JP2002246694A - 窒化物半導体発光素子とその製法 - Google Patents
窒化物半導体発光素子とその製法Info
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2201—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure in a specific crystallographic orientation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化物半導体発光素子の発光寿命と発光強度
を改善するとともにクラックの発生を防止する。 【解決手段】 窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体
の基板表面または窒化物半導体以外の基礎基板上に成長
した窒化物半導体基板層表面上に成長させられた窒化物
半導体下地層１０２と、この窒化物半導体下地層上でｎ
型層１０３〜１０５とｐ型層１０７〜１１０との間にお
いて量子井戸層または量子井戸層とこれに接する障壁層
とを含む発光層１０６を含む発光素子構造とを含み、発
光素子構造を成長させた後においてもその表面に平坦化
されていない窪みを含んでいることを特徴としている。
を改善するとともにクラックの発生を防止する。 【解決手段】 窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体
の基板表面または窒化物半導体以外の基礎基板上に成長
した窒化物半導体基板層表面上に成長させられた窒化物
半導体下地層１０２と、この窒化物半導体下地層上でｎ
型層１０３〜１０５とｐ型層１０７〜１１０との間にお
いて量子井戸層または量子井戸層とこれに接する障壁層
とを含む発光層１０６を含む発光素子構造とを含み、発
光素子構造を成長させた後においてもその表面に平坦化
されていない窪みを含んでいることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として高出力動
作寿命が長くてクラックの発生も軽減された窒化物半導
体発光素子とその製法の改善に関するものである。
作寿命が長くてクラックの発生も軽減された窒化物半導
体発光素子とその製法の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】サファイア基礎基板上に積層されたＧａ
Ｎ基板層上にストライプ状に形成されたＳｉＯ2マスク
を成長抑制膜として、選択成長技術を用いて窒化物半導
体下地層を成長させ、そのＳｉＯ2マスクの上方の領域
に半導体レーザ素子を形成してレーザ発振寿命を改善す
ることがJournal of Electronic Materials, Vol.27, N
o.4, 1998において報告されている。
Ｎ基板層上にストライプ状に形成されたＳｉＯ2マスク
を成長抑制膜として、選択成長技術を用いて窒化物半導
体下地層を成長させ、そのＳｉＯ2マスクの上方の領域
に半導体レーザ素子を形成してレーザ発振寿命を改善す
ることがJournal of Electronic Materials, Vol.27, N
o.4, 1998において報告されている。
【０００３】また、ＧａＮ基板上にストライプ状に形成
されたＳｉＯ2マスクを成長抑制膜として、選択成長技
術を用いて窒化物半導体下地層を成長させ、そのＳｉＯ
2マスクの上方の領域に半導体レーザ素子を形成するこ
とによって、その高出力時の発振寿命を改善することが
Japanese Journal of Applied Physics, vol.39(2000)
Pt.2, No.7A, L647において報告されている。
されたＳｉＯ2マスクを成長抑制膜として、選択成長技
術を用いて窒化物半導体下地層を成長させ、そのＳｉＯ
2マスクの上方の領域に半導体レーザ素子を形成するこ
とによって、その高出力時の発振寿命を改善することが
Japanese Journal of Applied Physics, vol.39(2000)
Pt.2, No.7A, L647において報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような先行技術
によって作製された窒化物半導体発光素子においても、
その高出力動作寿命のさらなる改善と生産歩留まりの改
善が望まれている。そこで、本発明は、窒化物半導体発
光素子の高出力動作寿命をさらに改善するとともに、そ
の素子におけるクラックの発生を抑制して生産歩留まり
をも改善することを主要な目的としている。
によって作製された窒化物半導体発光素子においても、
その高出力動作寿命のさらなる改善と生産歩留まりの改
善が望まれている。そこで、本発明は、窒化物半導体発
光素子の高出力動作寿命をさらに改善するとともに、そ
の素子におけるクラックの発生を抑制して生産歩留まり
をも改善することを主要な目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による窒化物半導
体発光素子においては、窒化物半導体の基板表面または
窒化物半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体
基板層表面上に成長させられた窒化物半導体下地層と、
この下地層上でｎ型層とｐ型層との間において量子井戸
層または量子井戸層とこれに接する障壁層を含む発光層
を含む発光素子構造とを含み、その発光素子構造を成長
させた後においてもその表面に平坦化されていない窪み
を含んでいることを特徴としている。
体発光素子においては、窒化物半導体の基板表面または
窒化物半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体
基板層表面上に成長させられた窒化物半導体下地層と、
この下地層上でｎ型層とｐ型層との間において量子井戸
層または量子井戸層とこれに接する障壁層を含む発光層
を含む発光素子構造とを含み、その発光素子構造を成長
させた後においてもその表面に平坦化されていない窪み
を含んでいることを特徴としている。
【０００６】なお、成長抑制膜は、ストライプ状態のパ
ターンに形成されていることが好ましい。そして、スト
ライプ状成長抑制膜の長手方向は、マスク基板に含まれ
る窒化物半導体結晶の＜１−１００＞または＜１１−２
０＞の方向に実質的に平行であることが好ましい。
ターンに形成されていることが好ましい。そして、スト
ライプ状成長抑制膜の長手方向は、マスク基板に含まれ
る窒化物半導体結晶の＜１−１００＞または＜１１−２
０＞の方向に実質的に平行であることが好ましい。
【０００７】ストライプ状成長抑制膜の上方に窪みが形
成されており、その窪みの側端部からその成長抑制膜の
幅方向に２μｍ以上離れかつその成長抑制膜の幅内の領
域の上方に発光素子構造の発光部が含まれていることが
好ましい。その成長抑制膜とその上方の窪みとの間に空
隙が形成される場合もある。
成されており、その窪みの側端部からその成長抑制膜の
幅方向に２μｍ以上離れかつその成長抑制膜の幅内の領
域の上方に発光素子構造の発光部が含まれていることが
好ましい。その成長抑制膜とその上方の窪みとの間に空
隙が形成される場合もある。
【０００８】成長抑制膜の幅は７〜１００μｍの範囲内
にあることが好ましく、その厚さは０．０５〜１０μｍ
の範囲内にあることが好ましい。
にあることが好ましく、その厚さは０．０５〜１０μｍ
の範囲内にあることが好ましい。
【０００９】成長抑制膜は、ＳｉＯ2、ＳｉＯ、ＳｉＮx
およびＳｉＯＮxの少なくともいずれかの誘電体膜を含
むか、またはＷもしくはＭｏの金属を含んで形成され得
る。
およびＳｉＯＮxの少なくともいずれかの誘電体膜を含
むか、またはＷもしくはＭｏの金属を含んで形成され得
る。
【００１０】窒化物半導体下地層は、ＡｌとＩｎの少な
くとも一方を含んでいることが好ましい。
くとも一方を含んでいることが好ましい。
【００１１】窒化物半導体下地層はＧａＮであって、Ｓ
ｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇおよび
Ｂｅの不純物群のうちで少なくとも１種以上を含み、か
つその添加量が１×１０17／ｃｍ3以上で５×１０18／
ｃｍ3以下であることが好ましい。
ｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇおよび
Ｂｅの不純物群のうちで少なくとも１種以上を含み、か
つその添加量が１×１０17／ｃｍ3以上で５×１０18／
ｃｍ3以下であることが好ましい。
【００１２】窒化物半導体下地層はＡｌxＧａ1-xＮ
（０．０１≦ｘ≦０．１５）であってもよく、Ｓｉ、
Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ
の不純物群のうちで少なくとも１種を含み、かつその添
加量が３×１０17／ｃｍ3以上で５×１０18／ｃｍ3以下
であることが好ましい。
（０．０１≦ｘ≦０．１５）であってもよく、Ｓｉ、
Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ
の不純物群のうちで少なくとも１種を含み、かつその添
加量が３×１０17／ｃｍ3以上で５×１０18／ｃｍ3以下
であることが好ましい。
【００１３】窒化物半導体下地層はＩｎxＧａ1-xＮ
（０．０１≦ｘ≦０．１５）であってもよく、Ｓｉ、
Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ
の不純物群のうちで少なくとも１種を含み、かつその添
加量が１×１０17／ｃｍ3以上で４×１０18／ｃｍ3以下
であることが好ましい。
（０．０１≦ｘ≦０．１５）であってもよく、Ｓｉ、
Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ
の不純物群のうちで少なくとも１種を含み、かつその添
加量が１×１０17／ｃｍ3以上で４×１０18／ｃｍ3以下
であることが好ましい。
【００１４】窪みを２つ以上含む領域上に電極が形成さ
れることが好ましい。同様に、窪みを２つ以上含む領域
上に誘電体膜が形成されることが好ましい。ワイヤボン
ドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域は、窪みを
１つ以上含むことが好ましい。
れることが好ましい。同様に、窪みを２つ以上含む領域
上に誘電体膜が形成されることが好ましい。ワイヤボン
ドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域は、窪みを
１つ以上含むことが好ましい。
【００１５】量子井戸層は、Ａｓ、Ｐ、およびＳｂのう
ちで１種以上の元素を含んでいることが好ましい。
ちで１種以上の元素を含んでいることが好ましい。
【００１６】窒化物半導体発光素子は、レーザ素子と発
光ダイオード素子のいずれかであり得る。このような窒
化物半導体発光素子は種々の光学装置または半導体発光
装置の構成要素になり得る。
光ダイオード素子のいずれかであり得る。このような窒
化物半導体発光素子は種々の光学装置または半導体発光
装置の構成要素になり得る。
【００１７】他方、本発明による窒化物半導体発光素子
の製造方法においては、窒化物半導体の基板表面または
窒化物半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体
基板層表面上に窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制
膜を部分的に形成してマスク基板とし、このマスク基板
上に窒化物半導体下地層を成長させ、この窒化物半導体
下地層上でｎ型層とｐ型層との間において量子井戸層ま
たは量子井戸層とこれに接する障壁層を含む発光層を含
む発光素子構造を成長させる工程を含み、この発光素子
構造を成長させた後においても、その表面に成長抑制膜
の上方において平坦化されていない窪みが形成されるこ
とを特徴としている。
の製造方法においては、窒化物半導体の基板表面または
窒化物半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体
基板層表面上に窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制
膜を部分的に形成してマスク基板とし、このマスク基板
上に窒化物半導体下地層を成長させ、この窒化物半導体
下地層上でｎ型層とｐ型層との間において量子井戸層ま
たは量子井戸層とこれに接する障壁層を含む発光層を含
む発光素子構造を成長させる工程を含み、この発光素子
構造を成長させた後においても、その表面に成長抑制膜
の上方において平坦化されていない窪みが形成されるこ
とを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下において、本発明による種々
の実施の形態について図面を参照しつつ説明するに際し
て、いくつかの用語の意味を予め明らかにしておく。な
お、本願の図面において、長さ、幅、厚さ、深さなどの
寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更さ
れており、実際の寸法関係を表わしてはいない。
の実施の形態について図面を参照しつつ説明するに際し
て、いくつかの用語の意味を予め明らかにしておく。な
お、本願の図面において、長さ、幅、厚さ、深さなどの
寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更さ
れており、実際の寸法関係を表わしてはいない。
【００１９】まず、「窒化物半導体基板」とは、Ａｌx
ＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる基板を意味する。ただし、窒
化物半導体基板の窒素元素のうちで、その約１０％以下
がＡｓ、Ｐ、またはＳｂの元素で置換されてもよい（た
だし、基板の六方晶系が維持されることが前提）。ま
た、窒化物半導体基板中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、
Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、またはＢｅがドーピングされ
てもよい。ｎ型窒化物半導体としては、これらのドーピ
ング材料のうちでも、Ｓｉ、Ｏ、およびＣｌが特に好ま
しい。窒化物半導体基板の主面方位としては、Ｃ面｛０
００１｝、Ａ面｛１１−２０｝、Ｒ面｛１−１０２｝、
Ｍ面｛１−１００｝、または｛１−１０１｝面が好まし
く用いられ得る。また、これらの結晶面方位から２°以
内のオフ角度を有する基板主面であれば、その表面モホ
ロジーが良好であり得る。
ＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる基板を意味する。ただし、窒
化物半導体基板の窒素元素のうちで、その約１０％以下
がＡｓ、Ｐ、またはＳｂの元素で置換されてもよい（た
だし、基板の六方晶系が維持されることが前提）。ま
た、窒化物半導体基板中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、
Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、またはＢｅがドーピングされ
てもよい。ｎ型窒化物半導体としては、これらのドーピ
ング材料のうちでも、Ｓｉ、Ｏ、およびＣｌが特に好ま
しい。窒化物半導体基板の主面方位としては、Ｃ面｛０
００１｝、Ａ面｛１１−２０｝、Ｒ面｛１−１０２｝、
Ｍ面｛１−１００｝、または｛１−１０１｝面が好まし
く用いられ得る。また、これらの結晶面方位から２°以
内のオフ角度を有する基板主面であれば、その表面モホ
ロジーが良好であり得る。
【００２０】「基礎基板」とは、窒化物半導体以外の基
板を意味する。具体的な基礎基板としては、サファイア
基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、またはＧａＡｓ基板など
が用いられ得る。
板を意味する。具体的な基礎基板としては、サファイア
基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、またはＧａＡｓ基板など
が用いられ得る。
【００２１】「成長抑制膜」とは、たとえば図１（ａ）
に示されているように基板表面上にストライプ状に形成
された膜であって、その膜上では窒化物半導体が成長し
にくい膜を意味する。すなわち、成長抑制膜上では窒化
物半導体の成長速度が遅いかまたは直接的には成長しな
いことを意味する。成長抑制膜の材質としては、Ｓｉの
酸化物や窒化物もしくはそれらの化合物、たとえばＳｉ
Ｏ2、ＳｉＯ、ＳｉＮx、ＳｉＯＮx、またはＷやＭｏな
どの金属を用いることができる。また、図１に示されて
いる成長抑制膜は一方向に沿ったストライプ配列である
が、これらのストライプが互いに交差し合った桝目配列
（図２参照）であってもよい。
に示されているように基板表面上にストライプ状に形成
された膜であって、その膜上では窒化物半導体が成長し
にくい膜を意味する。すなわち、成長抑制膜上では窒化
物半導体の成長速度が遅いかまたは直接的には成長しな
いことを意味する。成長抑制膜の材質としては、Ｓｉの
酸化物や窒化物もしくはそれらの化合物、たとえばＳｉ
Ｏ2、ＳｉＯ、ＳｉＮx、ＳｉＯＮx、またはＷやＭｏな
どの金属を用いることができる。また、図１に示されて
いる成長抑制膜は一方向に沿ったストライプ配列である
が、これらのストライプが互いに交差し合った桝目配列
（図２参照）であってもよい。
【００２２】「窒化物半導体基板層」とは、窒化物半導
体基板ではないサファイア基板等の基礎基板を窒化物半
導体発光素子作製のための基板として用いた場合の、マ
スク基板または加工基板を作製するための基礎基板上に
成長した窒化物半導体による層であり、ＡｌxＧａyＩｎ
zＮ（０≦ｘ１≦；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１）からなっている。ただし、この窒化物半導体基
板層中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃ
ｄ、Ｍｇ、およびＢｅの不純物群のうち少なくとも１種
類がドーピングされていてもよい。
体基板ではないサファイア基板等の基礎基板を窒化物半
導体発光素子作製のための基板として用いた場合の、マ
スク基板または加工基板を作製するための基礎基板上に
成長した窒化物半導体による層であり、ＡｌxＧａyＩｎ
zＮ（０≦ｘ１≦；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１）からなっている。ただし、この窒化物半導体基
板層中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃ
ｄ、Ｍｇ、およびＢｅの不純物群のうち少なくとも１種
類がドーピングされていてもよい。
【００２３】「マスク基板」とは、窒化物半導体基板表
面上に、または基礎基板上で成長した窒化物半導体基板
層表面上に、成長抑制膜が部分的に形成された基板を意
味する。成長抑制膜の幅および成長抑制膜が形成されて
いない部分の幅は一定の周期を有していてもよいし、種
々の異なる幅を有していてもよい。また、成長抑制膜の
厚さに関しても、常に一定の厚さを有していてもよい
し、種々の異なる厚さを有していてもよい。
面上に、または基礎基板上で成長した窒化物半導体基板
層表面上に、成長抑制膜が部分的に形成された基板を意
味する。成長抑制膜の幅および成長抑制膜が形成されて
いない部分の幅は一定の周期を有していてもよいし、種
々の異なる幅を有していてもよい。また、成長抑制膜の
厚さに関しても、常に一定の厚さを有していてもよい
し、種々の異なる厚さを有していてもよい。
【００２４】「溝」とはたとえば図４に示されているよ
うに基板表面でストライプ状に加工された凹部を意味
し、「丘」とは同様にストライプ状に加工された凸部を
意味する。溝と丘の断面形状は、必ずしも図４で示され
ているような矩形状である必要はなく、凹凸の段差を生
じさせるものであればよい。また、図４に示された溝と
丘は一方向に沿って加工されたストライプ配列である
が、成長抑制膜の場合（図２）と同様に溝または丘が互
いに交差し合った桝目配列であってもよい。
うに基板表面でストライプ状に加工された凹部を意味
し、「丘」とは同様にストライプ状に加工された凸部を
意味する。溝と丘の断面形状は、必ずしも図４で示され
ているような矩形状である必要はなく、凹凸の段差を生
じさせるものであればよい。また、図４に示された溝と
丘は一方向に沿って加工されたストライプ配列である
が、成長抑制膜の場合（図２）と同様に溝または丘が互
いに交差し合った桝目配列であってもよい。
【００２５】「加工基板」とは、窒化物半導体基板表面
上に、または基礎基板上で成長した窒化物半導体基板層
表面上に、溝と丘が形成された基板を意味する。溝の幅
と丘の幅は、一定の周期を有していてもよいし、種々に
異なる幅を有していてもよい。また、溝の深さに関して
も、すべての溝が一定の深さを有していてもよいし、種
々に異なる深さを有していてもよい。
上に、または基礎基板上で成長した窒化物半導体基板層
表面上に、溝と丘が形成された基板を意味する。溝の幅
と丘の幅は、一定の周期を有していてもよいし、種々に
異なる幅を有していてもよい。また、溝の深さに関して
も、すべての溝が一定の深さを有していてもよいし、種
々に異なる深さを有していてもよい。
【００２６】「窒化物半導体下地層」とは、マスク基板
上または加工基板の凹凸表面上に成長させられる層であ
り、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０
≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなっている。ただし、
この窒化物半導体下地層中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、
Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、およびＢｅの不純物群の
うちの少なくとも１種がドーピングされてもよい。
上または加工基板の凹凸表面上に成長させられる層であ
り、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０
≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなっている。ただし、
この窒化物半導体下地層中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、
Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、およびＢｅの不純物群の
うちの少なくとも１種がドーピングされてもよい。
【００２７】「窪み付き基板」とは、マスク基板上また
は加工基板上に窒化物半導体下地層を被覆させ、その上
の窪みを含む全体的基板を意味する（図３および図５参
照）。
は加工基板上に窒化物半導体下地層を被覆させ、その上
の窪みを含む全体的基板を意味する（図３および図５参
照）。
【００２８】「被覆膜厚」とは、マスク基板上で成長抑
制膜が形成されていない領域上の窒化物半導体下地層の
膜厚、または加工基板上に窒化物半導体下地層を成長さ
せたときの加工基板の溝底部から窪部を除いた窒化物半
導体下地層の表面までの膜厚を意味する。
制膜が形成されていない領域上の窒化物半導体下地層の
膜厚、または加工基板上に窒化物半導体下地層を成長さ
せたときの加工基板の溝底部から窪部を除いた窒化物半
導体下地層の表面までの膜厚を意味する。
【００２９】「発光層」とは、１以上の量子井戸層また
はそれと交互に積層された複数の障壁層をも含み、発光
作用を生じさせ得る層を意味する。ただし、単一量子井
戸構造の発光層は、１つの井戸層のみから構成される
か、または障壁層／井戸層／障壁層の積層から構成され
ている。
はそれと交互に積層された複数の障壁層をも含み、発光
作用を生じさせ得る層を意味する。ただし、単一量子井
戸構造の発光層は、１つの井戸層のみから構成される
か、または障壁層／井戸層／障壁層の積層から構成され
ている。
【００３０】「発光素子構造」とは、発光層に加えてそ
れを挟むｎ型層とｐ型層をさらに含む構造を意味する。
れを挟むｎ型層とｐ型層をさらに含む構造を意味する。
【００３１】「窒化物半導体多層膜構造」とは、窒化物
半導体下地層と発光素子構造とを含むものを意味する。
半導体下地層と発光素子構造とを含むものを意味する。
【００３２】「窪み」とは、マスク基板上または加工基
板の凹凸表面上に窒化物半導体下地層または窒化物半導
体多層膜構造を成長被覆させたときに、その窒化物半導
体下地層または窒化物半導体多層膜構造が平坦に埋めら
れない部分（窪みが窒化物半導体下地層の表面にある例
の図３および図５参照）を意味する。特に、本発明にお
ける窪みは、必ず窒化物半導体多層膜構造の表面に存在
していなければならない。ただし、マスク基板上または
加工基板上に窒化物半導体多層膜構造を平坦に被覆させ
た後にエッチングなどで窪みを形成しても、本願の発明
の効果は得られない。窪みが結晶成長後に加工で形成さ
れたか否かは、窒化物半導体多層膜構造の断面を観察す
れば明らかになる。なぜならば、結晶成長終了後に窪み
を加工で形成したならば発光素子構造中の積層における
横方向への連続性がその窪みによって断ち切られるが、
結晶成長に伴って窪みが形成されたならば発光素子構造
中の積層における横方向の連続性がその窪みによって断
ち切られることはなく、その窪みの側壁面に沿って連続
しているからである。
板の凹凸表面上に窒化物半導体下地層または窒化物半導
体多層膜構造を成長被覆させたときに、その窒化物半導
体下地層または窒化物半導体多層膜構造が平坦に埋めら
れない部分（窪みが窒化物半導体下地層の表面にある例
の図３および図５参照）を意味する。特に、本発明にお
ける窪みは、必ず窒化物半導体多層膜構造の表面に存在
していなければならない。ただし、マスク基板上または
加工基板上に窒化物半導体多層膜構造を平坦に被覆させ
た後にエッチングなどで窪みを形成しても、本願の発明
の効果は得られない。窪みが結晶成長後に加工で形成さ
れたか否かは、窒化物半導体多層膜構造の断面を観察す
れば明らかになる。なぜならば、結晶成長終了後に窪み
を加工で形成したならば発光素子構造中の積層における
横方向への連続性がその窪みによって断ち切られるが、
結晶成長に伴って窪みが形成されたならば発光素子構造
中の積層における横方向の連続性がその窪みによって断
ち切られることはなく、その窪みの側壁面に沿って連続
しているからである。
【００３３】［実施形態１］まず、本発明者らは、従来
技術に従って窒化物半導体レーザ素子を作製した場合と
本発明に従って窒化物半導体レーザ素子を作製した場合
とによる素子特性の違いを調べた。
技術に従って窒化物半導体レーザ素子を作製した場合と
本発明に従って窒化物半導体レーザ素子を作製した場合
とによる素子特性の違いを調べた。
【００３４】本発明によるケースＡとして、図１（ａ）
に示された窒化物半導体基板（たとえばＧａＮ基板）上
に成長抑制膜を形成したマスク基板上において、完全に
平坦に埋まらないで窪みが形成される窒化物半導体多層
膜構造を成長させて窒化物半導体レーザ素子を形成した
場合、レーザ出力３０ｍＷと雰囲気温度６０℃の条件の
もとでそのレーザ素子の発振寿命は約１８０００時間程
度であった。
に示された窒化物半導体基板（たとえばＧａＮ基板）上
に成長抑制膜を形成したマスク基板上において、完全に
平坦に埋まらないで窪みが形成される窒化物半導体多層
膜構造を成長させて窒化物半導体レーザ素子を形成した
場合、レーザ出力３０ｍＷと雰囲気温度６０℃の条件の
もとでそのレーザ素子の発振寿命は約１８０００時間程
度であった。
【００３５】また、本発明による他のケースＢとして、
図１（ｂ）に示された基礎基板（たとえばサファイア基
板）上方に成長抑制膜を形成したマスク基板上におい
て、完全に平坦に埋まらないで窪みが形成される窒化物
半導体多層膜構造を成長させて窒化物半導体レーザ素子
を形成した場合、レーザ出力３０ｍＷと雰囲気温度６０
℃の条件のもとでそのレーザ素子の発振寿命は約５００
０時間程度であった。
図１（ｂ）に示された基礎基板（たとえばサファイア基
板）上方に成長抑制膜を形成したマスク基板上におい
て、完全に平坦に埋まらないで窪みが形成される窒化物
半導体多層膜構造を成長させて窒化物半導体レーザ素子
を形成した場合、レーザ出力３０ｍＷと雰囲気温度６０
℃の条件のもとでそのレーザ素子の発振寿命は約５００
０時間程度であった。
【００３６】次に、従来技術によるケースＣとして、図
１（ａ）に示された窒化物半導体基板上に成長抑制膜を
形成したマスク基板上において、表面が完全に平坦に埋
まって窪みが形成されない窒化物半導体多層膜構造を成
長させて窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、レー
ザ出力３０ｍＷと雰囲気温度６０℃の条件のもとでその
レーザ素子の発振寿命は約１５００時間程度であった。
１（ａ）に示された窒化物半導体基板上に成長抑制膜を
形成したマスク基板上において、表面が完全に平坦に埋
まって窪みが形成されない窒化物半導体多層膜構造を成
長させて窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、レー
ザ出力３０ｍＷと雰囲気温度６０℃の条件のもとでその
レーザ素子の発振寿命は約１５００時間程度であった。
【００３７】さらに、従来技術による他のケースＤとし
て、図１（ｂ）に示された基礎基板上方に成長抑制膜を
形成したマスク基板上において、表面が完全に平坦に埋
まって窪みが形成されない窒化物半導体多層膜構造を成
長させて窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、レー
ザ出力３０ｍＷと雰囲気温度６０℃の条件のもとでその
レーザ素子の発振寿命は約５００時間程度であった。
て、図１（ｂ）に示された基礎基板上方に成長抑制膜を
形成したマスク基板上において、表面が完全に平坦に埋
まって窪みが形成されない窒化物半導体多層膜構造を成
長させて窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、レー
ザ出力３０ｍＷと雰囲気温度６０℃の条件のもとでその
レーザ素子の発振寿命は約５００時間程度であった。
【００３８】これらの調査結果が、図１０のグラフにプ
ロットされている。この詳細は、後の実施形態で述べら
れるが、ケースＡとケースＢの場合に（特にケースＡの
場合に）発振寿命の非常に長い窒化物半導体レーザ素子
が得られることがわかる。この結果は、各ケースにおけ
る窒化物半導体膜内に存在する結晶格子歪みの大きさや
分布の違いによって生じていると推測される。
ロットされている。この詳細は、後の実施形態で述べら
れるが、ケースＡとケースＢの場合に（特にケースＡの
場合に）発振寿命の非常に長い窒化物半導体レーザ素子
が得られることがわかる。この結果は、各ケースにおけ
る窒化物半導体膜内に存在する結晶格子歪みの大きさや
分布の違いによって生じていると推測される。
【００３９】ケースＡとケースＢでは、表面に窪みを生
じる状態で発光素子が形成されている。他方、ケースＣ
とケースＤでは、表面に窪みを生じることのない従来技
術によってレーザ素子が作製されている。表面に窪みが
生じない場合、成長抑制膜上でその両側から窒化物半導
体多層膜構造の横方向成長が進んで最終的に成長抑制膜
の中央付近上方で合体すれば、その合体部に大きな結晶
格子歪みを生じることになる。
じる状態で発光素子が形成されている。他方、ケースＣ
とケースＤでは、表面に窪みを生じることのない従来技
術によってレーザ素子が作製されている。表面に窪みが
生じない場合、成長抑制膜上でその両側から窒化物半導
体多層膜構造の横方向成長が進んで最終的に成長抑制膜
の中央付近上方で合体すれば、その合体部に大きな結晶
格子歪みを生じることになる。
【００４０】図１（ａ）のマスク基板を用いて窒化物半
導体多層膜構造を成長させたケースＣの場合の結晶成長
形態が図６（ｃ）に示されている。この場合、まず、成
長抑制膜で被覆されていないＧａＮ基板の窓領域から窒
化物半導体多層膜構造の結晶成長が始まる。この窓領域
に成長する窒化物半導体多層膜構造は、通常の結晶成長
方向（基板の主面に対して垂直方向）に沿って成長す
る。窒化物半導体多層膜構造が成長抑制膜より厚く成長
すれば、成長抑制膜上では基板主面に平行な水平方向へ
の成長（横方向成長）が進むようになり、成長抑制膜上
にも窒化物半導体多層膜構造が形成されるようになる。
そして、成長抑制膜の両側から中央付近まで横方向成長
してきた窒化物半導体多層膜構造が互いに合体して、成
長抑制膜の全面が覆われることになる。このとき、この
膜の合体によって結晶格子ひずみを生じることになる。
他方、ケースＡにおける窒化物半導体多層膜構造の結晶
成長形態が図６（ａ）に示されているが、この場合には
窒化物半導体多層膜構造の表面部分が横方向成長による
合体を窪みを形成することにより、完全には生じていな
いので、合体による結晶格子歪みを軽減することが可能
になっている。このような相違がレーザ素子の発振寿命
に影響を与え、ケースＣに比べてケースＡの方が発振寿
命が長く、またケースＤに比べてケースＢの方が発振寿
命が長くなっているものと考えられる。
導体多層膜構造を成長させたケースＣの場合の結晶成長
形態が図６（ｃ）に示されている。この場合、まず、成
長抑制膜で被覆されていないＧａＮ基板の窓領域から窒
化物半導体多層膜構造の結晶成長が始まる。この窓領域
に成長する窒化物半導体多層膜構造は、通常の結晶成長
方向（基板の主面に対して垂直方向）に沿って成長す
る。窒化物半導体多層膜構造が成長抑制膜より厚く成長
すれば、成長抑制膜上では基板主面に平行な水平方向へ
の成長（横方向成長）が進むようになり、成長抑制膜上
にも窒化物半導体多層膜構造が形成されるようになる。
そして、成長抑制膜の両側から中央付近まで横方向成長
してきた窒化物半導体多層膜構造が互いに合体して、成
長抑制膜の全面が覆われることになる。このとき、この
膜の合体によって結晶格子ひずみを生じることになる。
他方、ケースＡにおける窒化物半導体多層膜構造の結晶
成長形態が図６（ａ）に示されているが、この場合には
窒化物半導体多層膜構造の表面部分が横方向成長による
合体を窪みを形成することにより、完全には生じていな
いので、合体による結晶格子歪みを軽減することが可能
になっている。このような相違がレーザ素子の発振寿命
に影響を与え、ケースＣに比べてケースＡの方が発振寿
命が長く、またケースＤに比べてケースＢの方が発振寿
命が長くなっているものと考えられる。
【００４１】また、ケースＡとケースＢでは、ともに窒
化物半導体多層膜構造表面に窪みが存在するが、レーザ
発振寿命はケースＡの方が長くなる。ケースＡでは、窒
化物半導体基板を用いている。したがって、基板とその
上に積層している窒化物半導体多層膜構造との間には基
礎基板を用いた場合に比べて熱膨張係数に大きな違いが
ないが、その積層した窒化物半導体多層膜構造特に発光
素子構造においてはレーザ素子構造に含まれるいろいろ
な混晶組成の窒化物半導体層が存在し、それらの層の間
での熱膨張係数差の問題が存在する。この熱膨張係数差
により生じる結晶格子歪みが発振寿命に影響を与えてい
るものと考えられる。他方、ケースＢではケースＡで述
べた結晶格子歪みの要因に加えて基礎基板としてサファ
イア基板を用いているので、サファイアと窒化物半導体
との間の熱膨張係数差が大きく、窒化物半導体多層膜構
造内にはそれによる大きな結晶歪み成分も存在する。こ
の場合の結晶成長形態が図６（ｂ）に示されているが、
完全には横方向成長を合体させないように窪みを生成
し、横方向成長の合体による結晶格子歪みを軽減して
も、基礎基板を用いることによる結晶格子歪みが大き
く、窒化物半導体基板を用いた場合ほどには結晶格子歪
みを軽減することができない。その結果、ケースＡの方
がケースＢに比べてレーザ発振寿命が長くなったものと
考えられる。
化物半導体多層膜構造表面に窪みが存在するが、レーザ
発振寿命はケースＡの方が長くなる。ケースＡでは、窒
化物半導体基板を用いている。したがって、基板とその
上に積層している窒化物半導体多層膜構造との間には基
礎基板を用いた場合に比べて熱膨張係数に大きな違いが
ないが、その積層した窒化物半導体多層膜構造特に発光
素子構造においてはレーザ素子構造に含まれるいろいろ
な混晶組成の窒化物半導体層が存在し、それらの層の間
での熱膨張係数差の問題が存在する。この熱膨張係数差
により生じる結晶格子歪みが発振寿命に影響を与えてい
るものと考えられる。他方、ケースＢではケースＡで述
べた結晶格子歪みの要因に加えて基礎基板としてサファ
イア基板を用いているので、サファイアと窒化物半導体
との間の熱膨張係数差が大きく、窒化物半導体多層膜構
造内にはそれによる大きな結晶歪み成分も存在する。こ
の場合の結晶成長形態が図６（ｂ）に示されているが、
完全には横方向成長を合体させないように窪みを生成
し、横方向成長の合体による結晶格子歪みを軽減して
も、基礎基板を用いることによる結晶格子歪みが大き
く、窒化物半導体基板を用いた場合ほどには結晶格子歪
みを軽減することができない。その結果、ケースＡの方
がケースＢに比べてレーザ発振寿命が長くなったものと
考えられる。
【００４２】なお、ケースＡとケースＢにおいては、表
面に窪みが形成されることによって結晶格子歪みが緩和
される効果が得られているが、さらに、成長抑制膜とそ
の上方の窪みとの間に空隙が形成されるように窒化物半
導体多層膜構造を成長させれば、その空隙部分でも結晶
格子歪みを緩和させる効果が得られるのでより好まし
い。ただし、この場合にも、窒化物半導体多層膜構造は
少なくとも一部分では連続的に膜成長していることが必
要である。
面に窪みが形成されることによって結晶格子歪みが緩和
される効果が得られているが、さらに、成長抑制膜とそ
の上方の窪みとの間に空隙が形成されるように窒化物半
導体多層膜構造を成長させれば、その空隙部分でも結晶
格子歪みを緩和させる効果が得られるのでより好まし
い。ただし、この場合にも、窒化物半導体多層膜構造は
少なくとも一部分では連続的に膜成長していることが必
要である。
【００４３】以上のように、各種類の基板を用いた場合
において、窒化物半導体多層膜構造内部の結晶格子歪み
の分布や大きさに差が現われ、その結果として半導体レ
ーザ素子の寿命に違いが現われたものと推測される。
において、窒化物半導体多層膜構造内部の結晶格子歪み
の分布や大きさに差が現われ、その結果として半導体レ
ーザ素子の寿命に違いが現われたものと推測される。
【００４４】ところで、以上に述べた格子歪みの緩和の
効果は、加工基板を用いた場合でも期待することができ
る。図７（ａ）と（ｂ）には、加工基板上に窒化物半導
体多層膜構造が成長する際の結晶成長形態が示されてい
る。窒化物半導体多層膜構造の成長は、加工基板に形成
された溝の側壁から横方向に開始し、両側の溝側壁から
成長した結晶が溝中央で合体し、その後は通常の結晶成
長方向に進む。しかし、図７（ａ）の結晶成長形態で
は、丘の上方に窒化物半導体多層膜構造が完全には平坦
に埋まらない窪みを生じるので、基板主面に平行な水平
方向の結晶歪みが窪みを介して緩和され得る。すなわ
ち、窪みは図７（ａ）で示された結晶成長形態の溝中央
に集中された結晶歪みを軽減し、窒化物半導体多層膜構
造全体の結晶歪みを緩和させることができる。ただし、
窒化物半導体多層膜構造の成長をさらに進めれば、図７
（ｂ）に示されているように、すべての窪みが平坦に埋
まってしまい、溝内で横方向成長が合体した部分で生じ
る結晶内応力を緩和できないことになってしまう。
効果は、加工基板を用いた場合でも期待することができ
る。図７（ａ）と（ｂ）には、加工基板上に窒化物半導
体多層膜構造が成長する際の結晶成長形態が示されてい
る。窒化物半導体多層膜構造の成長は、加工基板に形成
された溝の側壁から横方向に開始し、両側の溝側壁から
成長した結晶が溝中央で合体し、その後は通常の結晶成
長方向に進む。しかし、図７（ａ）の結晶成長形態で
は、丘の上方に窒化物半導体多層膜構造が完全には平坦
に埋まらない窪みを生じるので、基板主面に平行な水平
方向の結晶歪みが窪みを介して緩和され得る。すなわ
ち、窪みは図７（ａ）で示された結晶成長形態の溝中央
に集中された結晶歪みを軽減し、窒化物半導体多層膜構
造全体の結晶歪みを緩和させることができる。ただし、
窒化物半導体多層膜構造の成長をさらに進めれば、図７
（ｂ）に示されているように、すべての窪みが平坦に埋
まってしまい、溝内で横方向成長が合体した部分で生じ
る結晶内応力を緩和できないことになってしまう。
【００４５】加工基板を用いる場合の結晶成長形態にお
いてさらに好ましくは、図１４に示されているように、
丘中央のみならず溝中央にも窪みが形成されることであ
る。このような結晶成長形態を利用することによって、
結晶歪みが集中する部分がなくなるので、結晶歪みが顕
著に緩和された窒化物半導体多層膜構造を形成すること
が可能になる。
いてさらに好ましくは、図１４に示されているように、
丘中央のみならず溝中央にも窪みが形成されることであ
る。このような結晶成長形態を利用することによって、
結晶歪みが集中する部分がなくなるので、結晶歪みが顕
著に緩和された窒化物半導体多層膜構造を形成すること
が可能になる。
【００４６】なお、加工基板を用いる場合には成長抑制
膜を使用しないので、マスク基板における成長抑制膜に
よる熱膨張係数差の影響や不純物の影響を受けないとい
う利点もある。
膜を使用しないので、マスク基板における成長抑制膜に
よる熱膨張係数差の影響や不純物の影響を受けないとい
う利点もある。
【００４７】また、本発明による結晶成長形態を利用す
ることによって、窒化物半導体多層膜構造中のクラック
の発生も抑制し得ることが本発明者らによって見出され
た。このことにより、窒化物半導体レーザ素子の生産歩
留まりが向上する。
ることによって、窒化物半導体多層膜構造中のクラック
の発生も抑制し得ることが本発明者らによって見出され
た。このことにより、窒化物半導体レーザ素子の生産歩
留まりが向上する。
【００４８】たとえば、ケースＡの場合として図６
（ａ）に示された窒化物半導体基板（たとえばＧａＮ基
板）を用いて表面に窪みがある構造を含む窒化物半導体
レーザ素子を形成した場合、クラック密度は０〜３本／
ｃｍ2であった。他方、ケースＣとして図６（ｃ）に示
された従来のＧａＮ基板上で表面に窪みが存在しない形
態の窒化物半導体発光素子を形成した場合、従来ではほ
とんどクラックが発生しないと思われていたが、実際に
発光素子を成長させた後のエピウエハ面内には多くのク
ラックが発生していた。これは、発光素子が種々の積層
構造から構成されるためであると考えられる（たとえ
ば、ＡｌＧａＮ層はＧａＮ層に比べて格子定数が小さ
く、ＩｎＧａＮ層はＧａＮ層に比べて格子定数が大き
い）。さらに、現在の技術で得られているＧａＮ基板で
は、その基板自体に残留歪みが潜在しているものと考え
られる。したがって、従来のＧａＮ基板上に窒化物半導
体レーザ素子を形成した場合、クラック密度は約５〜８
本／ｃｍ2であった。このことから、本発明による結晶
成長形態を利用することによってクラック密度を低減し
得ることがわかった。
（ａ）に示された窒化物半導体基板（たとえばＧａＮ基
板）を用いて表面に窪みがある構造を含む窒化物半導体
レーザ素子を形成した場合、クラック密度は０〜３本／
ｃｍ2であった。他方、ケースＣとして図６（ｃ）に示
された従来のＧａＮ基板上で表面に窪みが存在しない形
態の窒化物半導体発光素子を形成した場合、従来ではほ
とんどクラックが発生しないと思われていたが、実際に
発光素子を成長させた後のエピウエハ面内には多くのク
ラックが発生していた。これは、発光素子が種々の積層
構造から構成されるためであると考えられる（たとえ
ば、ＡｌＧａＮ層はＧａＮ層に比べて格子定数が小さ
く、ＩｎＧａＮ層はＧａＮ層に比べて格子定数が大き
い）。さらに、現在の技術で得られているＧａＮ基板で
は、その基板自体に残留歪みが潜在しているものと考え
られる。したがって、従来のＧａＮ基板上に窒化物半導
体レーザ素子を形成した場合、クラック密度は約５〜８
本／ｃｍ2であった。このことから、本発明による結晶
成長形態を利用することによってクラック密度を低減し
得ることがわかった。
【００４９】他方、ケースＢの場合として図６（ｂ）に
示された異種基板（たとえばサファイア基板）を用いて
表面に窪みがある形態で窒化物半導体レーザ素子を形成
した場合、クラック密度は約３〜５本／ｃｍ2であっ
た。しかし、ケースＤの場合として、図６（ｄ）に示さ
れたサファイア基板を用いて表面に窪みが存在しない形
態で窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、クラック
密度は約７〜１０本／ｃｍ2であった。
示された異種基板（たとえばサファイア基板）を用いて
表面に窪みがある形態で窒化物半導体レーザ素子を形成
した場合、クラック密度は約３〜５本／ｃｍ2であっ
た。しかし、ケースＤの場合として、図６（ｄ）に示さ
れたサファイア基板を用いて表面に窪みが存在しない形
態で窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、クラック
密度は約７〜１０本／ｃｍ2であった。
【００５０】以上のことから、表面に窪みを生じる形態
で窒化物半導体レーザ素子を形成する場合に、クラック
の発生を抑制し得ることがわかった。このような窪みに
よるクラック発生の抑制効果は、窪みが深ければ深いほ
ど大きく、窪みの分布密度が高ければ高いほど大きかっ
た。なお、窪みの深さや密度を変えるためには、マスク
基板を用いる場合には成長抑制膜の構造を変え、加工基
板を用いる場合には溝と丘の構造を変えることによって
その制御が可能である。
で窒化物半導体レーザ素子を形成する場合に、クラック
の発生を抑制し得ることがわかった。このような窪みに
よるクラック発生の抑制効果は、窪みが深ければ深いほ
ど大きく、窪みの分布密度が高ければ高いほど大きかっ
た。なお、窪みの深さや密度を変えるためには、マスク
基板を用いる場合には成長抑制膜の構造を変え、加工基
板を用いる場合には溝と丘の構造を変えることによって
その制御が可能である。
【００５１】さらに、本発明における窪みによるクラッ
ク抑制効果は、以下の特徴を有することがわかった。チ
ップ分割された１つの窒化物半導体発光素子内に窪みが
２つ以上含まれることによって、窪みが１つの素子と比
較して、クラック発生率が約３０％程度軽減されてい
た。しかも、たとえば図１９に示されたリッジストライ
プ構造を有する窒化物半導体発光素子（レーザ素子）の
ように、窪み１と窪み２との間にリッジストライプ部が
設けられた場合、とりわけその発光素子の歩留まりが向
上した。これについて詳細に調べた結果、リッジストラ
イプの長手方向を横切るようなクラックが軽減していた
ことが判明した。これは、リッジストライプ部の両側に
窪みを有することによって、クラックが窒化物半導体発
光素子のリッジストライプ部に侵入することを防止し得
たためであると考えられる。
ク抑制効果は、以下の特徴を有することがわかった。チ
ップ分割された１つの窒化物半導体発光素子内に窪みが
２つ以上含まれることによって、窪みが１つの素子と比
較して、クラック発生率が約３０％程度軽減されてい
た。しかも、たとえば図１９に示されたリッジストライ
プ構造を有する窒化物半導体発光素子（レーザ素子）の
ように、窪み１と窪み２との間にリッジストライプ部が
設けられた場合、とりわけその発光素子の歩留まりが向
上した。これについて詳細に調べた結果、リッジストラ
イプの長手方向を横切るようなクラックが軽減していた
ことが判明した。これは、リッジストライプ部の両側に
窪みを有することによって、クラックが窒化物半導体発
光素子のリッジストライプ部に侵入することを防止し得
たためであると考えられる。
【００５２】また、本発明における窪みは、チップ分割
された１つの窒化物半導体発光素子の電極において以下
の効果を有することがわかった。１つの窒化物半導体発
光素子内に本発明における窪みが２つ以上含まれること
によって、窪みが１つの素子に比較して、電極剥がれに
よる素子不良率が約２０％程度軽減されていた。しか
も、たとえば図１９に示されたリッジストライプ構造を
有する窒化物半導体発光素子（レーザ素子）のように、
窪み１と窪み２との間にリッジストライプ部が設けられ
た場合、とりわけリッジストライプ部でのｐ電極１１２
（パッド電極をも含む）の剥がれが防止され、その発光
素子の歩留まりが向上した。このことから、２つ以上の
窪みを含む領域上に電極が形成されることが好ましく、
より好ましくは窪みと窪みとの間にリッジストライプ部
が設けられて、これらの窪みを含む領域上に電極が形成
されることが好ましいことがわかった。このリッジスト
ライプ部での電極剥がれの防止効果は、誘電体膜の剥が
れについても同様であった。たとえば、図１９に示すと
ころのＳｉＯ2誘電体膜１１３についても同様である。
なお、ＳｉＯ2誘電体膜１１３の代わりに、ＳｉＮxのよ
うな他の誘電体膜が用いられてもよい。
された１つの窒化物半導体発光素子の電極において以下
の効果を有することがわかった。１つの窒化物半導体発
光素子内に本発明における窪みが２つ以上含まれること
によって、窪みが１つの素子に比較して、電極剥がれに
よる素子不良率が約２０％程度軽減されていた。しか
も、たとえば図１９に示されたリッジストライプ構造を
有する窒化物半導体発光素子（レーザ素子）のように、
窪み１と窪み２との間にリッジストライプ部が設けられ
た場合、とりわけリッジストライプ部でのｐ電極１１２
（パッド電極をも含む）の剥がれが防止され、その発光
素子の歩留まりが向上した。このことから、２つ以上の
窪みを含む領域上に電極が形成されることが好ましく、
より好ましくは窪みと窪みとの間にリッジストライプ部
が設けられて、これらの窪みを含む領域上に電極が形成
されることが好ましいことがわかった。このリッジスト
ライプ部での電極剥がれの防止効果は、誘電体膜の剥が
れについても同様であった。たとえば、図１９に示すと
ころのＳｉＯ2誘電体膜１１３についても同様である。
なお、ＳｉＯ2誘電体膜１１３の代わりに、ＳｉＮxのよ
うな他の誘電体膜が用いられてもよい。
【００５３】さらにまた、本発明における窪みは、チッ
プ分割された１つの窒化物半導体素子のワイヤボンドに
おいて以下の効果を有することがわかった。ワイヤボン
ドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本発明に
おける窪みが１つ以上含まれることによって、ワイヤボ
ンド自体の剥がれまたはワイヤボンドを含む電極の剥が
れが約２０％程度軽減されていた。このことから、ワイ
ヤボンドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本
発明における窪みが１つ以上含まれることが好ましいこ
とがわかった。
プ分割された１つの窒化物半導体素子のワイヤボンドに
おいて以下の効果を有することがわかった。ワイヤボン
ドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本発明に
おける窪みが１つ以上含まれることによって、ワイヤボ
ンド自体の剥がれまたはワイヤボンドを含む電極の剥が
れが約２０％程度軽減されていた。このことから、ワイ
ヤボンドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本
発明における窪みが１つ以上含まれることが好ましいこ
とがわかった。
【００５４】（マスク基板について）本発明におけるマ
スク基板は、窒化物半導体基板を利用する場合にはその
窒化物半導体基板とパターニングされた成長抑制膜から
構成され、基礎基板を利用する場合にはその基礎基板と
その上の窒化物半導体基板層とその上のパターニングさ
れた成長抑制膜から構成される。ただし、窒化物半導体
基板は、その上に形成される窒化物半導体膜との熱膨張
係数差が小さいので、基板の反りが基礎基板を利用した
場合に比べてはるかに小さくなる。したがって、窒化物
半導体基板に形成される成長抑制膜、ひいては窪みの位
置は基礎基板上の窒化物半導体基板層上に形成されるそ
れらに比べて精度よく形成され得る。また、基板の反り
が非常に小さいので、後述の「（発光部の形成位置につ
いて）」において詳細に述べられるが、素子不良（たと
えばレーザ発振寿命の短命化）の起きやすい領域を避け
て発光素子構造を精度よく作製することができる。さら
に、基板の反りが小さいこと自体が新たな歪みやクラッ
クの発生を防止するように作用し、半導体レーザ素子の
長寿命化の効果と他の素子特性不良を軽減する効果をも
生じる。したがって、基礎基板を利用する場合に比べ
て、窒化物半導体基板を利用する方が好ましい。
スク基板は、窒化物半導体基板を利用する場合にはその
窒化物半導体基板とパターニングされた成長抑制膜から
構成され、基礎基板を利用する場合にはその基礎基板と
その上の窒化物半導体基板層とその上のパターニングさ
れた成長抑制膜から構成される。ただし、窒化物半導体
基板は、その上に形成される窒化物半導体膜との熱膨張
係数差が小さいので、基板の反りが基礎基板を利用した
場合に比べてはるかに小さくなる。したがって、窒化物
半導体基板に形成される成長抑制膜、ひいては窪みの位
置は基礎基板上の窒化物半導体基板層上に形成されるそ
れらに比べて精度よく形成され得る。また、基板の反り
が非常に小さいので、後述の「（発光部の形成位置につ
いて）」において詳細に述べられるが、素子不良（たと
えばレーザ発振寿命の短命化）の起きやすい領域を避け
て発光素子構造を精度よく作製することができる。さら
に、基板の反りが小さいこと自体が新たな歪みやクラッ
クの発生を防止するように作用し、半導体レーザ素子の
長寿命化の効果と他の素子特性不良を軽減する効果をも
生じる。したがって、基礎基板を利用する場合に比べ
て、窒化物半導体基板を利用する方が好ましい。
【００５５】（マスク基板を被覆する窒化物半導体下地
層の膜厚について）本発明において、マスク基板上に窒
化物半導体多層膜構造で平坦には被覆されない窪みを形
成するためには、マスク基板を被覆する窒化物半導体下
地層を薄く成長させればよい。ただし、マスク基板の成
長抑制膜領域の上方で下地層には窪みが形成されるが、
半導体レーザ素子を形成するために下地層の平坦な部分
も必要である。したがって、窒化物半導体下地層の被覆
膜厚は、２μｍ以上で２０μｍ以下であることが好まし
い。その被覆膜厚が２μｍよりも薄くなれば、マスク基
板の成長抑制膜の幅や厚さにも依存するが、成長抑制膜
の上方に半導体レーザ素子の発光部を作製できるほどに
平坦な下地層領域を得ることが困難になり始める。他
方、被覆膜厚が２０μｍよりも厚くなれば、窪みによる
結晶歪みの緩和効果とクラック抑制効果よりもマスク基
板と窒化物半導体下地層（または窒化物半導体多層膜構
造）との間の熱膨張係数差による応力歪みの方が強くな
りすぎて、本発明による効果が十分に発揮されなくなる
可能性が高くなる。
層の膜厚について）本発明において、マスク基板上に窒
化物半導体多層膜構造で平坦には被覆されない窪みを形
成するためには、マスク基板を被覆する窒化物半導体下
地層を薄く成長させればよい。ただし、マスク基板の成
長抑制膜領域の上方で下地層には窪みが形成されるが、
半導体レーザ素子を形成するために下地層の平坦な部分
も必要である。したがって、窒化物半導体下地層の被覆
膜厚は、２μｍ以上で２０μｍ以下であることが好まし
い。その被覆膜厚が２μｍよりも薄くなれば、マスク基
板の成長抑制膜の幅や厚さにも依存するが、成長抑制膜
の上方に半導体レーザ素子の発光部を作製できるほどに
平坦な下地層領域を得ることが困難になり始める。他
方、被覆膜厚が２０μｍよりも厚くなれば、窪みによる
結晶歪みの緩和効果とクラック抑制効果よりもマスク基
板と窒化物半導体下地層（または窒化物半導体多層膜構
造）との間の熱膨張係数差による応力歪みの方が強くな
りすぎて、本発明による効果が十分に発揮されなくなる
可能性が高くなる。
【００５６】（マスク幅について）マスク基板の成長抑
制膜は、相対的にそのマスク幅が狭ければ窒化物半導体
下地層で埋没されやすく、広ければ埋没されにくい。本
発明者らの検討結果によれば、マスク基板の成長抑制膜
の上方を窒化物半導体下地層で完全に被覆せずに窪みを
生じさせるためのマスク幅Ｍ１は７μｍ以上で７５μｍ
以下であることが好ましく、７μｍ以上で１００μｍ以
下であってもよい。ただし、適切なマスク幅Ｍ１はマス
ク基板を被覆する窒化物半導体下地層または窒化物半導
体多層膜構造の被覆膜厚に依存するので、成長抑制膜上
方に窪みを生成させる際には、マスク幅Ｍ１とともに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚をも調整する必要がある。
制膜は、相対的にそのマスク幅が狭ければ窒化物半導体
下地層で埋没されやすく、広ければ埋没されにくい。本
発明者らの検討結果によれば、マスク基板の成長抑制膜
の上方を窒化物半導体下地層で完全に被覆せずに窪みを
生じさせるためのマスク幅Ｍ１は７μｍ以上で７５μｍ
以下であることが好ましく、７μｍ以上で１００μｍ以
下であってもよい。ただし、適切なマスク幅Ｍ１はマス
ク基板を被覆する窒化物半導体下地層または窒化物半導
体多層膜構造の被覆膜厚に依存するので、成長抑制膜上
方に窪みを生成させる際には、マスク幅Ｍ１とともに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚をも調整する必要がある。
【００５７】マスク幅Ｍ１の下限値と上限値は以下の観
点から見積もられた。成長抑制膜のマスク幅Ｍ１の下限
値については、発光素子中の発光部の大きさに依存す
る。たとえば、窪みを生じさせるマスク幅Ｍ１の成長抑
制膜上方に窒化物半導体レーザ素子を作製する場合、レ
ーザ発振寿命の観点から、そのレーザ素子のリッジスト
ライプ部下方の発光部が図８中の領域Ｉに属することが
好ましい。リッジストライプ幅は１〜３μｍの範囲内で
形成されかつ最小の窪み幅は１μｍに見積もることがで
きるので、マスク幅Ｍ１の下限値は窪みを含む領域ＩＩ
の幅＝窪み幅（１μｍ）＋２μｍ×２（図８参照）とス
トライプ幅（１μｍ）×２とを加えた７μｍ以上でなけ
ればならない。
点から見積もられた。成長抑制膜のマスク幅Ｍ１の下限
値については、発光素子中の発光部の大きさに依存す
る。たとえば、窪みを生じさせるマスク幅Ｍ１の成長抑
制膜上方に窒化物半導体レーザ素子を作製する場合、レ
ーザ発振寿命の観点から、そのレーザ素子のリッジスト
ライプ部下方の発光部が図８中の領域Ｉに属することが
好ましい。リッジストライプ幅は１〜３μｍの範囲内で
形成されかつ最小の窪み幅は１μｍに見積もることがで
きるので、マスク幅Ｍ１の下限値は窪みを含む領域ＩＩ
の幅＝窪み幅（１μｍ）＋２μｍ×２（図８参照）とス
トライプ幅（１μｍ）×２とを加えた７μｍ以上でなけ
ればならない。
【００５８】他方、マスク幅Ｍ１の上限値には特に制約
はないが、あまりにＭ１を広くし過ぎればウエハの単位
面積当たりの窪みの密度が減少し、結晶歪の緩和効果や
クラックの抑制効果が低減してしまう。また、ウエハ当
たりのチップ収得率も減少してしまう。したがって、マ
スク幅Ｍ１の上限値としては、１００μｍ以下であるこ
とが望まれる。
はないが、あまりにＭ１を広くし過ぎればウエハの単位
面積当たりの窪みの密度が減少し、結晶歪の緩和効果や
クラックの抑制効果が低減してしまう。また、ウエハ当
たりのチップ収得率も減少してしまう。したがって、マ
スク幅Ｍ１の上限値としては、１００μｍ以下であるこ
とが望まれる。
【００５９】以上ではマスク幅のみを変更したマスク基
板について説明されたが、マスク幅のみならず以下に述
べるマスク厚さおよび／またはスペース幅をも変更して
マスク基板を形成してもよいことは言うまでもない。こ
のことは、他の実施形態におけるマスク基板についても
同様である。
板について説明されたが、マスク幅のみならず以下に述
べるマスク厚さおよび／またはスペース幅をも変更して
マスク基板を形成してもよいことは言うまでもない。こ
のことは、他の実施形態におけるマスク基板についても
同様である。
【００６０】なお、上述の窪み幅については、次のよう
に規定される。窪みの形状は窒化物半導体下地層の成長
条件や成長抑制膜の整列方向によって変化することがあ
り、その幅も一定でないことがある。その場合には、窒
化物半導体レーザ素子のリッジストライプの幅方向に平
行に最も幅の広い部分にて窪み幅を規定するものとす
る。
に規定される。窪みの形状は窒化物半導体下地層の成長
条件や成長抑制膜の整列方向によって変化することがあ
り、その幅も一定でないことがある。その場合には、窒
化物半導体レーザ素子のリッジストライプの幅方向に平
行に最も幅の広い部分にて窪み幅を規定するものとす
る。
【００６１】（マスク厚さについて）窒化物半導体基板
上に形成するマスクは、相対的にその厚さが薄ければ窒
化物半導体下地層で埋没されやすく、厚ければ埋没され
にくい。本発明者らの検討結果によれば、マスク基板の
成長抑制膜を窒化物半導体下地層で完全に被覆せずに窪
みを生成するためのマスク厚さＴ１は、０．０５μｍ以
上であることが好ましく、０．０１μｍ以上であること
がより好ましかった。この理由は、マスク厚さＴ１が
０．０５μｍよりも薄ければ成長抑制膜が窒化物半導体
下地層の成長前の昇温時に劣化して窒化物半導体基板が
露出してしまう可能性があることと、マスク厚さの制御
が困難になることによる。そして、マスク厚さＴ１の下
限値が０．１μｍ以上になれば、そのような問題が殆ど
なくなる。
上に形成するマスクは、相対的にその厚さが薄ければ窒
化物半導体下地層で埋没されやすく、厚ければ埋没され
にくい。本発明者らの検討結果によれば、マスク基板の
成長抑制膜を窒化物半導体下地層で完全に被覆せずに窪
みを生成するためのマスク厚さＴ１は、０．０５μｍ以
上であることが好ましく、０．０１μｍ以上であること
がより好ましかった。この理由は、マスク厚さＴ１が
０．０５μｍよりも薄ければ成長抑制膜が窒化物半導体
下地層の成長前の昇温時に劣化して窒化物半導体基板が
露出してしまう可能性があることと、マスク厚さの制御
が困難になることによる。そして、マスク厚さＴ１の下
限値が０．１μｍ以上になれば、そのような問題が殆ど
なくなる。
【００６２】マスク厚さＴ１の上限値に関しては、あま
りに成長抑制膜を厚くし過ぎれば成長抑制膜と窒化物半
導体下地層との熱膨張係数差でマスク基板が割れやすく
なってしまうので、マスク厚さＴ１は１０μｍ以下であ
ることが望ましい。また、適切なマスク厚さＴ１はマス
ク基板を被覆する窒化物半導体下地層または窒化物半導
体多層膜構造の被覆膜厚に依存するので、成長抑制膜上
方に窪みを形成する際には、マスク厚さＴ１とともに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。
りに成長抑制膜を厚くし過ぎれば成長抑制膜と窒化物半
導体下地層との熱膨張係数差でマスク基板が割れやすく
なってしまうので、マスク厚さＴ１は１０μｍ以下であ
ることが望ましい。また、適切なマスク厚さＴ１はマス
ク基板を被覆する窒化物半導体下地層または窒化物半導
体多層膜構造の被覆膜厚に依存するので、成長抑制膜上
方に窪みを形成する際には、マスク厚さＴ１とともに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。
【００６３】（スペース幅について）マスク基板で成長
抑制膜が形成されていないスペース部分では、そのスペ
ース幅は２μｍ以上で３０μｍ以下であることが望まし
い。なぜならば、スペース幅が狭すぎれば窒化物半導体
下地層の成長初期で基板主面に垂直な方向に成長する結
晶部分の結晶性が悪くなり、その後に横方向に成長する
結晶部分に悪影響を及ぼすので好ましくないからであ
る。また、スペース幅が広すぎればレーザ素子を作製で
きる下地層領域が少なくなり、ウエハあたりのレーザチ
ップ収得率が下がるので好ましくない。
抑制膜が形成されていないスペース部分では、そのスペ
ース幅は２μｍ以上で３０μｍ以下であることが望まし
い。なぜならば、スペース幅が狭すぎれば窒化物半導体
下地層の成長初期で基板主面に垂直な方向に成長する結
晶部分の結晶性が悪くなり、その後に横方向に成長する
結晶部分に悪影響を及ぼすので好ましくないからであ
る。また、スペース幅が広すぎればレーザ素子を作製で
きる下地層領域が少なくなり、ウエハあたりのレーザチ
ップ収得率が下がるので好ましくない。
【００６４】（成長抑制膜の長手方向について）主面と
して｛０００１｝Ｃ面を有する窒化物半導体基板または
基礎基板上の窒化物半導体基板層に形成されたストライ
プ状成長抑制膜の長手方向は、その窒化物半導体結晶の
＜１−１００＞方向に平行であることが最も好ましく、
＜１１−２０＞方向に平行であることが次に好ましかっ
た。これらの特定方向に関する成長抑制膜の長手方向
は、｛０００１｝Ｃ面内で±５°程度の開き角度を有し
ていても実質的な影響を生じなかった。
して｛０００１｝Ｃ面を有する窒化物半導体基板または
基礎基板上の窒化物半導体基板層に形成されたストライ
プ状成長抑制膜の長手方向は、その窒化物半導体結晶の
＜１−１００＞方向に平行であることが最も好ましく、
＜１１−２０＞方向に平行であることが次に好ましかっ
た。これらの特定方向に関する成長抑制膜の長手方向
は、｛０００１｝Ｃ面内で±５°程度の開き角度を有し
ていても実質的な影響を生じなかった。
【００６５】窒化物半導体結晶の＜１−１００＞方向に
沿って成長抑制膜が形成されることの優位性は、窪みが
埋まりにくくて結晶歪みとクラック発生の抑制効果が非
常に高いことである。この方向に沿って形成された成長
抑制膜上に窒化物半導体下地層が成長する場合、窪みの
側壁面としては主に｛１１−２０｝面が形成されやす
い。この｛１１−２０｝側壁面は図９（ａ）に示されて
いるように基板の主面に対して垂直であるので、窪みは
ほぼ矩形形状の横断面を有しやすくなる。窪みの横断面
が矩形形状に近い場合、窒化物半導体を構成する原材料
が窪みの奥まで供給されにくく、成長抑制膜が窒化物半
導体下地層で埋没されにくくなる。このことから、マス
ク基板を窒化物半導体下地層で比較的厚く被覆したとし
ても、窪みが埋没される心配がない。また、マスク基板
上に成長した窒化物半導体下地層の結晶歪みがその深い
窪みによって緩和され、クラックの発生も効果的に抑制
され得る。
沿って成長抑制膜が形成されることの優位性は、窪みが
埋まりにくくて結晶歪みとクラック発生の抑制効果が非
常に高いことである。この方向に沿って形成された成長
抑制膜上に窒化物半導体下地層が成長する場合、窪みの
側壁面としては主に｛１１−２０｝面が形成されやす
い。この｛１１−２０｝側壁面は図９（ａ）に示されて
いるように基板の主面に対して垂直であるので、窪みは
ほぼ矩形形状の横断面を有しやすくなる。窪みの横断面
が矩形形状に近い場合、窒化物半導体を構成する原材料
が窪みの奥まで供給されにくく、成長抑制膜が窒化物半
導体下地層で埋没されにくくなる。このことから、マス
ク基板を窒化物半導体下地層で比較的厚く被覆したとし
ても、窪みが埋没される心配がない。また、マスク基板
上に成長した窒化物半導体下地層の結晶歪みがその深い
窪みによって緩和され、クラックの発生も効果的に抑制
され得る。
【００６６】他方、窒化物半導体結晶の＜１１−２０＞
方向に沿ってストライプ状成長抑制膜が形成されること
の優位性は、窪みの形状が急峻でかつ窪みの位置の揺ら
ぎが小さくなることである。この方向に沿って形成され
た成長抑制膜上に窒化物半導体下地層が成長する場合、
窪みの側壁面には主に｛１−１０１｝面が形成されやす
い。この｛１−１０１｝側壁面は非常に平坦でかつエッ
ジ部（図５参照）が急峻で蛇行しにくいので、＜１１−
２０＞方向に沿った窪みもまっすぐになって蛇行しにく
い。したがって、後述される動作寿命の長い発光素子を
形成するための領域Ｉを広く取ることができ（発光素子
収得率の向上）、発光素子の形成位置の狂いによる素子
歩留まりの低下をも防止することができる。
方向に沿ってストライプ状成長抑制膜が形成されること
の優位性は、窪みの形状が急峻でかつ窪みの位置の揺ら
ぎが小さくなることである。この方向に沿って形成され
た成長抑制膜上に窒化物半導体下地層が成長する場合、
窪みの側壁面には主に｛１−１０１｝面が形成されやす
い。この｛１−１０１｝側壁面は非常に平坦でかつエッ
ジ部（図５参照）が急峻で蛇行しにくいので、＜１１−
２０＞方向に沿った窪みもまっすぐになって蛇行しにく
い。したがって、後述される動作寿命の長い発光素子を
形成するための領域Ｉを広く取ることができ（発光素子
収得率の向上）、発光素子の形成位置の狂いによる素子
歩留まりの低下をも防止することができる。
【００６７】前述の成長抑制膜はすべてストライプ状で
あったが、ストライプ状であることは以下の点において
好ましい。すなわち、窒化物半導体レーザ素子の発振に
寄与する部分（リッジストライプ部の下方）はストライ
プ状であり、後述の好ましいリッジストライプ部形成領
域Ｉもストライプ状であるので、その発振に寄与する部
分をその好ましい領域Ｉ内に作り込むことが容易にな
る。しかし、たとえば図２に示されているように、成長
抑制膜が桝目状に形成されてもよい。
あったが、ストライプ状であることは以下の点において
好ましい。すなわち、窒化物半導体レーザ素子の発振に
寄与する部分（リッジストライプ部の下方）はストライ
プ状であり、後述の好ましいリッジストライプ部形成領
域Ｉもストライプ状であるので、その発振に寄与する部
分をその好ましい領域Ｉ内に作り込むことが容易にな
る。しかし、たとえば図２に示されているように、成長
抑制膜が桝目状に形成されてもよい。
【００６８】図２（ａ）は、異なる２種類の方向のスト
ライプ状成長抑制膜が互いに直交するように形成された
場合におけるマスク基板の上面図を表わしている。図２
（ｂ）は、異なる２種類のストライプ方向が互いに６０
度の角度をなすように形成された場合におけるマスク基
板の上面図を表わしている。そして、図２（ｃ）は、異
なる３種類のマスク方向が互いに６０度の角度をなすよ
うに形成された場合におけるマスク基板の上面図を表わ
している。
ライプ状成長抑制膜が互いに直交するように形成された
場合におけるマスク基板の上面図を表わしている。図２
（ｂ）は、異なる２種類のストライプ方向が互いに６０
度の角度をなすように形成された場合におけるマスク基
板の上面図を表わしている。そして、図２（ｃ）は、異
なる３種類のマスク方向が互いに６０度の角度をなすよ
うに形成された場合におけるマスク基板の上面図を表わ
している。
【００６９】（マスク基板を被覆する窒化物半導体下地
層について）マスク基板を被覆する窒化物半導体膜から
なる下地層としては、たとえばＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ
膜、またはＩｎＧａＮ膜などを用いることができる。ま
た、窒化物半導体下地層中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、
Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅの不純物群のう
ちで少なくとも１種の不純物を添加することができる。
層について）マスク基板を被覆する窒化物半導体膜から
なる下地層としては、たとえばＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ
膜、またはＩｎＧａＮ膜などを用いることができる。ま
た、窒化物半導体下地層中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、
Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅの不純物群のう
ちで少なくとも１種の不純物を添加することができる。
【００７０】窒化物半導体下地層がＧａＮ膜であれば、
以下の点において好ましい。すなわち、ＧａＮ膜は２元
混晶であるので、結晶成長の制御性が良好である。ま
た、ＧａＮ膜の表面マイグレーション長はＡｌＧａＮ膜
に比べて長く、ＩｎＧａＮ膜に比べて短いので、成長抑
制膜を埋めて平坦化したい部分は適度にＧａＮ膜で被覆
され、窪みを形成したい部分はＧａＮ膜による被覆が適
度に制限される。窒化物半導体下地層として利用される
ＧａＮ膜中の不純物濃度は、１×１０17／ｃｍ3以上で
５×１０18／ｃｍ3以下が好ましい。このような濃度範
囲で不純物を添加すれば、窒化物半導体下地層の表面モ
ホロジーが良好になって、結果的に発光層の層厚が均一
化されて素子特性が向上し得る。
以下の点において好ましい。すなわち、ＧａＮ膜は２元
混晶であるので、結晶成長の制御性が良好である。ま
た、ＧａＮ膜の表面マイグレーション長はＡｌＧａＮ膜
に比べて長く、ＩｎＧａＮ膜に比べて短いので、成長抑
制膜を埋めて平坦化したい部分は適度にＧａＮ膜で被覆
され、窪みを形成したい部分はＧａＮ膜による被覆が適
度に制限される。窒化物半導体下地層として利用される
ＧａＮ膜中の不純物濃度は、１×１０17／ｃｍ3以上で
５×１０18／ｃｍ3以下が好ましい。このような濃度範
囲で不純物を添加すれば、窒化物半導体下地層の表面モ
ホロジーが良好になって、結果的に発光層の層厚が均一
化されて素子特性が向上し得る。
【００７１】窒化物半導体下地層がＡｌＧａＮ膜であれ
ば、以下の点において好ましい。ＡｌＧａＮ膜において
は、Ａｌが含まれているので、ＧａＮ膜やＩｎＧａＮ膜
に比べて表面マイグレーション長が短い。表面マイグレ
ーション長が短いということは、窪みの横断面形状が急
峻な状態を維持し（たとえば、図５中のエッジ部がだれ
ず）、窪みの底に窒化物半導体が流れ込みにくい（窪み
が埋まりにくい）ことを意味する。また、成長抑制膜の
被覆の際においても、窒化物半導体が溝の底部に流れ込
み難くて、溝の側壁からの結晶成長が促進されるので横
方向成長が顕著になって、結晶歪みを一層緩和させるこ
とが可能となる。ＡｌxＧａ1-xＮ膜のＡｌ組成比ｘは
０．０１以上で０．１５以下であることが好ましく、
０．０１以上で０．０７以下であることがより好まし
い。Ａｌの組成比ｘが０．０１よりも小さければ、前述
の表面マイグレーション長が長くなってしまう可能性が
ある。他方、Ａｌの組成比ｘが０．１５よりも大きくな
れば、表面マイグレーション長が短くなりすぎて、下地
層の結晶性自体が良好ではなくなるおそれがある。な
お、ＡｌＧａＮ膜に限らず、この膜と同等の効果は、窒
化物半導体下地層にＡｌが含まれていれば得られる。ま
た、窒化物半導体下地層として利用されるＡｌＧａＮ膜
中の不純物濃度は、３×１０17／ｃｍ3以上で５×１０
18／ｃｍ3以下が好ましい。このような濃度範囲でＡｌ
と同時に不純物が添加されれば、窒化物半導体下地層の
表面マイグレーション長が短くなって好ましい。このこ
とによって、結晶歪みを一層緩和させることが可能にな
る。
ば、以下の点において好ましい。ＡｌＧａＮ膜において
は、Ａｌが含まれているので、ＧａＮ膜やＩｎＧａＮ膜
に比べて表面マイグレーション長が短い。表面マイグレ
ーション長が短いということは、窪みの横断面形状が急
峻な状態を維持し（たとえば、図５中のエッジ部がだれ
ず）、窪みの底に窒化物半導体が流れ込みにくい（窪み
が埋まりにくい）ことを意味する。また、成長抑制膜の
被覆の際においても、窒化物半導体が溝の底部に流れ込
み難くて、溝の側壁からの結晶成長が促進されるので横
方向成長が顕著になって、結晶歪みを一層緩和させるこ
とが可能となる。ＡｌxＧａ1-xＮ膜のＡｌ組成比ｘは
０．０１以上で０．１５以下であることが好ましく、
０．０１以上で０．０７以下であることがより好まし
い。Ａｌの組成比ｘが０．０１よりも小さければ、前述
の表面マイグレーション長が長くなってしまう可能性が
ある。他方、Ａｌの組成比ｘが０．１５よりも大きくな
れば、表面マイグレーション長が短くなりすぎて、下地
層の結晶性自体が良好ではなくなるおそれがある。な
お、ＡｌＧａＮ膜に限らず、この膜と同等の効果は、窒
化物半導体下地層にＡｌが含まれていれば得られる。ま
た、窒化物半導体下地層として利用されるＡｌＧａＮ膜
中の不純物濃度は、３×１０17／ｃｍ3以上で５×１０
18／ｃｍ3以下が好ましい。このような濃度範囲でＡｌ
と同時に不純物が添加されれば、窒化物半導体下地層の
表面マイグレーション長が短くなって好ましい。このこ
とによって、結晶歪みを一層緩和させることが可能にな
る。
【００７２】窒化物半導体下地層がＩｎＧａＮ膜であれ
ば、以下の点において好ましい。ＩｎＧａＮ膜において
は、Ｉｎが含まれているので、ＧａＮ膜やＡｌＧａＮ膜
と比べて弾性的である。したがって、ＩｎＧａＮ膜はマ
スク基板の成長抑制膜上を被覆して、基板からの結晶歪
みを窒化物半導体多層膜構造全体に拡散させ、効果的に
結晶の歪みを緩和させる働きを有する。ＩｎxＧａ1-xＮ
膜のＩｎ組成比ｘは０．０１以上で０．１５以下である
ことが好ましく、０．０１以上で０．１以下であること
がより好ましい。Ｉｎの組成比ｘが０．０１よりも小さ
ければ、Ｉｎを含むことによる弾力性の効果が得られに
くくなる可能性がある。また、Ｉｎの組成比ｘが０．１
５よりも大きくなれば、ＩｎＧａＮ膜の結晶性が低下し
てしまう可能性がある。なお、ＩｎＧａＮ膜に限らず、
この膜と同等の効果は、窒化物半導体下地層にＩｎが含
まれていれば得られる。また、窒化物半導体下地層とし
て利用されるＩｎＧａＮ膜中の不純物濃度は、１×１０
17／ｃｍ3以上で４×１０1 8／ｃｍ3以下が好ましい。こ
のような濃度範囲でＩｎと同時に不純物が添加されれ
ば、窒化物半導体下地層の表面モホロジーが良好になっ
て、かつ弾性力を保有し得るので好ましい。
ば、以下の点において好ましい。ＩｎＧａＮ膜において
は、Ｉｎが含まれているので、ＧａＮ膜やＡｌＧａＮ膜
と比べて弾性的である。したがって、ＩｎＧａＮ膜はマ
スク基板の成長抑制膜上を被覆して、基板からの結晶歪
みを窒化物半導体多層膜構造全体に拡散させ、効果的に
結晶の歪みを緩和させる働きを有する。ＩｎxＧａ1-xＮ
膜のＩｎ組成比ｘは０．０１以上で０．１５以下である
ことが好ましく、０．０１以上で０．１以下であること
がより好ましい。Ｉｎの組成比ｘが０．０１よりも小さ
ければ、Ｉｎを含むことによる弾力性の効果が得られに
くくなる可能性がある。また、Ｉｎの組成比ｘが０．１
５よりも大きくなれば、ＩｎＧａＮ膜の結晶性が低下し
てしまう可能性がある。なお、ＩｎＧａＮ膜に限らず、
この膜と同等の効果は、窒化物半導体下地層にＩｎが含
まれていれば得られる。また、窒化物半導体下地層とし
て利用されるＩｎＧａＮ膜中の不純物濃度は、１×１０
17／ｃｍ3以上で４×１０1 8／ｃｍ3以下が好ましい。こ
のような濃度範囲でＩｎと同時に不純物が添加されれ
ば、窒化物半導体下地層の表面モホロジーが良好になっ
て、かつ弾性力を保有し得るので好ましい。
【００７３】（発光部の形成位置について）本発明者ら
による詳細な検討の結果、窒化物半導体レーザ素子の発
光部（リッジストライプ部の下方）が窪み付き基板のど
の位置に形成されるかに依存して、レーザ発振寿命が変
化することが見出された。ここで発光部とは、発光素子
に電流が注入されて、発光層のうちで実質的に発光に寄
与する部分である。たとえば、リッジストライプ構造を
有する窒化物半導体レーザ素子の場合、電流が狭窄注入
されるリッジストライプ部の下方の発光層部分である。
による詳細な検討の結果、窒化物半導体レーザ素子の発
光部（リッジストライプ部の下方）が窪み付き基板のど
の位置に形成されるかに依存して、レーザ発振寿命が変
化することが見出された。ここで発光部とは、発光素子
に電流が注入されて、発光層のうちで実質的に発光に寄
与する部分である。たとえば、リッジストライプ構造を
有する窒化物半導体レーザ素子の場合、電流が狭窄注入
されるリッジストライプ部の下方の発光層部分である。
【００７４】図１０において、グラフの横軸は窪み付き
基板のマスク中央ｃからその幅方向にリッジストライプ
端ａまでの距離を表わし、縦軸はレーザ出力３０ｍＷと
雰囲気温度６０℃の条件下でのレーザ発振寿命を表わし
ている。ここで、マスク中央ｃからリッジストライプ端
ａまでの距離（以後、ｃ−ａ距離と呼ぶ）は、マスク中
央ｃから幅方向に右側が正で左側が負で表示されてい
る。なお、図１０で測定されたケースＡの窒化物半導体
レーザ素子においてはＧａＮ基板によるマスク基板が用
いられ、リッジストライプ幅は２μｍであり、マスク幅
は１８μｍであり、スペース幅は１５μｍであり、そし
てマスク厚さは０．２μｍであった。
基板のマスク中央ｃからその幅方向にリッジストライプ
端ａまでの距離を表わし、縦軸はレーザ出力３０ｍＷと
雰囲気温度６０℃の条件下でのレーザ発振寿命を表わし
ている。ここで、マスク中央ｃからリッジストライプ端
ａまでの距離（以後、ｃ−ａ距離と呼ぶ）は、マスク中
央ｃから幅方向に右側が正で左側が負で表示されてい
る。なお、図１０で測定されたケースＡの窒化物半導体
レーザ素子においてはＧａＮ基板によるマスク基板が用
いられ、リッジストライプ幅は２μｍであり、マスク幅
は１８μｍであり、スペース幅は１５μｍであり、そし
てマスク厚さは０．２μｍであった。
【００７５】図１０のケースＡからわかるように、リッ
ジストライプ部が成長抑制膜上方に形成された窒化物半
導体レーザ素子のレーザ発振寿命は、リッジストライプ
部がスペース部上方に形成されたものよりも長くなる傾
向を示した。さらに詳細に調べたところ、成長抑制膜上
方の領域内であっても、ｃ−ａ距離が−５μｍよりも大
きくて３μｍよりも小さい領域にリッジストライプ部が
形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少することが
わかった。ここで、リッジストライプ部の幅が２μｍで
あることを考慮して、ｃ−ａ距離−５μｍがマスク中央
ｃからリッジストライプ端ｂまでの距離（以後、ｃ−ｂ
距離と呼ぶ）に換算されれば、ｃ−ｂ距離は−３μｍに
なる。すなわち、窒化物半導体レーザ素子のリッジスト
ライプ部の少なくとも一部がマスク中央ｃから幅方向に
左右３μｍ未満の範囲内に含まれるように形成されたと
き、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまうことがわか
った。
ジストライプ部が成長抑制膜上方に形成された窒化物半
導体レーザ素子のレーザ発振寿命は、リッジストライプ
部がスペース部上方に形成されたものよりも長くなる傾
向を示した。さらに詳細に調べたところ、成長抑制膜上
方の領域内であっても、ｃ−ａ距離が−５μｍよりも大
きくて３μｍよりも小さい領域にリッジストライプ部が
形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少することが
わかった。ここで、リッジストライプ部の幅が２μｍで
あることを考慮して、ｃ−ａ距離−５μｍがマスク中央
ｃからリッジストライプ端ｂまでの距離（以後、ｃ−ｂ
距離と呼ぶ）に換算されれば、ｃ−ｂ距離は−３μｍに
なる。すなわち、窒化物半導体レーザ素子のリッジスト
ライプ部の少なくとも一部がマスク中央ｃから幅方向に
左右３μｍ未満の範囲内に含まれるように形成されたと
き、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまうことがわか
った。
【００７６】これは、次のように理解できる。このケー
スの場合、窪み端ｄ、ｅはマスク中央ｃから左右に１μ
ｍ離れた位置に存在することになる。よって、窪み端か
ら窪みの外側方向に２μｍ未満の範囲内にリッジストラ
イプ部の少なくとも一部が含まれるように形成されたと
き、レーザ発振寿命が劇的に減少することになる。
スの場合、窪み端ｄ、ｅはマスク中央ｃから左右に１μ
ｍ離れた位置に存在することになる。よって、窪み端か
ら窪みの外側方向に２μｍ未満の範囲内にリッジストラ
イプ部の少なくとも一部が含まれるように形成されたと
き、レーザ発振寿命が劇的に減少することになる。
【００７７】このようなレーザ発振寿命が劇的に減少す
る領域（窪み端ｄ、ｅから窪みの外側方向に左右２μｍ
未満の範囲）を領域ＩＩと呼ぶことにする。したがっ
て、窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ部は、
マスク幅範囲内で領域ＩＩを除く範囲に、その全体（ａ
−ｂ幅）が含まれるように形成されることが好ましい。
ここで、マスク幅範囲内において、窪み端ｄ、ｅから窪
みの外側方向に左右２μｍ以上離れた範囲を領域Ｉと呼
ぶことにする。この領域Ｉは、スペース部上方の領域Ｉ
ＩＩに比べても、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レ
ーザ素子を形成することが可能な領域であり、窪み付き
基板のうちで最も好ましい領域である。
る領域（窪み端ｄ、ｅから窪みの外側方向に左右２μｍ
未満の範囲）を領域ＩＩと呼ぶことにする。したがっ
て、窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ部は、
マスク幅範囲内で領域ＩＩを除く範囲に、その全体（ａ
−ｂ幅）が含まれるように形成されることが好ましい。
ここで、マスク幅範囲内において、窪み端ｄ、ｅから窪
みの外側方向に左右２μｍ以上離れた範囲を領域Ｉと呼
ぶことにする。この領域Ｉは、スペース部上方の領域Ｉ
ＩＩに比べても、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レ
ーザ素子を形成することが可能な領域であり、窪み付き
基板のうちで最も好ましい領域である。
【００７８】図８では、上述の領域ＩからＩＩＩが窪み
付き基板の模式的な断面図において示されている。すな
わち、窪み付き基板上に作製される窒化物半導体レーザ
素子の発光部は成長抑制膜上方の領域Ｉ内に形成するこ
とが望ましい。なお、マスク幅、スペース幅、およびリ
ッジストライプ幅を種々に変化させても、図１０と同様
の傾向を示した。また、マスク基板をＧａＮ基板を含む
ものから基礎基板を含むものに代えても、レーザ発振寿
命はＧａＮ基板を含む場合に比べて短くなるものの、図
１０と同様の傾向を示した。したがって、これらの場合
においても、窪み付き基板上に形成すべき発光素子の発
光部形成領域は図８に示す関係にあると考えられる。
付き基板の模式的な断面図において示されている。すな
わち、窪み付き基板上に作製される窒化物半導体レーザ
素子の発光部は成長抑制膜上方の領域Ｉ内に形成するこ
とが望ましい。なお、マスク幅、スペース幅、およびリ
ッジストライプ幅を種々に変化させても、図１０と同様
の傾向を示した。また、マスク基板をＧａＮ基板を含む
ものから基礎基板を含むものに代えても、レーザ発振寿
命はＧａＮ基板を含む場合に比べて短くなるものの、図
１０と同様の傾向を示した。したがって、これらの場合
においても、窪み付き基板上に形成すべき発光素子の発
光部形成領域は図８に示す関係にあると考えられる。
【００７９】さらに、図１０における窒化物半導体レー
ザ素子はリッジストライプ構造を有するものであった
が、電流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子であ
っても図１０と同様の関係を示した（電流阻止構造の場
合では、図１０におけるリッジストライプ幅は電流狭窄
される幅に相当する）。すなわち、窒化物半導体レーザ
素子において、発光層に電流が狭窄注入され、レーザ発
振に寄与する部分の下方に図８に示された領域Ｉが存在
していればよい。
ザ素子はリッジストライプ構造を有するものであった
が、電流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子であ
っても図１０と同様の関係を示した（電流阻止構造の場
合では、図１０におけるリッジストライプ幅は電流狭窄
される幅に相当する）。すなわち、窒化物半導体レーザ
素子において、発光層に電流が狭窄注入され、レーザ発
振に寄与する部分の下方に図８に示された領域Ｉが存在
していればよい。
【００８０】しかしながら、電流阻止構造を有する窒化
物半導体レーザ素子の場合、上述されたリッジストライ
プ構造を有する素子と比較して、レーザ発振寿命は約２
０〜３０％程度低かった。また、電流阻止構造を有する
窒化物半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有
する素子と比べて、クラック発生による歩留まりの低下
が大きかった。これらの原因については定かではない
が、おそらく、電流阻止層に電流狭窄部分が作製される
工程とその電流狭窄部が作製された電流阻止層上に再び
窒化物半導体を結晶成長させる工程に問題があるのでは
ないかと考えられる。たとえば、電流阻止層に電流狭窄
部が作製される工程ではレジスト材などのマスク材料が
用いられるが、これらのマスク材料が本発明に係る窒化
物半導体発光素子の窪み内に付着していて、そのまま再
成長させられることによって発光素子特性に悪影響をも
たらしたのではないかと考えられる。また、たとえば、
電流狭窄部が作製された電流阻止層上に再び窒化物半導
体を結晶成長させる工程では、電流阻止層に電流狭窄部
を作製するために発光素子構造の作製途中に一旦結晶成
長装置から取出し（常温）、再び結晶成長装置に装填し
て残りの発光素子構造を結晶成長（約１０００℃）させ
る。このように発光素子構造の途中で急激な温度差のあ
る熱履歴を与えれば、本発明に係る窒化物半導体発光素
子が窪みを有していても、その窪みによって発光素子構
造内の結晶歪みは十分には緩和されず、クラックが発生
するものと考えられる。
物半導体レーザ素子の場合、上述されたリッジストライ
プ構造を有する素子と比較して、レーザ発振寿命は約２
０〜３０％程度低かった。また、電流阻止構造を有する
窒化物半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有
する素子と比べて、クラック発生による歩留まりの低下
が大きかった。これらの原因については定かではない
が、おそらく、電流阻止層に電流狭窄部分が作製される
工程とその電流狭窄部が作製された電流阻止層上に再び
窒化物半導体を結晶成長させる工程に問題があるのでは
ないかと考えられる。たとえば、電流阻止層に電流狭窄
部が作製される工程ではレジスト材などのマスク材料が
用いられるが、これらのマスク材料が本発明に係る窒化
物半導体発光素子の窪み内に付着していて、そのまま再
成長させられることによって発光素子特性に悪影響をも
たらしたのではないかと考えられる。また、たとえば、
電流狭窄部が作製された電流阻止層上に再び窒化物半導
体を結晶成長させる工程では、電流阻止層に電流狭窄部
を作製するために発光素子構造の作製途中に一旦結晶成
長装置から取出し（常温）、再び結晶成長装置に装填し
て残りの発光素子構造を結晶成長（約１０００℃）させ
る。このように発光素子構造の途中で急激な温度差のあ
る熱履歴を与えれば、本発明に係る窒化物半導体発光素
子が窪みを有していても、その窪みによって発光素子構
造内の結晶歪みは十分には緩和されず、クラックが発生
するものと考えられる。
【００８１】なお、レーザ素子と同様に、発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）素子においても、電流注入されて発光に寄
与する部分の下方に図８に示した領域Ｉが存在していれ
ば本発明による効果を十分に得ることができる。
ド（ＬＥＤ）素子においても、電流注入されて発光に寄
与する部分の下方に図８に示した領域Ｉが存在していれ
ば本発明による効果を十分に得ることができる。
【００８２】次に、本発明において加工基板を用いる場
合について説明する。 （加工基板について）本発明において用いられ得る加工
基板としては、窒化物半導体基板を加工する場合と、基
礎基板上に窒化物半導体基板層を成長させてその基板層
を加工する場合がある。ただし、マスク基板の説明にお
いて述べたのと同様の理由から、基礎基板を利用するよ
りも窒化物半導体基板を用いる方が好ましい。
合について説明する。 （加工基板について）本発明において用いられ得る加工
基板としては、窒化物半導体基板を加工する場合と、基
礎基板上に窒化物半導体基板層を成長させてその基板層
を加工する場合がある。ただし、マスク基板の説明にお
いて述べたのと同様の理由から、基礎基板を利用するよ
りも窒化物半導体基板を用いる方が好ましい。
【００８３】（加工基板を被覆する窒化物半導体下地層
の被覆膜厚について）本発明において、加工基板が窒化
物半導体多層膜構造で平坦化されない窪みを形成するた
めには、たとえば窒化物半導体下地層を薄く成長させれ
ばよい。ただし、溝上方領域にも窪みを形成する場合は
別として、加工基板に形成された溝はレーザ素子を形成
し得る程度に平坦に埋没されなければ、その溝上方領域
に発光素子を形成することが困難になる。したがって、
窒化物半導体下地層の被覆膜厚は、約２μｍ以上で２０
μｍ以下であることが好ましい。被覆膜厚が２μｍより
も薄くなれば、加工基板に形成された溝幅や溝深さにも
依存するが、窒化物半導体下地層で溝を完全かつ平坦に
埋没させることが困難になり始める。他方、被覆膜厚が
２０μｍよりも厚くなれば、特に加工基板が基礎基板を
含む場合に、窪みによる結晶歪みの緩和効果とクラック
抑制効果よりも、加工基板と窒化物半導体下地層（また
は窒化物半導体多層膜構造）との間の熱膨張係数差によ
る応力歪みの方が強くなりすぎて、本発明による効果が
十分に発揮されなくなる可能性が高くなる。
の被覆膜厚について）本発明において、加工基板が窒化
物半導体多層膜構造で平坦化されない窪みを形成するた
めには、たとえば窒化物半導体下地層を薄く成長させれ
ばよい。ただし、溝上方領域にも窪みを形成する場合は
別として、加工基板に形成された溝はレーザ素子を形成
し得る程度に平坦に埋没されなければ、その溝上方領域
に発光素子を形成することが困難になる。したがって、
窒化物半導体下地層の被覆膜厚は、約２μｍ以上で２０
μｍ以下であることが好ましい。被覆膜厚が２μｍより
も薄くなれば、加工基板に形成された溝幅や溝深さにも
依存するが、窒化物半導体下地層で溝を完全かつ平坦に
埋没させることが困難になり始める。他方、被覆膜厚が
２０μｍよりも厚くなれば、特に加工基板が基礎基板を
含む場合に、窪みによる結晶歪みの緩和効果とクラック
抑制効果よりも、加工基板と窒化物半導体下地層（また
は窒化物半導体多層膜構造）との間の熱膨張係数差によ
る応力歪みの方が強くなりすぎて、本発明による効果が
十分に発揮されなくなる可能性が高くなる。
【００８４】（溝幅について）窒化物半導体基板に形成
する溝は、相対的に溝幅が狭ければ窒化物半導体下地層
で埋没されやすく、広ければ埋没されにくい。このこと
は、マスク基板におけるマスク幅との関係と同様であ
る。本発明者らの検討結果によれば、加工基板に形成さ
れる溝を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆する
ための溝幅Ｇ１は、４μｍ以上で３０μｍ以下であるこ
とが好ましく、４μｍ以上で２５μｍ以下であることが
より好ましかった。他方、加工基板に形成される溝を窒
化物半導体下地層で完全には被覆せずに窪みを形成する
ための溝幅Ｇ２は、７μｍ以上で７５μｍ以下であるこ
とが好ましいが、７μｍ以上で約１００μｍ以下であっ
てもよかった。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成
されるか否かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に強く依
存するので、溝を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方領
域に窪みを形成する際には、溝幅Ｇ１やＧ２とともに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。
する溝は、相対的に溝幅が狭ければ窒化物半導体下地層
で埋没されやすく、広ければ埋没されにくい。このこと
は、マスク基板におけるマスク幅との関係と同様であ
る。本発明者らの検討結果によれば、加工基板に形成さ
れる溝を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆する
ための溝幅Ｇ１は、４μｍ以上で３０μｍ以下であるこ
とが好ましく、４μｍ以上で２５μｍ以下であることが
より好ましかった。他方、加工基板に形成される溝を窒
化物半導体下地層で完全には被覆せずに窪みを形成する
ための溝幅Ｇ２は、７μｍ以上で７５μｍ以下であるこ
とが好ましいが、７μｍ以上で約１００μｍ以下であっ
てもよかった。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成
されるか否かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に強く依
存するので、溝を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方領
域に窪みを形成する際には、溝幅Ｇ１やＧ２とともに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。
【００８５】溝幅Ｇ１の下限値と上限値は、以下の観点
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝１
の溝幅Ｇ１の下限値は、発光素子中の発光部の大きさに
依存する。発光素子中の発光部の形成位置については、
後述の項目「（発光部の形成位置について）」において
図１２を参照しつつさらに詳細に説明される。たとえ
ば、窪み付き基板のうちで平坦に被覆された溝上方領域
に窒化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振
寿命の観点から、窒化物半導体レーザ素子のリッジスト
ライプ部下方の発光部が図１１（ａ）中の領域Ｉに属す
ることが好ましい。したがって、少なくとも溝幅Ｇ１の
下限値は、リッジストライプ幅の２倍よりも広くする必
要がある。リッジストライプ幅はおよそ１μｍ〜３μｍ
の幅で形成されるので、溝幅Ｇ１は図１１（ａ）中の領
域ＩＩＩの幅２μｍとストライプ幅（１μｍ）×２とを
加えた４μｍ以上でなければならないと見積もられる。
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝１
の溝幅Ｇ１の下限値は、発光素子中の発光部の大きさに
依存する。発光素子中の発光部の形成位置については、
後述の項目「（発光部の形成位置について）」において
図１２を参照しつつさらに詳細に説明される。たとえ
ば、窪み付き基板のうちで平坦に被覆された溝上方領域
に窒化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振
寿命の観点から、窒化物半導体レーザ素子のリッジスト
ライプ部下方の発光部が図１１（ａ）中の領域Ｉに属す
ることが好ましい。したがって、少なくとも溝幅Ｇ１の
下限値は、リッジストライプ幅の２倍よりも広くする必
要がある。リッジストライプ幅はおよそ１μｍ〜３μｍ
の幅で形成されるので、溝幅Ｇ１は図１１（ａ）中の領
域ＩＩＩの幅２μｍとストライプ幅（１μｍ）×２とを
加えた４μｍ以上でなければならないと見積もられる。
【００８６】他方、溝幅Ｇ１に上限値が存在するのは、
溝幅Ｇ１が２５μｍを超えれば、窒化物半導体下地層を
被覆膜厚１０μｍ以下の積層でその溝幅Ｇ１を有する溝
１を完全に埋没させることが困難になるからである。同
様に、溝幅Ｇ１が３０μｍを超えれば、窒化物半導体下
地層を被覆膜厚２０μｍ以上に積層してもその溝１を完
全に埋没させることが困難になるからである。
溝幅Ｇ１が２５μｍを超えれば、窒化物半導体下地層を
被覆膜厚１０μｍ以下の積層でその溝幅Ｇ１を有する溝
１を完全に埋没させることが困難になるからである。同
様に、溝幅Ｇ１が３０μｍを超えれば、窒化物半導体下
地層を被覆膜厚２０μｍ以上に積層してもその溝１を完
全に埋没させることが困難になるからである。
【００８７】溝幅Ｇ２の下限値と上限値は、以下の観点
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝２の
溝幅Ｇ２の下限値についても、溝幅Ｇ１の下限値と同様
に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえ
ば、溝幅Ｇ２内に窪みが形成される溝２の上方領域に窒
化物半導体レーザ素子を作製する場合、レーザ発振寿命
の観点から、レーザ素子のリッジストライプ部の下方の
発光部は、図１１（ｂ）中の領域ＩＩに属することが好
ましい。リッジストライプ幅はおおよそ１μｍ〜３μｍ
で、最小の窪み幅は１μｍで見積もることができるの
で、溝幅Ｇ２の下限値は窪みを含む領域ＩＶの幅＝窪み
幅（１μｍ）＋２μｍ×２（図１１（ｂ）参照）とスト
ライプ幅（１μｍ）×２とを加えた７μｍ以上が必要で
ある。
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝２の
溝幅Ｇ２の下限値についても、溝幅Ｇ１の下限値と同様
に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえ
ば、溝幅Ｇ２内に窪みが形成される溝２の上方領域に窒
化物半導体レーザ素子を作製する場合、レーザ発振寿命
の観点から、レーザ素子のリッジストライプ部の下方の
発光部は、図１１（ｂ）中の領域ＩＩに属することが好
ましい。リッジストライプ幅はおおよそ１μｍ〜３μｍ
で、最小の窪み幅は１μｍで見積もることができるの
で、溝幅Ｇ２の下限値は窪みを含む領域ＩＶの幅＝窪み
幅（１μｍ）＋２μｍ×２（図１１（ｂ）参照）とスト
ライプ幅（１μｍ）×２とを加えた７μｍ以上が必要で
ある。
【００８８】他方、溝の上方に窪みが形成される溝２の
溝幅Ｇ２の上限値は、レーザ発振寿命の観点からは特に
制約はない。しかしながら、あまりにＧ２を広くしすぎ
ればウエハの単位面積当りの窪み密度が減少し、結晶歪
みの緩和効果やクラックの抑制効果が低減してしまう。
これに伴って、ウエハ当りの発光素子チップ収得率も減
少してしまう。したがって、上記観点から、溝幅Ｇ２の
上限値は１００μｍ以下、より好ましくは７５μｍ以下
である。
溝幅Ｇ２の上限値は、レーザ発振寿命の観点からは特に
制約はない。しかしながら、あまりにＧ２を広くしすぎ
ればウエハの単位面積当りの窪み密度が減少し、結晶歪
みの緩和効果やクラックの抑制効果が低減してしまう。
これに伴って、ウエハ当りの発光素子チップ収得率も減
少してしまう。したがって、上記観点から、溝幅Ｇ２の
上限値は１００μｍ以下、より好ましくは７５μｍ以下
である。
【００８９】以上では、溝幅のみを変更した加工基板に
ついて説明されたが、溝幅のみならず溝深さおよび／ま
たは丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは
言うまでもない。このことは、他の実施形態における加
工基板についても同様である。
ついて説明されたが、溝幅のみならず溝深さおよび／ま
たは丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは
言うまでもない。このことは、他の実施形態における加
工基板についても同様である。
【００９０】（溝深さについて）窒化物半導体基板に形
成する溝は、相対的にその深さが浅ければ窒化物半導体
下地層で埋没されやすく、深ければ埋没されにくい。こ
のことは、マスク基板におけるマスク厚さとの関係と同
様である。なお、溝深さの調整による窪みの形成は、溝
幅を調整して窪みを形成する場合に比べて、ウエハ当り
の発光素子チップ収得率が減少しないので好ましい。
成する溝は、相対的にその深さが浅ければ窒化物半導体
下地層で埋没されやすく、深ければ埋没されにくい。こ
のことは、マスク基板におけるマスク厚さとの関係と同
様である。なお、溝深さの調整による窪みの形成は、溝
幅を調整して窪みを形成する場合に比べて、ウエハ当り
の発光素子チップ収得率が減少しないので好ましい。
【００９１】本発明者らの検討結果によれば、加工基板
に形成される溝を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に
被覆するための溝深さＨ１は、１μｍ以上で９μｍ以下
であることが好ましく、２μｍ以上で６μｍ以下である
ことがより好ましかった。他方、加工基板の形成される
溝を窒化物半導体下地層で完全には被覆せずに窪みを形
成するための溝深さＨ２は、１μｍ以上であることが好
ましく、２μｍ以上であることがより好ましかった。溝
深さＨ２の上限値に関しては特に制約はなく、図４に示
されているような残し厚ｈが１００μｍ以上であればよ
い。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成されるか否
かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に依存するので、溝
を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方に窪みを形成する
際は、溝深さＨ１やＨ２とともに窒化物半導体下地層の
被覆膜厚を調整する必要がある。
に形成される溝を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に
被覆するための溝深さＨ１は、１μｍ以上で９μｍ以下
であることが好ましく、２μｍ以上で６μｍ以下である
ことがより好ましかった。他方、加工基板の形成される
溝を窒化物半導体下地層で完全には被覆せずに窪みを形
成するための溝深さＨ２は、１μｍ以上であることが好
ましく、２μｍ以上であることがより好ましかった。溝
深さＨ２の上限値に関しては特に制約はなく、図４に示
されているような残し厚ｈが１００μｍ以上であればよ
い。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成されるか否
かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に依存するので、溝
を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方に窪みを形成する
際は、溝深さＨ１やＨ２とともに窒化物半導体下地層の
被覆膜厚を調整する必要がある。
【００９２】溝深さＨ１の下限値と上限値は、以下の観
点から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝
１の溝深さＨ１の下限値は、１μｍ以上であることが好
ましく、２μｍ以上であることがより好ましい。なぜな
らば、溝深さＨ１が１μｍよりも浅ければ、結晶成長形
態における横方向成長よりも基板主面に対して垂直方向
の成長が優先的になり、横方向成長による結晶歪みの低
減効果が十分に発揮されなくなる可能性があるからであ
る。そして、溝深さＨ１の下限値が２μｍ以上になれ
ば、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に発揮
され得るからである。
点から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝
１の溝深さＨ１の下限値は、１μｍ以上であることが好
ましく、２μｍ以上であることがより好ましい。なぜな
らば、溝深さＨ１が１μｍよりも浅ければ、結晶成長形
態における横方向成長よりも基板主面に対して垂直方向
の成長が優先的になり、横方向成長による結晶歪みの低
減効果が十分に発揮されなくなる可能性があるからであ
る。そして、溝深さＨ１の下限値が２μｍ以上になれ
ば、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に発揮
され得るからである。
【００９３】他方、溝深さＨ１の上限値としては、９μ
ｍ以下であることが好ましく、６μｍ以下であることが
より好ましかった。なぜならば、溝深さＨ１が６μｍを
超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚１０μｍ以下の
積層でその溝深さＨ１を有する溝１を完全に埋没させる
ことが困難になり始めるからである。同様に、溝深さＨ
１が９μｍを超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚２
０μｍ以上に積層してもその溝１を完全に埋没させるこ
とが困難になり始めるからである。
ｍ以下であることが好ましく、６μｍ以下であることが
より好ましかった。なぜならば、溝深さＨ１が６μｍを
超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚１０μｍ以下の
積層でその溝深さＨ１を有する溝１を完全に埋没させる
ことが困難になり始めるからである。同様に、溝深さＨ
１が９μｍを超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚２
０μｍ以上に積層してもその溝１を完全に埋没させるこ
とが困難になり始めるからである。
【００９４】溝深さＨ２の下限値と上限値は以下の観点
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝２の
溝深さＨ２の下限値としては、溝深さＨ１と同じく１μ
ｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることが
より好ましい。なぜならば、溝深さＨ１に関して述べた
ように、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に
得られていなければ、溝２の上方領域に形成した発光素
子の特性（たとえばレーザ発振寿命）が低下する可能性
があるからである。溝深さＨ２とＨ１との下限値が同じ
でありながら、窒化物半導体膜によって溝上方領域に窪
みが形成されるかまたはそれが完全に埋没されるかは、
その窒化物半導体下地層の被覆膜厚に依存する。他方、
溝深さＨ２の上限値に関しては特に制約はなく、溝深さ
Ｈ２が深いほど窪みの形成が容易になる。ただし、あま
りに溝２を深くしすぎれば加工基板が割れやすくなるの
で、溝の底部と基板の裏面との間の残し厚ｈが１００μ
ｍ以上になるようにしなければならない（図４参照）。
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝２の
溝深さＨ２の下限値としては、溝深さＨ１と同じく１μ
ｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることが
より好ましい。なぜならば、溝深さＨ１に関して述べた
ように、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に
得られていなければ、溝２の上方領域に形成した発光素
子の特性（たとえばレーザ発振寿命）が低下する可能性
があるからである。溝深さＨ２とＨ１との下限値が同じ
でありながら、窒化物半導体膜によって溝上方領域に窪
みが形成されるかまたはそれが完全に埋没されるかは、
その窒化物半導体下地層の被覆膜厚に依存する。他方、
溝深さＨ２の上限値に関しては特に制約はなく、溝深さ
Ｈ２が深いほど窪みの形成が容易になる。ただし、あま
りに溝２を深くしすぎれば加工基板が割れやすくなるの
で、溝の底部と基板の裏面との間の残し厚ｈが１００μ
ｍ以上になるようにしなければならない（図４参照）。
【００９５】以上では溝深さのみを変更した加工基板に
ついて説明したが、溝深さのみならず溝幅および／また
は丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは言
うまでもない。
ついて説明したが、溝深さのみならず溝幅および／また
は丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは言
うまでもない。
【００９６】（丘幅について）加工基板に形成される丘
は、相対的に丘幅が狭ければ窒化物半導体下地層で埋没
されやすく、広ければ埋没されにくい。本発明者らの検
討結果によれば、加工基板に形成される丘を窒化物半導
体下地層で完全かつ平坦に被覆するための丘幅Ｌ１は、
４μｍ以上で３０μｍ以下であることが好ましく、４μ
ｍ以上で２５μｍ以下であることがさらに好ましかっ
た。他方、加工基板に形成される丘を窒化物半導体下地
層で完全に被覆せずに窪みを形成するための丘幅Ｌ２
は、７μｍ以上で７５μｍ以下であることが好ましく、
７μｍ以上で１００μｍ以下であってもよかった。ただ
し、加工基板の丘上方に窪みが形成されるか否かは窒化
物半導体下地層の被覆膜厚に強く依存するので、丘を完
全かつ平坦に被覆する際や丘の上方領域に窪みを形成す
る際に、丘幅Ｌ１やＬ２とともに窒化物半導体下地層の
被覆膜厚をも調整する必要がある。
は、相対的に丘幅が狭ければ窒化物半導体下地層で埋没
されやすく、広ければ埋没されにくい。本発明者らの検
討結果によれば、加工基板に形成される丘を窒化物半導
体下地層で完全かつ平坦に被覆するための丘幅Ｌ１は、
４μｍ以上で３０μｍ以下であることが好ましく、４μ
ｍ以上で２５μｍ以下であることがさらに好ましかっ
た。他方、加工基板に形成される丘を窒化物半導体下地
層で完全に被覆せずに窪みを形成するための丘幅Ｌ２
は、７μｍ以上で７５μｍ以下であることが好ましく、
７μｍ以上で１００μｍ以下であってもよかった。ただ
し、加工基板の丘上方に窪みが形成されるか否かは窒化
物半導体下地層の被覆膜厚に強く依存するので、丘を完
全かつ平坦に被覆する際や丘の上方領域に窪みを形成す
る際に、丘幅Ｌ１やＬ２とともに窒化物半導体下地層の
被覆膜厚をも調整する必要がある。
【００９７】丘幅Ｌ１の下限値と上限値は、以下の観点
から見積もられた。丘の上方に窪みが形成されない丘１
の丘幅Ｌ１の下限値は前述の溝幅Ｇ１の下限値と同様に
発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえば、窪
み付き基板のうちで丘上方で平坦に被覆された領域に窒
化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命
の観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下
方の発光部が窪みの形成されていない領域Ｉ（図１１
（ｂ）参照）に属することが好ましい。リッジストライ
プ幅は約１μｍ〜３μｍの幅で形成され、丘上方で窪み
の形成されない場合の領域ＩＩＩの幅は２μｍと見積も
ることができるので、丘幅Ｌ１の下限値はストライプ幅
（１μｍ）×２と領域ＩＩＩの幅２μｍを加えた４μｍ
以上であることが必要である。他方、丘幅Ｌ１の上限値
に関しても前述の溝１の幅の上限値と同様に見積もるこ
とができる。
から見積もられた。丘の上方に窪みが形成されない丘１
の丘幅Ｌ１の下限値は前述の溝幅Ｇ１の下限値と同様に
発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえば、窪
み付き基板のうちで丘上方で平坦に被覆された領域に窒
化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命
の観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下
方の発光部が窪みの形成されていない領域Ｉ（図１１
（ｂ）参照）に属することが好ましい。リッジストライ
プ幅は約１μｍ〜３μｍの幅で形成され、丘上方で窪み
の形成されない場合の領域ＩＩＩの幅は２μｍと見積も
ることができるので、丘幅Ｌ１の下限値はストライプ幅
（１μｍ）×２と領域ＩＩＩの幅２μｍを加えた４μｍ
以上であることが必要である。他方、丘幅Ｌ１の上限値
に関しても前述の溝１の幅の上限値と同様に見積もるこ
とができる。
【００９８】さらに、丘幅Ｌ２の下限値と上限値は、以
下のようにして見積もられた。丘の上に窪みが形成され
ない丘２の丘幅Ｌ２の下限値は、前述の溝幅Ｇ２の下限
値と同様に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。
たとえば、窪みを含む丘幅Ｌ２の丘２の上方領域に窒化
物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命の
観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下方
の発光部が図１１（ａ）中の領域ＩＩに属することが好
ましい。リッジストライプ部は約１〜３μｍの幅で形成
され、最小の窪み幅を１μｍで見積もることができるの
で、丘幅Ｌ２の下限値は窪みを含む領域ＩＶの幅＝窪み
幅（１μｍ）＋２μｍ×２とストライプ幅（１μｍ）×
２とを加えた７μｍ以上でなければならない。
下のようにして見積もられた。丘の上に窪みが形成され
ない丘２の丘幅Ｌ２の下限値は、前述の溝幅Ｇ２の下限
値と同様に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。
たとえば、窪みを含む丘幅Ｌ２の丘２の上方領域に窒化
物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命の
観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下方
の発光部が図１１（ａ）中の領域ＩＩに属することが好
ましい。リッジストライプ部は約１〜３μｍの幅で形成
され、最小の窪み幅を１μｍで見積もることができるの
で、丘幅Ｌ２の下限値は窪みを含む領域ＩＶの幅＝窪み
幅（１μｍ）＋２μｍ×２とストライプ幅（１μｍ）×
２とを加えた７μｍ以上でなければならない。
【００９９】他方、丘の上方に窪みが形成される丘２の
丘幅Ｌ２の上限値は、レーザ発振寿命の観点からは特に
制約はない。しかしながら、前述の溝２の溝幅Ｇ２の上
限値と同様の理由から、丘幅Ｌ２の上限値は１００μｍ
以下、より好ましくは７５μｍ以下である。
丘幅Ｌ２の上限値は、レーザ発振寿命の観点からは特に
制約はない。しかしながら、前述の溝２の溝幅Ｇ２の上
限値と同様の理由から、丘幅Ｌ２の上限値は１００μｍ
以下、より好ましくは７５μｍ以下である。
【０１００】（溝の長手方向について）加工基板におけ
る溝の長手方向については、マスク基板におけるストラ
イプ状成長抑制膜の長手方向についての説明内容と基本
的に同様の内容になる。
る溝の長手方向については、マスク基板におけるストラ
イプ状成長抑制膜の長手方向についての説明内容と基本
的に同様の内容になる。
【０１０１】（加工基板を被覆する窒化物半導体下地層
について）加工基板を被覆する窒化物半導体下地層とし
て、ＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、またはＩｎＧａＮ膜など
を用いることができる。このような下地層に関する内容
も、マスク基板を用いる場合の説明内容と基本的に同様
の内容になる。
について）加工基板を被覆する窒化物半導体下地層とし
て、ＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、またはＩｎＧａＮ膜など
を用いることができる。このような下地層に関する内容
も、マスク基板を用いる場合の説明内容と基本的に同様
の内容になる。
【０１０２】（発光部の形成位置について）本発明者ら
による詳細な検討の結果、窒化物半導体レーザ素子の発
光部（リッジストライプ部の下方）が窪み付き基板のど
の位置に形成されるかに依存して、レーザ発振寿命が変
化することが見出された。ここで発光部とは、発光素子
に電流が注入されて、発光層のうちで実質的に発光に寄
与する部分である。たとえば、リッジストライプ構造を
有する窒化物半導体レーザ素子の場合、電流が狭窄注入
されるリッジストライプ部の下方の発光層部分である。
による詳細な検討の結果、窒化物半導体レーザ素子の発
光部（リッジストライプ部の下方）が窪み付き基板のど
の位置に形成されるかに依存して、レーザ発振寿命が変
化することが見出された。ここで発光部とは、発光素子
に電流が注入されて、発光層のうちで実質的に発光に寄
与する部分である。たとえば、リッジストライプ構造を
有する窒化物半導体レーザ素子の場合、電流が狭窄注入
されるリッジストライプ部の下方の発光層部分である。
【０１０３】図１２において、グラフの横軸は窪み付き
基板の溝中央ｃからその幅方向にリッジストライプ端ａ
までの距離を表わし、縦軸はレーザ出力３０ｍＷと雰囲
気温度６０℃の条件下でのレーザ発振寿命を表わしてい
る。ここで、溝中央ｃからリッジストライプ端ａまでの
距離（以後、ｃ−ａ距離と呼ぶ）は、溝中央ｃから幅方
向に右側が正で左側が負で表示されている。なお、図１
２で測定された窒化物半導体レーザ素子においてはＧａ
Ｎ基板による加工基板が用いられ、リッジストライプ幅
は２μｍであり、溝幅は１８μｍであり、丘幅は１５μ
ｍであり、そして丘上方の窪み幅は３μｍであった。
基板の溝中央ｃからその幅方向にリッジストライプ端ａ
までの距離を表わし、縦軸はレーザ出力３０ｍＷと雰囲
気温度６０℃の条件下でのレーザ発振寿命を表わしてい
る。ここで、溝中央ｃからリッジストライプ端ａまでの
距離（以後、ｃ−ａ距離と呼ぶ）は、溝中央ｃから幅方
向に右側が正で左側が負で表示されている。なお、図１
２で測定された窒化物半導体レーザ素子においてはＧａ
Ｎ基板による加工基板が用いられ、リッジストライプ幅
は２μｍであり、溝幅は１８μｍであり、丘幅は１５μ
ｍであり、そして丘上方の窪み幅は３μｍであった。
【０１０４】図１２からわかるように、リッジストライ
プ部が溝の上方に形成された窒化物半導体レーザ素子の
レーザ発振寿命は、リッジストライプ部が丘の上方に形
成されたものよりも長くなる傾向を示した。さらに詳細
に調べたところ、溝上方の領域内であっても、ｃ−ａ距
離が−３μｍよりも大きくて１μｍよりも小さい領域に
リッジストライプ部が形成されれば、レーザ発振寿命が
劇的に減少することがわかった。ここで、リッジストラ
イプ部の幅が２μｍであることを考慮して、ｃ−ａ距離
−３μｍが溝中央ｃからリッジストライプ端ｂまでの距
離（以後、ｃ−ｂ距離と呼ぶ）に換算されれば、ｃ−ｂ
距離は−１μｍになる。すなわち、窒化物半導体レーザ
素子のリッジストライプ部の少なくとも一部が溝中央ｃ
から幅方向に左右１μｍ未満の範囲内に含まれるように
形成されたとき、レーザ発振寿命が劇的に減少してしま
うことがわかった。
プ部が溝の上方に形成された窒化物半導体レーザ素子の
レーザ発振寿命は、リッジストライプ部が丘の上方に形
成されたものよりも長くなる傾向を示した。さらに詳細
に調べたところ、溝上方の領域内であっても、ｃ−ａ距
離が−３μｍよりも大きくて１μｍよりも小さい領域に
リッジストライプ部が形成されれば、レーザ発振寿命が
劇的に減少することがわかった。ここで、リッジストラ
イプ部の幅が２μｍであることを考慮して、ｃ−ａ距離
−３μｍが溝中央ｃからリッジストライプ端ｂまでの距
離（以後、ｃ−ｂ距離と呼ぶ）に換算されれば、ｃ−ｂ
距離は−１μｍになる。すなわち、窒化物半導体レーザ
素子のリッジストライプ部の少なくとも一部が溝中央ｃ
から幅方向に左右１μｍ未満の範囲内に含まれるように
形成されたとき、レーザ発振寿命が劇的に減少してしま
うことがわかった。
【０１０５】このようなレーザ発振寿命が劇的に減少す
る領域（溝中央ｃから幅方向に左右１μｍ未満の範囲）
を領域ＩＩＩと呼ぶことにする。したがって、窒化物半
導体レーザ素子のリッジストライプ部は、領域ＩＩＩを
除く範囲に、その全体（ａ−ｂ幅）が含まれるように形
成されることが好ましい。ここで、溝幅範囲内におい
て、溝中央ｃから幅方向に左右１μｍ以上の範囲を領域
Ｉと呼ぶことにする。この領域Ｉは、以下で述べる領域
ＩＩに比べても、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レ
ーザ素子を形成することが可能な領域であり、窪み付き
基板のうちで最も好ましい領域である。
る領域（溝中央ｃから幅方向に左右１μｍ未満の範囲）
を領域ＩＩＩと呼ぶことにする。したがって、窒化物半
導体レーザ素子のリッジストライプ部は、領域ＩＩＩを
除く範囲に、その全体（ａ−ｂ幅）が含まれるように形
成されることが好ましい。ここで、溝幅範囲内におい
て、溝中央ｃから幅方向に左右１μｍ以上の範囲を領域
Ｉと呼ぶことにする。この領域Ｉは、以下で述べる領域
ＩＩに比べても、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レ
ーザ素子を形成することが可能な領域であり、窪み付き
基板のうちで最も好ましい領域である。
【０１０６】他方、丘の上方の領域においても溝上方領
域に類似して、ｃ−ａ距離が１１μｍよりも大きくて２
０μｍよりも小さい領域に窒化物半導体レーザ素子の発
光部を形成すれば、そのレーザ発振寿命が劇的に減少す
ることがわかる。ここで、ｃ−ａ距離１１μｍの状態を
窪み端ｄからリッジストライプ端ｂまでの距離で表示す
れば２μｍであり、同様にｃ−ａ距離２０μｍの状態を
窪み端ｅからリッジストライプ端ａまでの距離で表示す
れば２μｍになる。すなわち、窪み端からその両外側へ
２μｍまでの範囲内にリッジストライプ部の下方の発光
部の少なくとも一部が含まれると、レーザ発振寿命が劇
的に減少してしまうことがわかる。このレーザ発振寿命
が劇的に減少する領域をＩＶと呼ぶことにする。したが
って、丘の上方の領域内では、領域ＩＶを除く窪み端ｄ
からその幅方向の左側に２μｍ以上または窪み端ｅから
右側へ２μｍ以上離れた範囲にリッジストライプ部全体
（ａ−ｂ）が含まれるように作製されることが好まし
い。ここで、丘の上方の領域において、窪み端ｄから幅
方向に左側へ２μｍ以上で窪み端ｅから右側へ２μｍ以
上の範囲の領域を領域ＩＩと呼びすることにする。この
領域ＩＩでは、上述の領域Ｉに比べてレーザ発振寿命が
短くなるものの、数千時間の寿命を有する窒化物半導体
レーザ素子を形成することができる。
域に類似して、ｃ−ａ距離が１１μｍよりも大きくて２
０μｍよりも小さい領域に窒化物半導体レーザ素子の発
光部を形成すれば、そのレーザ発振寿命が劇的に減少す
ることがわかる。ここで、ｃ−ａ距離１１μｍの状態を
窪み端ｄからリッジストライプ端ｂまでの距離で表示す
れば２μｍであり、同様にｃ−ａ距離２０μｍの状態を
窪み端ｅからリッジストライプ端ａまでの距離で表示す
れば２μｍになる。すなわち、窪み端からその両外側へ
２μｍまでの範囲内にリッジストライプ部の下方の発光
部の少なくとも一部が含まれると、レーザ発振寿命が劇
的に減少してしまうことがわかる。このレーザ発振寿命
が劇的に減少する領域をＩＶと呼ぶことにする。したが
って、丘の上方の領域内では、領域ＩＶを除く窪み端ｄ
からその幅方向の左側に２μｍ以上または窪み端ｅから
右側へ２μｍ以上離れた範囲にリッジストライプ部全体
（ａ−ｂ）が含まれるように作製されることが好まし
い。ここで、丘の上方の領域において、窪み端ｄから幅
方向に左側へ２μｍ以上で窪み端ｅから右側へ２μｍ以
上の範囲の領域を領域ＩＩと呼びすることにする。この
領域ＩＩでは、上述の領域Ｉに比べてレーザ発振寿命が
短くなるものの、数千時間の寿命を有する窒化物半導体
レーザ素子を形成することができる。
【０１０７】図１１では、上述の領域ＩからＩＶが窪み
付き基板の模式的な断面図において示されている。すな
わち、窪み付き基板に作製される窒化物半導体レーザ素
子の発光部は、少なくとも領域ＩＩＩとＩＶを避けた位
置に形成されることが好ましく、そのうちでも領域Ｉが
最も好ましくて、領域ＩＩがこれに次いで好ましかった
（図１２参照）。
付き基板の模式的な断面図において示されている。すな
わち、窪み付き基板に作製される窒化物半導体レーザ素
子の発光部は、少なくとも領域ＩＩＩとＩＶを避けた位
置に形成されることが好ましく、そのうちでも領域Ｉが
最も好ましくて、領域ＩＩがこれに次いで好ましかった
（図１２参照）。
【０１０８】図１１（ａ）においては丘の上方の領域内
のみに窪みが形成された場合が示されているが、たとえ
ば後述される実施形態６〜８におけるように丘の上方領
域が窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆される場
合の領域Ｉの範囲は、図１１（ｂ）に示されているよう
に丘の上方領域内であってかつ丘中央から幅方向に右ま
たは左側へ１μｍ以上離れた領域であった。なぜなら
ば、丘中央から左右に１μｍの範囲（丘上方に窪みを形
成しない場合の領域ＩＩＩ）内に発光部が含まれるよう
に形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしま
うからである。
のみに窪みが形成された場合が示されているが、たとえ
ば後述される実施形態６〜８におけるように丘の上方領
域が窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆される場
合の領域Ｉの範囲は、図１１（ｂ）に示されているよう
に丘の上方領域内であってかつ丘中央から幅方向に右ま
たは左側へ１μｍ以上離れた領域であった。なぜなら
ば、丘中央から左右に１μｍの範囲（丘上方に窪みを形
成しない場合の領域ＩＩＩ）内に発光部が含まれるよう
に形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしま
うからである。
【０１０９】同様に、図１１（ａ）では溝の上方に窪み
が形成されていなかったが、たとえば後述される実施形
態４、７、および８におけるように溝上方にも窪みが形
成される場合の領域ＩＩの範囲は、溝上方の領域内であ
ってかつ窪みの両端から幅方向に両外側へ２μｍ以上離
れた領域であった（図１１（ｂ）参照）。なぜならば、
窪みの両端から左右に２μｍまでの範囲（溝上方に窪み
を有する場合の領域ＩＶ）内に発光部が含まれるように
形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまう
からである。
が形成されていなかったが、たとえば後述される実施形
態４、７、および８におけるように溝上方にも窪みが形
成される場合の領域ＩＩの範囲は、溝上方の領域内であ
ってかつ窪みの両端から幅方向に両外側へ２μｍ以上離
れた領域であった（図１１（ｂ）参照）。なぜならば、
窪みの両端から左右に２μｍまでの範囲（溝上方に窪み
を有する場合の領域ＩＶ）内に発光部が含まれるように
形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまう
からである。
【０１１０】なお、溝幅、丘幅、およびリッジストライ
プ幅を種々に変化させても、図１２と同様の傾向を示し
た。また、加工基板をＧａＮ基板から基礎基板を含むも
のに変えても、レーザ発振寿命はＧａＮ基板の場合に比
べて短くなるものの、図６と同様の傾向を示した。した
がって、これらの場合においても、窪み付き基板上に形
成すべき発光素子の発光部形成領域は図７に示す関係に
あるものと考えられる。同様に、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）素子についても、電流注入される発光部の下方に図
１１に示された領域ＩまたはＩＩのいずれかが存在して
いれば、本発明による効果を得ることが可能である。
プ幅を種々に変化させても、図１２と同様の傾向を示し
た。また、加工基板をＧａＮ基板から基礎基板を含むも
のに変えても、レーザ発振寿命はＧａＮ基板の場合に比
べて短くなるものの、図６と同様の傾向を示した。した
がって、これらの場合においても、窪み付き基板上に形
成すべき発光素子の発光部形成領域は図７に示す関係に
あるものと考えられる。同様に、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）素子についても、電流注入される発光部の下方に図
１１に示された領域ＩまたはＩＩのいずれかが存在して
いれば、本発明による効果を得ることが可能である。
【０１１１】また、図１２における窒化物半導体レーザ
素子はリッジストライプ構造を有するものであったが、
電流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子であって
も図１２と同様の傾向を得ることも可能である（電流阻
止構造の場合では、図１２におけるリッジストライプ部
は電流狭窄される部分に該当し、リッジストライプ幅は
電流狭窄される幅に相当する）。すなわち、窒化物半導
体レーザ素子において、発光層に電流が狭窄注入され、
レーザ発振に寄与する発光部分の下方に図１１に示され
た領域ＩまたはＩＩのいずれかが存在していればよい。
素子はリッジストライプ構造を有するものであったが、
電流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子であって
も図１２と同様の傾向を得ることも可能である（電流阻
止構造の場合では、図１２におけるリッジストライプ部
は電流狭窄される部分に該当し、リッジストライプ幅は
電流狭窄される幅に相当する）。すなわち、窒化物半導
体レーザ素子において、発光層に電流が狭窄注入され、
レーザ発振に寄与する発光部分の下方に図１１に示され
た領域ＩまたはＩＩのいずれかが存在していればよい。
【０１１２】しかしながら、電流阻止構造を有する窒化
物半導体レーザ素子の場合、上述されたリッジストライ
プ構造を有する素子と比較して、レーザ発振寿命は約２
０〜３０％程度低かった。また、電流阻止構造を有する
窒化物半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有
する素子と比較して、クラックの発生による歩留まりの
低下が大きかった。これらの原因については、マスク基
板を用いた場合と同様な理由が考えられる。
物半導体レーザ素子の場合、上述されたリッジストライ
プ構造を有する素子と比較して、レーザ発振寿命は約２
０〜３０％程度低かった。また、電流阻止構造を有する
窒化物半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有
する素子と比較して、クラックの発生による歩留まりの
低下が大きかった。これらの原因については、マスク基
板を用いた場合と同様な理由が考えられる。
【０１１３】［実施形態２］実施形態２としては、マス
ク基板を利用した窪み付き基板の作製方法が図３と図９
を参照して説明される。なお、本実施形態において特に
言及されていない事項に関しては、前述の実施形態１の
場合と同様である。図３は窪み付き基板の各部位の名称
を示し、図９（ａ）は窪みの横断面形状が矩形形状の場
合の窪み付き基板を表わし、そして図９（ｂ）は窪みの
横断面形状が逆台形形状（さらに結晶成長が進めばＶ字
形形状になる）の場合の窪み付き基板を表わしている。
ク基板を利用した窪み付き基板の作製方法が図３と図９
を参照して説明される。なお、本実施形態において特に
言及されていない事項に関しては、前述の実施形態１の
場合と同様である。図３は窪み付き基板の各部位の名称
を示し、図９（ａ）は窪みの横断面形状が矩形形状の場
合の窪み付き基板を表わし、そして図９（ｂ）は窪みの
横断面形状が逆台形形状（さらに結晶成長が進めばＶ字
形形状になる）の場合の窪み付き基板を表わしている。
【０１１４】図９におけるマスク基板は以下のようにし
て作製され得る。まず、主面方位が（０００１）面であ
るｎ型ＧａＮ基板の表面に、通常のリソグラフィ技術を
用いてＳｉＯ2からなる成長抑制膜がストライプ状マス
クパターンに形成された。こうして形成されたストライ
プ状成長抑制膜は、ｎ型ＧａＮ基板の＜１−１００＞方
向に沿って周期的に配列され、マスク幅１８μｍ、マス
ク厚さ０．２μｍ、およびスペース幅７μｍを有してい
た。
て作製され得る。まず、主面方位が（０００１）面であ
るｎ型ＧａＮ基板の表面に、通常のリソグラフィ技術を
用いてＳｉＯ2からなる成長抑制膜がストライプ状マス
クパターンに形成された。こうして形成されたストライ
プ状成長抑制膜は、ｎ型ＧａＮ基板の＜１−１００＞方
向に沿って周期的に配列され、マスク幅１８μｍ、マス
ク厚さ０．２μｍ、およびスペース幅７μｍを有してい
た。
【０１１５】作製されたマスク基板は、十分に有機洗浄
されてからＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置内に搬
入され、被覆膜厚６μｍのｎ型ＧａＮ膜からなる窒化物
半導体下地層が積層された。このｎ型ＧａＮ下地層の形
成においては、ＭＯＣＶＤ装置内にセットされたマスク
基板上にＶ族元素用原料のＮＨ3（アンモニア）とＩＩ
Ｉ族元素用原料のＴＭＧａ（トリメチルガリウム）また
はＴＥＧａ（トリエチルガリウム）が供給され、１０５
０℃の結晶成長温度において、それらの原料にＳｉＨ4
（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）が添加された。
されてからＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置内に搬
入され、被覆膜厚６μｍのｎ型ＧａＮ膜からなる窒化物
半導体下地層が積層された。このｎ型ＧａＮ下地層の形
成においては、ＭＯＣＶＤ装置内にセットされたマスク
基板上にＶ族元素用原料のＮＨ3（アンモニア）とＩＩ
Ｉ族元素用原料のＴＭＧａ（トリメチルガリウム）また
はＴＥＧａ（トリエチルガリウム）が供給され、１０５
０℃の結晶成長温度において、それらの原料にＳｉＨ4
（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）が添加された。
【０１１６】図９（ａ）は、上述の方法で作製された窪
み付き基板の模式的断面図を表わしている。この図から
わかるように、上述の成長条件では成長抑制膜の上方領
域に窪みが形成された。また、その窪みは、成長抑制膜
のマスク中央位置と窪み幅の中央位置とがほぼ一致する
ように形成された。さらに、ＧａＮ結晶の＜１−１００
＞方向に沿って成長抑制膜が形成された場合における窪
みの横断面形状は、ほぼ矩形形状に近かった。
み付き基板の模式的断面図を表わしている。この図から
わかるように、上述の成長条件では成長抑制膜の上方領
域に窪みが形成された。また、その窪みは、成長抑制膜
のマスク中央位置と窪み幅の中央位置とがほぼ一致する
ように形成された。さらに、ＧａＮ結晶の＜１−１００
＞方向に沿って成長抑制膜が形成された場合における窪
みの横断面形状は、ほぼ矩形形状に近かった。
【０１１７】このようにして作製された窪み付き基板上
に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。
このことは、他の実施形態においても同様である。
に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。
このことは、他の実施形態においても同様である。
【０１１８】なお、本実施形態においては窒化物半導体
膜の下地層の表面に窪みが存在しているが、さらに、成
長抑制膜とその窪みとの間に空隙を生じるようにその下
地層を成長させれば、その空隙部分でも結晶格子歪を緩
和させる効果が得られるのでより好ましい。
膜の下地層の表面に窪みが存在しているが、さらに、成
長抑制膜とその窪みとの間に空隙を生じるようにその下
地層を成長させれば、その空隙部分でも結晶格子歪を緩
和させる効果が得られるのでより好ましい。
【０１１９】また、マスク基板上に成長させられるｎ型
ＧａＮ層（窒化物半導体下地層）は、これに限られず、
ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ
≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層であってもよく、Ｓｉ、Ｏ、
Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、またはＢｅな
どがドーピングされてもよい。
ＧａＮ層（窒化物半導体下地層）は、これに限られず、
ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ
≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層であってもよく、Ｓｉ、Ｏ、
Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、またはＢｅな
どがドーピングされてもよい。
【０１２０】本実施形態では、ＧａＮ結晶の＜１−１０
０＞方向に沿ってストライプ状成長抑制膜が形成された
が、＜１１−２０＞方向に沿って形成されてもよい。Ｇ
ａＮ結晶の＜１１−２０＞方向に沿ってストライプ状マ
スクを形成した場合、図９（ｂ）で示されているよう
に、窪みの横断面形状は逆台形状に近かった。ただし、
窪みの底部が埋まってくれば、その断面形状はＶ字形に
近くなる。
０＞方向に沿ってストライプ状成長抑制膜が形成された
が、＜１１−２０＞方向に沿って形成されてもよい。Ｇ
ａＮ結晶の＜１１−２０＞方向に沿ってストライプ状マ
スクを形成した場合、図９（ｂ）で示されているよう
に、窪みの横断面形状は逆台形状に近かった。ただし、
窪みの底部が埋まってくれば、その断面形状はＶ字形に
近くなる。
【０１２１】本実施形態では、主面として（０００１）
面を有するＧａＮ基板が利用されたが、その他の面方位
やその他の窒化物半導体基板が利用されてもよい。ま
た、本実施形態で述べられたマスク基板に形成されるマ
スク幅、スペース幅、およびマスク厚さの数値、ならび
に窒化物半導体下地層の被覆膜厚の数値としては、前述
の実施形態１で述べた数値範囲条件を満足していれば、
他の数値が採用されてもよい。このことは、他の実施形
態においても同様である。
面を有するＧａＮ基板が利用されたが、その他の面方位
やその他の窒化物半導体基板が利用されてもよい。ま
た、本実施形態で述べられたマスク基板に形成されるマ
スク幅、スペース幅、およびマスク厚さの数値、ならび
に窒化物半導体下地層の被覆膜厚の数値としては、前述
の実施形態１で述べた数値範囲条件を満足していれば、
他の数値が採用されてもよい。このことは、他の実施形
態においても同様である。
【０１２２】［実施形態３］実施形態３としては、加工
基板を利用した窪み付き基板の作製方法が図５と図１３
を参照して説明される。なお、本実施形態において特に
言及されていない事項に関しては、前述の実施形態１の
場合と同様である。図５は窪み付き基板の各部位の名称
を示し、図１３（ａ）は窪みの横断面形状が矩形形状の
場合の窪み付き基板を表わし、そして図１３（ｂ）は窪
みの横断面形状が逆台形形状（さらに結晶成長が進めば
Ｖ字形形状になる）の場合の窪み付き基板を表わしてい
る。
基板を利用した窪み付き基板の作製方法が図５と図１３
を参照して説明される。なお、本実施形態において特に
言及されていない事項に関しては、前述の実施形態１の
場合と同様である。図５は窪み付き基板の各部位の名称
を示し、図１３（ａ）は窪みの横断面形状が矩形形状の
場合の窪み付き基板を表わし、そして図１３（ｂ）は窪
みの横断面形状が逆台形形状（さらに結晶成長が進めば
Ｖ字形形状になる）の場合の窪み付き基板を表わしてい
る。
【０１２３】図１３における加工基板は以下のようにし
て作製され得る。まず、主面方位が（０００１）面であ
るｎ型ＧａＮ基板の表面に、ＳｉＯ2またはＳｉＮxなど
の誘電体膜を蒸着した。そして、通常のリソグラフィ技
術を用いてその誘電体膜にレジスト材を塗布し、そのレ
ジスト材がストライプ状のマスクパターンに形成され
た。このマスクパターンに沿って、ドライエッチング法
を用いて誘電体膜とＧａＮ基板の表面の一部をエッチン
グして溝が形成された。その後、レジスト材と誘電体膜
を除去した。こうして形成された溝と丘は、ｎ型ＧａＮ
基板の＜１−１００＞方向に沿っており、溝幅１８μ
ｍ、溝深さ３μｍ、および丘幅７μｍを有していた。
て作製され得る。まず、主面方位が（０００１）面であ
るｎ型ＧａＮ基板の表面に、ＳｉＯ2またはＳｉＮxなど
の誘電体膜を蒸着した。そして、通常のリソグラフィ技
術を用いてその誘電体膜にレジスト材を塗布し、そのレ
ジスト材がストライプ状のマスクパターンに形成され
た。このマスクパターンに沿って、ドライエッチング法
を用いて誘電体膜とＧａＮ基板の表面の一部をエッチン
グして溝が形成された。その後、レジスト材と誘電体膜
を除去した。こうして形成された溝と丘は、ｎ型ＧａＮ
基板の＜１−１００＞方向に沿っており、溝幅１８μ
ｍ、溝深さ３μｍ、および丘幅７μｍを有していた。
【０１２４】作製された加工基板は、実施形態２の場合
と同様に、十分に有機洗浄されてからＭＯＣＶＤ（有機
金属気相成長）装置内に搬入され、被覆膜厚６μｍのｎ
型ＧａＮ膜からなる窒化物半導体下地層が積層された。
このｎ型ＧａＮ下地層の形成においては、ＭＯＣＶＤ装
置内にセットされた加工基板上にＶ族元素用原料のＮＨ
3とＩＩＩ族元素用原料のＴＭＧａまたはＴＥＧａが供
給され、１０５０℃の結晶成長温度において、それらの
原料にＳｉＨ4（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）が
添加された。
と同様に、十分に有機洗浄されてからＭＯＣＶＤ（有機
金属気相成長）装置内に搬入され、被覆膜厚６μｍのｎ
型ＧａＮ膜からなる窒化物半導体下地層が積層された。
このｎ型ＧａＮ下地層の形成においては、ＭＯＣＶＤ装
置内にセットされた加工基板上にＶ族元素用原料のＮＨ
3とＩＩＩ族元素用原料のＴＭＧａまたはＴＥＧａが供
給され、１０５０℃の結晶成長温度において、それらの
原料にＳｉＨ4（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）が
添加された。
【０１２５】図１３（ａ）は、上述の方法で作製された
窪み付き基板の模式的断面図を表わしている。この図か
らわかるように、上述の成長条件では丘の上方領域のみ
に窪みが形成され、溝はｎ型ＧａＮ下地層によって平坦
に埋没された。また、その窪みは、丘幅の中央位置と窪
み幅の中央位置とがほぼ一致するように形成された。さ
らに、ＧａＮ結晶の＜１−１００＞方向に沿って溝が形
成された場合における窪みの横断面形状は、ほぼ矩形形
状に近かった。
窪み付き基板の模式的断面図を表わしている。この図か
らわかるように、上述の成長条件では丘の上方領域のみ
に窪みが形成され、溝はｎ型ＧａＮ下地層によって平坦
に埋没された。また、その窪みは、丘幅の中央位置と窪
み幅の中央位置とがほぼ一致するように形成された。さ
らに、ＧａＮ結晶の＜１−１００＞方向に沿って溝が形
成された場合における窪みの横断面形状は、ほぼ矩形形
状に近かった。
【０１２６】上述の本実施形態における溝形成方法以外
に、窒化物半導体基板の表面に直接に通常のレジスト材
料を塗布して加工基板が作製されてもよい。しかしなが
ら、上述のように、誘電体膜を介して溝を形成した方
が、溝の形状が急峻で好ましかった。
に、窒化物半導体基板の表面に直接に通常のレジスト材
料を塗布して加工基板が作製されてもよい。しかしなが
ら、上述のように、誘電体膜を介して溝を形成した方
が、溝の形状が急峻で好ましかった。
【０１２７】なお、本実施形態においては、低温ＧａＮ
バッファ層上に成長させられるｎ型ＧａＮ層（窒化物半
導体下地層）は、これに限られず、ＡｌxＧａyＩｎzＮ
（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）層であってもよく、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇ
ｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、またはＢｅなどがドーピングさ
れてもよい。
バッファ層上に成長させられるｎ型ＧａＮ層（窒化物半
導体下地層）は、これに限られず、ＡｌxＧａyＩｎzＮ
（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）層であってもよく、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇ
ｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、またはＢｅなどがドーピングさ
れてもよい。
【０１２８】本実施形態では、ドライエッチング法によ
る溝形成方法が例示されたが、その他の溝形成方法が用
いられてもよいことは言うまでもない。たとえば、ウェ
ットエッチング法、スクライビング法、ワイヤソー加
工、放電加工、スパッタリング加工、レーザ加工、サン
ドブラスト加工、またはフォーカスイオンビーム加工な
どが用いられ得る。
る溝形成方法が例示されたが、その他の溝形成方法が用
いられてもよいことは言うまでもない。たとえば、ウェ
ットエッチング法、スクライビング法、ワイヤソー加
工、放電加工、スパッタリング加工、レーザ加工、サン
ドブラスト加工、またはフォーカスイオンビーム加工な
どが用いられ得る。
【０１２９】本実施形態では、ＧａＮ結晶の＜１−１０
０＞方向に沿って溝が形成されたが、＜１１−２０＞方
向に沿って溝が形成されてもよい。ＧａＮ結晶の＜１１
−２０＞方向に沿って溝を形成した場合、図１３（ｂ）
で示されているように、窪みの横断面形状は逆台形状に
近かった。ただし、窪みの底部が埋まってくれば、その
断面形状はＶ字形に近くなる。
０＞方向に沿って溝が形成されたが、＜１１−２０＞方
向に沿って溝が形成されてもよい。ＧａＮ結晶の＜１１
−２０＞方向に沿って溝を形成した場合、図１３（ｂ）
で示されているように、窪みの横断面形状は逆台形状に
近かった。ただし、窪みの底部が埋まってくれば、その
断面形状はＶ字形に近くなる。
【０１３０】本実施形態では、主面として（０００１）
面を有するＧａＮ基板が利用されたが、その他の面方位
やその他の窒化物半導体が利用されてもよい。また、本
実施形態で述べられた加工基板に形成される溝幅、丘
幅、および溝深さの数値、ならびに窒化物半導体下地層
の被覆膜厚の数値としては、前述の実施形態１で述べた
数値範囲条件を満足していれば、他の数値が採用されて
もよい。このことは、他の実施形態においても同様であ
る。
面を有するＧａＮ基板が利用されたが、その他の面方位
やその他の窒化物半導体が利用されてもよい。また、本
実施形態で述べられた加工基板に形成される溝幅、丘
幅、および溝深さの数値、ならびに窒化物半導体下地層
の被覆膜厚の数値としては、前述の実施形態１で述べた
数値範囲条件を満足していれば、他の数値が採用されて
もよい。このことは、他の実施形態においても同様であ
る。
【０１３１】［実施形態４］実施形態４においては、丘
上方のみならず溝上方にも窪みを有する窪み付き基板の
作製方法が、図１４を参照して説明される。なお、本実
施形態において特に言及されていない事項に関しては、
前述の実施形態１および３と同様である。
上方のみならず溝上方にも窪みを有する窪み付き基板の
作製方法が、図１４を参照して説明される。なお、本実
施形態において特に言及されていない事項に関しては、
前述の実施形態１および３と同様である。
【０１３２】すなわち、図１４における加工基板と窒化
物半導体下地層（本実施形態ではＧａＮ下地層）は、実
施形態３と同様にして作製される。ただし、ＧａＮ下地
層の被覆膜厚は比較的薄くされ、３μｍであった。
物半導体下地層（本実施形態ではＧａＮ下地層）は、実
施形態３と同様にして作製される。ただし、ＧａＮ下地
層の被覆膜厚は比較的薄くされ、３μｍであった。
【０１３３】この窪み付き基板は丘上方のみならず溝上
方にも窪みを有しているので、横方向成長によって生じ
た結晶のぶつかり合いによる結晶歪みの集中部分がな
く、結晶歪みがほとんど緩和されたＧａＮ下地層で被覆
され得る。
方にも窪みを有しているので、横方向成長によって生じ
た結晶のぶつかり合いによる結晶歪みの集中部分がな
く、結晶歪みがほとんど緩和されたＧａＮ下地層で被覆
され得る。
【０１３４】なお、本実施形態４における窪み付き基板
は、主に、加工基板を被覆するＧａＮ下地層の被覆膜厚
を薄く調整することによって容易に得ることができる。
は、主に、加工基板を被覆するＧａＮ下地層の被覆膜厚
を薄く調整することによって容易に得ることができる。
【０１３５】［実施形態５］実施形態５においては、加
工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされたこと以外は、前述の実施形態１および３
と同様である。
工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされたこと以外は、前述の実施形態１および３
と同様である。
【０１３６】図１５の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を表わしており、溝幅Ｇ１は１２μ
ｍ、溝深さＨ１は３μｍ、そして丘幅のみがＬ１＝８μ
ｍとＬ２＝１４μｍの２通りの数値を有していた。この
ような加工基板上に被覆膜厚５μｍのＩｎＧａＮ膜から
なる窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態５の
窪み付き基板が作製された。
ける窪み付き基板を表わしており、溝幅Ｇ１は１２μ
ｍ、溝深さＨ１は３μｍ、そして丘幅のみがＬ１＝８μ
ｍとＬ２＝１４μｍの２通りの数値を有していた。この
ような加工基板上に被覆膜厚５μｍのＩｎＧａＮ膜から
なる窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態５の
窪み付き基板が作製された。
【０１３７】図１５からわかるように、加工基板に形成
される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い丘２の上方に形成される窪み２は、狭い丘１の上方
に形成される窪み１に比べて大きくなりやすい。そし
て、相対的に大きな窪みは、小さな窪みに比べて結晶歪
みの緩和効果やクラックの抑制効果が大きい。本実施形
態のように、大きさが異なる窪みを含む窪み付き基板
は、以下に点において好ましい。
される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い丘２の上方に形成される窪み２は、狭い丘１の上方
に形成される窪み１に比べて大きくなりやすい。そし
て、相対的に大きな窪みは、小さな窪みに比べて結晶歪
みの緩和効果やクラックの抑制効果が大きい。本実施形
態のように、大きさが異なる窪みを含む窪み付き基板
は、以下に点において好ましい。
【０１３８】すなわち、窪み付き基板のうちで相対的に
小さな窪みは、大きな窪みに比べて結晶歪みの緩和効果
やクラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命
の長い発光素子を形成することが可能な領域（図１１に
おける領域ＩとＩＩ）を広くすることができる（発光素
子チップの収得率が高くなる）ので好ましい。他方、窪
み付き基板のうちで相対的に大きな窪みは、レーザ発振
寿命の長い発光素子を形成することが可能な領域が狭く
なるものの、小さな窪みで抑制できなかった残留結晶歪
みやクラックの発生を防止することができる（このこと
によって発光素子チップの歩留まりが高くなる）ので好
ましい。すなわち、本実施形態の窪み付き基板は、生産
性と歩留まりの観点から好ましいことがわかる。
小さな窪みは、大きな窪みに比べて結晶歪みの緩和効果
やクラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命
の長い発光素子を形成することが可能な領域（図１１に
おける領域ＩとＩＩ）を広くすることができる（発光素
子チップの収得率が高くなる）ので好ましい。他方、窪
み付き基板のうちで相対的に大きな窪みは、レーザ発振
寿命の長い発光素子を形成することが可能な領域が狭く
なるものの、小さな窪みで抑制できなかった残留結晶歪
みやクラックの発生を防止することができる（このこと
によって発光素子チップの歩留まりが高くなる）ので好
ましい。すなわち、本実施形態の窪み付き基板は、生産
性と歩留まりの観点から好ましいことがわかる。
【０１３９】なお、本実施形態では２種類の異なる丘幅
を有する加工基板が例示されたが、２種以上の異なる丘
幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまで
もない。
を有する加工基板が例示されたが、２種以上の異なる丘
幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまで
もない。
【０１４０】［実施形態６］実施形態６においては、加
工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされることによって、上述の実施形態５に示さ
れた窪み１（図１６参照）が完全かつ平坦に窒化物半導
体膜で被覆されたこと以外は、その実施形態５と同様で
ある。また、本実施形態において特に言及されていない
事項に関しては、前述の実施形態１および３の場合と同
様である。
工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされることによって、上述の実施形態５に示さ
れた窪み１（図１６参照）が完全かつ平坦に窒化物半導
体膜で被覆されたこと以外は、その実施形態５と同様で
ある。また、本実施形態において特に言及されていない
事項に関しては、前述の実施形態１および３の場合と同
様である。
【０１４１】図１６の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を示しており、溝幅Ｇ１は１６μｍ、
溝深さＨ１は２μｍ、そして丘幅のみがＬ１＝４μｍと
Ｌ２＝２４μｍの２通りの数値を有していた。このよう
な加工基板上に被覆膜厚４μｍのＡｌＧａＮ膜が積層さ
れ、本実施形態６の窪み付き基板が作製された。
ける窪み付き基板を示しており、溝幅Ｇ１は１６μｍ、
溝深さＨ１は２μｍ、そして丘幅のみがＬ１＝４μｍと
Ｌ２＝２４μｍの２通りの数値を有していた。このよう
な加工基板上に被覆膜厚４μｍのＡｌＧａＮ膜が積層さ
れ、本実施形態６の窪み付き基板が作製された。
【０１４２】図１６からわかるように、加工基板に形成
される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い丘２の上方には窪み２が形成され、相対的に幅の狭
い丘１の上方は完全かつ平坦にＡｌＧａＮ膜からなる窒
化物半導体下地層で埋没される。このような本実施形態
における窪み付き基板は、以下の点において好ましい。
される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い丘２の上方には窪み２が形成され、相対的に幅の狭
い丘１の上方は完全かつ平坦にＡｌＧａＮ膜からなる窒
化物半導体下地層で埋没される。このような本実施形態
における窪み付き基板は、以下の点において好ましい。
【０１４３】すなわち、窪み付き基板のうちで丘１の上
方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効果や
クラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命の
長い発光素子を形成することが可能な領域が実施形態４
に比べて広くなり得る（発光素子チップの収得率が高く
なる）。他方、窪み付き基板のうちで丘２の上方に形成
された窪み２は結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効
果を有している（発光素子チップの歩留まりが高くな
る）。したがって、加工基板に形成される丘のうちで一
部の丘の上方には窪みが形成されなくて他の丘の上方に
は窪みが形成された窪み付き基板は、生産性の観点から
実施形態５に比べて好ましい。
方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効果や
クラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命の
長い発光素子を形成することが可能な領域が実施形態４
に比べて広くなり得る（発光素子チップの収得率が高く
なる）。他方、窪み付き基板のうちで丘２の上方に形成
された窪み２は結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効
果を有している（発光素子チップの歩留まりが高くな
る）。したがって、加工基板に形成される丘のうちで一
部の丘の上方には窪みが形成されなくて他の丘の上方に
は窪みが形成された窪み付き基板は、生産性の観点から
実施形態５に比べて好ましい。
【０１４４】なお、本実施形態においても２種類の異な
る丘幅を有する加工基板が例示されたが、２種以上の異
なる丘幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言
うまでもない。
る丘幅を有する加工基板が例示されたが、２種以上の異
なる丘幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言
うまでもない。
【０１４５】［実施形態７］実施形態７においては、加
工基板に形成された溝深さが一定の値ではなくて種々の
異なる値にされたこと以外は、前述の実施形態１および
３と同様である。
工基板に形成された溝深さが一定の値ではなくて種々の
異なる値にされたこと以外は、前述の実施形態１および
３と同様である。
【０１４６】図１７の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を示しており、溝幅Ｇ１は１８μｍ、
丘幅Ｌ１は５μｍ、そして溝深さのみがＨ１＝２．５μ
ｍとＨ２＝１０μｍの２通りの数値を有していた。この
ような加工基板上に被覆膜厚６μｍのＧａＮ膜からなる
窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態６の窪み
付き基板が作製された。
ける窪み付き基板を示しており、溝幅Ｇ１は１８μｍ、
丘幅Ｌ１は５μｍ、そして溝深さのみがＨ１＝２．５μ
ｍとＨ２＝１０μｍの２通りの数値を有していた。この
ような加工基板上に被覆膜厚６μｍのＧａＮ膜からなる
窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態６の窪み
付き基板が作製された。
【０１４７】図１７からわかるように、加工基板に形成
される溝深さを種々に変えることによって、相対的に深
い溝２の上方のみに窪み２が形成される。本実施形態に
おける窪み付き基板は、以下の点において好ましい。
される溝深さを種々に変えることによって、相対的に深
い溝２の上方のみに窪み２が形成される。本実施形態に
おける窪み付き基板は、以下の点において好ましい。
【０１４８】すなわち、窪み付き基板のうちで溝２以外
の上方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効
果やクラックの抑制効果は少ないものの、レーザ発振寿
命の長い発光素子を形成することが可能な領域を広くす
ることができる（発光素子チップの収得率が高くな
る）。他方、窪み付き基板のうちで溝２の上方に形成さ
れた窪み２は、結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効
果を有する。したがって、加工基板に形成された溝のう
ちで一部の溝の上方には窪みが形成されかつ他の溝の上
には窪みが形成されない窪み付き基板は、発光素子チッ
プの生産性の観点から好ましい。
の上方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効
果やクラックの抑制効果は少ないものの、レーザ発振寿
命の長い発光素子を形成することが可能な領域を広くす
ることができる（発光素子チップの収得率が高くな
る）。他方、窪み付き基板のうちで溝２の上方に形成さ
れた窪み２は、結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効
果を有する。したがって、加工基板に形成された溝のう
ちで一部の溝の上方には窪みが形成されかつ他の溝の上
には窪みが形成されない窪み付き基板は、発光素子チッ
プの生産性の観点から好ましい。
【０１４９】なお、本実施形態では２種類の異なる溝深
さを有する加工基板が例示されたが、２種以上の異なる
溝深さを有する加工基板が用いられてもよいことは言う
までもない。また、本実施形態が前述の実施形態４〜６
の少なくともいずれかと組合わされてもよいことも言う
までもない。
さを有する加工基板が例示されたが、２種以上の異なる
溝深さを有する加工基板が用いられてもよいことは言う
までもない。また、本実施形態が前述の実施形態４〜６
の少なくともいずれかと組合わされてもよいことも言う
までもない。
【０１５０】［実施形態８］実施形態８においては、加
工基板に形成された溝幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされたこと以外は、前述の実施形態１および３
の場合と同様である。
工基板に形成された溝幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされたこと以外は、前述の実施形態１および３
の場合と同様である。
【０１５１】図１８の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を表わしており、丘幅Ｌ１は５μｍ、
溝深さＨ１は４μｍ、そして溝幅のみがＧ１＝１２μｍ
とＧ２＝２４μｍの２通りの値を有していた。このよう
な加工基板上に被覆膜厚６μｍのＧａＮ膜からなる窒化
物半導体下地層が積層されて、本実施形態８の窪み付き
基板が作製された。
ける窪み付き基板を表わしており、丘幅Ｌ１は５μｍ、
溝深さＨ１は４μｍ、そして溝幅のみがＧ１＝１２μｍ
とＧ２＝２４μｍの２通りの値を有していた。このよう
な加工基板上に被覆膜厚６μｍのＧａＮ膜からなる窒化
物半導体下地層が積層されて、本実施形態８の窪み付き
基板が作製された。
【０１５２】図１８からわかるように、加工基板に形成
される溝幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い溝２の上方のみに窪み２が形成される。本実施形態
における窪み付き基板は、上述の実施形態７と同様の効
果を有する。
される溝幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い溝２の上方のみに窪み２が形成される。本実施形態
における窪み付き基板は、上述の実施形態７と同様の効
果を有する。
【０１５３】なお、本実施形態では２種類の異なる溝幅
を有する加工基板が例示されたが、２種以上の異なる溝
幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまで
もない。また、本実施形態は、前述の実施形態４〜７の
少なくともいずれかと組合せてよいことも言うまでもな
い。
を有する加工基板が例示されたが、２種以上の異なる溝
幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまで
もない。また、本実施形態は、前述の実施形態４〜７の
少なくともいずれかと組合せてよいことも言うまでもな
い。
【０１５４】［実施形態９］実施形態９においては、実
施形態１または２における窪み付き基板上に窒化物半導
体レーザ素子が作製された。
施形態１または２における窪み付き基板上に窒化物半導
体レーザ素子が作製された。
【０１５５】（結晶成長）図１９は窪み付き基板上に成
長された窒化物半導体レーザのウエハがチップ分割され
た後の窒化物半導体レーザ素子を表わしている。図１９
に示された窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板
１００、ＳｉＯ2成長抑制膜１０１、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ
0.95Ｎ下地層１０２、窪み付き基板２００、ｎ型Ｉｎ
0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１０３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎクラッド層１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０
５、発光層１０６、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロ
ック層１０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８、ｐ型Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮコンタクト
層１１０、ｎ電極１１１、ｐ電極１１２およびＳｉＯ2
誘電体膜１１３を含んでいる。
長された窒化物半導体レーザのウエハがチップ分割され
た後の窒化物半導体レーザ素子を表わしている。図１９
に示された窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板
１００、ＳｉＯ2成長抑制膜１０１、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ
0.95Ｎ下地層１０２、窪み付き基板２００、ｎ型Ｉｎ
0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１０３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎクラッド層１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０
５、発光層１０６、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロ
ック層１０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８、ｐ型Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮコンタクト
層１１０、ｎ電極１１１、ｐ電極１１２およびＳｉＯ2
誘電体膜１１３を含んでいる。
【０１５６】このような窒化物半導体レーザ素子の作製
において、まず、実施形態１または２による窪み付き基
板２００が形成された。ただし、本実施形態９では、ス
トライプ状成長抑制膜１０１の長手方向はＧａＮ基板の
＜１−１００＞方向に沿って形成された。
において、まず、実施形態１または２による窪み付き基
板２００が形成された。ただし、本実施形態９では、ス
トライプ状成長抑制膜１０１の長手方向はＧａＮ基板の
＜１−１００＞方向に沿って形成された。
【０１５７】次に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、その窪み
付き基板１００上において、Ｖ族元素用原料のＮＨ3と
ＩＩＩ族元素用原料のＴＭＧａまたはＴＥＧａに、ＩＩ
Ｉ族元素用原料のＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）と
不純物としてのＳｉＨ4（シラン）が加えられ、８００
℃の結晶成長温度でｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防
止層１０３が厚さ４０ｎｍに成長させられた。次に、基
板温度が１０５０℃に上げられ、ＩＩＩ族元素用原料の
ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）またはＴＥＡｌ
（トリエチルアルミニウム）が用いられて、厚さ０．９
μｍのｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４（Ｓｉ不
純物濃度１×１０18／ｃｍ3）が成長させられ、続いて
ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５（Ｓｉ不純物濃度１×１０
18／ｃｍ3）が厚さ０．１μｍに成長させられた。
付き基板１００上において、Ｖ族元素用原料のＮＨ3と
ＩＩＩ族元素用原料のＴＭＧａまたはＴＥＧａに、ＩＩ
Ｉ族元素用原料のＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）と
不純物としてのＳｉＨ4（シラン）が加えられ、８００
℃の結晶成長温度でｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防
止層１０３が厚さ４０ｎｍに成長させられた。次に、基
板温度が１０５０℃に上げられ、ＩＩＩ族元素用原料の
ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）またはＴＥＡｌ
（トリエチルアルミニウム）が用いられて、厚さ０．９
μｍのｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４（Ｓｉ不
純物濃度１×１０18／ｃｍ3）が成長させられ、続いて
ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５（Ｓｉ不純物濃度１×１０
18／ｃｍ3）が厚さ０．１μｍに成長させられた。
【０１５８】その後、基板温度が８００℃に下げられ、
厚さ８ｎｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層と厚さ４ｎｍの
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層とが交互に積層された発光層
（多重量子井戸構造）１０６が形成された。この実施形
態では、発光層１０６は障壁層で開始して障壁層で終了
する多重量子井戸構造を有し、３層（３周期）の量子井
戸層を含んでいた。また、障壁層と井戸層の両方に、Ｓ
ｉ不純物が１×１０18／ｃｍ3の濃度で添加された。な
お、障壁層と井戸層との間または井戸層と障壁層との間
に、１秒以上で１８０秒以内の結晶成長中断期間が挿入
されてもよい。こうすることによって、各層の平坦性が
向上し、発光スペクトルの半値幅が減少するので好まし
い。
厚さ８ｎｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層と厚さ４ｎｍの
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層とが交互に積層された発光層
（多重量子井戸構造）１０６が形成された。この実施形
態では、発光層１０６は障壁層で開始して障壁層で終了
する多重量子井戸構造を有し、３層（３周期）の量子井
戸層を含んでいた。また、障壁層と井戸層の両方に、Ｓ
ｉ不純物が１×１０18／ｃｍ3の濃度で添加された。な
お、障壁層と井戸層との間または井戸層と障壁層との間
に、１秒以上で１８０秒以内の結晶成長中断期間が挿入
されてもよい。こうすることによって、各層の平坦性が
向上し、発光スペクトルの半値幅が減少するので好まし
い。
【０１５９】発光層１０６にＡｓが添加される場合には
ＡｓＨ3またはＴＢＡｓ（ターシャリブチルアルシン）
を用い、Ｐが添加される場合にはＰＨ3またはＴＢＰ
（ターシャリブチルホスフィン）を用い、そしてＳｂが
添加される場合にはＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）
またはＴＥＳｂ（トリエチルアンチモン）を用いればよ
い。また、発光層が形成される際に、Ｎ原料として、Ｎ
Ｈ3以外にＮ2Ｈ4（ジメチルヒドラジン）が用いられて
もよい。
ＡｓＨ3またはＴＢＡｓ（ターシャリブチルアルシン）
を用い、Ｐが添加される場合にはＰＨ3またはＴＢＰ
（ターシャリブチルホスフィン）を用い、そしてＳｂが
添加される場合にはＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）
またはＴＥＳｂ（トリエチルアンチモン）を用いればよ
い。また、発光層が形成される際に、Ｎ原料として、Ｎ
Ｈ3以外にＮ2Ｈ4（ジメチルヒドラジン）が用いられて
もよい。
【０１６０】次に、基板が再び１０５０℃まで昇温され
て、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロ
ック層１０７、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０８、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層１０９、および厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタ
クト層１１０が順次に成長させられた。ｐ型不純物とし
ては、Ｍｇ（ＥｔＣＰ2Ｍｇ：ビスエチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム）が５×１０19／ｃｍ3〜２×１
０20／ｃｍ3の濃度で添加された。ｐ型ＧａＮコンタク
ト層１１０のｐ型不純物濃度は、ｐ電極１１２との界面
に近づくに従って増大させることが好ましい。こうする
ことによって、ｐ電極との界面におけるコンタクト抵抗
が低減する。また、ｐ型不純物であるＭｇの活性化を妨
げているｐ型層中の残留水素を除去するために、ｐ型層
成長中に微量の酸素が混入されてもよい。
て、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロ
ック層１０７、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０８、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層１０９、および厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタ
クト層１１０が順次に成長させられた。ｐ型不純物とし
ては、Ｍｇ（ＥｔＣＰ2Ｍｇ：ビスエチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム）が５×１０19／ｃｍ3〜２×１
０20／ｃｍ3の濃度で添加された。ｐ型ＧａＮコンタク
ト層１１０のｐ型不純物濃度は、ｐ電極１１２との界面
に近づくに従って増大させることが好ましい。こうする
ことによって、ｐ電極との界面におけるコンタクト抵抗
が低減する。また、ｐ型不純物であるＭｇの活性化を妨
げているｐ型層中の残留水素を除去するために、ｐ型層
成長中に微量の酸素が混入されてもよい。
【０１６１】このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１０が成長させられた後、ＭＯＣＶＤ装置のリアクタ
内の全ガスが窒素キャリアガスとＮＨ3に変えられ、６
０℃／分の冷却速度で基板温度が冷却された。基板温度
が８００℃に冷却された時点でＮＨ3の供給が停止さ
れ、５分間だけその基板温度に保持されてから室温まで
冷却された。この基板の保持温度は６５０℃から９００
℃の間にあることが好ましく、保持時間は３分以上で１
０分以下であることが好ましかった。また、室温までの
冷却速度は、３０℃／分以上であることが好ましい。こ
うして形成された結晶成長膜がラマン測定によって評価
された結果、従来のｐ型化アニールが行なわれていなく
ても、その成長膜は既にｐ型化の特性を示していた（す
なわち、Ｍｇが活性化していた）。また、ｐ電極１１２
を形成したときのコンタクト抵抗も低減していた。これ
に加えて従来のｐ型化アニールが組合わされれば、Ｍｇ
の活性化率がさらに向上して好ましかった。
１１０が成長させられた後、ＭＯＣＶＤ装置のリアクタ
内の全ガスが窒素キャリアガスとＮＨ3に変えられ、６
０℃／分の冷却速度で基板温度が冷却された。基板温度
が８００℃に冷却された時点でＮＨ3の供給が停止さ
れ、５分間だけその基板温度に保持されてから室温まで
冷却された。この基板の保持温度は６５０℃から９００
℃の間にあることが好ましく、保持時間は３分以上で１
０分以下であることが好ましかった。また、室温までの
冷却速度は、３０℃／分以上であることが好ましい。こ
うして形成された結晶成長膜がラマン測定によって評価
された結果、従来のｐ型化アニールが行なわれていなく
ても、その成長膜は既にｐ型化の特性を示していた（す
なわち、Ｍｇが活性化していた）。また、ｐ電極１１２
を形成したときのコンタクト抵抗も低減していた。これ
に加えて従来のｐ型化アニールが組合わされれば、Ｍｇ
の活性化率がさらに向上して好ましかった。
【０１６２】なお、本実施形態による結晶成長工程にお
いては、マスク基板から窒化物半導体レーザ素子まで連
続して結晶成長させてもよいし、マスク基板から窪み付
き基板までの成長工程が予め行なわれた後に窒化物半導
体レーザ素子を成長させるための再成長が行なわれても
よい。
いては、マスク基板から窒化物半導体レーザ素子まで連
続して結晶成長させてもよいし、マスク基板から窪み付
き基板までの成長工程が予め行なわれた後に窒化物半導
体レーザ素子を成長させるための再成長が行なわれても
よい。
【０１６３】本実施形態におけるＩｎ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラック防止層１０３は、Ｉｎ組成比が０．０７以外であ
ってもよいし、ＩｎＧａＮクラック防止層が省略されて
もよい。しかしながら、クラッド層とＧａＮ基板との格
子不整合が大きくなる場合には、ＩｎＧａＮクラック防
止層が挿入される方が好ましい。
ラック防止層１０３は、Ｉｎ組成比が０．０７以外であ
ってもよいし、ＩｎＧａＮクラック防止層が省略されて
もよい。しかしながら、クラッド層とＧａＮ基板との格
子不整合が大きくなる場合には、ＩｎＧａＮクラック防
止層が挿入される方が好ましい。
【０１６４】本実施形態の発光層１０６は、障壁層で始
まり障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始まり井
戸層で終わる構成であってもよい。また、発光層中の井
戸層数は、前述の３層に限られず、１０層以下であれば
しきい値電流値が低くなって室温連続発振が可能であっ
た。特に、井戸層数が２以上で６以下のときにしきい値
電流値が低くなって好ましかった。
まり障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始まり井
戸層で終わる構成であってもよい。また、発光層中の井
戸層数は、前述の３層に限られず、１０層以下であれば
しきい値電流値が低くなって室温連続発振が可能であっ
た。特に、井戸層数が２以上で６以下のときにしきい値
電流値が低くなって好ましかった。
【０１６５】本実施形態の発光層１０６においては、井
戸層と障壁層の両方にＳｉが１×１０18／ｃｍ3の濃度
で添加されたが、Ｓｉが添加されなくてもよい。しかし
ながら、Ｓｉが発光層に添加された方が、発光強度が強
くなった。発光層に添加される不純物としては、Ｓｉに
限られず、Ｏ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、およびＭｇの少なくと
もいずれかが添加されてもよい。また、不純物の総添加
量としては、約１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3程度が
好ましかった。さらに、不純物が添加される層は井戸層
と障壁層の両方であることに限られず、これらの片方の
層のみに不純物が添加されてもよい。
戸層と障壁層の両方にＳｉが１×１０18／ｃｍ3の濃度
で添加されたが、Ｓｉが添加されなくてもよい。しかし
ながら、Ｓｉが発光層に添加された方が、発光強度が強
くなった。発光層に添加される不純物としては、Ｓｉに
限られず、Ｏ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、およびＭｇの少なくと
もいずれかが添加されてもよい。また、不純物の総添加
量としては、約１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3程度が
好ましかった。さらに、不純物が添加される層は井戸層
と障壁層の両方であることに限られず、これらの片方の
層のみに不純物が添加されてもよい。
【０１６６】本実施形態のｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリ
アブロック層１０７は、Ａｌ組成比が０．２以外であっ
てもよいし、このキャリアブロック層が省略されてもよ
い。しかしながら、キャリアブロック層を設けたほうが
しきい値電流値が低くなった。これは、キャリアブロッ
ク層１０７が発光層１０６内にキャリアを閉じ込める働
きがあるからである。キャリアブロック層のＡｌ組成比
を高くすることは、これによってキャリアの閉じ込めが
強くなるので好ましい。逆に、キャリアの閉じ込めが保
持される範囲内でＡｌ組成比を小さくすれば、キャリア
ブロック層内のキャリア移動度が大きくなって電気抵抗
が低くなるので好ましい。
アブロック層１０７は、Ａｌ組成比が０．２以外であっ
てもよいし、このキャリアブロック層が省略されてもよ
い。しかしながら、キャリアブロック層を設けたほうが
しきい値電流値が低くなった。これは、キャリアブロッ
ク層１０７が発光層１０６内にキャリアを閉じ込める働
きがあるからである。キャリアブロック層のＡｌ組成比
を高くすることは、これによってキャリアの閉じ込めが
強くなるので好ましい。逆に、キャリアの閉じ込めが保
持される範囲内でＡｌ組成比を小さくすれば、キャリア
ブロック層内のキャリア移動度が大きくなって電気抵抗
が低くなるので好ましい。
【０１６７】本実施形態では、ｐ型クラッド層１０９と
ｎ型クラッド層１０４として、Ａｌ 0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶が
用いられたが、そのＡｌ組成比は０．１以外であっても
よい。そのＡｌの混晶比が高くなれば発光層１０６との
エネルギギャップ差と屈折率差が大きくなり、キャリア
や光が発光層内に効率よく閉じ込められ、レーザ発振し
きい値電流値の低減が可能になる。逆に、キャリアや光
の閉じ込めが保持される範囲内でＡｌ組成比を小さくす
れば、クラッド層内でのキャリア移動度が大きくなり、
素子の動作電圧を低くすることができる。
ｎ型クラッド層１０４として、Ａｌ 0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶が
用いられたが、そのＡｌ組成比は０．１以外であっても
よい。そのＡｌの混晶比が高くなれば発光層１０６との
エネルギギャップ差と屈折率差が大きくなり、キャリア
や光が発光層内に効率よく閉じ込められ、レーザ発振し
きい値電流値の低減が可能になる。逆に、キャリアや光
の閉じ込めが保持される範囲内でＡｌ組成比を小さくす
れば、クラッド層内でのキャリア移動度が大きくなり、
素子の動作電圧を低くすることができる。
【０１６８】ＡｌＧａＮクラッド層の厚みは０．７μｍ
〜１．５μｍの範囲内にあることが好ましく、このこと
によって垂直横モードの単峰化と光閉じ込め効率が増大
し、レーザの光学特性の向上とレーザしきい値電流値の
低減が可能になる。
〜１．５μｍの範囲内にあることが好ましく、このこと
によって垂直横モードの単峰化と光閉じ込め効率が増大
し、レーザの光学特性の向上とレーザしきい値電流値の
低減が可能になる。
【０１６９】クラッド層はＡｌＧａＮ３元混晶に限られ
ず、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮＰ、またはＡｌＧａＮ
Ａｓなどの４元混晶であってもよい。また、ｐ型クラッ
ド層は、電気抵抗を低減するために、ｐ型ＡｌＧａＮ層
とｐ型ＧａＮ層を含む超格子構造、またはｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層とｐ型ＩｎＧａＮ層を含む超格子構造を有していて
もよい。
ず、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮＰ、またはＡｌＧａＮ
Ａｓなどの４元混晶であってもよい。また、ｐ型クラッ
ド層は、電気抵抗を低減するために、ｐ型ＡｌＧａＮ層
とｐ型ＧａＮ層を含む超格子構造、またはｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層とｐ型ＩｎＧａＮ層を含む超格子構造を有していて
もよい。
【０１７０】本実施形態ではＭＯＣＶＤ装置による結晶
成長法が例示されたが、分子線エピタキシー法（ＭＢ
Ｅ）、またはハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）など
が用いられてもよい。
成長法が例示されたが、分子線エピタキシー法（ＭＢ
Ｅ）、またはハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）など
が用いられてもよい。
【０１７１】（チップ化工程）前述の結晶成長で形成さ
れたエピウエハ（マスク基板上に窒化物半導体多層膜構
造がエピタキシャル成長させられたウエハ）がＭＯＣＶ
Ｄ装置から取出され、レーザ素子に加工される。ここ
で、窒化物半導体多層膜構造が形成されたエピウエハの
表面には窪みが存在し、完全かつ平坦には埋没されてい
なかった。
れたエピウエハ（マスク基板上に窒化物半導体多層膜構
造がエピタキシャル成長させられたウエハ）がＭＯＣＶ
Ｄ装置から取出され、レーザ素子に加工される。ここ
で、窒化物半導体多層膜構造が形成されたエピウエハの
表面には窪みが存在し、完全かつ平坦には埋没されてい
なかった。
【０１７２】マスク基板１００はｎ型導電性の窒化物半
導体であるので、その裏面側上にＨｆ／Ａｌの順の積層
でｎ電極１１１が形成された（図１９参照）。ｎ電極と
しては、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｍｏ、またはＨｆ／Ａｕな
どの積層も用いられ得る。ｎ電極にＨｆが用いられれ
ば、そのコンタクト抵抗が下がるので好ましい。
導体であるので、その裏面側上にＨｆ／Ａｌの順の積層
でｎ電極１１１が形成された（図１９参照）。ｎ電極と
しては、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｍｏ、またはＨｆ／Ａｕな
どの積層も用いられ得る。ｎ電極にＨｆが用いられれ
ば、そのコンタクト抵抗が下がるので好ましい。
【０１７３】ｐ電極部分はマスク基板１００の成長抑制
膜の長手方向に沿ってストライプ状にエッチングされ、
これによってリッジストライプ部（図１９参照）が形成
された。マスク基板の成長抑制膜が桝目状の場合は、そ
れらのマスクの長手方向として窒化物半導体の＜１−１
００＞方向と＜１１−２０＞方向のいずれかを選択すれ
ばよい。リッジストライプ部はストライプ幅Ｗ＝２．０
μｍを有し、前述の領域Ｉ（図８参照）に含まれるよう
に形成された。その後、ＳｉＯ2誘電体膜１１３が蒸着
され、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０の上面がこの誘電
体膜から露出されて、その上にｐ電極１１２がＰｄ／Ｍ
ｏ／Ａｕの積層として蒸着されて形成された。ｐ電極と
しては、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、またはＮｉ／
Ａｕなどの積層が用いられてもよい。また、ｐ電極１１
２とワイヤボンドとの間にＡｕからなるパッド電極を介
してもよい。
膜の長手方向に沿ってストライプ状にエッチングされ、
これによってリッジストライプ部（図１９参照）が形成
された。マスク基板の成長抑制膜が桝目状の場合は、そ
れらのマスクの長手方向として窒化物半導体の＜１−１
００＞方向と＜１１−２０＞方向のいずれかを選択すれ
ばよい。リッジストライプ部はストライプ幅Ｗ＝２．０
μｍを有し、前述の領域Ｉ（図８参照）に含まれるよう
に形成された。その後、ＳｉＯ2誘電体膜１１３が蒸着
され、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０の上面がこの誘電
体膜から露出されて、その上にｐ電極１１２がＰｄ／Ｍ
ｏ／Ａｕの積層として蒸着されて形成された。ｐ電極と
しては、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、またはＮｉ／
Ａｕなどの積層が用いられてもよい。また、ｐ電極１１
２とワイヤボンドとの間にＡｕからなるパッド電極を介
してもよい。
【０１７４】最後に、エピウエハはリッジストライプの
長手方向に対して垂直な面でへき開され、共振器長５０
０μｍのファブリ・ペロー共振器が作製された。共振器
長は、一般に３００μｍから１０００μｍの範囲内であ
ることが好ましい。溝が＜１−１００＞方向に沿って形
成された共振器長のミラー端面は、窒化物半導体結晶の
Ｍ面｛１−１００｝が端面になる。ミラー端面を形成す
るためのへき開とレーザ素子の分割は、マスク基板１０
０の裏面側からスクライバを用いて行なわれた。ただ
し、へき開はウエハの裏面全体を横断してスクライバに
よる罫書き傷がつけられて行なわれるのではなく、ウエ
ハの一部、たとえばウエハの両端のみにスクライバによ
る罫書き傷がつけられてへき開された。これにより、素
子端面の急峻性やスクライブによる削りかすがエピ表面
に付着しないので、素子歩留まりが向上する。チップ分
割された窒化物半導体発光素子（レーザ素子）の表面に
は、窒化物半導体発光素子のリッジストライプ部を挟ん
で窪みが２つ以上存在していた。また、ｐ電極１１２は
２つ以上の窪みを含む領域上に、ワイヤボンドは１つ以
上の窪みを含む領域上に形成された。
長手方向に対して垂直な面でへき開され、共振器長５０
０μｍのファブリ・ペロー共振器が作製された。共振器
長は、一般に３００μｍから１０００μｍの範囲内であ
ることが好ましい。溝が＜１−１００＞方向に沿って形
成された共振器長のミラー端面は、窒化物半導体結晶の
Ｍ面｛１−１００｝が端面になる。ミラー端面を形成す
るためのへき開とレーザ素子の分割は、マスク基板１０
０の裏面側からスクライバを用いて行なわれた。ただ
し、へき開はウエハの裏面全体を横断してスクライバに
よる罫書き傷がつけられて行なわれるのではなく、ウエ
ハの一部、たとえばウエハの両端のみにスクライバによ
る罫書き傷がつけられてへき開された。これにより、素
子端面の急峻性やスクライブによる削りかすがエピ表面
に付着しないので、素子歩留まりが向上する。チップ分
割された窒化物半導体発光素子（レーザ素子）の表面に
は、窒化物半導体発光素子のリッジストライプ部を挟ん
で窪みが２つ以上存在していた。また、ｐ電極１１２は
２つ以上の窪みを含む領域上に、ワイヤボンドは１つ以
上の窪みを含む領域上に形成された。
【０１７５】なお、レーザ共振器の帰還手法としては、
一般に知られているＤＦＢ（分布帰還）、ＤＢＲ（分布
ブラッグ反射）なども用いられ得る。
一般に知られているＤＦＢ（分布帰還）、ＤＢＲ（分布
ブラッグ反射）なども用いられ得る。
【０１７６】ファブリ・ペロー共振器のミラー端面が形
成された後には、そのミラー端面にＳｉＯ2とＴｉＯ2の
誘電体膜を交互に蒸着し、７０％の反射率を有する誘電
体多層反射膜が形成された。この誘電体多層反射膜とし
ては、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3などの多層膜を用いることも
できる。
成された後には、そのミラー端面にＳｉＯ2とＴｉＯ2の
誘電体膜を交互に蒸着し、７０％の反射率を有する誘電
体多層反射膜が形成された。この誘電体多層反射膜とし
ては、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3などの多層膜を用いることも
できる。
【０１７７】なお、ｎ電極１１１はマスク基板１００の
裏面上に形成されたが、ドライエッチング法を用いてエ
ピウエハの表側からｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ膜１０２の
一部を露出させて、その露出領域上にｎ電極が形成され
てもよい。
裏面上に形成されたが、ドライエッチング法を用いてエ
ピウエハの表側からｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ膜１０２の
一部を露出させて、その露出領域上にｎ電極が形成され
てもよい。
【０１７８】（パッケージ実装）得られた半導体レーザ
素子は、パッケージに実装される。高出力（３０ｍＷ以
上）の窒化物半導体レーザ素子を用いる場合、放熱対策
に注意を払わなければならない。高出力窒化物半導体レ
ーザ素子はＩｎはんだやＰｂＳｎ系はんだ、ＡｕＳｎ系
はんだ等のはんだ材を用いて半導体接合を上または下の
いずれかにしてパッケージ本体に接続することができる
が、半導体接合を下側にして接続するほうが放熱の観点
から好ましい。なお、高出力窒化物半導体レーザ素子
は、通常は直接パッケージ本体やヒートシンク部に取付
けられ得るが、Ｓｉ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、Ｍｏ、Ｃ
ｕＷ、ＢＮ、Ｆｅ、ＳｉＣ、Ｃｕ、またはＡｕなどのサ
ブマウントを介して接続されてもよい。
素子は、パッケージに実装される。高出力（３０ｍＷ以
上）の窒化物半導体レーザ素子を用いる場合、放熱対策
に注意を払わなければならない。高出力窒化物半導体レ
ーザ素子はＩｎはんだやＰｂＳｎ系はんだ、ＡｕＳｎ系
はんだ等のはんだ材を用いて半導体接合を上または下の
いずれかにしてパッケージ本体に接続することができる
が、半導体接合を下側にして接続するほうが放熱の観点
から好ましい。なお、高出力窒化物半導体レーザ素子
は、通常は直接パッケージ本体やヒートシンク部に取付
けられ得るが、Ｓｉ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、Ｍｏ、Ｃ
ｕＷ、ＢＮ、Ｆｅ、ＳｉＣ、Ｃｕ、またはＡｕなどのサ
ブマウントを介して接続されてもよい。
【０１７９】以上のようにして、本実施形態による窒化
物半導体レーザ素子が作製された。なお、本実施形態で
はＧａＮのマスク基板１００が用いられたが、他の窒化
物半導体の加工基板が用いられてもよい。たとえば、窒
化物半導体レーザの場合、垂直横モードの単峰化のため
にはクラッド層よりも屈折率の低い層がそのクラッド層
の外側に接している必要があり、ＡｌＧａＮ基板が好ま
しく用いられ得る。
物半導体レーザ素子が作製された。なお、本実施形態で
はＧａＮのマスク基板１００が用いられたが、他の窒化
物半導体の加工基板が用いられてもよい。たとえば、窒
化物半導体レーザの場合、垂直横モードの単峰化のため
にはクラッド層よりも屈折率の低い層がそのクラッド層
の外側に接している必要があり、ＡｌＧａＮ基板が好ま
しく用いられ得る。
【０１８０】本実施形態においては、窪み付き基板上に
窒化物半導体レーザ素子が形成されることによって、結
晶歪みが緩和されるとともにクラック発生が抑制され、
雰囲気温度６０℃の条件の下で３０ｍＷのレーザ出力で
約１８０００時間のレーザ発振寿命が得られるととも
に、クラックの抑制効果による素子歩留まりの向上が達
成された。
窒化物半導体レーザ素子が形成されることによって、結
晶歪みが緩和されるとともにクラック発生が抑制され、
雰囲気温度６０℃の条件の下で３０ｍＷのレーザ出力で
約１８０００時間のレーザ発振寿命が得られるととも
に、クラックの抑制効果による素子歩留まりの向上が達
成された。
【０１８１】［実施形態１０］実施形態１０において
は、実施形態１〜８におけるいずれかの窪み付き基板上
に窒化物半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）素子が形成さ
れた。この際に、窒化物半導体ＬＥＤ素子層は、従来と
同様の方法で形成された。
は、実施形態１〜８におけるいずれかの窪み付き基板上
に窒化物半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）素子が形成さ
れた。この際に、窒化物半導体ＬＥＤ素子層は、従来と
同様の方法で形成された。
【０１８２】本実施形態による窒化物半導体ＬＥＤ素子
においては、その色むらが低減するとともに発光強度が
従来に比べて向上した。特に、窒化物半導体を原材料と
する白色窒化物半導体ＬＥＤ素子や琥珀色窒化物半導体
ＬＥＤ素子のように、発光波長が短波長（４５０ｎｍ以
下）または長波長（６００ｎｍ以上）のＬＥＤ素子は、
実施形態１〜８における窪み付き基板上に形成されるこ
とによって、従来に比較して約２倍以上の発光強度を有
することができた。
においては、その色むらが低減するとともに発光強度が
従来に比べて向上した。特に、窒化物半導体を原材料と
する白色窒化物半導体ＬＥＤ素子や琥珀色窒化物半導体
ＬＥＤ素子のように、発光波長が短波長（４５０ｎｍ以
下）または長波長（６００ｎｍ以上）のＬＥＤ素子は、
実施形態１〜８における窪み付き基板上に形成されるこ
とによって、従来に比較して約２倍以上の発光強度を有
することができた。
【０１８３】［実施形態１１］実施形態１１において
は、Ｎの一部と置換すべきＡｓ、Ｐ、およびＳｂの少な
くともいずれかの置換元素を発光層に含ませたこと以外
は、実施形態９および１０と同様であった。より具体的
には、Ａｓ、Ｐ、およびＳｂの少なくともいずれかの置
換元素が、窒化物半導体発光素子の発光層中で少なくと
も井戸層のＮの一部に置換して含められた。このとき、
井戸層に含まれたＡｓ、Ｐ、および／またはＳｂの総和
の組成比をｘとしてＮの組成比をｙとするときに、ｘは
ｙよりも小さくかつｘ／（ｘ＋ｙ）は０．３（３０％）
以下でなければならず、好ましくは０．２（２０％）以
下である。また、Ａｓ、Ｐ、および／またはＳｂの総和
の好ましい濃度の下限値は、１×１０18／ｃｍ3以上で
あった。
は、Ｎの一部と置換すべきＡｓ、Ｐ、およびＳｂの少な
くともいずれかの置換元素を発光層に含ませたこと以外
は、実施形態９および１０と同様であった。より具体的
には、Ａｓ、Ｐ、およびＳｂの少なくともいずれかの置
換元素が、窒化物半導体発光素子の発光層中で少なくと
も井戸層のＮの一部に置換して含められた。このとき、
井戸層に含まれたＡｓ、Ｐ、および／またはＳｂの総和
の組成比をｘとしてＮの組成比をｙとするときに、ｘは
ｙよりも小さくかつｘ／（ｘ＋ｙ）は０．３（３０％）
以下でなければならず、好ましくは０．２（２０％）以
下である。また、Ａｓ、Ｐ、および／またはＳｂの総和
の好ましい濃度の下限値は、１×１０18／ｃｍ3以上で
あった。
【０１８４】この理由は、置換元素の組成比ｘが２０％
よりも高くなれば井戸層内において置換元素の組成比の
異なる濃度分離が生じ始め、さらに組成比ｘが３０％よ
りも高くなれば濃度分離から六方晶系と立方晶系が混在
する結晶系分離に移行し始めて、井戸層の結晶性が低下
する可能性が高くなるからである。他方、置換元素の総
和の濃度が１×１０18／ｃｍ3よりも小さくなれば、井
戸層中に置換元素を含有させたことによる効果が得られ
難くなるからである。
よりも高くなれば井戸層内において置換元素の組成比の
異なる濃度分離が生じ始め、さらに組成比ｘが３０％よ
りも高くなれば濃度分離から六方晶系と立方晶系が混在
する結晶系分離に移行し始めて、井戸層の結晶性が低下
する可能性が高くなるからである。他方、置換元素の総
和の濃度が１×１０18／ｃｍ3よりも小さくなれば、井
戸層中に置換元素を含有させたことによる効果が得られ
難くなるからである。
【０１８５】本実施形態による効果としては、井戸層に
Ａｓ、Ｐ、およびＳｂの少なくともいずれかの置換元素
を含ませることによって、井戸層中の電子とホールの有
効質量が小さくなりかつ移動度が大きくなる。半導体レ
ーザ素子の場合、小さな有効質量は小さい電流注入量で
レーザ発振のためのキャリア反転分布が得られることを
意味し、大きな移動度は発光層中で電子とホールが発光
再結合によって消滅しても新たな電子とホールが拡散に
よって高速で注入され得ることを意味する。すなわち、
発光層にＡｓ、Ｐ、およびＳｂのいずれをも含有しない
ＩｎＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子に比べて、本実施
形態では、しきい値電流密度が低くかつ自励発振特性の
優れた（雑音特性に優れた）半導体レーザを得ることが
可能である。
Ａｓ、Ｐ、およびＳｂの少なくともいずれかの置換元素
を含ませることによって、井戸層中の電子とホールの有
効質量が小さくなりかつ移動度が大きくなる。半導体レ
ーザ素子の場合、小さな有効質量は小さい電流注入量で
レーザ発振のためのキャリア反転分布が得られることを
意味し、大きな移動度は発光層中で電子とホールが発光
再結合によって消滅しても新たな電子とホールが拡散に
よって高速で注入され得ることを意味する。すなわち、
発光層にＡｓ、Ｐ、およびＳｂのいずれをも含有しない
ＩｎＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子に比べて、本実施
形態では、しきい値電流密度が低くかつ自励発振特性の
優れた（雑音特性に優れた）半導体レーザを得ることが
可能である。
【０１８６】他方、本実施形態が窒化物半導体ＬＥＤに
適用された場合、井戸層にＡｓ、Ｐ、および／またはＳ
ｂの置換元素を含ませることによって、従来のＩｎＧａ
Ｎ井戸層を含む窒化物半導体ＬＥＤ素子と比較して、井
戸層中のＩｎ組成比が低減され得る。これは、Ｉｎの濃
度分離による結晶性の低下が抑制され得ることを意味す
る。したがって、置換元素の添加による効果は、実施形
態８の窒化物半導体ＬＥＤに関する効果と相乗され、よ
り一層の発光強度の向上と色むらの低減を生じる。特
に、窒化物半導体を原材料とする白色窒化物半導体ＬＥ
Ｄ素子や琥珀色窒化物半導体ＬＥＤ素子のように、発光
波長が短波長（４５０ｎｍ以下）または長波長（６００
ｎｍ以上）の窒化物半導体ＬＥＤ素子の場合、Ｉｎ組成
比が低いか全く含有されることなく井戸層が形成され得
るので、従来のＩｎＧａＮ系窒化物半導体ＬＥＤ素子と
比較して色むらが小さく、強い発光強度が得られる。
適用された場合、井戸層にＡｓ、Ｐ、および／またはＳ
ｂの置換元素を含ませることによって、従来のＩｎＧａ
Ｎ井戸層を含む窒化物半導体ＬＥＤ素子と比較して、井
戸層中のＩｎ組成比が低減され得る。これは、Ｉｎの濃
度分離による結晶性の低下が抑制され得ることを意味す
る。したがって、置換元素の添加による効果は、実施形
態８の窒化物半導体ＬＥＤに関する効果と相乗され、よ
り一層の発光強度の向上と色むらの低減を生じる。特
に、窒化物半導体を原材料とする白色窒化物半導体ＬＥ
Ｄ素子や琥珀色窒化物半導体ＬＥＤ素子のように、発光
波長が短波長（４５０ｎｍ以下）または長波長（６００
ｎｍ以上）の窒化物半導体ＬＥＤ素子の場合、Ｉｎ組成
比が低いか全く含有されることなく井戸層が形成され得
るので、従来のＩｎＧａＮ系窒化物半導体ＬＥＤ素子と
比較して色むらが小さく、強い発光強度が得られる。
【０１８７】［実施形態１２］実施形態１２において
は、実施形態９または１１の窒化物半導体レーザ素子が
光学装置において適用された。実施形態９または１１に
よる青紫色（３８０〜４２０ｎｍの波長）の窒化物半導
体レーザ素子は、種々の光学装置において好ましく利用
することができ、たとえば光ピックアップ装置に利用す
れば以下の点において好ましい。すなわち、そのような
窒化物半導体レーザ素子は、高温雰囲気中（６０℃）に
おいて高出力（３０ｍＷ）で安定して動作し、素子不良
が少なくかつレーザ発振寿命が長いことから、信頼性の
高い高密度記録再生用光ディスク装置に最適である（光
波長が短いほど、より高密度の記録再生が可能であ
る）。
は、実施形態９または１１の窒化物半導体レーザ素子が
光学装置において適用された。実施形態９または１１に
よる青紫色（３８０〜４２０ｎｍの波長）の窒化物半導
体レーザ素子は、種々の光学装置において好ましく利用
することができ、たとえば光ピックアップ装置に利用す
れば以下の点において好ましい。すなわち、そのような
窒化物半導体レーザ素子は、高温雰囲気中（６０℃）に
おいて高出力（３０ｍＷ）で安定して動作し、素子不良
が少なくかつレーザ発振寿命が長いことから、信頼性の
高い高密度記録再生用光ディスク装置に最適である（光
波長が短いほど、より高密度の記録再生が可能であ
る）。
【０１８８】図２０において、実施形態９または１１に
よる窒化物半導体レーザ素子が光学装置に利用された一
例として、たとえばＤＶＤ装置のように光ピックアップ
を含む光ディスク装置が模式的なブロック図で示されて
いる。この光学情報記録再生装置において、窒化物半導
体レーザ素子を含む光源１から射出されたレーザ光３は
入力情報に応じて光変調器４で変調され、走査ミラー５
およびレンズ６を介してディスク７上に記録される。デ
ィスク７は、モータ８によって回転させられる。再生時
にはディスク７上のビット配列によって光学的に変調さ
れた反射レーザ光がビームスプリッタ９を介して検出器
１０で検出され、これによって再生信号が得られる。こ
れらの各要素の動作は、制御回路１１によって制御され
る。レーザ素子１の出力については、通常は記録時に３
０ｍＷであり、再生時には５ｍＷ程度である。
よる窒化物半導体レーザ素子が光学装置に利用された一
例として、たとえばＤＶＤ装置のように光ピックアップ
を含む光ディスク装置が模式的なブロック図で示されて
いる。この光学情報記録再生装置において、窒化物半導
体レーザ素子を含む光源１から射出されたレーザ光３は
入力情報に応じて光変調器４で変調され、走査ミラー５
およびレンズ６を介してディスク７上に記録される。デ
ィスク７は、モータ８によって回転させられる。再生時
にはディスク７上のビット配列によって光学的に変調さ
れた反射レーザ光がビームスプリッタ９を介して検出器
１０で検出され、これによって再生信号が得られる。こ
れらの各要素の動作は、制御回路１１によって制御され
る。レーザ素子１の出力については、通常は記録時に３
０ｍＷであり、再生時には５ｍＷ程度である。
【０１８９】本発明によるレーザ素子は上述のような光
ディスク記録再生装置に利用され得るのみならず、レー
ザプリンタ、バーコードリーダ、光の３原色（青色、緑
色、赤色）レーザによるプロジェクタなどにも利用し得
る。
ディスク記録再生装置に利用され得るのみならず、レー
ザプリンタ、バーコードリーダ、光の３原色（青色、緑
色、赤色）レーザによるプロジェクタなどにも利用し得
る。
【０１９０】［実施形態１３］実施形態１３において
は、実施形態１０または１１による窒化物半導体発光ダ
イオード素子が半導体発光装置において利用された。す
なわち、実施形態１０または１１による窒化物半導体発
光ダイオード素子は、少なくとも光の３原色（赤色、緑
色、青色）の１つとして、たとえば表示装置のような
（半導体発光装置）において利用可能である。そのよう
な窒化物半導体発光ダイオード素子を利用することによ
って、色むらが少なくかつ発光強度の高い表示装置が作
製され得る。
は、実施形態１０または１１による窒化物半導体発光ダ
イオード素子が半導体発光装置において利用された。す
なわち、実施形態１０または１１による窒化物半導体発
光ダイオード素子は、少なくとも光の３原色（赤色、緑
色、青色）の１つとして、たとえば表示装置のような
（半導体発光装置）において利用可能である。そのよう
な窒化物半導体発光ダイオード素子を利用することによ
って、色むらが少なくかつ発光強度の高い表示装置が作
製され得る。
【０１９１】また、そのような光の３原色を生じ得る窒
化物半導体発光ダイオード素子は、白色光源装置におい
ても利用され得る。他方、発光波長が紫外領域から紫色
領域（３８０〜４２０ｎｍ程度）にある本発明による窒
化物半導体発光ダイオード素子は、蛍光塗料を塗布する
ことによって白色光源素子としても利用し得る。
化物半導体発光ダイオード素子は、白色光源装置におい
ても利用され得る。他方、発光波長が紫外領域から紫色
領域（３８０〜４２０ｎｍ程度）にある本発明による窒
化物半導体発光ダイオード素子は、蛍光塗料を塗布する
ことによって白色光源素子としても利用し得る。
【０１９２】このような白色光源を用いることによっ
て、従来の液晶ディスプレイに用いられてきたハロゲン
光源に代わって、低消費電力で高輝度のバックライトの
実現が可能になる。これは、携帯ノートパソコンや携帯
電話におけるマン・マシンインターフェイスの液晶ディ
スプレイ用バックライトとしても利用することができ、
小型で高鮮明な液晶ディスプレイを提供することができ
る。
て、従来の液晶ディスプレイに用いられてきたハロゲン
光源に代わって、低消費電力で高輝度のバックライトの
実現が可能になる。これは、携帯ノートパソコンや携帯
電話におけるマン・マシンインターフェイスの液晶ディ
スプレイ用バックライトとしても利用することができ、
小型で高鮮明な液晶ディスプレイを提供することができ
る。
【０１９３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、窒化物
半導体発光素子において、発光寿命と発光強度を改善す
ることができる。また、本発明によれば、窒化物半導体
発光素子において、クラック発生と電極剥がれとワイヤ
ボンドの剥がれとを防止することができる。
半導体発光素子において、発光寿命と発光強度を改善す
ることができる。また、本発明によれば、窒化物半導体
発光素子において、クラック発生と電極剥がれとワイヤ
ボンドの剥がれとを防止することができる。
【図１】 （ａ）は本発明において用いられ得る窒化物
半導体基板を含むマスク基板の一例を示す模式的な断面
図であり、（ｂ）は基礎基板を含むマスク基板を示して
いる。
半導体基板を含むマスク基板の一例を示す模式的な断面
図であり、（ｂ）は基礎基板を含むマスク基板を示して
いる。
【図２】 本発明において用いられ得るマスク基板に含
まれる成長抑制の形態を示しており、（ａ）は２種類の
方向を有するストライプ状成長抑制膜が互いに直交する
場合を示し、（ｂ）は２種類の方向を有するストライプ
状成長抑制膜が互いに６０°の角度で交差する場合を示
し、そして（ｃ）は３種類の方向を有するストライプ状
成長抑制膜が互いに６０°の角度で交差する場合を示し
ている。
まれる成長抑制の形態を示しており、（ａ）は２種類の
方向を有するストライプ状成長抑制膜が互いに直交する
場合を示し、（ｂ）は２種類の方向を有するストライプ
状成長抑制膜が互いに６０°の角度で交差する場合を示
し、そして（ｃ）は３種類の方向を有するストライプ状
成長抑制膜が互いに６０°の角度で交差する場合を示し
ている。
【図３】 本発明において用いられ得る窪み付き基板の
一例を示す模式的な断面図である。
一例を示す模式的な断面図である。
【図４】 本発明において用いられ得る加工基板の一例
を示す模式的な断面図である。
を示す模式的な断面図である。
【図５】 本発明において加工基板を利用した場合の窪
み付き基板を示す模式的な断面図である。
み付き基板を示す模式的な断面図である。
【図６】 マスク基板上における窒化物半導体膜の結晶
成長形態を表わす模式的な断面図である。
成長形態を表わす模式的な断面図である。
【図７】 加工基板上における窒化物半導体膜の結晶成
長形態を表わす模式的な断面図である。
長形態を表わす模式的な断面図である。
【図８】 本発明においてマスク基板を含む窪み付き基
板上において発光素子構造を形成するために好ましい領
域を示す模式的な断面図である。
板上において発光素子構造を形成するために好ましい領
域を示す模式的な断面図である。
【図９】 本発明において用いられ得るマスク基板を含
む窪み付き基板の例を示す模式的な断面図である。
む窪み付き基板の例を示す模式的な断面図である。
【図１０】 本発明において用いられ得るマスク基板を
含む窪み付き基板上に形成された窒化物半導体レーザ素
子のリッジストライプ部の形成位置とレーザ発振寿命と
の関係を示す図である。
含む窪み付き基板上に形成された窒化物半導体レーザ素
子のリッジストライプ部の形成位置とレーザ発振寿命と
の関係を示す図である。
【図１１】 本発明において用いられ得る加工基板を含
む窪み付き基板上に形成される発光素子構造における発
光部の好ましい領域を示す模式的な断面図である。
む窪み付き基板上に形成される発光素子構造における発
光部の好ましい領域を示す模式的な断面図である。
【図１２】 本発明において用いられ得る加工基板を含
む窪み付き基板上に形成された窒化物半導体レーザ素子
のリッジストライプ部の形成位置とレーザ発振寿命との
関係を示す図である。
む窪み付き基板上に形成された窒化物半導体レーザ素子
のリッジストライプ部の形成位置とレーザ発振寿命との
関係を示す図である。
【図１３】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
の他の例を示す模式的な断面図である。
【図１４】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
の他の例を示す模式的な断面図である。
【図１５】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
の他の例を示す模式的な断面図である。
【図１６】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
の他の例を示す模式的な断面図である。
【図１７】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
の他の例を示す模式的な断面図である。
【図１８】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
の他の例を示す模式的な断面図である。
【図１９】 本発明における窪み付き基板上に形成され
た窒化物半導体レーザ素子の一例を示す模式的な断面図
である。
た窒化物半導体レーザ素子の一例を示す模式的な断面図
である。
【図２０】 本発明による窒化物半導体レーザ素子を利
用した光ピックアップ装置を含む光学装置の一例を示す
模式的なブロック図である。
用した光ピックアップ装置を含む光学装置の一例を示す
模式的なブロック図である。
２００ 窪み付き基板、１００ ｎ型ＧａＮ基板、１０
１ 成長抑制膜、１０２ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ下地
層、１０３ ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層、
１０４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層、１０５ ｎ
型ＧａＮ光ガイド層、１０６ 発光層、１０７ ｐ型Ａ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層、１０８ ｐ型Ｇａ
Ｎガイド層、１０９ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層、１１０ｐ型ＧａＮコンタクト層、１１１ ｎ電極、
１１２ ｐ電極、１１３ ＳｉＯ 2誘電体膜。
１ 成長抑制膜、１０２ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ下地
層、１０３ ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層、
１０４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層、１０５ ｎ
型ＧａＮ光ガイド層、１０６ 発光層、１０７ ｐ型Ａ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層、１０８ ｐ型Ｇａ
Ｎガイド層、１０９ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層、１１０ｐ型ＧａＮコンタクト層、１１１ ｎ電極、
１１２ ｐ電極、１１３ ＳｉＯ 2誘電体膜。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA40 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA53 CA54 CA56 CA57 CA58 CA65 DA07 EE25 5F073 AA13 AA45 AA51 AA72 AA77 AA89 CA17 CB02 CB05 CB13 CB19 DA05 DA34 EA23 EA28
Claims (19)
- 【請求項１】 窒化物半導体の基板表面または窒化物半
導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体基板層表
面上に成長させられた窒化物半導体下地層と、 前記窒化物半導体下地層上でｎ型層とｐ型層との間にお
いて量子井戸層または量子井戸層とこれに接する障壁層
を含む発光層を含む発光素子構造とを含み、 前記発光素子構造を成長させた後においてもその表面に
平坦化されていない窪みを含んでいることを特徴とする
窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記窒化物半導体の基板表面または前記
窒化物半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体
基板層表面の上で窒化物半導体の成長を抑制する成長抑
制膜が部分的に形成されてマスク基板にされており、前
記窒化物半導体下地層は前記マスク基板上に成長させら
れてい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。 - 【請求項３】 前記成長抑制膜はストライプ状のパター
ンに形成されてい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。 - 【請求項４】 前記ストライプ状成長抑制膜の長手方向
が前記マスク基板に含まれる窒化物半導体結晶の＜１−
１００＞方向または＜１１−２０＞方向に実質的に平行
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。 - 【請求項５】 前記ストライプ状成長抑制膜の上方に前
記窪みが形成されており、前記窪みの側端部からその成
長抑制膜の幅方向に２μｍ以上離れかつその成長抑制膜
の幅内の領域の上方に前記発光素子構造の発光部が含ま
れていることを特徴とする請求項３または４のいずれか
の項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記成長抑制膜とその上方の前記窪みと
の間に空隙が存在していることを特徴とする請求項５に
記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記成長抑制膜の幅が７〜１００μｍの
範囲内にあることを特徴とする請求項３から６のいずれ
かの項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記成長抑制膜の厚さが０．０５〜１０
μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項２から７の
いずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項９】 前記成長抑制膜はＳｉＯ2、ＳｉＯ、Ｓ
ｉＮx、およびＳｉＯＮxの少なくともいずれかの誘電体
またはＷ、Ｍｏの少なくともいずれかの金属を含むこと
を特徴とする請求項２から８のいずれかの項に記載の窒
化物半導体発光素子。 - 【請求項１０】 前記窒化物半導体下地層はＡｌとＩｎ
の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１から
９のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１１】 前記窒化物半導体下地層はＧａＮであ
って、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍ
ｇおよびＢｅの不純物群のうちで少なくとも１種類以上
を含み、かつその添加量が１×１０17／ｃｍ3以上で５
×１０18／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１
から９のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１２】 前記窒化物半導体下地層はＡｌxＧａ
1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．１５）であって、Ｓｉ、
Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ
の不純物群のうちで少なくとも１種類以上を含み、かつ
その添加量が３×１０17／ｃｍ3以上で５×１０18／ｃ
ｍ3以下であることを特徴とする請求項１から９のいず
れかの項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１３】 前記窒化物半導体下地層はＩｎxＧａ
1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．１５）であって、Ｓｉ、
Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ
の不純物群のうちで少なくとも１種類以上を含み、かつ
その添加量が１×１０17／ｃｍ3以上で４×１０18／ｃ
ｍ3以下であることを特徴とする請求項１から９のいず
れかの項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１４】 前記窪みを２つ以上含む領域上に電極
が形成されていることを特徴とする請求項１から１３の
いずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１５】 前記窪みを２つ以上含む領域上に誘電
体膜が形成されていることを特徴とする請求項１から１
４のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１６】 ワイヤボンドと前記窒化物半導体素子
との間の接合領域に前記窪みが１つ以上含まれているこ
とを特徴とする請求項１から１５のいずれかの項に記載
の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１７】 前記量子井戸層はＡｓ、Ｐ、およびＳ
ｂのうちの少なくとも１種の元素を含んでいることを特
徴とする請求項１から１６のいずれかの項に記載の窒化
物半導体発光素子。 - 【請求項１８】 請求項１から１７のいずれかの項に記
載された窒化物半導体発光素子を含むことを特徴とする
光学装置または半導体発光装置。 - 【請求項１９】 窒化物半導体の基板表面または窒化物
半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体基板層
表面上に窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜を部
分的に形成してマスク基板とし、 前記マスク基板上に窒化物半導体下地層を成長させ、 前記窒化物半導体下地層上でｎ型層とｐ型層との間にお
いて量子井戸層または量子井戸層とこれに接する障壁層
を含む発光層を含む発光素子構造を成長させる工程を含
み、 前記発光素子構造を成長させたあとのその表面において
も前記成長抑制膜の上方において平坦化されていない窪
みが形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光
素子の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001038282A JP4936598B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 窒化物半導体発光素子とその製法 |
| US10/468,061 US6984841B2 (en) | 2001-02-15 | 2002-01-30 | Nitride semiconductor light emitting element and production thereof |
| PCT/JP2002/000734 WO2002065556A1 (fr) | 2001-02-15 | 2002-01-30 | Element de source lumineuse a semi-conducteur a base de nitrure et son procede de realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001038282A JP4936598B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 窒化物半導体発光素子とその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002246694A true JP2002246694A (ja) | 2002-08-30 |
| JP4936598B2 JP4936598B2 (ja) | 2012-05-23 |
Family
ID=18901289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001038282A Expired - Lifetime JP4936598B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 窒化物半導体発光素子とその製法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4936598B2 (ja) |
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- 2001-02-15 JP JP2001038282A patent/JP4936598B2/ja not_active Expired - Lifetime
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