(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非極性面からなる主表面を有する基板の前記主表面に、前記主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程と、
前記基板の主表面上に窒化物系半導体層を形成する工程とを備えた、窒化物系半導体層の形成方法。
【請求項２】
前記窒化物系半導体層を形成する工程は、前記基板に形成された前記（０００−１）面と対応する領域に、（０００−１）面からなる端面を有する前記窒化物系半導体層を形成する工程を含む、請求項１に記載の窒化物系半導体層の形成方法。
【請求項３】
前記基板は、窒化物系半導体からなる、請求項１または２に記載の窒化物系半導体層の形成方法。
【請求項４】
前記基板の主表面は、（１−１００）面または（１１−２０）面である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体層の形成方法。
【請求項５】
前記基板は、下地基板と、前記下地基板上に形成された下地層とを含み、
前記基板の主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程は、前記下地層に前記（０００−１）面を形成する工程を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体層の形成方法。
【請求項６】
前記下地層はＡｌＧａＮ層を含み、
前記下地基板および前記下地層の格子定数を、それぞれ、ｃ１およびｃ２とした場合、
前記下地基板および前記下地層は、ｃ１＞ｃ２の関係を有する、請求項５に記載の窒化物系半導体層の形成方法。
【請求項７】
前記基板の主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程は、
前記下地層に、前記基板の主表面と略垂直な（０００１）面と実質的に平行に形成されるクラックの片側の面からなる（０００−１）面を形成する工程をさらに含む、請求項５または６に記載の窒化物系半導体層の形成方法。
【請求項８】
前記基板の主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程は、平面的に見て、前記基板の主表面にストライプ状に延びる前記（０００−１）面を形成する工程をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物系半導体層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体層の形成方法に関し、特に、非極性面からなる基板の主表面における窒化物系半導体層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化物系材料からなる発光素子は、ＤＶＤシステムなどに用いられる記録／再生用の光源として４０５ｎｍ青紫色半導体レーザ（ＬＤ）として実用化が進んでいる。また、窒化物系材料を用いた青色や緑色で発振する半導体レーザ素子の開発が行われている。そして、近年、ＧａＮ基板の極性面（（０００１）面）上に形成した発光素子では、大きなピエゾ電界の影響により発光効率が低下することを考慮して、ＧａＮ基板の非極性面（（１−１００）面や（１１−２０）面など）上に発光素子層を形成した半導体レーザ素子が提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２１３６９２号公報
【特許文献２】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ                      Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．９，２００７，                          ｐｐ．Ｌ１８７−Ｌ１８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１および２に開示された半導体レーザ装置（レーザ素子）では、製造プロセス上、ＧａＮ基板の非極性面上に発光素子層を形成した後、ＧａＮ基板のｃ軸と垂直な方向に劈開された劈開面（（０００±１）面）により共振器端面を形成する必要がある。この場合、ＧａＮ基板は、ＧａＡｓ基板などよりも硬い材質であるとともに、劈開性が乏しいため、劈開工程の際に確実に（０００±１）面からなる共振器端面を形成するのが容易ではない。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、劈開工程を用いることなく（０００−１）面からなる端面を有する窒化物系半導体層を形成することが可能な窒化物系半導体層の形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による窒化物系半導体層の形成方法は、非極性面からなる主表面を有する基板の主表面に、主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程と、基板の主表面上に窒化物系半導体層を形成する工程とを備える。
【０００７】
この発明の一の局面による窒化物系半導体層の形成方法では、上記のように、基板の主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程と、基板の主表面上に窒化物系半導体層を形成する工程とを備えることによって、基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、予め基板の主表面に略垂直に形成されている（０００−１）面を引き継ぐように、（０００−１）面の端面を有する窒化物系半導体層を形成することができる。これにより、劈開工程を用いることなく、（０００−１）面からなる端面を有する窒化物系半導体層を形成することができる。また、上記工程を備えることによって、（０００−１）端面を形成しない場合の窒化物系半導体層の成長層表面と比較して、成長層表面の平坦性を向上させることができる。また、この発明の窒化物系半導体層の形成方法を半導体レーザ素子の形成方法に適用すれば、劈開工程を用いることなく、（０００−１）面からなる共振器端面を有する窒化物系半導体層（発光層）を形成することができる。
【０００８】
すなわち、本発明を、主表面がｍ面（（１−１００）面）やａ面（（１１−２０）面）の基板上に窒化物系半導体層からなるレーザ素子層を形成する場合に適用すれば、窒化物系半導体層の［０００１］方向に沿って導波路を形成することにより半導体レーザの利得を向上させる場合に、［０００１］方向と垂直な方向に延びる一対の共振器端面構成（（０００１）面および（０００−１）面の組み合わせ）のうちの（０００−１）面の端面を、窒化物系半導体層の結晶成長を利用して容易に形成することできる。
【０００９】
上記一の局面による窒化物系半導体層の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層を形成する工程は、基板に形成された（０００−１）面と対応する領域に、（０００−１）面からなる端面を有する窒化物系半導体層を形成する工程を含む。このように構成すれば、容易に基板に形成された（０００−１）面を引き継ぐように（０００−１）面からなる端面を有する窒化物系半導体層を形成することができる。
【００１０】
上記一の局面による窒化物系半導体層の形成方法において、好ましくは、基板は、窒化物系半導体からなる。このように構成すれば、窒化物系半導体からなる基板上に窒化物系半導体層の結晶成長を利用して、容易に（０００−１）面からなる端面を有する窒化物系半導体層を形成することができる。
【００１１】
上記一の局面による窒化物系半導体層の形成方法において、好ましくは、基板の主表面は、（１−１００）面または（１１−２０）面である。この場合に、本発明を、主表面がｍ面（（１−１００）面）やａ面（（１１−２０）面）の基板上に窒化物系半導体層からなるレーザ素子層（発光層）を形成する場合に適用すれば、発光層に発生するピエゾ電場の影響が抑制されることによって、レーザ光の発光効率を向上させることができる。
【００１２】
上記一の局面による窒化物系半導体層の形成方法において、好ましくは、基板は、下地基板と、下地基板上に形成された下地層とを含み、基板の主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程は、下地層に（０００−１）面を形成する工程を含む。このように構成すれば、下地基板の主表面上に窒化物系半導体層を形成する際に、下地層に形成された（０００−１）面を利用して、この（０００−１）面を引き継ぐように（０００−１）面からなる端面を有する窒化物系半導体層を容易に形成することができる。
【００１３】
この場合、好ましくは、下地層はＡｌＧａＮ層を含み、下地基板および下地層の格子定数を、それぞれ、ｃ１およびｃ２とした場合、下地基板および下地層は、ｃ１＞ｃ２の関係を有する。このように構成すれば、下地基板上にＡｌＧａＮからなる下地層を形成する際に、下地層の格子定数ｃ２が下地基板の格子定数ｃ１よりも小さい（ｃ１＞ｃ２）ので、下地基板側の格子定数ｃ１に合わせようとして下地層の内部に引張応力が生じる。この結果、下地層の厚みが所定の厚み以上の場合にはこの引張応力に耐え切れずに下地層には（０００−１）面に沿ってクラックが形成される。これにより、下地層の上に窒化物系半導体層の（０００−１）面を形成するための基準となる（０００−１）面からなる端面を、容易に下地層に形成することができる。
【００１４】
上記基板の下地層に（０００−１）面を形成する工程を含む構成において、好ましくは、基板の主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程は、下地層に、基板の主表面と略垂直な（０００１）面と実質的に平行に形成されるクラックの片側の面からなる（０００−１）面を形成する工程をさらに含む。このように構成すれば、基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、下地層に形成されたクラックの片面からなる（０００−１）面を引き継ぐように、（０００−１）面からなる端面を有する窒化物系半導体層を容易に形成することができる。
【００１５】
上記一の局面による窒化物系半導体層の形成方法において、好ましくは、基板の主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程は、平面的に見て、基板の主表面にストライプ状に延びる（０００−１）面を形成する工程をさらに含む。このように構成すれば、基板上に形成された窒化物系半導体層の（０００−１）面からなる端面を、基板のストライプ状に延びる（０００−１）面に沿ってストライプ状に延びるように形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。図２は、図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った断面図である。図１および図２を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子１０の構造について説明する。
【００１８】
この第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子１０では、図１に示すように、共振器方向（Ａ方向）の一方の端部（光出射面１０ａ側の端部）に段差部１ａが形成されている。また、約１００μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ基板１上に、約３．１μｍの厚みを有する半導体レーザ素子層２が形成されている。また、半導体レーザ素子層２は、図２に示すように、共振器長が約１５６０μｍを有するとともに、［０００１］方向である共振器方向（Ａ方向）の両端部に、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面に対して略垂直な光出射面１０ａおよび光反射面１０ｂがそれぞれ形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１および半導体レーザ素子層２は、それぞれ、本発明の「基板」および「窒化物系半導体層」の一例であり、光出射面１０ａは、本発明の「端面」の一例である。なお、本発明において、光出射面１０ａは、光出射側および光反射側のそれぞれの共振器端面から出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。すなわち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射面１０ａであり、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射面１０ｂである。
【００１９】
ここで、第１実施形態では、半導体レーザ素子層２は、ｎ型ＧａＮ基板１の非極性面であるｍ面（（１−１００）面）からなる主表面上に形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板１の段差部１ａは、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面と略垂直な（０００−１）面からなる端面１ｂを有している。そして、図２に示すように、半導体レーザ素子層２の光出射面１０ａは、ｎ型ＧａＮ基板１の端面１ｂを引き継ぐように結晶成長した（０００−１）面からなる結晶面により構成されている。また、半導体レーザ素子層２の光反射面１０ｂは、［０００１］方向（図２のＡ１方向）に垂直な端面であるｃ面（（０００１）面）により構成されている。
【００２０】
また、半導体レーザ素子層２は、図１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の上面に近い方から順に、約３μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３と、約７５ｎｍの厚みを有するとともにＩｎＧａＮからなる３層の量子井戸層とＧａＮからなる３層の障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有する活性層４と、約０．５μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５とを含んでいる。なお、活性層４は、単層または単一量子井戸（ＳＱＷ）構造などにより構成されていてもよい。また、ｎ型クラッド層３は、活性層４よりもバンドギャップが大きく、ｐ型クラッド層５は、活性層４よりもバンドギャップが大きい。なお、ｎ型クラッド層３、活性層４、量子井戸層、障壁層およびｐ型クラッド層５は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００２１】
また、ｎ型クラッド層３と活性層４との間に、ｎ型クラッド層３と活性層４との中間のバンドギャップを有する光ガイド層などが形成されていてもよい。また、活性層４とｐ型クラッド層５との間に、活性層４とｐ型クラッド層５との中間のバンドギャップを有する光ガイド層などが形成されていてもよい。また、図１に示すように、ｐ型クラッド層５の上面上の所定の領域には、約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる電流ブロック層６が形成されている。
【００２２】
また、ｐ型クラッド層５の上面上の電流ブロック層６が形成されていない領域（図１のＢ方向の中央部近傍）には、ｐ型クラッド層５の上面に近い方から順に、約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｐ側電極７が形成される。また、ｐ側電極７は、電流ブロック層６の上面上を覆うように形成されている。また、ｐ型クラッド層５とｐ側電極７との間には、ｐ型クラッド層５よりも好ましくはバンドギャップが小さいコンタクト層（図示せず）が形成されていてもよい。
【００２３】
また、図１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１に近い側から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側電極８が形成されている。このｎ側電極８は、図２に示すように、Ａ方向両側の共振器端面まで延びるようにｎ型ＧａＮ基板１の裏面側の全面に形成されている。
【００２４】
図３〜図６は、図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図および平面図である。次に、図１〜図６を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子１０の製造プロセスについて説明する。
【００２５】
まず、図３に示すように、エッチング技術を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の（１−１００）面からなる主表面に、［０００１］方向（Ａ方向）に約４０μｍの幅Ｗ１を有するとともに、約２μｍの深さを有し、［１１−２０］方向（Ｂ方向）に延びる溝部２０を形成する。なお、図３では、太い斜線部分が溝部２０としてエッチングされた領域である。また、溝部２０は、Ａ方向に、約１６００μｍ（＝Ｗ１＋Ｌ１）周期でストライプ状に形成する。
【００２６】
ここで、第１実施形態では、溝部２０には、図４に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の（１−１００）面に対して略垂直な（０００−１）面からなる内側面２０ａと、ｎ型ＧａＮ基板１の（１−１００）面に対して略垂直な（０００１）面からなる内側面２０ｂとが形成される。
【００２７】
次に、図５に示すように、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、溝部２０を有するｎ型ＧａＮ基板１上に、ｎ型クラッド層３、活性層４およびｐ型クラッド層５などを順次積層することにより、半導体レーザ素子層２を形成する。
【００２８】
この際、第１実施形態では、図５に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１上に半導体レーザ素子層２を成長させた場合、Ｂ方向に延びる溝部２０の（０００−１）面からなる内側面２０ａにおいて、半導体レーザ素子層２は、溝部２０の（０００−１）面を引き継ぐように［１−１００］方向（Ｃ２方向）に延びる（０００−１）面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体レーザ素子層２の（０００−１）面が、窒化物系半導体レーザ素子１０における一対の共振器端面のうちの光出射面１０ａとして形成される。また、溝部２０の（０００−１）面に対向する（０００１）面（内側面２０ｂ）側では、半導体レーザ素子層２は、［１−１００］方向（Ｃ２方向）に対して所定の角度傾斜した方向に延びる（１−１０１）面からなる成長面（ファセット）を形成しながら結晶成長する。
【００２９】
そして、窒素ガス雰囲気中で、約８００℃の温度条件下でｐ型化アニール処理を行う。また、図１に示すように、ｐ型クラッド層５の上面上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、そのレジストパターンをマスクとしてドライエッチングなどを行うことにより、ＳｉＯ２からなる電流ブロック層６を形成する。また、図１および図６に示すように、真空蒸着法を用いて、電流ブロック層６上および電流ブロック層６が形成されていないｐ型クラッド層５上に、ｐ側電極７を形成する。なお、図６では、電流ブロック層６が形成された位置における半導体レーザ素子の共振器方向（Ａ方向）に沿った断面構造を示している。
【００３０】
この後、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の厚みが約１００μｍになるように、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面を研磨した後、真空蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上に、ｎ型ＧａＮ基板１に接触するように、ｎ側電極８を形成する。
【００３１】
そして、図６に示すように、ｎ側電極８の裏面側の（０００−１）半導体端面に対応する位置と、所定の（０００１）面を形成したい位置に、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、ｎ型ＧａＮ基板１の溝部２０と平行（図１のＢ方向）に延びるように直線状のスクライブ溝２１を形成する。この状態で、図６に示すように、ウェハの表面側（上側）が開くようにｎ型ＧａＮ基板１の裏面側を支点として荷重を印加することにより、ウェハを、スクライブ溝２１の位置で劈開する。これにより、半導体レーザ素子層２の（０００１）面が、窒化物系半導体レーザ素子１０における一対の共振器端面のうちの光反射面１０ｂとして形成される。また、溝部２０に対応する領域のｎ型ＧａＮ基板１は、溝部２０とスクライブ溝２１とを結ぶ劈開線１００に沿って分割される。なお、ｎ型ＧａＮ基板１の溝部２０は、図２に示すように、素子分割後、光出射面１０ａの下部に形成された段差部１ａとなる。
【００３２】
この後、共振器方向（Ａ方向）に沿って素子を分割してチップ化することによって、図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０が形成される。
【００３３】
第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子１０の製造プロセスでは、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板１の（１−１００）面からなる主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程と、ｎ型ＧａＮ基板１の（１−１００）面上に半導体レーザ素子層２を形成する工程とを備えることによって、ｎ型ＧａＮ基板１上に半導体レーザ素子層２を形成する際に、予めｎ型ＧａＮ基板１の主表面に略垂直に形成されている（０００−１）面を引き継ぐように、（０００−１）面からなる光出射面１０ａを有する半導体レーザ素子層２を形成することができる。これにより、劈開工程を用いることなく、（０００−１）面からなる光出射面１０ａを有する半導体レーザ素子層２を形成することができる。また、上記の工程を備えることによって、（０００−１）端面を形成しない場合の半導体層の成長層表面と比較して、半導体レーザ素子層２の表面の平坦性を向上させることができる。
【００３４】
また、第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子１０の製造プロセスでは、半導体レーザ素子層２を形成する工程を、ｎ型ＧａＮ基板１に形成された（０００−１）面と対応する領域に、（０００−１）面からなる端面を有する半導体レーザ素子層２を形成する工程を含むように構成することによって、主表面がｍ面（（１−１００）面）のｎ型ＧａＮ基板１上に半導体レーザ素子層２を形成した場合に、半導体レーザの利得を向上させるための一対の共振器端面構成（（０００１）面および（０００−１）面の組み合わせ）のうちの（０００−１）面側の端面（光出射面１０ａ）を、半導体レーザ素子層２の結晶成長を利用して発光素子層に容易に形成することできる。
【００３５】
また、第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子１０の製造プロセスでは、ｎ型ＧａＮ基板１をＧａＮからなる窒化物系半導体により構成することによって、（０００−１）面からなる端面１ｂが形成されたｎ型ＧａＮ基板１上に、半導体層の結晶成長を利用して、容易に（０００−１）面からなる光出射面１０ａを有する半導体レーザ素子層２を形成することができる。
【００３６】
また、第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子１０の製造プロセスでは、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面をｍ面（（１−１００）面）とすることによって、（１−１００）面からなる非極性面上に半導体レーザ素子層２が形成されるので、半導体レーザ素子層２に発生するピエゾ電場をより一層低減することができる。これにより、レーザ光の発光効率を向上させた窒化物系半導体レーザを形成することができる。
【００３７】
また、第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子１０の製造プロセスでは、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程が、エッチングにより平面的に見て、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面にＢ方向にストライプ状に延びる溝部２０を形成することによって（０００−１）面からなる内側面２０ａを形成する工程を含むことによって、ｎ型ＧａＮ基板１上に形成された半導体レーザ素子層２の（０００−１）面からなる光出射面１０ａが、ｎ型ＧａＮ基板１のＢ方向にストライプ状に延びる内側面２０ａ（（０００−１）面）に沿ってＢ方向にもストライプ状に延びるように形成される。これにより、ウェハ内に（０００−１）面からなる光出射面１０ａがＢ方向（図１参照）に平滑に延びるように形成された窒化物系半導体レーザ素子１０を得ることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した図である。図８〜図１２は、図７に示した第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図および断面図である。図７〜図１２を参照して、この第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子６０の製造プロセスでは、上記第１実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板６１上に下地層６２を形成した後、半導体レーザ素子層２を形成する場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板６１は、本発明の「下地基板」の一例である。
【００３９】
この第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子６０では、図７に示すように、共振器方向（Ａ方向）の一方の端部（光出射面６０ａ側の端部）に段差部６１ａが形成されている。また、（１−１００）面からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板６１上に、第１実施形態と同様の構造を有する半導体レーザ素子層２が形成されている。また、半導体レーザ素子層２は、共振器長が約１５６０μｍを有するとともに、［０００１］方向である共振器方向（Ａ方向）の両端部に、ｎ型ＧａＮ基板６１の主表面に対して略垂直な光出射面６０ａおよび光反射面６０ｂがそれぞれ形成されている。なお、光出射面６０ａは、本発明の「端面」の一例である。
【００４０】
ここで、第２実施形態では、図７に示すように、上記第１実施形態における窒化物系半導体レーザ素子１０の製造プロセスと異なり、ｎ型ＧａＮ基板６１と半導体レーザ素子層２との間に、下地層６２を形成する。具体的には、図８に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板６１上に、約３μｍ〜約４μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなる下地層６２を成長させる。なお、下地層６２が結晶成長する際、ｎ型ＧａＮ基板６１の［０００１］方向の格子定数ｃ１よりもＡｌＧａＮからなる下地層６２の［０００１］方向の格子定数ｃ２が小さい（ｃ１＞ｃ２）ので、所定の厚みに達した下地層６２は、ｎ型ＧａＮ基板６１の格子定数ｃ１に合わせようとして下地層６２の内部に引張応力Ｒ（図８参照）が発生する。この結果、下地層６２が局所的にＡ方向に縮むのに伴って、下地層６２には、図８に示すようなクラック７０が形成される。
【００４１】
また、第２実施形態では、下地層６２にクラック７０が形成される際に、クラック７０には、ＡｌＧａＮ層の（０００−１）面からなり、ｎ型ＧａＮ基板６１の上面の（１−１００）面まで達する内側面７０ａが形成される。この内側面７０ａは、ｎ型ＧａＮ基板６１の（１−１００）面からなる主表面に対して略垂直に形成される。なお、内側面７０ａは、本発明の「クラックの片側の面」の一例である。
【００４２】
その後、図１０に示すように、第１実施形態と同様の製造プロセスによって下地層６２上に、ｎ型クラッド層３、活性層４およびｐ型クラッド層５などを順次積層することにより、半導体レーザ素子層２を形成する。
【００４３】
ここで、第２実施形態では、図１１に示すように、下地層６２上に半導体レーザ素子層２を成長させた場合、Ｂ方向にストライプ状に延びるクラック７０の（０００−１）面からなる内側面７０ａにおいて、半導体レーザ素子層２は、クラック７０の（０００−１）面を引き継ぐように［１−１００］方向（Ｃ２方向）に延びる（０００−１）面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体レーザ素子層２の（０００−１）面が、窒化物系半導体レーザ素子６０における一対の共振器端面のうちの光出射面６０ａとして形成される。また、クラック７０の内側面７０ａに対向する内側面７０ｂ側では、半導体レーザ素子層２は、［１−１００］方向（Ｃ２方向）に対して所定の角度傾斜した方向に延びる（１−１０１）面からなる成長面（ファセット）を形成しながら結晶成長する。
【００４４】
そして、第１実施形態と同様の製造プロセスにより、電流ブロック層６、ｐ側電極７およびｎ側電極８を順次形成する。そして、図１２に示すように、ｎ側電極８の裏面側の（０００−１）半導体端面に対応する位置と、所定の（０００１）面を形成したい位置に、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、ｎ型ＧａＮ基板６１のクラック７０と平行（図９のＢ方向）に延びるように直線状のスクライブ溝７１を形成する。この状態で、図１２に示すように、ウェハの表面側（上側）が開くようにｎ型ＧａＮ基板６１の裏面側を支点として荷重を印加することにより、ウェハを、スクライブ溝７１の位置で劈開する。これにより、半導体レーザ素子層２の（０００１）面が、窒化物系半導体レーザ素子６０における一対の共振器端面のうちの光反射面６０ｂとして形成される。また、クラック７０に対応する領域のｎ型ＧａＮ基板６１は、クラック７０とスクライブ溝７１とを結ぶ劈開線２００に沿って分割される。なお、ｎ型ＧａＮ基板６１のクラック７０は、図７に示すように、素子分割後、光出射面６０ａの下部に形成された段差部６１ａとなる。
【００４５】
この後、共振器方向（Ａ方向）に沿って素子を分割してチップ化することによって、図７に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子６０が形成される。
【００４６】
第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子６０の製造プロセスでは、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板６１上に下地層６２を含むとともに、ｎ型ＧａＮ基板６１の（１−１００）面からなる主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程が、下地層６２に格子定数差に伴うクラック７０（（０００−１）面からなる内側面７０ａ）を形成する工程を含むことによって、ｎ型ＧａＮ基板６１の主表面上に半導体レーザ素子層２を形成する際に、下地層６２に形成されたクラック７０の内側面７０ａ（（０００−１）面）を利用して、内側面７０ａを引き継ぐように（０００−１）面からなる光出射面６０ａを有する半導体レーザ素子層２を容易に形成することができる。
【００４７】
また、第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子６０の製造プロセスでは、下地層６２がＡｌＧａＮ層を含むとともに、ｎ型ＧａＮ基板６１の［０００１］方向の格子定数および下地層６２の［０００１］方向の格子定数を、それぞれ、ｃ１およびｃ２とした場合、ｃ１＞ｃ２の関係を有するように構成することによって、ｎ型ＧａＮ基板６１上にＡｌＧａＮからなる下地層６２を形成する際に、下地層６２の［０００１］方向の格子定数ｃ２がｎ型ＧａＮ基板６１の［０００１］方向の格子定数ｃ１よりも小さい（ｃ１＞ｃ２）ので、ｎ型ＧａＮ基板６１側の格子定数ｃ１に合わせようとして下地層６２の内部に引張応力Ｒが生じる。この結果、下地層６２の厚みが所定の厚み以上の場合にはこの引張応力Ｒに耐え切れずに下地層には（０００−１）面に沿ってクラック７０が形成される。これにより、下地層６２上に半導体レーザ素子層２の（０００−１）面（光出射面６０ａ）を形成するための基準となる（０００−１）面からなる内側面７０ａを、容易に下地層６２に形成することができる。
【００４８】
また、第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子６０の製造プロセスでは、ｎ型ＧａＮ基板６１の主表面と略垂直に（０００−１）面を形成する工程が、下地層６２に、ｎ型ＧａＮ基板６１の主表面と略垂直な（０００１）面と実質的に平行に形成される（０００−１）面からなる内側面７０ａを形成する工程を含むように構成することによって、ｎ型ＧａＮ基板６１上に半導体レーザ素子層２を形成する際に、格子定数差によって下地層６２に形成された（０００−１）面からなる内側面７０ａを引き継ぐように、（０００−１）面の光出射面６０ａを有する半導体レーザ素子層２を容易に形成することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００４９】
［実施例］
図１３および図１４は、図１０に示した第２実施形態の窒化物系半導体層の形成方法によるｎ型ＧａＮ基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。図９、図１３および図１４を参照して、上記第２実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
【００５０】
この確認実験では、まず、上記した第２実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて３μｍ〜４μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなる下地層を形成した。この際、ｎ型ＧａＮ基板と下地層との格子定数差に起因して、下地層に図１３および図１４に示すようなクラックが形成された。この際、クラックは、図１４に示すように、ｎ型ＧａＮ基板の主表面に対して垂直な方向に延びる（０００−１）面を形成しているのが確認された。また、クラックは、図９に示したように、ｎ型ＧａＮ基板の［０００１］方向と直交する［１１−２０］方向にストライプ状に形成されたのが確認された。
【００５１】
次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮからなる半導体層を下地層上にエピタキシャル成長させた。この結果、図１４に示すように、クラックの（０００−１）面からなる内側面において、半導体層がこの面方位を引き継ぐように垂直方向に延びるＧａＮの（０００−１）面を形成しながら［１−１００］方向に結晶成長するのが確認された。これにより、下地層に設けられたクラックの片面を利用して半導体層の共振器端面（光出射面または光反射面）を形成することが可能であることが確認された。なお、図１４に示すように、クラックの（０００−１）面と反対側の内側面上には、ＧａＮの（１−１０１）面からなる傾斜面（ファセット）が形成されるのが確認された。また、形成時にｎ型ＧａＮ基板まで達していたクラックは、半導体層の積層に伴って、空隙の一部を埋められているのが確認された。
【００５２】
上記の確認実験の結果から、本発明による窒化物系半導体層の形成方法では、結晶成長による半導体層の形成と同時に、劈開工程を用いることなく半導体層（発光層）に（０００−１）面からなる共振器端面（光出射面側）を形成することが可能であると考えられる。
【００５３】
（第２実施形態の変形例）
図１５および図１６は、本発明の第２実施形態の変形例による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。図８、図１１、図１５および図１６を参照して、この第２実施形態の変形例による製造プロセスでは、上記第２実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板６１上の下地層６２に破線状のスクライブ傷８０を形成することによってクラックの発生位置が制御されたクラック８１を形成する場合について説明する。
【００５４】
ここで、第２実施形態の変形例では、図１５に示すように、ｎ型ＧａＮ基板６１（図８参照）上に、上記した第２実施形態の厚み（約３μｍ〜約４μｍ）よりも薄い臨界膜厚程度の厚みを有するＡｌＧａＮからなる下地層６２を成長させる。この際、下地層６２には、第２実施形態と同様の作用によって内部に引張応力Ｒが発生する。ここで、臨界膜厚とは、互いに異なる格子定数を有する半導体層を積層した際に、格子定数差に起因したクラックが半導体層に発生しない場合の半導体層の最小の厚みを意味する。
【００５５】
この後、図１５に示すように、レーザ光またはダイヤモンドポイントなどにより、下地層６２にＢ方向に延びる破線状（約４０μｍ間隔）のスクライブ傷８０を、Ａ方向に間隔Ｌ２（＝約１６００μｍ）で形成する。これにより、図１６に示すように、下地層６２は、破線状のスクライブ傷８０を起点として、スクライブ傷８０が形成されていない下地層６２の領域にクラックが進行する。この結果、下地層６２をＢ方向に分断する略直線状のクラック８１が形成される。
【００５６】
また、その際、スクライブ傷８０も、深さ方向（図１６の紙面奥方向）に分割が進む。これにより、クラック８１には、ＡｌＧａＮ層の（０００−１）面からなり、図１６の紙面奥側に垂直に延びるとともに、ｎ型ＧａＮ基板６１の（１−１００）面まで達する内側面８１ａ（破線で示す）が形成される。なお、クラック８１の内側面８１ａは、ｎ型ＧａＮ基板６１の（１−１００）面からなる主表面に対して略垂直に形成される。なお、内側面８１ａは、本発明の「クラックの片側の面」の一例である。
【００５７】
そして、上記第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子６０と同様の製造プロセスにより、半導体レーザ素子層２を形成する。この際も、下地層６２上に半導体レーザ素子層２を成長させた場合、Ｂ方向にストライプ状に延びるクラック８１の内側面８１ａにおいて、半導体レーザ素子層２は、クラック８１の（０００−１）面を引き継ぐように垂直方向（図１１のＣ２方向）に延びる（０００−１）面を形成しながら結晶成長することにより、光出射面６０ａ（図１１参照）が形成される。なお、第２実施形態の変形例における窒化物系半導体レーザ素子のその他の構造および製造プロセスは、上記第２実施形態と同様である。
【００５８】
第２実施形態の変形例による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子６０の製造プロセスでは、上記のように、クラック形成の際に、ｎ型ＧａＮ基板６１上に下地層６２を臨界膜厚程度の厚みに形成した後、下地層６２に対して、Ｂ方向に延びる破線状（約４０μｍ間隔）のスクライブ傷８０を共振器方向（Ａ方向）に等間隔に形成する工程を備えることによって、下地層６２は、破線状のスクライブ傷８０を起点としてＢ方向に平行に、かつ、共振器方向（Ａ方向）に等間隔にクラック８１が形成される。すなわち、上記第２実施形態のように、自発的に形成されたクラックの（０００−１）面を利用して半導体層を積層させる場合と比較して、より容易に、共振器長が揃った窒化物系半導体レーザ素子６０を形成することができる。なお、第２実施形態の変形例におけるその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。
【００５９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６０】
たとえば、上記第１および第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、半導体レーザ素子層２を、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどの窒化物系半導体層により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子層２を、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮおよびこれらの混晶からなるウルツ構造の窒化物系半導体層により形成してもよい。
【００６１】
また、上記第１および第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、ｎ型ＧａＮ基板のｍ面（（１−１００）面）からなる主面上に半導体レーザ素子層を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、たとえばａ面（（１１−２０）面）など、ｎ型ＧａＮ基板の（０００−１）面に垂直な面を半導体レーザ素子層を形成する際の主表面としてもよい。
【００６２】
また、上記第１および第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、半導体レーザ素子層２の（０００−１）端面を光出射面１０ａ（６０ａ）とするとともに、（０００１）端面を光反射面１０ｂ（６０ｂ）とした例について示したが、本発明はこれに限らず、（０００１）端面を光出射面とするとともに、（０００−１）端面を光反射面としてもよい。
【００６３】
また、上記第２実施形態および上記第２実施形態の変形例による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、下地基板としてｎ型ＧａＮ基板６１を用いるとともに、ｎ型ＧａＮ基板６１上にＡｌＧａＮからなる下地層６２を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地基板としてＩｎＧａＮ基板を用いるとともに、ＩｎＧａＮ基板上にＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる下地層を形成してもよい。
【００６４】
また、上記第２実施形態の変形例による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、下地層６２にクラック導入用のスクライブ傷８０を破線状（約４０μｍ間隔）に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地層６２のＢ方向（図１５参照）の両端部（ｎ型ＧａＮ基板６１の端部に対応する領域）にスクライブ傷を形成してもよい。このように構成しても、両端部のスクライブ傷を起点としてＢ方向に延びるクラックを導入することができる。
【００６５】
また、上記第１実施形態、上記第２実施形態および上記第２実施形態の変形例による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、利得導波型のオキサイドストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成する例について示したが、本発明はこれに限らず、リッジ部をＳｉＯ２またはＡｌＧａＮなどからなる電流ブロック層で埋め込んだ屈折率導波型のリッジ導波構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。
【図２】図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った断面図である。
【図３】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図４】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した図である。
【図８】図７に示した第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】図７に示した第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図１０】図７に示した第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図１０に示した第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための拡大断面図である。
【図１２】図７に示した第２実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】図１０に示した第２実施形態の窒化物系半導体層の形成方法によるｎ型ＧａＮ基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。
【図１４】図１０に示した第２実施形態の窒化物系半導体層の形成方法によるｎ型ＧａＮ基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。
【図１５】本発明の第２実施形態の変形例による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態の変形例による窒化物系半導体層の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１                  ｎ型ＧａＮ基板（基板）
２                  半導体レーザ素子層（窒化物系半導体層）
３                  ｎ型クラッド層（窒化物系半導体層）
４                  活性層（窒化物系半導体層）
５                  ｐ型クラッド層（窒化物系半導体層）
１０ａ、６０ａ      光出射面（端面）
６１                ｎ型ＧａＮ基板（下地基板）
６２                下地層
７０、８１          クラック
７０ａ、８１ａ      内側面（クラックの片側の面）
【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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【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１５】
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【図１６】
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【図１３】
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【図１４】
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