Iii族氮化物半导体激光器元件及其制作方法

专利名称：Iii族氮化物半导体激光器元件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种III族氮化物半导体激光器元件以及III族氮化物半导体激光器元 件的制作方法。
背景技术：
在非专利文献1中公开了在C面蓝宝石基板上制作的半导体激光器。通过干法 蚀刻形成半导体激光器的镜面。登载了激光器谐振镜面的显微镜照片，并记载了该表面 的粗糙度约为50nm。
在非专利文献2中公开了在(11-22)面GaN基板上制作的半导体激光器。通过 干法蚀刻形成半导体激光器的镜面。
在非专利文献3中公开了氮化镓类半导体激光器。为了将m面作为解理面 (cleaved facets)用于激光谐振器，提出了产生沿基板的c轴的偏离方向偏振的激光。在该 文献中具体地记载了在无极性面上扩大阱幅度，而在半极性面上缩小阱幅度。
非专利文献1 Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35，(1996) L74-L76
非专利文献2 Appl.Phy.Express 1 (2008) 091102
非专利文献3 Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46，(2007) L789
根据氮化镓类半导体的能带结构，存在能够产生激光振荡的几种跃迁。据发明 人所知，在使用c轴向a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，可以认为当沿着由c轴和a轴所确定的面延伸激光波导时能够使阈值电流降低。 在该激光波导的方向上，这些跃迁当中跃迁能量(导带能量和价带能量的差)最小的模式 能够形成激光振荡，当能够形成该模式的激光振荡时能够使阈值电流降低。
然而，在该激光波导上，为了对谐振器镜面有利而不能利用c面、a面以及m面 这些以往的解理面。因此。为了便于制作谐振器镜面，以往使用反应性离子蚀刻(RIE) 来形成半导体层的干法蚀刻面。在相对于激光波导的垂直性、干法蚀刻面的平坦性以及 离子损失等方面期望对通过RIE法形成的谐振器镜面进行改善。另外，分析出用于获得 当前技术水平下的良好的干法蚀刻面的工艺条件成为很大的负担。
在发明人所知的范围内，直到目前为止，在上述的半极性面上形成的上述III族 氮化物半导体激光器元件中没有实现C轴的倾斜方向(偏离方向)上延伸的激光波导、以 及不使用干法蚀刻形成的谐振器镜面用端面这两者。发明内容
本发明是鉴于这种情况而做出的。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，在从六方晶系III族氮化物的c轴向a轴方向倾斜的支撑基体的半极性 面上，具有可实现低阈值电流的激光谐振器，本发明的目的还在于提供一种该III族氮化 物半导体激光器元件的制作方法。
本发明的一个侧面所涉及的III族氮化物半导体激光器元件，包括(a)激光器结构体，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和被设置 在上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域；和(b)电极，被设置在上述激光器 结构体的上述半导体区域上。其中上述半导体区域包含第1包层，由第1导电类型的氮 化镓类半导体构成；第2包层，由第2导电类型的氮化镓类半导体构成；以及活性层， 被设置在上述第1包层和上述第2包层之间，上述第1包层、上述第2包层以及上述活性 层沿着上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓类半导体层，上述支撑基 体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴朝向上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴 方向相对于上述法线轴以有限的角度ALPHA倾斜，上述 激光器结构体包含与由上述六方 晶系III族氮化物半导体的a轴和上述法线轴确定的a-n面交叉的第1切断面和第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1切断面和第2切断面， 上述激光器结构体包含第1面和第2面，上述第1面为上述第2面的相反侧的面，上述第 1切断面和第2切断面分别从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘。根据该III族氮化物半导体激光器元件，作为激光谐振器的第1及第2切断面与 由六方晶系III族氮化物半导体的a轴及法线轴所确定的a-η面交叉，因而能够设置在a-n 面和半极性面的交叉线方向上延伸的激光波导。因此，能够提供具有可实现低阈值电流 的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器元件。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，上述法线轴和上述六方晶 系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上且80度以下或者在100度以上且135 度以下的范围内。在该III族氮化物半导体激光器元件中，在小于45度以及超过135度的角度的情 况下，通过按压形成的端面由a面构成的可能性较高。另外，在超过80度且小于100度 的角度的情况下，存在不能获得期望的平坦性及垂直性的担忧。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，上述法线轴和上述六方晶 系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在59度以上且80度以下或者在100度以上且121 度以下的范围内。在该III族氮化物半导体激光器元件中，在59度以上且80度以下的范围内，通 过按压形成的端面接近与基板主面垂直的面的可能性高。另外，在100度以上且121度 以下的范围内，通过按压形成的端面接近与基板主面垂直的面的可能性高。在超出80度 且小于100度的角度的情况下，存在不能获得期望的平坦性及垂直性的担忧。在本发明所涉及的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 为40 μ m以下。该III族氮化物半导体激光器元件有助于获得用于激光谐振器的质量良好 的切断面。在本发明所涉及的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 为50 μ m以上且IOOym以下。如果厚度在50 μ m以上，则处理变得容易，并且生产成 品率提高。如果在100 μ m以下，则更有助于获得用于激光谐振器的质量良好的切断面。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，来自上述活性层的激光在 上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向上偏振。在该III族氮化物半导体激光器元 件中，可实现低阈值电流的能带跃迁具有偏振性。 在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，上述III族氮化物半导体激光器元件的LED模式的光在上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向上包含偏振分 量II，在将上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴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。根据该III族氮化物半导体激光器元 件，在LED模式中，使用激光谐振器来使较大发光强度的模式的光进行激光振荡。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，关于上述半极性主面，从 {11-22丨面、{11-21丨面、{11-2-2丨面以及丨11-2-1丨面中任意一个半极性面朝向a面方向 略微倾斜-4度以上且+4度以下的范围的面也可作为上述主面。根据该III族氮化物半导体激光器元件，在从这些典型的半极性面略微倾斜的面 中，可以提供可构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的具有足够的平坦性 和垂直性的第1及第2端面。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，上述半极性主面优选为 {11-22[面、{11-21[面、{11-2-2[面以及{11-2-1[面中的任意一个面。根据该III族氮化物半导体激光器元件，在这些典型的半极性面中，能够提供可 构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的具有足够的平坦性和垂直性的第1 及第2端面。在本发明所涉及的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 密度优选为IXlO4Cm1以下。根据该III族氮化物半导体激光器元件，由于堆垛层错密度在1 X IO4cm 1以下， 因此由于偶然事件而使切断面的平坦性和/或垂直性破坏的可能性较低。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体可以由 GaN、AlGaN、A1N、InGaN 以及 InAlGaN 中的任意一种构成。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类半导体构成的基 板时，能够得到可作为谐振器利用的第1及第2端面。当使用AlN基板或AlGaN基板 时，能够增大偏振度，还能够通过低折射率来强化光封闭。当使用InGaN基板时，能够 减小基板和发光层之间的晶格不匹配率，从而提高晶体质量。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，还可以具有在上述第1及 第2切断面中的至少任意一个面上设置的电介质多层膜。在该III族氮化物半导体激光器元件中，在切断面上也可适用端面涂敷。可以通 过端面涂敷来调整反射率。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，上述活性层可以包含被设 置为产生波长在360nm以上且600nm以下的光的量子阱结构。该III族氮化物半导体激 光器元件可以通过利用半极性面来获得有效利用LED模式偏振光的III族氮化物半导体激 光器元件，并且可获得低的阈值电流。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，更优选上述活性层包含被 设置为产生波长在430nm以上且550nm以下的光的量子阱结构。该III族氮化物半导体 激光器元件可以通过利用半极性面来降低压电电场并提高发光层区域的晶体质量，并由 此提高量子效率，有助于产生波长在430nm以上且550nm以下的光。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，上述第1切断面和第2切 断面上均露出上述支撑基体的端面和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和由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的a轴所正交的基准面所成的 角度，在由上述III族氮化物半导体的c轴和a轴确定的第1平面上为(ALPHA-5)度以上 且(ALPHA+5)度以下的范围内的角度。该III族 氮化物半导体激光器元件具有从c轴和a轴中的一个到另一个所取得的 角度满足上述垂直性的端面。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，上述角度优选为在与上述 第1平面及上述法线轴正交的第2平面上在-5度以上且+5度以下的范围内。该III族氮化物半导体激光器元件具有垂直于半极性面的法线轴的面上所确定的 角度地满足上述垂直性的端面。在本发明所涉及的III族氮化物半导体激光器元件中，上述电极在预定的轴的方 向上延伸，并且上述第1及第2切断面与上述预定的轴交叉。本发明的其它侧面涉及一种III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，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)形成具有激光器结构体、阳极电极和阴极电极的基板制品，上述激光器结构体包含形 成在上述半极性主面上的半导体区域和上述基板；(C)在上述六方晶系III族氮化物半导 体的a轴方向上对上述基板制品的第1面的局部划线；以及(d)通过对上述基板制品的第 2面按压，分离上述基板制品，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面的相反侧的面，上述半导体区域位于上述第1面和上述基板之间，上述激光棒具有从 上述第1面延伸至上述第2面且通过上述分离而形成的第1端面和第2端面，上述第1端 面和第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，上述阳极电极和阴极 电极形成在上述激光器结构体上，上述半导体区域包含第1包层，由第1导电类型的氮 化镓类半导体构成；第2包层，由第2导电类型的氮化镓类半导体构成；以及活性层， 被设置在上述第1包层和上述第2包层之间，上述第1包层、上述第2包层以及上述活性 层沿着上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓类半导体层，上述基板的 上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴朝向上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向 相对于上述法线轴以有限的角度ALPHA倾斜，上述第1端面和第2端面与由上述六方晶 系III族氮化物半导体的a轴和上述法线轴确定的a-n面交叉。根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向上对基板制品的第1 面划线之后，通过对基板制品的第2面按压来分离基板制品，形成其他基板制品及激光 棒。因此，在激光棒上第1及第2端面形成为与由六方晶系III族氮化物半导体的a轴和 法线轴确定的a-n面交叉。通过如上所述形成端面，第1及第2端面能够提供可构成该 III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的具有足够的平坦性、垂直性或者没有离子 损伤的谐振镜面。另外，在该方法中，激光波导在六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方向上延 伸，不使用干法蚀刻面而形成能够提供该激光波导的谐振器镜端面。在本发明所涉及的方法中，在形成上述基板制品的上述步骤中，对上述基板实 施被称为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面是通过上述 加工形成的加工面或者包含形成在上述加工面上的电极的面。在本发明所涉及的方法中，在形成上述基板制品的上述步骤中，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面是通过上述研磨形成的研 磨面或者包含形成在上述研磨面上的电极的面。
在该厚度的基板中，能够成品率良好地形成可构成该III族氮化物半导体激光器 元件的激光谐振器的具有足够的平坦性、垂直性或者没有离子损伤的第1及第2端面。
在本发明所涉及的方法中，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度以下的范围内。在小于45度和超出135度的角度的情况下，通过按 压形成的端面由a面构成的可能性高。另外，在超出80度且小于100度的角度的情况 下，不能获得期望的平坦性和垂直性。
在本发明所涉及的方法中，为了更好地实施本发明，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度以下的范围内。在小于59度并且超出121 度的角度的情况下，存在通过按压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度的角度的情况下，不能获得期望的平坦性和垂直性。
在本发明所涉及的方法中，关于上述半极性主面，从{11-22}面、{11-21}面、 {11-2-2}面以及丨11-2-1丨面中任意一个半极性面朝向a面方向略微倾斜-4度以上且+4 度以下的范围的面也可作为上述主面。
在从这些典型的半极性面略微倾斜的面中，也能够提供可构成该III族氮化物半 导体激光器元件的激光谐振器的具有足够的平坦性、垂直性或者没有离子损伤的第1及 第2端面。
在本发明所涉及的方法中，上述半极性主面优选为{11-22}面、{11-21}面、 {11-2-2}面以及{11-2-1}面中任意一个。
在这些典型的半极性面中，也能够提供可构成该III族氮化物半导体激光器元件 的激光谐振器的具有足够的平坦性、垂直性或者没有离子损伤的第1及第2端面。
在本发明所涉及的方法中，使用激光划线器进行上述划线，通过上述划线形成 划线槽，上述划线槽的长度小于由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴和上述法线轴 确定的m-n面与上述第1面的交叉线的长度。
根据该方法，通过切断基板制品来形成其他基板制品和激光棒。使用比激光棒 的切断线短的划线槽来进行上述切断。
在本发明所涉及的方法中，在由上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴和a轴 确定的平面上，上述第1端面和第2端面各自的上述活性层的端面与由上述六方晶系氮化 物半导体构成的支撑基体的a轴所正交的基准面成(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5度) 以下的范围内的角度。
根据该方法，能够形成从c轴和a轴中的一个到另一个所取得的角度具有上述垂 直性的端面。
在本发明所涉及的方法中，上述基板可以由GaN、AlN> AlGaN> biGaN以及 InAlGaN中的任意一种形成。根据该方法，当使用由这些氮化镓类半导体构成的基板 时，能够获得可用作谐振器的第1及第2端面。
根据下面参照附图进行的本发明的优选实施例的详细说明，可更加容易地明确 本发明的上述目的及其它目的、特征以及优点。


图1是概略地示出本实施方式所涉及的III族氮化物半导体激光器元件的结构的 图。图2是示出III族氮化物半导体激光器元件中的活性层的能带结构的图。图3是示出III族氮化物半导体激光器元件的活性层中的发光的偏振的图。图4是示出III族氮化物半导体激光器元件的端面和活性层的a面的关系的图。图5是示出本实施方式所涉及的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法的主 要步骤的步骤流程图。图6是示意性地示出本实施方式所涉及的III族氮化物半导体激光器元件的制作 方法的主要步骤的图。图7是示出晶格中的{11-21}面和谐振器端面的扫描电子显微镜图像的图。图8是示出实施例1中所示的激光二极管的结构的图。图9是示出所求出的偏振度P和阈值电流密度的关系的图。图10是示出GaN基板的c轴朝向a轴方向的倾斜角和振荡率的关系的图。图11是示出堆垛层错密度和振荡率的关系的图。图12是示出基板厚度和振荡率的关系的图。图13是示出(11-21)面和其它面方位(指数)所成的角度的图。
具体实施例方式可以通过参照作为示例而示出的附图并考查下面的详细说明来容易地理解本发 明的见解。接下来，参照附图对本发明的III族氮化物半导体激光器元件以及III族氮化 物半导体激光器元件的制作方法所涉及的实施方式进行说明。在可能的情况下，对同一 部分标以相同的标号。图1是概略地示出本实施方式所涉及的III族氮化物半导体激光器元件的结构的 图。虽然III族氮化物半导体激光器元件11具有增益导引型的结构，但本发明的实施方式 不限于增益导引型的结构。III族氮化物半导体激光器元件11具有激光器结构体13以及 电极15。激光器结构体13包含支撑基体17以及半导体区域19。支撑基体17由六方晶 系III族氮化物半导体构成，而且具有半极性主面17a和背面17b。半导体区域19设置在 支撑基体17的半极性主面17a上。电极15设置在激光器结构体13的半导体区域19上。 半导体区域19包含第1包层21、第2包层23以及活性层25。第1包层21由第1导电 类型的氮化镓类半导体构成，例如由η型AlGaN、η型InAlGaN等构成。第2包层23由 第2导电类型的氮化镓类半导体构成，例如由ρ型AlGaN、ρ型InAlGaN等构成。活性 层25设置在第1包层21和第2包层23之间。活性层25包含氮化镓类半导体层，该氮 化镓类半导体层为例如阱层25a。活性层25包含由氮化镓类半导体构成的势垒层25b， 并且交替地配置阱层25a和势垒层25b。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可以包含为了产生波长360nm以上且600nm以下的 光而设置的量子阱结构。通过利用半极性面，有利于产生波长430nm以上且550nm以下 的光。第1包层21、第2包层23以及活性层25沿半极性主面17a的法线轴NX配置。 在III族氮化物半导体激光器元件11中，激光器结构体13包含与六方晶系III族氮化物半导体的a轴和法线轴NX所确定的a-n面交叉的第1切断面27和第2切断面29。参照图1描绘正交坐标系S以及晶格坐标系CR。法线轴NX指向正交坐标系S 的Z轴方向。半极性主面17a与正交坐标系S的X轴和Y轴所确定的预定平面平行地延 伸。另外，在图1中，描绘了代表性的c面Sc。支撑基体17的六方晶系III族氮化物半 导体的c轴朝向六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向相对于法线轴NX倾斜有限的角 度ALPHA，并且角度ALPHA大于0。III族氮化物半导体激光器元件11还具有绝缘膜31。绝缘膜31覆盖激光器结构 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和支撑基体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和上述a-η面的交叉线LIX的方向上延伸，形成例如长条(Stripe) 形状。电极15经由开口 31a与半导体区域19的表面19a(例如第2导电类型的接触层 33)接触，并且在上述的交叉线LIX的方向上延伸。在III族氮化物半导体激光器元件11 中，激光波导包含第1包层21、第2包层23以及活性层25，而且在上述的交叉线LIX的 方向上延伸。在III族氮化物半导体激光器元件11中，第1切断面27以及第2切断面29与六 方晶系III族氮化物半导体的a轴和法线轴NX所确定的a-η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1和第2切断面27、29，并且激光波导从第1切断面 27和第2切断面29中的一个延伸至另一个。激光器结构体13包含第1面13a和第2面 13b，并且第1面13a是第2面13b的相反侧面。第1及第2切断面27、29从第1面13a 的边缘13c延伸至第2面13b的边缘13d。第1及第2切断面27、29与c面、m面以及 a面这些现有的解理面(Cleavage plane)不同。根据这种III族氮化物半导体激光器元件11，构成激光谐振器的第1及第2切断 面27、29与a-n面交叉。因此能够设置a_n面和半极性面17a的交叉线的方向上延伸的 激光波导。因此，III族氮化物半导体激光器元件11具有可实现低阈值电流的激光谐振器。III族氮化物半导体激光器元件11包含η侧光导引层35以及ρ侧光导引层37。η 侧光导引层35包含第1部分35a以及第2部分35b，η侧光导引层35由例如GaN、InGaN 等构成。P侧光导引层37包含第1部分37a以及第2部分37b，ρ侧光导引层37由例如 GaN、InGaN等构成。载流子阻挡层39设置在例如第1部分37a和第2部分37b之间。 支撑基体17的背面17b上设置有另一个电极41，电极41覆盖例如支撑基体17的背面 17b。图2是示出III族氮化物半导体激光器元件中的活性层的能带结构的图。图3是 示出在III族氮化物半导体激光器元件11的活性层中25的发光偏振的图。图4是示意地 示出由c轴和a轴所确定的剖面的图。参照图2(a)，在能带结构BAND的Γ点附近， 导带和价带之间可能的跃迁有3种。A能带和B能带具有较小的能量差。基于导带和A 能带之间的跃迁Ea的发光在m轴方向上偏振，基于导带和B能带之间的跃迁Eb的发光 在将c轴投影在主面上所得到的方向上偏振。关于激光振荡，跃迁Ea的阈值比跃迁Eb 的阈值小。参照图2(b)，示出了在III族氮化物半导体激光器元件11的LED模式中的光谱。LED模式中的光包含六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向的偏振分量II、以及 将六方晶系III族氮化物半导体的c轴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。根据(11-12) / (11+12)确定偏振度P。使用这种III族氮化物半 导体激光器元件11的激光谐振器，能够在LED模式中使较大发光强度的模式的光形成激 光振荡。如图3所示，还可以具有第1及第2切断面27、29中的至少一个上或者两个上 分别设置的电介质多层膜43a、43b。切断面27、29上也可以进行端面涂敷。通过端面 涂敷可以调整反射率。如图3(b)所示，来自活性层25的激光L在六方晶系III族氮化物半导体的m轴 方向上偏振。在该III族氮化物半导体激光器元件11中，能够实现低阈值电流的能带跃 迁具有偏振性。用于激光谐振器的第1及第2切断面27、29与C面、m面以及a面这些 现有的解理面不同。然而，第1及第2切断面27、29具有谐振器所要求的作为镜面的平 坦性和垂直性。因此，使用第1及第2切断面27、29以及在这些切断面27、29之间延 伸的激光波导，如图3(b)所示，能够利用比在将c轴投影在主面上所得到的方向上偏振 的跃迁Eb的发光更强的跃迁Ea的发光，降低激光振荡的阈值。在III族氮化物半导体激光器元件11中，在第1及第2切断面27、29上分别有支 撑基体17的端面17c和半导体区域19的端面19c，并且端面17c和端面19c被电介质多 层膜43a覆盖。在支撑基体17的端面17c以及活性层25的端面25c的法线矢量NA和活 性层25的a轴矢量AA之间形成的角度BETA由分量(BETA)工和分量(BETA) 2确定，其 中，分量(BETA)1在由III族氮化物半导体的c轴和a轴所确定的第1平面Sl中确定，分 量(BETA)2在与第1平面Sl (在图3中参照“Si” )和法线轴NX正交的第2平面S2 (在 图3中参照“S2”)中确定。在由III族氮化物半导体的c轴和a轴所确定的第1平面Sl 中，分量(BETA)Jt选为在(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范围内。该角 度范围由图4中表示为代表性的a面Sa*参考面Fm所成的角度。为了容易理解，在图4 中，从激光器结构体的内侧移至外侧来描绘代表性的a面SA。参考面Fm沿着活性层25 的端面25c延伸。该III族氮化物半导体激光器元件11具有从c轴和a轴中的一个到另一 个所取得的角度BETA满足上述垂直性的端面。另外，在第2平面S2中，分量(BETA)2 优选在-5度以上且+5度以下的范围内。在此，BETA2=(BETA)1^(BETA)A此时， III族氮化物半导体激光器元件11的端面27、29的垂直于半极性面17a的法线轴NX的面 中所确定的角度满足上述的垂直性。再次参照图1，在III族氮化物半导体激光器元件11中，支撑基体17的厚度 DSUB优选为400 μ m以下。在该III族氮化物半导体激光器元件中，有利于获得用于激 光谐振器的质量良好的切断面。在III族氮化物半导体激光器元件11中，支撑基体17的 厚度DUSB更优选为50 μ m以上且100 μ m以下。在该III族氮化物半导体激光器元件 11中，更有利于获得激光谐振器所要求的质量良好的切断面。另外，还能使处理容易， 并提高生产成品率。在III族氮化物半导体激光器元件11中，优选法线轴NX和六方晶系III族氮化 物半导体的c轴所成的角度ALPHA为45度以上，并且优选为在80度以下。另外，角 度ALPHA优选为100度以上，并且优选为135度以下。在小于45度和超出135度的情况下，通过按压形成的端面由a面形成的可能性较高。另外，在超过80度且小于100度 的角度的情况下，存在不能获得期望的平坦性及垂直性的担忧。
在III族氮化物半导体激光器元件11中，为了更好地实施本发明，优选为法线轴 NX和六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度ALPHA为59度以上，并且优选为 80度以下。另外，优选为角度ALPHA为100度以上，并且优选为121度以下。在小于 59度和超出121度的角度的情况下，有通过按压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度的角度的情况下，存在不能获得期望的平坦性及 垂直性的担忧。
半极性主面17a可以是{11-22}面、{11-21}面、{11_2_2}面以及{11_2_1}面 中的任意一个面。此外，相对这些面略微倾斜-4度以上且+4度以下的范围内的面也能 够作为上述的主面来良好地使用。从这些典型的半极性面17a中能够提供可构成该III族 氮化物半导体激光器元件11的激光谐振器的具有足够的平坦性和垂直性的第1及第2端 面27、29。另外，在这些典型的面方位所涉及的角度的范围内，可获得表现出足够的平 坦性和垂直性的端面。
在III族氮化物半导体激光器元件11中，支撑基体17的堆垛层错密度可以在 IX IO4cm1以下。由于堆垛层错密度在IX IO4cm1以下，因此由于偶然事件而使切断面的 平坦性和/或垂直性被破坏的可能性低。另外，支撑基体17可以由GaN、A1N、AlGaN、 InGaN以及InAlGaN中的任意一种构成。在使用由这些氮化镓类半导体构成的基板时， 能够获得可作为谐振器使用的端面27、29。当使用AlN或AlGaN基板时，能够增大偏 振度，还能够通过低折射率来强化光封闭。当使用InGaN基板时，能够减小基板和发光 层之间的晶格不匹配率，从而提高结晶质量。
图5是示出本实施方式所涉及的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法的主 要步骤的图。参照图6(a)，示出了基板51。在步骤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(矢量VC) 朝向六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向(矢量VA)相对于法线轴NX倾斜有限的角 度ALPHA。因此，基板51具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面51a。
在步骤S102中，形成基板制品SP。在图6(a)，虽然将基板制品SP作为大致圆 板形部件来进行描绘，但基板制品SP的形状不限于此。为了获得基板制品SP，首先， 在步骤S103中形成激光器结构体55。激光器结构体55包括半导体区域53及基板51， 在步骤S103中，半导体区域53形成在半极性主面51a上。为了形成半导体区域53，在 半极性主面51a上依次生长第1导电类型的氮化镓类半导体区域57、发光层59以及第2 导电类型的氮化镓类半导体区域61。氮化镓类半导体区域57可以包含例如η型包层，氮 化镓类半导体区域61可以包含例如ρ型包层。发光层59设置在氮化镓类半导体区域57 和氮化镓类半导体区域61之间，发光层59还可以包含活性层、光导引层以及电子阻挡层 等。沿半极性主面51a的法线轴NX配置氮化镓类半导体区域57、发光层59以及第2导 电类型的氮化镓类半导体区域61。通过外延生长来形成这些半导体层。半导体区域53 上覆盖有绝缘膜讨。绝缘膜讨由例如硅氧化物构成。绝缘膜讨具有开口 ^a。开口 54a形成为例如长条形状。
在步骤S104中，在激光器结构体55上形成阳极电极58a和阴极电极58b。另外，在基板51的背面上形成电极之前，对用于生长晶体的基板的背面进行研磨来形成所 期望的厚度DSUB的基板制品SP。在电极的形成中，例如，在将阳极电极58a形成在半 导体区域53上，并且将阴极电极58b形成在基板51的背面(研磨面)51b上。阳极电极 58a在X轴方向上延伸，阴极电极58b覆盖背面51b的整个面。通过这些步骤形成基板制 品SP。基板制品SP包含第1面63a以及位于该第1面63a的相反侧的第2面63b。半 导体区域53位于第1面63a和基板51之间。在步骤S105中，如图6(b)所示，对基板制品SP的第1面63a划线。使用激光 划线器IOa来进行划线。通过划线形成划线槽65a。在图6(b)中，已形成5道划线槽， 并正使用激光束LB继续形成划线槽65b。划线槽65a的长度小于由六方晶系III族氮化 物半导体的m轴和法线轴NX所确定的m-n平面和第1面63a的交叉线AIS的长度，并 对交叉线AIS的一部分进行激光束LB的照射。通过激光束LB的照射，在第1面63a上 形成在特定方向上延伸并到达半导体区域的槽。划线槽65a可以在例如基板制品SP的一 个边缘上形成。在步骤S106中，如图6(c)所示，通过向基板制品SP的第2面63b按压来进行基 板制品SP的分离，从而形成基板制品SPl和激光棒LB1。使用例如称为刀片(Blade)69 的切断装置来进行按压。刀片69包含在一个方向上延伸的刃69a以及规定刃69a的至少 两个刀片面69b、69c。另外，在支撑装置71上对基板制品SPl进行按压。支撑装置71 含有支撑面71a和凹部71b，凹部71b在一个方向上延伸。凹部71b形成在支撑面71a 中。使基板制品SPl的划线槽65a的朝向和位置与支持装置71的凹部71b的延伸方向一 致，从而将基板制品SPl在支撑装置71上定位于凹部71b处。使凹部71b的延伸方向与 切断装置的刃的朝向一致，从与第2面63b交叉的方向在基板制品SPl上按压切断装置的 刃。交叉方向优选为与第2面63b大体垂直的方向。由此来进行基板制品SP的分离， 从而形成基板制品SPl和激光棒LBl。通过按压形成具有第1及第2端面67a、67b的激 光棒LB1，这些端面67a、67b的至少发光层的一部分具有可适用于半导体激光器的谐振 镜面的程度的垂直性和平坦性。所形成的激光棒LBl具有通过上述分离形成的第1及第2端面67a、67b，端面 67a、67b分别从第1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，并且与XZ面交叉。该XZ面对应于由六方晶系III族 氮化物半导体的a轴及法线轴NX所确定的a-n面。根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向上对基板制品SP的第 1面63a划线之后，通过向基板制品SP的第2面63b按压来进行基板制品SP的分离，从 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形成为与a-n面交叉。通过如上所述形成该端面，第1及第2端面67a、67b可具有 能够构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的足够的平坦性和垂直性。另外，在该方法中，所形成的激光波导在六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方 向上延伸。在不使用干法蚀刻面的情况下，形成了能够提供该激光波导的谐振器镜端 面。根据该方法，通过切断基板制品SPl来形成新的基板制品SPl和激光棒LBl。 在步骤S107中，反复通过按压进行分离来制作多个激光棒。通过使用比激光棒LBl的切断线BREAK短的划线槽65a来引起这种切断。在步骤S108中，在激 光棒LBl的端面67a、67b上形成电介质多层膜来形成激光 棒制品。在步骤S109中，将该激光棒制品分离成各半导体激光器芯片。在本实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度以下的范围内。在小于45度以及超出135度的角度的情况 下，通过按压形成的端面由a面形成的可能性较高。另外，在超出80度且小于100度的 角度的情况下，存在不能获得期望的平坦性及垂直性的担忧。为了更好地实施本发明， 可以使角度ALPHA在59度以上且80度以下的范围内，还可以使角度ALPHA在100度 以上且121度以下的范围内。在小于59度和超出121度的角度的情况下，存在通过按压 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 况下，存在不能获得期望的平坦性及垂直性的担忧。半极性主面51a可以是{11-22丨面、 {11-21}面、{11-2-2}面以及{11-2-1}面中的任意一个面。此外，相对于这些面略微倾 斜-4度以上且+4度以下的范围内的面也能够作为上述的主面来良好地使用。从这些典 型的半极性面中能够提供可构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的具有足 够的平坦性和垂直性的用于激光谐振器的端面。基板51可以由GaN、A1N、AlGaN、InGaN以及InAlGaN中的任意一种构成。
在使用由这些氮化镓类半导体构成的基板时，能够获得可作为激光谐振器使用的端面。 基板51优选由GaN构成。在形成基板制品SP的步骤S104中，可以对在晶体生长中使用的半导体基板实施 称为切削(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 通过研磨形成的加工面。在该基板厚度的情况下，能够成品率较高地形成可构成该III族 氮化物半导体激光器元件的激光谐振器的具有足够的平坦性、垂直性或者没有离子损伤 的端面67a、67b。第2面63b是通过研磨形成的研磨面，更优选经研磨后基板厚度达到 IOOym以下。另外，为了较容易地处理基板制品SP，优选基板厚度为50 μ m以上。在本实施方式所涉及的激光器端面的制造方法中，在激光棒LBl中也规定参照 图3说明的角度BETA。在激光棒LBl中，在由III族氮化物半导体的c轴和a轴所确定 的第1平面(与参照图3说明的第1平面Sl相对应的面)中，角度BETA的分量(BETA)1 优选为(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范围内。激光棒LBl的端面67a、 67b的从c轴和a轴中的一个到另一个所取得的角度BETA的角度分量满足上述的垂直 性。另外，在第2平面(与图3中所示的第2平面S2相对应的面)中，角度BETA的分 量(BETA)Jt选为在-5度以上且+5度以下的范围内。此时，激光棒LBl的端面67a、 67b的垂直于半极性面51a的法线轴NX的面中所确定角度BETA的角度分量满足上述的 垂直性。通过向在半极性面51a上外延生长的多层氮化镓类半导体层的按压而产生的切断 来形成端面67a、67b。由于是在半极性面51a上生长的外延膜，因此端面67a、67b并不 是以往作为谐振器镜面使用的c面、m面或a面等低面指数的解理面。然而，在半极性 面51a上形成的外延膜的层叠层的切断中，端面67a、67b具有可作为谐振器镜面适用的 平坦性和垂直性。实施例1
如下准备半极性面GaN基板，并观察切断面的垂直性。对于基板，使用如下的 GaN基板从利用HVPE法生长为较厚的(0001) GaN结晶块上沿a轴方向以73度的角度 切成的{11-21丨面GaN基板。GaN基板的主面是镜面加工成的面，背面是经过研削加工 的花纹状。基板的厚度为370 μ m。在花纹状的背面侧，使用金刚笔与将C轴投影在基板主面上所得到的方向垂直地 划出划线，然后进行按压来切断基板。为了观察所得到的切断面的垂直性，使用扫描电 子显微镜从m面方向观察基板。图7(a)是从m面方向观察切断面的扫描型电子显微镜图像，右侧的端面是切断 面。可知切断面中存在相对于半极性主面具有平坦性和垂直性的区域。通过将基板研磨 得较薄并改善划线方法，能够将平坦性和垂直性提高的端面适用于激光二极管。实施例2在实施例1中，可知在具有半极性丨11-21丨面的GaN基板中，在与将c轴投影在 基板主面上所得到的方向垂直地划出划线并进行按压得到的切断面对于基板主面具有平 坦性和垂直性。在此，为了分析将该切断面作为激光器振荡器时的有用性，如下通过有 机金属气相生长法来生长图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。对于基板71， 制作如下的GaN基板从通过HVPE法生长为较厚的(0001) GaN结晶块上，使用晶片切 削装置沿a轴方向以0度到90度的范围的角度切成该基板，并且c轴朝向a轴方向的倾 斜角度ALPHA具有从0度到90度的范围的期望的偏离角。例如，当以73度的角度切 割时，得到丨11-21丨面的GaN基板，图7 (b)所示的六方晶系的晶格中由参照标号71a表
7J\ ο在生长之前，为了分析基板的堆垛层错密度，通过阴极发光 (Cathodoluminescence)法来观察基板。在阴极发光法中，虽然观察通过电子线激励的载 流子的发光过程，但当存在堆垛层错时，由于在堆垛层错附近载流子进行非发光复合， 因此观察到暗线形状。求出该暗线每单位长度的密度(线密度)，将其定义为堆垛层错 密度。在此，为了分析堆垛层错密度，使用了非破坏测量的阴极发光法，但也可以使用 破坏测量的透射电子显微镜。在透射电子显微镜中，在从m轴方向观察样品剖面时，沿 a轴方向从基板向样品表面延伸的缺陷为支撑基体中所包含的堆垛层错，与阴极发光法的 情况相同，能够求出堆垛层错的线密度。在将该基板71配置在反应炉内的基座上之后，按照下面的生长步骤生长外延 层。首先，生长厚度IOOOnm的η型GaN72。然后，生长厚度1200nm的η型InAlGaN 包层73。接下来，在生长厚度200nm的η型GaN导引层74a和厚度65nm的非掺杂InGaN 导引层74b之后，生长由GaN厚度15nm/InGaN厚度3nm构成的3个周期的MQW75。 接着，生长厚度65nm的非掺杂InGaN导引层76a、厚度20nm的ρ型AlGaN阻挡层77 以及厚度200nm的ρ型GaN导引层76b。然后，生长厚度400nm的ρ型InAlGaN包层 77。最后，生长厚度50nm的ρ型GaN接触层78。在将SiO2绝缘膜79在接触层78上成膜之后，使用光刻通过湿法蚀刻形成宽度 ΙΟμιη的条纹状窗口。在此，形成以下两种条纹方向的接触窗口。激光条纹的方向为 (I)A方向(接触窗口沿着由c轴和a轴确定的预定面的方向)，以及(2)M方向<1-100>方向。在条纹状窗口形成之后，蒸镀由Ni/Au形成的ρ侧电极80a和由Ti/Al形成的焊盘电极。然后，使用金刚石研磨液研磨GaN基板(GaN晶片)的背面，并制作背面为 镜面状态的基板制品。此时，使用接触式膜厚计来测定基板制品的厚度。厚度测定也可 以通过显微镜测定样品剖面而进行。显微镜可以使用光学显微镜、扫描电子显微镜。在 GaN基板(GaN晶片)的背面(研磨面)上通过蒸镀来形成由Ti/Al/Ti/Au构成的η侧电 极 80b。为了制作对应于这两种激光条纹的谐振器镜，使用采用了 355nm的YAG激光 器的激光划线器。在使用激光划线器进行切断的情况下，与使用金刚石划线器的情况相 比，能够提高振荡芯片的成品率。使用如下条件作为划线槽的形成条件激光器光输出 IOOmW ；扫描速度5mm/s。形成的划线槽为例如，长30 μ m、宽10 μ m、深40 μ m的 槽。通过以800 μ m的间距穿过基板的绝缘膜开口位置来在外延表面上直接照射激光，从 而形成划线槽。谐振器的长度设为600 μ m。使用刀片切断来制作谐振镜。通过在基板背侧进行按压来切断，由此制作激光 棒。更具体地，对于丨11-21丨面的GaN基板，图7 (b)和图7 (c)示出结晶方位和切断面 的关系。图7(b)是将激光条纹设置成(I)A方向的情况，示出半极性面71a和用于激光 谐振器的端面81a、81b。端面81a、81b大致正交于半极性面71a，但端面81a、81b与以 往的c面、m面或a面等现有的解理面不同。图7(c)是将激光条纹设置成(2)<1_100> 方向的情况，示出半极性面71a和用于激光谐振器的端面81c、Sld0端面81c、81d大致 正交于半极性面71a，端面81c、81d由m面构成。利用扫描电子显微镜观察通过切断形成的切断面的结果，在(1)和(2)均没有观 察到显著的凸凹。因此，推断切断面的平坦性(凹凸的大小)为20nm以下。此外，对 于切断面相对于样品表面的垂直性在士5度的范围内。通过真空蒸镀法在激光棒的端面上镀制电介质多层膜。通过交替地积层SiO2和 TiO2来构成电介质多层膜。在50 IOOnm的范围内对膜厚分别进行调整，以设计成反 射率的中心波长处于500 530nm的范围内。使一侧的反射面为10个周期，以将反射 率的设计值设计成约为95%，使另一侧的反射面为6个周期，以使反射率的设计值约为 80%。在室温下通过通电来进行评价。对于电源，使用脉宽500ns、占空比0.1%的脉 冲电源，使探针落在表面电极上来进行通电。在测定光输出时，通过光电二极管来检测 来自激光棒端面的发光，从而分析电流-光输出特性(I-L特性)。在测定发光波长时， 使来自激光棒端面的发光通过光纤，在检测器中使用光谱分析仪来进行光谱测定。在分 析偏振状态时，通过使来自激光棒的发光通过偏光板并转动偏光板来分析偏振状态。在 观测LED模式光时，通过将光纤配置在激光棒表面侧来测定从表面发出的光。根据对所有的激光器振荡后的偏振状态进行确认的结果，可知沿m轴方向偏 振。振荡波长为500 530nm。测定所有的激光器的LED模式(自然发出光)的偏振状态。将m轴方向的偏振 分量设为II，将C轴投影在主面上所得到的方向的偏振分量设为12，则偏振度ρ定义为 (11-12)/(11+12)。这样，图9得出了对所求出的偏振度P和阈值电流密度的最小值的之间的关系进行分析的结果。从图9中看出，在偏振度为正的情况下，(1)在激光条纹为 A方向的激光器中，阈值电流密度大幅降低。即，在偏振度为正(II >12)，并且将波导 设置在偏离方向的情况下，阈值电流密度大幅降低。
图9所示的数据如下0.35 15图10得出了对GaN基板的c轴朝向a轴方向的倾斜角和振荡率之间的关系进行 分析的结果。在本实施例中，关于振荡率，将其定义为(振荡芯片数)/(测定芯片数)。 另外，图10绘制了在基板的堆垛层错密度为IX IO4 (cm O以下，并且激光条纹为(I)A方 向的激光器中分析的结果。从图10可知在偏离角在45度以下的情况下，振荡率极低。 通过光学显微镜观察端面状态的结果，可知在比45度小的角度的情况下，大多数的芯片 中露出了 a面，并且不能获得垂直性。另外，可知在偏离角为59度以上且80度以下的范 围的情况下，垂直性提高，并且振荡率增加到50%以上。从这些事实中可以看出，GaN 基板的偏离角度的范围优选在59度以上且80度以下。此外，在具有与该晶体等效的端 面的角度范围即100度以上且121度以下的范围内也能得到同样的结果。图10所示的数据如下倾斜角 振荡率0100.1390.258406058666573707565796085359030图11得出了对堆垛层错密度和振荡率之间的关系进行分析的结果。振荡率的定 义与上述相同。从图11中看出，当堆垛层错密度超出lXloYcm1)时，振荡率急剧降 低。另外，通过光学显微镜观察端面状态的结果，可知在振荡率降低的样品中，端面凸 凹剧烈而不能获得平坦的切断面。原因可认为是由于存在堆垛层错而产生了切断容易程 度的差别。因此，有必要使基板中包含的堆垛层错密度在IX IO4(cm1)以下。图11所示的数据如下堆垛层错密度(cm O 成品率
阈值电流 阈值电流 偏振度 (A方向条纹)(<1_100>条纹)-0.15 50.05 300.23 2015/16 页500631000654000608000551000010500001图12得出了对基板厚度和振荡率之间的关系进行分析的结果。振荡率的定义与 上述相同。另外，图12绘制了在基板堆垛层错密度为IX IO4(cm O以下，并且激光条纹 为(I)A方向的激光器中分析的结果。从图12中看出，在基板厚度薄于ΙΟΟμιη、厚于 50 μ m时，振荡率较高。这是由于当基板厚度厚于IOOym时，切断面的垂直性恶化。 此外，由于当薄于50 μ m时，处理变得困难，并且芯片容易被损坏。因此，基板厚度最 好在50 μ m以上且100 μ m以下。图12所示的数据如下基板厚度 成品率441282559065110 45150 40210 20400 10实施例3在实施例2中，在具有丨11-21丨面的GaN基板上生长用于半导体激光器的多层外 延膜。如上面所述，通过划线槽的形成和按压来形成光振荡器所使用的端面。为了找出 这些端面的候选，形成相对于(11-21)面为90度左右的角度，并通过计算求出与a面不 同的面方位。参照图13，以下的角度和面方位相对于(11-21)面具有90度左右的角度。具体的面指数相对于丨11-21}面的角度(-1-129) 92.77 度(-1-1210) 90.92 度(-1-1211) 89.37 度认为在端面上露出以这样的指数表示的面指数。当采用(al、a2、a3、c)这样的记法时，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。根据包含上述实施例1 3的各种实验，角度ALPHA可以在45度以上且80度 以下以及100度以上且135度以下的范围内。为了提高振荡芯片的成品率，角度ALPHA 可以在59度以上且80度以下以及100度以上且121度以下的范围内。典型的半极性主面 可以是{11-22}面、{11-21}面、{11-2-2}面以及{11-21}面中的任意一个面。此外， 可以是相对于这些半极性面略微倾斜的面。
如上所述，根据本实施方式，提供一种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轴朝向a轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有可实现低阈值 电流的激光振荡器。另外，根据本实施方式，提供一种该III族氮化物半导体激光器元件 的制作方法。尽管在优选的实施方式中图示并说明了本发明的原理，但本领域技术人员能够 在不脱离该原理的情况下改变配置和细节。本发明不限于本实施方式所公开的特定结 构。因此，请求保护权利要求书及其精神范围内的所有修改和变形。
权利要求
1. 一种III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于，包括激光器结构体，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 支撑基体和被设置在上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域；和 电极，被设置在上述激光器结构体的上述半导体区域上，上述半导体区域包含第1包层，由第1导电类型的氮化镓类半导体构成；第2包 层，由第2导电类型的氮化镓类半导体构成；以及活性层，被设置在上述第1包层和上述 第2包层之间，上述第1包层、上述第2包层以及上述活性层沿着上述半极性主面的法线轴排列， 上述活性层包含氮化镓类半导体层，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴朝向上述六方晶系III族氮化 物半导体的a轴方向相对于上述法线轴以有限的角度ALPHA倾斜，上述激光器结构体包含与由上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴和上述法线轴确 定的a-n面交叉的第1切断面和第2切断面，上述III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器包含上述第1切断面和第2切断上述激光器结构体包含第1面和第2面，上述第1面为上述第2面的相反侧的面， 上述第1切断面和第2切断面分别从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于，上述法线轴和上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在45度以上且80 度以下或者在100度以上且135度以下的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于， 上述法线轴和上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在59度以上且80度以下或者在100度以上且121度以下的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于， 上述支撑基体的厚度为400 μ m以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于， 上述支撑基体的厚度为50 μ m以上且100 μ m以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于， 来自上述活性层的激光在上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向上偏振。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于， 上述III族氮化物半导体激光器元件的LED模式的光包含在上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向上的偏振分量II，以及在将上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴 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.根据权利要求1至7中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于， 上述半极性主面是从{11-22}面、{11-21}面、{11-2-2}面以及{11-2-1}面中任意一个面以_4度以上且+4度以下的范围偏离的微倾斜面。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于， 上述半极性主面是{11-22}面、{11-21}面、{11-2-2}面以及{11-2-1}面中的任意一个面。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于，上述支撑基体的堆垛层错密度为IXlO4Cm1以下。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于，上述支撑基体由GaN、AlGaN、A1N、InGaN以及InAlGaN中的任意一种构成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于，上述III族氮化物半导体激光器元件还包括电介质多层膜，被设置在上述第1切断面 和第2切断面的中的至少任意一个面上。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于，上述活性层包含被设置为产生波长在360nm以上且600nm以下的光的发光区域。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于，上述活性层包含被设置为产生波长在430nm以上且550nm以下的光的量子阱结构。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于，上述第1切断面和第2切断面上均露出上述支撑基体的端面和上述半导体区域的端上述半导体区域的上述活性层的端面和由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基 体的a轴所正交的基准面所成的角度，在由上述III族氮化物半导体的c轴和a轴确定的 第1平面上为(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范围内的角度。
16.根据权利要求15所述的III族氮化物半导体激光器元件，其特征在于，上述角度在与上述第1平面和上述法线轴正交的第2平面上在_5度以上且+5度以下 的范围内。
17.—种III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤准备由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的基板；形成具有激光器结构体、阳极电极和阴极电极的基板制品，上述激光器结构体包含 形成在上述半极性主面上的半导体区域和上述基板；在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上对上述基板制品的第1面的局部划 线；以及通过对上述基板制品的第2面按压，分离上述基板制品，形成其他的基板制品和激 光棒，上述第1面是上述第2面的相反侧的面，上述半导体区域位于上述第1面和上述基板之间，上述激光棒具有从上述第1面延伸至上述第2面且通过上述分离而形成的第1端面和第2端面，上述第1端面和第2端面构成上述III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器， 上述阳极电极和阴极电极形成在上述激光器结构体上，上述半导体区域包含第1包层，由第1导电类型的氮化镓类半导体构成；第2包 层，由第2导电类型的氮化镓类半导体构成；以及活性层，被设置在上述第1包层和上述 第2包层之间，上述第1包层、上述第2包层以及上述活性层沿着上述半极性主面的法线轴排列， 上述活性层包含氮化镓类半导体层，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴朝向上述六方晶系III族氮化物半 导体的a轴方向相对于上述法线轴以有限的角度ALPHA倾斜，上述第1端面和第2端面与由上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴和上述法线轴 确定的a-η面交叉。
18.根据权利要求17所述的III族氮化物半导体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度以下的范围内。
19.根据权利要求17或18所述的III族氮化物半导体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度以下的范围内。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的III族氮化物半导体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骤中，对上述基板实施被称为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面是通过上述加工形成的加工面或者包含形成在上述加工面上的电极的
21.根据权利要求17至20中任一项所述的III族氮化物半导体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骤中，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面是通过上述研磨形成的研磨面或者包含形成在上述研磨面上的电极的
22.根据权利要求17至21中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方 法，其特征在于，使用激光划线器进行上述划线，通过上述划线形成划线槽，上述划线槽的长度小于由上述六方晶系III族氮化物半导 体的m轴和上述法线轴确定的m-n面与上述第1面的交叉线的长度。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方 法，其特征在于，上述半极性主面是{11-22}面、{11-21}面、{11-2-2}面以及{11-2-1}面中的任意一个面。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方 法，其特征在于，在由上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴和a轴确定的平面上，上述第1端面和 第2端面各自的上述活性层的端面与由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的a轴 所正交的基准面成(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5度)以下的范围内的角度。
25.根据权利要求17至24中任一项所述的III族氮化物半导体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中的任意一种构成。
全文摘要
一种III族氮化物半导体激光器元件及其制作方法，在六方晶系III族氮化物的c轴朝向a轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有能够实现低阈值电流的激光谐振器。作为激光谐振器的第1和第2切断面(27、29)与a-n面交叉。III族氮化物半导体激光器元件(11)具有在a-n面和半极性面(17a)的交叉线方向上延伸的激光波导。因此，能够利用可实现低阈值电流的能带跃迁的发光。在激光器结构体(13)中，第1面(13a)是第2面(13b)的相反侧的面。第1及第2切断面从第1面的边缘(13c)延伸至第2面的边缘(13d)。切断面不通过干法蚀刻形成，并且与c面、m面或a面等现有的解理面不同。
文档编号H01S5/10GK102025104SQ20101028440
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月10日 优先权日2009年9月10日
发明者上野昌纪, 中村孝夫, 京野孝史, 住友隆道, 善积祐介, 德山慎司, 池上隆俊, 片山浩二, 盐谷阳平, 秋田胜史, 足立真宽 申请人:住友电气工业株式会社