0027]或者，该III族氮化物半导体激光器元件中，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，上述激光器构造体包含在上述支撑基体的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向延伸，该波导路向量朝向自上述第I及第2切断面的一方指向另一方的方向，上述激光器构造体在由水银灯的光激发所得的荧光显微镜像中，示出在预定轴的方向延伸的条状发光像，上述波导路向量与正交于上述预定轴的正交方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
[0028]根据该III族氮化物半导体激光器元件，成为激光谐振器的第I及第2切断面，与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴所界定的m-n面交叉，因此，可设置在m_n面与半极性面的交叉线的方向延伸的激光波导路。因此，可提供具有能实现低阈值电流的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器元件。
[0029]该III族氮化物半导体激光器元件中，在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
[0030]该III族氮化物半导体激光器元件中，当偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围时，振荡合格率提高。而且，当偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围时，阈值偏差提闻。
[0031]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，更优选，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的C轴所成的角度在63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围。
[0032]该III族氮化物半导体激光器元件中，在63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围内，通过挤压而形成的端面获得接近垂直于基板主面的面的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
[0033]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体的厚度优选400 μ m以下。该III族氮化物半导体激光器元件中，适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。
[0034]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体的厚度更优选50 μ m以上100 μ m以下。若厚度为50 μ m以上，则操作变得容易，生产合格率提高。若为IOOym以下，则更适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。
[0035]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，来自上述活性层的激光向上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向偏光。该III族氮化物半导体激光器元件中，能实现低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。
[0036]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，该III族氮化物半导体激光器元件的LED模式下的光包含上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上的偏光分量I1、及将上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向上的偏光分量12，上述偏光分量Il大于上述偏光分量12。根据该III族氮化物半导体激光器元件，使用激光器谐振器可激光振荡LED模式下发光强度较大的模式的光。
[0037]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述半极性主面优选{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10+1}面中的任一个。
[0038]根据该III族氮化物半导体激光器元件，这些典型的半极性面上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第I及第2端面。
[0039]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，作为上述半极性主面，自{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10_1_1}面中的任一半极性面向m面方向具有-4度以上+4度以下的范围的微倾斜的面也适于作为上述主面。
[0040]根据该III族氮化物半导体激光器元件，在自这些典型的半极性面的微倾斜面上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第I及第2端面。
[0041]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体的堆垛层错密度优选I X IO4CnT1以下。
[0042]根据该III族氮化物半导体激光器元件，堆垛层错密度为IXlO4cnT1以下，因此，因偶发事件而损坏切断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。
[0043]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体可由GaN、AlGaN、AIN、InGaN 及 InAlGaN 中的任一个构成。
[0044]根据该III族氮化物半导体激光器元件，当使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作谐振器的第I及第2端面。当使用AlN基板或者AlGaN基板时，可增大偏光度，且通过低折射率可强化光束缚。当使用InGaN基板时，可减小基板与发光层的晶格失配率，从而可提闻结晶品质。
[0045]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，可还包含设于上述第I及第2切断面中的至少任一面上的电介质多层膜。
[0046]该III族氮化物半导体激光器元件中，可对断裂面也适用端面涂布。通过端面涂布,可调整反射率。
[0047]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述活性层可包含以发出波长为360nm以上600nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。该III族氮化物半导体激光器元件，通过利用半极性面，可获得有效利用了 LED模式的偏光的III族氮化物半导体激光器元件，从而可获得低阈值电流。[0048]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，更优选，上述活性层包含以发出波长为430nm以上550nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。该III族氮化物半导体激光器元件，通过利用半极性面，可减小压电电场且提高发光层区域的结晶质量，从而可提高量子效率，适于产生波长430nm以上550nm以下的光。
[0049]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述第I及第2切断面各自显现上述支撑基体的端面及上述半导体区域的端面，上述半导体区域的上述活性层的端面与正交于由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的m轴的基准面所成的角度，在由上述III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的第I平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。
[0050]该III族氮化物半导体激光器元件具有关于自c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度而满足上述垂直性的端面。
[0051]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，优选，上述角度在与上述第I平面及上述法线轴正交的第2平面中在-5度以上+5度以下的范围。
[0052]该III族氮化物半导体激光器元件具有关于与半极性面的法线轴垂直的面上所界定的角度而满足上述垂直性的端面。
[0053]本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述电极在预定轴方向延伸，上述第I及第2切断面与上述预定轴交叉。
[0054]本发明的另一个方式涉及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法。该方法包括如下步骤:(a)准备由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的基板；(b)形成具有激光器构造体、阳极电极及阴极电极的基板产物，该激光器构造体包含形成于上述半极性主面上的半导体区域及上述基板；(C)在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向，对上述基板产物的第I面局部地进行刻划；以及(d)通过对上述基板产物的第2面的挤压而进行上述基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条。上述第I面为上述第2面的相反侧的面，上述半导体区域位于上述第I面与上述基板之间，上述激光条具有自上述第I面延伸至上述第2面且通过上述分离而形成的第I及第2端面，上述第I及第2端面构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器，上述阳极电极及阴极电极形成于上述激光器构造体上，上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述第I及第2端面与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定的m-n面交叉。上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，上述激光器构造体包含在上述基板的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向延伸，该波导路向量朝向自上述第I及第2切断面的一方指向另一方的方向,表不上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴方向的c轴向量，包括与上述半极性主面平行的投影分量、及与上述法线轴平行的垂直分量，上述波导路向量与上述投影分量所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围，上述基板产物的上述半导体区域包含表示上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的标记，上述基板产物包含延伸在上述基板的上述半极性主面上的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向延伸，该波导路向量朝向自上述第I及第2切断面的一方指向另一方的方向，在形成上述基板产物的步骤中，上述激光波导路的方向以上述标记为基准而决定。
[0055]根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向刻划基板产物的第I面之后，通过对基板产物的第2面的挤压而进行基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条。因此，以与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴所界定的m-n面交叉的方式，在激光条形成第I及第2端面。通过该端面形成，可对第I及第2端面提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的谐振镜面。而且，该方法中，激光波导路在六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方向延伸，不使用干式蚀刻面而形成能提供该激光波导路的谐振镜端面。
[0056]该方法中，在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，无法获得所需的平坦性及垂直性。
[0057]该方法中，当偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围时，振荡合格率提高。而且，当偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围时，阈值偏差提高。
[0058]本发明的另一个方式的方法中，在形成上述基板产物的上述步骤中，上述基板可经切片或研削加工以使上述基板的厚度成为400 μ m以下，上述第2面可为通过上述加工所形成的加工面。或者，可为包含形成于上述加工面上的电极的面。
[0059]本发明的另一个方式的方法中，在形成上述基板产物的上述步骤中，上述基板经研磨以使上述基板的厚度成为50 μ m以上100 μ m以下，上述第2面可为通过上述研磨而形成的研磨面。或者，可为包含形成于上述研磨面上的电极的面。
[0060]具有这种厚度的基板上，能以良好的合格率形成具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的第I及第2端面。
[0061]本发明的另一个方式的方法中，优选，上述角度ALPHA在63度以上80度以下及100度以上117度以下的范围。在小于63度及超过117度的角度内，在通过挤压而形成的端面的一部分可能会出现m面。而且，在超过80度且小于100度的角度内，无法获得所需的平坦性及垂直性。
[0062]本发明的另一个方式的方法中，优选，上述半极性主面为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一个。
[0063]这些典型的半极性面上，也可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的第I及第2端面。
[0064]本发明的另一个方式的方法中，作为上述半极性主面，自{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一半极性面向m面方向具有-4度以上+4度以下的范围的微倾斜的面也适于作为上述主面。
[0065]在自这些典型的半极性面的微倾斜面上，也可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的第I及第2端面。[0066]本发明的另一个方式的方法中，上述刻划使用激光刻划器进行，通过上述刻划而形成刻划槽，上述刻划槽的长度比由上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴及上述法线轴所界定的a-n面与上述第I面的交叉线的长度更短。
[0067]根据该方法，通过基板产物的切断，形成另一基板产物及激光条。该切断使用比激光条的切断线更短的刻划槽而产生。
[0068]本发明的另一个方式的方法中，上述第I及第2端面各自的上述活性层的端面，可相对于与由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的m轴正交的基准面，在由上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。
[0069]根据该方法，可形成关于自c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度而具有上述垂直性的端面。
[0070]本发明的另一个方式的方法中，上述基板可由GaN、AIN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。根据该方法，当使用由氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作谐振器的第I及第2端面。
[0071]本发明的另一个方式的方法中，上述基板中可包含表示上述六方晶系III族氮化物半导体的a面的定向平面，上述标记可包含上述定向平面。而且，本发明的方法中，上述基板可包含上述六方晶系III族氮化物半导体的a面的解理面，上述标记可包含上述解理面。进而，本发明的方法中，在形成上述基板产物的步骤中，将激光照射至上述基板产物，形成在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上排列的激光标记，上述标记可包含上述激光标记的排列。本发明的方法中，上述激光器构造体可在由水银灯的光激发所得的荧光显微镜像中示出在预定轴的方向延伸的条状发光像，上述激光标记的排列方向以上述条状发光像的上述预定轴的方向为基准而决定，上述波导路向量与正交于上述预定轴的正交方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
[0072]本发明的又一个方式涉及用于III族氮化物半导体激光器元件的外延基板。该外延基板包括:(a)基板，其具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面；以及(b)半导体积层，其设于上述基板的上述半极性主面上。上述半导体积层包含用于激光器构造体的半导体区域，上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系111族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，上述半导体积层包含沿表示上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的基准轴延伸的构造物。
[0073]该外延基板适用于包含激光条纹的III族氮化物半导体激光器元件，该激光条纹沿由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴所界定的m-n面的方向。而且，该外延基板上，法线轴与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围。然而，半导体积层包含沿基准轴延伸的带状的构造物，该基准轴表示六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向，因此该构造物可对使用该外延基板制作的III族氮化物半导体激光器元件，提供用于激光条纹的定向或激光腔的定向的基准
己 O
[0074]本发明的又一个方式中，优选，上述构造物在上述a轴方向具有230 μ m以上的长度。根据该外延基板，长度为230 μ m以上的构造物，适于III族氮化物半导体激光器元件的制作时的掩模对准。
[0075]本发明的又一个方式中，上述构造物可在上述半导体积层的上表面具有在上述a轴方向延伸的表面形态。根据该外延基板，构造物为外延基板的外延面的表面形态，因此，通过观察外延基板的外观，可确定构造物的位置。
[0076]本发明的又一个方式中，上述构造物可包含上述半导体积层的上表面上的凹陷。根据该外延基板，构造物含有凹陷，因此可通过紫外线~可见光~红外线等所产生的反射像或透射层而找出凹陷的位置。
[0077]本发明的又一个方式中，上述构造物可设于到达上述半导体积层的上表面的堆垛层错的位置。根据该外延基板，构造物形成于到达半导体积层的上表面的堆垛层错的位置上，因此结晶学上的信息反映到构造物的形状及方向等。
[0078]本发明的又一个方式中，优选，上述构造物相对于上述a轴方向形成-0.5度以上及+0.5度以下的范围的偏移角。进而，本发明的又一个方式中，更优选，上述构造物相对于上述a轴方向形成-0.3度以上及+0.3度以下的范围的偏移角。根据该外延基板，例如上述堆垛层错具有上述角度范围程度的偏差。
[0079]本发明的又一个方式中，上述构造物可包含在由水银灯激发的发光像中被观察为暗区域的缺陷区域。根据该 外延基板，缺陷区域为结晶生长的缺陷，因此，结晶学上的信息反映到构造物的形状及方向等上。而且，本发明的又一个方式中，上述暗区域具有可通过摄氏800度以上的高温下的热处理而扩大的特征。
[0080]本发明的又一个方式中，优选，上述发光像中的暗区域的长边在上述基准轴方向延伸，上述长边具有230 μ m以上的长度。根据该外延基板，长度为230 μ m以上的构造物适于III族氮化物半导体激光器元件的制作时的掩模对准。
[0081]本发明的又一个方式中，优选，上述长边与上述a轴方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。进而，本发明的又一个方式中，更优选，上述长边与上述a轴方向所成的偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围。根据该外延基板，上述暗区域具有上述角度范围程度的偏差。
[0082]本发明的又一个方式中，上述暗区域可包含设于上述活性层的结晶缺陷。根据该外延基板，因生长温度或量子阱构造，活性层容易导入有结晶缺陷，但可将该结晶缺陷用于进行掩模对准。
[0083]本发明的又一个方式中，与上述a轴正交的平面的剖面形状，在上述结晶缺陷的至少一部分可为六边形。根据该外延基板，因生长温度或量子阱构造，活性层容易导入有结晶缺陷，但该结晶缺陷的形状反映出结晶学上的信息。
[0084]本发明的另一个方式涉及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法。该方法包括如下步骤:(a)准备上述外延基板；(b)使用上述外延基板，形成具有阳极电极及阴极电极的基板产物；(C)在上述基板产物上形成以上述构造物为基准界定了方向的刻划标记；及(d)通过上述基板产物的挤压而进行上述基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条。上述激光条具有通过上述分离而形成的第I及第2端面，上述第I及第2端面构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器，上述基板产物包括激光器构造体，该激光器构造体包括具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面的上述基板、及形成于上述半极性主面上的半导体区域，上述阳极电极及阴极电极形成于上述激光器构造体上，上述第I及第2端面与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定的m-n面交叉。
[0085]根据该方法，法线轴与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成角度虽为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，但可在基板产物上形成刻划标记，其以制作外延基板时在外延区域形成的构造物为基准而界定方向。
[0086]本发明的另一个方式的方法中，形成上述基板产物的步骤包含形成覆盖上述激光器构造体的上述半导体区域的绝缘膜的步骤，在上述绝缘膜上形成有以上述构造物为基准而界定方向的条纹形状的开口，上述阳极电极及阴极电极中的任一方可经由上述绝缘膜的上述开口而与上述激光器构造体接触。根据该方法，可在绝缘膜上形成以外延基板中的构造物为基准而界定方向的条纹形状的开口。
[0087]本发明的另一个方式的方法中，上述激光器构造体的上述半导体区域具有隆脊构造，上述隆脊构造具有条纹形状，形成上述隆脊构造时，上述隆脊构造的条纹形状的方向可以上述构造物为基准而界定。根据该方法，可形成以外延基板中的构造物为基准而界定方向的隆脊构造。
[0088]本发明的又一个方式中，III族氮化物半导体外延基板包括(a)激光器构造体，其包含由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体、及设于上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域。上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，且在外延基板内具有平行于a轴方向而伸展的表面形态。该外延基板上，上述表面形态优选，在a轴方向具有230 μ m以上的长度。该外延基板上，优选，上述表面形态与a轴方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。该外延基板上，优选，上述表面形态与a轴方向所成的偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围。该外延基板上，优选，在自a轴方向观察剖面时上述表面形态为凹陷。
[0089]本发明的又一个方式中，III族氮化物半导体外延基板包括(a)激光器构造体，其包含由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体、及设于上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域。上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，在水银灯激发所得的发光像中，观察到关于c轴而线对称的三角形或者五边形的暗区域。该外延基板上，上述发光像中的暗区域的长边在a轴方向伸展，且在a轴方向具有230 μ m以上的长度。该外延基板上，上述长边与a轴方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。该外延基板上，上述长边与a轴方向所成的偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围。该外延基板上，上述暗区域中，自a轴方向观察剖面时，在阱层的结晶构造的一部分可观察为六边形。该外延基板上，当在摄氏800度以上的高温实施热处理时，上述暗区域扩大。
[0090]本发明的上述目的及其它目的、特征以及优点，可根据参照【专利附图】
【附图说明】的本发明的优选实施方式的以下详细描述而容易地了解。
[0091]发明效果
[0092]如以上所说明，根据本发明，可提供一种III族氮化物半导体激光器元件，其在六方晶系III族氮化物的C轴向m轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有能实现低阈值电流的激光谐振器并且具有能提高振荡合格率的构造。而且，根据本发明，可提供制作该III族氮化物半导体激光器元件的方法。进而，根据本发明，可提供用于上述III族氮化物半导体激光器元件的外延基板。
【专利附图】
【附图说明】
[0093]图1是概略性地表示本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的构造的图。
[0094]图2是表示III族氮化物半导体激光器元件中的活性层的能带构造的图。
[0095]图3是表示III族氮化物半导体激光器元件的活性层的发光的偏光的图。
[0096]图4是表示III族氮化物半导体激光器元件的端面与活性层的m面的关系的图。
[0097]图5是表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法的主要步骤的步骤流程图。
[0098]图6是示意性地表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法的主要步骤的图。
[0099]图7是表示晶格中的{20-21}面、以及谐振器端面的扫描型电子显微镜像的图。
[0100]图8是表示实施例1中所示的激光二极管的构造的图。
[0101]图9是表示求得的偏光度P与阈值电流密度的关系的图。
[0102]图10是表示GaN基板的c轴向m轴方向的倾斜角与振荡合格率的关系的图。
[0103]图11是表示堆垛层错密度与振荡合格率的关系的图。
[0104]图12是表不基板厚度与振荡合格率的关系的图。
[0105]图13是表示(20-21)面与其他面取向(指数)所成角度的图。
[0106]图14是示意性地表示增益导引激光器的构造的图。
[0107]图15是示意性地表示具有隆脊构造的折射率导引激光器的构造的图。
[0108]图16是表示示出基板产物的外延面上的阳极电极附近的区域的Nomarski微分干涉显微镜像、由水银灯所激发的发光像、以及条状发光层与激光波导路的延伸方向的偏移的图。
[0109]图17是表示刻意地具有较大偏移角的半导体激光器的上表面图。[0110]图18是表示激光波导路的方向与c轴投影分量的方向的偏移角度、和垂直于波导路的理想端面与实际的端面所成的偏移角度间的关系的图。
[0111]图19是表示激光波导路的方向与c轴投影分量(将c轴投影至基板主面的方向)的偏移角度和振荡合格率的关系、以及激光波导路与c轴投影分量的偏移角度和阈值电流密度的偏差的关系的图。
[0112]图20是表示(20-21)面、(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的图。
[0113]图21是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的图。
[0114]图22是表示(20-21)面、(-101-8)面及(-1018)面的原子配置的图。
[0115]图23是表示具有定向平面的基板的构造的图。
[0116]图24是表不尝试a面解理的晶圆的平面图。
[0117]图25是表示外延最表面的Nomarski微分干涉显微镜像的图。
[0118]图26是表示图25中的箭头所示的区块内的区域的剖面的透射电子显微镜像的图。
[0119]图27是示意性地表示氮化镓系半导体中的堆垛层错SF与外延表面的缺陷G的图。
[0120]图28是针对图26所示的区域BOX表示高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)像的图。
[0121]图29是表示使用水银灯激发所得的外延基板的荧光像的图。
[0122]符号说明
[0123]11 III族氮化物半导体激光器元件
[0124]13激光器构造体
[0125]13a 第 I 面
[0126]13b 第 2 面
[0127]13c、13d 边缘
[0128]15 电极
[0129]17支撑基体
[0130]17a半极性主面
[0131]17b支撑基体背面
[0132]17c支撑基体端面
[0133]19半导体区域
[0134]19a半导体区域表面
[0135]19c半导体区域端面
[0136]21第I包覆层
[0137]23第2包覆层
[0138]25活性层
[0139]25a 阱层
[0140]25b势垒层
[0141]27,29 切断面
[0142]ALPHA 角度[0143]Scc 面
[0144]NX法线轴
[0145]31绝缘膜
[0146]31a绝缘膜开口
[0147]35n侧导光层
[0148]37P侧导光层
[0149]39载流子阻挡层
[0150]41电极
[0151]43a、43b电介质多层膜
[0152]MAm轴向量
[0153]BETA 角度
[0154]DSUB支撑基体厚度
[0155]51基板
[0156]51a半极性主面
[0157]SP基板产物
[0158]57氮化镓系半导体区域
[0159]59发光层
[0160]61氮化镓系半导体区域
[0161]53半导体区域
[0162]54绝缘膜
[0163]54a绝缘膜开口
[0164]55激光器构造体
[0165]58a阳极电极
[0166]58b阴极电极
[0167]63a第 I 面
[0168]63b第 2 面
[0169]IOa激光刻划器
[0170]65a刻划槽
[0171]65b刻划槽
[0172]LB激光束
[0173]SPl基板产物
[0174]LBl激光条
[0175]69刮刀
[0176]69a边缘
[0177]69b、69c 刮刀面
[0178]71支撑装置
[0179]71a支撑面
[0180]71b凹部【具体实施方式】
[0181]本发明的观点可通过参照作为例示所示的附图且考虑到以下的详细描述而容易地理解。接着，参照附图，对本发明的III族氮化物半导体激光器元件及制作111族氮化物半导体激光器元件的方法的实施方式进行说明。可能的情况下，对于相同的部分标注相同的符号。
[0182]图1是概略性地表示本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的构造的图。III族氮化物半导体激光器元件11具有增益导引型的构造，但本发明的实施方式并不限于增益导引型的构造。III族氮化物半导体激光器元件11包含激光器构造体13及电极15。激光器构造体13包含支撑基体17及半导体区域19。支撑基体17由六方晶系III族氮化物半导体构成，且具有半极性主面17a及背面17b。半导体区域19设置于支撑基体17的半极性主面17a上。电极15设置于激光器构造体13的半导体区域19上。半导体区域19包含第I包覆层21、第2包覆层23、及活性层25。第I包覆层21由第I导电型氮化镓系半导体构成，例如由η型AlGaN、n型InAlGaN等构成。第2包覆层23由第2导电型氮化镓系半导体构成，例如由P型AlGaN、P型InAlGaN等构成。活性层25设于第I包覆层21与第2包覆层23之间。活性层25包含氮化镓系半导体层，该氮化镓系半导体层例如为阱层25a。活性层25包括由氮化镓系半导体构成的势垒层25b，阱层25a及势垒层25b交替排列。阱层25a由例如InGaN等构成，势垒层25b由例如GaN、InGaN等构成。活性层25可包含以发出波长为360nm以上600nm以下的光的方式而设的量子阱构造。通过利用半极性面，适于产生波长为430nm以上550nm以下的光。第I包覆层21、第2包覆层23及活性层25沿半极性主面17a的法线轴NX排列。III族氮化物半导体激光器元件11中，激光器构造体13包含与m-n面交叉的第I切断面27及第2切断面29，该m_n面由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX界定。
[0183]参照图1，描绘有直角坐标系S及结晶坐标系CR。法线轴NX朝向直角坐标系S的Z轴方向。半极性主面17a平行于由直角坐标系S的X轴及Y轴所界定的预定平面而延伸。图1中描绘有代表性的c面Sc。支撑基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于法线轴NX向六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以大于零度的角度ALPHA而倾斜。该c轴方向由c轴向量VC表示。c轴向量VC包含与半极性主面17a平行的投影分量VCP、及与法线轴NX平行的垂直分量VCN。
[0184]III族氮化物半导体激光器元件11还包括绝缘膜31。绝缘膜31覆盖激光器构造体13的半导体区域19的表面19a，半导体区域19位于绝缘膜31与支撑基体17之间。支撑基体17由六方晶系III族氮化物半导体构成。绝缘膜31具有开口 31a，开口 31a在半导体区域19的表面19a与上述m-n面的交叉线LIX的方向延伸，例如形成为条纹形状。电极15经由开口 31a而与半导体区域19的表面19a(例如第2导电型的接触层33)接触，且在上述交叉线LIX的方向延伸。III族氮化物半导体激光器元件11中，激光波导路包含第I包覆层21、第2包覆层23及活性层25，而且，在上述交叉线LIX的方向延伸。例如在增益导引型激光器中，绝缘膜31的开口 31a具有例如条纹形状，激光波导路的方向朝向该条纹开口的延伸方向。而且，隆脊型激光器中，激光器构造体13的半导体区域19具有隆脊构造，激光波导路的方向朝向该隆脊构造的延伸方向。波导路向量LGV表示激光波导路的方向。[0185]III族氮化物半导体激光器元件11中，第I切断面27及第2切断面29与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所界定的m-n面交叉。III族氮化物半导体激光器元件11的激光谐振器包含第I及第2切断面27、29，激光波导路自第I切断面27及第2切断面29中的一方向另一方延伸。激光器构造体13包含第I面13a及第2面13b，第I面13a为第2面13b的相反侧的面。第I及第2切断面27、29自第I面13a的边缘13c延伸至第2面13b的边缘13d。第I及第2切断面27、29与c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。
[0186]根据该III族氮化物半导体激光器元件11，构成激光谐振器的第I及第2切断面27、29与m-n面交叉。因此，可设置在m_n面与半极性面17a的交叉线的方向上延伸的激光波导路。因此，III族氮化物半导体激光器元件11具有能实现低阈值电流的激光谐振器。
[0187]该III族氮化物半导体激光器元件11中，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度ALPHA为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围，激光器构造体13包含在支撑基体17的半极性主面17a上延伸的激光波导路。该激光波导路在波导路向量LGV的方向延伸，该波导路向量LGV朝向自第I及第2切断面27、29中的一方指向另一方的方向。表不六方晶系III族氮化物半导体的C轴方向的C轴向量VC,由与半极性主面17a平行的投影分量VCP、及与法线轴NX平行的垂直分量VCN界定。图1所示的波导路向量LGV与投影分量VCP所成的偏移角AV可处于-0.5度以上+0.5度以下的范围。
[0188]而且，该III族氮化物半导体激光器元件11中，激光器构造体13在由水银灯的光激发所得的荧光显微镜像中，表示出在预定轴方向延伸的条状发光像。波导路向量LGV与正交于预定轴PG的正交方向所成的偏移角处于-0.5度以上+0.5度以下的范围。换言之，波导路向量LGV与预定轴方向PG所成的偏移角处于-89.5度以上+90.5度以下的范围。
[0189]当上述偏移角AV在-0.5度以上+0.5度以下的范围时，振荡合格率提高。而且，当偏移角AV在-0.3度以上+0.3度以下的范围时，阈值偏差提高。
[0190]用于激光谐振器的端面的方向与激光波导路的方向的不匹配使得激光器特性下降。若c轴向量的投影分量VCP与波导路向量LGV之间存在偏移角度AV，则通过切断而制作的端面难以垂直于激光波导路。垂直性的下降使得激光器特性下降，或者使特性偏差增加。当表示激光波导路的方向的波导路向量LGV与c轴投影分量VCP的平行度提高时，可提高激光器特性且可降低特性偏差。例如，若偏移角AV在-0.5度以上+0.5度以下的范围，则可使振荡合格率为50%以上。而且，当偏移角AV为-0.3度以上+0.3度以下的范围时，可将阈值偏差改善至15%以下。
[0191]III族氮化物半导体激光器元件11包含η侧导光层35及ρ侧导光层37。η侧导光层35包含第I部分35a及第2部分35b，η侧导光层35例如由GaN、InGaN等构成。ρ侧导光层37包含第I部分37a及第2部分37b，ρ侧导光层37例如由GaN、InGaN等构成。载流子阻挡层39设置于例如第I部分37a与第2部分37b之间。在支撑基体17的背面17b设有另一电极41，电极41覆盖例如支撑基体17的背面17b。
[0192]图2是表示III族氮化物半导体激光器元件中的活性层的能带构造的图。图3是表示III族氮化物半导体激光器元件11的活性层25的发光的偏光的图。图4是示意性地表示由c轴及m轴所界定的剖面的图。参照图2的(a)部，在能带构造BAND的r点附近，导带与价带之间的可能的跃迁有3个。A能带及B能带具有比较小的能量差。导带与A能带的跃迁Ea而产生的发光向a轴方向偏光，导带与B能带的跃迁Eb而产生的发光向将c轴投影至主面的方向偏光。关于激光振荡，跃迁Ea的阈值小于跃迁Eb的阈值。
[0193]参照图2的(b)部，其表示III族氮化物半导体激光器元件11的LED模式下的光的光谱。LED模式下的光包含六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的偏光分量I1、及将六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向的偏光分量12，偏光分量Il大于偏光分量12。偏光度P由(11-12)/(11+12)界定。使用该III族氮化物半导体激光器元件11的激光谐振器，可激光振荡LED模式下发光强度较大的模式的光。
[0194]如图3所示，可还包括设置于第I及第2切断面27、29中的至少一方、或者两者上的电介质多层膜43a、43b。断裂面27、29均可适用端面涂布。通过端面涂布，可调整反射率。
[0195]如图3的(b)部所示，来自活性层25的激光L向六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向偏光。该III族氮化物半导体激光器元件11中，能实现低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。用于激光谐振器的第I及第2切断面27、29与c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。然而，第I及第2切断面27、29具有用于谐振器的、作为镜面的平坦性、垂直性。因此，使用第I以及第2切断面27、29及在这些切断面27、29间延伸的激光波导路，如图3的(b)部所示，利用跃迁Ea的发光可实现低阈值的激光振荡，该跃迁Ea的发光比向将c轴投影至主面的方向偏光的跃迁Eb的发光更强。
[0196]III族氮化物半导体激光器元件11中，第I及第2切断面27、29各自显现支撑基体17的端面17c及半导体区域19的端面19c，端面17c及端面19c被电介质多层膜43a覆盖。支撑基体17的端面17c及活性层25的端面25c的法线向量NA与活性层25的m轴向量MA所成角度BETA由分量(BETA)1及分量(BETA)2而界定，该分量(BETA)1W定在由III族氮化物半导体的c轴以及m轴所界定的第I平面SI上，该分量(BETA)2界定在与第I平面SI (图中参照为“SI”)以及法线轴NX正交的第2平面S2(图中参照为“S2”)上。分量(BETA)1优选，在由III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的第I平面SI中为(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围。该角度范围在图4中表示为代表性的m面Sm与参照面Fa所成的角度。为了便于理解，图4中，代表性的m面Sm自激光器构造体的内侧描绘至外侦U。参照面Fa沿活性层25的端面25c延伸。该III族氮化物半导体激光器元件11具有关于自c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度BETA而满足上述垂直性的端面。而且优选，分量(BETA)2在第2平面S2上为-0.5度以上+0.5度以下的范围，更优选为-0.3度以上+0.3度以下的范围。此处，BETA2 = (BETA)12+(BETA)22。此时，III族氮化物半导体激光器元件11的端面27、29关于与半极性面17a的法线轴NX垂直的面上所界定的角度满足上述垂直性。
[0197]再次参照图1，III族氮化物半导体激光器元件11中优选，支撑基体17的厚度DSUB为400 μ m以下。该III族氮化物半导体激光器兀件中，适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。III族氮化物半导体激光器元件11中更优选，支撑基体17的厚度DSUB为50 μ m以上100 μ m以下。该III族氮化物半导体激光器元件11中，更适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。而且，操作变得容易，从而可提高生产合格率。
[0198]III族氮化物半导体激光器元件11中，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的C轴所成角度ALPHA优选45度以上，且优选80度以下。而且，角度ALPHA优选100度以上，且优选135度以下。在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
[0199]III族氮化物半导体激光器元件11中，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度ALPHA更优选63度以上，且优选80度以下。而且，角度ALPHA优选100度以上，且优选117度以下。在小于63度及超过117度的角度内，在通过挤压而形成的端面的一部分可能会出现m面。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
[0200]半极性主面17a可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一个。进而，自这些面在-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也适于作为上述主面。这些典型的半极性面17a上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件11的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第I及第2端面27、29。而且，在跨及这些典型的面取向的角度的范围内，可获得表现充分的平坦性及垂直性的端面。
[0201]III族氮化物半导体激光器元件11中，支撑基体17的堆垛层错密度可为
IX IO4CnT1以下。因堆垛层错密度为I X IO4CnT1以下，因此，因偶发事件而损坏切断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。而且，支撑基体17可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。当使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作谐振器的端面27、29。当使用AlN或者AlGaN基板时，可增大偏光度，且通过低折射率可强化光束缚。当使用InGaN基板时，可减小基板与发光层的晶格失配率，从而可提闻结晶品质。
[0202]图5是表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法的主要步骤的图。参照图6的(a)部，其表示基板51。步骤SlOl中，准备用于制作III族氮化物半导体激光器元件的基板51。基板51的六方晶系III族氮化物半导体的c轴(向量VC)，相对于法线轴NX向六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向(向量VM)以有限的角度ALPHA倾斜。因此，基板51具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面51a。
[0203]步骤S102中，形成基板产物SP。图6的(a)部中，基板产物SP描绘成大致圆板形的构件，但基板产物SP的形状并不限定于此。为了获得基板产物SP，首先，在步骤S103中形成激光器构造体55。激光器构造体55包含半导体区域53以及基板51，步骤S103中，半导体区域53形成于半极性主面51a上。为了形成半导体区域53，在半极性主面51a上依序生长第I导电型氮化镓系半导体区域57、发光层59、以及第2导电型氮化镓系半导体区域61。氮化镓系半导体区域57可包含例如η型包覆层，氮化镓系半导体区域61可包含例如P型包覆层。发光层59设于氮化镓系半导体区域57与氮化镓系半导体区域61之间，可包含活性层、导光层及电子阻挡层等。氮化镓系半导体区域57、发光层59、及第2导电型氮化镓系半导体区域61沿半极性主面51a的法线轴NX排列。这些半导体层被外延生长。
[0204]基板产物SP包含表不六方晶系III族氮化物半导体的m轴或者a轴方向的标记。作为该标记，可使用例如GaN基板的定向平面(记作“OF”, Orientation Flat)。在形成基板产物SP的步骤中，在半导体区域53形成于半极性主面51a上之后，必要的情形时，可在包含半导体区域53的外延基板上，使用激光标记器形成表示a轴方向或者m轴方向的激光标记的排列(例如通过激光束的照射而形成的槽的列)。激光标记的排列优选，例如平行于晶圆的OF而形成。该定向平面的方向表示a轴方向或者m轴方向。激光标记的排列用作对准标记。在之后的使用掩模对准器的光刻工艺中，有助于使波导路条纹与OF高精度地平行。
[0205]半导体区域53上被绝缘膜54覆盖。绝缘膜54由例如硅氧化物构成。绝缘膜54具有开口 54a。开口 54a形成为例如条纹形状。开口 54a在例如使用了激光标记的排列的光刻工艺中形成。而且，当在外延基板的半导体区域53形成用于半导体激光器的隆脊构造时，可在使用了对于激光标记的排列的对准的光刻工艺中形成用于隆脊构造的掩模。形成基板产物SP时，激光波导路的方向(波导路向量LGV的方向)以上述标记为基准而决定。例如，绝缘膜54的开口 54a的延伸方向及隆脊构造的延伸方向经由以标记为基准的光刻法而决定。该延伸方向与波导路向量的方向一致。
[0206]步骤S104中，使用标记形成隆脊构造及/或者电极(及条纹孔)。例如，在激光器构造体55上形成阳极电极58a及阴极电极58b。而且，在基板51的背面形成电极之前，对结晶生长中所使用的基板的背面进行研磨，形成具有所需的厚度DSUB的基板产物SP。形成电极时，例如使阳极电极58a形成于半导体区域53上，且使阴极电极58b形成于基板51的背面(研磨面)51b上。阳极电极58a在X轴方向延伸，阴极电极58b覆盖整个背面51b。通过这些步骤，形成基板产物SP。基板产物SP包含第I面63a、及位于其相反侧的第2面63bο半导体区域53位于第I面63a与基板51之间。
[0207]步骤S105中，如图6的(b)部所示，对基板产物SP的第I面63a进行刻划。该刻划使用激光刻划器IOa进行。通过刻划，形成刻划槽65a。图6的(b)部中，已形成有5个刻划槽，使用激光束LB形成刻划槽65b。刻划槽65a的长度，比由六方晶系III族氮化物半导体的a轴及法线轴NX所界定的a-n面与第I面63a的交叉线AIS的长度更短，对交叉线AIS的一部分照射激光束LB。通过激光束LB的照射，在第I面63a上形成在特定的方向延伸且到达半导体区域的槽。刻划槽65a可形成于例如基板产物SP的一个边缘。
[0208]步骤S106中，如图6的(C)部所示，通过对基板产物SP的第2面63b的挤压而进行基板产物SP的分离，形成基板产物SPl及激光条LBl。挤压使用例如刮刀69等致断装置进行。刮刀69包括向一个方向延伸的边缘69a、及界定边缘69a的至少2个刮刀面69b、69c。而且，基板产物SPl的挤压在支撑装置70上进行。支撑装置70包含支撑面70a及凹部70b，凹部70b在一个方向延伸。凹部70b形成于支撑面70a上。使基板产物SPl的刻划槽65a的方向及位置与支撑装置70的凹部70b的延伸方向一致，而将基板产物SPl定位于支撑装置70上的凹部70b。使致断装置的边缘的方向与凹部70b的延伸方向一致，而自与第2面63b交叉的方向将致断装置的边缘抵压于基板产物SP1。交叉方向优选与第2面63b大致垂直的方向。由此进行基板产物SP的分离，形成基板产物SPl及激光条LBl。通过抵压，形成具有第I及第2端面67a、67b的激光条LB1，这些端面67a、67b上，至少发光层的一部分具有可适用于半导体激光器的谐振镜的程度的垂直性及平坦性。
[0209]所形成的激光条LBl具有通过上述分离而形成的第I及第2端面67a、67b，端面67a、67b各自从第I面63a延伸至第2面63b。因此,端面67a、67b构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器，且与XZ面交叉。该XZ面与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所界定的m-n面相对应。
[0210]根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向对基板产物SP的第I面63a进行刻划之后，通过对基板产物SP的第2面63b的挤压而进行基板产物SP的分离，形成新的基板产物SPl及激光条LBl。因此，以与m-n面交叉的方式在激光条LBl上形成第I及第2端面67a、67b。通过该端面形成，可对第I及第2端面67a、67b提供能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性。
[0211]而且，该方法中，所形成的激光波导路在六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方向延伸。不使用干式蚀刻面，形成能提供该激光波导路的谐振镜端面。
[0212]根据该方法，通过基板产物SPl的切断，形成新的基板产物SPl及激光条LBl。步骤S107中，反复通过挤压而进行分离，从而制作多个激光条。该切断使用比激光条LBl的切断线BREAK短的刻划槽65a产生。
[0213]步骤S108中，在激光条LBl的端面67a、67b形成电介质多层膜，从而形成激光条产物。步骤S109中，将该激光条产物分离成各个半导体激光器的芯片。
[0214]本实施方式的制造方法中，角度ALPHA可在45度以上80度以下及100度以上135度以下的范围。在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。角度ALPHA更优选在63度以上80度以下及100度以上117度以下的范围。在小于45度及超过135度的角度内，在通过挤压而形成的端面的一部分可能会出现m面。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。半极性主面51a可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10+1}面中的任一个。进而，自这些面在-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面，也适于作为上述主面。在这些典型的半极性面上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性、且用于激光谐振器的端面。
[0215]而且，基板51可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。当使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作激光谐振器的端面。基板51优选由GaN构成。
[0216]在形成基板产物SP的步骤S104中，结晶生长中所使用的半导体基板经切片或研削加工而使基板厚度成为400 μ m以下，第2面63b可为通过研磨而形成的加工面。该基板厚度下，能以良好的合格率形成具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的端面67a、67b。第2面63b为通过研磨而形成的研磨面，若研磨后基板厚度为IOOym以下则更佳。而且，为了比较容易地对基板产物SP进行处理，基板厚度优选50 μ m以上。
[0217]本实施方式的激光器端面的制造方法中，在激光条LBl上也界定参照图3说明的角度BETA。在激光条LBl上，角度BETA的分量(BETA)1优选，在由III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的第I平面(与参照图3的说明中的第I平面SI相对应的面)中在(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围。激光条LBl的端面67a、67b，关于自c轴及m轴中的一方向另一方而获取的角度BETA的角度分量，满足上述垂直性。而且，角度BETA的分量(BETA)2优选，在第2平面(与图3所示的第2平面S2相对应的面)中在_5度以上+5度以下的范围。此时，激光条LBl的端面67a、67b，关于与半极性面51a的法线轴NX垂直的面中所界定的角度BETA的角度分量，满足上述垂直性。
[0218]端面67a、67b通过对半极性面51a上外延生长的多个氮化镓系半导体层的挤压产生的断裂而形成。由于是半极性面51a上的外延膜，因此端面67a、67b并不是目前为止用作谐振镜的c面、m面、或者a面等低面指数的解理面。然而，半极性面51a上的外延膜的积层的断裂中，端面67a、67b具有可适用作谐振镜的平坦性及垂直性。
[0219](实施例1)
[0220]如下所述，准备半极性面GaN基板，观察切断面的垂直性。基板使用自利用HVPE法较厚地生长的(OOOl)GaN结晶块向m轴方向以75度的角度切取的{20-21}面GaN基板。GaN基板的主面经过镜面精加工，背面经过研削加工后成为梨皮面状态。基板的厚度为370 μ m。
[0221]在梨皮面状态的背面侧，使用金刚石笔，与在将c轴投影至基板主面的方向垂直地施加划线之后，进行挤压而切断基板。为了观察所得的切断面的垂直性，使用扫描型电子显微镜自a面方向观察基板。
[0222]图7的(a)部为自a面方向观察切断面的扫描型电子显微镜像，右侧的端面为切断面。可知，切断面相对于半极性主面具有平坦性以及垂直性。
[0223](实施例2)
[0224]实施例1中可知，在具有半极性{20-21}面的GaN基板上与将c轴投影至基板主面的方向垂直地施加划线并进行挤压后所得的切断面，相对于基板主面具有平坦性以及垂直性。因此，为了调查该切断面作为激光器的谐振器的有用性，如下所述，利用有机金属气相生长法生长图8所示的激光二极管。原料使用三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)。准备基板71。在基板71上，自利用HVPE法较厚地生长的(OOOl)GaN结晶块向m轴方向以O度?90度的范围的角度而使用晶圆切片装置进行切取，制作具有c轴向m轴方向的倾斜角度ALPHA为O度?90度的范围的所需的倾斜角的GaN基板。例如，当以75度的角度切取时，可获得{20-21}面GaN基板，在图7的(b)部所示的六方晶系的晶格中由参照符号71a表示。
[0225]在生长之前，为了调查基板的堆垛层错密度，通过阴极发光法观察基板。阴极发光中，观察通过电子束所激发的载流子的发光过程，若存在堆垛层错，则因其附近的载流子会非发光再结合，从而可观察到暗线状。求出该暗线的单位长度的密度(线密度)，定义为堆垛层错密度。此处，为了调查堆垛层错密度，使用非破坏测定的阴极发光法，但也可使用破坏测定的透射型电子显微镜。透射型电子显微镜中，自a轴方向观察试样剖面时，自基板向m轴方向朝向试样表面延伸的缺陷为支撑基体中所含的堆垛层错，与阴极发光法的情形相同，可求出堆垛层错的线密度。
[0226]将该基板71配置在反应炉内的基座上之后，按照以下的生长顺序生长外延层。首先，生长厚度为IOOOnm的η型GaN层72。继而，在GaN层72上生长厚度为1200nm的η型InAlGaN包覆层73。接着，生长厚度为200nm的η型GaN导引层74a及厚度为65nm的无掺杂InGaN导引层74b，之后生长由厚度为15nm的GaN/厚度为3nm的InGaN而构成的3周期MQW75。然后，生长厚度为65nm的无掺杂InGaN导引层76a、厚度为20nm的p型AlGaN阻挡层77及厚度为200nm的P型GaN导引层76b。继而，生长厚度为400nm的p型InAlGaN包覆层77。最后，生长厚度为50nm的p型GaN接触层78。
[0227]将SiO2的绝缘膜79成膜在接触层78上之后，使用光刻法通过湿式蚀刻形成宽度为10 μ m的条纹孔。此处，以如下的2种方式形成条纹方向的接触孔。激光条纹为:(1)M方向(接触孔沿着由c轴及m轴所界定的预定面的方向)；以及(2)A方向:〈11-20>方向。[0228]形成条纹孔之后，蒸镀由Ni/Au构成的P侧电极80a及由Ti/Al构成的焊盘电极。继而，使用金刚石研磨液研磨GaN基板(GaN晶圆)的背面，而制作背面为镜面状态的基板产物。此时，使用接触式膜厚计测定基板产物的厚度。厚度的测定也可自试样剖面利用显微镜而进行。显微镜可使用光学显微镜、或扫描型电子显微镜。在GaN基板(GaN晶圆)的背面(研磨面)，通过蒸镀而形成由Ti/Al/Ti/Au构成的η侧电极80b。
[0229]针对这2种激光条纹制作谐振镜时，使用了采用波长为355nm的YAG激光的激光刻划器。当使用激光刻划器而断裂时，与使用金刚石刻划时相比，可提高振荡芯片合格率。作为刻划槽的形成条件，使用以下条件:激光输出为IOOmW ;扫描速度为5mm/s。所形成的刻划槽，例如是长度为30 μ m、宽度为10 μ m、深度为40 μ m的槽。以800 μ m的间距通过基板的绝缘膜开口部位对外延表面直接照射激光，由此形成刻划槽。设谐振器长度为600μπι。
[0230]使用刮刀，通过切断而制作谐振镜。在基板背侧通过挤压而使其断裂，由此制作激光条。更具体而言，针对{20-21}面的GaN基板表示结晶取向与切断面的关系的图为图7的(b)部及图7的(c)部。图7的(b)部表示激光条纹设于(I)M方向的情形，表示出半极性面71a以及用于激光谐振器的端面81a、81b。端面81a、81b与半极性面71a大致正交,但与现有的c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。图7的(c)部表示激光条纹设于
(2)〈11-20>方向的情形，表示出半极性面71a以及用于激光谐振器的端面81c、81d。端面81c、81d与半极性面71a大致正交，且由a面构成。
[0231]利用扫描型电子显微镜观察因断裂而形成的切断面可知，(I)以及(2)中均未观察到明显的凹凸。因此，可推断切断面的平坦性(凹凸的大小)为20nm以下。进而，切断面对于试样表面的垂直性为±5度的范围内。
[0232]在激光条的端面通过真空蒸镀法涂布电介质多层膜。电介质多层膜由SiO2与TiO2交替地积层而构成。膜厚分别在50?IOOnm的范围调整，并设计成反射率的中心波长位于500?530nm的范围。将一侧的反射面设计为10周期，将反射率的设计值设计为约95%，将另一侧的反射面设计为6周期，将反射率的设计值设为约80%。
[0233]在室温下通电而进行评估。电源使用脉宽为500ns、占空比为0.1%的脉冲电源，使探针落在表面电极而通电。进行光输出测定时，利用光电二极管检测出来自激光条端面的发光，调查电流-光输出特性(1-L特性)。测定发光波长时，使来自激光条端面的发光通过光纤，使用光谱分析仪作为检测器而进行光谱测定。调查偏光状态时，使来自激光条的发光通过偏光板而旋转，从而调查偏光状态。观测LED模式光时,将光纤配置在激光条表面侧，由此测定自表面放出的光。
[0234]在所有的激光器中确认振荡后的偏光状态后可知，向a轴方向偏光。振荡波长为500 ?530nm。
[0235]在所有的激光器中测定LED模式(自然放出光)的偏光状态。设a轴方向的偏光分量为I1、将m轴投影至主面的方向的偏光分量为12，将(11-12)/(11+12)定义为偏光度P。如此，调查求得的偏光度P与阈值电流密度的最小值的关系后，可获得图9。根据图9可知，当偏光度为正时，(I)激光条纹M方向的激光器中，阈值电流密度大幅下降。S卩，可知当偏光度为正(11>12)、且在倾斜方向设有波导路时，阈值电流密度大幅下降。
[0236]图9所示的数据如下。
[0237]
【权利要求】
1.一种外延基板，其用于III族氮化物半导体激光器元件，其包括: 基板，其具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面；以及 半导体积层，其设于上述基板的上述半极性主面上， 上述半导体积层包含用于激光器构造体的半导体区域， 上述半导体区域包括由第I导电型氮化镓系半导体构成的第I包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、及设于上述第I包覆层与上述第2包覆层之间的活性层， 上述第I包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列， 上述活性层包含氮化镓系半导体层， 上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜， 上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度ALPHA为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围， 上述半导体积层包含沿表示上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的基准轴延伸的构造物。
2.如权利要求1所述的外延基板，其中，上述构造物在上述a轴方向具有230μ m以上的长度。
3.如权利要求1或2所述的外延基板，其中，上述构造物在上述半导体积层的上表面具有在上述a轴方向延伸的表面形态。
4.如权利要求1至3中任一项所述的外延基板，其中，上述构造物包含上述半导体积层的上表面上的凹陷。
5.如权利要求1至4中任一项所述的外延基板，其中，上述构造物设于到达上述半导体积层的上表面的堆垛层错的位置。
6.如权利要求1至5中任一项所述的外延基板，其中，上述构造物相对于上述a轴方向形成-0.5度以上及+0.5度以下的范围的偏移角。
7.如权利要求1至6中任一项所述的外延基板，其中，上述构造物相对于上述a轴方向形成-0.3度以上及+0.3度以下的范围的偏移角。
8.如权利要求1所述的外延基板，其中，上述构造物包含在由水银灯激发的发光像中被观察为暗区域的缺陷区域。
9.如权利要求8所述的外延基板，其中， 上述发光像中的暗区域的长边在上述基准轴的方向延伸， 上述长边具有230 μ m以上的长度。
10.如权利要求8或9所述的外延基板，其中，上述长边与上述a轴方向所成的偏移角在-0.5度以上+0.5度以下的范围。
11.如权利要求8至10中任一项所述的外延基板，其中，上述长边与上述a轴方向所成的偏移角在-0.3度以上+0.3度以下的范围。
12.如权利要求8至11中任一项所述的外延基板，其中，上述暗区域包含设于上述活性层的结晶缺陷。
13.如权利要求8至12中任 一项所述的外延基板，其中，与上述a轴正交的平面上的剖面形状在上述结晶缺陷的至少一部分中为六边形。
14.如权利要求8至13中任一项所述的外延基板，其中，上述暗区域通过摄氏800度以上的温度的热处理而扩大。
15.一种制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其包括如下步骤: 准备权利要求1至13中任一项的外延基板； 使用上述外延基板，形成具有阳极电极及阴极电极的基板产物； 在上述基板产物上形成以上述外延基板的上述构造物为基准界定了方向的刻划标记；以及 通过上述基板产物的挤压而进行上述基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条， 上述激光条具有通过上述分离而 形成的第I及第2端面， 上述第I及第2端面构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器， 上述基板产物包括激光器构造体，该激光器构造体包括具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面的上述基板、及形成于上述半极性主面上的半导体区域， 上述阳极电极及阴极电极形成于上述激光器构造体上， 上述第I及第2端面与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定的m-n面交叉。
16.如权利要求15所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中， 形成上述基板产物的步骤，包含形成覆盖上述激光器构造体的上述半导体区域的绝缘膜的步骤， 在上述绝缘膜形成有条纹形状的开口， 形成上述开口时，上述开口的方向以上述构造物为基准而界定， 上述阳极电极及阴极电极中的任一方经由上述绝缘膜的上述开口而与上述激光器构造体接触。
17.如权利要求15或16所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中， 上述激光器构造体的上述半导体区域具有隆脊构造， 上述隆脊构造具有条纹形状， 形成上述隆脊构造时，上述隆脊构造的条纹形状的方向以上述构造物为基准而界定。
【文档编号】B82Y20/00GK103606817SQ201310545985
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2010年11月11日 优先权日:2009年12月25日
【发明者】善积祐介, 盐谷阳平, 京野孝史, 住友隆道, 嵯峨宣弘, 足立真宽, 住吉和英, 德山慎司, 高木慎平, 池上隆俊, 上野昌纪, 片山浩二 申请人:住友电气工业株式会社
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