本發明專利技術提供一種外延基板及制作III族氮化物半導體激光器元件的方法。III族氮化物半導體激光器元件在六方晶系III族氮化物的c軸向m軸方向傾斜的支撐基體的半極性面上，具有能實現低閾值電流的激光諧振器且具有能提高振蕩合格率的構造。成為激光諧振器的第1及第2切斷面(27、29)與m-n面交叉。III族氮化物半導體激光器元件(11)中，激光波導路在m-n面與半極性面(17a)的交叉線的方向延伸，因此可利用能實現低閾值電流的能帶躍遷的發光。第1及第2切斷面(27、29)自第1面(13a)的邊緣(13c)延伸至第2面(13b)的邊緣(13d)。切斷面(27、29)并非通過干式蝕刻形成，且與c面、m面或者a面等目前為止的解理面不同。波導路向量(LGV)與投影分量(VCP)所成的偏移角(AV)可在-0.5度以上+0.5度以下的范圍。
【技術實現步驟摘要】
外延基板及制作I 11族氮化物半導體激光器元件的方法本申請是國際申請日為2010年11月11日、國際申請號為PCT/JP2010/070140、國家申請號為201080059063.4、專利技術名稱為“III族氮化物半導體激光器元件、制作III族氮化物半導體激光器元件的方法及外延基板”的專利技術專利申請的分案申請。
本專利技術涉及一種III族氮化物半導體激光器元件、制作III族氮化物半導體激光器元件的方法及外延基板。
技術介紹
專利文獻I中記載有一種激光器裝置。若將自{0001}面向與[1-100]方向等價的方向以28.1度傾斜的面作為基板的主面，則2次解理面成為與主面及光諧振器面這兩者垂直的{11-20}面，激光器裝置成為長方體狀。專利文獻2中記載有一種氮化物半導體裝置。對用于解理的基板的背面進行研磨，使總層厚薄膜化為100 μ m左右。將電介質多層膜堆積在解理面上。專利文獻3中記載有一種氮化物系化合物半導體元件。氮化物系化合物半導體元件中使用的基板，由穿透位錯密度為3 X IO6CnT2以下的氮化物系化合物半導體構成，穿透位錯密度在面內大致均勻。專利文獻4中記載有一種氮化物系半導體激光器元件。氮化物系半導體激光器元件中，如下所述形成解理面。對于以自半導體激光器元件層到達η型GaN基板的方式通過蝕刻加工形成的凹部，避開η型GaN基板的諧振器面的蝕刻加工時所形成的凸部，同時使用激光刻劃器在與隆隆脊部的延伸方向正交的方向以虛線狀(約40 μ m的間隔)形成刻劃槽。而且，對晶圓在刻劃槽的位置進行解理。此時，凸部等未形成刻劃槽的區域以相鄰的刻劃槽為起點而被解理。結果，元件分離面分別形成為由η型GaN基板的(0001)面構成的解理面。專利文獻5中記載有一種發光元件。根據發光元件，容易實現長波長的發光，而無損在發光層的發光效率。非專利文獻I中記載有一種半導體激光器，其在半極性(10-1-1)面上，將波導路設于傾斜方向，而利用反應性離子蝕刻法形成鏡面。在先技術文獻專利文獻專利文獻1:日本專利特開2001-230497號公報專利文獻2:日本專利特開2005-353690號公報專利文獻3:日本專利特開2007-184353號公報專利文獻4:日本專利特開2009-081336號公報專利文獻5:日本專利特開2008-235804號公報非專利文獻非專利文獻I:Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46Νο.19 (2007) L444
技術實現思路
專利技術要解決的問題根據氮化鎵系半導體的能帶構造，存在若干能實現激光振蕩的躍遷。根據專利技術人的觀點，認為在使用c軸向m軸方向傾斜的半極性面的支撐基體的III族氮化物半導體激光器元件中，當使激光波導路沿由c軸及m軸所界定的面延伸時，可降低閾值電流。該激光波導路的方向下，其中的躍遷能量(導帶能量與價帶能量的差)最小的模式能實現激光振蕩，當該模式的振蕩能實現時，可降低閾值電流。然而，該激光波導路的方向下，因諧振鏡的緣故，無法利用c面、a面或者m面等現有的解理面。因此，為了制作諧振鏡，使用反應性離子蝕刻(Reactive 1n Etching, RIE)而形成半導體層的干式蝕刻面。作為利用RIE法形成的諧振鏡，期望在對于激光波導路的垂直性、干式蝕刻面的平坦性或者離子損傷等方面進行改善。而且，當前的技術水平下用于獲得良好的干式蝕刻面的工藝條件的導出成為較大的負擔。在使用c面的III族氮化物半導體激光器元件的制作中，當利用現有的解理面形成諧振鏡時，在外延面側的薄膜上形成刻劃槽，并且通過刮刀對基板的背面的擠壓而制作解理面。據專利技術人所知，目前為止，在形成于上述半極性面上的III族氮化物半導體激光器元件中，在C軸的傾斜方向(OFF方向)延伸的激光波導路及不使用干式蝕刻而形成的諧振鏡用端面這兩者均未實現。然而，在c軸的傾斜方向(OFF方向)延伸的激光波導路的方向下，無法利用現有的解理面制作諧振鏡。根據專利技術人的觀點，在使用c軸向m軸方向傾斜的半極性面的基板的III族氮化物半導體激光器元件中，可將與解理面不同的端面用作諧振鏡。然而，根據專利技術人的實驗，在因諧振鏡的緣因此使用與解理面不同的端面的半導體激光器中，用于半導體激光器的波導路的方向與c軸的傾斜方向的偏移會大大影響半導體激光器的振蕩特性。本申請的 申請人:進行了與包含用于光諧振器的切斷面的III族氮化物半導體激光器元件相關的專利申請(日本專利特愿2009-144442號)。本專利技術的目的在于提供一種III族氮化物半導體激光器元件以及制作該III族氮化物半導體激光器元件的方法，該III族氮化物半導體激光器元件在自六方晶系III族氮化物的C軸向m軸方向傾斜的支撐基體的半極性面上，具有能實現低閾值電流的激光諧振器且具有能提高振蕩合格率的構造。進而，本專利技術的目的在于提供用于該III族氮化物半導體激光器元件的外延基板。用于解決問題的手段本專利技術的一個方式的III族氮化物半導體激光器元件包括:(a)激光器構造體，其包括由六方晶系III族氮化物半導體構成且具有半極性主面的支撐基體、及設于上述支撐基體的上述半極性主面上的半導體區域；及(b)電極，其設于上述激光器構造體的上述半導體區域上。上述半導體區域包括由第I導電型氮化鎵系半導體構成的第I包覆層、由第2導電型氮化鎵系半導體構成的第2包覆層、及設于上述第I包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第I包覆層、上述第2包覆層及上述活性層沿上述半極性主面的法線軸排列，上述活性層包含氮化鎵系半導體層，上述支撐基體的上述六方晶系III族氮化物半導體的C軸，相對于上述法線軸向上述六方晶系111族氮化物半導體的m軸方向以角度ALPHA傾斜，上述激光器構造體包括與由上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸及上述法線軸所界定的m-n面交叉的第I及第2切斷面，該III族氮化物半導體激光器元件的激光諧振器包含上述第I及第2切斷面，上述激光器構造體包含第I及第2面，上述第I面為上述第2面的相反側的面，上述第I及第2切斷面自上述第I面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣。而且，該III族氮化物半導體激光器元件中，上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范圍，上述激光器構造體包含在上述支撐基體的上述半極性主面上延伸的激光波導路，上述激光波導路在波導路向量的方向延伸，該波導路向量朝向自上述第I及第2切斷面的一方指向另一方的方向，表示上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸方向的c軸向量，包括與上述半極性主面平行的投影分量、及與上述法線軸平行的垂直分量，上述波導路向量與上述投影分量所成的偏移角可在-0.5度以上+0.5度以下的范圍?；蛘?，該III族氮化物半導體激光器元件中，上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸所成的角度在45度以上80度以下或100度以上135度以下的范圍，上述激光器構造體包含在上述支撐基體的上述半極性主面上延伸的激光波導路，上述激光波導路在波導路向量的方向延伸，該波導路向量朝向自上述第I及第2切斷面的一方指向另一方的方向，上述激光器構造體在由水銀燈的光激發所得的熒光顯微鏡像中，示出在預定軸的方向延伸的條狀發光像，上述波導路向量與正交于上述預定軸的正交方向本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種外延基板，其用于III族氮化物半導體激光器元件，其包括：基板，其具有由六方晶系III族氮化物半導體構成的半極性主面；以及半導體積層，其設于上述基板的上述半極性主面上，上述半導體積層包含用于激光器構造體的半導體區域，上述半導體區域包括由第1導電型氮化鎵系半導體構成的第1包覆層、由第2導電型氮化鎵系半導體構成的第2包覆層、及設于上述第1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層沿上述半極性主面的法線軸排列，上述活性層包含氮化鎵系半導體層，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸，相對于上述法線軸向上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向以角度ALPHA傾斜，上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸所成的角度ALPHA為45度以上80度以下或100度以上135度以下的范圍，上述半導體積層包含沿表示上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向的基準軸延伸的構造物。
【技術特征摘要】
2009.12.25 JP 2009-295802;2010.07.13 JP 2010-15891.一種外延基板，其用于III族氮化物半導體激光器元件，其包括: 基板，其具有由六方晶系III族氮化物半導體構成的半極性主面；以及 半導體積層，其設于上述基板的上述半極性主面上， 上述半導體積層包含用于激光器構造體的半導體區域， 上述半導體區域包括由第I導電型氮化鎵系半導體構成的第I包覆層、由第2導電型氮化鎵系半導體構成的第2包覆層、及設于上述第I包覆層與上述第2包覆層之間的活性層， 上述第I包覆層、上述第2包覆層及上述活性層沿上述半極性主面的法線軸排列， 上述活性層包含氮化鎵系半導體層， 上述基板的上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸，相對于上述法線軸向上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向以角度ALPHA傾斜， 上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸所成的角度ALPHA為45度以上80度以下或100度以上135度以下的范圍， 上述半導體積層包含沿表示上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向的基準軸延伸的構造物。2.如權利要求1所述的外延基板，其中，上述構造物在上述a軸方向具有230μ m以上的長度。3.如權利要求1或2所述的外延基板，其中，上述構造物在上述半導體積層的上表面具有在上述a軸方向延伸的表面形態。4.如權利要求1至3中任一項所述的外延基板，其中，上述構造物包含上述半導體積層的上表面上的凹陷。5.如權利要求1至4中任一項所述的外延基板，其中，上述構造物設于到達上述半導體積層的上表面的堆垛層錯的位置。6.如權利要求1至5中任一項所述的外延基板，其中，上述構造物相對于上述a軸方向形成-0.5度以上及+0.5度以下的范圍的偏移角。7.如權利要求1至6中任一項所述的外延基板，其中，上述構造物相對于上述a軸方向形成-0.3度以上及+0.3度以下的范圍的偏移角。8.如權利要求1所述的外延基板，其中，上述構造物包含在由水銀燈激發的發光像中被觀察為暗區域的缺陷區域。9.如權利要求8所述的外延基板，其中， 上述發光像中的暗區域的長邊在上述基準軸的方向延伸， 上述長邊具有23...
【專利技術屬性】
技術研發人員：善積祐介，鹽谷陽平，京野孝史，住友隆道，嵯峨宣弘，足立真寬，住吉和英，德山慎司，高木慎平，池上隆俊，上野昌紀，片山浩二，
申請(專利權)人：住友電氣工業株式會社，
類型：發明
國別省市：
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