(57)【要約】【課題】基板主面に形成したストライプ状リッジの上に選択的に成長させた窒化物半導体結晶の結晶性を向上し、信頼性の高い窒化物半導体素子が提供する。【解決手段】本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、研磨加工された主面を有するＧａＮ基板１０１を用意する工程（Ａ）と、ＧａＮ基板１０１の主面に平行な上面を有する複数のストライプ状リッジをＧａＮ基板１０１の主面に形成する工程（Ｂ）と、５００℃以上の第１の温度でＧａＮ基板１０１を１分以上保持する工程（Ｃ）と、第１の温度よりも３０℃以上高い第２の温度で、複数のストライプ状リッジの上面に選択的に窒化物半導体結晶を成長させる工程（Ｄ）とを含む。【選択図】図１２
2006013051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨加工された主面を有するＧａＮ基板を用意する工程（Ａ）と、
前記ＧａＮ基板の主面に平行な上面を有する複数のストライプ状リッジを前記ＧａＮ基板の前記主面に形成する工程（Ｂ）と、
５００℃以上の第１の温度で前記ＧａＮ基板を１分以上保持する工程（Ｃ）と、
前記第１の温度よりも３０℃以上高い第２の温度で、前記複数のストライプ状リッジの上面に選択的に窒化物半導体結晶を成長させる工程（Ｄ）と、
を含む窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記工程（Ｄ）は、各ストライプ状リッジの上面に成長する個々の窒化物半導体結晶を前記上面に平行な方向にも成長させ、相互に連結して１つの層を形成する工程（ｄ１）を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記工程（Ｃ）は、窒素原子を含むガスを前記ストライプ状リッジの上面に供給する工程（ｃ１）を含む、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
研磨加工された主面を有するＧａＮ基板を用意する工程（Ａ）と、
前記ＧａＮ基板の主面に平行な上面を有する複数のストライプ状リッジを前記ＧａＮ基板の前記主面に形成する工程（Ｂ）と、
第１の温度で第１窒化物半導体結晶を各ストライプ状リッジの上面に選択的に成長させる工程（Ｃ）と、
第１の温度よりも高い第２の温度で第２窒化物半導体結晶を前記第１窒化物半導体結晶上に選択的に成長させ、相互に連結して１つの層を形成する工程（Ｄ）と
を含む窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記工程（Ａ）は、
ＧａＮ結晶のｃ面に対して傾斜した複数のファセット面を上面に有するＧａＮ基板を用意する工程（ａ１）と、
前記ＧａＮ基板の上面を機械的に研磨する平坦化を行い、前記主面を形成する工程（ａ２）と、
を含む請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
前記工程（Ｃ）を行なう前において、前記ＧａＮ基板の主面のうち、前記複数のストライプ状リッジが形成されていない領域を選択成長用マスクで覆う、請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
前記工程（Ｃ）を行なう前において、前記ＧａＮ基板の主面のうち、前記複数のストライプ状リッジが形成されていない領域と各ストライプ状リッジの側面とを選択成長用マスクで覆う、請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記工程（Ｂ）は、前記ストライプ状リッジの上面の幅を１μｍ以上４００μｍ以下の範囲に設定し、かつ、前記ストライプ状リッジの配列ピッチを２μｍ以上５００μｍ以下の範囲に設定する工程を含む、請求項１から７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記ＧａＮ基板の主面に垂直な方向における前記窒化物半導体結晶の成長速度をａとし、前記主面に平行な方向における前記窒化物半導体層の成長速度ｂとしたとき、比ａ／ｂが１以上である請求項１から８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
前記比ａ／ｂが１．５以上である請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
活性層を含む窒化物半導体積層構造を前記窒化物半導体層上に形成する工程（Ｅ）と、
前記活性層におけるストライプ状特定領域に電流を狭窄するための電流狭窄構造を前記窒化物半導体積層構造の一部に形成する工程（Ｆ）と
を更に含む、請求項１から１０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（Ｅ）は、隣接する２つのストライプ状リッジの間の領域の真上に前記活性層におけるストライプ状特定領域が位置するように前記電流狭窄構造を形成する、請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記活性層におけるストライプ状特定領域の中心線を含み、かつ前記ＧａＮ基板の主面に垂直な仮想的な平面に関し、より近い位置にストライプ状リッジが存在する側から前記平面に向かう方向を決定する工程と、
前記基板および前記窒化物半導体積層構造に対し、前記方向に沿う力を印加することにより、へき開を行い、それによって共振器端面を形成する工程と、
を更に含む請求項１２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク装置に代表される光情報処理分野、ディスプレイ用途などに用いられている半導体レーザや発光ダイオードに関するものである。特に、窒化物半導体（ＧａＮ系半導体）を用いた半導体レーザ関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウムに代表されるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体材料を用いて作製される青紫色半導体レーザは、光ディスク装置による超高密度記録を実現するためのキーデバイスであり、現在、実用レベルに達しつつある。この青紫色半導体レーザの高出力化は、光ディスクの高速書き込みを可能にするのみならず、レーザディスプレイへの応用など、新たな技術分野を開拓する。
【０００３】
従来、サファイア基板を用いるＧａＮ系半導体レーザが開発されてきたが、近年、ＧａＮ基板などの窒化物半導体基板を用いてＧａＮ系半導体レーザを作製することが検討されている。例えば非特許文献１は、実用レベルにあるＧａＮ系半導体レーザを開示している。以下、図２６を参照しながら、従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明する。
【０００４】
図２６に示すように、この半導体レーザは、主面がＳｉＯ2マスク２６０２で覆われたアンドープＧａＮ基板２６０１を用いて作製される。ＳｉＯ2マスク２６０２には複数のストライプ状開口部２６０３が形成されている。アンドープＧａＮ基板２６０１上には、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いた選択横方向成長（ＥＬＯ）により、ＧａＮ層２６０４が成長させられる。このＧａＮ層２６０４は、ＳｉＯ2マスク２６０２の個々のストライプ状開口部２６０３を介して露出するＧａＮ基板２６０１の主面上にエピタキシャル成長するが、ＧａＮ層２６０４は基板主面に垂直な方向だけではなく水平横方向にも成長し、相互に接触して１つの層を形成する。
【０００５】
ＧａＮ層２６０４上には、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＮ結晶２６０５、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２６０６、ｎ−ＧａＮ光ガイド層２６０７、Ｇａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1-yＩｎyＮ（０＜ｙ＜ｘ＜１）から成る多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２６０８、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２６０９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２６１０、および、ｐ−ＧａＮコンタクト層２６１１が積層されている。選択横方向成長（ＥＬＯ）により形成されたＧａＮ層２６０４には、横方向に成長した個々のストライプ状ＧａＮが合体する部分において刃状転位が存在しており、その上に成長した半導体層中にもＧａＮ層２６０４から刃状転位が延びている。
【０００６】
ｐ−ＧａＮコンタクト層２６１１上には、刃状転位が存在していない領域に１．５〜１０μｍ程度の幅を有するリッジストライプが形成される。その後、リッジストライプの両側がＳｉＯ2層２６１３によって埋め込まれる。
【０００７】
その後、リッジストライプおよびＳｉＯ2層２６１３上に、例えばＮｉ／Ａｕからなるｐ電極２６１２が形成される。なお、上記の積層体の一部はｎ−ＧａＮ結晶２６０５が露出するまでエッチングされ、このエッチングにより露出したｎ−ＧａＮ結晶２６０５の表面には、例えばＴｉ／Ａｌからなるｎ電極２６１４が形成される。
【０００８】
図２６に示す半導体レーザでは、ｎ電極２６１４を接地し、ｐ電極２６１２に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層２６０８に向かってｐ電極２６１２側からホ−ルが、またｎ電極２６１４側から電子が注入される。その結果、ＭＱＷ活性層２６０８内でキャリアの反転分布が発生するため、光学利得が生じ、波長４００ｎｍ帯のレーザ発振を引き起こすことができる。発振波長は、ＭＱＷ活性層２６０８の材料であるＧａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1-yＩｎyＮ薄膜の組成や膜厚によって変化する。
【０００９】
非特許文献１に開示されている半導体レーザでは、水平方向の基本横モ−ドでレーザ発振が生じるようにリッジストライプの幅および高さが調節されている。すなわち、基本横モ−ドと高次モ−ド（１次以上のモ−ド）との間で光閉じ込め係数に差を設けることにより、基本横モ−ドでの発振を可能としている。
【００１０】
アンドープＧａＮ基板２６０１は、例えば以下のようにして作製される。
【００１１】
まず、ＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板上に比較的薄いＧａＮ層を成長させる。その後、ハイドライドＶＰＥ（Ｈ−ＶＰＥ）などの方法により、ＧａＮ層上にＧａＮの厚膜を成長させる。このとき、ＧａＮ厚膜に不純物を意図的にはドープしていない。充分な厚さにＧａＮ膜を成長させた後、サファイア基板を剥離することにより、ＧａＮ基板を得ることができる。
【００１２】
上記の方法で作製したＧａＮ基板には、刃状転位、らせん転位、および混合転位などの転位が１０7ｃｍ-2のオーダーの密度で存在するという問題がある。このような大きさの密度で転位が存在すると、信頼性の高い半導体レーザを得ることは困難である。
【００１３】
図２６に示すＧａＮ層１６０４の成長は、転位の少ないＧａＮ層を得るために行なわれている。ＧａＮ層１６０４のＥＬＯ工程を付加することにより、ＧａＮ中の転位密度を７×１０5ｃｍ-2程度に低減できる。このようにして形成した転位の少ない領域の上部に、活性領域（電流注入領域）を形成することにより、半導体レーザの信頼性を向上させることが可能となる。
【非特許文献１】ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Ｊｐｎ. Ｊ．  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）、第３９巻、ｐ．Ｌ６４８  （２０００年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、Ｈ−ＶＰＥ等で成長した厚膜のＧａＮ結晶は、最表面の一部にピットやヒロックなどが発生し、表面に０．１ｍｍ程度の凹凸が生じる場合がある。表面の凹凸は、フォトリソグラフィー工程を行なう上での弊害となるため、製造歩留まりを低下させる。
【００１５】
このため、研磨による平坦化加工が必要となる。研磨には、機械的な研磨加工（メカニカル・ポリッシュ）と、機械的な研磨加工に化学反応による研磨加工を組み合わせた加工（メカノケミカル・ポリッシュ）があるが、ＧａＮ結晶は薬品への耐性が高いため、ケミカル・ポリッシングを用いて研磨を行なうことはできない。したがって、機械的な研磨加工でＧａＮ基板の表面は平坦化する必要がある。
【００１６】
ＧａＮの結晶面のうち、デバイスが形成される側の面は、通常、相対的に硬度の高いＧａ面である。このため、ＧａＮ結晶の研磨にはスラリー（研磨剤）として高硬度のダイヤモンド粒を使わざるを得ない。このような機械的な研磨を行なうことにより、ＧａＮ基板の表面にダメージが形成されやすい。より具体的には、ＧａＮ基板の表面に加工歪みが残りやすく、残留歪みを形成する。しかも、このような歪みは基板の面内方向に分布する傾向がある。
【００１７】
機械的研磨によってＧａＮ基板の表面をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって観察したところ、数十μｍ程度の深さを有するスクラッチ傷が形成されており、基板表面における５０μｍ角のエリア内で評価したＲＭＳ（二乗平均粗さ）値は１．６ｎｍに達していた。
【００１８】
一方、従来の選択横方向成長（ＥＬＯ）において、選択成長用マスクとしてＳｉＯ2マスク２６０２を用い、しかもＧａＮ基板２６０１とほぼ同一面上に配置されていることから、ＳｉＯ2マスク２６０２上に多結晶が析出し、多結晶を起点として新たな転位が発生する場合がある。更に、ＳｉＯ2マスク２６０２と横方向成長したＧａＮとの界面で、熱膨張係数差による応力が生じるため、ＧａＮ結晶の結晶軸が傾き（チルトが生じ）、平坦性が低下する場合もある。
【００１９】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、信頼性の高い窒化物半導体素子を歩留まり良く作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明による窒化物半導体素子の製造方法は、研磨加工された主面を有するＧａＮ基板を用意する工程（Ａ）と、前記ＧａＮ基板の主面に平行な上面を有する複数のストライプ状リッジを前記ＧａＮ基板の前記主面に形成する工程（Ｂ）と、５００℃以上の第１の温度で前記ＧａＮ基板を１分以上保持する工程（Ｃ）と、前記第１の温度よりも３０℃以上高い第２の温度で、前記複数のストライプ状リッジの上面に選択的に窒化物半導体結晶を成長させる工程（Ｄ）とを含む。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記工程（Ｄ）は、各ストライプ状リッジの上面に成長する個々の窒化物半導体結晶を前記上面に平行な方向にも成長させ、相互に連結して１つの層を形成する工程（ｄ１）を含む。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記工程（Ｃ）は、窒素原子を含むガスを前記ストライプ状リッジの上面に供給する工程（ｃ１）を含む。
【００２３】
本発明による他の窒化物半導体素子の製造方法は、研磨加工された主面を有するＧａＮ基板を用意する工程（Ａ）と、前記ＧａＮ基板の主面に平行な上面を有する複数のストライプ状リッジを前記ＧａＮ基板の前記主面に形成する工程（Ｂ）と、第１の温度で第１窒化物半導体結晶を各ストライプ状リッジの上面に選択的に成長させる工程（Ｃ）と、第１の温度よりも高い第２の温度で第２窒化物半導体結晶を前記第１窒化物半導体結晶上に選択的に成長させ、相互に連結して１つの層を形成する工程（Ｄ）とを含む。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記工程（Ａ）は、ＧａＮ結晶のｃ面に対して傾斜した複数のファセット面を上面に有するＧａＮ基板を用意する工程（ａ１）と、前記ＧａＮ基板の上面を機械的に研磨する平坦化を行い、前記主面を形成する工程（ａ２）とを含む。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記工程（Ｃ）を行なう前において、前記ＧａＮ基板の主面のうち、前記複数のストライプ状リッジが形成されていない領域を選択成長用マスクで覆う。
【００２６】
好ましい実施形態において、前記工程（Ｃ）を行なう前において、前記ＧａＮ基板の主面のうち、前記複数のストライプ状リッジが形成されていない領域と各ストライプ状リッジの側面とを選択成長用マスクで覆う。
【００２７】
好ましい実施形態において、前記工程（Ｂ）は、前記ストライプ状リッジの上面の幅を１μｍ以上４００μｍ以下の範囲に設定し、かつ、前記ストライプ状リッジの配列ピッチを２μｍ以上５００μｍ以下の範囲に設定する工程を含む。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記ＧａＮ基板の主面に垂直な方向における前記窒化物半導体結晶の成長速度をａとし、前記主面に平行な方向における前記窒化物半導体層の成長速度ｂとしたとき、比ａ／ｂが１以上である。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記比ａ／ｂが１．５以上である。
【００３０】
好ましい実施形態において、活性層を含む窒化物半導体積層構造を前記窒化物半導体層上に形成する工程（Ｅ）と、前記活性層におけるストライプ状特定領域に電流を狭窄するための電流狭窄構造を前記窒化物半導体積層構造の一部に形成する工程（Ｆ）とを更に含む。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記工程（Ｅ）は、隣接する２つのストライプ状リッジの間の領域の真上に前記活性層におけるストライプ状特定領域が位置するように前記電流狭窄構造を形成する。
【００３２】
好ましい実施形態において、前記活性層におけるストライプ状特定領域の中心線を含み、かつ前記ＧａＮ基板の主面に垂直な仮想的な平面に関し、より近い位置にストライプ状リッジが存在する側から前記平面に向かう方向を決定する工程と、前記基板および前記窒化物半導体積層構造に対し、前記方向に沿う力を印加することにより、へき開を行い、それによって共振器端面を形成する工程とを更に含む。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、基板主面に形成したストライプ状リッジの上に選択的に成長させた窒化物半導体結晶の結晶性が向上するため、信頼性の高い窒化物半導体素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明者らは、機械研磨によってＧａＮ基板の主面に形成される加工歪みやスクラッチ傷の影響を低減する手段として、高温でのサーマルクリーニングが有効であることを見出した。このサーマルクリーニングとは、例えば、熱処理炉（ＭＯＶＰＥ装置でもよい）内にＧａＮ基板を配置し、ＧａＮ等の結晶成長に適した温度よりも低い温度で一定時間ＧａＮ基板を保持する処理である。ＡＦＭ観察の結果、このような熱処理によりＧａＮ基板の研磨面からスクラッチ傷が消失し、ＲＭＳ値が０．６ｎｍまで改善することがわかった。
【００３５】
上記のサーマルクリーニングを、図２６に示す従来の半導体レーザの製造工程に適用すると、ＧａＮ結晶２６０４を選択的に成長する前にＳｉＯ2マスク２６０２上にＧａやＧａＮが析出し、結晶成長の選択性が低下するという問題のあることが、本発明者の実験によってわかった。ＳｉＯ2マスク２６０２上にＧａやＧａＮなどの析出物が形成されると、選択成長に際して、この析出物を起点として新たな転位が発生するという問題が生じる。このような状態で半導体素子を作製した場合、充分に低い転位密度を達成することが難しくなり、素子の製造歩留まりが著しく低下してしまう。
【００３６】
本発明者は、ＧａＮ基板の主面にストライプ状リッジを形成し、各リッジの上面から窒化物半導体結晶を選択的に成長させる前に、上記のサーマルクリーニングを行なうことにより、窒化物半導体結晶の品質を向上させられることを見出し、本発明を想到するにいたった。
【００３７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３８】
（実施形態１）
まず、図１を参照する。図１は、本実施形態による窒化物半導体素子の製造方法を実行することによって作製された半導体レーザの断面を示している。
【００３９】
図１の半導体レーザ素子は、主面に複数のストライプ状リッジが形成されたＧａＮ基板１０１と、ＧａＮ基板１０１基板上に成長した半導体積層構造とを有している。ＧａＮ基板１０１の主面のうち、ストライプ状リッジの上面以外の部分はＳｉＮｘ（０＜ｘ＜４／３）から形成されたマスク層１０２で覆われている。各ストライプ状リッジの上面は、基板主面に平行な結晶面を有するシード部１０５として機能し、ストライプ状リッジの間には凹部が形成されている。この凹部は、半導体層などによっては埋め込まれず、ＧａＮ基板１０１の主面と半導体積層構造の底面との間にはエアギャップ１０３が存在している。
【００４０】
本実施形態では、リッジ上に形成された半導体積層構造が、基板に近い側から、ＧａＮ結晶１０６、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子コンタクト層１０７、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子クラッド層１０８、ｎ−ＧａＮ光ガイド層１０９、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１１０、ｐ−ＧａＮ光ガイド層１１１、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層１１２、ｐ−ＧａＮ層１１３を有している。ＭＱＷ活性層１１０は、厚さ３ｎｍのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ井戸層と厚さ６ｎｍのＧａＮバリア層とを交互に積層することによって作製される。
【００４１】
ｐ−ＧａＮ層１１３には、電流および光閉じ込めのためリッジストライプが形成されており、リッジストライプの上面に位置する開口部を備えたＳｉＯ2などからなる絶縁層１１５が半導体積層構造の上面を覆っている。このような構成により、ＭＱＷ活性層１１０のうちの特定の領域にキャリアを注入することが可能になる。ｐ−ＧａＮ層１１３のリッジストライプ上にはｐ電極１１４が形成され、配線電極１１７と接続されている。エッチングによって露出したｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子コンタクト層１０７にはｎ電極１１６が形成され、配線電極１１８に接続されている。
【００４２】
本実施形態の半導体レーザでは、ｐ電極１１４とｎ電極１１６との間に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層１１０に向かってｐ電極１１４から正孔が注入され、ｎ電極１１６からは電子が注入される。ｎ電極１１６からｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子コンタクト層１０７に注入された電子は、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子コンタクト層１０７を横方向に流れてから、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子クラッド層１０８およびｎ−ＧａＮ光ガイド層１０９を経て活性層１１０に注入される。この結果、活性層１１０のキャリア注入領域で利得が生じ、４０８ｎｍの波長でレーザ発振が生じる。
【００４３】
本実施形態では、ＧａＮ基板１０１を電流は流れないため、ＧａＮ基板１０１に不純物をドープしておく必要性はない。また、同様の理由により、ＧａＮ層１０６に対しても、不純物をドープしておく必要は無い。ただし、ＧａＮ基板１０１およびＧａＮ層１０６のいずれについても、ｎ型不純物あるいはｐ型不純物がドープされていてもよい。
【００４４】
次に、図２から図１２を参照して、図１の半導体レーザを製造する方法の好ましい実施形態を説明する。
【００４５】
まず、図２に示すＧａＮ基板１０１を用意する。図２の紙面に平行な面は｛１−１００｝面である。ＧａＮ基板１０１の上面（主面）は（０００１）面であり、主面の法線方向は＜０００１＞である。
【００４６】
ＧａＮ基板１０１としては、種々の方法で作製された基板を用いることができるが、本実施形態では、ハイドライドＶＰＥ（Ｈ−ＶＰＥ）により、主面に対して傾斜した複数のファセットを上面に形成するようにＧａＮ層を成長させる工程（ａ１）と、ＧａＮ層の上面を研磨して平坦化することにより、前記主面を形成する工程（ａ２）を行なうことによって作製されたＧａＮ基板を用いる。このような方法で作製したＧａＮ基板にｎ型不純物をドープするには、例えば工程（ａ１）の段階で、ｎ型不純物を含むガスを成長面に供給する方法を採用することができる。本実施形態で使用するＧａＮ基板１０１には、ｎ型ドーパントとして機能する酸素が含まれており、基板主面における平均酸素濃度は１×１０17ｃｍ-3以上である。上記の方法で作製したＧａＮ基板には、比較的高い濃度の酸素がドープされやすく、また、その不純物濃度が基板主面の位置に応じて変動しやすい傾向がある。より具体的に述べれば、基板主面における不純物濃度は、結晶成長中に形成されるファセットの配列周期に応じた周期で変動する。これは、結晶成長中にＧａＮ層に取り込まれる酸素の量が、ファセットに対する位置に応じて異なることに起因して生じると考えられる。
【００４７】
上記のＧａＮ基板１０１の主面は、その平坦性を向上させるために研磨されている。ＧａＮ基板の研磨は、メカニカル・ポリッシュ（機械研磨）により行なわれるため、前述したように、ＧａＮ基板１０１の主面には加工歪みが残りやすく、また歪みの大きさに面内分布が生じやすい。更に、メカニカル・ポリッシュの結果、基板表面にはスクラッチ傷が残っている場合がある。
【００４８】
次に、フォトリソグラフィー技術によってストライプ状にパターニングされたレジストマスク２０１を図３に示すようにＧａＮ基板１０１の主面に形成する。レジストマスクの２０１は、ストライプ状リッジのレイアウトを規定するパターンを有している。具体的には、レジストマスク２０１は、＜１−１００＞方向に延びるストライプパターンを規定している。
【００４９】
この後、Ｃｌ2を用いたドライエッチングにより、ＧａＮ基板１０１の表面のうち、レジストマスク２０１で覆われていない部分をエッチングし、図３に示すようにＧａＮ基板１の表面に凹凸を形成する。凸部は、＜１−１００＞方向に延びるストライプ状リッジであり、その幅は約３μｍである。ストライプ状リッジに挟まれた領域における凹部の幅は約１５μｍである。リッジ高さ（凹部の深さ）は、エッチング時間などによって調整され、例えば１μｍ程度に設定される。ストライプ状リッジの上面の幅は１〜４００μｍの範囲（典型的には１〜５０μｍ）に設定され、ストライプ状リッジの配列ピッチは２μｍ以上５００μｍ以下の範囲（典型的には１〜５０μｍ）に設定される。また、リッジ高さ（凹部の深さ）は、０．２〜５μｍの範囲に設定されることが好ましい。
【００５０】
次に、図４に示すように、レジストマスク２０１を除去した後、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2からなる選択成長用マスク層（厚さ：５〜１０００ｎｍ）１０２をＧａＮ基板１０１に堆積する。本実施形態では、マスク層１０２をＳｉＯ2から形成しているが、マスク層１０２は、ＧａＮの成長が生じにくい材料であれば、他の材料から形成してもよい。例えば、窒化シリコン（ＳｉＮx）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化酸化アルミニウム（ＡｌＮＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ガリウム（ＧａＯx）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、窒化チタン（ＴｉＮ）などの材料からマスク層１０２を好適に形成することができる。マスク層１０２は、複数のストライプ状リッジが形成されていない領域を覆っており、各ストライプ状リッジの側面を覆うことが好ましい。
【００５１】
次に、図５に示すようにマスク層１０２上に平坦化レジスト５０１を堆積した後、図６に示すようにリッジの上面（頂上部）が露出するまでレジスト５０１のエッチバックを行なう。このエッチバックは、例えばＯ2プラズマを用いたドライエッチングによって行なうことができる。本実施形態では、平坦化レジスト５０１によってストライプ状リッジを覆った後、エッチバックを行なっているが、平坦化レジスト以外の材料でストライプ状リッジを覆ってもよい。
【００５２】
次に、リッジの上面が露出した状態でＳＦ6を用いたドライエッチングを行なうことにより、図７に示すように、マスク層１０２のうちリッジ上面に位置する部分を除去し、リッジ頂上部におけるＧａＮ面（シード部１０５として機能する結晶面）を露出させる。その後、図８に示すように、有機溶剤等を用いてレジスト６０１を除去する。
【００５３】
その後、図９に示すように、露出したＧａＮ面を種結晶（シード部１０５）としてＭＯＶＰＥ法によってＧａＮ層１０６を成長させるが、本実施形態では、その前に、図８に示す状態のＧａＮ基板１０１に対して、以下に示す特殊な熱処理を実行する。
【００５４】
具体的には５００〜１１００℃程度のサーマルクリーニング（熱処理）を行なう。本実施形態では、７５０℃で１分以上、望ましくは５分以上（例えば１０分）の熱処理を行なう。この熱処理を行なっている間、窒素原子（Ｎ）を含むガス（Ｎ2、ＮＨ3、ヒドラジンなど）を基板表面に供給することが好ましい。このような熱処理により、ＧａＮ基板１０１の表面近傍に存在する加工歪みやスクラッチ傷を低減することができる。この熱処理の温度の上限は、次に行なうＧａＮ結晶の成長温度よりも低い値に設定する。より具体的には、ＧａＮ結晶１０６の成長温度よりも３０℃程度以上低い温度で熱処理を行なうことが好ましい。
【００５５】
熱処理前における基板表面のスクラッチ傷をＡＦＭで評価すると、その深さは数十μｍ程度であり、ＲＭＳ値（５０μｍ角エリアでの値）は１．６ｎｍであったが、上述の熱処理を行うことにより、ＧａＮ基板１０１の表面におけるスクラッチ傷が消失し、ＲＭＳ値が０．６ｎｍまで改善できた。ただし、このような熱処理を長時間行なうと、基板主面の平坦性が却って大きくなるという問題がある。
【００５６】
本実施形態では、図８に示すように、複数のストライフ状開口部が形成されたマスク層１０２で主面が覆われたＧａＮ基板１０１の露出した部分（シード部１０５として機能するリッジの上面）からスクラッチ傷を消失させることができる。なお、図３に示すレジスト２０１を除去した後、マスク層１０２を堆積する前において、上述のサーマルクリーニングを行なうことも可能であるが、本実施形態では、マスク層１０２によって主面の大部分が覆われた状態のＧａＮ基板１０１に対してサーマルクリーニングを行なう。主面の全体が露出した状態のＧａＮ基板１０１に対してサーマルクリーニングを行なうと、ＧａＮ基板１０１の主面からスクラッチ傷を消失させることはできるが、基板主面に緩やかな凹凸（うねり）が形成される結果、その上方に形成する活性層に凹凸が生じる。このため、例えば、半導体レーザ素子の場合、導波損失の増大による外部微分量子効率の低下という問題が生じる。このため、サーマルクリーニングは、ストライプ状開口部を有するマスク層１０２で基板主面を覆ってから行なうことが好ましい。
【００５７】
上記のサーマルクリーニングの後、ＭＯＶＰＥ法により、例えば１０６０℃でＧａＮをシード部１０５上に選択的に成長させ、図９に示すＧａＮ結晶１０６を形成する。ＧａＮ結晶１０６の成長は、図１０に示すように前述の凹部が形成されている領域の上方で合体し、１つの連続したＧａＮ層を形成するまで行う。
【００５８】
次に、図１１に示すように、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子コンタクト層１０７、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子クラッド層１０８、ｎ−ＧａＮ光ガイド層１０９、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１１０、ｐ−ＧａＮ光ガイド層１１１、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層１１２、ｐ−ＧａＮ層１１３を順次堆積する。
【００５９】
その後、図１に示すように、ｐ−ＧａＮ層１１３とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層１１２を幅１．７μｍ程度のリッジストライプ状に加工し、リッジストライプの両脇を絶縁膜１１３で覆って電流（キャリア）注入領域を形成する。電流注入領域は、エアギャップ１０３の上部の転位の少ない領域に形成されることが好ましい。電流注入領域は、合体部に形成されるボイド１０４の真上の位置から外れた位置に形成することが好ましい。
【００６０】
ＳｉＯ2１１５の開口部のｐ−ＧａＮ層１１３表面にはｐ電極１１４が、さらに、ｐ電極１１４とＳｉＯ2１１５の一部上は配線電極１１７が設けられている。また、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子コンタクト層１０７の一部が露出するまでエッチングを行った表面には、ｎ電極１１６と配線電極１１８が形成されている。
【００６１】
本実施形態では、転位密度は５×１０6ｃｍ-2程度のＧａＮ基板１０１を用いているが、横方向成長（ラテラル成長）により形成したＧａＮ結晶１０６にける転位密度を基板における転位密度よりも１桁以上低減することができる。また、ＧａＮ結晶１０６のチルト（この場合は、Ｃ軸＜０００１＞の傾き）も小さく、合体部における刃状転位の新たな発生を防止できる。
【００６２】
以下、図１２（ａ）から（ｄ）を参照して、ＧａＮ結晶１０６の成長について詳細を説明する。
【００６３】
まず、図１２（ａ）を参照する。図１２（ａ）は、図８に相当する断面図である。図１２（ａ）に示すリッジまたは凹部が形成されたＧａＮ基板１０１上に、ＭＯＶＰＥ法によってＧａＮ結晶１０６を成長させると、マスク層１０２で覆われた領域にはＧａＮのエピタキシャル成長は生じず、マスク層１０２の開口部を介して露出したＧａＮ基板１０１のシード部１０５に選択的なエピタキシャル成長が進行する。シード部１０５は、基板主面と同一の（０００１）面であり、各々が約３μｍ程度の幅を有するストライプ形状を有している。シード部１０５の幅とエアギャップ１０３の幅（つまり凹部の幅）は、１：３以上、好ましくは１：４以上にすることが好ましい。
【００６４】
このようにしてＧａＮ結晶１０６を成長させるとき、図１２（ｂ）に示すように多結晶ＧａＮ１２０１が凹部のマスク層１０２上に析出する場合がある。特に、本実施形態では、ＧａＮ結晶１０６を形成する前に熱処理（サーマルクリーニング）を行なうため、凹部のマスク層１０２上にＧａやＧａＮのドロップレットが付着する場合がある。そのような場合、それを起点としてＧａＮがマスク層１０２上にも成長しやすくなる。しかし、析出する多結晶ＧａＮ１２０１はリッジの高さに比べて小さいため、リッジ頂上のシード部１０５から成長するＧａＮ結晶１０６の結晶性に悪影響を与えることはない。
【００６５】
図１２（ｃ）に示すように、ＧａＮ結晶１０６を縦および横方向に成長させることにより、図１２（ｄ）に示すように、隣接する２つのリッジ上に成長したＧａＮ結晶１０６が合体して１層の窒化物半導体層が形成される。ＧａＮ結晶１０６が合体した位置には合体部分１２０２が形成される。なお、図１２（ｃ）に示す「ａ」は、ＧａＮ結晶１０６の縦方向のサイズ（厚さ）を示し、「ｂ」は、ＧａＮ結晶１０６のうち横方向に成長した領域のサイズ（幅）を示している。
【００６６】
図１５（ａ）は、基板表面にストライプ状リッジを形成しない従来技術において、ＧａＮ結晶成長の様子を模式的に示す断面図であり、図１５（ｂ）は、本実施形態において、ＧａＮ結晶成長の様子を模式的に示す断面図である。
【００６７】
マスク層またはＧａＮ結晶の表面に飛来した分子は、吸着→マイクレーション→蒸発または結晶化の流れで示される挙動を示す。このとき、マスク層上にＧａのドロップレットが析出していると、ドロップレットに衝突した分子はドロップレットと一体化し、多結晶ＧａＮを成長させる。
【００６８】
しかし、本実施形態では、図１５（ｂ）に示すように、ＧａＮ結晶１０６は、マスク層１０２上に析出した多結晶ＧａＮ１２０１とは衝突しないため、多結晶ＧａＮ１２０１によって結晶性が低下することはない。その結果、最終的に得られる素子特性のばらつきも低減でき、素子の製造歩留まりを向上させることができる。
【００６９】
合体部分１２０２には、ボイド１０４が形成され、転位などの欠陥が多いため、その真上に成長した半導体層に悪影響を与える。このため、図１に示す半導体レーザ素子の発光部（電流注入領域）は、図１２（ｄ）に示す合体部分１２０２の真上からはシフトした位置に配置されることが好ましい。
【００７０】
さらに、従来のＥＬＯＧでは、図２６に示すＳｉＯ2マスク２６０２と横方向成長したＧａＮ２６０４との界面で、熱膨張係数差による応力が生じ、ＧａＮ結晶の結晶軸が傾き（チルトが生じ）、平坦性が低下する場合があるが、本実施形態によれば、そのような問題が生じない。
【００７１】
図１２（ｂ）に示す工程の前に熱処理を行なう目的のひとつは、ＧａＮ基板１０１の表面近傍に存在する加工歪みやスクラッチ傷の影響の低減であるが、他の目的は、横方向成長の側壁の平坦性の改善である。熱処理を行わないでＧａＮ層を成長した場合、シード部１０５に局所的に存在する歪みの影響を受け、横方向成長の側壁（本実施例の場合は｛１１−２０｝面に相当）にうねりを生じる。
【００７２】
図１３（ａ）は、このような「うねり」を示している。このような「うねり」がある場合、図１２（ｄ）に示す合体部にずれが生じやすく、合体部において刃状転位が発生する。うねりが形成されると、新たに生じた刃状転位の面積が大きくなってしまう。
【００７３】
本実施形態では、熱処理による歪み除去工程を付加することにより、図１３（ｂ）に示すように、うねりのない平坦性に優れた側壁を得ることができる。
【００７４】
図１４は、本実施形態におけるＧａＮ層１０６の上面を示す光学顕微鏡写真と断面模式図である。図からわかるように、合体部の直線性は良好であり、うねりのない結晶が得られている。
【００７５】
このように、本実施形態によれば、ＧａＮ基板の表面に局所的に存在する、研磨加工等により発生するような歪みを除去でき、かつ転位密度の少ない窒化物半導体を歩留まりよく実現することができる。
【００７６】
図１６は、ＧａＮ層１０６の一部断面を拡大した電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）と、カソードルミネッセンス（ＣＬ）により評価した転位密度の分布とを示している。ＳＥＭからわかるように、合体部１２０２には、エアギャップ１０３につながった小さなボイド１０４が形成されている。また、転位密度のグラフからわかるように、シード部１０５から横方向に成長した部分（ウィング部）の転位密度は、ＧａＮ基板１０１における転位密度（５×１０5ｃｍ-2程度）よりも低い値（２×１０5ｃｍ-2程度）に低減され、また、合体部１２０２における刃状転位の生成も抑制されている。
【００７７】
本発明では、ＧａＮ基板にストライプ状リッジを形成し、その上に窒化物半導体結晶を選択的に成長するが、特開２００２−９００４号公報には、サファイア基板上に形成したＧａＮ膜にストライプ状リッジを形成した後、ＧａＮ系結晶を選択的に成長させる方法が記載されている。このような方法では、ＭＯＣＶＤ法等によってサファイア基板上に成長させたＧａＮを用いているため、その最表面に加工歪み等は存在せず、あえて熱処理する必要はなかった。
【００７８】
一方、サファイア基板を用いると、その上部に堆積するＧａＮ層は大きな圧縮歪みを受けるため、サファイア基板上に成長できるＧａＮ層の厚さには限度（例えば７μｍ程度）があった。従って、サファイア基板上にＧａＮ層を形成する場合は、主面に垂直な方向（例えば＜０００１＞方向）の成長速度に対し、主面に平行な方向（例えば、＜１１−２０＞方向＞の成長速度を相対的に増加させる必要があった。
【００７９】
基板の主面に垂直な方向（横方向）の成長速度を増加させる方法としては、反応種のマイグレーションを促進させることが有効である。具体的には、以下の方法がある。
【００８０】
（１）成長圧力を下げる（例えば２００Ｔｏｒｒに低下させる）。
【００８１】
（２）Ｖ族原料（ＮＨ3）の供給量を下げる。
【００８２】
主面に垂直な方向における成長速度をａ、主面に平行な方向における成長速度ｂとしたとき、上記の方法を用いて結晶成長を行うと、比ａ／ｂの値は１より小さくなることがわかった。このように比ａ／ｂの値が１よりも小さくなる成長条件下では、Ｖ族元素（Ｎ）の実効的な分圧が低下するため、Ｎの空孔の発生が懸念され、成長するＧａＮ結晶の品質は十分とは言えない。この条件で成長したＧａＮ結晶をフォトルミネッセンス（ＰＬ）で評価した結果、Ｎの空孔が関与した発光であるブルーバンド発光（波長４２０ｎｍ近傍）が観測されている。
【００８３】
本発明では、基板にＧａＮを用いるため、上記のサファイア基板を用いる場合の成長条件（ａ／ｂ＜１）を採用する必要がない。従って、成長圧力および／またはＶ族原料の供給量を高めることにより、リッジ上に選択的成長させる窒化物半導体の結晶品質を良好にすることができる。本発明では、比ａ／ｂの値は１以上に設定することが好ましく、１．５以上に設定することが更に好ましい。
【００８４】
このように比ａ／ｂが１以上となる条件下で成長したＧａＮ結晶について、ブルーバンド発光は観測されなかった。
【００８５】
図１７（ａ）および（ｂ）は、リッジ上に選択的に成長させたＧａＮ結晶におけるＣ軸の配向性をｘ線回折装置で評価した結果を示している。図１７（ｃ）は、リッジ上に選択的に成長したＧａＮ結晶におけるチルトを示す断面図である。図１７（ａ）は、比ａ／ｂが１以上となる条件で成長したＧａＮ結晶（実施例）におけるＣ軸の配向性を示し、図１７（ｂ）が比較例（比ａ／ｂが０．９程度の条件で成長したＧａＮ結晶）におけるＣ軸の配向性を示している。
【００８６】
図１７（ａ）からわかるように、実施例におけるＣ軸の配向性は良好であり、分布を示すカーブの半値全幅は４０ａｒｃｓｅｃ以下と小さい。また、結晶方位のチルト角度も３７ａｒｃｓｅｃであり、ウイング部におけるＣ軸の傾きが小さいことがわかる。
【００８７】
これに対して従来例では、図１７（ｂ）からわかるように、Ｃ軸配向性の分布をカーブの半値全幅は１０４ａｒｃｓｅｃと大きい。また、結晶方位のチルト角度も１７３ａｒｃｓｅｃと大きく、ウイング部の配向性が相対的に低いことがわかる。
【００８８】
このように、比ａ／ｂが１以上となる成長条件を採用することにより、転位密度が小さく、また配向性に優れたＧａＮ結晶１０６を得ることができる。
【００８９】
（実施形態２）
次に、図面を参照しながら、本発明による窒化物半導体素子の製造方法の第２の実施形態を説明する。本実施形態が前述の実施形態と異なる点は、ＧａＮ基板１０１のストライプ状リッジの上にＧａＮ結晶を成長させる工程にある。図１８は、本実施形態の製造方法によって作製された半導体レーザの断面を示している。
【００９０】
以下、図１９（ａ）から（ｄ）を参照しながら、本実施形態の製造方法に特徴的な点を詳細に説明する。
【００９１】
まず、図１９（ａ）を参照する。図１９（ａ）は、図８に相当する断面図である。図１９（ａ）に示すリッジまたは凹部が形成されたＧａＮ基板１０１上に、ＭＯＶＰＥ法によって１０００℃で第１ＧａＮ結晶１８０１を成長させると、マスク層１０２で覆われた領域にはＧａＮのエピタキシャル成長は生じず、マスク層１０２の開口部を介して露出したＧａＮ基板１０１のシード部１０５に選択的なエピタキシャル成長が進行する。シード部１０５は、基板主面と同一の（０００１）面であり、各々が約３μｍ程度の幅を有するストライプ形状を有している。第１ＧａＮ結晶１８０１の厚さ（Ｃ軸方向サイズ）は例えば０．５μｍ、ストライプ幅は約０．２５μｍに設定される。
【００９２】
その後、ＭＯＶＰＥの成長温度を１０５０℃まで上昇することにより、図１９（ｃ）に示すように、第１ＧａＮ結晶１８０１上に第２ＧａＮ結晶１８０２を成長させる。こうして、図１９（ｄ）に示すように、隣接する第１ＧａＮ結晶１８０１上に成長した第２ＧａＮ結晶１８０２が合体して１層の窒化物半導体層が形成される。第２ＧａＮ結晶１８０２が合体した位置には合体部分１８０４が形成される。
【００９３】
こうして形成された窒化物半導体層は、マスク層１０２上に析出した多結晶ＧａＮ１２０１とは衝突しないため、多結晶ＧａＮ１２０１によって結晶性が低下することはない。その結果、最終的に得られる素子特性のばらつきも低減でき、素子の製造歩留まりを向上させることができる。第１ＧａＮ結晶１８０１の成長温度（第１成長温度）は、７００℃以上１１００℃以下の範囲に設定されることが好ましく、第２ＧａＮ結晶１８０２の成長温度（第２成長温度）は、９００℃以上１２００℃以下の範囲にあって第１成長温度よりも高い温度に設定されることが好ましい。
【００９４】
この後の工程は、実施形態１について行なった工程と同様の工程を行なうことにより、図１８に示す半導体レーザ装置を得ることができる。
【００９５】
電流注入領域を規定するリッジストライプ（電流狭窄構造）は、エアギャップ１０３の上部において転位の少ない領域に形成されており、ボイド１０４の直上領域は避けて形成されることが好ましい。
【００９６】
ＧａＮ基板１０１の転位密度は、５×１０6ｃｍ-2程度であるが、横方向成長（ラテラル成長）させた領域の転位密度を１桁半程度低減することができる。また、ＧａＮ結晶のチルト（Ｃ軸＜０００１＞の傾き）が著しく小さく、合体部１８０４における刃状転位の新たな発生を防止できる。
【００９７】
本実施形態で、第１の成長温度で第１ＧａＮ結晶１８０１を成長させた後、第１の温度よりも高い第２の成長温度で第２ＧａＮ結晶１８０２を成長させるという２段階成長方法を採用している。このため、横方向成長の側壁の平坦性を更に向上させることが可能になる。
【００９８】
このような２段階成長を行わずにＧａＮ結晶を成長した場合、シード部１０５に局所的に存在する歪みの影響を受け、横方向成長の側壁（本実施例の場合は｛１１−２０｝面に相当）にうねりを生じる。図２０（ａ）は、この「うねり」を模式的に示している。
【００９９】
本実施形態における２段階成長によれば、相対的に低い温度（第２ＧａＮ結晶１８０２の成長温度よりも２０℃以下の温度）で第１ＧａＮ結晶１８０１を成長させることができるため、図２０（ｂ）に示すように、平坦性に優れた側壁を得ることができる。
【０１００】
なお、第１ＧａＮ結晶１８０１を成長させる前に、実施形態１で行なったサーマルクリーニングを行なってもよい。
【０１０１】
（実施形態３）
前述の各実施形態における半導体レーザ素子を結晶のへき開面に沿って割ろうとしたとき、横方向成長部が合体した箇所に生じるボイド１０４を起点としてクラックが入る可能性がある。クラックは、へき開面のごく表面にのみ見られる場合が多い。
【０１０２】
このようなクラックが半導体レーザ素子の活性領域（電流狭窄構造として機能するリッジストライプ）に入ると、端面から出射されるレーザ光の散乱の原因となり、出射方向のずれ、出射角度異常を引き起こす。また、クラックの影響が結晶の内部に及ぶ場合、半導体レーザ素子の信頼性が低下する。図２２は、このようなクラックが活性領域にまで及んだ例を示す図面である。
【０１０３】
本実施形態では、このような問題を解決する構成を採用している。図２１は、本実施形態の方法でへき開を行った後の半導体レーザの共振器端面を示す図である。
【０１０４】
本発明者の観察によると、端面クラックはボイド１０４を基点として発生しやすく、へき開時の加圧方向とは反対側に湾曲する傾向がある。湾曲の程度（ボイド１０４を含む基板主面に垂直な平面と、クラックとの間の距離の最大値）は、１〜６μｍ程度である。
【０１０５】
キャリアが注入される活性領域の位置を規定するリッジストライプは、２つのリッジ状ストライプの間の領域の真上、すなわち、ＧａＮ結晶１０６のウイング部の真上に配置する。この場合において、図２２の矢印で示す方向にへき開を行うと、端面クラックは、電流狭窄構造として機能するストライプリッジ２１０１にまで延びてしまう。図２２に示すへき開は、リッジストライプ２１０１の位置に最も近いストライプ状リッジ２１０２とは反対の方向（紙面の左側）から加圧することによって行なっている。その結果、発生した端面クラック２２０３は、リッジストライプ２１０１の内部に達している。
【０１０６】
これに対し、本実施形態では、図２１の矢印の方向に力を印加することにより、へき開を行い、それによって共振器短面を形成している。この矢印の方向（加圧方向）は、厳密には、以下のようにして決定できる。
【０１０７】
まず、ストライプ状に延びる活性領域の中心線を含む仮想的な平面であってＧａＮ基板１０１の主面に垂直な平面を考える。この平面は、隣接する２つのストライプ状リッジの間の領域（エアギャップ１０３）を横切る位置に存在している。ＧａＮ基板１０１の主面には、この仮想的な平面を挟んで両側に２つのストライプ状リッジが存在している。この２つのストライプ状リッジのうち、仮想的な平面に近い方のストライプ状リッジが位置する側（図２１では右側）から仮想的な平面に向かう方向が矢印の方向（加圧方向）である。
【０１０８】
図２１に示す例では、上記の仮想的な平面は、電流狭窄構造として機能するリッジストライプ２１０１の中心線を含む位置に存在する。この仮想的な平面に最も近い位置に存在するストライプ状リッジは、図２１に示すリッジ２１０２である。
【０１０９】
このため、ストライプ状リッジ２１０２が位置する側から前記仮想的平面に加圧してへき開を行うと、仮に端面クラック２１０３が発生したとしても、リッジストライプ２１０１に悪影響は及ばない。
【０１１０】
本実施形態では、主面が｛０００１｝面のＧａＮ基板を用いているが、ＧａＮ基板の主面は他の面方位を有していてもよい。例えば、図２３は、Ａ面（｛１１−２０｝面）が主面のＧａＮ基板１０１のストライプ状リッジの上に選択的にＧａＮ結晶２３０１を成長させる工程を示している。
【０１１１】
図２３に示す例では、ＧａＮ結晶は、［０００１］方向により高い横方向成長速度を示すため、合体部２３０３は、隣接する２つのストライプ状リッジの中間よりも＜０００１＞方向にシフトしている。図２３には示されていないが、電流狭窄構造として機能するリッジストライプは、隣接する２つのストライプ状リッジの中間位置（長く延びたラテラル成長部）の真上に形成されることが好ましい。
【０１１２】
図２３に示す工程でＧａＮ結晶を形成した後は、他の実施形態と同様にして窒化物半導体の積層構造や電極構造が形成され、図２３の矢印の方向に力が印加されてへき開が実行される。
【０１１３】
以上説明してきた各実施形態では、ｐ電極とｎ電極を同一面上（主面上）に配置しているが、本発明はこのような場合に限定されない。図２４に示すように、ｎ電極１１６を基板１０１の裏面に設けてもよい。図２４の装置は、主面に複数のストライプ状リッジが形成されたｎ−ＧａＮ基板２４０１と、ｎ−ＧａＮ基板２４０１基板上に成長した半導体積層構造とを有している。ｎ−ＧａＮ基板２４０１の主面のうち、ストライプ状リッジの上面以外の部分は選択成長用のマスク層１０２で覆われている。各ストライプ状リッジの上面は、基板主面に平行な結晶面を有するシード部１０５として機能し、ストライプ状リッジの間には凹部が形成されている。リッジ上に形成された半導体積層構造は、基板２４０１に近い側から、ｎ−ＧａＮ結晶２４０２、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子クラッド層１０８、ｎ−ＧａＮ光ガイド層１０９、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１１０、ｐ−ＧａＮ光ガイド層１１１、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層１１２、ｐ−ＧａＮ層１１３、およびｐ電極１１４を有している。ＭＱＷ活性層１１０は、厚さ３ｎｍのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ井戸層と厚さ６ｎｍのＧａＮバリア層とを交互に積層することによって作製される。ｎ電極１１６はｎ−ＧａＮ基板２４０１の裏面に設けられている。図２４の半導体レーザ素子では、電流がＧａＮ基板２４０１を縦方向に流れるため、ＧａＮ基板２４０１およびＧａＮ結晶２４０２は高い導電性を有していることが好ましい。
【０１１４】
本発明の製造方法で作製する半導体素子は、半導体レーザ素子に限定されず、他の発光デバイス、例えば図２５に示すような発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。図２５の装置は、主面に複数のストライプ状リッジが形成されたｎ−ＧａＮ基板２４０１と、ｎ−ＧａＮ基板２４０１基板上に成長した半導体積層構造とを有している。ｎ−ＧａＮ基板２４０１の主面のうち、ストライプ状リッジの上面以外の部分はＳｉＮｘ（０＜ｘ＜４／３）から形成されたマスク層１０２で覆われている。各ストライプ状リッジの上面は、基板主面に平行な結晶面を有するシード部１０５として機能し、ストライプ状リッジの間には凹部が形成されている。リッジ上に形成された半導体積層構造は、基板２４０１に近い側から、ｎ−ＧａＮ結晶２４０２、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子クラッド層１０８、ｎ−ＧａＮ光ガイド層１０９、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１１０、ｐ−ＧａＮ光ガイド層１１１、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層１１２、ｐ−ＧａＮ層１１３、およびｐ電極１１４を有している。ＭＱＷ活性層１１０は、厚さ３ｎｍのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ井戸層と厚さ６ｎｍのＧａＮバリア層とを交互に積層することによって作製される。ｎ電極１１６はｎ−ＧａＮ基板２４０１の裏面に設けられている。
【０１１５】
これらの発光素子において、ｎ−ＧａＮ基板２４１０１の研磨された主面に存在する局所的な歪みを除去することにより、発光波長の不均一性を改善でき、良好な特性の発光デバイスを得ることができる。なお、本発明は、発光素子以外のパワーデバイスなどの素子の製造に適用することも可能である。
【０１１６】
上記の各実施形態では、選択成長のためのマスク層は、ストライプ状リッジの側面をも被覆しているが、マスク層は、隣接する２つのストライプ状リッジの間の領域（リセス底部）のみを被覆していてもよい。マスク層の材料は、ＳｉＮx、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5などであっもよい。
【０１１７】
本発明で用いることのできる窒化物半導体の成長方法は、ＭＯＶＰＥ法に限定されず、ハイドライド気相成長法（Ｈ−ＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）など、他の方法であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明によって作製される窒化物半導体素子は、信頼性の高いＧａＮ系半導体レーザを必要とする光記録装置、光ディスプレイ（レーザディスプレイ）装置等の光源として有用であり、また、レーザ加工や医用等へ応用され得る。さらに、トランジスタなどの活性領域を本発明による窒化物半導体の低欠陥領域に形成すれば、信頼性の高いＧａＮ系電子デバイス（パワーデバイスなど）を実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の実施形態１で製造される半導体レーザを示す断面図である。
【図２】図１の半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図３】前記半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図４】前記半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図５】前記半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図６】前記半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図７】前記半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図８】前記半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図９】前記半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図１０】前記半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】前記半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２】（ａ）から（ｄ）は、実施形態１におけるＧａＮ結晶１０６の成長を示す工程断面図である。
【図１３】（ａ）は、サーマルクリーニングを行なわずに成長させたＧａＮ結晶１０６の斜視図であり、（ｂ）は、サーマルクリーニングを行なった後に成長させたＧａＮ結晶１０６の斜視図である。
【図１４】実施形態１においてリッジ上に成長したＧａＮ結晶１０６の上面を示す光学顕微鏡写真、およびその模式断面図である。
【図１５】（ａ）は、従来における選択成長プロセスを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、本実施形態における選択成長プロセスを模式的に示す断面図である。
【図１６】ＧａＮ結晶１０６の一部断面を拡大した電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）と、転位密度の分布を示すグラフである。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、リッジ上に選択的に成長させたＧａＮ結晶におけるＣ軸の配向性をｘ線回折装置で評価した結果を示すグラフであり。（ｃ）は、リッジ上に選択的に成長したＧａＮ結晶におけるチルトを示す断面図である。
【図１８】本発明の実施形態２で製造される半導体レーザの断面図である。
【図１９】（ａ）から（ｄ）は、実施形態２におけるＧａＮ結晶１０６の成長を示す工程断面図である。
【図２０】（ａ）は、２段階成長を行なわずに形成したＧａＮ結晶１０６の斜視図であり、（ｂ）は、２段階成長を行なって形成したＧａＮ結晶１０６の斜視図である。
【図２１】本発明の実施形態３で製造される半導体レーザの断面図である。
【図２２】本発明による窒化物半導体素子の比較例を示す断面図である。
【図２３】（ａ）から（ｄ）は、本発明のさらに他の実施形態におけるＧａＮ結晶１０６の成長を示す工程断面図である。
【図２４】基板の裏面に電極を設けた本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２５】本発明の製造方法で作製されるＬＥＤの断面図である。
【図２６】窒化物半導体素子（半導体レーザ）の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０１  ＧａＮ基板
１０２  選択成長のマスク層
１０３  エアギャップ
１０４  ボイド
１０５  シード部
１０６  ＧａＮ層
１０７  ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子コンタクト層
１０８  ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子クラッド層
１０９  ｎ−ＧａＮ光ガイド層
１１０  ＭＱＷ活性層
１１１  p−ＧａＮ光ガイド層
１１２  p−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子クラッド層
１１３  p−ＧａＮ層
１１４  p電極
１１５  ＳｉＯ2
１１６  ｎ電極
１１７  配線電極
１１８  配線電極
２０１  レジスト
５０１  平坦化レジスト
１２０１  多結晶ＧａＮ
１２０２  合体部分
１８０１  第１ＧａＮ結晶
１８０２  第２ＧａＮ結晶
１８０４  合体部分
２１０１  リッジストライプ（電流狭窄構造）
２１０２  ストライプ状リッジ
２１０３  クラック
２４０１  ｎ−ＧａＮ基板
２４０２  ｎ−ＧａＮ結晶
２６０１  ＧａＮ基板
２６０２  ＳｉＯ2マスク層
２６０３  開口部
２６０４  ＧａＮ結晶
２６０５  ｎ−ＧａＮ結晶
２６０６  ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
２６０７  ｎ−ＧａＮ光ガイド層
２６０８  ＭＱＷ活性層
２６０９  p−ＧａＮ光ガイド層
２６１０  p −ＡｌＧａＮクラッド層
２６１１  p−ＧａＮコンタクト層
２６１２  p電極
２６１３  ＳｉＯ2
２６１４  ｎ電極
【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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