JP2008273835A - Nitride semiconductor laser element, and method of manufacturing nitride semiconductor laser element - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor substrate appropriate for a nitride semiconductor laser element having reduced inner crystal defects and a relaxed stress. <P>SOLUTION: The nitride semiconductor substrate 10 containing a nitride semiconductor 22 comprises a dislocation concentrated region 24 of the following (1), and a low dislocation region of (2). In addition, the surface of the nitride semiconductor substrate 10 has an off-angle of within the range of 0.2°-1° from (0001) plane. (1) The dislocation concentrated region 24 has a V-shape by forming an inclined plane composed of facet planes 23 on both sides of a bottom which is a dense dislocation region of a stripe-state, becomes a stripe-state by growing the nitride while the inclined plane of the facet planes 23 is maintained so as to concentrate crystal defects, and further becomes various states. (2) The low dislocation region is a region except for the dislocation concentrated region 24. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されることによって構成される窒化物半導体レーザ素子とその製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor laser element configured by laminating a nitride semiconductor layer on a nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing the same.

Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎ等のIII族元素と、V族元素であるＮとの化合物で構成される窒化物III−V族半導体(以後、「ＧａＮ系半導体」と記す)は、そのバンド構造や化学的安定性から発光素子やパワーデバイスとして期待され、応用が試みられてきた。例えば、サファイア基板（Ａｌ₂Ｏ₃）やＳｉＣ基板上にＧａＮ系半導体を積層して青色レーザを発光する窒化物半導体レーザ素子を作製する試みが盛んに行われている。 A nitride III-V semiconductor (hereinafter referred to as “GaN-based semiconductor”) composed of a compound of a group III element such as Al, Ga, and In and a group V element N has a band structure, It has been expected to be used as a light emitting device or a power device because of its chemical stability, and its application has been attempted. For example, many attempts have been made to fabricate a nitride semiconductor laser element that emits a blue laser by laminating a GaN-based semiconductor on a sapphire substrate (Al ₂ O ₃ ) or SiC substrate.

しかしながら、サファイア基板、ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶薄膜を成長させるとＧａＮと基板材料との間の格子定数の違いから、転位などの多くの欠陥がエピタキシャル層に導入される。よって、高密度の電流を流す窒化物半導体レーザ素子の場合、欠陥が引き金になって格子構造が乱れ、欠陥が増殖するという恐れがある。又、窒化物半導体レーザ素子がサファイア基板上に構成される場合、寿命の点でも問題がある。それは、高密度の転位が窒化物半導体レーザ素子の寿命を制限していると考えられる。   However, when a GaN crystal thin film is grown on a sapphire substrate or SiC substrate, many defects such as dislocations are introduced into the epitaxial layer due to the difference in lattice constant between GaN and the substrate material. Therefore, in the case of a nitride semiconductor laser device that allows a high-density current to flow, there is a risk that the defects are triggered, the lattice structure is disturbed, and the defects proliferate. Further, when the nitride semiconductor laser element is formed on the sapphire substrate, there is a problem in terms of life. It is considered that high-density dislocations limit the lifetime of the nitride semiconductor laser device.

これらの点より、ＧａＮ系半導体デバイスに用いる基板は、ＧａＮ単結晶であることが理想的である。よって、基板と基板に積層される各層との間における格子定数の違いがなくなる。又、ＧａＮは劈開性があるからウエハをチップに切り出す工程が容易になる。更に、ＧａＮ結晶には導電性があり電極配置が単純化される。このような点で、基板にＧａＮ単結晶を用いることが最適である。   From these points, the substrate used for the GaN-based semiconductor device is ideally a GaN single crystal. Therefore, there is no difference in lattice constant between the substrate and each layer stacked on the substrate. Also, since GaN has a cleavage property, the process of cutting the wafer into chips is facilitated. Furthermore, the GaN crystal is conductive and simplifies electrode placement. In this respect, it is optimal to use a GaN single crystal for the substrate.

このようなＧａＮ単結晶によるＧａＮ基板を用いた、紫外から可視領域で発振する窒化物半導体レーザ素子が、非特許文献１で報告されている。この窒化物半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板上に周期的なストライプ状の開口部をもつＳｉＯ₂マスクパターンが形成され、この上に、ストライプ状導波路（リッジストライプ構造）を有する窒化物半導体の積層構造が形成されることにより、構成される。 Non-Patent Document 1 reports a nitride semiconductor laser element that oscillates in the ultraviolet to visible region, using such a GaN substrate of GaN single crystal. In this nitride semiconductor laser element, a SiO ₂ mask pattern having periodic stripe-shaped openings is formed on a GaN substrate, and a nitride semiconductor laminate having a stripe-shaped waveguide (ridge stripe structure) is formed thereon. It is constructed by forming a structure.

このＧａＮ基板の製造には、次の方法が用いられている。周期２０μｍ毎にストライプ状の開口部をもつＳｉＯ₂マスクパターンが形成された下地となる種結晶上に、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）により、１５μｍ厚のＧａＮ層を形成し、表面が平坦なウェハーを得た。これは、ＥＬＯＧ（Epitaxially Lateral Overgrown）と呼ばれる技術であり、ラテラル成長の利用により、欠陥を低減する手法である。さらに、通常のＨＶＰＥ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy）により２００μｍ厚のＧａＮ層を形成し、下地を除去することでＧａＮ基板が製造された。得られた半導体レーザの寿命特性は、６０℃において３０ｍＷの出力条件で、推定寿命１５０００時間となった。
ジャパニーズ=ジャーナル=オブ=アプライド=フィジックス３９号Ｌ６４７〜Ｌ６５０頁（Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39(2000) pp.L647-650） The following method is used for manufacturing this GaN substrate. A GaN layer having a thickness of 15 μm is formed by MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) on a seed crystal serving as a base on which a SiO ₂ mask pattern having stripe-shaped openings having a period of 20 μm is formed, and the surface is flat. A wafer was obtained. This is a technique called ELOG (Epitaxially Lateral Overgrown), which is a technique for reducing defects by utilizing lateral growth. Further, a GaN substrate having a thickness of 200 μm was formed by a normal HVPE method (Hydride Vapor Phase Epitaxy), and the base was removed to manufacture a GaN substrate. The lifetime characteristic of the obtained semiconductor laser was an estimated lifetime of 15000 hours under an output condition of 30 mW at 60 ° C.
Japanese = Journal = Of = Applied = Physics 39 No.L647-L650 (Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39 (2000) pp.L647-650)

しかしながら、上述の窒化物半導体レーザ素子では、ＧａＮ基板の製造方法が、３回の結晶成長（ＨＶＰＥ成長、ＭＯＣＶＤ下地成長、ＭＯＣＶＤレーザ構造成長）を必要としており、複雑で、生産性に問題があった。また、寿命特性もまだ十分でなく、さらに高温で高出力（例えば、７０℃ ６０ｍＷ）の条件での寿命特性が十分でなかった。又、製造時に歩留まりの低下につながる積層構造成長後の成長膜表面に現れるクラックによる歩留まりの低下を生じる場合がある。   However, in the above-described nitride semiconductor laser device, the GaN substrate manufacturing method requires three crystal growths (HVPE growth, MOCVD underlayer growth, and MOCVD laser structure growth), which is complicated and has a problem in productivity. It was. In addition, the life characteristics are not yet sufficient, and the life characteristics under the conditions of higher temperature and higher output (for example, 70 ° C. and 60 mW) are not sufficient. In addition, there is a case where the yield is lowered due to a crack appearing on the surface of the grown film after the growth of the laminated structure, which leads to a decrease in the yield during manufacturing.

これらの問題は、窒化物半導体レーザ素子内に存在する結晶欠陥（＝転位）が原因であり、この結晶欠陥は、通常、ＧａＮ基板において、約５×１０⁷ｃｍ^-2の結晶欠陥が基板表面に存在していることが確認されている。本結晶欠陥を曲げるあるいは消滅させる等の手段を用いれば、低欠陥密度の領域が得られることになり、課題となっている高出力の条件おける十分な素子寿命の確保が可能になる。又、ＧａＮ基板内あるいはＧａＮ基板上に形成された結晶成長層の中に構造的にひずみを緩和する機構を有していればクラックの生じる確率が低下し、クラックが原因となる歩留まりの低下が生じない。 These problems are caused by crystal defects (= dislocations) existing in the nitride semiconductor laser element. This crystal defect is usually about 5 × 10 ⁷ cm ^{−2 in} the GaN substrate. Has been confirmed to exist. If a means such as bending or eliminating the crystal defects is used, a region with a low defect density can be obtained, and a sufficient device life can be ensured under the high power condition which is a problem. In addition, if the crystal growth layer formed in the GaN substrate or on the GaN substrate has a mechanism to relieve strain structurally, the probability of cracking decreases, and the yield due to cracks decreases. Does not occur.

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、内部の結晶欠陥が低減されるとともに応力の緩和された窒化物半導体レーザ素子およびその簡便な製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser device in which internal crystal defects are reduced and stress is relaxed, and a simple manufacturing method thereof.

窒化物半導体レーザ素子は、以下の（Ａ１）の窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、その成長抑制膜が設けられた窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されるとともに、リッジストライプ部が、成長抑制膜の間に形成される窒化物半導体層の上方にある。
（Ａ１）基体を用いて形成される窒化物半導体を含む窒化物半導体基板で、
以下の（１）の転位集中領域、（２）の低転位領域、および（３）の高ルミネセンス
領域が含まれており、
（１）基体にストライプ状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスク
の直上をストライプ状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、その底の両側
を、成長方向に垂直な面以外の面であるファセット面から成る斜面をＶ字型に
して、成長を持続させることで、そのファセット面の斜面を維持させながら成
長させ、その斜面の下部に結晶欠陥を集中させてストライプ状で、かつ、基板 の上面から下面に至るまでで一連となりつつ、周囲の領域に対して区別される 境界となり、
さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態になっている転位集中領域
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させて
いる状態
（２）転位集中領域を除く領域である低転位領域
（３）低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長する
ことにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境
界となる高ルミネッセンス領域
窒化物半導体基板の表面は、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している窒化物半導体基板。 The nitride semiconductor laser device has a growth suppression film for suppressing the growth of nitride semiconductor crystals at the position of the dislocation concentration region on the surface of the nitride semiconductor substrate of (A1) below, and the growth suppression film is provided. A nitride semiconductor layer is stacked on the nitride semiconductor substrate thus formed, and a ridge stripe portion is above the nitride semiconductor layer formed between the growth suppression films.
(A1) a nitride semiconductor substrate including a nitride semiconductor formed using a substrate,
The following (1) dislocation concentration region, (2) low dislocation region, and (3) high luminescence region are included,
(1) A mask is formed by growing a base after forming a striped mask on the base.
The top of the bottom is a stripe-shaped high-density defect area and both sides of the bottom
A V-shaped slope consisting of facet surfaces other than the surface perpendicular to the growth direction
By maintaining the growth, the slope of the facet surface is maintained.
It becomes a boundary that distinguishes the surrounding area from the upper surface to the lower surface of the substrate in a striped manner by concentrating crystal defects at the bottom of the slope,
Furthermore, the dislocation concentration region in any of the following (a) to (c)
(A) Polycrystalline state
(B) In a single crystal state and inclined with respect to the surrounding low dislocation region
(C) Reversing the c-axis in the [0001] direction with respect to the surrounding low dislocation region
(2) Low dislocation region which is a region excluding the dislocation concentration region (3) Facet plane {0001} plane is exposed and grows at the center of the low dislocation concentration region
Boundary that can be distinguished from the surroundings by emitting light.
High luminescence region serving as a boundary A nitride semiconductor substrate in which the surface of the nitride semiconductor substrate has an off angle in the range of 0.2 ° to 1 ° from the (0001) plane.

また、窒化物半導体レーザ素子は、以下の（Ａ２）の窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、その成長抑制膜が設けられた窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されるとともに、リッジストライプ部が、成長抑制膜の間に形成される窒化物半導体層の上方にある。
（Ａ２）基体を用いて形成される窒化物半導体を含む窒化物半導体基板で、
以下の（４）の転位集中領域、（５）の低転位領域、および（６）の高ルミネセンス
領域が含まれており、
（４）基体にドット状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの直
上をピット状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、そのピットを取り巻き 、成長方向に垂直な面以外の面であるファセット面の成長を持続させること で、そのファセット面の斜面を維持させながら成長させ、その斜面の下部に結 晶欠陥を集中させてドット状で、かつ、基板の上面から下面に至るまでで一連 となりつつ、周囲の領域に対して区別される境界となり、
さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態になっている転位集中領域
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
（５）転位集中領域を除く領域である低転位領域
（６）低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長する
ことにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境
界となる高ルミネッセンス領域
窒化物半導体基板の表面は、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している窒化物半導体基板。 Further, the nitride semiconductor laser element has a growth suppression film that suppresses the growth of the nitride semiconductor crystal at the position of the dislocation concentration region on the surface of the nitride semiconductor substrate of (A2) below, and the growth suppression film A nitride semiconductor layer is stacked on the nitride semiconductor substrate provided with a ridge stripe portion above the nitride semiconductor layer formed between the growth suppression films.
(A2) a nitride semiconductor substrate including a nitride semiconductor formed using a base,
The following (4) dislocation concentration region, (5) low dislocation region, and (6) high luminescence region are included,
(4) After forming a dot-shaped mask on the substrate, the substrate is grown, so that
The top surface of the pit-like high-density defect area is the bottom, the pit is surrounded, and the growth of the facet surface, which is a surface other than the surface perpendicular to the growth direction, is maintained to maintain the slope of the facet surface. While growing, the crystal defects are concentrated at the lower part of the slope, forming a dot-like pattern that extends from the upper surface to the lower surface of the substrate, and becomes a boundary that distinguishes from the surrounding area.
Furthermore, the dislocation concentration region in any of the following (a) to (c)
(A) Polycrystalline state
(B) In a single crystal state and inclined with respect to the surrounding low dislocation region
(C) The c-axis in the [0001] direction is reversed with respect to the surrounding low dislocation region.
State (5) Low dislocation region which is a region excluding the dislocation concentration region (6) Facet plane {0001} plane appears and grows at the center of the low dislocation concentration region
Boundary that can be distinguished from the surroundings by emitting light.
High luminescence region serving as a boundary A nitride semiconductor substrate in which the surface of the nitride semiconductor substrate has an off angle in the range of 0.2 ° to 1 ° from the (0001) plane.

なお、ストライプ状の転位集中領域が、［１−１００］方向に略並行であると望ましい。また、ストライプ状の転位集中領域の幅が、１０μｍ〜４０μｍであると望ましい。また、窒化物半導体基板の表面にて、ストライプ状の転位集中領域を含む部分が窪んでいると望ましい。   In addition, it is desirable that the stripe-shaped dislocation concentration region is substantially parallel to the [1-100] direction. The width of the stripe-shaped dislocation concentration region is preferably 10 μm to 40 μm. Further, it is desirable that the portion including the stripe-shaped dislocation concentration region is depressed on the surface of the nitride semiconductor substrate.

なお、オフ角度が、０．４°〜０．８°であると望ましい。また、ドーピングされる材料が、酸素であると望ましい。その上、ドーピングされる酸素によって、窒化物半導体基板がｎ型の導電性を有すると望ましい。   Note that the off-angle is desirably 0.4 ° to 0.8 °. The material to be doped is preferably oxygen. In addition, it is desirable that the nitride semiconductor substrate has n-type conductivity due to the doped oxygen.

また、窒化物半導体基板には、転位集中領域が複数有り、転位集中領域間の間隔が、１００μｍ以上６００μｍ以下であると望ましい。   The nitride semiconductor substrate preferably has a plurality of dislocation concentration regions, and the distance between the dislocation concentration regions is preferably 100 μm or more and 600 μm or less.

また、窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、以下の（Ｂ１）の窒化物半導体基板の製造方法により製造される窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、その成長抑制膜が設けられた窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層させる工程と、リッジストライプ部を、成長抑制膜の間に形成される窒化物半導体層の上方に形成させる工程と、を含む。
（Ｂ１） 窒化物半導体基板の製造方法であって、
ＧａＡｓ、サファイア、ＳｉＣ、石英、ＮｄＧａＯ₃、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ 、ＺｎＢ₂、Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、またはＧａＰから成る基体上に、マスク を形成する工程と、
基体にストライプ状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの
直上をストライプ状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、その底の両側を、成
長方向に垂直な面以外の面であるファセット面から成る斜面をＶ字型して、成長を
持続させることで、そのファセット面の斜面を維持させながら成長させ、その斜面 の下部に結晶欠陥を集中させてストライプ状で、かつ、基板の上面から下面に至る までで一連となりつつ、周囲の領域に対して区別される境界とし、さらに、以下の （ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態となる転位集中領域を成長させる工程と、
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
窒化物半導体基板表面が、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度
を有するように研磨加工する工程と、
を有し、
低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境界となる高ルミネッセンス領域が形成されている窒化物半導体基板の製造方法。 Further, in the method for manufacturing a nitride semiconductor laser device, a nitride semiconductor crystal is grown at a position of a dislocation concentration region on the surface of the nitride semiconductor substrate manufactured by the following method for manufacturing a nitride semiconductor substrate (B1). A step of forming a growth suppression film for suppressing the growth, a step of laminating a nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor substrate provided with the growth suppression film, and a ridge stripe portion formed between the growth suppression films Forming above the nitride semiconductor layer.
(B1) A method of manufacturing a nitride semiconductor substrate,
Forming a mask on a substrate made of GaAs, sapphire, SiC, quartz, NdGaO ₃ , ZnO, GaN, AlN, ZnB ₂ , Si, spinel, MgO, or GaP;
After forming a striped mask on the substrate, the substrate is grown so that the stripe-shaped high-density defect region is directly above the mask, and both sides of the bottom are other than the surface perpendicular to the growth direction. By making the slope of the facet surface, which is the face of the surface, into a V shape and sustaining the growth, it is grown while maintaining the slope of the facet surface, and the crystal defects are concentrated in the lower part of the slope to form a stripe shape. In addition, a dislocation-concentrated region that grows from one of the following states (a) to (c) is formed as a boundary that distinguishes from the surrounding region while forming a series from the upper surface to the lower surface of the substrate. A process of
(A) Polycrystalline state
(B) In a single crystal state and inclined with respect to the surrounding low dislocation region
(C) The c-axis in the [0001] direction is reversed with respect to the surrounding low dislocation region.
A step of polishing so that the surface of the nitride semiconductor substrate has an off angle in the range of 0.2 ° to 1 ° from the (0001) plane;
Have
In the center of the low dislocation concentration region, there is formed a high luminescence region which is a stripe shape generated by the growth of the facet plane {0001} surface and becomes a boundary which is distinguished from the surrounding by emitting light. A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate.

また、窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、以下の（Ｂ２）の窒化物半導体基板の製造方法により製造される窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、その成長抑制膜が設けられた窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層させる工程と、リッジストライプ部を、成長抑制膜の間に形成される窒化物半導体層の上方に形成させる工程と、を含む。
（Ｂ２） 窒化物半導体基板の製造方法であって、
ＧａＡｓ、サファイア、ＳｉＣ、石英、ＮｄＧａＯ₃、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ 、ＺｎＢ₂、Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、またはＧａＰから成る基体上に、マスク を形成する工程と、
基体にドット状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの直上
をピット状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、そのピットを取り巻き、成長
方向に垂直な面以外の面であるファセット面の成長を持続させることで、そのファ
セット面の斜面を維持させながら成長させ、その斜面の下部に結晶欠陥を集中させ
てドット状で、かつ、基板の上面から下面に至るまでで一連となりつつ、周囲の領
域に対して区別される境界とし、さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態
となる転位集中領域を成長させる工程と、
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
窒化物半導体基板表面が、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度
を有するように研磨加工する工程と、
を有し、
低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境界となる高ルミネッセンス領域が形成されている窒化物半導体基板の製造方法。 The nitride semiconductor laser device is manufactured by growing a nitride semiconductor crystal at a position of a dislocation concentration region on the surface of the nitride semiconductor substrate manufactured by the nitride semiconductor substrate manufacturing method of (B2) below. A step of forming a growth suppression film for suppressing the growth, a step of laminating a nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor substrate provided with the growth suppression film, and a ridge stripe portion formed between the growth suppression films Forming above the nitride semiconductor layer.
(B2) A method of manufacturing a nitride semiconductor substrate,
Forming a mask on a substrate made of GaAs, sapphire, SiC, quartz, NdGaO ₃ , ZnO, GaN, AlN, ZnB ₂ , Si, spinel, MgO, or GaP;
After forming a dot-shaped mask on the substrate, the substrate is grown so that the pit-shaped high-density defect area is directly above the mask and the pits are surrounded by a surface other than the surface perpendicular to the growth direction. By maintaining the growth of the facet surface, it is grown while maintaining the slope of the facet surface, and crystal defects are concentrated at the bottom of the slope to form dots and from the top surface to the bottom surface of the substrate And a step of growing a dislocation-concentrated region that becomes a boundary that is distinguished from the surrounding region and that is in any of the following states (a) to (c):
(A) Polycrystalline state
(B) In a single crystal state and inclined with respect to the surrounding low dislocation region
(C) The c-axis in the [0001] direction is reversed with respect to the surrounding low dislocation region.
A step of polishing so that the surface of the nitride semiconductor substrate has an off angle in the range of 0.2 ° to 1 ° from the (0001) plane;
Have
In the center of the low dislocation concentration region, there is formed a high luminescence region which is a stripe shape generated by the growth of the facet plane {0001} surface and becomes a boundary which is distinguished from the surrounding by emitting light. A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate.

また、窒化物半導体基板の製造方法では、［１−１００］方向に対して略並行に、ストライプ状の転位集中領域を形成させていると望ましい。また、１０μｍ〜４０μｍの幅を有するストライプ状の転位集中領域を形成させていると望ましい。また、ストライプ状の転位集中領域を形成させるとともに、窒化物半導体基板の表面にて、ストライプ状の転位集中領域を含む部分を窪ませていると望ましい。   Further, in the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, it is desirable that stripe-like dislocation concentration regions are formed substantially parallel to the [1-100] direction. Further, it is desirable to form a stripe-shaped dislocation concentration region having a width of 10 μm to 40 μm. Further, it is desirable that a stripe-shaped dislocation concentration region is formed and a portion including the stripe-like dislocation concentration region is recessed on the surface of the nitride semiconductor substrate.

また、窒化物半導体基板の製造方法では、オフ角度を、０．４°〜０．８°としていると望ましい。また、酸素をドーピングしていると望ましい。その上、酸素をドーピングすることによって、ｎ型の導電性を生じさせていると望ましい。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, it is desirable that the off angle is 0.4 ° to 0.8 °. Further, it is desirable to dope oxygen. In addition, it is desirable to produce n-type conductivity by doping oxygen.

また、窒化物半導体基板の製造方法では、転位集中領域を複数形成するとともに、転位集中領域間の間隔を、１００μｍ以上６００μｍ以下としていると望ましい。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, it is preferable that a plurality of dislocation concentrated regions are formed and the distance between the dislocation concentrated regions is 100 μm or more and 600 μm or less.

本発明によれば、内部の結晶欠陥が低減されるとともに応力の緩和された窒化物半導体レーザ素子およびその簡便な製造方法を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a nitride semiconductor laser device in which internal crystal defects are reduced and stress is relaxed, and a simple manufacturing method thereof.

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して、説明する。尚、本明細書における窒化物半導体基板（ＧａＮ基板）に積層された窒化物半導体層とは、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で構成された層である。窒化物半導体層は、この窒化物半導体層を構成している窒素元素の約１０％以下（但し、六方晶系であること）が、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくとも何れかの元素で置換されても構わない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification, the nitride semiconductor layer stacked on the nitride semiconductor substrate (GaN substrate) means at least Al _x Ga _y In _z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦). 1, x + y + z = 1). In the nitride semiconductor layer, about 10% or less of the nitrogen element constituting the nitride semiconductor layer (provided that the nitride semiconductor layer is hexagonal) is at least one element of the element group of As, P, and Sb. May be substituted with.

又、窒化物半導体層は、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、及びＢｅの不純物群のうち、少なくとも何れかの不純物が添加されても構わない。その不純物の総添加量は５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上５×１０²⁰ｃｍ^-3以下が好ましい。窒化物半導体層がｎ型導電性を有するための不純物は、不純物群のうち、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅの何れかが特に好ましく、ｐ型導電性を有するための不純物はＭｇ、Ｃｄ、Ｂｅの何れかが特に好ましい。 The nitride semiconductor layer may be doped with at least one of the impurity groups of Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg, and Be. The total amount of impurities added is preferably 5 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or more and 5 × 10 ²⁰ cm ⁻³ or less. The impurity for causing the nitride semiconductor layer to have n-type conductivity is particularly preferably Si, Ge, S, or Se among the impurity group, and the impurity for having p-type conductivity is Mg, Cd, or Be. Is particularly preferred.

又、本明細書における活性層とは、井戸層もしくは井戸層と障壁層から構成された層の総称を指すものとする。例えば、単一量子井戸構造の活性層は、１つの井戸層のみから構成されるか、もしくは、障壁層／井戸層／障壁層から構成される。また、多重量子井戸構造の活性層は複数の井戸層と複数の障壁層から構成される。   Moreover, the active layer in this specification refers to the generic name of the layer comprised from the well layer or the well layer, and the barrier layer. For example, an active layer having a single quantum well structure is composed of only one well layer, or is composed of a barrier layer / well layer / barrier layer. The active layer having a multiple quantum well structure includes a plurality of well layers and a plurality of barrier layers.

ＧａＮは六方晶系（hexagonal）であるから軸方向や面方位を表すには４つの指数を使う表記方法を採用する。ａ軸、ｂ軸は１２０度をなし、長さは等しい（ａ＝ｂ）これらに直交するｃ軸は特異な軸でありａ軸と等しくない（ｃ≠ａ）。ａ軸とｂ軸だけではａｂ面の方向を表す際に対称性がなくなるのでもう一つの軸を想定する。これを仮にｄ軸とする。尚、ａ、ｂ、ｄ軸は、ａ、ｂ軸だけで充分に方位を指定できるが対称性を損なわないようにもう一つ余分のｄ軸を導入したのであるからこれらは互いに独立でない。   Since GaN is hexagonal, a notation using four indices is used to represent the axial direction and plane orientation. The a-axis and b-axis are 120 degrees, and the lengths are equal (a = b). The c-axis orthogonal to these is a singular axis and not equal to the a-axis (c ≠ a). Since only the a-axis and the b-axis have no symmetry in expressing the direction of the ab plane, another axis is assumed. Let this be the d-axis. Note that the a, b, and d axes can be sufficiently specified with only the a and b axes, but since an extra d axis is introduced so as not to impair symmetry, they are not independent of each other.

一つの平行面群を４つの指数（ｋｌｍｎ）で表現したとすると、これは原点から数えて１枚目の面がａ軸、ｂ軸、ｄ軸、ｃ軸を切る点の原点からの距離がａ／ｋ、ｂ／ｌ、ｄ／ｍ、ｃ／ｎであるということである。これは他の晶系の場合と同じ定義である。ただしａ、ｂ、ｄ軸は平面内に含まれる冗長な座標であるから、ｋ、ｌ、ｍは独立でなく、常にｋ＋ｌ＋ｍ＝０である。ｃ軸に関しては立方晶等の場合と同じである。同等な平行面がｃ軸単位長さにｎ枚あるときｃ方向の指数がｎとなる。だから４つの指数のうち前３つについては回転対称性があるが、ｃ軸の指数は独立である。   If one parallel plane group is expressed by four indices (klmn), this means that the distance from the origin at the point where the first plane is cut from the a-axis, b-axis, d-axis, and c-axis when counted from the origin. a / k, b / l, d / m, c / n. This is the same definition as in other crystal systems. However, since the a, b, and d axes are redundant coordinates included in the plane, k, l, and m are not independent and are always k + 1 + m = 0. The c-axis is the same as in the case of cubic crystals. When there are n equivalent parallel surfaces in the c-axis unit length, the index in the c direction is n. So the previous three of the four indices have rotational symmetry, but the c-axis indices are independent.

個々の面方位は（…）で表現する。集合的な面方位は｛…｝によって表現する。集合的なというのはある面方位をその晶系が許す全ての対称操作によって到達できる全ての面方位の集合を意味する。結晶方位も同じ指数によって表現する。結晶方位はそれに垂直な面の指数と同じ指数をつかう。個別の方位は［…］であらわす。集合方位は＜…＞で表現する。これらは結晶学の常識であるが混乱を避けるため説明した。マイナスの指数は数字の上に横線を引いて示すのが直観的に分かりやすくて結晶学の決まりでもある。しかし数字の上に横線を引く事ができないので、ここでは数字の前に−をつけて負数を示す。   Each plane orientation is represented by (...). The collective plane orientation is represented by {...}. Collective means a set of all plane orientations that can be reached by all symmetry operations that the crystal system allows a plane orientation. The crystal orientation is also expressed by the same index. The crystal orientation uses the same index as the index of the plane perpendicular to it. The individual direction is represented by [...]. The set direction is expressed by <...>. These are common sense of crystallography, but explained to avoid confusion. The negative index is indicated by a horizontal line above the number, which is intuitive and easy to understand. However, since a horizontal line cannot be drawn on the number, a negative number is indicated by adding a minus sign before the number.

＜ＧａＮ基板の作製方法＞
まず、窒化物半導体レーザ素子を作製するために、その表面に窒化物半導体層を形成するＧａＮ基板の作製方法について、図１を参照して説明する。図１は、ｎ型ＧａＮ基板の製造過程を示す図である。 <Method for producing GaN substrate>
First, a method for manufacturing a GaN substrate in which a nitride semiconductor layer is formed on the surface of a nitride semiconductor laser device for manufacturing the nitride semiconductor laser device will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of an n-type GaN substrate.

このｎ型ＧａＮ基板を製造する際の結晶成長において、ファセット面からなる斜面を有して成長する。尚、ファセット面というのは成長方向に垂直な面（成長面）以外の面をいう。このファセット面となる斜面を維持して成長することで、転位を成長方向に対して伝播させて所定の位置に集合させることができる。このファセット面の成長した領域は、結晶欠陥（＝転位）の移動により低転位領域となる。又、ファセット面となる斜面の下部には、明確な境界を持った高密度の欠陥領域を有した成長が成される。そして、転位が、この高密度の欠陥領域（後述する「転位集中領域」に相当する）の境界或いはその内部に集合するため、この高密度の欠陥領域内で消滅或いは蓄積する。   In the crystal growth when manufacturing this n-type GaN substrate, it grows with an inclined surface composed of a facet plane. The facet plane means a plane other than a plane (growth plane) perpendicular to the growth direction. By maintaining the inclined surface that serves as the facet surface, the dislocations can be propagated in the growth direction and gathered at a predetermined position. The region where the facet plane has grown becomes a low dislocation region due to the movement of crystal defects (= dislocations). In addition, a growth having a high-density defect region having a clear boundary is formed at the lower part of the slope serving as the facet surface. Since dislocations gather at the boundary of the high-density defect region (corresponding to a “dislocation concentration region” described later) or inside thereof, the dislocation disappears or accumulates in the high-density defect region.

このとき、この高密度の欠陥領域の形状によって、ファセット面の形状も異なる。高密度の欠陥領域がドット状となる場合、ファセット面が高密度の欠陥領域を取り巻くように形成され、ファセット面から成るピットが形成される。又、高密度の欠陥領域がストライプ状となる場合、この高密度の欠陥領域のストライプとなる部分を底となるようにして、高密度の欠陥領域の両側にファセット面の斜面を形成してＶ字型となる。   At this time, the shape of the facet surface varies depending on the shape of the high-density defect region. When the high-density defect area has a dot shape, the facet surface is formed so as to surround the high-density defect area, and a pit composed of the facet surface is formed. Further, when the high-density defect region is in a stripe shape, the slopes of facet surfaces are formed on both sides of the high-density defect region with the stripe portion of the high-density defect region at the bottom. It becomes a letter shape.

この高密度の欠陥領域を形成するためには、下地基板となる支持基体上に、高密度の欠陥領域を形成する場所に、非晶質又は多結晶の層である転位形成用の種を予め形成しておく必要がある。このように転位形成用の種が表面上に形成された支持基体にＧａＮを成長させることによって、この転位形成用の種の直上の領域に、高密度の欠陥領域が形成される。そして、この高密度の欠陥領域を有してＧａＮ層を成長させることにより、ファセット面を埋め込むこと無く、ファセット面を維持して成長を進行させることができる。   In order to form this high-density defect region, a seed for dislocation formation, which is an amorphous or polycrystalline layer, is preliminarily formed on a support base serving as a base substrate in a place where the high-density defect region is to be formed. It is necessary to form. By growing GaN on the support substrate on which the dislocation-forming species are formed on the surface in this way, a high-density defect region is formed in a region immediately above the dislocation-forming species. Then, by growing the GaN layer having this high-density defect region, it is possible to advance the growth while maintaining the facet surface without embedding the facet surface.

即ち、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）法により、支持基体２１上にｎ型ＧａＮ層２２を成長させるとき、ファセット面｛１１−２２｝面２３が成長中の表面に主として表出するように成長する。その結果、図１（ａ）のように、表面の断面図形は鋸歯状の凹凸形状となる。ただし、凸部の頂点付近には、わずかに、｛０００１｝面２６が表出した部分がストライプ状に生成される。   That is, when the n-type GaN layer 22 is grown on the support substrate 21 by the hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method, the growth is performed so that the facet surface {11-22} surface 23 is mainly exposed on the growing surface. To do. As a result, as shown in FIG. 1 (a), the cross-sectional pattern of the surface becomes a serrated uneven shape. However, a portion where the {0001} surface 26 is exposed is slightly formed in the vicinity of the apex of the convex portion.

ここで、ＨＶＰＥ法というのは、ホットウォール型の反応炉の上流部にＧａボートを設け、加熱したＧａ融液にＨＣｌガスを吹き込むようにし、反応炉の下流部にＧａＮ層２２を成長させるための基体２１を設けて、ＮＨ₃を吹き込むようにしておく。そして、加熱したＧａメタル（融液）にＨＣｌを吹きこんでＧａＣｌを合成し、下方へ送り、下方でＮＨ₃と反応させＧａＮを合成しＧａＮが基板に堆積するようにしたものである。 Here, the HVPE method is to provide a Ga boat in the upstream part of the hot wall type reactor and to inject HCl gas into the heated Ga melt to grow the GaN layer 22 in the downstream part of the reactor. The base 21 is provided, and NH ₃ is blown in advance. Then, HCl is blown into the heated Ga metal (melt) to synthesize GaCl, which is then sent downward, reacted with NH ₃ below to synthesize GaN, and GaN is deposited on the substrate.

又、基体２１としては２インチ（１１１）ＧａＡｓウェハを用いた。凹凸はピッチＰ＝４００μｍの周期構造であり、図面奥行き方向に畝状に伸びている形状となっている。このＧａＡｓウェハは、ＧａＮを成長させて、後述するｎ型ＧａＮ層２２のインゴットを作製した後に除去する際に、容易に除去できるため、サファイアウェハなどに比べて適している。このように、凹凸の位置を規定するためには、基体２１上にあらかじめ上記凹部に対応した開口を持つＳｉＯ₂のマスク（開口部が上述の「転位形成用の種」に相当する）を形成しておき、ファセット面が表出する状態で、結晶成長を行えば良い。 The base 21 was a 2 inch (111) GaAs wafer. The unevenness has a periodic structure with a pitch P = 400 μm, and has a shape extending like a bowl in the depth direction of the drawing. This GaAs wafer is more suitable than a sapphire wafer or the like because it can be easily removed when GaN is grown and then removed after producing an ingot of an n-type GaN layer 22 described later. Thus, in order to define the position of the unevenness, a SiO ₂ mask having an opening corresponding to the recess is formed on the base 21 in advance (the opening corresponds to the above-mentioned “dislocation formation seed”). In addition, crystal growth may be performed with the facet surface exposed.

つまり、マスクの開口部は、ＧａＮ結晶の［１−１００］方向に平行になるように、ピッチＰ＝４００μｍでストライプ状配置されており、そのマスクの形状は、連続したストライプ状としたり、あるいは個々のドット状として列上に並ぶような配置にしても良い。以降、本例では、間隔が４００μｍでストライプ状の形状を形成することによりＧａＮ基板を作製した例ついて記述するが、開口部の間隔は４００μｍに限る必要は無い。望ましくはこの間隔は１００μｍ以上がよく、更に望ましくは２００μｍ以上、６００μｍ以下がよい。   That is, the openings of the mask are arranged in stripes at a pitch P = 400 μm so as to be parallel to the [1-100] direction of the GaN crystal, and the shape of the mask is a continuous stripe, or The arrangement may be such that individual dots are arranged on the line. Hereinafter, in this example, an example in which a GaN substrate is manufactured by forming a stripe shape with an interval of 400 μm will be described, but the interval between the openings need not be limited to 400 μm. Desirably, this interval is 100 μm or more, and more desirably 200 μm or more and 600 μm or less.

ファセット面｛１１−２２｝面２３が表出した状態で、結晶成長を持続させる手法（成長条件）に付いては、本出願人が先に出願した特開２００１−１０２３０７号公報に詳細に開示している。なお、成長時に酸素をドーピングすることで、成長する結晶をｎ型とする。   A method (growth condition) for sustaining crystal growth with the facet surface {11-22} surface 23 exposed is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-102307 filed earlier by the present applicant. is doing. Note that the crystal to grow is made n-type by doping oxygen during growth.

このように、ファセット面｛１１−２２｝面２３が表出した状態で結晶成長を持続させ、さらにＧａＮ結晶の形成を続けることで、図１（ｂ）のように、基体２１上に高さ３０ｍｍのｎ型ＧａＮ層２２によるインゴットが作製される。このとき、その表面上に、種となるマスクの形状に応じたファセット面が形成される。即ち、マスクがドット状のパターンとなる場合は、ファセット面からなるピットが規則正しく形成され、又、マスクがストライプ状のパターンとなる場合は、Ｖ字型のファセット面が形成される。   In this way, the crystal growth is continued in a state where the facet surface {11-22} surface 23 is exposed, and further, the formation of the GaN crystal is continued, so that the height on the substrate 21 is increased as shown in FIG. An ingot with a 30 mm n-type GaN layer 22 is produced. At this time, a facet surface corresponding to the shape of the seed mask is formed on the surface. That is, when the mask has a dot-like pattern, pits composed of facet surfaces are regularly formed. When the mask has a stripe-like pattern, a V-shaped facet surface is formed.

このｎ型ＧａＮ層２２によるインゴットを、スライサーによりスライス切断加工して薄片（ｎ型ＧａＮ基板）を得る。更に、この薄片を研磨加工して、図１（ｃ）の断面図及び図１（ｄ）の上面図で表されるような、表面が平坦な２インチ径、厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＮ基板１０が得られる。その後、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面を研削、研磨を施すことによって、表面を平坦化して、使用可能な状態とすることができる。即ち、このｎ型ＧａＮ基板１０において、エピタキシャル成長を行うための表面を鏡面研磨仕上げとする。   The ingot made of the n-type GaN layer 22 is sliced and cut by a slicer to obtain a thin piece (n-type GaN substrate). Further, this thin piece is polished, and the n-type GaN substrate having a flat surface with a diameter of 2 inches and a thickness of 350 μm as shown in the sectional view of FIG. 1C and the top view of FIG. 10 is obtained. Thereafter, by grinding and polishing the surface of the n-type GaN substrate 10, the surface can be flattened to be usable. That is, in this n-type GaN substrate 10, the surface for epitaxial growth is mirror-polished.

尚、この表面は、ほぼ（０００１）面としたが、上にエピタキシャル成長される窒化物半導体層のモフォロジーが平坦で良好になるためには、（０００１）面から任意の方向に０．２〜１°の範囲で、オフ角度を有していることが望ましく、特に表面の平坦性が最小になるようにするためには、０．４〜０．８°の範囲とすることが好ましい。   Although this surface is almost (0001) plane, in order for the morphology of the nitride semiconductor layer epitaxially grown thereon to be flat and good, 0.2-1 in any direction from the (0001) plane. It is desirable to have an off-angle in the range of °, and in order to minimize the flatness of the surface in particular, the range of 0.4 to 0.8 ° is preferable.

このようにして構成されるｎ型ＧａＮ基板１０の表面を顕微鏡で詳細に観察した。研磨加工された表面は必ずしも平坦でなく、凹凸が生じている。即ち、図１における結晶成長時に凹部の最底部が生じていた領域２４に対応する領域がやや窪んでいる。   The surface of the n-type GaN substrate 10 thus configured was observed in detail with a microscope. The polished surface is not necessarily flat and has irregularities. That is, the region corresponding to the region 24 where the bottom of the concave portion was generated during crystal growth in FIG. 1 is slightly depressed.

又、硫酸、燐酸の混酸を２５０℃に加熱した液にサンプルとなるｎ型ＧａＮ基板１０を浸しエッチングを行って、ファセット面が集合するエッチピットが表面にでるようにした。その結果、領域２４に対応する領域に多数のエッチピットが現れるため、この領域に転位が極めて集中していることが判明した。この上記した領域２４は、転位が極めて集中しているために、研磨工程で他の部分よりも侵食されやすく、窪みが生じて生成されたものと考えられる。   Further, the n-type GaN substrate 10 as a sample was immersed in a solution obtained by heating a mixed acid of sulfuric acid and phosphoric acid to 250 ° C., and etching was performed so that etch pits where facet surfaces gathered appeared on the surface. As a result, many etch pits appeared in the region corresponding to the region 24, and it was found that dislocations were extremely concentrated in this region. Since the above-described region 24 is highly concentrated in dislocations, it is considered that the region 24 is more easily eroded than other portions in the polishing process, and is generated by forming a recess.

この窪みの生じた領域２４の幅は約１０〜４０μｍであった。この領域２４以外の領域は、ＥＰＤ（エッチピット密度）１０⁴〜１０⁵ｃｍ^-2台の低転位領域となっており、又、領域２４のＥＰＤは、これよりも３桁以上大きくなる。このように、窪みの生じる領域２４は、周囲に比べて数桁も結晶欠陥密度（＝転位密度）が大きくなっている部分で、上述の高密度の欠陥領域に相当する領域であるため、本明細書では、以後「転位集中領域」と呼称する。 The width | variety of the area | region 24 where this hollow was produced was about 10-40 micrometers. The region other than the region 24 is a low dislocation region of EPD (etch pit density) of 10 ⁴ to 10 ⁵ cm ^−2, and the EPD of the region 24 is three orders of magnitude larger than this. As described above, the region 24 where the dent is generated is a portion where the crystal defect density (= dislocation density) is several orders of magnitude larger than the surroundings, and is a region corresponding to the above-described high-density defect region. In the specification, it is hereinafter referred to as “dislocation concentration region”.

この転位集中領域２４は基板上の他の領域と異なり、極性が反転している場合があった。即ち、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面位置において、転位集中領域２４以外の面はＧａ（ガリウム）が露出する面方位であり、転位集中領域２４の面はＮ（窒素）が露出する面方位である場合があった。又、この転位集中領域２４は、このような状態を含めていくつかの状態がある。即ち、例えば、多結晶からなる場合、単結晶であるが周囲の低欠陥領域に対して微かに傾斜している場合、又、上述のような周囲の低欠陥領域に対して［０００１］方向のｃ軸が反転している場合などがある。このような転位集中領域２４は、明確な境界を有して、周囲の領域と区別される。   Unlike the other regions on the substrate, the dislocation concentration region 24 sometimes has a reversed polarity. That is, at the surface position of the n-type GaN substrate 10, the surface other than the dislocation concentrated region 24 has a plane orientation from which Ga (gallium) is exposed, and the surface of the dislocation concentrated region 24 has a surface orientation from which N (nitrogen) is exposed. There was a case. The dislocation concentration region 24 has several states including such a state. That is, for example, when it is made of polycrystal, it is a single crystal but is slightly inclined with respect to the surrounding low defect region, or in the [0001] direction with respect to the surrounding low defect region as described above There are cases where the c-axis is inverted. Such a dislocation concentration region 24 has a clear boundary and is distinguished from the surrounding region.

また、サンプルとなるｎ型ＧａＮ基板１０に対して紫外線（Ｈｇランプ３６５ｎｍ輝線を用いることができる）を照射して、表面からのルミネッセンスを顕微鏡を用いて蛍光顕微鏡観察を行った。その結果、転位集中領域２４に挟まれた低転位領域の中央に、比較的はっきりと境界をもった、周囲とコントラストが異なるストライプ状の領域が観察される。この領域は、周囲よりも肉眼で観察される発光（ルミネッセンス）が強く、やや黄色がかった発光が明るく観察される領域である。   Further, the n-type GaN substrate 10 as a sample was irradiated with ultraviolet rays (a Hg lamp 365 nm emission line can be used), and luminescence from the surface was observed with a fluorescence microscope using a microscope. As a result, a stripe-like region having a relatively distinct boundary and having a contrast different from the surroundings is observed at the center of the low dislocation region sandwiched between the dislocation concentration regions 24. This region is a region where light emission (luminescence) observed with the naked eye is stronger than the surroundings, and light emission slightly yellowish is observed brightly.

この観察された発光の明るい領域２５は、結晶成長時に｛０００１｝面が表出しつつ成長していた部分である。このように周囲と異なって観察されるのは、ドーパントの取りこまれが周囲と異なるなどの理由が考えられる。よって、以下、この領域２５を「高ルミネッセンス領域」と呼称する。又、結晶成長時に、｛０００１｝面が表出しつつ成長した部分は必ずしも同一の幅をもって均一に進行するものではないために、高ルミネッセンス領域２５の幅は、やや揺らぎを持っているものの、０μｍから３０μｍの程度であった。   The observed bright region 25 of light emission is a portion where the {0001} plane has been exposed during crystal growth. The reason for being observed differently from the surroundings as described above may be the reason that the incorporation of the dopant is different from the surroundings. Therefore, hereinafter, this region 25 is referred to as a “high luminescence region”. Further, during crystal growth, the portion where the {0001} plane has been exposed does not necessarily proceed uniformly with the same width, and thus the width of the high luminescence region 25 is slightly fluctuated but 0 μm. To about 30 μm.

このようなｎ型ＧａＮ基板１０の形成のための結晶成長方法は、ＨＶＰＥ法以外の気相成長によってもよく、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition）、ＭＯＶＰＥ法（Metalorganic Chloride Vapor PhaseEpitaxy）、昇華法などを用いても実施することができる。   The crystal growth method for forming such an n-type GaN substrate 10 may be vapor phase growth other than the HVPE method, such as MOCVD method (Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition), MOVPE method (Metalorganic Chloride Vapor Phase Epitaxy), and sublimation method. Etc. can also be carried out.

又、ｎ型ＧａＮ基板１０の形成のための成長に用いる基体２１としては、ＧａＡｓの他にも、軸廻りに六回対称性あるいは三回対称性がある単結晶基板を用いることができる。つまり結晶系としては六方晶系又は立方晶系（Cubic symmetry）の単結晶である。立方晶系の場合（１１１）面を使えば三回対称性がある。サファイア、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂、ＮｄＧａＯ₃、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｒＢ₂などの六方晶系の単結晶を用いることができる。Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、ＧａＰなどの立方晶系の（１１１）面基板を用いることもできる。これらはＧａＮを（０００１）面で成長させるものである。 As the substrate 21 used for the growth for forming the n-type GaN substrate 10, a single crystal substrate having six-fold symmetry or three-fold symmetry around the axis can be used in addition to GaAs. That is, the crystal system is a hexagonal or cubic (Cubic symmetry) single crystal. In the case of the cubic system, there is a three-fold symmetry if the (111) plane is used. A hexagonal single crystal such as sapphire, SiC, SiO ₂ , NdGaO ₃ , ZnO, GaN, AlN, or ZrB ₂ can be used. A cubic (111) plane substrate such as Si, spinel, MgO, or GaP can also be used. These grow GaN on the (0001) plane.

更に、ｎ型ＧａＮ基板１０の形成のためのマスクの設け方も２種類ある。一つは基体２１の上に直接にマスクを形成する手法である。この場合エピ層に先立ち窓の内部の基板露出面にＧａＮバッファ層を堆積する等の工夫が必要になる。もう一つは基体２１の上に予め薄くＧａＮ層を形成しておいて、その上にマスクを形成する手法である。後者の方が成長がスムーズに進行し、より好ましい場合が多い。   Further, there are two ways of providing a mask for forming the n-type GaN substrate 10. One is a method of forming a mask directly on the substrate 21. In this case, it is necessary to devise such as depositing a GaN buffer layer on the exposed surface of the substrate inside the window prior to the epi layer. The other is a method in which a thin GaN layer is formed in advance on the substrate 21 and a mask is formed thereon. The latter is more preferable because the growth proceeds smoothly.

＜第１の実施形態＞
上述のようにして形成され、転位集中領域及び高ルミネッセンス領域を有するｎ型ＧａＮ基板を用いて製作される窒化物半導体レーザ素子の第１の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。図２は、本発明の窒化物半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。尚、図２において、高ルミネッセンス領域は省略している。 <First Embodiment>
A first embodiment of a nitride semiconductor laser device formed as described above and manufactured using an n-type GaN substrate having a dislocation concentration region and a high luminescence region will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the nitride semiconductor laser device of the present invention. In FIG. 2, the high luminescence region is omitted.

１．成長抑制膜の形成
まず、このｎ型ＧａＮ基板１０の表面上に、図２のような成長抑制膜１３が形成される。この成長抑制膜１３は、ｎ型ＧａＮ基板１０表面において、転移集中領域１１（図２の転移集中領域２４に相当する）を被覆するように形成される。この成長抑制膜１３は、ｎ型ＧａＮ基板１０に窒化物半導体層を積層して窒化物半導体レーザ装置を構成する際、ｎ型ＧａＮ基板１０上の成長膜内に転位が引き継がれるのを防ぐ役割を行う。よって、成長抑制膜１３については、この成長抑制膜１３から通常の窒化物半導体のエピタキシャル成長が困難となる材料が用いられる。本実施形態では、成長抑制膜１３の材料として、ＳｉＯ₂（酸化シリコン）を用いた。 1. Formation of Growth Suppression Film First, the growth suppression film 13 as shown in FIG. 2 is formed on the surface of the n-type GaN substrate 10. The growth suppression film 13 is formed on the surface of the n-type GaN substrate 10 so as to cover the transition concentration region 11 (corresponding to the transition concentration region 24 in FIG. 2). The growth suppression film 13 serves to prevent dislocations from being taken over in the growth film on the n-type GaN substrate 10 when a nitride semiconductor laser device is formed by laminating a nitride semiconductor layer on the n-type GaN substrate 10. I do. Therefore, a material that makes it difficult to epitaxially grow a normal nitride semiconductor from the growth suppression film 13 is used for the growth suppression film 13. In the present embodiment, SiO ₂ (silicon oxide) is used as the material of the growth suppression film 13.

ｎ型ＧａＮ基板１０を電子ビーム蒸着装置内に設置し、内部の圧力が所定の真空度に達した後、ＳｉＯ₂を０．２μｍの厚さになるように制御して、ＳｉＯ₂膜をｎ型ＧａＮ基板１０の表面に形成する。その後、蒸着したＳｉＯ₂膜を簡便なフォトリソグラフィを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１０表面の転位集中領域１１のみを被覆するようにエッチングを行うことによって、成長抑制膜１３を形成する。転位集中領域１１の幅は４０μｍ以下であるため、被覆する成長抑制膜１３の幅を５０μｍとした。このようにすることで、低転位領域１２からＧａＮ結晶が成長を行う。 The n-type GaN substrate 10 was placed in an electron beam evaporator, after the internal pressure has reached a predetermined degree of vacuum, is controlled such that the SiO ₂ to a thickness of 0.2 [mu] m, the SiO ₂ film n It is formed on the surface of the type GaN substrate 10. Thereafter, the deposited SiO ₂ film is etched using simple photolithography so as to cover only the dislocation concentrated region 11 on the surface of the n-type GaN substrate 10, thereby forming the growth suppressing film 13. Since the width of the dislocation concentration region 11 is 40 μm or less, the width of the growth suppressing film 13 to be coated is set to 50 μm. By doing so, the GaN crystal grows from the low dislocation region 12.

尚、本実施形態では成長抑制膜１３としてＳｉＯ₂を用いたが、同様にＳｉ₃Ｎ₄等のシリコン化合物や、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）などの金属を用いても構わない。又、被覆する成長抑制膜１３の膜厚を０．２μｍとしたが、０．０５μｍ〜１μｍ程度であれば十分効果が得られる。又、被覆する成長抑制膜１３の幅を５０μｍとしたが、転位集中領域１１を被覆し、低転位領域１２に通常の窒化物半導体のエピタキシャル成長が行われるための幅を有していれば更に広くても構わない。 In the present embodiment, SiO ₂ is used as the growth suppression film 13, but similarly, a silicon compound such as Si ₃ N ₄ or a metal such as tungsten (W) or titanium (Ti) may be used. Moreover, although the film thickness of the growth suppressing film 13 to be coated is 0.2 μm, a sufficient effect can be obtained if it is about 0.05 μm to 1 μm. Further, the width of the growth suppressing film 13 to be coated is 50 μm, but it is wider if the dislocation concentration region 11 is covered and the low dislocation region 12 has a width for performing normal epitaxial semiconductor epitaxial growth. It doesn't matter.

２．窒化物半導体層のエピタキシャル成長
ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１０に、Ｖ族原料のＮＨ₃とIII族原料のＴＭＧａ（トリメチルガリウム）又はＴＥＧａ（トリエチルガリウム）と、ドーパント原料としてのＳｉＨ₄を使用し、水素あるいは窒素を原料キャリアガスとして用い、基板温度１０５０℃で、膜厚３μｍのｎ型ＧａＮ層１０１を形成する。ついで、８００℃の基板温度で、上記原料にＩＩＩ族原料としてのＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）を加え、ｎ型Ｉｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラック防止層１０２を４０ｎｍ形成する。 2. Epitaxial growth of nitride semiconductor layer Using an MOCVD apparatus, NH _{3 as a} group V material, TMGa (trimethyl gallium) or TEGa (triethyl gallium) as a group III material, and SiH ₄ as a dopant material are deposited on an n-type GaN substrate 10. The n-type GaN layer 101 having a film thickness of 3 μm is formed at a substrate temperature of 1050 ° C. using hydrogen or nitrogen as a source carrier gas. Next, TMIn (trimethylindium) as a group III material is added to the above material at a substrate temperature of 800 ° C. to form an n-type In _0.07 Ga _0.93 N crack preventing layer 102 of 40 nm.

次に、基板温度が１０５０℃に昇温し、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）のIII族原料を用い、１．２μｍ厚のｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０３を形成する。上記ｎ型不純物としてＳｉが５×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3になるようにドーパント原料を調整した。続いてｎ型ＧａＮ光ガイド層１０４（Ｓｉ不純物濃度１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3）を０．１μｍの膜厚になるように形成する。 Next, the substrate temperature is raised to 1050 ° C., and a 1.2 μm thick n-type Al _0.1 Ga _0.9 N cladding layer 103 is formed using a group III material of TMAl (trimethylaluminum) or TEAl (triethylaluminum). The dopant raw material was adjusted so that Si would be 5 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ to 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ as the n-type impurity. Subsequently, an n-type GaN light guide layer 104 (Si impurity concentration 1 × 10 ¹⁶ to 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ ) is formed to a thickness of 0.1 μm.

その後、基板温度を７５０℃まで降温し、３周期の、膜厚４ｎｍのＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ井戸層と膜厚８ｎｍのＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層から構成された活性層（多重量子井戸構造）１０５を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で形成する。その際、障壁層の形成時のみ、又は、障壁層及び井戸層の両方の形成時に、ＳｉＨ₄（Ｓｉ不純物濃度は１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3）を導入するようにする。又、障壁層と井戸層それぞれの形成を切り換える際に、１秒以上１８０秒以内の成長中断が実施されると、各層の平坦性が向上し、発光半値幅が減少して好ましい。 Thereafter, the substrate temperature is lowered to 750 ° C., and an active layer (multi-quantum well structure) composed of three periods of an In _0.1 Ga _0.9 N well layer having a thickness of 4 nm and an In _0.01 Ga _0.99 N barrier layer having an thickness of 8 nm. 105 is formed in the order of barrier layer / well layer / barrier layer / well layer / barrier layer / well layer / barrier layer. At that time, SiH ₄ (Si impurity concentration is 1 × 10 ¹⁶ to 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ ) is introduced only when the barrier layer is formed or when both the barrier layer and the well layer are formed. When switching between the formation of the barrier layer and the well layer, if the growth is interrupted for 1 second or more and 180 seconds or less, the flatness of each layer is improved, and the half width of light emission is preferably reduced.

このような活性層１０５にＡｓが添加される場合はＡｓＨ₃（アルシン）又はＴＢＡｓ（ターシャリブチルアルシン）又はＴＭＡｓ（トリメチルアルシン）を、活性層１０５にＰが添加される場合はＰＨ₃（ホスフィン）又はＴＢＰ（ターシャリブチルホスフィン）又はＴＭＰ（トリメチルホスフィン）を、活性層１０５にＳｂが添加される場合はＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）又はＴＥＳｂ（トリエチルアンチモン）を、それぞれ添加すると良い。また、活性層１０５が形成される際、Ｎ原料として、ＮＨ₃以外にＮ₂Ｈ₄（ヒドラジン）又はＣ₂Ｎ₂Ｈ₈（ジメチルヒドラジン）等のヒドラジン原料、あるいはエチルアジドなどのアジド原料を用いても構わない。 When As is added to such an active layer 105, AsH ₃ (arsine) or TBAs (tertiarybutylarsine) or TMAs (trimethylarsine) is used. When P is added to the active layer 105, PH ₃ (phosphine) is added. ) Or TBP (tertiarybutylphosphine) or TMP (trimethylphosphine), and when Sb is added to the active layer 105, TMSb (trimethylantimony) or TESb (triethylantimony) may be added. Further, when the active layer 105 is formed, as the N raw material, a hydrazine raw material such as N ₂ H ₄ (hydrazine) or C ₂ N ₂ H ₈ (dimethylhydrazine), or an azide raw material such as ethyl azide is used in addition to NH _3. It doesn't matter.

活性層１０５に複数層のＩｎ_xＧａ_1-xＮ量子井戸を有する場合、及び活性層１０５にＡｓ又はＰ添加して量子井戸活性層とする場合、量子井戸中に貫通転位があると、Ｉｎが転位部分に偏析することが知られている。従って、上記Ｉｎ_xＧａ_1-xＮを主構成元素とする量子井戸を活性層に用いる場合には、転位（結晶欠陥）を可能な限り少なくすることが良好なレーザ特性を得るためには必要である。 When the active layer 105 has a plurality of In _x Ga _1-x N quantum wells, and when As or P is added to the active layer 105 to form a quantum well active layer, if there are threading dislocations in the quantum well, the In It is known that segregates in the dislocation part. Therefore, in the case where a quantum well containing In _x Ga _1-x N as a main constituent element is used for the active layer, it is necessary to reduce dislocations (crystal defects) as much as possible in order to obtain good laser characteristics. It is.

次に、基板温度を再び１０５０℃まで昇温して、厚み２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック層１０６、０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層１０７、０．５μｍのｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０８と０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を順次形成する。この際、ｐ型不純物として原料にＥｔＣＰ₂Ｍｇ（ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇが１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜２×１０²⁰ｃｍ^-3になるように調整する。Ｍｇ原料としてはシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウムなど、他のシクロペンタ系のＭｇ原料を用いても構わない。 Next, the substrate temperature is again raised to 1050 ° C., and a 20 nm thick p-type Al _0.3 Ga _0.7 N carrier blocking layer 106, a _0.1 μm p-type GaN light guide layer 107, a 0.5 μm p-type Al _0.1 layer. A Ga _0.9 N cladding layer 108 and a 0.1 μm p-type GaN contact layer 109 are sequentially formed. At this time, EtCP ₂ Mg (bisethylcyclopentadienylmagnesium) is used as a raw material as a p-type impurity, and the Mg is adjusted to 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ to 2 × 10 ²⁰ cm ⁻³ . As the Mg raw material, other cyclopenta-based Mg raw materials such as cyclopentadienyl magnesium and bismethylcyclopentadienyl magnesium may be used.

又、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９のｐ型不純物濃度は、ｐ電極１５の方向に向かって、ｐ型不純物濃度を多くする方が好ましい。このことによりｐ電極１５を形成する際のコンタクト抵抗が低減する。又、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を混入しても構わない。   The p-type impurity concentration of the p-type GaN contact layer 109 is preferably increased in the direction of the p-electrode 15. This reduces the contact resistance when the p-electrode 15 is formed. Further, in order to remove residual hydrogen in the p-type layer that hinders activation of Mg, which is a p-type impurity, a trace amount of oxygen may be mixed during the growth of the p-type layer.

このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を形成した後、ＭＯＣＶＤ装置のリアクター内を全て窒素キャリアガスとＮＨ₃に変え、基板温度を６０℃／分の割合で降下させる。基板温度が８００℃に達した時点で、ＮＨ₃の供給量を停止し、５分間、基板温度を８００℃で維持させて待機してから、基板温度を室温まで降下させる。この待機温度は６５０℃から９００℃の間が好ましく、待機時間は、３分以上１０分以下が好ましい。又、基板温度を降下させる際の到達速度は、３０℃／分以上が好ましい。 After forming the p-type GaN contact layer 109 in this way, the entire reactor in the MOCVD apparatus is changed to nitrogen carrier gas and NH ₃ , and the substrate temperature is lowered at a rate of 60 ° C./min. When the substrate temperature reaches 800 ° C., the supply amount of NH ₃ is stopped, the substrate temperature is maintained at 800 ° C. for 5 minutes, and the substrate temperature is lowered to room temperature. The standby temperature is preferably between 650 ° C. and 900 ° C., and the standby time is preferably 3 minutes or more and 10 minutes or less. Further, the arrival speed when lowering the substrate temperature is preferably 30 ° C./min or more.

このようにして作製された窒化物半導体層がラマン測定によって評価された結果、上記手法により、ＭＯＣＶＤ装置からのウェハー取りだした後のｐ型化アニールが実行されなくても、Ｍｇが活性化しているため、成長後すでにｐ型化の特性が示される。又、ｐ電極１５の形成によるコンタクト抵抗も低減する。更に、従来のｐ型化アニールが組み合わせて行われると、Ｍｇの活性化率がより向上して好ましい。   As a result of evaluating the nitride semiconductor layer thus fabricated by Raman measurement, Mg is activated even if p-type annealing is not performed after removing the wafer from the MOCVD apparatus by the above-described method. Therefore, p-type characteristics are already exhibited after growth. Further, the contact resistance due to the formation of the p electrode 15 is also reduced. Further, it is preferable to perform conventional p-type annealing in combination because the Mg activation rate is further improved.

尚、ｎ型Ｉｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラック防止層１０２は、Ｉｎ組成比が０．０７以外であっても構わないし、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１０２自体がなくても構わない。しかしながら、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３とｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合が大きくなる場合は、このｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１０２を挿入した方がクラックを防止するため好ましい。また、クラックを防止するために、ｎ型の不純物として、Ｓｉの代わりにＧｅを用いても構わない。 The n-type In _0.07 Ga _0.93 N crack prevention layer 102 may have an In composition ratio other than 0.07, or the n-type InGaN crack prevention layer 102 itself may be omitted. However, when the lattice mismatch between the n-type AlGaN cladding layer 103 and the n-type GaN substrate 10 becomes large, it is preferable to insert the n-type InGaN crack prevention layer 102 to prevent cracks. In order to prevent cracks, Ge may be used instead of Si as an n-type impurity.

又、活性層１０５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。又、井戸層の層数は、前述の３層に限らず、１０層以下であれば閾値電流密度が低く、室温連続発振が可能である。このとき、特に２層以上６層以下とした場合、閾値電流密度が低く好ましい。更に、この活性層１０５に、Ａｌが含有されても構わない。   In addition, the active layer 105 has a configuration starting with a barrier layer and ending with a barrier layer, but may have a configuration starting with a well layer and ending with a well layer. Further, the number of well layers is not limited to the above-described three layers, and if it is 10 layers or less, the threshold current density is low and continuous oscillation at room temperature is possible. In this case, in particular, when the number of layers is 2 or more and 6 or less, the threshold current density is preferably low. Furthermore, the active layer 105 may contain Al.

又、活性層１０５は、井戸層と障壁層の両層にＳｉが所要量添加された構成とされたが、不純物が添加されない構成としても構わない。しかしながら、Ｓｉのような不純物が活性層１０５に添加される方が発光強度が強くなる。このように添加される不純物としては、Ｓｉ以外にＯ、Ｃ、Ｇｅ、ＺｎおよびＭｇの不純物群のうち、少なくとも何れかの不純物としても構わない。又、この不純物群の添加量の総和は、約１×１０¹⁷〜８×１０¹⁸ｃｍ^-3程度が好ましい。更に、不純物が添加される層は、井戸層と障壁層の両層に限らず片方の層のみにとしても構わない。 Further, although the active layer 105 has a configuration in which a required amount of Si is added to both the well layer and the barrier layer, the active layer 105 may have a configuration in which no impurity is added. However, the emission intensity becomes stronger when an impurity such as Si is added to the active layer 105. The impurity added in this way may be at least one of the impurity groups of O, C, Ge, Zn and Mg in addition to Si. The total amount of impurities added is preferably about 1 × 10 ¹⁷ to 8 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ . Furthermore, the layer to which the impurity is added is not limited to both the well layer and the barrier layer, and may be only one layer.

又、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック層１０６は、その組成を別のものとしても構わない。例えば、Ｉｎを添加すれば、より低温成長でｐ型化するので、基板温度を低温として成長させることができ、結晶成長時に活性層１０５にダメージを与えることが減少する。尚、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６自体がなくても構わないが、このｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６を設けた方が閾値電流密度が低くなる。これは、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６が活性層１０５にキャリアを閉じ込める働きがあるからである。 The p-type Al _0.3 Ga _0.7 N carrier block layer 106 may have a different composition. For example, if In is added, the p-type is formed at a lower temperature growth, so that the substrate temperature can be reduced and the damage to the active layer 105 during crystal growth is reduced. Although the p-type AlGaN carrier block layer 106 may not be provided, the threshold current density is lower when the p-type AlGaN carrier block layer 106 is provided. This is because the p-type AlGaN carrier block layer 106 has a function of confining carriers in the active layer 105.

又、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６のＡｌ組成比を高くすることによって、キャリアの閉じ込めが強くなって好ましい。このとき、キャリアの閉じ込めが保持される程度までＡｌ組成比を小さくすれば、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６内のキャリア移動度が大きくなり電気抵抗が低くなるため、更に好ましい。   Also, it is preferable to increase the Al composition ratio of the p-type AlGaN carrier block layer 106 because the carrier confinement becomes strong. At this time, it is more preferable to reduce the Al composition ratio to such an extent that carrier confinement is maintained, because the carrier mobility in the p-type AlGaN carrier block layer 106 increases and the electrical resistance decreases.

又、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８として、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ結晶が用いられたが、Ａｌの組成比が０．１以外となるＡｌＧａＮ３元結晶であっても構わない。Ａｌの混晶比が高くなると活性層１０５とのエネルギーギャップ差及び屈折率差が大きくなり、キャリアや光を活性層１０５に効率良く閉じ込めることができるため、レーザ発振閾値電流密度の低減させることができる。又、キャリアおよび光の閉じ込めが保持される程度までＡｌ組成比を小さくすれば、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８それぞれ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。 In addition, although Al _0.1 Ga _0.9 N crystals are used as the n-type AlGaN cladding layer 103 and the p-type AlGaN cladding layer 108, AlGaN ternary crystals having an Al composition ratio other than 0.1 may be used. When the mixed crystal ratio of Al increases, the energy gap difference and the refractive index difference with the active layer 105 increase, and carriers and light can be efficiently confined in the active layer 105, so that the laser oscillation threshold current density can be reduced. it can. Further, if the Al composition ratio is reduced to such an extent that the confinement of carriers and light is maintained, the carrier mobility in each of the n-type AlGaN cladding layer 103 and the p-type AlGaN cladding layer 108 increases, and the operating voltage of the device is lowered. can do.

このとき、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３の厚みを、０．７μｍ〜１．５μｍとすることで、垂直横モードの単峰化と光り閉じ込め効率が増し、レーザの光学特性の向上とレーザ閾値電流密度の低減を図ることができる。又、ｎ型クラッド層１０３及びｐ型クラッド層１０８を、ＡｌＧａＮ３元混晶としたが、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＮＡｓ等の４元混晶としても良い。更に、ｐ型クラッド層１０８は、電気抵抗を低減するために、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造、又は、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＩｎＧａＮ層からなる超格子構造で構成しても構わない。   At this time, by setting the thickness of the n-type AlGaN cladding layer 103 to 0.7 μm to 1.5 μm, the unimodal vertical transverse mode and the light confinement efficiency are increased, the optical characteristics of the laser are improved, and the laser threshold current density is increased. Can be reduced. Further, although the n-type cladding layer 103 and the p-type cladding layer 108 are AlGaN ternary mixed crystals, they may be quaternary mixed crystals such as AlInGaN, AlGaNP, and AlGaNAs. Further, the p-type cladding layer 108 is configured with a superlattice structure composed of a p-type AlGaN layer and a p-type GaN layer or a superlattice structure composed of a p-type AlGaN layer and a p-type InGaN layer in order to reduce electric resistance. It doesn't matter.

又、ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層を積層する際に、ＭＯＣＶＤ装置による結晶成長方法が用いられるものとしたが、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、又は、上述したＨＶＰＥ法が用いられても構わない。   Further, when the nitride semiconductor layer is stacked on the n-type GaN substrate 10, the crystal growth method using the MOCVD apparatus is used. However, the molecular beam epitaxy method (MBE) or the HVPE method described above is used. It doesn't matter.

続いて、上述のようにして窒化物半導体層の各層がｎ型ＧａＮ基板１０上に形成されたエピウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、窒化物半導体レーザ素子チップに加工するための後述する各プロセス工程がなされる。ここで、図２のように、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０８は凸型のリッジストライプ部となっているが、これは後述するプロセス工程により加工された形状である。 Subsequently, after the epitaxial wafer in which each nitride semiconductor layer is formed on the n-type GaN substrate 10 as described above is taken out from the MOCVD apparatus, each process step to be described later is processed into a nitride semiconductor laser element chip. Is made. Here, as shown in FIG. 2, the p-type Al _0.1 Ga _0.9 N clad layer 108 is a convex ridge stripe portion, which is a shape processed by a process step described later.

このようにして、窒化物半導体レーザ素子を作製し終えたエピウェハの表面は、成長抑制膜１３直上以外は平坦となる。又、成長抑制膜１３直上において、窒化物半導体層はエピタキシャル成長せず凹状の状態となる。このようにして得られた窒化物半導体層において、エピタキシャル成長が成された成長抑制膜１３直上以外の部分（以下、「エピタキシャル成長部分」と呼ぶ）にはクラックが全く観察されることは無かった。   In this way, the surface of the epi-wafer after the fabrication of the nitride semiconductor laser element is flat except for the portion directly above the growth suppression film 13. In addition, the nitride semiconductor layer is not epitaxially grown and is in a concave state immediately above the growth suppression film 13. In the nitride semiconductor layer obtained in this way, no cracks were observed in the portion other than directly above the growth suppression film 13 where the epitaxial growth was performed (hereinafter referred to as “epitaxial growth portion”).

これは、成長抑制膜１３直上に生成される凹部が応力を緩和しているため、エピタキシャル成長部分が、リッジストライプ部に対して垂直方向（図２の左右方向）に残留応力が低減されることによるものと考えられる。又、ＧａＮ基板１０の表面まで伝搬している転位が成長抑制膜１３により、ＧａＮ基板１０の上部に位置するエピタキシャル成長部分への拡散を防止しているため、窒化物半導体層の中は基板の低欠陥領域内の転位密度を超えることなく通常のＧａＮ基板１０を使用したものよりも転位密度が低くなる。   This is because the recess formed just above the growth suppression film 13 relaxes the stress, so that the residual stress is reduced in the epitaxial growth portion in the direction perpendicular to the ridge stripe portion (left-right direction in FIG. 2). It is considered a thing. In addition, since the dislocation propagating to the surface of the GaN substrate 10 is prevented from diffusing into the epitaxially grown portion located above the GaN substrate 10 by the growth suppressing film 13, the nitride semiconductor layer is low in the substrate. The dislocation density is lower than that using the normal GaN substrate 10 without exceeding the dislocation density in the defect region.

又、転位集中領域１１ではＧａＮ基板１０の表面の極性が窒素面に反転する場合がある旨記述したが、成長抑制膜１３を転位集中領域１１上に形成して窒化物半導体層を成長させることで、窒素面がＧａＮ基板１０の表面に共存することにより通常のＧａ面上の成長が阻害されることがなくなる。よって、窒化物半導体レーザ素子の特性としては転位集中領域１１の極性が反転していない場合と同様に、結晶欠陥の低減と、応力の緩和による効果が確認できる。   Further, in the dislocation concentration region 11, it has been described that the polarity of the surface of the GaN substrate 10 may be reversed to the nitrogen surface. However, the growth suppression film 13 is formed on the dislocation concentration region 11 to grow the nitride semiconductor layer. Thus, when the nitrogen surface coexists on the surface of the GaN substrate 10, the growth on the normal Ga surface is not inhibited. Therefore, as the characteristics of the nitride semiconductor laser device, the effect of reducing crystal defects and relaxing stress can be confirmed as in the case where the polarity of the dislocation concentration region 11 is not reversed.

３．素子化プロセス
ｎ型ＧａＮ基板１０に対して水平方向に光を閉じ込めるためのリッジストライプ部が、窒化物半導体層の平坦な部分の表面に形成された。但し、高ルミネッセンス領域２５（図１）を有するｎ型ＧａＮ基板１０を使用する場合には、リッジストライプ部が高ルミネッセンス領域２５の直上となる位置に形成されないようにすることが望ましい。これは、高ルミネッセンス領域２５が他の領域と比べて、ドーパントの含有量または活性化度が小さく、抵抗率が高くなっているために、窒化物半導体レーザ素子に注入される駆動電流及び素子電圧が上昇するので、高ルミネッセンス領域２５に駆動電流が流れることが好ましくないためである。 3. Elementization Process A ridge stripe portion for confining light in the horizontal direction with respect to the n-type GaN substrate 10 was formed on the surface of the flat portion of the nitride semiconductor layer. However, when the n-type GaN substrate 10 having the high luminescence region 25 (FIG. 1) is used, it is desirable that the ridge stripe portion is not formed at a position directly above the high luminescence region 25. This is because the high luminescence region 25 has a lower dopant content or degree of activation and a higher resistivity than the other regions, so that the drive current and device voltage injected into the nitride semiconductor laser device are high. This is because it is not preferable that a drive current flows in the high luminescence region 25.

リッジストライプ部は、エピウェハの表面より、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の途中までをストライプ状の部分を残してエッチングすることにより、作製される。ここで、ストライプ幅は１〜３μｍ、好ましくは１．３〜２μｍとし、又、エッチング底面のｐ型ＧａＮガイド層１０７からの距離は、０〜０．１μｍとした。その後、リッジストライプ部以外の部分に絶縁膜１１０を形成する。ここで、絶縁膜１１０としてはＡｌＧａＮを用いた。エッチングされずに残ったｐ型ＧａＮコンタクト層１０９は露出しているので、このｐ型ＧａＮコンタクト層１０９及び絶縁膜１１０の表面上に、ｐ電極１５がＰｄ／Ｍｏ／Ａｕの順序で蒸着されて形成された。   The ridge stripe part is produced by etching from the surface of the epi-wafer to the middle of the p-type AlGaN cladding layer 108 leaving a stripe-like part. Here, the stripe width was 1 to 3 μm, preferably 1.3 to 2 μm, and the distance from the p-type GaN guide layer 107 on the etching bottom surface was 0 to 0.1 μm. Thereafter, an insulating film 110 is formed in a portion other than the ridge stripe portion. Here, AlGaN is used as the insulating film 110. Since the p-type GaN contact layer 109 remaining without being etched is exposed, the p-electrode 15 is deposited on the surfaces of the p-type GaN contact layer 109 and the insulating film 110 in the order of Pd / Mo / Au. Been formed.

ここで、絶縁膜１１０としては上記以外に珪素、チタン、ジルコニア、タンタル、アルミニウム等の酸化物もしくは窒化物を用いても構わない。又、ｐ電極１５の材料として、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、又は、Ｎｉ／Ａｕの何れかが用いられても構わない。   Here, as the insulating film 110, oxides or nitrides such as silicon, titanium, zirconia, tantalum, and aluminum may be used in addition to the above. Further, any of Pd / Pt / Au, Pd / Au, or Ni / Au may be used as the material of the p-electrode 15.

更に、このようにｐ電極１５が形成されたエピウェハの裏面側（基板側）を研磨することにより、エピウェハの厚みを８０〜２００μｍに調整し、後にエピウェハの分割を行いやすいようにする。   Further, by polishing the back side (substrate side) of the epi-wafer on which the p-electrode 15 is formed in this way, the thickness of the epi-wafer is adjusted to 80 to 200 μm so that the epi-wafer can be easily divided later.

そして、ｎ電極１６が、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏側にＨｆ／Ａｌの順序で形成される。このｎ電極１６の材料として、Ｈｆ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｕ、Ｈｆ／Ｍｏ／Ａｕの他、これらのうちからＨｆをＴｉ，Ｚｒに置き換えた電極材料等が用いられても構わない。   Then, the n electrode 16 is formed on the back side of the n-type GaN substrate 10 in the order of Hf / Al. As the material of the n-electrode 16, Hf / Al / Mo / Au, Hf / Al / Pt / Au, Hf / Al / W / Au, Hf / Au, Hf / Mo / Au, and Hf from these are used. An electrode material or the like replaced with Ti or Zr may be used.

最後に、このｎ電極１６が設けられたエピウエハは、リッジストライプ方向に対して垂直方向に劈開されることで、共振器長６００μｍのファブリ・ペロー共振器が作製される。尚、共振器長は３００μｍから１０００μｍが好ましい。この工程により、エピウェハは個々の窒化物半導体レーザ素子が横に連なったバー状の形態となった。ストライプ方向が＜１−１００＞方向に沿って形成された窒化物半導体レーザ素子の共振器端面は、窒化物半導体結晶の｛１−１００｝面である。劈開は、エピウェハ全面にスクライバーによる罫書き傷がつけられてから劈開されるのではなく、エピウェハの一部、例えば、エピウェハの両端にのみスクライバーによる罫書き傷がつけられて、これを起点に劈開される。   Finally, the epi-wafer provided with the n-electrode 16 is cleaved in a direction perpendicular to the ridge stripe direction, thereby producing a Fabry-Perot resonator having a resonator length of 600 μm. The resonator length is preferably 300 μm to 1000 μm. By this process, the epi-wafer was formed into a bar shape in which individual nitride semiconductor laser elements were connected side by side. The cavity facet of the nitride semiconductor laser element in which the stripe direction is formed along the <1-100> direction is the {1-100} plane of the nitride semiconductor crystal. Cleavage is not performed after the scriber marks are scratched on the entire surface of the epi wafer, but only a part of the epi wafer, for example, both ends of the epi wafer, is scored by the scriber. Is done.

このようにして得られたバー状のファブリ・ペロー共振器において、その帰還手法として、上述のように劈開されて得られた共振器端面による帰還手法以外に、一般に知られている回析格子が共振器内に設けられたＤＦＢ（Distributed Feedback）、回析格子が共振器の外に設けられたＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）が用いられても構わない。エピウェハが劈開されて、バー状のファブリ・ペロー共振器の共振器端面が形成された後、この端面に７０％の反射率を有するＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の誘電体膜が交互に蒸着され、誘電体多層反射膜が形成される。この誘電体多層反射膜として、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃が誘電多層反射膜として用いられても構わない。 In the bar-shaped Fabry-Perot resonator obtained in this way, as a feedback method, in addition to the feedback method using the resonator end face obtained by cleaving as described above, a generally known diffraction grating is used. A DFB (Distributed Feedback) provided in the resonator and a DBR (Distributed Bragg Reflector) provided with a diffraction grating outside the resonator may be used. After the epi-wafer is cleaved to form a resonator end face of a bar-shaped Fabry-Perot resonator, SiO ₂ and TiO ₂ dielectric films having a reflectivity of 70% are alternately deposited on the end face. A body multilayer reflective film is formed. As the dielectric multilayer reflective film, SiO ₂ / Al ₂ O ₃ may be used as the dielectric multilayer reflective film.

このようにして得られるバー状のファブリ・ペロー共振器は、ｎ型ＧａＮ基板１０上に積層される窒化物半導体層の膜厚又は成長条件（成長時の基板温度や反応炉内の圧力など）が異なることによって、その構成が異なる。例えば、窒化物半導体層の膜厚が薄い場合は、図３のように、窒化物半導体層４０２が成長抑制膜１３の直上で結合が行われず、成長抑制膜１３の直上の領域４０３が離れた状態となる。このとき、成長抑制膜１３間の領域に構成される部分が１つの窒化物半導体レーザ素子４０１を構成する。   The bar-shaped Fabry-Perot resonator obtained in this way has a nitride semiconductor layer thickness or growth conditions stacked on the n-type GaN substrate 10 (substrate temperature during growth, pressure in the reactor, etc.). The configuration differs depending on the difference. For example, when the nitride semiconductor layer is thin, as shown in FIG. 3, the nitride semiconductor layer 402 is not coupled directly above the growth suppression film 13, and the region 403 immediately above the growth suppression film 13 is separated. It becomes a state. At this time, the portion formed in the region between the growth suppression films 13 constitutes one nitride semiconductor laser element 401.

又、窒化物半導体層の膜厚を図３の場合よりも厚くしたとき、図４又は図５のようになる。即ち、図４では、窒化物半導体層５０２が成長抑制膜１３の直上で結合されるが、成長抑制膜１３の直上の領域５０３において、窒化物半導体層５０２の表面上まで達したクラックが存在する。又、この領域５０３において、図４のように、成長抑制膜１３表面上に空洞５０４を有する場合もある。このとき、成長抑制膜１３間の領域に構成される部分が窒化物半導体レーザ素子５０１を構成する。   Further, when the thickness of the nitride semiconductor layer is made thicker than in the case of FIG. 3, it becomes as shown in FIG. 4 or FIG. That is, in FIG. 4, the nitride semiconductor layer 502 is bonded immediately above the growth suppression film 13, but there is a crack reaching the surface of the nitride semiconductor layer 502 in the region 503 immediately above the growth suppression film 13. . Further, in this region 503, there may be a case where a cavity 504 is formed on the surface of the growth suppression film 13 as shown in FIG. At this time, the portion formed in the region between the growth suppression films 13 constitutes the nitride semiconductor laser element 501.

又、図５では、窒化物半導体層６０２が成長抑制膜１３の直上で完全に結合された状態となる。よって、図４と異なり、成長抑制膜１３の直上の領域６０３において、窒化物半導体層６０２の表面上まで達したクラックの存在が確認されない。又、この領域６０３において、図５のように、成長抑制膜１３表面上に空洞６０４を有する場合もある。このとき、成長抑制膜１３間の領域に構成される部分が窒化物半導体レーザ素子６０１を構成する。   Further, in FIG. 5, the nitride semiconductor layer 602 is completely coupled immediately above the growth suppressing film 13. Therefore, unlike FIG. 4, the presence of cracks reaching the surface of the nitride semiconductor layer 602 is not confirmed in the region 603 immediately above the growth suppression film 13. Further, in this region 603, there may be a case where a cavity 604 is formed on the surface of the growth suppression film 13 as shown in FIG. At this time, the portion formed in the region between the growth suppression films 13 constitutes the nitride semiconductor laser element 601.

更に、この後、上述のバー状のファブリ・ペロー共振器を分割することで、図２のような構成の窒化物半導体レーザ素子を得る。このとき、窒化物半導体レーザ素子の中央にレーザ光導波領域１４（リッジストライプ部の直下に位置する）を配置し、窒化物半導体レーザ素子の横幅Ｗ＝４００μｍとなるように分割する。もともと、ｎ型ＧａＮ基板１０にはピッチＰ＝４００μｍで転位集中領域２４（図１）が配置されている。尚、バー状のファブリ・ペロー共振器を分割して、窒化物半導体レーザ素子を得る際、窒化物半導体レーザ素子の横幅Ｗが、転位集中領域２４のピッチＰの整数倍又は整数倍分の１の幅に分割すると都合が良い。   Further, after that, the above bar-shaped Fabry-Perot resonator is divided to obtain a nitride semiconductor laser device having a configuration as shown in FIG. At this time, the laser light waveguide region 14 (located immediately below the ridge stripe portion) is disposed in the center of the nitride semiconductor laser element, and is divided so that the lateral width W of the nitride semiconductor laser element is 400 μm. Originally, the dislocation concentration region 24 (FIG. 1) is arranged on the n-type GaN substrate 10 at a pitch P = 400 μm. When a bar-shaped Fabry-Perot resonator is divided to obtain a nitride semiconductor laser element, the lateral width W of the nitride semiconductor laser element is an integral multiple of the pitch P of the dislocation concentration region 24 or an integral multiple of an integral multiple. It is convenient to divide into

このようにして図２に示される窒化物半導体レーザ素子チップが作製されることで、結晶欠陥である転位を意図的に制御したｎ型ＧａＮ基板１０を用い、転位集中領域１１を成長抑制膜１３により被覆し、低転位かつ低応力の領域に窒化物半導体レーザ素子の電流狭窄部分となるレーザ光導波領域１４が作製される。よって、レーザ出力６０ｍＷ、雰囲気温度７０℃の条件の下、レーザ発振寿命５０００時間以上が達成された。   The nitride semiconductor laser device chip shown in FIG. 2 is manufactured in this way, so that the n-type GaN substrate 10 in which dislocations that are crystal defects are intentionally controlled is used, and the dislocation concentration region 11 is formed as a growth suppression film 13. As a result, a laser beam waveguide region 14 that is a current confinement portion of the nitride semiconductor laser device is formed in a region of low dislocation and low stress. Therefore, a laser oscillation lifetime of 5000 hours or longer was achieved under the conditions of a laser output of 60 mW and an ambient temperature of 70 ° C.

尚、本実施形態において、成長抑制膜１３の膜厚を０．２μｍとしたが、これに限るものではない。成長抑制膜１３の膜厚を０．０１μｍから２μｍまで変化させて、窒化物半導体レーザ素子を構成したとき、成長抑制膜１３の膜厚が０．０５μｍより薄い場合、窒化物半導体層積層前の昇温により損傷を受け、成長抑制膜１３としての効果が得られない。   In the present embodiment, the thickness of the growth suppression film 13 is 0.2 μm, but the present invention is not limited to this. When the nitride semiconductor laser device is configured by changing the film thickness of the growth suppressing film 13 from 0.01 μm to 2 μm, if the film thickness of the growth suppressing film 13 is less than 0.05 μm, Damage is caused by the temperature rise, and the effect as the growth suppressing film 13 cannot be obtained.

又、成長抑制膜１３の膜厚が、０．１μｍよりも厚い場合、ｎ型ＧａＮ基板１０と成長抑制膜１３の熱膨張係数差により、窒化物半導体層積層前の昇温が原因となって、成長抑制膜１３自体が損傷を受けることがある。このとき、成長抑制膜１３自体が損傷を受けなくても、成長抑制膜１３以外のＧａＮ基板１０の表面上に直接成長する窒化物半導体層が、成長抑制膜１３とＧａＮ基板１０との間にできる段差の影響による原料拡散の阻害により段差近傍で異常成長が生じる。このような異常成長が生じることを、「エッジ効果」と称する。このエッジ効果のため、プロセス工程において支障が生じたり、レーザの発振波長が変動したり、又は、発振する閾値が高くなることがある。   Further, when the thickness of the growth suppression film 13 is thicker than 0.1 μm, the temperature rise before the nitride semiconductor layer stacking is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the n-type GaN substrate 10 and the growth suppression film 13. The growth suppressing film 13 itself may be damaged. At this time, even if the growth suppression film 13 itself is not damaged, a nitride semiconductor layer that grows directly on the surface of the GaN substrate 10 other than the growth suppression film 13 is between the growth suppression film 13 and the GaN substrate 10. Abnormal growth occurs in the vicinity of the step due to the inhibition of material diffusion due to the effect of the step. The occurrence of such abnormal growth is referred to as “edge effect”. Due to this edge effect, trouble may occur in the process step, the oscillation wavelength of the laser may fluctuate, or the threshold for oscillation may increase.

よって、成長抑制膜１３の膜厚を０．０５μｍ以上、１μｍ以下の条件で作製することによって、成長抑制膜１３を作製した効果が得られ、このような成長抑制膜１３を有する窒化物半導体レーザ素子において、高出力エージングにおける良好な素子寿命が得られる。   Therefore, the effect of manufacturing the growth suppression film 13 is obtained by manufacturing the growth suppression film 13 under the condition of 0.05 μm or more and 1 μm or less, and the nitride semiconductor laser having such a growth suppression film 13 is obtained. In the device, a good device life at high output aging can be obtained.

＜第２の実施形態＞
上述のようにして形成され、転位集中領域及び高ルミネッセンス領域を有するｎ型ＧａＮ基板を用いて製作される窒化物半導体レーザ素子の第２の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。尚、窒化物半導体層のエピタキシャル成長及び素子化プロセスについては、第１の実施形態と同様となるため、その詳細な説明は第１の実施形態を参照するものとして、省略する。 <Second Embodiment>
A second embodiment of a nitride semiconductor laser device formed as described above and manufactured using an n-type GaN substrate having a dislocation concentration region and a high luminescence region will be described below with reference to the drawings. Note that the epitaxial growth of the nitride semiconductor layer and the element fabrication process are the same as those in the first embodiment, and therefore the detailed description thereof will be omitted with reference to the first embodiment.

本実施形態では、第１の実施形態と異なり、転位集中領域２４（図１）を被覆するように、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面上に形成される簀の子状となるように、成長抑制膜が形成される。即ち、第１の実施形態と同様、まず、ｎ型ＧａＮ基板１０を電子ビーム蒸着装置内に設置し、内部の圧力が所定の真空度に達した後、ＳｉＯ₂を０．２μｍの厚さになるように制御して、ＳｉＯ₂膜をｎ型ＧａＮ基板１０の表面に形成する。その後、蒸着したＳｉＯ₂膜を簡便なフォトリソグラフィを用いて、図６（ａ）のように、その間隔が５μｍで且つ幅が１０μｍとなる成長抑制膜３０１を、３つ毎にｎ型ＧａＮ基板１０上の転位集中領域１１を被覆するように形成する。 In the present embodiment, unlike the first embodiment, the growth suppressing film is formed in the shape of a scissors formed on the surface of the n-type GaN substrate 10 so as to cover the dislocation concentration region 24 (FIG. 1). It is formed. That is, as in the first embodiment, first, the n-type GaN substrate 10 is placed in an electron beam evaporation apparatus, and after the internal pressure reaches a predetermined degree of vacuum, SiO _{2 is formed} to a thickness of 0.2 μm. Under such control, an SiO ₂ film is formed on the surface of the n-type GaN substrate 10. Thereafter, the deposited SiO ₂ film is formed by using a simple photolithography, as shown in FIG. 6A, the growth suppressing film 301 having an interval of 5 μm and a width of 10 μm is formed every three n-type GaN substrates. 10 is formed so as to cover the dislocation concentration region 11 on 10.

このように、図６（ａ）に示すように、ＧａＮ基板１０の転位集中領域１１に、上述の方法で膜厚０．２μｍの成長抑制膜３０１が形成されると、ＭＯＣＶＤ装置を用い、常圧、基板温度１０００℃でｎ型のＧａＮ膜を成長させる。よって、図６（ｂ）に示すように、成長抑制膜３０１間の５μｍの窓部からＧａＮ結晶３０２が［０００１］方向に成長する。このとき、ＧａＮ結晶３０２の断面形状が完全な凸状の三角になった状態となる。そして、ＭＯＣＶＤ装置反応炉の圧力を７０Ｔｏｒｒに下げ、基板温度１０８０℃で再びＧａＮ結晶３０２を成長させる。   Thus, as shown in FIG. 6A, when the growth suppression film 301 having a film thickness of 0.2 μm is formed in the dislocation concentration region 11 of the GaN substrate 10 by the above-described method, the MOCVD apparatus is used. An n-type GaN film is grown at a pressure and a substrate temperature of 1000 ° C. Therefore, as shown in FIG. 6B, the GaN crystal 302 grows in the [0001] direction from the 5 μm window between the growth suppression films 301. At this time, the cross-sectional shape of the GaN crystal 302 becomes a completely convex triangular shape. Then, the pressure in the reactor of the MOCVD apparatus is lowered to 70 Torr, and the GaN crystal 302 is grown again at the substrate temperature of 1080 ° C.

このとき、図６（ｂ）において、ｎ型ＧａＮ結晶３０４は成長抑制膜３０１に被覆されていない部分からの成長部分であり、このｎ型ＧａＮ膜３０４中にはｎ型ＧａＮ基板１０内の転位集中領域１１以外の領域の転位密度と同程度の転位密度しか存在しない。又、ＧａＮ結晶３０２の中には、［０００１］方向の成長軸に対して平行方向に転位３０３が引き継がれて存在する。しかしながら、［０００１］方向の成長軸に対して垂直となる横方向への成長が始まると、この転位３０３は［０００１］方向に対して垂直な方向に曲がる。このとき、ファセット面である（１１−２２）面及び（−１−１２２）が最先端となって成長する。   At this time, in FIG. 6B, the n-type GaN crystal 304 is a growth portion from a portion not covered with the growth suppression film 301, and dislocations in the n-type GaN substrate 10 are included in the n-type GaN film 304. There is only a dislocation density comparable to the dislocation density in regions other than the concentrated region 11. In the GaN crystal 302, dislocations 303 are taken over in a direction parallel to the growth axis in the [0001] direction. However, when the growth in the lateral direction perpendicular to the growth axis in the [0001] direction starts, the dislocation 303 bends in the direction perpendicular to the [0001] direction. At this time, the (11-22) plane and (-1-122), which are facet planes, grow at the leading edge.

このようにして、図６（ｂ）のように凸状にＧａＮ結晶３０２が成長した部分から、横方向の成長が促進し、図６（ｃ）に示すように、成長抑制膜３０１上の中央部分で相合して更に上向きに成長する。又、低転位であるｎ型ＧａＮ膜３０４が横方向に成長することによって、このようにＧａＮ結晶３０２が成長して生成されたＧａＮエピタキシャル膜を被覆するｎ型ＧａＮ膜３０５が形成される。このｎ型ＧａＮ膜３０５で被覆されたＧａＮエピタキシャル層は、横方向成長により曲げられた転位３０６を有する。又、横方向成長によりＧａＮ結晶３０２及びｎ型ＧａＮ膜３０４がつながった接合部分３０７には、少量の転位が集中する。   In this way, lateral growth is promoted from the portion where the GaN crystal 302 is grown in a convex shape as shown in FIG. 6B, and as shown in FIG. Combined with each other, it grows further upward. Further, the n-type GaN film 304 having low dislocations grows in the lateral direction, whereby the n-type GaN film 305 covering the GaN epitaxial film formed by growing the GaN crystal 302 is formed. The GaN epitaxial layer covered with the n-type GaN film 305 has dislocations 306 bent by lateral growth. Further, a small amount of dislocations concentrates on the junction 307 where the GaN crystal 302 and the n-type GaN film 304 are connected by lateral growth.

これについては、日本学術振興会短波長光デバイス第１６２委員会第２２回、光電相互返還第１２５委員会第１７１回合同研究会資料（平成１２年１２月１５〜１６日）２５〜３２頁に記載されている。このようにして、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面上にＧａＮ結晶を成長させた場合、合計約８μｍの膜厚まで成長したＧａＮ膜３０５の表面は完全に平坦になった。ｎ型ＧａＮ膜３０５を成長させた後、第１の実施形態と同様の方法で窒化物半導体レーザ素子を構成する層構造を順次結晶成長させた。よって、窒化物半導体層３０８がｎ型ＧａＮ膜３０５上に形成される。   About this, the JSPS Short-wavelength Optical Device No. 162 Committee, Optoelectronic Mutual Conversion No. 125 Committee No. 171 Joint Research Group Document (December 15-16, 2000), pages 25-32 Are listed. Thus, when a GaN crystal was grown on the surface of the n-type GaN substrate 10, the surface of the GaN film 305 grown to a total film thickness of about 8 μm was completely flat. After the n-type GaN film 305 was grown, the layer structure constituting the nitride semiconductor laser device was sequentially grown by the same method as in the first embodiment. Therefore, the nitride semiconductor layer 308 is formed on the n-type GaN film 305.

その後、エッチングをおこなうことで、リッジストライプ部３０９が形成されレーザ素子が作製される。窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ３０９を形成する位置は、転位集中領域１１直上の領域以外の低転位領域１２の上部でも構わないし、成長抑制膜３０３の直上でもかまわない。このようにすることで、本実施形態においても、結晶欠陥の低減の効果と、ひずみの緩和の効果により、第１の実施形態と同様の特性を有する窒化物半導体レーザ素子を得ることができた。   Thereafter, by etching, a ridge stripe portion 309 is formed, and a laser element is manufactured. The position where the ridge stripe 309 of the nitride semiconductor laser element is formed may be above the low dislocation region 12 other than the region directly above the dislocation concentration region 11 or directly above the growth suppression film 303. Thus, also in this embodiment, a nitride semiconductor laser device having the same characteristics as those of the first embodiment can be obtained due to the effect of reducing crystal defects and the effect of relaxing strain. .

尚、本実施形態では、成長抑制膜３０１の幅を１０μｍで且つ間隔を５μｍとしたが、成長抑制膜３０１の幅が、選択成長及び横方向成長が可能な幅及び間隔であれば、窒化物半導体レーザ素子の特性においての優位性は認められた。但し、成長抑制膜３０１の幅は１μｍ以上１０μｍ以下であり、且つ、隣の成長抑制膜３０１との間隔が１μｍ以上１０μｍ以下であるときが、最も望ましい特性の窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。又、成長抑制膜３０１を覆うように形成されるＧａＮ膜３０５の膜厚を８μｍとしたが、その膜厚を１〜２０μｍとすることによって、積層する窒化物半導体層に対して成長抑制膜３０１の影響を低減させることができる。   In this embodiment, the width of the growth suppression film 301 is 10 μm and the interval is 5 μm. However, if the width of the growth suppression film 301 is a width and an interval capable of selective growth and lateral growth, nitrides are used. The superiority in the characteristics of the semiconductor laser device was recognized. However, when the width of the growth suppressing film 301 is not less than 1 μm and not more than 10 μm and the distance from the adjacent growth suppressing film 301 is not less than 1 μm and not more than 10 μm, a nitride semiconductor laser device having the most desirable characteristics can be obtained. it can. Further, the film thickness of the GaN film 305 formed so as to cover the growth suppression film 301 is 8 μm, but by setting the film thickness to 1 to 20 μm, the growth suppression film 301 is formed with respect to the nitride semiconductor layer to be stacked. The influence of can be reduced.

更に、成長抑制膜３０１の材料として、ＳｉＯ₂を用いたが、第１の実施形態と同様に、Ｓｉ₃Ｎ₄等のシリコン化合物や、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）などの金属を用いても構わない。又、被覆する成長抑制膜３０１の膜厚を０．２μｍとしたが、０．０５μｍ〜１μｍ程度としても構わない。又、簀の子状の成長抑制膜３０１は、その幅と間隔との総和となる幅が、転位集中領域１１を覆うように構成される。 Furthermore, although SiO ₂ is used as the material of the growth suppression film 301, a silicon compound such as Si ₃ N ₄ or a metal such as tungsten (W) or titanium (Ti) is used as in the first embodiment. It doesn't matter. Further, although the thickness of the growth suppressing film 301 to be coated is 0.2 μm, it may be about 0.05 μm to 1 μm. In addition, the saddle-like growth suppression film 301 is configured such that the total width of the width and the interval covers the dislocation concentration region 11.

尚、第１及び第２の実施形態ではリッジストライプ構造の窒化物半導体レーザ素子について記述したが、その限りではない。又、ｎ型ＧａＮ基板の裏面とｎ型ＧａＮ基板の表面に成長して作製した窒化物半導体膜の表面との両面に電極を形成した例について記述したが、ｐ型及びｎ型の両電極をｎ型ＧａＮ基板の表面側に設けるようにしても構わない。   In the first and second embodiments, the nitride semiconductor laser element having the ridge stripe structure has been described. However, the present invention is not limited to this. Moreover, although the example which formed the electrode on both surfaces of the back surface of an n-type GaN substrate and the surface of the nitride semiconductor film produced by growing on the surface of an n-type GaN substrate was described, both p-type and n-type electrodes were described. It may be provided on the surface side of the n-type GaN substrate.

（活性層にＡｓ、ＰおよびＳｂの元素群を含有させた場合）
第１又は第２の実施形態のようにして作製された図２のような構成の半導体レーザ素子は、活性層１０５をＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層が積層された構成とされている。このような活性層１０５に対して、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくとも何れかの元素を含有させるようにしても構わない。 (When the active layer contains an element group of As, P and Sb)
The semiconductor laser device having the configuration as shown in FIG. 2 manufactured as in the first or second embodiment has a configuration in which an active layer 105 is laminated with an InGaN well layer and an InGaN barrier layer. Such an active layer 105 may contain at least one of the As, P, and Sb element groups.

このとき、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくとも何れかの元素が、窒化物半導体レーザ素子を構成している活性層１０５のうち少なくとも井戸層に含有されるようにする。このとき、この井戸層に含有された上記Ａｓ、Ｐ及びＳｂの元素群の総和の組成比をＸとするとともに井戸層のＮ元素の組成比をＹとすると、ＸをＹよりも小さくするとともに、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）を０．３以下とする。又、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）については、０．２以下とする方が好ましい。   At this time, at least one of the As, P, and Sb element groups is contained in at least the well layer of the active layer 105 constituting the nitride semiconductor laser element. At this time, if the total composition ratio of the element groups of As, P, and Sb contained in the well layer is X and the N element composition ratio of the well layer is Y, X is smaller than Y. , X / (X + Y) is 0.3 or less. Further, X / (X + Y) is preferably 0.2 or less.

又、上記元素群の総和の下限値は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上である。上述の元素群の総和の組成比Ｘが０．２よりも高くなると、井戸層内において、上記元素の組成比の異なる濃度分離が次第に生じ始める。更に、上記元素群の総和の組成比Ｘが０．３よりも高くなると、上述の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し始める。一方、上述の元素群の総和の添加量が１×１０¹⁸ｃｍ^-3よりも小さくなると、井戸層に上述の元素を含有したことによる効果が得られにくくなる。 The lower limit of the total sum of the element groups is 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ or more. When the total composition ratio X of the above element group becomes higher than 0.2, concentration separation with different composition ratios of the elements gradually starts to occur in the well layer. Further, when the total composition ratio X of the above element group becomes higher than 0.3, the crystallinity of the well layer is lowered due to the shift from the above-mentioned concentration separation to the crystal separation in which hexagonal system and cubic system are mixed. start. On the other hand, when the total addition amount of the above-described element group is smaller than 1 × 10 ¹⁸ cm ^−3, it is difficult to obtain the effect due to the inclusion of the above-described elements in the well layer.

このように、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群の元素を活性層１０５に含有させることで、井戸層の電子とホールの有効質量が小さくなるとともに、又、井戸層の電子とホールの移動度が大きくなる。よって、窒化物半導体レーザ素子の場合、前者により少な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という効果が得られ、又、後者により活性層で電子とホールが発光再結合によって消滅しても新たに電子・ホールが拡散して高速に注入されるという効果が得られる。   As described above, by containing the elements of the element group of As, P, and Sb in the active layer 105, the effective mass of electrons and holes in the well layer is reduced, and the mobility of electrons and holes in the well layer is reduced. growing. Therefore, in the case of a nitride semiconductor laser element, the effect of obtaining a carrier inversion distribution for laser oscillation with a smaller amount of current injection is obtained in the former, and electrons and holes are extinguished by light-emitting recombination in the active layer due to the latter. Even so, the effect that electrons and holes are newly diffused and injected at high speed can be obtained.

これらの効果は、量子井戸内に結晶欠陥が存在しない場合に特に顕著に現れることがわかっている。即ち、活性層１０５にＡｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち何れも含有しないＩｎＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子と比べて、これらの元素群のうちの何れかの元素を含有させることで、閾値電流密度が低く、自励発振特性の優れた（雑音特性に優れた）窒化物半導体レーザ装置を作製することが可能である。   It has been found that these effects are particularly prominent when there are no crystal defects in the quantum well. That is, when the active layer 105 contains any element of these element groups as compared with the InGaN-based nitride semiconductor laser element that does not contain any of the element groups of As, P, and Sb, the threshold current is increased. A nitride semiconductor laser device having a low density and excellent self-oscillation characteristics (excellent noise characteristics) can be manufactured.

＜半導体光学装置への適用例＞
上述した本発明における窒化物半導体レーザ素子を光ピックアップシステム等の半導体光学装置に適用した場合について、図面を参照して以下に説明する。図７は、本例における半導体光学装置の内部構成を示すブロック図である。尚、本例では、窒化物半導体レーザ素子を光ディスク装置に利用するものとして説明する。 <Application example to semiconductor optical device>
The case where the above-described nitride semiconductor laser element according to the present invention is applied to a semiconductor optical device such as an optical pickup system will be described below with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram showing the internal configuration of the semiconductor optical device in this example. In this example, it is assumed that the nitride semiconductor laser element is used for an optical disk device.

図７に示す光ディスク装置は、光ディスク７０１を円周方向に回転させるためのスピンドルモータ７０２と、光ディスク７０１にレーザ光を照射して情報を読み出す光ピックアップ７０３と、装置全体を制御する制御回路７０４とを有する。尚、光ピックアップ７０３は、制御回路７０４によって駆動される不図示のアクチュエータによって、光ディスク７０１の径方向に移動する。   The optical disk apparatus shown in FIG. 7 includes a spindle motor 702 for rotating the optical disk 701 in the circumferential direction, an optical pickup 703 that reads information by irradiating the optical disk 701 with laser light, and a control circuit 704 that controls the entire apparatus. Have The optical pickup 703 is moved in the radial direction of the optical disc 701 by an actuator (not shown) driven by the control circuit 704.

このような光ディスク装置において、光ピックアップ７０３は、レーザ光を出力する窒化物半導体レーザ素子を有するレーザ装置７０５と、レーザ装置７０５からのレーザ光を透過するとともに追従鏡７０８からのレーザ光を光検出器７０７へ導出するビームスプリッタ７０６と、ビームスプリッタ７０６からのレーザ光を検出して検出信号を制御回路７０４に与える光検出器７０７と、レーザ装置７０５からのレーザ光を光ディスク７０１へ導くとともに光ディスク７０１を反射したレーザ光をビームスプリッタ７０６に導く追従鏡７０８と、追従鏡７０８からのレーザ光を光ディスク７０１上で集光させる対物レンズ７０９とから構成される。   In such an optical disc apparatus, the optical pickup 703 detects the laser light from the laser device 705 having a nitride semiconductor laser element that outputs laser light, the laser light from the laser device 705 and the tracking mirror 708. A beam splitter 706 guided to the optical device 707, a photodetector 707 for detecting the laser light from the beam splitter 706 and providing a detection signal to the control circuit 704, and guiding the laser light from the laser device 705 to the optical disc 701 and the optical disc 701. A tracking mirror 708 that guides the laser light reflected from the tracking mirror 706 to the beam splitter 706, and an objective lens 709 that focuses the laser light from the tracking mirror 708 on the optical disk 701.

このとき、レーザ装置７０５に設けられる本発明による窒化物半導体レーザ素子（３３０〜５５０ｎｍの発振波長）は、上述したように、高出力（３０ｍＷ）、高温雰囲気中（６０℃）で安定して動作し、尚且つレーザ発振寿命が長寿命である。よって、発振波長が短いほど、より高密度に記録再生が可能となるため、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。   At this time, the nitride semiconductor laser device (oscillation wavelength of 330 to 550 nm) according to the present invention provided in the laser device 705 operates stably in a high output (30 mW) and high temperature atmosphere (60 ° C.) as described above. In addition, the laser oscillation lifetime is long. Therefore, since the shorter the oscillation wavelength, the higher the density of recording / reproduction is possible, so that the optical disk apparatus is highly suitable for high-density recording / reproduction with high reliability.

このような構成の光ディスク装置において、情報の記録時は、レーザ装置７０５から出力されるレーザ光が、制御回路７０４からの入力情報に応じて変調され、ビームスプリッタ７０６を透過した後に追従鏡７０８で反射され、対物レンズ７０９を通して光ディスク７０３上に照射されることで、光ディスク７０３に情報が記録される。又は、光ディスク７０３の記録面に与える磁界が制御回路７０４からの入力情報に応じて変調され、情報がディスク上に記録される。   In the optical disk apparatus having such a configuration, when information is recorded, the laser beam output from the laser apparatus 705 is modulated in accordance with the input information from the control circuit 704, passes through the beam splitter 706, and then passes through the tracking mirror 708. Information is recorded on the optical disk 703 by being reflected and irradiated onto the optical disk 703 through the objective lens 709. Alternatively, the magnetic field applied to the recording surface of the optical disc 703 is modulated according to the input information from the control circuit 704, and the information is recorded on the disc.

又、情報の再生時は、光ディスク７０１上のピット配列によって光学的に変化を受けたレーザ光が対物レンズ７０９を通して追従鏡７０８で反射された後、ビームスプリッタ７０６を通して光検出器７０７で検出されることによって、再生信号が得られる。これらの動作は制御回路７０４によって制御される。半導体レーザ素子から出力されるレーザ光のパワーについては、例えば、記録時は３０ｍＷで、再生時は５ｍＷ程度である。   When reproducing information, the laser beam optically changed by the pit arrangement on the optical disk 701 is reflected by the tracking mirror 708 through the objective lens 709 and then detected by the photodetector 707 through the beam splitter 706. Thus, a reproduction signal is obtained. These operations are controlled by the control circuit 704. The power of the laser beam output from the semiconductor laser element is, for example, 30 mW during recording and about 5 mW during reproduction.

本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、このような光ピックアップシステムを有する光ディスク装置の他に、例えば、レーザプリンタ、バーコードリーダ、光の三原色（青色、緑色、赤色）レーザによるプロジェクタ等にも利用可能である。   The nitride semiconductor laser device according to the present invention is used in, for example, a laser printer, a bar code reader, a projector using three primary colors (blue, green, and red) lasers in addition to the optical disk device having such an optical pickup system. Is available.

〈発明の別表現〉
本発明は以下のように表現することもできる。 <Another expression of invention>
The present invention can also be expressed as follows.

本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体層とから構成される窒化物半導体レーザ素子において、前記窒化物半導体基板が、結晶欠陥の集中するストライプ状の転位集中領域と、該転位集中領域を除く低転位領域とを具備した基板であるとともに、前記窒化物半導体基板の表面上の前記転位集中領域を被覆する位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、該成長抑制膜が設けられた前記窒化物半導体基板上に前記窒化物半導体結晶を成長させることで、前記窒化物半導体層が積層されることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser device of the present invention is a nitride semiconductor laser device comprising a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor layer laminated on the nitride semiconductor substrate, wherein the nitride semiconductor substrate is a crystal A substrate having a stripe-like dislocation concentration region in which defects are concentrated and a low dislocation region excluding the dislocation concentration region, and is nitrided at a position covering the dislocation concentration region on the surface of the nitride semiconductor substrate. The nitride semiconductor layer is stacked by growing the nitride semiconductor crystal on the nitride semiconductor substrate on which the growth suppression film is provided. It is characterized by that.

このようにすることで、窒化物半導体層を窒化物半導体基板の表面上に積層させる際に、転位集中領域からの結晶欠陥である転位の伝播を成長抑制膜で抑制し、窒化物半導体層に高密度な結晶欠陥が広がることが防がれる。よって、窒化物半導体層内の結晶欠陥密度を低くすることができる。   In this way, when the nitride semiconductor layer is stacked on the surface of the nitride semiconductor substrate, the propagation of dislocations, which are crystal defects from the dislocation concentration region, is suppressed by the growth suppressing film, and the nitride semiconductor layer is formed. It prevents the high-density crystal defects from spreading. Therefore, the crystal defect density in the nitride semiconductor layer can be lowered.

このような窒化物半導体レーザ素子において、前記成長抑制膜の形状が線状であり、前記転位集中領域それぞれに対して簀の子状となるように複数本毎の前記成長抑制膜が設けられるとともに、該複数本毎の成長抑制膜によって前記各転位集中領域が覆われるようにしても構わない。このようにすることで、低転位領域から成長する窒化物半導体結晶が結合し易くなり、板状の成長抑制膜が設けられ、低転位領域からの窒化物半導体結晶が結合していない状態で窒化物半導体層が積層される場合に比べて、劈開が容易である。   In such a nitride semiconductor laser element, the growth suppression film is linear, and a plurality of the growth suppression films are provided so as to form a scissors shape with respect to each of the dislocation concentration regions. Each dislocation concentration region may be covered with a plurality of growth suppression films. By doing so, the nitride semiconductor crystal grown from the low dislocation region is easily bonded, and a plate-like growth suppression film is provided, and the nitride semiconductor crystal from the low dislocation region is nitrided without being bonded. Cleavage is easier than in the case where a physical semiconductor layer is stacked.

このとき、前記各転位集中領域に対して設けられた前記複数本毎の成長抑制膜が、その幅が１μｍ以上１０μｍ以下で、且つ、隣の成長抑制膜との間隔が１μｍ以上１０μｍ以下で平行に並んで位置するように設けられ、該複数本毎の成長抑制膜の幅と間隔とを合わせた領域それぞれが、前記各転位集中領域を被覆するようにする。   At this time, each of the plurality of growth suppression films provided for each dislocation concentration region has a width of 1 μm or more and 10 μm or less, and is parallel with an interval between adjacent growth suppression films of 1 μm or more and 10 μm or less. The regions including the width and the interval of each of the plurality of growth suppression films cover the dislocation concentration regions.

又、前記窒化物半導体基板の伝導特性をｎ型の伝導特性とするとともに、前記成長抑制膜を被覆するように、前記窒化物半導体基板の表面上にｎ型の伝導特性を有するＧａＮ膜を形成することによって、表面が平坦となるＧａＮ膜を形成することができるため、窒化物半導体層への高密度の結晶欠陥の伝播を防ぐことができる。又、窒化物半導体基板を抵抗の高いｎ型の導電性の基板とすることで、窒化物半導体層がｎ型、ｐ型の順序で積層されるため、結晶成長した窒化物半導体層の表面の平坦性がより向上し、レーザを出力するための電流の閾値を低減することができる。このとき、前記ｎ型の伝導特性を有するＧａＮ膜の膜厚を、１μｍ以上２０μｍ以下とする。   Further, a GaN film having n-type conduction characteristics is formed on the surface of the nitride semiconductor substrate so that the nitride semiconductor substrate has n-type conduction characteristics and covers the growth suppression film. By doing so, a GaN film having a flat surface can be formed, so that propagation of high-density crystal defects to the nitride semiconductor layer can be prevented. In addition, since the nitride semiconductor substrate is an n-type conductive substrate having a high resistance, the nitride semiconductor layers are stacked in the order of n-type and p-type. The flatness is further improved, and the current threshold for outputting the laser can be reduced. At this time, the film thickness of the GaN film having the n-type conductivity is set to 1 μm or more and 20 μm or less.

又、前記成長抑制膜の膜厚を０．０５μｍ以上１μｍ以下とすることで、成長抑制膜の効果を与えるとともに、成長抑制膜による影響を防ぐ。又、前記成長抑制膜を、シリコン化合物膜、又は、金属膜とする。更に、このとき、前記成長抑制膜を、ＳｉＯ2膜、Ｓｉ3Ｎ4膜、チタン膜、又は、タングステン膜のいずれかとする。   Further, by setting the thickness of the growth suppression film to 0.05 μm or more and 1 μm or less, the effect of the growth suppression film is given and the influence of the growth suppression film is prevented. The growth suppression film is a silicon compound film or a metal film. Further, at this time, the growth suppressing film is any one of a SiO 2 film, a Si 3 N 4 film, a titanium film, and a tungsten film.

上述した窒化物半導体レーザ素子において、前記窒化物半導体層が量子井戸活性層を有するとともに、該活性層がＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）により構成される井戸層を含有するようにしても構わないし、更に、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくともいずれかの元素が、前記活性層に含有されるようにしても構わない。又、前記窒化物半導体基板がＧａＮ基板であることが好ましい。 In the nitride semiconductor laser device described above, the nitride semiconductor layer includes a quantum well active layer, and the active layer includes a well layer composed of In _x Ga _1-x N (0 <x <1). In addition, at least one of the As, P, and Sb element groups may be contained in the active layer. The nitride semiconductor substrate is preferably a GaN substrate.

又、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体層とから構成される窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、結晶欠陥の集中するストライプ状の転位集中領域と該転位集中領域を除く低転位領域とを具備した前記窒化物半導体基板の表面上において、前記転位集中領域を被覆する位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成した後、該成長抑制膜が設けられた前記窒化物半導体基板上に前記窒化物半導体結晶を成長させることで、前記窒化物半導体層を積層することを特徴とする。   A method for manufacturing a nitride semiconductor laser element according to the present invention is a method for manufacturing a nitride semiconductor laser element comprising a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor layer stacked on the nitride semiconductor substrate. On the surface of the nitride semiconductor substrate having a stripe-like dislocation concentration region where crystal defects are concentrated and a low dislocation region excluding the dislocation concentration region, a position covering the dislocation concentration region is formed on the surface of the nitride semiconductor crystal. The nitride semiconductor layer is stacked by growing the nitride semiconductor crystal on the nitride semiconductor substrate provided with the growth suppression film after forming a growth suppression film for suppressing growth. To do.

このとき、前記成長抑制膜を前記窒化物半導体基板の表面全域に設けた後、エッチングを行うことによって、前記転位集中領域のみが前記成長抑制膜で被覆された状態とするようにしても構わない。又、前記窒化物半導体基板の伝導特性がｎ型の伝導特性であるとともに、前記転位集中領域を前記成長抑制膜で被覆した後、該成長抑制膜を被覆するように、前記窒化物半導体基板の表面上にｎ型の伝導特性を有するＧａＮ膜を形成し、形成された該ＧａＮ膜の表面上に前記窒化物半導体結晶を成長させることで、前記窒化物半導体層を積層するようにしても構わない。   At this time, after the growth suppression film is provided over the entire surface of the nitride semiconductor substrate, etching may be performed so that only the dislocation concentration region is covered with the growth suppression film. . The nitride semiconductor substrate has n-type conductivity, and the dislocation concentration region is coated with the growth suppressing film, and then the growth suppressing film is covered with the nitride semiconductor substrate. The nitride semiconductor layer may be stacked by forming a GaN film having n-type conductivity on the surface and growing the nitride semiconductor crystal on the surface of the formed GaN film. Absent.

本発明の半導体光学装置は、上述したような窒化物半導体レーザ素子を光源とすることを特徴とする。   The semiconductor optical device of the present invention is characterized by using the nitride semiconductor laser element as described above as a light source.

ｎ型ＧａＮ基板の製造過程を示す図。The figure which shows the manufacturing process of an n-type GaN substrate. 窒化物半導体レーザ素子の内部構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal structure of a nitride semiconductor laser element. ｎ型ＧａＮ基板上に窒化物半導体層が積層された様子を示す断面図。Sectional drawing which shows a mode that the nitride semiconductor layer was laminated | stacked on the n-type GaN substrate. ｎ型ＧａＮ基板上に窒化物半導体層が積層された様子を示す断面図。Sectional drawing which shows a mode that the nitride semiconductor layer was laminated | stacked on the n-type GaN substrate. ｎ型ＧａＮ基板上に窒化物半導体層が積層された様子を示す断面図。Sectional drawing which shows a mode that the nitride semiconductor layer was laminated | stacked on the n-type GaN substrate. 第２の実施形態におけるＧａＮ結晶の成長過程を示す図。The figure which shows the growth process of the GaN crystal in 2nd Embodiment. 本発明の窒化物半導体レーザー素子を有する半導体光学装置の内部構成を示すブロック図。The block diagram which shows the internal structure of the semiconductor optical apparatus which has the nitride semiconductor laser element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ｎ型ＧａＮ基板
１１ 転位集中領域
１２ 低転位領域
１３ 成長抑制膜
１４ レーザ光導波領域
１５ ｐ型電極
１６ ｎ型電極
２１ 支持基体
２２ ｎ型ＧａＮ層
２３ ファセット面
２４ 転位集中領域
２５ 高ルミネッセンス領域
２６ ｛０００１｝面
１０１ ｎ型ＧａＮ層
１０２ クラック防止層
１０３ ｎ型クラッド層
１０４ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１０５ 活性層
１０６ キャリアブロック層
１０７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０８ ｐ型クラッド層
１０９ ｐ型コンタクト層 10 n-type GaN substrate
11 Dislocation concentration region
12 Low dislocation region
13 Growth suppression film
14 Laser light guide region
15 p-type electrode
16 n-type electrode
21 Support base
22 n-type GaN layer
23 Faceted surface
24 Dislocation concentration region
25 High luminescence area
26 {0001} face
101 n-type GaN layer
102 Crack prevention layer
103 n-type cladding layer
104 n-type GaN optical guide layer
105 Active layer
106 Carrier block layer
107 p-type GaN optical guide layer
108 p-type cladding layer
109 p-type contact layer

Claims (18)

以下の（Ａ１）の窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、
その成長抑制膜が設けられた上記窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されるとともに、
リッジストライプ部が、上記成長抑制膜の間に形成される上記窒化物半導体層の上方に
ある窒化物半導体レーザ素子。
（Ａ１）基体を用いて形成される窒化物半導体を含む窒化物半導体基板には、
以下の（１）の転位集中領域、（２）の低転位領域、および（３）の高ルミネセンス
領域が含まれており、
（１）基体にストライプ状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスク
の直上をストライプ状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、その底の両側
を、成長方向に垂直な面以外の面であるファセット面から成る斜面をＶ字型に
して、成長を持続させることで、そのファセット面の斜面を維持させながら成
長させ、上記斜面の下部に結晶欠陥を集中させてストライプ状で、かつ、基板
の上面から下面に至るまでで一連となりつつ、周囲の領域に対して区別される
境界となり、
さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態になっている転位集中領域
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させて
いる状態
（２）上記転位集中領域を除く領域である低転位領域
（３）上記低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長
することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別され
る境界となる高ルミネッセンス領域
上記窒化物半導体基板の表面は、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している窒化物半導体基板。 The following (A1) has a growth suppressing film for suppressing the growth of the nitride semiconductor crystal at the position of the dislocation concentration region on the surface of the nitride semiconductor substrate,
A nitride semiconductor layer is stacked on the nitride semiconductor substrate provided with the growth suppression film,
A nitride semiconductor laser device, wherein a ridge stripe portion is above the nitride semiconductor layer formed between the growth suppression films.
(A1) A nitride semiconductor substrate including a nitride semiconductor formed using a substrate includes:
The following (1) dislocation concentration region, (2) low dislocation region, and (3) high luminescence region are included,
(1) A mask is formed by growing a base after forming a striped mask on the base.
The top of the bottom is a stripe-shaped high-density defect area and both sides of the bottom
A V-shaped slope consisting of facet surfaces other than the surface perpendicular to the growth direction
By maintaining the growth, the slope of the facet surface is maintained.
The substrate is elongated and the crystal defects are concentrated at the lower part of the slope, and the substrate is striped.
Distinguishes from surrounding areas, starting from the top to the bottom
A boundary,
Furthermore, the dislocation concentration region in any of the following (a) to (c)
(A) Polycrystalline state
(B) In a single crystal state and inclined with respect to the surrounding low dislocation region
(C) Reversing the c-axis in the [0001] direction with respect to the surrounding low dislocation region
(2) Low dislocation region, which is a region excluding the dislocation concentration region (3) Facet plane {0001} surface appears and grows at the center of the low dislocation concentration region
It is striped due to the light emission and is distinguished from the surroundings by emitting light.
A nitride semiconductor substrate in which the surface of the nitride semiconductor substrate has an off angle in the range of 0.2 ° to 1 ° from the (0001) plane. 以下の（Ａ２）の窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、
その成長抑制膜が設けられた上記窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されるとともに、
リッジストライプ部が、上記成長抑制膜の間に形成される上記窒化物半導体層の上方に
ある窒化物半導体レーザ素子。
（Ａ２）基体を用いて形成される窒化物半導体を含む窒化物半導体基板には、
以下の（４）の転位集中領域、（５）の低転位領域、および（６）の高ルミネセンス領域が含まれており、
（４）基体にドット状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの直
上をピット状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、そのピットを取り巻き 、成長方向に垂直な面以外の面であるファセット面の成長を持続させることで 、そのファセット面の斜面を維持させながら成長させ、上記斜面の下部に結晶 欠陥を集中させてドット状で、かつ、基板の上面から下面に至るまでで一連と なりつつ、周囲の領域に対して区別される境界となり、
さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態になっている転位集中領域
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
（５）上記転位集中領域を除く領域である低転位領域
（６）上記低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長
することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別され
る境界となる高ルミネッセンス領域
上記窒化物半導体基板の表面は、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している窒化物半導体基板。 The following (A2) has a growth suppressing film that suppresses the growth of the nitride semiconductor crystal at the position of the dislocation concentration region on the surface of the nitride semiconductor substrate,
A nitride semiconductor layer is stacked on the nitride semiconductor substrate provided with the growth suppression film,
A nitride semiconductor laser device, wherein a ridge stripe portion is above the nitride semiconductor layer formed between the growth suppression films.
(A2) In a nitride semiconductor substrate including a nitride semiconductor formed using a base,
The following (4) dislocation concentration region, (5) low dislocation region, and (6) high luminescence region are included,
(4) After forming a dot-shaped mask on the substrate, the substrate is grown, so that
The top surface of the pit-like high-density defect area is used as the bottom, the pit is surrounded, and the growth of the facet surface, which is a surface other than the surface perpendicular to the growth direction, is maintained to maintain the slope of the facet surface. While growing, the crystal defects are concentrated in the lower part of the slope and are in the form of dots. From the upper surface to the lower surface of the substrate, the boundary becomes a boundary that is distinguished from the surrounding region.
Furthermore, the dislocation concentration region in any of the following (a) to (c)
(A) Polycrystalline state
(B) In a single crystal state and inclined with respect to the surrounding low dislocation region
(C) The c-axis in the [0001] direction is reversed with respect to the surrounding low dislocation region.
State (5) Low dislocation region which is a region excluding the dislocation concentration region (6) Facet plane {0001} plane appears and grows at the center of the low dislocation concentration region
It is striped due to the light emission and is distinguished from the surroundings by emitting light.
A nitride semiconductor substrate in which the surface of the nitride semiconductor substrate has an off angle in the range of 0.2 ° to 1 ° from the (0001) plane. ストライプ状の上記転位集中領域が、［１−１００］方向に略並行である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the dislocation concentration region in a stripe shape is substantially parallel to the [1-100] direction. ストライプ状の上記転位集中領域の幅が、１０μｍ〜４０μｍである請求項１または３に記載の窒化物半導体レーザ素子。   4. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a width of the stripe-shaped dislocation concentration region is 10 μm to 40 μm. 上記窒化物半導体基板の表面にて、ストライプ状の上記転位集中領域を含む部分が窪んでいる請求項１、３、４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。   5. The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein a portion including the stripe-shaped dislocation concentration region is recessed on a surface of the nitride semiconductor substrate. 上記オフ角度が、０．４°〜０．８°である請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the off angle is 0.4 ° to 0.8 °. ドーピングされる材料が、酸素である請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the material to be doped is oxygen. ドーピングされる酸素によって、ｎ型の導電性を有する請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser element according to claim 7, wherein the nitride semiconductor laser element has n-type conductivity due to doped oxygen. 上記転位集中領域が複数有り、
転位集中領域間の間隔が、１００μｍ以上６００μｍ以下である請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。 There are multiple dislocation concentration areas,
9. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a distance between dislocation concentration regions is not less than 100 μm and not more than 600 μm. 以下の（Ｂ１）の窒化物半導体基板の製造方法により製造される窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、
その成長抑制膜が設けられた上記窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層させる工程と、
リッジストライプ部を、上記成長抑制膜の間に形成される上記窒化物半導体層の上方に
形成させる工程と、
を含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
（Ｂ１） 窒化物半導体基板の製造方法であって、
ＧａＡｓ、サファイア、ＳｉＣ、石英、ＮｄＧａＯ₃、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ 、ＺｎＢ₂、Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、またはＧａＰから成る基体上に、マスク を形成する工程と、
基体にストライプ状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの
直上をストライプ状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、その底の両側を、成
長方向に垂直な面以外の面であるファセット面から成る斜面をＶ字型して、成長を
持続させることで、そのファセット面の斜面を維持させながら成長させ、上記斜面
の下部に結晶欠陥を集中させてストライプ状で、かつ、基板の上面から下面に至る
までで一連となりつつ、周囲の領域に対して区別される境界とし、さらに、以下の
（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態となる転位集中領域を成長させる工程と、
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
窒化物半導体基板表面が、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度
を有するように研磨加工する工程と、
を有し、
上記低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境界となる高ルミネッセンス領域が形成されている窒化物半導体基板の製造方法。 Forming a growth suppressing film for suppressing growth of nitride semiconductor crystals at a position of a dislocation concentration region on the surface of the nitride semiconductor substrate manufactured by the following method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of (B1);
Laminating a nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor substrate provided with the growth suppressing film;
Forming a ridge stripe portion above the nitride semiconductor layer formed between the growth suppression films;
A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device comprising:
(B1) A method of manufacturing a nitride semiconductor substrate,
Forming a mask on a substrate made of GaAs, sapphire, SiC, quartz, NdGaO ₃ , ZnO, GaN, AlN, ZnB ₂ , Si, spinel, MgO, or GaP;
After forming a striped mask on the substrate, the substrate is grown so that the stripe-shaped high-density defect region is directly above the mask, and both sides of the bottom are other than the surface perpendicular to the growth direction. By making the slope of the facet surface, which is the face of the surface, into a V shape and sustaining the growth, it is grown while maintaining the slope of the facet surface, and crystal defects are concentrated in the lower part of the slope to form a stripe shape. In addition, a dislocation-concentrated region that grows from one of the following states (a) to (c) is formed as a boundary that distinguishes from the surrounding region while forming a series from the upper surface to the lower surface of the substrate. A process of
(A) Polycrystalline state
(B) In a single crystal state and inclined with respect to the surrounding low dislocation region
(C) The c-axis in the [0001] direction is reversed with respect to the surrounding low dislocation region.
A step of polishing so that the surface of the nitride semiconductor substrate has an off angle in the range of 0.2 ° to 1 ° from the (0001) plane;
Have
In the center of the low dislocation concentration region, there is formed a high luminescence region which is a stripe formed by the facet plane {0001} plane appearing and growing, and which becomes a boundary distinguished from the surrounding by emitting light. A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate. 以下の（Ｂ２）の窒化物半導体基板の製造方法により製造される窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、
その成長抑制膜が設けられた上記窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層させる工程と、
リッジストライプ部を、上記成長抑制膜の間に形成される上記窒化物半導体層の上方に
形成させる工程と、
を含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
（Ｂ２） 窒化物半導体基板の製造方法であって、
ＧａＡｓ、サファイア、ＳｉＣ、石英、ＮｄＧａＯ₃、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ 、ＺｎＢ₂、Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、またはＧａＰから成る基体上に、マスク を形成する工程と、
基体にドット状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの直上
をピット状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、そのピットを取り巻き、成長
方向に垂直な面以外の面であるファセット面の成長を持続させることで、そのファ
セット面の斜面を維持させながら成長させ、上記斜面の下部に結晶欠陥を集中させ
てドット状で、かつ、基板の上面から下面に至るまでで一連となりつつ、周囲の領
域に対して区別される境界とし、さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態
となる転位集中領域を成長させる工程と、
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
窒化物半導体基板表面が、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度
を有するように研磨加工する工程と、
を有し、
上記低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境界となる高ルミネッセンス領域が形成されている窒化物半導体基板の製造方法。 A step of forming a growth suppressing film for suppressing the growth of the nitride semiconductor crystal at the position of the dislocation concentration region on the surface of the nitride semiconductor substrate manufactured by the nitride semiconductor substrate manufacturing method of (B2) below;
Laminating a nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor substrate provided with the growth suppressing film;
Forming a ridge stripe portion above the nitride semiconductor layer formed between the growth suppression films;
A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device comprising:
(B2) A method of manufacturing a nitride semiconductor substrate,
Forming a mask on a substrate made of GaAs, sapphire, SiC, quartz, NdGaO ₃ , ZnO, GaN, AlN, ZnB ₂ , Si, spinel, MgO, or GaP;
After forming a dot-shaped mask on the substrate, the substrate is grown so that the pit-shaped high-density defect area is directly above the mask and the pits are surrounded by a surface other than the surface perpendicular to the growth direction. By maintaining the growth of the facet surface, the growth is performed while maintaining the slope of the facet surface, and the crystal defects are concentrated on the lower part of the slope to form dots and from the top surface to the bottom surface of the substrate. And a step of growing a dislocation-concentrated region that becomes a boundary that is distinguished from the surrounding region and that is in any of the following states (a) to (c):
(A) Polycrystalline state
(B) In a single crystal state and inclined with respect to the surrounding low dislocation region
(C) The c-axis in the [0001] direction is reversed with respect to the surrounding low dislocation region.
A step of polishing so that the surface of the nitride semiconductor substrate has an off angle in the range of 0.2 ° to 1 ° from the (0001) plane;
Have
In the center of the low dislocation concentration region, there is formed a high luminescence region which is a stripe formed by the facet plane {0001} plane appearing and growing, and which becomes a boundary distinguished from the surrounding by emitting light. A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate. ［１−１００］方向に対して略並行に、ストライプ状の上記転位集中領域を形成させている請求項１０に記載の窒化物半導体基板の製造方法。   The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 10, wherein the dislocation concentration region in the form of stripes is formed substantially parallel to the [1-100] direction. １０μｍ〜４０μｍの幅を有するストライプ状の上記転位集中領域を形成させている請求項１０または１２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。   13. The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 10, wherein the dislocation concentration region in a stripe shape having a width of 10 μm to 40 μm is formed. ストライプ状の上記転位集中領域を形成させるとともに、上記窒化物半導体基板の表面にて、ストライプ状の上記転位集中領域を含む部分を窪ませている請求項１０、１２、１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。   The stripe-like dislocation concentration region is formed, and a portion including the stripe-like dislocation concentration region is recessed on the surface of the nitride semiconductor substrate. The manufacturing method of the nitride semiconductor substrate of description. 上記オフ角度を、０．４°〜０．８°としている請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。   The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 10, wherein the off-angle is 0.4 ° to 0.8 °. 酸素をドーピングしている請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。   The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 10, wherein oxygen is doped. 酸素をドーピングすることによって、ｎ型の導電性を生じさせている請求項１６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。   The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 16, wherein n-type conductivity is generated by doping oxygen. 上記転位集中領域を複数形成するとともに、
転位集中領域間の間隔を、１００μｍ以上６００μｍ以下としている請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 While forming a plurality of dislocation concentration regions,
The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to any one of claims 10 to 17, wherein an interval between dislocation concentration regions is set to 100 µm or more and 600 µm or less.

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