(57)【要約】【課題】ピエゾ分極の影響を低減可能であり、十分に低い転位密度であり、工業的に生産可能なＧａＮウエハに好適である構造を有する窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】III族窒化物半導体レーザ１１では、半導体積層１５は、六方晶系のｎ型窒化ガリウムからなる基板１３の主面１３ａ上に設けられている。ｐ側電極１７は、半導体積層１５のｐ型窒化ガリウム系半導体領域２３上に設けられている。ｎ側電極１９は、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられている。基板１３の主面１３ａは、窒化ガリウムのｃ面から窒化ガリウムのａ軸方向に２０度以上４５度以下のオフ角度で傾斜している。直交座標系Ｃｒを参照すると、ｃ座標軸は、基板１３の六方晶系のｎ型窒化ガリウムのｃ軸に向いている。結晶軸ベクトルＣと基板１３の主面１３ａの法線Ｎとの成す角は、上記のオフ角度である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶系のｎ型窒化ガリウムからなる基板と、
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられた窒化ガリウム系半導体活性層を含み、前記基板の主面上に設けられた半導体積層と、
前記半導体積層の前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域上に設けられたｐ側電極と、
前記基板の裏面上に設けられたｎ側電極と
を備え、
前記基板の前記主面は、窒化ガリウムのｃ面から窒化ガリウムのａ軸方向に２０度以上４５度以下の角度で傾斜しており、
前記基板は、前記ｃ軸の方向に沿って前記基板の前記裏面から前記主面に至る第１の領域と、該第１の領域に沿って前記裏面から前記主面に至る第２の領域とを有しており、
前記基板の前記第１の領域の転位密度は、前記基板の前記第２の領域の転位密度より小さく、
前記基板の前記主面は、前記第１の領域が現れた第１のエリアと、前記第２の領域が現れた第２のエリアとを有しており、
前記ｐ側電極と前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域とのオーミック接触領域は、前記第１のエリア上に設けられている、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１及び第２の領域は所定の軸の方向に延びており、
前記ｐ側電極は前記所定の軸の方向に延びる、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項３】
前記基板は、前記ｃ軸の方向に沿って前記基板の前記裏面から前記主面に至る第１の部分と、前記第１の部分に沿って前記裏面から前記主面に至る第２の部分と、前記第２の部分に沿って前記裏面から前記主面に至る第３の部分とを有しており、
前記第１の部分の比抵抗は、前記第２の部分の比抵抗より低く、
前記第３の部分の比抵抗は、前記第２の部分の比抵抗より低く、
前記第２の部分は、前記第１の部分と前記第３の部分との間にあり、
前記第１の領域は前記第１、第２及び第３の部分を含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１の部分は、５×１０−３Ω・ｃｍ以上３×１０−２Ω・ｃｍ以下の範囲の比抵抗を有しており前記窒化ガリウム系半導体活性層と平行に設けられ、前記第３の部分は、５×１０−３Ω・ｃｍ以上３×１０−２Ω・ｃｍ以下の範囲の比抵抗を有しており前記窒化ガリウム系半導体活性層と平行に設けられ、前記第２の部分は、前記第１及び第３の部分に隣接しており４×１０−２Ω・ｃｍ以上５×１０６Ω・ｃｍ以下の範囲の比抵抗を有する、ことを特徴とする請求項３に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
前記基板の前記第２の領域は、ｃ軸の方向に第１の極性を有する極性反転領域からなり、
前記基板の前記第１の領域は、前記極性反転領域の前記第１の極性と反対の極性を有する極性非反転領域からなり、
前記基板の前記第２の領域内の前記極性反転領域は、前記極性非反転領域の転位密度よりも大きな転位密度を有する、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項６】
前記基板の前記第２の領域は、ｃ軸の方向に第１の極性を有する極性反転領域を含み、
前記基板の前記第１の領域は、前記極性反転領域の前記第１の極性と反対の極性を有する極性非反転領域からなり、
当該III族窒化物半導体レーザは、ｍ軸の方向に延びる側面を更に備え、
前記基板の前記第２の領域内の前記極性反転領域は、前記側面の少なくとも一部に存在する、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項７】
前記基板の前記第２の領域は、ｃ軸の方向に第１の極性を有する極性反転領域からなり、
前記基板の前記第１の領域は、前記極性反転領域の前記第１の極性と反対の極性を有する極性非反転領域からなり、
前記極性反転領域と前記極性非反転領域との境界は、前記主面の交差する基準面に沿って延びている、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項８】
前記極性反転領域は、前記基板の窒化ガリウムのｃ軸の方向に延びている、ことを特徴とする請求項５、請求項６又は請求項７に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項９】
前記極性反転領域の比抵抗は、前記第２の部分の比抵抗より低く、
前記極性反転領域は、前記主面の法線とｃ軸との成す角度で前記主面に対して傾斜した基準面に沿って延びている、ことを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１０】
前記第１の領域の転位密度は、１×１０２ｃｍ−２以上１×１０６ｃｍ−２以下の範囲にあり、
前記第２の領域の転位密度は、１×１０６ｃｍ−２以上１×１０８ｃｍ−２以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１１】
前記第２の領域の平均転位密度は、前記第１の領域における平均転位密度の３倍以上の値である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１２】
ｍ軸に交差する第１及び第２の劈開面を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１３】
前記基板の前記主面は、窒化ガリウムのｃ面から窒化ガリウムのａ軸方向に２８度以上３２度以下の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１４】
前記半導体積層は半導体リッジを含み、
前記窒化ガリウム系半導体活性層は前記半導体リッジ内にあり、
前記窒化ガリウム系半導体活性層は前記第１のエリア上に設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１５】
前記主面がｃ面からｍ軸方向に傾斜した角度は、−１度以上＋１度以下の範囲内にある、ことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、２インチ径の自立ｃ面ＧａＮウエハが記載されている。ＧａＮウエハは、ＧａＡｓ（１１１）Ａ面上にマスクを形成した後に、ＨＶＰＥ法を用いて成長されたＧａＮ結晶から作製される。マスクは６回対称性を有する。
【０００３】
非特許文献２には、２インチ径の自立ｃ面ＧａＮウエハが記載されている。また、非特許文献３には、Ａｄｖａｎｃｅ−ＤＥＥＰ（以下、Ａ−ＤＥＥＰと記す）法によるＧａＮ結晶の作製が記載されている。極性差を利用する方法によって、ＧａＮ結晶において超低転位密度が実現されている。ドット状又はストライプ状のパターン形成された層がＧａＡｓ（１１１）Ａ面上に形成した後に、ＨＶＰＥ法でＧａＮ厚膜をＧａＡｓ（１１１）Ａ面上に成長する。大部分のエリアでは、Ｇａ極性のＧａＮが成長されるが、パターン形成された層上には、Ｎ極性のＧａＮ結晶が成長される。Ｎ極性のＧａＮ結晶はａコアを呼ぶ。コアでは、Ｎ極性のＧａＮ結晶の成長レートが低いので、ＧａＮ結晶は常に凹形状を形作る。故に、凹形状部の底には、Ｖ形状の谷や逆ピラミッド状のピットが形成される。成長中、このＶ字谷やピットの位置は、コアによって固定される。成長が進むにつれて、Ｖ字谷やピットのファセット面に存在する転位はコアに向けて進む。これによって、低転位密度が達成される。非特許文献４には、Ａ−ＤＥＥＰ法によるＧａＮ結晶の作製が記載されている。
【０００４】
非特許文献５には、ｍ面ＧａＮ単結晶上に形成されたＩｎＧａＮ／ＧａＮ発光ダイオードが記載されている。また、非特許文献６には、ｍ面ＧａＮ上に形成された発光ダイオードが記載されている。
【０００５】
特許文献１には、１０６ｃｍ−２以下の低転位のＧａＮ単結晶を製造する方法が記載されている。この単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法では、気相成長の成長表面が平面状態でない。三次元的なファセット構造を形成すると共にファセット構造を持ったまま、ファセット構造を埋め込まないで成長して転位を低減する。
【０００６】
特許文献２では、低転位のＧａＮ単結晶を製造する方法が記載されている。この方法では、下地基板の上に規則正しく種パターンを設けてその上にファセットよりなるピットを形成し維持しながらＧａＮをファセット成長させファセット面よりなるピット底部に閉鎖欠陥集合領域を形成する。そこへ転位を集めてその周囲の単結晶低転位随伴領域と単結晶低転位余領域を低転位化する。閉鎖欠陥集合領域は閉じているので、転位を閉じ込め再び解き放つということがない。
【０００７】
特許文献３には、下地基板の上に規則正しくストライプ・マスク・パターンを設けてその上にファセットよりなる直線状のＶ溝（谷）を形成しこれを維持しながらＧａＮをファセット成長させファセット面よりなるＶ溝（谷）底部に欠陥集合領域を形成しそこへ転位を集めてその周囲の低欠陥単結晶領域とＣ面成長領域を低転位化する。欠陥集合領域は閉じているので、転位を閉じ込め再び解き放つということがない。
【非特許文献１】ＳＥＩテクニカルレビュー第１６１号、第７７頁
【非特許文献２】Journal  of  crystal  growth  237  (2002)  pp.912-921
【非特許文献３】Journal  of  crystal  growth  305  (2007)  pp.377-383
【非特許文献４】日本学術振興会第１６１委員会第５４回研究会第５頁〜１０頁
【非特許文献５】J.J.A.P.Vol.46、L126  (2007).
【非特許文献６】J.J.A.P.Vol.45、L1197  (2006).
【特許文献１】特開２００１−１０２３０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１６５７９９号公報
【特許文献３】特開２００３−１８３１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＧａＮ結晶のｃ面は極性面であり、これ故に、ピエゾ分極の影響が発光素子に表れる。したがって、ピエゾ分極の影響を低減した発光素子が望まれている。このために、ＧａＮ結晶のａ面及びｍ面といった非極性面を利用できる。これら非極性面上の半導体レーザを実現するためには、非極性面のＧａＮ基板の供給が必要である。実用的なサイズを有するＧａＮウエハの供給がなされないと、非極性面半導体レーザの工業化は困難である。
【０００９】
しかしながら、現存する非極性面の基板のサイズは、たった数ミリメートル〜数十ミリメートル程度である。また、優れた品質の半導体レーザを得るためには、転位欠陥密度が低いＧａＮウエハを用いて作成せねばならない。非極性面半導体レーザの実現には、これらの技術的な課題を解決する必要がある。
【００１０】
一方、ｃ面ＧａＮウエハに関しては、２インチといった実用的なサイズ（つまり、大口径）を有するＧａＮウエハの供給がなされている。大口径のｃ面ＧａＮウエハは、非特許文献１、２、３、６に記載された方法で作製可能であり、高転位領域の制御のためには、非特許文献３及び６のＡ−ＤＥＥＰ法が好適である。
【００１１】
ＧａＮウエハの結晶作製では、ＨＶＰＥ法を用いて、ＧａＡｓ（１１１）Ａ面基板といった異種基板上にヘテロエピタキシャル成長によりＧａＮ結晶を成長している。このＧａＮ結晶の成長ではｃ面の結晶成長が生じ、ＧａＮ結晶はｃ軸方向に成長していく。このＧａＮ結晶から、ｍ面、ａ面のウエハを切り出そうとすると、ウエハの直径と同じ程度の厚みの非常に厚い結晶が必要である。故に、このような厚みのＧａＮ結晶の工業的な実現は困難であり、仮に技術的に実現可能であるとしてもコスト的な面で工業的な実現とはならない。故に、求められていることは、工業的に生産可能なＧａＮウエハに対して好適な構造を有する窒化物半導体レーザ素子を作製することである。
【００１２】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みて為されたものであり、ピエゾ分極の影響を低減可能であり、また十分に低い転位密度であり工業的に生産可能なＧａＮウエハに好適である構造を有する窒化物半導体レーザを提供することを目的とする。
【００１３】
発明者らは、ｃ面ＧａＮウエハのための上記の結晶成長技術と、レーザ発光特性へのピエゾ分極の影響とを検討して、以下のような方針により技術検討を進めることとした。即ち、半導体レーザにおいて、
（ａ）ピエゾ分極の影響がゼロでなくても、ピエゾ分極の影響を極力低減する。
（ｂ）結晶成長における複雑さを避けるために、非極性面だけでなく、半極性面を用いることまで検討範囲に含める。
（ｃ）ＧａＮウエハのデバイス領域における転位欠陥密度は十分に低減する。
これらの方針の下に、半導体レーザの構造及び製作について検討を重ねた。
【００１４】
そして、重要なことは、どのようなＧａＮウエハを用いるか、と言う点であることが明確となった。発明者らは、ＧａＮウエハの量産に至るまでの多数の技術的課題を解決が必要であるが、ａ面及びｍ面に限定することなく、既に製造が可能であることは実証されたＧａＮ結晶面を用いることにした。ＧａＮ結晶面は、ｃ面から大きなオフ角を有する。ｃ面から大きなオフ角度を有したウエハを利用することは、大口径のＧａＮウエハの作製の観点から、実現の困難な非極性面に替えて実現の可能な半極性面を使うことを意味する。半極性面は、ｃ面からの大きなオフ角度を有しており、六方晶系においてｃ面と垂直な非極性面との間の角度で傾斜している。この半極性面におけるピエゾ分極の影響は、ｃ面におけるピエゾ分極の影響よりも小さい。
【００１５】
これらの検討の結果、使用する基板に関しては、以下のようなものである。
（１）ピエゾ分極を可能な限り低減した角度を有した半極性面を用いること
（２）作製されたＧａＮウエハの転位密度が低減されていること
（３）実用的なサイズである２インチ径ウエハを作製できること。
これら３条件を満たすために、下記のアプローチを実施した。
【００１６】
まず、条件（３）を満たすために、基板の製造プロセスは、既にｃ面ウエハの作製において実績のあるＨＶＰＥ法によるＧａＮヘテロエピタキシャル成長を出発点にして、ＧａＮ結晶の成長後に下地基板を除去し、ＧａＮウエハのためのＧａＮ結晶を作製することが好適である。
【００１７】
条件（２）の転位密度を低減するために、ＤＥＥＰ法あるいはＡ−ＤＥＥＰ法を用いて転位欠陥密度を低減することを試みた。また、条件（１）の半極性面を容易に得るために、ｃ面成長のＧａＮ結晶から半極性面を切り出すのではなく、ＧａＮのヘテロエピタキシャル成長用の下地基板に大きなオフ角度を付与して主面上に、大きなオフ角度付きでＧａＮ結晶を結晶成長させることを試みた。しかしながら、この下地結晶のオフ角度が大きいとき、良好な品質のＧａＮ結晶が得られない。様々な試行の結果、良好な品質を提供できる範囲がオフ角度にあることが明らかになった。ＧａＮウエハのオフ角度をなるべく大きくすることが、ピエゾ分極の影響を低減することになる。また、半極性面を有するＧａＮウエハの作製において、大きなオフ角度を有したＧａＮウエハは、Ａ−ＤＥＥＰ法により作製されるエピタキシャル厚膜を角度を付けて斜めにスライスして加工することも可能である。ＧａＮウエハを効率的に生産するためには、傾斜スライスよりも、適切なオフ角の主面上にＧａＮ結晶を成長する基板製造方法が好ましい。
【００１８】
これらの試みの結果、本発明のIII族窒化物半導体レーザは、良好にエピタキシャル成長可能であり大きなオフ角度のＧａＮ主面を有する２インチ以上のＧａＮウエハを用いて作製可能である。且つ、本発明のIII族窒化物半導体レーザでは、ＧａＮウエハの低転位の領域上に活性層を設けることができ、ピエゾ分極の影響も低減される。引き続き、III族窒化物半導体レーザの構成を説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一側面によれば、III族窒化物半導体レーザは、（ａ）六方晶系のｎ型窒化ガリウムからなる基板と、（ｂ）ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられた窒化ガリウム系半導体活性層を含み、前記基板の主面上に設けられた半導体積層と、（ｃ）前記半導体積層の前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域上に設けられたｐ側電極と、（ｄ）前記基板の裏面上に設けられたｎ側電極とを備える。前記基板の前記主面は、窒化ガリウムのｃ面から窒化ガリウムのａ軸方向に２０度以上４５度以下の角度で傾斜しており、前記基板は、前記ｃ軸の方向に沿って前記基板の前記裏面から前記主面に至る第１の領域と、該第１の領域に沿って前記裏面から前記主面に至る第２の領域とを有しており、前記基板の前記第１の領域の転位密度は、前記基板の前記第２の領域の転位密度以下であり、前記基板の前記主面は、前記第１の領域が現れた第１のエリアと、前記第２の領域が現れた第２のエリアとを有しており、前記ｐ側電極と前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域とのオーミック接触領域は、前記第１のエリア上に設けられている。
【００２０】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、半導体積層が、窒化ガリウムのｃ面から窒化ガリウムのａ軸方向に２０度以上４５度以下の角度で傾斜する基板主面上に設けられるので、ピエゾ分極の影響が低減される。また、基板の第１の領域の転位密度が第２の領域の転位密度より小さいので、転位密度が制御された基板上に、半導体レーザのための半導体積層が配置される。さらに、基板の裏面から主面までｃ軸の方向に延びる第１の領域と該第１の領域に沿って裏面から主面まで延びる第２の領域とを有し窒化ガリウムから成る大口径のＧａＮウエハ上に、エピタキシャル成長を行って半導体積層のためのエピタキシャルウエハを作製できる。
【００２１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記第１及び第２の領域は所定の軸の方向に延びており、前記ｐ側電極は前記所定の軸の方向に延びることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザによれば、第１及び第２の領域並びｐ側電極が所定の軸の方向に延びるので、レーザ共振器のための光導波路の向き付けが容易になる。
【００２２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板は、前記ｃ軸の方向に沿って前記基板の前記裏面から前記主面に至る第１の部分と、前記第１の部分に沿って前記裏面から前記主面に至る第２の部分と、前記第２の部分に沿って前記裏面から前記主面に至る第３の部分とを有している。前記第１の部分の比抵抗は、前記第２の部分の比抵抗より低い。前記第３の部分の比抵抗は、前記第２の部分の比抵抗より低い。前記第２の部分は、前記第１の部分と前記第３の部分との間にある。前記第１の領域は前記第１、第２及び第３の部分を含む。このIII族窒化物半導体レーザによれば、第１〜第３の部分が、基板の主面に対してｃ軸の方向に沿って傾斜しているので、基板の裏面と半導体積層との間の基板領域に、第１及び第３の部分のいずれか一方が第２の部分に沿って傾斜してくる。故に、素子抵抗を低減できる。
【００２３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板は、低い比抵抗の第１の部分と、高い比抵抗の第１の部分と、低い比抵抗の第３の部分とを含むことができる。第１及び第２の部分は、５×１０−３Ω・ｃｍ以上３×１０−２Ω・ｃｍ以下の範囲の比抵抗を有しており窒化ガリウム系半導体活性層と平行に設けられる。第２の部分は、第１及び第３の部分に隣接しており４×１０−２Ω・ｃｍ以上５×１０６Ω・ｃｍ以下の範囲の比抵抗を有する。
【００２４】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、上記の範囲の低い比抵抗の第１及び第３の部分並びに高い比抵抗の第２の部分が互いに隣接しているので、半導体レーザの注入電流は高比抵抗の部分だけでなく低比抵抗の部分にも流れる。
【００２５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板の前記第２の領域は、ｃ軸の方向に第１の極性を有する極性反転領域を含み、前記基板は、前記極性反転領域と、前記第１の極性と反対の極性を有する極性非反転領域とをからなる。前記基板の前記第２の領域内の前記極性反転領域は、前記極性非反転領域の転位密度よりも大きな転位密度を有することができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、極性反転領域に転位が集まり高い転位密度になり、これ故に、極性非反転領域の転位密度が低減される。
【００２６】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記第２の領域は、ｃ軸の方向に第１の極性を有する極性反転領域であり、前記基板は、前記極性反転領域と、前記第１の極性と反対の極性を有する極性非反転領域とをからなる。当該III族窒化物半導体レーザは、ｍ軸の方向に延びる側面を更に備えることができる。前記基板の前記第２の領域内の前記極性反転領域は、前記側面の少なくとも一部に存在することができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、高い転位密度の極性反転領域が、半導体レーザの側面の少なくとも一部に存在するように、第１及び第２の領域を配置することによって、低い転位密度の領域を半導体レーザの側面の間に配置できる。
【００２７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板の前記第２の領域は、ｃ軸の方向に第１の極性を有する極性反転領域を含み、前記基板は、前記極性反転領域と、前記第１の極性と反対の極性を有する極性非反転領域とをからなり、前記極性反転領域と前記極性非反転領域との境界は、前記主面の交差する基準面に沿って延びていることができる。
【００２８】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、極性反転領域及び極性非反転領域が転位密度と関係すると共に、極性反転領域と極性非反転領域との境界が主面の交差する基準面に沿って延びているので、半導体積層内における発光領域を極性反転領域及び極性非反転領域に対する位置を調整することによって、発光領域を低転位領域上に配置できる。
【００２９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記極性反転領域は、前記基板の窒化ガリウムのｃ軸の方向に延びていることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、転位の多くはｃ軸の方向（成長の方向）に延びているので、オフ角に応じて基板の主面における転位密度が低くなる。
【００３０】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記極性反転領域の比抵抗は、前記極性非反転領域の比抵抗よりも低く、前記極性反転領域は、前記主面の法線とｃ軸との成す角度で前記主面に対して傾斜した基準面に沿って延びていることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、極性反転領域が、上記の基準面に従って傾斜することによって、非反転極性を有しておりｐ側電極とｎ側電極との間に位置する領域に近づいてくる。極性反転領域の比抵抗が極性非反転領域の比抵抗よりも低いので、素子抵抗を下げることができる。
【００３１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記第１の領域の転位密度は、１×１０２ｃｍ−２以上１×１０６ｃｍ−２以下の範囲にあり、前記第２の領域の転位密度は、１×１０６ｃｍ−２以上１×１０８ｃｍ−２以下の範囲にあることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、低い転位密度の領域は１×１０６ｃｍ−２以下の転位密度を有することができる。
【００３２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記第２の領域の平均転位密度は、前記第１の領域における平均転位密度の３倍以上の値であることができる。このIII族窒化物半導体レーザに用いる基板では、極性反転領域の間に存在する低転位のＧａＮ領域は転位密度分布を有する。統計的に平均転位密度を測定すると、中心領域が最も低転位密度であり、外側の極性反転領域に向かって転位密度が減少する。半導体レーザのチップ寸法を考慮して見積もると、半導体レーザ内において、高転位密度のＧａＮ領域の平均転位密度は、低転位密度のＧａＮ領域の平均転位密度の３倍程度以上である。
【００３３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザは、ｍ軸に交差する第１及び第２の劈開面を更に備えることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、ｍ面での劈開の歩留まりが向上する。
【００３４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板の前記主面は、窒化ガリウムのｃ面から窒化ガリウムのａ軸方向に２８度以上３２度以下の角度で傾斜していることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザによれば、ピエゾ分極の影響が低減される。
【００３５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記半導体積層は半導体リッジを含み、前記窒化ガリウム系半導体活性層は前記半導体リッジ内にあり、前記窒化ガリウム系半導体活性層は前記第１のエリア上に設けられていることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、半導体リッジ構造を形成することによって、半導体積層が高転位密度を引き継いだ半導体領域を含まない。また、電流の閉じ込めが良好になる。
【００３６】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記主面がｃ面からｍ軸方向に傾斜した角度は、−１度以上＋１度以下の範囲内にある。このIII族窒化物半導体レーザによれば、主面がｃ面からｍ軸方向に傾斜した角度が±１度を超えると、レーザ特性の低下が見られる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、ピエゾ分極の影響を低減可能であり、十分に低い転位密度の工業的に生産可能なＧａＮウエハに好適である構造を有する窒化物半導体レーザが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体レーザに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３９】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す。図２は、図１に示されたI−I線に沿ってとられた模式的な断面を示す。III族窒化物半導体レーザ１１は、六方晶系のｎ型窒化ガリウムからなる基板１３と、ｎ型窒化ガリウム系半導体からなる半導体積層１５とを備える。半導体積層１５は基板１３の主面１３ａ上に設けられている。半導体積層１５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域２１、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２３、及び窒化ガリウム系半導体活性層２５を含み、また窒化ガリウム系半導体活性層２５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域２１とｐ型窒化ガリウム系半導体領域２３との間に設けられている。ｐ側電極１７は、半導体積層１５のｐ型窒化ガリウム系半導体領域２３に接続される。ｎ側電極１９は、基板１３の裏面１３ｂに接続される。
【００４０】
基板１３の主面１３ａは、窒化ガリウムのｃ面から窒化ガリウムのａ軸方向に２０度以上のオフ角度で傾斜している。また、基板１３の主面１３ａは、４５度以下のオフ角度で傾斜している。図１の直交座標系Ｃｒを参照すると、ｃ座標軸は、基板１３の六方晶系のｎ型窒化ガリウムのｃ軸に向いており、ｍ座標軸は、基板１３の六方晶系のｎ型窒化ガリウムのｍ軸に向いており、ａ座標軸は、基板１３の六方晶系のｎ型窒化ガリウムのａ軸に向いている。結晶軸ベクトルＣ、Ｍは、それぞれ、ｃ座標軸及びｍ座標軸の方向を指しており、ベクトルＣと基板１３の主面１３ａの法線Ｎとの成す角は上記のオフ角度である。例えば、ｍ座標軸は、直交座標系ＳのＹ軸の方向に向いていることができる。
【００４１】
ピエゾ分極の影響を低減するためには、２０度程度のオフ角が必要である。窒化ガリウムウエハの製造方法におけるＧａＮ結晶の成長において、下地結晶のオフ角度が３５度程度までは良好な結晶成長が行われるが、下地結晶のオフ角度が４５度を超えると、多結晶化する可能性が高い。
【００４２】
基板１３では、主面１３ａは、窒化ガリウムのｃ面から窒化ガリウムのａ軸方向に２８度以上の角度で傾斜していることが好ましく、主面１３ａは３２度以下の角度で傾斜していることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザによれば、ピエゾ分極の影響が低減される。傾斜角が２８度以上であれば、使用上効果的な程度に、より分極の低減がなされるという利点がある。傾斜角が３２度以下であれば、この範囲においてより良好な結晶性が維持される、という利点がある。
【００４３】
基板１３は、第１の領域１３ｃ、１３ｆ、１３ｇ及び第２の領域１３ｄ、１３ｅを含み、第１の領域１３ｃは、ｃ軸の方向に沿って基板１３の裏面１３ｂから主面１３ａに至る。第２の領域１３ｄは、第１の領域１３ｃに沿って裏面１３ｂから主面１３ａに至る。第１の領域１３ｃ、１３ｆ、１３ｇの転位密度は、第２の領域１３ｄ、１３ｅの転位密度以下である。例えば、第１の領域１３ｃ、１３ｆ、１３ｇの転位密度は、第２の領域１３ｄ、１３ｅの転位密度の最大値よりも小さく、第１の領域１３ｃ、１３ｆ、１３ｇの転位密度の最小値は、第２の領域１３ｄ、１３ｅの転位密度の最小値よりも小さい。
【００４４】
図２に示されるように、基板１３の主面１３ａは、第１のエリア１３ｈ、１３ｉと、第２のエリア１３ｊ、１３ｋとを有する。主面１３ａの第１のエリア１３ｈ、１３ｉには、それぞれ、第１の領域１３ｃ、１３ｆが現れている。第２のエリア１３ｊ、１３ｋには、それぞれ、第２の領域１３ｄ、１３ｅが現れている。基板１３の裏面１３ｂは、第３のエリア１３ｍ、１３ｑと、第４のエリア１３ｎ、１３ｐとを有する。裏面１３ｂの第３のエリア１３ｍ、１３ｑには、それぞれ、第１の領域１３ｃ、１３ｇが現れている。第２のエリア１３ｎ、１３ｐには、それぞれ、第２の領域１３ｄ、１３ｅが現れている。
【００４５】
第１の領域１３ｃは、ｃ軸の傾斜角を示すベクトルＣの方向に傾斜して裏面１３ｂから主面１３ａに延び、この傾斜に対応して、図１の直交座標系ＳのＸ軸の方向に関してエリア１３ｈはエリア１３ｍに対してシフトされており、エリア１３ｍの両端の座標Ｘ１，Ｘ３は、それぞれ、エリア１３ｈの両端の座標Ｘ２，Ｘ４と異なる。この座標の差分がｃ軸の傾斜と関係しており、ｃ軸の傾斜は（Ｘ２−Ｘ１）／（Ｚ１−Ｚ２）或いは（Ｘ４−Ｘ３）／（Ｚ１−Ｚ２）で表される。Ｚ座標は、基板１３の上限と下限の位置を表す。ｐ側電極１７のオーミック接触は第１のエリア１３上に設けられ、ｎ側電極１９は、裏面１３ｂの全面に設けられる。
【００４６】
このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、半導体積層１５が、窒化ガリウムのｃ面から窒化ガリウムのａ軸方向に２０度以上４５度以下の角度で傾斜する基板主面１３ａ上に設けられるので、ピエゾ分極の影響が低減される。また、基板１３の第１の領域１３ｃの転位密度が第２の領域１３ｄ、１３ｅの転位密度より小さいので、転位密度が制御された基板１３上に、半導体レーザのための半導体積層１５が配置される。さらに、第１の領域１３ｃに対応する低転位密度領域と第２の領域１３ｄ、１３ｅに対応する高転位密度領域とを含み窒化ガリウムから成る大口径のＧａＮウエハ上に、エピタキシャル成長を行って半導体積層１５のためのエピタキシャルウエハを作製できる。
【００４７】
再び図１を参照すると、III族窒化物半導体レーザ１１では、第１及び第２の領域は１３ｃ〜１３ｇは、所定の軸の方向（例えばｍ軸の方向を示すベクトルＭの方向）に延びている。また、ｐ側電極１７も、同様に所定の軸の方向に延びることが好ましい。これによって、レーザ共振器のための光導波路の向き付けが容易になる。半導体積層１５の表面は絶縁膜２７で覆われており、絶縁膜２７の開口を通してｐ側電極１７がｐ型窒化ガリウム系半導体とオーミック接触を成す。
【００４８】
半導体積層１５は半導体リッジ２９を含むことができる。窒化ガリウム系半導体活性層２５は半導体リッジ２９内にあり、光閉じ込めのためにリッジ構造は好適である。窒化ガリウム系半導体活性層２５は第１のエリア１３ｈ上に設けられている。半導体リッジ構造を形成することによって、半導体積層１５が高転位密度を引き継いだ半導体領域を含まない。これ故に、作成されたリッジ構造内の転位密度が低く、作成されたデバイスの長寿命化がなされる。窒化ガリウム系半導体活性層２５は、例えばＭＱＷ、ＳＱＷといった量子井戸構造を有することができる。
【００４９】
半導体リッジ２９は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２３を含むことができる。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２３は、例えば電子ブロック層３１、ｐ型クラッド層３３及びｐ型コンタクト層３５を含むことができる。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域２１は、例えばｎ型クラッド層３７、ｎ型バッファ層３９を含むことができる。半導体リッジ２９は、例えばｎ型クラッド層３７の一部又は全部を含むことができる。
【００５０】
III族窒化物半導体レーザ１１は、第１及び第２の劈開面４１、４３を有している。劈開面４１、４３は、当該III族窒化物半導体レーザ１１の光共振器を構成する。主面１３ａがｃ面からｍ軸方向に傾斜した角度は−１度以上＋１度以下の範囲内にあることが好ましい。ｍ面での劈開の歩留まりが向上する。レーザストライプに対して劈開面の成す傾斜角の絶対値が１度を超えると、レーザ特性の低下が見られる。
【００５１】
基板１３は、ｃ軸の方向に第１の極性を有する極性反転領域と、第１の極性と反対の極性を有する極性非反転領域とをからなる。ｃ軸に直交する平面において、極性反転領域ではＮ面及びＧａ面の一方が現れており、極性非反転領域ではＮ面及びＧａ面の他方が現れている。基板１３の第２の領域１３ｄは、極性反転領域を含む。基板１３の第１の領域１３ｃは極性非反転領域を含む。極性反転領域は、極性非反転領域の転位密度よりも大きな転位密度を有する。極性反転領域の平均転位密度は、例えば１×１０６ｃｍ−２以上１×１０８ｃｍ−２以下の範囲にあり、極性非反転領域は、例えば１×１０２ｃｍ−２以上１×１０６ｃｍ−２以下の範囲にある。III族窒化物半導体レーザ１１によれば、低い転位密度の領域は１×１０６ｃｍ−２以下の転位密度を有することができる。極性反転領域に転位を集めて高い転位密度にすると共に、極性非反転領域の転位密度を低減している。
【００５２】
第２の領域１３ｄ、１３ｅの平均転位密度は、第１の領域１３ｃにおける平均転位密度の３倍以上の値であることができる。基板１３では、極性反転領域の間に存在する低転位のＧａＮ領域は転位密度分布を有する。統計的に平均転位密度を測定すると、中心領域が最も低転位密度であり、外側の反転領域に近づくにつれて転位密度が上昇する。半導体レーザのチップ寸法を考慮して見積もると、半導体レーザ内において、高転位密度ＧａＮ領域の平均転位密度は、低転位密度ＧａＮ領域の平均転位密度の３倍程度以上である。
【００５３】
第１の領域１３ｃは、半導体リッジ２９と電極１９との間に位置し、半導体リッジ２９とほぼ平行に延びる。第２の領域１３ｄ、１３ｅは、第１の領域１３ｃに隣接しており、半導体リッジ２９とほぼ平行に延びている。また、極性反転領域は、窒化ガリウムのｃ軸の方向に延び、貫通転位の多くはｃ軸の方向（成長の方向）に延びるので、オフ角に応じて基板の主面における転位密度が低くなる。
【００５４】
III族窒化物半導体レーザ１１は、ｍ軸の方向に延びる側面４５、４７を更に備えることができる。基板１３の第２の領域１３ｅ内の極性反転領域が側面４５の少なくとも一部に現れており、極性非反転領域が側面４５の少なくとも一部に現れている。また、基板１３の第２の領域１３ｄ内の極性反転領域が側面４７の少なくとも一部に現れており、極性非反転領域が側面４７に現れている。極性反転領域は、図１のように側面４５、４７に現れていても良いが、側面４５、４７のいずれか一方にのみ現れていてもよく、他方の側面には極性非反転領域が現れる。このIII族窒化物半導体レーザ１１では、高い転位密度の極性反転領域が、半導体レーザの側面４５、４７の少なくとも一部に存在するように、第１及び第２の領域１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを配置することによって、半導体レーザの側面４５、４７の間に、低い転位密度の領域１３ｃを配置できる。極性反転領域と極性非反転領域との境界は、主面１３ａの交差する基準平面に沿って延びている。このため、半導体積層１５内における発光領域の位置を極性反転領域及び極性非反転領域の位置に対して調整することによって、発光領域を低転位領域上に配置できる。
【００５５】
図１を参照すると、III族窒化物半導体レーザ１１では、基板１３は、第１の部分１３ｕ、第２の部分１３ｖ、及び第３の部分１３ｗとを有している。第１の部分１３ｕは、ｃ軸の方向に沿って基板１３の裏面１３ｂから主面１３ａに至る。第２の部分１３ｖは、第１の部分１３ｕに沿って裏面１３ｂから主面１３ａに至る。第３の部分１３ｗは、第２の部分１３ｖに沿って裏面１３ｂから主面１３ａに至る。第１の部分１３ｕの比抵抗Ｒ１３ｕは、第２の部分１３ｖの比抵抗Ｒ１３ｖより低い。第３の部分１３ｗの比抵抗Ｒ１３ｗは、第２の部分１３ｖの比抵抗Ｒ１３ｖより低い。第２の部分１３ｖは、第１の部分１３ｕと第３の部分１３ｗとの間にある。第１の領域１３ｃは第１、第２及び第３の部分１３ｕ、１３ｖ、１３ｗを含む。このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、第１〜第３の部分１３ｕ〜１３ｗが、基板１３の主面１３ａに対してｃ軸の方向に沿って傾斜しているので、基板１３の裏面１３ｂと半導体積層１５との間の基板領域に、第１及び第３の部分１３ｕ、１３ｗのいずれか一方（図１の形態では第３の領域１３ｗ）が第２の部分１３ｖに沿って傾斜してくる。故に、素子抵抗を低減できる。第２の領域１３ｄは、第１の部分１３ｕと第３の部分１３ｗとの間にあることができ、第２の領域１３ｅは、第１の部分１３ｕと第３の部分１３ｗとの間にある。第１、第２及び第３の部分１３ｕ、１３ｖ、１３ｗは、半導体レーザ１１の一方の端面４１から他方の端面４３に向かう方向に延びている。
【００５６】
基板１３の主面１３ａの第１のエリア１３ｈは、第１、第２及び第３の部分１３ｕ、１３ｖ、１３ｗがそれぞれ現れた３つのエリア部からなる。第１のエリア１３ｈが、Ｙ軸の方向に延びるストライプ状を成すときは、これらのエリア部もＹ軸の方向に延びるストライプ状を成す。裏面１３ｂの第３のエリア１３ｍは、第１、第２及び第３の部分１３ｕ、１３ｖ、１３ｗがそれぞれ現れた３つのエリア部を含む。第３のエリア１３ｍが、Ｙ軸の方向に延びるストライプ状を成すときは、これらのエリア部もＹ軸の方向に延びるストライプ状を成す。
【００５７】
第１の領域１３ｃの第１、第２及び第３の部分１３ｕ、１３ｖ、１３ｗは、ｃ軸の傾斜角を示すベクトルＣの方向に傾斜して裏面１３ｂから主面に延び、この傾斜に対応して、図１の直交座標系ＳのＸ軸の方向に関してエリア１３ｈはエリア１３ｍに対してシフトされている。図２に示されるように、エリア１３ｍ内の第２の部分１３ｖの両端の座標Ｘ１１，Ｘ３１は、それぞれ、エリア１３ｈ内の第２の部分１３ｖの両端の座標Ｘ２１，Ｘ４１と異なる。この座標の差分がｃ軸の傾斜と関係しており、ｃ軸の傾斜は（Ｘ２１−Ｘ１１）／（Ｚ１−Ｚ２）或いは（Ｘ４１−Ｘ３１）／（Ｚ１−Ｚ２）で表される。図２に示された実施例では、ｐ側電極１７からの電流の大部分は、半導体積層１５、第２の部分１３ｖ及び第３の部分１３ｗを介してｎ側電極１９に到達する。ｐ側電極１７からの電流の一部分は、半導体積層１５及び第１の部分１３ｖを介してｎ側電極１９に到達する。このため、本実施例によれば、素子抵抗を低減する低抵抗の電流経路が提供される。
【００５８】
すでに説明したように、基板１３は、高い比抵抗の第２の部分と低い比抵抗の第１及び第３の部分とを含む。第１の部分は、５×１０−３Ω・ｃｍ以上３×１０−２Ω・ｃｍ以下の範囲の比抵抗を有しており活性層と平行に設けられる。また、第３の部分は、５×１０−３Ω・ｃｍ以上３×１０−２Ω・ｃｍ以下の範囲の比抵抗を有しており活性層と平行に設けられる。第２の部分は、第１及び第３の部分の間に設けられ４×１０−２Ω・ｃｍ以上５×１０６Ω・ｃｍ以下の範囲の比抵抗を有する。半導体レーザ１１に用いる基板１３の製造方法では、ｃ面で成長した領域の比抵抗が高くなる傾向があるが、｛１１−２２｝面等のファセット面で成長した領域の比抵抗は低く、両者は明確な境界で区別されている。極性反転領域の比抵抗は極性非反転領域の第１及び第３の部分の比抵抗と同程度に低い。一実施例では、第１及び第３の部分は極性非反転領域であり、第２の部分も極性非反転領域である。
【００５９】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、低い比抵抗の第１及び第３の部分と高い比抵抗の第２の部分とが互いに隣接しているので、半導体レーザの注入電流を第１及び第３の部分の少なくともいずれか一方と第２の部分との両方に流すことによって、素子抵抗を低減できる。
【００６０】
例えば、極性反転領域は、主面１３ａの法線Ｎとｃ軸との成す角度で主面１３ａに対して傾斜した基準平面に沿って延びている。極性反転領域が上記の基準面に沿って傾斜するので、極性反転領域（例えば領域１３ｅ）並びに第１及び第３の部分１３ｕ、１３ｗの一方がｐ側電極１７とｎ側電極１９との間に位置する領域（非反転極性の領域）に近づいてくる。ｐ側電極１７からｎ側電極１９への電流は、極性非反転領域だけでなく、第１及び第３の部分１３ｕ、１３ｗの一方並びに極性反転領域にも流れる。第１及び第３の部分１３ｕ、１３ｗの一方並びに極性反転領域の比抵抗が極性非反転領域の比抵抗よりも低いので、素子抵抗を下げることができる。
【００６１】
（実施例）
本実施の形態に係るＧａＮ系半導体レーザは、ＧａＡｓウエハ上に形成されたストライプ状のパターンを有するマスク層上にＡ−ＤＥＥＰ法で成長されたＧａＮ結晶から形成されたＧａＮウエハ上に作製される。ＧａＮウエハは、ｃ軸方向が向きづけられた極性のストライプ状の領域を含む。この領域はＧａＮのファセット面によるＶ形状谷として結晶成長され、これによってＶ形状谷の底に転位を集めることにより転位密度を制御できる。
【００６２】
大きなオフ角度を有した異種の下地スタート基板上に成長されたＧａＮ結晶からＧａＮウエハを作製する。ＧａＮ成長では、この下地のオフ角と同じオフ角度のＧａＮ結晶が成長される。この結晶成長において、極性反転したＧａＮ領域はｃ軸方向に成長していく。このように成長されたＧａＮ結晶を下地スタート基板の主面に直交する軸に平行な面に沿ってスライスして、表面研磨を施して平坦な主面を有するＧａＮウエハを形成する。このＧａＮウエハにおける極性反転領域は、ＧａＮウエハの主面に対して上記のオフ角度で傾いている。
【００６３】
このＧａＮウエハを用いて、半導体レーザ素子を作製した。まず、ＧａＮウエハ上に有機金属気相成長法等の結晶成長法により、複数の窒化物系半導体層のエピタキシャル成長を行った。例えば、ｎ型ＧａＮ系半導体層を成長した後に、ｎ型窒化ガリウム系クラッド層を成長し、多重量子構造を形成するために井戸層及び障壁層等を含む活性層を成長した。この多重量子構造上に、電子ブロック層、ｐ型窒化ガリウム系クラッド層、及びｐ型窒化ガリウム系コンタクト層を成長してエピタキシャル多層膜を有するエピタキシャルウエハを形成した。さらに、ストライプパターンを有するフォトレジストの形成後にエッチングのエピタキシャル多層膜を行って、レーザリッジ構造を形成した。レーザリッジ構造上に開口を有する絶縁膜を形成した後に、レーザリッジ構造上にアノード電極を形成すると共に、ウエハ裏面にカソード電極を形成した。このレーザリッジ構造は、ストライプ状の極性反転領域に平行にかつ、極性反転領域を避けて形成された。この半導体レーザチップは、鏡面状の共振面のための劈開面を有する。この共振器を作製するために、ｍ面である｛１−１００｝面で劈開を行って半導体レーザ片を作製した。このｍ面は、レーザリッジ構造及び極性反転領域が延びるｍ軸方向に垂直である。
【００６４】
また、このＧａＮウエハを用いた場合には、最終のIII族窒化物半導体レーザとして半導体レーザ片を分離するために、ｍ面の劈開面以外では、極性反転した領域をダイシングして側面を形成して、個々の半導体レーザを作製した。
【００６５】
また、図３は、ｃ面、ｍ面及び半極性面のＧａＮウエハ上に作製されたＧａＮ系半導体レーザの特性を示す図面である。半極性面上に作製されたIII族窒化物半導体レーザは、非極性面上に作製されたIII族窒化物半導体レーザと比較して、大きな特性差を示さないことが判明した。半極性面上に作製されたIII族窒化物半導体レーザは、レーザ素子として十分な特性を有しており、また極性面上のレーザ素子と比較して、ピエゾ分極の影響が低減された特性を有する。この様にして作製されたIII族窒化物半導体レーザは、非極性面では無く半極性面を有するけれども、図３に示されるように、半極性面（２８度のオフ角）上に半導体レーザのブルーシフトは十分に小さい。
【００６６】
具体的な実施例を説明する。半導体レーザ素子の作製に用いるＧａＮウエハは、ストライプ型のＡ−ＤＥＥＰ法で作製された。このＧａＮウエハはｎ型導電性を有し、ストライプ方向は、＜１−１００＞方向（ｍ軸方向）であり、この方向に伸びるように、低転位密度領域、高転位密度領域、ストライプ形状の極性反転領域が平行に並んで交互に配列されている。また、このＧａＮウエハの主面は、ｃ面に対して＜１１−２０＞方向（つまり、Ａ軸の方向）に２０度〜４０度のオフ角を有している。極性反転領域間での転位密度分布は、極性反転領域の中心部が最も低転位密度となっている。この極性反転領域及びその間の低転位密度領域が現れたウエハ主面上にレーザ構造（エピタキシャル積層構造）を成長して、エピタキシャルウエハを作製する。次いで、窒化ガリウム系半導体からなるエピタキシャル積層構造及びｎ型導電性ＧａＮウエハを含むエピタキシャルウエハの上面及び下面にそれぞれｐ側電極及びｎ側電極を形成して、基板生産物を作製する。半導体レーザ素子の共振面は、劈開面のｍ面であり、ＧａＮウエハの主面に対して、ほぼ垂直である。基板生産物から、レーザバーを作成した後に、レーザバーを分割して個々のレーザ素子を形成する。基本的には極性反転領域内の位置で分割することが好ましい。極性反転領域で分割すると、半導体レーザの両側面に反転領域が存在している場合がある。この極性反転領域は、半導体レーザのＧａＮ基板の主面に垂直な断面からオフ角度と同じ角度αで傾いて、ＧａＮ基板の主面から裏面に延びている。分割の際に極性反転領域をダイシングソーで切断するとき、切断によるロス（切りしろ）により、極性反転領域が半導体レーザから消失してしまうこともある。また、極性非反転領域の中央で分割し、極性反転領域の間に２個のレーザ素子を取ることもできる。特性評価の結果、上記の様に作製された半導体レーザ素子は、ピエゾ分極の影響が大きく低減され、良好な特性を有していることが示された。電流注入量の増加に伴って生じる波長変化量（blue shift）は、極性面である（０００１）面（ｃ面）上のレーザ素子構造の波長変化量に比べて、１０％から３０％程度に低減され、良好な特性を有していた。
【００６７】
このように、半導体レーザ素子は、窒化ガリウム基板の主面上に作製され、この主面はｃ面からａ軸方向に２０度から４５度傾斜した結晶面を有する。半導体レーザ素子は、ｍ面の劈開面を共振面として使用し、ストライプ状のレーザ活性層が低転位密度領域に形成され、高転位密度領域がレーザ活性層と離れて平行にかつ共振面に垂直方向に設けられている。ｎ型導電性を有したＧａＮ基板の裏面にｎ側電極が設けられ、ストライプ状のレーザ活性層上のｐ型窒化ガリウム系半導体層上にｐ側電極が設けられている。III族窒化物半導体レーザ素子は、工業生産の可能な量産性及び優れた電気的特性を有する。
【００６８】
下記の通り、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製した。まず、ＧａＮ基板の準備を行った。下地基板について説明する。ＧａＡｓ（１１１）ウエハを下地スタート基板として用いた。ただし、当該下地基板の表面の法線ベクトルに対し、結晶方位＜１１１＞が＜１−１０＞方向に０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度の角度で傾斜したＧａＡｓウエハを準備した。それぞれの傾斜角において、＜１１−２＞軸方向には−１〜＋１度以内の傾斜のＧａＡｓウエハ、絶対値２度程度の傾斜のＧａＡｓウエハの２種類を準備した。即ち、１４種類のＧａＡｓウエハを用いてデバイスの作製を行った。これらの下地スタート基板の表面に、Ａ−ＤＥＥＰ法のためのパターンを有するマスク層を形成した。マスク層のパターンは、例えばストライプ状を有する。このマスク層は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。マスク層のストライプ状パターンの幅は、５０μｍであり、繰り返しピッチを４００μｍとした。
【００６９】
次いで、成長条件について説明する。上述の１４種類の下地スタート基板の表面上に、ＨＶＰＥ法により下地基板の表面上にＧａＮ結晶を成長した。ＧａＮ結晶を形成しために用いた成長条件を以下に示す。結晶成長の最初に、比較的低温で薄いバッファ層を成長した。このバッファ層の成膜条件として、摂氏５００度の成膜温度、１００Ｐａ（１×１０−３ａｔｍ）のＨＣｌの分圧、１００００Ｐａ（０．１ａｔｍ）のＮＨ３の分圧を用いて、６０分の成膜を行った。バッファ層の厚みは６０ｎｍであった。その後、高温で、バッファ層上に厚いＧａＮエピタキシャル膜を成長して、エピタキシャル結晶生産物を作製した。ＧａＮエピタキシャル厚膜の成膜条件として、摂氏１０１０度の成膜温度、３０００Ｐａ（３×１０−２ａｔｍ）のＨＣｌ分圧を、２００００Ｐａ（０．２ａｔｍ）のＮＨ３分圧を用いて、１００時間の成膜を行った。エピタキシャル結晶層の厚みが１０ｍｍであった。
【００７０】
しかしながら、オフ角４０度のウエハを用いた成長においては、このオフ角のウエハでは、成膜毎に表面のモフォロジが変化し、安定な成長が行えなかった。しかしながら、比較的良好な表面のモフォロジを有するＧａＮ結晶を選別した。
【００７１】
ＧａＮ結晶の作成を説明する。その後、エピタキシャル結晶生産物のエッチングにより、ＧａＮエピタキシャル厚膜からＧａＡｓ基板を除去した。このようにして、図４に示されるような１０ｍｍの厚みのＧａＮ結晶５５を得た。ＧａＮ結晶５５は、交互に配列された極性反転領域５５ａ及び極性非反転領域５５ｂを含む。このＧａＮ結晶５５を、図４の一点鎖線で示される基準面Ｒ１に沿って、ワイヤーソーを用いて厚み４００μｍにスライスすると共に、その表面を研磨することによりＧａＮウエハを作製した。基準面Ｒ１は、ベクトルｒ１と（ｍ軸の方向を示す）ベクトルｍによって規定される。ＧａＮウエハの主面の法線ｎ１とｃ軸Ｃとの成す角度α１がオフ角である。基板評価について説明する。Ｘ線回折法により、これらのＧａＮウエハの主面は下地ＧａＡｓ基板のオフ角度と同じオフ角度を有することを確認した。
【００７２】
より大きなオフ角のＧａＮウエハを得るために、Ａ−ＤＥＥＰ法によるエピタキシャル成長により成長された大きなオフ角度のＧａＮ結晶を形成した後に、図４の一点鎖線によって示される基準面Ｒ２に沿って、基準面Ｒ１に対して角度を付けて斜めにＧａＮ結晶をスライスして加工することも可能である。基準面Ｒ２は、ベクトルｒ２とベクトルｍによって規定される。ＧａＮウエハの主面の法線ｎ２とｃ軸との成す角度α２（＞α１）を大きくできる。
【００７３】
カソードルミネッセンス（ＣＬ）により転位密度を観察すると、下地ＧａＡｓ基板上のマスク層のストライプ状パターンに対応して、高転位密度のＧａＮ領域であるストライプ状の極性反転領域が４００μｍの間隔で配列している様子が観察された。極性反転領域の間には、低転位密度の領域が観察された。また、これら１２種類のＧａＮウエハの主面のオフ角度は、＜１−１００＞方向に関して、ほぼ−１度から＋１度以内或いは−１度から−２度及び＋１度から＋２度であって、また＜１１−２０＞方向には、ほぼ０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度のオフ角度を有していた。故に、作製されたＧａＮウエハ全てのオフ角は初期の下地ＧａＡｓ基板の表面のオフ角度を反映していることを確認できた。また、これらのＧａＮウエハをカソードルミネッセンス法の測定結果において、ストライプ状の明確な極性反転領域が観察された。また、カソードルミネッセンスの測定結果において、隣り合う極性反転領域の間のほぼ中央部分に、帯状のコントラストの暗い領域が明確に観察された。この領域の幅は、変動しており、狭いところも広いところもある。狭い部分の幅はほとんどゼロであり、広い部分の幅は２５０μｍ程度あった。平均した幅は、５ｍｍ長における等間隔１０点平均幅測定の結果、１００μｍ程度であった。
【００７４】
また、マイクロρ測定により、ウエハのバルク比抵抗を測定した。その結果、極性反転領域の間の暗いコントラストの領域は、高い比抵抗を示し、例えば０．２Ω・ｃｍであった。この領域の比抵抗の値は４×１０−２Ω・ｃｍ〜５×１０６Ω・ｃｍの範囲にあった。それ以外の領域は低い比抵抗を示し、例えば、８×１０−３Ω・ｃｍであった。この領域の比抵抗の値は、５×１０−３Ω・ｃｍから３×１０−２Ω・ｃｍにあった。
【００７５】
レーザ素子の作製について説明する。さらに、これら1４種類のＧａＮウエハ上に、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法によりエピタキシャル成長を行って窒化ガリウム系半導体膜の積層を作製した。積層は、ｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層、ＭＱＷ活性層、電子ブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を含んでいた。具体的には、
基板：ＧａＮウエハ
ｎ型バッファ層：n-AlGaN(２０ｎｍ)
ｎ型クラッド層：n-GaN(２μｍ)
ＭＱＷ活性層：InGaN井戸層(５ｎｍ)／InGaN障壁層(１５ｎｍ)の６ＭＱＷ
電子ブロック層：p-AlGaN層(２０ｎｍ)
ｐ型クラッド層：p-GaN層(２５ｎｍ)
ｐ型コンタクト層：p+-GaN層(２５ｎｍ)
である。
【００７６】
その後、フォトリソグラフィによりマスクを形成した後に、ドライエッチング法により上記の積層を加工して、ストライプ型のレーザリッジ構造を形成した。このレーザリッジ構造は、隣り合うストライプ状の極性反転領域の間の極性非反転領域上に極性反転領域の方向に延びるように、例えば極性非反転領域に平行に形成した。レーザリッジ構造を保護する絶縁膜を形成した後に、レーザリッジ構造の最上層のｐ型導電層に合わせて開口を形成した。ｐ型導電層に電気的に接続されるｐ側電極をｐ型導電層及び絶縁膜上に形成すると共に、ＧａＮウエハ裏面上にｎ側電極を形成した。これによって、複数の窒化ガリウム系半導体レーザ素子が得られた。
【００７７】
これらの窒化ガリウム系半導体レーザ素子の評価結果を説明する。数個の半導体レーザ素子の電極を剥がした後に、カソードルミネッセンスにより半導体レーザ素子のエピタキシャル層の表面を観察した。カソードルミネッセンスによりエピタキシャル層の貫通転位を観察した。カソードルミネッセンス像において黒点として観察される貫通転位を測定して貫通転位密度を見積もった。貫通転位密度の測定結果によると、ストライプ型の極性反転領域の間に位置する極性非反転領域は低転位であり、その貫通転位密度は、多いところでも１×１０６ｃｍ−２以下であった。半導体レーザ素子によっては、ほとんど転位がないものもあり、この領域の貫通転位密度は１×１０２ｃｍ−２程度と考えられる。レーザリッジ構造は、この低転位領域に形成されていた。一方、極性反転領域に近いところでは、１×１０６ｃｍ−２から１×１０８ｃｍ−２の貫通転位密度の領域がしばしば観測された。しかしながら、半導体レーザ素子によっては、極性反転領域の近いところでも、全く貫通転位が観察されない低転位の領域もあった。これらの半導体レーザ素子は、大きなオフ角度を有し、かつ、低転位密度のレーザ素子である。図５は、高転位密度領域（コア）の間の転位密度分布の一例を示す。横軸の座標０μｍ及び４００μｍの位置に幅３０μｍの高転位密度領域Ｈがあり、高転位密度領域Ｈの間に低転位密度領域Ｌが位置する。転位密度の分布線Ｄによれば、転位密度は、両側の高転位密度領域Ｈから単調に減少しており、ほぼ中央で転位密度の最小値を示している。高転位密度領域Ｈの転位密度は低転位密度領域Ｌの転位密度よりも大きい。また、高転位密度領域Ｈの比抵抗は低く、低転位密度領域Ｌの比抵抗は高い。
【００７８】
次いで、電極を剥がしていない残りの半導体レーザ素子に電流を流し、エレクトロルミネッセンスによる発光特性を調査した。１４種類全部の半導体レーザ素子について調査を行った。
【００７９】
まずは、＜１−１００＞方向に付けた微小なオフ角度１度以内の半導体レーザ素子ＬＤ１及びオフ角度２度程度の半導体レーザ素子ＬＤ２に電流注入して発光輝度を比較した。その結果、半導体レーザ素子ＬＤ２より、半導体レーザ素子ＬＤ１が輝度が高く、＜１−１００＞方向に付けた角度は小さいことが好ましいことが判った。
【００８０】
次に、＜１−１００＞方向に付けた微小なオフ角度１度以内の半導体レーザ素子において、＜１１−２０＞方向のオフ角度の０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度をそれぞれ有する半導体レーザ素子ＬＤ１（０）、ＬＤ１（１５）、ＬＤ１（２０）、ＬＤ１（２５）、ＬＤ１（３０）、ＬＤ１（３５）、ＬＤ１（４０）を準備した。これらの半導体レーザ素子の発光特性をエレクトロルミネッセンスにより比較した。また、電流注入量を上げていった場合の、ブルーシフト（blue shift）による発光波長の変化量も測定した。その結果、上記の半導体レーザ素子ＬＤ１（０）〜ＬＤ１（４０）において、電流注入２００ｍＡにおける波長変化率として、以下の値が得られた。波長変化率は、上記の半導体レーザ素子ＬＤ１（０）〜ＬＤ１（４０）における発光波長の変化量△λＢＳ（０）〜△λＢＳ（４０）を半導体レーザ素子Ｘ１（０）の変化量△λＢＳ（０）で規格化した値である。オフ角度（ｄｅｇ）と波長変化量（％）との対応は、（角度0°、変化量100％）、（角度15°、変化量82％）、（角度20°、変化量50％）、（角度25°、変化量32％）、（角度30°、変化量17％）、（角度35°、変化量6％）、（角度40°、変化量5％）である。これらの結果より、オフ角度を大きくしていくにつれて、波長変化量△λＢＳが低減し、ブルーシフトによる影響が少なくなっていることが確認された。即ち、分極の影響が低減された。この波長変化量は、無極性面で無くても、オフ角度が２０度以上における低減量が大きいことが示された。発明者らの実験から、２０度から４５度のオフ角度の半極性面において、ピエゾ分極の低減効果が大きいことが示された。
【００８１】
上記の半導体レーザ素子の３つの効果について説明する。まず、半導体レーザ素子の素子抵抗について説明する。Ａ−ＤＥＥＰ法によるＧａＮ結晶は、結晶成長時にｃ面での成長により形成された部分と｛１１−２２｝面からなるファセット面での成長により形成された部分とを含み、これらの部分の比抵抗に差が生じる。一般には、ｃ面成長した結晶部分の比抵抗は、ファセット面の成長による結晶部分に比べて高くなる傾向がある。一方、結晶成長はｃ軸の方向に成長していく。その際、ｃ面ジャスト基板を用いた場合は、隣り合う極性反転領域のちょうど中央部にｃ面成長の結晶領域を形成しながら成長する。したがって、この成長で作製されたｃ面ジャストＧａＮウエハでは、隣り合う極性反転領域の中央に比抵抗の高い結晶部分（ｃ面成長領域）が基板の主面に垂直に延びる。このＧａＮウエハ上に半導体レーザ素子を作製するとき、ＧａＮウエハの表面にＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長がなされる。そして、隣り合う極性反転領域の中央にレーザリッジ構造が形成される。レーザリッジ構造の直下に、高い比抵抗の結晶部分（ｃ面成長領域）が位置する。これ故に、半導体レーザ素子の電流経路の抵抗値が大きく、レーザ動作時の順方向電圧Ｖｆが上昇する。
【００８２】
しかしながら、上記のような半極性面を有するＧａＮウエハ上に半導体レーザ素子を形成するとき、ＧａＮウエハの主面そのものが大きなオフ角度を有しているので、高い比抵抗のＧａＮ結晶領域（ｃ面成長領域）が、レーザリッジ構造の直下に基板主面から垂直に延びることなく、大きなオフ角度と同じ角度でレーザリッジ構造の直下から傾いて延びている。また、これと同様に、極性反転領域もＧａＮウエハの主面から大きなオフ角度と同じ角度で傾いて延びて、レーザリッジ構造とウエハ裏面との間に位置するＧａＮ結晶領域に近づいてくる。故に、レーザリッジ構造から流れ出た電流は、ＧａＮウエハ内に拡がって、高い比抵抗のｃ面成長領域だけでなく低抵抗の極性反転領域も通過した後に、ウエハ裏面のｎ側電極に到達する。好適な例では、レーザリッジ構造とウエハ裏面との間に位置するＧａＮ結晶領域は、高い比抵抗のｃ面成長領域だけでなく、低抵抗の極性反転領域も含まれる。その結果、電流経路の抵抗値が下がり、レーザ動作時の順方向電圧Ｖｆを低減できる。
【００８３】
次いで、バックグラインド時の割れ発生が抑制されることについて説明する。半導体レーザ素子の製造には、エピタキシャル成長後に、ＧａＮウエハの裏面をバックグラインディングして、ウエハ厚を薄くする工程がある。ウエハ厚を小さくすると、次の工程に行われる劈開を容易にするためである。この劈開により、レーザバーが形成される。この工程において、大きくオフ角度を有したＧａＮウエハを使用することによって、ｃ面ジャストのＧａＮウエハに比べて、ウエハ割れの発生率の大きな低下が見られた。本実施の形態のようなオフ角を有するＧａＮウエハを用いて、半導体レーザ素子を作成する事で割れ発生頻度が下がり、低コスト化が可能である。
【００８４】
三番目に、劈開性改善について説明する。半導体レーザ素子の製造では、電極が形成された基板生産物を劈開面で劈開してバー状の半導体片を作製する。これは、劈開により、鏡面状の劈開面を形成する重要な工程がある。一般に、Ａ−ＤＥＥＰ法によるＧａＮ結晶のウエハを用いるとき、この劈開面はｍ面｛１−１００｝である。Ａ−ＤＥＥＰ法によるＧａＮ結晶のｃ面ジャストＧａＮウエハに比べて、本実施の形態のような大きなオフ角度を有するＧａＮウエハを用いるとき、この劈開工程の歩留まりが上昇した。これは、極性反転領域が劈開の伝播の進行方向に対して斜めに入ることによって、劈開の際に伝播している劈開面の周辺の応力状況が変化しているからであると考えられる。
【００８５】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
窒化物系化合物半導体からなるレーザは、既に、高密度光ディスクの情報読み取り、書き込み用の青紫色レーザが市場に出ている。これらの半導体レーザは、導電性のＧａＮウエハを用いて製造されている。ＧａＮウエハのためのＧａＮ結晶は、異種基板の上にＨＶＰＥ法と呼ばれる気相成長法によって、ヘテロエピタキシャル成長により結晶成長される。この後に、異種基板を分離することによりＧａＮ結晶が得られる。商業的に利用可能なこれまでのＧａＮウエハの主面は、すべてｃ面である。しかしながら、これらのＧａＮ結晶は、ヘテロエピタキシャル成長を用いるので、下地の異種基板とＧａＮ結晶との間に大きな結晶格子のミスマッチに起因して、多量の転位欠陥を含んでいる。また、長寿命化、高出力化といったレーザ特性を向上させるためには、基板結晶中の転位欠陥を低減する必要がある。高い転位欠陥密度の結晶を用いる半導体レーザでは、レーザ寿命は短くなり、転位結果密度の低減は、レーザ寿命を伸ばすためには必要である。
【００８７】
例えば、サファイア等の異種基板上に、ＨＶＰＥ法により鏡面状のｃ面を有するエピタキシャル厚膜を成長し、その後、サファイア基板を除去してＧａＮ自立ウエハを作製した場合、このウエハを使って優れた品質の半導体レーザは出来ない。なぜなら、結晶格子のミスマッチに基づく１０７ｃｍ−２程度以上の密度の転位欠陥が形成されたからである。
【００８８】
この転位密度を低減するためにＧａＮの結晶成長の手法としては、既に、ＤＥＥＰ法及びＡ−ＤＥＥＰ法が開発されている。これらは、結晶成長時の成長表面形状において、ファセット面からなるファセット構造を形成して維持しながら結晶成長する。これによって、転位欠陥の低減を行う。
【００８９】
ＤＥＥＰ法は、例えばＨＶＥＰ法によるＧａＮ結晶成長の際にファセット面からなるピットを全面に形成して成長することで、ピットの領域に存在する転位欠陥をそのピットの中心（深さ方向の底に当たる）に集める。それによって逆に、その周辺の転位欠陥密度を低減する。こうして得られたＧａＮ結晶には、転位欠陥が集まったピットの中央領域で転位欠陥密度が高く、それ以外の領域で転位欠陥密度が低い。また、この転位欠陥密度の高いピットの底にあたる領域の位置は、ランダムである。
【００９０】
Ａ−ＤＥＥＰ法は更に進んだ手法である。ＧａＮの結晶成長では、結晶成長はｃ軸方向に成長されるが、結晶のファセット面からなる構造の底（深さ方向で最も深い位置）に当たる領域のｃ軸方向が逆向きに１８０度反転している。この極性反転領域を底として、ファセット面からなるピットやＶ形状の溝を形成して、これを維持しながら結晶成長を行うと共に、結晶成長中に、その極性反転領域に転位欠陥を集める。この極性反転領域に結晶内の転位欠陥を集合させることにより、極性反転領域の周辺の領域の転位欠陥を低減できる。この方法の特徴は、こうして反転領域に転位欠陥の密度が高く、極性反転領域以外の極性非反転領域の転位欠陥密度が低いことである。極性反転領域と極性非反転領域とは明確な境界を有しており、通常の結晶成長の方向であるｃ軸に平行に伸びて成長する。このＤＥＥＰ及びＡ−ＤＥＥＰの違いは、前者がピットの位置（即ち、転位欠陥の集合場所）がランダムであり、所望する場所に固定できないのに対し、後者は、反転領域の場所を予め決めた所定の場所に固定できる点にある。また、この極性反転領域を形成して成長することによって、ファセット面が安定に維持されたまま成長することができ、より一層の転位密度低減が可能になる。この極性反転領域の存在は非常に重要である。
【００９１】
この反転領域の形成には、例えばフォトリソグラフィによる異種材料からなるマスク層形成の手法が用いられる。この異種材料として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｉＮ、ＡｌＮ等の材料を用いることができる。予め決められた所定の場所を覆うマスク層を形成することによって、ＧａＮ結晶成長のときに、マスク層のちょうど上に極性反転領域が形成される。即ち、極性反転領域以外の領域においては、ＧａＮのｃ軸が結晶の成長方向を向いて結晶成長が進むけれども、極性反転領域においてのみ、ｃ軸が成長方向と反対（１８０度の反転）を向いて結晶成長が進む。これにより、予め定められた場所に規則正しく極性反転領域が配置されたＧａＮ結晶を得ることができる。もちろん、以上に述べたように、これらの手法は３次元的なファセット構造を形成して結晶成長するので、実用的なウエハとして形成するためには、加工・研磨により平坦化して、フラットな形状に加工しなければならない。また、こうして得られたＧａＮウエハを用いて、レーザデバイスを作成するためには、予め設計されて、規則正しく配置された低転位欠陥領域にレーザ活性層を位置合わせすることが必要である。これにより、長寿命の、優れた品質のレーザデバイスを作成できる。
【００９２】
一方、窒化物系半導体を用いた、より長波長のレーザが求められている。例えば、ＲＧＢの可視レーザを用いて、投影型のプロジェクションテレビを実現する試みがなされている。青色レーザは既に実現されているが、さらには、緑色レーザの実現を求めて、研究開発が進められている。しかしながら、より長波長のレーザ実現のためには、従来のｃ面ＧａＮウエハでは、実現できないと予測されている。その理由の一つは、下記のように言われている。ＧａＮ結晶は、ｃ軸方向に分極している。長波長化させるためにＩｎＧａＮ層のＩｎ比率を上げることが必要であり、インジウム比率の増加による格子定数差に起因する歪みが増大し、このためにピエゾ分極の影響がより大きくなる。長波長化したレーザでは、この分極効果により活性層内のホールと電子の存在に偏りが生じ、再結合発光確率が著しく低下する。このため、内部量子効率が低下するので、レーザ発振に至らず、緑色レーザの実現が困難である。これはその理由である。
【００９３】
これらの問題を解決するためには、非極性面を主面とした非極性面基板が有望であると言われている。なぜなら、ピエゾ分極の影響が理論的に無いからである。既に非極性面である、Ｍ面｛１−１００｝面やＡ面｛１１−２０｝面を使用したレーザデバイスが提案されている。しかしながら、これらの非極性面基板は、異種基板上にわずか数ミリメートルの厚さでｃ面ＧａＮ結晶を成長し、このＧａＮ結晶をｃ面に垂直方向に切断し、Ｍ面｛１−１００｝面やＡ面｛１１−２０｝面を主面とする微小結晶片を切り出したものである。したがって、ここで基板と呼ばれるサイズのものは、商業的に利用可能なウエハサイズに比べて小さく、ｃ軸方向は、せいぜい数ミリメートル程度の結晶片である。これでは、将来的にもレーザ素子の工業的な生産は不可能である。
【００９４】
一方、本実施例における半導体レーザ素子によれば、非極性面ではないが、半極性面を用いたIII族窒化物半導体レーザが提供される。上記の説明から理解される技術背景によれば、技術的な重要性は十分に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、図１に示されたI−I線の断面を示す図面である。
【図３】図３は、ｃ面（極性面）、ｍ面（非極性面）及び半極性面上に作製された半導体レーザのブルーシフトを示す図面である。
【図４】図４は、このＧａＮ結晶を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、高転位密度領域の間の比抵抗分布の一例を示す図面である。
【符号の説明】
【００９６】
１１…III族窒化物半導体レーザ、１３…基板、１３ｂ…基板裏面、１３ａ…基板主面、１３ｃ、１３ｆ、１３ｇ…第１の領域、１３ｄ、１３ｅ…第２の領域、１３ｈ、１３ｉ…第１のエリア、１３ｊ、１３ｋ…第２のエリア、１３ｍ、１３ｑ…第３のエリア、１３ｎ、１３ｐ…第４のエリア、１５…半導体積層、１７…ｐ側電極、１９…ｎ側電極、２１…ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、２３…ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、２５…窒化ガリウム系半導体活性層、Ｃ、Ｍ…結晶軸ベクトル、Ｎ…法線ベクトル、２９…半導体リッジ、３１…電子ブロック層、３３…ｐ型クラッド層、３５…ｐ型コンタクト層、３７…ｎ型クラッド層、３９…ｎ型バッファ層、４１、４３…劈開面、４５、４７…側面  
【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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