(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物系化合物半導体を積層し、共振器を形成したIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオードにおいて、
共振器が、欠陥の多い領域と少ない領域とを有するIII族窒化物系化合物半導体層上に欠陥の多い領域と少ない領域とを横断するよう形成されており、
共振器の端面が前記III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の少ない領域に形成されており、
前記III族窒化物系化合物半導体層の前記欠陥の少ない領域の少なくとも下層は、III族窒化物系化合物半導体の横方向エピタキシャル成長により形成された層であり、
前記III族窒化物系化合物半導体層の前記欠陥の多い領域の少なくとも下層は、III族窒化物系化合物半導体の縦方向エピタキシャル成長により形成された層である
ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオード。
【請求項２】
前記共振器はエッチングにより形成されたことを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオード。
【請求項３】
前記III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない領域とは、ストライプ状に形成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III族窒化物系化合物半導体レーザダイオード。
【請求項４】
前記共振器の端面が、その近傍の前記III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない領域との境界面に平行であることを特徴とする請求項３に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオード。
【請求項５】
前記III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない領域との境界面が、前記III族窒化物系化合物半導体層の｛１１−２０｝面であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオード。
【請求項６】
前記III族窒化物系化合物半導体層の前記欠陥の少ない領域の少なくとも下層が、｛１１−２０｝面を成長面として横方向エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体層である、又は｛１１−２０｝面を成長面として横方向エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体層上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III族窒化物系化合物半導体レーザダイオードに関する。特に、横方向エピタキシャル成長（ＥＬＯ）成長などを用いて、欠陥の多い領域と少ない領域を有するIII族窒化物系化合物半導体層上部に共振器を形成したIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオードに関する。尚、III族窒化物系化合物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような２元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、AlxGayIn1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表されるものがある。なお、本明細書においては、特に断らない限り、単にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝導型をｐ型あるいはｎ型にするための不純物がドープされたIII族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とする。
【０００２】
【従来の技術】
III族窒化物系化合物半導体は、発光スペクトルが紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用されている。このIII族窒化物系化合物半導体では、通常、サファイアを基板として用い、その上に形成している。レーザダイオードを形成する際、活性層を挟んでｎ型半導体側、ｐ型半導体側それぞれにガイド層、クラッド層を形成することが一般的である。クラッド層は、負極からの電子と、正極からの正孔が活性層で対を生成するよう、バンドギャップの大きい層で形成されており、アルミニウム(Al)を含むAlxGa1-xN（0＜x＜1）が一般的に用いられている。また、ガイド層としては、活性層よりもバンドギャップのやや大きい層を用い、屈折率差を利用して活性層中にレーザ光を閉じ込めるよう、例えば窒化ガリウム(GaN)が用いられている。また、活性層は一般的に多重量子井戸構造が適している。
【０００３】
図６に従来のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の一例としてレーザダイオード(LD)９００の構造を示す。レーザダイオード（ＬＤ）９００は、サファイア基板９１を有しており、そのサファイア基板９１の上、全面にAlNバッファ層９２が形成されている。
【０００４】
そのバッファ層９２の上には、順に、シリコン(Si)ドープGaNから成るｎ層９３、シリコン(Si)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層９４、のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層９５、Ga0.85In0.15Nから成る井戸層とGaNから成るバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造(MQW)の活性層９６が形成されている。そして、その活性層９６の上に、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐガイド層９７、マグネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層９８、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐコンタクト層９９が形成されている。そして、ｐコンタクト層９９上に電極９１０が形成されている。又、ｎ層９３上には電極９１１が形成されている。
【０００５】
また、図７にレーザダイオード９００の斜視図を示す。図７において、Ｒｄと示した部分が共振器であり、Ｍｒｒと示した面が共振面である。これらは通常エッチングにより形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、サファイア基板上にIII族窒化物系化合物半導体を形成すると、サファイアとIII族窒化物系化合物半導体との格子定数のミスフィットにより転位が発生し、このため素子特性が良くないという問題がある。このミスフィットによる転位は半導体層を縦方向（基板面に垂直方向）に貫通する貫通転位であり、III族窒化物系化合物半導体中に109cm-2程度の転位が伝搬してしまうという問題がある。これは組成の異なるIII族窒化物系化合物半導体各層を最上層まで伝搬する。すると、共振面（図７のＭｒｒ）をエッチングで形成する際、その共振面が貫通転位の影響で面に凹凸（図８のφ）が生じていた。この凹凸φは20nm程度の柱面状であり、共振面が凹凸の無い理想的な鏡面から著しく離れたものとして形成され、レーザ発振の際のレーザ反射効率が著しく悪いものとなっていた。
【０００７】
よって本発明の目的は、上記課題に鑑み、共振面を作製する際、凹凸の抑制された共振面を有するIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオードを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を対決するため、請求項１に記載の発明によれば、III族窒化物系化合物半導体を積層し、共振器を形成したIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオードにおいて、共振器が、欠陥の多い領域と少ない領域とを有するIII族窒化物系化合物半導体層上に欠陥の多い領域と少ない領域とを横断するよう形成されており、共振器の端面が前記III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の少ない領域に形成されており、前記III族窒化物系化合物半導体層の前記欠陥の少ない領域の少なくとも下層は、III族窒化物系化合物半導体の横方向エピタキシャル成長により形成された層であり、前記III族窒化物系化合物半導体層の前記欠陥の多い領域の少なくとも下層は、III族窒化物系化合物半導体の縦方向エピタキシャル成長により形成された層であることを特徴とする。
ここで横方向エピタキシャル成長とは、例えば基板上にIII族窒化物系化合物半導体を形成する際、基板面に平行な方向へ成長するエピタキシャルを意味する。このとき、同時に縦方向（基板面の法線方向）にエピタキシャル成長していても構わない。
共振器の形成方法としては、積層したIII族窒化物系化合物半導体層を例えば劈開、エッチングすることがあげられる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明によれば、共振器がエッチングにより形成されたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明によれば、III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない領域とは、ストライプ状に形成されていることを特徴とする。ここでストライプ状とは、その形状が短辺と長辺からなる矩形を必ずしも意味せず、共振器の端面近傍において、欠陥の多い領域と少ない領域との境界線と、その欠陥の少ない領域と別の欠陥の多い領域との境界線とが、各々直線状で、略平行であれば良い。なお境界線は機器による観測等できるものでなくても良く、製造工程上、その境界線を境に欠陥の多い領域と少ない領域とが存在するであろうと予測できれば良い。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明によれば、共振器の端面が、その近傍のIII族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない領域との境界面に平行であることを特徴とする。ここで境界面とは１のIII族窒化物系化合物半導体層を区分するためのものであり、例えば基板上に形成したIII族窒化物系化合物半導体層についてはその基板面に垂直のものを意味する。また、機器による観測等できるものでなくても良く、製造工程上、その境界面を境に欠陥の多い領域と少ない領域とが存在するであろうと予測できれば良い。また、ここで言う境界面は、エピタキシャル成長する際の成長面とは必ずしも一致しなくて良い。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明によれば、前記III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない領域との境界面が、前記III族窒化物系化合物半導体層の｛１１−２０｝面であることを特徴とする。ここで境界面とはそのIII族窒化物系化合物半導体層を区分するためのものであり、例えば基板上に形成したIII族窒化物系化合物半導体層についてはその基板面に垂直のものを意味する。また、機器による観測等できるものでなくても良く、製造工程上、その境界面を境に欠陥の多い領域と少ない領域とが存在するであろうと予測できれば良い。
【００１３】
【００１４】
また、請求項６に記載の発明によれば、III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の少ない領域の少なくとも下層が、｛１１−２０｝面を成長面として横方向エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体層である、又は｛１１−２０｝面を成長面として横方向エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体層上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層であることを特徴とする。ここで欠陥の多い領域と少ない領域を有するIII族窒化物系化合物半導体層が、｛１１−２０｝面を成長面として横方向エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体層であるとは、横方向エピタキシャル成長とともに縦方向エピタキシャル成長させることを除外する意味でなく、横方向エピタキシャル成長とともに縦方向エピタキシャル成長させても良い。また、横方向エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体層上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層とは、第１のIII族窒化物系化合物半導体を横方向エピタキシャル成長とともに縦方向エピタキシャル成長させることを除外する意味でなく、横方向エピタキシャル成長とともに縦方向エピタキシャル成長させても良い。且つ、その上に形成される第２のIII族窒化物系化合物半導体は、第１のIII族窒化物系化合物半導体と組成並びに不純物の種類及び量が同一でも良く、また異なっても良い。更には横方向エピタキシャル成長された第１のIII族窒化物系化合物半導体層上に何層ものIII族窒化物系化合物半導体層が積層されていても良い。
【００１５】
【作用及び発明の効果】
III族窒化物系化合物半導体レーザダイオードにおいて、形成された共振器が、下層のIII族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない領域とを横断するよう形成されており、且つ共振器の共振面である端面が欠陥の少ない領域に形成されているので、極めて小さい領域を欠陥の少ない領域とするのみで、III族窒化物系化合物半導体レーザダイオードの共振器の共振面である端面の凹凸を抑制することが可能となる。上記のような欠陥の多い領域と少ない領域を有するIII族窒化物系化合物半導体層は、横方向エピタキシャル成長で容易に形成可能である（請求項１）。このことはエッチングにより共振器特に共振器端面が形成される場合に顕著である（請求項２）。これは、ストライプ状に欠陥の多い領域と少ない領域とを有していれば良く、しかもそのストライプ状とは、共振面が形成されるに充分な領域程度で良い（請求項３）。その際、共振器の端面が、その近傍のIII族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない領域との境界面に平行であれば欠陥の少ない領域として必要とされる領域はさらに小さくすることができる（請求項４）。共振器の端面近傍の欠陥の多い領域と少ない領域との境界面が、III族窒化物系化合物半導体層の｛１１−２０｝面であるならば、共振器の端面を｛１１−２０｝面とすることで、端面のエッチングが容易となり、凹凸を更に抑制することができる（請求項５）。
【００１６】
特に、横方向エピタキシャル成長面を、III族窒化物系化合物半導体の｛１１−２０｝面とすることで、例えば基板上に形成した際、横方向エピタキシャル成長面が基板に垂直となることで、基板に垂直に伝搬する貫通転位を極めて効率良く抑えることができる（請求項６）。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態の一例の概略を示す。基板１と、III族窒化物系化合物半導体層３と、その上部に複数のIII族窒化物系化合物半導体層を積層しエッチングで形成された直方体状の共振器Ｒｄを有する。III族窒化物系化合物半導体層３は、ストライプ状に欠陥の多い領域３０と、欠陥の少ない領域３１を有している。図１では、ストライプ状に欠陥の多い領域３０下方にバッファ層２を有し、欠陥の少ない領域３１下方には基板１面を露出したものを示している。III族窒化物系化合物半導体層３の、ストライプ状に欠陥の多い領域３０と、欠陥の少ない領域３１との境界面（バッファ層２の長手方向の端を含む、基板に垂直な面）と、直方体状の共振器Ｒｄの長手方向とは垂直に形成されており、また、その境界面と、直方体状の共振器Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒは平行に形成されている。この直方体状の共振器Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒは、欠陥の少ない領域３１の、中央部（２つの境界面の中央部）からは、ずれて形成されている。図１の、直方体状の共振器Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒが、ストライプ状に欠陥の多い領域と欠陥の少ない領域とを有する層の、欠陥の少ない領域の上方に形成されていることのほか、発明の実施の形態としては次の中からそれぞれ選択することができる。
【００１８】
基板上にIII族窒化物系化合物半導体を順次積層してレーザダイオードを形成する場合は、基板としてはサファイア、シリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、ZnO、MgOその他の無機結晶基板、あるいは窒化ガリウム(GaN)その他のIII族窒化物系化合物半導体等を用いることができる。
【００１９】
III族窒化物系化合物半導体層を形成する方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相成長法（Halide VPE）等を用いても良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。
【００２０】
例えばサファイア基板上にIII族窒化物系化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層を形成することが好ましい。他の基板を使用する場合もバッファ層を設けることが望ましい。バッファ層としては、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）、より好ましくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。このバッファ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良い。
【００２１】
バッファ層及び上層のIII族窒化物系化合物半導体は、III族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても本発明を実質的に適用できる。なお、発光素子として構成する場合は、本来III族窒化物系化合物半導体の２元系、若しくは３元系を用いることが望ましい。
【００２２】
ｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。また、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II族元素又はIV族元素を添加することができる。
【００２３】
欠陥の多い領域と少ない領域とを有するIII族窒化物系化合物半導体層の形成には例えば横方向エピタキシャル成長を使用することが望ましい。横方向エピタキシャル成長としては成長面が基板に垂直となるものが望ましいが、基盤に対して斜めのファセット面のまま成長するものでも良い。欠陥の多い領域と少ない領域とは、共振面形成近傍にのみ欠陥の少ない領域が存在しても、共振器が形成された領域全体に散在しても良い。例えばストライプ状に欠陥の多い領域と少ない領域とが交互に形成され、例えばそれを垂直に横断するように共振器が形成されても良い（図１）。この際、共振器の共振面形成近傍以外の共振器下部にストライプ状の欠陥の少ない領域があっても、又は無くても良い。
【００２４】
横方向エピタキシャル成長としては、それにより形成される欠陥の多い領域と少ない領域との境界面が共振器の共振面と平行であることが望ましく、更には横方向エピタキシャル成長面と共振器の共振面は平行であることがより望ましく、更にはいずれもIII族窒化物系化合物半導体の｛１１−２０｝面であることがより望ましい。このようにすることで、例えば向かい合う横方向エピタキシャル成長層の合体部分付近上部を避けて共振器の共振面を形成することも可能である。
【００２５】
横方向エピタキシャル成長の方法としては、基板又はIII族窒化物系化合物半導体層上部にマスクを施す方法、III族窒化物系化合物半導体層をエッチングする方法、それらを組み合わせる方法のいずれを用いても良い。エッチングする場合は基板が露出するまでエッチングしても良く、また、深さと幅の関係から、横方向エピタキシャル成長により塞がれるように段差を設けても良い。III族窒化物系化合物半導体層上部にマスクを施す場合は例えば基板上のバッファ層上部にマスクを施しても良い。III族窒化物系化合物半導体層をエッチングする場合は例えば基板上のバッファ層をエッチングしても良い。
【００２６】
基板上に積層するIII族窒化物系化合物半導体層の結晶軸方向が予想できる場合は、III族窒化物系化合物半導体層のａ面又はｍ面に垂直となるようストライプ状にマスク或いはエッチングを施すことが有用である。なお、島状、格子状等に、上記ストライプ及びマスクを任意に設計して良い。横方向エピタキシャル成長面は、基板面に垂直なものの他、基板面に対し斜めの角度の成長面でも良い。III族窒化物系化合物半導体層のａ面を横方向エピタキシャル成長面とするには例えばストライプの長手方向はIII族窒化物系化合物半導体層のｍ面に垂直とする。例えば基板をサファイアのａ面又はｃ面とする場合は、どちらもサファイアのｍ面がその上に形成されるIII族窒化物系化合物半導体層のａ面と通常一致するので、これに併せてマスク或いはエッチングを施す。
【００２７】
マスクを施す場合は、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(Si3N4)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジルコニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化物、これらの多層膜、1200℃以上の融点を有する金属例えばタングステン(W)をもちいることができる。600〜1100℃におけるIII族窒化物の成長温度にも耐えることができ、且つ、その上にはIII族窒化物半導体が成長しないか成長し難いものであることが必要である。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相成長法の他、任意である。
【００２８】
共振器は劈開、エッチングで形成すれば容易に形成できる。特にエッチングをする場合は反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）が望ましいが、任意のエッチング方法を用いることができる。
【００２９】
レーザダイオードの発光層は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）が望ましいが、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）のものであっても良い。ホモ構造、ヘテロ構造、ダブルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或いはｐｎ接合等により形成しても良い。
以下、発明の具体的な実施例に基づいて説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３０】
〔実施例１〕
図２は、本発明の具体的な実施例に係るレーザダイオード１００の構成を示した断面図である。尚、断面として、以下のようにAlNから成るバッファ層２を断面に有する部分を選んだ。レーザダイオード１００は、サファイア基板１を有しており、そのサファイア基板１上に50nmのAlNバッファ層２が形成されている。なお、バッファ層２は以下に示す通りサファイア基板１全面に形成されたのち、ストライプ状にエッチングされている。
【００３１】
そのバッファ層２及び露出したサファイア基板１の上には、膜厚約5μm、電子密度2×1018/cm3、シリコン(Si)ドープGaNから成るｎ層３が形成されている。ｎ層３の上には膜厚約1μm、電子密度2×1018/cm3、シリコン(Si)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層４が形成されている。ｎクラッド層４の上には、電子密度2×1018/cm3、膜厚約100nmのシリコン(Si)ドープGaNから成るｎガイド層５が形成されている。
【００３２】
ｎガイド層５の上には、膜厚約3nmのGa0.85In0.15Nから成る井戸層と膜厚約5nmのGaNから成るバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造(MQW)の活性層６が形成されている。バリア層は３層、井戸層は４層である。多重量子井戸構造(MQW)の活性層６の上には、ホール密度5×1017/cm3、膜厚約100nmのマグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐガイド層７が形成されている。
【００３３】
ｐガイド層７の上には、膜厚約1μmのホール密度3×1017/cm3マグネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層８が形成されている。ｐクラッド層８の上には、膜厚300nm、ホール密度5×1017/cm3、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐコンタクト層９が形成されている。そして、ｐコンタクト層９上にNi電極１０が形成されている。又、ｎ層３上にはAlから成る電極１１が形成されている。
【００３４】
ｎクラッド層４、ｎガイド層５、活性層６、ｐガイド層７、ｐクラッド層８、ｐコンタクト層９はエッチングにより共振器として形成されており、その長手方向は、ストライプ状にエッチングされたバッファ層２の長手方向と垂直である。また、その共振器の共振面である端面Ｍｒｒは、ストライプ状にエッチングされたバッファ層２の長手方向に平行である。これを図１に示す。尚、図１では、本発明の要部を説明するための図となっており、実際には図１で示す欠陥の多い領域３０と欠陥の少ない領域３１は４０乃至５０段形成されており、共振器Ｒｄはそれら８０乃至１００近い領域を横断するように形成されている。
【００３５】
次に、この構造の発光素子（半導体レーザ）の製造方法について説明する。上記発光素子１００は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示す）による気相成長により製造された。用いられたガスは、NH3とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3、以下「TMG」と記す）とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3、以下「TMA」と記す）とトリメチルインジウム(In(CH3)3、以下「TMI」と記す）とシラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2、以下「CP2Mg」と記す）である。
【００３６】
有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１上に、温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMAを20μmol/minで供給してAlNのバッファ層２を約50nmの厚さに形成した。このバッファ層２を、ハードベークレジストマスクを使用して、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用いた選択ドライエッチングにより、幅5μm、間隔10μmのストライプ状にエッチングした。これにより、幅5μmのAlNのバッファ層２と、それに覆われていない幅10μmのサファイア基板１の表面が交互に形成された。ストライプの長手方向はサファイアの＜０００１＞方向である。
【００３７】
次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを5μmol/minで導入し、数千Åの成長を行い、全面をGaNで覆った。その後、TMGを300μmol/min、H2ガスにて0.86ppmに希釈されたシラン(SiH4)を100nmol/minで導入し、成長温度1000℃で膜厚約5μmのGaN層３を形成した。このようにして、本実施例では、サファイア基板１上部にGaN領域３１が、AlNのバッファ層２上部に縦方向にエピタキシャル成長したGaN領域３０を核として、横方向にエピタキシャル成長することにより形成される。即ち、サファイア基板１のAlNのバッファ層２の形成されていない露出部上部に、結晶性の高いGaN領域３１が得られる。これをAlNのバッファ層２のストライプの長手方向と垂直な断面図として図３に示す。この際、結晶性の高い（欠陥の少ない）GaN領域３１と、AlNのバッファ層２上部に縦方向にエピタキシャル成長したGaN領域３０との境界面（図３の点線）は、GaN層３の｛１１−２０｝面である。
【００３８】
上記のGaN層３を形成した後、N2又はH2、NH3、TMA、TMG及びシラン(SiH4)を供給して、膜厚約1μmのAl0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層４を形成した。次にN2又はH2、NH3、TMG及びシラン(SiH4)を供給して、膜厚約100nmのGaNから成るｎガイド層５を形成した。
【００３９】
次に、N2又はH2、NH3、TMG及びTMIを供給して、膜厚約3nmのGa0.85In0.15Nから成る井戸層を形成した。次に、N2又はH2、NH3及びTMGを供給して、膜厚約5nmのGaNから成るバリア層を形成した。さらに、井戸層とバリア層とを同一条件で２周期形成し、その上に膜厚約3nmのGa0.85In0.15Nから成る井戸層を形成した。このようにして4周期井戸層を有するMQW構造の活性層６を形成した。
【００４０】
次にN2又はH2、NH3、TMG及びCP2Mgを供給して、膜厚約100nmのGaNから成るｐガイド層７を形成した。次に、N2又はH2、NH3、TMA、TMG及びCP2Mgを供給して、膜厚約1μmのAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層８を形成した。
【００４１】
次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を10L/min、NH3を10L/min、TMGを100μmol/min、Cp2Mgを2μmol/minで導入して、マグネシウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約300nmのマグネシウム(Mg)ドープのGaNからなるｐコンタクト層９を形成した。
【００４２】
次に、電子線照射装置を用いて、ｐコンタクト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７に一様に電子線を照射し、ｐコンタクト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７はそれぞれ、ホール濃度5×1017/cm3、3×1017/cm3、5×1017/cm3となった。このようにして多層構造のウエハを形成することができた。
【００４３】
次に、スパッタリングによりSiO2層を形成し、そのSiO2上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフを行った。次にｎ層３に対する電極形成部位フォトレジストを除去し、フォトレジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。
【００４４】
次に、フォトレジスト及びSiO2層によって覆われていない部位のｐコンタクト層９、ｐクラッド層８、ｐガイド層７、活性層６、ｎガイド層５、ｎクラッド層４及びｎ層３の一部をドライエッチングした。この工程で、ｎ層３に対する電極取り出しのための領域が形成されるとともに共振器の長手方向の壁面が形成された。このとき、共振器の長手方向の壁面は、エッチングされてストライプ状に形成されたバッファ層２の長手方向と垂直とした。
【００４５】
次に、ニッケル(Ni)を蒸着してｐコンタクト層９の上に電極１０を形成した。一方、ｎ層３に対しては、アルミニウム(Al)を蒸着して電極１１を形成した。
【００４６】
次に、共振器端面Ｍｒｒを形成するためドライエッチングを行った。このとき、共振器の端面は、エッチングされてストライプ状に形成されたバッファ層２の長手方向と平行とした。その後、スクライビングしてスクライブ溝を形成し、共振器の端面に平行なｘ軸方向にダイシンクして、短冊片を得た。このようにして得たレーザダイオード１００は、端面Ｍｒｒの凹凸が10nm以下であり、駆動電流は50ｍＡにて発光出力10ｍＷ、発振ピーク波長410nmであった。
【００４７】
比較のため、従来の構造のレーザダイオード９００を各層の膜厚は同様にして次の通り作成した。即ち、レーザダイオード９００のサファイア基板９１全面にバッファ層９２を形成し、エッチングを施さなかった他は、組成又は材質、膜厚、或いは素子のエッチングその他の処理は上記のレーザダイオード１００の対応するものと同様である。このレーザダイオード９００の共振面Ｍｒｒの凹凸は20nmであった。
【００４８】
〔実施例２〕
第２の実施例として、AlNから成るバッファ層２をエッチングするのでなく、AlNから成るバッファ層２１の上に、単結晶GaNから成る膜厚約数千Åの層２２を形成したのちストライプ状にエッチングし（図４）、そののち第１実施例と同様のＬＤを作製した。共振面Ｍｒｒの凹凸は10nm以下であった。
【００４９】
〔実施例３〕
第３の実施例として、AlNから成るバッファ層２をエッチングするのでなく、AlNから成るバッファ層２の上に、単結晶GaNから成る膜厚約数千Åの層２２を形成したのち、マスクをストライプ状にタングステン(W)をスパッタで形成し（図５）、そののち第１実施例と同様のＬＤを作製した。共振面Ｍｒｒの凹凸は10nm以下であった。
【００５０】
上記実施例において、多重層構造の各単位層、ＭＱＷ構造の活性層の井戸層及び障壁層におけるIII族窒化物系化合物半導体の組成比は各々が一例であって、任意の一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）を用いても良い。その場合は各層においてアルミニウム組成x、ガリウム組成y、インジウム組成1-x-yが異なっても良い。
【００５１】
上記３実施例は本発明の一例であり、各層、各電極又はマスクの組成、その他エッチング方法等に本発明は限定されない。横方向エピタキシャル成長は、アンモニア(NH3)に対するトリメチルガリウム(TMG)の供給量を絞るほか、反応装置内の温度及び総圧力を調整する方法で達成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の具体的な一実施例にかかるレーザダイオード１００の構造を示す斜視図。
【図２】  レーザダイオード１００の構造を示す断面図。
【図３】  第１実施例の、GaN層３の、欠陥の多い領域３０と少ない領域３１の様子を示す断面図。
【図４】  第２実施例の、GaN層３の、欠陥の多い領域３０と少ない領域３１の様子を示す断面図。
【図５】  第３実施例の、GaN層３の、欠陥の多い領域３０と少ない領域３１０の様子を示す断面図。
【図６】  従来のレーザダイオード９００の構造を示す断面図。
【図７】  従来のレーザダイオード９００の構造を示す斜視図。
【図８】  従来のレーザダイオード９００の、共振器Ｒｄの端面Ｍｒｒの、貫通転位に起因する凹凸を示す斜視図。
【符号の説明】
１００  レーザダイオード
１  サファイア基板
２  バッファ層
３  ｎ層（GaN層）
４  ｎクラッド層
５  ｎガイド層
６  ＭＱＷ構造の発光層
７  ｐガイド層
８  ｐクラッド層
９  ｐコンタクト層
１０、１１  金属電極
Ｒｄ  共振器
Ｍｒｒ  共振器端面
【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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