窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法
【課題】素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】この窒化物半導体レーザ素子１５０（窒化物半導体発光素子）は、結晶成長面１ａを有し、結晶成長面１ａから厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域３と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域４とを含むｎ型ＧａＮ基板１と、掘り込み領域３に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜５と、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に形成されたｎ型クラッド層１１を含む半導体素子層１０とを備えている。上記掘り込み領域３は、凹部２を含んでおり、上記成長抑制膜５は、凹部２内における結晶成長面１ａより低い位置に形成されている。
【解決手段】この窒化物半導体レーザ素子１５０（窒化物半導体発光素子）は、結晶成長面１ａを有し、結晶成長面１ａから厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域３と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域４とを含むｎ型ＧａＮ基板１と、掘り込み領域３に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜５と、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に形成されたｎ型クラッド層１１を含む半導体素子層１０とを備えている。上記掘り込み領域３は、凹部２を含んでおり、上記成長抑制膜５は、凹部２内における結晶成長面１ａより低い位置に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびそれらの混晶に代表される窒化物半導体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体やＡｌＧａＩｎＰ系半導体に比べてバンドギャップＥｇが大きく、かつ直接遷移型の半導体材料であるという特徴を有している。このため、これらの窒化物半導体は、紫外線から緑色に及ぶ波長領域における発光が可能な半導体レーザ素子や、紫外線から赤色までの広い発光波長範囲をカバーできる発光ダイオード素子などの半導体発光素子を構成する材料として非常に注目されている。また、窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子は、プロジェクターやフルカラーディスプレー、さらには環境・医療分野など、広く応用が考えられるため、国内外の研究機関において精力的に研究が行われている。
【０００３】
また、近年では、良質なＧａＮ基板（窒化ガリウム基板）が得られるようになってきており、このＧａＮ基板を用いることで、特性の優れた窒化物半導体発光素子が得られるようになってきた。
【０００４】
しかしながら、窒化物半導体レーザ素子などの窒化物半導体発光素子では、製造時の歩留まりが非常に低いという不都合があり、このため、製造コストが非常に高くなっている。そして、このことが、窒化物半導体発光素子の普及を妨げる一因となっている。この歩留まりを落としている原因の一つに、クラックの発生が挙げられる。すなわち、基板上に窒化物半導体層を成長させる際に、基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じ、この歪みによって、窒化物半導体層にクラックが生じる。これにより、１枚のウェハから得られる良品の数が減少するので、歩留まりが低下する。また、クラックが生じることにより、発光寿命などの素子特性も低下する。
【０００５】
そこで、従来、クラックの発生を抑制することが可能な窒化物半導体レーザ素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記特許文献１には、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を有するＧａＮ基板を用いて形成された窒化物半導体レーザ素子が記載されている。このＧａＮ基板は、結晶成長面に、上記掘り込み領域が形成されており、掘り込まれていない領域が非掘り込み領域となっている。そして、ＧａＮ基板の結晶成長面上に、上記窒化物半導体層を成長させることによって窒化物半導体レーザ素子が形成されている。この窒化物半導体レーザ素子では、上記のように、ＧａＮ基板に予め掘り込み領域を形成しておくことによって、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の歪みが、掘り込み領域上に形成された部分で緩和される。これにより、クラックの発生が抑制される。なお、特許文献１では、ＧａＮ基板の結晶成長面は、ｃ面（（０００１）面；極性面）となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５６４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、基板に掘り込み領域を形成する方法は、基板上に形成される窒化物半導体層にクラックが発生するのを抑制する方法として非常に有効である。
【０００９】
しかしながら、本願発明者らが、無極性（ノンポーラ）面および半極性（セミポーラ）面を結晶成長面とする基板を用いて窒化物半導体発光素子を形成する際に、クラックの抑制を目的として基板に予め掘り込み領域を形成して窒化物半導体発光素子の作製を行ったところ、窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じる場合があることを見出した。このような組成変動が生じると、素子特性が設計から外れてしまい、窒化物半導体発光素子の素子特性が低下する。また、特性のバラツキが生じるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少する。これにより、歩留まりが低下する。
【００１０】
なお、窒化物半導体層の組成変動は、無極性面および半極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に非常に強く現れる傾向があるが、極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合でも、上記と同様の現象は生じ得る。
【００１１】
このように、本願発明者らが鋭意検討を行った結果、特許文献１に記載された従来技術を用いた場合であってもなお、素子特性および歩留まりに関して改善の余地が残されていることを見出した。特に、窒化物半導体層の組成変動は、素子の設計上どうしても抑制しなければならない問題である。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による窒化物半導体ウェハは、結晶成長面を有し、この結晶成長面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含む窒化物半導体基板と、掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、窒化物半導体基板の結晶成長面上に成長された窒化物半導体層とを備えている。そして、掘り込み領域は、凹部を含んでおり、成長抑制膜は、凹部内における結晶成長面より低い位置に形成されている。なお、本発明の「窒化物半導体基板」は、掘り込み領域および非掘り込み領域が窒化物半導体からなる基板を含む。
【００１４】
この第１の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように、掘り込み領域（凹部内）に成長抑制膜を形成することによって、結晶成長面上に形成される窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このような組成変動の抑制効果が得られる理由としては、以下のように考えられる。すなわち、窒化物半導体層を結晶成長面上に成長させると、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合、結晶成長の初期段階では、凹部内の窒化物半導体層の成長速度は非常に速いが、結晶成長の進行に伴い凹部内が窒化物半導体層で満たされてくると、凹部内の窒化物半導体層の成長速度が遅くなる。このように、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合には、凹部内における窒化物半導体層の成長速度が変化する。そして、この成長速度の変化が非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に影響を与え、これによって、非掘り込み領域上の窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれた場合、凹部内における成長速度の変化が大きくなるので、窒化物半導体層に組成変動が生じ易くなる。これに対し、凹部内に成長抑制膜が形成されている場合には、凹部内における窒化物半導体層の結晶成長が抑制されるので、凹部内において、窒化物半導体層の成長速度の変化が抑制される。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのが抑制される。また、凹部内に成長抑制膜が形成されている場合には、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれるのを抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。
【００１５】
また、第１の局面では、上記のように、成長抑制膜を凹部内における結晶成長面より低い位置に形成することによって、窒化物半導体層のエッジグロース部（成長抑制膜の周辺付近で発生する、窒化物半導体層の厚みが大きくなった部分）を、凹部内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚の変動を抑制することができる。
【００１６】
さらに、第１の局面では、上記のように、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層（非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層）の歪みを、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。
【００１７】
ここで、本願発明者らが種々検討した結果、無極性面および半極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた場合、極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた場合に比べて、凹部内が窒化物半導体層で埋まり易いという不都合があることを見出した。しかしながら、このような場合でも、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれ易い無極性面および半極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた場合でも、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができるとともに、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを容易に抑制することができる。
【００１８】
このように、第１の局面による窒化物半導体ウェハでは、窒化物半導体層の厚み方向の組成変動を抑制することによって、素子特性が設計から外れてしまうのを抑制することができる。このため、このような窒化物半導体ウェハを用いて窒化物半導体発光素子を形成することにより、窒化物半導体発光素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、第１の局面では、エッジグロース部を凹部内で生じさせることによって、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。このため、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。また、第１の局面の構成では、クラックの発生を容易に抑制することができるので、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、第１の局面では、上記のように構成することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することができるので、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【００１９】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、少なくとも、側面部および底面部の一方に形成されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、クラックの発生を抑制しながら、窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。また、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを容易に抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。
【００２０】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における底面部の一部に形成されていてもよい。このように構成すれば、容易に、凹部内に所定形状を有する成長抑制膜を形成することができるので、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体ウェハを容易に得ることができる。
【００２１】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における側面部および底面部の両方に形成されていてもよい。
【００２２】
この場合において、成長抑制膜は、側面部に形成された部分の厚みが、底面部に形成された部分の厚みよりも小さくなるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、成長抑制膜の剥がれなどの不良を効果的に抑制することができる。
【００２３】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、好ましくは、凹部は、所定方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、容易に、素子特性および歩留まりを向上させることができる。
【００２４】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、好ましくは、凹部は、ストライプ状に複数形成されている。このように構成すれば、より容易に、素子特性および歩留まりを向上させることができる。
【００２５】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、好ましくは、窒化物半導体層に光導波路が形成されている。このように構成すれば、素子特性の優れた窒化物半導体レーザ素子を歩留まりよく形成することができる。
【００２６】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、光導波路は、凹部に沿うように形成されているのが好ましい。
【００２７】
この発明の第２の局面による窒化物半導体発光素子は、上記第１の局面による窒化物半導体ウェハを用いて形成されている。このように構成すれば、素子特性の優れた窒化物半導体発光素子を歩留まりよく形成することができる。なお、第２の局面による窒化物半導体発光素子では、窒化物半導体基板に凹部（掘り込み領域）が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。また、窒化物半導体基板に凹部（掘り込み領域）の一部が含まれていてもよい。窒化物半導体基板に凹部（掘り込み領域）が含まれていない場合でも、素子特性の優れた窒化物半導体発光素子を歩留まりよく得ることができる。
【００２８】
この発明の第３の局面による窒化物半導体発光素子は、結晶成長面を有し、結晶成長面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含む窒化物半導体基板と、掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、窒化物半導体基板の結晶成長面上に形成された窒化物半導体層とを備えている。そして、掘り込み領域は、凹部を含んでおり、成長抑制膜は、凹部内における結晶成長面より低い位置に形成されている。
【００２９】
この第３の局面による窒化物半導体発光素子では、上記のように、掘り込み領域（凹部内）に成長抑制膜を形成することによって、結晶成長面上に形成される窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、素子特性が設計から外れてしまうのを抑制することができるので、窒化物半導体発光素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
また、第３の局面では、上記のように、成長抑制膜を凹部内における結晶成長面より低い位置に形成することによって、窒化物半導体層のエッジグロース部を、凹部内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚の変動を抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。
【００３１】
さらに、第３の局面では、上記のように、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層（非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層）の歪みを、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【００３２】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、少なくとも、側面部および底面部の一方に形成されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、クラックの発生を抑制しながら、窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。また、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを容易に抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。
【００３３】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における底面部の一部に形成されていてもよい。このように構成すれば、容易に、凹部内に所定形状を有する成長抑制膜を形成することができるので、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を容易に得ることができる。
【００３４】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における側面部および底面部の両方に形成されていてもよい。
【００３５】
この場合において、成長抑制膜は、側面部に形成された部分の厚みが、底面部に形成された部分の厚みよりも小さくなるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、成長抑制膜の剥がれなどの不良を効果的に抑制することができる。
【００３６】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、凹部の側面部は、傾斜面からなり、凹部は、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成されている。このように構成すれば、側面部に成長抑制膜を形成する場合に、側面部に効率よく成長抑制膜を形成することができる。これにより、側面部の成長抑制膜の厚みが極端に薄くなり膜状に形成されなくなったり、側面部に成長抑制膜が全く形成されなくなったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。なお、側面部に成長抑制膜を形成しない場合であっても、凹部の側面部を傾斜面に形成することができる。
【００３７】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、成長抑制膜は、凹部の内部を埋め込まない厚みを有している。このように構成すれば、容易に、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体層にクラックが発生するのをより容易に抑制することができる。
【００３８】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜の厚みは、凹部の深さの半分以下であるのが好ましい。
【００３９】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、窒化物半導体基板の結晶成長面は、半極性面または無極性面である。このように構成すれば、窒化物半導体からなる活性層に及ぼす自発分極やピエゾ分極の影響を低減することができるので、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。なお、結晶成長面が無極性面または半極性面の場合には、結晶成長面が極性面の場合に比べて、凹部内が窒化物半導体層で埋まり易いという不都合がある。しかしながら、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを容易に抑制することができるので、窒化物半導体基板の結晶成長面を半極性面または無極性面とした場合でも、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。また、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを容易に抑制することができる。
【００４０】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体基板の結晶成長面は、ｍ面（｛１−１００｝面）であるのが好ましい。このように構成すれば、素子特性および歩留まりを向上させることが可能であるとともに、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を容易に得ることができる。なお、ｍ面は、安定な無極性面であるため、結晶成長を極めて安定に行うことができる。このため、結晶性を向上させることができるので、素子特性の優れた高性能な窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００４１】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜は、酸窒化物膜または窒化物膜から構成することができる。
【００４２】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜は、酸化物膜から構成されていてもよい。
【００４３】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜は、酸化シリコン膜から構成されていてもよい。
【００４４】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体層は、ＡｌＧａＮ層を含んでいるのが好ましい。
【００４５】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、凹部は、所定方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、容易に、素子特性および歩留まりを向上させることができる。
【００４６】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、凹部の開口幅は、凹部の深さより大きい。このように構成すれば、凹部の底面部に形成される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるのを抑制することができる。すなわち、凹部の開口幅を凹部の深さ以下の大きさにした場合、凹部の底面部に形成される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるという不都合が生じる場合がある一方、凹部の開口幅を凹部の深さより大きくすることによって、上記不都合が生じるのを抑制することができる。
【００４７】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、窒化物半導体層に光導波路が形成されている。このように構成すれば、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。
【００４８】
この発明の第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法は、結晶成長面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、掘り込み領域に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、窒化物半導体基板の結晶成長面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備えている。そして、掘り込み領域を形成する工程は、結晶成長面を厚み方向にエッチングすることにより、窒化物半導体基板に凹部を形成する工程を含んでおり、成長抑制膜を形成する工程は、凹部内における結晶成長面より低い位置に成長抑制膜を配設する工程を含んでいる。
【００４９】
この第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法では、上記のように、エッチングにより形成した凹部内に成長抑制膜を形成することによって、結晶成長面上に形成される窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、素子特性が設計から外れてしまうのを抑制することができるので、窒化物半導体発光素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。
【００５０】
また、第４の局面では、上記のように、凹部内における結晶成長面より低い位置に成長抑制膜を配設することによって、窒化物半導体層のエッジグロース部を、凹部内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚の変動を抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。
【００５１】
さらに、第４の局面では、上記のように、凹部内に成長抑制膜を配設することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層（非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層）の歪みを、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【００５２】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように凹部を形成する工程を有しており、成長抑制膜を形成する工程は、少なくとも、側面部および底面部の一方に成長抑制膜を形成する工程を有している。このように構成すれば、容易に、クラックの発生を抑制しながら、窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。また、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを容易に抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。
【００５３】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように凹部を形成する工程を有しており、成長抑制膜を形成する工程は、凹部における底面部の一部に成長抑制膜を形成する工程を有している。このように構成すれば、容易に、凹部内に所定形状を有する成長抑制膜を配設することができるので、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を容易に得ることができる。
【００５４】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように凹部を形成する工程を有しており、成長抑制膜を形成する工程は、凹部における側面部および底面部の両方に成長抑制膜を形成する工程を有していてもよい。
【００５５】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、成長抑制膜を形成する工程は、凹部の内部を埋め込まない厚みに成長抑制膜を形成する工程を有している。このように構成すれば、容易に、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体層にクラックが発生するのをより容易に抑制することができる。
【００５６】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、凹部の開口幅を、凹部の深さより大きく形成する工程を有している。このように構成すれば、凹部の底面部に配設される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるのを抑制することができる。すなわち、凹部の開口幅を凹部の深さ以下の大きさにした場合、凹部の底面部に形成される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるという不都合が生じる場合がある一方、凹部の開口幅を凹部の深さより大きくすることによって、上記不都合が生じるのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００５７】
以上のように、本発明によれば、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の断面斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の一部を拡大して示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの半導体素子層の構造を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの一部を模式的に示した平面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の平面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図（図９のａ−ａ線に沿った断面に対応する図）である。
【図１１】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の一部を示した断面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の活性層の構造を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子が搭載された窒化物半導体レーザ装置の斜視図である。
【図１４】凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。
【図１５】凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。
【図１６】凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。
【図１７】凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。
【図１８】第１実施形態の作用を説明するための断面図である。
【図１９】第１実施形態の作用を説明するための断面図である。
【図２０】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２１】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２２】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２３】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２４】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２５】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２６】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２７】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２８】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２９】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３０】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３２】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３３】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３４】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３５】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための平面図である。
【図３６】比較例１による試料のＸ線回折プロファイルを示す図である。
【図３７】実施例による試料のＸ線回折プロファイルを示す図である。
【図３８】比較例１による試料の断面模式図である。
【図３９】比較例２による試料の断面模式図である。
【図４０】実施例による試料の断面模式図である。
【図４１】実施例による試料の断面ＳＥＭ写真である。
【図４２】本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。
【図４３】本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の一部を拡大して示した断面図である。
【図４４】本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための断面図である。
【図４５】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図である。
【図４６】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４７】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４８】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４９】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５０】本発明の第３実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。
【図５１】本発明の第４実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。
【図５２】凹部（掘り込み領域）の他の形状の例を説明するための断面図である。
【図５３】凹部（掘り込み領域）の他の形状の例を説明するための断面図である。
【図５４】凹部を格子状に形成した場合の一例を示す平面図である。
【図５５】凹部を格子状に形成した場合の他の一例を示す平面図である。
【図５６】凹部を格子状に形成した場合のさらに他の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、窒化物半導体発光素子の一例である窒化物半導体レーザ素子に本発明を適用した場合について説明する。また、以下の実施形態において、「窒化物半導体」とは、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体を意味する。
【００６０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。図２は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の平面図である。図３は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の断面斜視図である。図４〜図８は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための図である。なお、図２は、成長抑制膜を省略した状態の図を示している。まず、図１〜図８を参照して、窒化物半導体レーザ素子を含む、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００について説明する。
【００６１】
第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００は、図１に示すように、無極性面であるｍ面（｛１−１００｝面）を結晶成長面１ａとするｎ型ＧａＮ基板１を備えている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１は、本発明の「窒化物半導体基板」の一例である。このｎ型ＧａＮ基板１は、結晶成長面１ａから厚み方向に掘り込まれることによって形成された複数の凹部２を有している。これらの凹部２は、図２および図３に示すように、それぞれ、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるように形成されているとともに、［０００１］方向と直交する［１１−２０］方向（ａ軸方向）に約１５０μｍ〜約６００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の周期Ｔ（図２参照）で等間隔に配列されている。すなわち、上記複数の凹部２は、ｎ型ＧａＮ基板１にストライプ状に形成されている。また、図１および図４に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１において、凹部２が形成されている領域（掘り込まれた領域）が掘り込み領域３となっている。一方、結晶成長面１ａにおける凹部２が形成されていない領域（掘り込まれていない領域）が非掘り込み領域４となっている。
【００６２】
また、上記複数の凹部２は、図５に示すように、それぞれ、底面部２ａと一対の側面部２ｂとを含んで構成されている。一対の側面部２ｂは、その傾斜角γが９０度より大きくなるように設定されている。具体的には、一対の側面部２ｂの傾斜角γは、たとえば、約１００度に設定されている。このため、凹部２の側面部２ｂは、傾斜面となっている。これにより、開口幅が上方に向かって（底面部２ａから開口端に向かって）徐々に大きくなるように、凹部２が形成されている。
【００６３】
また、上記凹部２は、［１１−２０］方向に約１０μｍの開口幅ｇ１（開口端の幅）を有しているとともに、ｎ型ＧａＮ基板１の厚み方向に約５μｍの深さｆを有している。すなわち、上記複数の凹部２は、それぞれ、開口幅ｇ１が深さｆより大きくなるように構成されている。
【００６４】
ここで、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００では、図１、図３および図５に示すように、掘り込み領域３（凹部２の内側の領域）に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜５が形成されている。この成長抑制膜５は、窒化物膜であるＡｌＮ膜からなり、凹部２内を埋め込まない厚みに形成されている。具体的には、成長抑制膜５は、厚みｔ（図５参照）が約１００ｎｍとなるように形成されている。なお、成長抑制膜５の厚みｔは、凹部２の深さｆの半分以下であるのが好ましい。このように構成されていれば、凹部２内が成長抑制膜５で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となり、クラックの抑制効果を容易に得ることが可能となる。また、後述するｎ型クラッド層に組成変動が生じるのを容易に抑制することも可能となる。
【００６５】
また、第１実施形態では、上記成長抑制膜５は、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されている。具体的には、図３および図５に示すように、第１実施形態では、上記成長抑制膜５は、凹部２の底面部２ａの一部に、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるように形成されている。なお、成長抑制膜５の［１１−２０］方向の幅ｗ１（図５参照）は、凹部２の底面部２ａの幅ｇ２（図５参照）より小さい、たとえば、約４μｍに構成されている。
【００６６】
また、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００は、図１に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に、窒化物半導体からなる半導体素子層１０が形成された構造を有している。この半導体素子層１０は、図６に示すように、活性層１３を含む複数の半導体層から構成されており、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのエピタキシャル成長法によって、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に順次形成されている。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１１（層厚：約２．２μｍ）、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１２（層厚：約０．１μｍ）、活性層１３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる蒸発防止層１４（層厚：約２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１５（層厚：約０．０５μｍ）、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層１６（層厚：約０．５μｍ）およびｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７（層厚：約０．１μｍ）が順次形成されている。また、半導体素子層１０を構成するｎ型の半導体層には、ｎ型不純物として、たとえば、Ｓｉがドープされており、ｐ型の半導体層には、ｐ型不純物として、たとえば、Ｍｇがドープされている。なお、ｎ型クラッド層１１は、本発明の「窒化物半導体層」の一例である。
【００６７】
ここで、上記半導体素子層１０に含まれるＡｌとＧａとＮとを含有する層において、Ａｌが多量に含有されていると、ｎ型ＧａＮ基板１との格子不整合が大きくなるため、クラックが発生し易くなる。特に、ｎ型クラッド層１１は、光閉じ込めを良好に行うためにＡｌの組成比が高く設定されていることから、ｎ型ＧａＮ基板１との格子不整合が大きくなっており、また、その層厚も約２．２μｍと大きいため、このｎ型クラッド層１１でクラックが発生し易い。
【００６８】
一方、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００では、図１に示すように、凹部２内（掘り込み領域３）に成長抑制膜５が形成されていることにより、凹部２内が半導体素子層１０で埋め込まれるのが抑制されている。このため、凹部２（掘り込み領域３）上の半導体素子層１０の表面（半導体素子層１０を構成する各層の表面）に窪み２５が形成された状態となっている。そして、この窪み２５によって、ｎ型ＧａＮ基板１との格子不整合などに起因して生じるｎ型クラッド層１１（図６参照）の歪みが緩和されている。これにより、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１（図６参照）において、クラックの発生が抑制されている。なお、第１実施形態では、ｎ型クラッド層１１以外の他の半導体層においても、クラックの発生が抑制されている。
【００６９】
また、第１実施形態では、凹部２内に成長抑制膜５が形成されていることにより、非掘り込み領域４上に形成された半導体素子層１０において、厚み方向の組成変動が抑制されている。特に、組成変動が生じやすいｎ型クラッド層１１（図６参照）においても、厚み方向の組成変動が抑制されている。
【００７０】
さらに、第１実施形態では、上記成長抑制膜５が凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されることによって、図８に示すように、半導体素子層１０（半導体素子層１０を構成する各層）のエッジグロース部２６を凹部２内に発生させることが可能な構造となっている。
【００７１】
また、図１に示すように、半導体素子層１０の所定領域（非掘り込み領域４上の所定領域）には、電流通路部となる凸状のリッジ部１８が形成されている。このリッジ部１８は、図７に示すように、凹部２に沿って（凹部２の延びる方向と平行に）形成されている。具体的には、上記リッジ部１８は、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるとともに、［１１−２０］方向に約１５０μｍ〜約６００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の距離Ｗ１（図１参照）を隔てて配列されることによってストライプ状に形成されている。そして、このリッジ部１８の形成によって、半導体素子層１０にストライプ状の光導波路１９が形成されている。なお、図１に示すように、上記リッジ部１８は、凹部２から所定の距離以上（たとえば、５μｍ以上）隔てた、非掘り込み領域４上の領域に形成されている。また、半導体素子層１０の上面上であるとともにリッジ部１８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層２０が形成されている。
【００７２】
また、半導体素子層１０上には、光導波路１９（図７参照）に電流を供給するためのｐ側電極２１が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上には、ｎ側電極２２が形成されている。
【００７３】
また、図７に示すように、上記窒化物半導体ウェハ１００には、窒化物半導体レーザ素子に個片化するための分割予定線Ｐ１およびＰ２が設定されている。分割予定線Ｐ１は、［１１−２０］方向に延びるように設定されており、分割予定線Ｐ２は、［０００１］方向に延びるように設定されている。また、分割予定線Ｐ２は、分割後の窒化物半導体レーザ素子に、１つの凹部２が含まれるように設定されている。
【００７４】
このように構成された第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００は、分割予定線Ｐ１およびＰ２で分割されることによって、個々の窒化物半導体レーザ素子に個片化される。
【００７５】
図９は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の平面図であり、図１０は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図である。図１１は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の一部を示した断面図であり、図１２は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の活性層の構造を説明するための断面図である。図１３は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子が搭載された窒化物半導体レーザ装置の斜視図である。なお、図１０は、図９のａ−ａ線に沿った断面に対応する図を示している。次に、図９〜図１３を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０について説明する。なお、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０は、上記した第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００から得ることができるため、以下の説明では、上記窒化物半導体ウェハ１００から得られる窒化物半導体レーザ素子１５０を例にして説明する。
【００７６】
第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０は、図９に示すように、レーザ光が出射される光出射面３０ａと、光出射面３０ａと対向する光反射面３０ｂとを含む一対の共振器面３０を有している。また、上記窒化物半導体レーザ素子１５０は、共振器面３０と直交する方向（［０００１］方向）に、約３００μｍ〜約１８００μｍ（たとえば、約６００μｍ）の長さＬ（チップ長Ｌ（共振器長））を有しているとともに、共振器面３０に沿った方向（［１１−２０］方向）に、約１５０μｍ〜約６００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の幅Ｗ（チップ幅Ｗ）を有している。
【００７７】
また、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０は、図１０および図１１に示すように、ｍ面（｛１−１００｝面）を結晶成長面１ａとするｎ型ＧａＮ基板１を備えており、このｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ（ｍ面）上に、窒化物半導体からなる半導体素子層１０が積層されることによって形成されている。具体的には、窒化物半導体レーザ素子１５０は、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１１が形成されている。ｎ型クラッド層１１上には、約０．１μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１２が形成されている。ｎ型ガイド層１２上には、活性層１３が形成されている。
【００７８】
上記活性層１３は、図１２に示すように、Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎからなる２つの井戸層１３ａと、Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎからなる３つの障壁層１３ｂ（但しｘ１＞ｘ２）とが交互に積層された量子井戸（ＤＱＷ；Ｄｏｕｂｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を有している。具体的には、活性層１３は、ｎ型ガイド層１２側から、第１障壁層１３１ｂ、第１井戸層１３１ａ、第２障壁層１３２ｂ、第２井戸層１３２ａおよび第３障壁層１３３ｂが順次積層されることによって形成されている。なお、２つの井戸層１３ａ（第１井戸層１３１ａ、第２井戸層１３２ａ）は、それぞれ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みに形成されている。また、第１障壁層１３１ｂは、約３０ｎｍの厚みに形成されており、第２障壁層１３２ｂは、約１６ｎｍの厚みに形成されており、第３障壁層１３３ｂは、約６０ｎｍの厚みに形成されている。すなわち、３つの障壁層１３ｂは、それぞれ、異なる厚みに形成されている。また、井戸層１３ａのＩｎ組成比ｘ１は、０．１５以上０．４５以下（たとえば、０．２〜０．２５）に構成されている。一方、上記障壁層１３ｂは、光閉じ込めを効率よく行うために、ＩｎＧａＮから構成されており、そのＩｎ組成比ｘ２は、たとえば、０．０４〜０．０５とされている。
【００７９】
また、図１１に示すように、上記活性層１３上には、約２０ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる蒸発防止層１４が形成されている。蒸発防止層１４上には、凸部と、凸部以外の平坦部とを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１５が形成されている。ｐ型ガイド層１５の凸部上には、約０．５μｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層１６が形成されている。ｐ型クラッド層１６上には、約０．１μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７が形成されている。そして、ｐ型ガイド層１５の凸部とｐ型クラッド層１６とｐ型コンタクト層１７とによって、約１μｍ〜約３μｍ（たとえば約１．５μｍ）の幅を有するストライプ状（細長状）のリッジ部１８が構成されている。このリッジ部１８は、［０００１］方向に延びるように形成されており、リッジ部１８の下方に位置するストライプ状（細長状）の活性層１３の部分が光導波路１９となっている。なお、ｎ型クラッド層１１、ｎ型ガイド層１２、活性層１３、蒸発防止層１４、ｐ型ガイド層１５、ｐ型クラッド層１６およびｐ型コンタクト層１７によって、上記半導体素子層１０が構成されている。
【００８０】
ここで、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０では、図１０に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の所定領域に上記した凹部２が形成されている。この凹部２は、リッジ部１８（光導波路１９（図１１参照））と平行（［０００１］方向）に延びるように形成されている。また、上記凹部２は、窒化物半導体レーザ素子１５０の一方の側面側に配されている。そして、この凹部２から所定の距離以上（たとえば、５μｍ以上）隔てた、非掘り込み領域４上の領域に、上記リッジ部１８が形成されている。
【００８１】
また、第１実施形態では、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する上記成長抑制膜５が形成されている。この成長抑制膜５は、上述したように、窒化物膜であるＡｌＮ膜からなり、凹部２内を埋め込まない厚みである約１００ｎｍの厚みに形成されている。また、上記成長抑制膜５は、凹部２の底面部２ａの一部に、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるように形成されている。そして、この成長抑制膜５によって凹部２の内側の領域における窒化物半導体の結晶成長が抑制され、これによって、半導体素子層１０を構成する各層の表面に窪み２５が形成されている。このため、凹部２（掘り込み領域３）上の半導体素子層１０の表面に窪み２５が形成された状態となっている。なお、上述したように、この窪み２５によって、ｎ型クラッド層１１を含む半導体素子層１０に、クラックが発生するのが抑制されている。
【００８２】
また、第１実施形態では、非掘り込み領域４上に形成された半導体素子層１０において、厚み方向の組成変動が抑制されている。
【００８３】
さらに、第１実施形態では、上記成長抑制膜５が凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されていることにより、半導体素子層１０（半導体素子層１０を構成する各層）のエッジグロース部２６が凹部２内に発生している。
【００８４】
また、図１１に示すように、リッジ部１８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層２０が形成されている。具体的には、ｐ型ガイド層１５上、ｐ型クラッド層１６の側面上およびｐ型コンタクト層１７の側面上に、約０．１μｍ〜約０．３μｍ（たとえば約０．１５μｍ）の厚みを有するＳｉＯ2からなる絶縁層２０が形成されている。
【００８５】
絶縁層２０およびｐ型コンタクト層１７の上面上には、ｐ型コンタクト層１７の一部を覆うように、ｐ側電極２１が形成されている。このｐ側電極２１は、ｐ型コンタクト層１７を覆っている部分において、ｐ型コンタクト層１７と直接接触している。また、ｐ側電極２１は、絶縁層２０（ｐ型コンタクト層１７）側から約１５ｎｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）、約１５ｎｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）が順次積層された多層構造からなる。
【００８６】
また、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面側から順に、約５ｎｍの厚みを有するＨｆ層（図示せず）、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）、約３６ｎｍの厚みを有するＭｏ層（図示せず）、約１８ｎｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）が順次積層された多層構造からなるｎ側電極２２が形成されている。
【００８７】
また、窒化物半導体レーザ素子１５０における光出射面３０ａ（図９参照）には、たとえば、反射率５％〜８０％の出射側コーティング膜（図示せず）が形成されている。一方、光反射面３０ｂ（図９参照）には、たとえば、反射率９５％の反射側コーティング膜（図示せず）が形成されている。なお、出射側コーティング膜の反射率は、発振出力により所望の値に調整されている。また、出射側コーティング膜は、たとえば、半導体の出射端面から順に、アルミニウムの酸窒化物膜または窒化物膜であるＡｌＯxＮ1-x（０≦ｘ≦１）：膜厚３０ｎｍ／Ａｌ2Ｏ3（膜厚：２１５ｎｍ）で構成されており、反射側コーティング膜は、たとえば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2などの多層膜から構成されている。上記以外の材料として、たとえば、ＳｉＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＭｇＦ2などの誘電体膜を用いてもよい。
【００８８】
光出射面側の膜構成として、ＡｌＯxＮ1-x（０≦ｘ≦１）：膜厚１２ｎｍ／シリコンの窒化物膜であるＳｉＮ（膜厚：１００ｎｍ）を用いてもよい。上記のように、ｍ面の窒化物半導体基板の劈開端面（第１実施形態ではｃ面）、もしくは気相エッチング、液相エッチングによりエッチングされたエッチング端面に、アルミニウムの酸窒化物膜または窒化物膜であるＡｌＯxＮ1-x（０≦ｘ≦１）を形成することで、半導体、出射側コーティング膜の界面での非発光再結合の割合を大幅に低減でき、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）レベルを格段に向上させることができる。さらにアルミニウムの酸窒化物膜または窒化物膜であるＡｌＯxＮ1-x（０≦ｘ≦１）は、窒化物半導体と同じ六方晶の結晶であると、より好ましい。さらには、窒化物半導体と結晶軸が揃った状態で結晶化していると、非発光再結合の割合がさらに低減し、ＣＯＤレベルがさらに向上するため、より好ましい。また、光出射面側の反射率を大きくするために、上記コーティング膜の上にシリコンの酸化物膜、アルミニウムの酸化物膜、チタニウムの酸化物膜、タンタルの酸化物膜、ジルコニウムの酸化物膜、シリコン窒化物膜、などを積層した積層膜を形成してもよい。
【００８９】
上記のように構成された第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０は、図１３に示すように、サブマウント１６１を介してステム１６２上にマウントされ、ワイヤ１６３によってリードピンと電気的に接続される。そして、キャップ１６４がステム１６２上に溶接されることにより、キャンパッケージ型の半導体レーザ装置１６０に組み立てられる。
【００９０】
次に、上記した第１実施形態の作用について説明する。なお、第１実施形態の作用を説明するに際して、先に、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態について説明する。
【００９１】
図１４〜図１７は、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。図１４〜図１７を参照して、本願発明者らが本発明に至るに際して、成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を調べることによって得た知見について説明する。
【００９２】
まず、図１４に示すように、本願発明者らがクラックの抑制を目的として、上記第１実施形態と同様の掘り込み領域３（凹部２）を形成した無極性面および半極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板１０００上に、上記第１実施形態のｎ型クラッド層と同様のＡｌＧａＮ層１００１を成長させたところ、非掘り込み領域４上に形成されたＡｌＧａＮ層１００１のＡｌ組成比が厚み方向に分布を持つことを見出した。すなわち、ＡｌＧａＮ層１００１に厚み方向の組成変動が生じることを見出した。また、ＡｌＧａＮ層１００１のＡｌ組成比を０．０５とする条件で上記窒化物半導体基板１０００上にＡｌＧａＮ層１００１を成長させたところ、最大でＡｌ組成比が０．１５程度の高Ａｌ組成の領域ができることが分かった。なお、このような厚み方向の組成変動は、極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に比べて、無極性面または半極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合により強く見られることを確認した。なお、本願発明者らは、無極性面または半極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に、極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に比べて、凹部２内（掘り込み領域３）がＡｌＧａＮ層１００１（半導体層）で埋まり易いという不都合があることも見出した。
【００９３】
そこで、本願発明者らが、上記のようなＡｌ組成の組成変動を引き起こす原因について詳細に調べた。その結果、以下の原因により、組成変動が引き起こされることを明らかにした。以下、厚み方向の組成変動が引き起こされる原因について説明する。
【００９４】
ＭＯＣＶＤ装置を用いて、たとえば、約１１００℃の基板温度で窒化物半導体基板１０００の結晶成長面上にｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる半導体層１００１を所定の厚み（たとえば、約２．２μｍ）で成長させる場合、図１５に示すように、成長をはじめて初期の段階では、凹部２内に形成される半導体層１００１ａの成長速度は、非掘り込み領域４上に形成される半導体層１００１ｂの成長速度に比べて非常に速い。また、Ａｌの拡散定数は、Ｇａの拡散定数に比べて小さいため、成長速度が速い凹部２内にはＧａが優先的に流れ込む。このため、非掘り込み領域４上の半導体層１００１ｂは、ＡｌＧａＮ層となっているが、Ａｌの供給が少ない凹部２内（掘り込み領域３）の半導体層１００１ａは、ＧａＮ層または、非掘り込み領域４上の半導体層１００１ｂよりＡｌ組成比の小さいＡｌＧａＮ層となる。ここまでの成長では、凹部２内にＧａが優先的に供給されるため、非掘り込み領域４上の半導体層１００１ｂのＡｌ組成比は、設計値よりも高い値となってしまう。
【００９５】
結晶成長の進行に伴い凹部２内が半導体層で満たされてくると、凹部２内に形成される半導体層１００１の成長速度が遅くなってくる。これにより、Ｇａに比べてゆっくりと拡散するＡｌも凹部２内に供給されるようになる。したがって、図１６に示すように、非掘り込み領域４上の半導体層にＡｌ組成比の小さい領域１００１ｃが形成される。特に、凹部２内が完全に埋め込まれる直前は、凹部２内に形成される半導体層１００１の成長速度が遅くなるため、非掘り込み領域４上の半導体層にＡｌ組成比の小さい領域が形成され易くなる。
【００９６】
そして、凹部２内が完全に埋まってしまうと、凹部２内にＧａだけが優先的に流れ込むことがなくなるため、図１７に示すように、非掘り込み領域４上に形成される半導体層１００１ｄ（１００１）のＡｌ組成比は低い値となる。
【００９７】
このように、凹部（掘り込み領域）を形成した窒化物半導体基板上に、窒化物半導体からなる半導体層を結晶成長させる際に、凹部内における半導体層の成長速度が変化する。そして、この成長速度の変化が非掘り込み領域上に形成される半導体層の組成に影響を与え、これによって、非掘り込み領域上の半導体層に厚み方向の組成変動が生じる。
【００９８】
図１８および図１９は、第１実施形態の作用を説明するための断面図である。次に、図１８および図１９を参照して、第１実施形態の作用について説明する。
【００９９】
第１実施形態では、図１８に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上にｎ型クラッド層１１を成長させる際に、ｎ型ＧａＮ基板１の凹部２内に形成された成長抑制膜５によって、凹部２内におけるｎ型クラッド層１１の結晶成長が抑制される。このため、凹部２内に形成されるｎ型クラッド層１１の成長速度が、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１の成長速度より速くなるのが抑制される。これにより、凹部２内にＧａが優先的に流れ込むのが抑制される。また、図１９に示すように、ｎ型クラッド層１１の結晶成長が進行した場合でも、凹部２内におけるｎ型クラッド層１１の結晶成長が抑制されるため、凹部２内におけるｎ型クラッド層１１の成長速度が一定に保たれる。すなわち、凹部２内におけるｎ型クラッド層１１の成長速度の変化が抑制される。このため、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１に厚み方向の組成変動が生じるのが抑制される。
【０１００】
また、凹部２内に成長抑制膜５が形成されることによって、凹部２内が埋まり易い、ｍ面を結晶成長面１ａとするｎ型ＧａＮ基板１を用いた場合でも、凹部２内がｎ型クラッド層１１で埋まってしまうのが抑制される。このため、ｎ型クラッド層１１の表面に、窪み２５が形成された状態にすることができる。そして、ｎ型クラッド層１１の表面に形成された窪み２５によって、ｎ型クラッド層１１にクラックが発生するのが抑制される。
【０１０１】
さらに、上記成長抑制膜５が凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されているため、ｎ型クラッド層１１のエッジグロース部２６を凹部２内に発生させることが可能となる。このため、ｎ型クラッド層１１の表面（非掘り込み領域４上のｎ型クラッド層１１の表面）を平坦に保つことが可能となる。また、層厚のバラツキも抑制される。
【０１０２】
第１実施形態では、上記のように、掘り込み領域３（凹部２内）に成長抑制膜５を形成することによって、結晶成長面１ａ上に形成されるｎ型クラッド層１１に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、ｎ型クラッド層１１の組成を均一にすることができるので、窒化物半導体レーザ素子の光閉じ込めが設計からはずれ、期待した光閉じ込めが行われなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、高い歩留まりで窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０３】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５を凹部２内における結晶成長面１ａより低い位置に形成することによって、ｎ型クラッド層１１のエッジグロース部２６を、凹部２内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域４上のｎ型クラッド層１１にエッジグロース部２６が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１の層厚の変動を抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。
【０１０４】
また、第１実施形態では、凹部２内に成長抑制膜５を形成することによって、凹部２内がｎ型クラッド層１１で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域３上（凹部２上）のｎ型クラッド層１１表面（半導体素子層１０表面）に窪み２５が形成された状態にすることができるので、ｎ型ＧａＮ基板１とｎ型クラッド層１１との格子不整合などに起因してｎ型クラッド層１１に歪みが生じた場合でも、ｎ型クラッド層１１（非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１）の歪みを、掘り込み領域３上（凹部２上）のｎ型クラッド層１１表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、ｎ型クラッド層１１にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、ウェハ（基板）の一部に異常箇所があって、それが原因となり層厚変動が生じたとしても、凹部２上の半導体素子層表面の窪み２５によって［１１−２０］方向への成長が分断されるため、異常箇所に起因する層厚変動の拡散が抑制される。また、凹部２内がｎ型クラッド層１１で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【０１０５】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５を、凹部２の内部を埋め込まない厚みに形成することによって、容易に、掘り込み領域３上（凹部２上）のｎ型クラッド層１１表面に窪み２５が形成された状態にすることができるので、ｎ型クラッド層１１にクラックが発生するのをより容易に抑制することができる。
【０１０６】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５を、アルミニウムの窒化物膜であるＡｌＮ膜から構成することによって、クラックの抑制効果、表面モフォロジーの改善効果およびｎ型クラッド層１１のＡｌ組成変動の抑制効果の全てにおいて高い効果を得ることができる。また、ＡｌＮは、窒化物半導体と同様の結晶構造をとることができるため、成長抑制膜５と成長抑制膜５がないところとで、結晶構造を連続的にすることができる。このため、ＡｌＮは成長抑制膜の材料として好適であるといえる。
【０１０７】
また、第１実施形態では、結晶成長面１ａを無極性面であるｍ面（｛１−１００｝面）とするｎ型ＧａＮ基板１を用いることによって、活性層１３に及ぼす自発分極やピエゾ分極の影響を低減することができるので、窒化物半導体レーザ素子の発光効率を向上させることができる。なお、ｍ面は、安定な無極性面であるため、結晶成長を極めて安定に行うことができ、ｃ面を結晶成長面とする場合に比べて、結晶性を向上させることができる。このため、素子特性の優れた高性能な窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０８】
また、第１実施形態では、凹部２の開口幅ｇ１を、凹部２の深さｆより大きく構成することによって、凹部２の底面部２ａに形成される成長抑制膜５の厚みが小さくなり過ぎるのを抑制することができる。すなわち、凹部２の開口幅ｇ１を凹部２の深さｆ以下の大きさにした場合、凹部２の底面部２ａに形成される成長抑制膜５の厚みが小さくなり過ぎるという不都合が生じる場合がある一方、凹部２の開口幅ｇ１を凹部２の深さｆより大きくすることによって、上記不都合が生じるのを抑制することができる。
【０１０９】
図２０〜図３５は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。次に、図１、図７、図１０〜図１２および図２０〜図３５を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０の製造方法について説明する。
【０１１０】
まず、ｍ面（｛１−１００｝面）を結晶成長面１ａとするｎ型ＧａＮ基板１を準備する。このｎ型ＧａＮ基板１は、たとえば、ｃ面（（０００１）面）を主面とするＧａＮ単結晶から切り出して作製することができる。切り出された基板のｍ面は、たとえば、化学的機械的研磨処理によって所定の表面粗さに調整される。
【０１１１】
次に、図２０に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の上面（結晶成長面１ａ）全面に、スパッタ法などを用いて、約１μｍの厚みを有するＳｉＯ2層４０を形成する。次に、図２１に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ2層４０上に、レジストパターンとしての開口部４１ａを有するレジスト層４１を形成する。そして、図２２に示すように、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチング技術を用いて、レジスト層４１をマスクとしてＳｉＯ2層４０をエッチングすることにより、ＳｉＯ2層４０の所定領域を選択的に除去する。その後、レジスト剥離液や有機溶剤（たとえば、アセトン、エタノールなど）を用いてレジスト層４１を除去する。なお、レジスト層４１を除去せずに、そのまま、次の工程を行ってもよい。
【０１１２】
続いて、図２３に示すように、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）法、または、ＲＩＥ法などを用いて、ＳｉＯ2層４０をマスクとして、ｎ型ＧａＮ基板１をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ基板１の所定領域を選択的に除去する。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１のエッチング深さｆが、約５μｍとなるように、エッチング条件を調節する。これにより、ｎ型ＧａＮ基板１に上記した凹部２が形成される。なお、凹部２の側面部２ｂは、エッチング条件等を調節することにより、その傾斜角γが９０度より大きくなるように形成する。具体的には、側面部２ｂの傾斜角γが約１００度となるように、凹部２を形成する。
【０１１３】
その後、図２４に示すように、ＨＦ（フッ化水素）などのエッチャントを用いて、ＳｉＯ2層４０（図２３参照）を除去する。
【０１１４】
次に、図２５に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジストパターンとしての開口部４２ａを有するレジスト層４２を形成する。このとき、レジスト層４２の開口部４２ａは、凹部２の底面部２ａの一部を露出させるように形成する。なお、開口部４２ａの開口幅ｊ１は、凹部２の底面部２ａの幅ｇ２より小さい、たとえば、約４μｍとする。
【０１１５】
次に、図２６に示すように、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ装置を用いたスパッタ法により、成長抑制膜としてのＡｌＮ膜５ａを約１００ｎｍの厚みで全面に形成する。そして、図２７に示すように、レジスト剥離液や有機溶剤（たとえば、アセトン、エタノールなど）を用いてレジスト層４２（図２６参照）を除去する。これにより、リフトオフによって、凹部２の底面部２ａの一部にＡｌＮ膜からなる上記成長抑制膜５が形成される。
【０１１６】
次に、図２８に示すように、上記のように加工されたｎ型ＧａＮ基板１（加工基板）の結晶成長面１ａ上に、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、半導体素子層１０を形成する。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１１、約０．１μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１２、および活性層１３を順次成長させる。なお、活性層１３を成長させる際には、図１２に示したように、Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎからなる２つの井戸層１３ａと、Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎからなる３つの障壁層１３ｂ（但しｘ１＞ｘ２）とを交互に成長させる。具体的には、ｎ型ガイド層１２上に、下層から上層に向かって、約３０ｎｍの厚みを有する第１障壁層１３１ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第１井戸層１３１ａ、約１６ｎｍの厚みを有する第２障壁層１３２ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第２井戸層１３２ａおよび約６０ｎｍの厚みを有する第３障壁層１３３ｂを順次成長させる。これにより、ｎ型ガイド層１２上に、２つの井戸層１３ａと３つの障壁層１３ｂとからなるＤＱＷ構造を有する活性層１３が形成される。このとき、井戸層１３ａは、そのＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上０．４５以下（たとえば、０．２〜０．２５）となるように構成する。一方、障壁層１３ｂは、そのＩｎ組成比ｘ２が、たとえば、０．０４〜０．０５となるように構成する。
【０１１７】
次に、図２８に示すように、活性層１３上に、約２０ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる蒸発防止層１４、約０．０５μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１５、約０．５μｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層１６および約０．１μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７を順次成長させる。
【０１１８】
なお、これらの窒化物半導体の成長原料としては、たとえば、Ｇａの原料としてトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ：ＴＭＧａ）を、Ａｌの原料としてトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ：ＴＭＡｌ）を、Ｉｎの原料としてトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ：ＴＭＩｎ）を、Ｎの原料としてＮＨ3を用いることができる。また、キャリアガスとしては、たとえば、Ｈ2を用いることができる。ドーパントについては、ｎ型ドーパント（ｎ型不純物）としては、たとえば、モノシラン（ＳｉＨ4）を用いることができ、ｐ型ドーパント（ｐ型不純物）としては、たとえば、シクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）を用いることができる。
【０１１９】
ここで、第１実施形態では、図２９に示すように、凹部２内に成長抑制膜５を形成することによって、凹部２内が半導体素子層１０で埋め込まれるのが抑制される。このため、凹部２上の半導体素子層１０の表面（半導体素子層１０を構成する各層の表面）に窪み２５が形成された状態となる。そして、この窪み２５によって、ｎ型ＧａＮ基板１との格子不整合などに起因して生じるｎ型クラッド層１１（図２８参照）の歪みが緩和される。また、凹部２内に成長抑制膜５を形成することによって、非掘り込み領域４（図１参照）上に形成された半導体素子層１０において、厚み方向の組成変動が抑制される。特に、組成変動が生じやすいｎ型クラッド層１１（図２８参照）においても、厚み方向の組成変動が抑制される。さらに、上記成長抑制膜５を凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成することによって、半導体素子層１０（半導体素子層１０を構成する各層）のエッジグロース部２６が凹部２内に形成される。
【０１２０】
続いて、図３０に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、ｐ型コンタクト層１７上に、約１μｍ〜約３μｍ（たとえば約１．５μｍ）の幅を有するとともに、［０００１］方向に平行に延びるストライプ状（細長状）のレジスト４３を形成する。そして、図３１に示すように、ＳｉＣｌ4、Ｃｌ2などの塩素系ガスや、ＡｒガスなどによるＲＩＥ法またはＩＣＰドライエッチング法などを用いて、レジスト４３をマスクとしてｐ型ガイド層１５の途中の深さまでエッチングを行う。これにより、ｐ型ガイド層１５の凸部とｐ型クラッド層１６とｐ型コンタクト層１７とによって構成されるとともに、［０００１］方向に互いに平行に延びるストライプ状（細長状）のリッジ部１８（図７および図１０参照）が形成される。
【０１２１】
次に、図３２に示すように、リッジ部１８上にレジスト４３を残した状態で、スパッタ法などにより、約０．１μｍ〜約０．３μｍ（たとえば約０．１５μｍ）の厚みを有するＳｉＯ2からなる絶縁層２０を形成し、リッジ部１８を埋め込む。そして、リフトオフによりレジスト４３を除去することによって、リッジ部１８の上部のｐ型コンタクト層１７を露出させる。これにより、リッジ部１８の両脇に、図３３に示すような絶縁層２０が形成される。
【０１２２】
次に、図３４に示すように、真空蒸着法などを用いて、基板側（絶縁層２０側）から、約１５μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）を順次形成することにより、絶縁層２０（ｐ型コンタクト層１７）上に、多層構造からなるｐ側電極２１を形成する。
【０１２３】
次に、基板を分割し易くするために、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面を研削または研磨することにより、ｎ型ＧａＮ基板１を１００μｍ程度の厚みまで薄くする。そして、図１、図１０および図１１に示したように、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上に、真空蒸着法などを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面側から約５ｎｍの厚みを有するＨｆ層（図示せず）、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）、約３６ｎｍの厚みを有するＭｏ層（図示せず）、約１８ｎｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）を順次形成することにより、多層構造からなるｎ側電極２２を形成する。
【０１２４】
このようにして上記した第１実施形態による窒化物半導体ウェハが形成される。
【０１２５】
その後、図３５に示すように、スクライブ／ブレーク法やレーザスクライブ、またはドライエッチングなどの手法を用いて、基板をバー状に分割する。これにより、その端面を共振器面３０とするバー状の素子が得られる。次に、蒸着法やスパッタ法などの手法を用いて、バー状の素子の端面（共振器面３０）にコーティングを施す。具体的には、光出射面となる片側の端面に、たとえば、アルミニウムの酸窒化物膜などからなる出射側コーティング膜（図示せず）を形成する。また、光反射面となるその反対側の端面に、たとえば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2などの多層膜からなる反射側コーティング膜（図示せず）を形成する。
【０１２６】
最後に、ｃ軸［０００１］方向に沿った分割予定線Ｐ２に沿ってバー状の素子を分割することにより、個々の窒化物半導体レーザ素子に個片化する。このようにして、本発明の一実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０が製造される。
【０１２７】
第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０の製造方法では、上記のように、エッチングにより形成した凹部２内に成長抑制膜５を形成することによって、結晶成長面１ａ上に形成されるｎ型クラッド層１１に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、窒化物半導体レーザ素子の光閉じ込めが設計からはずれ、期待した光閉じ込めが行われなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、高い歩留まりで窒化物半導体レーザ素子を製造することができる。
【０１２８】
また、第１実施形態では、凹部２内における結晶成長面１ａより低い位置にＡｌＮ膜からなる成長抑制膜５を配設することによって、ｎ型クラッド層１１のエッジグロース部２６を、凹部２内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域４上のｎ型クラッド層１１にエッジグロース部２６が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１の層厚の変動を抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。
【０１２９】
さらに、第１実施形態では、凹部２内に成長抑制膜５を配設することによって、凹部２内がｎ型クラッド層１１（半導体素子層１０）で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、凹部２上のｎ型クラッド層１１表面に窪み２５が形成された状態にすることができるので、ｎ型ＧａＮ基板１とｎ型クラッド層１１との格子不整合などに起因してｎ型クラッド層１１に歪みが生じた場合でも、ｎ型クラッド層１１（非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１）の歪みを、凹部２上（掘り込み領域３上）のｎ型クラッド層１１に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、ｎ型クラッド層１１にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、凹部２内がｎ型クラッド層１１で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【０１３０】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５の厚みｔを、凹部２の深さｆの半分以下とすることによって、凹部２が成長抑制膜５で完全に埋まってしまうのを容易に抑制することができる。
【０１３１】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５を、凹部２における底面部２ａの一部に形成することによって、容易に、凹部２内に所定形状を有する成長抑制膜５を形成することができる。このため、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。なお、凹部２における底面部２ａの一部に成長抑制膜５を形成することによって、非掘り込み領域４上のｎ型クラッド層１１（半導体素子層１０）にエッジグロース部２６が形成されるのを容易に抑制することができる。このため、容易に、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１（半導体素子層１０）の層厚が変動するのを抑制することができる。
【０１３２】
次に、上記第１実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
【０１３３】
この実験では、まず、成長抑制膜による組成変動の抑制効果を確認するために、Ｘ線による薄膜評価およびＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による断面観察を行った。なお、上記第１実施形態で示したｎ型ＧａＮ基板と同様の基板を用いて第１実施形態と同様の半導体素子層を形成した試料を実施例とし、凹部内に成長抑制膜が形成されていない基板を用いて第１実施形態と同様の半導体素子層を形成した試料を比較例１とした。比較例１による試料は、凹部内に成長抑制膜が形成されていない点を除き、実施例による試料と同じ構成とした。
【０１３４】
Ｘ線による薄膜評価では、実施例による試料および比較例１による試料をＸ線回折装置にセットし、２θ／ωスキャンを行うことによってプロファイルを得た。得られたプロファイルを図３６および図３７に示す。図３６は、比較例１による試料のＸ線回折プロファイルを示す図であり、図３７は、実施例による試料のＸ線回折プロファイルを示す図である。図３６および図３７において、横軸は２θ／ω［°］を示しており、縦軸は強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）［ｃｐｓ］を示している。
【０１３５】
また、図３６および図３７に示したＸ線回折プロファイルにおいて、Ａのピーク（ピークＡ）がＧａＮ基板からの信号であり、Ｂのピーク（ピークＢ）がｎ型クラッド層からの信号である。
【０１３６】
比較例１による試料では、図３６に示すように、Ｘ線回折プロファイルのピークＢが３つにピーク分離している。ピークＢにおけるピークの横軸方向の位置はＡｌの組成を反映しており、ピークＢが３つにピーク分離していることから、比較例１では、ｎ型クラッド層において、Ａｌの組成比が大きく変動していることが読み取れる。これに対し、実施例による試料では、図３７に示すように、Ｘ線回折プロファイルのピークＢが単一のピークを示している。これより、実施例では、ｎ型クラッド層において、Ａｌの組成比が変動していないことが読み取れる。また、実施例による試料および比較例１による試料を用いて、断面ＳＥＭ観察を行ったところ、比較例１の試料では、ｎ型クラッド層において、暗い領域（色が濃い領域）と明るい領域（色が薄い領域）とが層状に観察された。ここで、Ａｌ組成比の大きな領域は暗く見え、Ａｌ組成比の小さな領域は明るく見える。このため、比較例１では、Ａｌの組成変動を示す像が、コントラストの差（明暗の差）として観察された。これより、凹部内に成長抑制膜が形成されていない比較例１では、ｎ型クラッド層に厚み方向の組成変動が生じることが確認された。一方、実施例による試料では、ｎ型クラッド層にコントラストの差が見られなかった。このように、Ｘ線による薄膜評価および断面ＳＥＭ観察の結果、実施例では、ｎ型クラッド層における厚み方向の組成変動が大幅に抑制されていることが判明した。これより、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、ｎ型クラッド層（半導体素子層）における厚み方向の組成変動を抑制することが可能であることが確認された。なお、ｎ型クラッド層の組成変動を抑制することにより、窒化物半導体レーザ素子を形成した際にＦＦＰ（遠視野像）のバラツキが大幅に改善され、歩留まり改善の効果が認められた。
【０１３７】
次に、成長抑制膜による表面モフォロジーの改善効果等を確認するために、断面ＳＥＭ観察を行った。なお、断面ＳＥＭ観察を行うに際して、凹部内（底面部および側面部）の全面に成長抑制膜を形成した基板を用いて第１実施形態と同様の半導体素子層を形成した比較例２による試料を追加で作製した。比較例２による試料は、結晶成長面と同じ高さまで成長抑制膜を形成した点を除き、実施例による試料と同じ構成とした。そして、実施例による試料および比較例１による試料に加えて、比較例２による試料も断面ＳＥＭ観察に供した。
【０１３８】
図３８は、比較例１による試料の断面模式図であり、図３９は、比較例２による試料の断面模式図である。図４０は、実施例による試料の断面模式図であり、図４１は、実施例による試料の断面ＳＥＭ写真である。
【０１３９】
断面ＳＥＭ観察の結果、凹部２内に成長抑制膜が形成されていない比較例１による試料では、図３８に示すように、凹部２内（掘り込み領域）が半導体素子層１０で完全に埋まりきっており、凹部２上（掘り込み領域上）の半導体素子層１０の表面に窪みが見られない。また、［１１−２０］方向と平行に波状の凹凸が強く現れ、表面モフォロジーが悪化している。この表面モフォロジーの悪化は、半導体素子層１０の厚みが変動しているものである。これより、比較例１による試料では、ウェハ面内において層厚分布があることが観察された。また、層厚の面内分布は、凹部２（掘り込み領域）が完全に埋まりきって、凹部２上（掘り込み領域上）の半導体素子層の表面に窪みが無くなった後に顕著に現れる傾向があることが認められた。
【０１４０】
また、比較例２による試料では、図３９に示すように、凹部２の側面部および底面部に成長抑制膜１００５を形成することで、凹部２上（掘り込み領域上）の半導体素子層１０の表面に窪みが形成された状態となっている。また、比較例１で見られた［１１−２０］方向と平行に現れる波状の凹凸が大幅に抑制されており、層厚の面内分布も改善されていることが観察された。しかしながら、比較例２による試料では、非掘り込み領域上における成長抑制膜１００５の周辺にエッジグロース部２６が形成されていることが観察された。そして、このエッジグロース部２６によって、非掘り込み領域上において半導体素子層１０の層厚の変動が生じていることが認められた。
【０１４１】
これに対し、実施例による試料では、図４０および図４１に示すように、エッジグロース部２６が凹部２内に発生していることが観察された。これにより、非掘り込み領域上において、半導体素子層１０の層厚変動が抑制されていることが認められた。また、実施例による試料では、上記比較例２と同様、凹部２上（掘り込み領域上）の半導体素子層１０の表面に窪みが形成された状態となっている。また、比較例１で見られた［１１−２０］方向と平行に現れる波状の凹凸が大幅に抑制されており、層厚の面内分布も改善されていることが観察された。なお、比較例１による試料では、成膜後に６０〜１２０本／ｃｍ2程度のクラックの発生が観察されたが、実施例による試料では、成膜後のクラックの発生は観察されなかった（クラックは０本）。
【０１４２】
以上より、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、クラックの発生が抑制されることが確認された。また、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、表面モフォロジーの改善効果も得られることが確認された。さらに、凹部内における結晶成長面より低い位置に成長抑制膜を形成することによって、エッジグロース部が凹部内で生じ、非掘り込み領域上における半導体素子層の層厚変動を抑制することが可能であることが確認された。したがって、上記した第１実施形態の構成により、優れた素子特性を有する窒化物半導体レーザ素子を高い歩留まりで製造することが可能であることが確認された。
【０１４３】
（第２実施形態）
図４２は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。図４３および図４４は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための断面図である。次に、図４２〜図４４を参照して、窒化物半導体レーザ素子を含む、本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハ２００について説明する。なお、成長抑制膜２０５以外の構成については、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１４４】
この第２実施形態による窒化物半導体ウェハ２００では、図４２および図４３に示すように、酸化物膜であるＳｉＯ2膜（酸化シリコン膜）からなる成長抑制膜２０５が凹部２内（掘り込み領域３）に形成されている。この成長抑制膜２０５は、図４３に示すように、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されている。具体的には、上記成長抑制膜２０５は、凹部２の側面部２ｂの一部と底面部２ａとに、断面略コの字状（略凹状）に形成されている。
【０１４５】
また、上記成長抑制膜２０５は、凹部２内を埋め込まない厚みに形成されている。また、第２実施形態では、上記成長抑制膜２０５は、側面部２ｂに形成された部分の厚みｔ２が底面部２ａに形成された部分の厚みｔ１よりも小さくなるように形成されている。具体的には、上記成長抑制膜２０５は、凹部２の底面部２ａに形成された部分の厚みｔ１が約１００ｎｍとなるように形成されているとともに、凹部２の側面部２ｂに形成された部分の厚みｔ２が約８０ｎｍとなるように形成されている。このような構成により、成長抑制膜２０５の剥がれなどの不良を効果的に抑制することが可能となる。
【０１４６】
なお、成長抑制膜２０５の厚みｔ１は、凹部２の深さｆの半分以下であるのが好ましい。また、成長抑制膜２０５の厚みｔ２は、凹部２の開口幅ｇ１の半分以下であるのが好ましい。このように構成されていれば、凹部２内が成長抑制膜２０５で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となり、クラックの抑制効果を容易に得ることが可能となる。また、ｎ型クラッド層に組成変動が生じるのを容易に抑制することも可能となる。
【０１４７】
また、上記成長抑制膜２０５は、約７μｍの幅ｗ２（［１１−２０］方向の幅）を有しており、上記第１実施形態と同様、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるように形成されている。
【０１４８】
また、第２実施形態では、結晶成長面１ａ（非掘り込み領域４の表面）から成長抑制膜２０５までの距離ｔ３が、約１．５μｍとなるように設定されている。なお、この距離ｔ３が小さくなり過ぎると、成長抑制膜２０５の形成が困難になるため、上記距離ｔ３は、０．５μｍ以上に設定されているのが好ましい。
【０１４９】
さらに、第２実施形態では、上記成長抑制膜２０５が凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されていることにより、図４４に示すように、半導体素子層１０（半導体素子層１０を構成する各層）のエッジグロース部２６が凹部２内に発生している。
【０１５０】
図４５は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図である。次に、図４２および図４５を参照して、本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０の構造について説明する。
【０１５１】
第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０は、上記した第２実施形態による窒化物半導体ウェハ２００（図４２参照）を分割することによって得られる。このため、第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０は、凹部２内に、ＳｉＯ2膜（酸化シリコン膜）からなる上記成長抑制膜２０５が形成されている。
【０１５２】
なお、第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。また、第２実施形態の作用および効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１５３】
図４６〜図４９は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。次に、図４６〜図４９を参照して、本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０の製造方法について説明する。なお、第２実施形態における成長抑制膜２０５の形成工程以外の工程は、上記第１実施形態と同様であるため、以下、成長抑制膜２０５の形成工程についてのみ説明する。
【０１５４】
まず、図４６に示すように、凹部２（掘り込み領域３）が形成された第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１を準備する。このｎ型ＧａＮ基板１の凹部２は、上述したように、側面部２ｂの傾斜角γが９０度より大きい角度（たとえば、約１００度）に設定されている。このため、凹部２は、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように構成されている。
【０１５５】
次に、図４７に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に、レジストパターンとしての開口部２４２ａを有するレジスト層２４２を形成する。このとき、レジスト層２４２の開口部２４２ａは、凹部２の側面部２ｂの一部および凹部２の底面部２ａを露出させるように形成する。なお、レジスト層２４２は、開口部２４２ａの開口幅ｊ２が約７μｍとなるように形成する。
【０１５６】
続いて、図４８に示すように、ＥＣＲスパッタ装置を用いたスパッタ法により、成長抑制膜としてのＳｉＯ2膜２０５ａを約１００ｎｍの厚みで全面に形成する。このとき、スパッタ条件などを調節することにより、凹部２の側面部２ｂに形成されるＳｉＯ2膜２０５ａの厚みが約８０ｎｍとなるようにＳｉＯ2膜２０５ａを形成する。
【０１５７】
そして、図４８に示すように、レジスト剥離液や有機溶剤（たとえば、アセトン、エタノールなど）を用いてレジスト層２４２（図４７参照）を除去する。これにより、リフトオフによって、凹部２の側面部２ｂの一部および底面部２ａにＳｉＯ2膜からなる上記成長抑制膜２０５が形成される。
【０１５８】
第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０の製造方法では、上記のように、凹部２の側面部２ｂを傾斜面にするとともに、凹部２を、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成することによって、凹部２の側面部２ｂに容易にレジスト層２４２を形成することできる。このため、凹部２の側面部２ｂに成長抑制膜２０５を容易に形成することができる。また、上記のように構成することによって、凹部２の側面部２ｂに成長抑制膜２０５を形成する際に、側面部２ｂに効率よく成長抑制膜２０５を形成することができる。これにより、側面部２ｂの成長抑制膜２０５の厚みが極端に薄くなり膜状に形成されなくなったり、側面部２ｂに成長抑制膜２０５が全く形成されなくなったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。
【０１５９】
第２実施形態の製造方法のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１６０】
（第３実施形態）
図５０は、本発明の第３実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。次に、図５０を参照して、本発明の第３実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子について説明する。
【０１６１】
この第３実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子では、図５０に示すように、凹部２の底面部２ａの一部および凹部２の側面部２ｂの一部に、略Ｌ字状に成長抑制膜３０５が形成されている。この成長抑制膜３０５は、酸化物膜であるＳｉＯ2膜または窒化物膜であるＡｌＮ膜から構成されており、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されている。
【０１６２】
また、上記成長抑制膜３０５は、上記第１および第２実施形態と同様、凹部２内を埋め込まない厚みに形成されている。なお、成長抑制膜３０５のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。
【０１６３】
また、第３実施形態の成長抑制膜３０５以外の構成は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【０１６４】
また、成長抑制膜３０５を上記のように形成した場合でも、エッジグロース部を凹部２内で発生させることが可能である。このため、非掘り込み領域上に形成される半導体素子層（ｎ型クラッド層）の層厚が変動するのを抑制することができる。
【０１６５】
なお、第３実施形態の作用および効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【０１６６】
また、第３実施形態の成長抑制膜３０５は、リフトオフにより成長抑制膜を形成する際に、レジスト層の開口パターンを変えることにより形成することができる。
【０１６７】
（第４実施形態）
図５１は、本発明の第４実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。次に、図５１を参照して、本発明の第４実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子について説明する。
【０１６８】
この第４実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子では、図５１に示すように、凹部２の側面部２ｂの一部に成長抑制膜４０５が形成されている。この成長抑制膜４０５は、酸化物膜であるＳｉＯ2膜または窒化物膜であるＡｌＮ膜から構成されており、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されている。
【０１６９】
また、上記成長抑制膜４０５は、上記第１〜第３実施形態と同様、凹部２内を埋め込まない厚みに形成されている。なお、成長抑制膜４０５のその他の構成は、上記第２および第３実施形態と同様である。
【０１７０】
また、第４実施形態の成長抑制膜４０５以外の構成は、上記第１〜第３実施形態と同様である。
【０１７１】
また、成長抑制膜４０５を上記のように形成した場合でも、エッジグロース部を凹部２内で発生させることが可能である。このため、非掘り込み領域上に形成される半導体素子層（ｎ型クラッド層）の層厚が変動するのを抑制することができる。
【０１７２】
なお、第４実施形態の作用および効果は、上記第１〜第３実施形態と同様である。
【０１７３】
また、第４実施形態の成長抑制膜４０５は、リフトオフにより成長抑制膜を形成する際に、レジスト層の開口パターンを変えることによって形成することができる。
【０１７４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１７５】
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、窒化物半導体発光素子の一例である窒化物半導体レーザ素子に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード素子に本発明を適用してもよい。
【０１７６】
また、上記第１〜第４実施形態では、ｍ面（｛１−１００｝面）を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ｍ面以外の無極性面または半極性面を結晶成長面とする基板を用いてもよい。結晶成長面の具体的な面方位としては、たとえば、ａ面｛１−１０１｝、ｒ面｛１−１０２｝、ｍ面｛１−１００｝、｛１−１０１｝面および｛１１−２２｝面などを挙げることができる。また、基板の結晶成長面は、これらの結晶面方位から１５度以内のオフ角度を有する面であってもよい。このような結晶成長面を有する基板であれば、本発明の効果は非常に高い。なお、極性面であるｃ面（｛０００１｝面）を結晶成長面とする基板を用いた場合でも、本発明の効果は得られる。
【０１７７】
また、上記第１〜第４実施形態では、窒化物半導体基板としてのＧａＮ基板を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ基板以外の窒化物半導体基板を用いてもよい。なお、窒化物半導体基板としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮなどの窒化物半導体、または、これらの混晶からなる基板を用いることができる。また、窒化物半導体の基板上または窒化物半導体以外の基板上に、掘り込み領域および非掘り込み領域を有する窒化物半導体の層が形成された基板を用いることもできる。たとえば、ＧａＮ基板、サファイア基板またはＳｉＣ基板などの下地基板上に窒化物半導体の下地層を形成し、この下地層に凹部を形成することによって得られた基板を用いることもできる。なお、本発明の「窒化物半導体基板」とは、このような基板をも含む概念である。
【０１７８】
また、上記第１〜第４実施形態では、ＡｌＮまたはＳｉＯ2からなる成長抑制膜を凹部内に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体の結晶成長を抑制することが可能な材料であれば、ＡｌＮおよびＳｉＯ2以外の材料からなる成長抑制膜を凹部内に形成してもよい。なお、成長抑制膜としては、アルミニウム（Ａｌ）の窒化物膜、アルミニウム（Ａｌ）の酸窒化物膜、アルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の窒化物膜が好ましい。このような材料は、クラックの抑制効果、表面モフォロジーの改善効果、および窒化物半導体層の組成変動の抑制効果の全てにおいて高い効果を得ることができる。また、このような材料は、窒化物半導体と同様の結晶構造をとることができるため、成長抑制膜と成長抑制膜のないところとで、結晶構造が連続的になる。このため、成長抑制膜の材料として好適である。成長抑制膜の材料として次に好ましい材料は、シリコン（Ｓｉ）の酸化物、窒化物および酸窒化物、アルミニウム（Ａｌ）の酸化物、チタン（Ｔｉ）の酸化物、ジルコニア（Ｚｒ）の酸化物、イットリア（Ｙ）の酸化物、ニオビウム（Ｎｂ）の酸化物、ハフニウム（Ｈｆ）の酸化物、タンタル（Ｔａ）の酸化物、および上記材料の酸窒化物、もしくは窒化物である。その次に好ましい材料は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）などの高融点金属である。なお、窒化物半導体の成長抑制効果としては、酸化物膜がもっとも強く、酸窒化物膜、窒化物膜の順に弱くなる。このため、酸化物膜からなる成長抑制膜を凹部内に形成するのがより好ましい。
【０１７９】
また、上記第１〜第４実施形態において、凹部の開口幅および凹部の深さは、適宜変更することができる。なお、凹部の開口幅は、１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。凹部の開口幅を１μｍより小さくした場合には、クラックの抑制効果などが得られにくくなる。一方、凹部の開口幅を５０μｍより大きくした場合には、ウェハ面内に占める凹部（掘り込み領域）の比率が大きくなり過ぎてしまう。凹部（掘り込み領域）上にリッジ部を形成することは好ましくないため、この場合には、１枚のウェハからの素子の取れ数が減少する。また、凹部の深さは、０．１μｍ以上１５μｍ以下であるのが好ましい。凹部の深さを０．１μｍより小さくした場合には、エッジグロース部の厚みより凹部の深さが小さくなってしまう。このため、エッジグロース部が凹部内から突出してしまい、表面モフォロジーの改善効果やクラックの抑制効果などが得られにくくなる。一方、凹部の深さを１５μｍより大きくした場合には、凹部を形成するための時間が長く掛かってしまう。
【０１８０】
また、上記第１〜第４実施形態において、凹部の断面形状は、適宜変更することができる。たとえば、図５２に示すように、断面形状が矩形状になるように、凹部を形成してもよい。この場合、凹部５０２のように、開口幅ｇが深さｆより大きくなるように形成してもよいし、凹部５１２のように、開口幅ｇと深さｆとが略等しくなるように形成してもよい。また、凹部５２２や凹部５３２のように、開口幅ｇより深さｆの方が大きくなるように形成してもよい。また、図５３に示すように、側面部が傾斜面となるように凹部を形成してもよい。この場合、凹部５４２のように、断面形状がＶ字状（逆三角形状）となるように形成してもよい。また、凹部５５２および凹部５６２のように、断面形状が台形形状となるように形成してもよい。この場合、凹部５５２のように、開口幅ｇと深さｆとが略等しくなるように形成してもよいし、凹部５６２のように、開口幅ｇが深さｆより大きくなるように形成してもよい。すなわち、基板に形成する凹部（掘り込み領域）は、凹凸の段差を生じさせるものであればよい。なお、凹部の開口幅と凹部の深さとの関係については、開口幅が深さより大きく形成されているのが好ましい。開口幅が深さ以下の大きさに形成されていた場合、成長抑制膜を形成する際に、凹部の底面部に成膜される膜厚が薄くなることがある。その一方、開口幅を深さより大きく形成することにより、安定した膜厚で成長抑制膜を成膜することができる。
【０１８１】
また、上記第１〜第４実施形態では、凹部（掘り込み領域）をストライプ状に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、凹部（掘り込み領域）をストライプ状以外の形状に形成してもよい。たとえば、図５４〜図５６に示すような格子状に凹部（掘り込み領域）を形成してもよい。むろん、図５４〜図５６に示した形状以外の形状に凹部（掘り込み領域）を形成することもできる。なお、図５５において、互いに交差する凹部（掘り込み領域）の交差角度αを、たとえば、約６０度とすることができる。また、図５６において、互いに交差する凹部（掘り込み領域）の交差角度αおよびβを、それぞれ、約６０度とすることができる。
【０１８２】
また、上記第１〜第４実施形態では、リッジ部（光導波路）に沿うように凹部（掘り込み領域）を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、リッジ部（光導波路）と交差する方向に延びるように凹部（掘り込み領域）を形成してもよい。
【０１８３】
また、上記第１〜第４実施形態では、複数の凹部を等間隔で形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、隣り合う凹部の間隔が異なる間隔となるように、複数の凹部を形成してもよい。また、１つの基板に、断面形状が異なる凹部を形成するようにしてもよい。
【０１８４】
また、上記第１〜第４実施形態では、凹部の周期を約４００μｍに設定した例を示したが、凹部の周期は、窒化物半導体レーザ素子のチップ幅（素子幅）によって決めることができ、チップ幅（素子幅）を、たとえば、約２００μｍとする場合には、凹部の周期は、約２００μｍとすることができる。なお、凹部（掘り込み領域）の周期（間隔）は、１ｍｍ以下が好ましく、４００μｍ以下であればより好ましい。このように構成すれば、ウェハ（基板）の一部に異常箇所があって、それが原因となり層厚変動が生じたとしても、凹部上の半導体素子層表面の窪みによって横方向の成長が分断され、異常箇所に起因する層厚変動の拡散が抑制される。また、凹部（掘り込み領域）の周期（間隔）が５μｍ以下となると、リッジ部の形成が困難になるため、凹部（掘り込み領域）の周期（間隔）は、５μｍより大きくするのが好ましい。
【０１８５】
なお、凹部内に形成される成長抑制膜は、凹部内における結晶成長面より低い位置に形成されていれば、上記第１〜第４実施形態で示した形状以外の形状で形成されていてもよい。
【０１８６】
また、上記第１〜第４実施形態では、ＥＣＲスパッタ装置を用いたスパッタ法で成長抑制膜を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記以外の方法で成長抑制膜を形成することもできる。たとえば、マグネトロンスパッタ装置を用いたスパッタ法や、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅｅｍ）蒸着法、プラズマＣＶＤ法などを用いて、成長抑制膜を形成することもできる。
【０１８７】
また、上記第１〜第４実施形態では、凹部の側面部の傾斜角を約１００度とした例を示したが、本発明はこれに限らず、凹部の側面部の傾斜角を約１００度より大きい角度とすることもできる。このように構成した場合、凹部の側面部に効率よく成長抑制膜を形成することができる。なお、第１実施形態では、凹部の側面部に成長抑制膜が形成されないため、この場合には、凹部の側面部の傾斜角を９０度にすることもできる。
【０１８８】
なお、上記第１〜第４実施形態において、基板上に結晶成長される窒化物半導体各層については、その厚みや組成等は、所望の特性に合うものに適宜組み合わせたり、変更したりすることが可能である。たとえば、半導体層を追加または削除したり、半導体層の順序を一部入れ替えたりしてもよい。また、たとえば、ＧａＮ基板とｎ型クラッド層との間に、ＧａＮからなるバッファ層などの層を形成してもよい。さらに、導電型を一部の半導体層について変更してもよい。すなわち、窒化物半導体レーザ素子としての基本特性が得られる限り自由に変更可能である。
【０１８９】
また、上記第１〜第４実施形態において、凹部（掘り込み領域）の形成は、基板上に一度、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮなどの窒化物半導体の層を成長させた後に行ってもよい。すなわち、一度成長を行い、次に凹部（掘り込み領域）を形成した場合であっても、本明細書の内容を適用することができる。
【０１９０】
また、上記第１〜第４実施形態において、窒化物半導体レーザ素子の製造工程で用いるエッチング方法は、気相エッチングであってもよいし、液相エッチングであってもよい。
【０１９１】
また、上記第１〜第４実施形態では、窒化物半導体レーザ素子に１つの凹部（掘り込み領域）を含むように、窒化物半導体ウェハを分割した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体レーザ素子に凹部（掘り込み領域）を含まないように、窒化物半導体ウェハを分割してもよい。また、窒化物半導体レーザ素子に複数の凹部（掘り込み領域）を含むように、窒化物半導体ウェハを分割してもよいし、窒化物半導体レーザ素子に凹部（掘り込み領域）の一部を含むように、窒化物半導体ウェハを分割してもよい。このように構成した場合でも、素子特性の優れた窒化物半導体レーザ素子を歩留まりよく得ることができる。
【０１９２】
また、上記第１〜第４実施形態では、活性層の量子井戸構造を、ＤＱＷ構造に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＤＱＷ構造以外の量子井戸構造に活性層を構成してもよい。たとえば、活性層の量子井戸構造を、ＳＱＷ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造に構成してもよいし、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造に構成してもよい。また、活性層（井戸層、障壁層）の組成、厚み等は適宜変更することができる。
【０１９３】
また、上記第１〜第４実施形態では、ｎ型半導体層のｎ型不純物としてＳｉを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型不純物として、Ｓｉ以外に、たとえば、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇまたはＢｅを用いてもよい。なお、ｎ型不純物としては、Ｓｉ、ＯおよびＣｌが特に好ましい。
【０１９４】
なお、エピタキシャル成長法としては、ＭＯＣＶＤ法以外に、たとえば、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。
【符号の説明】
【０１９５】
１ ｎ型ＧａＮ基板（窒化物半導体基板）
１ａ 結晶成長面
２ 凹部
２ａ 底面部
２ｂ 側面部
３ 掘り込み領域
４ 非掘り込み領域
５、２０５、３０５、４０５ 成長抑制膜
１０ 半導体素子層
１１ ｎ型クラッド層（窒化物半導体層）
１２ ｎ型ガイド層
１３ 活性層
１４ 蒸発防止層
１５ ｐ型ガイド層
１６ ｐ型クラッド層
１７ ｐ型コンタクト層
１８ リッジ部
１９ 光導波路
２０ 絶縁層
２１ ｐ側電極
２２ ｎ側電極
２５ 窪み
２６ エッジグロース部
３０ 共振器面
３０ａ 光出射面
３０ｂ 光反射面
１００、２００ 窒化物半導体ウェハ
１５０、２５０ 窒化物半導体レーザ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびそれらの混晶に代表される窒化物半導体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体やＡｌＧａＩｎＰ系半導体に比べてバンドギャップＥｇが大きく、かつ直接遷移型の半導体材料であるという特徴を有している。このため、これらの窒化物半導体は、紫外線から緑色に及ぶ波長領域における発光が可能な半導体レーザ素子や、紫外線から赤色までの広い発光波長範囲をカバーできる発光ダイオード素子などの半導体発光素子を構成する材料として非常に注目されている。また、窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子は、プロジェクターやフルカラーディスプレー、さらには環境・医療分野など、広く応用が考えられるため、国内外の研究機関において精力的に研究が行われている。
【０００３】
また、近年では、良質なＧａＮ基板（窒化ガリウム基板）が得られるようになってきており、このＧａＮ基板を用いることで、特性の優れた窒化物半導体発光素子が得られるようになってきた。
【０００４】
しかしながら、窒化物半導体レーザ素子などの窒化物半導体発光素子では、製造時の歩留まりが非常に低いという不都合があり、このため、製造コストが非常に高くなっている。そして、このことが、窒化物半導体発光素子の普及を妨げる一因となっている。この歩留まりを落としている原因の一つに、クラックの発生が挙げられる。すなわち、基板上に窒化物半導体層を成長させる際に、基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じ、この歪みによって、窒化物半導体層にクラックが生じる。これにより、１枚のウェハから得られる良品の数が減少するので、歩留まりが低下する。また、クラックが生じることにより、発光寿命などの素子特性も低下する。
【０００５】
そこで、従来、クラックの発生を抑制することが可能な窒化物半導体レーザ素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記特許文献１には、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を有するＧａＮ基板を用いて形成された窒化物半導体レーザ素子が記載されている。このＧａＮ基板は、結晶成長面に、上記掘り込み領域が形成されており、掘り込まれていない領域が非掘り込み領域となっている。そして、ＧａＮ基板の結晶成長面上に、上記窒化物半導体層を成長させることによって窒化物半導体レーザ素子が形成されている。この窒化物半導体レーザ素子では、上記のように、ＧａＮ基板に予め掘り込み領域を形成しておくことによって、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の歪みが、掘り込み領域上に形成された部分で緩和される。これにより、クラックの発生が抑制される。なお、特許文献１では、ＧａＮ基板の結晶成長面は、ｃ面（（０００１）面；極性面）となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５６４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、基板に掘り込み領域を形成する方法は、基板上に形成される窒化物半導体層にクラックが発生するのを抑制する方法として非常に有効である。
【０００９】
しかしながら、本願発明者らが、無極性（ノンポーラ）面および半極性（セミポーラ）面を結晶成長面とする基板を用いて窒化物半導体発光素子を形成する際に、クラックの抑制を目的として基板に予め掘り込み領域を形成して窒化物半導体発光素子の作製を行ったところ、窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じる場合があることを見出した。このような組成変動が生じると、素子特性が設計から外れてしまい、窒化物半導体発光素子の素子特性が低下する。また、特性のバラツキが生じるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少する。これにより、歩留まりが低下する。
【００１０】
なお、窒化物半導体層の組成変動は、無極性面および半極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に非常に強く現れる傾向があるが、極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合でも、上記と同様の現象は生じ得る。
【００１１】
このように、本願発明者らが鋭意検討を行った結果、特許文献１に記載された従来技術を用いた場合であってもなお、素子特性および歩留まりに関して改善の余地が残されていることを見出した。特に、窒化物半導体層の組成変動は、素子の設計上どうしても抑制しなければならない問題である。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による窒化物半導体ウェハは、結晶成長面を有し、この結晶成長面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含む窒化物半導体基板と、掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、窒化物半導体基板の結晶成長面上に成長された窒化物半導体層とを備えている。そして、掘り込み領域は、凹部を含んでおり、成長抑制膜は、凹部内における結晶成長面より低い位置に形成されている。なお、本発明の「窒化物半導体基板」は、掘り込み領域および非掘り込み領域が窒化物半導体からなる基板を含む。
【００１４】
この第１の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように、掘り込み領域（凹部内）に成長抑制膜を形成することによって、結晶成長面上に形成される窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このような組成変動の抑制効果が得られる理由としては、以下のように考えられる。すなわち、窒化物半導体層を結晶成長面上に成長させると、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合、結晶成長の初期段階では、凹部内の窒化物半導体層の成長速度は非常に速いが、結晶成長の進行に伴い凹部内が窒化物半導体層で満たされてくると、凹部内の窒化物半導体層の成長速度が遅くなる。このように、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合には、凹部内における窒化物半導体層の成長速度が変化する。そして、この成長速度の変化が非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に影響を与え、これによって、非掘り込み領域上の窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれた場合、凹部内における成長速度の変化が大きくなるので、窒化物半導体層に組成変動が生じ易くなる。これに対し、凹部内に成長抑制膜が形成されている場合には、凹部内における窒化物半導体層の結晶成長が抑制されるので、凹部内において、窒化物半導体層の成長速度の変化が抑制される。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのが抑制される。また、凹部内に成長抑制膜が形成されている場合には、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれるのを抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。
【００１５】
また、第１の局面では、上記のように、成長抑制膜を凹部内における結晶成長面より低い位置に形成することによって、窒化物半導体層のエッジグロース部（成長抑制膜の周辺付近で発生する、窒化物半導体層の厚みが大きくなった部分）を、凹部内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚の変動を抑制することができる。
【００１６】
さらに、第１の局面では、上記のように、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層（非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層）の歪みを、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。
【００１７】
ここで、本願発明者らが種々検討した結果、無極性面および半極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた場合、極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた場合に比べて、凹部内が窒化物半導体層で埋まり易いという不都合があることを見出した。しかしながら、このような場合でも、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれ易い無極性面および半極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた場合でも、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができるとともに、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを容易に抑制することができる。
【００１８】
このように、第１の局面による窒化物半導体ウェハでは、窒化物半導体層の厚み方向の組成変動を抑制することによって、素子特性が設計から外れてしまうのを抑制することができる。このため、このような窒化物半導体ウェハを用いて窒化物半導体発光素子を形成することにより、窒化物半導体発光素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、第１の局面では、エッジグロース部を凹部内で生じさせることによって、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。このため、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。また、第１の局面の構成では、クラックの発生を容易に抑制することができるので、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、第１の局面では、上記のように構成することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することができるので、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【００１９】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、少なくとも、側面部および底面部の一方に形成されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、クラックの発生を抑制しながら、窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。また、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを容易に抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。
【００２０】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における底面部の一部に形成されていてもよい。このように構成すれば、容易に、凹部内に所定形状を有する成長抑制膜を形成することができるので、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体ウェハを容易に得ることができる。
【００２１】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における側面部および底面部の両方に形成されていてもよい。
【００２２】
この場合において、成長抑制膜は、側面部に形成された部分の厚みが、底面部に形成された部分の厚みよりも小さくなるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、成長抑制膜の剥がれなどの不良を効果的に抑制することができる。
【００２３】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、好ましくは、凹部は、所定方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、容易に、素子特性および歩留まりを向上させることができる。
【００２４】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、好ましくは、凹部は、ストライプ状に複数形成されている。このように構成すれば、より容易に、素子特性および歩留まりを向上させることができる。
【００２５】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、好ましくは、窒化物半導体層に光導波路が形成されている。このように構成すれば、素子特性の優れた窒化物半導体レーザ素子を歩留まりよく形成することができる。
【００２６】
上記第１の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、光導波路は、凹部に沿うように形成されているのが好ましい。
【００２７】
この発明の第２の局面による窒化物半導体発光素子は、上記第１の局面による窒化物半導体ウェハを用いて形成されている。このように構成すれば、素子特性の優れた窒化物半導体発光素子を歩留まりよく形成することができる。なお、第２の局面による窒化物半導体発光素子では、窒化物半導体基板に凹部（掘り込み領域）が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。また、窒化物半導体基板に凹部（掘り込み領域）の一部が含まれていてもよい。窒化物半導体基板に凹部（掘り込み領域）が含まれていない場合でも、素子特性の優れた窒化物半導体発光素子を歩留まりよく得ることができる。
【００２８】
この発明の第３の局面による窒化物半導体発光素子は、結晶成長面を有し、結晶成長面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含む窒化物半導体基板と、掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、窒化物半導体基板の結晶成長面上に形成された窒化物半導体層とを備えている。そして、掘り込み領域は、凹部を含んでおり、成長抑制膜は、凹部内における結晶成長面より低い位置に形成されている。
【００２９】
この第３の局面による窒化物半導体発光素子では、上記のように、掘り込み領域（凹部内）に成長抑制膜を形成することによって、結晶成長面上に形成される窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、素子特性が設計から外れてしまうのを抑制することができるので、窒化物半導体発光素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
また、第３の局面では、上記のように、成長抑制膜を凹部内における結晶成長面より低い位置に形成することによって、窒化物半導体層のエッジグロース部を、凹部内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚の変動を抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。
【００３１】
さらに、第３の局面では、上記のように、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層（非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層）の歪みを、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【００３２】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、少なくとも、側面部および底面部の一方に形成されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、クラックの発生を抑制しながら、窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。また、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを容易に抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。
【００３３】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における底面部の一部に形成されていてもよい。このように構成すれば、容易に、凹部内に所定形状を有する成長抑制膜を形成することができるので、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を容易に得ることができる。
【００３４】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における側面部および底面部の両方に形成されていてもよい。
【００３５】
この場合において、成長抑制膜は、側面部に形成された部分の厚みが、底面部に形成された部分の厚みよりも小さくなるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、成長抑制膜の剥がれなどの不良を効果的に抑制することができる。
【００３６】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、凹部の側面部は、傾斜面からなり、凹部は、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成されている。このように構成すれば、側面部に成長抑制膜を形成する場合に、側面部に効率よく成長抑制膜を形成することができる。これにより、側面部の成長抑制膜の厚みが極端に薄くなり膜状に形成されなくなったり、側面部に成長抑制膜が全く形成されなくなったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。なお、側面部に成長抑制膜を形成しない場合であっても、凹部の側面部を傾斜面に形成することができる。
【００３７】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、成長抑制膜は、凹部の内部を埋め込まない厚みを有している。このように構成すれば、容易に、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体層にクラックが発生するのをより容易に抑制することができる。
【００３８】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜の厚みは、凹部の深さの半分以下であるのが好ましい。
【００３９】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、窒化物半導体基板の結晶成長面は、半極性面または無極性面である。このように構成すれば、窒化物半導体からなる活性層に及ぼす自発分極やピエゾ分極の影響を低減することができるので、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。なお、結晶成長面が無極性面または半極性面の場合には、結晶成長面が極性面の場合に比べて、凹部内が窒化物半導体層で埋まり易いという不都合がある。しかしながら、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを容易に抑制することができるので、窒化物半導体基板の結晶成長面を半極性面または無極性面とした場合でも、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。また、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを容易に抑制することができる。
【００４０】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体基板の結晶成長面は、ｍ面（｛１−１００｝面）であるのが好ましい。このように構成すれば、素子特性および歩留まりを向上させることが可能であるとともに、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を容易に得ることができる。なお、ｍ面は、安定な無極性面であるため、結晶成長を極めて安定に行うことができる。このため、結晶性を向上させることができるので、素子特性の優れた高性能な窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００４１】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜は、酸窒化物膜または窒化物膜から構成することができる。
【００４２】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜は、酸化物膜から構成されていてもよい。
【００４３】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜は、酸化シリコン膜から構成されていてもよい。
【００４４】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体層は、ＡｌＧａＮ層を含んでいるのが好ましい。
【００４５】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、凹部は、所定方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、容易に、素子特性および歩留まりを向上させることができる。
【００４６】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、凹部の開口幅は、凹部の深さより大きい。このように構成すれば、凹部の底面部に形成される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるのを抑制することができる。すなわち、凹部の開口幅を凹部の深さ以下の大きさにした場合、凹部の底面部に形成される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるという不都合が生じる場合がある一方、凹部の開口幅を凹部の深さより大きくすることによって、上記不都合が生じるのを抑制することができる。
【００４７】
上記第３の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、窒化物半導体層に光導波路が形成されている。このように構成すれば、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。
【００４８】
この発明の第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法は、結晶成長面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、掘り込み領域に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、窒化物半導体基板の結晶成長面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備えている。そして、掘り込み領域を形成する工程は、結晶成長面を厚み方向にエッチングすることにより、窒化物半導体基板に凹部を形成する工程を含んでおり、成長抑制膜を形成する工程は、凹部内における結晶成長面より低い位置に成長抑制膜を配設する工程を含んでいる。
【００４９】
この第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法では、上記のように、エッチングにより形成した凹部内に成長抑制膜を形成することによって、結晶成長面上に形成される窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、素子特性が設計から外れてしまうのを抑制することができるので、窒化物半導体発光素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。
【００５０】
また、第４の局面では、上記のように、凹部内における結晶成長面より低い位置に成長抑制膜を配設することによって、窒化物半導体層のエッジグロース部を、凹部内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚の変動を抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。
【００５１】
さらに、第４の局面では、上記のように、凹部内に成長抑制膜を配設することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層（非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層）の歪みを、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【００５２】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように凹部を形成する工程を有しており、成長抑制膜を形成する工程は、少なくとも、側面部および底面部の一方に成長抑制膜を形成する工程を有している。このように構成すれば、容易に、クラックの発生を抑制しながら、窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。また、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを容易に抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。
【００５３】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように凹部を形成する工程を有しており、成長抑制膜を形成する工程は、凹部における底面部の一部に成長抑制膜を形成する工程を有している。このように構成すれば、容易に、凹部内に所定形状を有する成長抑制膜を配設することができるので、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を容易に得ることができる。
【００５４】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように凹部を形成する工程を有しており、成長抑制膜を形成する工程は、凹部における側面部および底面部の両方に成長抑制膜を形成する工程を有していてもよい。
【００５５】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、成長抑制膜を形成する工程は、凹部の内部を埋め込まない厚みに成長抑制膜を形成する工程を有している。このように構成すれば、容易に、掘り込み領域上（凹部上）の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、窒化物半導体層にクラックが発生するのをより容易に抑制することができる。
【００５６】
上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、凹部の開口幅を、凹部の深さより大きく形成する工程を有している。このように構成すれば、凹部の底面部に配設される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるのを抑制することができる。すなわち、凹部の開口幅を凹部の深さ以下の大きさにした場合、凹部の底面部に形成される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるという不都合が生じる場合がある一方、凹部の開口幅を凹部の深さより大きくすることによって、上記不都合が生じるのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００５７】
以上のように、本発明によれば、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の断面斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の一部を拡大して示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの半導体素子層の構造を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの一部を模式的に示した平面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の平面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図（図９のａ−ａ線に沿った断面に対応する図）である。
【図１１】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の一部を示した断面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の活性層の構造を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子が搭載された窒化物半導体レーザ装置の斜視図である。
【図１４】凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。
【図１５】凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。
【図１６】凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。
【図１７】凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。
【図１８】第１実施形態の作用を説明するための断面図である。
【図１９】第１実施形態の作用を説明するための断面図である。
【図２０】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２１】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２２】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２３】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２４】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２５】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２６】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２７】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２８】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２９】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３０】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３２】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３３】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３４】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３５】本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための平面図である。
【図３６】比較例１による試料のＸ線回折プロファイルを示す図である。
【図３７】実施例による試料のＸ線回折プロファイルを示す図である。
【図３８】比較例１による試料の断面模式図である。
【図３９】比較例２による試料の断面模式図である。
【図４０】実施例による試料の断面模式図である。
【図４１】実施例による試料の断面ＳＥＭ写真である。
【図４２】本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。
【図４３】本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の一部を拡大して示した断面図である。
【図４４】本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための断面図である。
【図４５】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図である。
【図４６】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４７】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４８】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４９】本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５０】本発明の第３実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。
【図５１】本発明の第４実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。
【図５２】凹部（掘り込み領域）の他の形状の例を説明するための断面図である。
【図５３】凹部（掘り込み領域）の他の形状の例を説明するための断面図である。
【図５４】凹部を格子状に形成した場合の一例を示す平面図である。
【図５５】凹部を格子状に形成した場合の他の一例を示す平面図である。
【図５６】凹部を格子状に形成した場合のさらに他の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、窒化物半導体発光素子の一例である窒化物半導体レーザ素子に本発明を適用した場合について説明する。また、以下の実施形態において、「窒化物半導体」とは、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体を意味する。
【００６０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。図２は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の平面図である。図３は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の断面斜視図である。図４〜図８は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための図である。なお、図２は、成長抑制膜を省略した状態の図を示している。まず、図１〜図８を参照して、窒化物半導体レーザ素子を含む、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００について説明する。
【００６１】
第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００は、図１に示すように、無極性面であるｍ面（｛１−１００｝面）を結晶成長面１ａとするｎ型ＧａＮ基板１を備えている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１は、本発明の「窒化物半導体基板」の一例である。このｎ型ＧａＮ基板１は、結晶成長面１ａから厚み方向に掘り込まれることによって形成された複数の凹部２を有している。これらの凹部２は、図２および図３に示すように、それぞれ、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるように形成されているとともに、［０００１］方向と直交する［１１−２０］方向（ａ軸方向）に約１５０μｍ〜約６００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の周期Ｔ（図２参照）で等間隔に配列されている。すなわち、上記複数の凹部２は、ｎ型ＧａＮ基板１にストライプ状に形成されている。また、図１および図４に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１において、凹部２が形成されている領域（掘り込まれた領域）が掘り込み領域３となっている。一方、結晶成長面１ａにおける凹部２が形成されていない領域（掘り込まれていない領域）が非掘り込み領域４となっている。
【００６２】
また、上記複数の凹部２は、図５に示すように、それぞれ、底面部２ａと一対の側面部２ｂとを含んで構成されている。一対の側面部２ｂは、その傾斜角γが９０度より大きくなるように設定されている。具体的には、一対の側面部２ｂの傾斜角γは、たとえば、約１００度に設定されている。このため、凹部２の側面部２ｂは、傾斜面となっている。これにより、開口幅が上方に向かって（底面部２ａから開口端に向かって）徐々に大きくなるように、凹部２が形成されている。
【００６３】
また、上記凹部２は、［１１−２０］方向に約１０μｍの開口幅ｇ１（開口端の幅）を有しているとともに、ｎ型ＧａＮ基板１の厚み方向に約５μｍの深さｆを有している。すなわち、上記複数の凹部２は、それぞれ、開口幅ｇ１が深さｆより大きくなるように構成されている。
【００６４】
ここで、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００では、図１、図３および図５に示すように、掘り込み領域３（凹部２の内側の領域）に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜５が形成されている。この成長抑制膜５は、窒化物膜であるＡｌＮ膜からなり、凹部２内を埋め込まない厚みに形成されている。具体的には、成長抑制膜５は、厚みｔ（図５参照）が約１００ｎｍとなるように形成されている。なお、成長抑制膜５の厚みｔは、凹部２の深さｆの半分以下であるのが好ましい。このように構成されていれば、凹部２内が成長抑制膜５で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となり、クラックの抑制効果を容易に得ることが可能となる。また、後述するｎ型クラッド層に組成変動が生じるのを容易に抑制することも可能となる。
【００６５】
また、第１実施形態では、上記成長抑制膜５は、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されている。具体的には、図３および図５に示すように、第１実施形態では、上記成長抑制膜５は、凹部２の底面部２ａの一部に、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるように形成されている。なお、成長抑制膜５の［１１−２０］方向の幅ｗ１（図５参照）は、凹部２の底面部２ａの幅ｇ２（図５参照）より小さい、たとえば、約４μｍに構成されている。
【００６６】
また、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００は、図１に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に、窒化物半導体からなる半導体素子層１０が形成された構造を有している。この半導体素子層１０は、図６に示すように、活性層１３を含む複数の半導体層から構成されており、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのエピタキシャル成長法によって、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に順次形成されている。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１１（層厚：約２．２μｍ）、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１２（層厚：約０．１μｍ）、活性層１３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる蒸発防止層１４（層厚：約２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１５（層厚：約０．０５μｍ）、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層１６（層厚：約０．５μｍ）およびｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７（層厚：約０．１μｍ）が順次形成されている。また、半導体素子層１０を構成するｎ型の半導体層には、ｎ型不純物として、たとえば、Ｓｉがドープされており、ｐ型の半導体層には、ｐ型不純物として、たとえば、Ｍｇがドープされている。なお、ｎ型クラッド層１１は、本発明の「窒化物半導体層」の一例である。
【００６７】
ここで、上記半導体素子層１０に含まれるＡｌとＧａとＮとを含有する層において、Ａｌが多量に含有されていると、ｎ型ＧａＮ基板１との格子不整合が大きくなるため、クラックが発生し易くなる。特に、ｎ型クラッド層１１は、光閉じ込めを良好に行うためにＡｌの組成比が高く設定されていることから、ｎ型ＧａＮ基板１との格子不整合が大きくなっており、また、その層厚も約２．２μｍと大きいため、このｎ型クラッド層１１でクラックが発生し易い。
【００６８】
一方、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００では、図１に示すように、凹部２内（掘り込み領域３）に成長抑制膜５が形成されていることにより、凹部２内が半導体素子層１０で埋め込まれるのが抑制されている。このため、凹部２（掘り込み領域３）上の半導体素子層１０の表面（半導体素子層１０を構成する各層の表面）に窪み２５が形成された状態となっている。そして、この窪み２５によって、ｎ型ＧａＮ基板１との格子不整合などに起因して生じるｎ型クラッド層１１（図６参照）の歪みが緩和されている。これにより、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１（図６参照）において、クラックの発生が抑制されている。なお、第１実施形態では、ｎ型クラッド層１１以外の他の半導体層においても、クラックの発生が抑制されている。
【００６９】
また、第１実施形態では、凹部２内に成長抑制膜５が形成されていることにより、非掘り込み領域４上に形成された半導体素子層１０において、厚み方向の組成変動が抑制されている。特に、組成変動が生じやすいｎ型クラッド層１１（図６参照）においても、厚み方向の組成変動が抑制されている。
【００７０】
さらに、第１実施形態では、上記成長抑制膜５が凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されることによって、図８に示すように、半導体素子層１０（半導体素子層１０を構成する各層）のエッジグロース部２６を凹部２内に発生させることが可能な構造となっている。
【００７１】
また、図１に示すように、半導体素子層１０の所定領域（非掘り込み領域４上の所定領域）には、電流通路部となる凸状のリッジ部１８が形成されている。このリッジ部１８は、図７に示すように、凹部２に沿って（凹部２の延びる方向と平行に）形成されている。具体的には、上記リッジ部１８は、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるとともに、［１１−２０］方向に約１５０μｍ〜約６００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の距離Ｗ１（図１参照）を隔てて配列されることによってストライプ状に形成されている。そして、このリッジ部１８の形成によって、半導体素子層１０にストライプ状の光導波路１９が形成されている。なお、図１に示すように、上記リッジ部１８は、凹部２から所定の距離以上（たとえば、５μｍ以上）隔てた、非掘り込み領域４上の領域に形成されている。また、半導体素子層１０の上面上であるとともにリッジ部１８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層２０が形成されている。
【００７２】
また、半導体素子層１０上には、光導波路１９（図７参照）に電流を供給するためのｐ側電極２１が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上には、ｎ側電極２２が形成されている。
【００７３】
また、図７に示すように、上記窒化物半導体ウェハ１００には、窒化物半導体レーザ素子に個片化するための分割予定線Ｐ１およびＰ２が設定されている。分割予定線Ｐ１は、［１１−２０］方向に延びるように設定されており、分割予定線Ｐ２は、［０００１］方向に延びるように設定されている。また、分割予定線Ｐ２は、分割後の窒化物半導体レーザ素子に、１つの凹部２が含まれるように設定されている。
【００７４】
このように構成された第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００は、分割予定線Ｐ１およびＰ２で分割されることによって、個々の窒化物半導体レーザ素子に個片化される。
【００７５】
図９は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の平面図であり、図１０は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図である。図１１は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の一部を示した断面図であり、図１２は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の活性層の構造を説明するための断面図である。図１３は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子が搭載された窒化物半導体レーザ装置の斜視図である。なお、図１０は、図９のａ−ａ線に沿った断面に対応する図を示している。次に、図９〜図１３を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０について説明する。なお、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０は、上記した第１実施形態による窒化物半導体ウェハ１００から得ることができるため、以下の説明では、上記窒化物半導体ウェハ１００から得られる窒化物半導体レーザ素子１５０を例にして説明する。
【００７６】
第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０は、図９に示すように、レーザ光が出射される光出射面３０ａと、光出射面３０ａと対向する光反射面３０ｂとを含む一対の共振器面３０を有している。また、上記窒化物半導体レーザ素子１５０は、共振器面３０と直交する方向（［０００１］方向）に、約３００μｍ〜約１８００μｍ（たとえば、約６００μｍ）の長さＬ（チップ長Ｌ（共振器長））を有しているとともに、共振器面３０に沿った方向（［１１−２０］方向）に、約１５０μｍ〜約６００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の幅Ｗ（チップ幅Ｗ）を有している。
【００７７】
また、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０は、図１０および図１１に示すように、ｍ面（｛１−１００｝面）を結晶成長面１ａとするｎ型ＧａＮ基板１を備えており、このｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ（ｍ面）上に、窒化物半導体からなる半導体素子層１０が積層されることによって形成されている。具体的には、窒化物半導体レーザ素子１５０は、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１１が形成されている。ｎ型クラッド層１１上には、約０．１μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１２が形成されている。ｎ型ガイド層１２上には、活性層１３が形成されている。
【００７８】
上記活性層１３は、図１２に示すように、Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎからなる２つの井戸層１３ａと、Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎからなる３つの障壁層１３ｂ（但しｘ１＞ｘ２）とが交互に積層された量子井戸（ＤＱＷ；Ｄｏｕｂｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を有している。具体的には、活性層１３は、ｎ型ガイド層１２側から、第１障壁層１３１ｂ、第１井戸層１３１ａ、第２障壁層１３２ｂ、第２井戸層１３２ａおよび第３障壁層１３３ｂが順次積層されることによって形成されている。なお、２つの井戸層１３ａ（第１井戸層１３１ａ、第２井戸層１３２ａ）は、それぞれ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みに形成されている。また、第１障壁層１３１ｂは、約３０ｎｍの厚みに形成されており、第２障壁層１３２ｂは、約１６ｎｍの厚みに形成されており、第３障壁層１３３ｂは、約６０ｎｍの厚みに形成されている。すなわち、３つの障壁層１３ｂは、それぞれ、異なる厚みに形成されている。また、井戸層１３ａのＩｎ組成比ｘ１は、０．１５以上０．４５以下（たとえば、０．２〜０．２５）に構成されている。一方、上記障壁層１３ｂは、光閉じ込めを効率よく行うために、ＩｎＧａＮから構成されており、そのＩｎ組成比ｘ２は、たとえば、０．０４〜０．０５とされている。
【００７９】
また、図１１に示すように、上記活性層１３上には、約２０ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる蒸発防止層１４が形成されている。蒸発防止層１４上には、凸部と、凸部以外の平坦部とを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１５が形成されている。ｐ型ガイド層１５の凸部上には、約０．５μｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層１６が形成されている。ｐ型クラッド層１６上には、約０．１μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７が形成されている。そして、ｐ型ガイド層１５の凸部とｐ型クラッド層１６とｐ型コンタクト層１７とによって、約１μｍ〜約３μｍ（たとえば約１．５μｍ）の幅を有するストライプ状（細長状）のリッジ部１８が構成されている。このリッジ部１８は、［０００１］方向に延びるように形成されており、リッジ部１８の下方に位置するストライプ状（細長状）の活性層１３の部分が光導波路１９となっている。なお、ｎ型クラッド層１１、ｎ型ガイド層１２、活性層１３、蒸発防止層１４、ｐ型ガイド層１５、ｐ型クラッド層１６およびｐ型コンタクト層１７によって、上記半導体素子層１０が構成されている。
【００８０】
ここで、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０では、図１０に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の所定領域に上記した凹部２が形成されている。この凹部２は、リッジ部１８（光導波路１９（図１１参照））と平行（［０００１］方向）に延びるように形成されている。また、上記凹部２は、窒化物半導体レーザ素子１５０の一方の側面側に配されている。そして、この凹部２から所定の距離以上（たとえば、５μｍ以上）隔てた、非掘り込み領域４上の領域に、上記リッジ部１８が形成されている。
【００８１】
また、第１実施形態では、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する上記成長抑制膜５が形成されている。この成長抑制膜５は、上述したように、窒化物膜であるＡｌＮ膜からなり、凹部２内を埋め込まない厚みである約１００ｎｍの厚みに形成されている。また、上記成長抑制膜５は、凹部２の底面部２ａの一部に、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるように形成されている。そして、この成長抑制膜５によって凹部２の内側の領域における窒化物半導体の結晶成長が抑制され、これによって、半導体素子層１０を構成する各層の表面に窪み２５が形成されている。このため、凹部２（掘り込み領域３）上の半導体素子層１０の表面に窪み２５が形成された状態となっている。なお、上述したように、この窪み２５によって、ｎ型クラッド層１１を含む半導体素子層１０に、クラックが発生するのが抑制されている。
【００８２】
また、第１実施形態では、非掘り込み領域４上に形成された半導体素子層１０において、厚み方向の組成変動が抑制されている。
【００８３】
さらに、第１実施形態では、上記成長抑制膜５が凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されていることにより、半導体素子層１０（半導体素子層１０を構成する各層）のエッジグロース部２６が凹部２内に発生している。
【００８４】
また、図１１に示すように、リッジ部１８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層２０が形成されている。具体的には、ｐ型ガイド層１５上、ｐ型クラッド層１６の側面上およびｐ型コンタクト層１７の側面上に、約０．１μｍ〜約０．３μｍ（たとえば約０．１５μｍ）の厚みを有するＳｉＯ2からなる絶縁層２０が形成されている。
【００８５】
絶縁層２０およびｐ型コンタクト層１７の上面上には、ｐ型コンタクト層１７の一部を覆うように、ｐ側電極２１が形成されている。このｐ側電極２１は、ｐ型コンタクト層１７を覆っている部分において、ｐ型コンタクト層１７と直接接触している。また、ｐ側電極２１は、絶縁層２０（ｐ型コンタクト層１７）側から約１５ｎｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）、約１５ｎｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）が順次積層された多層構造からなる。
【００８６】
また、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面側から順に、約５ｎｍの厚みを有するＨｆ層（図示せず）、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）、約３６ｎｍの厚みを有するＭｏ層（図示せず）、約１８ｎｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）が順次積層された多層構造からなるｎ側電極２２が形成されている。
【００８７】
また、窒化物半導体レーザ素子１５０における光出射面３０ａ（図９参照）には、たとえば、反射率５％〜８０％の出射側コーティング膜（図示せず）が形成されている。一方、光反射面３０ｂ（図９参照）には、たとえば、反射率９５％の反射側コーティング膜（図示せず）が形成されている。なお、出射側コーティング膜の反射率は、発振出力により所望の値に調整されている。また、出射側コーティング膜は、たとえば、半導体の出射端面から順に、アルミニウムの酸窒化物膜または窒化物膜であるＡｌＯxＮ1-x（０≦ｘ≦１）：膜厚３０ｎｍ／Ａｌ2Ｏ3（膜厚：２１５ｎｍ）で構成されており、反射側コーティング膜は、たとえば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2などの多層膜から構成されている。上記以外の材料として、たとえば、ＳｉＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＭｇＦ2などの誘電体膜を用いてもよい。
【００８８】
光出射面側の膜構成として、ＡｌＯxＮ1-x（０≦ｘ≦１）：膜厚１２ｎｍ／シリコンの窒化物膜であるＳｉＮ（膜厚：１００ｎｍ）を用いてもよい。上記のように、ｍ面の窒化物半導体基板の劈開端面（第１実施形態ではｃ面）、もしくは気相エッチング、液相エッチングによりエッチングされたエッチング端面に、アルミニウムの酸窒化物膜または窒化物膜であるＡｌＯxＮ1-x（０≦ｘ≦１）を形成することで、半導体、出射側コーティング膜の界面での非発光再結合の割合を大幅に低減でき、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）レベルを格段に向上させることができる。さらにアルミニウムの酸窒化物膜または窒化物膜であるＡｌＯxＮ1-x（０≦ｘ≦１）は、窒化物半導体と同じ六方晶の結晶であると、より好ましい。さらには、窒化物半導体と結晶軸が揃った状態で結晶化していると、非発光再結合の割合がさらに低減し、ＣＯＤレベルがさらに向上するため、より好ましい。また、光出射面側の反射率を大きくするために、上記コーティング膜の上にシリコンの酸化物膜、アルミニウムの酸化物膜、チタニウムの酸化物膜、タンタルの酸化物膜、ジルコニウムの酸化物膜、シリコン窒化物膜、などを積層した積層膜を形成してもよい。
【００８９】
上記のように構成された第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０は、図１３に示すように、サブマウント１６１を介してステム１６２上にマウントされ、ワイヤ１６３によってリードピンと電気的に接続される。そして、キャップ１６４がステム１６２上に溶接されることにより、キャンパッケージ型の半導体レーザ装置１６０に組み立てられる。
【００９０】
次に、上記した第１実施形態の作用について説明する。なお、第１実施形態の作用を説明するに際して、先に、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態について説明する。
【００９１】
図１４〜図１７は、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。図１４〜図１７を参照して、本願発明者らが本発明に至るに際して、成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を調べることによって得た知見について説明する。
【００９２】
まず、図１４に示すように、本願発明者らがクラックの抑制を目的として、上記第１実施形態と同様の掘り込み領域３（凹部２）を形成した無極性面および半極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板１０００上に、上記第１実施形態のｎ型クラッド層と同様のＡｌＧａＮ層１００１を成長させたところ、非掘り込み領域４上に形成されたＡｌＧａＮ層１００１のＡｌ組成比が厚み方向に分布を持つことを見出した。すなわち、ＡｌＧａＮ層１００１に厚み方向の組成変動が生じることを見出した。また、ＡｌＧａＮ層１００１のＡｌ組成比を０．０５とする条件で上記窒化物半導体基板１０００上にＡｌＧａＮ層１００１を成長させたところ、最大でＡｌ組成比が０．１５程度の高Ａｌ組成の領域ができることが分かった。なお、このような厚み方向の組成変動は、極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に比べて、無極性面または半極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合により強く見られることを確認した。なお、本願発明者らは、無極性面または半極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に、極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に比べて、凹部２内（掘り込み領域３）がＡｌＧａＮ層１００１（半導体層）で埋まり易いという不都合があることも見出した。
【００９３】
そこで、本願発明者らが、上記のようなＡｌ組成の組成変動を引き起こす原因について詳細に調べた。その結果、以下の原因により、組成変動が引き起こされることを明らかにした。以下、厚み方向の組成変動が引き起こされる原因について説明する。
【００９４】
ＭＯＣＶＤ装置を用いて、たとえば、約１１００℃の基板温度で窒化物半導体基板１０００の結晶成長面上にｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる半導体層１００１を所定の厚み（たとえば、約２．２μｍ）で成長させる場合、図１５に示すように、成長をはじめて初期の段階では、凹部２内に形成される半導体層１００１ａの成長速度は、非掘り込み領域４上に形成される半導体層１００１ｂの成長速度に比べて非常に速い。また、Ａｌの拡散定数は、Ｇａの拡散定数に比べて小さいため、成長速度が速い凹部２内にはＧａが優先的に流れ込む。このため、非掘り込み領域４上の半導体層１００１ｂは、ＡｌＧａＮ層となっているが、Ａｌの供給が少ない凹部２内（掘り込み領域３）の半導体層１００１ａは、ＧａＮ層または、非掘り込み領域４上の半導体層１００１ｂよりＡｌ組成比の小さいＡｌＧａＮ層となる。ここまでの成長では、凹部２内にＧａが優先的に供給されるため、非掘り込み領域４上の半導体層１００１ｂのＡｌ組成比は、設計値よりも高い値となってしまう。
【００９５】
結晶成長の進行に伴い凹部２内が半導体層で満たされてくると、凹部２内に形成される半導体層１００１の成長速度が遅くなってくる。これにより、Ｇａに比べてゆっくりと拡散するＡｌも凹部２内に供給されるようになる。したがって、図１６に示すように、非掘り込み領域４上の半導体層にＡｌ組成比の小さい領域１００１ｃが形成される。特に、凹部２内が完全に埋め込まれる直前は、凹部２内に形成される半導体層１００１の成長速度が遅くなるため、非掘り込み領域４上の半導体層にＡｌ組成比の小さい領域が形成され易くなる。
【００９６】
そして、凹部２内が完全に埋まってしまうと、凹部２内にＧａだけが優先的に流れ込むことがなくなるため、図１７に示すように、非掘り込み領域４上に形成される半導体層１００１ｄ（１００１）のＡｌ組成比は低い値となる。
【００９７】
このように、凹部（掘り込み領域）を形成した窒化物半導体基板上に、窒化物半導体からなる半導体層を結晶成長させる際に、凹部内における半導体層の成長速度が変化する。そして、この成長速度の変化が非掘り込み領域上に形成される半導体層の組成に影響を与え、これによって、非掘り込み領域上の半導体層に厚み方向の組成変動が生じる。
【００９８】
図１８および図１９は、第１実施形態の作用を説明するための断面図である。次に、図１８および図１９を参照して、第１実施形態の作用について説明する。
【００９９】
第１実施形態では、図１８に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上にｎ型クラッド層１１を成長させる際に、ｎ型ＧａＮ基板１の凹部２内に形成された成長抑制膜５によって、凹部２内におけるｎ型クラッド層１１の結晶成長が抑制される。このため、凹部２内に形成されるｎ型クラッド層１１の成長速度が、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１の成長速度より速くなるのが抑制される。これにより、凹部２内にＧａが優先的に流れ込むのが抑制される。また、図１９に示すように、ｎ型クラッド層１１の結晶成長が進行した場合でも、凹部２内におけるｎ型クラッド層１１の結晶成長が抑制されるため、凹部２内におけるｎ型クラッド層１１の成長速度が一定に保たれる。すなわち、凹部２内におけるｎ型クラッド層１１の成長速度の変化が抑制される。このため、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１に厚み方向の組成変動が生じるのが抑制される。
【０１００】
また、凹部２内に成長抑制膜５が形成されることによって、凹部２内が埋まり易い、ｍ面を結晶成長面１ａとするｎ型ＧａＮ基板１を用いた場合でも、凹部２内がｎ型クラッド層１１で埋まってしまうのが抑制される。このため、ｎ型クラッド層１１の表面に、窪み２５が形成された状態にすることができる。そして、ｎ型クラッド層１１の表面に形成された窪み２５によって、ｎ型クラッド層１１にクラックが発生するのが抑制される。
【０１０１】
さらに、上記成長抑制膜５が凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されているため、ｎ型クラッド層１１のエッジグロース部２６を凹部２内に発生させることが可能となる。このため、ｎ型クラッド層１１の表面（非掘り込み領域４上のｎ型クラッド層１１の表面）を平坦に保つことが可能となる。また、層厚のバラツキも抑制される。
【０１０２】
第１実施形態では、上記のように、掘り込み領域３（凹部２内）に成長抑制膜５を形成することによって、結晶成長面１ａ上に形成されるｎ型クラッド層１１に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、ｎ型クラッド層１１の組成を均一にすることができるので、窒化物半導体レーザ素子の光閉じ込めが設計からはずれ、期待した光閉じ込めが行われなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、高い歩留まりで窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０３】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５を凹部２内における結晶成長面１ａより低い位置に形成することによって、ｎ型クラッド層１１のエッジグロース部２６を、凹部２内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域４上のｎ型クラッド層１１にエッジグロース部２６が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１の層厚の変動を抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。
【０１０４】
また、第１実施形態では、凹部２内に成長抑制膜５を形成することによって、凹部２内がｎ型クラッド層１１で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域３上（凹部２上）のｎ型クラッド層１１表面（半導体素子層１０表面）に窪み２５が形成された状態にすることができるので、ｎ型ＧａＮ基板１とｎ型クラッド層１１との格子不整合などに起因してｎ型クラッド層１１に歪みが生じた場合でも、ｎ型クラッド層１１（非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１）の歪みを、掘り込み領域３上（凹部２上）のｎ型クラッド層１１表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、ｎ型クラッド層１１にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、ウェハ（基板）の一部に異常箇所があって、それが原因となり層厚変動が生じたとしても、凹部２上の半導体素子層表面の窪み２５によって［１１−２０］方向への成長が分断されるため、異常箇所に起因する層厚変動の拡散が抑制される。また、凹部２内がｎ型クラッド層１１で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【０１０５】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５を、凹部２の内部を埋め込まない厚みに形成することによって、容易に、掘り込み領域３上（凹部２上）のｎ型クラッド層１１表面に窪み２５が形成された状態にすることができるので、ｎ型クラッド層１１にクラックが発生するのをより容易に抑制することができる。
【０１０６】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５を、アルミニウムの窒化物膜であるＡｌＮ膜から構成することによって、クラックの抑制効果、表面モフォロジーの改善効果およびｎ型クラッド層１１のＡｌ組成変動の抑制効果の全てにおいて高い効果を得ることができる。また、ＡｌＮは、窒化物半導体と同様の結晶構造をとることができるため、成長抑制膜５と成長抑制膜５がないところとで、結晶構造を連続的にすることができる。このため、ＡｌＮは成長抑制膜の材料として好適であるといえる。
【０１０７】
また、第１実施形態では、結晶成長面１ａを無極性面であるｍ面（｛１−１００｝面）とするｎ型ＧａＮ基板１を用いることによって、活性層１３に及ぼす自発分極やピエゾ分極の影響を低減することができるので、窒化物半導体レーザ素子の発光効率を向上させることができる。なお、ｍ面は、安定な無極性面であるため、結晶成長を極めて安定に行うことができ、ｃ面を結晶成長面とする場合に比べて、結晶性を向上させることができる。このため、素子特性の優れた高性能な窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０８】
また、第１実施形態では、凹部２の開口幅ｇ１を、凹部２の深さｆより大きく構成することによって、凹部２の底面部２ａに形成される成長抑制膜５の厚みが小さくなり過ぎるのを抑制することができる。すなわち、凹部２の開口幅ｇ１を凹部２の深さｆ以下の大きさにした場合、凹部２の底面部２ａに形成される成長抑制膜５の厚みが小さくなり過ぎるという不都合が生じる場合がある一方、凹部２の開口幅ｇ１を凹部２の深さｆより大きくすることによって、上記不都合が生じるのを抑制することができる。
【０１０９】
図２０〜図３５は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。次に、図１、図７、図１０〜図１２および図２０〜図３５を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０の製造方法について説明する。
【０１１０】
まず、ｍ面（｛１−１００｝面）を結晶成長面１ａとするｎ型ＧａＮ基板１を準備する。このｎ型ＧａＮ基板１は、たとえば、ｃ面（（０００１）面）を主面とするＧａＮ単結晶から切り出して作製することができる。切り出された基板のｍ面は、たとえば、化学的機械的研磨処理によって所定の表面粗さに調整される。
【０１１１】
次に、図２０に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の上面（結晶成長面１ａ）全面に、スパッタ法などを用いて、約１μｍの厚みを有するＳｉＯ2層４０を形成する。次に、図２１に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ2層４０上に、レジストパターンとしての開口部４１ａを有するレジスト層４１を形成する。そして、図２２に示すように、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチング技術を用いて、レジスト層４１をマスクとしてＳｉＯ2層４０をエッチングすることにより、ＳｉＯ2層４０の所定領域を選択的に除去する。その後、レジスト剥離液や有機溶剤（たとえば、アセトン、エタノールなど）を用いてレジスト層４１を除去する。なお、レジスト層４１を除去せずに、そのまま、次の工程を行ってもよい。
【０１１２】
続いて、図２３に示すように、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）法、または、ＲＩＥ法などを用いて、ＳｉＯ2層４０をマスクとして、ｎ型ＧａＮ基板１をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ基板１の所定領域を選択的に除去する。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１のエッチング深さｆが、約５μｍとなるように、エッチング条件を調節する。これにより、ｎ型ＧａＮ基板１に上記した凹部２が形成される。なお、凹部２の側面部２ｂは、エッチング条件等を調節することにより、その傾斜角γが９０度より大きくなるように形成する。具体的には、側面部２ｂの傾斜角γが約１００度となるように、凹部２を形成する。
【０１１３】
その後、図２４に示すように、ＨＦ（フッ化水素）などのエッチャントを用いて、ＳｉＯ2層４０（図２３参照）を除去する。
【０１１４】
次に、図２５に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジストパターンとしての開口部４２ａを有するレジスト層４２を形成する。このとき、レジスト層４２の開口部４２ａは、凹部２の底面部２ａの一部を露出させるように形成する。なお、開口部４２ａの開口幅ｊ１は、凹部２の底面部２ａの幅ｇ２より小さい、たとえば、約４μｍとする。
【０１１５】
次に、図２６に示すように、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ装置を用いたスパッタ法により、成長抑制膜としてのＡｌＮ膜５ａを約１００ｎｍの厚みで全面に形成する。そして、図２７に示すように、レジスト剥離液や有機溶剤（たとえば、アセトン、エタノールなど）を用いてレジスト層４２（図２６参照）を除去する。これにより、リフトオフによって、凹部２の底面部２ａの一部にＡｌＮ膜からなる上記成長抑制膜５が形成される。
【０１１６】
次に、図２８に示すように、上記のように加工されたｎ型ＧａＮ基板１（加工基板）の結晶成長面１ａ上に、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、半導体素子層１０を形成する。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１１、約０．１μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１２、および活性層１３を順次成長させる。なお、活性層１３を成長させる際には、図１２に示したように、Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎからなる２つの井戸層１３ａと、Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎからなる３つの障壁層１３ｂ（但しｘ１＞ｘ２）とを交互に成長させる。具体的には、ｎ型ガイド層１２上に、下層から上層に向かって、約３０ｎｍの厚みを有する第１障壁層１３１ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第１井戸層１３１ａ、約１６ｎｍの厚みを有する第２障壁層１３２ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第２井戸層１３２ａおよび約６０ｎｍの厚みを有する第３障壁層１３３ｂを順次成長させる。これにより、ｎ型ガイド層１２上に、２つの井戸層１３ａと３つの障壁層１３ｂとからなるＤＱＷ構造を有する活性層１３が形成される。このとき、井戸層１３ａは、そのＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上０．４５以下（たとえば、０．２〜０．２５）となるように構成する。一方、障壁層１３ｂは、そのＩｎ組成比ｘ２が、たとえば、０．０４〜０．０５となるように構成する。
【０１１７】
次に、図２８に示すように、活性層１３上に、約２０ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる蒸発防止層１４、約０．０５μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１５、約０．５μｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層１６および約０．１μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７を順次成長させる。
【０１１８】
なお、これらの窒化物半導体の成長原料としては、たとえば、Ｇａの原料としてトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ：ＴＭＧａ）を、Ａｌの原料としてトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ：ＴＭＡｌ）を、Ｉｎの原料としてトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ：ＴＭＩｎ）を、Ｎの原料としてＮＨ3を用いることができる。また、キャリアガスとしては、たとえば、Ｈ2を用いることができる。ドーパントについては、ｎ型ドーパント（ｎ型不純物）としては、たとえば、モノシラン（ＳｉＨ4）を用いることができ、ｐ型ドーパント（ｐ型不純物）としては、たとえば、シクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）を用いることができる。
【０１１９】
ここで、第１実施形態では、図２９に示すように、凹部２内に成長抑制膜５を形成することによって、凹部２内が半導体素子層１０で埋め込まれるのが抑制される。このため、凹部２上の半導体素子層１０の表面（半導体素子層１０を構成する各層の表面）に窪み２５が形成された状態となる。そして、この窪み２５によって、ｎ型ＧａＮ基板１との格子不整合などに起因して生じるｎ型クラッド層１１（図２８参照）の歪みが緩和される。また、凹部２内に成長抑制膜５を形成することによって、非掘り込み領域４（図１参照）上に形成された半導体素子層１０において、厚み方向の組成変動が抑制される。特に、組成変動が生じやすいｎ型クラッド層１１（図２８参照）においても、厚み方向の組成変動が抑制される。さらに、上記成長抑制膜５を凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成することによって、半導体素子層１０（半導体素子層１０を構成する各層）のエッジグロース部２６が凹部２内に形成される。
【０１２０】
続いて、図３０に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、ｐ型コンタクト層１７上に、約１μｍ〜約３μｍ（たとえば約１．５μｍ）の幅を有するとともに、［０００１］方向に平行に延びるストライプ状（細長状）のレジスト４３を形成する。そして、図３１に示すように、ＳｉＣｌ4、Ｃｌ2などの塩素系ガスや、ＡｒガスなどによるＲＩＥ法またはＩＣＰドライエッチング法などを用いて、レジスト４３をマスクとしてｐ型ガイド層１５の途中の深さまでエッチングを行う。これにより、ｐ型ガイド層１５の凸部とｐ型クラッド層１６とｐ型コンタクト層１７とによって構成されるとともに、［０００１］方向に互いに平行に延びるストライプ状（細長状）のリッジ部１８（図７および図１０参照）が形成される。
【０１２１】
次に、図３２に示すように、リッジ部１８上にレジスト４３を残した状態で、スパッタ法などにより、約０．１μｍ〜約０．３μｍ（たとえば約０．１５μｍ）の厚みを有するＳｉＯ2からなる絶縁層２０を形成し、リッジ部１８を埋め込む。そして、リフトオフによりレジスト４３を除去することによって、リッジ部１８の上部のｐ型コンタクト層１７を露出させる。これにより、リッジ部１８の両脇に、図３３に示すような絶縁層２０が形成される。
【０１２２】
次に、図３４に示すように、真空蒸着法などを用いて、基板側（絶縁層２０側）から、約１５μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）を順次形成することにより、絶縁層２０（ｐ型コンタクト層１７）上に、多層構造からなるｐ側電極２１を形成する。
【０１２３】
次に、基板を分割し易くするために、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面を研削または研磨することにより、ｎ型ＧａＮ基板１を１００μｍ程度の厚みまで薄くする。そして、図１、図１０および図１１に示したように、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上に、真空蒸着法などを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面側から約５ｎｍの厚みを有するＨｆ層（図示せず）、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）、約３６ｎｍの厚みを有するＭｏ層（図示せず）、約１８ｎｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）を順次形成することにより、多層構造からなるｎ側電極２２を形成する。
【０１２４】
このようにして上記した第１実施形態による窒化物半導体ウェハが形成される。
【０１２５】
その後、図３５に示すように、スクライブ／ブレーク法やレーザスクライブ、またはドライエッチングなどの手法を用いて、基板をバー状に分割する。これにより、その端面を共振器面３０とするバー状の素子が得られる。次に、蒸着法やスパッタ法などの手法を用いて、バー状の素子の端面（共振器面３０）にコーティングを施す。具体的には、光出射面となる片側の端面に、たとえば、アルミニウムの酸窒化物膜などからなる出射側コーティング膜（図示せず）を形成する。また、光反射面となるその反対側の端面に、たとえば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2などの多層膜からなる反射側コーティング膜（図示せず）を形成する。
【０１２６】
最後に、ｃ軸［０００１］方向に沿った分割予定線Ｐ２に沿ってバー状の素子を分割することにより、個々の窒化物半導体レーザ素子に個片化する。このようにして、本発明の一実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０が製造される。
【０１２７】
第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１５０の製造方法では、上記のように、エッチングにより形成した凹部２内に成長抑制膜５を形成することによって、結晶成長面１ａ上に形成されるｎ型クラッド層１１に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、窒化物半導体レーザ素子の光閉じ込めが設計からはずれ、期待した光閉じ込めが行われなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少するのを抑制することができる。これにより、高い歩留まりで窒化物半導体レーザ素子を製造することができる。
【０１２８】
また、第１実施形態では、凹部２内における結晶成長面１ａより低い位置にＡｌＮ膜からなる成長抑制膜５を配設することによって、ｎ型クラッド層１１のエッジグロース部２６を、凹部２内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域４上のｎ型クラッド層１１にエッジグロース部２６が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１の層厚の変動を抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。
【０１２９】
さらに、第１実施形態では、凹部２内に成長抑制膜５を配設することによって、凹部２内がｎ型クラッド層１１（半導体素子層１０）で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、凹部２上のｎ型クラッド層１１表面に窪み２５が形成された状態にすることができるので、ｎ型ＧａＮ基板１とｎ型クラッド層１１との格子不整合などに起因してｎ型クラッド層１１に歪みが生じた場合でも、ｎ型クラッド層１１（非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１）の歪みを、凹部２上（掘り込み領域３上）のｎ型クラッド層１１に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、ｎ型クラッド層１１にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、凹部２内がｎ型クラッド層１１で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【０１３０】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５の厚みｔを、凹部２の深さｆの半分以下とすることによって、凹部２が成長抑制膜５で完全に埋まってしまうのを容易に抑制することができる。
【０１３１】
また、第１実施形態では、成長抑制膜５を、凹部２における底面部２ａの一部に形成することによって、容易に、凹部２内に所定形状を有する成長抑制膜５を形成することができる。このため、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。なお、凹部２における底面部２ａの一部に成長抑制膜５を形成することによって、非掘り込み領域４上のｎ型クラッド層１１（半導体素子層１０）にエッジグロース部２６が形成されるのを容易に抑制することができる。このため、容易に、非掘り込み領域４上に形成されるｎ型クラッド層１１（半導体素子層１０）の層厚が変動するのを抑制することができる。
【０１３２】
次に、上記第１実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
【０１３３】
この実験では、まず、成長抑制膜による組成変動の抑制効果を確認するために、Ｘ線による薄膜評価およびＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による断面観察を行った。なお、上記第１実施形態で示したｎ型ＧａＮ基板と同様の基板を用いて第１実施形態と同様の半導体素子層を形成した試料を実施例とし、凹部内に成長抑制膜が形成されていない基板を用いて第１実施形態と同様の半導体素子層を形成した試料を比較例１とした。比較例１による試料は、凹部内に成長抑制膜が形成されていない点を除き、実施例による試料と同じ構成とした。
【０１３４】
Ｘ線による薄膜評価では、実施例による試料および比較例１による試料をＸ線回折装置にセットし、２θ／ωスキャンを行うことによってプロファイルを得た。得られたプロファイルを図３６および図３７に示す。図３６は、比較例１による試料のＸ線回折プロファイルを示す図であり、図３７は、実施例による試料のＸ線回折プロファイルを示す図である。図３６および図３７において、横軸は２θ／ω［°］を示しており、縦軸は強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）［ｃｐｓ］を示している。
【０１３５】
また、図３６および図３７に示したＸ線回折プロファイルにおいて、Ａのピーク（ピークＡ）がＧａＮ基板からの信号であり、Ｂのピーク（ピークＢ）がｎ型クラッド層からの信号である。
【０１３６】
比較例１による試料では、図３６に示すように、Ｘ線回折プロファイルのピークＢが３つにピーク分離している。ピークＢにおけるピークの横軸方向の位置はＡｌの組成を反映しており、ピークＢが３つにピーク分離していることから、比較例１では、ｎ型クラッド層において、Ａｌの組成比が大きく変動していることが読み取れる。これに対し、実施例による試料では、図３７に示すように、Ｘ線回折プロファイルのピークＢが単一のピークを示している。これより、実施例では、ｎ型クラッド層において、Ａｌの組成比が変動していないことが読み取れる。また、実施例による試料および比較例１による試料を用いて、断面ＳＥＭ観察を行ったところ、比較例１の試料では、ｎ型クラッド層において、暗い領域（色が濃い領域）と明るい領域（色が薄い領域）とが層状に観察された。ここで、Ａｌ組成比の大きな領域は暗く見え、Ａｌ組成比の小さな領域は明るく見える。このため、比較例１では、Ａｌの組成変動を示す像が、コントラストの差（明暗の差）として観察された。これより、凹部内に成長抑制膜が形成されていない比較例１では、ｎ型クラッド層に厚み方向の組成変動が生じることが確認された。一方、実施例による試料では、ｎ型クラッド層にコントラストの差が見られなかった。このように、Ｘ線による薄膜評価および断面ＳＥＭ観察の結果、実施例では、ｎ型クラッド層における厚み方向の組成変動が大幅に抑制されていることが判明した。これより、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、ｎ型クラッド層（半導体素子層）における厚み方向の組成変動を抑制することが可能であることが確認された。なお、ｎ型クラッド層の組成変動を抑制することにより、窒化物半導体レーザ素子を形成した際にＦＦＰ（遠視野像）のバラツキが大幅に改善され、歩留まり改善の効果が認められた。
【０１３７】
次に、成長抑制膜による表面モフォロジーの改善効果等を確認するために、断面ＳＥＭ観察を行った。なお、断面ＳＥＭ観察を行うに際して、凹部内（底面部および側面部）の全面に成長抑制膜を形成した基板を用いて第１実施形態と同様の半導体素子層を形成した比較例２による試料を追加で作製した。比較例２による試料は、結晶成長面と同じ高さまで成長抑制膜を形成した点を除き、実施例による試料と同じ構成とした。そして、実施例による試料および比較例１による試料に加えて、比較例２による試料も断面ＳＥＭ観察に供した。
【０１３８】
図３８は、比較例１による試料の断面模式図であり、図３９は、比較例２による試料の断面模式図である。図４０は、実施例による試料の断面模式図であり、図４１は、実施例による試料の断面ＳＥＭ写真である。
【０１３９】
断面ＳＥＭ観察の結果、凹部２内に成長抑制膜が形成されていない比較例１による試料では、図３８に示すように、凹部２内（掘り込み領域）が半導体素子層１０で完全に埋まりきっており、凹部２上（掘り込み領域上）の半導体素子層１０の表面に窪みが見られない。また、［１１−２０］方向と平行に波状の凹凸が強く現れ、表面モフォロジーが悪化している。この表面モフォロジーの悪化は、半導体素子層１０の厚みが変動しているものである。これより、比較例１による試料では、ウェハ面内において層厚分布があることが観察された。また、層厚の面内分布は、凹部２（掘り込み領域）が完全に埋まりきって、凹部２上（掘り込み領域上）の半導体素子層の表面に窪みが無くなった後に顕著に現れる傾向があることが認められた。
【０１４０】
また、比較例２による試料では、図３９に示すように、凹部２の側面部および底面部に成長抑制膜１００５を形成することで、凹部２上（掘り込み領域上）の半導体素子層１０の表面に窪みが形成された状態となっている。また、比較例１で見られた［１１−２０］方向と平行に現れる波状の凹凸が大幅に抑制されており、層厚の面内分布も改善されていることが観察された。しかしながら、比較例２による試料では、非掘り込み領域上における成長抑制膜１００５の周辺にエッジグロース部２６が形成されていることが観察された。そして、このエッジグロース部２６によって、非掘り込み領域上において半導体素子層１０の層厚の変動が生じていることが認められた。
【０１４１】
これに対し、実施例による試料では、図４０および図４１に示すように、エッジグロース部２６が凹部２内に発生していることが観察された。これにより、非掘り込み領域上において、半導体素子層１０の層厚変動が抑制されていることが認められた。また、実施例による試料では、上記比較例２と同様、凹部２上（掘り込み領域上）の半導体素子層１０の表面に窪みが形成された状態となっている。また、比較例１で見られた［１１−２０］方向と平行に現れる波状の凹凸が大幅に抑制されており、層厚の面内分布も改善されていることが観察された。なお、比較例１による試料では、成膜後に６０〜１２０本／ｃｍ2程度のクラックの発生が観察されたが、実施例による試料では、成膜後のクラックの発生は観察されなかった（クラックは０本）。
【０１４２】
以上より、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、クラックの発生が抑制されることが確認された。また、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、表面モフォロジーの改善効果も得られることが確認された。さらに、凹部内における結晶成長面より低い位置に成長抑制膜を形成することによって、エッジグロース部が凹部内で生じ、非掘り込み領域上における半導体素子層の層厚変動を抑制することが可能であることが確認された。したがって、上記した第１実施形態の構成により、優れた素子特性を有する窒化物半導体レーザ素子を高い歩留まりで製造することが可能であることが確認された。
【０１４３】
（第２実施形態）
図４２は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。図４３および図４４は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための断面図である。次に、図４２〜図４４を参照して、窒化物半導体レーザ素子を含む、本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハ２００について説明する。なお、成長抑制膜２０５以外の構成については、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１４４】
この第２実施形態による窒化物半導体ウェハ２００では、図４２および図４３に示すように、酸化物膜であるＳｉＯ2膜（酸化シリコン膜）からなる成長抑制膜２０５が凹部２内（掘り込み領域３）に形成されている。この成長抑制膜２０５は、図４３に示すように、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されている。具体的には、上記成長抑制膜２０５は、凹部２の側面部２ｂの一部と底面部２ａとに、断面略コの字状（略凹状）に形成されている。
【０１４５】
また、上記成長抑制膜２０５は、凹部２内を埋め込まない厚みに形成されている。また、第２実施形態では、上記成長抑制膜２０５は、側面部２ｂに形成された部分の厚みｔ２が底面部２ａに形成された部分の厚みｔ１よりも小さくなるように形成されている。具体的には、上記成長抑制膜２０５は、凹部２の底面部２ａに形成された部分の厚みｔ１が約１００ｎｍとなるように形成されているとともに、凹部２の側面部２ｂに形成された部分の厚みｔ２が約８０ｎｍとなるように形成されている。このような構成により、成長抑制膜２０５の剥がれなどの不良を効果的に抑制することが可能となる。
【０１４６】
なお、成長抑制膜２０５の厚みｔ１は、凹部２の深さｆの半分以下であるのが好ましい。また、成長抑制膜２０５の厚みｔ２は、凹部２の開口幅ｇ１の半分以下であるのが好ましい。このように構成されていれば、凹部２内が成長抑制膜２０５で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となり、クラックの抑制効果を容易に得ることが可能となる。また、ｎ型クラッド層に組成変動が生じるのを容易に抑制することも可能となる。
【０１４７】
また、上記成長抑制膜２０５は、約７μｍの幅ｗ２（［１１−２０］方向の幅）を有しており、上記第１実施形態と同様、［０００１］方向（ｃ軸方向）に延びるように形成されている。
【０１４８】
また、第２実施形態では、結晶成長面１ａ（非掘り込み領域４の表面）から成長抑制膜２０５までの距離ｔ３が、約１．５μｍとなるように設定されている。なお、この距離ｔ３が小さくなり過ぎると、成長抑制膜２０５の形成が困難になるため、上記距離ｔ３は、０．５μｍ以上に設定されているのが好ましい。
【０１４９】
さらに、第２実施形態では、上記成長抑制膜２０５が凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されていることにより、図４４に示すように、半導体素子層１０（半導体素子層１０を構成する各層）のエッジグロース部２６が凹部２内に発生している。
【０１５０】
図４５は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図である。次に、図４２および図４５を参照して、本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０の構造について説明する。
【０１５１】
第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０は、上記した第２実施形態による窒化物半導体ウェハ２００（図４２参照）を分割することによって得られる。このため、第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０は、凹部２内に、ＳｉＯ2膜（酸化シリコン膜）からなる上記成長抑制膜２０５が形成されている。
【０１５２】
なお、第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。また、第２実施形態の作用および効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１５３】
図４６〜図４９は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。次に、図４６〜図４９を参照して、本発明の第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０の製造方法について説明する。なお、第２実施形態における成長抑制膜２０５の形成工程以外の工程は、上記第１実施形態と同様であるため、以下、成長抑制膜２０５の形成工程についてのみ説明する。
【０１５４】
まず、図４６に示すように、凹部２（掘り込み領域３）が形成された第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１を準備する。このｎ型ＧａＮ基板１の凹部２は、上述したように、側面部２ｂの傾斜角γが９０度より大きい角度（たとえば、約１００度）に設定されている。このため、凹部２は、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように構成されている。
【０１５５】
次に、図４７に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の結晶成長面１ａ上に、レジストパターンとしての開口部２４２ａを有するレジスト層２４２を形成する。このとき、レジスト層２４２の開口部２４２ａは、凹部２の側面部２ｂの一部および凹部２の底面部２ａを露出させるように形成する。なお、レジスト層２４２は、開口部２４２ａの開口幅ｊ２が約７μｍとなるように形成する。
【０１５６】
続いて、図４８に示すように、ＥＣＲスパッタ装置を用いたスパッタ法により、成長抑制膜としてのＳｉＯ2膜２０５ａを約１００ｎｍの厚みで全面に形成する。このとき、スパッタ条件などを調節することにより、凹部２の側面部２ｂに形成されるＳｉＯ2膜２０５ａの厚みが約８０ｎｍとなるようにＳｉＯ2膜２０５ａを形成する。
【０１５７】
そして、図４８に示すように、レジスト剥離液や有機溶剤（たとえば、アセトン、エタノールなど）を用いてレジスト層２４２（図４７参照）を除去する。これにより、リフトオフによって、凹部２の側面部２ｂの一部および底面部２ａにＳｉＯ2膜からなる上記成長抑制膜２０５が形成される。
【０１５８】
第２実施形態による窒化物半導体レーザ素子２５０の製造方法では、上記のように、凹部２の側面部２ｂを傾斜面にするとともに、凹部２を、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成することによって、凹部２の側面部２ｂに容易にレジスト層２４２を形成することできる。このため、凹部２の側面部２ｂに成長抑制膜２０５を容易に形成することができる。また、上記のように構成することによって、凹部２の側面部２ｂに成長抑制膜２０５を形成する際に、側面部２ｂに効率よく成長抑制膜２０５を形成することができる。これにより、側面部２ｂの成長抑制膜２０５の厚みが極端に薄くなり膜状に形成されなくなったり、側面部２ｂに成長抑制膜２０５が全く形成されなくなったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。
【０１５９】
第２実施形態の製造方法のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１６０】
（第３実施形態）
図５０は、本発明の第３実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。次に、図５０を参照して、本発明の第３実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子について説明する。
【０１６１】
この第３実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子では、図５０に示すように、凹部２の底面部２ａの一部および凹部２の側面部２ｂの一部に、略Ｌ字状に成長抑制膜３０５が形成されている。この成長抑制膜３０５は、酸化物膜であるＳｉＯ2膜または窒化物膜であるＡｌＮ膜から構成されており、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されている。
【０１６２】
また、上記成長抑制膜３０５は、上記第１および第２実施形態と同様、凹部２内を埋め込まない厚みに形成されている。なお、成長抑制膜３０５のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。
【０１６３】
また、第３実施形態の成長抑制膜３０５以外の構成は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【０１６４】
また、成長抑制膜３０５を上記のように形成した場合でも、エッジグロース部を凹部２内で発生させることが可能である。このため、非掘り込み領域上に形成される半導体素子層（ｎ型クラッド層）の層厚が変動するのを抑制することができる。
【０１６５】
なお、第３実施形態の作用および効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【０１６６】
また、第３実施形態の成長抑制膜３０５は、リフトオフにより成長抑制膜を形成する際に、レジスト層の開口パターンを変えることにより形成することができる。
【０１６７】
（第４実施形態）
図５１は、本発明の第４実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。次に、図５１を参照して、本発明の第４実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子について説明する。
【０１６８】
この第４実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子では、図５１に示すように、凹部２の側面部２ｂの一部に成長抑制膜４０５が形成されている。この成長抑制膜４０５は、酸化物膜であるＳｉＯ2膜または窒化物膜であるＡｌＮ膜から構成されており、凹部２の内側における結晶成長面１ａより低い領域（位置）に形成されている。
【０１６９】
また、上記成長抑制膜４０５は、上記第１〜第３実施形態と同様、凹部２内を埋め込まない厚みに形成されている。なお、成長抑制膜４０５のその他の構成は、上記第２および第３実施形態と同様である。
【０１７０】
また、第４実施形態の成長抑制膜４０５以外の構成は、上記第１〜第３実施形態と同様である。
【０１７１】
また、成長抑制膜４０５を上記のように形成した場合でも、エッジグロース部を凹部２内で発生させることが可能である。このため、非掘り込み領域上に形成される半導体素子層（ｎ型クラッド層）の層厚が変動するのを抑制することができる。
【０１７２】
なお、第４実施形態の作用および効果は、上記第１〜第３実施形態と同様である。
【０１７３】
また、第４実施形態の成長抑制膜４０５は、リフトオフにより成長抑制膜を形成する際に、レジスト層の開口パターンを変えることによって形成することができる。
【０１７４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１７５】
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、窒化物半導体発光素子の一例である窒化物半導体レーザ素子に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード素子に本発明を適用してもよい。
【０１７６】
また、上記第１〜第４実施形態では、ｍ面（｛１−１００｝面）を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ｍ面以外の無極性面または半極性面を結晶成長面とする基板を用いてもよい。結晶成長面の具体的な面方位としては、たとえば、ａ面｛１−１０１｝、ｒ面｛１−１０２｝、ｍ面｛１−１００｝、｛１−１０１｝面および｛１１−２２｝面などを挙げることができる。また、基板の結晶成長面は、これらの結晶面方位から１５度以内のオフ角度を有する面であってもよい。このような結晶成長面を有する基板であれば、本発明の効果は非常に高い。なお、極性面であるｃ面（｛０００１｝面）を結晶成長面とする基板を用いた場合でも、本発明の効果は得られる。
【０１７７】
また、上記第１〜第４実施形態では、窒化物半導体基板としてのＧａＮ基板を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ基板以外の窒化物半導体基板を用いてもよい。なお、窒化物半導体基板としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮなどの窒化物半導体、または、これらの混晶からなる基板を用いることができる。また、窒化物半導体の基板上または窒化物半導体以外の基板上に、掘り込み領域および非掘り込み領域を有する窒化物半導体の層が形成された基板を用いることもできる。たとえば、ＧａＮ基板、サファイア基板またはＳｉＣ基板などの下地基板上に窒化物半導体の下地層を形成し、この下地層に凹部を形成することによって得られた基板を用いることもできる。なお、本発明の「窒化物半導体基板」とは、このような基板をも含む概念である。
【０１７８】
また、上記第１〜第４実施形態では、ＡｌＮまたはＳｉＯ2からなる成長抑制膜を凹部内に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体の結晶成長を抑制することが可能な材料であれば、ＡｌＮおよびＳｉＯ2以外の材料からなる成長抑制膜を凹部内に形成してもよい。なお、成長抑制膜としては、アルミニウム（Ａｌ）の窒化物膜、アルミニウム（Ａｌ）の酸窒化物膜、アルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の窒化物膜が好ましい。このような材料は、クラックの抑制効果、表面モフォロジーの改善効果、および窒化物半導体層の組成変動の抑制効果の全てにおいて高い効果を得ることができる。また、このような材料は、窒化物半導体と同様の結晶構造をとることができるため、成長抑制膜と成長抑制膜のないところとで、結晶構造が連続的になる。このため、成長抑制膜の材料として好適である。成長抑制膜の材料として次に好ましい材料は、シリコン（Ｓｉ）の酸化物、窒化物および酸窒化物、アルミニウム（Ａｌ）の酸化物、チタン（Ｔｉ）の酸化物、ジルコニア（Ｚｒ）の酸化物、イットリア（Ｙ）の酸化物、ニオビウム（Ｎｂ）の酸化物、ハフニウム（Ｈｆ）の酸化物、タンタル（Ｔａ）の酸化物、および上記材料の酸窒化物、もしくは窒化物である。その次に好ましい材料は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）などの高融点金属である。なお、窒化物半導体の成長抑制効果としては、酸化物膜がもっとも強く、酸窒化物膜、窒化物膜の順に弱くなる。このため、酸化物膜からなる成長抑制膜を凹部内に形成するのがより好ましい。
【０１７９】
また、上記第１〜第４実施形態において、凹部の開口幅および凹部の深さは、適宜変更することができる。なお、凹部の開口幅は、１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。凹部の開口幅を１μｍより小さくした場合には、クラックの抑制効果などが得られにくくなる。一方、凹部の開口幅を５０μｍより大きくした場合には、ウェハ面内に占める凹部（掘り込み領域）の比率が大きくなり過ぎてしまう。凹部（掘り込み領域）上にリッジ部を形成することは好ましくないため、この場合には、１枚のウェハからの素子の取れ数が減少する。また、凹部の深さは、０．１μｍ以上１５μｍ以下であるのが好ましい。凹部の深さを０．１μｍより小さくした場合には、エッジグロース部の厚みより凹部の深さが小さくなってしまう。このため、エッジグロース部が凹部内から突出してしまい、表面モフォロジーの改善効果やクラックの抑制効果などが得られにくくなる。一方、凹部の深さを１５μｍより大きくした場合には、凹部を形成するための時間が長く掛かってしまう。
【０１８０】
また、上記第１〜第４実施形態において、凹部の断面形状は、適宜変更することができる。たとえば、図５２に示すように、断面形状が矩形状になるように、凹部を形成してもよい。この場合、凹部５０２のように、開口幅ｇが深さｆより大きくなるように形成してもよいし、凹部５１２のように、開口幅ｇと深さｆとが略等しくなるように形成してもよい。また、凹部５２２や凹部５３２のように、開口幅ｇより深さｆの方が大きくなるように形成してもよい。また、図５３に示すように、側面部が傾斜面となるように凹部を形成してもよい。この場合、凹部５４２のように、断面形状がＶ字状（逆三角形状）となるように形成してもよい。また、凹部５５２および凹部５６２のように、断面形状が台形形状となるように形成してもよい。この場合、凹部５５２のように、開口幅ｇと深さｆとが略等しくなるように形成してもよいし、凹部５６２のように、開口幅ｇが深さｆより大きくなるように形成してもよい。すなわち、基板に形成する凹部（掘り込み領域）は、凹凸の段差を生じさせるものであればよい。なお、凹部の開口幅と凹部の深さとの関係については、開口幅が深さより大きく形成されているのが好ましい。開口幅が深さ以下の大きさに形成されていた場合、成長抑制膜を形成する際に、凹部の底面部に成膜される膜厚が薄くなることがある。その一方、開口幅を深さより大きく形成することにより、安定した膜厚で成長抑制膜を成膜することができる。
【０１８１】
また、上記第１〜第４実施形態では、凹部（掘り込み領域）をストライプ状に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、凹部（掘り込み領域）をストライプ状以外の形状に形成してもよい。たとえば、図５４〜図５６に示すような格子状に凹部（掘り込み領域）を形成してもよい。むろん、図５４〜図５６に示した形状以外の形状に凹部（掘り込み領域）を形成することもできる。なお、図５５において、互いに交差する凹部（掘り込み領域）の交差角度αを、たとえば、約６０度とすることができる。また、図５６において、互いに交差する凹部（掘り込み領域）の交差角度αおよびβを、それぞれ、約６０度とすることができる。
【０１８２】
また、上記第１〜第４実施形態では、リッジ部（光導波路）に沿うように凹部（掘り込み領域）を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、リッジ部（光導波路）と交差する方向に延びるように凹部（掘り込み領域）を形成してもよい。
【０１８３】
また、上記第１〜第４実施形態では、複数の凹部を等間隔で形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、隣り合う凹部の間隔が異なる間隔となるように、複数の凹部を形成してもよい。また、１つの基板に、断面形状が異なる凹部を形成するようにしてもよい。
【０１８４】
また、上記第１〜第４実施形態では、凹部の周期を約４００μｍに設定した例を示したが、凹部の周期は、窒化物半導体レーザ素子のチップ幅（素子幅）によって決めることができ、チップ幅（素子幅）を、たとえば、約２００μｍとする場合には、凹部の周期は、約２００μｍとすることができる。なお、凹部（掘り込み領域）の周期（間隔）は、１ｍｍ以下が好ましく、４００μｍ以下であればより好ましい。このように構成すれば、ウェハ（基板）の一部に異常箇所があって、それが原因となり層厚変動が生じたとしても、凹部上の半導体素子層表面の窪みによって横方向の成長が分断され、異常箇所に起因する層厚変動の拡散が抑制される。また、凹部（掘り込み領域）の周期（間隔）が５μｍ以下となると、リッジ部の形成が困難になるため、凹部（掘り込み領域）の周期（間隔）は、５μｍより大きくするのが好ましい。
【０１８５】
なお、凹部内に形成される成長抑制膜は、凹部内における結晶成長面より低い位置に形成されていれば、上記第１〜第４実施形態で示した形状以外の形状で形成されていてもよい。
【０１８６】
また、上記第１〜第４実施形態では、ＥＣＲスパッタ装置を用いたスパッタ法で成長抑制膜を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記以外の方法で成長抑制膜を形成することもできる。たとえば、マグネトロンスパッタ装置を用いたスパッタ法や、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅｅｍ）蒸着法、プラズマＣＶＤ法などを用いて、成長抑制膜を形成することもできる。
【０１８７】
また、上記第１〜第４実施形態では、凹部の側面部の傾斜角を約１００度とした例を示したが、本発明はこれに限らず、凹部の側面部の傾斜角を約１００度より大きい角度とすることもできる。このように構成した場合、凹部の側面部に効率よく成長抑制膜を形成することができる。なお、第１実施形態では、凹部の側面部に成長抑制膜が形成されないため、この場合には、凹部の側面部の傾斜角を９０度にすることもできる。
【０１８８】
なお、上記第１〜第４実施形態において、基板上に結晶成長される窒化物半導体各層については、その厚みや組成等は、所望の特性に合うものに適宜組み合わせたり、変更したりすることが可能である。たとえば、半導体層を追加または削除したり、半導体層の順序を一部入れ替えたりしてもよい。また、たとえば、ＧａＮ基板とｎ型クラッド層との間に、ＧａＮからなるバッファ層などの層を形成してもよい。さらに、導電型を一部の半導体層について変更してもよい。すなわち、窒化物半導体レーザ素子としての基本特性が得られる限り自由に変更可能である。
【０１８９】
また、上記第１〜第４実施形態において、凹部（掘り込み領域）の形成は、基板上に一度、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮなどの窒化物半導体の層を成長させた後に行ってもよい。すなわち、一度成長を行い、次に凹部（掘り込み領域）を形成した場合であっても、本明細書の内容を適用することができる。
【０１９０】
また、上記第１〜第４実施形態において、窒化物半導体レーザ素子の製造工程で用いるエッチング方法は、気相エッチングであってもよいし、液相エッチングであってもよい。
【０１９１】
また、上記第１〜第４実施形態では、窒化物半導体レーザ素子に１つの凹部（掘り込み領域）を含むように、窒化物半導体ウェハを分割した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体レーザ素子に凹部（掘り込み領域）を含まないように、窒化物半導体ウェハを分割してもよい。また、窒化物半導体レーザ素子に複数の凹部（掘り込み領域）を含むように、窒化物半導体ウェハを分割してもよいし、窒化物半導体レーザ素子に凹部（掘り込み領域）の一部を含むように、窒化物半導体ウェハを分割してもよい。このように構成した場合でも、素子特性の優れた窒化物半導体レーザ素子を歩留まりよく得ることができる。
【０１９２】
また、上記第１〜第４実施形態では、活性層の量子井戸構造を、ＤＱＷ構造に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＤＱＷ構造以外の量子井戸構造に活性層を構成してもよい。たとえば、活性層の量子井戸構造を、ＳＱＷ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造に構成してもよいし、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造に構成してもよい。また、活性層（井戸層、障壁層）の組成、厚み等は適宜変更することができる。
【０１９３】
また、上記第１〜第４実施形態では、ｎ型半導体層のｎ型不純物としてＳｉを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型不純物として、Ｓｉ以外に、たとえば、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇまたはＢｅを用いてもよい。なお、ｎ型不純物としては、Ｓｉ、ＯおよびＣｌが特に好ましい。
【０１９４】
なお、エピタキシャル成長法としては、ＭＯＣＶＤ法以外に、たとえば、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。
【符号の説明】
【０１９５】
１ ｎ型ＧａＮ基板（窒化物半導体基板）
１ａ 結晶成長面
２ 凹部
２ａ 底面部
２ｂ 側面部
３ 掘り込み領域
４ 非掘り込み領域
５、２０５、３０５、４０５ 成長抑制膜
１０ 半導体素子層
１１ ｎ型クラッド層（窒化物半導体層）
１２ ｎ型ガイド層
１３ 活性層
１４ 蒸発防止層
１５ ｐ型ガイド層
１６ ｐ型クラッド層
１７ ｐ型コンタクト層
１８ リッジ部
１９ 光導波路
２０ 絶縁層
２１ ｐ側電極
２２ ｎ側電極
２５ 窪み
２６ エッジグロース部
３０ 共振器面
３０ａ 光出射面
３０ｂ 光反射面
１００、２００ 窒化物半導体ウェハ
１５０、２５０ 窒化物半導体レーザ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶成長面を有し、前記結晶成長面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含む窒化物半導体基板と、
前記掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、
前記窒化物半導体基板の結晶成長面上に成長された窒化物半導体層とを備え、
前記掘り込み領域は、凹部を含み、
前記成長抑制膜は、前記凹部内における前記結晶成長面より低い位置に形成されていることを特徴とする、窒化物半導体ウェハ。
【請求項２】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、少なくとも、前記側面部および前記底面部の一方に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項３】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記底面部の一部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項４】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記側面部および前記底面部の両方に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項５】
前記成長抑制膜は、前記側面部に形成された部分の厚みが、前記底面部に形成された部分の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項４に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項６】
前記凹部は、所定方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項７】
前記凹部は、ストライプ状に複数形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項８】
前記窒化物半導体層に光導波路が形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項９】
前記光導波路は、前記凹部に沿うように形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハを用いて形成されたことを特徴とする、窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
結晶成長面を有し、前記結晶成長面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含む窒化物半導体基板と、
前記掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、
前記窒化物半導体基板の結晶成長面上に成長された窒化物半導体層とを備え、
前記掘り込み領域は、凹部を含み、
前記成長抑制膜は、前記凹部内における前記結晶成長面より低い位置に形成されていることを特徴とする、窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、少なくとも、前記側面部および前記底面部の一方に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記底面部の一部に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記側面部および前記底面部の両方に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記成長抑制膜は、前記側面部に形成された部分の厚みが、前記底面部に形成された部分の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項１４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記凹部の前記側面部は、傾斜面からなり、
前記凹部は、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記成長抑制膜は、前記凹部の内部を埋め込まない厚みを有することを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記成長抑制膜の厚みは、前記凹部の深さの半分以下であることを特徴とする、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１９】
前記窒化物半導体基板の前記結晶成長面は、半極性面または無極性面であることを特徴とする、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２０】
前記窒化物半導体基板の前記結晶成長面は、ｍ面であることを特徴とする、請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２１】
前記成長抑制膜は、酸窒化物膜または窒化物膜からなることを特徴とする、請求項１１〜２０のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２２】
前記成長抑制膜は、酸化物膜からなることを特徴とする、請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２３】
前記成長抑制膜は、酸化シリコン膜からなることを特徴とする、請求項２２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２４】
前記窒化物半導体層は、ＡｌＧａＮ層を含むことを特徴とする、請求項１１〜２３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２５】
前記凹部は、所定方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項１１〜２４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２６】
前記凹部の開口幅は、前記凹部の深さより大きいことを特徴とする、請求項１１〜２５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２７】
前記窒化物半導体層に光導波路が形成されていることを特徴とする、請求項１１〜２６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２８】
結晶成長面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、
前記掘り込み領域に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、
前記窒化物半導体基板の結晶成長面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記掘り込み領域を形成する工程は、前記結晶成長面を厚み方向にエッチングすることにより、前記窒化物半導体基板に凹部を形成する工程を含み、
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部内における前記結晶成長面より低い位置に前記成長抑制膜を配設する工程を含むことを特徴とする、窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２９】
前記凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように前記凹部を形成する工程を有し、
前記成長抑制膜を形成する工程は、少なくとも、前記側面部および前記底面部の一方に前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３０】
前記凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように前記凹部を形成する工程を有し、
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部における前記底面部の一部に前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３１】
前記凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように前記凹部を形成する工程を有し、
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部における前記側面部および前記底面部の両方に前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３２】
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部の内部を埋め込まない厚みに前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３３】
前記凹部を形成する工程は、前記凹部の開口幅を、前記凹部の深さより大きく形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８〜３２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
結晶成長面を有し、前記結晶成長面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含む窒化物半導体基板と、
前記掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、
前記窒化物半導体基板の結晶成長面上に成長された窒化物半導体層とを備え、
前記掘り込み領域は、凹部を含み、
前記成長抑制膜は、前記凹部内における前記結晶成長面より低い位置に形成されていることを特徴とする、窒化物半導体ウェハ。
【請求項２】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、少なくとも、前記側面部および前記底面部の一方に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項３】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記底面部の一部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項４】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記側面部および前記底面部の両方に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項５】
前記成長抑制膜は、前記側面部に形成された部分の厚みが、前記底面部に形成された部分の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項４に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項６】
前記凹部は、所定方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項７】
前記凹部は、ストライプ状に複数形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項８】
前記窒化物半導体層に光導波路が形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項９】
前記光導波路は、前記凹部に沿うように形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハを用いて形成されたことを特徴とする、窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
結晶成長面を有し、前記結晶成長面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含む窒化物半導体基板と、
前記掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、
前記窒化物半導体基板の結晶成長面上に成長された窒化物半導体層とを備え、
前記掘り込み領域は、凹部を含み、
前記成長抑制膜は、前記凹部内における前記結晶成長面より低い位置に形成されていることを特徴とする、窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、少なくとも、前記側面部および前記底面部の一方に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記底面部の一部に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記側面部および前記底面部の両方に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記成長抑制膜は、前記側面部に形成された部分の厚みが、前記底面部に形成された部分の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項１４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記凹部の前記側面部は、傾斜面からなり、
前記凹部は、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記成長抑制膜は、前記凹部の内部を埋め込まない厚みを有することを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記成長抑制膜の厚みは、前記凹部の深さの半分以下であることを特徴とする、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１９】
前記窒化物半導体基板の前記結晶成長面は、半極性面または無極性面であることを特徴とする、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２０】
前記窒化物半導体基板の前記結晶成長面は、ｍ面であることを特徴とする、請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２１】
前記成長抑制膜は、酸窒化物膜または窒化物膜からなることを特徴とする、請求項１１〜２０のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２２】
前記成長抑制膜は、酸化物膜からなることを特徴とする、請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２３】
前記成長抑制膜は、酸化シリコン膜からなることを特徴とする、請求項２２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２４】
前記窒化物半導体層は、ＡｌＧａＮ層を含むことを特徴とする、請求項１１〜２３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２５】
前記凹部は、所定方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項１１〜２４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２６】
前記凹部の開口幅は、前記凹部の深さより大きいことを特徴とする、請求項１１〜２５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２７】
前記窒化物半導体層に光導波路が形成されていることを特徴とする、請求項１１〜２６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２８】
結晶成長面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、
前記掘り込み領域に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、
前記窒化物半導体基板の結晶成長面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記掘り込み領域を形成する工程は、前記結晶成長面を厚み方向にエッチングすることにより、前記窒化物半導体基板に凹部を形成する工程を含み、
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部内における前記結晶成長面より低い位置に前記成長抑制膜を配設する工程を含むことを特徴とする、窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２９】
前記凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように前記凹部を形成する工程を有し、
前記成長抑制膜を形成する工程は、少なくとも、前記側面部および前記底面部の一方に前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３０】
前記凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように前記凹部を形成する工程を有し、
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部における前記底面部の一部に前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３１】
前記凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように前記凹部を形成する工程を有し、
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部における前記側面部および前記底面部の両方に前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３２】
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部の内部を埋め込まない厚みに前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３３】
前記凹部を形成する工程は、前記凹部の開口幅を、前記凹部の深さより大きく形成する工程を有することを特徴とする、請求項２８〜３２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図４１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図４１】
【公開番号】特開２０１１−９４１７（Ｐ２０１１−９４１７Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５０８３８（Ｐ２００９−１５０８３８）
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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