(57)【要約】【課題】製造される窒化物半導体発光素子の発光波長を均一化し、歩留まりを向上した窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする【解決手段】所定の作製方法を用いて得られるウエハが、中心側ほど発光波長が短く、外側ほど発光波長が長いものとなる場合において、中心側ほど合成オフ角が０°に近い値となり外側ほど合成オフ角が大きくなる基板５０を用いて発光素子の製造を行う。このような基板５０を用いることで、作製方法の特性によるウエハの発光波長の分布のばらつきを低減することが可能となり、歩留まりを向上することが可能となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の作製方法によって、基板の主面上に窒化物半導体から成る層を備える積層構造を作製した場合の、前記積層構造の前記基板の主面と平行な面内における特性の分布を示す作製方法特性に基づいて、窒化物半導体から成る調整基板を作製する第一工程と、
前記所定の作製方法を用いて、前記第一工程により得られる前記調整基板の主面上に前記積層構造を作製してウエハを作製する第二工程と、
当該第二工程により得られる前記ウエハを用いて窒化物半導体素子を製造する第三工程と、
を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記作製方法特性が、前記積層構造の前記基板の主面と平行な面内における発光波長の分布を示すものであり、
前記調整基板の、前記作製方法特性の最も発光波長が短くなる部分に対応する部分の合成オフ角を、０°とす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の製造方法。
【請求項３】
前記調整基板の、前記作製方法特性の最も発光波長が短くなる部分に対応する部分以外の合成オフ角が、０°より大きくなることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記作製方法特性が、中心側ほど発光波長が短くなるとともに外側ほど発光波長が長くなるものであり、
前記調整基板の合成オフ角が、中心側ほど０°に近い値になるとともに外側ほど大きくなるものであることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記所定の作製方法が、所定の方向から前記積層構造を作製するための原料を流すとともに、前記原料が流れる中で、前記基板の主面の中心を軸として回転させ、前記積層構造を作製するものであることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第一工程の前に、
主面の合成オフ角が均一である試験基板の主面上に、前記所定の作製方法を用いて前記積層構造を作製し、作製された当該積層構造に基づいて、前記作製方法特性を得る第四工程を、
さらに備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記積層構造が、ＩｎＧａＮから成る層を少なくとも１層備えるものであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体発光素子の製造方法に関するものであり、特に窒化物半導体基板上に窒化物半導体から成る層を積層して窒化物半導体発光素子を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族元素とＶ族元素とから成る所謂ＩＩＩ−Ｖ族半導体である窒化物半導体（例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）は、そのバンド構造より、青や青紫の光を発する発光素子としての利用が期待され、既に発光ダイオードやレーザ素子などの発光素子に利用されている。
【０００３】
また、これまでは良質な窒化物半導体の基板が得られなかったため、サファイア基板などの異種基板を用いて窒化物半導体レーザ素子などの作製が行われてきた。しかし、サファイア基板などの異種基板は窒化物半導体と劈開方向が異なるため、ウエハの分割が困難となる問題などが生じていた。
【０００４】
これらの問題に対して、近年になって良質な窒化物半導体基板が得られるようになり、これらの基板を利用することで、上述した問題が解決された窒化物半導体発光素子が得られるようになった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２９４９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、良質な窒化物半導体基板を用いたとしても、作製装置や作製方法の特性（例えば、成長時の基板の温度分布や原料の流れ方など）によって、一つのウエハから得られるチップを実装した窒化物半導体発光素子の特性にばらつきが生じてしまう問題が生じる。特に、チップ毎に発光波長がばらついてしまうために、得られる窒化物半導体発光素子の発光波長を所定の範囲内に収めることが困難となる。したがって、窒化物半導体発光素子の歩留まりが悪いものとなる。
【０００６】
そこで本発明は、製造される窒化物半導体発光素子の発光波長を均一化し、歩留まりを向上した窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。また、発光波長に限らず、光閉じ込め係数や動作電圧などの種々の特性を均一化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、所定の作製方法によって、基板の主面上に窒化物半導体から成る層を備える積層構造を作製した場合の、前記積層構造の前記基板の主面と平行な面内における特性の分布を示す作製方法特性に基づいて、窒化物半導体から成る調整基板を作製する第一工程と、前記所定の作製方法を用いて、前記第一工程により得られる前記調整基板の主面上に前記積層構造を作製してウエハを作製する第二工程と、当該第二工程により得られる前記ウエハを用いて窒化物半導体素子を製造する第三工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、上記構成の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記作製方法特性が、前記積層構造の前記基板の主面と平行な面内における発光波長の分布を示すものであり、前記調整基板の、前記作製方法特性の最も発光波長が短くなる部分に対応する部分の合成オフ角を、０°とすることとしても構わない。
【０００９】
また、上記構成の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記調整基板の、前記作製方法特性の最も発光波長が短くなる部分に対応する部分以外の合成オフ角が、０°より大きくなることとしても構わない。
【００１０】
このような構成にすることによって、調整基板上に作製される積層構造全体における発光波長の分布のばらつきを低減することが可能となる。また、調整基板が、発光波長の分布に応じた合成オフ角の分布を備えることとしても構わない。
【００１１】
また、上記構成の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記作製方法特性が、中心側ほど発光波長が短くなるとともに外側ほど発光波長が長くなるものであり、前記調整基板の合成オフ角が、中心側ほど０°に近い値になるとともに外側ほど大きくなるものであることとしても構わない。
【００１２】
また、上記構成の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記所定の作製方法が、所定の方向から前記積層構造を作製するための原料を流すとともに、前記原料が流れる中で、前記基板の主面の中心を軸として回転させ、前記積層構造を作製するものであることとしても構わない。
【００１３】
また、上記構成の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記第一工程の前に、主面の合成オフ角が均一である試験基板の主面上に、前記所定の作製方法を用いて前記積層構造を作製し、作製された当該積層構造に基づいて、前記作製方法特性を得る第四工程を、さらに備えることとしても構わない。また、前記試験基板の主面の合成オフ角が、面内において０°で均一になることとしても構わない。
【００１４】
このような構成にすることによって、精密な作製方法特性を得ることが可能となり、所定の作製方法に対して最適となる調整基板を作製することが可能となる。したがって、発光波長などの窒化物半導体発光素子の特性の面内におけるばらつきを、より均一化することが可能となる。
【００１５】
また、上記構成の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記積層構造が、ＩｎＧａＮから成る層を少なくとも１層備えるものであることとしても構わない。
【００１６】
このような構成とすることによって、発光波長や光閉じ込め係数、動作電圧などの窒化物半導体発光素子の各種特性に対して重大な影響を与えるパラメータであるＩｎ濃度を、調整基板の合成オフ角を制御することにより、容易に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明における窒化物半導体発光素子の製造方法では、所定の作製方法により作製される積層構造の特性の分布に基づいて調整基板を作製するとともに、この調整基板の主面上に所定の作製方法を用いて積層構造を作製したウエハを用いて、窒化物半導体発光素子を製造する。そのため、所定の作製方法による特性のばらつきを調整基板によって低減することが可能となる。特に、得られる発光素子の発光波長のばらつきを低減し、発光波長の均一化を図ることが可能となる。したがって、窒化物半導体発光素子の歩留まりを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、窒化物半導体発光素子の一例として窒化物半導体レーザ素子を挙げるとともに、本発明における窒化物半導体発光素子の製造方法について説明する。最初に、本発明における窒化物半導体発光素子の製造方法の基本構成について説明する。
＜＜基本構成＞＞
＜作製方法特性＞
まず、基板上に作製される積層構造の作製方法による特性の分布である、作製方法特性の一例について説明する。また、基板上に多重量子井戸構造を作製した場合の発光波長の分布を、作製方法特性の一例として挙げ、以下この例について説明する。
【００１９】
図１は、作製方法特性の一例を示すグラフであり、２インチのサファイア基板の｛０００１｝面にＩｎＧａＮから成る多重量子井戸構造を作製したウエハ１００のＰＬ（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）のピーク波長の測定結果を示したものである。ここで、ＩｎＧａＮから成る多重量子井戸構造については、後述する窒化物半導体レーザチップの構成例において示す構造と同様のものとする。また、本例ではＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて多重量子井戸構造を作製するものとする。
【００２０】
ここで、図１に示す例では、ウエハ１００の中心側に形成される多重量子井戸構造からの発光波長ほど短く、外側に形成される多重量子井戸構造の発光波長ほど長くなるような分布となっている。換言すると、本例における作製方法を用いてＩｎＧａＮの多重量子井戸構造を作製すると、ウエハの中心側ほどＩｎが取り込まれにくく、外側ほどＩｎが取り込まれやすくなる。
【００２１】
このようなウエハ１００の作製方法として、例えば、図２に示す作製方法などがある。図２は、ウエハの作製方法を示す模式的な斜視図である。なお、図２では簡単のため、リアクタやサセプタなどの図示を省略している。図２に示すように、本例の作製方法では、所定の方向（基板１０１の主面と略平行となる方向）から原料及びキャリアガスを流すとともに、基板１０１を回転させて成長を行う。このような作製方法を用いることとすると、図１に示すような作製方法特性を有するウエハ１００が得られる。
【００２２】
したがって、この作製方法を用いてウエハを作製し、発光素子を製造すると、ウエハの中心側から得られるチップを実装した発光素子の発光波長は短くなり、ウエハの外側から得られるチップを実装した発光素子の発光波長は長くなる。
【００２３】
本発明は、このような発光波長の分布のばらつき、即ち、作製方法特性のばらつきを低減するために、後述する所定の特性を有する基板を用いてウエハを作製し、発光素子の製造を行う。なお、作製方法特性が予め予想される場合は、上述のような作製方法特性を調べる工程を簡略化する、または、無くすこととしても構わない。
【００２４】
一方、発光素子を製造する前に、上述したようなＰＬ測定などの方法を用いてウエハ１００の発光波長の分布、即ち、作製方法特性を調べる工程を行うこととしても構わない。また、実際に発光素子を製造し、動作させてそれぞれの発光素子の発光波長を調べることによって、ウエハ１００の発光波長の分布を調べることとしても構わない。また、発光波長の分布を調べるために作製するウエハ１００に用いる基板を、サファイア基板以外の基板としても構わない。また、上述した方法以外の方法を用いて作製方法特性を調べることとしても構わない。
【００２５】
また、ＩｎＧａＮの多重量子井戸構造とは、ＧａＮから成る障壁層とＩｎＧａＮから成る井戸層を備える構造でも構わないし、ＩｎＧａＮから成る障壁層と障壁層よりもＩｎ組成が大きいＩｎＧａＮから成る井戸層を備える構造でも構わない。
＜基板の特性＞
次に、上述したウエハ１００の発光波長の分布のばらつきを低減させる方法について説明する。本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、上述したウエハ１００の発光波長
の分布に対応した合成オフ角を有する窒化物半導体基板を作製し、その基板を用いることで発光素子を製造するものである。ここで、合成オフ角を以下の式（Ｉ）によって定義する。また、窒化物半導体基板としてＧａＮ基板を例に挙げるとともに以下において説明する。
【００２６】
合成オフ角＝（Ａ2＋Ｂ2）1/2    …（Ｉ）
Ａは、基板の＜１１−２０＞方向におけるオフ角を示し、Ｂは基板の＜１−１００＞方向におけるオフ角を示す。
【００２７】
また、図３に、基板の合成オフ角と発光波長との関係を示すグラフを示す。図３に示すように、基板の合成オフ角は、大きいほどその上に形成される発光構造の発光波長を短波長化することができる。即ち、基板の合成オフ角を大きくするとＩｎの取り込みが抑制され、基板の合成オフ角を小さくするとＩｎの取り込みが促進される。
【００２８】
本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、敢えてオフ角が均一でない基板を用いて発光素子を製造するものである。例えば、基板の中心側ほどＩｎが取り込まれにくく、外側ほどＩｎが取り込まれやすくなる作製方法を用いてウエハを作製する場合であれば、基板の中心側ほど合成オフ角が小さく、外側ほど合成オフ角が大きくなる基板を用いる。このような方法によって窒化物半導体発光素子を製造することにより、ウエハの発光波長の分布のばらつきをはじめとする、作製方法特性のばらつきを低減することが可能となる。
【００２９】
この基板の一例について図４を用いて説明する。図４は、基板の一例を示す模式的な平面図であり、主面が｛０００１｝面となるＧａＮ基板について示したものである。
【００３０】
なお、以下に示す基板の例において、オフ角とは結晶の｛０００１｝面と基板の主面とのずれの角度を指すこととする。また、ある方向におけるオフ角に対して正負の符号を付して表現するが、正負が異なる場合とは、結晶の＜０００１＞軸の主面の法線に対する傾きの正負が異なる場合を示すものとする。
【００３１】
また、本願ではオフ角が均一ではない基板を用いるものであるため、基板各所の結晶方位はわずかに異なるものとなる。しかしながら、これらの結晶方位のずれはごくわずかなものであり、全体的には方位がほぼ揃っている。そのため、基板全体の説明をする場合については、結晶方位が揃っているものとして扱う。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、基板５０は＜１−１００＞方向、＜１１−２０＞方向のいずれの方向についても、中心のオフ角が０°に略等しい値となる。即ち、中心付近の結晶面が最も｛０００１｝面に近い面となる。また、それぞれの方向に沿ってオフ角が単調に変動する。なお、ここでは簡単のために＜１−１００＞方向と＜１１−２０＞方向についてのみ示しているが、他の方向においても同様の関係となる。
【００３３】
また、図４（ｂ）に示すように基板５０の合成オフ角は外側ほど大きいものとなり、中心側は０°に略等しい値となる。そのため、この基板５０上に発光構造を作製することとすると、外側ほどＩｎが取り込まれにくくなるため短波長化し、中心側ほどＩｎが取り込まれやすくなるため長波長化する。
【００３４】
したがって、図１に示すようなウエハ１００を作製する作製方法を用いて、この基板５０上に発光構造を作製すると、作製方法の特性上Ｉｎが取り込まれやすい外側では基板５０の特性上Ｉｎが取り込まれにくくなり、作製方法の特性上Ｉｎが取り込まれにくい中心側では基板５０の特性上Ｉｎが取り込まれやすくなる。
【００３５】
このように、作製方法の特性と基板５０の特性とをそれぞれ反対のものにすることによって、作製方法の特性により生じる発光波長の分布のばらつきを基板５０の特性によって低減することが可能となる。したがって、この作製方法を用いて作製される発光素子の発光波長の均一化を図ることが可能となり、発光素子の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００３６】
また、基板の別例について図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６は基板の一例を示す模式的な平面図であり、図４と同様に｛０００１｝面を主面とするＧａＮ基板について示したものである。
【００３７】
図５に示す基板５１は、図５（ａ）に示すように、＜１−１００＞方向に対してオフ角が単調に変動するとともに中央で０°に略等しい値となる。一方、＜１−１００＞方向と垂直な方向である＜１１−２０＞方向では、基板５１の中心を通るＡ２と、中心から外れているＡ１及びＡ３と、のいずれにおいても変動がわずかなものとなり、概ね一定の値となる。なお、Ａ１とＡ３とはＡ２を軸として対称の位置にあり、オフ角の符号が異なるものとなる。
【００３８】
また、図５（ｂ）に示すように、基板５１の＜１−１００＞方向における合成オフ角は外側ほど大きいものとなり、中央では０°に略等しい値となる。一方、＜１１−２０＞方向では、Ａ２は０°と略等しい値で概ね一定になり、Ａ１及びＡ３はある値で一定となる。
【００３９】
図６に示す基板５２においても、図５に示した基板５１と同様となる。ただし、図６（ａ）に示すように、本例では、＜１１−２０＞方向に対してオフ角が単調に変動するとともに中央で０°に略等しい値となる。一方、＜１−１００＞方向において、基板５２の中心を通るＢ２と、中心から外れているＢ１及びＢ３と、のいずれにおいても変動がわずかなものとなり、概ね一定の値となる。また、Ｂ１とＢ３とはＢ２を軸として対称の位置にあり、オフ角の符号が異なるものとなる。
【００４０】
また、図６（ｂ）に示すように、基板５２の＜１１−２０＞方向における合成オフ角は外側ほど大きいものとなり、中心は０°に略等しい値となる。一方、＜１−１００＞方向では、Ｂ２は０°と略等しい値で概ね一定になり、Ｂ１及びＢ３はある値で一定となる。
【００４１】
図５に示す基板５１を用いる場合、主に＜１−１００＞方向における発光波長の分布のばらつきを低減させることが可能となる。また、図６に示す基板５２を用いる場合では、主に＜１１−２０＞方向における発光波長の分布のばらつきを低減させることが可能となる。したがって、製造される大部分の発光素子の発光波長を均一化することが可能となるとともに、発光素子の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００４２】
また、図４〜図６に示す基板５０〜５２以外の基板を用いても構わない。例えば、片流れする方向が図５に示す基板５１や図６に示す基板５２以外の方向である基板を用いても構わない。また、他の基板を用いる場合であっても、作製方法の特性により発光波長が短くなる部分と、基板における合成オフ角が０°と略等しくなる部分と、が重なるようにすると、効率よく発光波長の分布のばらつきを低減することが可能となる。
【００４３】
また、上述した作製方法と異なる方法を用いて、発光波長の短くなる部分が中心から外れるウエハを作製する場合においても、合成オフ角が０°となる部分が、同様に中心から外れた基板を用いることとする。このような基板を用いることで、ウエハの発光波長の分布のばらつきを低減することができる。したがって、発光波長の分布がどのようにばらついたとしても、基板の特性を変化させることによって、ばらつきを低減することが可能と
なる。
【００４４】
また、図４〜図６に示す基板５０〜５２のオフ角及び合成オフ角は、非線形で変動しても構わないし、線形で変動しても構わない。さらに、ウエハの発光波長の分布にあわせたものとしても構わない。このように基板５０〜５２を構成することによって、さらに発光波長を均一化させることが可能となる。
【００４５】
また、ウエハの作製方法は、ＭＯＣＶＤ法に限られない。例えば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いることもできる。さらに、複数の作製方法を用いるものであっても構わない。これらの作製方法を用いる場合であっても、基板の合成オフ角を制御することによって、ウエハの発光波長の分布のばらつきを低減することができる。
【００４６】
また、上述した例では、発光波長の分布のばらつきを低減する場合について説明したが、他の特性のばらつきを低減することも可能である。例えば、光を出射する層（例えば、量子井戸構造の井戸層として設けられるＩｎＧａＮ層）の近傍に設けられる層（例えば、量子井戸構造の障壁層や光ガイド層として設けられるＩｎＧａＮ層）の面内におけるＩｎ濃度の分布も均一化されるため、これらの層のバンドギャップ及び屈折率を均一化することが可能となり、光閉じ込め係数を均一なものとすることが可能となる。したがって、得られる発光素子から出射される光の広がり角、特に、基板の主面と垂直な方向における広がり角を均一とすることが可能となる。
【００４７】
さらに、電極である金属層と接触する半導体層（例えば、コンタクト層として用いられるＩｎＧａＮ層）の面内におけるＩｎ濃度の分布も均一化されるため、金属層と半導体層とのエネルギー障壁の大きさを均一化することが可能となる。したがって、得られる発光素子の動作電圧特性や閾値電圧を、均一なものとすることが可能となる。
＜＜実施例＞＞
次に、上述した製造方法を用いて得られる窒化物半導体レーザ素子の一例について説明する。まず、このレーザ素子に実装されるレーザチップの構成及び作製方法について説明する。
＜レーザチップの構成＞
窒化物半導体レーザチップの構成について図７を用いて説明する。図７は、窒化物半導体レーザチップの構成を示す模式的な平面図及び断面図である。ここで、図７（ａ）は窒化物半導体レーザチップの模式的な平面図を示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面を示す模式的な断面図を示している。
【００４８】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、レーザチップ１は、基板２の｛０００１｝面上に、下方から上方に向かって、ｎ型クラッド層３、活性層４、光ガイド層５、キャップ層６、ｐ型クラッド層７及びコンタクト層８の各層が積層されている。これらの各層はエピタキシャル成長して積層されており、本例の場合、下地の結晶の方位関係を継承した結晶が成長している。なお、以下において結晶の方位関係を用いて構造の説明を行う場合、これらの結晶の方位関係を指すものとする。
【００４９】
また、ｐ型クラッド層７の一部は、＜０００１＞方向と略平行な方向に突出するとともに、突出した部分が＜１−１００＞方向と略平行な方向に延在している。また、ｐ型クラッド層７の突出した部分の上面にコンタクト層８が設けられ、このコンタクト層８の上面にオーミック電極９が形成されている。そして、これらの突出した部分が電流通路部（リッジ部１０）となる。また、ｐ型クラッド層７の突出していない部分、即ち、リッジ部１０以外の部分の上面には電流ブロック層１１が形成されている。
【００５０】
リッジ部１０の上面及び電流ブロック層１１の上面の一部にはパッド電極１２が形成されており、基板２の下面にはｎ側電極１３が形成されている。また、図示していないが、光が出射または反射される共振器端面（＜１−１００＞方向と略垂直な端面）には保護膜が形成されている。
【００５１】
なお、図７ではパッド電極１２によってリッジ部１０の一部が覆われ、共振器端面近傍のリッジ部１０が覆われない構成としているが、リッジ部１０全体が覆われる構成としても構わない。また、保護膜がＳｉＯ2やＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｒＯ2などから成るものとして、反射側の端面に形成される保護膜の反射率が、出射側の端面に形成される保護膜の反射率より高くなるように構成されることとしても構わない。
＜レーザチップの作製方法＞
（ウエハの作製方法）
次に、レーザチップの作製方法について図面を参照して説明する。最初に、図８を用いて、レーザチップを作製するためのウエハの作製方法の一例について説明する。図８は、ウエハの作製方法の一例を示す模式的な断面図であり、図８に示したレーザチップの断面と同様の断面を示すものとする。
【００５２】
まず、｛０００１｝を主面とした、厚さ約１００μｍであり合成オフ角が上述のように制御されたｎ型ＧａＮ基板２を作製する。そして、図８（ａ）に示すように、基板２の｛０００１｝面を成長面として、ｎ型ＡｌＧａＮから成る厚さ約１．５μｍのｎ型クラッド層３を積層する。また、このｎ型クラッド層３の上面に活性層４を積層する。活性層４は、図９の活性層の構成を示す模式的な断面図に示すように、アンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約３．２ｎｍの井戸層４ａと、アンドープのＧａＮから成る厚さ約２０ｎｍの障壁層４ｂと、を交互に複数層積層することによって形成した多重量子井戸構造であるものとする。ここで、図９においては、井戸層４ａを三層、障壁層４ｂを四層積層した場合について示している。なお、障壁層４ｂを、ＩｎＧａＮから成るものとしても構わない。
【００５３】
また、この多重量子井戸構造となる活性層４の上に、アンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約７５ｎｍの光ガイド層５を積層し、この光ガイド層５の上にアンドープのＡｌＧａＮから成る厚さ約２０ｎｍキャップ層６を積層する。このキャップ層６の上面には、ｐ型ＡｌＧａＮから成る厚さ約５００ｎｍのｐ型クラッド層７を積層する。そして、このｐ型クラッド層７の上にアンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約３ｎｍのコンタクト層８を積層する。なお、図８（ａ）は、以上に説明した各層３〜８を基板２の成長面上に積層した状態について示している。
【００５４】
そして、コンタクト層８の上面に、厚さ約１ｎｍのＰｔ層と厚さ約３０ｎｍのＰｄ層とから成るｐ側オーミック電極９を形成し、このｐ側オーミック電極９の上に厚さ約２３０ｎｍのＳｉＯ2層１４を形成する。このように各層を形成し、図８（ｂ）に示すような構造を得る。
【００５５】
次に、リッジ部１０を形成するために図８（ｂ）に示す構造をエッチングする。このとき、幅約１．５μｍであるとともに＜１−１００＞方向に延びたストライプ状のフォトレジスト（不図示）を、リッジ部１０を形成する予定の部分に形成する。そして、ＣＦ4系のガスを用いてＲＩＥ法によるエッチングを行なう。すると、フォトレジストを形成した部分のＳｉＯ2層１４及びオーミック電極９のみが残り、フォトレジストを形成していない部分のＳｉＯ2層１４及びオーミック電極９は除去される。
【００５６】
そして、フォトレジストを除去し、Ｃｌ2やＳｉＣｌ4などの塩素系のガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行なう。このとき、ＳｉＯ2層１４をマスクとして、ＳｉＯ2層１
４が形成されていない部分のコンタクト層８及びｐ型クラッド層７をエッチングする。そして、ｐ型クラッド層７が約８０ｎｍ残った状態となったときにエッチングを停止し、マスクとして用いたＳｉＯ2層１４を除去する。すると、図８（ｃ）に示すような、ｐ型クラッド層７の一部が突出し、そのｐ型クラッド層７の突出した部分の上にコンタクト層８、オーミック電極９が順に形成されたリッジ部１０を備える構造が得られる。
【００５７】
次に、図８（ｃ）に示した構造の上に厚さ１８０ｎｍのＳｉＯ2層を形成し、フォトレジストをリッジ部１０以外の部分に形成されたＳｉＯ2層の上に形成する。そして、ＣＦ4系のガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行ない、リッジ部１０上に形成されたＳｉＯ2層を除去することでＳｉＯ2層から成る電流ブロック層１１を形成する。これによって、図８（ｄ）に示すような構造が得られる。
【００５８】
また、図８（ｄ）に示した構造に対して、電流ブロック層１１で囲まれたリッジ部１０を覆うように、厚さ約３０ｎｍのＴｉ層と厚さ約１４０ｎｍのＰｄ層と厚さ約２４００ｎｍのＡｕ層とを順に形成して成る厚さ３μｍのパッド電極１２を複数形成する。そして、基板２の成長面と反対側の面に、約６ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約６００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とを順に形成した構成から成るｎ側電極１３を形成することによって、図１０に示すようなウエハ２０が得られる。図１０は、ウエハの構成について示す模式的な平面図及び断面図である。なお、図１０（ａ）に示す平面図は図７（ａ）と同様の平面について示したものであり、図１０（ｂ）に示す断面図は、図７（ｂ）と同様の断面について示したものである。
【００５９】
図１０に示すように、ウエハ２０にはリッジ部１０が複数形成されており、それぞれ＜１−１００＞方向に延在して一続きとなる形状となる。また、パッド電極１２は各リッジ部１０に沿って複数形成されており、このウエハ２０が劈開及び分割されることで、図７に示すようなレーザチップ１が得られる。なお、一例として、パッド電極１２がレーザチップ毎に一つずつ形成されるように予め分断されている場合について示したが、パッド電極１２が各リッジ部１０に沿って一続きとなるように形成されることとしても構わない。
【００６０】
なお、以上説明したウエハ作製方法において、窒化物半導体から成る各層３〜８の形成にＭＯＣＶＤ法を用いても構わないし、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法やその他の方法を用いても構わない。また、各電極層９，１２，１３の形成に、スパッタリングや蒸着などの形成方法を用いることとしても構わなく、蒸着として、電子ビーム蒸着を用いても構わないし、抵抗加熱蒸着を用いても構わない。また、ＳｉＯ2層１４や電流ブロック層１１の形成に、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法などの方法を用いても構わない。
【００６１】
また、基板２の厚さを１００μｍとしたが、ハンドリングを容易にするために４００μｍ程度の厚さにして積層を開始することとしても構わない。この場合、遅くともｎ側電極１３を形成する前までに研磨等を行い、基板２を１００μｍ程度の厚さとなるまで薄くすることとしても構わない。
【００６２】
また、図５及び図６に示したような片流れの基板５１、５２を用いる場合、図１０（ａ）に示すウエハ２０の配置に基づいて、片流れの方向を選択しても構わない。例えば、＜１１−２０＞方向の両端近傍よりも、＜１−１００＞方向の両端近傍から得られるチップが多い場合は、＜１−１００＞方向に片流れする基板５２を用いることとする。このように片流れの方向を選定することによって、発光波長が若干ずれるような部分と、ウエハ２０の無駄になる部分と、が重なるようになるため、さらに歩留まりを向上させることができるようになる。
【００６３】
（ウエハの分断方法）
次に、図１０に示したウエハ２０を劈開及び分割して図７に示したレーザチップ１を得る方法について、図１１を用いて説明する。図１１は、バー及びチップの構成について示す模式的な平面図である。図１１（ａ）、（ｂ）に示す平面図は、図７（ａ）及び図１０（ａ）に示す平面と同様の平面について示したものである。
【００６４】
図１１（ａ）に示すように、まず、図１０に示すウエハ２０を＜１１−２０＞方向に沿って劈開し、バー３０を得る。このとき、バー３０は劈開されることによって２つの端面（｛１−１００｝面と略平行な面）が形成され、これらの端面が共振器端面となる。また、バー３０は複数のレーザチップが＜１１−２０＞方向に一列に整列する構成となる。
【００６５】
また、得られたバー３０の共振器端面には、例えば、ＳｉＯ2やＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｒＯ2などから成る保護膜が形成される。そして、いずれか一方の端面に形成する保護膜を、例えば、１０層程度の多数の層から成るものとして反射率を高くするとともに、いずれか一方の端面に形成する保護膜を、例えば、１層程度の少数の層から成るものとして反射率を低くする。そして、図１１（ｂ）に示すように、得られたバー３０を＜１−１００＞方向に沿って分割することでレーザチップ１が得られる。
【００６６】
なお、ウエハ２０からバー３０への劈開及びバー３０からチップ１への分割において、それぞれの劈開方向及び分割方向に沿った溝をウエハ２０またはバー３０に形成するとともに、この溝に沿って劈開及び分割を行なうこととしても構わない。また、この溝は実線状であっても破線状であっても構わないし、ダイヤモンドポイントやレーザを用いて形成することとしても構わない。また、ウエハ２０やバー３０のパッド電極１２や電流ブロック層１１が形成される方の面に溝を形成することとしても構わないし、ｎ側電極１３が形成される方の面に形成することとしても構わない。
【００６７】
（レーザ素子）
次に、図７に示すレーザチップ１を備えたレーザ素子の一例について図１２を用いて説明する。図１２は、レーザ素子の一例を示す模式的な斜視図である。図１２に示すように、レーザ素子４０は、レーザチップ１がはんだによって接続及び固定（マウント）されるサブマウント４３と、サブマウント４３と接続するヒートシンク４２と、ヒートシンク４２が所定の面に接続されるステム４１と、ステム４１の所定の面と所定の面の反対側の面とを貫通するとともにステム４１と絶縁されて設けられるピン４４ａ、４４ｂと、一方のピン４４ａとレーザチップ１のパッド電極１２とを電気的に接続するワイヤ４５ａと、他方のピン４４ｂとサブマウント４３とを電気的に接続するワイヤ４５ｂと、を備えている。
【００６８】
また、レーザ素子４０の構成をわかりやすく表示するため図示していないが、ステム４１の所定の面に接続されるとともに、レーザチップ１と、サブマウント４３と、ヒートシンク４２と、ピン４４ａ、４４ｂにおけるステム４１の所定の面から突出する一部と、ワイヤ４５ａ、４５ｂと、を封止するキャップを備える。
【００６９】
そして、この２本のピン４４ａ、４４ｂを介してレーザチップ１に電流が供給されることで発振し、レーザチップ１からレーザ光が出射される。このとき、キャップには出射されるレーザ光に対して透明な物質から成る窓が備えられており、この窓を透過してレーザ光が出射される。
【００７０】
なお、図１２に示すレーザ素子４０の構成は一例に過ぎず、作製されるレーザ素子の構成はこれに限られるものではない。例えば、フォトダイオードなどから成り出射される光の出力を検出する検出部を備えるとともに、検出結果を電源装置にフィードバックするこ
とでレーザチップ１から一定量の光が出力されるような構成としても構わない。また、ピンを３本にするとともに１本を検出部とレーザチップ１との共通のピンとして用いて、残りの２本がレーザチップと検出部とにそれぞれ接続される構成としても構わない。
【００７１】
また、図１、図４〜図６及び図１０では、簡単のために基板５０〜５２やウエハ２０、１００を略円形のものとして示しているが、結晶方位を特定するためのオリエンテーションフラット面や切り欠き部を含む形状としても構わない。
＜＜基板の作製方法の一例＞＞
また、図４〜図６に示す基板５０〜５２の作製方法の一例について、以下に説明する。まず、図１３を用いて基板を切り出すための単結晶のインゴットについて説明する。図１３は、インゴットの模式的な斜視図及び断面図である。なお、図１３に示すインゴット６０は、例えば、（１１１）面を主面とするＧａＡｓ基板（不図示）上に、ＨＶＰＥ法などの気相成長法を用いてＧａＮを＜０００１＞方向に成長させて、ＧａＡｓを除去することにより得られる。この作製方法の詳細については、例えば、特開２００５−２０６４２４に記載されている。また、インゴット６０のＧａＡｓ基板側である下側については図示を省略する。
【００７２】
上述した方法を用いて作製されるインゴット６０の上面６０ａは、＜０００１＞方向に対して凸状または凹状に反る。即ち、インゴット６０は単結晶でありながらわずかに歪んだものとなる。図１３では一例として、上面６０ａが凹状に反ったものを示している。また、図１３（ａ）はインゴット６０の斜視図を示しており、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す断面図について示している。また、図１３（ｂ）中の破線は、結晶の＜０００１＞方向についてそれぞれ示している。
【００７３】
図１３（ｂ）に示すように、インゴット６０の中心軸Ａｃは＜０００１＞方向と略平行となる。しかしながら、中心軸Ａｃから離れるにしたがって、結晶の＜０００１＞方向が中心軸Ａｃから傾くものとなる。例えば、＜０００１＞方向を示すＣ１、Ｃ２においては、中心軸Ａｃに近いＣ１の方が中心軸Ａｃと成す角θ１が小さく、中心軸Ａｃから遠いＣ２の方が成す角θ２が大きい。
【００７４】
また、このようなインゴット６０を、中心軸Ａｃに対して垂直に切断して基板を得る場合の模式的な断面図を図１４に示す。図１４（ａ）は切断方向を示すインゴットの断面図であり、図１４（ｂ）はインゴットの切断により得られる基板の断面図である。図１４（ａ）、（ｂ）ともに、図１３（ｂ）に相当する断面について示すものである。
【００７５】
図１４（ａ）に示すように、中心軸Ａｃに対して垂直に切断することにより、図１４（ｂ）に示すような基板６１が得られる。この基板６１は、中心の結晶面が｛０００１｝面に一致するとともに外側ほど合成オフ角が大きいものとなる。また、中心軸Ａｃを挟んで、オフ角の符号が正負となり異なるものとなる。したがって、このようにインゴット６０を切断することによって、上述した図４に示す基板５０と同様の基板６１を作製することが可能となる。
【００７６】
また、中心軸Ａｃと垂直とならない方向、例えば、Ｃ１と垂直となるようにインゴットを切断した場合の模式的な断面図を図１５に示す。図１５（ａ）はインゴットの切断方向について示す断面図であり、図１５（ｂ）は基板の断面図である。また、図１５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１４（ａ）、（ｂ）に相当するものである。
【００７７】
図１５（ａ）に示すように切断を行うことで、合成オフ角が０°となる部分がＣ１の部分となる。そのため、合成オフ角が０°となる部分が中心から外れた基板６２を得ることができる。したがって、任意の位置に合成オフ角が０°となる部分を形成した基板を得る
ことが可能となる。
【００７８】
また、このように中心軸Ａｃに対して垂直ではない方向からインゴット６０を切断することによって、ある方向（Ｃ１と平行な面（図１５（ｂ）に示す断面）内のＣ１と垂直な方向）においてオフ角が変動し、ある方向と垂直な方向に対してはオフ角の変動が小さい基板６２を得ることができる。即ち、図５及び図６に示す基板５１、５２のような片流れの基板を得ることが可能となる。
【００７９】
また、切断する角度やインゴット６０の歪みの程度によっては、図５及び図６に示す基板５１、５２のように片流れの方向と垂直な方向に対して合成オフ角が同様とならない場合もある。具体的には、略等しい値となる合成オフ角を結んだ線（図５及び図６のＡ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３に相当）が、片流れする方向に対してふくらむ曲線状となる。このような基板を用いる場合であっても、図５及び図６に示す基板５１及び５２と同様に作製方法特性を低減する効果を得ることができる。
【００８０】
以上のように基板６１、６２を作製することによって、基板６１、６２の特性を任意に調整することが可能となる。そのため、作製方法特性がどのようなものであったとしても、作製方法特性のばらつきを低減することが可能となり、得られる発光素子の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００８１】
例えば、作製方法特性が図１６に示すようなものであったとしても、作製方法特性のばらつきを低減することが可能となる。図１６は、作製方法特性の別例を示すグラフである。また、図１６では、作製方法特性としてＩｎ濃度の分布を示している。
【００８２】
図１６に示すウエハ１０３の作製方法特性は、端部ＤのＩｎ濃度が大きく、端部Ｄと対向する端部Ｅに近づくにつれてＩｎ濃度が減少するものとなっている。また、端部Ｄ及び端部Ｅを結ぶ方向と略垂直な方向に対しては、Ｉｎ濃度の分布が一定或いは変動が小さいものとなる。図１６では一定となる場合を例に挙げて示しているが、変動することとしても構わない。
【００８３】
このようなウエハ１０３は、例えば、図１７に示す方法によって作製することができる。図１７は、ウエハの作製方法を示す模式的な斜視図であり、図２と同様のものである。
【００８４】
図１７に示すように、本例では所定の方向（基板１０４の主面と略平行となる方向であり端部Ｄ側から端部Ｅ側に向かう方向）から原料及びキャリアガスを流すとともに、基板１０４を静止させて成長を行う。このような作製方法を用いることによって、図１６に示すような作製方法特性を有するウエハ１００が得られる。
【００８５】
作製方法特性が図１６のウエハ１０３となる場合は、例えば、端部Ｅに相当する端部の合成オフ角が最も小さくなるとともに、端部Ｄに相当する端部に向かって合成オフ角が大きくなる、片流れの基板を用いることとすると好適である。このような基板を用いることとすると、作製方法の特性上Ｉｎが取り込まれやすい端部Ｄにおいて基板の特性上Ｉｎが取りこまれにくくなり、作製方法の特性上Ｉｎが取り込まれにくい端部Ｅにおいて基板の特性上Ｉｎが取り込まれやすくなる。
【００８６】
なお、このような片流れ基板は、例えば、切断方向とインゴット６０の中心軸Ａｃとの成す角度が、図１５（ａ）に示す切断方向よりも大きくなるような切断方向で、インゴット６０を切断するなどの方法によって得ることができる。例えば、Ｃ２と略垂直となるような角度でインゴット６０を切断する方法によって、このような基板を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、窒化物半導体発光素子の製造方法に関するものである。また、窒化物半導体基板上に窒化物半導体から成る層を積層して製造される窒化物半導体レーザ素子などに適用すると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】は、作製方法特性の一例を示すグラフである。
【図２】は、ウエハの作製方法を示す模式的な斜視図である。
【図３】は、基板の合成オフ角と発光波長との関係を示すグラフである。
【図４】は、基板の一例を示す模式的な平面図である。
【図５】は、基板の一例を示す模式的な平面図である。
【図６】は、基板の一例を示す模式的な平面図である。
【図７】は、窒化物半導体レーザチップの構成を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図８】は、ウエハの作製方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図９】は、活性層の構成を示す模式的な断面図である。
【図１０】は、ウエハの構成について示す模式的な平面図及び断面図である。
【図１１】は、バー及びチップの構成について示す模式的な平面図である。
【図１２】は、レーザ素子の一例を示す模式的な斜視図である。
【図１３】は、インゴットの模式的な斜視図及び断面図である。
【図１４】は、インゴットを切断する場合の一例について示した模式的な断面図である。
【図１５】は、インゴットを切断する場合の一例について示した模式的な断面図である。
【図１６】は、作製方法特性の別例を示すグラフである。
【図１７】は、ウエハの作製方法を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００８９】
１    レーザチップ
２    基板
３    ｎ型クラッド層
４    活性層
４ａ  井戸層
４ｂ  障壁層
５    光ガイド層
６    キャップ層
７    ｐ型クラッド層
８    コンタクト層
９    ｐ側オーミック電極
１０  リッジ部
１１  電流ブロック層
１２  パッド電極
１３  ｎ側電極
１４  ＳｉＯ2層
２０  ウエハ
３０  バー
４０  窒化物半導体レーザ素子
４１  ステム
４２  ヒートシンク
４３  サブマウント
４４ａ、４４ｂ  ピン
４５ａ、４５ｂ  ワイヤ
５０〜５２  基板
６０  インゴット
６０ａ  上面
６１、６２  基板
１００  ウエハ
Ａｃ  中心軸
Ｃ１、Ｃ２  ＜０００１＞方向
【図１】
2009283588.tif 000003
【図２】
2009283588.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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