窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法
【課題】発光効率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素子を提供する。
【解決手段】この窒化物半導体レーザ素子１００（窒化物半導体素子）は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０と、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０とを備えている。上記ｎ型ＧａＮ基板１０には、成長主面１０ａから厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域３が形成されている。また、上記窒化物半導体層２０は、障壁層２３ｂを有する活性層２３を含んでいる。そして、活性層２３の障壁層２３ｂが、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成されている。
【解決手段】この窒化物半導体レーザ素子１００（窒化物半導体素子）は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０と、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０とを備えている。上記ｎ型ＧａＮ基板１０には、成長主面１０ａから厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域３が形成されている。また、上記窒化物半導体層２０は、障壁層２３ｂを有する活性層２３を含んでいる。そして、活性層２３の障壁層２３ｂが、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法に関し、特に、窒化物半導体基板を備えた窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体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注目されており、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ている。
【０００３】
また、近年、窒化物半導体を用いた半導体発光素子において、その発光波長を長波長化することにより、緑色領域で発光する半導体発光素子（緑色半導体レーザ）を実現しようとする試みが各研究機関で精力的に行われている。
【０００４】
窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、一般的に、基板として、六方晶系のＧａＮ基板（窒化物半導体基板）が用いられており、そのｃ面（（０００１）面）が成長主面とされている。そして、このｃ面上に活性層を含む窒化物半導体層が積層されることによって窒化物半導体発光素子が形成されている。また、窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体発光素子を形成する場合には、一般的に、Ｉｎを含む活性層が用いられ、そのＩｎ組成比を増加させることにより、発光波長の長波長化が図られる。
【０００５】
しかしながら、ＧａＮ基板のｃ面は、ｃ軸方向に極性を有する極性面であるため、ｃ面上に活性層を含む窒化物半導体層を積層した場合、活性層内に自発分極が生じるという不都合がある。また、ｃ面上に活性層を含む窒化物半導体層を積層した場合、Ｉｎ組成比の増加に伴い、活性層の格子歪みが増大し、活性層に、ピエゾ分極による強い内部電場が誘起されるという不都合もある。そして、この内部電場により、電子と正孔との波動関数の重なりが減少し、再結合して発光する割合が低下する。このため、緑色領域の発光を実現するために、Ｉｎ組成比を増加させた場合には、発光波長の長波長化に伴い、発光効率が著しく低下するという問題が生じていた。
【０００６】
そこで、近年では、自発分極およびピエゾ分極の影響を回避するために、一般的なｃ面ではなく、無極性面であるｍ面（｛１−１００｝面）上に窒化物半導体層を積層した窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
上記特許文献１には、閾値電流を低減することが可能なファブリペロー型の半導体レーザダイオード（窒化物半導体素子）が記載されている。この半導体レーザダイオードは、無極性面であるｍ面を成長主面とするＧａＮ基板を備えており、その成長主面（ｍ面）上に活性層を含む窒化物半導体各層が積層されている。なお、ＧａＮ基板のｍ面は、ｃ面と直交する結晶面であるため、ｍ面上に、活性層を含む窒化物半導体各層を積層することによって、分極軸となるｃ軸が活性層の面内に含まれる。このため、自発分極やピエゾ分極の影響が回避され、発光効率の低下が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２６８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、自発分極やピエゾ分極に起因する発光効率の低下が抑制された窒化物半導体発光素子が得られる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の素子構造を用いた場合でも、その発光効率は十分高いとはいえず、依然として、発光効率改善の余地が残されていた。
【００１１】
一方、窒化物半導体レーザ素子などの窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）では、窒化物半導体基板のｍ面上に窒化物半導体層を成長させる際に、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差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発生する場合がある。窒化物半導体層にクラックが発生した場合には、１枚のウェハから得られる良品の数が減少するため、歩留まりが低下するという問題が生じる。また、クラックが発生することにより、信頼性や、発光寿命などの素子特性も低下する。このため、クラックの発生を抑制することは、素子の生産上、非常に重要である。
【００１２】
特に、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子（たとえば、緑色半導体レーザ）などを作製しようとした場合には、有効に光閉じ込めを行うために、基板との格子定数差が大きい半導体層が基板上に形成される場合がある。この場合には、クラックが非常に発生し易くなるので、素子特性および歩留まりを向上させることが非常に困難になるという問題点がある。
【００１３】
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、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。
【００１４】
この発明のもう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素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。
【００１５】
この発明のさらにもう１つの目的は、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子およびそ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】
【００１６】
本願発明者らが、上記の問題に着目して種々の実験を行うとともに、鋭意検討した結果、活性層の障壁層にＧａＮ層やＩｎＧａＮ層を用いた際に、発光パターンにダークラインが発生する場合があることを突き止めた。そして、このようなダークラインの発生を抑制するためには、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することが非常に有効であることを見出した。
【００１７】
すなわち、この発明の第１の局面による窒化物半導体素子は、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主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んでおり、活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。なお、本発明の「窒化物半導体基板」は、成長主面が窒化物半導体からなる基板を含む。
【００１８】
この第１の局面による窒化物半導体素子では、上記のように、活性層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、ダークラインの発生に起因する発光効率の低下を抑制することができる。その結果、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、ダークラインの発生を抑制することによって、均一発光の発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子を形成した際に、ゲインを高めることができる。
【００１９】
また、第１の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みを形成することができる。このため、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、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、非常に高いクラック抑制効果を得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効果的に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、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく形成することができる。そのため、たとえば、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子（たとえば、緑色半導体レーザ）などを作製する場合でも、クラックの発生を抑制することができる。これにより、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子などを、素子特性を向上させながら、高い歩留まりで作製することができる。
【００２０】
また、第１の局面では、上記のように、ダークラインの発生を抑制することによって、素子特性のバラツキを低減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を増加させることができる。このため、これによっても、歩留まりを向上させることができる。
【００２１】
さらに、第１の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、活性層の歪みを有効に緩和することができるので、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。また、上記のように構成することによって、ダークラインの発生を、窒化物半導体層の成長後、更には、半導体素子とした後の通電試験後においても有効に抑制することができる。これにより、輝度および信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。
【００２２】
このように、第１の局面では、上記のように構成することによって、発光効率を大幅に向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることができるので、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。さらに、第１の局面では、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。
【００２３】
上記第１の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、障壁層は、ＡｌＩｎＧａＮから構成されている。このように構成すれば、ダークラインの発生をより効果的に抑制することができる。また、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、障壁層上に形成された井戸層に取り込まれるＩｎ量を増加させることができる。このため、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、成長条件の範囲を広くとることできる。また、ＡｌＧａＮにＩｎを添加したＡｌＩｎＧａＮは、より低温で成長させた場合でも、良好な結晶性を有する膜を形成し易い。そのため、６００℃〜８００℃程度の比較的低い成長温度で形成される場合が多い障壁層を、ＡｌＩｎＧａＮから構成することにより、上記のような比較的低温で障壁層を形成した場合でも、結晶性の良好な障壁層を得ることができる。さらに、障壁層をＡｌＩｎＧａＮとすることで、井戸層に対して障壁層が与える歪を低減することができる。井戸層にかかる歪が小さい方が、発光素子が駆動中に劣化する速度が遅くなるためより好ましい。
【００２４】
この発明の第２の局面による窒化物半導体素子は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主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んでおり、活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。
【００２５】
この第２の局面による窒化物半導体素子では、上記第１の局面と同様、活性層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、発光効率を向上させることができる。
【００２６】
ここで、本願発明者らが、オフ角度を有さない、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層することによって発光ダイオード素子を形成し、この発光ダイオード素子に電流注入を行うことによってＥＬ発光させると、輝点状の発光パターンになることを見出した。そして、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を窒化物半導体基板の成長主面とすることで、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することが可能であることを見出した。そのため、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いることによって、ダークラインの発生を抑制することができることに加えて、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、窒化物半導体素子のＥＬ発光パターンをより改善（輝点状発光や面内の波長ムラなどを抑制）することができる。このため、これによっても、窒化物半導体素子の発光効率を向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体素子を得ることができる。なお、上記のような輝点状発光の抑制効果が得られる理由として、一つには、窒化物半導体基板の成長主面がｍ面に対してａ軸方向のオフ角度を持つことで、成長主面上に窒化物半導体層を成長させる際に、原子のマイグレーションの方向が変化するためであると考えられる。
【００２７】
また、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、ＥＬ発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、輝点状発光を抑制することによって、均一発光のＥＬ発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子を形成した際に、ゲインを高めることができる。さらに、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性をさらに向上させることができる。すなわち、上記のように構成することによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を容易に得ることができる。
【００２８】
また、第２の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みを形成することができる。このため、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、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効果的に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、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく形成することができる。さらに、上記掘り込み領域が形成されていることで、Ａｌを含む活性層の歪みを有効に緩和することができるので、ダークラインが発生するのをより効果的に抑制することができる。
【００２９】
また、第２の局面では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度が設けられた窒化物半導体基板を用いることによって、掘り込み領域内を窒化物半導体層で埋まりにくくすることができる。これにより、容易に、掘り込み領域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。その結果、容易に、クラックの発生を抑制することができる。
【００３０】
また、第２の局面では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることによって、この成長主面上に形成される窒化物半導体層の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層を得ることができる。このため、窒化物半導体層の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、素子特性のバラツキを低減することができる。このため、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができるので、これによっても、歩留まりを向上させることができる。また、表面モフォロジーを向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることもできる。
【００３１】
また、第２の局面では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とすることによって、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された上記障壁層の平坦性を向上させることができる。このため、平坦性の高い障壁層上に井戸層を形成することによって、井戸層におけるＩｎ組成の面内分布が不均一になるのを抑制することができる。また、活性層（井戸層）の結晶性を向上させることもできる。これにより、発光効率をより向上させることができる。
【００３２】
さらに、第２の局面では、上記のように、ダークラインの発生を抑制することによって、素子特性のバラツキを低減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を増加させることができる。このため、これによっても、歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
このように、第２の局面では、上記のように構成することによって、発光効率を大幅に向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることができるので、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。さらに、第２の局面では、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。
【００３４】
なお、第２の局面では、上記のように構成することによって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができるので、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく形成することができる。このため、たとえば、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子（たとえば、緑色半導体レーザ）などを作製する場合でも、クラックの発生を抑制することができる。これにより、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子などを、素子特性を向上させながら、高い歩留まりで作製することができる。
【００３５】
上記第２の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きい。このように構成すれば、ダークラインの発生を抑制しながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化および面内の波長ムラを容易に抑制することができる。
【００３６】
上記第２の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、ａ軸方向のオフ角度が、ｃ軸方向のオフ角度より大き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、ＥＬ発光パターンの輝点状化、面内の波長ムラおよびダークラインの発生を効果的に抑制することができる。
【００３７】
上記第１および第２の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は、非掘り込み領域上に形成されるとともに掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含む。このような層厚傾斜領域を上記窒化物半導体層に形成すれば、窒化物半導体層で生じた歪みを、層厚傾斜領域でも緩和することができるので、さらに高いクラック抑制効果を得ることができる。加えて、活性層の歪みをより有効に緩和することができる。このため、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく容易に形成することができる。たとえば、窒化物半導体基板にＧａＮ基板を用いた場合では、より高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層を、これまでより厚く形成することができる。これにより、これまで作製の難しかった、高Ａｌ組成の窒化物半導体膜を必要とする素子（たとえば、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子など）の作製が可能となる。また、このように構成すれば、活性層の歪みを有効に緩和することができるので、ダークラインが発生するのをさらに効果的に抑制することができる。また、上記した層厚傾斜領域は、たとえば、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度を制御することにより、掘り込み領域の近傍（掘り込み領域の隣）に形成することができる。なお、上記のような高いクラック抑制効果が得られる理由としては、層厚傾斜領域は、そもそも層厚が薄いため、層厚傾斜領域自体、内包する歪みが少ないこと、および、層厚が徐々に（傾斜的に）変化しているために歪みが段階的に緩和されることにより、より高い歪み緩和効果が得られるためであると考えられる。
【００３８】
上記第１および第２の局面による窒化物半導体素子において、掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸方向に延びるよう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、窒化物半導体層にクラックが発生するのを抑制することができるとともに、活性層の歪みを緩和することができる。また、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合には、窒化物半導体層における掘り込み領域の近傍部分（掘り込み領域の隣）に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域を容易に形成することができる。なお、上記掘り込み領域は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように形成されていてもよい。このように構成した場合でも、上記層厚傾斜領域を容易に形成することができるので、容易に、窒化物半導体層におけるクラックの発生を抑制することができる。また、上記構成において、ｃ軸方向と垂直方向に延びる掘り込み領域がさらに基板に形成されていてもよい。このように構成することにより、より効果的に歪みを緩和することができる。
【００３９】
上記第１および第２の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は、光導波領域を含み、光導波領域は、非掘り込み領域上に位置している。このように構成すれば、クラックの発生が抑制された、発光効率およびゲインの高い窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。
【００４０】
この発明の第３の局面による窒化物半導体ウェハは、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主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んでおり、活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。
【００４１】
この第３の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように、活性層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、窒化物半導体ウェハを分割することにより得られる窒化物半導体素子の発光効率を向上させることができる。
【００４２】
また、第３の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、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。これにより、１枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。その結果、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。また、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、活性層の歪みを有効に緩和することができる。これにより、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。また、活性層の歪みを緩和することによって、ダークラインの発生および拡大を効果的に抑制することができる。
【００４３】
この発明の第４の局面による窒化物半導体ウェハは、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主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んでおり、活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。
【００４４】
この第４の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができる。また、活性層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。したがって、上記のように構成された窒化物半導体ウェハを用いることにより、発光効率が大幅に向上された窒化物半導体素子を得ることができる。
【００４５】
また、第４の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、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。これにより、素子特性、信頼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および第４の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、ａ軸方向のオフ角度が、ｃ軸方向のオフ角度より大きくなるように構成されているのが好ましい。
【００４７】
上記第３および第４の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、窒化物半導体層は、非掘り込み領域上に形成されるとともに、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含むように構成されているのが好ましい。
【００４８】
上記第３および第４の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸方向に延びるように形成されているのが好ましい。なお、上記掘り込み領域は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように形成されていてもよい。また、上記構成において、ｃ軸方向と垂直方向に延びる掘り込み領域がさらに基板に形成されていてもよい。
【００４９】
この発明の第５の局面による窒化物半導体素子は、上記第３および第４の局面による窒化物半導体ウェハを用いて形成された窒化物半導体素子である。このように構成すれば、発光効率が大幅に向上された、素子特性および信頼性の高い窒化物半導体素子を高い歩留まりで得ることができる。なお、上記第５の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体基板に、掘り込み領域の少なくとも一部が含まれているのが好ましい。
【００５０】
この発明の第６の局面による窒化物半導体素子の製造方法は、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、窒化物半導体基板の成長主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、窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含んでおり、活性層を形成する工程は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から障壁層を構成する工程を有している。
【００５１】
また、この発明の第７の局面による窒化物半導体素子の製造方法は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、窒化物半導体基板の成長主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、窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含んでおり、活性層を形成する工程は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から障壁層を構成する工程を有している。
【００５２】
上記第６および第７の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、ａ軸方向のオフ角度が、ｃ軸方向のオフ角度より大きくなるように構成されているのが好ましい。
【００５３】
上記第６および第７の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、掘り込み領域を形成する工程は、成長主面における掘り込み領域とは異なる領域に、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域を形成する工程を含んでおり、窒化物半導体層を形成する工程は、非掘り込み領域上の領域に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を形成する工程を含んでいる。
【発明の効果】
【００５４】
以上のように、本発明によれば、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。
【００５５】
また、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素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。
【００５６】
さらに、本発明によれば、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子およびそ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】
【００５７】
【図１】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断面図である。
【図２】窒化物半導体の結晶構造を説明するための模式図（ユニットセルを表した図）である。
【図３】基板のオフ角度を説明するための模式図である。
【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平面図である。
【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構造を説明するための断面図である。
【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断面を電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。
【図９】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ウェハの一部を模式的に示した平面図である。
【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平面図である。
【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を模式的に示した断面図（図１１のａ−ａ線に沿った断面に対応する図）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の一部を示した断面図である。
【図１４】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１５】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斜視図（基板の製造方法を説明するための図）である。
【図１６】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斜視図（基板の製造方法を説明するための図）である。
【図１７】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斜視図（基板の製造方法を説明するための図）である。
【図１８】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（基板の製造方法を説明するための図）である。
【図１９】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（基板の製造方法を説明するための図）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平面図である。
【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平面図である。
【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３４】第１実施形態の製造方法によるｎ型ＧａＮ基板上の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真（確認用試料２の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真）である。
【図３５】比較用試料２の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。
【図３６】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効果を確認するために作製した発光ダイオード素子の斜視図である。
【図３７】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効果を確認するために作製した発光ダイオード素子のＥＬ発光パターンを観察した顕微鏡写真（確認用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真）である。
【図３８】輝点状のＥＬ発光パターンを示す顕微鏡写真（比較用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真）である。
【図３９】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（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用いられる基板の一部の断面を示した図）である。
【図４０】本発明の第３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４１】本発明の第３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４２】本発明の第３実施形態の第１変形例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４３】本発明の第３実施形態の第２変形例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４４】本発明の第４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４５】本発明の第４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４６】本発明の第４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５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４８】本発明の第６実施形態による発光ダイオード素子の断面図である。
【図４９】本発明の第７実施形態による発光ダイオード素子を模式的に示した断面図である。
【図５０】ＰＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真（障壁層をＩｎＧａＮから構成した比較用試料１のＰＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真）である。
【図５１】ＥＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真である。
【図５２】障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した発光ダイオード素子のＰＬ発光パターンの顕微鏡写真（障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した第１実施形態による確認用試料１のＰＬ発光パターンの顕微鏡写真）である。
【図５３】第１〜第７実施形態における凹部（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】第１〜第７実施形態における凹部（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５５】第１〜第７実施形態における凹部（掘り込み領域）の他の形状の例を説明するための平面図である。
【図５６】第１〜第７実施形態における活性層の他の構造の例を説明するための断面図（ＳＱＷ構造の活性層の一例を示した断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本願発明者らが種々検討を行うことによって得た知見について説明する。
【００５９】
ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いて発光素子を形成する場合、通常、活性層は、井戸層と障壁層とを含む多層膜から構成される。この場合、光閉じ込めを有効に行うことや、活性層に発生する歪みを緩和することなどを目的として、ＩｎaＧａ1-aＮ（０＜ａ≦１）の井戸層と、ＩｎbＧａ1-bＮ（０≦ｂ＜１：ａ＞ｂ）の障壁層とが一般的に用いられる。
【００６０】
しかしながら、上記のような活性層構造を用いた窒化物半導体発光素子について、ＰＬ発光パターン（光励起によって発光させたときの面内光分布）を観測したところ、活性層のＩｎ組成比の増加に伴い、窒化物半導体発光素子のＰＬ発光パターン中に図５０に示すようなダークラインが発生する場合があることを本願発明者らは突き止めた。また、上記したダークラインは、ＰＬ発光パターン中だけでなく、図５１に示すように、ＥＬ発光パターン（電流注入にて発光させたときの面内光分布）中でも観測される。
【００６１】
このようなダークラインの発生は、発光素子を駆動させた際の発光強度（発光効率）の低下や、レーザ素子をＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）駆動した際の、駆動電流増加を引き起こすため好ましくない。また、この活性層のＩｎ組成を増加させた際に発生するダークラインは、ｍ面のｃ軸方向（〈０００１〉方向）に平行に発生する。なお、Ｉｎ濃度などが高くなると、ａ軸方向（〈１１−２０〉方向）にもダークラインが発生する場合があり、網目状のダークラインとなることもある。ダークラインは基板などのＧａＮと活性層のＩｎＧａＮ層との格子定数や、熱膨張係数の違いから発生するミスフィット転位などの欠陥によって発生すると推測される。これまで一般的に用いられてきたｃ面（０００１）などでは、Ｉｎの増加に伴いこのようなダークラインの発生は起こらなかった。このため、このようなダークラインの発生は、無極性面、特にｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子特有の現象であると考えられる。
【００６２】
また、本願発明者らの検討によって、障壁層にＩｎＧａＮ層を用いた場合、ダークラインの発生が顕著になることが分かった。この場合、障壁層に含まれるＩｎ組成比ｂが大きくなるにしたがい、ダークラインの発生が顕著となることも分かった。さらに、障壁層にＧａＮ層を用いた場合においても、井戸層のＩｎ組成比ａが大きくなり発光波長が４９０ｎｍ程度を越えるようなＩｎ濃度になると、ダークラインが発生することも分かった。
【００６３】
このように、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子では、ｃ面を用いた窒化物半導体発光素子とは異なり、自発分極やピエゾ分極に起因する発光効率の低下は抑制されるものの、ダークラインの発生に起因して、発光効率の低下を引き起こすという問題があることを見出した。このようなダークラインの発生は、ｍ面を用いた窒化物半導体発光素子において、発光波長の長波長化を図る際の妨げとなるため、非常に問題となる。特に、半導体レーザ素子においては、発光効率の低下はゲイン（利得）の低下を引き起こすため、問題が大きい。
【００６４】
そこで、上記知見をもとに、本願発明者らが鋭意検討した結果、活性層の障壁層を、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮなど）から構成することにより、ダークラインの発生を抑制することが可能となることを初めて見出した。すなわち、Ａｌを含む窒化物半導体から障壁層を形成することによって、図５２に示すように、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制できることが分かった。障壁層を構成する窒化物半導体層としては、最も好ましいのが、ＡｌＧａＮ層およびＡｌＩｎＧａＮ層であり、次に好ましいのがＡｌＩｎＮである。また、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）であれば、いずれであっても、上記効果は得られる。さらに、活性層の障壁層に、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）を用いる場合、活性層の井戸層はＩｎＧａＮから構成されているのが好ましい。障壁層にＡｌを含む窒化物半導体層を用いる場合、ｍ面などの無極性面であればダークラインの発生抑制効果が得られる。
【００６５】
また、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した場合、障壁層をＡｌＧａＮから構成した場合に比べて、障壁層上に形成された井戸層に取り込まれるＩｎ量が増加することが分かった。このため、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、成長条件の範囲を広くとることできるので好ましい。また、ＡｌＧａＮにＩｎを添加したＡｌＩｎＧａＮは、より低温で成長させた場合でも、良好な結晶性を有する膜を形成し易い。そのため、６００℃〜８００℃程度の比較的低い成長温度で形成される場合が多い障壁層を、ＡｌＩｎＧａＮから構成することにより、上記のような比較的低温で障壁層を形成した場合でも、結晶性の良好な障壁層を得ることができるので好ましい。また、障壁層をＡｌＩｎＧａＮとすることで、井戸層に対して障壁層が与える歪を低減することができるため、好ましい。井戸層にかかる歪が小さい方が、発光素子が駆動中に劣化する速度が遅くなるためより好ましい。
【００６６】
なお、上記した図５０は、ＰＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真であり、図５１のＰＬ発光パターンは、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板（ｍ面ジャスト基板）を用いて作製した発光ダイオード素子のＰＬ発光パターンを示している。この発光ダイオード素子は、井戸層がＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから構成されており、障壁層がＩｎ0.02Ｇａ0.98から構成されている。
【００６７】
また、上記した図５１は、ＥＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真であり、図５０のＥＬ発光パターンは、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板（ｍ面ジャスト基板）を用いて作製した発光ダイオード素子のＥＬ発光パターンを示している。この発光ダイオード素子は、井戸層がＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから構成されており、障壁層がＩｎ0.02Ｇａ0.98から構成されている。
【００６８】
さらに、上記した図５２は、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した発光ダイオード素子のＰＬ発光パターンの顕微鏡写真である。この発光ダイオード素子は、井戸層がＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎから構成されており、障壁層がＡｌ0.01Ｉｎ0.03Ｇａ0.96Ｎから構成されている。また、窒化物半導体基板として、ｍ面ａ軸オフ基板（ａ軸方向のオフ角度：１．７度、ｃ軸方向のオフ角度：＋０．１度）を用いている。
【００６９】
また、上述したように、本願発明者らは、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することが可能であることを見出した。
【００７０】
ここで、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板は、平坦性および結晶性の良好な、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）を成膜するのに非常に適した無極性基板であることが、本願発明者らの検討によって明らかとなった。そして、このような特徴を有する上記基板を用いて、活性層の障壁層を、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮなど）で形成することにより、上記したダークラインの発生抑制効果に加えて、障壁層の平坦性および結晶性を向上させる効果も得られ、発光効率を大幅に向上させることが可能となることも見出した。
【００７１】
なお、上記知見より、基板上に積層される層構造の中に、できるだけＧａＮ層を含まないようにすることで、表面モフォロジーをさらに良好にすることが可能である。このとき、基板表面（成長主面）に接する半導体層を、Ａｌを含まないＧａＮ層に代えて、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層）にすることで、表面モフォロジーが顕著に向上する。このような現象は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合の特徴的な現象である。なお、発光素子を形成する場合には、光閉じ込めなどを行うために、光ガイド層としてＧａＮ層を用いることも可能である。また、コンタクト層などにＧａＮ層を用いることも可能である。
【００７２】
また、基板上に積層される層構造の中にＧａＮ層が含まれる場合でも、ＧａＮ層（基板と活性層との間に形成されるＧａＮ層）のトータル層厚が比較的小さい場合には、表面モフォロジーの悪化が抑制される。ここで、上記トータル層厚とは、ＧａＮ層が１層の場合は、そのＧａＮ層の層厚を意味し、ＧａＮ層が複数層の場合には、複数のＧａＮ層の層厚を累積した（合計した）層厚を意味する。本願発明者らの検討によれば、基板と活性層との間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚は、０．７μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下であればより好ましい。０．３μｍ以下であればさらに好ましい。
【００７３】
このように、ＧａＮ層のトータル層厚を０．７μｍ以下とする上記条件を満足するように、窒化物半導体層を形成することで、表面モフォロジーが改善され、層表面を平坦化することが可能となる。そして、その平坦化した層の表面上に、活性層（Ｉｎを含む窒化物半導体層である井戸層）を形成することによって、Ｉｎ組成の面内分布を抑制し、発光効率を改善することが可能となる。
【００７４】
なお、発光効率を改善するという観点からは、基板とＩｎを含む窒化物半導体層である井戸層との間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚を０．７μｍ以下とするのが好ましい。また、井戸層が複数層形成されている場合には、最も基板側の井戸層と窒化物半導体基板との間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚を０．７μｍ以下とすることもできるし、他の井戸層と窒化物半導体基板との間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚を０．７μｍ以下とすることもできる。
【００７５】
以下、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。
【００７６】
（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の一部を模式的に示した断面図である。図２は、窒化物半導体の結晶構造を説明するための模式図である。図３は、基板のオフ角度を説明するための模式図である。図４〜図１０は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハを説明するための図である。まず、図１〜図１０を参照して、窒化物半導体レーザ素子（窒化物半導体素子）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５０について説明する。なお、第１実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。
【００７７】
第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０を構成する窒化物半導体は、図２に示すように、六方晶系の結晶構造を有している。この結晶構造において、六角柱とみなせる六方晶のｃ軸［０００１］を法線とする面（六角柱の上面）をｃ面（０００１）と呼び、六角柱の側壁面の各々をｍ面｛１−１００｝と呼ぶ。窒化物半導体では、ｃ軸方向に対称面が存在しないため、分極方向がｃ軸方向に沿っている。このため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示す。すなわち、＋ｃ面（（０００１）面）と−ｃ面（（０００−１）面）とは等価な面ではなく、化学的な性質も異なる。一方、ｍ面は、ｃ面に対して直角な結晶面であるため、ｍ面の法線は、分極方向に対して直交している。このため、ｍ面は、極性のない無極性面である。なお、上述のように、六角柱の側壁面の各々がｍ面となるため、ｍ面は、６種類の面方位（（１−１００）、（１０−１０）、（０１−１０）、（−１１００）、（−１０１０）、（０−１１０））で示されるが、これらの面方位は、結晶幾何学的に等価な面方位であるため、これらを総称して｛１−１００｝と示す。
【００７８】
また、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０は、図１に示すように、窒化物半導体基板としてのｎ型ＧａＮ基板１０を備えている。このｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａは、ｍ面に対してオフ角度を有する面からなる。具体的には、窒化物半導体ウェハ５０のｎ型ＧａＮ基板１０は、ｍ面に対して、ａ軸方向（［１１−２０］方向）にオフ角度を有している。なお、上記ｎ型ＧａＮ基板１０は、ａ軸方向のオフ角度に加えて、ｃ軸方向（［０００１］方向）にもオフ角度を有していてもよい。
【００７９】
ここで、図３を参照して、ｎ型ＧａＮ基板１０のオフ角度についてより詳細に説明する。まず、ｍ面に対して、ａ軸［１１−２０］方向およびｃ軸［０００１］方向の２つの結晶軸方向を定義する。これらａ軸およびｃ軸は、互いに垂直な関係となっているとともに、ｍ軸に対しても互いに垂直な関係となっている。また、ｎ型ＧａＮ基板１０の結晶軸ベクトルが基板表面（成長主面１０ａ）の法線ベクトルと一致する場合（全ての方向に対してオフ角度が０度になった場合）に、ａ軸方向、ｃ軸方向、ｍ軸方向と平行となる方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とする。次に、Ｙ方向の法線を持つ第１面、および、Ｘ方向の法線を持つ第２面を考える。そして、結晶軸ベクトルを第１面および第２面に投影したときに現れる結晶軸ベクトルを、それぞれ、第１投影ベクトルおよび第２投影ベクトルとする。このときの第１投影ベクトルと法線ベクトルとのなす角θａがａ軸方向のオフ角度であり、第２投影ベクトルと法線ベクトルとのなす角θｃがｃ軸方向のオフ角度である。なお、ａ軸方向のオフ角度は、＋方向と−方向とで、結晶的にみて同じ表面状態になるため、＋方向と−方向とで同じ特性を有する。このため、絶対値で記載することができる。一方、ｃ軸方向は、＋方向と−方向とで、Ｇａ極性面が強くなる場合と、Ｎ極性面が強くなる場合とがあり、方向により特性が異なるため、＋方向と−方向とを区別して記載する。
【００８０】
このように、第１実施形態によるｎ型ＧａＮ基板１０は、その成長主面１０ａが、ｍ面｛１−１００｝に対して傾斜した面となっている。
【００８１】
また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０は、ｍ面に対するａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きい角度に調整されている。ただし、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるに従い、活性層（井戸層などのＩｎＧａＮ層）に取り込まれるＩｎの量が減少する傾向があるため、原料効率などの点から、ａ軸方向のオフ角度の絶対値は、１０度以下であるのが好ましい。なお、ａ軸方向のオフ角度が１０度以上の角度であっても、成膜は可能である。また、ｃ軸方向にもオフ角度を有している場合には、ｃ軸方向のオフ角度は、±０．１度より大きい角度に調整されているのが好ましい。ｃ軸方向のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度より小さい角度に調整されているのが好ましい。
【００８２】
また、上記の場合において、ａ軸方向のオフ角度は、１度より大きく、かつ、１０度以下の角度に調整されているのが好ましい。ａ軸方向のオフ角度が、このような範囲となるように調整されていれば、駆動電圧の低減効果が大きくなることに加えて、表面モフォロジーの改善効果も得られるためより好ましい。
【００８３】
また、第１実施形態では、図１および図４に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０が、成長主面１０ａ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、平面的に見て、それぞれ、ａ軸［１１−２０］方向と交差する方向に延びるように形成されている。具体的には、この第１実施形態では、複数の凹部２が、それぞれ、ｃ軸［０００１］方向と平行方向に延びるように形成されているとともに、ｃ軸［０００１］方向と直交するａ軸［１１−２０］方向に約１５０μｍ〜約１２００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の周期Ｒ（図４参照）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１０の成長主面１０ａにストライプ状に形成されている。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０において、凹部２が形成されている領域（掘り込まれている領域）が掘り込み領域３となっている。一方、成長主面１０ａ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。
【００８４】
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（図５参照）が９０度より大きい所定の角度となるように設定されている。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徐々に大きくなるように、凹部２が形成されている。さらに、上記凹部２は、［１１−２０］方向に約５μｍの開口幅ｇ（開口端の幅）を有しているとともに、ｎ型ＧａＮ基板１０の厚み方向に約５μｍの深さｆを有している。
【００８５】
また、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０は、図１に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを含む窒化物半導体層２０が形成された構造を有している。上記ｎ型窒化物半導体層２０ａは、ｎ型クラッド層およびｎ型ガイド層を含んで構成されており、上記ｐ型窒化物半導体層２０ｂは、キャリアブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型ガイド層およびｐ型コンタクト層を含んで構成されている。そして、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１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂの順に、窒化物半導体各層が積層されている。具体的には、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２１（層厚：約２．２μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｎ型ガイド層２２（層厚：約０．２μｍ）、活性層２３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるキャリアブロック層２４（層厚：約２０ｎｍ）、ｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｐ型ガイド層２５（層厚：約０．１μｍ）、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層２６（層厚：約０．５μｍ）およびｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２７（層厚：約０．１μｍ）が順次形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１０およびｎ型窒化物半導体層２０ａ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型窒化物半導体層２０ｂには、ｐ型不純物として、たとえば、Ｍｇがドープされている。
【００８６】
ここで、上記窒化物半導体層２０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１０などとの間の格子定数差が大きくなるため、クラックが発生し易くなる。特に、ｎ型クラッド層２１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１０との間の格子定数差がより大きくなっており、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２１でクラックが非常に発生し易い。
【００８７】
一方、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａに凹部２（掘り込み領域３）が形成されていることにより、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面（窒化物半導体層２０を構成する各層の表面）に窪み３５が形成された状態となっている。そして、この窪み３５によって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。なお、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成されているため、凹部２内が窒化物半導体層２０で埋め込まれにくくなっている。
【００８８】
また、第１実施形態では、上記凹部２（掘り込み領域３）によって、活性層２３に生じる歪みも緩和されている。
【００８９】
さらに、第１実施形態では、図１および図７に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５が形成されている。この層厚傾斜領域５は、図７〜図１０に示すように、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の近傍領域に、凹部２（掘り込み領域３）と平行方向に延びる略帯状に形成されている。そして、この層厚傾斜領域５によっても、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。
【００９０】
したがって、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０では、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を有している。加えて、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、成長主面１０ａ上に形成される窒化物半導体層２０の結晶性が良好となっている。このため、窒化物半導体層２０にクラックが発生しにくくなっている。これにより、クラックが非常に発生し易いｎ型クラッド層２１においても、クラックの発生が抑制されている。むろん、ｎ型クラッド層２１以外の他の窒化物半導体各層においても、クラックの発生が抑制されている。
【００９１】
また、上記層厚傾斜領域５は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとし、かつ、上記凹部２（掘り込み領域３）を形成したｎ型ＧａＮ基板１０を用いた場合に、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の領域（凹部２の近傍領域）に形成される。この理由は、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を持つことで、原料原子の流れる方向がａ軸に沿った方向に変化するとともに、この原料原子の流れが凹部２（掘り込み領域３）によって分断されることにより、非掘り込み領域４における凹部２（掘り込み領域３）の片側の近傍領域において、原料原子の供給が少なくなるためであるとも考えられる。また、層厚傾斜領域５は、ａ軸方向のオフ角度が正（＋）か負（−）かによって、凹部２（掘り込み領域３）の一方側（たとえば、右側）にできるか、凹部２（掘り込み領域３）の他方側（たとえば、左側）にできるかが決まる。これは、ａ軸方向のオフ角度が正（＋）か負（−）かによって、原料原子の流れる向きが変わるためであると考えられる。ａ軸方向のオフ角度は、結晶学的に見て、正（＋）であっても負（−）であっても同じであるため、絶対値で議論してもかまわない。なお、ｃ面を成長主面とするＧａＮ基板を用いた場合には、上記と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されていたとしても、上記のような層厚傾斜領域は形成されない。また、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板であっても、ａ軸方向にオフ角度を有さない場合には、上記と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されていたとしても、上記のような層厚傾斜領域は形成されない。ただし、後述するように、凹部２（掘り込み領域３）に成長抑制膜を形成することによって、層厚傾斜領域を形成することは可能である。
【００９２】
また、窒化物半導体層２０の層厚傾斜領域５は、図７に示すように、凹部２（掘り込み領域３）に最も近い部分が、最も層厚が小さく、凹部２（掘り込み領域３）から離れるにしたがい、徐々に（傾斜的に）層厚が大きくなっている。なお、層厚傾斜領域５における凹部２（掘り込み領域３）に近い部分では、ｎ型窒化物半導体層２０ａ（図１参照）、ｐ型窒化物半導体層２０ｂ（図１参照）にかかわらず、層厚が小さくなっている。また、層厚傾斜領域５における最も層厚が小さい部分の厚みｔ１１は、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０における層厚傾斜領域５以外の領域（後述する発光部形成領域６）の厚みｔ１２の１／２〜２／３程度となっている。ただし、窒化物半導体層２０の成長条件により、上記層厚からずれることもある。あくまで上記の値は、おおよその目安である。
【００９３】
また、層厚傾斜領域５の幅ｗ（［１１−２０］方向の幅）および層厚傾斜領域５の層厚傾斜角度θ（ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａと層厚傾斜領域５の表面とのなす角度）は、ａ軸方向のオフ角度によって制御される。具体的には、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域５の幅ｗが小さくなり、層厚傾斜角度θが大きくなる。このため、第１実施形態では、ａ軸方向のオフ角度を調整することによって、層厚傾斜領域５の幅ｗが所定の長さとなるように設定されているとともに、層厚傾斜角度θが所定の角度となるように設定されている。なお、ａ軸方向のオフ角度が小さすぎると、層厚傾斜領域５の幅ｗが大きくなり過ぎる。一方、層厚傾斜角度θが大きい程、層厚傾斜領域５での層厚変動が大きくなる。このため、窒化物半導体層２０の応力を緩和するには、層厚傾斜角度θが大きい方が好ましい。したがって、層厚傾斜領域５の形成条件を考慮すると、ａ軸方向のオフ角度の絶対値は、０．５度以上であるのが好ましい。また、凹部２の周期Ｒ（図４参照）が、たとえば４００μｍの場合には、ａ軸方向のオフ角度を調整することによって、層厚傾斜領域５の幅ｗが、１μｍ以上１５０μｍ以下に設定されていればより好ましい。層厚傾斜領域５の幅ｗを１μｍ以上とすることにより、層厚傾斜領域５の幅ｗが１μｍより小さくなることに起因して、クラックの抑制効果が薄れるという不都合が生じるのを抑制することが可能となる。
【００９４】
上記した層厚傾斜領域５は、層厚が変化している領域であるため、この領域に発光部（後述するリッジ部）を形成すると特性のバラツキを抑制するのが困難となる。このため、層厚傾斜領域５は、発光部（リッジ部）の形成領域としては適さないといえる。
【００９５】
一方、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０は、層厚傾斜領域５に比べて層厚変動が非常に小さい、発光部（リッジ部）の形成に適した発光部形成領域６を有している。すなわち、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０は、非掘り込み領域４上に、発光部（リッジ部）の形成に適さない層厚傾斜領域５と、非常に均一な層厚を有し、発光部（リッジ部）の形成に適した発光部形成領域６とを含んで構成されている。なお、層厚傾斜領域５では、発光部形成領域６に比べて、輝点状発光の抑制効果が弱くなる。
【００９６】
また、第１実施形態では、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６は、非常に良好な表面モフォロジーを有している。なお、上記発光部形成領域６は、全体的に層厚変動は非常に小さいが、ｃ軸［０００１］方向の層厚変動とａ軸［１１−２０］方向の層厚変動とを比較すると、ｃ軸［０００１］方向の層厚変動の方が、ａ軸［１１−２０］方向の層厚変動に比べてより小さい。
【００９７】
また、図１に示すように、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の所定領域には、電流通路部となる凸状のリッジ部２８が形成されている。このリッジ部２８は、図１０に示すように、平面的に見て、層厚変動のより小さい、ｃ軸［０００１］方向に延びるように形成されているとともに、ａ軸［１１−２０］方向に約１５０μｍ〜約１２００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の周期で配列されている。これにより、複数のリッジ部２８がストライプ状に形成されている。そして、このリッジ部２８の形成によって、窒化物半導体層２０に、発光部となる光導波領域２９（図１および図１０参照）がストライプ状に形成されている。なお、図１に示すように、上記リッジ部２８は、凹部２から所定の距離以上（たとえば、５μｍ以上）隔てた、発光部形成領域６に形成されている。また、窒化物半導体層２０の上面上であるとともにリッジ部２８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層３０が形成されている。
【００９８】
また、窒化物半導体層２０上には、光導波領域２９に電流を供給するためのｐ側電極３１が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ側電極３２が形成されている。
【００９９】
また、図１０に示すように、上記窒化物半導体ウェハ５０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、平面的に見て、ａ軸［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、平面的に見て、ｃ軸［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と層厚傾斜領域５の少なくとも一部とを含むように設定されている。
【０１００】
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５０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。
【０１０１】
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平面図であり、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を模式的に示した断面図である。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の一部を示した断面図であり、図１４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。次に、図１１〜図１４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１００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１００は、上記した第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０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５０から得られる窒化物半導体レーザ素子１００を例にして説明する。
【０１０２】
第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、図１１に示すように、レーザ光が出射される光出射面４０ａと、光出射面４０ａと対向する光反射面４０ｂとを含む一対の共振器面４０を有している。また、上記窒化物半導体レーザ素子１００は、共振器面４０と直交する方向（ｃ軸［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Ｌ））を有しているとともに、共振器面４０に沿った方向（ａ軸［１１−２０］方向）に、約１５０μｍ〜約１２００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の幅Ｗ（チップ幅Ｗ）を有している。
【０１０３】
また、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、図１２に示すように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を備えており、このｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを含む窒化物半導体層２０が積層されることによって形成されている。
【０１０４】
ここで、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａと接する半導体層が、Ａｌを含む窒化物半導体から構成されている。具体的には、窒化物半導体レーザ素子１００は、図１３に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、この成長主面１０ａと接するように、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２１が形成されている。なお、ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａと接する半導体層は、ＡｌＧａＮ層以外に、たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層などであってもよい。また、ＡｌＧａＮ層やＡｌＩｎＧａＮ層などのＡｌを含む窒化物半導体層以外に、ＩｎＧａＮ層およびＩｎＮ層であってもよい。
【０１０５】
また、ｎ型クラッド層２１上には、約０．２μｍの厚みを有するｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｎ型ガイド層２２が形成されている。ｎ型ガイド層２２上には、活性層２３が形成されている。なお、ｎ型ガイド層２２に代えて、ノンドープガイド層が形成されていてもよい。
【０１０６】
上記活性層２３は、図１４に示すように、井戸層２３ａと障壁層２３ｂとが交互に積層された量子井戸構造を有している。また、第１実施形態では、上記活性層２３は、その障壁層２３ｂがＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから構成されている。具体的には、上記活性層２３は、ＩｎＧａＮ（Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎ）からなる２つの井戸層２３ａと、ＡｌＩｎＧａＮからなる３つの障壁層２３ｂ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。より具体的には、活性層２３は、ｎ型ガイド層２２側から、第１障壁層２３１ｂ、第１井戸層２３１ａ、第２障壁層２３２ｂ、第２井戸層２３２ａおよび第３障壁層２３３ｂ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２３ａ（第１井戸層２３１ａ、第２井戸層２３２ａ）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２３１ｂは、約３０ｎｍの厚みに形成されており、第２障壁層２３２ｂは、約１６ｎｍの厚みに形成されており、第３障壁層２３３ｂは、約６０ｎｍの厚みに形成されている。すなわち、３つの障壁層２３ｂは、それぞれ、異なる厚みに形成されている。
【０１０７】
上記第１障壁層２３１ｂは、８ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚みに形成されているのが好ましく、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚みに形成されていればより好ましい。このように、第１障壁層２３１ｂを、少なくとも８ｎｍ以上の厚みに形成すれば、ｎ型ガイド層２２の成長後に成膜される第１障壁層２３１ｂの平坦性を、容易に、より良好にすることが可能となる。また、第１障壁層２３１ｂを、５０ｎｍ以下の厚みに形成すれば、キャリアを効率的に注入することが可能となる。また、上記第２障壁層２３２ｂは、８ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚みに形成されているのが好ましく、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚みに形成されていればより好ましい。このように、第２障壁層２３２ｂを、少なくとも８ｎｍ以上の厚みに形成すれば、高いＩｎ組成比を有する第１井戸層２３１ａの成長後に成膜される第２障壁層２３２ｂの平坦性を、容易に、より良好にすることが可能となる。また、第２障壁層２３２ｂを、３０ｎｍ以下の厚みに形成すれば、キャリアを効率的に注入することが可能となる。さらに、上記第３障壁層２３３ｂは、８ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みに形成されているのが好ましく、１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚みに形成されていればより好ましい。このように、第３障壁層２３３ｂを、少なくとも８ｎｍ以上の厚みに形成すれば、高いＩｎ組成比を有する第２井戸層２３２ａの成長後であって、キャリアブロック層２４の成長前に成膜される第３障壁層２３３ｂの平坦性を、容易に、より良好にすることが可能となる。また、第３障壁層２３３ｂを、１００ｎｍ以下の厚みに形成すれば、キャリアを効率的に注入することが可能となる。
【０１０８】
なお、第１実施形態では、井戸層の層数は２層であるが、井戸層の層数が２層より多くなった場合（たとえば、３層または４層となった場合）、第１障壁層とは、基板に最も近い井戸層の下層側（基板側）に形成される初めの障壁層と定義することができる。また、第２障壁層とは、井戸層間に挟まれた障壁層と定義することができる。さらに、第３障壁層とは、基板から最も離れた井戸層（最終井戸層）上に形成される障壁層と定義することができる。第１障壁層、第２障壁層および第３障壁層を、このように定義することで、井戸層が２層以上形成されている場合でも、上記した障壁層の好ましい層厚条件を適用することが可能となる。そして、このような条件を満たしていれば、上記のような効果が得られるため、好ましい。
【０１０９】
また、第１実施形態では、井戸層２３ａ（活性層２３）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。また、上記障壁層２３ｂは、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）から構成されている。そして、この障壁層２３ｂのＡｌ組成比ｓは、たとえば、０＜ｓ≦０．０８とされており、そのＩｎ組成比ｔは、たとえば、０＜ｔ≦０．１０とされている。障壁層２３ｂのＡｌ組成比ｓを０．０８以下とすることで、光閉じ込めが効率よく行われるため、より好ましい。また、上記障壁層２３ｂをＡｌＩｎＧａＮから構成することにより、ｍ面特有のダークラインの発生を効果的に抑制することが可能となる。さらに、上記障壁層２３ｂをＡｌＩｎＧａＮから構成することにより、障壁層をＧａＮやＩｎＧａＮから構成する場合に比べて、発光効率を向上させることが可能となる。特に、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上０．４５以下の条件において、発光効率の改善傾向が高い。
【０１１０】
ここで、通常、井戸層としては、Ｉｎ組成比が大きな領域（ｘ１≧０．１５）では、３ｎｍ程度の厚みに設定されることが多い。これは、Ｉｎ組成比が大きくなったときに、格子不整合からくるミスフィット転位などの発生を抑えるためである。しかしながら、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有するＧａＮ基板上に、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮなど）からなる障壁層を形成した場合、井戸層の厚みを４．０ｎｍ以上に設定することも可能である。この理由としては、ダークラインの発生抑制効果や活性層を保護する効果などが得られるためであると考えられる。さらに、上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、層表面の平坦性が向上し、面内においてＩｎ組成が非常に均一になる。このため、井戸層の厚みが大きい場合でも、Ｉｎ組成の高い局所領域が形成され難くなる。そのため、これによっても、井戸層の厚膜化が可能になると考えられる。
【０１１１】
また、井戸層の厚みが、８ｎｍより大きくなるとミスフィット転位が多数発生する場合がある。このため、井戸層の厚みは、８ｎｍ以下であるのが好ましい。さらには、２．５ｎｍ程度〜４．０ｎｍ程度の範囲に設定されているのが好ましい。
【０１１２】
また、同様の理由により、井戸層の厚みを１．５ｎｍ程度〜４．０ｎｍ程度の範囲に設定した場合、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮなど）から障壁層を構成することで、井戸層の層数を増やすことができる。たとえば、窒化物半導体レーザ素子において、従来の活性層構造を採用した場合、３層以上の井戸層を形成することによって、発光効率が大幅に劣化する。その一方、Ａｌを含む窒化物半導体から障壁層を構成することによって、井戸層を５層形成した場合でも、発光効率の劣化が抑制される。また、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）では、Ａｌを含む窒化物半導体から障壁層を構成することによって、井戸層を８層形成した場合でも、発光効率の劣化が抑制される。発光ダイオード素子は、半導体レーザ素子に比べて、ｐ型半導体層の層厚が薄いことや、ｐ型半導体層の成膜時に活性層に与える熱ダメージが小さいことなどの理由により、半導体レーザ素子よりも活性層（井戸層）の多層化が容易である。
【０１１３】
なお、活性層の井戸層は、量子井戸を意図して作製されるものであり、結果として、層厚が数ｎｍ以下の範囲で揺らいでいる場合や、局所的に、ドット化している場合も含む。
【０１１４】
活性層の障壁層を、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）から構成する場合、上記のように、井戸層はＩｎＧａＮから構成されているのが好ましい。
【０１１５】
上記活性層２３上には、図１３に示すように、Ａｌを含むｐ型半導体層としてのキャリアブロック層２４が形成されている。このキャリアブロック層２４は、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮから構成されているとともに、４０ｎｍ以下（たとえば、約１２ｎｍ）の厚みを有している。また、キャリアブロック層２４は、そのＡｌ組成比ｙが０．０８以上０．３５以下（たとえば、約０．１５）となるように構成されている。また、キャリアブロック層２４上には、凸部と、凸部以外の平坦部とを有するｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｐ型ガイド層２５が形成されている。ｐ型ガイド層２５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２６が形成されている。ｐ型クラッド層２６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２７が形成されている。そして、ｐ型コンタクト層２７とｐ型クラッド層２６とｐ型ガイド層２５の凸部とによって、約１μｍ〜約１０μｍ（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２８が構成されている。このリッジ部２８は、図１１に示すように、平面的に見て、ｃ軸［０００１］方向に延びるように形成されている。
【０１１６】
また、図１４に示すように、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａ（最もキャリアブロック層２４側の井戸層２３ａ（２３２ａ））との間の距離ｈは、キャリアの井戸層２３ａへの注入効率を向上させるために、約６０ｎｍに設定されている。キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈは、８０ｎｍ以下に設定されているのが好ましく、３０ｎｍ以下に設定されていればより好ましい。第１実施形態では、上記距離ｈは、第３障壁層２３３ｂの厚みと同じになっている。
【０１１７】
なお、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを２００ｎｍ以上とすれば、キャリアブロック層２４から活性層２３までキャリアが拡散していくときに電流が広がるため、輝点状発光が若干抑制される。その一方、ｍ面に対してオフ角度が設けられた成長主面１０ａを有する上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いれば、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを、２００ｎｍ以上としなくても、輝点状発光を効果的に抑制することができる。たとえば、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを、１２０ｎｍよりも短くした場合でも、輝点状発光を効果的に抑制することができる。キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈは、短い方がキャリアの井戸層２３ａへの注入効率が向上するため好ましい。このため、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを、１２０ｎｍより短くすることにより、キャリアの井戸層２３ａへの注入効率を向上させることができる。
【０１１８】
ここで、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００では、図１２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の所定領域に上記した凹部２（掘り込み領域３）が形成されている。この凹部２は、平面的に見て、リッジ部２８（光導波領域２９（図１３参照））と平行方向（ｃ軸［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１００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２８が形成されている。
【０１１９】
また、第１実施形態では、上述したように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａに凹部２（掘り込み領域３）が形成されていることにより、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面（窒化物半導体層２０を構成する各層の表面）に窪み３５が形成された状態となっている。そして、この窪み３５によって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。
【０１２０】
また、第１実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、層厚傾斜領域５および発光部形成領域６が形成されている。上記層厚傾斜領域５は、凹部２（掘り込み領域３）に対して、一方側（Ａ１側）に形成されており、上記発光部形成領域６は、凹部２（掘り込み領域３）に対して、層厚傾斜領域５と反対側の他方側（Ａ２側）に形成されている。そして、この層厚傾斜領域５によっても、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。
【０１２１】
このように、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を有している。
【０１２２】
さらに、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０の結晶性が良好となっている。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の表面モフォロジーが非常に良好となっている。このため、窒化物半導体層２０にクラックが発生しにくくなっている。
【０１２３】
したがって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子定数差などが大きくなる、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮ層を成長主面１０ａ上に形成した場合でも、クラックの発生が抑制される。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０において、クラックの発生が抑制されている。
【０１２４】
なお、上記リッジ部２８は、結晶性および表面モフォロジーが良好な発光部形成領域６の所定領域に形成されている。
【０１２５】
また、図１２および図１３に示すように、リッジ部２８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層３０が形成されている。具体的には、ｐ型ガイド層２５上、ｐ型クラッド層２６の側面上およびｐ型コンタクト層２７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３０が形成されている。
【０１２６】
絶縁層３０およびｐ型コンタクト層２７の上面上には、ｐ型コンタクト層２７の一部を覆うように、ｐ側電極３１が形成されている。このｐ側電極３１は、ｐ型コンタクト層２７を覆っている部分において、ｐ型コンタクト層２７と直接接触している。また、ｐ側電極３１は、絶縁層３０（ｐ型コンタクト層２７）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。
【０１２７】
また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１０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３２が形成されている。
【０１２８】
また、窒化物半導体レーザ素子１００における光出射面４０ａ（図１１参照）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４０ｂ（図１１参照）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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
第１実施形態では、上記のように、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから障壁層２３ｂを構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、ダークラインの発生に起因する発光効率の低下を抑制することができる。また、ダークラインの発生を抑制することによって、発光効率の劣化を抑制することができる。これにより、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、ダークラインの発生を抑制することによって、均一発光の発光パターンを得ることができるので、ゲインを高めることができる。
【０１３１】
また、障壁層２３ｂにＡｌＩｎＧａＮ層を用いることによって、ダークラインの発生抑制効果に加えて、光閉じ込めの向上効果を得ることもできる。また、ＡｌＩｎＧａＮからなる障壁層２３ｂ上に井戸層２３ａを形成することによって、井戸層２３ａに取り込まれるＩｎの効率を非常に良好にすることもできる。このため、Ｉｎのガス流量を少なくした場合でも、高いＩｎ組成比を維持することができる。これにより、Ｉｎの取り込み効率を向上させることができる。その結果、より有効に長波長化を図ることができる。また、原料ガス（たとえば、ＴＭＩｎ）の消費量を削減することができるため、コスト的にもメリットがある。
【０１３２】
さらに、第１実施形態では、障壁層２３ｂをＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、障壁層２３ｂをＧａＮやＩｎＧａＮから構成した場合に比べて、界面の急峻性を向上させることができるので、Ｘ線回折測定によるサテライトピークを明瞭化することができる。これは、障壁層２３ｂがＡｌとＩｎとを含むことで、Ｉｎの凝集や拡散が抑制されたり、活性層２３の熱ダメージが抑制されたりしたためであると考えられる。
【０１３３】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成することによって、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する各層）の表面に窪み３５を形成することができる。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０と窒化物半導体層２０との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層２０に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層２０（非掘り込み領域４上に形成される窒化物半導体層２０）の歪みを、掘り込み領域３上の窒化物半導体層２０の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２０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。したがって、上記のように構成することにより、クラックの発生が抑制された、信頼性および素子特性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を得ることができる。
【０１３４】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成することによって、活性層２３の障壁層２３ｂを、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ）から構成することにより生じる活性層２３の歪みを有効に緩和することができる。これにより、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。また、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成することによって、活性層２３に生じる歪みを緩和することができる。このため、ダークラインの発生および拡大を抑制することもできる。これにより、輝度および信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を得ることができる。
【０１３５】
さらに、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａとすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化、面内の波長ムラを抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、ＥＬ発光パターンを改善することができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子の発光効率をより向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体レーザ素子１００を得ることができる。なお、上記のような輝点状発光の抑制効果が得られる理由として、ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向のオフ角度を持つことで、成長主面１０ａ上に活性層２３（井戸層２３ａ）を成長させる際に、Ｉｎ原子のマイグレーションの方向が変化し、Ｉｎ組成比の高い（Ｉｎ供給量が多い）条件でもＩｎの凝集が抑制されたためであると考えられる。また、活性層２３上に形成されるｐ型半導体層の成長モードも変化するため、ｐ型不純物であるＭｇの活性化率も向上し、ｐ型半導体層が低抵抗化することも理由の一つと考えられる。なお、ｐ型半導体層が低抵抗化することにより、電流を均一に注入し易くなるので、これによりＥＬ発光パターンが均一化する。
【０１３６】
また、第１実施形態では、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、ＥＬ発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性をさらに向上させることができる。すなわち、上記のように構成することによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を容易に得ることができる。
【０１３７】
また、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａとすることによって、この成長主面１０ａ上に形成される窒化物半導体層２０の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層２０にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層２０の表面モフォロジーを良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層２０を得ることができる。このため、窒化物半導体層２０の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層２０に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層２０に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。
【０１３８】
また、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとすることによって、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された上記障壁層２３ｂの平坦性を向上させることができる。このため、平坦性の高い障壁層２３ｂ上に井戸層２３ａを形成することによって、井戸層２３ａにおけるＩｎ組成の面内分布が不均一になるのを抑制することができる。加えて、活性層２３（井戸層２３ａ）の結晶性を向上させることもできる。これにより、発光効率をさらに向上させることができる。
【０１３９】
なお、井戸層２３ａの下側（ｎ型ＧａＮ基板１０側）に形成される障壁層２３ｂを、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌsＩｎtＧａuＮ）から構成するとともに、そのＡｌ組成比ｓを０＜ｓ≦０．０８、Ｉｎ組成比ｔを０＜ｔ≦０．１０とすることで、ダークラインの発生抑制効果や活性層２３を保護する効果に加え、障壁層２３ｂの平坦性向上の効果を得ることもできる。これにより、井戸層２３ａの発光効率をより有効に向上させることができる。
【０１４０】
また、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度が設けられたｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、凹部２（掘り込み領域３）内を窒化物半導体層２０で埋まりにくくすることができる。これにより、容易に、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面に窪みが形成された状態にすることができる。その結果、容易に、クラックの発生を抑制することができる。
【０１４１】
このように、第１実施形態では、発光効率を大幅に向上させることができるので、素子特性および信頼性を向上させることができる。これにより、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。また、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。さらに、ダークラインの発生を抑制することによっても、素子特性のバラツキを低減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を増加させることができる。このため、これによっても、歩留まりを向上させることができる。
【０１４２】
また、第１実施形態では、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５を形成することによって、窒化物半導体層２０で生じた歪みを、この層厚傾斜領域５でも緩和することができる。このため、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域３上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができる。これにより、光閉じ込めを良好に行うためにＡｌの組成比が高いｎ型クラッド層２１を形成した場合でも、クラックをほとんど発生させることなく容易に形成することができる。また、上記層厚傾斜領域５によって、活性層２３の歪みを有効に緩和することができるので、ダークラインが発生するのをより効果的に抑制することができる。なお、上記のような高いクラック抑制効果が得られる理由としては、層厚傾斜領域は、そもそも層厚が薄いため、層厚傾斜領域自体、内包する歪みが少ないこと、および、層厚が徐々に（傾斜的に）変化しているために歪みが段階的に緩和されることにより、より高い歪み緩和効果が得られるためであると考えられる。
【０１４３】
また、第１実施形態では、上記のように構成することによって、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、素子特性のバラツキを低減することができる。このため、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができるので、これによっても、歩留まりを向上させることができる。また、表面モフォロジーを向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることもできる。
【０１４４】
また、第１実施形態では、凹部２（掘り込み領域３）を、平面的に見て、ｃ軸［０００１］方向と平行方向に延びるように形成することによって、上記層厚傾斜領域５を容易に形成することができるので、容易に、高い歪み緩和効果を得ることができる。
【０１４５】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．１度より大きくすることによって、ダークラインの発生を抑制しながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化および面内の波長ムラを容易に抑制することができる。
【０１４６】
なお、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａがｍ面に対してｃ軸方向にもオフ角度を有する場合には、ａ軸方向のオフ角度をｃ軸方向のオフ角度より大きくすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、ｃ軸方向のオフ角度が大きくなり過ぎることに起因して、輝点状発光の抑制効果が低減され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、容易に、発光効率を向上させることができる。また、この場合、ｃ軸方向のオフ角度を±０．１度より大きい角度とすることによって、ｃ軸方向のオフ角度が±０．１度より小さくなることに起因して、成長主面１０ａ上に成長された窒化物半導体層２０の厚みがバラツクという不都合が生じるのを抑制することができる。
【０１４７】
また、ｎ型ＧａＮ基板１０におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．５度以上とすれば、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．５度より小さくなることに起因して、層厚傾斜領域５が大きくなりすぎるという不都合が生じるのを抑制することができるとともに、層厚傾斜領域５によるクラック抑制効果（歪み緩和効果）が低減するという不都合が生じるのを効果的に抑制することができる。
【０１４８】
また、第１実施形態では、窒化物半導体レーザ素子１００の活性層２３を、ＤＱＷ構造に構成することによって、駆動電圧を容易に低減することができる。このため、これによっても、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、活性層２３をＤＱＷ構造に構成した場合でも、ＥＬ発光パターンの輝点状発光およびダークラインの発生を抑制することができる。
【０１４９】
また、第１実施形態では、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮからなるキャリアブロック層２４のＡｌ組成比ｙを０．０８以上０．３５以下に構成することによって、キャリア（電子）に対して十分に高いエネルギー障壁を形成することができるので、活性層２３に注入されたキャリアがｐ型半導体層へ流入するのをより効果的に防ぐことができる。これにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。また、キャリアブロック層２４のＡｌ組成比ｙを０．３５以下とすることによって、Ａｌ組成比ｙが大きくなり過ぎることに起因するキャリアブロック層２４の高抵抗化を抑制することができる。なお、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が大きな領域（ｘ１≧０．１５）では、活性層２３上に形成されるキャリアブロック層２４のＡｌ組成比ｙが０．０８以上になると、キャリアブロック層２４を良好に成長させることが非常に難しくなる。それは、井戸層２３ａのＩｎ濃度が増大するにしたがい、活性層２３の表面の平坦性が悪化し、Ａｌ組成比ｙの高い層を結晶性よく成膜するのが困難になるためである。しかしながら、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いれば、活性層２３（井戸層２３ａ）のＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上０．４５以下の場合でも、その活性層２３上に、Ａｌ組成比ｙが０．０８以上０．３５以下であるキャリアブロック層２４を結晶性よく形成することができる。これにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制して、ＥＬ発光パターンを均一化することができる。
【０１５０】
なお、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂ（たとえば第１実施形態では第３障壁層２３３ｂ）はＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成されていればより好ましい。キャリアブロック層２４は、障壁層２３ｂより大きなＡｌ組成比で形成されるため、キャリアブロック層２４からの応力が井戸層２３ａにかかる。このため、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂを、Ｉｎを含むように構成することで、応力を緩和することができる。また、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂは、ＡｌＩｎＧａＮを一部に含むように構成することもできる。さらに、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂは、ＡｌＧａＮ／ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの２層構造、ＡｌＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮなどの多層構造としてもよい。また、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂは、上記応力緩和の観点から、ＩｎＧａＮであってもよい。このように障壁層２３ｂを形成することで、ダークラインの発生を効果的に抑制することができる。
【０１５１】
ここで、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって得られるダークライン発生抑制効果と、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を設けた面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることで得られる輝点状発光抑制効果とは、まったく異なる効果である。すなわち、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いる場合、ｍ面などの無極性面であれば効果がある。一方、ＩｎＧａＮからなる障壁層を用いた場合でも、オフ角度をａ軸方向に設けることで、発光パターンの輝点状化を抑制することが可能となる。
【０１５２】
しかしながら、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板上にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を成膜すると結晶性などが向上するという効果が得られるため、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用い、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いた場合、障壁層の結晶性が向上する。このように、両方を組み合わせれば、相乗効果が得られるため、より好ましい。もちろん、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用い、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いれば、ダークラインの発生を抑制することができることに加えて、輝点状発光の抑制も可能となる。
【０１５３】
また、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いる場合に、掘り込み領域を形成したｍ面基板などの無極性基板を用いることによって、活性層にかかる歪みを有効に緩和することができる。これにより、ダークラインの発生やダークラインの拡大を効果的に抑制することができる。
【０１５４】
また、ａ軸方向にオフ角度を有するｍ面基板に掘り込み領域を形成することにより、層厚傾斜領域を形成することができるので、この層厚傾斜領域により、より効果的にクラックの発生を抑制することができる。もちろん、ＥＬ発光パターンの輝点状発光抑制効果も得られる。
【０１５５】
さらに、ａ軸方向にオフ角度を有するｍ面基板に掘り込み領域を形成し、この基板を用いて発光素子を形成する際に、活性層の障壁層をＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ダークラインの発生抑制効果、輝点状発光の抑制効果およびクラックの発生抑制効果を得ることができる。このため、ダークラインが発生したり、ダークラインが拡大したりするのをさらに効果的に抑制することができるためより好ましい。
【０１５６】
図１５〜図３２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および図１４〜図３２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１００の製造方法について説明する。
【０１５７】
まず、ｍ面に対してオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を準備する。このｎ型ＧａＮ基板１０は、たとえば、ｃ面（０００１）を主面とするＧａＮバルク結晶から切り出した基板を種基板とし、この種基板上にＧａＮ結晶を成長させることによって作製される。具体的には、図１５に示すように、下地基板３００上にＳｉＯ2からなる保護膜（図示せず）を部分的に形成した後、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのエピタキシャル成長法を用いて、下地基板３００上に保護膜の上からＧａＮバルク結晶を成長させる。これにより、保護膜が形成されていない部分から成長が開始し、保護膜上部でＧａＮ結晶の横方向の成長が生じる。そして、横方向に成長したＧａＮ結晶同士が保護膜上で接合して成長を続け、下地基板３００上にＧａＮ結晶層４００ａが形成される。このＧａＮ結晶層４００ａは、下地基板３００を除去した後にも自立して取り扱いが可能なように、十分に厚く形成する。次に、形成されたＧａＮ結晶層４００ａから、たとえば、エッチングなどによって、下地基板３００を除去する。これにより、図１６に示すように、ｃ面（０００１）を主面とするＧａＮバルク結晶４００が得られる。なお、下地基板３００としては、たとえば、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などを用いることが可能である。また、ＧａＮバルク結晶４００の厚みＳは、たとえば、約３ｍｍとすることができる。
【０１５８】
次に、得られたＧａＮバルク結晶４００の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工することにより、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとする。この平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定する算術平均粗さＲａであり、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって測定することができる。
【０１５９】
次に、ＧａＮバルク結晶４００を、［１−１００］方向と垂直な複数の面でスライスすることにより、ｍ面｛１−１００｝を主面とする複数のＧａＮ結晶基板４１０を厚みＴ（たとえば、１ｍｍ）（幅Ｓ：３ｍｍ）で切り出す。そして、切り出したＧａＮ結晶基板４１０の研削および研磨加工が施されていない４面を研削および研磨加工することにより、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとする。その後、図１７および図１８に示すように、複数のＧａＮ結晶基板４１０において、その主面が互いに平行となるようにするとともに、それらＧａＮ結晶基板４１０の［０００１］方向が同一となるようして、互いに隣接させて配置する。
【０１６０】
続いて、図１９に示すように、互いに隣接させて配置した複数のＧａＮ結晶基板４１０を種基板として、これらＧａＮ結晶基板４１０のｍ面｛１−１００｝上に、ＨＶＰＥ法などのエピタキシャル成長法を用いて、ＧａＮ結晶を成長させる。これにより、ｍ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板１が得られる。次に、得られたｎ型ＧａＮ基板１の主面を化学的機械的研磨処理によって研磨することにより、ａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度を独立して制御し、ｍ面に対するａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度を所望のオフ角度とする。このオフ角度は、Ｘ線回折法により測定することができる。これにより、ｍ面に対してオフ角度を有する面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板１０が得られる。
【０１６１】
なお、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の作製において、オフ角度が大きい基板を作製する場合には、ＧａＮバルク結晶４００から複数のＧａＮ結晶基板４１０を切り出す際に、ＧａＮ結晶基板４１０の主面がｍ面｛１−１００｝面に対して所望のオフ角度を有するように、［１−１００］方向に対して所定の切り出し角度で切り出してもよい。このようにすれば、ＧａＮ結晶基板４１０の主面がｍ面｛１−１００｝面に対して所望のオフ角度を有する面となるため、その主面上に形成されるｎ型ＧａＮ基板１（１０）の主面（成長主面）もｍ面｛１−１００｝面に対して所望のオフ角度を有する面となる。
【０１６２】
また、ＧａＮバルク結晶４００（図１６参照）から切り出したＧａＮ結晶基板４１０の主面を化学的機械的研磨処理によって研磨することにより、このＧａＮ結晶基板４１０を、ｎ型ＧａＮ基板１０として用いることもできる。この場合、ＧａＮ結晶基板４１０の幅Ｓは、３ｍｍ以上とすることもできる。
【０１６３】
ここで、第１実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０におけるａ軸方向のオフ角度を、０．１度より大きい角度となるように調整する。なお、ｃ軸方向にもオフ角度を設ける場合には、ｃ軸方向のオフ角度は、±０．１度より大きい角度となるように調整するのが好ましい。また、ｃ軸方向のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度より小さい角度に調整するのが好ましい。
【０１６４】
次に、図２０に示すように、得られたｎ型ＧａＮ基板１０の上面（成長主面１０ａ）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４２０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４２０上に、レジストパターンとしての開口部４３０ａを有するレジスト層４３０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４３０をマスクとしてＳｉＯ2層４２０をエッチングすることにより、ＳｉＯ2層４２０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４３０を除去する。なお、レジスト層４３０を除去せずに、そのまま、次の工程を行ってもよい。
【０１６５】
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４２０をマスクとして、ｎ型ＧａＮ基板１０をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ基板１０の所定領域を選択的に除去する。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１０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１０に上記した凹部２（掘り込み領域３）がｃ軸方向と平行方向に延びるように形成される。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度より大きい所定の角度となるように形成する。
【０１６６】
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４２０（図２３参照）を除去する。
【０１６７】
次に、図２５に示すように、上記のように加工されたｎ型ＧａＮ基板１０（加工基板）の成長主面１０ａ上に、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、窒化物半導体各層２１〜２７を成長させる。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２１、約０．２μｍの厚みを有するｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｎ型ガイド層２２、および活性層２３を順次成長させる。なお、活性層２３を成長させる際には、図１４に示したように、ＩｎＧａＮ（Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎ）からなる２つの井戸層２３ａと、ＡｌＩｎＧａＮ（ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１））からなる３つの障壁層２３ｂとを交互に成長させる。具体的には、ｎ型ガイド層２２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２３１ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第１井戸層２３１ａ、約１６ｎｍの厚みを有する第２障壁層２３２ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第２井戸層２３２ａおよび約６０ｎｍの厚みを有する第３障壁層２３３ｂを順次成長させる。これにより、ｎ型ガイド層２２上に、２つの井戸層２３ａと３つの障壁層２３ｂとからなるＤＱＷ構造を有する活性層２３が形成される。このとき、井戸層２３ａ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２３ｂは、そのＡｌ組成比ｓが、たとえば、０＜ｓ≦０．０８、そのＩｎ組成比ｔが、たとえば、０＜ｔ≦０．１０となるように構成する。
【０１６８】
次に、図２５に示すように、活性層２３上に、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮからなるキャリアブロック層２４、約０．０５μｍの厚みを有するｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｐ型ガイド層２５、約０．５μｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｐ型クラッド層２６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２７を順次成長させる。この際、キャリアブロック層２４は、その厚みが４０ｎｍ以下（たとえば、約１２ｎｍ）となるように形成するのが好ましい。また、キャリアブロック層２４は、そのＡｌ組成比ｙが０．０８以上０．３５以下（たとえば、約０．１５）となるように構成する。なお、ｎ型窒化物半導体層２０ａ（ｎ型クラッド層２１およびｎ型ガイド層２２）には、ｎ型不純物として、たとえば、Ｓｉをドープし、ｐ型窒化物半導体層２０ｂ（キャリアブロック層２４、ｐ型ガイド層２５、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７）には、ｐ型不純物として、たとえば、Ｍｇをドープする。
【０１６９】
また、第１実施形態では、ｎ型窒化物半導体層２０ａは、９００℃以上であって、１３００℃より低い成長温度（たとえば、１０７５℃）で形成する。また、活性層２３の井戸層２３ａは、６００℃以上７７０℃以下の成長温度（たとえば、７００℃）で形成する。井戸層２３ａに接する障壁層２３ｂは、井戸層２３ａと同じ成長温度（たとえば、７００℃）で形成してもよい。Ａｌを含む窒化物半導体層である障壁層２３ｂは、井戸層２３ａより高い温度で形成することもできる。障壁層２３ｂの成長温度としては、６００℃以上９００℃以下が好ましい。さらに、ｐ型窒化物半導体層２０ｂは、７００℃以上であって、９００℃より低い成長温度（たとえば、８８０℃）で形成する。なお、ｎ型窒化物半導体層２０ａの成長温度は、９００℃以上１３００未満が好ましく、１０００℃以上１３００未満であればより好ましい。また、活性層２３の井戸層２３ａの成長温度は、６００℃以上８３０℃以下が好ましく、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上の場合には、６００℃以上７７０℃以下が好ましい。６３０℃以上７４０℃以下であればより好ましい。また、活性層２３の障壁層２３ｂの成長温度は、井戸層２３ａと同じ温度か、井戸層２３ａより高い温度が好ましい。さらに、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度は、７００℃以上９００℃未満が好ましく、７００℃以上８８０℃以下であればより好ましい。もちろん、９００℃以上の温度でｐ型窒化物半導体層２０ｂを形成してもｐ型伝導が得られるため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを９００℃以上の温度で形成してもよい。
【０１７０】
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。
【０１７１】
ここで、第１実施形態では、図１に示したように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成されているため、凹部２内が窒化物半導体層２０で埋め込まれにくくなっている。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層２０を形成した際に、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面（窒化物半導体層２０を構成する各層の表面）に容易に窪み３５が形成された状態となる。そして、この窪み３５によって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和される。
【０１７２】
また、第１実施形態では、図７および図８に示したように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５が形成される。この層厚傾斜領域５は、図９に示したように、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の近傍領域に、凹部２（掘り込み領域３）と平行方向に延びる略帯状に形成される。そして、この層厚傾斜領域５によっても、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和される。
【０１７３】
このように、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では、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果が得られる。
【０１７４】
さらに、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａを、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成することによって、成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０の結晶性が良好となる。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の表面モフォロジーが非常に良好となる。このため、窒化物半導体層２０にクラックが発生しにくくなる。
【０１７５】
したがって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子定数差などが大きくなる、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮ層を成長主面１０ａ上に形成した場合でも、クラックの発生が抑制される。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、クラックの発生が抑制された窒化物半導体層２０が形成される。
【０１７６】
また、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０には、層厚傾斜領域５に比べて層厚変動が非常に小さい、発光部（リッジ部２８）の形成に適した発光部形成領域６が形成される。この発光部形成領域６は、その表面モフォロジーが非常に良好であり、層厚変動が非常に小さい。
【０１７７】
続いて、図２６に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、発光部形成領域６（図７および図８参照）におけるｐ型コンタクト層２７上に、約１μｍ〜約１０μｍ（たとえば約１．５μｍ）の幅を有するとともに、ｃ軸［０００１］方向に延びるストライプ状（細長状）のレジスト４４０を形成する。そして、図２７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法を用いて、レジスト４４０をマスクとしてｐ型ガイド層２５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２５の凸部とｐ型クラッド層２６とｐ型コンタクト層２７とによって構成されるとともに、ｃ軸［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２８（図１０および図２７参照）が形成される。
【０１７８】
次に、図２８に示すように、リッジ部２８上にレジスト４４０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３０を形成し、リッジ部２８を埋め込む。そして、リフトオフによりレジスト４４０を除去することによって、リッジ部２８の上部のｐ型コンタクト層２７を露出させる。これにより、リッジ部２８の両脇に、図２９に示すような絶縁層３０が形成される。
【０１７９】
次に、図３０に示すように、真空蒸着法などを用いて、基板側（絶縁層３０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３０（ｐ型コンタクト層２７）上に、多層構造からなるｐ側電極３１を形成する。
【０１８０】
次に、基板を分割し易くするために、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面を研削または研磨することにより、ｎ型ＧａＮ基板１０を１００μｍ程度の厚みまで薄くする。その後、図１に示したように、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上に、真空蒸着法などを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１０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３２を形成する。なお、ｎ側電極３２の形成前に、ｎ側の電気特性の調整などの目的でドライエッチングやウェットエッチングを行ってもよい。
【０１８１】
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５０が形成される。
【０１８２】
その後、図３１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、ウェハ（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４０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４０）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。
【０１８３】
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、図３２に示すように、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、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００が製造される。なお、分割予定性Ｐ２は、上記のように、凹部２に対して層厚傾斜領域５側に設定してもよいし、凹部２に対して層厚傾斜領域５とは反対側に設定してもよい。
【０１８４】
上記の製造方法により得られた第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、図３３に示すように、サブマウント１５１を介してステム１５２上にマウントされ、ワイヤ１５３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１５４がステム１５２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（半導体装置）１５０に組み立てられる。
【０１８５】
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では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板１０に予め凹部２（掘り込み領域３）を形成しておくことによって、ｎ型ＧａＮ基板１０上に形成される窒化物半導体層２０の歪みを緩和することができる。このため、窒化物半導体層２０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ので、１枚のウェハから得られる良品の数を増加させることができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。
【０１８６】
また、第１実施形態の製造方法では、凹部２（掘り込み領域３）が形成された上記ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層２０を形成する際に、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから障壁層２３ｂを構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。これにより、発光効率が向上された、輝度の高い窒化物半導体レーザ素子１００を製造することができる。
【０１８７】
また、第１実施形態の製造方法では、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成することによって、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から障壁層２３ｂを構成することにより生じる活性層２３の歪みを有効に緩和することができる。これにより、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。
【０１８８】
また、窒化物半導体ウェハ５０を分割する際に、凹部２（掘り込み領域３）上に形成された窪み３５全体が個々の素子に含まれるように、窒化物半導体ウェハ５０を分割することによって、素子に含まれる窪み部分で、活性層２３の歪みをより緩和することもできる。これにより、ダークラインの発生および拡大を効果的に抑制することもができる。
【０１８９】
さらに、第１実施形態の製造方法では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとする上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、輝点状発光の抑制効果も得ることができる。加えて、上記障壁層２３ｂの結晶性を良好にすることができるとともに、その表面モフォロジーも良好にすることができる。これにより、発光効率をより向上させることができる。
【０１９０】
なお、第１実施形態の製造方法では、凹部２（掘り込み領域３）を、平面的に見て、ｃ軸方向と平行方向に延びるように形成することによって、窒化物半導体層２０における凹部２（掘り込み領域３）の近傍部分（掘り込み領域３の隣）に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５を容易に形成することができる。そして、この層厚傾斜領域５によっても、窒化物半導体層２０の歪みを緩和することができるので、非常に高いクラック抑制効果を得ることができる。
【０１９１】
また、第１実施形態の製造方法では、ｎ型窒化物半導体層２０ａを、９００℃以上の高温で形成することによって、ｎ型窒化物半導体層２０ａの層表面を平坦化することができる。このため、平坦化されたｎ型窒化物半導体層２０ａ上に活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを形成することにより、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂにおける結晶性の低下を抑制することができる。そのため、これによっても、高品質な結晶を形成することができる。また、ｎ型窒化物半導体層２０ａを、１３００℃より低い成長温度で形成することによって、１３００℃以上の成長温度で形成されることに起因して、昇温時にｎ型ＧａＮ基板１０の表面が再蒸発し、表面荒れが引き起こされるという不都合が生じるのを抑制することができる。したがって、このように構成することにより、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を容易に製造することができる。
【０１９２】
また、第１実施形態の製造方法では、活性層２３の井戸層２３ａを、６００℃以上の成長温度で形成することによって、６００℃より低い成長温度で形成することに起因して、原子の拡散長が短くなり結晶性が悪化するという不都合が生じるのを抑制することができる。また、活性層２３の井戸層２３ａを、７７０℃以下の成長温度で形成することによって、７７０℃より高い成長温度（たとえば、８３０℃以上）で活性層２３の井戸層２３ａが形成されることに起因して、熱ダメージによって活性層２３が黒色化され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、井戸層２３ａに接する障壁層２３ｂの成長温度は、井戸層２３ａと同じ温度か、井戸層２３ａより高い温度が好ましい。
【０１９３】
また、第１実施形態の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを、７００℃以上の成長温度で形成することによって、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度が低すぎることに起因して、ｐ型窒化物半導体層２０ｂが高抵抗化されるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを、１１００℃より低い成長温度で形成することによって、活性層２３の熱ダメージを低減することができる。
【０１９４】
なお、ｃ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板を用いた場合、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを９００℃より低い成長温度で形成すると、ｐ型窒化物半導体層２０ｂが非常に高抵抗となってしまい、デバイス（窒化物半導体素子）としての使用が難しくなる。その一方、ｍ面に対してａ軸方向のオフ角度が設けられた面を成長主面１０ａとする上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、９００℃より低い成長温度であっても、ｐ型不純物としてＭｇをドープすることにより、ｐ型伝導を得ることができる。特に、活性層２３の井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が、０．１５以上０．４５以下の場合には、Ｉｎの偏析などにより、面内でＩｎ組成のバラツキが生じやすくなる。このため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度は低い方が好ましい。また、活性層２３の井戸層２３ａの成長温度とｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度との差は、４５０℃未満が活性層２３の熱ダメージ回避の意味で好ましく、３００℃以下であればより好ましい。ただし、Ｉｎ組成比ｘ１が０．１５より小さい場合には、Ｉｎの偏析などの問題も少ないため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度として、９００℃以上でも問題はない。
【０１９５】
また、活性層２３の障壁層２３ｂを、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ）から構成することで、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを形成する際に発生する熱ダメージに対して活性層２３（井戸層２３ａ）が強くなる。このため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを１０００℃以上の高い成長温度で形成することができる。これにより、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを高温で形成することによって、ｐ型窒化物半導体層２０ｂで発生する欠陥などを抑制して、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの結晶性を高めることができる。すなわち、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度の自由度を格段に向上させることが可能となる。その結果、デバイスに必要なスペックなどを考慮して、最も適切な成長温度で半導体層を成膜することができる。
【０１９６】
次に、上記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。
【０１９７】
この実験では、まず、確認用試料１として、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、ダークライン抑制効果の確認を行った。なお、確認用試料１に用いたｎ型ＧａＮ基板のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度が１．７度、ｃ軸方向のオフ角度が＋０．５度であった。
【０１９８】
また、確認用試料１では、活性層の障壁層は、Ａｌ0.01Ｉｎ0.03Ｇａ0.96ＮのＡｌ組成１％で形成した。障壁層のＡｌ組成は、ＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；オージェ電子分光法）で測定した。また、比較用試料１として、ｍ面ＧａＮ基板を用いて、その基板上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製した。ただし、比較用試料１では、ＧａＮ基板として、ｍ面ジャスト基板を用いており、障壁層をＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎで形成している。すなわち、比較用試料１は、障壁層を、ＡｌＩｎＧａＮに代えて、ＩｎＧａＮから構成した点、および、ｎ型ＧａＮ基板にｍ面ジャスト基板を用いた点が確認用試料１と異なる。
【０１９９】
そして、作製した確認用試料１および比較用試料１を用いて、ＰＬ（ｐｈｏｔｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光パターンの観察を行った。具体的には、波長４０５ｎｍの光を試料に照射して、活性層のみの選択励起を行い、活性層の発光パターンを観察した。
【０２００】
上記した図５０は、障壁層をＩｎＧａＮから構成した比較用試料１のＰＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真であり、上記した図５２は、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した第１実施形態による確認用試料１のＰＬ発光パターンの顕微鏡写真である。
【０２０１】
図５０に示すように、障壁層をＩｎＧａＮから構成した比較用試料１では、ｃ軸方向（〈０００１〉方向）にダークラインが多数発生していた。これに対し、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した確認用試料１では、図５２より、ダークラインが全く発生していないことが分かる。なお、ダークラインは、電流注入によるＥＬ発光パターン中でも、その発生を確認することができるが、上記のように、活性層を選択励起したＰＬ発光パターンでも明瞭に観察することができる。これは、ダークラインが活性層に発生しているためであると考えられる。
【０２０２】
次に、確認用試料２として、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、クラック抑制効果の確認を行った。なお、確認用試料２に用いたｎ型ＧａＮ基板のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度が＋２．２度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．１８度であった。また、凹部（掘り込み領域）の周期は、４００μｍとした。
【０２０３】
また、比較用試料２として、ａ軸方向にオフ角度を有さないｎ型ＧａＮ基板（ほぼｍ面ジャスト基板）上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、確認用試料２と同様、観察に供した。比較用試料２に用いたｎ型ＧａＮ基板の具体的なオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度が０度、ｃ軸方向のオフ角度が＋０．０５度であった。比較用試料２のその他の構成は、確認用試料２と同じ構成とした。また、確認用試料２および比較用試料２における窒化物半導体各層の成膜は、ＭＯＣＶＤ装置にて同時に行った。
【０２０４】
図３４は、確認用試料２の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真であり、図３５は、比較用試料２の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。
【０２０５】
図３４および図３５に示すように、ａ軸方向にオフ角度を有するｎ型ＧａＮ基板を用いた確認用試料２では、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５が形成されているのが観察された。また、このような層厚傾斜領域５は、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の近傍領域に、凹部２（掘り込み領域３）と平行方向に延びる略帯状に形成されることが確認された。さらに、確認用試料２では、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層における層厚傾斜領域５以外の領域（発光部形成領域６）において、非常に良好な表面モフォロジーが明瞭に観察された。これより、ａ軸方向にオフ角度を有する基板を用いることによって、表面モフォロジーを改善することが可能であることが確認された。
【０２０６】
また、比較用試料２では、窒化物半導体層の成膜後に、１０〜２０本／ｃｍ2程度のクラックの発生が観察されたが、確認用試料２では、成膜後のクラックの発生は観察されなかった。ちなみに、掘り込み領域を形成しないＧａＮ基板を用いて、同様の窒化物半導体各層の成膜を行ったところ、７０〜９０本／ｃｍ2程度のクラックの発生が観察された。すなわち、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、クラックの発生抑制効果が得られ、さらに、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、窒化物半導体層に層厚傾斜領域が形成され、これによって、より高いクラックの発生抑制効果が得られることが確認された。
【０２０７】
以上より、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板に、凹部（掘り込み領域）を形成することによって、非常に高いクラック抑制効果が得られることが確認された。
【０２０８】
なお、上記確認用試料２および上記比較用試料２を用いてＬＥＤ素子を作製し、各ＬＥＤ素子を駆動電流１００ｍＡで駆動させたところ、いずれのＬＥＤ素子でも、２００時間の駆動後もＥＬ発光パターンにダークラインの発生が見られなかった。これは、基板に掘り込み領域を形成したことで、活性層の歪みが有効に緩和されているためであると考えられる。
【０２０９】
また、確認用試料２を用いて作製したＬＥＤ素子では、閾値電流の値が５５ｍＡと非常に低い結果が得られた。これは、輝点状発光の抑制と、ダークラインの発生抑制および基板に掘り込み領域を形成したことによる活性層の歪み緩和効果によるものと考えられる。
【０２１０】
また、比較用試料２を用いて作製したＬＥＤ素子でも、障壁層にＩｎＧａＮ層を用いた構造より明らかに効果があり好ましい。確認用試料２の構成であればさらに好ましい。
【０２１１】
次に、層厚傾斜領域に及ぼすａ軸方向のオフ角度の影響を確認するために、ａ軸方向のオフ角度の異なる４種類のｎ型ＧａＮ基板を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した後、窒化物半導体層に形成される層厚傾斜領域の幅を調べた。上記４種類のｎ型ＧａＮ基板のａ軸方向のオフ角度は、＋０．５度、＋１．０度、＋２．０度、＋３．０度である。また、４種類のｎ型ＧａＮ基板のｃ軸方向のオフ角度は、それぞれ、−０．２度程度である。なお、凹部（掘り込み領域）は、上記第１実施形態と同じになるように、幅５μｍ、深さ５μｍとした。また、凹部（掘り込み領域）の周期は、４００μｍとした。さらに、基板上に成膜される窒化物半導体各層は、上記第１実施形態と同様とした。
【０２１２】
その結果、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域の幅が狭くなる傾向が認められた。具体的には、ａ軸方向のオフ角度が＋０．５度の場合には、層厚傾斜領域の幅は１８８．４μｍであり、ａ軸方向のオフ角度が＋１．０度の場合には、層厚傾斜領域の幅は９２．２μｍであった。また、ａ軸方向のオフ角度が＋２．０度の場合には、層厚傾斜領域の幅は４６．５μｍであり、ａ軸方向のオフ角度が＋３．０度の場合には、層厚傾斜領域の幅は３２．７μｍであった。
【０２１３】
また、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域の傾斜（層厚傾斜角度）もきつくなる傾向が認められた。
【０２１４】
なお、ａ軸方向のオフ角度が＋０．５度の場合には、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の半分程度を層厚傾斜領域が占める結果となった。このため、ａ軸方向のオフ角度が０．５度より小さい場合には、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の半分以上を層厚傾斜領域が占めてしまう。ここで、デバイスの動作する領域（発光デバイスであれば発光領域）は、表面モフォロジーの良好な発光部形成領域に形成するのが好ましい。このため、デバイスの動作する領域（発光部（リッジ部））を作製できる領域（発光部形成領域）を確保する意味で、ａ軸方向のオフ角度は、０．５度以上であるのが好ましい。
【０２１５】
次に、確認用素子として、図３６に示すような発光ダイオード素子１１０を作製し、ＥＬ発光パターンの観察を行った。なお、ＥＬ発光パターンの観察に発光ダイオード素子を用いたのは、窒化物半導体レーザ素子では、リッジ部の形成によって電流注入される領域が狭められているため、ＥＬ発光パターンの観察が困難になるからである。
【０２１６】
この確認用素子（発光ダイオード素子１１０）は、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０上に、同様の窒化物半導体層（半導体各層）を形成することによって作製した。窒化物半導体層の形成は、上記第１実施形態と同様の方法を用いて行った。具体的には、図３６に示すように、ｍ面に対してオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いて、その成長主面１０ａ上に、ｎ型クラッド層２１、ｎ型ガイド層２２、活性層２３、キャリアブロック層２４、ｐ型ガイド層２５、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７を順次形成した。次に、ｐ型コンタクト層２７上に、ｐ側電極１３１を形成した。このｐ側電極１３１は、ＥＬ発光パターンを確認するために透明電極とした。また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ側電極３２を形成した。確認用素子におけるｎ型ＧａＮ基板１０のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角が＋２．２度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．１８度であった。また、確認用素子における井戸層のＩｎ組成比は、０．２９であり、障壁層のＡｌ組成比は、２％であった。すなわち、この確認用素子では、井戸層をＩｎ0.29Ｇａ0.71Ｎから構成し、障壁層をＡｌ0.02Ｉｎ0.03Ｇａ0.95Ｎから構成した。なお、上記確認用素子は、発光部形成領域が発光領域となるように形成している。このようにして作製した確認用素子（発光ダイオード素子１１０）に電流注入を行うことによって、確認用素子（発光ダイオード素子１１０）を発光させ、面内光分布を観察した。図３７に、確認用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真を示す。
【０２１７】
また、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板（ほぼｍ面ジャスト基板：ａ軸方向のオフ角度が０度、ｃ軸方向のオフ角度が＋０．０５度）を用いた発光ダイオード素子を比較用素子として作製した。この比較用素子は、上記確認用素子と同一方法で作製した。Ｉｎガス流量は、確認用素子と同一としたが、比較用素子における井戸層のＩｎ組成比は、０．２であった。比較用素子のその他の構成は、上記確認用素子と同様である。そのため、比較用素子の障壁層は、確認用素子と同じＡｌ0.02Ｉｎ0.03Ｇａ0.95Ｎ層となっている。そして、確認用素子と同様に、面内光分布の観察を行った。比較用素子は、ＧａＮ基板にｍ面ジャスト基板を用いている点、および井戸層のＩｎ組成比が０．２である点を除き、確認用素子（発光ダイオード素子１１０）と同様の構成とした。
【０２１８】
図３８は、比較用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真である。図３８に示すように、比較用素子では、ＥＬ発光パターンが輝点状化しているのに対し、図３７に示すように、確認用素子では、ＥＬ発光パターンの輝点状化が抑制され、均一発光のＥＬ発光パターンとなっているのがわかる。これより、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化が抑制されることが確認された。また、確認用素子および比較用素子の発光効率を測定したところ、確認用素子の発光効率は、比較用素子の発光効率に対して１．５倍に増加していることが確認された。なお、確認用素子の発光波長は、５３０ｎｍであり、比較用素子の発光波長は、４９０ｎｍであった。このことより、オフ角度を制御した確認用素子では、ｍ面ジャスト基板を用いた比較用素子に比べて、Ｉｎの取り込みに関しても効率がよいことが確認された。以上より、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を設けることにより、緑色の波長領域において、輝点状発光の抑制効果が得られ、発光効率が増加することが確認された。
【０２１９】
また、確認用素子および比較用素子のいずれも、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いているため、ダークラインの発生は見られなかった。また、確認用素子では、ａ軸方向にオフ角度を有するｍ面窒化物半導体基板を用いているため、輝点状発光が抑制されて、発光パターンが均一となっていた。このため、確認用素子では、輝点状発光の抑制、さらにダークラインの発生の抑制とより好ましい状態であった。なお、確認用素子では、層厚傾斜領域が形成されたこともあり、クラックの発生は認められなかった。
【０２２０】
続いて、ａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度が異なる複数のｎ型ＧａＮ基板を用いて、図３６に示した発光ダイオード素子１１０と同様の素子を複数作製し、ＥＬ発光パターンの観察等の実験を行った。
【０２２１】
その結果、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を設けることで、ＥＬ発光パターンの輝点状化の抑制効果が得られることが明らかとなった。また、ａ軸方向のオフ角度が０．１度以下の範囲では、輝点状発光の抑制効果が小さく、ａ軸方向のオフ角度が０．１度より大きくなると、ＥＬ発光パターンの輝点状化の抑制効果が顕著に現れることが判明した。これにより、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ＧａＮ基板の成長主面とすることにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制可能であることが確認された。また、ａ軸方向のオフ角度をｃ軸方向のオフ角度より大きくすることにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化がより効果的に抑制されることが確認された。
【実施例１】
【０２２２】
実施例１による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が＋０．５度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．１５度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例１では、障壁層を、Ａｌ0.02Ｉｎ0.03Ｇａ0.95Ｎから構成し、井戸層をＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎから構成した。また、上記基板には、ｃ軸方向と平行方向に掘り込み領域を形成した。実施例１のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。なお、比較例１として、障壁層をＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから構成した窒化物半導体レーザ素子を作製した。比較例１による窒化物半導体レーザ素子では、掘り込み領域は形成しておらず、その他の構成は実施例１と同様である。
【０２２３】
比較例１では、窒化物半導体層に多数のクラックが発生しており、大きく歩留まりを落とした。このため、クラックの発生しなかったわずかな素子を選別し、ＥＬ発光パターンの観察を行ったところ、１ｍｍ幅の間に１００本程度の多数のダークラインが発生していた。これに対し、実施例１では、クラックの発生はほとんど認められず、歩留まりの低下はほとんどなかった。また、実施例１のＥＬ発光パターンを観察したところ、ダークラインは全く発生していなかった。
【０２２４】
また、実施例１および比較例１について、閾値電流を測定したところ、比較例１による窒化物半導体レーザ素子では閾値電流の値が１３０ｍＡ程度であったのに対し、実施例１による窒化物半導体レーザ素子では閾値電流の値が６５ｍＡであり、実施例１による窒化物半導体レーザ素子では、比較例１に比べて、閾値電流が非常に小さくなることが確認された。これは、ダークラインの発生が抑制されて、面内で均一に発光することでゲインが大きくなったためとも考えられる。
【０２２５】
さらに、実施例１と同様の基板を用いて、同様の窒化物半導体層を形成し、電流狭窄構造を形成しないでＬＥＤ素子を作製した。そして、作製したＬＥＤ素子を駆動電流１００ｍＡで駆動させたところ、２００時間の駆動後もＥＬ発光パターンにダークラインの発生が見られなかった。これは、基板に掘り込み領域を形成したことで、活性層の歪みが有効に緩和されているためであると考えられる。
【０２２６】
なお、比較例１では、７０〜９０本／ｃｍ2程度のクラックが発生していた。これに対し、実施例１では、クラックの発生は認められず、クラックの発生が大幅に低減していた。
【実施例２】
【０２２７】
実施例２による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が４度、ｃ軸方向のオフ角度が＋１度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、障壁層がＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）からなる窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例２では、障壁層を、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０１，ｔ＝０．０３，ｕ＝０．９６）から構成した。実施例２の障壁層以外の構成は、上記第１実施形態（実施例１）と同様である。この実施例２においても、上記実施例１と同様の効果が得られた。
【０２２８】
さらに、上記実施例２の構成において、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）からなる障壁層のＡｌ組成比ｓを、０＜ｓ≦０．０８の範囲、Ｉｎ組成比ｔを、０＜ｔ≦０．１０の範囲とした場合でも、ほぼ同じ効果が得られた。
【０２２９】
なお、障壁層をＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）から構成する場合は、Ｉｎ組成よりＡｌ組成が小さいほうが好ましい。長波長領域の発光波長を実現するために、活性層を９００℃以下、通常７００℃〜８００℃程度の低温で成膜しなければならないため、Ｉｎを入れることで、低温成長において結晶性が向上するのではと考えている。また、障壁層を、Ｉｎを含むＡｌＩｎＧａＮ層にすることで、屈折率をＡｌＧａＮ層に比べ大きくすることができるので、光閉じ込めを効率的に行うことができる。
【実施例３】
【０２３０】
実施例３による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が６度、ｃ軸方向のオフ角度が−１．１度であるＧａＮ基板を用いて、障壁層がＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）からなる窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例３では、第１障壁層をＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０１，ｔ＝０，ｕ＝０．９８）から構成し、第２障壁層および第３障壁層を、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０２，ｔ＝０．０１，ｕ＝０．９７）から構成した。すなわち、実施例３では、第１障壁層をＡｌＧａＮから構成し、第２および第３障壁層を、第１障壁層とは異なるＡｌＩｎＧａＮからそれぞれ構成した。実施例３の障壁層以外の構成は、上記第１実施形態（実施例１）と同様である。また、実施例３においても、上記実施例１と同様の効果が得られた。なお、実施例３のように、第１障壁層と第２および第３障壁層との組成が異なっていてもよいし、全ての障壁層のＡｌ組成が異なっていてもよい。
【０２３１】
また、上記実施例３の構成において、ＡｌsＩｎtＧａuＮからなる障壁層のＡｌ組成比ｓを、０＜ｓ≦０．０８の範囲、Ｉｎ組成比ｔを、０＜ｔ≦０．１０の範囲とした場合でも、ほぼ同じ効果が得られた。
【０２３２】
なお、障壁層にＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）を用いる場合には、Ｉｎ組成よりＡｌ組成が大きい方が好ましい。このように構成することにより、Ａｌを含むことによる、ダークラインの発生抑制効果を高めることができる。
【実施例４】
【０２３３】
実施例４による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が６度、ｃ軸方向のオフ角度が＋２度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、実施例１とほぼ同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。すなわち、実施例４では、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した。ただし、実施例１では、３つの障壁層（第１障壁層、第２障壁層および第３障壁層）のＡｌ組成比およびＩｎ組成比を同じに構成しているのに対し、この実施例４では、異なるＡｌ組成比およびＩｎ組成比とした。具体的には、第１障壁層のＡｌ組成比を２％、Ｉｎ組成比を５％、第２および第３障壁層のＡｌ組成比を０．０８％、Ｉｎ組成比を４％とした。この実施例４においても、上記実施例１と同様の効果が得られた。なお、実施例４のように、第１障壁層のＡｌ組成比が、他の障壁層のＡｌ組成比より高い場合においても、同様の効果が得られた。
【０２３４】
（第２実施形態）
この第２実施形態では、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板を用いて窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子が形成されている。また、ＧａＮ基板の成長主面には、上記第１実施形態と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されている。さらに、活性層の障壁層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから構成されている。第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【０２３５】
第２実施形態では、上記のように、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。また、障壁層をＧａＮやＩｎＧａＮから構成した場合に比べて、界面の急峻性を向上させることができるので、Ｘ線回折測定によるサテライトピークを明瞭化することができる。
【０２３６】
また、第２実施形態では、ダークラインの発生を抑制することによって、発光効率の低下を抑制することができるので、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、ダークラインの発生を抑制することによって、均一発光の発光パターンを得ることができるので、ゲインを高めることもできる。
【０２３７】
さらに、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様、ＧａＮ基板に凹部（掘り込み領域）を形成することによって、非常に高いクラック抑制効果を得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効果的に抑制することができる。
【０２３８】
なお、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板を用いた場合には、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするＧａＮ基板を用いた場合に比べて、層表面の平坦性は劣るものの、発光効率を十分に向上させることができる。このため、十分に使用可能な発光効率を得ることができる。また、障壁層にＡｌＩｎＧａＮを用いることによって、井戸層に取り込まれるＩｎの効率を非常に良好にすることができる。このため、Ｉｎのガス流量を少なくした場合でも、高いＩｎ組成比を維持することができる。これにより、取り込み効率を向上させることができるので、有効に長波長化を図ることができる。
【０２３９】
（第３実施形態）
図３９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。図３９は、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用いられる基板の一部の断面を示している。次に、図１、図７および図３９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。なお、第３実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。
【０２４０】
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、上記した第１実施形態の構成に加えて、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜をさらに備えている。具体的には、第３実施形態では、図３９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の掘り込み領域３（凹部２の内側の領域）に、窒化物膜であるＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６０がさらに形成されている。この成長抑制膜１６０は、凹部２の底面部２ａおよび側面部２ｂを覆うように形成されている。また、上記成長抑制膜１６０は、凹部２（掘り込み領域３）内を埋め込まない厚みとなっている。
【０２４１】
さらに、上記成長抑制膜１６０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１６０は、凹部２の底面部２ａに形成された部分の厚みｔ１が約１００ｎｍ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に形成されている。このような構成により、成長抑制膜１６０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。
【０２４２】
なお、成長抑制膜１６０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１６０の厚みｔ２は、凹部２の開口幅ｇ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内が成長抑制膜で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となる。
【０２４３】
また、第３実施形態では、上記成長抑制膜１６０は、凹部２に沿って延びるように（ｃ軸［０００１］方向に延びるように）形成されている。
【０２４４】
第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【０２４５】
第３実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板１０の掘り込み領域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１６０を形成することによって、窒化物半導体層２０（図１および図７参照）の成膜時に、凹部２（掘り込み領域３）内が窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する半導体層）で埋まってしまうのを確実に抑制することができる。このため、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する各層）の表面に窪みが形成された状態により容易にすることができる。これにより、ｎ型ＧａＮ基板１０と窒化物半導体層２０との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層２０に歪みが生じた場合でも、非掘り込み領域４上に形成される窒化物半導体層２０の歪みを、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の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。
【０２４６】
特に、窒化物半導体の層（たとえば、ｎ型クラッド層）をより厚く成膜する必要がある場合には、凹部２（掘り込み領域３）が埋め込まれ易くなるため、このような場合には、上記のような成長抑制膜１６０を凹部２（掘り込み領域３）内に形成しておくことは非常に有効である。凹部２（掘り込み領域３）内が完全に埋まりきってしまうと（窪みが形成されないと）、歪みを緩和することが困難となり、クラックの抑制効果が低減するためである。
【０２４７】
また、第３実施形態では、成長抑制膜１６０を、凹部２（掘り込み領域３）内を埋め込まない厚みに形成することによって、容易に、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する各層）の表面に窪みが形成された状態にすることができる。
【０２４８】
また、第３実施形態では、成長抑制膜１６０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、より高いクラック抑制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１６０と成長抑制膜１６０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。
【０２４９】
また、ａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成し、その凹部２（掘り込み領域３）に成長抑制膜１６０を形成した場合、層厚傾斜領域５（図７参照）の幅を狭くすることができる。この場合、発光部形成領域６（図７参照）を広くすることができるため、１枚の窒化物半導体ウェハから取れるチップ数を多くとりたい場合などに好ましい。
【０２５０】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０２５１】
図４０および図４１は、本発明の第３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２０〜図２３、図４０および図４１を参照して、本発明の第３実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明する。なお、第３実施形態における成長抑制膜１６０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１６０の形成工程についてのみ説明する。
【０２５２】
まず、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板を準備し、図２０〜図２３に示した第１実施形態と同様の方法により、ｎ型ＧａＮ基板に凹部２を形成する。
【０２５３】
次に、図４０に示すように、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）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１６０ａ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ＡｌＮ膜１６０ａの厚みが約８０ｎｍとなるようにＡｌＮ膜１６０ａを形成する。
【０２５４】
そして、図４１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４２０（図４０参照）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および底面部２ａにＡｌＮ膜からなる上記成長抑制膜１６０が形成される。
【０２５５】
図４２は、第３実施形態の第１変形例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２４および図４２を参照して、第３実施形態の第１変形例では、成長抑制膜の形状が異なる場合について説明する。
【０２５６】
この第３実施形態の第１変形例では、図４２に示すように、ＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６１が凹部２内における成長主面１０ａより低い領域（位置）に形成されている。この成長抑制膜１６０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。
【０２５７】
また、上記成長抑制膜１６１は、凹部２の開口幅ｇよりも小さい所定の幅Ｄ１を有しており、上記第３実施形態と同様、凹部２に沿って延びるように（ｃ軸［０００１］方向に延びるように）形成されている。
【０２５８】
また、第３実施形態の第１変形例では、成長主面１０ａ（非掘り込み領域４の表面）から成長抑制膜１６１までの距離ｔ３が、たとえば、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１６１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。
【０２５９】
第３実施形態の第１変形例のその他の構成は、上記第３実施形態と同様である。また、第３実施形態の第１変形例の効果は、上記第３実施形態と同様である。
【０２６０】
なお、上記した成長抑制膜１６１は、たとえば、以下のようにして形成することができる。
【０２６１】
まず、上記第１実施形態と同様の方法を用いて、基板に凹部（掘り込み領域）を形成することにより、図２４に示したような、凹部２（掘り込み領域）が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０を準備する。次に、このｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａの全面にレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、凹部２の開口幅ｇ（図４２参照）より狭い範囲のレジストを選択的に除去する。これにより、レジストパターンとしての開口部が、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される。
【０２６２】
続いて、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ＡｌＮ膜を全面に形成した後、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）を用いてレジストを除去する。これにより、リフトオフによって、図４２に示したような成長抑制膜１６１が形成される。
【０２６３】
図４３は、第３実施形態の第２変形例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４３を参照して、第３実施形態の第２変形例では、成長抑制膜の形状が異なる他の例について説明する。
【０２６４】
この第３実施形態の第２変形例では、図４３に示すように、ＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６２が、凹部２（掘り込み領域３）内のみならず、非掘り込み領域４の一部にも形成されている。
【０２６５】
また、上記成長抑制膜１６２は、凹部２の開口幅ｇよりも大きい所定の幅Ｄ２を有しており、上記第３実施形態と同様、凹部２に沿って延びるように（ｃ軸［０００１］方向に延びるように）形成されている。
【０２６６】
第３実施形態の第２変形例のその他の構成は、上記第３実施形態と同様である。また、第３実施形態の第２変形例の効果は、上記第３実施形態と同様である。
【０２６７】
なお、上記した成長抑制膜１６２は、たとえば、上記第１変形例の製造方法において、レジストパターンを変更することにより、形成することができる。具体的には、フォトリソグラフィ技術を用いて、凹部２の開口幅ｇより広い範囲のレジストを選択的に除去することにより、凹部２（掘り込み領域３）と非掘り込み領域４の一部とを露出させるように、レジストパターンとしての開口部を形成する。その後、上記第１変形例と同様の方法を用いることにより、図４３に示したような成長抑制膜１６２が形成される。
【０２６８】
（第４実施形態）
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、上記第１〜第３実施形態とは異なり、窒化物半導体基板上に、一度、窒化物半導体の層を成長させた後に、凹部（掘り込み領域）が形成されている。そして、凹部（掘り込み領域）が形成された窒化物半導体基板上に、さらに、窒化物半導体層が形成（再成長）されている。なお、凹部（掘り込み領域）を形成する前の基板（窒化物半導体層が成膜された基板）を、ここでは「テンプレート基板」と呼ぶこととする。
【０２６９】
第４実施形態の具体的な構成は、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板上に、約０．５μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる第１ＡｌＧａＮ層が形成されている。この第１ＡｌＧａＮ層は、凹部（掘り込み領域）が形成される前に成膜されている。そして、ｎ型ＧａＮ基板上に第１ＡｌＧａＮ層が成膜されることによって、テンプレート基板が形成されている。
【０２７０】
このテンプレート基板の所定領域には、上記第１実施形態と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されている。また、凹部（掘り込み領域）が形成されたテンプレート基板上には、窒化物半導体各層が積層されている。そして、テンプレート基板上に、上記第１および第２実施形態と同様の素子構造が形成されている。なお、テンプレート基板上には、第２実施形態と同様の成長抑制膜が形成されていてもよい。
【０２７１】
ここで、層厚傾斜領域の幅は、上述したように、ａ軸方向のオフ角度によって決まるが、ａ軸方向のオフ角度以外に、窒化物半導体層の層厚によっても、層厚傾斜領域の幅が変化することが分かった。具体的には、基板上に積層された窒化物半導体層の全層厚が大きくなればなる程、層厚傾斜領域の幅が広くなる傾向がある。より具体的には、層厚が大きくなるに従い、凹部（掘り込み領域）に接する側から、層厚傾斜領域の幅が徐々に広がっていく。そのため、厚膜の窒化物半導体層を形成する場合には、層厚傾斜領域の幅が広がるため、発光部形成領域が狭くなり好ましくない場合がある。
【０２７２】
その一方、第４実施形態では、上記のように構成することによって、層厚傾斜領域の幅が広がるのを抑制することができる。すなわち、層厚傾斜領域は、凹部（掘り込み領域）を形成した後に成膜した窒化物半導体層から形成されるため、凹部（掘り込み領域）を形成する前に、窒化物半導体層を成膜しておくことによって、凹部（掘り込み領域）を形成した後に成膜する窒化物半導体各層の全層厚を小さくすることができる。これにより、層厚傾斜領域の幅を狭くすることができる。
【０２７３】
また、第４実施形態では、第１ＡｌＧａＮ層を形成した後、凹部（掘り込み領域）を形成することによって、より高いＡｌ組成を有する窒化物半導体層を成膜する場合でも、より効果的に歪みを緩和することができる。このため、より高いクラック抑制効果を得ることができる。
【０２７４】
なお、第４実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０２７５】
図４４〜図４６は、本発明の第４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。なお、図４６は、凹部（掘り込み領域）が形成されていない部分の断面を示している。次に、図４４〜図４６を参照して、本発明の第４実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
【０２７６】
まず、図４４に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０を用いて、その成長主面１０ａ上に、ｎ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる第１ＡｌＧａＮ層２１ａを、クラックが発生しない程度の厚み（たとえば、約０．５μｍ）で成長させる。これにより、テンプレート基板が形成される。この段階では、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部（掘り込み領域）が形成されていないため、第１ＡｌＧａＮ層２１ａには、層厚傾斜領域は形成されない。
【０２７７】
次に、ＭＯＣＶＤ装置からテンプレート基板を一度取り出す。そして、図４５に示すように、上記第１実施形態と同様の方法を用いて、テンプレート基板に凹部（掘り込み領域）２を形成する。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じた第１ＡｌＧａＮ層２１ａの歪みが、凹部２の形成によって緩和される。なお、凹部２を形成した後に、テンプレート基板上に成長抑制膜を形成してもよい。
【０２７８】
その後、凹部２が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０（テンプレート基板）を、もう一度、ＭＯＣＶＤ装置に導入し、図４６に示すように、第１ＡｌＧａＮ層２１ａ上に、約１．７μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる第２ＡｌＧａＮ層２１ｂを成長させる。これにより、第１ＡｌＧａＮ層２１ａと第２ＡｌＧａＮ層２１ｂとによって、約２．２μｍ（＝０．５μｍ＋１．７μｍ）の厚みを有するｎ型クラッド層１２１が形成される。
【０２７９】
ここで、第４実施形態では、厚みの大きい第２ＡｌＧａＮ層２１ｂを、第１ＡｌＧａＮ層２１ａ上に成長させることによって、ｎ型ＧａＮ基板１０上に直接成長させる場合に比べて、格子不整合などに起因する歪みの発生が抑制される。これにより、さらに高いＡｌ組成の窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層）を、これまでよりさらに厚く形成することが可能となる。
【０２８０】
続いて、ｎ型クラッド層１２１（第２ＡｌＧａＮ層２１ｂ）上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体各層２２〜２７を成長させる。このとき、凹部２を形成した後に成長させた窒化物半導体層から（第２ＡｌＧａＮ層２１ｂから）層厚傾斜領域が形成される。このため、凹部２を形成する前に、窒化物半導体層（ここでは、第１ＡｌＧａＮ層２１ａ）を形成しておくことによって、凹部２を形成した後に成長させる窒化物半導体各層の全層厚を小さくすることが可能となる。これにより、層厚傾斜領域の幅が狭く形成される。
【０２８１】
その後、上記第１実施形態と同様の工程を経て、第４実施形態による窒化物半導体レーザ素子が製造される。
【０２８２】
なお、テンプレート基板の最表面の層がＡｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）であった場合、ＭＯＣＶＤ装置に再度導入した後、再成長を行うために１１００℃程度まで昇温すると、Ａｌ以外のＧａやＩｎなどの原子が蒸発し、表面にＡｌリッチな高抵抗層が形成されることがある。このため、再成長させる窒化物半導体層は、７００℃〜９５０℃の範囲の成長温度で成膜するのが好ましい。この成長温度範囲であれば、Ａｌリッチの高抵抗層が形成されることなく、再成長させることができる。
【０２８３】
さらに、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合、上記のような７００℃〜９５０℃の範囲の低温成長においても、非常に結晶性がよく、表面の平坦性も高い膜が得られることが分かった。このため、このような観点からも、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いて再成長を行うことは好ましい。また、Ａｌリッチの高抵抗層の発生を抑制するためには、再成長を開始する温度が７００℃〜９５０℃の範囲であればよく、成長が開始した時点で、最適な温度まで昇温しながら成長させてもよい。
【０２８４】
また、このＡｌリッチの高抵抗層の形成抑制に関して、再成長を行う前の窒化物半導体層の表面をＧａＮ層にすることで、このような現象を抑制することが可能である。そのため、高抵抗層の形成を抑制するという観点からは、テンプレート基板の最表面の層をＧａＮ層とするのが好ましい。
【０２８５】
なお、凹部（掘り込み領域）を形成する前に成膜する窒化物半導体層は、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体層であればよい。また、１０％以下であれば、酸素を含んでいてもよい。たとえば、上記窒化物半導体層として、ＡｌＯＮなどの酸窒化物膜であってもよい。
【０２８６】
また、たとえば、基板に凹部（掘り込み領域）を形成する前に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮ層、ｎ型Ａｌ0.062Ｇａ0.938Ｎからなる第１クラッド層を順次形成することによってテンプレート基板を形成してもよい。形成したテンプレート基板は、ＭＯＣＶＤ装置から一度取り出し、凹部（掘り込み領域）を形成した後に、再度、ＭＯＣＶＤ装置に導入して、窒化物半導体各層を再成長させることができる。この場合も、上記と同様、層厚傾斜領域の幅が広がるのを抑制することができる。
【０２８７】
（第５実施形態）
図４７は、本発明の第５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４７を参照して、この第５実施形態では、実質的にオフ角度が設けられていない基板を用いて、層厚傾斜領域を形成する場合について説明する。なお、第５実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。
【０２８８】
この第５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は、図４７に示すように、ｍ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板５１０を用いて、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子が形成されている。ただし、このｎ型ＧａＮ基板５１０には、上記第１、第３および第４実施形態とは異なり、実質的にオフ角度が設けられていない。なお、ｎ型ＧａＮ基板５１０は、本発明の「窒化物半導体基板」の一例である。
【０２８９】
また、第５実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板５１０の上面上に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜１６２が形成されている。具体的には、ＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６２が、凹部２（掘り込み領域３）内のみならず、非掘り込み領域４の一部にも形成されている。すなわち、この第５実施形態では、上記第２実施形態の第２変形例と同様の成長抑制膜１６２が、ｎ型ＧａＮ基板５１０上に形成されている。そして、この成長抑制膜１６２によって、窒化物半導体層２０の成長抑制膜１６２上の部分に、層厚傾斜領域５０５が形成されている。
【０２９０】
なお、第５実施形態では、成長抑制膜１６２が、凹部２（掘り込み領域３）に対して両側の非掘り込み領域４にかかるように形成されている。このため、層厚傾斜領域５０５は、凹部２（掘り込み領域３）の両側にそれぞれ形成されている。この層厚傾斜領域５０５は、上記第１および第２実施形態における層厚傾斜領域と同様、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少している。そのため、この場合も、高いクラック抑制効果が得られる。
【０２９１】
第５実施形態のその他の構成は、上記第１〜第３実施形態と同様である。なお、上記第４実施形態の構成を第５実施形態に適用することもできる。
【０２９２】
第５実施形態では、上記のように、成長抑制膜１６２をｎ型ＧａＮ基板５１０上に形成することによって、ａ軸方向にオフ角度を有さないｍ面窒化物半導体基板を用いた場合でも、窒化物半導体層２０の一部に層厚傾斜領域５０５を形成することができる。これにより、上記第１実施形態と同様、高いクラック抑制効果を得ることができる。
【０２９３】
なお、上記成長抑制膜として酸化物膜を形成した場合、酸化物膜上には、ほとんどエピタキシャル成長しないため、綺麗な層厚傾斜領域が形成され難い。このため、この場合の成長抑制膜としては、アルミニウムの窒化物膜、または、アルミニウムの酸窒化物膜が好ましい。このような材料を用いて成長抑制膜を形成することにより、成長抑制膜上でもエピタキシャル成長をさせることが可能となり、綺麗な層厚傾斜領域を容易に形成することができる。
【０２９４】
第５実施形態のその他の効果は、上記第１〜第３実施形態と同様である。
【０２９５】
（第６実施形態）
図４８は、本発明の第６実施形態による発光ダイオード素子の断面図である。次に、図６および図４８を参照して、本発明の第６実施形態による発光ダイオード素子（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）について説明する。なお、第６実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。
【０２９６】
この第６実施形態では、上記第１および第２実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０上に、同様の窒化物半導体各層が形成されることによって発光ダイオード素子が構成されている。ただし、第６実施形態では、上記第１および第２実施形態とは異なり、ｎ型ガイド層２２（図６参照）およびｐ型ガイド層２５（図６参照）が形成されない構成となっている。
【０２９７】
具体的には、図４８に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型クラッド層２１、活性層２３、キャリアブロック層２４、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７が順次形成されている。ｐ型コンタクト層２７上には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの酸化物系透明導電膜からなるｐ側電極１３１が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ側電極３２が形成されている。
【０２９８】
また、第６実施形態では、活性層２３の障壁層は、上記第１〜第４実施形態と同様、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから構成されている。
【０２９９】
第６実施形態では、上記のように、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。これにより、発光効率を向上させることができる。
【０３００】
なお、発光ダイオード素子の場合、光閉じ込めに必要なＡｌＧａＮクラッド層が必要ないため、クラック発生の可能性は低くなる。しかしながら、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成した場合には、ダークラインの発生を抑制することができるので、好ましい。また、基板に掘り込み領域を形成した場合には、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いることによって生じた活性層の歪みを緩和できるため、ダークラインが発生する、または拡大することを有効に抑えることができる。
【０３０１】
また、第６実施形態では、上記のように構成することによって、層表面の平坦性および結晶性を向上させることができるので、これによっても、発光効率を向上させることができる。
【０３０２】
なお、第６実施形態では、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、井戸層の層数を増やした場合でも、発光効率の低下を抑制することができる。このため、井戸層の層数を増やすことによって、容易に発光効率を向上させることができる。
【０３０３】
また、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した場合には、上述したように、井戸層に取り込まれるＩｎの効率を非常に良好にすることができる。このため、Ｉｎのガス流量を少なくした場合でも、高いＩｎ組成比を維持することができるので、取り込み効率を向上させることができる。これにより、より有効に長波長化を図ることができる。また、この場合には、障壁層をＡｌＧａＮから構成した場合に比べて、より容易に、井戸層の多層化を図ることができる。
【０３０４】
さらに、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、障壁層をＡｌＧａＮから構成した場合に比べて、結晶歪を小さくすることができる。すなわち、ＩｎＧａＮからなる井戸層とＡｌＩｎＧａＮからなる障壁層とを交互に積層することによって、ＩｎＧａＮからなる井戸層とＡｌＧａＮからなる障壁層とを交互に積層した場合に比べて、格子定数差から生じる結晶歪みを小さくすることができる。一般的に、発光ダイオード素子では、活性層を、２層以上の比較的井戸層の層数が多い量子井戸構造に構成する場合がある。このため、結晶歪の観点から考えた場合、障壁層をＡｌＧａＮから構成するよりも、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成する方が、利点がある。
【０３０５】
第６実施形態のその他の効果は、上記した第１および第２実施形態の構成を発光ダイオード素子に適用した場合の効果と同様である。
【実施例５】
【０３０６】
この実施例５では、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が３度、ｃ軸方向のオフ角度が＋０．５度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、ＬＥＤを作製した。この実施例５では、基板の成長主面上に、n型Ａｌ0.01Ｇａ0.99Ｎ層を約１μｍの層厚で成膜した後、Ａｌ0.01Ｉｎ0.01Ｇａ0.98Ｎ（層厚：約１５ｎｍ）／Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ（層厚：約３ｎｍ）の４ＱＷ活性層を成膜した。次に、４ＱＷ活性層上に、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層を約２０ｎｍの層厚で成膜した。そして、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層上に、約０．２μｍの層厚でｐ型ＧａＮコンタクト層を成膜した。その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層上に、酸化物系透明導電膜であるＩＴＯをＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）蒸着機により約５０ｎｍの層厚で成膜することにより、ＩＴＯからなるｐ側電極を形成した。このように構成された実施例５においても、ダークラインの発生抑制効果、発光効率の改善効果および輝点状発光の抑制効果が得られた。
【０３０７】
なお、上記酸化物系透明導電膜として、酸化インジウム系のＩＴＯ透明導電膜以外に、Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ系透明導電膜、酸化亜鉛が主原料のＺｎＯ系透明導電膜、酸化スズ系のＳｎＯ2系透明導電膜などを用いてもよい。これらの透明導電膜を用いることで、光取り出し効率を格段に向上させることができる。また、ｍ面に対してa軸方向にオフ角度を有する基板を用いることで、表面モフォロジーの改善したｐ型層上に形成することができるので、低いコンタクト抵抗を得ることが出来、また、輝点状発光が抑制されて均一発光、均一注入できることで、発光効率の向上が可能となり、上記基板上に形成した窒化物半導体層のコンタクト電極に用いることは、非常にメリットが大きく好ましい。電極アニール温度が低温で可能な、ＩＴＯ電極は、活性層に熱ダメージを与えにくいという観点で特に好ましい。実施例５では、アニール処理を６００℃で行っている。
【０３０８】
酸化物系透明導電膜は、ＥＢ蒸着装置や、スパッタ装置などにより、非晶質（アモルファス）状態でｐ型コンタクト層２７上に形成し、その後、４００℃〜７００℃程度の熱アニールによって結晶化させることで膜の抵抗を低下させることにより、さらなる低電圧化を行うことがより好ましい。このとき、a軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いることにより、非常に平坦性の高いコンタクト層を形成できるため、酸化物系透明導電膜とｐ型コンタクト層２７との間のコンタクト抵抗を下げることができるため、より好ましい。
【実施例６】
【０３０９】
この実施例６では、実施例５と同様の基板を用いて、実施例５とほぼ同じ構造のＬＥＤを作製した。ただし、実施例６では、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０１，ｔ＝０．０３，ｕ＝０．９６）障壁層を用いている。この場合も上記と同様の効果が得られた。また、障壁層がＡｌを含み、更にＩｎを含むことで、低温での成長が可能となるため、好ましい。
【実施例７】
【０３１０】
この実施例７では、実施例５と同様の基板を用いて、上記第６実施形態と同様のＬＥＤを作製した。ただし、実施例７では、障壁層をＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０２，ｔ＝０．０１，ｕ＝０．９７）から構成している。実施例７のＬＥＤは、５２０ｎｍの発光波長で発光し、その発光パターンにはダークラインは観察されなかった。
【０３１１】
また、障壁層をＡｌsＩｎtＧａuＮから構成した場合、Ａｌ組成比ｓが０＜ｓ≦０．０８の範囲、Ｉｎ組成比ｔが０＜ｔ≦０．１０の範囲で、ほぼ同様の効果が得られた。
【０３１２】
さらに、井戸層の層数を、２層から８層まで１層ずつ増やした複数の素子を作製し、その発光効率を測定したところ、障壁層がＧａＮやＩｎＧａＮから構成されている素子では、井戸層の層数が増加するのにともない、発光効率が大幅に低減した。これに対し、障壁層がＡｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ）から構成されている素子では、発光効率の低減は見られなかった。また、井戸層の層数が３層以上では、障壁層をＡｌＧａＮから構成した場合に比べて、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することで、発光効率が約１．２倍向上した。
【０３１３】
（第７実施形態）
図４９は、本発明の第７実施形態による発光ダイオード素子を模式的に示した断面図である。次に、図４９を参照して、第７実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。なお、第７実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。
【０３１４】
この第７実施形態による発光ダイオード素子は、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０上に、同様の窒化物半導体層２０が積層されることによって形成されている。具体的には、上記発光ダイオード素子は、図４９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを含む窒化物半導体層２０が形成された構造を有している。上記ｎ型窒化物半導体層２０ａは、ｎ型クラッド層から構成されており、上記ｐ型窒化物半導体層２０ｂは、キャリアブロック層、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層を含んで構成されている。ただし、レーザ素子のように、光閉じ込めを行う必要がないため、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層のＡｌＧａＮ層のＡｌ組成はレーザ素子のように高い必要はなく、０％〜２％程度で形成される。
【０３１５】
また、第７実施形態による発光ダイオード素子では、ｎ型ＧａＮ基板１０の所定領域に第１実施形態と同様の凹部２（掘り込み領域３）が形成されている。さらに、第７実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、層厚傾斜領域５および発光部形成領域６が形成されている。
【０３１６】
ここで、上記層厚傾斜領域５は、発光部形成領域６に比べて輝点状発光の抑制効果は弱いものの、ＥＬ発光は生じる。また、層厚傾斜領域５は、発光部形成領域６に比べて、短波長で発光する。このため、第７実施形態による発光ダイオード素子では、発光部形成領域６上および層厚傾斜領域５上の両方に、透明電極からなるｐ側電極１３１ａおよび１３１ｂがそれぞれ形成されている。また、ｐ側電極１３１ａおよび１３１ｂは、発光部形成領域６の発光と、層厚傾斜領域５の発光とを独立して制御することができるように、互いに分離して形成されている。
【０３１７】
また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、共通電極としてのｎ側電極３２が形成されている。
【０３１８】
なお、第７実施形態の窒化物半導体ウェハは、上記した第７実施形態による発光ダイオード素子を複数含んで構成されている。
【０３１９】
第７実施形態では、上記のように、層厚傾斜領域５および発光部形成領域６の両方に発光領域を形成することによって、一つの素子で、二つ以上の発光ピークをもつ、新たな発光素子（発光ダイオード素子）を得ることができる。
【０３２０】
また、第７実施形態では、発光部形成領域６の発光と、層厚傾斜領域５の発光とを独立して制御可能に構成することによって、非常に広い範囲の発光波長で発光させることが可能な、新たな発光素子（発光ダイオード素子）を得ることができる。
【０３２１】
第７実施形態のその他の効果は、上記した第１実施形態の構成を発光ダイオード素子に適用した場合の効果と同様である。
【０３２２】
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。
【０３２３】
たとえば、上記第１〜第７実施形態では、窒化物半導体素子の一例である窒化物半導体レーザ素子および発光ダイオード素子などの発光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、窒化物半導体発光素子以外の半導体素子に本発明を適用してもよい。たとえば、電子デバイスなどの窒化物半導体を用いたデバイス（たとえば、パワートランジスタやＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）など）全般に本発明を適用してもよい。この場合、非掘り込み領域上における層厚傾斜領域以外の領域（発光部形成領域に相当する領域）にデバイスを形成すればよい。このように構成することにより、優れた特性を有する電子デバイスを得ることができる。
【０３２４】
なお、上記第１〜第５実施形態では、窒化物半導体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、たとえば、発光ダイオード素子に本発明を適用することもできる。
【０３２５】
また、上記第１〜第７実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板の成長主面と接する半導体層を、Ａｌを含む窒化物半導体層（ＡｌＧａＮ層）とした例を示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型ＧａＮ基板の成長主面と接する半導体層は、たとえば、ＧａＮ層であってもよい。なお、基板の成長主面がｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する場合には、成長主面と接するＧａＮ層は、その厚みが小さく形成されているのが好ましい。このように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板上に、成長主面と接するようにＧａＮ層を形成した場合、ＧａＮ層の厚みを比較的小さくすることによって、表面モフォロジーが悪化するのを抑制することができる。この場合のＧａＮ層の厚みは、０．７μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下であればより好ましい。また、ＧａＮ層の厚みが０．３μｍ以下であれば、さらに好ましい。
【０３２６】
また、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板上に、ＧａＮ層を形成する場合には、基板表面からＩｎを含む窒化物半導体層である井戸層（井戸層が複数形成されている場合には、好ましくは、最も基板側の井戸層）までの間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚が０．７μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下であればより好ましい。また、ＧａＮ層のトータル層厚が０．３μｍ以下であれば、さらに好ましい。なお、この場合においても、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層）が基板の成長主面と接するように形成されているのが好ましい。活性層を形成する時点で表面モフォロジーが悪化していると、井戸層に含まれるＩｎが悪化した表面モフォロジーの影響を受けて、面内で組成分布が大きくなるためである。組成の面内分布が起こると、Ｉｎの取り込みが大きい部分は、メタリック化したり、結晶性が著しく低下したりして、発光強度の低下を引き起こす。このためにも、上記条件が好ましい。
【０３２７】
また、基板上に積層される層構造に、ＧａＮ層を含まず、これらの層構造を、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮなどのＧａＮとは異なる組成の半導体層で構成することでも、特性の優れた発光素子または電子デバイスの形成が可能となる。
【０３２８】
また、上記第１〜第７実施形態では、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＩｎＧａＮ以外の、たとえば、ＡｌＩｎＮなどから障壁層を構成してもよい。なお、活性層の障壁層を、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＧａＮ）から構成することによっても、上記と同様の効果を得ることができる。
【０３２９】
また、上記第１〜第７実施形態では、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層単から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、障壁層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体からなる層を少なくとも１層含む多層構造（たとえば、ＩｎＧａＮとＡｌＩｎＧａＮとの超格子構造）であってもよい。その場合、井戸層と隣接する層がＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成されているのが好ましい。また、多層構造の場合、井戸層に隣接する、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体により構成される層は、１．０ｎｍ以上の厚みに形成されているのが好ましく、３．０ｎｍ以上の厚みに形成されていればより好ましい。このような構成は、ダークラインの発生抑制効果や、活性層の熱耐性を向上させるなどの効果、平坦性を向上させる効果をより機能させるために有効である。
【０３３０】
また、上記第１〜第７実施形態では、３層の障壁層の全てをＡｌＩｎＧａＮ層とした例を示したが、本発明はこれに限らず、３層の障壁層の一部の層を、ＡｌＩｎＧａＮ層としてもよい。複数の障壁層のうち、井戸層と接する少なくとも１層がＡｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）から構成されていれば、発光効率向上の効果は得られる。なお、活性層の井戸層の層数が異なると障壁層の層数も異なるが、この場合でも、少なくとも１層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層から構成することで、上記効果が得られる。上記第１実施形態を例にすると、たとえば、井戸層を形成する前の下地の平坦性を向上させるためには、井戸層を形成する前の下地層である第１障壁層と第２障壁層とをＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層とするのが好ましい。また、ＡｌＩｎＧａＮ層は、ＩｎＧａＮ層の蒸発防止層としての役割（活性層を保護する役割）も果たすため、蒸発防止の観点（活性層保護の観点）から、井戸層上に形成される第２障壁層と第３障壁層とをＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層とすることもできる。さらに、第２障壁層を、第１井戸層と接する側と、第２井戸層と接する側との２層構造として、第２障壁層の第１井戸層と接する側を下部第２障壁層、第２障壁層の第２井戸層と接する側と上部第２障壁層としてもよい。下地の平坦性を向上させるためには、上部第２障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層とするのが好ましい。一方、蒸発防止の観点から、下部第２障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層とするのが好ましい。また、全ての障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層としてもよい。
【０３３１】
また、上記第１〜第７実施形態において、基板に形成される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、凹部がすぐに埋まってしまう。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。
【０３３２】
さらに、上記第１〜第７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５３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５４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。さらに、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。
【０３３３】
また、上記第１〜第７実施形態では、一定の開口幅を有する凹部を直線状に形成することによって、基板に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、上記以外の形状に凹部を形成することによって基板に掘り込み領域を形成してもよい。たとえば、図５５に示すように、ジグザグ状の凹部５８０や、波状の凹部５８３を形成することによって、基板に掘り込み領域３を形成してもよいし、開口幅が変動している凹部５８１および５８２を形成することによって、基板に掘り込み領域３を形成してもよい。このような掘り込み領域を形成した場合でも、本発明の効果を得ることができる。
【０３３４】
また、上記第１〜第７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。
【０３３５】
また、上記第１〜第７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（テンプレート基板を含む）をも含む概念である。
【０３３６】
また、上記第１〜第７実施形態では、複数の凹部を等間隔に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。
【０３３７】
また、上記第１〜第７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。
【０３３８】
また、上記第１〜第７実施形態では、凹部（掘り込み領域）を、平面的に見て、ｃ軸方向と平行方向に延びるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記凹部（掘り込み領域）は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と所定の角度で交差する方向に延びるように形成してもよい。すなわち、基板の凹部（掘り込み領域）は、ａ軸方向と交差する方向に延びるように形成されていればよい。具体的には、たとえば、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように、上記凹部（掘り込み領域）を形成してもよい。また、ストライプ状以外に、たとえば、格子状に凹部（掘り込み領域）を形成してもよい。このように凹部（掘り込み領域）を形成した場合でも、基板の成長主面がａ軸方向にオフ角度を有していれば、窒化物半導体層に層厚傾斜領域を容易に形成することができる。なお、上記凹部（掘り込み領域）は、ａ軸方向と平行方向に延びるストライプ状に形成することもできる。この場合、窒化物半導体層に層厚傾斜領域が形成されなくなるが、層厚傾斜領域がなくても十分に歪みを緩和することができる。あくまで基板に掘り込み領域を形成することで、窒化物半導体層の歪みを緩和でき、層厚傾斜領域はあった方がより好ましいが、なくても、十分にクラックの発生抑制効果および活性層の歪み緩和効果を得ることができる。
【０３３９】
また、上記第１〜第７実施形態において、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）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。
【０３４０】
また、上記第１〜第７実施形態では、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に１つの凹部（窪み）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、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に凹部（窪み）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、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に複数の凹部（窪み）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（窪み）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。より好ましいのは、凹部（窪み）を含むように分割されることにより、凹部（窪み）の全体が素子中に残っているか、凹部（窪み）の一部が素子中に残っている場合である。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素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）を歩留まりよく得ることができる。
【０３４１】
また、上記第１〜第７実施形態では、層厚傾斜領域の少なくとも一部を含むように、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、層厚傾斜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。
【０３４２】
また、上記第１〜第７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。具体的には、たとえば、図５６に示すように、ｎ型ガイド層２２（第６および第７実施形態では、ｎ型クラッド層）上に、ＩｎＧａＮからなる１つの井戸層４３ａと、Ａｌ0.005Ｉｎ0.02Ｇａ0.975Ｎからなる２つの障壁層４３ｂとが交互に積層されたＳＱＷ構造を有する活性層４３を形成することができる。なお、井戸層４３ａの厚みは、約３ｎｍ〜約４ｎｍ、障壁層４３ｂの厚みは、約７０ｎｍに構成することができる。また、上記活性層は、ＳＱＷ構造以外に、ＭＱＷ構造に構成してもよい。活性層をＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造にした場合でも、ダークラインの発生抑制効果および輝点状発光の抑制効果を得ることができる。また、井戸層が３層以上の多重量子井戸構造の場合には、光閉じ込めを有効に行うことができるため、ゲインを高めることができる。さらに、ＬＥＤなどで用いられる、井戸層の層数が比較的多いＭＱＷ構造では、障壁層をＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することで、井戸層との格子歪みを低減できるため、より好ましい。なお、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。
【０３４３】
また、活性層を多重量子井戸構造に構成した場合には、第１量子井戸、第２量子井戸・・・それぞれの層厚や組成が全く同一のものである必要はなく、それぞれが異なっていてもよい。その場合、それぞれの量子井戸からの発光波長が異なるが、第１量子井戸と第２量子井戸との関係において、基板に最も近い第１量子井戸の発光波長が最も短く、第２量子井戸の発光波長は、第１量子井戸の発光波長よりも長くなるように構成されているのが好ましい。
【０３４４】
また、上記第１〜第７実施形態では、井戸層のＩｎ組成比を、０．２〜０．２８に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、井戸層のＩｎ組成比は、０．１５以上０．４５以下の範囲内で適宜変更することができる。また、井戸層のＩｎ組成比は、０．１５より小さい値にしてもよい。また、井戸層には、５％以内であればＡｌが含まれていてもよい。また、キャリアブロック層には、７％以内程度であればＩｎが含まれていても良い。Ｉｎを含むことで、低温にて結晶性の良い膜を形成しやすくなるため好ましく、さらに、Ａｌを含む、または、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層で形成された障壁層を含んで構成される活性層への歪を軽減することができるため、好ましい。
【０３４５】
また、上記第１〜第７実施形態において、ＡｌsＩｎtＧａuＮから構成される障壁層のＡｌ組成比ｓは、０＜ｓ≦０．０８の範囲内で適宜変更することができる。また、障壁層のＩｎ組成比ｔは、井戸層のＩｎ組成比より小さい範囲内で適宜変更することができる。
【０３４６】
また、上記第１〜第７実施形態では、キャリアブロック層と井戸層との間の距離を第３障壁層の厚みと同じにしたが、キャリアブロック層と井戸層（最もキャリアブロック層側の井戸層）との間に組成の異なる複数の窒化物半導体層を形成してもよい。また、キャリアブロック層と井戸層（最もキャリアブロック層側の井戸層）の間の一部にＭｇなどのｐ型不純物をドーピングし、ｐ型化することも好ましい。なお、上記第１〜第７実施形態では、ノンドープとしている。
【０３４７】
また、上記第１〜第７実施形態では、キャリアブロック層を４０ｎｍ以下の厚みに形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、キャリアブロック層の厚みは４０ｎｍより大きくてもよい。また、キャリアブロック層に、３％程度のＩｎが含まれていても、本発明の効果は得られる。また、キャリアブロック層のＡｌ組成比は、駆動電圧低減の目的から、ｐ型クラッド層のＡｌ組成比より高いことが好ましい。
【０３４８】
また、上記第１〜第７実施形態では、活性層に注入されたキャリア（電子）がｐ型半導体層へ流入するのをブロックする層としてキャリアブロック層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体レーザ素子であれば、Ａｌ含むクラッド層を上記キャリアをブロックする層として用いることもできる。この場合、クラッド層のＡｌ組成比は、０．０８以上であるのが好ましい。
【０３４９】
また、上記第１〜第７実施形態では、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。
【０３５０】
なお、上記第１〜第７実施形態において、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。
【０３５１】
また、上記第１〜第７実施形態において、結晶軸方向（［１−１００］方向、［１１−２０］方向および［０００１］方向）は、結晶学的に等価な方向であればよい。
【０３５２】
また、上記第１、第３、第４、第６および第７実施形態では、ａ軸方向のオフ角度を０．１度より大きい角度に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ａ軸方向のオフ角度は、０．１度以下の角度であってもよい。ただし、輝点状発光の抑制効果や表面モフォロジーなどを考慮すると、ａ軸方向のオフ角度は、±０．１度より大きい角度であることが好ましい。
【０３５３】
なお、上記第１、第３、第４、第６および第７実施形態において、基板の成長主面は、ａ軸方向にオフ角度を有していれば、ｃ軸方向にオフ角度を有していなくてもよい。
【０３５４】
また、上記第１〜第３および第５〜第７実施形態において、凹部（掘り込み領域）の形成は、上記第４実施形態のように、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。
【０３５５】
また、上記第１〜第５実施形態では、絶縁層をＳｉＯ2から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ2以外の絶縁性材料から絶縁層を構成してもよい。たとえば、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3やＺｒＯ2などから絶縁層を構成してもよい。
【０３５６】
また、上記第２および第５実施形態では、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板（ジャスト基板）を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、ｍ面に対してｃ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いてもよい。また、ｍ面に対してａ軸方向およびｃ軸方向のそれぞれにオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いてもよい。すなわち、無極性面を成長主面とする窒化物半導体基板であれば、いずれの基板を用いてもよい。
【０３５７】
また、上記第３実施形態では、ＡｌＮからなる成長抑制膜を掘り込み領域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以外の材料からなる成長抑制膜を掘り込み領域に形成してもよい。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。
【０３５８】
また、上記第３および第５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。
【０３５９】
なお、成長抑制膜は、凹部（掘り込み領域）上の窒化物半導体層の表面に窪みを形成することが可能な形状であれば、上記第３実施形態で示した形状以外の形状に形成されていてもよい。
【０３６０】
また、上記第５実施形態では、成長抑制膜を、凹部（掘り込み領域）に対して両側の非掘り込み領域にかかるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、成長抑制膜は、凹部（掘り込み領域）の片側の非掘り込み領域にのみかかるように形成してもよい。この場合、層厚傾斜領域も、凹部（掘り込み領域）の片側にのみ形成されることになるが、このような場合でも、上記と同様、高いクラック抑制効果を得ることができる。
【０３６１】
また、上記第７実施形態では、層厚傾斜領域および発光部形成領域の両方を発光領域とした発光ダイオード素子について示したが、本発明はこれに限らず、層厚傾斜領域および発光部形成領域のいずれか一方のみを発光領域とした発光ダイオード素子としてもよい。なお、発光部形成領域のみを発光領域とした場合には、発光ダイオード素子に層厚傾斜領域を含まないように、窒化物半導体ウェハを分割することもできる。
【符号の説明】
【０３６２】
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、５０５ 層厚傾斜領域
６ 発光部形成領域
１０、５１０ ｎ型ＧａＮ基板（窒化物半導体基板）
１０ａ 成長主面
２０ 窒化物半導体層
２０ａ ｎ型窒化物半導体層
２０ｂ ｐ型窒化物半導体層
２１、１２１ ｎ型クラッド層
２２ ｎ型ガイド層
２３、４３ 活性層
２３ａ、４３ａ 井戸層
２３ｂ、４３ｂ 障壁層
２４ キャリアブロック層
２５ ｐ型ガイド層
２６ ｐ型クラッド層
２７ ｐ型コンタクト層
２８ リッジ部
２９ 光導波領域
３０ 絶縁層
３１、１３１ ｐ側電極
３２ ｎ側電極
４０ 共振器面
４０ａ 光出射面
４０ｂ 光反射面
５０ 窒化物半導体ウェハ
１００ 窒化物半導体レーザ素子（窒化物半導体素子）
１３１ａ、１３１ｂ ｐ側電極
１６０、１６１、１６２ 成長抑制膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法に関し、特に、窒化物半導体基板を備えた窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体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注目されており、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ている。
【０００３】
また、近年、窒化物半導体を用いた半導体発光素子において、その発光波長を長波長化することにより、緑色領域で発光する半導体発光素子（緑色半導体レーザ）を実現しようとする試みが各研究機関で精力的に行われている。
【０００４】
窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、一般的に、基板として、六方晶系のＧａＮ基板（窒化物半導体基板）が用いられており、そのｃ面（（０００１）面）が成長主面とされている。そして、このｃ面上に活性層を含む窒化物半導体層が積層されることによって窒化物半導体発光素子が形成されている。また、窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体発光素子を形成する場合には、一般的に、Ｉｎを含む活性層が用いられ、そのＩｎ組成比を増加させることにより、発光波長の長波長化が図られる。
【０００５】
しかしながら、ＧａＮ基板のｃ面は、ｃ軸方向に極性を有する極性面であるため、ｃ面上に活性層を含む窒化物半導体層を積層した場合、活性層内に自発分極が生じるという不都合がある。また、ｃ面上に活性層を含む窒化物半導体層を積層した場合、Ｉｎ組成比の増加に伴い、活性層の格子歪みが増大し、活性層に、ピエゾ分極による強い内部電場が誘起されるという不都合もある。そして、この内部電場により、電子と正孔との波動関数の重なりが減少し、再結合して発光する割合が低下する。このため、緑色領域の発光を実現するために、Ｉｎ組成比を増加させた場合には、発光波長の長波長化に伴い、発光効率が著しく低下するという問題が生じていた。
【０００６】
そこで、近年では、自発分極およびピエゾ分極の影響を回避するために、一般的なｃ面ではなく、無極性面であるｍ面（｛１−１００｝面）上に窒化物半導体層を積層した窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
上記特許文献１には、閾値電流を低減することが可能なファブリペロー型の半導体レーザダイオード（窒化物半導体素子）が記載されている。この半導体レーザダイオードは、無極性面であるｍ面を成長主面とするＧａＮ基板を備えており、その成長主面（ｍ面）上に活性層を含む窒化物半導体各層が積層されている。なお、ＧａＮ基板のｍ面は、ｃ面と直交する結晶面であるため、ｍ面上に、活性層を含む窒化物半導体各層を積層することによって、分極軸となるｃ軸が活性層の面内に含まれる。このため、自発分極やピエゾ分極の影響が回避され、発光効率の低下が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２６８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、自発分極やピエゾ分極に起因する発光効率の低下が抑制された窒化物半導体発光素子が得られる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の素子構造を用いた場合でも、その発光効率は十分高いとはいえず、依然として、発光効率改善の余地が残されていた。
【００１１】
一方、窒化物半導体レーザ素子などの窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）では、窒化物半導体基板のｍ面上に窒化物半導体層を成長させる際に、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差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発生する場合がある。窒化物半導体層にクラックが発生した場合には、１枚のウェハから得られる良品の数が減少するため、歩留まりが低下するという問題が生じる。また、クラックが発生することにより、信頼性や、発光寿命などの素子特性も低下する。このため、クラックの発生を抑制することは、素子の生産上、非常に重要である。
【００１２】
特に、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子（たとえば、緑色半導体レーザ）などを作製しようとした場合には、有効に光閉じ込めを行うために、基板との格子定数差が大きい半導体層が基板上に形成される場合がある。この場合には、クラックが非常に発生し易くなるので、素子特性および歩留まりを向上させることが非常に困難になるという問題点がある。
【００１３】
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、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。
【００１４】
この発明のもう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素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。
【００１５】
この発明のさらにもう１つの目的は、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子およびそ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】
【００１６】
本願発明者らが、上記の問題に着目して種々の実験を行うとともに、鋭意検討した結果、活性層の障壁層にＧａＮ層やＩｎＧａＮ層を用いた際に、発光パターンにダークラインが発生する場合があることを突き止めた。そして、このようなダークラインの発生を抑制するためには、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することが非常に有効であることを見出した。
【００１７】
すなわち、この発明の第１の局面による窒化物半導体素子は、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主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んでおり、活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。なお、本発明の「窒化物半導体基板」は、成長主面が窒化物半導体からなる基板を含む。
【００１８】
この第１の局面による窒化物半導体素子では、上記のように、活性層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、ダークラインの発生に起因する発光効率の低下を抑制することができる。その結果、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、ダークラインの発生を抑制することによって、均一発光の発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子を形成した際に、ゲインを高めることができる。
【００１９】
また、第１の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みを形成することができる。このため、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、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、非常に高いクラック抑制効果を得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効果的に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、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく形成することができる。そのため、たとえば、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子（たとえば、緑色半導体レーザ）などを作製する場合でも、クラックの発生を抑制することができる。これにより、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子などを、素子特性を向上させながら、高い歩留まりで作製することができる。
【００２０】
また、第１の局面では、上記のように、ダークラインの発生を抑制することによって、素子特性のバラツキを低減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を増加させることができる。このため、これによっても、歩留まりを向上させることができる。
【００２１】
さらに、第１の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、活性層の歪みを有効に緩和することができるので、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。また、上記のように構成することによって、ダークラインの発生を、窒化物半導体層の成長後、更には、半導体素子とした後の通電試験後においても有効に抑制することができる。これにより、輝度および信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。
【００２２】
このように、第１の局面では、上記のように構成することによって、発光効率を大幅に向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることができるので、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。さらに、第１の局面では、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。
【００２３】
上記第１の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、障壁層は、ＡｌＩｎＧａＮから構成されている。このように構成すれば、ダークラインの発生をより効果的に抑制することができる。また、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、障壁層上に形成された井戸層に取り込まれるＩｎ量を増加させることができる。このため、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、成長条件の範囲を広くとることできる。また、ＡｌＧａＮにＩｎを添加したＡｌＩｎＧａＮは、より低温で成長させた場合でも、良好な結晶性を有する膜を形成し易い。そのため、６００℃〜８００℃程度の比較的低い成長温度で形成される場合が多い障壁層を、ＡｌＩｎＧａＮから構成することにより、上記のような比較的低温で障壁層を形成した場合でも、結晶性の良好な障壁層を得ることができる。さらに、障壁層をＡｌＩｎＧａＮとすることで、井戸層に対して障壁層が与える歪を低減することができる。井戸層にかかる歪が小さい方が、発光素子が駆動中に劣化する速度が遅くなるためより好ましい。
【００２４】
この発明の第２の局面による窒化物半導体素子は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主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んでおり、活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。
【００２５】
この第２の局面による窒化物半導体素子では、上記第１の局面と同様、活性層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、発光効率を向上させることができる。
【００２６】
ここで、本願発明者らが、オフ角度を有さない、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層することによって発光ダイオード素子を形成し、この発光ダイオード素子に電流注入を行うことによってＥＬ発光させると、輝点状の発光パターンになることを見出した。そして、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を窒化物半導体基板の成長主面とすることで、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することが可能であることを見出した。そのため、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いることによって、ダークラインの発生を抑制することができることに加えて、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、窒化物半導体素子のＥＬ発光パターンをより改善（輝点状発光や面内の波長ムラなどを抑制）することができる。このため、これによっても、窒化物半導体素子の発光効率を向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体素子を得ることができる。なお、上記のような輝点状発光の抑制効果が得られる理由として、一つには、窒化物半導体基板の成長主面がｍ面に対してａ軸方向のオフ角度を持つことで、成長主面上に窒化物半導体層を成長させる際に、原子のマイグレーションの方向が変化するためであると考えられる。
【００２７】
また、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、ＥＬ発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、輝点状発光を抑制することによって、均一発光のＥＬ発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子を形成した際に、ゲインを高めることができる。さらに、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性をさらに向上させることができる。すなわち、上記のように構成することによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を容易に得ることができる。
【００２８】
また、第２の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みを形成することができる。このため、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、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効果的に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、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく形成することができる。さらに、上記掘り込み領域が形成されていることで、Ａｌを含む活性層の歪みを有効に緩和することができるので、ダークラインが発生するのをより効果的に抑制することができる。
【００２９】
また、第２の局面では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度が設けられた窒化物半導体基板を用いることによって、掘り込み領域内を窒化物半導体層で埋まりにくくすることができる。これにより、容易に、掘り込み領域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。その結果、容易に、クラックの発生を抑制することができる。
【００３０】
また、第２の局面では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることによって、この成長主面上に形成される窒化物半導体層の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層を得ることができる。このため、窒化物半導体層の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、素子特性のバラツキを低減することができる。このため、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができるので、これによっても、歩留まりを向上させることができる。また、表面モフォロジーを向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることもできる。
【００３１】
また、第２の局面では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とすることによって、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された上記障壁層の平坦性を向上させることができる。このため、平坦性の高い障壁層上に井戸層を形成することによって、井戸層におけるＩｎ組成の面内分布が不均一になるのを抑制することができる。また、活性層（井戸層）の結晶性を向上させることもできる。これにより、発光効率をより向上させることができる。
【００３２】
さらに、第２の局面では、上記のように、ダークラインの発生を抑制することによって、素子特性のバラツキを低減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を増加させることができる。このため、これによっても、歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
このように、第２の局面では、上記のように構成することによって、発光効率を大幅に向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることができるので、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。さらに、第２の局面では、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。
【００３４】
なお、第２の局面では、上記のように構成することによって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができるので、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく形成することができる。このため、たとえば、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子（たとえば、緑色半導体レーザ）などを作製する場合でも、クラックの発生を抑制することができる。これにより、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子などを、素子特性を向上させながら、高い歩留まりで作製することができる。
【００３５】
上記第２の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きい。このように構成すれば、ダークラインの発生を抑制しながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化および面内の波長ムラを容易に抑制することができる。
【００３６】
上記第２の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、ａ軸方向のオフ角度が、ｃ軸方向のオフ角度より大き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、ＥＬ発光パターンの輝点状化、面内の波長ムラおよびダークラインの発生を効果的に抑制することができる。
【００３７】
上記第１および第２の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は、非掘り込み領域上に形成されるとともに掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含む。このような層厚傾斜領域を上記窒化物半導体層に形成すれば、窒化物半導体層で生じた歪みを、層厚傾斜領域でも緩和することができるので、さらに高いクラック抑制効果を得ることができる。加えて、活性層の歪みをより有効に緩和することができる。このため、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく容易に形成することができる。たとえば、窒化物半導体基板にＧａＮ基板を用いた場合では、より高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層を、これまでより厚く形成することができる。これにより、これまで作製の難しかった、高Ａｌ組成の窒化物半導体膜を必要とする素子（たとえば、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子など）の作製が可能となる。また、このように構成すれば、活性層の歪みを有効に緩和することができるので、ダークラインが発生するのをさらに効果的に抑制することができる。また、上記した層厚傾斜領域は、たとえば、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度を制御することにより、掘り込み領域の近傍（掘り込み領域の隣）に形成することができる。なお、上記のような高いクラック抑制効果が得られる理由としては、層厚傾斜領域は、そもそも層厚が薄いため、層厚傾斜領域自体、内包する歪みが少ないこと、および、層厚が徐々に（傾斜的に）変化しているために歪みが段階的に緩和されることにより、より高い歪み緩和効果が得られるためであると考えられる。
【００３８】
上記第１および第２の局面による窒化物半導体素子において、掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸方向に延びるよう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、窒化物半導体層にクラックが発生するのを抑制することができるとともに、活性層の歪みを緩和することができる。また、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合には、窒化物半導体層における掘り込み領域の近傍部分（掘り込み領域の隣）に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域を容易に形成することができる。なお、上記掘り込み領域は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように形成されていてもよい。このように構成した場合でも、上記層厚傾斜領域を容易に形成することができるので、容易に、窒化物半導体層におけるクラックの発生を抑制することができる。また、上記構成において、ｃ軸方向と垂直方向に延びる掘り込み領域がさらに基板に形成されていてもよい。このように構成することにより、より効果的に歪みを緩和することができる。
【００３９】
上記第１および第２の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は、光導波領域を含み、光導波領域は、非掘り込み領域上に位置している。このように構成すれば、クラックの発生が抑制された、発光効率およびゲインの高い窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。
【００４０】
この発明の第３の局面による窒化物半導体ウェハは、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主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んでおり、活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。
【００４１】
この第３の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように、活性層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、窒化物半導体ウェハを分割することにより得られる窒化物半導体素子の発光効率を向上させることができる。
【００４２】
また、第３の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、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。これにより、１枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。その結果、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。また、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、活性層の歪みを有効に緩和することができる。これにより、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。また、活性層の歪みを緩和することによって、ダークラインの発生および拡大を効果的に抑制することができる。
【００４３】
この発明の第４の局面による窒化物半導体ウェハは、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主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んでおり、活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。
【００４４】
この第４の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができる。また、活性層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。したがって、上記のように構成された窒化物半導体ウェハを用いることにより、発光効率が大幅に向上された窒化物半導体素子を得ることができる。
【００４５】
また、第４の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、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。これにより、素子特性、信頼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および第４の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、ａ軸方向のオフ角度が、ｃ軸方向のオフ角度より大きくなるように構成されているのが好ましい。
【００４７】
上記第３および第４の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、窒化物半導体層は、非掘り込み領域上に形成されるとともに、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含むように構成されているのが好ましい。
【００４８】
上記第３および第４の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸方向に延びるように形成されているのが好ましい。なお、上記掘り込み領域は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように形成されていてもよい。また、上記構成において、ｃ軸方向と垂直方向に延びる掘り込み領域がさらに基板に形成されていてもよい。
【００４９】
この発明の第５の局面による窒化物半導体素子は、上記第３および第４の局面による窒化物半導体ウェハを用いて形成された窒化物半導体素子である。このように構成すれば、発光効率が大幅に向上された、素子特性および信頼性の高い窒化物半導体素子を高い歩留まりで得ることができる。なお、上記第５の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体基板に、掘り込み領域の少なくとも一部が含まれているのが好ましい。
【００５０】
この発明の第６の局面による窒化物半導体素子の製造方法は、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、窒化物半導体基板の成長主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、窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含んでおり、活性層を形成する工程は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から障壁層を構成する工程を有している。
【００５１】
また、この発明の第７の局面による窒化物半導体素子の製造方法は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、窒化物半導体基板の成長主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、窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含んでおり、活性層を形成する工程は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から障壁層を構成する工程を有している。
【００５２】
上記第６および第７の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、ａ軸方向のオフ角度が、ｃ軸方向のオフ角度より大きくなるように構成されているのが好ましい。
【００５３】
上記第６および第７の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、掘り込み領域を形成する工程は、成長主面における掘り込み領域とは異なる領域に、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域を形成する工程を含んでおり、窒化物半導体層を形成する工程は、非掘り込み領域上の領域に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を形成する工程を含んでいる。
【発明の効果】
【００５４】
以上のように、本発明によれば、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。
【００５５】
また、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素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。
【００５６】
さらに、本発明によれば、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子およびそ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】
【００５７】
【図１】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断面図である。
【図２】窒化物半導体の結晶構造を説明するための模式図（ユニットセルを表した図）である。
【図３】基板のオフ角度を説明するための模式図である。
【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平面図である。
【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構造を説明するための断面図である。
【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断面を電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。
【図９】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ウェハの一部を模式的に示した平面図である。
【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平面図である。
【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を模式的に示した断面図（図１１のａ−ａ線に沿った断面に対応する図）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の一部を示した断面図である。
【図１４】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１５】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斜視図（基板の製造方法を説明するための図）である。
【図１６】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斜視図（基板の製造方法を説明するための図）である。
【図１７】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斜視図（基板の製造方法を説明するための図）である。
【図１８】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（基板の製造方法を説明するための図）である。
【図１９】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（基板の製造方法を説明するための図）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平面図である。
【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平面図である。
【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３４】第１実施形態の製造方法によるｎ型ＧａＮ基板上の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真（確認用試料２の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真）である。
【図３５】比較用試料２の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。
【図３６】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効果を確認するために作製した発光ダイオード素子の斜視図である。
【図３７】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効果を確認するために作製した発光ダイオード素子のＥＬ発光パターンを観察した顕微鏡写真（確認用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真）である。
【図３８】輝点状のＥＬ発光パターンを示す顕微鏡写真（比較用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真）である。
【図３９】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（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用いられる基板の一部の断面を示した図）である。
【図４０】本発明の第３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４１】本発明の第３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４２】本発明の第３実施形態の第１変形例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４３】本発明の第３実施形態の第２変形例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４４】本発明の第４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４５】本発明の第４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４６】本発明の第４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５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４８】本発明の第６実施形態による発光ダイオード素子の断面図である。
【図４９】本発明の第７実施形態による発光ダイオード素子を模式的に示した断面図である。
【図５０】ＰＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真（障壁層をＩｎＧａＮから構成した比較用試料１のＰＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真）である。
【図５１】ＥＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真である。
【図５２】障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した発光ダイオード素子のＰＬ発光パターンの顕微鏡写真（障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した第１実施形態による確認用試料１のＰＬ発光パターンの顕微鏡写真）である。
【図５３】第１〜第７実施形態における凹部（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】第１〜第７実施形態における凹部（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５５】第１〜第７実施形態における凹部（掘り込み領域）の他の形状の例を説明するための平面図である。
【図５６】第１〜第７実施形態における活性層の他の構造の例を説明するための断面図（ＳＱＷ構造の活性層の一例を示した断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本願発明者らが種々検討を行うことによって得た知見について説明する。
【００５９】
ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いて発光素子を形成する場合、通常、活性層は、井戸層と障壁層とを含む多層膜から構成される。この場合、光閉じ込めを有効に行うことや、活性層に発生する歪みを緩和することなどを目的として、ＩｎaＧａ1-aＮ（０＜ａ≦１）の井戸層と、ＩｎbＧａ1-bＮ（０≦ｂ＜１：ａ＞ｂ）の障壁層とが一般的に用いられる。
【００６０】
しかしながら、上記のような活性層構造を用いた窒化物半導体発光素子について、ＰＬ発光パターン（光励起によって発光させたときの面内光分布）を観測したところ、活性層のＩｎ組成比の増加に伴い、窒化物半導体発光素子のＰＬ発光パターン中に図５０に示すようなダークラインが発生する場合があることを本願発明者らは突き止めた。また、上記したダークラインは、ＰＬ発光パターン中だけでなく、図５１に示すように、ＥＬ発光パターン（電流注入にて発光させたときの面内光分布）中でも観測される。
【００６１】
このようなダークラインの発生は、発光素子を駆動させた際の発光強度（発光効率）の低下や、レーザ素子をＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）駆動した際の、駆動電流増加を引き起こすため好ましくない。また、この活性層のＩｎ組成を増加させた際に発生するダークラインは、ｍ面のｃ軸方向（〈０００１〉方向）に平行に発生する。なお、Ｉｎ濃度などが高くなると、ａ軸方向（〈１１−２０〉方向）にもダークラインが発生する場合があり、網目状のダークラインとなることもある。ダークラインは基板などのＧａＮと活性層のＩｎＧａＮ層との格子定数や、熱膨張係数の違いから発生するミスフィット転位などの欠陥によって発生すると推測される。これまで一般的に用いられてきたｃ面（０００１）などでは、Ｉｎの増加に伴いこのようなダークラインの発生は起こらなかった。このため、このようなダークラインの発生は、無極性面、特にｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子特有の現象であると考えられる。
【００６２】
また、本願発明者らの検討によって、障壁層にＩｎＧａＮ層を用いた場合、ダークラインの発生が顕著になることが分かった。この場合、障壁層に含まれるＩｎ組成比ｂが大きくなるにしたがい、ダークラインの発生が顕著となることも分かった。さらに、障壁層にＧａＮ層を用いた場合においても、井戸層のＩｎ組成比ａが大きくなり発光波長が４９０ｎｍ程度を越えるようなＩｎ濃度になると、ダークラインが発生することも分かった。
【００６３】
このように、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子では、ｃ面を用いた窒化物半導体発光素子とは異なり、自発分極やピエゾ分極に起因する発光効率の低下は抑制されるものの、ダークラインの発生に起因して、発光効率の低下を引き起こすという問題があることを見出した。このようなダークラインの発生は、ｍ面を用いた窒化物半導体発光素子において、発光波長の長波長化を図る際の妨げとなるため、非常に問題となる。特に、半導体レーザ素子においては、発光効率の低下はゲイン（利得）の低下を引き起こすため、問題が大きい。
【００６４】
そこで、上記知見をもとに、本願発明者らが鋭意検討した結果、活性層の障壁層を、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮなど）から構成することにより、ダークラインの発生を抑制することが可能となることを初めて見出した。すなわち、Ａｌを含む窒化物半導体から障壁層を形成することによって、図５２に示すように、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制できることが分かった。障壁層を構成する窒化物半導体層としては、最も好ましいのが、ＡｌＧａＮ層およびＡｌＩｎＧａＮ層であり、次に好ましいのがＡｌＩｎＮである。また、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）であれば、いずれであっても、上記効果は得られる。さらに、活性層の障壁層に、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）を用いる場合、活性層の井戸層はＩｎＧａＮから構成されているのが好ましい。障壁層にＡｌを含む窒化物半導体層を用いる場合、ｍ面などの無極性面であればダークラインの発生抑制効果が得られる。
【００６５】
また、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した場合、障壁層をＡｌＧａＮから構成した場合に比べて、障壁層上に形成された井戸層に取り込まれるＩｎ量が増加することが分かった。このため、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、成長条件の範囲を広くとることできるので好ましい。また、ＡｌＧａＮにＩｎを添加したＡｌＩｎＧａＮは、より低温で成長させた場合でも、良好な結晶性を有する膜を形成し易い。そのため、６００℃〜８００℃程度の比較的低い成長温度で形成される場合が多い障壁層を、ＡｌＩｎＧａＮから構成することにより、上記のような比較的低温で障壁層を形成した場合でも、結晶性の良好な障壁層を得ることができるので好ましい。また、障壁層をＡｌＩｎＧａＮとすることで、井戸層に対して障壁層が与える歪を低減することができるため、好ましい。井戸層にかかる歪が小さい方が、発光素子が駆動中に劣化する速度が遅くなるためより好ましい。
【００６６】
なお、上記した図５０は、ＰＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真であり、図５１のＰＬ発光パターンは、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板（ｍ面ジャスト基板）を用いて作製した発光ダイオード素子のＰＬ発光パターンを示している。この発光ダイオード素子は、井戸層がＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから構成されており、障壁層がＩｎ0.02Ｇａ0.98から構成されている。
【００６７】
また、上記した図５１は、ＥＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真であり、図５０のＥＬ発光パターンは、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板（ｍ面ジャスト基板）を用いて作製した発光ダイオード素子のＥＬ発光パターンを示している。この発光ダイオード素子は、井戸層がＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから構成されており、障壁層がＩｎ0.02Ｇａ0.98から構成されている。
【００６８】
さらに、上記した図５２は、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した発光ダイオード素子のＰＬ発光パターンの顕微鏡写真である。この発光ダイオード素子は、井戸層がＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎから構成されており、障壁層がＡｌ0.01Ｉｎ0.03Ｇａ0.96Ｎから構成されている。また、窒化物半導体基板として、ｍ面ａ軸オフ基板（ａ軸方向のオフ角度：１．７度、ｃ軸方向のオフ角度：＋０．１度）を用いている。
【００６９】
また、上述したように、本願発明者らは、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することが可能であることを見出した。
【００７０】
ここで、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板は、平坦性および結晶性の良好な、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）を成膜するのに非常に適した無極性基板であることが、本願発明者らの検討によって明らかとなった。そして、このような特徴を有する上記基板を用いて、活性層の障壁層を、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮなど）で形成することにより、上記したダークラインの発生抑制効果に加えて、障壁層の平坦性および結晶性を向上させる効果も得られ、発光効率を大幅に向上させることが可能となることも見出した。
【００７１】
なお、上記知見より、基板上に積層される層構造の中に、できるだけＧａＮ層を含まないようにすることで、表面モフォロジーをさらに良好にすることが可能である。このとき、基板表面（成長主面）に接する半導体層を、Ａｌを含まないＧａＮ層に代えて、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層）にすることで、表面モフォロジーが顕著に向上する。このような現象は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合の特徴的な現象である。なお、発光素子を形成する場合には、光閉じ込めなどを行うために、光ガイド層としてＧａＮ層を用いることも可能である。また、コンタクト層などにＧａＮ層を用いることも可能である。
【００７２】
また、基板上に積層される層構造の中にＧａＮ層が含まれる場合でも、ＧａＮ層（基板と活性層との間に形成されるＧａＮ層）のトータル層厚が比較的小さい場合には、表面モフォロジーの悪化が抑制される。ここで、上記トータル層厚とは、ＧａＮ層が１層の場合は、そのＧａＮ層の層厚を意味し、ＧａＮ層が複数層の場合には、複数のＧａＮ層の層厚を累積した（合計した）層厚を意味する。本願発明者らの検討によれば、基板と活性層との間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚は、０．７μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下であればより好ましい。０．３μｍ以下であればさらに好ましい。
【００７３】
このように、ＧａＮ層のトータル層厚を０．７μｍ以下とする上記条件を満足するように、窒化物半導体層を形成することで、表面モフォロジーが改善され、層表面を平坦化することが可能となる。そして、その平坦化した層の表面上に、活性層（Ｉｎを含む窒化物半導体層である井戸層）を形成することによって、Ｉｎ組成の面内分布を抑制し、発光効率を改善することが可能となる。
【００７４】
なお、発光効率を改善するという観点からは、基板とＩｎを含む窒化物半導体層である井戸層との間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚を０．７μｍ以下とするのが好ましい。また、井戸層が複数層形成されている場合には、最も基板側の井戸層と窒化物半導体基板との間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚を０．７μｍ以下とすることもできるし、他の井戸層と窒化物半導体基板との間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚を０．７μｍ以下とすることもできる。
【００７５】
以下、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。
【００７６】
（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の一部を模式的に示した断面図である。図２は、窒化物半導体の結晶構造を説明するための模式図である。図３は、基板のオフ角度を説明するための模式図である。図４〜図１０は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハを説明するための図である。まず、図１〜図１０を参照して、窒化物半導体レーザ素子（窒化物半導体素子）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５０について説明する。なお、第１実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。
【００７７】
第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０を構成する窒化物半導体は、図２に示すように、六方晶系の結晶構造を有している。この結晶構造において、六角柱とみなせる六方晶のｃ軸［０００１］を法線とする面（六角柱の上面）をｃ面（０００１）と呼び、六角柱の側壁面の各々をｍ面｛１−１００｝と呼ぶ。窒化物半導体では、ｃ軸方向に対称面が存在しないため、分極方向がｃ軸方向に沿っている。このため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示す。すなわち、＋ｃ面（（０００１）面）と−ｃ面（（０００−１）面）とは等価な面ではなく、化学的な性質も異なる。一方、ｍ面は、ｃ面に対して直角な結晶面であるため、ｍ面の法線は、分極方向に対して直交している。このため、ｍ面は、極性のない無極性面である。なお、上述のように、六角柱の側壁面の各々がｍ面となるため、ｍ面は、６種類の面方位（（１−１００）、（１０−１０）、（０１−１０）、（−１１００）、（−１０１０）、（０−１１０））で示されるが、これらの面方位は、結晶幾何学的に等価な面方位であるため、これらを総称して｛１−１００｝と示す。
【００７８】
また、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０は、図１に示すように、窒化物半導体基板としてのｎ型ＧａＮ基板１０を備えている。このｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａは、ｍ面に対してオフ角度を有する面からなる。具体的には、窒化物半導体ウェハ５０のｎ型ＧａＮ基板１０は、ｍ面に対して、ａ軸方向（［１１−２０］方向）にオフ角度を有している。なお、上記ｎ型ＧａＮ基板１０は、ａ軸方向のオフ角度に加えて、ｃ軸方向（［０００１］方向）にもオフ角度を有していてもよい。
【００７９】
ここで、図３を参照して、ｎ型ＧａＮ基板１０のオフ角度についてより詳細に説明する。まず、ｍ面に対して、ａ軸［１１−２０］方向およびｃ軸［０００１］方向の２つの結晶軸方向を定義する。これらａ軸およびｃ軸は、互いに垂直な関係となっているとともに、ｍ軸に対しても互いに垂直な関係となっている。また、ｎ型ＧａＮ基板１０の結晶軸ベクトルが基板表面（成長主面１０ａ）の法線ベクトルと一致する場合（全ての方向に対してオフ角度が０度になった場合）に、ａ軸方向、ｃ軸方向、ｍ軸方向と平行となる方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とする。次に、Ｙ方向の法線を持つ第１面、および、Ｘ方向の法線を持つ第２面を考える。そして、結晶軸ベクトルを第１面および第２面に投影したときに現れる結晶軸ベクトルを、それぞれ、第１投影ベクトルおよび第２投影ベクトルとする。このときの第１投影ベクトルと法線ベクトルとのなす角θａがａ軸方向のオフ角度であり、第２投影ベクトルと法線ベクトルとのなす角θｃがｃ軸方向のオフ角度である。なお、ａ軸方向のオフ角度は、＋方向と−方向とで、結晶的にみて同じ表面状態になるため、＋方向と−方向とで同じ特性を有する。このため、絶対値で記載することができる。一方、ｃ軸方向は、＋方向と−方向とで、Ｇａ極性面が強くなる場合と、Ｎ極性面が強くなる場合とがあり、方向により特性が異なるため、＋方向と−方向とを区別して記載する。
【００８０】
このように、第１実施形態によるｎ型ＧａＮ基板１０は、その成長主面１０ａが、ｍ面｛１−１００｝に対して傾斜した面となっている。
【００８１】
また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０は、ｍ面に対するａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きい角度に調整されている。ただし、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるに従い、活性層（井戸層などのＩｎＧａＮ層）に取り込まれるＩｎの量が減少する傾向があるため、原料効率などの点から、ａ軸方向のオフ角度の絶対値は、１０度以下であるのが好ましい。なお、ａ軸方向のオフ角度が１０度以上の角度であっても、成膜は可能である。また、ｃ軸方向にもオフ角度を有している場合には、ｃ軸方向のオフ角度は、±０．１度より大きい角度に調整されているのが好ましい。ｃ軸方向のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度より小さい角度に調整されているのが好ましい。
【００８２】
また、上記の場合において、ａ軸方向のオフ角度は、１度より大きく、かつ、１０度以下の角度に調整されているのが好ましい。ａ軸方向のオフ角度が、このような範囲となるように調整されていれば、駆動電圧の低減効果が大きくなることに加えて、表面モフォロジーの改善効果も得られるためより好ましい。
【００８３】
また、第１実施形態では、図１および図４に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０が、成長主面１０ａ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、平面的に見て、それぞれ、ａ軸［１１−２０］方向と交差する方向に延びるように形成されている。具体的には、この第１実施形態では、複数の凹部２が、それぞれ、ｃ軸［０００１］方向と平行方向に延びるように形成されているとともに、ｃ軸［０００１］方向と直交するａ軸［１１−２０］方向に約１５０μｍ〜約１２００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の周期Ｒ（図４参照）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１０の成長主面１０ａにストライプ状に形成されている。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０において、凹部２が形成されている領域（掘り込まれている領域）が掘り込み領域３となっている。一方、成長主面１０ａ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。
【００８４】
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（図５参照）が９０度より大きい所定の角度となるように設定されている。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徐々に大きくなるように、凹部２が形成されている。さらに、上記凹部２は、［１１−２０］方向に約５μｍの開口幅ｇ（開口端の幅）を有しているとともに、ｎ型ＧａＮ基板１０の厚み方向に約５μｍの深さｆを有している。
【００８５】
また、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０は、図１に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを含む窒化物半導体層２０が形成された構造を有している。上記ｎ型窒化物半導体層２０ａは、ｎ型クラッド層およびｎ型ガイド層を含んで構成されており、上記ｐ型窒化物半導体層２０ｂは、キャリアブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型ガイド層およびｐ型コンタクト層を含んで構成されている。そして、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１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂの順に、窒化物半導体各層が積層されている。具体的には、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２１（層厚：約２．２μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｎ型ガイド層２２（層厚：約０．２μｍ）、活性層２３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるキャリアブロック層２４（層厚：約２０ｎｍ）、ｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｐ型ガイド層２５（層厚：約０．１μｍ）、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層２６（層厚：約０．５μｍ）およびｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２７（層厚：約０．１μｍ）が順次形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１０およびｎ型窒化物半導体層２０ａ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型窒化物半導体層２０ｂには、ｐ型不純物として、たとえば、Ｍｇがドープされている。
【００８６】
ここで、上記窒化物半導体層２０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１０などとの間の格子定数差が大きくなるため、クラックが発生し易くなる。特に、ｎ型クラッド層２１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１０との間の格子定数差がより大きくなっており、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２１でクラックが非常に発生し易い。
【００８７】
一方、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａに凹部２（掘り込み領域３）が形成されていることにより、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面（窒化物半導体層２０を構成する各層の表面）に窪み３５が形成された状態となっている。そして、この窪み３５によって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。なお、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成されているため、凹部２内が窒化物半導体層２０で埋め込まれにくくなっている。
【００８８】
また、第１実施形態では、上記凹部２（掘り込み領域３）によって、活性層２３に生じる歪みも緩和されている。
【００８９】
さらに、第１実施形態では、図１および図７に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５が形成されている。この層厚傾斜領域５は、図７〜図１０に示すように、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の近傍領域に、凹部２（掘り込み領域３）と平行方向に延びる略帯状に形成されている。そして、この層厚傾斜領域５によっても、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。
【００９０】
したがって、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０では、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を有している。加えて、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、成長主面１０ａ上に形成される窒化物半導体層２０の結晶性が良好となっている。このため、窒化物半導体層２０にクラックが発生しにくくなっている。これにより、クラックが非常に発生し易いｎ型クラッド層２１においても、クラックの発生が抑制されている。むろん、ｎ型クラッド層２１以外の他の窒化物半導体各層においても、クラックの発生が抑制されている。
【００９１】
また、上記層厚傾斜領域５は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとし、かつ、上記凹部２（掘り込み領域３）を形成したｎ型ＧａＮ基板１０を用いた場合に、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の領域（凹部２の近傍領域）に形成される。この理由は、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を持つことで、原料原子の流れる方向がａ軸に沿った方向に変化するとともに、この原料原子の流れが凹部２（掘り込み領域３）によって分断されることにより、非掘り込み領域４における凹部２（掘り込み領域３）の片側の近傍領域において、原料原子の供給が少なくなるためであるとも考えられる。また、層厚傾斜領域５は、ａ軸方向のオフ角度が正（＋）か負（−）かによって、凹部２（掘り込み領域３）の一方側（たとえば、右側）にできるか、凹部２（掘り込み領域３）の他方側（たとえば、左側）にできるかが決まる。これは、ａ軸方向のオフ角度が正（＋）か負（−）かによって、原料原子の流れる向きが変わるためであると考えられる。ａ軸方向のオフ角度は、結晶学的に見て、正（＋）であっても負（−）であっても同じであるため、絶対値で議論してもかまわない。なお、ｃ面を成長主面とするＧａＮ基板を用いた場合には、上記と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されていたとしても、上記のような層厚傾斜領域は形成されない。また、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板であっても、ａ軸方向にオフ角度を有さない場合には、上記と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されていたとしても、上記のような層厚傾斜領域は形成されない。ただし、後述するように、凹部２（掘り込み領域３）に成長抑制膜を形成することによって、層厚傾斜領域を形成することは可能である。
【００９２】
また、窒化物半導体層２０の層厚傾斜領域５は、図７に示すように、凹部２（掘り込み領域３）に最も近い部分が、最も層厚が小さく、凹部２（掘り込み領域３）から離れるにしたがい、徐々に（傾斜的に）層厚が大きくなっている。なお、層厚傾斜領域５における凹部２（掘り込み領域３）に近い部分では、ｎ型窒化物半導体層２０ａ（図１参照）、ｐ型窒化物半導体層２０ｂ（図１参照）にかかわらず、層厚が小さくなっている。また、層厚傾斜領域５における最も層厚が小さい部分の厚みｔ１１は、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０における層厚傾斜領域５以外の領域（後述する発光部形成領域６）の厚みｔ１２の１／２〜２／３程度となっている。ただし、窒化物半導体層２０の成長条件により、上記層厚からずれることもある。あくまで上記の値は、おおよその目安である。
【００９３】
また、層厚傾斜領域５の幅ｗ（［１１−２０］方向の幅）および層厚傾斜領域５の層厚傾斜角度θ（ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａと層厚傾斜領域５の表面とのなす角度）は、ａ軸方向のオフ角度によって制御される。具体的には、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域５の幅ｗが小さくなり、層厚傾斜角度θが大きくなる。このため、第１実施形態では、ａ軸方向のオフ角度を調整することによって、層厚傾斜領域５の幅ｗが所定の長さとなるように設定されているとともに、層厚傾斜角度θが所定の角度となるように設定されている。なお、ａ軸方向のオフ角度が小さすぎると、層厚傾斜領域５の幅ｗが大きくなり過ぎる。一方、層厚傾斜角度θが大きい程、層厚傾斜領域５での層厚変動が大きくなる。このため、窒化物半導体層２０の応力を緩和するには、層厚傾斜角度θが大きい方が好ましい。したがって、層厚傾斜領域５の形成条件を考慮すると、ａ軸方向のオフ角度の絶対値は、０．５度以上であるのが好ましい。また、凹部２の周期Ｒ（図４参照）が、たとえば４００μｍの場合には、ａ軸方向のオフ角度を調整することによって、層厚傾斜領域５の幅ｗが、１μｍ以上１５０μｍ以下に設定されていればより好ましい。層厚傾斜領域５の幅ｗを１μｍ以上とすることにより、層厚傾斜領域５の幅ｗが１μｍより小さくなることに起因して、クラックの抑制効果が薄れるという不都合が生じるのを抑制することが可能となる。
【００９４】
上記した層厚傾斜領域５は、層厚が変化している領域であるため、この領域に発光部（後述するリッジ部）を形成すると特性のバラツキを抑制するのが困難となる。このため、層厚傾斜領域５は、発光部（リッジ部）の形成領域としては適さないといえる。
【００９５】
一方、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０は、層厚傾斜領域５に比べて層厚変動が非常に小さい、発光部（リッジ部）の形成に適した発光部形成領域６を有している。すなわち、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０は、非掘り込み領域４上に、発光部（リッジ部）の形成に適さない層厚傾斜領域５と、非常に均一な層厚を有し、発光部（リッジ部）の形成に適した発光部形成領域６とを含んで構成されている。なお、層厚傾斜領域５では、発光部形成領域６に比べて、輝点状発光の抑制効果が弱くなる。
【００９６】
また、第１実施形態では、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６は、非常に良好な表面モフォロジーを有している。なお、上記発光部形成領域６は、全体的に層厚変動は非常に小さいが、ｃ軸［０００１］方向の層厚変動とａ軸［１１−２０］方向の層厚変動とを比較すると、ｃ軸［０００１］方向の層厚変動の方が、ａ軸［１１−２０］方向の層厚変動に比べてより小さい。
【００９７】
また、図１に示すように、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の所定領域には、電流通路部となる凸状のリッジ部２８が形成されている。このリッジ部２８は、図１０に示すように、平面的に見て、層厚変動のより小さい、ｃ軸［０００１］方向に延びるように形成されているとともに、ａ軸［１１−２０］方向に約１５０μｍ〜約１２００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の周期で配列されている。これにより、複数のリッジ部２８がストライプ状に形成されている。そして、このリッジ部２８の形成によって、窒化物半導体層２０に、発光部となる光導波領域２９（図１および図１０参照）がストライプ状に形成されている。なお、図１に示すように、上記リッジ部２８は、凹部２から所定の距離以上（たとえば、５μｍ以上）隔てた、発光部形成領域６に形成されている。また、窒化物半導体層２０の上面上であるとともにリッジ部２８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層３０が形成されている。
【００９８】
また、窒化物半導体層２０上には、光導波領域２９に電流を供給するためのｐ側電極３１が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ側電極３２が形成されている。
【００９９】
また、図１０に示すように、上記窒化物半導体ウェハ５０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、平面的に見て、ａ軸［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、平面的に見て、ｃ軸［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と層厚傾斜領域５の少なくとも一部とを含むように設定されている。
【０１００】
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５０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。
【０１０１】
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平面図であり、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を模式的に示した断面図である。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の一部を示した断面図であり、図１４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。次に、図１１〜図１４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１００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１００は、上記した第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０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５０から得られる窒化物半導体レーザ素子１００を例にして説明する。
【０１０２】
第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、図１１に示すように、レーザ光が出射される光出射面４０ａと、光出射面４０ａと対向する光反射面４０ｂとを含む一対の共振器面４０を有している。また、上記窒化物半導体レーザ素子１００は、共振器面４０と直交する方向（ｃ軸［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Ｌ））を有しているとともに、共振器面４０に沿った方向（ａ軸［１１−２０］方向）に、約１５０μｍ〜約１２００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の幅Ｗ（チップ幅Ｗ）を有している。
【０１０３】
また、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、図１２に示すように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を備えており、このｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを含む窒化物半導体層２０が積層されることによって形成されている。
【０１０４】
ここで、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａと接する半導体層が、Ａｌを含む窒化物半導体から構成されている。具体的には、窒化物半導体レーザ素子１００は、図１３に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、この成長主面１０ａと接するように、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２１が形成されている。なお、ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａと接する半導体層は、ＡｌＧａＮ層以外に、たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層などであってもよい。また、ＡｌＧａＮ層やＡｌＩｎＧａＮ層などのＡｌを含む窒化物半導体層以外に、ＩｎＧａＮ層およびＩｎＮ層であってもよい。
【０１０５】
また、ｎ型クラッド層２１上には、約０．２μｍの厚みを有するｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｎ型ガイド層２２が形成されている。ｎ型ガイド層２２上には、活性層２３が形成されている。なお、ｎ型ガイド層２２に代えて、ノンドープガイド層が形成されていてもよい。
【０１０６】
上記活性層２３は、図１４に示すように、井戸層２３ａと障壁層２３ｂとが交互に積層された量子井戸構造を有している。また、第１実施形態では、上記活性層２３は、その障壁層２３ｂがＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから構成されている。具体的には、上記活性層２３は、ＩｎＧａＮ（Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎ）からなる２つの井戸層２３ａと、ＡｌＩｎＧａＮからなる３つの障壁層２３ｂ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。より具体的には、活性層２３は、ｎ型ガイド層２２側から、第１障壁層２３１ｂ、第１井戸層２３１ａ、第２障壁層２３２ｂ、第２井戸層２３２ａおよび第３障壁層２３３ｂ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２３ａ（第１井戸層２３１ａ、第２井戸層２３２ａ）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２３１ｂは、約３０ｎｍの厚みに形成されており、第２障壁層２３２ｂは、約１６ｎｍの厚みに形成されており、第３障壁層２３３ｂは、約６０ｎｍの厚みに形成されている。すなわち、３つの障壁層２３ｂは、それぞれ、異なる厚みに形成されている。
【０１０７】
上記第１障壁層２３１ｂは、８ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚みに形成されているのが好ましく、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚みに形成されていればより好ましい。このように、第１障壁層２３１ｂを、少なくとも８ｎｍ以上の厚みに形成すれば、ｎ型ガイド層２２の成長後に成膜される第１障壁層２３１ｂの平坦性を、容易に、より良好にすることが可能となる。また、第１障壁層２３１ｂを、５０ｎｍ以下の厚みに形成すれば、キャリアを効率的に注入することが可能となる。また、上記第２障壁層２３２ｂは、８ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚みに形成されているのが好ましく、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚みに形成されていればより好ましい。このように、第２障壁層２３２ｂを、少なくとも８ｎｍ以上の厚みに形成すれば、高いＩｎ組成比を有する第１井戸層２３１ａの成長後に成膜される第２障壁層２３２ｂの平坦性を、容易に、より良好にすることが可能となる。また、第２障壁層２３２ｂを、３０ｎｍ以下の厚みに形成すれば、キャリアを効率的に注入することが可能となる。さらに、上記第３障壁層２３３ｂは、８ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みに形成されているのが好ましく、１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚みに形成されていればより好ましい。このように、第３障壁層２３３ｂを、少なくとも８ｎｍ以上の厚みに形成すれば、高いＩｎ組成比を有する第２井戸層２３２ａの成長後であって、キャリアブロック層２４の成長前に成膜される第３障壁層２３３ｂの平坦性を、容易に、より良好にすることが可能となる。また、第３障壁層２３３ｂを、１００ｎｍ以下の厚みに形成すれば、キャリアを効率的に注入することが可能となる。
【０１０８】
なお、第１実施形態では、井戸層の層数は２層であるが、井戸層の層数が２層より多くなった場合（たとえば、３層または４層となった場合）、第１障壁層とは、基板に最も近い井戸層の下層側（基板側）に形成される初めの障壁層と定義することができる。また、第２障壁層とは、井戸層間に挟まれた障壁層と定義することができる。さらに、第３障壁層とは、基板から最も離れた井戸層（最終井戸層）上に形成される障壁層と定義することができる。第１障壁層、第２障壁層および第３障壁層を、このように定義することで、井戸層が２層以上形成されている場合でも、上記した障壁層の好ましい層厚条件を適用することが可能となる。そして、このような条件を満たしていれば、上記のような効果が得られるため、好ましい。
【０１０９】
また、第１実施形態では、井戸層２３ａ（活性層２３）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。また、上記障壁層２３ｂは、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）から構成されている。そして、この障壁層２３ｂのＡｌ組成比ｓは、たとえば、０＜ｓ≦０．０８とされており、そのＩｎ組成比ｔは、たとえば、０＜ｔ≦０．１０とされている。障壁層２３ｂのＡｌ組成比ｓを０．０８以下とすることで、光閉じ込めが効率よく行われるため、より好ましい。また、上記障壁層２３ｂをＡｌＩｎＧａＮから構成することにより、ｍ面特有のダークラインの発生を効果的に抑制することが可能となる。さらに、上記障壁層２３ｂをＡｌＩｎＧａＮから構成することにより、障壁層をＧａＮやＩｎＧａＮから構成する場合に比べて、発光効率を向上させることが可能となる。特に、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上０．４５以下の条件において、発光効率の改善傾向が高い。
【０１１０】
ここで、通常、井戸層としては、Ｉｎ組成比が大きな領域（ｘ１≧０．１５）では、３ｎｍ程度の厚みに設定されることが多い。これは、Ｉｎ組成比が大きくなったときに、格子不整合からくるミスフィット転位などの発生を抑えるためである。しかしながら、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有するＧａＮ基板上に、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮなど）からなる障壁層を形成した場合、井戸層の厚みを４．０ｎｍ以上に設定することも可能である。この理由としては、ダークラインの発生抑制効果や活性層を保護する効果などが得られるためであると考えられる。さらに、上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、層表面の平坦性が向上し、面内においてＩｎ組成が非常に均一になる。このため、井戸層の厚みが大きい場合でも、Ｉｎ組成の高い局所領域が形成され難くなる。そのため、これによっても、井戸層の厚膜化が可能になると考えられる。
【０１１１】
また、井戸層の厚みが、８ｎｍより大きくなるとミスフィット転位が多数発生する場合がある。このため、井戸層の厚みは、８ｎｍ以下であるのが好ましい。さらには、２．５ｎｍ程度〜４．０ｎｍ程度の範囲に設定されているのが好ましい。
【０１１２】
また、同様の理由により、井戸層の厚みを１．５ｎｍ程度〜４．０ｎｍ程度の範囲に設定した場合、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮなど）から障壁層を構成することで、井戸層の層数を増やすことができる。たとえば、窒化物半導体レーザ素子において、従来の活性層構造を採用した場合、３層以上の井戸層を形成することによって、発光効率が大幅に劣化する。その一方、Ａｌを含む窒化物半導体から障壁層を構成することによって、井戸層を５層形成した場合でも、発光効率の劣化が抑制される。また、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）では、Ａｌを含む窒化物半導体から障壁層を構成することによって、井戸層を８層形成した場合でも、発光効率の劣化が抑制される。発光ダイオード素子は、半導体レーザ素子に比べて、ｐ型半導体層の層厚が薄いことや、ｐ型半導体層の成膜時に活性層に与える熱ダメージが小さいことなどの理由により、半導体レーザ素子よりも活性層（井戸層）の多層化が容易である。
【０１１３】
なお、活性層の井戸層は、量子井戸を意図して作製されるものであり、結果として、層厚が数ｎｍ以下の範囲で揺らいでいる場合や、局所的に、ドット化している場合も含む。
【０１１４】
活性層の障壁層を、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）から構成する場合、上記のように、井戸層はＩｎＧａＮから構成されているのが好ましい。
【０１１５】
上記活性層２３上には、図１３に示すように、Ａｌを含むｐ型半導体層としてのキャリアブロック層２４が形成されている。このキャリアブロック層２４は、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮから構成されているとともに、４０ｎｍ以下（たとえば、約１２ｎｍ）の厚みを有している。また、キャリアブロック層２４は、そのＡｌ組成比ｙが０．０８以上０．３５以下（たとえば、約０．１５）となるように構成されている。また、キャリアブロック層２４上には、凸部と、凸部以外の平坦部とを有するｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｐ型ガイド層２５が形成されている。ｐ型ガイド層２５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２６が形成されている。ｐ型クラッド層２６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２７が形成されている。そして、ｐ型コンタクト層２７とｐ型クラッド層２６とｐ型ガイド層２５の凸部とによって、約１μｍ〜約１０μｍ（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２８が構成されている。このリッジ部２８は、図１１に示すように、平面的に見て、ｃ軸［０００１］方向に延びるように形成されている。
【０１１６】
また、図１４に示すように、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａ（最もキャリアブロック層２４側の井戸層２３ａ（２３２ａ））との間の距離ｈは、キャリアの井戸層２３ａへの注入効率を向上させるために、約６０ｎｍに設定されている。キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈは、８０ｎｍ以下に設定されているのが好ましく、３０ｎｍ以下に設定されていればより好ましい。第１実施形態では、上記距離ｈは、第３障壁層２３３ｂの厚みと同じになっている。
【０１１７】
なお、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを２００ｎｍ以上とすれば、キャリアブロック層２４から活性層２３までキャリアが拡散していくときに電流が広がるため、輝点状発光が若干抑制される。その一方、ｍ面に対してオフ角度が設けられた成長主面１０ａを有する上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いれば、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを、２００ｎｍ以上としなくても、輝点状発光を効果的に抑制することができる。たとえば、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを、１２０ｎｍよりも短くした場合でも、輝点状発光を効果的に抑制することができる。キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈは、短い方がキャリアの井戸層２３ａへの注入効率が向上するため好ましい。このため、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを、１２０ｎｍより短くすることにより、キャリアの井戸層２３ａへの注入効率を向上させることができる。
【０１１８】
ここで、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００では、図１２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の所定領域に上記した凹部２（掘り込み領域３）が形成されている。この凹部２は、平面的に見て、リッジ部２８（光導波領域２９（図１３参照））と平行方向（ｃ軸［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１００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２８が形成されている。
【０１１９】
また、第１実施形態では、上述したように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａに凹部２（掘り込み領域３）が形成されていることにより、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面（窒化物半導体層２０を構成する各層の表面）に窪み３５が形成された状態となっている。そして、この窪み３５によって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。
【０１２０】
また、第１実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、層厚傾斜領域５および発光部形成領域６が形成されている。上記層厚傾斜領域５は、凹部２（掘り込み領域３）に対して、一方側（Ａ１側）に形成されており、上記発光部形成領域６は、凹部２（掘り込み領域３）に対して、層厚傾斜領域５と反対側の他方側（Ａ２側）に形成されている。そして、この層厚傾斜領域５によっても、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。
【０１２１】
このように、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を有している。
【０１２２】
さらに、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０の結晶性が良好となっている。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の表面モフォロジーが非常に良好となっている。このため、窒化物半導体層２０にクラックが発生しにくくなっている。
【０１２３】
したがって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子定数差などが大きくなる、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮ層を成長主面１０ａ上に形成した場合でも、クラックの発生が抑制される。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０において、クラックの発生が抑制されている。
【０１２４】
なお、上記リッジ部２８は、結晶性および表面モフォロジーが良好な発光部形成領域６の所定領域に形成されている。
【０１２５】
また、図１２および図１３に示すように、リッジ部２８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層３０が形成されている。具体的には、ｐ型ガイド層２５上、ｐ型クラッド層２６の側面上およびｐ型コンタクト層２７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３０が形成されている。
【０１２６】
絶縁層３０およびｐ型コンタクト層２７の上面上には、ｐ型コンタクト層２７の一部を覆うように、ｐ側電極３１が形成されている。このｐ側電極３１は、ｐ型コンタクト層２７を覆っている部分において、ｐ型コンタクト層２７と直接接触している。また、ｐ側電極３１は、絶縁層３０（ｐ型コンタクト層２７）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。
【０１２７】
また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１０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３２が形成されている。
【０１２８】
また、窒化物半導体レーザ素子１００における光出射面４０ａ（図１１参照）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４０ｂ（図１１参照）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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
第１実施形態では、上記のように、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから障壁層２３ｂを構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、ダークラインの発生に起因する発光効率の低下を抑制することができる。また、ダークラインの発生を抑制することによって、発光効率の劣化を抑制することができる。これにより、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、ダークラインの発生を抑制することによって、均一発光の発光パターンを得ることができるので、ゲインを高めることができる。
【０１３１】
また、障壁層２３ｂにＡｌＩｎＧａＮ層を用いることによって、ダークラインの発生抑制効果に加えて、光閉じ込めの向上効果を得ることもできる。また、ＡｌＩｎＧａＮからなる障壁層２３ｂ上に井戸層２３ａを形成することによって、井戸層２３ａに取り込まれるＩｎの効率を非常に良好にすることもできる。このため、Ｉｎのガス流量を少なくした場合でも、高いＩｎ組成比を維持することができる。これにより、Ｉｎの取り込み効率を向上させることができる。その結果、より有効に長波長化を図ることができる。また、原料ガス（たとえば、ＴＭＩｎ）の消費量を削減することができるため、コスト的にもメリットがある。
【０１３２】
さらに、第１実施形態では、障壁層２３ｂをＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、障壁層２３ｂをＧａＮやＩｎＧａＮから構成した場合に比べて、界面の急峻性を向上させることができるので、Ｘ線回折測定によるサテライトピークを明瞭化することができる。これは、障壁層２３ｂがＡｌとＩｎとを含むことで、Ｉｎの凝集や拡散が抑制されたり、活性層２３の熱ダメージが抑制されたりしたためであると考えられる。
【０１３３】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成することによって、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する各層）の表面に窪み３５を形成することができる。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０と窒化物半導体層２０との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層２０に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層２０（非掘り込み領域４上に形成される窒化物半導体層２０）の歪みを、掘り込み領域３上の窒化物半導体層２０の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２０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。したがって、上記のように構成することにより、クラックの発生が抑制された、信頼性および素子特性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を得ることができる。
【０１３４】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成することによって、活性層２３の障壁層２３ｂを、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ）から構成することにより生じる活性層２３の歪みを有効に緩和することができる。これにより、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。また、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成することによって、活性層２３に生じる歪みを緩和することができる。このため、ダークラインの発生および拡大を抑制することもできる。これにより、輝度および信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を得ることができる。
【０１３５】
さらに、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａとすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化、面内の波長ムラを抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、ＥＬ発光パターンを改善することができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子の発光効率をより向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体レーザ素子１００を得ることができる。なお、上記のような輝点状発光の抑制効果が得られる理由として、ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向のオフ角度を持つことで、成長主面１０ａ上に活性層２３（井戸層２３ａ）を成長させる際に、Ｉｎ原子のマイグレーションの方向が変化し、Ｉｎ組成比の高い（Ｉｎ供給量が多い）条件でもＩｎの凝集が抑制されたためであると考えられる。また、活性層２３上に形成されるｐ型半導体層の成長モードも変化するため、ｐ型不純物であるＭｇの活性化率も向上し、ｐ型半導体層が低抵抗化することも理由の一つと考えられる。なお、ｐ型半導体層が低抵抗化することにより、電流を均一に注入し易くなるので、これによりＥＬ発光パターンが均一化する。
【０１３６】
また、第１実施形態では、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、ＥＬ発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性をさらに向上させることができる。すなわち、上記のように構成することによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を容易に得ることができる。
【０１３７】
また、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａとすることによって、この成長主面１０ａ上に形成される窒化物半導体層２０の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層２０にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層２０の表面モフォロジーを良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層２０を得ることができる。このため、窒化物半導体層２０の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層２０に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層２０に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。
【０１３８】
また、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとすることによって、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された上記障壁層２３ｂの平坦性を向上させることができる。このため、平坦性の高い障壁層２３ｂ上に井戸層２３ａを形成することによって、井戸層２３ａにおけるＩｎ組成の面内分布が不均一になるのを抑制することができる。加えて、活性層２３（井戸層２３ａ）の結晶性を向上させることもできる。これにより、発光効率をさらに向上させることができる。
【０１３９】
なお、井戸層２３ａの下側（ｎ型ＧａＮ基板１０側）に形成される障壁層２３ｂを、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌsＩｎtＧａuＮ）から構成するとともに、そのＡｌ組成比ｓを０＜ｓ≦０．０８、Ｉｎ組成比ｔを０＜ｔ≦０．１０とすることで、ダークラインの発生抑制効果や活性層２３を保護する効果に加え、障壁層２３ｂの平坦性向上の効果を得ることもできる。これにより、井戸層２３ａの発光効率をより有効に向上させることができる。
【０１４０】
また、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度が設けられたｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、凹部２（掘り込み領域３）内を窒化物半導体層２０で埋まりにくくすることができる。これにより、容易に、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面に窪みが形成された状態にすることができる。その結果、容易に、クラックの発生を抑制することができる。
【０１４１】
このように、第１実施形態では、発光効率を大幅に向上させることができるので、素子特性および信頼性を向上させることができる。これにより、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。また、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。さらに、ダークラインの発生を抑制することによっても、素子特性のバラツキを低減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を増加させることができる。このため、これによっても、歩留まりを向上させることができる。
【０１４２】
また、第１実施形態では、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５を形成することによって、窒化物半導体層２０で生じた歪みを、この層厚傾斜領域５でも緩和することができる。このため、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域３上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができる。これにより、光閉じ込めを良好に行うためにＡｌの組成比が高いｎ型クラッド層２１を形成した場合でも、クラックをほとんど発生させることなく容易に形成することができる。また、上記層厚傾斜領域５によって、活性層２３の歪みを有効に緩和することができるので、ダークラインが発生するのをより効果的に抑制することができる。なお、上記のような高いクラック抑制効果が得られる理由としては、層厚傾斜領域は、そもそも層厚が薄いため、層厚傾斜領域自体、内包する歪みが少ないこと、および、層厚が徐々に（傾斜的に）変化しているために歪みが段階的に緩和されることにより、より高い歪み緩和効果が得られるためであると考えられる。
【０１４３】
また、第１実施形態では、上記のように構成することによって、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、素子特性のバラツキを低減することができる。このため、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができるので、これによっても、歩留まりを向上させることができる。また、表面モフォロジーを向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることもできる。
【０１４４】
また、第１実施形態では、凹部２（掘り込み領域３）を、平面的に見て、ｃ軸［０００１］方向と平行方向に延びるように形成することによって、上記層厚傾斜領域５を容易に形成することができるので、容易に、高い歪み緩和効果を得ることができる。
【０１４５】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．１度より大きくすることによって、ダークラインの発生を抑制しながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化および面内の波長ムラを容易に抑制することができる。
【０１４６】
なお、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａがｍ面に対してｃ軸方向にもオフ角度を有する場合には、ａ軸方向のオフ角度をｃ軸方向のオフ角度より大きくすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、ｃ軸方向のオフ角度が大きくなり過ぎることに起因して、輝点状発光の抑制効果が低減され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、容易に、発光効率を向上させることができる。また、この場合、ｃ軸方向のオフ角度を±０．１度より大きい角度とすることによって、ｃ軸方向のオフ角度が±０．１度より小さくなることに起因して、成長主面１０ａ上に成長された窒化物半導体層２０の厚みがバラツクという不都合が生じるのを抑制することができる。
【０１４７】
また、ｎ型ＧａＮ基板１０におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．５度以上とすれば、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．５度より小さくなることに起因して、層厚傾斜領域５が大きくなりすぎるという不都合が生じるのを抑制することができるとともに、層厚傾斜領域５によるクラック抑制効果（歪み緩和効果）が低減するという不都合が生じるのを効果的に抑制することができる。
【０１４８】
また、第１実施形態では、窒化物半導体レーザ素子１００の活性層２３を、ＤＱＷ構造に構成することによって、駆動電圧を容易に低減することができる。このため、これによっても、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、活性層２３をＤＱＷ構造に構成した場合でも、ＥＬ発光パターンの輝点状発光およびダークラインの発生を抑制することができる。
【０１４９】
また、第１実施形態では、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮからなるキャリアブロック層２４のＡｌ組成比ｙを０．０８以上０．３５以下に構成することによって、キャリア（電子）に対して十分に高いエネルギー障壁を形成することができるので、活性層２３に注入されたキャリアがｐ型半導体層へ流入するのをより効果的に防ぐことができる。これにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。また、キャリアブロック層２４のＡｌ組成比ｙを０．３５以下とすることによって、Ａｌ組成比ｙが大きくなり過ぎることに起因するキャリアブロック層２４の高抵抗化を抑制することができる。なお、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が大きな領域（ｘ１≧０．１５）では、活性層２３上に形成されるキャリアブロック層２４のＡｌ組成比ｙが０．０８以上になると、キャリアブロック層２４を良好に成長させることが非常に難しくなる。それは、井戸層２３ａのＩｎ濃度が増大するにしたがい、活性層２３の表面の平坦性が悪化し、Ａｌ組成比ｙの高い層を結晶性よく成膜するのが困難になるためである。しかしながら、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いれば、活性層２３（井戸層２３ａ）のＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上０．４５以下の場合でも、その活性層２３上に、Ａｌ組成比ｙが０．０８以上０．３５以下であるキャリアブロック層２４を結晶性よく形成することができる。これにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制して、ＥＬ発光パターンを均一化することができる。
【０１５０】
なお、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂ（たとえば第１実施形態では第３障壁層２３３ｂ）はＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成されていればより好ましい。キャリアブロック層２４は、障壁層２３ｂより大きなＡｌ組成比で形成されるため、キャリアブロック層２４からの応力が井戸層２３ａにかかる。このため、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂを、Ｉｎを含むように構成することで、応力を緩和することができる。また、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂは、ＡｌＩｎＧａＮを一部に含むように構成することもできる。さらに、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂは、ＡｌＧａＮ／ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの２層構造、ＡｌＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮなどの多層構造としてもよい。また、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の障壁層２３ｂは、上記応力緩和の観点から、ＩｎＧａＮであってもよい。このように障壁層２３ｂを形成することで、ダークラインの発生を効果的に抑制することができる。
【０１５１】
ここで、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって得られるダークライン発生抑制効果と、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を設けた面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることで得られる輝点状発光抑制効果とは、まったく異なる効果である。すなわち、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いる場合、ｍ面などの無極性面であれば効果がある。一方、ＩｎＧａＮからなる障壁層を用いた場合でも、オフ角度をａ軸方向に設けることで、発光パターンの輝点状化を抑制することが可能となる。
【０１５２】
しかしながら、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板上にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を成膜すると結晶性などが向上するという効果が得られるため、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用い、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いた場合、障壁層の結晶性が向上する。このように、両方を組み合わせれば、相乗効果が得られるため、より好ましい。もちろん、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用い、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いれば、ダークラインの発生を抑制することができることに加えて、輝点状発光の抑制も可能となる。
【０１５３】
また、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いる場合に、掘り込み領域を形成したｍ面基板などの無極性基板を用いることによって、活性層にかかる歪みを有効に緩和することができる。これにより、ダークラインの発生やダークラインの拡大を効果的に抑制することができる。
【０１５４】
また、ａ軸方向にオフ角度を有するｍ面基板に掘り込み領域を形成することにより、層厚傾斜領域を形成することができるので、この層厚傾斜領域により、より効果的にクラックの発生を抑制することができる。もちろん、ＥＬ発光パターンの輝点状発光抑制効果も得られる。
【０１５５】
さらに、ａ軸方向にオフ角度を有するｍ面基板に掘り込み領域を形成し、この基板を用いて発光素子を形成する際に、活性層の障壁層をＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ダークラインの発生抑制効果、輝点状発光の抑制効果およびクラックの発生抑制効果を得ることができる。このため、ダークラインが発生したり、ダークラインが拡大したりするのをさらに効果的に抑制することができるためより好ましい。
【０１５６】
図１５〜図３２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および図１４〜図３２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１００の製造方法について説明する。
【０１５７】
まず、ｍ面に対してオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を準備する。このｎ型ＧａＮ基板１０は、たとえば、ｃ面（０００１）を主面とするＧａＮバルク結晶から切り出した基板を種基板とし、この種基板上にＧａＮ結晶を成長させることによって作製される。具体的には、図１５に示すように、下地基板３００上にＳｉＯ2からなる保護膜（図示せず）を部分的に形成した後、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのエピタキシャル成長法を用いて、下地基板３００上に保護膜の上からＧａＮバルク結晶を成長させる。これにより、保護膜が形成されていない部分から成長が開始し、保護膜上部でＧａＮ結晶の横方向の成長が生じる。そして、横方向に成長したＧａＮ結晶同士が保護膜上で接合して成長を続け、下地基板３００上にＧａＮ結晶層４００ａが形成される。このＧａＮ結晶層４００ａは、下地基板３００を除去した後にも自立して取り扱いが可能なように、十分に厚く形成する。次に、形成されたＧａＮ結晶層４００ａから、たとえば、エッチングなどによって、下地基板３００を除去する。これにより、図１６に示すように、ｃ面（０００１）を主面とするＧａＮバルク結晶４００が得られる。なお、下地基板３００としては、たとえば、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などを用いることが可能である。また、ＧａＮバルク結晶４００の厚みＳは、たとえば、約３ｍｍとすることができる。
【０１５８】
次に、得られたＧａＮバルク結晶４００の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工することにより、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとする。この平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定する算術平均粗さＲａであり、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって測定することができる。
【０１５９】
次に、ＧａＮバルク結晶４００を、［１−１００］方向と垂直な複数の面でスライスすることにより、ｍ面｛１−１００｝を主面とする複数のＧａＮ結晶基板４１０を厚みＴ（たとえば、１ｍｍ）（幅Ｓ：３ｍｍ）で切り出す。そして、切り出したＧａＮ結晶基板４１０の研削および研磨加工が施されていない４面を研削および研磨加工することにより、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとする。その後、図１７および図１８に示すように、複数のＧａＮ結晶基板４１０において、その主面が互いに平行となるようにするとともに、それらＧａＮ結晶基板４１０の［０００１］方向が同一となるようして、互いに隣接させて配置する。
【０１６０】
続いて、図１９に示すように、互いに隣接させて配置した複数のＧａＮ結晶基板４１０を種基板として、これらＧａＮ結晶基板４１０のｍ面｛１−１００｝上に、ＨＶＰＥ法などのエピタキシャル成長法を用いて、ＧａＮ結晶を成長させる。これにより、ｍ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板１が得られる。次に、得られたｎ型ＧａＮ基板１の主面を化学的機械的研磨処理によって研磨することにより、ａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度を独立して制御し、ｍ面に対するａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度を所望のオフ角度とする。このオフ角度は、Ｘ線回折法により測定することができる。これにより、ｍ面に対してオフ角度を有する面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板１０が得られる。
【０１６１】
なお、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の作製において、オフ角度が大きい基板を作製する場合には、ＧａＮバルク結晶４００から複数のＧａＮ結晶基板４１０を切り出す際に、ＧａＮ結晶基板４１０の主面がｍ面｛１−１００｝面に対して所望のオフ角度を有するように、［１−１００］方向に対して所定の切り出し角度で切り出してもよい。このようにすれば、ＧａＮ結晶基板４１０の主面がｍ面｛１−１００｝面に対して所望のオフ角度を有する面となるため、その主面上に形成されるｎ型ＧａＮ基板１（１０）の主面（成長主面）もｍ面｛１−１００｝面に対して所望のオフ角度を有する面となる。
【０１６２】
また、ＧａＮバルク結晶４００（図１６参照）から切り出したＧａＮ結晶基板４１０の主面を化学的機械的研磨処理によって研磨することにより、このＧａＮ結晶基板４１０を、ｎ型ＧａＮ基板１０として用いることもできる。この場合、ＧａＮ結晶基板４１０の幅Ｓは、３ｍｍ以上とすることもできる。
【０１６３】
ここで、第１実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０におけるａ軸方向のオフ角度を、０．１度より大きい角度となるように調整する。なお、ｃ軸方向にもオフ角度を設ける場合には、ｃ軸方向のオフ角度は、±０．１度より大きい角度となるように調整するのが好ましい。また、ｃ軸方向のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度より小さい角度に調整するのが好ましい。
【０１６４】
次に、図２０に示すように、得られたｎ型ＧａＮ基板１０の上面（成長主面１０ａ）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４２０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４２０上に、レジストパターンとしての開口部４３０ａを有するレジスト層４３０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４３０をマスクとしてＳｉＯ2層４２０をエッチングすることにより、ＳｉＯ2層４２０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４３０を除去する。なお、レジスト層４３０を除去せずに、そのまま、次の工程を行ってもよい。
【０１６５】
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４２０をマスクとして、ｎ型ＧａＮ基板１０をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ基板１０の所定領域を選択的に除去する。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１０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１０に上記した凹部２（掘り込み領域３）がｃ軸方向と平行方向に延びるように形成される。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度より大きい所定の角度となるように形成する。
【０１６６】
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４２０（図２３参照）を除去する。
【０１６７】
次に、図２５に示すように、上記のように加工されたｎ型ＧａＮ基板１０（加工基板）の成長主面１０ａ上に、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、窒化物半導体各層２１〜２７を成長させる。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２１、約０．２μｍの厚みを有するｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｎ型ガイド層２２、および活性層２３を順次成長させる。なお、活性層２３を成長させる際には、図１４に示したように、ＩｎＧａＮ（Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎ）からなる２つの井戸層２３ａと、ＡｌＩｎＧａＮ（ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１））からなる３つの障壁層２３ｂとを交互に成長させる。具体的には、ｎ型ガイド層２２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２３１ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第１井戸層２３１ａ、約１６ｎｍの厚みを有する第２障壁層２３２ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第２井戸層２３２ａおよび約６０ｎｍの厚みを有する第３障壁層２３３ｂを順次成長させる。これにより、ｎ型ガイド層２２上に、２つの井戸層２３ａと３つの障壁層２３ｂとからなるＤＱＷ構造を有する活性層２３が形成される。このとき、井戸層２３ａ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２３ｂは、そのＡｌ組成比ｓが、たとえば、０＜ｓ≦０．０８、そのＩｎ組成比ｔが、たとえば、０＜ｔ≦０．１０となるように構成する。
【０１６８】
次に、図２５に示すように、活性層２３上に、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮからなるキャリアブロック層２４、約０．０５μｍの厚みを有するｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｐ型ガイド層２５、約０．５μｍの厚みを有するｐ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｐ型クラッド層２６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２７を順次成長させる。この際、キャリアブロック層２４は、その厚みが４０ｎｍ以下（たとえば、約１２ｎｍ）となるように形成するのが好ましい。また、キャリアブロック層２４は、そのＡｌ組成比ｙが０．０８以上０．３５以下（たとえば、約０．１５）となるように構成する。なお、ｎ型窒化物半導体層２０ａ（ｎ型クラッド層２１およびｎ型ガイド層２２）には、ｎ型不純物として、たとえば、Ｓｉをドープし、ｐ型窒化物半導体層２０ｂ（キャリアブロック層２４、ｐ型ガイド層２５、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７）には、ｐ型不純物として、たとえば、Ｍｇをドープする。
【０１６９】
また、第１実施形態では、ｎ型窒化物半導体層２０ａは、９００℃以上であって、１３００℃より低い成長温度（たとえば、１０７５℃）で形成する。また、活性層２３の井戸層２３ａは、６００℃以上７７０℃以下の成長温度（たとえば、７００℃）で形成する。井戸層２３ａに接する障壁層２３ｂは、井戸層２３ａと同じ成長温度（たとえば、７００℃）で形成してもよい。Ａｌを含む窒化物半導体層である障壁層２３ｂは、井戸層２３ａより高い温度で形成することもできる。障壁層２３ｂの成長温度としては、６００℃以上９００℃以下が好ましい。さらに、ｐ型窒化物半導体層２０ｂは、７００℃以上であって、９００℃より低い成長温度（たとえば、８８０℃）で形成する。なお、ｎ型窒化物半導体層２０ａの成長温度は、９００℃以上１３００未満が好ましく、１０００℃以上１３００未満であればより好ましい。また、活性層２３の井戸層２３ａの成長温度は、６００℃以上８３０℃以下が好ましく、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上の場合には、６００℃以上７７０℃以下が好ましい。６３０℃以上７４０℃以下であればより好ましい。また、活性層２３の障壁層２３ｂの成長温度は、井戸層２３ａと同じ温度か、井戸層２３ａより高い温度が好ましい。さらに、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度は、７００℃以上９００℃未満が好ましく、７００℃以上８８０℃以下であればより好ましい。もちろん、９００℃以上の温度でｐ型窒化物半導体層２０ｂを形成してもｐ型伝導が得られるため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを９００℃以上の温度で形成してもよい。
【０１７０】
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。
【０１７１】
ここで、第１実施形態では、図１に示したように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成されているため、凹部２内が窒化物半導体層２０で埋め込まれにくくなっている。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層２０を形成した際に、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面（窒化物半導体層２０を構成する各層の表面）に容易に窪み３５が形成された状態となる。そして、この窪み３５によって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和される。
【０１７２】
また、第１実施形態では、図７および図８に示したように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５が形成される。この層厚傾斜領域５は、図９に示したように、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の近傍領域に、凹部２（掘り込み領域３）と平行方向に延びる略帯状に形成される。そして、この層厚傾斜領域５によっても、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和される。
【０１７３】
このように、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では、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果が得られる。
【０１７４】
さらに、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａを、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成することによって、成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０の結晶性が良好となる。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の表面モフォロジーが非常に良好となる。このため、窒化物半導体層２０にクラックが発生しにくくなる。
【０１７５】
したがって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子定数差などが大きくなる、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮ層を成長主面１０ａ上に形成した場合でも、クラックの発生が抑制される。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、クラックの発生が抑制された窒化物半導体層２０が形成される。
【０１７６】
また、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０には、層厚傾斜領域５に比べて層厚変動が非常に小さい、発光部（リッジ部２８）の形成に適した発光部形成領域６が形成される。この発光部形成領域６は、その表面モフォロジーが非常に良好であり、層厚変動が非常に小さい。
【０１７７】
続いて、図２６に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、発光部形成領域６（図７および図８参照）におけるｐ型コンタクト層２７上に、約１μｍ〜約１０μｍ（たとえば約１．５μｍ）の幅を有するとともに、ｃ軸［０００１］方向に延びるストライプ状（細長状）のレジスト４４０を形成する。そして、図２７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法を用いて、レジスト４４０をマスクとしてｐ型ガイド層２５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２５の凸部とｐ型クラッド層２６とｐ型コンタクト層２７とによって構成されるとともに、ｃ軸［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２８（図１０および図２７参照）が形成される。
【０１７８】
次に、図２８に示すように、リッジ部２８上にレジスト４４０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３０を形成し、リッジ部２８を埋め込む。そして、リフトオフによりレジスト４４０を除去することによって、リッジ部２８の上部のｐ型コンタクト層２７を露出させる。これにより、リッジ部２８の両脇に、図２９に示すような絶縁層３０が形成される。
【０１７９】
次に、図３０に示すように、真空蒸着法などを用いて、基板側（絶縁層３０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３０（ｐ型コンタクト層２７）上に、多層構造からなるｐ側電極３１を形成する。
【０１８０】
次に、基板を分割し易くするために、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面を研削または研磨することにより、ｎ型ＧａＮ基板１０を１００μｍ程度の厚みまで薄くする。その後、図１に示したように、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上に、真空蒸着法などを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１０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３２を形成する。なお、ｎ側電極３２の形成前に、ｎ側の電気特性の調整などの目的でドライエッチングやウェットエッチングを行ってもよい。
【０１８１】
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５０が形成される。
【０１８２】
その後、図３１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、ウェハ（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４０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４０）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。
【０１８３】
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、図３２に示すように、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、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００が製造される。なお、分割予定性Ｐ２は、上記のように、凹部２に対して層厚傾斜領域５側に設定してもよいし、凹部２に対して層厚傾斜領域５とは反対側に設定してもよい。
【０１８４】
上記の製造方法により得られた第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、図３３に示すように、サブマウント１５１を介してステム１５２上にマウントされ、ワイヤ１５３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１５４がステム１５２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（半導体装置）１５０に組み立てられる。
【０１８５】
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では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板１０に予め凹部２（掘り込み領域３）を形成しておくことによって、ｎ型ＧａＮ基板１０上に形成される窒化物半導体層２０の歪みを緩和することができる。このため、窒化物半導体層２０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ので、１枚のウェハから得られる良品の数を増加させることができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。
【０１８６】
また、第１実施形態の製造方法では、凹部２（掘り込み領域３）が形成された上記ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層２０を形成する際に、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから障壁層２３ｂを構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。これにより、発光効率が向上された、輝度の高い窒化物半導体レーザ素子１００を製造することができる。
【０１８７】
また、第１実施形態の製造方法では、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成することによって、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から障壁層２３ｂを構成することにより生じる活性層２３の歪みを有効に緩和することができる。これにより、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。
【０１８８】
また、窒化物半導体ウェハ５０を分割する際に、凹部２（掘り込み領域３）上に形成された窪み３５全体が個々の素子に含まれるように、窒化物半導体ウェハ５０を分割することによって、素子に含まれる窪み部分で、活性層２３の歪みをより緩和することもできる。これにより、ダークラインの発生および拡大を効果的に抑制することもができる。
【０１８９】
さらに、第１実施形態の製造方法では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとする上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、輝点状発光の抑制効果も得ることができる。加えて、上記障壁層２３ｂの結晶性を良好にすることができるとともに、その表面モフォロジーも良好にすることができる。これにより、発光効率をより向上させることができる。
【０１９０】
なお、第１実施形態の製造方法では、凹部２（掘り込み領域３）を、平面的に見て、ｃ軸方向と平行方向に延びるように形成することによって、窒化物半導体層２０における凹部２（掘り込み領域３）の近傍部分（掘り込み領域３の隣）に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５を容易に形成することができる。そして、この層厚傾斜領域５によっても、窒化物半導体層２０の歪みを緩和することができるので、非常に高いクラック抑制効果を得ることができる。
【０１９１】
また、第１実施形態の製造方法では、ｎ型窒化物半導体層２０ａを、９００℃以上の高温で形成することによって、ｎ型窒化物半導体層２０ａの層表面を平坦化することができる。このため、平坦化されたｎ型窒化物半導体層２０ａ上に活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを形成することにより、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂにおける結晶性の低下を抑制することができる。そのため、これによっても、高品質な結晶を形成することができる。また、ｎ型窒化物半導体層２０ａを、１３００℃より低い成長温度で形成することによって、１３００℃以上の成長温度で形成されることに起因して、昇温時にｎ型ＧａＮ基板１０の表面が再蒸発し、表面荒れが引き起こされるという不都合が生じるのを抑制することができる。したがって、このように構成することにより、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を容易に製造することができる。
【０１９２】
また、第１実施形態の製造方法では、活性層２３の井戸層２３ａを、６００℃以上の成長温度で形成することによって、６００℃より低い成長温度で形成することに起因して、原子の拡散長が短くなり結晶性が悪化するという不都合が生じるのを抑制することができる。また、活性層２３の井戸層２３ａを、７７０℃以下の成長温度で形成することによって、７７０℃より高い成長温度（たとえば、８３０℃以上）で活性層２３の井戸層２３ａが形成されることに起因して、熱ダメージによって活性層２３が黒色化され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、井戸層２３ａに接する障壁層２３ｂの成長温度は、井戸層２３ａと同じ温度か、井戸層２３ａより高い温度が好ましい。
【０１９３】
また、第１実施形態の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを、７００℃以上の成長温度で形成することによって、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度が低すぎることに起因して、ｐ型窒化物半導体層２０ｂが高抵抗化されるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを、１１００℃より低い成長温度で形成することによって、活性層２３の熱ダメージを低減することができる。
【０１９４】
なお、ｃ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板を用いた場合、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを９００℃より低い成長温度で形成すると、ｐ型窒化物半導体層２０ｂが非常に高抵抗となってしまい、デバイス（窒化物半導体素子）としての使用が難しくなる。その一方、ｍ面に対してａ軸方向のオフ角度が設けられた面を成長主面１０ａとする上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、９００℃より低い成長温度であっても、ｐ型不純物としてＭｇをドープすることにより、ｐ型伝導を得ることができる。特に、活性層２３の井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が、０．１５以上０．４５以下の場合には、Ｉｎの偏析などにより、面内でＩｎ組成のバラツキが生じやすくなる。このため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度は低い方が好ましい。また、活性層２３の井戸層２３ａの成長温度とｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度との差は、４５０℃未満が活性層２３の熱ダメージ回避の意味で好ましく、３００℃以下であればより好ましい。ただし、Ｉｎ組成比ｘ１が０．１５より小さい場合には、Ｉｎの偏析などの問題も少ないため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度として、９００℃以上でも問題はない。
【０１９５】
また、活性層２３の障壁層２３ｂを、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ）から構成することで、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを形成する際に発生する熱ダメージに対して活性層２３（井戸層２３ａ）が強くなる。このため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを１０００℃以上の高い成長温度で形成することができる。これにより、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを高温で形成することによって、ｐ型窒化物半導体層２０ｂで発生する欠陥などを抑制して、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの結晶性を高めることができる。すなわち、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度の自由度を格段に向上させることが可能となる。その結果、デバイスに必要なスペックなどを考慮して、最も適切な成長温度で半導体層を成膜することができる。
【０１９６】
次に、上記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。
【０１９７】
この実験では、まず、確認用試料１として、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、ダークライン抑制効果の確認を行った。なお、確認用試料１に用いたｎ型ＧａＮ基板のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度が１．７度、ｃ軸方向のオフ角度が＋０．５度であった。
【０１９８】
また、確認用試料１では、活性層の障壁層は、Ａｌ0.01Ｉｎ0.03Ｇａ0.96ＮのＡｌ組成１％で形成した。障壁層のＡｌ組成は、ＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；オージェ電子分光法）で測定した。また、比較用試料１として、ｍ面ＧａＮ基板を用いて、その基板上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製した。ただし、比較用試料１では、ＧａＮ基板として、ｍ面ジャスト基板を用いており、障壁層をＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎで形成している。すなわち、比較用試料１は、障壁層を、ＡｌＩｎＧａＮに代えて、ＩｎＧａＮから構成した点、および、ｎ型ＧａＮ基板にｍ面ジャスト基板を用いた点が確認用試料１と異なる。
【０１９９】
そして、作製した確認用試料１および比較用試料１を用いて、ＰＬ（ｐｈｏｔｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光パターンの観察を行った。具体的には、波長４０５ｎｍの光を試料に照射して、活性層のみの選択励起を行い、活性層の発光パターンを観察した。
【０２００】
上記した図５０は、障壁層をＩｎＧａＮから構成した比較用試料１のＰＬ発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真であり、上記した図５２は、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した第１実施形態による確認用試料１のＰＬ発光パターンの顕微鏡写真である。
【０２０１】
図５０に示すように、障壁層をＩｎＧａＮから構成した比較用試料１では、ｃ軸方向（〈０００１〉方向）にダークラインが多数発生していた。これに対し、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した確認用試料１では、図５２より、ダークラインが全く発生していないことが分かる。なお、ダークラインは、電流注入によるＥＬ発光パターン中でも、その発生を確認することができるが、上記のように、活性層を選択励起したＰＬ発光パターンでも明瞭に観察することができる。これは、ダークラインが活性層に発生しているためであると考えられる。
【０２０２】
次に、確認用試料２として、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、クラック抑制効果の確認を行った。なお、確認用試料２に用いたｎ型ＧａＮ基板のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度が＋２．２度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．１８度であった。また、凹部（掘り込み領域）の周期は、４００μｍとした。
【０２０３】
また、比較用試料２として、ａ軸方向にオフ角度を有さないｎ型ＧａＮ基板（ほぼｍ面ジャスト基板）上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、確認用試料２と同様、観察に供した。比較用試料２に用いたｎ型ＧａＮ基板の具体的なオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度が０度、ｃ軸方向のオフ角度が＋０．０５度であった。比較用試料２のその他の構成は、確認用試料２と同じ構成とした。また、確認用試料２および比較用試料２における窒化物半導体各層の成膜は、ＭＯＣＶＤ装置にて同時に行った。
【０２０４】
図３４は、確認用試料２の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真であり、図３５は、比較用試料２の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。
【０２０５】
図３４および図３５に示すように、ａ軸方向にオフ角度を有するｎ型ＧａＮ基板を用いた確認用試料２では、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５が形成されているのが観察された。また、このような層厚傾斜領域５は、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の近傍領域に、凹部２（掘り込み領域３）と平行方向に延びる略帯状に形成されることが確認された。さらに、確認用試料２では、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層における層厚傾斜領域５以外の領域（発光部形成領域６）において、非常に良好な表面モフォロジーが明瞭に観察された。これより、ａ軸方向にオフ角度を有する基板を用いることによって、表面モフォロジーを改善することが可能であることが確認された。
【０２０６】
また、比較用試料２では、窒化物半導体層の成膜後に、１０〜２０本／ｃｍ2程度のクラックの発生が観察されたが、確認用試料２では、成膜後のクラックの発生は観察されなかった。ちなみに、掘り込み領域を形成しないＧａＮ基板を用いて、同様の窒化物半導体各層の成膜を行ったところ、７０〜９０本／ｃｍ2程度のクラックの発生が観察された。すなわち、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、クラックの発生抑制効果が得られ、さらに、ａ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、窒化物半導体層に層厚傾斜領域が形成され、これによって、より高いクラックの発生抑制効果が得られることが確認された。
【０２０７】
以上より、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板に、凹部（掘り込み領域）を形成することによって、非常に高いクラック抑制効果が得られることが確認された。
【０２０８】
なお、上記確認用試料２および上記比較用試料２を用いてＬＥＤ素子を作製し、各ＬＥＤ素子を駆動電流１００ｍＡで駆動させたところ、いずれのＬＥＤ素子でも、２００時間の駆動後もＥＬ発光パターンにダークラインの発生が見られなかった。これは、基板に掘り込み領域を形成したことで、活性層の歪みが有効に緩和されているためであると考えられる。
【０２０９】
また、確認用試料２を用いて作製したＬＥＤ素子では、閾値電流の値が５５ｍＡと非常に低い結果が得られた。これは、輝点状発光の抑制と、ダークラインの発生抑制および基板に掘り込み領域を形成したことによる活性層の歪み緩和効果によるものと考えられる。
【０２１０】
また、比較用試料２を用いて作製したＬＥＤ素子でも、障壁層にＩｎＧａＮ層を用いた構造より明らかに効果があり好ましい。確認用試料２の構成であればさらに好ましい。
【０２１１】
次に、層厚傾斜領域に及ぼすａ軸方向のオフ角度の影響を確認するために、ａ軸方向のオフ角度の異なる４種類のｎ型ＧａＮ基板を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した後、窒化物半導体層に形成される層厚傾斜領域の幅を調べた。上記４種類のｎ型ＧａＮ基板のａ軸方向のオフ角度は、＋０．５度、＋１．０度、＋２．０度、＋３．０度である。また、４種類のｎ型ＧａＮ基板のｃ軸方向のオフ角度は、それぞれ、−０．２度程度である。なお、凹部（掘り込み領域）は、上記第１実施形態と同じになるように、幅５μｍ、深さ５μｍとした。また、凹部（掘り込み領域）の周期は、４００μｍとした。さらに、基板上に成膜される窒化物半導体各層は、上記第１実施形態と同様とした。
【０２１２】
その結果、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域の幅が狭くなる傾向が認められた。具体的には、ａ軸方向のオフ角度が＋０．５度の場合には、層厚傾斜領域の幅は１８８．４μｍであり、ａ軸方向のオフ角度が＋１．０度の場合には、層厚傾斜領域の幅は９２．２μｍであった。また、ａ軸方向のオフ角度が＋２．０度の場合には、層厚傾斜領域の幅は４６．５μｍであり、ａ軸方向のオフ角度が＋３．０度の場合には、層厚傾斜領域の幅は３２．７μｍであった。
【０２１３】
また、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域の傾斜（層厚傾斜角度）もきつくなる傾向が認められた。
【０２１４】
なお、ａ軸方向のオフ角度が＋０．５度の場合には、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の半分程度を層厚傾斜領域が占める結果となった。このため、ａ軸方向のオフ角度が０．５度より小さい場合には、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の半分以上を層厚傾斜領域が占めてしまう。ここで、デバイスの動作する領域（発光デバイスであれば発光領域）は、表面モフォロジーの良好な発光部形成領域に形成するのが好ましい。このため、デバイスの動作する領域（発光部（リッジ部））を作製できる領域（発光部形成領域）を確保する意味で、ａ軸方向のオフ角度は、０．５度以上であるのが好ましい。
【０２１５】
次に、確認用素子として、図３６に示すような発光ダイオード素子１１０を作製し、ＥＬ発光パターンの観察を行った。なお、ＥＬ発光パターンの観察に発光ダイオード素子を用いたのは、窒化物半導体レーザ素子では、リッジ部の形成によって電流注入される領域が狭められているため、ＥＬ発光パターンの観察が困難になるからである。
【０２１６】
この確認用素子（発光ダイオード素子１１０）は、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０上に、同様の窒化物半導体層（半導体各層）を形成することによって作製した。窒化物半導体層の形成は、上記第１実施形態と同様の方法を用いて行った。具体的には、図３６に示すように、ｍ面に対してオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いて、その成長主面１０ａ上に、ｎ型クラッド層２１、ｎ型ガイド層２２、活性層２３、キャリアブロック層２４、ｐ型ガイド層２５、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７を順次形成した。次に、ｐ型コンタクト層２７上に、ｐ側電極１３１を形成した。このｐ側電極１３１は、ＥＬ発光パターンを確認するために透明電極とした。また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ側電極３２を形成した。確認用素子におけるｎ型ＧａＮ基板１０のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角が＋２．２度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．１８度であった。また、確認用素子における井戸層のＩｎ組成比は、０．２９であり、障壁層のＡｌ組成比は、２％であった。すなわち、この確認用素子では、井戸層をＩｎ0.29Ｇａ0.71Ｎから構成し、障壁層をＡｌ0.02Ｉｎ0.03Ｇａ0.95Ｎから構成した。なお、上記確認用素子は、発光部形成領域が発光領域となるように形成している。このようにして作製した確認用素子（発光ダイオード素子１１０）に電流注入を行うことによって、確認用素子（発光ダイオード素子１１０）を発光させ、面内光分布を観察した。図３７に、確認用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真を示す。
【０２１７】
また、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板（ほぼｍ面ジャスト基板：ａ軸方向のオフ角度が０度、ｃ軸方向のオフ角度が＋０．０５度）を用いた発光ダイオード素子を比較用素子として作製した。この比較用素子は、上記確認用素子と同一方法で作製した。Ｉｎガス流量は、確認用素子と同一としたが、比較用素子における井戸層のＩｎ組成比は、０．２であった。比較用素子のその他の構成は、上記確認用素子と同様である。そのため、比較用素子の障壁層は、確認用素子と同じＡｌ0.02Ｉｎ0.03Ｇａ0.95Ｎ層となっている。そして、確認用素子と同様に、面内光分布の観察を行った。比較用素子は、ＧａＮ基板にｍ面ジャスト基板を用いている点、および井戸層のＩｎ組成比が０．２である点を除き、確認用素子（発光ダイオード素子１１０）と同様の構成とした。
【０２１８】
図３８は、比較用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真である。図３８に示すように、比較用素子では、ＥＬ発光パターンが輝点状化しているのに対し、図３７に示すように、確認用素子では、ＥＬ発光パターンの輝点状化が抑制され、均一発光のＥＬ発光パターンとなっているのがわかる。これより、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化が抑制されることが確認された。また、確認用素子および比較用素子の発光効率を測定したところ、確認用素子の発光効率は、比較用素子の発光効率に対して１．５倍に増加していることが確認された。なお、確認用素子の発光波長は、５３０ｎｍであり、比較用素子の発光波長は、４９０ｎｍであった。このことより、オフ角度を制御した確認用素子では、ｍ面ジャスト基板を用いた比較用素子に比べて、Ｉｎの取り込みに関しても効率がよいことが確認された。以上より、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を設けることにより、緑色の波長領域において、輝点状発光の抑制効果が得られ、発光効率が増加することが確認された。
【０２１９】
また、確認用素子および比較用素子のいずれも、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いているため、ダークラインの発生は見られなかった。また、確認用素子では、ａ軸方向にオフ角度を有するｍ面窒化物半導体基板を用いているため、輝点状発光が抑制されて、発光パターンが均一となっていた。このため、確認用素子では、輝点状発光の抑制、さらにダークラインの発生の抑制とより好ましい状態であった。なお、確認用素子では、層厚傾斜領域が形成されたこともあり、クラックの発生は認められなかった。
【０２２０】
続いて、ａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度が異なる複数のｎ型ＧａＮ基板を用いて、図３６に示した発光ダイオード素子１１０と同様の素子を複数作製し、ＥＬ発光パターンの観察等の実験を行った。
【０２２１】
その結果、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を設けることで、ＥＬ発光パターンの輝点状化の抑制効果が得られることが明らかとなった。また、ａ軸方向のオフ角度が０．１度以下の範囲では、輝点状発光の抑制効果が小さく、ａ軸方向のオフ角度が０．１度より大きくなると、ＥＬ発光パターンの輝点状化の抑制効果が顕著に現れることが判明した。これにより、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ＧａＮ基板の成長主面とすることにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制可能であることが確認された。また、ａ軸方向のオフ角度をｃ軸方向のオフ角度より大きくすることにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化がより効果的に抑制されることが確認された。
【実施例１】
【０２２２】
実施例１による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が＋０．５度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．１５度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例１では、障壁層を、Ａｌ0.02Ｉｎ0.03Ｇａ0.95Ｎから構成し、井戸層をＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎから構成した。また、上記基板には、ｃ軸方向と平行方向に掘り込み領域を形成した。実施例１のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。なお、比較例１として、障壁層をＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから構成した窒化物半導体レーザ素子を作製した。比較例１による窒化物半導体レーザ素子では、掘り込み領域は形成しておらず、その他の構成は実施例１と同様である。
【０２２３】
比較例１では、窒化物半導体層に多数のクラックが発生しており、大きく歩留まりを落とした。このため、クラックの発生しなかったわずかな素子を選別し、ＥＬ発光パターンの観察を行ったところ、１ｍｍ幅の間に１００本程度の多数のダークラインが発生していた。これに対し、実施例１では、クラックの発生はほとんど認められず、歩留まりの低下はほとんどなかった。また、実施例１のＥＬ発光パターンを観察したところ、ダークラインは全く発生していなかった。
【０２２４】
また、実施例１および比較例１について、閾値電流を測定したところ、比較例１による窒化物半導体レーザ素子では閾値電流の値が１３０ｍＡ程度であったのに対し、実施例１による窒化物半導体レーザ素子では閾値電流の値が６５ｍＡであり、実施例１による窒化物半導体レーザ素子では、比較例１に比べて、閾値電流が非常に小さくなることが確認された。これは、ダークラインの発生が抑制されて、面内で均一に発光することでゲインが大きくなったためとも考えられる。
【０２２５】
さらに、実施例１と同様の基板を用いて、同様の窒化物半導体層を形成し、電流狭窄構造を形成しないでＬＥＤ素子を作製した。そして、作製したＬＥＤ素子を駆動電流１００ｍＡで駆動させたところ、２００時間の駆動後もＥＬ発光パターンにダークラインの発生が見られなかった。これは、基板に掘り込み領域を形成したことで、活性層の歪みが有効に緩和されているためであると考えられる。
【０２２６】
なお、比較例１では、７０〜９０本／ｃｍ2程度のクラックが発生していた。これに対し、実施例１では、クラックの発生は認められず、クラックの発生が大幅に低減していた。
【実施例２】
【０２２７】
実施例２による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が４度、ｃ軸方向のオフ角度が＋１度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、障壁層がＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）からなる窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例２では、障壁層を、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０１，ｔ＝０．０３，ｕ＝０．９６）から構成した。実施例２の障壁層以外の構成は、上記第１実施形態（実施例１）と同様である。この実施例２においても、上記実施例１と同様の効果が得られた。
【０２２８】
さらに、上記実施例２の構成において、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）からなる障壁層のＡｌ組成比ｓを、０＜ｓ≦０．０８の範囲、Ｉｎ組成比ｔを、０＜ｔ≦０．１０の範囲とした場合でも、ほぼ同じ効果が得られた。
【０２２９】
なお、障壁層をＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）から構成する場合は、Ｉｎ組成よりＡｌ組成が小さいほうが好ましい。長波長領域の発光波長を実現するために、活性層を９００℃以下、通常７００℃〜８００℃程度の低温で成膜しなければならないため、Ｉｎを入れることで、低温成長において結晶性が向上するのではと考えている。また、障壁層を、Ｉｎを含むＡｌＩｎＧａＮ層にすることで、屈折率をＡｌＧａＮ層に比べ大きくすることができるので、光閉じ込めを効率的に行うことができる。
【実施例３】
【０２３０】
実施例３による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が６度、ｃ軸方向のオフ角度が−１．１度であるＧａＮ基板を用いて、障壁層がＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）からなる窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例３では、第１障壁層をＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０１，ｔ＝０，ｕ＝０．９８）から構成し、第２障壁層および第３障壁層を、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０２，ｔ＝０．０１，ｕ＝０．９７）から構成した。すなわち、実施例３では、第１障壁層をＡｌＧａＮから構成し、第２および第３障壁層を、第１障壁層とは異なるＡｌＩｎＧａＮからそれぞれ構成した。実施例３の障壁層以外の構成は、上記第１実施形態（実施例１）と同様である。また、実施例３においても、上記実施例１と同様の効果が得られた。なお、実施例３のように、第１障壁層と第２および第３障壁層との組成が異なっていてもよいし、全ての障壁層のＡｌ組成が異なっていてもよい。
【０２３１】
また、上記実施例３の構成において、ＡｌsＩｎtＧａuＮからなる障壁層のＡｌ組成比ｓを、０＜ｓ≦０．０８の範囲、Ｉｎ組成比ｔを、０＜ｔ≦０．１０の範囲とした場合でも、ほぼ同じ効果が得られた。
【０２３２】
なお、障壁層にＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）を用いる場合には、Ｉｎ組成よりＡｌ組成が大きい方が好ましい。このように構成することにより、Ａｌを含むことによる、ダークラインの発生抑制効果を高めることができる。
【実施例４】
【０２３３】
実施例４による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が６度、ｃ軸方向のオフ角度が＋２度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、実施例１とほぼ同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。すなわち、実施例４では、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した。ただし、実施例１では、３つの障壁層（第１障壁層、第２障壁層および第３障壁層）のＡｌ組成比およびＩｎ組成比を同じに構成しているのに対し、この実施例４では、異なるＡｌ組成比およびＩｎ組成比とした。具体的には、第１障壁層のＡｌ組成比を２％、Ｉｎ組成比を５％、第２および第３障壁層のＡｌ組成比を０．０８％、Ｉｎ組成比を４％とした。この実施例４においても、上記実施例１と同様の効果が得られた。なお、実施例４のように、第１障壁層のＡｌ組成比が、他の障壁層のＡｌ組成比より高い場合においても、同様の効果が得られた。
【０２３４】
（第２実施形態）
この第２実施形態では、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板を用いて窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子が形成されている。また、ＧａＮ基板の成長主面には、上記第１実施形態と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されている。さらに、活性層の障壁層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから構成されている。第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【０２３５】
第２実施形態では、上記のように、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。また、障壁層をＧａＮやＩｎＧａＮから構成した場合に比べて、界面の急峻性を向上させることができるので、Ｘ線回折測定によるサテライトピークを明瞭化することができる。
【０２３６】
また、第２実施形態では、ダークラインの発生を抑制することによって、発光効率の低下を抑制することができるので、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、ダークラインの発生を抑制することによって、均一発光の発光パターンを得ることができるので、ゲインを高めることもできる。
【０２３７】
さらに、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様、ＧａＮ基板に凹部（掘り込み領域）を形成することによって、非常に高いクラック抑制効果を得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効果的に抑制することができる。
【０２３８】
なお、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板を用いた場合には、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするＧａＮ基板を用いた場合に比べて、層表面の平坦性は劣るものの、発光効率を十分に向上させることができる。このため、十分に使用可能な発光効率を得ることができる。また、障壁層にＡｌＩｎＧａＮを用いることによって、井戸層に取り込まれるＩｎの効率を非常に良好にすることができる。このため、Ｉｎのガス流量を少なくした場合でも、高いＩｎ組成比を維持することができる。これにより、取り込み効率を向上させることができるので、有効に長波長化を図ることができる。
【０２３９】
（第３実施形態）
図３９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。図３９は、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用いられる基板の一部の断面を示している。次に、図１、図７および図３９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。なお、第３実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。
【０２４０】
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、上記した第１実施形態の構成に加えて、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜をさらに備えている。具体的には、第３実施形態では、図３９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の掘り込み領域３（凹部２の内側の領域）に、窒化物膜であるＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６０がさらに形成されている。この成長抑制膜１６０は、凹部２の底面部２ａおよび側面部２ｂを覆うように形成されている。また、上記成長抑制膜１６０は、凹部２（掘り込み領域３）内を埋め込まない厚みとなっている。
【０２４１】
さらに、上記成長抑制膜１６０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１６０は、凹部２の底面部２ａに形成された部分の厚みｔ１が約１００ｎｍ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に形成されている。このような構成により、成長抑制膜１６０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。
【０２４２】
なお、成長抑制膜１６０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１６０の厚みｔ２は、凹部２の開口幅ｇ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内が成長抑制膜で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となる。
【０２４３】
また、第３実施形態では、上記成長抑制膜１６０は、凹部２に沿って延びるように（ｃ軸［０００１］方向に延びるように）形成されている。
【０２４４】
第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【０２４５】
第３実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板１０の掘り込み領域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１６０を形成することによって、窒化物半導体層２０（図１および図７参照）の成膜時に、凹部２（掘り込み領域３）内が窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する半導体層）で埋まってしまうのを確実に抑制することができる。このため、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する各層）の表面に窪みが形成された状態により容易にすることができる。これにより、ｎ型ＧａＮ基板１０と窒化物半導体層２０との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層２０に歪みが生じた場合でも、非掘り込み領域４上に形成される窒化物半導体層２０の歪みを、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の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。
【０２４６】
特に、窒化物半導体の層（たとえば、ｎ型クラッド層）をより厚く成膜する必要がある場合には、凹部２（掘り込み領域３）が埋め込まれ易くなるため、このような場合には、上記のような成長抑制膜１６０を凹部２（掘り込み領域３）内に形成しておくことは非常に有効である。凹部２（掘り込み領域３）内が完全に埋まりきってしまうと（窪みが形成されないと）、歪みを緩和することが困難となり、クラックの抑制効果が低減するためである。
【０２４７】
また、第３実施形態では、成長抑制膜１６０を、凹部２（掘り込み領域３）内を埋め込まない厚みに形成することによって、容易に、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する各層）の表面に窪みが形成された状態にすることができる。
【０２４８】
また、第３実施形態では、成長抑制膜１６０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、より高いクラック抑制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１６０と成長抑制膜１６０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。
【０２４９】
また、ａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成し、その凹部２（掘り込み領域３）に成長抑制膜１６０を形成した場合、層厚傾斜領域５（図７参照）の幅を狭くすることができる。この場合、発光部形成領域６（図７参照）を広くすることができるため、１枚の窒化物半導体ウェハから取れるチップ数を多くとりたい場合などに好ましい。
【０２５０】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０２５１】
図４０および図４１は、本発明の第３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２０〜図２３、図４０および図４１を参照して、本発明の第３実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明する。なお、第３実施形態における成長抑制膜１６０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１６０の形成工程についてのみ説明する。
【０２５２】
まず、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板を準備し、図２０〜図２３に示した第１実施形態と同様の方法により、ｎ型ＧａＮ基板に凹部２を形成する。
【０２５３】
次に、図４０に示すように、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）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１６０ａ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ＡｌＮ膜１６０ａの厚みが約８０ｎｍとなるようにＡｌＮ膜１６０ａを形成する。
【０２５４】
そして、図４１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４２０（図４０参照）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および底面部２ａにＡｌＮ膜からなる上記成長抑制膜１６０が形成される。
【０２５５】
図４２は、第３実施形態の第１変形例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２４および図４２を参照して、第３実施形態の第１変形例では、成長抑制膜の形状が異なる場合について説明する。
【０２５６】
この第３実施形態の第１変形例では、図４２に示すように、ＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６１が凹部２内における成長主面１０ａより低い領域（位置）に形成されている。この成長抑制膜１６０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。
【０２５７】
また、上記成長抑制膜１６１は、凹部２の開口幅ｇよりも小さい所定の幅Ｄ１を有しており、上記第３実施形態と同様、凹部２に沿って延びるように（ｃ軸［０００１］方向に延びるように）形成されている。
【０２５８】
また、第３実施形態の第１変形例では、成長主面１０ａ（非掘り込み領域４の表面）から成長抑制膜１６１までの距離ｔ３が、たとえば、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１６１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。
【０２５９】
第３実施形態の第１変形例のその他の構成は、上記第３実施形態と同様である。また、第３実施形態の第１変形例の効果は、上記第３実施形態と同様である。
【０２６０】
なお、上記した成長抑制膜１６１は、たとえば、以下のようにして形成することができる。
【０２６１】
まず、上記第１実施形態と同様の方法を用いて、基板に凹部（掘り込み領域）を形成することにより、図２４に示したような、凹部２（掘り込み領域）が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０を準備する。次に、このｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａの全面にレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、凹部２の開口幅ｇ（図４２参照）より狭い範囲のレジストを選択的に除去する。これにより、レジストパターンとしての開口部が、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される。
【０２６２】
続いて、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ＡｌＮ膜を全面に形成した後、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）を用いてレジストを除去する。これにより、リフトオフによって、図４２に示したような成長抑制膜１６１が形成される。
【０２６３】
図４３は、第３実施形態の第２変形例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４３を参照して、第３実施形態の第２変形例では、成長抑制膜の形状が異なる他の例について説明する。
【０２６４】
この第３実施形態の第２変形例では、図４３に示すように、ＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６２が、凹部２（掘り込み領域３）内のみならず、非掘り込み領域４の一部にも形成されている。
【０２６５】
また、上記成長抑制膜１６２は、凹部２の開口幅ｇよりも大きい所定の幅Ｄ２を有しており、上記第３実施形態と同様、凹部２に沿って延びるように（ｃ軸［０００１］方向に延びるように）形成されている。
【０２６６】
第３実施形態の第２変形例のその他の構成は、上記第３実施形態と同様である。また、第３実施形態の第２変形例の効果は、上記第３実施形態と同様である。
【０２６７】
なお、上記した成長抑制膜１６２は、たとえば、上記第１変形例の製造方法において、レジストパターンを変更することにより、形成することができる。具体的には、フォトリソグラフィ技術を用いて、凹部２の開口幅ｇより広い範囲のレジストを選択的に除去することにより、凹部２（掘り込み領域３）と非掘り込み領域４の一部とを露出させるように、レジストパターンとしての開口部を形成する。その後、上記第１変形例と同様の方法を用いることにより、図４３に示したような成長抑制膜１６２が形成される。
【０２６８】
（第４実施形態）
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、上記第１〜第３実施形態とは異なり、窒化物半導体基板上に、一度、窒化物半導体の層を成長させた後に、凹部（掘り込み領域）が形成されている。そして、凹部（掘り込み領域）が形成された窒化物半導体基板上に、さらに、窒化物半導体層が形成（再成長）されている。なお、凹部（掘り込み領域）を形成する前の基板（窒化物半導体層が成膜された基板）を、ここでは「テンプレート基板」と呼ぶこととする。
【０２６９】
第４実施形態の具体的な構成は、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板上に、約０．５μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる第１ＡｌＧａＮ層が形成されている。この第１ＡｌＧａＮ層は、凹部（掘り込み領域）が形成される前に成膜されている。そして、ｎ型ＧａＮ基板上に第１ＡｌＧａＮ層が成膜されることによって、テンプレート基板が形成されている。
【０２７０】
このテンプレート基板の所定領域には、上記第１実施形態と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されている。また、凹部（掘り込み領域）が形成されたテンプレート基板上には、窒化物半導体各層が積層されている。そして、テンプレート基板上に、上記第１および第２実施形態と同様の素子構造が形成されている。なお、テンプレート基板上には、第２実施形態と同様の成長抑制膜が形成されていてもよい。
【０２７１】
ここで、層厚傾斜領域の幅は、上述したように、ａ軸方向のオフ角度によって決まるが、ａ軸方向のオフ角度以外に、窒化物半導体層の層厚によっても、層厚傾斜領域の幅が変化することが分かった。具体的には、基板上に積層された窒化物半導体層の全層厚が大きくなればなる程、層厚傾斜領域の幅が広くなる傾向がある。より具体的には、層厚が大きくなるに従い、凹部（掘り込み領域）に接する側から、層厚傾斜領域の幅が徐々に広がっていく。そのため、厚膜の窒化物半導体層を形成する場合には、層厚傾斜領域の幅が広がるため、発光部形成領域が狭くなり好ましくない場合がある。
【０２７２】
その一方、第４実施形態では、上記のように構成することによって、層厚傾斜領域の幅が広がるのを抑制することができる。すなわち、層厚傾斜領域は、凹部（掘り込み領域）を形成した後に成膜した窒化物半導体層から形成されるため、凹部（掘り込み領域）を形成する前に、窒化物半導体層を成膜しておくことによって、凹部（掘り込み領域）を形成した後に成膜する窒化物半導体各層の全層厚を小さくすることができる。これにより、層厚傾斜領域の幅を狭くすることができる。
【０２７３】
また、第４実施形態では、第１ＡｌＧａＮ層を形成した後、凹部（掘り込み領域）を形成することによって、より高いＡｌ組成を有する窒化物半導体層を成膜する場合でも、より効果的に歪みを緩和することができる。このため、より高いクラック抑制効果を得ることができる。
【０２７４】
なお、第４実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０２７５】
図４４〜図４６は、本発明の第４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。なお、図４６は、凹部（掘り込み領域）が形成されていない部分の断面を示している。次に、図４４〜図４６を参照して、本発明の第４実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
【０２７６】
まず、図４４に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０を用いて、その成長主面１０ａ上に、ｎ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる第１ＡｌＧａＮ層２１ａを、クラックが発生しない程度の厚み（たとえば、約０．５μｍ）で成長させる。これにより、テンプレート基板が形成される。この段階では、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部（掘り込み領域）が形成されていないため、第１ＡｌＧａＮ層２１ａには、層厚傾斜領域は形成されない。
【０２７７】
次に、ＭＯＣＶＤ装置からテンプレート基板を一度取り出す。そして、図４５に示すように、上記第１実施形態と同様の方法を用いて、テンプレート基板に凹部（掘り込み領域）２を形成する。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じた第１ＡｌＧａＮ層２１ａの歪みが、凹部２の形成によって緩和される。なお、凹部２を形成した後に、テンプレート基板上に成長抑制膜を形成してもよい。
【０２７８】
その後、凹部２が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０（テンプレート基板）を、もう一度、ＭＯＣＶＤ装置に導入し、図４６に示すように、第１ＡｌＧａＮ層２１ａ上に、約１．７μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる第２ＡｌＧａＮ層２１ｂを成長させる。これにより、第１ＡｌＧａＮ層２１ａと第２ＡｌＧａＮ層２１ｂとによって、約２．２μｍ（＝０．５μｍ＋１．７μｍ）の厚みを有するｎ型クラッド層１２１が形成される。
【０２７９】
ここで、第４実施形態では、厚みの大きい第２ＡｌＧａＮ層２１ｂを、第１ＡｌＧａＮ層２１ａ上に成長させることによって、ｎ型ＧａＮ基板１０上に直接成長させる場合に比べて、格子不整合などに起因する歪みの発生が抑制される。これにより、さらに高いＡｌ組成の窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層）を、これまでよりさらに厚く形成することが可能となる。
【０２８０】
続いて、ｎ型クラッド層１２１（第２ＡｌＧａＮ層２１ｂ）上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体各層２２〜２７を成長させる。このとき、凹部２を形成した後に成長させた窒化物半導体層から（第２ＡｌＧａＮ層２１ｂから）層厚傾斜領域が形成される。このため、凹部２を形成する前に、窒化物半導体層（ここでは、第１ＡｌＧａＮ層２１ａ）を形成しておくことによって、凹部２を形成した後に成長させる窒化物半導体各層の全層厚を小さくすることが可能となる。これにより、層厚傾斜領域の幅が狭く形成される。
【０２８１】
その後、上記第１実施形態と同様の工程を経て、第４実施形態による窒化物半導体レーザ素子が製造される。
【０２８２】
なお、テンプレート基板の最表面の層がＡｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）であった場合、ＭＯＣＶＤ装置に再度導入した後、再成長を行うために１１００℃程度まで昇温すると、Ａｌ以外のＧａやＩｎなどの原子が蒸発し、表面にＡｌリッチな高抵抗層が形成されることがある。このため、再成長させる窒化物半導体層は、７００℃〜９５０℃の範囲の成長温度で成膜するのが好ましい。この成長温度範囲であれば、Ａｌリッチの高抵抗層が形成されることなく、再成長させることができる。
【０２８３】
さらに、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合、上記のような７００℃〜９５０℃の範囲の低温成長においても、非常に結晶性がよく、表面の平坦性も高い膜が得られることが分かった。このため、このような観点からも、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いて再成長を行うことは好ましい。また、Ａｌリッチの高抵抗層の発生を抑制するためには、再成長を開始する温度が７００℃〜９５０℃の範囲であればよく、成長が開始した時点で、最適な温度まで昇温しながら成長させてもよい。
【０２８４】
また、このＡｌリッチの高抵抗層の形成抑制に関して、再成長を行う前の窒化物半導体層の表面をＧａＮ層にすることで、このような現象を抑制することが可能である。そのため、高抵抗層の形成を抑制するという観点からは、テンプレート基板の最表面の層をＧａＮ層とするのが好ましい。
【０２８５】
なお、凹部（掘り込み領域）を形成する前に成膜する窒化物半導体層は、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体層であればよい。また、１０％以下であれば、酸素を含んでいてもよい。たとえば、上記窒化物半導体層として、ＡｌＯＮなどの酸窒化物膜であってもよい。
【０２８６】
また、たとえば、基板に凹部（掘り込み領域）を形成する前に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮ層、ｎ型Ａｌ0.062Ｇａ0.938Ｎからなる第１クラッド層を順次形成することによってテンプレート基板を形成してもよい。形成したテンプレート基板は、ＭＯＣＶＤ装置から一度取り出し、凹部（掘り込み領域）を形成した後に、再度、ＭＯＣＶＤ装置に導入して、窒化物半導体各層を再成長させることができる。この場合も、上記と同様、層厚傾斜領域の幅が広がるのを抑制することができる。
【０２８７】
（第５実施形態）
図４７は、本発明の第５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４７を参照して、この第５実施形態では、実質的にオフ角度が設けられていない基板を用いて、層厚傾斜領域を形成する場合について説明する。なお、第５実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。
【０２８８】
この第５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は、図４７に示すように、ｍ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板５１０を用いて、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子が形成されている。ただし、このｎ型ＧａＮ基板５１０には、上記第１、第３および第４実施形態とは異なり、実質的にオフ角度が設けられていない。なお、ｎ型ＧａＮ基板５１０は、本発明の「窒化物半導体基板」の一例である。
【０２８９】
また、第５実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板５１０の上面上に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜１６２が形成されている。具体的には、ＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６２が、凹部２（掘り込み領域３）内のみならず、非掘り込み領域４の一部にも形成されている。すなわち、この第５実施形態では、上記第２実施形態の第２変形例と同様の成長抑制膜１６２が、ｎ型ＧａＮ基板５１０上に形成されている。そして、この成長抑制膜１６２によって、窒化物半導体層２０の成長抑制膜１６２上の部分に、層厚傾斜領域５０５が形成されている。
【０２９０】
なお、第５実施形態では、成長抑制膜１６２が、凹部２（掘り込み領域３）に対して両側の非掘り込み領域４にかかるように形成されている。このため、層厚傾斜領域５０５は、凹部２（掘り込み領域３）の両側にそれぞれ形成されている。この層厚傾斜領域５０５は、上記第１および第２実施形態における層厚傾斜領域と同様、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少している。そのため、この場合も、高いクラック抑制効果が得られる。
【０２９１】
第５実施形態のその他の構成は、上記第１〜第３実施形態と同様である。なお、上記第４実施形態の構成を第５実施形態に適用することもできる。
【０２９２】
第５実施形態では、上記のように、成長抑制膜１６２をｎ型ＧａＮ基板５１０上に形成することによって、ａ軸方向にオフ角度を有さないｍ面窒化物半導体基板を用いた場合でも、窒化物半導体層２０の一部に層厚傾斜領域５０５を形成することができる。これにより、上記第１実施形態と同様、高いクラック抑制効果を得ることができる。
【０２９３】
なお、上記成長抑制膜として酸化物膜を形成した場合、酸化物膜上には、ほとんどエピタキシャル成長しないため、綺麗な層厚傾斜領域が形成され難い。このため、この場合の成長抑制膜としては、アルミニウムの窒化物膜、または、アルミニウムの酸窒化物膜が好ましい。このような材料を用いて成長抑制膜を形成することにより、成長抑制膜上でもエピタキシャル成長をさせることが可能となり、綺麗な層厚傾斜領域を容易に形成することができる。
【０２９４】
第５実施形態のその他の効果は、上記第１〜第３実施形態と同様である。
【０２９５】
（第６実施形態）
図４８は、本発明の第６実施形態による発光ダイオード素子の断面図である。次に、図６および図４８を参照して、本発明の第６実施形態による発光ダイオード素子（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）について説明する。なお、第６実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。
【０２９６】
この第６実施形態では、上記第１および第２実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０上に、同様の窒化物半導体各層が形成されることによって発光ダイオード素子が構成されている。ただし、第６実施形態では、上記第１および第２実施形態とは異なり、ｎ型ガイド層２２（図６参照）およびｐ型ガイド層２５（図６参照）が形成されない構成となっている。
【０２９７】
具体的には、図４８に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型クラッド層２１、活性層２３、キャリアブロック層２４、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７が順次形成されている。ｐ型コンタクト層２７上には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの酸化物系透明導電膜からなるｐ側電極１３１が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ側電極３２が形成されている。
【０２９８】
また、第６実施形態では、活性層２３の障壁層は、上記第１〜第４実施形態と同様、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体であるＡｌＩｎＧａＮから構成されている。
【０２９９】
第６実施形態では、上記のように、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。これにより、発光効率を向上させることができる。
【０３００】
なお、発光ダイオード素子の場合、光閉じ込めに必要なＡｌＧａＮクラッド層が必要ないため、クラック発生の可能性は低くなる。しかしながら、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成した場合には、ダークラインの発生を抑制することができるので、好ましい。また、基板に掘り込み領域を形成した場合には、障壁層にＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層を用いることによって生じた活性層の歪みを緩和できるため、ダークラインが発生する、または拡大することを有効に抑えることができる。
【０３０１】
また、第６実施形態では、上記のように構成することによって、層表面の平坦性および結晶性を向上させることができるので、これによっても、発光効率を向上させることができる。
【０３０２】
なお、第６実施形態では、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することによって、井戸層の層数を増やした場合でも、発光効率の低下を抑制することができる。このため、井戸層の層数を増やすことによって、容易に発光効率を向上させることができる。
【０３０３】
また、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した場合には、上述したように、井戸層に取り込まれるＩｎの効率を非常に良好にすることができる。このため、Ｉｎのガス流量を少なくした場合でも、高いＩｎ組成比を維持することができるので、取り込み効率を向上させることができる。これにより、より有効に長波長化を図ることができる。また、この場合には、障壁層をＡｌＧａＮから構成した場合に比べて、より容易に、井戸層の多層化を図ることができる。
【０３０４】
さらに、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することによって、障壁層をＡｌＧａＮから構成した場合に比べて、結晶歪を小さくすることができる。すなわち、ＩｎＧａＮからなる井戸層とＡｌＩｎＧａＮからなる障壁層とを交互に積層することによって、ＩｎＧａＮからなる井戸層とＡｌＧａＮからなる障壁層とを交互に積層した場合に比べて、格子定数差から生じる結晶歪みを小さくすることができる。一般的に、発光ダイオード素子では、活性層を、２層以上の比較的井戸層の層数が多い量子井戸構造に構成する場合がある。このため、結晶歪の観点から考えた場合、障壁層をＡｌＧａＮから構成するよりも、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成する方が、利点がある。
【０３０５】
第６実施形態のその他の効果は、上記した第１および第２実施形態の構成を発光ダイオード素子に適用した場合の効果と同様である。
【実施例５】
【０３０６】
この実施例５では、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が３度、ｃ軸方向のオフ角度が＋０．５度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、ＬＥＤを作製した。この実施例５では、基板の成長主面上に、n型Ａｌ0.01Ｇａ0.99Ｎ層を約１μｍの層厚で成膜した後、Ａｌ0.01Ｉｎ0.01Ｇａ0.98Ｎ（層厚：約１５ｎｍ）／Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ（層厚：約３ｎｍ）の４ＱＷ活性層を成膜した。次に、４ＱＷ活性層上に、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層を約２０ｎｍの層厚で成膜した。そして、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層上に、約０．２μｍの層厚でｐ型ＧａＮコンタクト層を成膜した。その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層上に、酸化物系透明導電膜であるＩＴＯをＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）蒸着機により約５０ｎｍの層厚で成膜することにより、ＩＴＯからなるｐ側電極を形成した。このように構成された実施例５においても、ダークラインの発生抑制効果、発光効率の改善効果および輝点状発光の抑制効果が得られた。
【０３０７】
なお、上記酸化物系透明導電膜として、酸化インジウム系のＩＴＯ透明導電膜以外に、Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ系透明導電膜、酸化亜鉛が主原料のＺｎＯ系透明導電膜、酸化スズ系のＳｎＯ2系透明導電膜などを用いてもよい。これらの透明導電膜を用いることで、光取り出し効率を格段に向上させることができる。また、ｍ面に対してa軸方向にオフ角度を有する基板を用いることで、表面モフォロジーの改善したｐ型層上に形成することができるので、低いコンタクト抵抗を得ることが出来、また、輝点状発光が抑制されて均一発光、均一注入できることで、発光効率の向上が可能となり、上記基板上に形成した窒化物半導体層のコンタクト電極に用いることは、非常にメリットが大きく好ましい。電極アニール温度が低温で可能な、ＩＴＯ電極は、活性層に熱ダメージを与えにくいという観点で特に好ましい。実施例５では、アニール処理を６００℃で行っている。
【０３０８】
酸化物系透明導電膜は、ＥＢ蒸着装置や、スパッタ装置などにより、非晶質（アモルファス）状態でｐ型コンタクト層２７上に形成し、その後、４００℃〜７００℃程度の熱アニールによって結晶化させることで膜の抵抗を低下させることにより、さらなる低電圧化を行うことがより好ましい。このとき、a軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いることにより、非常に平坦性の高いコンタクト層を形成できるため、酸化物系透明導電膜とｐ型コンタクト層２７との間のコンタクト抵抗を下げることができるため、より好ましい。
【実施例６】
【０３０９】
この実施例６では、実施例５と同様の基板を用いて、実施例５とほぼ同じ構造のＬＥＤを作製した。ただし、実施例６では、ＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０１，ｔ＝０．０３，ｕ＝０．９６）障壁層を用いている。この場合も上記と同様の効果が得られた。また、障壁層がＡｌを含み、更にＩｎを含むことで、低温での成長が可能となるため、好ましい。
【実施例７】
【０３１０】
この実施例７では、実施例５と同様の基板を用いて、上記第６実施形態と同様のＬＥＤを作製した。ただし、実施例７では、障壁層をＡｌsＩｎtＧａuＮ（ｓ＝０．０２，ｔ＝０．０１，ｕ＝０．９７）から構成している。実施例７のＬＥＤは、５２０ｎｍの発光波長で発光し、その発光パターンにはダークラインは観察されなかった。
【０３１１】
また、障壁層をＡｌsＩｎtＧａuＮから構成した場合、Ａｌ組成比ｓが０＜ｓ≦０．０８の範囲、Ｉｎ組成比ｔが０＜ｔ≦０．１０の範囲で、ほぼ同様の効果が得られた。
【０３１２】
さらに、井戸層の層数を、２層から８層まで１層ずつ増やした複数の素子を作製し、その発光効率を測定したところ、障壁層がＧａＮやＩｎＧａＮから構成されている素子では、井戸層の層数が増加するのにともない、発光効率が大幅に低減した。これに対し、障壁層がＡｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ）から構成されている素子では、発光効率の低減は見られなかった。また、井戸層の層数が３層以上では、障壁層をＡｌＧａＮから構成した場合に比べて、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成することで、発光効率が約１．２倍向上した。
【０３１３】
（第７実施形態）
図４９は、本発明の第７実施形態による発光ダイオード素子を模式的に示した断面図である。次に、図４９を参照して、第７実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。なお、第７実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。
【０３１４】
この第７実施形態による発光ダイオード素子は、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０上に、同様の窒化物半導体層２０が積層されることによって形成されている。具体的には、上記発光ダイオード素子は、図４９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを含む窒化物半導体層２０が形成された構造を有している。上記ｎ型窒化物半導体層２０ａは、ｎ型クラッド層から構成されており、上記ｐ型窒化物半導体層２０ｂは、キャリアブロック層、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層を含んで構成されている。ただし、レーザ素子のように、光閉じ込めを行う必要がないため、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層のＡｌＧａＮ層のＡｌ組成はレーザ素子のように高い必要はなく、０％〜２％程度で形成される。
【０３１５】
また、第７実施形態による発光ダイオード素子では、ｎ型ＧａＮ基板１０の所定領域に第１実施形態と同様の凹部２（掘り込み領域３）が形成されている。さらに、第７実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、層厚傾斜領域５および発光部形成領域６が形成されている。
【０３１６】
ここで、上記層厚傾斜領域５は、発光部形成領域６に比べて輝点状発光の抑制効果は弱いものの、ＥＬ発光は生じる。また、層厚傾斜領域５は、発光部形成領域６に比べて、短波長で発光する。このため、第７実施形態による発光ダイオード素子では、発光部形成領域６上および層厚傾斜領域５上の両方に、透明電極からなるｐ側電極１３１ａおよび１３１ｂがそれぞれ形成されている。また、ｐ側電極１３１ａおよび１３１ｂは、発光部形成領域６の発光と、層厚傾斜領域５の発光とを独立して制御することができるように、互いに分離して形成されている。
【０３１７】
また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、共通電極としてのｎ側電極３２が形成されている。
【０３１８】
なお、第７実施形態の窒化物半導体ウェハは、上記した第７実施形態による発光ダイオード素子を複数含んで構成されている。
【０３１９】
第７実施形態では、上記のように、層厚傾斜領域５および発光部形成領域６の両方に発光領域を形成することによって、一つの素子で、二つ以上の発光ピークをもつ、新たな発光素子（発光ダイオード素子）を得ることができる。
【０３２０】
また、第７実施形態では、発光部形成領域６の発光と、層厚傾斜領域５の発光とを独立して制御可能に構成することによって、非常に広い範囲の発光波長で発光させることが可能な、新たな発光素子（発光ダイオード素子）を得ることができる。
【０３２１】
第７実施形態のその他の効果は、上記した第１実施形態の構成を発光ダイオード素子に適用した場合の効果と同様である。
【０３２２】
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。
【０３２３】
たとえば、上記第１〜第７実施形態では、窒化物半導体素子の一例である窒化物半導体レーザ素子および発光ダイオード素子などの発光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、窒化物半導体発光素子以外の半導体素子に本発明を適用してもよい。たとえば、電子デバイスなどの窒化物半導体を用いたデバイス（たとえば、パワートランジスタやＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）など）全般に本発明を適用してもよい。この場合、非掘り込み領域上における層厚傾斜領域以外の領域（発光部形成領域に相当する領域）にデバイスを形成すればよい。このように構成することにより、優れた特性を有する電子デバイスを得ることができる。
【０３２４】
なお、上記第１〜第５実施形態では、窒化物半導体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、たとえば、発光ダイオード素子に本発明を適用することもできる。
【０３２５】
また、上記第１〜第７実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板の成長主面と接する半導体層を、Ａｌを含む窒化物半導体層（ＡｌＧａＮ層）とした例を示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型ＧａＮ基板の成長主面と接する半導体層は、たとえば、ＧａＮ層であってもよい。なお、基板の成長主面がｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する場合には、成長主面と接するＧａＮ層は、その厚みが小さく形成されているのが好ましい。このように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板上に、成長主面と接するようにＧａＮ層を形成した場合、ＧａＮ層の厚みを比較的小さくすることによって、表面モフォロジーが悪化するのを抑制することができる。この場合のＧａＮ層の厚みは、０．７μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下であればより好ましい。また、ＧａＮ層の厚みが０．３μｍ以下であれば、さらに好ましい。
【０３２６】
また、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板上に、ＧａＮ層を形成する場合には、基板表面からＩｎを含む窒化物半導体層である井戸層（井戸層が複数形成されている場合には、好ましくは、最も基板側の井戸層）までの間に形成されるＧａＮ層のトータル層厚が０．７μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下であればより好ましい。また、ＧａＮ層のトータル層厚が０．３μｍ以下であれば、さらに好ましい。なお、この場合においても、Ａｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層）が基板の成長主面と接するように形成されているのが好ましい。活性層を形成する時点で表面モフォロジーが悪化していると、井戸層に含まれるＩｎが悪化した表面モフォロジーの影響を受けて、面内で組成分布が大きくなるためである。組成の面内分布が起こると、Ｉｎの取り込みが大きい部分は、メタリック化したり、結晶性が著しく低下したりして、発光強度の低下を引き起こす。このためにも、上記条件が好ましい。
【０３２７】
また、基板上に積層される層構造に、ＧａＮ層を含まず、これらの層構造を、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮなどのＧａＮとは異なる組成の半導体層で構成することでも、特性の優れた発光素子または電子デバイスの形成が可能となる。
【０３２８】
また、上記第１〜第７実施形態では、障壁層をＡｌＩｎＧａＮから構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＩｎＧａＮ以外の、たとえば、ＡｌＩｎＮなどから障壁層を構成してもよい。なお、活性層の障壁層を、Ａｌを含む窒化物半導体（たとえば、ＡｌＧａＮ）から構成することによっても、上記と同様の効果を得ることができる。
【０３２９】
また、上記第１〜第７実施形態では、障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層単から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、障壁層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体からなる層を少なくとも１層含む多層構造（たとえば、ＩｎＧａＮとＡｌＩｎＧａＮとの超格子構造）であってもよい。その場合、井戸層と隣接する層がＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成されているのが好ましい。また、多層構造の場合、井戸層に隣接する、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体により構成される層は、１．０ｎｍ以上の厚みに形成されているのが好ましく、３．０ｎｍ以上の厚みに形成されていればより好ましい。このような構成は、ダークラインの発生抑制効果や、活性層の熱耐性を向上させるなどの効果、平坦性を向上させる効果をより機能させるために有効である。
【０３３０】
また、上記第１〜第７実施形態では、３層の障壁層の全てをＡｌＩｎＧａＮ層とした例を示したが、本発明はこれに限らず、３層の障壁層の一部の層を、ＡｌＩｎＧａＮ層としてもよい。複数の障壁層のうち、井戸層と接する少なくとも１層がＡｌを含む窒化物半導体層（たとえば、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層など）から構成されていれば、発光効率向上の効果は得られる。なお、活性層の井戸層の層数が異なると障壁層の層数も異なるが、この場合でも、少なくとも１層の障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層から構成することで、上記効果が得られる。上記第１実施形態を例にすると、たとえば、井戸層を形成する前の下地の平坦性を向上させるためには、井戸層を形成する前の下地層である第１障壁層と第２障壁層とをＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層とするのが好ましい。また、ＡｌＩｎＧａＮ層は、ＩｎＧａＮ層の蒸発防止層としての役割（活性層を保護する役割）も果たすため、蒸発防止の観点（活性層保護の観点）から、井戸層上に形成される第２障壁層と第３障壁層とをＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層とすることもできる。さらに、第２障壁層を、第１井戸層と接する側と、第２井戸層と接する側との２層構造として、第２障壁層の第１井戸層と接する側を下部第２障壁層、第２障壁層の第２井戸層と接する側と上部第２障壁層としてもよい。下地の平坦性を向上させるためには、上部第２障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層とするのが好ましい。一方、蒸発防止の観点から、下部第２障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層とするのが好ましい。また、全ての障壁層を、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層としてもよい。
【０３３１】
また、上記第１〜第７実施形態において、基板に形成される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、凹部がすぐに埋まってしまう。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。
【０３３２】
さらに、上記第１〜第７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５３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５４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。さらに、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。
【０３３３】
また、上記第１〜第７実施形態では、一定の開口幅を有する凹部を直線状に形成することによって、基板に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、上記以外の形状に凹部を形成することによって基板に掘り込み領域を形成してもよい。たとえば、図５５に示すように、ジグザグ状の凹部５８０や、波状の凹部５８３を形成することによって、基板に掘り込み領域３を形成してもよいし、開口幅が変動している凹部５８１および５８２を形成することによって、基板に掘り込み領域３を形成してもよい。このような掘り込み領域を形成した場合でも、本発明の効果を得ることができる。
【０３３４】
また、上記第１〜第７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。
【０３３５】
また、上記第１〜第７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（テンプレート基板を含む）をも含む概念である。
【０３３６】
また、上記第１〜第７実施形態では、複数の凹部を等間隔に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。
【０３３７】
また、上記第１〜第７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。
【０３３８】
また、上記第１〜第７実施形態では、凹部（掘り込み領域）を、平面的に見て、ｃ軸方向と平行方向に延びるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記凹部（掘り込み領域）は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と所定の角度で交差する方向に延びるように形成してもよい。すなわち、基板の凹部（掘り込み領域）は、ａ軸方向と交差する方向に延びるように形成されていればよい。具体的には、たとえば、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように、上記凹部（掘り込み領域）を形成してもよい。また、ストライプ状以外に、たとえば、格子状に凹部（掘り込み領域）を形成してもよい。このように凹部（掘り込み領域）を形成した場合でも、基板の成長主面がａ軸方向にオフ角度を有していれば、窒化物半導体層に層厚傾斜領域を容易に形成することができる。なお、上記凹部（掘り込み領域）は、ａ軸方向と平行方向に延びるストライプ状に形成することもできる。この場合、窒化物半導体層に層厚傾斜領域が形成されなくなるが、層厚傾斜領域がなくても十分に歪みを緩和することができる。あくまで基板に掘り込み領域を形成することで、窒化物半導体層の歪みを緩和でき、層厚傾斜領域はあった方がより好ましいが、なくても、十分にクラックの発生抑制効果および活性層の歪み緩和効果を得ることができる。
【０３３９】
また、上記第１〜第７実施形態において、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）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。
【０３４０】
また、上記第１〜第７実施形態では、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に１つの凹部（窪み）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、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に凹部（窪み）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、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に複数の凹部（窪み）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（窪み）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。より好ましいのは、凹部（窪み）を含むように分割されることにより、凹部（窪み）の全体が素子中に残っているか、凹部（窪み）の一部が素子中に残っている場合である。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素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）を歩留まりよく得ることができる。
【０３４１】
また、上記第１〜第７実施形態では、層厚傾斜領域の少なくとも一部を含むように、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、層厚傾斜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。
【０３４２】
また、上記第１〜第７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。具体的には、たとえば、図５６に示すように、ｎ型ガイド層２２（第６および第７実施形態では、ｎ型クラッド層）上に、ＩｎＧａＮからなる１つの井戸層４３ａと、Ａｌ0.005Ｉｎ0.02Ｇａ0.975Ｎからなる２つの障壁層４３ｂとが交互に積層されたＳＱＷ構造を有する活性層４３を形成することができる。なお、井戸層４３ａの厚みは、約３ｎｍ〜約４ｎｍ、障壁層４３ｂの厚みは、約７０ｎｍに構成することができる。また、上記活性層は、ＳＱＷ構造以外に、ＭＱＷ構造に構成してもよい。活性層をＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造にした場合でも、ダークラインの発生抑制効果および輝点状発光の抑制効果を得ることができる。また、井戸層が３層以上の多重量子井戸構造の場合には、光閉じ込めを有効に行うことができるため、ゲインを高めることができる。さらに、ＬＥＤなどで用いられる、井戸層の層数が比較的多いＭＱＷ構造では、障壁層をＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成することで、井戸層との格子歪みを低減できるため、より好ましい。なお、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。
【０３４３】
また、活性層を多重量子井戸構造に構成した場合には、第１量子井戸、第２量子井戸・・・それぞれの層厚や組成が全く同一のものである必要はなく、それぞれが異なっていてもよい。その場合、それぞれの量子井戸からの発光波長が異なるが、第１量子井戸と第２量子井戸との関係において、基板に最も近い第１量子井戸の発光波長が最も短く、第２量子井戸の発光波長は、第１量子井戸の発光波長よりも長くなるように構成されているのが好ましい。
【０３４４】
また、上記第１〜第７実施形態では、井戸層のＩｎ組成比を、０．２〜０．２８に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、井戸層のＩｎ組成比は、０．１５以上０．４５以下の範囲内で適宜変更することができる。また、井戸層のＩｎ組成比は、０．１５より小さい値にしてもよい。また、井戸層には、５％以内であればＡｌが含まれていてもよい。また、キャリアブロック層には、７％以内程度であればＩｎが含まれていても良い。Ｉｎを含むことで、低温にて結晶性の良い膜を形成しやすくなるため好ましく、さらに、Ａｌを含む、または、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体層で形成された障壁層を含んで構成される活性層への歪を軽減することができるため、好ましい。
【０３４５】
また、上記第１〜第７実施形態において、ＡｌsＩｎtＧａuＮから構成される障壁層のＡｌ組成比ｓは、０＜ｓ≦０．０８の範囲内で適宜変更することができる。また、障壁層のＩｎ組成比ｔは、井戸層のＩｎ組成比より小さい範囲内で適宜変更することができる。
【０３４６】
また、上記第１〜第７実施形態では、キャリアブロック層と井戸層との間の距離を第３障壁層の厚みと同じにしたが、キャリアブロック層と井戸層（最もキャリアブロック層側の井戸層）との間に組成の異なる複数の窒化物半導体層を形成してもよい。また、キャリアブロック層と井戸層（最もキャリアブロック層側の井戸層）の間の一部にＭｇなどのｐ型不純物をドーピングし、ｐ型化することも好ましい。なお、上記第１〜第７実施形態では、ノンドープとしている。
【０３４７】
また、上記第１〜第７実施形態では、キャリアブロック層を４０ｎｍ以下の厚みに形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、キャリアブロック層の厚みは４０ｎｍより大きくてもよい。また、キャリアブロック層に、３％程度のＩｎが含まれていても、本発明の効果は得られる。また、キャリアブロック層のＡｌ組成比は、駆動電圧低減の目的から、ｐ型クラッド層のＡｌ組成比より高いことが好ましい。
【０３４８】
また、上記第１〜第７実施形態では、活性層に注入されたキャリア（電子）がｐ型半導体層へ流入するのをブロックする層としてキャリアブロック層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体レーザ素子であれば、Ａｌ含むクラッド層を上記キャリアをブロックする層として用いることもできる。この場合、クラッド層のＡｌ組成比は、０．０８以上であるのが好ましい。
【０３４９】
また、上記第１〜第７実施形態では、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。
【０３５０】
なお、上記第１〜第７実施形態において、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。
【０３５１】
また、上記第１〜第７実施形態において、結晶軸方向（［１−１００］方向、［１１−２０］方向および［０００１］方向）は、結晶学的に等価な方向であればよい。
【０３５２】
また、上記第１、第３、第４、第６および第７実施形態では、ａ軸方向のオフ角度を０．１度より大きい角度に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ａ軸方向のオフ角度は、０．１度以下の角度であってもよい。ただし、輝点状発光の抑制効果や表面モフォロジーなどを考慮すると、ａ軸方向のオフ角度は、±０．１度より大きい角度であることが好ましい。
【０３５３】
なお、上記第１、第３、第４、第６および第７実施形態において、基板の成長主面は、ａ軸方向にオフ角度を有していれば、ｃ軸方向にオフ角度を有していなくてもよい。
【０３５４】
また、上記第１〜第３および第５〜第７実施形態において、凹部（掘り込み領域）の形成は、上記第４実施形態のように、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。
【０３５５】
また、上記第１〜第５実施形態では、絶縁層をＳｉＯ2から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ2以外の絶縁性材料から絶縁層を構成してもよい。たとえば、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3やＺｒＯ2などから絶縁層を構成してもよい。
【０３５６】
また、上記第２および第５実施形態では、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板（ジャスト基板）を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、ｍ面に対してｃ軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いてもよい。また、ｍ面に対してａ軸方向およびｃ軸方向のそれぞれにオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いてもよい。すなわち、無極性面を成長主面とする窒化物半導体基板であれば、いずれの基板を用いてもよい。
【０３５７】
また、上記第３実施形態では、ＡｌＮからなる成長抑制膜を掘り込み領域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以外の材料からなる成長抑制膜を掘り込み領域に形成してもよい。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。
【０３５８】
また、上記第３および第５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。
【０３５９】
なお、成長抑制膜は、凹部（掘り込み領域）上の窒化物半導体層の表面に窪みを形成することが可能な形状であれば、上記第３実施形態で示した形状以外の形状に形成されていてもよい。
【０３６０】
また、上記第５実施形態では、成長抑制膜を、凹部（掘り込み領域）に対して両側の非掘り込み領域にかかるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、成長抑制膜は、凹部（掘り込み領域）の片側の非掘り込み領域にのみかかるように形成してもよい。この場合、層厚傾斜領域も、凹部（掘り込み領域）の片側にのみ形成されることになるが、このような場合でも、上記と同様、高いクラック抑制効果を得ることができる。
【０３６１】
また、上記第７実施形態では、層厚傾斜領域および発光部形成領域の両方を発光領域とした発光ダイオード素子について示したが、本発明はこれに限らず、層厚傾斜領域および発光部形成領域のいずれか一方のみを発光領域とした発光ダイオード素子としてもよい。なお、発光部形成領域のみを発光領域とした場合には、発光ダイオード素子に層厚傾斜領域を含まないように、窒化物半導体ウェハを分割することもできる。
【符号の説明】
【０３６２】
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、５０５ 層厚傾斜領域
６ 発光部形成領域
１０、５１０ ｎ型ＧａＮ基板（窒化物半導体基板）
１０ａ 成長主面
２０ 窒化物半導体層
２０ａ ｎ型窒化物半導体層
２０ｂ ｐ型窒化物半導体層
２１、１２１ ｎ型クラッド層
２２ ｎ型ガイド層
２３、４３ 活性層
２３ａ、４３ａ 井戸層
２３ｂ、４３ｂ 障壁層
２４ キャリアブロック層
２５ ｐ型ガイド層
２６ ｐ型クラッド層
２７ ｐ型コンタクト層
２８ リッジ部
２９ 光導波領域
３０ 絶縁層
３１、１３１ ｐ側電極
３２ ｎ側電極
４０ 共振器面
４０ａ 光出射面
４０ｂ 光反射面
５０ 窒化物半導体ウェハ
１００ 窒化物半導体レーザ素子（窒化物半導体素子）
１３１ａ、１３１ｂ ｐ側電極
１６０、１６１、１６２ 成長抑制膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主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み、
前記活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有することを特徴とする、窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記障壁層は、ＡｌＩｎＧａＮから構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素子。
【請求項３】
ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主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み、
前記活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有することを特徴とする、窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体基板における前記ａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きいことを特徴とする、請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有しており、
前記ａ軸方向のオフ角度が、前記ｃ軸方向のオフ角度より大きいことを特徴とする、請求項３または４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体層は、
前記非掘り込み領域上に形成されるとともに、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸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１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記窒化物半導体層は、光導波領域を含み、
前記光導波領域は、前記非掘り込み領域上に位置し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素子。
【請求項９】
ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主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み、
前記活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有することを特徴とする、窒化物半導体ウェハ。
【請求項１０】
ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主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み、
前記活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有することを特徴とする、窒化物半導体ウェハ。
【請求項１１】
前記窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有しており、
前記ａ軸方向のオフ角度が、前記ｃ軸方向のオフ角度より大きいことを特徴とする、請求項１０に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項１２】
前記窒化物半導体層は、
前記非掘り込み領域上に形成されるとともに、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含むことを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項１３】
前記掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸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９〜１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項１４】
請求項９〜１３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、窒化物半導体素子。
【請求項１５】
ｍ面を成長主面と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の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含み、
前記活性層を形成する工程は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から前記障壁層を構成する工程を有することを特徴とする、窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面と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の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含み、
前記活性層を形成する工程は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から前記障壁層を構成する工程を有することを特徴とする、窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有しており、
前記ａ軸方向のオフ角度が、前記ｃ軸方向のオフ角度より大きいことを特徴とする、請求項１６に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記掘り込み領域を形成する工程は、
前記成長主面における前記掘り込み領域とは異なる領域に、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域を形成する工程を含み、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、前記非掘り込み領域上の領域に、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１５〜１７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主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み、
前記活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有することを特徴とする、窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記障壁層は、ＡｌＩｎＧａＮから構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素子。
【請求項３】
ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主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み、
前記活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有することを特徴とする、窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体基板における前記ａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きいことを特徴とする、請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有しており、
前記ａ軸方向のオフ角度が、前記ｃ軸方向のオフ角度より大きいことを特徴とする、請求項３または４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体層は、
前記非掘り込み領域上に形成されるとともに、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸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１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記窒化物半導体層は、光導波領域を含み、
前記光導波領域は、前記非掘り込み領域上に位置し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素子。
【請求項９】
ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主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み、
前記活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有することを特徴とする、窒化物半導体ウェハ。
【請求項１０】
ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主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み、
前記活性層は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有することを特徴とする、窒化物半導体ウェハ。
【請求項１１】
前記窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有しており、
前記ａ軸方向のオフ角度が、前記ｃ軸方向のオフ角度より大きいことを特徴とする、請求項１０に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項１２】
前記窒化物半導体層は、
前記非掘り込み領域上に形成されるとともに、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含むことを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項１３】
前記掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸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９〜１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハ。
【請求項１４】
請求項９〜１３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、窒化物半導体素子。
【請求項１５】
ｍ面を成長主面と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の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含み、
前記活性層を形成する工程は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から前記障壁層を構成する工程を有することを特徴とする、窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面と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の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含み、
前記活性層を形成する工程は、ＡｌとＩｎとを含む窒化物半導体から前記障壁層を構成する工程を有することを特徴とする、窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記窒化物半導体基板の成長主面は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有しており、
前記ａ軸方向のオフ角度が、前記ｃ軸方向のオフ角度より大きいことを特徴とする、請求項１６に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記掘り込み領域を形成する工程は、
前記成長主面における前記掘り込み領域とは異なる領域に、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域を形成する工程を含み、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、前記非掘り込み領域上の領域に、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１５〜１７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【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３６】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図８】
【図３４】
【図３５】
【図３７】
【図３８】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【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３６】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図８】
【図３４】
【図３５】
【図３７】
【図３８】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【公開番号】特開２０１１−７７３７１（Ｐ２０１１−７７３７１Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２８３８４（Ｐ２００９−２２８３８４）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【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４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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