(57)【要約】【課題】窒化物半導体基板に窒化物半導体層を積層してなる窒化物半導体発光素子において、基板から窒化物半導体層にかかる応力を緩和するとともに、窒化物半導体層の平坦性を改善してクラックの発生を低減する。【解決手段】  窒化物半導体からなる基板１０の表面１０ａに、ストライプ状の開口を有する第１凹部１１を設け、更に、第１凹部１１の底面を含む基板１０の全表面１０ａ上に、第１凹部１１より小さい開口と深さを有する第２凹部１３を設ける。また、第２凹部１３は活性層を有する第２半導体層４０よりも下層側の第１半導体層３０において平坦化されるとともに、第２半導体層４０の上端面の凹部１１に対応する位置に凹部４１が形成されるように、第１半導体層３０と第２半導体層４０とからなる窒化物半導体層２０を基板１０の表面１０ａ上に積層する。【選択図】図１
2011091251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体からなる基板と前記基板の表面に積層された窒化物半導体層とを備えた窒化物半導体発光素子であって、
前記基板の表面に形成された帯状の第１凹部と、
前記第１凹部の底面及び前記第１凹部以外の前記基板の表面である凸部に形成された複数の第２凹部とを有し、
前記窒化物半導体層は、前記基板の表面に積層された第１半導体層と、
前記第１半導体層上に積層された、少なくとも活性層を有する第２半導体層とを有し、
前記第１半導体層は、前記第１半導体層の上端面において前記第１凹部に対応する位置に凹部が形成されるように積層されたこと、
を特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１半導体層は、窒化物半導体の複数の層からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記凸部の上方領域における前記第１半導体層の上端面は平坦化されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記複数の第２凹部は、前記帯状の第１凹部の延伸方向と平行して延伸する開口を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記複数の第２凹部は、特定方向に延伸せずに断続する開口を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記基板は、相対的に転位欠陥密度が高い高転位密度領域と、前記高転位密度領域よりも転位欠陥密度が低い低転位密度領域とを有し、
前記高転位密度領域を含む領域に前記第１凹部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記基板の表面は前記窒化物半導体のＣ面であり、前記帯状の第１凹部の延伸方向は前記窒化物半導体のＭ面に垂直であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記第２凹部の壁面は、前記窒化物半導体のＭ面に平行でない面からなることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１半導体層は、アルミニウムを含有する窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第２凹部は、前記第１半導体層の前記アルミニウムを含有する窒化物半導体によって埋め込まれていることを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第２半導体層は、前記第２半導体層の上端面において、前記第１凹部に対応する位置に凹部が形成されるように積層されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記窒化物半導体発光素子は、前記第２半導体層の上端面に形成される前記凹部に沿って分割されたことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第２半導体層は、前記凸部の上方領域にレーザ発振のための共振器を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ素子や発光ダイオード素子などに用いられる窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体発光素子は、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）などの光ディスク装置の光源やディスプレイ用光源、その他にも露光用光源としての用途が期待されている。
窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体基板を成長基板として用い、その表面に窒化物半導体層を積層して製造される。
一般に、窒化物半導体発光素子は、製造上の歩留まりが低いことが問題となっている。その理由の一つが、窒化物半導体基板の格子定数とその表面に積層される窒化物半導体層の格子定数とが完全に一致しないため、あるいは窒化物半導体基板中の転位欠陥による結晶の歪みのため、窒化物半導体層に引っ張り歪みが生じて、窒化物半導体層内にクラックが生じることである。特に窒化物半導体層にアルミニウム（Ａｌ）の組成比率の高い混晶を用いる場合や、Ａｌの組成比率が低くとも、多層で形成している場合には、クラックがより発生しやすくなる。
このような問題を解消するために、特許文献１（段落００１６〜段落００１９、図１参照）には、窒化物半導体基板の転位集中領域（高転位密度領域）を含む領域に帯状の溝を形成し、その窒化物半導体基板の表面に窒化物半導体層を積層することで、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子定数の違い及び窒化物半導体基板の転位によって生じる引っ張り歪によって基板から窒化物半導体層にかかる応力を緩和し、クラックの発生を低減する窒化物半導体発光素子が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２（段落００２１〜段落００２４、図３参照）には、サファイアなどの基板の表面に多重パターン構造を形成し、その上に窒化物化合物半導体を成長させた半導体発光素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９４４１６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１１７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、窒化物半導体基板の高転位密度領域を含む領域に溝を形成することによって、窒化物半導体基板上に積層される窒化物半導体層にかかる応力を緩和することができるが、窒化物半導体基板に設けた溝のエッジ部において、窒化物半導体層が盛り上がるエッジグロースが発生する。
【０００６】
ここで、図１０を参照してエッジグロースについて説明する。図１０は、従来例における窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層した状態の様子を示す模式的断面図である。
図１０に示すように、高転位密度領域２１０Ｈに沿って、図１０の紙面垂直方向に延伸する帯状の溝２１１が配設された従来例における窒化物半導体基板２１０を用いて、その表面に窒化物半導体層２２０を積層した場合、溝２１１のエッジ部２１３の上方において、窒化物半導体が盛り上がって積層されるエッジグロース２２１が発生する。
このようなエッジグロース２２１が生じると、クラックの発生を十分に抑制することができない。また、エッジグロース２２１が生じると、窒化物半導体層の加工工程において、窒化物半導体層に形成されるレジストの膜厚が不均一になりやすいため、十分なエッチングの加工精度が得られない。これらの不具合のため、窒化物半導体発光素子の安定した製造歩留まりが望めないこととなる。
【０００７】
なお、特許文献２における半導体発光素子の基板上に形成される多重パターン構造は、活性層で発光した光を効率的に半導体発光素子の外部に取り出すためのものであり、窒化物半導体発光素子の窒化物半導体層におけるクラックやエッジグロースの発生を低減し、信頼性や製造歩留まりを向上することを目的とするものではない。
【０００８】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、窒化物半導体層におけるクラックやエッジグロースの発生を低減し、信頼性の高い窒化物半導体発光素子及びその歩留まりの高い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】
【０００９】
前記した課題を達成するために、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体からなる基板と基板の表面に積層された窒化物半導体層とを備えた窒化物半導体発光素子であって、基板の表面に形成された帯状の第１凹部と、第１凹部の底面及び第１凹部以外の基板の表面である凸部に形成された複数の第２凹部とを有し、窒化物半導体層は第１半導体層と少なくとも活性層を有する第２半導体層とを有し、第１半導体層は、その上端面において、第１凹部に対応する位置に凹部が形成されるように積層して構成した。
【００１０】
かかる構成によれば、窒化物半導体発光素子は、第１凹部を設けた基板上に積層した窒化物半導体層によって構成されるため、基板と窒化物半導体層の下層部である第１半導体層との間の格子定数の違いによる歪みが第１凹部により分断されることで、基板から凸部の上方領域における第１半導体層にかかる応力が緩和される。
また、第２凹部を設けることにより、第１半導体層の横方向成長が促進され、エッジグロースの盛り上がりとなる窒化物半導体の縦方向成長が抑制されるため、エッジグロースの発生が低減される。
更にまた、活性層は、基板からかかる応力が緩和された第１半導体層上に形成されるため、窒化物半導体発光素子は安定した発光動作をする。
また、第１凹部及び第２凹部は、基板への漏れ光を散乱させるため、窒化物半導体発光素子内の垂直方向の迷光が低減される。
【００１１】
請求項２に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子において、第１半導体層は、窒化物半導体の複数の層からなるように構成した。
【００１２】
かかる構成によれば、第１凹部及び第２凹部が形成された基板上に、複数の層として窒化物半導体が積層される。
これによって、第１半導体層が従来はクラックの発生しやすい多層構成でありながら、効果的に基板から第１半導体層にかかる応力が緩和され、クラックの発生が低減される。
【００１３】
請求項３に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体発光素子において、凸部の上方領域における第１半導体層の上端面は平坦化されるように構成した。
【００１４】
かかる構成によれば、窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体層の下層部である第１半導体層によって第２凹部が埋め込まれ、第１半導体層の上端面において第２凹部による凹凸が平坦化されるように、第１半導体層が基板の表面に積層される。このため、活性層は、第２凹部が埋め込まれて平坦化された平坦面上に形成される。
これによって、活性層は、面内における発光モードの均一性がよく、均一な強度及び波長で発光する。
【００１５】
請求項４に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子において、第２凹部は、帯状の第１凹部の延伸方向と平行して延伸する開口を有するように構成した。
【００１６】
かかる構成によれば、窒化物半導体層の積層時に、窒化物半導体が帯状の第１凹部のエッジ部においてエッジグロースの盛り上がりとなる窒化物半導体層の縦方向成長を、第１凹部のエッジ部に沿って延伸する帯状の第２凹部への横方向成長で効果的に抑制され、エッジグロースの発生が効果的に低減される。
【００１７】
請求項５に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子において、複数の第２凹部は、特定方向に延伸せずに断続する開口を有するように構成した。
【００１８】
かかる構成によれば、窒化物半導体層の積層時に、窒化物半導体が第１凹部のエッジ部においてエッジグロースの盛り上がりとなる窒化物半導体層の縦方向成長を、断続的に設けられた第２凹部への横方向成長で抑制され、エッジグロースの発生が効果的に低減される。
【００１９】
請求項６に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子において、基板は、相対的に転位欠陥密度が高い高転位密度領域と、高転位密度領域よりも転位欠陥密度が低い低転位密度領域とを有し、高転位密度領域を有する領域に第１凹部を設けるように構成した。
【００２０】
かかる構成によれば、基板の凸部は、高転位密度領域を含む第１凹部以外の低転位密度領域に形成される。このため、窒化物半導体層の積層時に、基板と窒化物半導体層との間の格子定数の違いによる歪みが第１凹部に積層される窒化物半導体に蓄積されるとともに、高転位密度領域の転位欠陥の影響が第１凹部内に止められる。
これによって、窒化物半導体層の積層時に生じる歪みや転位欠陥による影響が基板の凸部の上方領域に積層される窒化物半導体層に波及することが防止される。
【００２１】
請求項７に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子において、基板の表面は窒化物半導体のＣ面であり、帯状の第１凹部の延伸方向は窒化物半導体のＭ面に垂直であるように構成した。
【００２２】
かかる構成によれば、帯状の第１凹部の壁面はＭ面と直交するＡ面で形成され、Ｍ面は露出されない。Ｍ面の露出がないため、第１凹部の壁面からのクラックの発生が低減される。また、窒化物半導体発光素子をレーザ素子構造とした場合は、レーザ発振のための共振器端面をＭ面の劈開によって形成することができるため、共振器は、高精度に形成された共振器端面を用いてレーザ発振する。
【００２３】
請求項８に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項７に記載の窒化物半導体発光素子において、第２凹部の壁面は、窒化物半導体のＭ面に平行でない面からなるように構成した。
【００２４】
かかる構成によれば、Ｍ面が露出しないように第２凹部を設けたため、第２凹部の壁面からのクラックの発生が防止される。
【００２５】
請求項９に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子において、第１半導体層は、Ａｌを含有する窒化物半導体を含む構成とした。
【００２６】
かかる構成によれば、第１半導体層が、基板として通常用いられる窒化物半導体との格子定数の差が大きいＡｌを含有する窒化物半導体を含んでいながら、第１凹部のエッジ部におけるエッジグロースの発生を抑えつつ、基板から第１半導体層にかかる応力を緩和する。
【００２７】
請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項９に記載の窒化物半導体発光素子において、第２凹部は、第１半導体層のＡｌを含有する窒化物半導体によって埋め込まれているように構成した。
【００２８】
かかる構成によれば、基板として通常用いられる窒化物半導体との格子定数の差が大きいＡｌを含有する窒化物半導体からなる層が、第２凹部を埋め込むように成長して積層される。
これによって、基板との格子定数の差に基づく歪みによって、この層に基板からかかる応力が効果的に緩和される。
【００２９】
請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子において、第２半導体層は、その上端面において、第１凹部に対応する位置に凹部が形成されるように積層して構成した。
【００３０】
かかる構成によれば、第２半導体層は、第１凹部に対応する位置に凹部が形成された第１半導体層上に積層した窒化物半導体層によって構成されるため、第１半導体層と第２半導体層との間の格子定数の違いによる歪みが、第１半導体層の第１凹部に対応する位置に形成された凹部により分断されることで、第１半導体層から、及び第１半導体層を介して基板から凸部の上方領域における第２半導体層にかかる応力を緩和する。
【００３１】
請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体発光素子は、第２半導体層の上端面に形成される凹部に沿って分割して構成した。
【００３２】
かかる構成によれば、窒化物半導体発光素子は、第２半導体層の上端面に形成される凹部、すなわち、第１凹部に沿って分割される。窒化物半導体層に形成される第１凹部に基づく凹部が窒化物半導体発光素子チップの切り代となるため、チップ内の活性層は第１凹部による凹凸の影響を受けない領域に設けられることになる。これによって窒化物半導体発光素子は、発光モードの均一性がよく、均一な強度及び波長で発光する。
【００３３】
請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子において、第２半導体層は、凸部の上方領域にレーザ発振のための共振器を有する構成とした。
【００３４】
かかる構成によれば、窒化物半導体発光素子はレーザ素子構造であって、第１凹部に基づく窒化物半導体層の凹部を避けた領域に共振器を設ける。これによって、窒化物半導体発光素子は、安定した強度及び波長でレーザ発振する。
【発明の効果】
【００３５】
請求項１に記載の発明によれば、基板から窒化物半導体層にかかる応力が緩和されるため、窒化物半導体層におけるクラックの発生が低減され、その結果としてクラックの発生による窒化物半導体発光素子の突然の機能喪失などを防ぐことができ、信頼性の高い窒化物半導体発光素子が得られる。また、エッジグロースの発生が低減されるため、窒化物半導体層上部に作製するデバイスの加工精度が向上し、安定した品質の窒化物半導体発光素子が得られる。更に、活性層からの発光の強度及び波長の均一性が良好な、安定した品質の窒化物半導体発光素子が得られる。また、迷光が低減されるため、活性層からの発光の強度及び波長の均一性を向上することができる。また、クラックに対する臨界膜厚を大きくできるため、窒化物半導体層の膜厚を増加し、又はＡｌ組成率の高い窒化物半導体を用いることができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、第１半導体層を複数の層によって構成しながらも、クラックの発生が低減されるため、材料などの自由度が高い構成の窒化物半導体発光素子が得られる。
請求項３に記載の発明によれば、活性層からの発光の強度及び波長の均一性の良好な、安定した品質の窒化物半導体発光素子が得られる。
請求項４又は請求項５に記載の発明によれば、効果的にエッジグロースの発生が低減されるために、信頼性が高く安定した品質の窒化物半導体発光素子が得られる。
請求項６に記載の発明によれば、高転位密度領域を有する基板を用いた場合において、転位欠陥の波及によるクラックの発生を防止しつつ、エッジグロースの発生を低減するため、信頼性が高く安定した品質の窒化物半導体発光素子が得られる。
請求項７に記載の発明によれば、クラックの発生が低減されるため、信頼性が高い窒化物半導体発光素子が得られる。
請求項８に記載の発明によれば、第２凹部の壁面からのクラックの発生が防止されるため、新たなクラックを発生することなくエッジグロースの発生を低減することができ、その結果として、信頼性が高く安定した品質の窒化物半導体発光素子が得られる。
【００３７】
請求項９に記載の発明によれば、第１半導体層が、基板を構成する窒化物半導体との格子定数の差の大きなＡｌ含有の窒化物半導体を含む場合であっても、クラックの発生やエッジグロースの発生を低減できるため、材料の自由度の高い、窒化物半導体発光素子が得られる。
請求項１０に記載の発明によれば、特に大きな歪みを生じるＡｌを含有する窒化物半導体からなる層に基板からかかる応力が効果的に緩和されて、クラックの発生が低減されるため、Ａｌの組成比率を高くすることができる。
請求項１１に記載の発明によれば、第１半導体層から、及び第１半導体層を介して基板から凸部の上方領域における第２半導体層にかかる応力を緩和することができるため、クラックの発生がより低減された信頼性の高い窒化物半導体発光素子が得られる。
請求項１２に記載の発明によれば、活性層からの発光の強度及び波長の均一性が良好な、安定した品質の窒化物半導体発光素子が得られる。
請求項１３に記載の発明によれば、共振器からのレーザ発振光の強度及び波長の均一性が良好な、安定した品質の窒化物半導体発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る第１実施形態における窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層した状態の様子を示す模式的断面図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態における窒化物半導体基板を上側から見た模式的平面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態における窒化物半導体基板の模式的斜視図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態における窒化物半導体発光素子の模式的断面図である。
【図５】本発明に係る窒化物半導体の結晶方位及び結晶面を説明するための説明図である。
【図６】本発明に係る第１実施形態における窒化物半導体発光素子の製造工程を示す模式的断面図であり、（ａ）は加工前の窒化物半導体基板、（ｂ）は第１凹部形成工程、（ｃ）は第２凹部形成工程、（ｄ）は第１半導体層形成工程、（ｅ）は第２半導体層形成工程を示す。
【図７】本発明に係る第２実施形態における窒化物半導体基板を上側から見た模式的平面図である。
【図８】本発明に係る第３実施形態における窒化物半導体発光素子の模式的断面図である。
【図９】本発明に係る第４実施形態における窒化物半導体発光素子の模式的断面図である。
【図１０】従来例における窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層した状態の様子を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、適宜図面を参照して説明する。
＜構成＞
まず、図１乃至図３を参照して、本発明の第１実施形態における窒化物半導体基板（以下、単に基板という）１０と当該基板１０の表面１０ａに積層された窒化物半導体層２０の構成について説明する。
【００４０】
図１乃至図３に示すように、第１実施形態における基板１０は、表面１０ａ上に幅Ｗ２、深さＤ１の帯状の第１凹部１１と、基板１０の表面１０ａの第１凹部１１以外の領域である幅Ｗ１の第１丘部（凸部）１２とが形成されている。更に、基板１０の表面１０ａの全領域、すなわち第１凹部１１の底面及び第１丘部１２の表面には、幅Ｗ５（＜Ｗ２）、深さＤ２（＜Ｄ１）の、第１凹部１１の帯形状の延伸方向と平行方向に延伸した開口を有する溝が縞状に配設された第２凹部１３が形成されている。第２凹部１３は、第１凹部１１よりも幅及び深さが小さく（Ｗ５＜Ｗ２、Ｄ２＜Ｄ１）形成されている。また、隣接する第２凹部１３同士は、幅Ｗ４の第２丘部１４を隔てて形成されている。
【００４１】
第１凹部１１は、基板１０の表面１０ａ上に、基板１０とは格子定数の異なる窒化物半導体層２０を積層するときに、基板１０と窒化物半導体層２０との格子定数の違いによる歪みが生じ、基板１０から窒化物半導体層２０にかかる応力を緩和するために設けるものである。
【００４２】
この応力は基板１０と窒化物半導体層２０との間の格子定数との差、及び両者が接触している面積によって決まる。第１凹部１１を設けることにより、基板１０の表面１０ａと窒化物半導体層２０とが歪みを生じながら連続して接触している面積を低減できるため、基板１０から窒化物半導体層２０にかかる応力を緩和することができる。すなわち、窒化物半導体層２０を形成する際に、窒化物半導体を基板１０の横方向（第１凹部１１の内側方向）に成長させて積層することにより、第１凹部１１において横方向成長した窒化物半導体に歪みが蓄積される。このため、第１凹部１１以外における基板１０と窒化物半導体層２０との接触部における歪みが第１凹部１１によって分断される。この結果、基板１０と窒化物半導体層２０との間に歪みが生じながら接触している同一面において連続面積が減少するため、特に第１凹部１１以外の領域である第１丘部１２の上方領域に積層される窒化物半導体層２０に基板１０からかかる応力が緩和される。
【００４３】
また、基板１０には、基板１０の裏面１０ｂから表面１０ａにかけて貫通した窒化物半導体の結晶の転位欠陥が高密度に生じた高転位密度領域１０Ｈと、転位欠陥が少ない低転位密度領域１０Ｌとが交互に繰り返されている。そして、第１凹部１１は、幅Ｗ３の高転位密度領域１０Ｈを完全に含むように、かつ、隣接する低転位密度領域１０Ｌの一部を含むように幅Ｗ２（Ｗ２＞Ｗ３）の領域に形成されている。また、幅Ｗ１の第１丘部１２は、その全領域が低転位密度領域１０Ｌに形成されている。
【００４４】
転位欠陥が集中する高転位密度領域１０Ｈを包含するように第１凹部１１を形成することにより、第１丘部１２の上方領域に積層される窒化物半導体層２０の部分への転位欠陥の波及を防止できる。
【００４５】
第１実施形態では、第１凹部１１は、高転位密度領域１０Ｈを含む領域に形成するようにしたが、更に、隣接する高転位密度領域１０Ｈ同士の中間の低転位密度領域１０Ｌにも第１凹部１１を形成するようにしてもよい。この場合、低転位密度領域１０Ｌに形成する第１凹部１１は、高転位密度領域を完全に包含する必要がないため、幅Ｗ２よりも小さい幅で形成するようにしてもよい。
また、高転位密度領域１０Ｈのない低転位密度の窒化物半導体からなる基板１０を用いて、適宜な間隔で第１凹部１１を形成するようにしてもよい。
【００４６】
基板１０において、低転位密度領域１０Ｌの単位面積あたりの転位数（転位密度）は、１×１０７／ｃｍ２以下、好ましくは５×１０６／ｃｍ２以下、より好ましくは１×１０６／ｃｍ２以下である。また、高転位密度領域１０Ｈは、低転位密度領域１０Ｌよりも転位密度が高い領域であって、特に、その転位密度は限定されない。
なお、この転位密度は、ＣＬ（カソード・ルミネッセンス）観察をして測定することができる。
【００４７】
また、基板１０は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＢＧａＩｎＮなどの窒化物半導体からなる基板であり、基板１０上に形成される窒化物半導体層２０と良好な格子整合を示す組成からなるものが選択される。この基板１０は、ＳｉやＧｅ、Ｏなどのｎ型の不純物がドーピングされていてもよい。不純物がドーピングされている場合は、その濃度は、特に限定されるものではないが、例えば、５×１０１５／ｃｍ３〜５×１０２１／ｃｍ３程度が適当である。更に、この基板１０の形状は、円板状または正方形板状である。製造プロセス上、基板１０の元となるウエハのサイズは１インチ（２．５４ｃｍ）以上、好ましくは２インチ（５．０８ｃｍ）以上である。またウエハの厚さは、５０μｍ以上が好ましい。
更にまた、基板１０は、２層以上の構造となっていてもよい。例えば、異種基板上に窒化物半導体層が積層されているものや、半導体層が２層以上となっているものでもよい。いわゆるテンプレート基板であってもよい。また、基板に窒化物半導体層を積層した後で、更に別の金属基板を貼り合わせてもよい。
基板１０の材料は、波長による光吸収を考慮して選択することが好ましい。例えば、光を効率良く取り出す場合には、その波長領域で光吸収の少ない基板を選択する。このような観点からは、発光（発振）波長が紫外領域の場合であれば、ＧａＮよりもＡｌＮを用いることが好ましい。
【００４８】
第１凹部１１の深さＤ１は、通常、０．５μｍ〜１０．０μｍ程度であり、１．０μｍ〜６．０μｍが好ましい。第１凹部１１は、高転位密度領域１０Ｈを包含するように、その幅Ｗ２が、高転位密度領域１０Ｈの幅Ｗ３よりも広く（Ｗ２＞Ｗ３）なるように形成される。
【００４９】
また、第１凹部１１同士の間隔、すなわち幅Ｗ１は、高転位密度領域１０Ｈを有する基板１０を用いる場合は、高転位密度領域１０Ｈの間隔に合わせればよい。低転位密度領域１０Ｌのみからなる基板１０を用いる場合は、ウエハ内に第１凹部１１を１個でも設けることで応力緩和効果が得られる。幅Ｗ１を小さくするほどこの効果は大きくなるが、窒化物半導体発光素子を形成する第１丘部１２の領域が狭くなりウエハ当たりの素子の形成数が少なくなり過ぎず、また、１つの第１丘部１２上に少なくとも１つの素子が形成できるように、幅Ｗ１は、例えば、１００μｍ〜２０ｍｍ程度とすることができる。
【００５０】
第２凹部１３は、第１凹部１１の底面及び第１丘部１２の表面に、第１凹部１１よりも小さい凹部として形成される。
第１凹部１１を設けることにより、第１凹部１１のエッジ部の上方領域において、窒化物半導体層２０が盛り上がるエッジグロースが発生する。本実施形態では、このエッジグロースを低減するため、第２凹部１３を設けるものである。
【００５１】
第２凹部１３の深さＤ２は、通常、０．１μｍ〜１μｍ程度であり、０．１μｍ〜０．５μｍが好ましい。第２凹部１３の幅Ｗ５は、１μｍ〜１０μｍ程度である。また第２凹部１３同士の間隔、すなわち第２丘部１４の幅Ｗ４は、第２凹部１３の幅Ｗ５と同程度とすることができる。
【００５２】
第２凹部１３を設け、横方向成長を促進して窒化物半導体材料で第２凹部１３を埋め込むようにすることで、第１凹部１１のエッジ部における窒化物半導体層２０の縦方向成長を抑制し、エッジグロースの盛り上がり量を低減することができる。また、第２凹部１３を埋め込むように窒化物半導体を横方向成長させることにより、横方向成長した層で基板１０から窒化物半導体層２０にかかる応力を緩和することができる。
【００５３】
また、窒化物半導体層２０を積層する基板１０の表面１０ａは、図５に示すように、窒化物半導体の六方晶系における（０００１）面（Ｃ面）とすることが好ましい。
更に、第１凹部１１の端面（図１に示した基板１０の断面に平行な面）を（１−１００）面（Ｍ面）とすることにより、窒化物半導体層２０の上部に形成される後記するリッジ構造を用いて共振器４２（図４参照）を形成するときに、劈開によって共振器端面を形成することができる。
【００５４】
また、Ｃ面を基板１０の表面（主面）１０ａとした場合、窒化物半導体層２０を基板面の広がり方向である横方向に成長させることにより、転位が結晶方位＜０００１＞に垂直方向に発生する。すなわち、結晶方位＜１１−２０＞又は＜１−１００＞などの方向に転位が発生する。横方向に窒化物半導体層２０を成長させた領域には、これらの結晶方位に転位が発生することにより、結晶にかかる歪みをこの転位部分に分断して蓄えることができる。更に横方向への成長領域の幅が大きいほど、また、縦方向（基板１０の表面１０ａに垂直方向）への結晶成長速度Ｘが横方向への結晶成長速度Ｙより小さく（Ｘ＜Ｙ）、かつその比Ｙ／Ｘが大きいほど、歪みを抑制する効果は大きくなる。
【００５５】
窒化物半導体層２０は基板１０の表面１０ａ上に積層され、窒化物半導体発光素子を構成するための窒化物半導体が適宜積層されて構成される。例えば、図４に示す窒化物半導体発光素子１は、窒化物半導体レーザ素子であって、その窒化物半導体層２０は、下地層５０（第１のｎ型半導体層）、ｎ型クラッド層６０（第２のｎ型半導体層）、ｎ型光ガイド層７０（第３のｎ型半導体層）、活性層８０、ｐ型キャップ層９０（第１のｐ型半導体層）、ｐ型光ガイド層１００（第２のｐ型半導体層）、ｐ型クラッド層１１０（第３のｐ型半導体層）、ｐ型コンタクト層１２０（第４のｐ型半導体層）から構成されている。ここでは、説明の便宜上、光を生成する層である活性層８０を含まず、活性層８０よりも下層を第１半導体層３０、活性層８０を含む上層を第２半導体層４０とする。
以下、適宜図４も参照して説明を続ける。
【００５６】
第１半導体層３０は、基板１０の表面１０ａ上に、下地層５０、ｎ型クラッド層６０及びｎ型光ガイド層７０が順次積層されて構成されている。第１凹部１１の上方領域に積層された第１半導体層３０の上端面３０ａにおいては、第１凹部１１に対応する位置に凹部３１が形成されている。また、第２凹部１３は、第１半導体層３０において埋め込まれており、第１丘部１２の上方領域における上端面３０ａが平坦化されている。
【００５７】
基板１０の表面１０ａには、第１凹部１１が形成され、第１半導体層３０の上端面３０ａにおいて、第１凹部１１に対応する位置に凹部３１が形成される程度に窒化物半導体が積層されているため、基板１０の表面１０ａ側に積層される第１半導体層３０は、基板１０との間の歪みから生じる応力が緩和される。また、第１凹部１１は、転位欠陥が集中する高転位密度領域１０Ｈを包含するように形成されているため、第１丘部１２の上方領域に積層される第１半導体層３０への転位欠陥の波及を防止できる。更に、第２凹部１３が形成されているため、第１凹部１１のエッジ部において、第１半導体層３０が盛り上がるエッジグロースの発生が低減される。
特に、基板１０の第１丘部１２の上方領域に積層された第１半導体層３０の上端面３０ａは、第１凹部１１及び第２凹部１３の影響を残さずに平坦面となっている。
【００５８】
なお、窒化物半導体層２０の各層について、第１半導体層３０に区分するかどうかは、活性層８０よりも下層で、かつ少なくとも第１半導体層３０の上端面において、第２凹部１３が埋め込まれて平坦化されているか否かで便宜的に決めるものである。すなわち、第２凹部１３が平坦化された層を含めて、少なくともその層より下層を第１半導体層３０に区分する。そして、第２凹部１３が平坦化された層より上層で、かつ活性層８０より下層は、第１半導体層３０又は第２半導体層４０の何れに区分してもよい。従って、例えば図４に示した第１実施形態のように、最下層の下地層５０の上端面で第２凹部１３が埋められて平坦化される場合は、ｎ型クラッド層６０から上層を第２半導体層４０に区分してもよく、ｎ型クラッド層６０から下層や活性層８０に隣接するｎ型光ガイド層７０から下層を第１半導体層３０に区分するようにしてもよい。言い換えれば、第２凹部１３は、第１半導体層３０の最上層までに平坦化されていればよく、それより下層の、例えば、最下層で平坦化されてもよい。
【００５９】
第２半導体層４０は、第１半導体層３０の上端面３０ａに、活性層８０、ｐ型キャップ層９０、ｐ型光ガイド層１００、ｐ型クラッド層１１０及びｐ型コンタクト層１２０が順次積層されて構成されている。第２半導体層４０の上端面４０ａにおいては、下層である第１半導体層３０の凹部３１に対応する位置、すなわち基板１０の第１凹部１１に対応する位置に凹部４１が形成されている。また、第２凹部１３に基づく凹部は、第１半導体層３０の上端面３０ａにおいて平坦化されているため、第２半導体層４０は厚さ方向の全領域に渡って、第２凹部１３に基づく凹部は生じない。
【００６０】
第２半導体層４０が積層される第１半導体層３０の上端面３０ａにおいては、第１凹部１１に対応する位置に凹部３１が形成されている。このため、第２半導体層４０においても、下層との間の格子定数の違いによる歪みが低減され、下層を介して基板１０から受ける応力が緩和される。
また、第１半導体層３０の上端面３０ａにおいては、第２凹部１３が埋め込まれ、平坦化されているため、その上端面に積層される第２半導体層４０の最下層である活性層８０及び更にその上層の平坦性が確保される。このため、均一性の良好な面内の発光分布が得られ、発光モードの均一性もよいため発光波長の単一性も良好となる。
【００６１】
以上説明したように、基板１０の表面１０ａに第１凹部１１及び第２凹部１３を設け、その上に窒化物半導体層２０を積層することにより、窒化物半導体層２０におけるクラックの発生を抑制することができる。また、クラック発生数の許容範囲において、窒化物半導体層２０を構成する各層の膜厚を厚くすることができる。特に、基板１０として通常用いられる窒化物半導体との格子定数の差が大きいＡｌ組成率の高い窒化物半導体を積層する場合に有用である。
【００６２】
次に、図４を参照（適宜図１乃至図３参照）して、本発明における第１実施形態の窒化物半導体発光素子１の構成について説明する。
【００６３】
（窒化物半導体発光素子の構成）
図４に示す第１実施形態の窒化物半導体発光素子１は、窒化物半導体からなる基板１０の表面１０ａ上に窒化物半導体層２０が積層されている。窒化物半導体層２０の上端面は、一部を除き保護膜１６０で覆われ、窒化物半導体層２０の壁面は、一部を除き保護膜１７０で覆われている。窒化物半導体層２０の上端面の一部はｐ側電極１３０とオーミック接触しており、更にｐ側電極１３０はｐ側パッド電極１４０と電気的に接続されている。また、基板１０の裏面１０ｂにおいて、ｎ側電極１５０が基板１０とオーミック接触し、両者は電気的に接続されている。
【００６４】
基板１０は、図１乃至図３に示した窒化物半導体からなる基板１０から窒化物半導体発光素子１のチップ化によって切り出されたものであり、第１丘部１２を中心にして、両側に第１凹部１１が形成されている。また、基板１０の表面１０ａ、すなわち第１丘部１２の表面及び第１凹部１１の底面には縞状に配設された複数の第２凹部１３が形成されている。
基板１０の表面１０ａ上には窒化物半導体層２０が積層され、基板１０は窒化物半導体層２０とは下地層５０によって接続されている。また、第１実施形態における基板１０は導電性であり、裏面１０ｂ側に設けられたｎ側電極１５０と電気的に接続されている。
【００６５】
窒化物半導体層２０は、基板１０側から順に、下地層５０、ｎ型クラッド層６０及びｎ型光ガイド層７０が積層されてなる第１半導体層３０と、活性層８０、ｐ型キャップ層９０、ｐ型光ガイド層１００、ｐ型クラッド層１１０及びｐ型コンタクト層１２０が積層されてなる第２半導体層４０とから構成されている。
更に、例えば、基板１０と下地層５０との間にバッファ層（図示せず）、下地層５０とｎ型クラッド層６０との間にクラック防止層（図示せず）などを適宜形成するようにしてもよい。また、これらの層の一部を適宜省略するようにしてもよい。
【００６６】
下地層５０は、窒化物半導体層２０と導電性の基板１０とを電気的に接続するための層である。また、下地層５０は、活性層８０のバンドギャップエネルギより大きい組成であることが好ましく、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜０．３）が一例として挙げられる。この下地層５０は、ｎ型クラッド層６０と兼用するようにしてもよい。例えば、発振波長が３７０ｎｍ程度の紫外領域の場合は、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜０．１５）程度が好ましく、ｎ型クラッド層６０と兼用しない場合であれば、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜０．０５）程度が好ましい。また、下地層５０の上にＩｎを含有するクラック防止層（図示せず）を形成してもよい。
また、下地層５０がＡｌを含有する窒化物半導体からなる層である場合、この層で第２凹部１３を埋め込むことにより、Ａｌを含有する窒化物半導体を含んでいながら、第１凹部１１のエッジ部におけるエッジグロースの発生を抑えつつ、基板１０から窒化物半導体層２０にかかる応力を、更に効果的に緩和することができる。活性層８０よりも下の層において、Ａｌの組成比率を高くすることができるため、本発明の効果がより顕著となる。
例えば、発振波長が３７０ｎｍ程度の紫外領域の場合であって、下地層５０にＡｌを含有する場合、ｎ型クラッド層６０と兼用しない場合はＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜０．０５）、ｎ型クラッド層６０と兼用する場合はＡｌａＧａ１−ａＮ（０．０５＜ａ＜０．１５）程度であることが好ましい。また、発振波長が４８８ｎｍ程度の場合、ｎ型クラッド層６０と兼用する場合はＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜０．１）程度であることが好ましい。
【００６７】
ｎ型クラッド層６０は、ｎ型光ガイド層７０を介して電子を活性層８０に注入する層である。ｎ型クラッド層６０は、Ａｌを含有していることが好ましい。また、単一層でも多層膜層（超格子構造）でもよい。ｎ型不純物濃度は特に限定されるものではないが、好ましくは１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３であり、ｎ型不純物濃度に、膜厚方向において傾斜をつけてもよい。さらに、Ａｌの組成傾斜をつけることで電子を閉じ込めるクラッド層としても機能させてもよい。
【００６８】
ｎ型光ガイド層７０は、ｎ型クラッド層６０から注入された電子を活性層８０内に閉じ込め、かつ、活性層８０で生成される光は閉じ込めない層として設けられる。ｎ型光ガイド層７０は、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）を成長させて形成される。ｎ型光ガイド層７０の膜厚は特に限定されるものではなく、任意の膜厚を選択することができ、例
えば、０．１５μｍ程度とすることができる。この層は、単層または多層膜層（超格子構造）で形成させることができる。また、ｎ型不純物をドープさせてもよい。但し、ｎ型光ガイド層７０は、活性層８０の組成や膜厚などによっては省略することもできる。また、レーザの発振波長が４４０ｎｍ以上の波長帯であれば、ｎ型光ガイド層７０は、ＩｎａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）よりなることが好ましい。
【００６９】
なお、第１半導体層３０の最上層となるｎ型光ガイド層７０の上端面３０ａにおいては、基板１０の表面１０ａに設けられた第１凹部１１が埋め込まれずに凹部３１が残っている。一方、第２凹部１３は埋め込まれており、上端面３０ａの第１丘部１２の上方領域は平坦化されている。
【００７０】
活性層８０は、ｎ型光ガイド層７０を介してｎ型クラッド層６０から注入された電子と、ｐ型光ガイド層１００及びｐ型キャップ層９０を介してｐ型クラッド層１１０から注入されたホールとが再結合して光を生成する層である。活性層８０は、単一（ＳＱＷ）または多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の何れでもよい。例えば、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）からなる井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）からなる障壁層とを含む量子井戸構造が挙げられる。活性層８０に用いられる半導体層は、アンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれでもよいが、アンドープまたはｎ型不純物ドープであることが好ましい。これにより高出力の窒化物半導体発光素子１を得ることができる。さらに、井戸層をアンドープとし、障壁層をｎ型不純物ドープとしてもよい。これにより発光素子の出力と発光効率を高めることができる。また、井戸層にＡｌを含ませることで、従来のＩｎＧａＮの井戸層では困難な波長域、具体的には、ＧａＮのバンドギャップエネルギである波長３６５ｎｍ付近、もしくはそれより短い波長を得ることができる。
【００７１】
障壁層は、例えば、ｎ型不純物をドープする場合、その濃度は少なくとも５×１０１６／ｃｍ３以上が好ましい。また、高出力の窒化物半導体発光素子１では、５×１０１７／ｃｍ３以上、１×１０２０／ｃｍ３以下が適当である。なお、障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層８０内のすべての障壁層にドープしてもよいし、一部をドープとし、一部をアンドープとすることもできる。
【００７２】
ｐ型キャップ層９０は、バンドギャップが大きく、窒化物半導体発光素子１が温度上昇し、また注入電荷密度が増えても、活性層８０に注入されたキャリアをオーバフローさせないための層である。ｐ型キャップ層９０は、Ｍｇ含有のＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）で形成され、ホールがトンネル効果により通過できる１００Å程度の膜厚とすることが好ましい。但し、ｐ型キャップ層９０は、活性層８０の組成や膜厚によっては省略することもできる。
【００７３】
ｐ型光ガイド層１００は、ｐ型クラッド層１１０から活性層８０に注入されたホールを活性層８０内に閉じ込め、かつ、活性層８０で生成される光は閉じ込めない層である。ｐ型光ガイド層１００は、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）で形成される。このｐ型光ガイド層１００はアンドープとして成長させることが好ましいが、Ｍｇをドープさせてもよい。また、ｎ型光ガイド層７０と同様に、単層または多層膜層（超格子構造）で形成させることができる。さらに、ｐ型光ガイド層１００は、活性層８０の組成や膜厚などによっては省略することもできる。また、レーザ発振の波長が４４０ｎｍ以上の波長帯であれば、前記したｎ型光ガイド層７０は、ＩｎａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）よりなることが好ましい。
【００７４】
ｐ型光ガイド層１００の上部は、ｐ型クラッド層１１０及びｐ型コンタクト層１２０とともに、図４の紙面垂直方向に延伸する線状のリッジ構造を形成している。このリッジ構造は、共振器４２の光導波路を構成している。
【００７５】
ｐ型クラッド層１１０は、ｐ型光ガイド層１００及びｐ型キャップ層９０を介してホールを活性層８０に注入する層である。ｐ型クラッド層１１０は、活性層８０のバンドギャップエネルギより大きい組成を有し、活性層８０へのホールの閉じ込めができるものであれば特に限定されず、その一例として、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜１）が挙げられる。ｐ型クラッド層１１０のｐ型不純物濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３が適当である。ｐ型不純物濃度が上記の範囲にあると、結晶性を低下させることなくバルク抵抗を低下させることができる。ｐ型クラッド層１１０は、単一層でも多層膜層（超格子構造）でもよい。多層膜層の場合、前記したＡｌａＧａ１−ａＮと、それよりバンドギャップエネルギの小さい窒化物半導体とからなる多層膜層であればよい。例えば、バンドギャップエネルギの小さい窒化物半導体としては、ｎ型クラッド層６０の場合と同様に、ＩｎａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜１）、ＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ＜１）が挙げられる。また、ｐ型クラッド層１１０がバンドギャップエネルギの大きい層と、バンドギャップエネルギの小さい層からなる多層膜層である場合、バンドギャップエネルギの大きい層及び小さい層の少なくとも何れか一方にｐ型不純物をドープさせてもよい。バンドギャップエネルギの大きい層および小さい層の両方にドープする場合は、ドープ量は同一でも異なってもよい。
【００７６】
また、ｐ型クラッド層１１０は、ｐ型光ガイド層１００の上部及びｐ型コンタクト層１２０とともに、共振器４２の光導波路を構成するリッジ構造を形成している。
【００７７】
ｐ型コンタクト層１２０は、上端面がｐ側電極１３０とオーミック接触し、ｐ側電極１３０と電気的に接続するための層である。ｐ型コンタクト層１２０は、ｐ型光ガイド層１００の上部及びｐ型クラッド層１１０とともに、共振器４２の光導波路を構成するリッジ構造を形成している。また、ｐ型コンタクト層１２０の上端面はｐ側電極１３０とオーミック接触している。
ｐ型コンタクト層１２０としては、ｐ型不純物を含有したＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜１）が挙げられる。
【００７８】
共振器４２は、活性層８０で生成した光を閉じ込め、レーザ発振を起こすための共振器である。第１実施形態における共振器４２は、ファブリ・ペロ共振器を構成している。
共振器４２は、ｐ型光ガイド層１００の上部、ｐ型クラッド層１１０及びｐ型コンタクト層１２０で形成されるリッジ構造を光導波路とする。このリッジ構造の図４の紙面垂直方向の手前側の端面には、例えば、Ａｌ２Ｏ３などからなる誘電体膜などからなる反射膜（図示せず）が形成されている。この反射膜は、ハーフミラーとして機能し、手前側の端面は、共振器４２内に閉じ込められた光の一部を外部に出射する光出射側端面となる。また、このリッジ構造の紙面垂直方向の奧側の端面には、例えば、Ａｌ２Ｏ３からなる誘電体膜に、ＳｉＯ２とＺｒＯ２を交互に積層した反射膜（図示せず）が形成されている。この奧側の端面は、共振器４２の光反射側端面となる。
【００７９】
また、共振器４２は、第１丘部１２の上方領域に設けられ、基板１０の第１凹部１１に基づく凹凸の影響を受けないように形成されている。このため、レーザ発振の波長や強度のバラツキが少なく、安定した品質の共振器４２を形成することができ、結果として、窒化物半導体発光素子１を高い歩留まりで製造することができる。
【００８０】
ｐ側電極１３０は、窒化物半導体層２０に電力を供給するための正極である。ｐ側電極１３０は、ｐ型コンタクト層１２０及び保護膜１６０の上に積層されており、ｐ型コンタクト層１２０の上端面とオーミック接触するとともに、更に上層のｐ側パッド電極１４０と接続されている。なお、ｐ側電極１３０は、ｐ型コンタクト層１２０の上端面とオーミック接触していればよく、保護膜１６０の上には積層されずにｐ型コンタクト層１２０の上端面のみに積層されていてもよい。
ｐ側電極１３０は、例えば、Ｎｉ、Ａｕなどの金属又は合金、あるいはこれらをスパッタ法や蒸着法などによって積層して形成することができる。
【００８１】
ｐ側パッド電極１４０は、外部電源（図示せず）とＡｕワイヤ（図示せず）などで接続され、ｐ側電極１３０に電力を供給するための電極パッドである。
ｐ側パッド電極１４０は、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕなどの金属又は合金、あるいはこれらをスパッタ法や蒸着法などによって積層して形成することができる。
【００８２】
ｎ側電極１５０は、窒化物半導体層２０に電力を供給するための負極である。ｎ側電極１５０は、導電性の基板１０の裏面１０ｂ上に形成されている。
ｎ側電極１５０は、例えば、Ｖ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属又は合金、あるいはこれらをスパッタ法や蒸着法などによって積層して形成することができる。
【００８３】
保護膜１６０は、ｐ型コンタクト層１２０の上端面を除く窒化物半導体層２０の上端面を覆う絶縁保護膜である。保護膜１６０は、例えば、ＳｉＯ２などの絶縁材料を用いてスパッタ法、蒸着法などによって形成される。
【００８４】
保護膜１７０は、窒化物半導体層２０の側面を覆う絶縁保護膜であり、保護膜１６０と同様にしてＳｉＯ２などの絶縁材料を用いて形成される。
【００８５】
なお、第１実施形態においては、窒化物半導体層２０は、基板１０（下層）側をｎ型半導体層で構成したが、ｐ型半導体層を基板１０側に構成してもよい。
【００８６】
＜動作＞
次に、図４を参照して、本発明の第１実施形態における窒化物半導体発光素子（窒化物半導体レーザ素子）１の動作について説明する。
【００８７】
ｐ側電極１３０（ｐ側パッド電極１４０）を正極、ｎ側電極１５０を負極として、窒化物半導体層２０に順方向に電圧を印加することにより、ｎ型クラッド層６０からｎ型光ガイド層７０を介して電子が活性層８０に注入されるとともに、ｐ型クラッド層１１０からｐ型光ガイド層１００及びｐ型キャップ層９０を介してホールが活性層８０に注入される。活性層８０では、注入された電子とホールとが再結合し、光を生成する。
【００８８】
活性層８０で生成された光は、窒化物半導体層２０の各層の屈折率の違いにより共振器４２内に閉じこめられ、共振器４２の図４の紙面垂直方向の両端面に設けられた反射膜（図示せず）によって、一部は内部へフィードバックされてレーザ発振に寄与する。共振器４２の内部では、共振器４２の長さなどによって定められる波長の光のみが存在する。そして、共振器４２内の光の一部は、光射出側端面である図４の紙面垂直方向の手前側の共振器端面にハーフミラーとして形成された反射膜を透過して外部に放出される。放出された光はレーザ光として各種用途に利用される。
＜製造方法＞
次に、図６を参照（適宜図１乃至図４参照）して、本発明の第１実施形態における窒化物半導体発光素子１の製造方法について説明する。
【００８９】
第１実施形態における窒化物半導体発光素子１の製造方法は、窒化物半導体からなる基板１０と、この基板１０の表面１０ａに積層された窒化物半導体層２０とを備えた窒化物半導体発光素子１の製造方法であって、第１凹部形成工程と、第２凹部形成工程と、窒化物半導体層２０の活性層８０を含まない下層部である第１半導体層形成工程と、窒化物半導体層２０の活性層８０を含む上層部である第２半導体層形成工程とを含むものである。
【００９０】
まず、第１凹部形成工程において、基板１０の表面１０ａに、溝状の第１凹部１１を形成し、第２凹部形成工程において、第１凹部１１の底面及び第１凹部１１以外の基板１０の表面である第１丘部１２に、第１凹部１１よりも深さ及び開口幅が小さい第２凹部１３を形成する。
【００９１】
次に、第１半導体層形成工程では、第１半導体層３０の上端面３０ａにおいて、第１凹部１１に対応する位置に凹部３１が形成されるとともに、第２凹部１３が埋め込まれて第１丘部１２の上方領域が平坦化されるように、第１凹部１１及び第２凹部１３が形成された基板１０の表面１０ａに第１半導体層３０を形成する。
【００９２】
そして、第２半導体層形成工程において、第２半導体層４０の上端面４０ａにおいて、第１凹部１１に対応する位置に凹部４１が形成されるように、第１半導体層３０上に、第２半導体層４０を形成する。
【００９３】
第１凹部１１を設け、第１凹部１１に対応する凹部４１が窒化物半導体層２０の上端面４０ａにおいて残るように窒化物半導体層２０を形成することにより、窒化物半導体層２０の積層時に基板１０と窒化物半導体層２０との間の格子定数の違いにより生じる歪みが第１凹部１１に蓄積され、その結果、第１凹部１１において歪みが分断される。これによって、基板１０と窒化物半導体層２０とが歪みを生じながら連続して接触する面積が低減されるため、基板１０から第１丘部１２の上方領域の窒化物半導体層２０にかかる応力が緩和される。また、第２凹部１３を設けたため、第１凹部１１のエッジ部に発生するエッジグロースの盛り上がり量が低減されるとともに、基板１０から窒化物半導体層２０にかかる応力が更に緩和される。また、第２凹部１３は第１半導体層３０の上端面３０ａまでに埋め込んで平坦化されるため、第２半導体層４０に含まれる活性層８０は平坦に積層される。
【００９４】
このような製造方法によって、基板１０から窒化物半導体層２０にかかる応力が緩和され、窒化物半導体層２０におけるクラックの発生を低減されるため、製造歩留まりが向上し、クラック発生による窒化物半導体発光素子１の突然の機能喪失などを防ぐことができる。また、エッジグロースの発生が低減されるため、窒化物半導体層２０の上部に作製するデバイスの加工精度が向上し、製造歩留まりを向上することができる。更に、活性層８０における発光強度や発振波長の均一性がよいため、安定した品質の窒化物半導体発光素子１を製造することができる。また、クラックに対する臨界膜厚を大きくできるため、窒化物半導体層２０の膜厚を増加し、又はＡｌ組成率の高い窒化物半導体を用いて窒化物半導体発光素子１を製造することができる。
以下、各工程について詳細に説明する。
【００９５】
（第１凹部形成工程）
まず、第１凹部形成工程において、図６（ａ）に示すような高転位密度領域１０Ｈと低転位密度領域１０Ｌとが交互に繰り返し形成された窒化物半導体からなる基板１０に、図６（ｂ）に示すように第１凹部１１を形成する。
第１凹部１１は、高転位密度領域１０Ｈを包含するように、その幅Ｗ２が、高転位密度領域１０Ｈの幅Ｗ３よりも広く（Ｗ２＞Ｗ３）なるように形成する。
【００９６】
このような高転位密度領域１０Ｈを有する領域の表面１０ａに第１凹部１１を有する基板１０は、第１実施形態のように、基板１０を製造した後に第１凹部１１を形成したものであっても、基板１０を製造する段階で第１凹部１１を形成したものであってもよい。また、基板１０として、市販されている高転位密度領域１０Ｈを有さない低転位密度の窒化物半導体基板を用いてもよい。
【００９７】
第１実施形態のように、平坦な基板１０を製造した後に、第１凹部１１を形成する場合は、第１凹部１１を形成する方法は特に限定されない。例えば、第１凹部１１に対応したマスクパターンを用いてエッチングする方法、又はマスクパターンを使用せずに、低転位密度領域１０Ｌと高転位密度領域１０Ｈとのエッチング選択比を利用して高転位密度領域１０Ｈに第１凹部１１を形成する方法などがある。具体的には、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）や他の酸溶液、ドライエッチングなどにおける低転位密度領域１０Ｌと高転位密度領域１０Ｈとのエッチング選択比を利用して、高転位密度領域１０Ｈを選択的にエッチングして第１凹部１１を形成することができる。
後の工程で、この第１凹部１１に沿って分割することができるため、第１凹部１１の断面形状は下底が上底よりも短い略台形状とすることが、分割時に刃を入れやすく、好ましい。
【００９８】
（第２凹部形成工程）
次に、図６（ｃ）に示すように、第２凹部形成工程において、基板１０の表面１０ａの全領域、すなわち第１凹部１１の底面及び第１丘部１２の表面に、第１凹部１１よりも小さい第２凹部１３を形成する。
【００９９】
なお、第１凹部形成工程と第２凹部形成工程とは順序を入れ替えてもよい。まず、基板１０の表面１０ａに第２凹部１３を形成した後で、エッチングにより第１凹部１１を形成する。これにより、第２凹部１３の凹部形状を維持したまま、第１凹部１１が形成されるため、第１凹部１１の底面に第２凹部１３が配設された構成の基板１０を作製することができる。
また、低転位密度領域１０Ｌに、第２凹部１３のみならず、第２凹部１３よりも大きい第３凹部（図示せず）を形成してもよい。第３凹部の深さ、幅は、第１凹部１１と同様に形成することが好ましい。第３凹部の底面にも、第１凹部１１と同様に、第２凹部１３を有することが好ましい。
このように、実質的に第１凹部１１の形成間隔を狭くすることで、基板１０の表面１０ａに積層される窒化物半導体層２０の歪みを低減し、基板１０から窒化物半導体層２０にかかる応力を緩和する効果を向上することができる。
【０１００】
（第１半導体層形成工程）
次に、図６（ｄ）に示すように、第１半導体層形成工程において、第１凹部１１及び第２凹部１３が形成された基板１０の表面１０ａ上に、窒化物半導体層２０の活性層８０より下層部である第１半導体層３０を形成する。
【０１０１】
第１半導体層３０の形成方法は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシ法）など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性良く成長させることができるので好ましい。また、窒化物半導体は、種々の窒化物半導体の成長方法を使用目的により適宜選択して成長させることが好ましい。
【０１０２】
第１半導体層３０は、基板１０の第１凹部１１及び第２凹部１３の壁面から横方向へ成長しやすい条件で成長させる。このような具体的な条件としては、常圧よりも減圧で、また、１０５０℃以上で成長させることが好ましい。
【０１０３】
第１半導体層３０は、第１凹部１１は平坦化せずに、第２凹部１３のみ平坦化するように成長させる。第１凹部１１を平坦化せずに、第１凹部１１に対応する位置に凹部３１が形成されることにより、基板１０の表面１０ａと第１半導体層３０とが歪みを生じながら連続して接触している面積が低減されるため、基板１０から第１半導体層３０にかかる応力を緩和することができる。
また、第２凹部１３を設け、横方向成長により窒化物半導体材料で第２凹部１３を埋め込むようにすることでも、基板１０と第１半導体層３０との間の格子定数の違いに基づく歪みが低減され、基板１０から第１半導体層３０にかかる応力を緩和する効果が得られる。
【０１０４】
更に、第１半導体層３０を横方向成長しやすい条件で基板１０の表面１０ａ上に積むことにより、第１凹部１１のエッジ部の上方にできるエッジグロースを低減らすことができる。このエッジグロースを低減することにより、基板１０から第１半導体層３０にかかる応力が緩和される。また、エッジグロースを低減することにより、ウエハ面内の窒化物半導体層２０の膜厚分布が改善されるため、エッジ部におけるエッチング用マスクなどの付着性が改善されるなど、窒化物半導体発光素子１の加工精度が向上する。このため、クラック発生を抑制するとともに、安定した品質で窒化物半導体発光素子１を作製することができる。
【０１０５】
また、第２凹部１３は、例えば、下地層５０において埋め込んで平坦化することもできるし、ｎ型クラッド層６０やｎ型光ガイド層７０において平坦化を完了するようにすることもできる。
また、下地層５０とｎ型クラッド層６０との間に、クラック防止層（図示せず）を形成するようにしてもよい。クラック防止層としては、好ましくは一般式がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦1）で示されるＩｎ含有の窒化物半導体を用いることができ、面内方向の緩衝層として働き、クラックの発生をより効果的に抑制することができる。
【０１０６】
（第２半導体層形成工程）
その後、図６（ｅ）に示すように、第２半導体層形成工程において、第１半導体層３０の上端面３０ａ上に第２半導体層４０を形成する。この第２半導体層４０は、活性層８０を含む層である。
第２半導体層４０を構成する各層は、第１半導体層３０と同様の方法により積層形成することができる。
【０１０７】
第２半導体層形成工程では、第２半導体層４０の凹部３１に対応する位置に凹部４１が形成されるようにすることが好ましい。これによって、第１半導体層３０を介して基板１０から活性層８０を含む第２半導体層４０の各層にかかる応力を緩和することができる。
【０１０８】
また、第２凹部１３は、第１半導体層３０において埋め込まれており、活性層８０を含む第２半導体層４０の各層は、基板１０の第１丘部１２の上方領域においては、平坦面上に積層されることとなる。
このため、第２半導体層４０の活性層８０の面内における発光強度のムラや、第２半導体層４０を加工して形成される共振器４２におけるレーザ発振の波長のバラツキなどを低減することができる。
【０１０９】
以上の製造工程により、基板１０の表面１０ａ上に窒化物半導体層２０が積層された窒化物半導体の積層構造が形成される。
【０１１０】
（発光素子形成工程）
次に、図４を参照して、前記した窒化物半導体の積層構造から、窒化物半導体発光素子１を形成する発光素子形成工程について説明する。
【０１１１】
まず、窒化物半導体層２０に対して、基板１０の第１凹部１１の上方領域に対応する領域を、下地層５０の途中まで、エッチングする。
次に、ｐ型コンタクト層１２０、ｐ型クラッド層１１０及びｐ型光ガイド層１００の途中から上の領域を、図４における横方向の中央部を残してエッチングすることによりリッジ構造を形成する。
次に、ｐ型コンタクト層１２０の上端面を除く窒化物半導体層２０の上端面に、スパッタ法などにより絶縁性の保護膜１６０を形成する。
そして、ｐ型コンタクト層１２０の上端面、すなわちリッジ構造の上端面に接触するように、スパッタ法などにより金属材料からなるｐ側電極１３０を形成する。
次に、下地層５０の途中まで露出した窒化物半導体層２０の側面にスパッタ法などにより絶縁性の保護膜１７０を形成する。
そして、ｐ側電極１３０の上に、スパッタ法などにより金属材料からなるｐ側パッド電極１４０を形成する。また、基板１０の裏面１０ｂ側に、スパッタ法などにより金属材料からなるｎ側電極１５０を形成する。
【０１１２】
そして、熱処理による電極の合金化などの処理を行った後、第１凹部１１に沿って、一辺が１５０〜１０００μｍ程度の四角形または多角形のチップに分割及び／又は劈開して、分割又は劈開面の共振器４２部分の端面に反射膜（図示せず）を形成して窒化物半導体発光素子１が得られる。
【０１１３】
＜第２実施形態＞
次に、図７を参照（適宜図１及び図４参照）して、本発明の第２実施形態における基板１０Ａの構成について説明する。
【０１１４】
図７に示す第２実施形態における基板１０Ａは、図１に示した第１実施形態の基板１０に対して、帯状の開口を有する第２凹部１３に替えて、特定方向に延伸せずに断続的に開口する第２凹部１３Ａを基板１０Ａの表面の全領域に形成するものである。図７に示した例は、第２凹部１３Ａの開口形状を正六角形としたものである。
【０１１５】
第２実施形態において、第２凹部１３Ａは、正六角形の開口を有する正六角柱の形状の有底穴である。この正六角形の第２凹部１３Ａの開口径及び深さは、それぞれ図１に示した第１実施形態における第２凹部１３の幅Ｗ５及び深さＤ２と同等とすることができる。
【０１１６】
図１に示した基板１０を用いた場合と同様に、特定方向に延伸せずに断続する開口を有する第２凹部１３Ａが形成された基板１０Ａ上に窒化物半導体層（図示せず）を積層することにより、基板１０Ａに形成された第１凹部１１のエッジ部上方領域の窒化物半導体層（図示せず）にエッジグロースが発生することを防止できる。その結果、窒化物半導体層（図示せず）におけるクラックの発生を低減できるとともに、レジストなどの付着性が良好なため窒化物半導体層（図示せず）を安定した精度で加工でき、高い歩留まりで窒化物半導体発光素子（図示せず）を製造することができる。
【０１１７】
また、第２凹部１３Ａの開口形状は正六角形に限定されず、三角形、四角形、多角形、円などとすることもできる。なお、特定方向に延伸せずに断続する開口とは、円、正方形などに限定されず、楕円、長方形、平行四辺形なども含まれ、「第１実施形態における帯状のように、基板１０Ａの長さや幅などの全域に渡って連続するもの」を含まないことを意味するものである。
【０１１８】
また、図７に示した例では、複数の第２凹部１３Ａを、正六角形の角辺に垂直方向に規則的に整列するように配設したが、これに限定されるものではなく、例えば、第１凹部１１の開口の長さ方向に密に配設し、垂直方向に疎に配設するようにしてもよい。また、規則的ではなく、ランダムに配設するようにしてもよい。
【０１１９】
ここで、基板１０Ａの表面はＣ面であり、第２凹部１３Ａは、図７において紙面の上下方向に垂直な壁面がＭ面であるが、第２凹部１３Ａの壁面には、Ｍ面又はＭ面に角度の近い面の露出を少なくするように形成することが好ましい。特に、Ｍ面と直交する（１１−２０）面（Ａ面、図５参照）又はＡ面に角度が近い面で形成することが、更に好ましい。
【０１２０】
なお、これと反対に、第２凹部１３Ａに相当する小さな凹部として、Ｍ面の露出が多い横長の溝を形成すると、第１凹部１１のエッジ部におけるエッジグロースの低減には効果があるが、クラック発生の抑制には効果が得られないことがある。
【０１２１】
また、図４に示した窒化物半導体発光素子１の基板１０に替えて、第２実施形態における基板１０Ａを用いて窒化物半導体発光素子（図示せず）を構成することができる。基板１０Ａ以外の構成は、図４に示した窒化物半導体発光素子１と同様であるので、構成についての説明は省略する。
【０１２２】
図７に示した第２実施形態における基板１０Ａを用いて構成した窒化物半導体発光素子（図示せず）の動作は、図１乃至図４に示した窒化物半導体発光素子１と同様であるので、説明は省略する。
【０１２３】
図７に示した第２実施形態における基板１０Ａを用いて構成した窒化物半導体発光素子（図示せず）の製造方法は、図６に示した第１実施形態における窒化物半導体発光素子１の製造方法とは、図６（ｃ）に示した第２凹部形成工程において、第２凹部１３形成のための縞状に開口したマスクの替わりに、正六角形に開口したマスクを用いること以外は同様であるので、説明は省略する。
【０１２４】
＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態における窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２について説明する。
【０１２５】
図４に示した第１実施形態においては、基板１０に配設された第１凹部１１に挟まれた一つの第１丘部１２に、一つの窒化物半導体発光素子１を形成するのに対して、図８に示す第３実施形態においては、基板１０に配設された第１凹部１１に挟まれた一つの第１丘部１２に、二つの窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２を形成するものである。
【０１２６】
基板１０は、第１実施形態と同様のものを用いることができるが、各窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２のチップ毎の基板１０は、第１凹部１１に挟まれた図８における横方向について、第１凹部１１及び第１丘部１２の中間領域１２ａを切り代として、分割されたものである。
【０１２７】
基板１０は、基板１０から表面１０ａ上に積層される窒化物半導体層２０にかかる応力が緩和されるように、適宜な間隔で帯状の第１凹部１１が縞状に配設されているものを用いる。また、基板１０の表面１０ａの全領域、すなわち第１凹部１１の底面及び第１丘部１２の表面には複数の第２凹部１３が形成されている。そして、第１凹部１１に挟まれた第１丘部１２に積層され、基板１０からかかる応力が緩和された窒化物半導体の積層構造から、一つの第１丘部１２毎に二つの窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２を形成する。これにより、基板１０の元となるウエハにおける第１凹部１１の面積を低減できるため、ウエハ当たりに形成される窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２のチップ数を増加することができる。
その他の構成は、図４に示した第１実施形態の窒化物半導体発光素子１と同様であるので、構成についての詳細な説明は省略する。
【０１２８】
図８に示した第３実施形態における窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２の動作は、図４に示した第１実施形態における窒化物半導体発光素子１と同様であるので、説明は省略する。
【０１２９】
次に、図８に示した第３実施形態の窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２の製造方法について説明する。
第３実施形態の窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２の製造方法において、基板１０の表面１０ａ上に窒化物半導体層２０を積層した窒化物半導体の積層構造を作製する工程まで（第１凹部形成工程〜第２半導体層形成工程）は、図６に示した第１実施形態の窒化物半導体発光素子１の製造方法と同様であるので、これらの工程の説明は省略する。
【０１３０】
次に、図８を参照して、窒化物半導体の積層構造から、窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２を形成する発光素子形成工程について説明する。
【０１３１】
まず、窒化物半導体層２０に対して、基板１０の第１凹部１１の上方領域に対応する領域及び第１丘部１２における切り代となる中間領域１２ａを含む領域を、下地層５０の途中まで、エッチングする。
【０１３２】
続く、ｐ型コンタクト層１２０、ｐ型クラッド層１１０及びｐ型光ガイド層１００の途中から上の領域にリッジ構造を形成する工程、ｐ型コンタクト層１２０の上端面を除く窒化物半導体層２０の上端面に絶縁性の保護膜１６０を形成する工程、ｐ型コンタクト層１２０の上端面に接触するようにｐ側電極１３０を形成する工程、下地層５０の途中まで露出した窒化物半導体層２０の側面に絶縁性の保護膜１７０を形成する工程、ｐ側電極１３０の上にｐ側パッド電極１４０を形成する工程、及び基板１０の裏面１０ｂ側にｎ側電極１５０を形成する工程は、第１実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１３３】
そして、熱処理による電極の合金化などの処理を行った後、第１凹部１１及び第１丘部１２の中間領域１２ａに沿って、四角形または多角形のチップに分割及び／又は劈開して、分割又は劈開面の共振器４２部分の端面に反射膜（図示せず）を形成して窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２が得られる。
【０１３４】
なお、第３実施形態では、基板１０に配設された第１凹部１１に挟まれた一つの第１丘部１２に、二つの窒化物半導体発光素子１Ｂ１、１Ｂ２を形成することとしたが、これに限定されるものではなく、第１凹部１１に挟まれた一つの第１丘部１２に、三つ以上の窒化物半導体発光素子を形成することもできる。
また、基板１０に形成する第２凹部１３は溝状、すなわち帯状の開口を有する凹部に限定されるものではなく、第２凹部１３に替えて、第２実施形態における正六角形などの開口を有する第２凹部１３Ａを形成するようにしてもよい。
【０１３５】
＜第４実施形態＞
次に、図９を参照（適宜図１参照）して、本発明における第４実施形態の窒化物半導体発光素子１Ｃの構成について説明する。第１実施形態乃至第３実施形態の窒化物半導体発光素子１、１Ｂ１、１Ｂ２などはレーザ素子の構成としたが、第４実施形態の窒化物半導体発光素子１ＣはＬＥＤ（発光ダイオード）素子の構成である。
【０１３６】
＜構成＞
図９に示す第４実施形態の窒化物半導体発光素子１Ｃは、窒化物半導体からなる基板１０の表面１０ａ上に第１半導体層３０Ｃ及び第２半導体層４０Ｃからなる窒化物半導体層２０Ｃが積層されている。第１半導体層３０Ｃは、下地層（第１のｎ型半導体層）５０Ｃ及びｎ型コンタクト層（第２のｎ型半導体層）１８０からなり、第２半導体層４０Ｃは、活性層８０及びｐ型半導体層１９０からなる。
【０１３７】
窒化物半導体層２０Ｃの上端面（ｐ型半導体層１９０の上端面）はｐ側電極１３０Ｃとオーミック接触しており、更にｐ側電極１３０Ｃはｐ側パッド電極１４０Ｃと電気的に接続されている。また、窒化物半導体層２０Ｃの上端面の一部に凹部２１が設けられ、この凹部２１の底面はｎ型コンタクト層１８０の露出面１８０ａである。そして、このｎ型コンタクト層１８０の露出面１８０ａ上に、ｎ側電極１５０Ｃが設けられ、ｎ側電極１５０Ｃとｎ型コンタクト層１８０とがオーミック接触している。
【０１３８】
次に、各部の構成について説明する。
第４実施形態における基板１０は、第１実施形態乃至第３実施形態の基板１０と同様のものを用いることができる。図９に示した第４実施形態における基板１０は、第３実施形態における基板１０と同様に、第１凹部１１及び第１丘部１２の中間領域１２ａ（図８参照）に沿って分割されたものである。
【０１３９】
第１半導体層３０Ｃは、下地層５０Ｃとｎ型コンタクト層１８０とから構成されるｎ型半導体層である。
【０１４０】
第４実施形態においては、下地層５０Ｃにおいて、第２凹部１３が埋め込まれており、第１丘部１２の上方領域における下地層５０Ｃの上端面は平坦化されている。下地層５０Ｃとしては、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）が一例として挙げられる。この下地層５０は、ｎ型コンタクト層１８０と兼用するようにしてもよい。
【０１４１】
ｎ型コンタクト層１８０は、オーミック接触するｎ側電極１５０Ｃから電力の供給を受け、電子を活性層８０に注入する層である。
ｎ型コンタクト層１８０は、例えば、ｎ型不純物としてＳｉがドープされたＧａＮや、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型コンタクト層とｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層とをこの順に積層した２層構造とすることができる。また、２層構造とする場合のｎ型クラッド層として、図４に示した第１実施形態におけるｎ型クラッド層６０と同様の材料を用いて構成とすることもできる。
【０１４２】
また、ｎ型コンタクト層１８０は、下地層５０Ｃと兼用するようにしてもよい。この場合は、ｎ型コンタクト層１８０において第２凹部１３が埋め込まれ、第１丘部１２の上方領域におけるその上端面、すなわち第１半導体層３０Ｃの上端面において、平坦となるようにすればよい。
【０１４３】
活性層８０は、ｎ型コンタクト層１８０から注入された電子と、ｐ型半導体層１９０から注入されたホールとが再結合して光を生成する層である。活性層８０は、第２凹部１３が埋め込まれ平坦となった第１半導体層３０Ｃの上に積層される。このため、活性層８０の面内における発光強度のムラが低減される。
活性層８０は、第１実施形態における活性層８０と同様の構成とすることができるため、詳細な説明は省略する。
【０１４４】
ｐ型半導体層１９０は、上端面がｐ側電極１３０Ｃとオーミック接触し、ｐ側電極１３０Ｃから電力の供給を受け、ホールを活性層８０に注入する層である。
ｐ型半導体層１９０は、例えば、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＮや、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層とＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型コンタクト層とをこの順に積層した２層構造とすることができる。また、２層構造とする場合のｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層として、図４に示した第１実施形態におけるｐ型クラッド層１１０及びｐ型コンタクト層１２０と同様の材料を用いて構成することもできる。
【０１４５】
ｐ側電極１３０Ｃは、窒化物半導体層２０Ｃに電力を供給するための正極である。ｐ側電極１３０Ｃは、ｐ型半導体層１９０の上端面のほぼ全領域とオーミック接触する透光性の全面電極であり、ｐ側電極１３０Ｃの上端面の一部に設けられたｐ側パッド電極１４０Ｃと電気的に接続されている。
【０１４６】
第４実施形態の窒化物半導体発光素子１Ｃは、電極配置面側からも光を取り出す構成であるため、ｐ側電極１３０Ｃが、活性層８０から放出される光の波長において透光性を有することが好ましい。このような透光性と導電性とを兼ね備えた材料として、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ、ｐ型半導体層１９０側から順にＮｉ、Ａｕを積層した金属薄膜、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属又はこれらの合金の薄膜などを用いることができる。
ｐ側電極１３０Ｃは、前記した材料を、例えば、スパッタ法や蒸着法などによって積層して形成することができる。
【０１４７】
ｐ側パッド電極１４０Ｃは、ｐ側電極１３０Ｃの上端面の一部に設けられ、外部電源（図示せず）とＡｕワイヤ（図示せず）などで接続され、ｐ側電極１３０Ｃに電力を供給するための電極パッドである。
ｐ側パッド電極１４０Ｃは、図４に示した第１実施形態におけるｐ側パッド電極１４０と同様の材料を用いて構成することができる。
【０１４８】
ｎ側電極１５０Ｃは、窒化物半導体層２０Ｃに電力を供給するための負極である。ｎ側電極１５０Ｃは、ｎ型コンタクト層１８０の露出面１８０ａ上に形成され、ｎ型コンタクト層１８０とオーミック接触している。
ｎ側電極１５０Ｃは、図４に示した第１実施形態におけるｎ側電極１５０と同様の材料を用いて構成することができる。
【０１４９】
また、図４に示した第１実施形態における窒化物半導体発光素子１のように、窒化物半導体発光素子１Ｃの、ｐ側パッド電極１４０Ｃ及びｎ側電極１５０Ｃを除く上端面及び側面を絶縁性の保護膜で被覆するようにしてもよい。
【０１５０】
その他、窒化物半導体発光素子１Ｃの構成は、少なくとも、活性層８０が積層される第１半導体層３０Ｃの上端面において、第２凹部１３が埋め込まれて平坦化されていればよく、窒化物半導体層２０Ｃの層構成や電極の配置など、他の発光ダイオード素子構成としてもよい。
【０１５１】
＜動作＞
次に、図９を参照して、本発明の第４実施形態における窒化物半導体発光素子（窒化物半導体発光ダイオード素子）１Ｃの動作について説明する。
【０１５２】
ｐ側電極１３０Ｃ（ｐ側パッド電極１４０Ｃ）を正極、ｎ側電極１５０Ｃを負極として、窒化物半導体層２０Ｃに順方向に電圧を印加することにより、ｎ型コンタクト層１８０から電子が活性層８０に注入されるとともに、ｐ型半導体層１９０からホールが活性層８０に注入される。活性層８０では、注入された電子とホールとが再結合し、光を生成する。
【０１５３】
活性層８０で生成された光は、窒化物半導体層２０Ｃ、透光性のｐ側電極１３０Ｃ及び基板１０を透過し、窒化物半導体発光素子１Ｃの外部に取り出される。
【０１５４】
＜製造方法＞
引き続き、図９を参照して、第４実施形態における窒化物半導体発光素子１Ｃの製造方法について説明する。
第４実施形態の窒化物半導体発光素子１Ｃの製造方法において、基板１０上に窒化物半導体の積層構造を形成するまでの製造工程は、前記した窒化物半導体層２０Ｃの各層を構成する材料を用いて、図６に示した第１実施形態と同様の製造工程とすることができる。
【０１５５】
このとき、第１半導体層３０Ｃは、第１凹部１１は平坦化せずに、第２凹部１３のみ平坦化するように成長させる。すなわち、第１凹部１１を平坦化せずに、第１凹部１１に対応する位置に凹部３１（図６参照）が形成されるようにする。また、第２半導体層４０Ｃは、第１半導体層３０Ｃの凹部３１（図６参照）に対応する位置に凹部４１（図６参照）が形成されるように成長させることが好ましい。
【０１５６】
次に、発光素子形成工程において、窒化物半導体層２０Ｃの上端面にスパッタ法などにより、ＩＴＯなどの透光性の導電材料からなるｐ側電極１３０Ｃを形成する。
【０１５７】
続いて、ｐ側電極１３０Ｃの層を含めて、窒化物半導体層２０Ｃに対して、第３実施形態と同様に、基板１０の第１凹部１１の上方領域に対応する領域及び第１丘部１２の中間領域１２ａ（図８参照）を、下地層５０Ｃの途中までエッチングする。また、窒化物半導体層２０Ｃに対して、ｎ側電極１５０Ｃを形成するために、窒化物半導体層２０Ｃの一部の領域をｎ型コンタクト層１８０が露出するまでエッチングする。
【０１５８】
次に、ｎ型コンタクト層１８０の露出面１８０ａ上にスパッタ法などにより金属材料からなるｎ側電極１５０Ｃを形成する。また、ｐ側電極１３０Ｃの一部にスパッタ法などにより金属材料からなるｐ側パッド電極１４０Ｃを形成する。
なお、ｐ側パッド電極１４０Ｃ及びｎ側電極１５０Ｃとして同じ材料を用いる場合は、これらは同じ工程で形成するようにしてもよい。
【０１５９】
そして、熱処理による電極の合金化などの処理を行った後、第１凹部１１及び第１丘部１２の中間領域１２ａ（図８参照）に沿って、一辺が１５０〜１０００μｍ程度の四角形または多角形のチップに分割及び／又は劈開して、窒化物半導体発光素子１Ｃが得られる。
【実施例】
【０１６０】
次に、本発明の効果を確認するための実施例及び比較例について適宜図１及び図４を参照して説明する。
（実施例１）
本実施例では、図１に示した基板１０を用い、図４に示した構成の窒化物半導体層２０を基板１０上に積層した積層構造体を以下の方法で作製する。
基板１０として、Ｃ面を主面（表面１０ａ）とし、高転位密度領域１０Ｈと低転位密度領域１０Ｌとを交互に縞状に有するＧａＮ基板を用いる。
【０１６１】
まず、基板１０の表面１０ａに第１凹部１１を形成する。そして第１丘部１２に相当する低転位密度領域１０Ｌ上に、ＳｉＯ２からなるマスクをパターン形成する。このとき、高転位密度領域１０Ｈを含む領域がマスクの開口部とする。その後、Ｃｌ２ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりエッチングを行い、幅Ｗ２が６０μｍであり、深さＤ１が２．４μｍである第１凹部１１を形成する。次に、第１凹部１１の底面及び低転位密度領域１０Ｌである第１丘部１２の表面に、第１凹部１１よりも小さい第２凹部１３を第１凹部１１と同様の方法で形成する。第２凹部１３の幅Ｗ５は３μｍであり、隣接する第２凹部１３同士の間隔である第２丘部１４の幅Ｗ４は３μｍである。深さＤ２は０．４μｍとする。第１凹部１１、第２凹部１３ともに、開口がＭ面と垂直になる方向に延伸する溝を縞状に配設して形成する。すなわち、縞状に配設された第１凹部１１及び第２凹部１３の壁面にはＡ面が露出しており、Ｍ面が露出しないように形成される。また、第１凹部１１及び第２凹部１３の底面にはＣ面が露出している。このような第１凹部１１及び第２凹部１３が形成された基板１０を、ＭＯＣＶＤ装置に搬送し、窒化物半導体層２０を形成する。
【０１６２】
まず、基板１０上に第１のｎ型半導体層として、Ｓｉ含有のＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる下地層５０を膜厚２．０μｍに成長させる。
【０１６３】
下地層５０上に第２のｎ型半導体層として、Ｓｉ含有のＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるクラック防止層（図示せず）を膜厚０．１５μｍに成長させる。
【０１６４】
クラック防止層（図示せず）上に第３のｎ型半導体層として、Ｓｉ含有のＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎからなるｎ型クラッド層６０を膜厚１．０μｍに成長させる。
【０１６５】
次に、ｎ型クラッド層６０上に第４のｎ型半導体層として、アンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｎ型光ガイド層７０を０．１４μｍの膜厚に成長させる。
【０１６６】
ｎ型光ガイド層７０上に３層構造の活性層８０を形成する。活性層８０は、まず、Ｓｉ含有のＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎよりなる障壁層を１０５Åの膜厚に成長させる。続いて、アンドープのＧａＮよりなる井戸層を１７５Åの膜厚に成長させる。最後にアンドープのＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎよりなる障壁層を７５Åの膜厚に成長させて層膜厚３５５Åの単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の活性層８０を形成する。
【０１６７】
活性層８０上に第１のｐ型半導体層として、Ｍｇ含有のＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなるｐ型キャップ層９０を１３０Åの膜厚に成長させる。
【０１６８】
ｐ型キャップ層９０上に第２のｐ型半導体層として、アンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｐ型光ガイド層１００を０．１５μｍの膜厚に成長させる。
【０１６９】
ｐ型光ガイド層１００上に第３のｐ型半導体層として、ｐ型クラッド層１１０を形成する。ｐ型クラッド層１１０は、まず、アンドープのＡｌ０．１４Ｇａ０．８６ＮからなるＡ層を８０Åの膜厚に成長させ、その上にＭｇドープのＡｌ０．０６Ｇａ０．９４ＮからなるＢ層を８０Åの膜厚に成長させる。これを２８回繰り返して、Ａ層とＢ層とを交互に積層して、層膜厚０．４５μｍの多層膜（超格子構造）を形成して、ｐ型クラッド層１１０とする。
【０１７０】
最後に、ｐ型クラッド層１１０上に第４のｐ型半導体層として、ＭｇドープのＧａＮからなるｐ型コンタクト層１２０を１５０Åの膜厚に成長させる。
以上のようにして基板１０上に窒化物半導体層２０を成長させた積層構造体を形成する。
【０１７１】
（実施例２）
実施例２として、実施例１において、基板１０の替わりに図７に示した基板１０Ａを用いて窒化物半導体層２０の積層構造体を作製する。基板１０Ａの正六角形の開口を有する第２凹部１３Ａは、正六角形の一辺の長さを３μｍ、深さを０．４μｍとし、隣接する第２凹部１３Ａ同士の間隔を２μｍとする。
基板１０Ａの第２凹部１３Ａの形状の違い以外は、実施例１と同様にして作製する。
【０１７２】
（比較例１）
比較例１として、実施例１において、基板１０の替わりに、第２凹部１３を形成しない従来技術における基板を用いて窒化物半導体層２０の積層構造体を作製する。基板の違い以外は、実施例１と同様にして作製する。
【０１７３】
（実験結果）
前記した実施例及び比較例の積層構造体について、窒化物半導体層２０を光学顕微鏡で観察して、縦２０ｍｍ×横５００μｍの範囲におけるクラック数を計数した結果を以下に示す。但し、クラック数は、従来技術である比較例１の場合を基準にした百分率で示す。
実施例１    ６２％
実施例２    ７７％
比較例１  １００％
【０１７４】
実験結果に示したように、従来技術である比較例１に比べて、実施例１及び実施例２では、クラックの発生が抑制されている。
また、実施例１及び実施例２の積層構造体を用いて窒化物半導体発光素子（窒化物半導体レーザ素子）を作製することにより、信頼性のよい装置とすることができる。
【０１７５】
（実施例３）
また、図９に示した第４実施形態における実施例として、窒化物半導体発光素子（窒化物半導体発光ダイオード素子）を作製する。
【０１７６】
実施例３において、基板１０として、転位欠陥が集中した高転位密度領域を有さない、低転位密度の窒化物半導体からなるＡｌＮ基板を用いる。まず、実施例１と同様にして作製した基板１０の表面１０ａ上に、第１のｎ型半導体層として、アンドープのＧａＮからなる膜厚４μｍの下地層５０Ｃを形成する。
次に、第２のｎ型半導体層として、Ｓｉ含有のＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる約２μｍの膜厚のｎ型コンタクト層１８０を形成する。
【０１７７】
次に、活性層８０として、ＳｉをドープしたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる障壁層と、アンドープのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる井戸層とを、第１障壁層／第１井戸層／第２障壁層／第２井戸層／第３障壁層／第３井戸層／第４障壁層／第４井戸層／第５障壁層／第５井戸層／第６障壁層の順に積層する。このとき、第１障壁層〜第５障壁層を２００Å、第６障壁層を４００Å、第１井戸層〜第５井戸層を１５０Åの膜厚で形成する。但し、第６障壁層のみアンドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎとする。
【０１７８】
また、ｐ型半導体層１９０を３層構造とし、活性層８０上に順次積層する。
まず、第１のｐ型半導体層として、ＭｇドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる膜厚２２０Åのｐ型クラッド層を形成する。
次に、第２のｐ型半導体層として、Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる膜厚０．１μｍの第１のｐ型コンタクト層を形成する。
そして、第３のｐ型半導体層として、ＭｇドープのＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる膜厚０．０２μｍの第２のｐ型コンタクト層を形成する。
以上のようにして、基板１０上に窒化物半導体層２０Ｃを成長させた積層構造体を形成する。その後、ｐ側電極１３０Ｃの層を含む窒化物半導体の積層構造体の一部をエッチングして、ｎ型コンタクト層１８０を露出させる。
【０１７９】
第２のｐ型コンタクト層上には、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｐｔを材料とするｐ側電極１３０Ｃを形成する。
そして、ｐ側電極１３０Ｃ上及びｎ型コンタクト層１８０の露出面１８０ａ上に、それぞれｐ側パッド電極１４０Ｃ及びｎ側電極１５０Ｃを、金属材料で形成する。
【０１８０】
また、ｐ側パッド電極１４０Ｃ及びｎ側電極１５０Ｃ以外の窒化物半導体発光素子１Ｃの露出面にＳｉＯ２からなる絶縁性の保護膜を形成する。
【０１８１】
その後、ダイシングにより素子を分割して、サイズが約１ｍｍ×約１ｍｍの窒化物半導体発光素子１Ｃとする。
【０１８２】
実施例３に示したように、第１凹部１１及び第２凹部１３を配設した基板１０を用いて発光ダイオード素子構成の窒化物半導体発光素子１Ｃを作製することにより、信頼性のよい装置とすることができる。
【０１８３】
以上説明したように、本発明によれば、窒化物半導体基板に第２凹部を設けることにより、第１凹部のみ設けた場合に比べ、基板上に積層される窒化物半導体層におけるエッジグロースの発生が低減されるとともに、基板から窒化物半導体層にかかる応力が緩和される。このため、クラックの発生が低減できるとともに加工精度が向上し、安定して動作する窒化物半導体発光素子を作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、光ディスク用光源、ディスプレイ用光源、露光用光源などとして利用することができる。
また、本発明の窒化物半導体発光素子の実施形態の一つである窒化物半導体レーザ素子としては、端面で帰還させるファブリ・ペロ共振器を有するもの以外に、内部に回折格子を設けて帰還させるＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を有するものに適用することができる。
【０１８５】
１、１Ｂ１、１Ｂ２、１Ｃ  窒化物半導体発光素子
１０、１０Ａ  基板
１０Ｈ  高転位密度領域
１０Ｌ  低転位密度領域
１２    第１丘部（凸部）
１３、１３Ａ  第２凹部
１４、１４Ａ  第２丘部
２０、２０Ｃ  窒化物半導体層
３０、３０Ｃ  第１半導体層
３０ａ  上端面
３１    凹部
４０、４０Ｃ  第２半導体層
４０ａ  上端面
４１    凹部
４２    共振器
５０、５０Ｃ  下地層
６０    ｎ型クラッド層
７０    ｎ型光ガイド層
８０    活性層
９０    ｐ型キャップ層
１００  ｐ型光ガイド層
１１０  ｐ型クラッド層
１２０  ｐ型コンタクト層
１３０、１３０Ｃ  ｐ側電極
１４０、１４０Ｃ  ｐ側パッド電極
１５０、１５０Ｃ  ｎ側電極
１６０  保護膜
１７０  保護膜
１８０  ｎ型コンタクト層
１９０  ｐ型半導体層
【図１】
2011091251.tif 000003
【図２】
2011091251.tif 000004
【図３】
2011091251.tif 000005
【図４】
2011091251.tif 000006
【図５】
2011091251.tif 000007
【図６】
2011091251.tif 000008
【図７】
2011091251.tif 000009
【図８】
2011091251.tif 000010
【図９】
2011091251.tif 000011
【図１０】
2011091251.tif 000012