(57)【要約】【課題】特性および歩留りの低下を抑制することが可能な窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】この窒化物系半導体発光素子の製造方法は、ｎ型ＧａＮ基板１上に形成される窒化物系半導体素子層１０の発光部分に対応するｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂ以外の所定領域を所定の深さまで選択的に除去することにより、ｎ型ＧａＮ基板１に溝部１ａを形成する工程と、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂおよび溝部１ａ上に、ＡｌＧａＮ層３を含む窒化物系半導体素子層１０を形成する工程とを備えている。【選択図】図５
2010161426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系半導体基板上に形成される窒化物系半導体層の発光部分に対応する前記窒化物系半導体基板の第１領域以外の第２領域の所定領域を所定の深さまで選択的に除去することにより、前記窒化物系半導体基板に溝部を形成する工程と、
前記窒化物系半導体基板の前記第１領域および前記溝部上に、前記窒化物系半導体基板とは異なる組成を有する前記窒化物系半導体層を形成する工程とを備え、
前記窒化物系半導体基板は、ＧａＮ基板を含み、
前記窒化物系半導体層は、ＡｌとＧａとＮとを含有する層を含む、
前記窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
発光部分に対応する第１領域と、所定の高さを有する段差部を介して前記第１領域に隣接するように配置された第２領域とを含む窒化物系半導体基板と、
前記窒化物系半導体基板の前記第１領域の上面および前記段差部の側面上に形成されるとともに、前記窒化物系半導体基板とは異なる組成を有するとともに、ＡｌとＧａとＮとを含有する窒化物系半導体層とを備え、
前記段差部の側面上に形成される前記窒化物系半導体層のＡｌ組成比は、前記第１領域の上面上に形成される前記窒化物系半導体層のＡｌ組成比よりも低い、窒化物系半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体発光素子の製造方法および窒化物系半導体発光素子に関し、特に、窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層が形成された窒化物系半導体発光素子の製造方法および窒化物系半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化物系半導体基板としてのＧａＮ基板上に、窒化物系半導体層が形成された窒化物系半導体レーザ素子などの窒化物系半導体発光素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、平坦な表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に、ｎ型窒化物系半導体層、発光層およびｐ型窒化物系半導体層が順次成長されることによって形成された窒化物系半導体レーザ素子が開示されている。上記特許文献１に開示された従来の窒化物系半導体レーザ素子において、ｎ型ＧａＮ基板上に形成されるｎ型窒化物系半導体層としてのｎ型クラッド層は、ｎ型ＡｌＧａＮ層とアンドープＧａＮ層とが交互に１００層積層された構造を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５８９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の窒化物系半導体レーザ素子では、平坦な表面を有するｎ型ＧａＮ基板上にｎ型クラッド層を構成するｎ型ＡｌＧａＮ層を成長させる際に、ｎ型ＡｌＧａＮ層に発生するクラックの量が増大するという不都合がある。具体的には、図２４に示すように、平坦な表面を有するｎ型ＧａＮ基板１０１上にｎ型ＡｌＧａＮ層１０２を成長させた場合には、ｎ型ＧａＮ基板１０１とｎ型ＡｌＧａＮ層１０２との間の格子定数差に起因してｎ型ＡｌＧａＮ層１０２に歪みが生じたときに、その歪みを緩和するのが困難になる。このため、平坦な表面を有するｎ型ＧａＮ基板１０１上にｎ型ＡｌＧａＮ層１０２を成長させた場合には、図２５に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層１０２に、［１１−２０］方向（図２６参照）と、［１１−２０］方向と等価な［１−２１０］方向および［−２１１０］方向（図２６参照）とに延びるように発生するクラック１０３の量が増加する。なお、図２６中のθは、１２０°である。
【０００５】
そして、上記特許文献１において、ｎ型ＡｌＧａＮ層（ｎ型窒化物系半導体層）に発生するクラックの量が増大する場合には、ｎ型窒化物系半導体層上に順次形成される発光層およびｐ型窒化物系半導体層にも多数のクラックが発生するという不都合が生じる。これにより、上記特許文献１では、ｎ型窒化物系半導体層、発光層およびｐ型窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体素子層に多数のクラックが発生することに起因して、クラックにより窒化物系半導体素子層の発光部分に供給されないリーク電流が増大するとともに、クラックにより光導波が妨げられるという不都合がある。その結果、上記特許文献１では、窒化物系半導体レーザ素子の特性および歩留りが低下するという問題点がある。
【０００６】
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、特性および歩留りの低下を抑制することが可能な窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【０００７】
この発明のもう１つの目的は、特性および歩留りの低下を抑制することが可能な窒化物系半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の１の局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法は、窒化物系半導体基板上に形成される窒化物系半導体層の発光部分に対応する窒化物系半導体基板の第１領域以外の第２領域の所定領域を所定の深さまで選択的に除去することにより、窒化物系半導体基板に溝部を形成する工程と、窒化物系半導体基板の第１領域および溝部上に、窒化物系半導体基板とは異なる組成を有する窒化物系半導体層を形成する工程とを備えている。
【０００９】
この局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法では、上記のように、発光部分に対応する窒化物系半導体基板の第１領域以外の第２領域の所定領域を所定の深さまで選択的に除去することにより、窒化物系半導体基板に溝部を形成することによって、溝部の側面が窒化物系半導体基板の表面に対して垂直な場合、および、溝部の開口幅が溝部の底面から開口端に向かって徐々に小さくなっている場合には、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、窒化物系半導体層の構成材料が溝部の側面上に堆積されにくくなるので、溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層の厚みを、第１領域上に形成される窒化物系半導体層の厚みよりも小さくすることができる。この場合、窒化物系半導体基板と窒化物系半導体層との間の格子定数差に起因して窒化物系半導体層に歪みが生じたとしても、その歪みが溝部の側面上に位置する窒化物形半導体層の厚みが小さい部分に集中するので、第１領域での窒化物系半導体層に生じる歪みを小さくすることができる。
【００１０】
また、窒化物系半導体基板がＧａＮ基板であり、窒化物系半導体層がＡｌＧａＮ層であるとともに、溝部の開口幅が溝部の底面から開口端に向かって徐々に大きくなっている場合には、溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層のＡｌ組成比を、第１領域上に形成される窒化物系半導体層のＡｌ組成比よりも低くすることができる。この理由は、ＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、窒化物系半導体層の構成材料の一部であるＧａがＡｌに比べて成膜表面を移動しやすいことにより、Ｇａが溝部の側面側へ移動しやすくなるためであると考えられる。このため、溝部の側面上に位置する窒化物系半導体層（ＡｌＧａＮ層）のＡｌ組成比が低い部分の格子定数が窒化物系半導体基板（ＧａＮ基板）の格子定数に近づくので、溝部の側面上に位置する窒化物系半導体層のＡｌ組成比が低い部分において、窒化物系半導体基板と窒化物系半導体層との間の格子定数差を小さくすることができる。この場合、窒化物系半導体基板と窒化物系半導体層との間の格子定数差に起因して窒化物系半導体層に歪みが生じたとしても、その歪みが溝部の側面上に位置する窒化物系半導体層のＡｌ組成比が低い部分において緩和されるので、第１領域での窒化物系半導体層に生じる歪みを小さくすることができる。
【００１１】
このように、この局面では、窒化物系半導体層に生じる歪みを小さくすることができるので、窒化物系半導体層に生じる歪みが大きいことに起因して、窒化物系半導体層に発生するクラックの量が増大するという不都合が発生するのを抑制することができる。したがって、クラックにより窒化物系半導体層の発光部分に供給されないリーク電流が増大するとともに、クラックにより光導波が妨げられるという不都合が発生するのを抑制することができる。その結果、窒化物系半導体発光素子の特性および歩留りの低下を抑制することができる。
【００１２】
上記局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、窒化物系半導体基板は、ＧａＮ基板を含み、窒化物系半導体層は、ＡｌとＧａとＮとを含有する層を含む。このように構成すれば、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に形成されたＡｌＧａＮ層（ＡｌとＧａとＮとを含有する層）を含む窒化物系半導体層とを備えた窒化物系半導体発光素子において、ＧａＮ基板とＡｌＧａＮ層との間の格子定数差に起因して、窒化物系半導体層に発生するクラックの量が増大するという不都合が発生するのを容易に抑制することができる。
【００１３】
上記窒化物系半導体基板がＧａＮ基板を含むとともに、窒化物系半導体層がＡｌとＧａとＮとを含有する層を含む構成において、好ましくは、窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成する工程は、窒化物系半導体基板の第１領域の上面上、溝部の底面および側面上に窒化物系半導体層を形成する工程を含み、溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層のＡｌ組成比は、第１領域の上面上に形成される窒化物系半導体層のＡｌ組成比よりも低い。このように構成すれば、溝部の側面上に位置する窒化物系半導体層（ＡｌＧａＮ層）のＡｌ組成比が低い部分の格子定数が窒化物系半導体基板（ＧａＮ基板）の格子定数に近づくので、溝部の側面上に位置する窒化物系半導体層のＡｌ組成比が低い部分において、窒化物系半導体基板と窒化物系半導体層との間の格子定数差を小さくすることができる。これにより、窒化物系半導体基板と窒化物系半導体層との間の格子定数差に起因して窒化物系半導体層に歪みが生じたとしても、容易に、溝部の側面上に位置する窒化物系半導体層のＡｌ組成比が低い部分において歪みを緩和することができる。
【００１４】
この場合、好ましくは、窒化物系半導体基板に溝部を形成する工程は、溝部の開口幅が、溝部の底面から開口端に向かって徐々に大きくなるように形成する工程を含む。このように構成すれば、ＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、窒化物系半導体層の構成材料の一部であるＧａがＡｌに比べて成膜表面を移動しやすいことにより、Ｇａが溝部の側面側へ移動しやすくなると考えられるので、容易に、溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層のＡｌ組成比を、第１領域上に形成される窒化物系半導体層のＡｌ組成比よりも低くすることができる。
【００１５】
上記局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成する工程は、窒化物系半導体基板の第１領域の上面上、溝部の底面および側面上に窒化物系半導体層を形成する工程を含み、溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層の厚みは、第１領域の上面上に形成される窒化物系半導体層の厚みよりも小さい。このように構成すれば、窒化物系半導体基板と窒化物系半導体層との間の格子定数差に起因して窒化物系半導体層に歪みが生じたとしても、溝部の側面上に位置する窒化物形半導体層の厚みが小さい部分に歪みが集中するので、容易に、第１領域での窒化物系半導体層の歪みを緩和することができる。
【００１６】
上記溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層の厚みが第１領域の上面上に形成される窒化物系半導体層の厚みよりも小さい場合において、窒化物系半導体基板に溝部を形成する工程は、溝部の側面が、窒化物系半導体基板の表面に対して実質的に垂直になるように形成する工程を含んでいてもよい。このように構成すれば、ＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、窒化物系半導体層の構成材料が溝部の側面上に堆積されにくくなるので、容易に、溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層の厚みを、第１領域上に形成される窒化物系半導体層の厚みよりも小さくすることができる。
【００１７】
上記溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層の厚みが第１領域の上面上に形成される窒化物系半導体層の厚みよりも小さい場合において、窒化物系半導体基板に溝部を形成する工程は、溝部の開口幅が、溝部の底面から開口端に向かって徐々に小さくなるように形成する工程を含んでいてもよい。このように構成すれば、ＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、溝部の側面が窒化物系半導体基板の表面に対して実質的に垂直である場合に比べて、窒化物系半導体層の構成材料が溝部の側面上に堆積されにくくなるので、より容易に、溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層の厚みを、第１領域上に形成される窒化物系半導体層の厚みよりも小さくすることができる。
【００１８】
上記局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法において、窒化物系半導体基板に溝部を形成する工程は、窒化物系半導体基板に、所定の方向に延びる細長状の溝部を形成する工程を含んでいてもよい。このように構成すれば、所定の方向と交差する方向に延びるように発生するクラックが、所定の方向に延びる溝部に対応する領域を横切って伝播するのを抑制することができる。
【００１９】
窒化物系半導体基板の表面が（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面を有する場合には、
溝部を［Ｋ，−Ｈ，−Ｈ＋Ｋ，０］方向に沿って延びるように形成するのが好ましい（ＨとＫは整数であり、ＨとＫの少なくとも一方は０ではない）。このように構成すれば、クラックが発生し易い［０００１］方向と交差する方向へのクラックの伝搬を効果的に抑制できる。
【００２０】
上記局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法において、窒化物系半導体基板に溝部を形成する工程は、窒化物系半導体基板に、第１領域を囲むように、第１の方向および第１の方向と交差する第２の方向に延びる細長状の溝部を格子状に形成する工程を含んでいてもよい。このように構成すれば、第１の方向と交差する方向に延びるように発生するクラックが、少なくとも第１の方向に延びる溝部に対応する領域を横切って伝播するのを抑制することができるとともに、第２の方向と交差する方向に延びるように発生するクラックが、少なくとも第２の方向に延びる溝部に対応する領域を横切って伝播するのを抑制することができる。これにより、第１の方向および第２の方向の両方に延びるように発生するクラックを溝部で分断することができるので、クラックの量が増大するのをより有効に抑制することができる。
【００２１】
この発明の別の局面による窒化物系半導体発光素子は、発光部分に対応する第１領域と、所定の高さを有する段差部を介して第１領域に隣接するように配置された第２領域とを含む窒化物系半導体基板と、窒化物系半導体基板の第１領域の上面および段差部の側面上に形成されるとともに、窒化物系半導体基板とは異なる組成を有する窒化物系半導体層とを備えている。そして、段差部の側面上に形成される窒化物系半導体層の厚みは、第１領域の上面上に形成される窒化物系半導体層の厚みよりも小さい。
【００２２】
この局面による窒化物系半導体発光素子では、上記のように、窒化物系半導体基板の段差部の側面上に形成される窒化物系半導体層の厚みを、発光部分に対応する窒化物系半導体基板の第１領域の上面上に形成される窒化物系半導体層の厚みよりも小さくすることによって、ＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、窒化物系半導体基板と窒化物系半導体層との間の格子定数差に起因して窒化物系半導体層に歪みが生じたとしても、段差部の側面上に位置する窒化物形半導体層の厚みが小さい部分に歪みが集中するので、第１領域での窒化物系半導体層に生じる歪みを小さくすることができる。これにより、窒化物系半導体層に生じる歪みが大きいことに起因して、窒化物系半導体層に発生するクラックの量が増大するという不都合が発生するのを抑制することができる。したがって、クラックにより窒化物系半導体層の発光部分に供給されないリーク電流が増大するとともに、クラックにより光導波が妨げられるという不都合が発生するのを抑制することができる。その結果、窒化物系半導体発光素子の特性および歩留りの低下を抑制することができる。
【００２３】
この発明のまた別の局面による窒化物系半導体発光素子は、発光部分に対応する第１領域と、所定の高さを有する段差部を介して第１領域に隣接するように配置された第２領域とを含む窒化物系半導体基板と、窒化物系半導体基板の第１領域の上面および段差部の側面上に形成されるとともに、窒化物系半導体基板とは異なる組成を有するとともに、ＡｌとＧａとＮとを含有する窒化物系半導体層とを備えている。そして、段差部の側面上に形成される窒化物系半導体層のＡｌ組成比は、第１領域の上面上に形成される窒化物系半導体層のＡｌ組成比よりも低い。
【００２４】
この局面による窒化物系半導体発光素子では、上記のように、窒化物系半導体基板の段差部の側面上に形成されるＡｌとＧａとＮとを含有する窒化物系半導体層のＡｌ組成比を、発光部分に対応する窒化物系半導体基板の第１領域の上面上に形成される窒化物系半導体層のＡｌ組成比よりも低くすることによって、ＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、段差部の側面上に位置するＡｌとＧａとＮとを含有する窒化物系半導体層のＡｌ組成比が低い部分の格子定数が、ＡｌとＧａとＮとを含有する窒化物系半導体層とは異なる組成を有する窒化物系半導体基板の格子定数に近づくので、段差部の側面上に位置する窒化物系半導体層のＡｌ組成比が低い部分において、窒化物系半導体基板と窒化物系半導体層との間の格子定数差を小さくすることができる。このため、窒化物系半導体基板と窒化物系半導体層との間の格子定数差に起因して窒化物系半導体層に歪みが生じたとしても、段差部の側面上に位置する窒化物系半導体層のＡｌ組成比が低い部分において歪みを緩和することができるので、窒化物系半導体層に生じる歪みを小さくすることができる。これにより、窒化物系半導体層に生じる歪みが大きいことに起因して、窒化物系半導体層に発生するクラックの量が増大するという不都合が発生するのを抑制することができる。したがって、クラックにより窒化物系半導体層の発光部分に供給されないリーク電流が増大するとともに、クラックにより光導波が妨げられるという不都合が発生するのを抑制することができる。その結果、窒化物系半導体発光素子の特性および歩留りの低下を抑制することができる。
【００２５】
また、この局面において、窒化物系半導体基板の表面は（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面を有する場合には、溝部は［Ｋ，−Ｈ，−Ｈ＋Ｋ，０］方向に沿って延びるように形成されていることが好ましい（ＨとＫは整数であり、ＨとＫの少なくとも一方は０ではない）。このように構成すれば、クラックが発生し易い［０００１］方向と交差する方向へのクラックの伝搬を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図２】図１の１００−１００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図４】図３の２００−２００線に沿った断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図６】図５の３００−３００線に沿った断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセス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系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて形成された窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて形成された窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて形成された窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。
【図２１】本発明の第５実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２２】本発明の第６実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２３】第１〜第６実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子のｎ型ＧａＮ基板を示した断面図である。
【図２４】平坦な表面を有するｎ型ＧａＮ基板上にｎ型ＡｌＧａＮ層を成長させたときの状態を示した断面図である。
【図２５】図２２に示したｎ型ＡｌＧａＮ層におけるクラックの発生状態を示した平面図である。
【図２６】六方晶ＧａＮ基板の結晶方位を示した模式図である。
【図２７】本発明の第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を説明するための平面図である。
【図２８】図２７の４００−４００線に沿った断面図である。
【図２９】本発明の第８実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を説明するための平面図である。
【図３０】図２９の５００−５００線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図１１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図および断面図である。図１２は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて形成された窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図１〜図１２および図２６を参照して、以下に第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００２８】
第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、図１および図２に示すように、まず、（０００１）面の表面を有するとともに、低い転位密度を有するｎ型ＧａＮ基板１を準備する。このｎ型ＧａＮ基板１は、約０．３１８９ｎｍ（ａ軸方向）の格子定数を有する。なお、ｎ型ＧａＮ基板１は、本発明の「窒化物系半導体基板」の一例である。そして、電子ビーム蒸着法などを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１上の所定領域に、約０．４μｍの厚みを有するＮｉ層からなるストライプ状（細長状）のマスク層１７を形成する。具体的には、マスク層１７が、［１−１００］方向に延びるように形成する。また、［１１−２０］方向に隣接するマスク層１７間の距離Ｗ１を、約５０μｍに設定するとともに、マスク層１７の［１１−２０］方向の幅Ｗ２を、約２００μｍに設定する。
【００２９】
次に、図３および図４に示すように、Ｃｌ２ガスによるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いて、マスク層１７をエッチングマスクとして、ｎ型ＧａＮ基板１の上面から約２μｍの深さまでをエッチングする。なお、この場合のエッチング選択比（マスク層１７／ｎ型ＧａＮ基板１）は、１：１０である。また、エッチング条件としては、エッチング圧力：約３．３２５ｋＰａ、プラズマパワー：約２００Ｗ、エッチング速度：約１４０ｎｍ／ｓｅｃ〜約１５０ｎｍ／ｓｅｃである。これにより、ｎ型ＧａＮ基板１に、約５０μｍの幅Ｗ１と、約２μｍの深さＤ１とを有するとともに、［１−１００］方向に延びるストライプ状（細長状）の溝部１ａが形成される。また、上記のエッチング条件の場合、溝部１ａの側面が、ｎ型ＧａＮ基板１の上面に対して垂直となる。そして、ｎ型ＧａＮ基板１において、溝部１ａに挟まれた約２００μｍの［１１−２０］方向の幅Ｗ２を有する領域１ｂは、後述する窒化物系半導体素子層１０の発光部分に対応する領域となる。なお、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂは、本発明の「第１領域」の一例であり、ｎ型ＧａＮ基板１の溝部１ａが形成された領域は、本発明の「第２領域」の一例である。この後、マスク層１７を除去する。
【００３０】
次に、図５および図６に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂの上面上、溝部１ａの底面および側面上に、バッファ層２を介して、窒化物系半導体素子層１０を構成する窒化物形半導体各層（３〜９）を順次形成する。
【００３１】
具体的には、図６に示すように、まず、溝部１ａが形成されたｎ型ＧａＮ基板１を、水素および窒素雰囲気の反応炉の中に挿入する。この後、窒化物系半導体各層（２〜９）の窒素原料であるＮＨ３ガスを反応炉内に供給するとともに、基板温度が約１１６０℃になるまで加熱する。そして、基板温度が約１１６０℃付近にまで達した時点で、Ｇａ原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）ガスおよびＡｌ原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）ガスを、キャリアガスとしてのＨ２ガスを用いて反応炉内に供給することによって、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約０．８μｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなるバッファ層２を約１．１μｍ／ｈの速度で成長させる。この後、ＴＭＧａガスおよびＴＭＡｌガスと、ｎ型不純物としてのＧｅ原料であるＧｅＨ４（モノゲルマン）ガスとを、キャリアガスとしてのＨ２ガスを用いて反応炉内に供給することによって、バッファ層２上に、約１．８μｍの厚みを有するＧｅがドープされたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層３を約１．１μｍ／ｈの速度で成長させる。このｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層３の格子定数は、約０．３１８４ｎｍ（ａ軸方向）である。なお、ｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層３の格子定数は、ＧａＮの格子定数（約０．３８１４ｎｍ（ａ軸方向））と、ＡｌＮの格子定数（約０．３１１２ｎｍ（ａ軸方向））とに基づいて算出した値である。なお、ｎ型クラッド層３は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。さらに、ＴＭＧａガスおよびＴＭＡｌガスを、キャリアガスとしてのＨ２ガスを用いて反応炉内に供給することによって、ｎ型クラッド層３上に、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｎ側キャリアブロック層４を約１μｍ／ｈの速度で成長させる。
【００３２】
次に、基板温度を約１１６０℃から約８５０℃に下げる。そして、Ｇａ原料であるＴＥＧａ（トリエチルガリウム）ガスおよびＩｎ原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）ガスを、キャリアガスとしてのＮ２ガスを用いて反応炉内に供給することによって、ｎ側キャリアブロック層４上に、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９３Ｎからなる４つの量子障壁層（図示せず）と、約３．５ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる３つの量子井戸層（図示せず）とを交互に約０．２５μｍ／ｈの速度で成長させる。これにより、４つの量子障壁層と３つの量子井戸層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造を有するＭＱＷ活性層５が形成される。続けて、ＭＱＷ活性層５上に、約０．１μｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなるｐ側光ガイド層６を成長させる。この後、ＴＭＧａガスおよびＴＭＡｌガスを、キャリアガスとしてのＮ２ガスを用いて反応炉内に供給することによって、ｐ側光ガイド層６上に、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｐ側キャリアブロック層７を約１．２μｍ／ｈの速度で成長させる。
【００３３】
次に、基板温度を約８５０℃から約１０００℃に加熱する。そして、ＴＭＧａガスおよびＴＭＡｌガスと、ｐ型不純物としてのＭｇ原料であるＭｇ（Ｃ５Ｈ５）２（シクロペンタジエニルマグネシウム）ガスとを、キャリアガスとしてのＮ２ガスを用いて反応炉内に供給することによって、ｐ側キャリアブロック層７上に、約０．４５μｍの厚みを有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層８を約１．１μｍ／ｈの速度で成長させる。この後、基板温度を約１０００℃から約８５０℃に下げる。そして、ＴＥＧａガスおよびＴＭＩｎガスを、キャリアガスとしてのＮ２ガスを用いて反応炉内に供給することによって、ｐ型クラッド層８上に、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ側コンタクト層９を約０．２５μｍ／ｈの速度で成長させる。これにより、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂの上面上、溝部１ａの底面および側面上に、バッファ層２を介して、窒化物形半導体各層（３〜９）により構成される窒化物系半導体素子層１０が形成される。
【００３４】
この際、第１実施形態では、［１−１００］方向（図５参照）に延びる溝部１ａの側面上に形成された窒化物形半導体各層（２〜９）の厚みは、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂ上に形成された窒化物系半導体各層（２〜９）の厚みよりも小さくなる。このため、約０．３１８９ｎｍの格子定数を有するｎ型ＧａＮ基板１と、約０．３１８４ｎｍの格子定数を有するｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層３との間の格子定数差に起因してｎ型クラッド層３に歪みが生じたとしても、その歪みが溝部１ａの側面上に位置するｎ型クラッド層３の厚みが小さい部分に集中するので、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂ上に位置するｎ型クラッド層３に生じる歪みが緩和される。これにより、図５に示すように、ｎ型クラッド層３に生じる歪みが大きいことに起因して、ｎ型クラッド層３に発生するクラック１９ａ〜１９ｃの量が増大するという不都合が発生するのが抑制される。したがって、ｎ型クラッド層３を含む窒化物系半導体素子層１０に発生するクラック１９ａ〜１９ｃの量が増大するのも抑制される。
【００３５】
また、第１実施形態では、［１１−２０］方向に延びるように発生するクラック１９ａ、［１−２１０］方向（図２６参照）に延びるように発生するクラック１９ｂおよび［−２１１０］方向（図２６参照）に延びるように発生するクラック１９ｃが、［１−１００］方向に延びる溝部１ａに対応する領域と交差するので、クラック１９ａ〜１９ｃが溝部１ａに対応する領域を横切って伝播するのが抑制される。
【００３６】
この後、窒化物系半導体素子層１０が形成されたｎ型ＧａＮ基板１を反応炉内から取り出す。
【００３７】
次に、図７に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ側コンタクト層９上のｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂに対応する所定領域に、ＳｉＯ２膜からなるストライプ状（細長状）のマスク層１８を形成する。具体的には、マスク層１８が、［１−１００］方向（図５参照）に延びるように形成する。また、マスク層１８の［１１−２０］方向（図５参照）の幅を、約１．５μｍに設定する。
【００３８】
次に、図８に示すように、Ｃｌ２ガスによるＲＩＥ法を用いて、マスク層１８をエッチングマスクとして、ｐ側コンタクト層９およびｐ型クラッド層８の上面から約０．４μｍの厚み分をエッチングする。これにより、ｐ型クラッド層８の凸部とｐ側コンタクト層９とにより構成されるとともに、［１−１００］方向（図５参照）に延びるストライプ状（細長状）のリッジ部１１が形成される。また、リッジ部１１は、約１．５μｍの［１１−２０］方向（図５参照）の幅と、約０．４０２μｍの突出高さとを有するように形成される。このリッジ部１１は、電流通路になるとともに、このリッジ部１１の下方が発光部分となる。また、ｐ型クラッド層８の凸部以外の平坦部の厚みは、約０．０５μｍとなる。この後、マスク層１８を除去する。
【００３９】
次に、図９に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面上に、約０．２μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜を形成した後、そのＳｉＯ２膜のリッジ部１１に対応する領域を除去することによって、リッジ部１１に対応する領域に開口部１２ａを有する電流ブロック層１２を形成する。
【００４０】
次に、図１０に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、リッジ部１１を構成するｐ側コンタクト層９上に、ｐ側オーミック電極１３を形成する。このｐ側オーミック電極１３を形成する際には、下層から上層に向かって、約１ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層とを順次形成する。この後、電子ビーム蒸着法を用いて、電流ブロック層１２上に、ｐ側オーミック電極１３の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１４を形成する。このｐ側パッド電極１４を形成する際には、下層から上層に向かって、約３０ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約１５０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層とを順次形成する。
【００４１】
次に、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面を、後述する劈開工程において劈開しやすい厚みになるまで研磨する。この後、電子ビーム蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上の所定領域に、ｎ側オーミック電極１５と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなるｎ側パッド電極１６とを順次形成する。なお、ｎ側オーミック電極１５を形成する際には、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面側から順に、約６ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層とを形成する。
【００４２】
最後に、図１１に示した構造体において、［１−１００］方向（図５参照）にｎ型ＧａＮ基板１の溝部１ａの中心に沿って素子分離するとともに、［１１−２０］方向（図５参照）に素子を各チップに劈開することによって、図１２に示すような第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００４３】
なお、図１２に示すように、第１実施形態の製造プロセスにより形成された窒化物系半導体レーザ素子において、ｎ型ＧａＮ基板１の溝部１ａ（図１１参照）は、上記した素子分離工程により垂直な側面を有する段差部１ｃとなる。すなわち、第１実施形態の製造プロセスにより形成された窒化物系半導体レーザ素子では、ｎ型ＧａＮ基板１の段差部１ｃの側面上に形成された窒化物形半導体各層（２〜９）の厚みが、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂ上に形成された窒化物系半導体各層（２〜９）の厚みよりも小さくなる。
【００４４】
第１実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板１上にバッファ層２を介して窒化物系半導体素子層１０を形成する際に、溝部１ａの側面上に形成されるｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層３の厚みが、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂ上に形成されるｎ型クラッド層３の厚みよりも小さくなるように形成することによって、約０．３１８９ｎｍの格子定数を有するｎ型ＧａＮ基板１と、約０．３１８４ｎｍの格子定数を有するｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層３との間の格子定数差に起因してｎ型クラッド層３に歪みが生じたとしても、その歪みが溝部１ａの側面上に位置するｎ型クラッド層３の厚みが小さい部分に集中するので、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂ上に位置するｎ型クラッド層３に生じる歪みを緩和することができる。これにより、ｎ型クラッド層３に生じる歪みが大きいことに起因して、ｎ型クラッド層３に発生するクラック１９ａ〜１９ｃの量が増大するという不都合が発生するのを抑制することができる。したがって、ｎ型クラッド層３を含む窒化物系半導体素子層１０に発生するクラック１９ａ〜１９ｃの量が増大するのも抑制することができるので、クラック１９ａ〜１９ｃにより窒化物系半導体素子層１０の発光部分に供給されないリーク電流が増大するとともに、クラック１９ａ〜１９ｃにより光導波が妨げられるという不都合が発生するのを抑制することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の特性および歩留りの低下を抑制することができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１に溝部１ａを形成する際に、溝部１ａの側面がｎ型ＧａＮ基板１の上面に対して垂直となるように形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板１上にバッファ層２を介してｎ型クラッド層３を形成する際に、ｎ型クラッド層３の構成材料（ＡｌＧａＮ）が溝部１ａの側面上に堆積されにくくなるので、容易に、溝部１ａの側面上に形成されるｎ型クラッド層３の厚みを、ｎ型ＧａＮ基板１の領域１ｂ上に形成されるｎ型クラッド層３の厚みよりも小さくすることができる。
【００４６】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１に溝部１ａを形成する際に、溝部１ａが［１−１００］方向に延びるように形成することによって、［１１−２０］方向に延びるように発生するクラック１９ａ、［１−２１０］方向に延びるように発生するクラック１９ｂおよび［−２１１０］方向に延びるように発生するクラック１９ｃが、［１−１００］方向に延びる溝部１ａに対応する領域と交差するので、クラック１９ａ〜１９ｃが溝部１ａに対応する領域を横切って伝播するのを抑制することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図１３および図１４は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。図１５は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて形成された窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図１３〜図１５および図２６を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板に、［１１−２０］方向に延びるストライプ状（細長状）の溝部を形成する場合について説明する。
【００４８】
この第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、図１３に示すように、まず、図１〜図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板２１に、約５０μｍの幅Ｗ１１と、約２μｍの深さとを有するとともに、ｎ型ＧａＮ基板２１の上面に対して垂直な側面を有するストライプ状（細長状）の溝部２１ａを形成する。ただし、この第２実施形態では、溝部２１ａが、［１１−２０］方向に延びるように形成する。また、［１−１００］方向に隣接する溝部２１ａ間の距離Ｗ１２を、後述する劈開工程において形成される劈開面間の距離（共振器長）よりも大きい距離に設定する。そして、ｎ型ＧａＮ基板２１において、溝部２１ａに挟まれた領域２１ｂは、後述する窒化物系半導体素子層３０の発光部分に対応する領域となる。なお、ｎ型ＧａＮ基板２１は、本発明の「窒化物系半導体基板」の一例である。また、ｎ型ＧａＮ基板２１の領域２１ｂは、本発明の「第１領域」の一例であり、ｎ型ＧａＮ基板２１の溝部２１ａが形成された領域は、本発明の「第２領域」の一例である。
【００４９】
なお、第２実施形態のｎ型ＧａＮ基板２１は、上記第１実施形態のｎ型ＧａＮ基板１と同様、（０００１）面の表面を有するとともに、低い転位密度を有する。また、ｎ型ＧａＮ基板２１は、約０．３１８９ｎｍの格子定数を有する。
【００５０】
この後、図６に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板２１の領域２１ｂの上面上、溝部２１ａの底面および側面上に、バッファ層２２を介して、窒化物系半導体素子層３０を形成する。この際、ｎ型ＧａＮ基板２１側から順に、バッファ層２２、ｎ型クラッド層２３、ｎ側キャリアブロック層２４、ＭＱＷ活性層２５、ｐ側光ガイド層２６、ｐ側キャリアブロック層２７、ｐ型クラッド層２８およびｐ側コンタクト層２９を形成する。なお、上記した各層（２２〜２９）を形成する際には、上記第１実施形態の窒化物系半導体各層（２〜９）と同じ厚みおよび組成となるように形成する。すなわち、ｎ型ＧａＮ基板２１上にバッファ層２２を介して形成されるｎ型クラッド層２３は、ｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎにより構成され、かつ、約０．３１８４ｎｍの格子定数を有するように形成される。なお、ｎ型クラッド層２３は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００５１】
この際、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様、［１１−２０］方向に延びる溝部２１ａの側面上に形成された窒化物形半導体各層（２２〜２９）の厚みは、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板２１の領域２１ｂ上に形成された窒化物系半導体各層（２２〜２９）の厚みよりも小さくなる。このため、ｎ型クラッド層２３に生じる歪みが溝部２１ａの側面上に位置するｎ型クラッド層２３の厚みが小さい部分に集中するので、ｎ型ＧａＮ基板２１の領域２１ｂ上に位置するｎ型クラッド層２３に生じる歪みが小さくなる。これにより、ｎ型クラッド層２３に発生するクラック３９ａ〜３９ｃの量が増大するのが抑制されるとともに、ｎ型クラッド層２３を含む窒化物系半導体素子層３０に発生するクラック３９ａ〜３９ｃの量が増大するのも抑制される。
【００５２】
また、第２実施形態では、［１−２１０］方向（図２６参照）に延びるように発生するクラック３９ｂおよび［−２１１０］方向（図２６参照）に延びるように発生するクラック３９ｃが、［１１−２０］方向に延びる溝部２１ａに対応する領域と交差するので、クラック３９ｂおよび３９ｃが溝部２１ａに対応する領域を横切って伝播するのが抑制される。
【００５３】
次に、図１４に示すように、図７〜図１１に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、［１−１００］方向（図１３参照）に延びるリッジ部３１を形成した後、開口部３２ａを有する電流ブロック層３２（図１５参照）、ｐ側オーミック電極３３およびｐ側パッド電極３４を順次形成する。また、ｎ型ＧａＮ基板２１の裏面上の所定領域に、ｎ側オーミック電極１５およびｎ側パッド電極１６を順次形成する。なお、図１４の断面図は、［１−１００］方向に延びる線に沿った断面図である。この第２実施形態では、溝部２１ａが［１１−２０］方向（図１３参照）に延びるように形成されているので、［１−１００］方向に延びるリッジ部３１は、溝部２１ａと直交する。また、リッジ部３１は、電流通路になるとともに、リッジ部３１の下方が発光部分となる。また、電流ブロック層３２、ｐ側オーミック電極３３およびｐ側パッド電極３４を形成する際には、上記第１実施形態の電流ブロック層１２、ｐ側オーミック電極１３およびｐ側パッド電極１４と同じ厚みおよび組成となるように形成する。
【００５４】
この後、図１４に示した構造体において、［１−１００］方向（図１３参照）に素子分離するとともに、［１１−２０］方向（図１３参照）に素子を各チップに劈開する。この際、劈開されたチップの劈開面間の距離（図１４の共振器長Ｌ）が、溝部２１ａ間の距離Ｗ１２（図１３参照）よりも小さくなるように、ｎ型ＧａＮ基板２１の領域２１ｂに対応する所定領域（図１４の破線に対応する領域）を［１１−２０］方向に沿って劈開する。これにより、図１５に示すような第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００５５】
なお、図１５に示すように、第２実施形態の製造プロセスにより形成された窒化物系半導体レーザ素子では、上記した劈開工程により溝部２１ａに対応する部分が全て除去されている。このため、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、上記第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子と異なり、ｎ型ＧａＮ基板２１に段差部が存在しない。
【００５６】
第２実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板２１上にバッファ層２２を介して窒化物系半導体素子層３０を形成する際に、溝部２１ａの側面上に形成されるｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層２３の厚みが、ｎ型ＧａＮ基板２１の領域２１ｂ上に形成されるｎ型クラッド層２３の厚みよりも小さくなるように形成することによって、上記第１実施形態と同様、ｎ型クラッド層２３に生じる歪みが溝部２１ａの側面上に位置するｎ型クラッド層２３の厚みが小さい部分に集中するので、ｎ型ＧａＮ基板２１の領域２１ｂ上に位置するｎ型クラッド層２３に発生するクラック３９ａ〜３９ｃの量が増大するのを抑制することができるとともに、ｎ型クラッド層２３を含む窒化物系半導体素子層３０に発生するクラック３９ａ〜３９ｃの量が増大するのも抑制することができる。その結果、上記第１実施形態と同様、クラック３９ａ〜３９ｃによりリーク電流が増大するとともに、クラック３９ａ〜３９ｃにより光導波が妨げられるという不都合が発生するのを抑制することができるので、窒化物系半導体レーザ素子の特性および歩留りの低下を抑制することができる。
【００５７】
また、第２実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板２１に溝部２１ａを形成する際に、溝部２１ａが［１１−２０］方向に延びるように形成することによって、［１−２１０］方向に延びるように発生するクラック３９ｂおよび［−２１１０］方向に延びるように発生するクラック３９ｃが、［１１−２０］方向に延びる溝部２１ａに対応する領域と交差するので、クラック３９ｂおよび３９ｃが溝部２１ａに対応する領域を横切って伝播するのを抑制することができる。
【００５８】
なお、第２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。
【００５９】
（第３実施形態）
図１６は、本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。図１６および図２６を参照して、この第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板に、［１−１００］方向および［１１−２０］方向の２方向に延びるストライプ状（細長状）の溝部を格子状に形成する場合について説明する。
【００６０】
この第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、図１６に示すように、まず、図１〜図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板４１に、約５０μｍの幅Ｗ２１と、約２μｍの深さとを有するとともに、ｎ型ＧａＮ基板４１の上面に対して垂直な側面を有するストライプ状（細長状）の溝部４１ａおよび４１ｂを形成する。ただし、この第３実施形態では、溝部４１ａを［１−１００］方向に延びるように形成し、かつ、溝部４１ｂを［１１−２０］方向に延びるように形成することによって、溝部４１ａおよび４１ｂを格子状に配置する。また、［１１−２０］方向に隣接する溝部４１ａ間の距離Ｗ２２を、約２００μｍに設定する。また、［１−１００］方向に隣接する溝部４１ｂ間の距離Ｗ２３を、後の劈開工程において形成される劈開面間の距離（共振器長）よりも大きい距離に設定する。そして、ｎ型ＧａＮ基板４１において、溝部４１ａおよび４１ｂに囲まれた領域４１ｃは、後述する窒化物系半導体素子層４０のリッジ部（図示せず）の下方に位置する発光部分に対応する領域となる。なお、ｎ型ＧａＮ基板４１は、本発明の「窒化物系半導体基板」の一例である。また、ｎ型ＧａＮ基板４１の領域４１ｃは、本発明の「第１領域」の一例であり、ｎ型ＧａＮ基板４１の溝部４１ａおよび４１ｂが形成された領域は、本発明の「第２領域」の一例である。
【００６１】
なお、第３実施形態のｎ型ＧａＮ基板４１は、上記第１実施形態のｎ型ＧａＮ基板１と同様、（０００１）面の表面を有するとともに、低い転位密度を有する。また、ｎ型ＧａＮ基板４１は、約０．３１８９ｎｍの格子定数を有する。
【００６２】
この後、図６に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板４１の領域４１ｃの上面上、溝部４１ａおよび４１ｂの各々の底面および側面上に、バッファ層（図示せず）を介して、窒化物系半導体素子層４０を形成する。なお、窒化物系半導体素子層４０を形成する際には、上記第１実施形態の窒化物系半導体素子層１０と同じ構造を有するように形成する。すなわち、第３実施形態の製造プロセスにより形成された窒化物系半導体素子層４０は、ｎ型ＧａＮ基板４１上にバッファ層を介して形成されたｎ型クラッド層（図示せず）を含む。また、窒化物系半導体素子層４０を構成するｎ型クラッド層は、ｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるとともに、約０．３１８４ｎｍの格子定数を有する。
【００６３】
この際、第３実施形態では、上記第１実施形態と同様、［１−１００］方向に延びる溝部４１ａおよび［１１−２０］方向に延びる溝部４１ｂの各々の側面上に形成された窒化物形半導体各層の厚みは、ｎ型ＧａＮ基板４１の領域４１ｃ上に形成された窒化物系半導体各層の厚みよりも小さくなる。このため、窒化物系半導体素子層４０を構成するｎ型クラッド層に生じる歪みが溝部４１ａおよび４１ｂの各々の側面上に位置するｎ型クラッド層の厚みが小さい部分に集中するので、ｎ型ＧａＮ基板４１の領域４１ｃ上に位置するｎ型クラッド層に生じる歪みを小さくすることができる。これにより、ｎ型クラッド層に発生するクラック４９ａ〜４９ｃの量が増大するのが抑制されるとともに、ｎ型クラッド層を含む窒化物系半導体素子層４０に発生するクラック４９ａ〜４９ｃの量が増大するのも抑制される。
【００６４】
また、第３実施形態では、［１１−２０］方向に延びるように発生するクラック４９ａ、［１−２１０］方向（図２６参照）に延びるように発生するクラック４９ｂおよび［−２１１０］方向（図２６参照）に延びるように発生するクラック４９ｃが、［１−１００］方向に延びる溝部４１ａに対応する領域と交差するので、クラック４９ａ〜４９ｃが溝部４１ａに対応する領域を横切って伝播するのが抑制される。さらに、［１−２１０］方向に延びるように発生するクラック４９ｂおよび［−２１１０］方向に延びるように発生するクラック４９ｃは、［１１−２０］方向に延びる溝部４１ｂに対応する領域とも交差するので、クラック４９ｂおよび４９ｃが溝部４１ｂに対応する領域を横切って伝播するのも抑制される。
【００６５】
なお、第３実施形態のこの後の製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。すなわち、第３実施形態の窒化物系半導体素子層４０には、［１１−２０］方向に延びる溝部４１ｂと直交し、かつ、溝部４１ａの延びる方向と同じ［１−１００］方向に延びるリッジ部（図示せず）が形成される。
【００６６】
第３実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板４１上にバッファ層を介して窒化物系半導体素子層４０を形成する際に、溝部４１ａおよび４１ｂの各々の側面上に形成されるｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層の厚みが、ｎ型ＧａＮ基板４１の領域４１ｃ上に形成されるｎ型クラッド層の厚みよりも小さくなるように形成することによって、上記第１実施形態と同様、ｎ型クラッド層に生じる歪みが溝部４１ａおよび４１ｂの各々の側面上に位置するｎ型クラッド層の厚みが小さい部分に集中するので、ｎ型ＧａＮ基板４１の領域４１ｃ上に位置するｎ型クラッド層に発生するクラック４９ａ〜４９ｃの量が増大するのを抑制することができるとともに、ｎ型クラッド層を含む窒化物系半導体素子層４０に発生するクラック４９ａ〜４９ｃの量が増大するのも抑制することができる。その結果、上記第１実施形態と同様、クラック４９ａ〜４９ｃによりリーク電流が増大するとともに、クラック４９ａ〜４９ｃにより光導波が妨げられるという不都合が発生するのを抑制することができるので、窒化物系半導体レーザ素子の特性および歩留りの低下を抑制することができる。
【００６７】
また、第３実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板４１に、［１−１００］方向および［１１−２０］方向の２方向に延びるストライプ状（細長状）の溝部４１ａおよび４１ｂを格子状に形成することによって、［１１−２０］方向に延びるように発生するクラック４９ａ、［１−２１０］方向に延びるように発生するクラック４９ｂおよび［−２１１０］方向に延びるように発生するクラック４９ｃが、［１−１００］方向に延びる溝部４１ａに対応する領域と交差するので、クラック４９ａ〜４９ｃが溝部４１ａに対応する領域を横切って伝播するのを抑制することができる。さらに、［１−２１０］方向に延びるように発生するクラック４９ｂおよび［−２１１０］方向に延びるように発生するクラック４９ｃは、［１１−２０］方向に延びる溝部４１ｂに対応する領域とも交差するので、クラック４９ｂおよび４９ｃが溝部４１ｂに対応する領域を横切って伝播するのも抑制することができる。
【００６８】
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。
【００６９】
（第４実施形態）
図１７〜図１９は、本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。図２０は、本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて形成された窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図１７〜図２０および図２６を参照して、この第４実施形態では、上記第１〜第３実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板に形成する溝部の開口幅を、溝部の底面から開口端に向かって徐々に大きくする場合について説明する。
【００７０】
この第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、図１７に示すように、まず、（０００１）面の表面を有するとともに、低い転位密度を有するｎ型ＧａＮ基板５１を準備する。このｎ型ＧａＮ基板５１は、約０．３１８９ｎｍの格子定数を有する。なお、ｎ型ＧａＮ基板５１は、本発明の「窒化物系半導体基板」の一例である。そして、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板５１上の所定領域に、約０．５μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなるストライプ状（細長状）のマスク層６５を形成する。具体的には、マスク層６５が、所定の方向（たとえば、［１−１００］方向）に延びるように形成する。また、隣接するマスク層６５間の距離Ｗ３１を、約５０μｍに設定するとともに、マスク層６５の幅Ｗ３２を、約２００μｍに設定する。
【００７１】
次に、図１８に示すように、Ｃｌ２ガスによるＲＩＥ法を用いて、マスク層６５をエッチングマスクとして、ｎ型ＧａＮ基板５１の上面から約２μｍの深さまでをエッチングする。なお、この場合のエッチング選択比（マスク層６５／ｎ型ＧａＮ基板５１）は、１：１０である。また、エッチング条件としては、エッチング圧力：約３．３２５ｋＰａ、プラズマパワー：約２００Ｗ、エッチング速度：約１４０ｎｍ／ｓｅｃ〜約１５０ｎｍ／ｓｅｃである。これにより、ｎ型ＧａＮ基板５１に、約５０μｍの幅（開口端の幅）Ｗ３１と、約２μｍの深さＤ３１とを有するとともに、所定の方向（［１−１００］方向）に延びるストライプ状（細長状）の溝部５１ａが形成される。なお、エッチングマスクとしてＳｉＯ２膜からなるマスク層６５を用いるとともに、上記したエッチング条件でｎ型ＧａＮ基板５１をエッチングした場合、溝部５１ａの断面形状は、メサ形状となる。すなわち、溝部５１ａの開口幅が、溝部５１ａの底面から開口端に向かって徐々に大きくなる。具体的には、溝部５１ａの底面と側面とがなす角度αが、約４０°となる。そして、ｎ型ＧａＮ基板５１において、溝部５１ａに挟まれた約２００μｍの幅Ｗ３２を有する領域５１ｂは、後述する窒化物系半導体素子層６０の発光部分に対応する領域となる。なお、ｎ型ＧａＮ基板５１の領域５１ｂは、本発明の「第１領域」の一例であり、ｎ型ＧａＮ基板５１の溝部５１ａが形成された領域は、本発明の「第２領域」の一例である。この後、マスク層６５を除去する。
【００７２】
次に、図１９に示すように、図６に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板５１の領域５１ｂの上面上、溝部５１ａの底面および側面上に、バッファ層５２を介して、窒化物系半導体素子層６０を形成する。この際、ｎ型ＧａＮ基板５１側から順に、バッファ層５２、ｎ型クラッド層５３、ｎ側キャリアブロック層５４、ＭＱＷ活性層５５、ｐ側光ガイド層５６、ｐ側キャリアブロック層５７、ｐ型クラッド層５８およびｐ側コンタクト層５９を形成する。なお、上記した各層（５２〜５９）を形成する際には、上記第１実施形態の窒化物系半導体各層（２〜９）と同じ厚みおよび組成となるように形成する。すなわち、ｎ型ＧａＮ基板５１上にバッファ層５２を介して形成されるｎ型クラッド層５３は、ｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎにより構成され、かつ、約０．３１８４ｎｍの格子定数を有するように形成される。なお、ｎ型クラッド層５３は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００７３】
ここで、第４実施形態では、溝部５１ａの断面形状がメサ形状であることにより、ｎ型ＧａＮ基板５１上にバッファ層５２を介してｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層５３を形成する際に、ｎ型クラッド層５３の構成材料の一部であるＧａが溝部５１ａの傾斜した側面側へ移動しやすくなると考えられる。このため、溝部５１ａの側面上に形成されるｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比が、ｎ型ＧａＮ基板５１の領域５１ｂ上に形成されるｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比よりも低くなる。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板５１の領域５１ｂ上に形成されるｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比が約７％であるのに対して、溝部５１ａの側面上に形成されるｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比が約６．６％となる。この場合、溝部５１ａの側面上に位置するｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比が低い部分の格子定数がｎ型ＧａＮ基板５１の格子定数に近づくので、溝部５１ａの側面上に位置するｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比が低い部分において、ｎ型ＧａＮ基板５１とｎ型クラッド層５３との間の格子定数差が小さくなる。このため、約０．３１８９ｎｍの格子定数を有するｎ型ＧａＮ基板５１と、約０．３１８４ｎｍの格子定数を有するｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層５３との間の格子定数差に起因してｎ型クラッド層５３に歪みが生じたとしても、その歪みが溝部５１ａの側面上に位置するｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比が低い部分において緩和されるので、ｎ型クラッド層５３に生じる歪みが小さくなる。これにより、ｎ型クラッド層５３に発生するクラックの量が増大するのが抑制されるとともに、ｎ型クラッド層５３を含む窒化物系半導体素子層６０に発生するクラックの量が増大するのも抑制される。
【００７４】
この後、図７〜図１１に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、［１−１００］方向（図２６参照）に延びるリッジ部６１を形成した後、開口部６２ａを有する電流ブロック層６２、ｐ側オーミック電極６３およびｐ側パッド電極６４を順次形成する。また、ｎ型ＧａＮ基板５１の裏面上の所定領域に、ｎ側オーミック電極１５およびｎ側パッド電極１６を順次形成する。なお、第４実施形態では、溝部５１ａが［１−１００］方向（図２６参照）に延びるように形成されているので、［１−１００］方向に延びるリッジ部６１は、溝部５１ａとは交差しない。このリッジ部６１は、電流通路になるとともに、このリッジ部６１の下方が発光部分となる。また、電流ブロック層６２、ｐ側オーミック電極６３およびｐ側パッド電極６４を形成する際には、上記第１実施形態の電流ブロック層１２、ｐ側オーミック電極１３およびｐ側パッド電極１４と同じ厚みおよび組成となるように形成する。
【００７５】
この後、上記第１実施形態と同様の素子分離および劈開を行うことによって、図２０に示すような第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００７６】
なお、図２０に示すように、第４実施形態の製造プロセスにより形成された窒化物系半導体レーザ素子において、ｎ型ＧａＮ基板５１の溝部５１ａ（図１９参照）は、上記した素子分離工程により傾斜した側面を有する段差部５１ｃとなる。すなわち、第４実施形態の製造プロセスにより形成された窒化物系半導体レーザ素子では、ｎ型ＧａＮ基板５１の段差部５１ｃの側面上に形成されたｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比が、ｎ型ＧａＮ基板５１の領域５１ｂ上に形成されたｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比よりも低くなる。
【００７７】
第４実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板５１上にバッファ層５２を介して窒化物系半導体素子層６０を形成する際に、溝部５１ａの側面上に形成されるｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比が、ｎ型ＧａＮ基板５１の領域５１ｂ上に形成されるｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比よりも低くなるように形成することによって、約０．３１８９ｎｍの格子定数を有するｎ型ＧａＮ基板５１と、約０．３１８４ｎｍの格子定数を有するｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層５３との間の格子定数差に起因してｎ型クラッド層５３に歪みが生じたとしても、その歪みが溝部５１ａの側面上に位置するｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比が低い部分において緩和されるので、ｎ型クラッド層５３に生じる歪みを小さくすることができる。これにより、ｎ型クラッド層５３に生じる歪みが大きいことに起因して、ｎ型クラッド層５３に発生するクラックの量が増大するという不都合が発生するのを抑制することができる。したがって、ｎ型クラッド層５３を含む窒化物系半導体素子層６０に発生するクラックの量が増大するのを抑制することができるので、クラックにより窒化物系半導体素子層６０の発光部分に供給されないリーク電流が増大するとともに、クラックにより光導波が妨げられるという不都合が発生するのを抑制することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の特性および歩留りの低下を抑制することができる。
【００７８】
また、第４実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板５１に溝部５１ａを形成する際に、溝部５１ａの開口幅が溝部５１ａの底面から開口端に向かって徐々に大きくなるように形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板５１上にバッファ層５２を介してｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層５３を形成する際に、ｎ型クラッド層５３の構成材料の一部であるＧａがＡｌに比べて成膜表面を移動しやすいことにより、Ｇａが溝部５１ａの側面側へ移動しやすくなると考えられるので、容易に、溝部５１ａの側面上に形成されるｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比を、ｎ型ＧａＮ基板５１の領域５１ｂ上に形成されるｎ型クラッド層５３のＡｌ組成比よりも小さくすることができる。
【００７９】
なお、第４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。
【００８０】
（第５実施形態）
図２１は、本発明の第５実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。図２１を参照して、この第５実施形態では、上記第４実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板に形成する溝部の開口幅を、溝部の底面から開口端に向かって徐々に小さくする場合について説明する。
【００８１】
この第５実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、図２１に示すように、まず、図１〜図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板７１に、約２μｍの深さＤ４１を有するとともに、所定の方向に延びるストライプ状（細長状）の溝部７１ａを形成する。ただし、この第５実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板７１に溝部７１ａを形成する際に、エッチング装置の基台（図示せず）にｎ型ＧａＮ基板７１を斜めに設置するとともに、ｎ型ＧａＮ基板７１を回転させながらエッチングすることによって、溝部７１ａの断面形状が逆メサ形状になるように形成する。すなわち、溝部７１ａの開口幅が、溝部７１ａの底面から開口端に向かって徐々に小さくなるように形成する。具体的には、溝部７１ａの開口端の幅Ｗ４１が約５０μｍになるように、かつ、溝部７１ａの底面の幅Ｗ４２が約５３μｍになるように形成する。また、隣接する溝部７１ａ間の距離Ｗ４３を、約２００μｍに設定する。そして、ｎ型ＧａＮ基板７１において、溝部７１ａに挟まれた約２００μｍの幅Ｗ４３を有する領域７１ｂは、窒化物系半導体素子層のリッジ部（図示せず）の下方に位置する発光部分に対応する領域となる。なお、ｎ型ＧａＮ基板７１は、本発明の「窒化物系半導体基板」の一例である。また、ｎ型ＧａＮ基板７１の領域７１ｂは、本発明の「第１領域」の一例であり、ｎ型ＧａＮ基板７１の溝部７１ａが形成された領域は、本発明の「第２領域」の一例である。
【００８２】
なお、第５実施形態のｎ型ＧａＮ基板７１は、上記第１実施形態のｎ型ＧａＮ基板１と同様、（０００１）面の表面を有するとともに、低い転位密度を有する。また、ｎ型ＧａＮ基板７１は、約０．３１８９ｎｍの格子定数を有する。
【００８３】
なお、第５実施形態のこの後の製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
第５実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板７１に溝部７１ａを形成する際に、溝部７１ａの開口幅が溝部７１ａの底面から開口端に向かって徐々に小さくなるように形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板７１上に窒化物系半導体層を形成する際に、溝部１ａの側面がｎ型ＧａＮ基板１の上面に対して垂直である第１実施形態に比べて、窒化物系半導体層の構成材料が溝部７１ａの側面上に堆積されにくくなるので、より容易に、溝部７１ａの側面上に形成される窒化物系半導体層の厚みを、ｎ型ＧａＮ基板７１の領域７１ｂ上に形成される窒化物系半導体層の厚みよりも小さくすることができる。
【００８５】
なお、第５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。
【００８６】
（第６実施形態）
図２２は、本発明の第６実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。図２２を参照して、この第６実施形態では、上記第４および第５実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板に形成される溝部の側面が段差部を有する場合について説明する。
【００８７】
この第６実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、図２２に示すように、まず、図１〜図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板８１に、所定の方向に延びるストライプ状（細長状）の溝部８１ａを形成する。ただし、この第６実施形態では、溝部８１ａを形成するためのエッチング工程を２回行う。具体的には、１回目のエッチング工程で、約５０μｍの幅Ｗ５１と、約１μｍの深さＤ５１とを有する１つ目の溝部を形成する。この後、２回目のエッチング工程で、１回目のエッチング工程で形成された１つ目の溝部の底部に、約３０μｍの幅Ｗ５２と、約１μｍの深さＤ５２とを有する２つ目の溝部を形成する。これにより、ｎ型ＧａＮ基板８１に、約５０μｍの幅（開口端の幅）Ｗ５１と、約２μｍの深さＤ５３とを有するとともに、側面が段差部を有する溝部８１ａが形成される。また、隣接する溝部８１ａ間の距離Ｗ５３を、約２００μｍに設定する。そして、ｎ型ＧａＮ基板８１において、溝部８１ａに挟まれた約２００μｍの幅Ｗ５３を有する領域８１ｂは、窒化物系半導体素子層のリッジ部（図示せず）の下方に位置する発光部分に対応する領域となる。なお、ｎ型ＧａＮ基板８１は、本発明の「窒化物系半導体基板」の一例である。また、ｎ型ＧａＮ基板８１の領域８１ｂは、本発明の「第１領域」の一例であり、ｎ型ＧａＮ基板８１の溝部８１ａが形成された領域は、本発明の「第２領域」の一例である。
【００８８】
なお、第６実施形態のｎ型ＧａＮ基板８１は、上記第１実施形態のｎ型ＧａＮ基板１と同様、（０００１）面の表面を有するとともに、低い転位密度を有する。また、ｎ型ＧａＮ基板８１は、約０．３１８９ｎｍの格子定数を有する。
【００８９】
なお、第６実施形態のこの後の製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００９０】
第６実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板に所定の方向に延びるストライプ状（細長状）の溝部８１ａを形成し、かつ、その溝部８１ａの側面に段差部を設けることによって、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
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。
【００９２】
たとえば、上記第１〜第６実施形態及び以下に示す第７、第８実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板を用いたが、本発明はこれに限らず、ｐ型窒化物系半導体基板を用いるとともに、ｐ型窒化物系半導体基板上に、ｐ型窒化物系半導体層、活性層およびｎ型窒化物系半導体層を順次形成するようにしてもよい。
【００９３】
また、上記第１〜第６実施形態及び以下に示す第７、第８実施形態では、ＧａＮ基板を用いたが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ基板以外の窒化物系半導体基板を用いてもよい。ＧａＮ基板以外の窒化物系半導体基板としては、たとえば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＩｎＮまたはＡｌＧａＩｎＢＮからなる窒化物系半導体基板がある。
【００９４】
また、上記第１〜第６実施形態及び以下に示す第７、第８実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板に、底面を有する溝部を形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、ｎ型ＧａＮ基板に、底面を有しない溝部を形成してもよい。たとえば、図２３に示すように、ｎ型ＧａＮ基板９１に、断面形状がＶ字状の溝部９１ａを形成してもよい。なお、ｎ型ＧａＮ基板９１は、本発明の「窒化物系半導体基板」の一例である。このように構成すれば、上記第４実施形態と同様、ＭＯＣＶＤ法などを用いてｎ型ＧａＮ基板９１上にＡｌＧａＮ層を形成する際に、ＡｌＧａＮ層の構成材料であるＧａがＶ字状の断面形状を有する溝部９１ａの内面側へ移動しやすくなると考えられる。これにより、容易に、溝部９１ａの内面上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比を、溝部９１ａ以外の領域上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比よりも低くすることができる。また、ｎ型ＧａＮ基板９１の溝部９１ａが形成された領域以外の領域９１ｂは、窒化物系半導体素子層のリッジ部の下方に位置する発光部分に対応する領域となる。なお、ｎ型ＧａＮ基板９１の領域９１ｂは、本発明の「第１領域」の一例であり、ｎ型ＧａＮ基板９１の溝部９１ａが形成された領域は、本発明の「第２領域」の一例である。
【００９５】
また、上記第１〜第６実施形態及び以下に示す第７、第８実施形態では、窒化物系半導体各層の結晶成長を、ＭＯＣＶＤ法を用いて行ったが、本発明はこれに限らず、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、および、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＮＨ３、ヒドラジン、ＳｉＨ４、ＧｅＨ４およびＭｇ（Ｃ５Ｈ５）などを原料ガスとして用いるガスソースＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いて結晶成長を行ってもよい。
【００９６】
また、上記第１〜第６実施形態及び以下に示す第７、第８実施形態では、ＧａＮ基板の（０００１）面上に、窒化物系半導体層を形成したが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ基板の他の面方位の面上に、窒化物系半導体層を形成してもよい。たとえば、（１−１００）や（１１−２０）面などの（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面上に、窒化物系半導体層を形成してもよい。この場合、発光層にピエゾ電場が発生しないので、発光層の発光効率を向上させることができる。以下に、この一例である第７、第８実施形態について説明する。
【００９７】
（第７実施形態）
図２７は、本発明の第7実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子を説明するための平面図であり、図２８は図２７における４００−４００線に沿った断面図である。本実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子が第1実施形態に係る半導体レーザ素子と異なる点は
、基板として（１１−２０）面の表面を有するｎ型ＧａＮ基板１０１を用いる点、及び溝部１０１ａが［１−１００］方向に延びるように形成されている点である。
【００９８】
本実施形態においても、図1〜図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、
ｎ型ＧａＮ基板１０１に、約５０μｍの幅Ｗ７１と、約２μｍの深さとを有するとともに、ｎ型ＧａＮ基板１０１の上面に対して垂直な側面を有するストライプ状（細長状）の溝部１０１ａが形成されている。ただし、前述の通り本実施形態においてはｎ型ＧａＮ基板１０１が（１１−２０）面を有しており、溝部１０１ａは［１−１００］方向に延びるように形成されている。
【００９９】
そして、ｎ型ＧａＮ基板上１０１上には、第１実施形態と同様のプロセスを用いて窒化物系半導体素子層７０が形成されている。この窒化物系半導体素子層７０は、第１実施形態と同様に、基板１０１側からｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を有している。
【０１００】
窒化物系半導体素子層７０に含まれるｎ型クラッド層には一般にＡｌＧａＮ層が用いられており、このＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ基板との格子定数差は基板の結晶軸の方向によって異なっている。例えば、Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３ＮとＧａＮのａ軸方向の格子定数は夫々約０．３１８４ｎｍ、約０．３１８９ｎｍであり、その比は０．９９８４である。一方ｃ軸方向の格子定数は夫々約０．５１７２ｎｍ，０．５１８６ｎｍであり、その比は０．９９７３である。このようにＡｌ０．０７Ｇａ０．９３ＮとＧａＮの格子定数比はａ軸方向で０．９９８４、ｃ軸方向で０．９９７３であり、ｃ軸方向の方が１からのずれが大きい。このため、面内の軸方向がａ軸だけの（０００１）面を有するＧａＮ基板を用いた第１〜第６実施形態に比べ、面内の軸方向としてｃ軸方向を含む（１１−２０）面を有するＧａＮ基板を用いた本実施形態の方が、ＡｌＧａＮ層に加わる歪みや応力が大きくなる。このため本実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子では、第１〜第６実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子に比べ、ＡｌＧａＮ層にクラックが発生しやすく、その結果窒化物系半導体素子層７０にクラックが発生し易い。
【０１０１】
そこで、本願にあっては基板１０１に設ける溝部１０１ａを［１−１００］方向に延びるように設けている。
【０１０２】
即ち、［１−１００］方向はｍ軸方向に相当し、結晶構造的にｍ軸方向の歪み或いは応力の大きさはａ軸方向の歪みあるいは応力の大きさと略等しい。従って、（１１−２０）面を有する基板を用いた場合にあっては、［１−１００］ｍ軸方向よりも［０００１］ｃ軸方向の方が歪み或いは応力が大きいため、［１−１００］方向と交差する方向よりも、［０００１］方向と交差する方向にクラックが発生し易い。従って、本実施形態のように［０００１］方向と交差する［１−１００］軸方向に沿って溝部１０１ａを設けることにより、［０００１］方向と交差する方向に発生するクラックの伝搬を効果的に抑制することができる。このように、本実施形態においては多数のクラックが発生する方向のクラックの伝搬を抑制するようにしたので、より大きな効果が得られる。
【０１０３】
また、本実施形態においては、第４実施形態のように、ｎ型ＧａＮ基板に形成する溝部の開口幅を、溝部の底面から開口端に向かって徐々に大きくすることが好ましい。このように溝部１０１ａの断面形状がメサ形状であることにより、ｎ型ＧａＮ基板１０１上にＡｌＧａＮ層を含む窒化物半導体素子層７０を形成する際に、ＡｌＧａＮ層の構成材料の一部であるＧａが溝部１０１ａの傾斜した側面側へ移動しやすくなると考えられる。このため、溝部１０１ａの側面上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が、ｎ型ＧａＮ基板１０１の領域１０１ｂ上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比よりも低くなる。具体的には、ＡｌＧａＮ層としてＡｌ組成比が約７％の層を形成する場合、ｎ型ＧａＮ基板１０１の領域１０１ｂ上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が約７％であるのに対して、溝部１０１ａの側面上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が約１．４％となる。この場合、溝部１０１ａの側面上に位置するＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が低い部分の格子定数がｎ型ＧａＮ基板１０１の格子定数に近づくので、溝部１０１ａの側面上に位置するＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が低い部分において、ｎ型ＧａＮ基板１０１とＡｌＧａＮ層との間の格子定数差が小さくなる。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０１と、窒化物半導体素子層７０中のＡｌＧａＮ層との間の格子定数差に起因してＡｌＧａＮ層に歪みが生じたとしても、その歪みが溝部１０１ａの側面上に位置するＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が低い部分において緩和されるので、ＡｌＧａＮ層に生じる歪みが小さくなる。これにより、ＡｌＧａＮ層に発生するクラックの量が増大するのが抑制されるとともに、ＡｌＧａＮ層を含む窒化物系半導体素子層７０に発生するクラックの量が増大するのも抑制される。
（第８実施形態）
図２９は、本発明の第８実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子を説明するための平面図であり、図３０は図２９における５００−５００線に沿った断面図である。本実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子が第1実施形態に係る半導体レーザ素子と異なる点は
、基板として（１−１００）面の表面を有するｎ型ＧａＮ基板２０１を用いる点、及び溝部２０１ａが［１１−２０］方向に延びるように形成されている点である。
【０１０４】
本実施形態においても、図1〜図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板２０１に、約５０μｍの幅Ｗ７１と、約２μｍの深さとを有するとともに、ｎ型ＧａＮ基板２０１の上面に対して垂直な側面を有するストライプ状（細長状）の溝部２０１ａが形成されている。ただし、前述の通り本実施形態においてはｎ型ＧａＮ基板２０１が（１−１００）面を有しており、溝部２０１ａは［１１−２０］方向に延びるように形成されている。
【０１０５】
そして、ｎ型ＧａＮ基板上１０１上には、第１実施形態と同様のプロセスを用いて窒化物系半導体素子層８０が形成されている。この窒化物系半導体素子層８０は、第１実施形態と同様に、基板２０１側からｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を有している。
【０１０６】
本実施形態で用いるＧａＮ基板２０１も、第７実施形態と同様に、面内方向にｃ軸方向を含んでいる。このため、面内の軸方向がａ軸だけの（０００１）面を有するＧａＮ基板を用いた第１〜第６実施形態に比べ、面内の軸方向としてｃ軸方向を含む（１−１００）面を有するＧａＮ基板を用いた本実施形態の方が、ＡｌＧａＮ層に加わる歪みや応力が大きくなる。このため本実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子も、第１〜第６実施形態に係る窒化物系半導体レーザ素子に比べ、ＡｌＧａＮ層にクラックが発生しやすく、その結果窒化物系半導体素子層８０にクラックが発生し易い。
【０１０７】
そこで、本願にあっては基板１０１に設ける溝部１０１ａを［１１−２００］方向に延びるように設けている。
【０１０８】
即ち、［１１−２０］方向はａ軸方向に相当するので、（１−１００）面のＧａＮ基板を用いた本実施形態にあっては、［１１−２０］方向と交差する方向よりも、［０００１］方向と交差する方向にクラックが発生し易い。従って、本実施形態のように［０００１］方向と交差する［１１−２０］軸方向に沿って溝部１０１ａを設けることにより、［０００１］方向と交差する方向に発生するクラックの伝搬を効果的に抑制することができる。このように、本実施形態においては多数のクラックが発生する方向のクラックの伝搬を抑制するようにしたので、より大きな効果が得られる。
【０１０９】
また、本実施形態においては、第４実施形態のように、ｎ型ＧａＮ基板に形成する溝部の開口幅を、溝部の底面から開口端に向かって徐々に大きくすることが好ましい。このように溝部２０１ａの断面形状がメサ形状であることにより、ｎ型ＧａＮ基板２０１上にＡｌＧａＮ層を含む窒化物半導体素子層８０を形成する際に、ＡｌＧａＮ層の構成材料の一部であるＧａが溝部２０１ａの傾斜した側面側へ移動しやすくなると考えられる。このため、溝部２０１ａの側面上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が、ｎ型ＧａＮ基板２０１の領域２０１ｂ上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比よりも低くなる。具体的には、ＡｌＧａＮ層としてＡｌ組成比が約７％の層を形成する場合、ｎ型ＧａＮ基板２０１の領域２０１ｂ上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が約７％であるのに対して、溝部２０１ａの側面上に形成されるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が約０．７％となる。この場合、溝部２０１ａの側面上に位置するＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が低い部分の格子定数がｎ型ＧａＮ基板２０１の格子定数に近づくので、溝部２０１ａの側面上に位置するＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が低い部分において、ｎ型ＧａＮ基板２０１とＡｌＧａＮ層との間の格子定数差が小さくなる。このため、ｎ型ＧａＮ基板２０１と、窒化物半導体素子層８０中のＡｌＧａＮ層との間の格子定数差に起因してＡｌＧａＮ層に歪みが生じたとしても、その歪みが溝部２０１ａの側面上に位置するＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が低い部分において緩和されるので、ＡｌＧａＮ層に生じる歪みが小さくなる。これにより、ＡｌＧａＮ層に発生するクラックの量が増大するのが抑制されるとともに、ＡｌＧａＮ層を含む窒化物系半導体素子層８０に発生するクラックの量が増大するのも抑制される。
【０１１０】
また、上記第１〜第８実施形態では、（０００１）面、（１−１００面）および（１１−２０）面の表面を有するＧａＮ基板を用いたが、これらの面から約１．０°以下の範囲内でオフしている窒化物系半導体基板を用いてもよい。
【０１１１】
また、上記第１〜第８実施形態では、ＭＱＷ構造の活性層を用いたが、本発明はこれに限らず、量子効果を有しない大きな厚みを有する単層または単一量子井戸構造の活性層であっても同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
また、上記第４，７，８実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板に形成されるメサ形状の断面形状を有する溝部の底面と側面とがなす角度α（図１８参照）を、約４０°にしたが、本発明はこれに限らず、溝部の底面と側面とがなす角度αが、約１５°以上であればよい。なお、溝部の側面の傾斜が緩やかな方が、溝部の側面上に形成される窒化物系半導体層（ＡｌＧａＮ層）のＡｌ組成比を、溝部以外の領域上に形成される窒化物系半導体層（ＡｌＧａＮ層）のＡｌ組成比に比べてより低くすることができる。
【０１１３】
また、上記第４，７，８実施形態では、溝の断面形状を（０００１）面に関してほぼ面対称になるように構成したが、非対称になるように構成しても良い。即ち、図１８において、溝部５１ａの底面と側面とがなす角度αを左右で異なる角度としてもよい。
【０１１４】
また、上記第７，８実施形態において、［０００１］方向と垂直な方向に延びる溝に加えて、［０００１］方向に延びる溝をさらに形成し、格子状の溝としても良い。
【０１１５】
また、溝部の深さはＡｌＧａＮから構成されるｎ型層の厚みあるいはＡｌＧａＮから構成されるｐ型層の厚みより大きい値であることが好ましく、０．５μｍ〜３０μｍの範囲が好ましい。
【０１１６】
また、溝部の幅はＡｌＧａＮから構成されるｎ型層の厚みあるいはＡｌＧａＮから構成されるｐ型層の厚みより大きい値であることが好ましく、５μｍ〜４００μｍの範囲が好ましい。
【０１１７】
また、発光部分に対応する領域の幅は、１０μｍ〜４００μｍの範囲が好ましい。
【符号の説明】
【０１１８】
１、２１、４１、５１、７１、８１、９１、１０１、２０１  ｎ型ＧａＮ基板（窒化物系半導体基板）
１ａ、２１ａ、４１ａ、４１ｂ、５１ａ、７１ａ、８１ａ、９１ａ、１０１ａ、２０１ａ      溝部
１ｂ、２１ｂ、４１ｃ、５１ｂ、７１ｂ、８１ｂ、９１ｂ、１０１ｂ、２０１ｂ      領域（第１領域）
３、２３、５３  ｎ型クラッド層（窒化物系半導体層）
１０、３０、４０、６０、７０、８０  窒化物系半導体素子層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年5月24日(2010.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系半導体基板上に形成される窒化物系半導体層の発光部分に対応する前記窒化物系半導体基板の第１領域以外の第２領域の所定領域を所定の深さまで選択的に除去することにより、前記窒化物系半導体基板に溝部を形成する工程と、
前記窒化物系半導体基板の前記第１領域および前記溝部上に、前記窒化物系半導体基板とは異なる組成を有する前記窒化物系半導体層を形成する工程とを備え、
前記窒化物系半導体基板は、ＧａＮ基板を含み、
前記窒化物系半導体層は、ＡｌとＧａとＮとを含有する層を含み、
前記溝部の側面上に形成される前記窒化物系半導体層のＡｌ組成比は、前記第１領域の上面上に形成される前記窒化物系半導体層のＡｌ組成比よりも低く、
前記溝部の側面上に形成される前記窒化物系半導体層の厚みは、前記第１領域の上面上に形成される前記窒化物系半導体層の厚みよりも小さい、窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記窒化物系半導体層を形成する工程は、前記溝の側面および底面に接するＡｌＧａＮバッファ層を形成する工程と、前記ＡｌＧａＮバッファ層を形成する工程の後に、ＡｌＧａＮクラッド層を形成する工程とを含む、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記窒化物系半導体基板に前記溝部を形成する工程は、
前記溝部の開口幅が、前記溝部の底面から開口端に向かって徐々に大きくなるように形成する工程を含む、請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記窒化物系半導体基板に前記溝部を形成する工程は、
前記溝部の側面が、前記窒化物系半導体基板の表面に対して実質的に垂直になるように形成する工程を含む、請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記窒化物系半導体基板に前記溝部を形成する工程は、
前記溝部の開口幅が、前記溝部の底面から開口端に向かって徐々に小さくなるように形成する工程を含む、請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
発光部分に対応する第１領域と、所定の高さを有する段差部を介して前記第１領域に隣接するように配置された第２領域とを含む窒化物系半導体基板と、
前記窒化物系半導体基板の前記第１領域の上面および前記段差部の側面上に形成されるとともに、前記窒化物系半導体基板とは異なる組成を有するとともに、ＡｌとＧａとＮとを含有する窒化物系半導体層とを備え、
前記段差部の側面上に形成される前記窒化物系半導体層のＡｌ組成比は、前記第１領域の上面上に形成される前記窒化物系半導体層のＡｌ組成比よりも低く、
前記段差部の側面上に形成される前記窒化物系半導体層の厚みは、前記第１領域の上面上に形成される前記窒化物系半導体層の厚みよりも小さい、窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記窒化物系半導体層は、前記段差部の側面および底面に接するＡｌＧａＮバッファ層と、前記ＡｌＧａＮバッファ層上に形成されたＡｌＧａＮクラッド層とを含む、請求項６に記載の窒化物系半導体発光素子。