(57)【要約】【課題】  結晶欠陥の少ない領域と多い領域とを有する窒化物半導体基板を用いた場合においても、直線的な劈開により平坦性に優れた共振器面が得られ、安定な動作を維持し得る信頼性の高いレーザ素子を提供することを目的とする。【解決手段】  窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層とを備え、該窒化物半導体層にストライプ状の光導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子であって、前記窒化物半導体基板は、表面に２以上の異なる面方位を有する下層基板と、該下層基板の面方位と周期が異なる面方位を有する上層基板とが積層されてなり、前記下層基板と前記上層基板との界面に、層成長抑止領域を有し、前記光導波路領域は、前記層成長抑止領域の上方に形成されてなる窒化物半導体レーザ素子。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層とを備え、該窒化物半導体層にストライプ状の光導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板は、表面に２以上の異なる面方位を有する下層基板と、該下層基板の面方位と周期が異なる面方位を有する上層基板とが積層されてなり、
前記下層基板と前記上層基板との界面に、層成長抑止領域を有し、
前記光導波路領域は、前記層成長抑止領域の上方に形成されてなる窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
下地基板は、２以上の異なる面方位を周期的に有し、少なくとも１つの面方位が高転位密度領域である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層とを備え、該窒化物半導体層にストライプ状の光導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板は、他の領域よりも結晶欠陥の多い高転位密度領域及び、該高転位密度領域よりも結晶欠陥の少ない低転位密度領域とを有する下層基板と、該下層基板とは異なる周期で高密度欠陥領域及び低密度欠陥領域を有する下層基板とが積層されてなり、
前記下層基板と前記上層基板との界面に、層成長抑止領域を有し、
前記光導波路領域は、前記層成長抑止領域の上方に形成されてなる窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
層成長抑止領域は、下層基板上に形成された空洞からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
層成長抑制領域は、下層基板上に設けられた凹部からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
層成長抑止領域は、ストライプ状の成長抑止膜からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
下地基板は、高転位密度領域と低転位密度領域とが、周期的に設けられている請求項３〜６のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
下層基板が、ルミネッセンス領域を有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
窒化物半導体基板が、２種以上のｎ型不純物を含む請求項１〜８のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
窒化物半導体基板とｎ型半導体層とが異なるｎ型不純物を含有する請求項１〜９のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関し、より詳細には、劈開面を共振器面として形成されてなる半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体発光素子として、窒化物半導体、特にＧａＮ系半導体を利用して、緑色や青色等の広範囲の発光素子が研究されている。これら窒化物半導体は、通常、成長基板としてサファイア基板上に成長させるが、サファイアは窒化物半導体との格子不整が１３％以上ある。このため、サファイア基板上に成長した窒化物半導体は、格子欠陥が非常に多い。結晶欠陥が多い基板は、レーザ素子には不向きであり、実用化が困難である。また、サファイアは、六方晶系という結晶の性質上、劈開性を有していない。
【０００３】
そこで、窒化物半導体と格子整合する窒化物半導体による基板を作製する試みがなされている（例えば、特許文献１等）。
この窒化物半導体基板は、ＧａＮ単結晶を成長させる際に、気相成長の成長表面が平面状態でなく、三次元的なファセット構造を維持しながら、ファセット構造を埋め込まないでＧａＮ結晶を成長させることにより、転位を低減させている。
【特許文献１】特開２００１−１０２３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような方法によって得られた基板では、ファセット面の境界部分に欠陥が集中し、基板の面内方向において、例えばストライプ状に、結晶欠陥の非常に少ない領域と、結晶欠陥が集中する領域とが並存する。
従って、この基板を用いて、その上に窒化物半導体層を積層させ、結晶欠陥のストライプ方向に沿って光導波路を形成し、ストライプに対して垂直に自然劈開させて共振器面を作製する際に、結晶欠陥の多い領域と少ない領域との界面で結晶が不連続となっているために、直線的に劈開することができないという問題があった。
【０００５】
また、自然劈開による上述した問題を避けるために基板側全面にスクライブを行って、このスクライブに沿って、積層した半導体層を劈開する場合には、共振器面となる劈開面にまでスクライブに起因する微細な縦筋が入り、レーザの信頼性を損ねるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、結晶欠陥の少ない低密度欠陥領域と、この低密度欠陥領域よりも結晶欠陥の多い高密度欠陥領域とを有する窒化物半導体基板を用いた場合においても、平坦性に優れた共振器面が得られ、安定な動作を維持し得る信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子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】
【０００７】
本発明の第１の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層とを備え、該窒化物半導体層にストライプ状の光導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板は、表面に２以上の異なる面方位を有する下層基板と、該下層基板の面方位と周期が異なる面方位を有する上層基板とが積層されてなり、
前記下層基板と前記上層基板との界面に、層成長抑止領域を有し、
前記光導波路領域は、前記層成長抑止領域の上方に形成されてなることを特徴とする。
【０００８】
この窒化物半導体レーザ素子においては、下地基板は、２以上の異なる面方位を周期的に有し、少なくとも１つの面方位が高転位密度領域であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第２の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層とを備え、該窒化物半導体層にストライプ状の光導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板は、他の領域よりも結晶欠陥の多い高転位密度領域及び、該高転位密度領域よりも結晶欠陥の少ない低転位密度領域とを有する下層基板と、該下層基板とは異なる周期で高密度欠陥領域及び低密度欠陥領域を有する下層基板とが積層されてなり、
前記下層基板と前記上層基板との界面に、層成長抑止領域を有し、
前記光導波路領域は、前記層成長抑止領域の上方に形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
さらに、上述した窒化物半導体レーザ素子においては、層成長抑止領域は、下層基板上に形成された空洞からなるか、層成長抑制領域は、下層基板上に設けられた凹部からなるか、あるいは層成長抑止領域は、ストライプ状の成長抑止膜からなることを特徴とする。
特に、第２の窒化物半導体レーザ素子では、下地基板は、高転位密度領域と低転位密度領域とが、周期的に設けられていることを特徴とする。
また、下層基板は、ルミネッセンス領域を有することを特徴とする。
さらに、窒化物半導体基板は、２種以上のｎ型不純物を含むことを特徴とする。
また、窒化物半導体基板とｎ型半導体層とが異なるｎ型不純物を含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子によれば、表面に２以上の異なる面方位を有する下層基板上に、この下層基板の面方位とは異なる面方位を有する上層基板が積層されているために、あるいは、他の領域よりも結晶欠陥の多い高転位密度領域及び高転位密度領域よりも結晶欠陥の少ない低転位密度領域とを有する下層基板と、この下層基板とは異なる周期で高密度欠陥領域及び低密度欠陥領域を有する上層基板とが積層されているために、導波路領域近傍の端面において非常に平坦な劈開面による共振器面を得ることができ、レーザ素子の安定性及び信頼性を向上させることができる。つまり、窒化物半導体の自然劈開によって半導体レーザ素子の共振器面を作製する場合、通常、窒化物半導体基板表面での異なる面方位の配列、あるいは異なる転位密度領域又は欠陥密度領域の配列により、その界面において、これらの結晶性の反転に起因すると見られる非直線的な割れやうねり等が発生する。しかし、下層基板上に、面方位の違いによる結晶性の反転を相殺する上層基板、つまり窒化物半導体層が積層されることにより、このような非直線的な割れやうねりが、この上層基板によって吸収されることとなり、下層基板よりも上において、光導波路領域の端面を、縦すじのない平坦な劈開面とすることができる。
【００１２】
特に、下層基板において、２以上の異なる面方位が周期的に配列してなる場合には、上層基板表面の低密度欠陥領域と高密度欠陥領域との間隔を制御することができるため、光導波路を適所に配置することが可能となり、高寿命の窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
また、上層基板表面の高密度欠陥領域と低密度欠陥領域とが配列され、かつ、該高密度欠陥領域と低密度欠陥領域との周期と、下層基板において２以上の異なる面方位の周期とが異なって配列している場合には、下層基板表面の面方位に支配されることなく、上層基板表面においては、任意の周期で高密度欠陥領域と低密度欠陥領域とを配列させることができ、これらの結晶欠陥に起因する窒化物半導体レーザ素子の寿命や特性の低下を防止することができる。
【００１３】
高転位密度領域と低転位密度領域とが、周期的に配列されている場合、その周期に対応して面方位の異なる領域が設けられる。すなわち、異なる面方位のうち、例えば（０００１）面として形成されている領域が低転位密度領域となり、（０００−１面）として形成されている領域が高転位密度領域となるようにすることができる。このように、転位密度の異なる領域が周期的に配列され、且つ、それらが一定の面積（領域）を有することで結晶の面方位を確保できる場合には、面方位と転位密度との間、特に高転位密度領域とそれ以外の転位密度領域（中転位密度領域、低転位密度領域）との間に、相関性をもって配置させることができる。また、転位密度が、結晶の面方位を確保できる程度以下の面積で周期的又はランダムに配置される場合は、面方位は、例えば（０００１）面だけが現れるようになる。この場合、より安定な面方位として現れやすいが、結晶の成長方法や成長条件又は組成等によって任意に選択することも可能である。上層基板として窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる場合は、（０００１）面が安定して成長できる。
【００１４】
さらに、窒化物半導体基板内に配置される層成長抑止領域が空洞、凹凸、ストライプ状の成長抑止膜によって形成されている場合には、光導波路に対して垂直に自然劈開させて共振器面を作製する際に、基板側からの非直線的な割れやうねり、基板側からの縦筋が、これら空洞等によって確実に吸収されるため、上述した効果をより顕著に発揮させることができる。さらに、凹凸やストライプ状の成長抑止膜によって、下層基板表面の結晶性の反転を解消することができ、上述した効果をより確実に発揮させることができる。
【００１５】
また、下層基板がルミネッセンス領域を有する場合には、下層基板において欠陥密度の非常に低い領域を確保することができることとなり、その上に積層される窒化物半導体層、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層等において欠陥密度を抑えることができ、より寿命の長い窒化物半導体レーザ素子を得ることが可能となる。
さらに、窒化物半導体基板が、２種以上のｎ型不純物を含む場合、窒化物半導体基板とｎ型半導体層とが異なるｎ型不純物を含有する場合には、各層の不純物濃度を制御しやすくなり、高寿命で高品質、高信頼性を有する窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板と、この上に積層されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体からなる窒化物半導体層とを備えて構成される。
本発明において、窒化物半導体基板とは、窒化物半導体レーザ素子として機能する窒化物半導体の積層構造を形成するための基板を意味し、例えば、下層基板上に、任意に単数又は複数層のバッファ層、任意に成長抑止膜、任意に空洞、バッファ層又は下地層等からなる上層基板が形成されているものが挙げられる。この窒化物半導体基板の膜厚、つまり、これら下層基板、任意にバッファ層、任意に成長抑止膜、任意に空洞等の上層基板が積層されて構成される基板の総膜厚は、自由に設定することができ、例えば、５０〜１０００μｍ程度が挙げられる。
【００１７】
ここで、窒化物半導体基板は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＢＧａＩｎＮ等の窒化物半導体からなる基板が挙げられる。つまり、下層基板及び上層基板のいずれもが、上述した窒化物半導体からなることが好ましいが、下層基板及び上層基板の双方が必ずしも同じ窒化物半導体でなくてもよい。なかでも、双方ともＧａＮからなることが好ましい。なお、この窒化物半導体基板には、ｎ型又はｐ型の不純物がドーピングされていてもよい。不純物としては、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ及びＢｅ等が挙げられる。なかでも、２種類以上の不純物が含まれていることが好ましい。この場合、厚み方向で異なる不純物が含有されていてもよいし、混在するように含有されていてもよい。具体的には、下層基板と上層基板とで異なる不純物が含まれているものが挙げられる。また、その濃度は、特に限定されるものではなく、例えば、５×１０15／ｃｍ3〜５×１０21／ｃｍ3程度が適当である。
【００１８】
本発明の窒化物半導体基板を得るために、下層基板として、窒化物半導体基板として市販されているものを利用してもよいし、異種基板（例えば、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＮｄＧａＯ3等）上にＧａＮ層等の窒化物半導体を積層させて得たもの（例えば、特開平１１−２３８９４５号公報等に記載の窒化物半導体基板）を利用してもよいし、サファイア等の異種基板上にＧａＮ層等の窒化物半導体を積層させた後にサファイア等を除去したもの（例えば、特開２００１−１０２３０７号公報、特開平１１−４０４８号公報、Jpn. J. Appl. Phys. vol.39 (2000) p647-650等に記載の基板）等を利用してもよい。
【００１９】
下層基板は、結晶欠陥が、例えば、１×１０7ｃｍ-2程度以下、好ましくは１×１０6ｃｍ-2程度と少ないか、このような少ない領域を有しているものが適当である。例えば、上述した従来の三次元的なファセット構造を維持しながら、ファセット構造を埋め込まないでＧａＮ結晶を成長させる方法では、その表面に結晶欠陥の少ない低転位密度領域と、この低転位密度領域よりも結晶欠陥の多い高転位密度領域とを有し、さらに、これら低転位密度領域と高転位密度領域との間に、これら領域の間の量の結晶欠陥を有する中転位密度領域を有する基板が得られる。これらの領域は、高転位密度領域とそれ以外の領域（例えば、中転位密度領域や低転位密度領域）との境界は、視覚的に比較的判りやすく形成されている。言い換えると、低転位密度領域と高転位密度領域とに相当する少なくとも２種の異なる面方位を有する基板が得られる。
【００２０】
ここで２種の異なる面方位を有するとは、異なる面方位を有していることを意味し、好ましくは、結晶が反転した状態、つまりＣ面（０００１）と−Ｃ面（０００−１）等の状態である。また、２種のみならず、さらに、中転位密度領域に相当する領域として、いずれかと同じ面方位を有する領域又はさらに異なる面方位を有する領域、あるいは特定の面方位とは必ずしもいえないが、特定の面方位が優勢な領域（例えば、特定の面方位から０．０１〜２°程度オフアングルを有している領域）が存在してもよい。このような低角度のオフアングルを有する面は、例えばＣ面から０．０１〜２°程度のオフアングルを有する面は実質的にＣ面と言える。これらの領域又は特定の面方位を有する領域は、ランダムに配置していてもよいし、部分的に周期をもって配置されていてもよいが、ほぼ全体にわたって周期的に配置されていることが好ましい。周期においては限定されないが、例えば、高転位密度領域又は−Ｃ面等が１０〜５０μｍ程度、特に３０〜４０μｍ程度の幅で、３００〜６００μｍ程度、例えば４００μｍ程度のピッチで配列されていることが適当である。また、低転位密度領域又はＣ面等（実質的なＣ面含む。）が１〜６００μｍ程度の幅で、３００〜６００μｍ程度、例えば４００μｍ程度のピッチで配列されていることが適当である。なお、低、中、高転位密度領域が周期的に配置されている場合であっても、必ずしもこれらの領域が一定の均一な幅で存在していなくてもよく、部分的に幅太、幅狭になっていてもよいし、分断されていてもよい。
【００２１】
下層基板の表面の面方位の差異は、不純物をドーピングする際に不純物の種類によってはこの不純物の分布においても差異が生じる。例えば、Ｃ面の一部の領域では不純物が入りにくく、それ以外のＣ面及び−Ｃ面の方が不純物が入りやすい。このため、両者の間において、不純物濃度の分布が異なり、ひいては、抵抗値にも差異が生じる。さらに、本発明の窒化物基板を用いて窒化物半導体レーザ素子を作製した場合には、活性層における発光に起因して、下層基板の低転位密度領域に相当する領域（ルミネッセンス領域）が発光する。従って、例えば、Ｃ面と−Ｃ面の場合では、Ｃ面のルミネッセンス領域において、発光が見られる。
【００２２】
窒化物半導体基板は、下層基板上に、バッファ層、下地層等の上層基板が積層されて構成され、上層基板の表面は、下層基板の面方位と周期が異なる面方位を有するか、あるいは、上層基板の表面に、結晶欠陥の少ない低密度欠陥領域と、この低密度欠陥領域よりも結晶欠陥の多い高密度欠陥領域とを有する。例えば、下層基板上に上層基板を成長させる際に、下層基板上に直接又はバッファ層等を介して、成長抑止膜が形成され、その上に、バッファ層、下地層等の上層基板が形成される。これにより、下層基板表面における２以上の異なる面方位に支配されることなく、例えば、下層基板における結晶の反転を解消して、上層基板表面においては、下層基板に対して、さらに低いレベルの結晶欠陥しか含まれない領域が形成されることとなる。なお、上層基板表面の異なる面方位は、周期的であることが好ましい。しかし、必ずしもこれらの面方位を有する領域が一定の均一な幅で存在していなくてもよく、部分的に幅太、幅狭になっていてもよいし、分断されていてもよい。
【００２３】
ここで使用される成長抑止膜としては、いわゆるＥＬＯＧ成長の際に使用される公知のマスク材料、例えば、非晶質又は多結晶であって、窒化物半導体層がその上に成長しにくいもの、具体的には、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2等が挙げられる。なかでも、ＳｉＯ2が好ましい。成長抑止膜は、種々のパターン形状、すなわちドット形状（円形、正方形、多角形等）、ストライプ形状、格子形状等のいずれの形状であってもよいが、ストライプ形状のものが好ましい。パターン形状は、規則的、例えば周期的なパターンであることが好ましい。成長抑止膜は、例えば、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ法等、公知の方法で形成することができ、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法によりパターニングすることができる。また、下層基板上にバッファ層が形成される場合、バッファ層としては、後述する窒化物半導体層と同様のもの、好ましくは、その上に形成される窒化物半導体層と同じ組成のものが挙げられる。バッファ層の膜厚は、例えば、０．０１〜５μｍ程度が挙げられる。
【００２４】
また、成長抑止膜を用いる代わりに、下層基板の表面に凹凸を形成し、その上にバッファ層、下地層等の上層基板が形成されてもよい。下層基板表面への凹凸の形成は、公知の方法、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により実現することができる。
【００２５】
なお、窒化物半導体基板の内部、つまり、下層基板と上層基板との界面には、空洞が形成されていてもよい。通常、上述した成長抑止膜の材料、幅（大きさ）及び厚さ、凹凸の周期及び深さ等を調整することにより、その上に成長させる上層基板を構成する半導体の横成長を制御することができ、これによって、成長抑止膜の上、凹部又は凸部の上に、空洞を形成することができる。成長抑止膜の幅、凹部又は凸部の幅は、例えば、２〜４００μｍ程度、好ましくは後述するストライプ状の光導波路領域の幅の２倍以上、下層基板の高転位密度領域よりも小さい幅で、成長抑止膜の厚さ又は凹凸の高さは、例えば、０．１〜２μｍ程度が挙げられる。空洞の大きさは特に限定されることなく、後述するストライプ状の光導波路領域の幅の２倍以上であることが好ましい。具体的には、３μｍ以上の幅、好ましくは１０μｍ以上の幅が挙げられる。また、その高さは、例えば、３μｍ程度以下、好ましくは０．１〜２μｍ程度が挙げられる。言い換えると、成長抑止膜（成長抑止領域）は、その上に形成される窒化物半導体レーザ素子の光導波路領域の位置に対応させて形成することが好ましく、窒化物半導体基板の下層基板表面における面方位、転位密度等にかかわらず、任意の幅、大きさ、形状等で形成することができる。つまり、下層基板の低転位密度領域をほぼ完全に被覆する、高転位密度領域をほぼ完全に被覆する又は中転位密度領域をほぼ完全に被覆するように形成することは要せず、例えば、それらの領域よりも小さい幅、形状等で形成することが適当である。
【００２６】
空洞には、何も詰まっていないことが好ましいが、バッファ層、下地層等が形成される際に、多少のこれら層を構成する材料が埋まってもよい。これらは、空洞上においては、結晶性が良好な強固な層とならず、疎な多結晶、非晶質な層となり、基板側からの劈開を中断させることができるからである。空洞は、窒化物半導体基板側から、積層されレーザ素子を構成する窒化物半導体層を劈開する際に、下層基板の裏面に形成されたスクライブラインからの縦すじが、光導波路領域にまで到達するのを抑制することができる。すなわち、上層基板と下層基板との間に設けられる層成長抑止領域（空洞、凹部又は成長抑止膜等）によって、結晶の縦方向への直線的な連続性を阻害するため、縦すじが延長することも抑制することができる。さらに、下層基板に比して転位密度の高低差を小さくして、面内における結晶の面方位及び転位密度分布の不均一を緩和していることで、劈開性を向上させることができる。
【００２７】
成長抑止膜又は凹凸が形成された下層基板上に形成されるバッファ層及び／又は下地層等の上層基板は、それらの作用、機能等が明確に区別される層である必要はなく、下層基板表面の転位密度の状態、面方位等を引き継がない、これとは異なるレベルの結晶欠陥しか存在しない窒化物半導体基板表面を得るために成長される層（基板）である。なお、下層基板上に形成される上層基板の膜厚は、例えば、３μｍ程度以上、好ましくは５〜２０μｍ程度が挙げられる。
本発明の窒化物半導体基板では、成長抑止膜又は凹凸を含む下層基板上に、上層基板が形成されると、成長抑止膜の上又は凹部の上で、任意に空洞が形成され、横方向成長がぶつかった面が形成され、その面であって、最終的に得られる窒化物半導体基板の表面に、結晶欠陥が高密度に分布されることとなる。つまり、成長抑止膜又は凹部の中央付近に高密度欠陥領域が配置されることになる。そして、この高密度欠陥領域以外の領域、例えば、成長抑止膜又は凹部の端部付近、成長抑止膜が形成されていない領域、凸部が形成された領域においては、この領域よりも結晶欠陥密度が低い領域が配置される。
【００２８】
このように、下層基板上に、任意にバッファ層、任意に成長抑止膜、任意に空洞等の上層基板が形成された窒化物半導体基板は、低密度欠陥領域として、例えば、欠陥密度が１×１０4〜１×１０7ｃｍ-2程度又はそれよりも欠陥密度が低い領域が、さらに高密度欠陥領域として、例えば、欠陥密度が１×１０7〜１×１０9ｃｍ-2程度又はそれよりも欠陥密度が低い領域が、少なくともその表面に形成されることとなる。
このような窒化物半導体基板の上には、種々の組成及び膜厚の窒化物半導体層が積層されることにより、窒化物半導体レーザを構成する。
具体的には、上述した窒化物半導体基板上に、ｎ型又はｐ型の半導体層、活性層、ｐ型又はｎ型の半導体層が積層され、ｎ型及びｐ型の半導体層に接続された電極が形成されて、窒化物半導体レーザが構成される。
窒化物半導体基板上に、例えば、ｎ型半導体層が形成される。ｎ型半導体層として、任意に、まず、ｎ型コンタクト層を成長させる。ｎ型コンタクト層としては、活性層のバンドギャップエネルギーより大きい組成であることが好ましく、ＡｌｊＧａ１−ｊＮ（０≦ｊ＜０．３）が一例として挙げられる。ｎ型コンタクト層の膜厚は特に限定されるものではないが、好ましくは１μｍ以上である。
【００２９】
次に、ｎ型クラッド層を成長させる。ｎ型クラッド層は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キャリアの閉じ込めのためのクラッド層としても機能させてもよい。
【００３０】
次に、同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を成長させる。ｎ型光ガイド層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る。例えば、０．１５μｍ程度が挙げられる。この層は、キャリアを活性層に閉じ込め、且つ、光は閉じ込めない層として設けられるもので、単層又は多層膜層（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。ただし、ｎ型光ガイド層は、活性層の組成や膜厚等によっては省略することもできる。
ｎ型半導体層上には、活性層が形成される。活性層は、単一（ＳＱＷ）又は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のいずれでもよい。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。活性層に用いられる半導体層は、ノンドープ、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、ノンドープ又はｎ型不純物ドープであることが好ましい。これにより発光素子を高出力化することができる。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ーである波長３６５ｎｍ付近、もしくはそれより短い波長を得ることができる。
【００３１】
井戸層の膜厚は、例えば、１〜３０ｎｍ程度が好ましい。特に、２ｎｍ以上では膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、２０ｎｍ以下では結晶欠陥の発生を抑制して結晶成長が可能となる。さらに、膜厚を３．５ｎｍ以上とすることで出力を向上させることができる。また、単一量子井戸構造では膜厚を５ｎｍ以上とすることで上記と同様に出力を向上させる効果が得られる。井戸層の数は特に限定されないが、４以上の場合には井戸層の膜厚を１０ｎｍ以下として活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層全体の膜厚が厚くなりＶｆの上昇を招くからである。多重量子井戸構造の場合、複数の井戸の内、好ましくは１０ｎｍ以下の範囲にある膜厚の井戸層を少なくとも１つ有すること、より好ましくは全ての井戸層を上記の１０ｎｍ以下とすることである。
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、高出力のデバイスでは、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、一部をノンドープとすることもできる。
【００３２】
活性層の上にはｐ型化合物半導体層が形成される。
例えば、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を成長させる。ｐ型光ガイド層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る。例えば、０．１５μｍ程度が挙げられる。このｐ型光ガイド層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型光ガイド層と同様に、単層又は多層膜層（超格子構造）で形成させることができる。さらに、ｐ型光ガイド層は、活性層の組成や膜厚等によっては省略することもできる。
【００３３】
次に、ｐ型クラッド層として、活性層のバンドギャップエネルギーより大きい組成であり、活性層へのキャリア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、ＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０≦ｋ＜１）が挙げられる。ｐ型クラッド層の膜厚は特に限定されないが、０．０１〜０．３μｍが好ましい。ｐ型クラッド層の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、上記のＡｌｋＧａ１−ｋＮと、それよりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層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ーの小さい層としては、ｎ型クラッド層の場合と同様に、ＩｎｌＧａ１−ｌＮ（０≦ｌ＜１）、ＡｌｍＧａ１−ｍＮ（０≦ｍ＜１、ｍ＞ｌ）が挙げられる。多層膜層を形成する各層の膜厚は、超格子構造の場合は、一層の膜厚が１００Å以下とすることが好ましい。また、ｐ型クラッド層がバンドギャップエネルギーの大きい層と、バンドギャップエネルギー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ーの大きい層及び小さい層の少なくともいずれか一方に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ーの大きい層及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。
【００３４】
次いで、ｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト層を形成する。ｐ型コンタクト層は、例えば、その一例として、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ＜１）が用いられる。特に、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ＜０．３）で構成することによりオーミック電極であるｐ電極と良好なオーミックコンタクトが可能となる。ｐ型不純物濃度は１×１０１７／ｃｍ３以上が好ましい。また、ｐ型コンタクト層は、ｐ型不純物濃度が高くなる濃度勾配及び／又はＡｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有することが好ましい。この場合、濃度勾配及び組成勾配は、連続的に変化させても、不連続に段階的に変化させてもよい。例えば、ｐ型コンタクト層を、オーミック電極と接し、ｐ型不純物濃度が高くＡｌ組成比の低い第１のｐ型コンタクト層と、ｐ型不純物濃度が低くＡｌ組成比の高い第２のｐ型コンタクト層とで構成することもできる。第１のｐ型コンタクト層によって良好なオーミック接触が得られ、第２のｐ型コンタクト層により自己吸収を防止することが可能となる。
【００３５】
なお、基板上に化合物半導体層を成長させた後、酸素及び／又は窒素を含む雰囲気中、４００℃以上で熱処理をすることが好ましい。これによりｐ型層に結合している水素が取り除かれ、ｐ型の導電性を示すｐ型の窒化物半導体層を形成することができる。
【００３６】
ｐ型半導体層には、例えば、クラッド層の途中、クラッド層と光ガイド層との界面、光ガイド層の途中等から上の領域がストライプ状のリッジとして構成されていることが好ましい。つまり、リッジ形状のストライプは、ｐ型コンタクト層からエッチングされてｐ型コンタクト層よりも下側（基板側）までエッチングされることにより形成される。例えば、ｐ型コンタクト層からｐ型クラッド層の途中までエッチングしてなるストライプ又はｐ型コンタクト層からｎ型コンタクト層までエッチングしてなるストライプなどが挙げられる。このような構成にすることにより、その下に存在する活性層を含む領域においてストライプ状の光導波路領域を形成することができる。ここで、光導波路領域とは、活性層と、任意にその上下に配置する、いわゆる光ガイド層とを含む領域を示す。光導波路領域の幅、長さ及び高さ等は、半導体層の組成、膜厚、得ようとする窒化物半導体レーザの特性等に応じて適宜設定することができる。例えば、エッチングして形成されるリッジ形状のストライプの幅としては、０．５〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍである。ストライプの幅がこの範囲であると、水平横モードが単一モードになり易く好ましい。また、エッチングがｐ型クラッド層とレーザ導波路領域との界面よりも基板側にかけてなされていると、アスペクト比を１に近づけるのに好ましい。
【００３７】
なお、ストライプ状のリッジは、窒化物半導体基板の下層基板表面における特定の面方位の位置にかかわらず、窒化物半導体基板表面の低密度欠陥領域の上方に形成されていることが必要である。ただし、必ずしも、リッジは、最も結晶欠陥密度が低い領域に形成されていなくてもよく、最も結晶欠陥密度が高い領域を避けた領域、つまり低密度欠陥領域に形成されていることが好ましい。結晶欠陥密度が非常に低い領域においては、窒化物半導体を構成する元素の結晶格子に不純物が混在する隙間がなく、ドーピングされにくく、抵抗が高くなる傾向があるからである。
【００３８】
リッジ形状のストライプを形成する際、素子構造を形成するための基板がＥＬＯＧ基板である場合、ＥＬＯＧ成長が保護膜を用いて行う場合は保護膜の上方部に、ＥＬＯＧ成長が凹凸を設けて行う場合は凹部上方部に、リッジ形状のストライプが形成されることが素子の信頼性の向上の点で好ましい。また、保護膜の中心部、凹部の中心部のそれぞれの上部を避けることが信頼性の点で好ましい。
【００３９】
エッチングして形成されたリッジ形状のストライプの側面やその側面に連続した窒化物半導体層の平面に、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮの内の少なくとも１種、さらに、レーザ導波路領域の屈折率より小さい値を有する絶縁膜が、単層又は積層膜として形成されていることが好ましい。具体的には、屈折率が約１．６〜２．３付近の値を有する、Ｓｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物や、ＢＮ、ＡｌＮ等が挙げられる。なかでもＺｒ及びＨｆの酸化物のいずれか１種以上の元素や、ＢＮがより好ましい。
【００４０】
これらの材料はフッ酸に対しても多少溶解する性質を有しているものもあるが、レーザ素子の絶縁層にすれば、埋め込み層としてＳｉＯ２よりもかなり信頼性が高くなる傾向にある。また、ＰＶＤ、ＣＶＤのような気相で成膜した酸化物系薄膜は、その元素と酸素とが当量反応した酸化物となりにくいので、酸化物系薄膜の絶縁性に対する信頼性が不十分となりにくい傾向にあるが、上述した元素のＰＶＤ、ＣＶＤによる酸化物、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮは、Ｓｉ酸化物よりも絶縁性に対して信頼性に優れている傾向にある。特に、この絶縁性を有する膜を、ｐ型層の表面の電極が形成されていない領域に設けることで、電極のマイグレーションの発生を効果的に抑えることができる。しかも、酸化物の屈折率を窒化物半導体よりも小さいもの（例えば、ＳｉＣ以外のもの）を選択すると、レーザ素子の埋め込み層として非常に都合がよい。
【００４１】
その後、ｐ型コンタクト層の表面にオーミック接触が得られるｐ電極を形成する。ｐ電極は、ｐ型化合物半導体層の表面にオーミック接触して素子内部、特に光導波路領域に電流を効率的に注入することができるような材料、膜厚、形状等で形成される。電極材料としては、通常、電極として使用されるものの全てを用いることができる。例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ等の金属又は合金、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの複合酸化物）、ＭｇＯ等の導電性酸化物膜の単層膜又は積層膜が挙げられる。ｐ電極の形成方法はＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法等が挙げられる。ｐ電極の膜厚は特に限定されるものではないが、例えば、５００Å程度以上とすることで、シート抵抗を低くすることができる。
【００４２】
通常、化合物半導体素子では、このオーミック用のｐ電極とは別に、例えば、ワイヤーボンディングにより接続するボンティング用のｐパッド電極を形成して、そのｐパッド電極をオーミック電極であるｐ電極と電気的に接続する。このｐパッド電極は、ｐ型層の上に設ける形態でもよく、メタル配線してｐ型層の外部、例えばｎ電極形成面に絶縁膜を介して設けてもよい。ｐパッド電極をｐ型層の上に形成する場合には、ｐパッド電極をｐ電極の一部が重なるように形成してもよいし、ｐ電極の上にｐパッド電極を形成してもよい。ｐパッド電極はワイヤ等と実装するための電極であるので、実装時に半導体素子を損傷しない程度の膜厚があれば特に限定されない。
ｐパッド電極は、例えば、ｐ電極と密着性が高いものを選択することが好ましい。例えば、上述したｐ電極における材料から選択して単層膜又は積層膜として形成することができる。
ｐ電極を構成するオーミック電極とパッド電極とは、例えば、Ｎｉ−Ａｕ系、Ｎｉ−Ａｕ−Ｐｔ系、Ｐｄ−Ｐｔ系、Ｎｉ−Ｐｔ系の電極材料によって形成することが好ましい。
【００４３】
また、ｎ型半導体層には、ｎ電極が、直接接触して又は間接的に、電気的に接続されるように形成されている。例えば、ｎ型コンタクト層の表面であって、ｐ電極と同じ面側に、あるいは窒化物半導体基板の裏面側（ｐ電極とは反対の面側）にｎ電極を形成する。ｎ電極としては、ｐ電極に使用されるものと同様のものが例示される。なかでも、Ｔｉ−Ａｌ系、Ｔｉ−Ｐｔ系、Ｖ−Ｐｔ系、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ系、Ｗ−Ａｌ−Ｗ系、Ｔｉ−Ｍｏ−Ｔｉ−Ｐｔ系等の電極材料を用いることが適当である。ｎ電極の膜厚は０．１〜１．５μｍが適当である。ｎ電極については、ボンディング用のパッド電極と、ｎ型層とオーミック接触するオーミック用の電極とをほぼ同一の形状として同時に形成することができる。また、オーミック電極とｎパッド電極とを重ねて積層してもよいし、オーミック用のｎ電極をｎパッド電極と異なる形状、異なる工程で積層して形成してもよい。
【００４４】
電極を窒化物半導体層に接続されるように形成した後、熱処理を行うことが好ましい。このような熱処理により電極を合金化することができるとともに、半導体層と良好なオーミック接触を得ることができる。また、半導体層と電極との接触抵抗を低下させることができる。熱処理温度としては、２００℃〜１２００℃の範囲が好ましい。また、雰囲気ガスを酸素及び／又は窒素を含有する雰囲気での熱処理が適当である。
【００４５】
また、本発明においては、窒化物半導体基板、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体基板等の中又は間などにおいて、半導体レーザ素子の機能を向上させるための層（例えば、反射膜、中間層等）を形成してもよい。
さらに、通常、半導体レーザ素子として用いられる素子は、一辺が１５０〜１０００μｍ程度の四角形又は多角形のチップに分割及び／又は劈開されて用いられる。本発明においては、上述したように、下層基板として表面に２以上の異なる面方位を有する基板、言い換えると、低転位密度領域と高転位密度領域、好ましくは、さらに中転位密度領域とを有する基板を用い、その上に、高密度欠陥領域と低密度欠陥領域とをその表面に有する窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板を用いて、素子構造を構成する半導体層を積層し、１チップごとに分割／劈開する。しかし、１チップを構成する場合には、その縮小化の要請から、必ずしも、下層基板及び窒化物半導体層の表面に、これらすべての領域が存在しない場合もあり得る。つまり、素子構造を構成する半導体層を、その機能を十分に発揮し得るサイズにした場合に、窒化物半導体基板の下層基板における高転位密度領域の一部又は全部、中又は低転位密度領域の一部が除去されて窒化物半導体レーザ素子にもはや存在しない場合もあり得る。
【００４６】
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の実施例を詳細に説明する。
実施例１
（下層基板の作製）
２インチ（１１１）ＧａＡｓ基板のａ面（１１１）の全面に膜厚０．１μｍのＳｉＯ２膜を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、ストライプ状の窓を形成した。窓は、４μｍピッチとした。
このＳｉＯ２膜を形成したＧａＡｓ基板を、約４００℃の低温に保ち、ＮＨ３分圧０．２ａｔｍ（２０ｋＰａ）、ＨＣｌ分圧２×１０−３ａｔｍ（０．２ｋＰａ）として約３０分間ＧａＮ膜を、約８００Åで堆積した。
次いで、ＧａＡｓ基板の温度を約１０００℃に上げて、ＮＨ３分圧０．４ａｔｍ（４０ｋＰａ）、ＨＣｌ分圧３×１０−２ａｔｍ（３ｋＰａ）とした。これにより、５００μｍ程度のＧａＮエピタキシャル層を形成した。
得られたＧａＡｓ基板を、スライサーによりスライス切断加工して、膜厚４００μｍ程度のＧａＮからなるウェハを作製し、これを下層基板とした。
【００４７】
この下層基板を顕微鏡により観察したところ、図１に示すように、非常に転位密度が高い転位束１０が、４００μｍ程度のピッチで現れていることが確認された。また、転位束１０と転位束１０との間に、その太さが均一ではないが、８０〜１００μｍ程度の幅の非常に転位密度が低い領域３０が認められた。これらの転位束１０と転位密度が低い領域３０とを、電子線回折及び／又はＸ線回折により分析したところ、面方位が反転している、つまり−Ｃ面とＣ面とを有していることが確認された。さらに、転位束１０と転位密度が低い領域３０との間には、これらの中間の転位密度を有する中転位密度領域２０が配置していることが確認された。
【００４８】
（窒化物半導体基板の作製）
その後、得られた下層基板であるＧａＮ基板の全面に、膜厚０．５μｍのＳｉＯ２膜を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、ＳｉＯ２膜をストライプ状形状にパターニングした。この際、ストライプ形状のパターン幅を１４μｍ程度、ピッチを２０μｍ程度とした。
得られた下層基板の上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）の高温成長バッファ層を１００Å、エピタキシャル層としてＧａＮを３μｍ成長させた。この際、バッファ層及びＧａＮエピタキシャル層の成長条件を適宜設定することにより、ＳｉＯ２膜の上に空洞を形成した。なお、空洞を形成する条件等は、当該分野で公知であり、ここでは省略する。このようにして、バッファ層、ＧａＮエピタキシャル層を有し、その内部に空洞を有するＧａＮ基板を窒化物半導体基板とした。
【００４９】
このような方法により得られた窒化物半導体基板は、その表面において、空洞の中央部付近の上方に、例えば、結晶欠陥が３×１０７ｍ-2程度の結晶欠陥の高い領域が形成され、その周辺部の上方においては、これよりも結晶欠陥が低い（例えば、結晶欠陥密度が３×１０５ｃｍ-2程度）領域が並存していた。つまり、空洞は、高密度欠陥領域から、低密度欠陥領域の一部にわたって配置していた。
【００５０】
（窒化物半導体レーザ素子の形成）
得られた窒化物半導体基板上に、ＳｉドープのＧａＮを２μｍ積層し、ｎ型半導体層を形成した。
その上に、ＳｉドープのＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層を２μｍ、さらにＧａＮからなるｎ型ガイド層を１７００Åの膜厚で、それぞれ形成した。
続いて、発光領域となる多重量子井戸の活性層として、（井戸層／障壁層）＝（ＩｎＧａＮ、６０Å／ＳｉドープのＧａＮ、２５０Å）として、井戸層が２層及び障壁層を３層づつ交互に積層した。
【００５１】
活性層の上に、ｐ型半導体層として、ＭｇドープのＡｌＧａＮを２００Å、アンドープのＧａＮガイド層を１５００Å、ＭｇドープのＡｌＧａＮクラッド層を４０００Å、ＭｇドープのＧａＮコンタクト層を２００Å積層した。ｐ型半導体層として形成したアンドープのＧａＮガイド層は、隣接する層からのＭｇの拡散によりｐ型を示す。
【００５２】
次いで、ｐ型半導体層の表面にストライプ状のリッジを形成した。まず、ｐ型半導体層表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により、ｐ型半導体層の途中、例えば、１０００Åで積層させたアンドープのＧａＮの途中までをストライプ状の部分を残してエッチングすることによりリッジを形成した。なお、ここでのリッジ幅は２μｍ程度、高さを０．５μｍ程度とした。また、このリッジは、窒化物半導体基板における空洞が存在する領域の上方に位置し、さらに、高密度欠陥領域からずれた領域、つまり低密度欠陥領域の上方に位置するように設ける。例えば、高密度欠陥領域から１〜３μｍ程度ずれた低密度欠陥領域の上方に配置した。
【００５３】
さらに、ｐ型半導体層の表面にＮｉ−Ａｕからなるｐ電極を、さらにｐ電極上において、Ｎｉ−Ｔｉ−Ａｕからなるｐパッド電極を形成した。ｐ電極を残し、保護膜で、表面を被覆した。
続いて、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層が積層された窒化物半導体基板の裏側からストライプ状にスクライブを入れ、窒化物半導体基板とともに、半導体層を自然劈開した。これにより、劈開面を共振器面とする半導体レーザ素子が横に連なったバーを作製することができる。さらに、このバーを個々の素子に分割することにより、チップ状の半導体レーザ素子を得ることができる。
このようにして得られた半導体レーザ素子の共振器面は、窒化物半導体基板における空洞よりも下（半導体層が積層されている側と反対側）において、高密度欠陥領域と低密度欠陥領域との界面において、これらの結晶性の反転に起因すると見られる非直線的な割れやうねり等が認められた。一方、空洞よりも上（半導体層が積層されている側）においては、このような非直線的な割れ等は空洞に吸収され、導波路近傍の端面において非常に平坦な劈開面が得られた。
【００５４】
この窒化物半導体レーザ素子を評価したところ、空洞が形成されていない以外同様に作製された半導体レーザ素子に比較して、共振器面はより平坦であり、良好な性能の半導体レーザ素子が得られたことが確認された。
【００５５】
実施例２
ＳｉＯ２膜による成長抑止膜を形成し、下層基板の上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）の高温成長バッファ層及びエピタキシャル層を、空洞が生じない条件によって成長させて窒化物半導体基板を作製した以外は実施例１と同様に半導体レーザ素子を得た。
得られた窒化物半導体レーザ素子を評価したところ、窒化物半導体基板の下層基板における結晶の反転に起因する非直線的な割れや縦筋などが、窒化物半導体基板よりも素子側において解消されており、実施例１と同様に平坦な共振器面が得られたことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、窒化物半導体を用いた素子、つまり、レーザのみならず、ＬＥＤ、その他、劈開を行うことにより基板又は半導体積層構造を分割することによって得られる素子のすべてに対して利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明における窒化物半導体レーザ素子を形成する窒化物半導体基板の下層基板表面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  転位束
２０  中転位密度領域
３０  転位密度が低い領域
【図１】
2005310928.tif 000002