CN101997268A - 氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件及其制造方法以及半导体装置 - Google Patents

氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件及其制造方法以及半导体装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件及其制造方法以及半导体装置。提供一种能够提高发光效率的氮化物半导体元件。该氮化物半导体激光元件(氮化物半导体元件)具备：具有生长主面的GaN基板、在该GaN基板的生长主面上形成且具有包含阱层和势垒层的量子阱结构的有源层，所述生长主面由相对m面在a轴方向具有倾斜角的面构成，势垒层由包含Al的氮化物半导体即AlGaN构成。

Description

氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件及其制造方法以及半导体装置
技术领域
本发明涉及氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件及其制造方法以及半导体装置，特别是涉及具备氮化物半导体基板的氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件及其制造方法以及半导体装置。
背景技术
以GaN、AlN、InN及其混晶为代表的氮化物半导体与AlGaInAs系半导体或AlGaInP系半导体相比具有禁带宽度Eg大，且是直接迁移型半导体材料的特点。因此，这些氮化物半导体作为构成从紫外线直到绿色波长区域都能够发光的半导体激光元件、构成能够覆盖从紫外线到红色这宽广的发光波长范围的发光二极管元件等半导体发光元件的材料而被关注，认为在投影仪、彩色显示器、进而在环境和医疗领域等其能够被广泛应用。
近年来，各研究机构正在努力地进行对于使用氮化物半导体的半导体发光元件，通过使其发光波长长波长化来实现在绿色区域发光的半导体发光元件(绿色半导体激光器)的试验。
使用氮化物半导体的半导体发光元件，一般作为基板而使用六方晶系的GaN基板(氮化物半导体基板)，其c面((0001)面)被设定为生长主面。这样，通过在该c面上层积包含有源层的氮化物半导体层来形成氮化物半导体发光元件。在使用氮化物半导体基板来形成氮化物半导体发光元件的情况下，一般是使用包含In的有源层，通过增加In的组分比来谋求发光波长的长波长化。
但由于GaN基板的c面是在c轴方向具有极性的极性面，所以在c面上层积包含有源层的氮化物半导体层的情况下，存在有源层内产生自发极化的不良状况。且在c面上层积包含有源层的氮化物半导体层的情况下，随着In组分比的增加而有源层的晶格应变增大，还存在有源层由于压电极化而感应出较强的内部电场的不良状况。且由于该内部电场而使电子与空穴的波动函数的重叠减少而再结合发光的比例下降。因此，为了实现绿色区域发光而增加In组分比的情况下，有随着发光波长的长波长化而产生发光效率显著降低的问题。
于是，近年来为了避免自发极化和压电极化的影响，提出了不是在一般的c面，而是在无极性面即m面({1-100}面)上层积氮化物半导体层的氮化物半导体发光元件。这种氮化物半导体发光元件例如被日本特开2008-226865号公报所公开。
上述日本特开2008-226865号公报记载有能够降低阈值电流的法布里珀罗型(フアブリペロ一型)半导体激光二极管。该半导体激光二极管(氮化物半导体发光元件)具备将无极性面即m面作为生长主面的GaN基板，在该生长主面(m面)上层积包含有源层的氮化物半导体各层。且上述有源层具有多重量子阱结构，有源层的势垒层由GaN构成。
由于GaN基板的m面是与c面正交的晶面，所以通过在m面上层积包含有源层的氮化物半导体各层而使成为极化轴的c轴被包含在有源层的面内。因此，能够避免自发极化和压电极化的影响，抑制发光效率的降低。
如上所述，通过使用以m面作为生长主面的氮化物半导体基板而能够得到抑制了由自发极化和压电极化引起的发光效率降低的氮化物半导体元件。
但在使用日本特开2008-226865号公报所记载的现有有源层结构的情况下，还不能说其发光效率足够高，依然留有改善发光效率的余地。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而开发的，本发明的一个目的在于提供一种能够提高发光效率的氮化物半导体元件、氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件的制造方法和具备氮化物半导体元件的半导体装置。
本发明的又一个目的在于提供一种能够提高元件特性和合格品率的氮化物半导体元件、氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件的制造方法和具备氮化物半导体元件的半导体装置。
本发明的进而又一个目的在于提供一种元件特性优良、可靠性高的氮化物半导体元件及其制造方法。
本申请的发明者们着眼于上述问题而进行了各种实验，进行了刻苦钻研，结果发现：在使用GaN层和InGaN层作为有源层的势垒层时，发光图形有时产生暗线的情况。为了抑制这种暗线的产生，将势垒层由包含Al的氮化物半导体构成是非常有效的。
本申请的发明者们发现：在不具有倾斜角的、以m面作为生长主面的氮化物半导体基板上层积氮化物半导体层来形成发光二极管元件，向该发光二极管元件进行注入电流而使EL发光时，成为亮点状的发光图形。于是，本申请的发明者们反复专心研究，结果发现：通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为氮化物半导体基板的生长主面，则能够抑制EL发光图形成为亮点状。
即，本发明第一方面的氮化物半导体元件具备：具有生长主面的氮化物半导体基板、在氮化物半导体基板的生长主面上形成且具有包含阱层和势垒层的量子阱结构的有源层。所述生长主面由相对m面在a轴方向具有倾斜角的面构成，势垒层由包含Al的氮化物半导体构成。
如上所述，该第一方面的氮化物半导体元件通过使用包含Al的氮化物半导体层作为势垒层，能够大致完全抑制暗线的产生。由此，能够抑制由产生暗线为起因的发光效率降低。
第一方面中，通过将势垒层由包含Al的氮化物半导体构成而能够提高势垒层的平坦性，因此，由于在平坦性高的势垒层上形成阱层而能够抑制阱层中In组分在面内分布不均匀。而且还能够提高有源层(阱层)的结晶性。由此，更能够提高发光效率。
如上所述，第一方面的氮化物半导体元件通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为氮化物半导体基板的生长主面，能够抑制EL发光图形的亮点状化。即通过这种结构能够改善氮化物半导体元件的EL发光图形(抑制亮点状发光和面内的波长不均匀等)。由此，能够提高氮化物半导体元件的发光效率。通过提高发光效率而能够得到亮度高的氮化物半导体元件。作为能够得到抑制上述亮点状发光效果的理由之一认为是：通过氮化物半导体基板的生长主面相对m面在a轴方向具有倾斜角，使在生长主面上包含有源层的氮化物半导体层生长时原子的迁移(マイグレ一シヨン)方向有变化的缘故。
在第一方面中，由于通过抑制EL发光图形的亮点状化而能够使EL发光图形均匀化，所以还能够降低驱动电压。由于通过抑制亮点状发光而能够得到均匀发光的EL发光图形，所以在形成氮化物半导体激光元件时能够提高增益。
这样，第一方面利用上述结构而能够大幅度提高发光效率。由于发光效率被提高而能够提高元件特性和可靠性，所以能够得到元件特性优良、可靠性高的氮化物半导体元件。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，优选势垒层由含有Al、Ga、N的氮化物半导体构成。通过这种结构能够容易地提高势垒层的平坦性，且能够容易地抑制暗线的产生。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，优选势垒层由AlInGaN构成。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，势垒层也可以由AlGaN构成。即使在势垒层由AlGaN构成的情况下，也能够得到与势垒层由AlInGaN构成的情况同样的效果。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，有源层也可以构成为包含多个势垒层。这时也可以将多个势垒层的至少一部分由AlInGaN构成。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，优选a轴方向倾斜角的绝对值比0.1度大。只要是这种结构，则能够既抑制暗线的产生，又容易地抑制EL发光图形的亮点状和面内的波长不均匀。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，优选所述阱层由包含In的氮化物半导体构成，且其In组分比是0.15以上0.45以下。第一方面的氮化物半导体元件即使在这样亮点状的EL发光图形显著出现的条件下，即阱层的In组分比是0.15以上的情况下，也能够有效地抑制EL发光图形的亮点状化，所以能够显著地得到抑制亮点状发光的效果。且通过将阱层的In组分比设定在0.45以下，还能够防止产生由于阱层的In组分比大于0.45造成晶格不匹配，进而由于晶格不匹配等应变引起位错大量进入有源层这种不良状况。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，在势垒层由包含Al的氮化物半导体构成的情况下，阱层优选由InGaN构成。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，有源层优选阱层由两层量子阱结构来构成。只要是这种结构就能够得到抑制亮点状发光的效果和抑制暗线的效果，且能够容易地降低驱动电压。因此，能够提高元件特性和可靠性。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，有源层也能够优选阱层由一层量子阱结构来构成。即使在这种结构的情况下，也能够得到抑制亮点状发光的效果和抑制暗线的效果，且能够容易地降低驱动电压。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，优选氮化物半导体基板由GaN构成。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，优选氮化物半导体基板的生长主面上，包含Al的氮化物半导体层与生长主面相接地形成。由于只要是这种结构就能够得到良好的表面形态，所以能够使氮化物半导体层的面内层厚分布均匀化，且在向该氮化物半导体层上层积的半导体层中也能够使面内层厚分布均匀化。由于使表面形态良好而能够减少元件特性的偏差，所以能够提高制造合格品率。由此，能够容易得到具有设计范围内的特性的元件。使表面形态良好还能够进一步提高元件特性和可靠性。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，优选在氮化物半导体基板的生长主面上形成有上下夹住有源层的一对引导层，引导层由包含In的氮化物半导体构成。由于只要是这种结构就能够有效地进行光封闭(光閉じ込あ)，所以能够更加提高发光效率。由于只要是这种结构就能够更加提高发光效率，所以在形成氮化物半导体激光元件时能够更加提高增益。
上述第一方面的氮化物半导体元件中，氮化物半导体基板的生长主面也可以不仅在a轴方向具有倾斜角，在c轴方向也具有倾斜角。这时，优选a轴方向的倾斜角比c轴方向的倾斜角大。只要是这种结构，就能够有效抑制EL发光图形的亮点状化、面内波长的不均匀和暗线的产生。
本发明第二方面的氮化物半导体元件具备：以m面作为生长主面的氮化物半导体基板和在氮化物半导体基板的生长主面上形成且包含有源层的氮化物半导体层。而且氮化物半导体基板包含有从生长主面向厚度方向凹入的凹入区域和没凹入的区域即非凹入区域，有源层具有由包含Al和In的氮化物半导体构成的势垒层。且本发明的“氮化物半导体基板”包括生长主面由氮化物半导体构成的基板。
如上所述，该第二方面的氮化物半导体元件通过将有源层的势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成而能够大致完全地抑制暗线的产生。由此，能够抑制由于产生暗线造成的发光效率降低。其结果是能够提高元件特性和可靠性。由于通过抑制暗线的产生而能够得到均匀发光的发光图形，所以在形成氮化物半导体激光元件时能够提高增益。
在此，氮化物半导体激光元件等氮化物半导体发光元件(氮化物半导体元件)在氮化物半导体基板的m面上使氮化物半导体层生长时，以氮化物半导体基板与氮化物半导体层之间的晶格常数差、热膨胀系数差等为起因而在氮化物半导体层产生应变，有时由于该应变而使氮化物半导体层产生裂纹。在氮化物半导体层产生裂纹的情况下，则从一片晶片得到的合格品数量减少，有合格品率降低的问题。且由于产生裂纹而使可靠性和发光寿命等元件特性也降低。因此，抑制裂纹的产生对于元件的生产非常重要。
特别是在想制作在紫外区域发光的半导体发光元件或在绿色区域发光的半导体发光元件(例如绿色半导体激光器)等时，为了有效地进行光封闭，有时在基板上形成与基板的晶格常数差大的半导体层。这时，由于非常容易产生裂纹，所以存在提高元件特性和合格品率非常困难的问题。
因此，第二方面中，为了抑制上述问题而在氮化物半导体基板中形成凹入区域。即在氮化物半导体基板中形成有凹入区域的情况下，由于能够在凹入区域上的氮化物半导体层表面形成凹处，所以即使在氮化物半导体基板与氮化物半导体层之间的晶格常数差和热膨胀系数差等变大而在氮化物半导体层中产生应变的情况下，氮化物半导体层(非凹入区域上形成的氮化物半导体层)的应变也能够在凹入区域上的氮化物半导体层表面形成的所述凹处部分被缓和。因此，能够得到非常高的抑制裂纹的效果，能够有效抑制氮化物半导体层中裂纹的产生。因此，根据上述结构，能够几乎不产生裂纹地形成与氮化物半导体基板的组成更加不同的氮化物半导体层。因此，即使在制作在紫外区域发光的半导体发光元件和在绿色区域发光的半导体发光元件(例如绿色半导体激光器)等时，也能够抑制裂纹的产生。由此，能够既提高元件特性又以高合格品率来制作在紫外区域和绿色区域发光的半导体发光元件。
如上所述，由于第二方面通过抑制暗线的产生而能够减少元件特性的偏差，所以能够增加具有设计范围内的特性的元件的数量。因此，还能够提高合格品率。
由于第二方面通过在氮化物半导体基板中形成凹入区域而能够有效地缓和有源层的应变，所以能够更有效地抑制暗线的产生。通过上述结构而在氮化物半导体层生长后，进而在制成半导体元件后的通电试验后也能够有效地抑制暗线的产生。由此，能够得到亮度和可靠性高的氮化物半导体元件。
通过上述结构，根据本发明的第二方面能够大幅度提高发光效率。由于通过提高发光效率而能够提高元件特性和可靠性，所以能够得到元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体元件。并且由于根据第二方面能够有效地抑制裂纹的产生，所以能够增加从一片晶片获得的合格品数量。由此，能够提高合格品率。通过抑制裂纹的产生而能够提高元件的可靠性，提高元件特性。
所述第二方面的氮化物半导体元件中，优选势垒层由AlInGaN构成。只要是这种结构就能够更有效地抑制暗线的产生。通过将势垒层由AlInGaN构成，能够增加势垒层上形成的阱层中所进入的In量。因此，通过将势垒层由AlInGaN构成，能够扩展生长条件的范围。向AlGaN添加In的AlInGaN即使在以更低温生长的情况下，也容易形成具有良好结晶性的膜。因此，通过将多以600℃～800℃左右比较低的生长温度形成的势垒层由AlInGaN来构成，即使在以上述那样比较低的温度来形成势垒层时，也能够得到结晶性良好的势垒层。通过将势垒层设定为AlInGaN而能够减少势垒层对于阱层给予的应变。由于阱层的应变小结构发光元件在驱动中恶化的速度慢，所以更优选。
本发明第三方面的氮化物半导体元件具备：以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板和在氮化物半导体基板的生长主面上形成且包含有源层的氮化物半导体层。而且氮化物半导体基板包含有从生长主面向厚度方向凹入的凹入区域和没凹入的区域即非凹入区域，有源层具有由包含Al和In的氮化物半导体构成的势垒层。
与上述第二方面同样地，该第三方面的氮化物半导体元件通过将有源层的势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成而能够大致完全地抑制暗线的产生。由此，能够提高发光效率。
第三方面的氮化物半导体元件通过使用在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板而能够抑制暗线的产生，能够抑制EL发光图形的亮点状化。即通过这种结构而能够更加改善氮化物半导体元件的EL发光图形(抑制亮点状发光和面内的波长不均匀等)。因此，还能够提高氮化物半导体元件的发光效率。通过提高发光效率而能够得到亮度高的氮化物半导体元件。
第三方面通过在氮化物半导体基板中形成凹入区域而能够几乎不产生裂纹地形成与氮化物半导体基板组成更加不同的氮化物半导体层。而且通过形成上述凹入区域而能够有效缓和包含Al的有源层的应变，所以能够更有效地抑制暗线的产生。
根据第三方面，通过使用相对m面在a轴方向设置有倾斜角的氮化物半导体基板，能够使凹入区域内部难以被氮化物半导体层填埋。由此，能够容易变成在凹入区域上的氮化物半导体层表面形成有凹处的状态。其结果是能够容易地抑制裂纹的产生。
根据第三方面，通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为氮化物半导体基板的生长主面，能够使在该生长主面上形成的氮化物半导体层的结晶性良好。因此，能够使在氮化物半导体层难以产生裂纹。由于通过上述结构而使氮化物半导体层的表面形态良好，所以能够得到具有均匀厚度的氮化物半导体层。因此，能够抑制由于氮化物半导体层的厚度不均匀而在氮化物半导体层出现局部厚度大的区域这种不良状况的产生。由于在这种厚度大的区域容易发生裂纹，所以通过抑制在氮化物半导体层出现局部厚度大的区域而能够更难以产生裂纹。由于通过上述结构而使氮化物半导体层的表面形态非常良好，所以能够减少元件特性的偏差。因此，由于能够增加具有设计范围内的特性的元件的数量，所以还能够提高合格品率。通过提高表面形态还能够提高元件特性和可靠性。
根据第三方面，通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面，能够提高由包含Al和In的氮化物半导体构成的所述势垒层的平坦性。因此，通过在平坦性高的势垒层上形成阱层而能够抑制阱层中In组分的面内分布不均匀。能够提高有源层(阱层)的结晶性。由此，能够更加提高发光效率。
如上所述，由于第三方面通过抑制暗线的产生而能够减少元件特性的偏差，所以能够增加具有设计范围内的特性的元件的数量。因此还能够提高合格品率。
通过上述结构，根据第三方面能够大幅度提高发光效率。由于通过提高发光效率而能够提高元件特性和可靠性，所以能够得到元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体元件。由于第三方面能够有效地抑制裂纹的产生，所以能够增加从一片晶片获得的合格品数量。由此，能够提高合格品率。通过抑制裂纹的产生而能够提高元件的可靠性和提高元件特性。
由于通过上述结构根据第三方面能够得到非常高的抑制裂纹效果，所以能够几乎不产生裂纹地形成与氮化物半导体基板组成更加不同的氮化物半导体层。因此，即使在制作在紫外区域发光的半导体发光元件和在绿色区域发光的半导体发光元件(例如绿色半导体激光器)等时，也能够抑制裂纹的产生。由此，能够既提高元件特性又以高合格品率来制作在紫外区域和绿色区域发光的半导体发光元件。
上述第三方面的氮化物半导体元件中，优选氮化物半导体基板的a轴方向的倾斜角绝对值比0.1度大。只要是这种结构，就能够既抑制暗线的产生又容易抑制EL发光图形的亮点状化和面内波长的不均匀。
上述第三方面的氮化物半导体元件中，氮化物半导体基板的生长主面不仅在a轴方向具有倾斜角，也可以在c轴方向也具有倾斜角。这时，优选a轴方向的倾斜角比c轴方向的倾斜角大。只要是这种结构，就能够有效抑制EL发光图形的亮点状化、面内波长的不均匀和暗线的产生。
上述第二和第三方面的氮化物半导体元件中，优选氮化物半导体层包含：形成在非凹入区域上的同时随着接近凹入区域而层厚倾斜地减少的层厚倾斜区域。由于只要将这种层厚倾斜区域形成在上述氮化物半导体层，就能够将在氮化物半导体层产生的应变也在层厚倾斜区域进行缓和，所以能够进一步得到高的抑制裂纹效果。而且能够更有效地缓和有源层的应变。因此，能够几乎不产生裂纹地容易形成与氮化物半导体基板组成更加不同的氮化物半导体层。例如在对氮化物半导体基板使用GaN基板的情况下，能够将更高Al组分的AlGaN层形成为比以前厚。由此，能够制作以前难以制作的需要高Al组分氮化物半导体膜的元件(例如在紫外区域和绿色区域发光的半导体发光元件等)。由于只要是这种结构就能够有效地缓和有源层的应变，所以能够更有效地抑制暗线的产生。上述的层厚倾斜区域例如通过控制氮化物半导体基板的a轴方向的倾斜角而能够形成在凹入区域的附近(邻接凹入区域)。作为能够得到上述那样高抑制裂纹效果的理由，认为是层厚倾斜区域本来层厚就薄，所以层厚倾斜区域自身内包含的应变少，而且层厚逐渐(倾斜地)变化而使应变阶段性地被缓和，由此而能够得到更高缓和应变效果的缘故。
上述第二和第三方面的氮化物半导体元件中，优选凹入区域俯视看向c轴方向延伸地形成。只要是这种结构，就能够容易地抑制在氮化物半导体层中产生裂纹，且能够缓和有源层的应变。在使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板的情况下，在氮化物半导体层的凹入区域的附近部分(邻接凹入区域)能够容易形成随着接近凹入区域而层厚倾斜地(逐渐)减少的层厚倾斜区域。上述凹入区域在生长主面的面内也可以被形成以±15度以内的角度向与c轴方向交叉的方向延伸。由于在这种结构的情况下也能够容易形成上述层厚倾斜区域，所以能够容易抑制在氮化物半导体层中裂纹的产生。在上述结构中，也可以将向与c轴方向垂直的方向延伸的凹入区域进而向基板形成。通过这种结构则能够更有效地缓和应变。
上述第二和第三方面的氮化物半导体元件中，优选氮化物半导体层包含光波导区域，光波导区域位于非凹入区域上。只要是这种结构，就能够容易地得到抑制裂纹产生的发光效率和增益高的氮化物半导体激光元件。
本发明第四方面的氮化物半导体晶片具备：以m面作为生长主面的氮化物半导体基板和在氮化物半导体基板的生长主面上形成且包含有源层的氮化物半导体层。而且氮化物半导体基板包含有从生长主面向厚度方向凹入的凹入区域和没凹入的区域即非凹入区域，有源层具有由包含Al和In的氮化物半导体构成的势垒层。
如上所述，该第四方面的氮化物半导体晶片通过将有源层的势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成而能够大致完全地抑制暗线的产生。由此，能够提高通过分割氮化物半导体晶片而得到的氮化物半导体元件的发光效率。
根据第四方面，通过在氮化物半导体基板中形成凹入区域而能够有效地抑制在氮化物半导体层中产生裂纹。由此，能够增加从一片晶片获得的合格品数量。其结果是能够提高合格品率。通过抑制裂纹的产生而能够提高元件的可靠性和提高元件特性。且通过在氮化物半导体基板形成凹入区域而能够有效地抑制有源层的应变。由此，能够更有效地抑制暗线的产生。且通过缓和有源层的应变而能够有效地抑制暗线的产生和扩大。
本发明第五方面的氮化物半导体晶片具备：以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板和在氮化物半导体基板的生长主面上形成且包含有源层的氮化物半导体层。而且氮化物半导体基板包含有从生长主面向厚度方向凹入的凹入区域和没凹入的区域即非凹入区域，有源层具有由包含Al和In的氮化物半导体构成的势垒层。
如上所述，该第五方面的氮化物半导体晶片通过使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板而能够抑制EL发光图形的亮点状化。通过将有源层的势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成而能够抑制暗线的产生。因此，通过使用上述结构的氮化物半导体晶片而能够得到发光效率大幅度提高的氮化物半导体元件。
根据第五方面，通过在氮化物半导体基板中形成凹入区域而能够有效地抑制在氮化物半导体层产生裂纹。由此，能够提高元件特性、可靠性和合格品率。
上述第四和第五方面的氮化物半导体晶片中，氮化物半导体基板的生长主面不仅在a轴方向具有倾斜角也可以在c轴方向也具有倾斜角。这时，优选a轴方向的倾斜角比c轴方向的倾斜角大。
上述第四和第五方面的氮化物半导体晶片中，氮化物半导体层包含：形成在非凹入区域上同时随着接近凹入区域而层厚倾斜地减少的层厚倾斜区域。
上述第四和第五方面的氮化物半导体晶片中，优选凹入区域俯视看向c轴方向延伸地形成。上述凹入区域在生长主面的面内也可以被形成为以±15度以内的角度向与c轴方向交叉的方向延伸。在上述结构中，也可以将向与c轴方向垂直的方向延伸的凹入区域进而向基板形成。
本发明第六方面的氮化物半导体元件是使用上述第四或第五方面的氮化物半导体晶片所形成的氮化物半导体元件。只要是这种结构，就能够以高的合格品率得到发光效率大幅度提高的、元件特性和可靠性高的氮化物半导体元件。在上述第六方面的氮化物半导体元件中，优选在氮化物半导体基板中包含有凹入区域的至少一部分。
本发明第七方面的氮化物半导体元件的制造方法包括：准备氮化物半导体基板的工序，该基板包含由相对m面在a轴方向具有倾斜角的面构成的生长主面，在氮化物半导体基板的生长主面上使用外延生长法而形成具有量子阱结构的有源层的工序，该量子阱结构包含阱层和势垒层。形成有源层的工序包括将势垒层由包含Al的氮化物半导体形成的工序。
如上所述，第七方面的氮化物半导体元件的制造方法通过使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板，而能够得到抑制EL发光图形的亮点状化的氮化物半导体元件。即通过这种结构而能够得到EL发光图形被改善(抑制亮点状发光和面内的波长不均匀等)了的氮化物半导体元件。由此，能够得到发光效率被提高的亮度高的氮化物半导体元件。
根据第七方面，由于通过抑制EL发光图形的亮点状化而能够使EL发光图形均匀化，所以还能够降低氮化物半导体元件的驱动电压。由于通过抑制亮点状发光而能够得到均匀发光的EL发光图形，所以在形成氮化物半导体激光元件时能够提高增益。由于利用上述结构在抑制EL发光图形亮点状化的同时还能够形成平坦性高的氮化物半导体各层，所以能够提高发光效率，由此而能够提高元件特性和可靠性。即能够以高合格品率得到元件特性优良、可靠性高的氮化物半导体元件。
如上所述，根据第七方面，通过将势垒层由包含Al的氮化物半导体层形成而能够大致完全地抑制暗线的产生，因此，能够抑制由于产生暗线引起的发光效率降低。
根据第七方面，通过将势垒层由包含Al的氮化物半导体构成而能够提高势垒层的平坦性，所以通过在平坦性高的势垒层上形成阱层而能够抑制阱层中In组分的面内分布不均匀。且能够提高有源层(阱层)的结晶性。由此，更能够提高发光效率。
本发明第八方面的氮化物半导体元件的制造方法包括：准备以m面作为生长主面的氮化物半导体基板的工序、在氮化物半导体基板的生长主面形成凹状凹入的凹入区域的工序、在氮化物半导体基板的生长主面上形成氮化物半导体层的工序。形成氮化物半导体层的工序包括形成具有量子阱结构的有源层的工序，该量子阱结构包含阱层和势垒层，形成有源层的工序具有从包含Al和In的氮化物半导体来构成势垒层的工序。
本发明第九方面的氮化物半导体元件的制造方法包括：准备以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板的工序、在氮化物半导体基板的生长主面形成凹状凹入的凹入区域的工序、在氮化物半导体基板的生长主面上形成氮化物半导体层的工序。且形成氮化物半导体层的工序包括形成具有量子阱结构的有源层的工序，该量子阱结构包含阱层和势垒层，形成有源层的工序具有从包含Al和In的氮化物半导体来构成势垒层的工序。
上述第八和第九方面的氮化物半导体元件的制造方法中，优选氮化物半导体基板的生长主面不仅在a轴方向具有倾斜角也可以在c轴方向也具有倾斜角。这时，优选a轴方向的倾斜角比c轴方向的倾斜角大。
上述第八和第九方面的氮化物半导体元件的制造方法中，优选形成凹入区域的工序包括在生长主面的与凹入区域不同的区域形成不凹入的区域即非凹入区域，形成氮化物半导体层的工序包括：在非凹入区域上的区域形成随着接近凹入区域而层厚倾斜地减少的层厚倾斜区域的工序。
上述第七～第九方面的氮化物半导体元件的制造方法中，优选具备在氮化物半导体基板的生长主面上顺次层积n型半导体层、有源层和p型半导体层的工序。这时，p型半导体层优选以700℃以上但比1100℃低的生长温度来形成。这样，即使在将p型半导体层以1000℃以上的高温形成的情况下，通过将有源层的势垒层由包含Al的氮化物半导体构成而能够抑制有源层(阱层)出现黑色化。因此，能够将p型半导体层以1000℃以上的高温形成，所以通过将p型半导体层在高温下形成而能够有效地得到降低驱动电压的效果。通过将p型半导体层以700℃以上的生长温度形成，则能够抑制产生以比700℃低的生长温度来形成p型半导体层造成的p型半导体层被高电阻化的不良状况。因此，能够提高元件特性和可靠性。通过使用具有相对m面而设置有倾斜角的生长主面的氮化物半导体基板，即使在以比900℃低的生长温度形成p型半导体层的情况下，也能够实现p型传导。
这时，n型半导体层优选以900℃以上但比1300℃低的生长温度来形成。这样，通过将n型半导体层以900℃以上的高温形成而能够使n型半导体层的层表面平坦化。因此，通过在被平坦化的n型半导体层上形成有源层和p型半导体层，能够抑制有源层和p型半导体层中结晶性的降低。由此，能够形成高质量的晶体。通过将n型半导体层以比1300℃低的生长温度形成，能够抑制产生由于以比1300℃以上的生长温度来形成，造成升温时氮化物半导体基板的表面再蒸发，进而引起表面粗糙的不良状况。因此，通过该结构，能够容易以高的合格品率得到可靠性高的氮化物半导体元件。
这时，有源层优选以600℃以上800℃以下的生长温度来形成。这样，通过将有源层以800℃以下的生长温度形成，则能够抑制产生以比800℃高的生长温度(例如830℃以上)形成有源层造成热损伤，由于该热损伤引起有源层黑色化的不良状况。通过将有源层以600℃以上的生长温度形成，能够抑制产生以比600℃低的生长温度形成时造成原子的扩散长度变短且结晶性恶化的不良状况。因此，通过该结构，能够容易合格品率高地得到可靠性高的氮化物半导体元件。
本发明第十方面的半导体装置是具备上述第一～第三方面氮化物体元件的半导体装置。
如上，根据本发明，能够容易得到发光效率被提高的氮化物半导体元件、氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件的制造方法和具备氮化物半导体元件的半导体装置。
根据本发明，能够容易得到元件特性和合格品率被提高的氮化物半导体元件、氮化物半导体晶片、氮化物半导体元件的制造方法和具备该氮化物半导体元件的半导体装置。
根据本发明，能够容易得到元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体元件及其制造方法。
附图说明
图1是用于说明氮化物半导体的晶体结构的示意图(表示单位晶格)；
图2是表示本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件结构的剖视图(与沿图6的A-A线的截面对应的图)；
图3是本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的整体立体图；
图4是用于说明基板的倾斜角的示意图；
图5是表示本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的有源层结构的剖视图；
图6是本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的俯视图(从上侧看氮化物半导体激光元件的图)；
图7是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的立体图(用于说明基板制造方法的图)；
图8是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的立体图(用于说明基板制造方法的图)；
图9是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的立体图(用于说明基板制造方法的图)；
图10是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的俯视图(用于说明基板制造方法的图)；
图11是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图(用于说明基板制造方法的图)；
图12是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图13是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图14是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图15是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图16是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图17是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图18是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图19是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图20是具备本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的半导体激光装置的立体图；
图21是为了确认本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的效果而制作的发光二极管元件的立体图；
图22是观察为了确认本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的效果而制作的发光二极管元件的EL发光图形的显微镜照片(对确认用元件观察的EL发光图形的显微镜照片)；
图23是表示本发明第二实施方式的氮化物半导体激光元件结构的剖视图；
图24是用于说明本发明第三实施方式的氮化物半导体激光元件结构的俯视图；
图25是用于说明本发明第三实施方式的氮化物半导体激光元件结构的剖视图；
图26是本发明第五实施方式的发光二极管元件的剖视图；
图27是示意表示本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片一部分的剖视图；
图28是本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片所使用的基板的俯视图；
图29是将本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片所使用的基板的一部分放大表示的剖视图；
图30是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片的半导体层结构的剖视图；
图31是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片结构的剖视图；
图32是使用电子显微镜观察本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片截面的显微镜照片；
图33是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片结构的俯视图；
图34是示意表示本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片一部分的俯视图；
图35是本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的俯视图；
图36是示意表示本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的剖视图(与沿图35的a-a线的截面对应的图)；
图37是表示本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件一部分的剖视图；
图38是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的有源层结构的剖视图；
图39是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图40是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图41是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图42是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图43是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图44是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图45是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图46是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图47是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图48是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图49是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图50是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的俯视图；
图51是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的俯视图；
图52是安装有本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的氮化物半导体激光装置的立体图；
图53是观察第六实施方式制造的n型GaN基板上的氮化物半导体层表面的显微镜照片(观察确认用试样2的氮化物半导体层表面的显微镜照片)；
图54是观察比较用试样2的氮化物半导体层表面的显微镜照片；
图55是为了确认本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的效果而制作的发光二极管元件的立体图；
图56是表示亮点状的EL发光图形的显微镜照片(在第六实施方式的比较用元件中观察的EL发光图形的显微镜照片)；
图57是为了说明本发明第八实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件的剖视图(表示第八实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件所使用的基板一部分截面的图)；
图58是用于说明本发明第八实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图59是用于说明本发明第八实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图60是为了说明本发明第八实施方式的第一变形例氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件的剖视图；
图61是为了说明本发明第八实施方式的第二变形例氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件的剖视图；
图62是用于说明本发明第九实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图63是用于说明本发明第九实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图64是用于说明本发明第九实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的剖视图；
图65是为了说明本发明第十实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件的剖视图；
图66是本发明第十一实施方式的发光二极管元件的剖视图；
图67是示意表示本发明第十二实施方式的发光二极管元件的剖视图；
图68是用于说明第一～第五实施方式的有源层的其他结构例的剖视图(表示SQW结构的有源层一例的剖视图)；
图69是用于说明第六～第十二实施方式的有源层的其他结构例的剖视图(表示SQW结构的有源层一例的剖视图)；
图70是用于说明第三和第六～第十二实施方式的凹部(凹入区域)的其他形状例的剖视图；
图71是用于说明第三和第六～第十二实施方式的凹部(凹入区域)的其他形状例的剖视图；
图72是用于说明第三和第六～第十二实施方式的凹部(凹入区域)的其他形状例的俯视图；
图73是在PL发光图形中观察的暗线显微镜照片(在将势垒层由InGaN构成的比较用试样1的PL发光图形中观察的暗线显微镜照片)；
图74是在EL发光图形中观察的暗线显微镜照片；
图75是将势垒层由AlGaN构成的发光二极管元件的PL发光图形的显微镜照片；
图76是将势垒层由AlInGaN构成的发光二极管元件的PL发光图形的显微镜照片(将势垒层由AlInGaN构成的第六实施方式确认用试样1的PL发光图形的显微镜照片)；
图77是使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板、在其生长主面上将GaN层形成1μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片；
图78是使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板、在其生长主面上将GaN层形成0.1μm左右厚度后，在GaN层上将AlGaN层形成0.9μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片；
图79是使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板、在其生长主面上将AlGaN层形成0.2μm左右厚度后，在AlGaN层上将GaN层形成0.9μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片；
图80是使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板、在其生长主面上将Al组分比5％的AlGaN层形成2μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片；
图81是使用以相对m面在a轴方向具有+0.5度倾斜角的面作为生长主面的GaN基板、在其生长主面上将AlGaN层形成1μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片；
图82是使用以相对m面在a轴方向具有+0.5度倾斜角的面作为生长主面的GaN基板、在其生长主面上将GaN层形成1μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片；
图83是表示亮点状EL发光图形的显微镜照片(第一实施方式的比较用元件中观察的EL发光图形的显微镜照片)。
具体实施方式
在说明本发明的具体实施方式之前，首先说明本申请的发明人通过进行各种讨论而得到的见解。
在使用以m面作为生长主面的氮化物半导体基板来形成发光元件时，通常有源层是由包含阱层和势垒层的多层膜构成。这时，以有效地进行光封闭和缓和在有源层发生的应变等为目的，一般使用InaGa1-aN(0＜a≤1＝的阱层和InbGa1-bN(0≤b＜1，a＞b＝的势垒层。
但对于使用上述那样的有源层结构的氮化物半导体发光元件来说，在观测PL发光图形(通过光激励而发光时的面内光分布)时，本申请的发明人查明随着有源层的In组分比增加，在氮化物半导体发光元件的PL发光图形中有时存在产生图73所示的暗线的情况。上述暗线不仅在PL发光图形中，而且如图74所示那样在EL发光图形(通过注入电流而发光时的面内光分布)中也能够被观测到。
这种暗线的产生由于会引起发光元件被驱动时的发光强度(发光效率)的降低，或者对激光元件进行APC(Auto Power Control：自动功率控制)驱动时驱动电流的增加，因此不优选。在增加该有源层的In组分时所产生的暗线与m面的c轴方向(<0001>方向)平行产生。当In浓度等变高，则有时在a轴方向(<11-20>方向)也产生暗线，也有时成为网格状的暗线。暗线被认为是由于基板等的GaN与有源层的InGaN层的晶格常数、热膨胀系数的不同而产生的不适配位错等缺陷所引起的。在以前一般使用的c面(0001)等中，随着In的增加并不发生这种暗线。因此，认为这种暗线的产生是使用以无极性面，特别是使用以m面作为生长主面的氮化物半导体基板的氮化物半导体发光元件特有的现象。
通过本申请的发明人的讨论了解到，在势垒层使用InGaN层的情况下，暗线的产生变显著。这时还了解到随着势垒层所包含的In组分比b变大，暗线的产生变显著。进而还了解到在势垒层使用GaN层的情况下，当阱层的In组分比a变大而成为使发光波长超过490nm左右的In浓度时，也产生暗线。
这样，使用以m面作为生长主面的氮化物半导体基板的氮化物半导体发光元件与使用c面的氮化物半导体发光元件不同，尽管由自发极化和压电极化引起的发光效率的降低被抑制，但有时出现由于产生暗线而造成的发光效率降低的问题。这种暗线的产生由于在使用m面的氮化物半导体发光元件中在谋求发光波长的长波长化时成为障碍，所以非常成为问题。特别是在半导体激光元件中，由于发光效率的降低会引起增益(放大)的降低，所以问题很大。
本申请的发明人对于使用以m面作为生长主面的氮化物半导体基板的氮化物半导体发光元件而测定了其发光效率(利用注入电流的发光：EL(Electro-Luminescence：光致发光))，确认随着有源层的In组分比的增加发光效率急剧下降。于是本申请的发明人为了了解其原因而进行了反复的专心研究，结果是查明发光效率降低的原因在于EL发光图形(通过注入电流而发光时的面内光分布)的亮点状化。即发现随着有源层的In组分比变高而如图83所示那样EL发光图形向亮点状变化。该亮点状的EL发光图形是有源层的In组分比越增加就越显著，特别是看到有从绿色区域的附近(有源层(阱层)的In组分比0.15以上)开始亮点状EL发光图形显著显现的倾向。也观察到了被认为是由于面内电流注入密度的不同等而引起的波长不均匀。当进一步增加In组分比时，发光的亮点数量(发光面积)减少。这样就认为在亮点状EL发光图形与In组分比之间有强的相关性，发现EL发光图形的亮点状化现象是在有源层的In组分比增加时发光效率降低的原因。上述的亮点状EL发光图形是在使用以无极性面，特别是以m面作为生长主面的氮化物半导体基板的氮化物半导体发光元件中显著出现的现象。
这样，也发现在使用以m面作为生长主面的氮化物半导体基板的氮化物半导体发光元件中，由于EL发光图形的亮点状化导致的发光效率降低的问题。这种EL发光图形的亮点状化由于在使用m面的氮化物半导体发光元件中在谋求发光波长的长波长化时成为障碍，所以非常成为问题。特别是在半导体激光元件中，由于发光效率的降低会引起增益的降低，所以问题大。
于是，本申请的发明人进而反复专心讨论，结果是发现通过以相对m面具有倾斜角的面作为氮化物半导体基板的生长主面则能够抑制EL发光图形的亮点状化。
亮点状发光在EL发光图形中能够观测到，而在PL发光图形中就不能被显著观测。因此，认为从电流注入的不均匀引起的现象是亮点状发光的主要原因。特别是电流注入量小、例如逐渐增加电流时，从开始发光而在p侧电极的直径220μm左右的情况下，在50mA左右电流注入密度的范围能够非常明显地被观察到。由于即使在大电流区域，发光效率也被抑制，因此不优选。因此，在制作以低电流密度驱动的情况较多的发光二极管元件(LED)的情况下就会成为问题。在制作以高电流密度驱动的半导体激光元件(LD)的情况下也成为问题。
相对地，暗线在PL发光图形中和在EL发光图形中都被显著地观察到。从这点就可以了解到亮点状发光与产生暗线是不同的原因，是基于不同的机理产生的。
于是，以上述见解为基础，本申请的发明人专心讨论，结果是首次发现通过将有源层的势垒层由包含Al的氮化物半导体(例如AlGaN、AlInGaN、AlInN等)构成就能够抑制暗线的产生。即了解到通过从包含Al的氮化物半导体形成势垒层就如图75和图76所示那样能够大致完全地抑制暗线的产生。作为构成势垒层的氮化物半导体层最优选的是AlGaN层和AlInGaN层，次优选的是AlInN层。只要是包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)，则都能够得到上述效果。进而，在对有源层的势垒层使用包含Al的氮化物半导体(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)的情况下，优选有源层的阱层由InGaN构成。在对势垒层使用包含Al的氮化物半导体层的情况下，只要是m面等无极性面，就能够得到抑制暗线产生的效果。
还了解到，将使势垒层由AlInGaN构成的情况与使势垒层由AlGaN构成的情况相比，向在势垒层上形成的阱层中进入的In量增加。因此，通过使势垒层由AlInGaN构成，能够扩展生长条件的范围，因此是优选的。向AlGaN添加In的AlInGaN即使在以更低温使生长时，也容易形成具有良好结晶性的膜。因此，通过使以600℃～800℃左右比较低的生长温度形成的情况较多的势垒层由AlInGaN构成，则即使在以上述那样比较低温形成势垒层时，由于也能够得到结晶性良好的势垒层而优选。通过将势垒层设定为AlInGaN，由于对于阱层能够减少势垒层所施加的应变而优选。对阱层作用的应变小的结构，由于在发光元件的驱动中恶化的速度慢而更优选。
上述图73是在PL发光图形中观察的暗线的显微镜照片，图73的PL发光图形表示的是使用以m面作为生长主面的GaN基板(正m面基板(m面ジヤスト基板))制作的发光二极管元件的PL发光图形。该发光二极管元件中阱层由In0.2Ga0.8N构成，势垒层由In0.02Ga0.98构成。
上述图74是在EL发光图形中观察的暗线的显微镜照片，图74的EL发光图形表示的是使用以m面作为生长主面的GaN基板(正m面基板)制作的发光二极管元件的EL发光图形。该发光二极管元件中阱层由In0.2Ga0.8N构成，势垒层由In0.02Ga0.98构成。
上述图75是将势垒层由AlGaN构成的发光二极管元件的PL发光图形的显微镜照片。该发光二极管元件中阱层由In0.25Ga0.75N构成，势垒层由Al0.01Ga0.99N构成。作为氮化物半导体基板而使用m面a轴倾斜基板(a轴方向的倾斜角：1.7度，c轴方向的倾斜角：+0.1度)。
上述图76是将势垒层由AlInGaN构成的发光二极管元件的PL发光图形的显微镜照片。该发光二极管元件中阱层由In0.25Ga0.75N构成，势垒层由Al0.01In0.03Ga0.96N构成。作为氮化物半导体基板而使用m面a轴倾斜基板(a轴方向的倾斜角：1.7度，c轴方向的倾斜角：+0.1度)。
另一方面，本申请的发明人使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板，在其生长主面上将GaN层(故意不掺杂的非掺杂GaN层或故意掺杂n型杂质的n型GaN层)形成1μm左右的厚度，结果是了解到面内的层厚分布非常地恶化。这时的层厚分布与在a轴方向不具有倾斜角的m面GaN基板上将GaN层以1μm左右的厚度形成时的层厚分布相比，也非常不好。在使用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有机金属化学气相沉积)法等外延生长法而将与基板相同组成的GaN层形成在基板上时，在面内引起大的层厚分布的现象被认为是非常特异的现象。
图77是使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板而在其生长主面上将GaN层形成1μm左右的厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片。图77表示在生长主面上以GaN层开始而层积氮化物半导体各层的状态的表面形态。如图77所示，在半导体层的层表面与a轴方向平行地可看到非常强的波状凹凸。在图77的氮化物半导体层有200nm～400nm左右的层厚分布，在这种层厚分布的均匀性被破坏的半导体层要形成元件非常困难。
以前一般地通过与基板表面(生长主面)相接地来形成与基板相同组成的半导体层来提高层表面的平坦性和半导体层的结晶性，并在其上形成元件。例如当基板是GaN基板时，首先在基板上形成GaN层。由此，由于基板的组成与在基板表面(生长主面)形成的半导体层(GaN层)的组成相同而没有晶格常数差和热膨胀系数差，应变的产生被抑制。并且，还知道由此则平坦性高，能够形成结晶性好的半导体层。实际上，在使用将c面作为生长主面的氮化物半导体基板(例如c面GaN基板)并在其生长主面上进行晶体生长的情况下，通常是如上述那样进行。这时(在c面GaN基板上形成GaN层的情况)，能够得到非常漂亮的表面形态。这被认为是通常的现象。
但对于以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板来说，如上所示，由于适用上述结构而表面形态恶化，这是首次被了解到的情况。
于是，本申请的发明人进行了专心讨论，结果是发现表面形态的恶化与GaN层的层厚有关。即研究结果发现：以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板中，由于将具有1μm左右厚度的GaN的厚膜进行成膜，明显地表面形态恶化，成为如图77所示的特异的表面形态。
本申请的发明人发现在生长主面上形成的GaN层的总层厚越大，则表面形态就也越恶化。上述的总层厚在GaN层是一层的情况下表示该GaN层的层厚，在GaN层是多层的情况下表示将多个GaN层的层厚累积(合计)的层厚。因此，在形成有源层之前若形成层厚大的GaN层，则表面形态恶化，若在该恶化的层表面上形成有源层，则有源层受到恶化的表面形态的影响而在面内会分成In组分多的区域和In组分少的区域。由此则了解到产生了组分的面内分布。还了解到由于不仅是有源层的组分发生面内分布，而且可能是有源层的结晶性也恶化，所以发光强度也降低。
以上述的见解为基础，本申请的发明人进一步反复进行了讨论，结果是发现通过将在基板与有源层之间形成的GaN层的总层厚设定在0.7μm以下，则能够改善表面形态。若在基板与有源层之间形成的GaN层的总层厚是在0.5μm以下，则更优选，若在0.3μm以下，则最优选。
而且还了解到，在使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板来形成氮化物半导体元件的情况下，在形成有源层之前优选尽量不形成GaN层。
这样，通过满足使GaN层的总层厚在0.7μm以下的上述条件来形成氮化物半导体层，能够改善表面形态，使层表面平坦化。通过在该平坦化了的层表面上形成有源层(包含In的氮化物半导体层即阱层)而能够抑制In组分的面内分布，改善发光效率。
从改善发光效率的观点出发，优选在基板与包含In的氮化物半导体层即阱层之间形成的GaN层的总层厚在0.7μm以下。在阱层是形成为多层的情况下，可以是最靠基板侧的阱层与氮化物半导体基板之间形成的GaN层的总层厚在0.7μm以下，也可以是其他阱层与氮化物半导体基板之间形成的GaN层的总层厚在0.7μm以下。
图78是使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板，在其生长主面上将GaN层形成0.1μm左右厚度后，在GaN层上将AlGaN层形成0.9μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片。图78表示在生长主面上从GaN层开始来层积氮化物半导体各层的状态的表面形态。AlGaN层的组成是Al0.05Ga0.95N。图78中通过将GaN层与AlGaN层的合计厚度设定为1μm左右，使GaN层与AlGaN层的合计厚度与图77的GaN层厚成为相同。即在图78中代替形成层厚1μm左右的GaN层而形成层厚0.1μm左右的GaN层和层厚0.9μm左右的AlGaN层。
如图78所示，形成层厚0.1μm左右的GaN层时的表面形态非常良好，了解到与图77所示的形成层厚1μm左右的GaN层的情况相比，层表面的平坦性明显提高。随着GaN层的层厚变厚而表面形态恶化。相对地，通过将GaN层的层厚变薄而能够抑制表面形态的恶化。了解到若形成GaN的厚膜而表面形态恶化时，则之后即使在形成了AlGaN层的情况下，已经被破坏的表面形态也不太被改善，随着层积的半导体层的层厚增加而表面形态还是恶化。
通过这次讨论还了解到在使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板的情况下，优选将与生长主面相接的半导体层由InyGa1-yN(0＜y≤1)、AlxGa1-xN(0＜x≤1)或AlaInbGacN(a+b+c＝1)构成。
在InyGa1-yN(0＜y≤1)的情况下，作为用于更良好地保持表面形态的条件，优选0＜y≤0.1，作为与氮化物半导体基板的生长主面相接的层的层厚，则更优选0.7μm以下。在将与生长主面相接的半导体设定为InGaN的情况下，以生长温度700℃～900℃左右的低温来成膜。在使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板的情况下，若由于成膜前基板温度的升温而上升到超过1100℃左右的温度时，则由于炉内的环境(气体流量、压力等条件)而N(氮)和Ga(镓)在生长前就从基板表面蒸发，有时引起基板的表面粗糙。了解到该表面粗糙在900℃以下的基板温度不发生。因此，由于能够将InGaN以低温(700℃～900℃左右)成膜，所以能够有效地抑制基板表面的表面粗糙而优选。
对于AlaInbGacN(a+b+c＝1、0＜a≤1、0＜b≤1、0≤c＜1)的情况，也由于包含有In时就能够低温成膜，所以能够得到与InGaN的情况同样的效果。这时，作为与基板的生长主面相接的层的层厚，也更优选0.7μm以下，按照表面形态的观点，更优选Al组分比a是0＜a≤0.1，且In组分比b是0＜b≤0.1。即将包含Al和In的氮化物半导体层作为与生长主面相接的半导体层使用时，从在低温生长中容易形成平坦性高的膜的观点出发，更优选。
如上所述，即使在该情况下也优选将在基板与有源层(阱层)之间形成的GaN层的总层厚设定在0.7μm以下。
图79是使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板而在其生长主面上将AlGaN层形成0.2μm左右厚度后，在AlGaN层上将GaN层形成0.9μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片。图79表示在生长主面上从AlGaN层开始来层积氮化物半导体各层的状态的表面形态。AlGaN层的组成是Al0.05Ga0.95N。
通过将与生长主面相接的半导体层设定为AlGaN层而能够在AlGaN层得到良好的表面形态。但通过在AlGaN层上形成超过0.7μm的0.9μm左右层厚的GaN层，则如图79所示那样表面形态恶化。即，可以了解到，即使在基板与GaN层之间形成AlGaN层(Al0.05Ga0.95N层)，若GaN层的厚度大，则表面形态会恶化。
还了解到即使在多个GaN层之间形成AlGaN层等情况下(例如GaN层/AlGaN层/GaN层/AlGaN层这四层结构)，若GaN层的总层厚比0.7μm大，则表面形态恶化。例如在基板的生长主面上将GaN层形成1μm左右的层厚，然后将AlGaN层(例如Al0.05Ga0.95N层)形成1μm左右的层厚的情况下，由于形成GaN层而恶化的表面形态不能恢复，也成为与图77同样的表面形态。
结果是通过本研究而了解到，为了由在基板上(基板与有源层(阱层)之间)形成的GaN层的总层厚来决定表面形态，就必须在形成有源层(包含In的氮化物半导体层即阱层)之前来抑制GaN层的总层厚不要过大。
在使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板的情况下，优选在基板上层积的层结构(发光元件的层结构)中尽可能地不包含GaN层，但为了进行光封闭等而作为光引导层则也可以使用GaN层。通过将非常薄的GaN层形成为AlGaN、AlInGaN、InGaN的超晶格状(AlGaN/GaN/AlGaN/GaN…、AlInGaN/GaN/AlInGaN/GaN…、InGaN/GaN/InGaN/GaN…等)，则能够既抑制表面形态的恶化，又将GaN的总层厚变厚。且能够将上述的超晶格结构作为光引导层、光包层来使用。通过使用上述结构，则也能够使用薄膜的GaN层来形成比较良好的层。这时的超晶格结构所使用的薄膜GaN层的层厚特别优选1nm以上50nm以下。但即使在该情况下也需要将在基板与有源层(阱层)之间形成的GaN层的总层厚抑制在0.7μm以下。
如上所述，为了得到特性优良的发光元件或电子器件，在基板上层积的层结构中尽量地不包含GaN层，优选将它们的层结构由InGaN、AlGaN、InAlGaN、InAlN等与GaN不同组成的半导体层构成。
通过这次研究而了解到，包含Al或In的氮化物半导体层(例如AlGaN层、InGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)与GaN层不同，即使在形成超过1μm的层厚的情况下也能够抑制表面形态的恶化。因此，在使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板来制作LD结构时，作为光包层而优选使用AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等包含Al的氮化物半导体层。或者优选使用包含Al和In的氮化物半导体层。作为光引导层而优选使用InGaN层、AlInGaN层、AlInN层等包含In的氮化物半导体层。
在使用无极性面的氮化物半导体基板的情况下，对有源层的势垒层使用包含Al的氮化物半导体层，或使用包含Al和In的氮化物半导体层时，以缓和有源层的应变而抑制暗线的产生为目的，作为光包层优选使用AlInGaN层、AlInN层等包含Al和In的氮化物半导体层。作为光引导层优选使用InGaN层、AlInGaN层、AlInN层等包含In的氮化物半导体层，或者优选使用包含Al和In的氮化物半导体层。当然，在使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板的情况下，也可以说与上述是相同的情况。
图80是使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板，在其生长主面上将Al组分比5％的AlGaN层形成2μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片。图80表示在生长主面上从AlGaN层开始来层积氮化物半导体各层的状态的表面形态。如图80所示，可知将包含Al的氮化物半导体层以厚膜形成时，表面形态非常良好。由此则了解到将包含Al或In的氮化物半导体层以厚膜形成时能够抑制表面形态的恶化。认为通过将与基板表面(生长主面)相接的半导体层设定成包含Al或In的氮化物半导体层就使其生长方式(成長モ一ド)变化而提高平坦性和结晶性。
如上所述，通过将与基板表面(生长主面)相接的半导体层设定成包含Al或In的氮化物半导体层(例如AlGaN层、InGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)就使表面形态显著提高。这种现象是使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板时的特殊现象，以前完全没有报告，是这次研究首次得到的见解。
为了参考，图81表示使用以相对m面在a轴方向具有+0.5度倾斜角的面作为生长主面的GaN基板，在其生长主面上将AlGaN层形成1μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片。图82表示使用以相对m面在a轴方向具有+0.5度倾斜角的面作为生长主面的GaN基板，在其生长主面上将GaN层形成1μm左右厚度时，使用光学显微镜观察其表面形态的显微镜照片。图81表示在生长主面上从AlGaN层开始来层积氮化物半导体各层的状态的表面形态。图82表示在生长主面上从GaN层开始来层积氮化物半导体各层的状态的表面形态。
如图81和图82所示，都是表面形态不好，看不足两者有大的变化。通常在形成GaN层时(以GaN层开始时)与形成AlGaN层时(以AlGaN层开始时)其表面形态没有大的差别。因此，了解到以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板表示出上述的特殊现象。
如上，在以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板上形成GaN层的情况下，在从基板表面(生长主面)到有源层(包含In的氮化物半导体层即阱层)之间形成的GaN层的总层厚优选在0.7μm以下，更优选在0.5μm以下，且GaN层的总层厚最优选在0.3μm以下。只要GaN层的总层厚在0.5μm以下，就不会出现表面形态大的恶化，然后，形成AlGaN层等，能够在基板上形成多个GaN层。但必须要满足在从基板表面(生长主面)到有源层(阱层)之间形成的GaN层的总层厚在0.7μm以下的条件。
通过本申请的发明人的研究可知，相对m面在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板是对于将平坦性和结晶性良好的包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)进行成膜非常适合的无极性基板。使用具有这种特点的上述基板，通过将有源层的势垒层由包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)形成，则发现在上述抑制暗线的产生效果的基础上，还能够得到提高势垒层的平坦性和结晶性的效果，还能够大幅度提高发光效率。
如上所述，m面的氮化物半导体基板中，对于在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板，若将n型GaN层或不掺杂GaN层以超过1μm的厚度成膜时，则表面形态恶化。但对于将p型化的杂质故意掺杂的p型GaN层，即使以0.5μm左右的厚度成膜时，也看不足表面形态恶化(即当n型GaN层和不掺杂GaN层的总层厚是0.7μm以下，且即使将p型GaN层以0.5μm左右的厚度成膜时，也看不足表面形态恶化)。因此，对于接触层使用p型GaN层也十分可能。但在形成包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)时，为了使表面形态良好，优选使用包含Al的氮化物半导体来形成接触层。由此，由于表面形态良好，层厚的面内分布进一步被改善，所以电流注入的均匀性被提高。由此，能够得到由发光图形的良好带来的发光效率提高和电压降低的效果，因此是优选的。
以下，按照附图详细说明将本发明具体化的实施方式。在以下的实施方式中，所说的“氮化物半导体”是指由AlxInyGazN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1，x+y+z＝1)构成的半导体。
(第一实施方式)
图1是用于说明氮化物半导体晶体结构的示意图。图2是表示本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的结构的剖视图。图3是本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的整体立体图。图4～图6是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件结构的图。首先，参照图1～图6说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件100的结构。
如图1所示，构成第一实施方式的氮化物半导体激光元件100的氮化物半导体具有六方晶系的晶体结构。该晶体结构中将看作是六棱柱的六方晶的c轴[0001]作为法线的面(六棱柱的上面)叫做c面(0001)，将六棱柱的各个侧壁面叫做m面{1-100}。氮化物半导体由于在c轴方向不存在有对称面，所以极化方向是沿c轴方向。因此，c面在+c轴侧和-c轴侧表现出不同的性质。即+c面((0001)面：Ga极性面G)和-c面((000-1)面：N极性面N)不是等价的面，化学性质也不同。另一方面，由于m面相对c面是直角的晶面，所以m面的法线与极化方向正交。因此，m面是没有极性的无极性面。如上所述，由于六棱柱的各个侧壁面成为m面，所以m面按六种面方位((1-100)、(10-10)、(01-10)、(-1100)、(-1010)、(0-110))来表示，这些面方位由于在晶体几何学上是等价的面方位，所以将它们总称表示为{1-100}。
如图2和图3所示，第一实施方式的氮化物半导体激光元件100具备作为氮化物半导体基板的GaN基板10。该GaN基板10的生长主面10a由相对m面具有倾斜角的面构成。具体说就是，氮化物半导体激光元件100的GaN基板10相对m面在a轴方向([11-20]方向)具有倾斜角。上述的GaN基板10在a轴方向倾斜角的基础上也可以在c轴方向([0001]方向)还具有倾斜角。
在此，参照图4更详细地说明GaN基板10的倾斜角。首先，相对m面来定义a轴[11-20]方向和c轴[0001]方向这两个晶轴方向。该a轴和c轴是相互垂直的关系，而且相对m轴也是相互垂直的关系。在GaN基板10的晶体轴矢量(m轴[1-100])VC与基板表面(生长主面)的法线矢量VN一致的情况(对于所有的方向倾斜角是0的情况)下，将与a轴方向、c轴方向、m轴方向成为平行的方向分别设定为X方向、Y方向、Z方向。然后想象具有Y方向法线的第一面F1和具有X方向法线的第一面F2。将晶体轴矢量VC向第一面F1和第一面F2投影时出现的晶体轴矢量VC分别设定第一投影矢量VP1和第二投影矢量VP2。这时第一投影矢量VP1与法线矢量VN所成的角θa是a轴方向的倾斜角，第二投影矢量VP2与法线矢量VN所成的角θc是c轴方向的倾斜角。a轴方向的倾斜角在+方向和-方向从晶体的角度看是相同的表面状态，所以在+方向和-方向具有相同的特性。因此能够以绝对值来记载。另一方面，c轴方向则在+方向和-方向存在Ga极性面G强的情况和N极性面N强的情况，由于随方向不同而特性不同，所以区别+方向和-方向来记载。
第一实施方式GaN基板10的生长主面10a是相对m面{1-100}而向a轴方向倾斜的面。
上述GaN基板10能够以相对m面的a轴方向倾斜角的绝对值各自调整成比0.1度大的角度。但由于随着a轴方向的倾斜角变大而存在进入到有源层(阱层等的InGaN层)的In量减少的倾向，所以基于原料效率等考虑，优选a轴方向倾斜角的绝对值是10度以下。即使a轴方向的倾斜角是10度以上的角度，也能够成膜。在c轴方向也具有倾斜角的情况下，优选将c轴方向的倾斜角调整成比±0.1度大的角度。优选将c轴方向的倾斜角调整成比a轴方向的倾斜角小的角度
在上述情况中，优选将a轴方向的倾斜角调整成比1度大且是10度以下的角度。只要将a轴方向的倾斜角调整成在这种范围，则降低驱动电压的效果变大，而且还能够得到改善表面形态的效果，所以更优选。
第一实施方式的氮化物半导体激光元件100通过在上述GaN基板10的生长主面10a上层积多个氮化物半导体层来形成。
具体说就是如图2和图3所示，第一实施方式的氮化物半导体激光元件100在GaN基板10的生长主面10a上形成厚度约为0.1μm厚度的n型GaN层11。在n型GaN层11上形成由厚度约为2.2μm厚度的n型Al0.06Ga0.94N构成的下部包层12。在下部包层12上形成由厚度约为0.1μm厚度的n型GaN层构成的下部引导层13。在下部引导层13上形成有源层14。上述的GaN基板10形成为n型。下部引导层13也可以不掺杂。
如图5所示，上述有源层14具有将阱层14a和势垒层14b交替层积的量子阱结构。
在此，第一实施方式中，上述有源层14的势垒层14b由包含Al的氮化物半导体即A1GaN构成。具体说就是，上述有源层14具有将由InxGa1-x1N构成的两个阱层14a和由Alx2Ga1-x2N构成的三个势垒层14b交替层积的量子阱(DQW：Double Quantum Well：多重量子阱)结构。更具体说就是，有源层14从下部引导层13侧开始而由第一势垒层141b、第一阱层141a、第二势垒层142b、第二阱层142a和第三势垒层143b顺次层积而形成。上述的两个阱层14a(第一阱层141a、第二阱层142a)分别被形成为约1.5nm～约4nm的厚度。第一势垒层141b被形成为约30nm的厚度，第二势垒层142b被形成为约16nm的厚度，第三势垒层143b被形成为约60nm的厚度。即三个势垒层14b分别被形成为不同的厚度。通过这种结构则能够有效地抑制暗线的产生。
所述第一势垒层141b优选被形成为8nm以上50nm以下的厚度，更优选被形成为10nm以上40nm以下的厚度。只要这样将第一势垒层141b形成为至少8nm以上的厚度，就能够容易且更良好地实现在下部引导层13生长后成膜的第一势垒层141b的平坦性。只要将第一势垒层141b形成为50nm以下的厚度，就能够有效地注入载流子。所述第二势垒层142b优选被形成为8nm以上30nm以下的厚度，更优选被形成为10nm以上20nm以下的厚度。只要这样将第二势垒层142b形成为至少8nm以上的厚度，就能够容易且更良好地实现在具有高In组分比的第一阱层141a生长后成膜的第二势垒层142b的平坦性。只要将第二势垒层142b形成为30nm以下的厚度，就能够有效地注入载流子。且所述第三势垒层143b优选被形成为8nm以上100nm以下的厚度，更优选被形成为10nm以上80nm以下的厚度。只要这样将第三势垒层143b形成为至少8nm以上的厚度，就能够容易且更良好地形成在具有高In组分比的第二阱层142a生长后且是后述的载流子阻挡层15生长前成膜的第三势垒层143b的平坦性。只要将第三势垒层143b形成为100nm以下的厚度，就能够有效地注入载流子。
在第一实施方式中阱层的层数是两层，在阱层的层数比两层多的情况(例如是三层或四层的情况)下，第一势垒层能够定义为是在最靠近基板的阱层的下层侧(基板层)形成的最初的势垒层。第二势垒层则能够定义为是被夹在阱层之间的势垒层。第三势垒层则能够定义为是在离开基板最远的阱层(最后阱层)上形成的势垒层。通过这样来定义第一势垒层、第二势垒层和第三势垒层，则即使在将阱层形成两层以上的情况下，也能够适用上述势垒层优选的层厚条件。只要满足这种条件就能够得到上述效果，因此优选。
上述势垒层除了AlGaN以外，也可以由AlInGaN构成。包含Al和In的势垒层的情况下，存在低温下容易形成平坦性高的膜的优点。阱层的数量在两层以上的情况下，若夹在阱层之间的势垒层(第一实施方式的第二势垒层)不使用GaN层，则也可以将势垒层设定成AlGaN/AlInGaN和AlInGaN/AlGaN等两层结构、AlInGaN/AlGaN/AlInGaN、AlInGaN/InGaN/AlInGaN和AlGaN/InGaN/AlGaN等多层结构。且在阱层是一层的情况下，与阱层相接的上部的层(基板的相反侧，第二势垒层)优选是AlInGaN层。通过这样形成势垒层则能够有效地抑制暗线的产生。
第一实施方式中，构成有源层14的阱层14a的In组分比x1被构成为0.15以上0.45以下(例如0.2～0.25)。有源层14的势垒层14b由AlGaN(Alx2Ga1-x2N)构成，其Al组分比x2例如被设定为0＜x2≤0.08。通过这样将由AlGaN(Alx2Ga1-x2N)构成的势垒层14b的Al组分比x2设定在0.08以下，能够高效率地进行光封闭。通过将上述势垒层14b由AlGaN构成，与现有这样将势垒层由GaN和InGaN构成的情况相比能够提高发光效率。特别是在阱层14a的In组分比x1是0.15以上0.45以下的条件下，改善发光效率的倾向高。
这点被认为是，在阱层的In组分比高的情况下，通过对势垒层使用包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层和AlInGaN层)，能够抑制使用以m面作为生长主面的氮化物半导体基板的发光元件所特别观察到的暗线，使发光效率提高。
在此，通常作为阱层而在In组分比大的区域(x1≥0.15)多被设定为3nm左右的厚度。但在相对m面在a轴方向具有倾斜角的GaN基板上形成由包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN等)构成的势垒层时，也可以将阱层的厚度设定在4.0nm以上。该理由认为是为了得到抑制暗线的产生的效果和保护有源层的效果。且通过上述GaN基板10，使提高层表面的平坦性，在面内使In组分非常均匀。因此，即使在阱层厚度大的情况下，也难以形成In组分高的局部区域。因此，认为能够将阱层厚膜化。
若阱层的厚度比8nm大，则存在发生大量不适配位错的情况。因此优选阱层的厚度是8nm以下。更优选设定在2.5nm左右～4.0nm左右的范围。
同样的理由，在将阱层的厚度设定在1.5nm左右～4.0nm左右的范围的情况下，通过由包含Al的氮化物半导体(例如AlGaN等)构成势垒层，能够增加阱层的层数。例如在氮化物半导体激光元件中在采用现有有源层结构的情况下，由于形成三层以上的阱层而使发光效率大幅度恶化。另一方面，通过由包含Al的氮化物半导体构成势垒层，则即使将阱层形成五层，也能够抑制发光效率恶化。发光二极管元件(LED)通过由包含Al的氮化物半导体构成势垒层，则即使将阱层形成八层，也能够抑制发光效率恶化。发光二极管元件与半导体激光元件相比，由于p型半导体层的层厚薄和p型半导体层成膜时给予有源层的热损伤小等理由，有源层(阱层)的多层化比半导体激光元件容易。
有源层的阱层是有意制作量子阱，结果是也包括层厚在数nm以下的范围摇摆的情况和局部点化的情况。
作为在将所述势垒层14b由AlGaN和AlInGaN等包含Al的氮化物半导体构成时提高发光效率的理由考虑为如下。即如上所述，以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板，在其生长主面上当将GaN层形成超过1μm层厚时，则看到表面形态恶化的倾向。相对地，当形成包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)时则表面形态良好。因此相对m面在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板可以说是对于将包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)成膜的非常适合的无极性基板。因此，认为通过将有源层的势垒层由包含Al的氮化物半导体(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)构成，则势垒层的平坦性被提高，通过在具有高平坦性的势垒层上形成阱层则阱层的结晶性被提高的缘故。通过这样形成势垒层，能够有效地抑制暗线的产生。
在将有源层的势垒层由包含Al的氮化物半导体(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)构成的情况下，如上所述，优选将阱层由InGaN构成。
如上所述，第一实施方式将在GaN基板10的生长主面10a与有源层14(阱层14a)之间形成的GaN层的总层厚构成为0.7μm以下。具体说就是，在GaN基板10的生长主面10a与有源层14(阱层14a)之间如上地形成两层GaN层(n型GaN层11、下部引导层13)。且该总层厚是约0.2μm(＝约0.1μm+约0.1μm)。上述GaN层的总层厚优选被构成0.5μm以下，更优选被构成0.3μm以下。且从基板表面到包含In的氮化物半导体层即阱层(在被形成多个阱层的情况下优选最靠基板侧的阱层)之间形成的GaN层的总层厚优选是0.7μm以下，更优选是0.5μm以下，最优选是0.3μm以下。
第一实施方式中与GaN基板10的生长主面10a相接的半导体层是GaN层。
如图2和图3所示，在上述有源层14上形成有具有40nm以下(例如约12nm)厚度的由p型AlyGa1-yN(0＜y＜1)构成的载流子阻挡层(キヤリアブロツク
Figure BSA00000241368500351
)15。该载流子阻挡层15的其Al组分比y被构成为0.08以上0.35以下(例如约0.15)。在载流子阻挡层15上形成有由具有凸部和凸部以外的平坦部的p型Al0.01Ga0.99N构成的上部引导层16。该上部引导层16的Al组分比构成为比包层小。在上部引导层16的凸部上形成有厚度约为0.5μm厚度的由p型Al0.06Ga0.94N构成的上部包层17。在上部包层17上形成有厚度约为0.1μm厚度的由p型Al0.01Ga0.99N构成的接触层18。且由接触层18、上部包层17和上部引导层16的凸部构成厚度约为1μm～约10μm(例如约1.5μm)宽度的条纹状(细长状)脊部19。如图6所示，该脊部19形成为向Y方向(大致c轴[0001]方向)延伸。对p型半导体层(载流子阻挡层15、上部引导层16、上部包层17和接触层18)被掺杂有Mg作为p型杂质。
在此，将上述接触层由GaN构成也完全可能，但通过由包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层)构成则表面形态良好，层厚的面内分布被改善。因此，如上所述，接触层优选由包含Al的氮化物半导体层构成。
如图5所示，为了提高载流子向阱层14a的注入效率，载流子阻挡层15与阱层14a(最靠载流子阻挡层15侧的阱层14a(142a))之间的距离h被设定为约60nm。第一实施方式中，上述距离h与第三势垒层143b的厚度相同。
只要将载流子阻挡层15与阱层14a之间的距离h设定在200nm以上，则由于载流子从载流子阻挡层15扩散到有源层14时电流扩大，稍微会抑制亮点状发光。另一方面，只要使用相对m面在a轴方向具有设置了倾斜角的生长主面10a的上述GaN基板10，则即使没将载流子阻挡层15与阱层14a之间的距离h设定在200nm以上，也能够有效地抑制亮点状发光。例如将载流子阻挡层15与阱层14a之间的距离h设定得比120nm短时，也能够有效地抑制亮点状发光。由于载流子阻挡层15与阱层14a之间的距离h短的结构，能够提高载流子向阱层14a的注入效率，所以优选。因此，通过将载流子阻挡层15与阱层14a之间的距离h设定得比120nm短，能够提高载流子向阱层14a的注入效率。
如图2和图3所示，第一实施方式的氮化物半导体激光元件100在脊部19的两肋形成有用于使电流狭窄的绝缘层20。具体说就是，在上部引导层16上、上部包层17的侧面上和接触层18的侧面上形成有厚度约为0.1μm～约0.3μm(例如约0.15μm)厚度的由SiO2构成的绝缘层20。
在绝缘层20和接触层18的上面，以将接触层18的一部分覆盖的方式形成有p侧电极21。该p侧电极21在覆盖接触层18的部分处与接触层18直接接触。P侧电极21从绝缘层20(接触层18)侧开始由厚度约为15nm的Pd层(未图示)、厚度约为15nm的Pt层(未图示)和厚度约为200nm的Au层(未图示)顺次层积而成的多层结构构成。
在GaN基板10的背面上，形成有从GaN基板10的背面侧开始由按顺序地将厚度约为5nm的Hf层(未图示)和厚度约为150nm的Al层(未图示)顺次层积而成的多层结构构成的n侧电极22。在n侧电极22上，形成有从n侧电极22侧开始按顺序地将厚度约为36nm的Mo层(未图示)、厚度约为18nm的Pt层(未图示)和厚度约为200nm的Au层(未图示)顺次层积而成的多层结构构成的金属导电层23。
如图3和图6所示，第一实施方式的氮化物半导体激光元件100具有包含射出激光的光射出面30a和与光射出面30a相对的光反射面30b的一对谐振器面30。在上述光射出面30a例如形成有反射率5％～80％的射出侧涂覆膜(未图示)。另一方面，在上述光反射面30b上例如形成有反射率95％的反射侧涂覆膜(未图示)。射出侧涂覆膜的反射率能够利用振荡输出而调整到希望的值。射出侧涂覆膜例如从半导体的射出端面开始顺序地由铝的氧氮化膜或氮化膜即AlOxN1-x(0≤x≤1，膜厚度30nm)/Al2O3(膜厚度215nm)构成，反射侧涂覆膜例如由SiO2、TiO2等多层膜构成。作为上述以外的材料，例如也可以使用SiN、ZrO2、Ta2O3、MgF2等电介体膜。作为光射出面侧的膜结构，也可以使用AlOxN1-x(0≤x≤1，膜厚度12nm)/硅的氮化膜即SiN(膜厚度100nm)。
如上所述，通过在m面的氮化物半导体基板的解理端面(第一实施方式的c面)或利用气体腐蚀、液体腐蚀而被腐蚀了的腐蚀端面形成铝的氧氮化膜或氮化膜即AlOxN1-x(0≤x≤1)，则能够大幅度减少在半导体与射出侧涂覆膜的界面处的非发光再结合的比例，能够使COD(Catastrophic OpticalDamage：光学灾变)水平格外提高。当铝的氧氮化膜或氮化膜即AlOxN1-x(0≤x≤1)是与氮化物半导体相同的六方晶晶体时则更理想。而且当氮化物半导体与晶体轴以一致的状态晶体化，则非发光再结合的比例进一步降低，COD水平进一步被提高，因此更理想。为了增大光射出面侧的反射率，也可以在上述涂覆膜上形成层积有硅氧化膜、铝氧化膜、钛氧化膜、钽氧化膜、锆氧化膜、硅氮化膜等的层积膜。
如图6所示，第一实施方式的氮化物半导体激光元件100在与谐振器面30正交的方向(Y方向(大致c轴[0001]方向))具有约为300μm～约1800μm(例如约600μm)的长度L(芯片长度L(谐振器长度L))，且在沿谐振器面30的方向(X方向(大致a轴[11-20]方向))具有约为150μm～约600μm(例如约400μm)的宽度W(芯片宽度W)。
如上所述，第一实施方式通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为GaN基板10的生长主面10a，能够抑制EL发光图形的亮点状化和面内的波长不均匀。即通过这种结构能够改善EL发光图形。由此，能够提高氮化物半导体激光元件的发光效率。通过提高发光效率而能够得到亮度高的氮化物半导体激光元件。作为得到上述抑制亮点状发光效果的理由，认为是：通过GaN基板10的生长主面10a相对m面在a轴方向具有倾斜角，使在生长主面10a上生长有源层14(阱层14a)时使In原子的迁移方向变化，即使在In组分比高(In的供给量多)的条件下也能够抑制In聚集。由于在有源层14上形成的p型半导体层的生长方式也变化，所以p型杂质即Mg的活化率也被提高，认为p型半导体层的低电阻化也是理由之一。由于p型半导体层的低电阻化而使均匀注入电流变容易，所以由此EL发光图形均匀化。
第一实施方式通过抑制EL发光图形的亮点状化而能够使EL发光图形均匀化，所以还能够降低驱动电压。由于通过抑制亮点状发光而能够得到均匀发光的EL发光图形，所以在氮化物半导体激光元件的形成中能够提高增益。
第一实施方式中，通过作为势垒层14b使用包含Al的氮化物半导体层而能够大致完全抑制暗线的产生。由此，能够抑制由于产生暗线造成的发光效率降低。
第一实施方式中，通过将势垒层14b由包含Al的氮化物半导体构成而能够提高势垒层14b的平坦性。因此，通过在平坦性高的势垒层14b上形成阱层14a而能够抑制阱层14a中In组分的面内分布不均匀。而且能够提高有源层14的结晶性。由此，能够更加提高发光效率。
通过将形成在阱层14a下侧(GaN基板10侧)的势垒层14b由包含Al的氮化物半导体层(例如Alx2Ga1-x2N)构成，且将其Al组分比x2设定为0＜x2≤0.08，则除了具有抑制暗线的产生效果和保护有源层14效果，还能够实现提高势垒层14b平坦性的效果。由此，能够提高阱层14a的发光效率，能够得到元件特性和可靠性高的半导体激光元件。
第一实施方式中通过上述结构而能够大幅度提高发光效率。且通过提高发光效率而能够提高元件特性和可靠性，能够得到得到元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体激光元件100。
第一实施方式中通过在以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的GaN基板10上，在从其生长主面10a到有源层14(阱层14a)之间形成的GaN层的总层厚设定在0.7μm以下(约0.2μm)，能够大为改善表面形态而得到良好的表面形态。由此，能够使GaN层(n型GaN层11、下部引导层13)中层厚的面内分布均匀化，而且能够使在这些GaN层上形成的半导体层中层厚的面内分布均匀化。即能够使在GaN基板10上形成的氮化物半导体各层中层厚的面内分布均匀化。由于通过改善表面形态而能够减少元件特性(例如I-L特性、I-V特性、远场图形、波长等)的偏差，所以能够提高制造合格品率。由此，能够容易得到具有设计范围内的特性的元件。且通过使表面形态良好而还能够进一步提高元件特性和可靠性。
第一实施方式中，通过将a轴方向倾斜角的绝对值设定得比0.1度大而能够容易抑制EL发光图形的亮点状化。
在GaN基板10的生长主面10a相对m面在c轴方向也具有倾斜角的情况下，通过使a轴方向的倾斜角比c轴方向的倾斜角大而能够有效地抑制EL发光图形的亮点状化。即通过这种结构而能够抑制由于c轴方向的倾斜角过大造成的、使抑制亮点状发光的效果降低的不良状况产生。由此，能够容易提高发光效率。
第一实施方式中，通过将氮化物半导体激光元件100的有源层14构成DQW为结构而能够容易地降低驱动电压。所以由此能够提高元件特性和可靠性。即使在将有源层14构成为DQW结构的情况下，也能够抑制EL发光图形的亮点状发光。
第一实施方式中，通过将由p型AlyGa1-yN构成的载流子阻挡层15的Al组分比y设定成0.08以上0.35以下，能够对于载流子(电子)形成足够高的能量势垒，因此能够更有效地防止向有源层14注入的载流子向p型半导体层流入。由此，能够有效地抑制EL发光图形的亮点状化。通过将载流子阻挡层15的Al组分比y设定成0.35以下，能够抑制由于Al组分比y过大而引起的载流子阻挡层15的高电阻化。在阱层14a的In组分比x1大的区域(x1≥0.15)，若在有源层14上形成的载流子阻挡层15的Al组分比y成为0.08以上，非常难以使载流子阻挡层15良好地生长。这是由于随着阱层14a的In浓度增大，有源层14的表面平坦性恶化，难以将Al组分比y高的层结晶性良好地成膜。但若使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的GaN基板10，则即使在有源层14(阱层14a)的In组分比x1是0.15以上0.45以下的情况，也能够在该有源层14上结晶性良好地形成Al组分比y是0.08以上0.35以下的载流子阻挡层15。由此，能够有效地抑制EL发光图形的亮点状化，使EL发光图形均匀化。
优选载流子阻挡层15与阱层14a之间的势垒层(例如第一实施方式的第三势垒层)是包含Al和In的氮化物半导体层。由于载流子阻挡层以比势垒层大的Al组分比形成，所以有来自载流子阻挡层的应力向阱层作用。因此，通过将载流子阻挡层15与阱层14a之间的势垒层构成为包含In，能够缓和应力。也可以将载流子阻挡层15与阱层14a之间的势垒层构成为一部分包含AlInGaN。进而也可以将载流子阻挡层15与阱层14a之间的势垒层设定成AlGaN/AlInGaN、AlInGaN/AlGaN、AlInGaN/InGaN的两层结构、AlInGaN/AlGaN/AlInGaN、AlInGaN/InGaN/AlInGaN、AlGaN/InGaN/AlGaN等多层结构。基于上述缓和应力的观点，载流子阻挡层15与阱层14a之间的势垒层也可以是InGaN层。通过这样形成势垒层能够有效地抑制暗线的产生。
通过使用具有相对m面在a轴方向设置有倾斜角的生长主面10a的上述GaN基板10，即使在亮点状EL发光图形显著出现的条件下、即阱层14a的In组分比x1是0.15以上的情况下，也能够有效地抑制EL发光图形的亮点状化。因此，通过将有源层14的阱层14a的In组分比x1设定在0.15以上，能够显著得到抑制亮点状发光的效果。通过将阱层14a的In组分比x1设定在0.45以下，还能够抑制由于阱层14a的In组分比x1比0.45大而引起的晶格不匹配等的应变所引起的位错大量进入有源层14的不良状况的产生。
在势垒层14b使用AlInGaN的情况与在势垒层14b使用AlGaN的情况相同，能够提高发光效率。而且基于半导体激光元件的观点，具有能够提高光封闭的优点。通过在由AlInGaN构成的势垒层14b上形成阱层14a，能够使进入阱层14a的In的效率变得非常良好。因此，即使在减少In的气体流量的情况下，也能够维持高的In组分比。由此，能够提高In的进入效率。其结果是能够更有效地谋求长波长化。由于能够减少原料气体(例如TMI)的消耗量，所以有成本上的好处。
在势垒层14b使用AlInGaN(AlsIntGauN(s+t+u＝1))的情况下，优选将Al组分比s设定在0＜s≤0.08的范围。这时，优选将In组分比t设定在0＜t≤0.10的范围，更优选设定在0＜t≤0.03的范围。按照这样的范围来设定，则能够平坦地形成AlInGaN势垒层。在平坦的势垒层上即使形成由具有高In组分比x1(例如x1是0.15以上0.45以下)的Inx1Ga1-x1N构成的阱层14a的情况下，也能够更有效地抑制图73和图74所示那样暗线的产生。将势垒层14b由AlInGaN构成时的合适的厚度与将势垒层14b由AlGaN构成时的合适的厚度相同。
在此，通过将势垒层由包含Al的氮化物半导体层构成所得到的抑制暗线的产生的效果与通过使用以相对m面在a轴方向设置有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板所得到的抑制亮点状发光效果是完全不同的效果。即，对势垒层使用包含Al的氮化物半导体层时，只要是m面等无极性面就有效果。另一方面，在使用由InGaN构成的势垒层时，通过在a轴方向设置倾斜角，也能够抑制发光图形的亮点状化。
但由于当在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板上将包含Al的氮化物半导体层成膜则能够得到提高结晶性的效果，所以使用在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板，并在势垒层使用包含Al的氮化物半导体层时，势垒层的结晶性被提高。由于将两者组合就能够得到相得益彰的效果，所以优选。当然，若使用在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板，并在势垒层使用包含Al的氮化物半导体层，则在能够抑制暗线的产生的效果之外还能够抑制亮点状发光。
图7～图19是用于说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的图。下面，参照图2、图3和图5～图19来说明本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件100的制造方法。
首先准备以相对m面具有倾斜角的面作为生长主面10a的GaN基板10。该GaN基板10例如通过从以c面(0001)作为主面的GaN块晶切出的基板作为籽晶基板，使GaN晶体在该籽晶基板上生长来制作。具体说就是如图7所示，在基底基板300上局部地形成由SiO2构成的保护膜(未图示)后，使用MOCVD法等外延生长法在基底基板300上使GaN块晶从保护膜上生长。由此，生长从未形成保护膜的部分开始，在保护膜的上部GaN晶体产生横向生长。且横向生长的GaN晶体在保护膜上彼此接合并继续生长，在基底基板300上形成GaN晶体层400a。该GaN晶体层400a被形成为将基底基板300除去后也能够自立被处理的足够的厚度。然后，例如通过腐蚀等将基底基板300从形成的GaN晶体层400a除去。如图8所示，由此而得到将c面(0001)作为主面的GaN块晶400。作为基底基板300例如也能够使用GaAs基板、蓝宝石基板、ZnO基板、SiC基板、GaN基板等。GaN块晶400的厚度S例如能够设定为约3mm。
接着，将得到的GaN块晶400的两主面即(0001)面和(000-1)进行磨削和研磨加工，使两主面的平均粗糙度Ra成为5nm。该平均粗糙度Ra是JIS B 0601所规定的算术平均粗糙度Ra，能够通过AFM(原子间力显微镜)来测定。
接着，通过将GaN块晶400在与[1-100]方向垂直的多个面切片，按厚度T(例如1mm)(宽度S为3mm)而切出以m面{1-100}作为主面的多个GaN晶体基板410。接着，对切出的GaN晶体基板410的没实施磨削和研磨加工的四个面进行磨削和研磨加工，使这些四个面的平均粗糙度Ra成为5nm。然后如图9和图10所示，将多个GaN晶体基板410使其主面相互平行且使这些GaN晶体基板410的[0001]方向相同地相互邻接配置。
接着，如图11所示，将相互邻接配置的多个GaN晶体基板410作为籽晶基板，在这些GaN晶体基板410的m面{1-100}上使用HVPE法等外延生长法而使GaN晶体生长。由此，得到以m面作为生长主面的GaN基板1。接着，将得到的GaN基板1的主面利用化学机械研磨处理来进行研磨，由此来独立控制a轴方向的倾斜角和c轴方向的倾斜角，以相对m面的a轴方向的倾斜角和c轴方向的倾斜角作为希望的倾斜角。该倾斜角能够通过X射线衍射法来测定。由此得到以相对m面在a轴方向和c轴方向这各方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板10。
在上述GaN基板10的制作中，当制作倾斜角大的基板时，在从GaN块晶400切出多个GaN晶体基板410时，为了使GaN晶体基板410的主面相对m面{1-100}而具有希望的倾斜角，也可以相对[1-100]方向而以规定的切出角度切出。由于这样就使GaN晶体基板410的主面相对m面{1-100}而成为具有希望的倾斜角的面，所以在该主面上形成的GaN基板1(10)的主面(生长主面)也成为相对m面{1-100}而具有希望的倾斜角的面。
通过将从GaN块晶400(参照图8)切出的GaN晶体基板410的主面利用化学机械研磨处理来进行研磨，由此还能够将该GaN晶体基板410作为GaN基板10使用。这时，GaN晶体基板410的宽度S也能够设定在3mm以上。
在此，第一实施方式中，将上述GaN基板10的a轴方向的倾斜角调整成为比0.1度大的角度。在c轴方向也设置倾斜角的情况下，优选将c轴方向的倾斜角调整成为比±0.1度大的角度。且优选将c轴方向的倾斜角调整成为比a轴方向的倾斜角小的角度。
接着，如图12所示，在得到的GaN基板10的生长主面10a上使用MOCVD法而使氮化物半导体层生长。这时，使GaN基板10与有源层14(阱层14a)之间形成的GaN层的总层厚是0.7μm以下，以此来使氮化物半导体各层生长。
具体说就是在GaN基板10的生长主面10a上使厚度约为0.1μm厚度的n型GaN层11、由厚度约为2.2μm的n型Al0.06Ga0.94N构成的下部包层12、由厚度约为0.1μm的n型GaN层构成的下部引导层13和有源层14顺次生长。在使有源层14生长时则如图5所示那样，使由Inx1Ga1-x1N构成的两个阱层14a和由Alx2Ga1-x2N构成的三个势垒层14b交替生长。具体说就是，例如在下部引导层13上从下层朝向上层使厚度约为30nm的第一势垒层141b、厚度约为1.5nm～约4nm的的第一阱层141a、厚度约为16nm的第二势垒层142b、厚度约为1.5nm～约4nm的的第二阱层142a、厚度约为60nm的第三势垒层143b顺次生长。由此，在下部引导层13上形成由两个阱层14a和三个势垒层14b构成的具有DQW结构的有源层14。这时，阱层14a形成为其In组分比x1为0.15以上0.45以下(例如0.2～0.25)。另一方面，势垒层14b形成为其Al组分比x2例如为0＜x2≤0.08。
然后，如图12所示，在有源层14上使由p型AlyGa1-yN构成的载流子阻挡层15、由厚度约为0.05μm的p型Al0.01Ga0.99N构成的上部引导层16、由厚度约为0.5μm的p型Al0.06Ga0.94N构成的上部包层17、由厚度约为0.1μm的p型Al0.01Ga0.99N构成的接触层18顺次生长。这时，载流子阻挡层15优选形成为其厚度为40nm以下(例如约12nm)。且载流子阻挡层15形成为其Al组分比y为0.08以上0.35以下(例如约0.15)。对于n型半导体层(n型GaN层11、下部包层12和下部引导层13)，作为n型杂质例如掺杂Si，对于p型半导体层(载流子阻挡层15、上部引导层16、上部包层17和接触层18)，作为p型杂质例如掺杂Mg。
第一实施方式中将n型半导体层以900℃以上但比1300℃低的生长温度(例如1075℃)形成。将有源层14的阱层14a以600℃以上800℃以下的生长温度(例如700℃)形成。将与阱层14a相接的势垒层14b以与阱层14a相同的生长温度(例如700℃)形成。且将p型半导体层以700℃以上但比900℃低的生长温度(例如880℃)形成。n型半导体层的生长温度优选900℃以上但不足1300℃，更优选1000℃以上但不足1300℃。有源层14的阱层14a的生长温度优选600℃以上830℃以下，在阱层14a的In组分比x1是0.15以上的情况下，则优选600℃以上770℃以下。更优选630℃以上740℃以下。有源层14的势垒层14b的生长温度与阱层14a是相同的温度，但优选是比阱层14a高的温度。p型半导体层的生长温度优选700℃以上但不足900℃，更优选700℃以上880℃以下。当然，以900℃以上的温度形成p型半导体层也能够实现p型传导，所以也可以将p型半导体层以900℃以上的温度形成。
在阱层的In组分比高的情况下，在阱层生长后以比阱层的生长温度高的温度将半导体层成膜时，发现对阱层有热损伤，产生非发光即黑色斑点。认为该黑色斑点是由于In原子的聚集所产生。因此抑制In原子的聚集就关系到保护阱层不受热损伤。对于在阱层生长后需要以比阱层生长温度高的生长温度来层积p型半导体层的发光元件(例如半导体激光元件)来说，就要求阱层有耐热性。根据本申请的发明人以前的研究，在使用m面基板的情况下与现有使用c面基板的情况相比，能够以低温将表示p型传导的p型氮化物半导体层(例如p型AlGaN层和p型GaN层等)成膜。基于该见解，尽管也能够在势垒层使用GaN和InGaN，但通过在势垒层使用包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层和AlInGaN层)，就更能够抑制热的影响，而且还能够抑制暗线的产生。因此，如上所述，通过将势垒层由包含Al的氮化物半导体层构成就更能够提高发光效率。相对m面在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板还有a轴倾斜基板特有的提高平坦性的效果。因此，通过使用这种氮化物半导体基板(m面a轴倾斜基板)并在其生长主面上形成由包含Al的氮化物半导体构成的势垒层，更能够改善发光效率。
作为这些氮化物半导体的生长原料，作为III族原料气体，例如能够使用：三甲基镓((CH3)3Ga：TMG)、三甲基铝((CH3)3Al：TMA)、三甲基铟((CH3)3In：TMI)。作为V族原料气体，例如能够使用：氨气(NH3)。关于掺杂剂，作为n型掺杂剂(n型杂质)例如能够使用硅烷(SiH4)，作为p型掺杂剂(p型杂质)例如能够使用二茂镁(CP2Mg)。
在使阱层以600℃以上770℃以下的低生长温度生长的情况下(特别是以650℃以上740℃以下的低生长温度生长的情况下)，阱层的生长速度优选0.05埃/秒以上、0.7埃/秒以下，更优选0.05埃/秒以上、0.2埃/秒以下。如上所述，在将阱层的生长速度设定较低时，能够抑制原子的迁移，另一方面，通过使生长速度如上述那样缓慢，能够使迁移的抑制有所缓和，确保恰当的原子运动。由此，改善结晶性并提高发光效率。若阱层的生长速度比0.05埃/秒慢，则从晶体表面脱离的原子数比向晶体表面供给的原子数多。因此，由于腐蚀效果而容易使晶体表面产生粗糙，平坦性容易恶化。因此，阱层的生长速度优选如上述那样是0.05埃/秒以上。当然，阱层的生长方法(生长条件)并不限定于上述条件，但通过如上述那样形成则更提高发光效率。
在阱层的生长温度是600℃以上720℃以下的情况下，在阱层生长时作为载流子气体而也可以导入氢(H2)。
在作为载流子气体而导入氢时，其气体流量优选0.005L/分以上0.100L/分以下，更优选0.010L/分以上0.050L/分以下。在气体流量不足0.005L/分的情况下，则在阱层生长时难以得到导入氢的效果。当将作为载流子气体的氢以比0.100L/分大的气体流量导入时，则即使在阱层的生长温度是600℃以上720℃以下的情况下，In原子的进入也容易减少，难以谋求长波长化。
如上所述，在阱层生长时导入氢的情况，X射线衍射像的伴峰(サテライトピ一ク)变清楚。能够得到电流注入时发光图形良好等改善效果，也关系到提高发光效率。也可以向阱层的某层或所有层添加Si或Mg。阱层并不限定于InGaN，也可以由AlInGaN构成。这时的形成方法与InGaN阱层相同。
对于阱层和势垒层，可以使生长不中断地连续进行生长，也可以实施生长中断。
在形成势垒层时，载流子气体也可以仅是氮，但更优选包含氢的状态。在载流子气体使用氢时，氢的流量优选不足1.0L/分，更优选0.500L/分以下。在氢的流量是0L/分时，则与载流子气体仅是氮的情况相同，但通过将氢以上述流量导入，则界面的陡峭性被改善。由此，X射线衍射像的伴峰变清楚。在氢的流量是1.0L/分以上的情况下，由于腐蚀效果而容易使晶体表面产生粗糙，平坦性容易恶化。且在势垒层由包含In的氮化物半导体构成时，In原子难以进入。
将势垒层成膜时的生长速度优选0.05埃/秒以上、1.2埃/秒以下，更优选0.05埃/秒以上0.8埃/秒以下。若势垒层的生长速度比0.05埃/秒慢，则从晶体表面脱离的原子数比向晶体表面供给的原子数多。因此，由于腐蚀效果而容易使晶体表面产生粗糙，有平坦性恶化的情况。若生长速度比1.2埃/秒快，则有结晶性和平坦性恶化的情况。因此，势垒层的生长速度优选上述范围。当然，势垒层的生长方法(生长条件)并不限定于上述情况，但通过如上述那样形成则更提高发光效率。
这种倾向，在势垒层是GaN、InGaN、AlGaN的任一情况都适合，在势垒层由包含Al的氮化物半导体构成时更有效。最优选是将势垒层由AlGaN层或AlInGaN层构成的情况。
在将势垒层设定为AlInGaN时，有作为Ⅲ族的原料气体例如同时供给TMG、TMI和TMA，作为V族的原料气体例如同时供给氨气来形成势垒层的方法。
作为其他的方法，在形成势垒层时，还有作为Ⅲ族的原料气体不供给TMI而同时供给TMG和TMA(即作为势垒层而首先形成AlGaN层)，利用阱层生长时残留的TMI气体和In的扩散、偏析效果，通过自动地进行In的进入而形成AlInGaN势垒层的方法。具体说就是，将阱层的生长温度设定为700℃，为了实现用于得到希望波长的气相比而供给TMG、TMI和氨气。然后停止TMG、TMI的供给，在数秒的中断生长后以将生长温度保持在700℃的状态来供给TMG、TMA和氨气，形成势垒层。使用该方法，将势垒层的组分比通过AES(俄歇分析)测定并解析的结果是，势垒层被检测出Al组分比是1.0％、In组分比是2.0％。即在上述方法中In自动地进入。使用该方法也可以形成由AlInGaN构成的势垒层。不实施生长中断而仅进行原料切换也能够得到同样的效果。使用该方法时作为控制In原子进入的方法，是以使势垒层的生长温度比阱层的生长温度高30℃以上的高生长温度(例如阱层的生长温度是700℃，使势垒层的生长温度是730℃)进行成膜，由于In蒸发能够将AlGaN成膜。通过将形成势垒层时的氢载流子气体的流量增加而能够抑制In进入，使AlGaN能够成膜。所有的情况通过AES测定，从势垒层未检测出In原子。
接着如图13所示，使用光刻技术在接触层18上形成宽度约为1μm～约10μm(例如约1.5μm)且与Y方向(大致c轴[0001]方向)平行延伸的条纹状(细长状)抗蚀剂450。然后如图14所示，使用SiCl4、Cl2等氯系气体和Ar气体的RIE(反应性离子腐蚀)法，将抗蚀剂450作为掩模进行蚀刻，到上部引导层16中途的深度。由此，形成由上部引导层16的凸部和上部包层17和接触层18构成且与Y方向(大致c轴[0001]方向)相互平行延伸的条纹状(细长状)的脊部19(参照图3和图6)。
然后如图15所示，在脊部19上残留有抗蚀剂450的状态下，利用喷溅法等形成厚度约为0.1μm～约0.3μm(例如约0.15μm)且由SiO2构成的绝缘层20，将脊部19埋入。然后通过剥离将抗蚀剂450除去，使脊部19上部的接触层18露出。由此，在脊部19的两肋形成图16所示的绝缘层20。
然后如17所示，使用真空蒸镀法等从基板侧(绝缘层20侧)顺次形成厚度约为15μm的Pd层(未图示)和厚度约为200nm的Au层(未图示)，由此，在绝缘层20(接触层18)上形成由多层结构构成的p侧电极21。
然后，为了容易分割基板，通过磨削或研磨GaN基板10的背面而使GaN基板10变薄到100μm左右的厚度。然后如图20所示，在GaN基板10的背面上使用真空蒸镀法等而从GaN基板10的背面侧顺次形成厚度约为5nm厚度的Hf层(未图示)和厚度约为150nm厚度的Al层(未图示)，由此，形成由多层结构构成的n侧电极22。且在n侧电极22上从n侧电极22侧开始顺次形成厚度约为36nm的Mo层(未图示)、厚度约为18nm的Pt层(未图示)和厚度约为200nm的Au层(未图示)，由此，形成由多层结构构成的金属导电层23。在n侧电极22形成前，以调整n侧电特性等为目的，也可以进行干蚀刻和湿蚀刻。
接着，如图18所示，使用划线/断开法和激光划线等方法而将基板分割成条状。由此，能够得到将其端面作为谐振器面30的条状元件。然后使用蒸镀法和喷溅法方法而对条状元件的端面(谐振器面30)实施涂覆。具体说就是，在成为光射出面的单侧端面例如形成由铝的氧氮化膜等构成的射出侧涂覆膜(未图示)。在成为光反射面的其相反侧的端面例如形成由SiO2、TiO2等多层膜构成的反射侧涂覆膜(未图示)。
最后，如图19所示，沿着沿Y方向(大致c轴[0001]方向)的分割预定线P而分割条状元件，一个一单片化成一个一个的氮化物半导体激光元件。这样来制造本发明第一实施方式的氮化物半导体激光元件100。
如图20所示，这样制造的第一实施方式的氮化物半导体激光元件100经由副支架(サブマウント)110而被安装在管座120上，并通过引线130与引线销电连接。且通过将帽135焊接在管座120上而组装成壳封装型的半导体激光装置(半导体装置)。
如上所述，根据第一实施方式的氮化物半导体激光元件100的制造方法，通过将在GaN基板10与有源层14(阱层14a)之间形成的GaN层(n型GaN层11、下部引导层13)形成为使其总层厚在0.7μm以下(约0.2μm)，能够得到良好的表面形态。由此，能够使氮化物半导体各层的层厚的面内分布均匀化，能够提高氮化物半导体各层的平坦性。由于通过使表面形态变良好而能够减少元件特性的偏差，所以能够增加具有设计范围内的特性的元件。由此，能够提高制造合格品率。通过使表面形态变良好而还能够进一步提高元件特性和可靠性。
第一实施方式中，通过将n型半导体层以900℃以上的高温形成而能够使n型半导体层的层表面平坦化。因此，通过在平坦化了的n型半导体层上形成有源层14和p型半导体层而能够抑制有源层14和p型半导体层中结晶性降低。因此，能够形成高质量的晶体。通过将n型半导体层以比1300℃低的生长温度形成，能够抑制由于以1300℃以上的生长温度而形成所引起的在升温时GaN基板10的表面再蒸发，及进而引发的表面粗糙这种不良状况的产生。因此，通过这种结构而能够容易制造元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体激光元件100。
第一实施方式中，通过将有源层14的阱层14a以600℃以上的生长温度形成，也能够抑制由以比600℃低的生长温度形成所引起原子的扩散长度变短而结晶性恶化的不良状况产生。通过将有源层14的阱层14a以800℃以下的生长温度形成而能够抑制由以比800℃高的生长温度(例如830℃以上)形成有源层14的阱层14a所引起热损伤而使有源层14黑色化的不良状况产生。与阱层14a相接的势垒层14b的生长温度优选与阱层14a是相同的温度或是比阱层14a高的温度。
第一实施方式中，通过将p型半导体层以700℃以上的生长温度形成而也能够抑制由p型半导体层的生长温度过低所引起p型半导体层高电阻化的不良状况产生。通过将p型半导体层以比1100℃低的生长温度形成而能够减少有源层14的热损伤。通过将势垒层由AlGaN、AlInGaN等包含Al的氮化物半导体层构成而使有源层对于在形成p型半导体层时产生的热损伤抵抗力强。即，即使将p型半导体层以1000℃以上的生长温度形成的情况下，也能够抑制由热损伤引起的有源层的黑色化。
在此，在使用以c面作为生长主面的GaN基板的情况下，当将p型半导体层以比900℃低的生长温度形成，则p型半导体层成为非常高的电阻，难以作为器件(例如半导体发光元件)来使用。另一方面，通过使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的上述GaN基板10，则即使以比900℃低的生长温度，也能够通过作为p型杂质而掺杂Mg来实现p型传导。特别是有源层14的阱层14a的In组分比x1是0.15以上0.45以下的情况下，由于In的偏析等而在面内容易产生In组分的偏差。因此，优选p型半导体层的生长温度低的结构。有源层14的阱层14a的生长温度与p型半导体层的生长温度的差在避免有源层14热损伤的意义上是优选不足200℃，更优选150℃以下。
说明为了确认上述第一实施方式的氮化物半导体激光元件100的效果而进行的实验。该实验中，首先作为确认用元件而制作图21所示的发光二极管元件200，进行EL发光图形的观察。之所以在EL发光图形的观察中使用发光二极管元件，是由于氮化物半导体激光元件由于形成有脊部而注入电流的区域变狭窄，所以EL发光图形的观察困难。
该确认用元件(发光二极管元件200)与上述第一实施方式同样地通过在GaN基板10上形成同样的氮化物半导体层来制作。氮化物半导体层的形成使用与上述第一实施方式同样的方法进行。具体情况则如图21所示，使用以相对m面具有倾斜角的面作为生长主面10a的GaN基板10，在其生长主面10a顺次形成：n型GaN层11、下部包层12、下部引导层13、有源层14、载流子阻挡层15、上部引导层16、上部包层17和接触层18。然后，在接触层18上形成p侧电极221。将该p侧电极221作为用于确认EL发光图形的透明电极。在GaN基板10的背面上形成n侧电极22和金属导电层23。确认用元件中GaN基板10的倾斜角是a轴方向的倾斜角是1.7度、c轴方向的倾斜角是+0.1度。确认用元件中阱层的In组分比是0.25，势垒层的Al组分比是2％。确认用元件的势垒层是AlGaN。通过向这样制作的确认用元件(发光二极管元件200)进行电流注入而使确认用元件(发光二极管元件200)发光，观察面内光分布。图22表示在确认用元件中观察到的EL发光图形的显微镜照片。
使用以m面作为生长主面的GaN基板(大致为正m面基板：a轴方向的倾斜角是0度、c轴方向的倾斜角是+0.05度)，作为比较用元件来制作发光二极管元件。该比较用元件以与上述确认用元件相同的方法来制作。In气体流量与确认用元件相同，但比较用元件中阱层的In组分比是0.2。比较用元件的势垒层是In0.02Ga0.98N。且与确认用元件同样地进行面内光分布观察。比较用元件除了GaN基板使用正m面基板、阱层的In组分比是0.2和将势垒层由InGaN构成这几点之外，则与确认用元件(发光二极管元件200)是同样的结构。图83所示的EL发光图形是在比较用元件中观察到的EL发光图形(显微镜照片)。
如图83所示，比较用元件中EL发光图形成亮点状化，相对地如图22所示，确认用元件中尽管阱层的In组分比高，EL发光图形的亮点状化也被抑制，可以看出成为均匀发光的EL发光图形。由此，则确认通过使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的GaN基板10而能够抑制EL发光图形的亮点状化。
将势垒层由InGaN构成的比较用元件中，与上述图73同样地在PL发光图形产生暗线。即使是将势垒层由GaN构成的元件，也与上述比较用元件同样地被确认产生暗线。相对地，在将势垒层由包含Al的氮化物半导体层(AlGaN层)构成的确认用元件中，与上述图75同样地没看到产生暗线。
测定确认用元件和比较用元件的发光效率，结果是发现：确认用元件的发光效率比比较用元件的发光效率提高两倍以上。可以考虑这是抑制暗线的产生效果、有源层的保护效果和平坦性的改善效果所致。确认用元件的发光波长是530nm，比较用元件的发光波长是490nm。由此，控制倾斜角的确认用元件与使用正m面基板的比较用元件相比，在关于In的进入方面的效率也高。以上，通过相对m面在a轴方向设置倾斜角，在绿色的波长区域能够得到抑制亮点状发光的效果，可以确认到发光效率增加。
还确认到，通过将有源层的势垒层由包含Al的氮化物半导体层构成，即使在530nm这样非常长的长波长发光波长区域也能够得到均匀且发光强度高的元件。还确认到通过将有源层的势垒层由包含Al的氮化物半导体层构成所得到的效果即在长波长区域发光强度的增加，是优选使用具有m面或a面等生长主面的无极性基板时所得到的。可知这时能够将包含Al的氮化物半导体层平坦性良好、结晶性良好地进行成膜，通过使用相对m面在a轴方向具有倾斜角的基板，连EL发光图形的均匀性都非常良好，因此更优选。
上述确认用元件的结构中，在由Alx2Ga1-x2N构成的势垒层的Al组分比x2是0＜x2≤0.08的范围，能够得到大致相同的效果。
接着，使用a轴方向的倾斜角和c轴方向的倾斜角不同的多个GaN基板，制作多个与图21所示的发光二极管元件200同样的元件，进行EL发光图形观察等实验。
其结果是了解到，通过相对m面在a轴方向设置倾斜角，能够得到抑制EL发光图形亮点状化的效果。判明在a轴方向的倾斜角是0.1度以下的范围内，抑制亮点状发光的效果小，当a轴方向的倾斜角成为0.1度以上时，则抑制EL发光图形亮点状化的效果显著显现。由此确认，通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为GaN基板的生长主面，能够抑制EL发光图形的亮点状化。确认通过使a轴方向的倾斜角比c轴方向的倾斜角大，能够更有效地抑制EL发光图形的亮点状化。
[实施例1]
作为实施例1的氮化物半导体激光元件使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是1.7度、在c轴方向的倾斜角是+0.1度的GaN基板，制作与上述第一实施方式的氮化物半导体激光元件同样的氮化物半导体激光元件。将阱层的In组分比设定为0.25，将势垒层的Al组分比设定为2％。该实施例1的其他结构与上述第一实施方式相同。且使用不具有倾斜角的GaN基板(正m面基板)，将与上述第一实施方式的氮化物半导体激光元件同样制作的氮化物半导体激光元件作为比较例1。比较例1的氮化物半导体激光元件的其他结构与实施例1相同。
对于实施例1和比较例1测定了阈值电流，结果是比较例1的氮化物半导体激光元件中阈值电流的值是120mA左右，相对地实施例1的氮化物半导体激光元件中阈值电流的值是55mA，确认实施例1的氮化物半导体激光元件与比较例1相比而阈值电流变得非常小。认为这是亮点状发光被抑制，面内均匀发光而增益变大的缘故。且关于驱动电压也被确认，实施例1的氮化物半导体激光元件与比较例1相比在注入50mA电流时的驱动电压小到0.4V左右。作为得到这种结果的理由认为是，通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为GaN基板的生长主面，使p型半导体层中Mg的进入变化，活化率提高的缘故。实施例1的氮化物半导体激光元件的发光波长是505nm。这样，在500nm以上的长波长的振荡中之所以能够以比较低的阈值电流密度进行振荡，认为是通过在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板与有源层(阱层)之间形成总层厚是0.7μm以下的GaN层，使表面形态改善，膜的平坦性改善的缘故。且通过对势垒层使用包含Al的氮化物半导体层，认为有抑制暗线的产生的效果。
[实施例2]
作为实施例2的氮化物半导体激光元件，使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是4度、在c轴方向的倾斜角是+1度的GaN基板，制作势垒层由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成的氮化物半导体激光元件。该实施例2中将势垒层由AlsIntGauN(s＝0.02、t＝0.01、u＝0.97)构成。即实施例2将势垒层由AlInGaN构成。实施例2的势垒层以外的结构则与上述第一实施方式(实施例1)相同。实施例2也能够得到与上述实施例1同样的效果。
并且上述实施例2的结构中，即使将由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成的势垒层的Al组分比s设定在0＜s≤0.08的范围内，In组分比t设定在0＜t≤0.10的范围的情况下，也能够得到大致相同的效果。
在将势垒层由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成的情况下，优选Al组分比小于In组分比。由于为了实现长波长区域的发光波长而必须将有源层以900℃以下，通常是700℃～800℃左右的低温进行成膜，所以认为通过使In进入而在低温生长中提高结晶性。通过将势垒层设定为包含In的AlInGaN层而能够使折射率比AlGaN层大，因此，能够有效地进行光封闭。
[实施例3]
作为实施例3的氮化物半导体激光元件，使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是6度、在c轴方向的倾斜角是-1.1度的GaN基板，制作势垒层由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成的氮化物半导体激光元件。该实施例3中将第一势垒层由AlsIntGauN(s＝0.02、t＝0、u＝0.98)构成，将第二势垒层和第三势垒层由AlsIntGauN(s＝0.02、t＝0.01、u＝0.97)构成。即实施例3将第一势垒层由AlGaN构成，将第二和第三势垒层分别由与第一势垒层不同的AlInGaN构成。实施例3的势垒层以外的结构则与上述第一实施方式(实施例1)相同。实施例3也能够得到与上述实施例1同样的效果。也可以如实施例3那样使第一势垒层与第二和第三势垒层的组成不同，也可以使所有势垒层的Al组分不同。
且上述实施例3的结构中，即使将由AlsIntGauN构成的势垒层的Al组分比s设定在0＜s≤0.08的范围，In组分比t设定在0＜t≤0.10的范围的情况下，也能够得到大致相同的效果。
[实施例4]
作为实施例4的氮化物半导体激光元件，使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是6度、在c轴方向的倾斜角是+2度的GaN基板，制作与实施例1大致相同的氮化物半导体激光元件。即实施例4中将势垒层由AlGaN构成。但实施例1中将三个势垒层(第一势垒层、第二势垒层和第三势垒层)的Al组分比相同地构成，相对地在该实施例4中，设定成不同的Al组分比。具体说就是将第一势垒层的Al组分比设定成2％，将第二和第三势垒层的Al组分比设定成0.08％。该实施例4也能够得到与上述实施例1同样的效果。即使在第一势垒层的Al组分比比其他势垒层的Al组分比高的情况下，也能够得到同样的效果。
(第二实施方式)
图23是表示本发明第二实施方式的氮化物半导体激光元件结构的剖视图。下面参照图2和图3来说明本发明第二实施方式的氮化物半导体激光元件250。各图中对于对应的结构元件而使用相同的符号，省略重复说明。
如图23所示，该第二实施方式的氮化物半导体激光元件250中，与GaN基板10的生长主面10a相接的半导体层由包含Al的氮化物半导体层构成。在下部包层12上形成的下部引导层13由AlGaN构成。具体说就是在第二实施方式的氮化物半导体激光元件250中，在GaN基板10的生长主面10a上与该生长主面10a相接地形成厚度约为2.2μm厚度的由n型Al0.06Ga0.094N构成的下部包层12。在下部包层12上形成厚度约为0.1μm厚度的由n型Al0.05Ga0.095N构成的下部引导层13。即第二实施方式是不形成n型GaN层11(参照图2)的结构。且第二实施方式中形成在下部包层12上的下部引导层13代替GaN层而由AlGaN层构成。因此，第二实施方式是在GaN基板10上层积的氮化物半导体各层不包含GaN层的结构。
在将下部引导层13由AlGaN构成的情况下，其Al组分比优选设定比0大但在0.03以下的范围。在使Al组分比为0来设定GaN层时，平坦性有恶化的可能性。另一方面，若Al组分比是比0.03大，则光封闭变得不充分。
由AlGaN构成的下部引导层13优选被形成为厚度为0.05μm以上0.4μm以下，更优选被形成为厚度为0.08μm以上0.25μm以下。若下部引导层13的厚度比0.05μm小，则容易使提高平坦性的效果不充分。另一方面，若下部引导层13的厚度比0.4μm大，则由于光的电场强度分布在层方向扩展而光封闭系数降低。
如上所述，在将引导层由AlGaN构成的情况下，由于包层的Al组分比上升而有可能进一步提高光封闭。
第二实施方式的其他结构与上述第一实施方式相同。
如上所述，第二实施方式中，通过在相对m面在a轴方向具有倾斜角的生长主面10a上，与该生长主面10a相接地形成由AlGaN构成的下部包层12，使表面形态大为改善，能够提高层表面的平坦性。由此，能够使在GaN基板10上形成的氮化物半导体各层的面内层厚分布均匀化。且由于通过改善表面形态而能够减少元件特性(例如I-L特性、I-V特性、远场图形、波长等)的偏差，所以能够提高制造合格品率。由此，能够容易得到具有设计范围内的特性的元件。且通过使表面形态良好而还能够进一步提高元件特性和可靠性。
第二实施方式在下部包层12上形成由AlGaN构成的下部引导层213，由此也能够提高层表面的平坦性。
第二实施方式的其他效果与上述第一实施方式相同。
上述第二实施方式中，所述下部引导层13在AlGaN之外也可以由AlInGaN和InGaN构成。也可以设定成将AlGaN、AlInGaN和InGaN适当组合的超晶格结构。基于光封闭的观点，所述下部引导层13更优选由包含In的氮化物半导体构成。且在对下部引导层13使用InGaN、AlGaN和AlInGaN的情况下，也可以进行故意不掺有杂质的非掺杂，也可以作为n型杂质而例如将Si进行掺杂。
在对下部引导层13使用InGaN层的情况下，优选将其In组分比设定在比阱层的In组分比小的范围。优选In组分比是比0大而在0.05以下。若In组分比是0则成为GaN层，产生平坦性恶化的可能性。另一方面，若In组分比是比0.05大，则由于发生高的应变而有晶体质量恶化的危险。由InGaN构成的下部引导层13优选被形成为0.05μm以上0.5μm以下的厚度，更优选被形成为0.08μm以上0.3μm以下的厚度。若下部引导层13的厚度比0.05μm小，则容易使光封闭的效果不充分。另一方面，若下部引导层13的厚度比0.4μm大，则由于光的电场强度分布在层方向扩展而光封闭系数降低。
在下部引导层13使用AlInGaN层的情况下，优选将其In组分比设定在比0大而在0.10以下。优选将Al组分比设定在比0大而在0.08以下。且由AlInGaN构成的下部引导层13优选被形成为0.05μm以上0.5μm以下的厚度，更优选被形成为0.07μm以上0.3μm以下的厚度。在将下部引导层13由AlInGaN构成时，若超过上述范围(组成和厚度的至少一个上限值)，则可能招致晶体质量的恶化。另一方面，在上述组分比范围以下的情况和比上述厚度范围的下限值小的情况的至少一个情况下，则光封闭效果和提高平坦性效果就变得不充分。
作为第二实施方式的变形例，也可以在上述第二实施方式的结构中在GaN基板10与下部包层12之间形成与GaN基板10的生长主面10a相接的包含In的氮化物半导体层(例如InGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)。这时，只要将包含In的氮化物半导体层的晶格常数设定得比GaN大，也能够得到抑制裂纹的产生的效果。作为与生长主面10a相接的包含In的氮化物半导体层，更优选InGaN层和AlInGaN层。
[实施例5]
作为实施例5的氮化物半导体激光元件，使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是8度、在c轴方向的倾斜角是+4度的GaN基板，制作与实施例1大致相同的氮化物半导体激光元件。但实施例5中与基板的生长主面相接的半导体层不是n型GaN层，而是下部包层。即实施例5不形成n型GaN层，而是在基板的生长主面上从厚度约为2.2μm厚度的由n型Al0.06Ga0.94N构成的下部包层来层积氮化物半导体层。这时也能够得到同样的效果。且表面形态良好，驱动电压降低0.2V左右。
上述实施例5的结构中，将下部包层由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成时也能够得到同样效果。在此，通过将Al组分比s设定在0＜s≤0.15的范围、将In组分比t设定在0＜t≤0.10的范围，能够得到大致相同的效果。
[实施例6]
作为实施例6的氮化物半导体激光元件，使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是3度、在c轴方向的倾斜角是+1度的GaN基板，制作与实施例1大致相同的氮化物半导体激光元件。但与基板的生长主面相接的半导体层，不是n型GaN层而是厚度约为0.1μm厚度的由In0.02Ga0.98N构成的InGaN层。即实施例6中从InGaN层开始来形成氮化物半导体各层。这时也能够得到同样的效果。
[实施例7]
作为实施例7的氮化物半导体激光元件，使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是4度、在c轴方向的倾斜角是+1度的GaN基板，制作与实施例1大致相同的氮化物半导体激光元件。但实施例7中与基板的生长主面相接的半导体层不是n型GaN层，而是厚度约为0.1μm厚度的n型In0.02Ga0.98N。即实施例7中不形成n型GaN层，而是在基板的生长主面上层积厚度约为0.1μm的由n型In0.02Ga0.98N构成的氮化物半导体层。在其上形成厚度约为1.5μm的250个周期的超晶格结构所构成的下部包层，其中，以n型Al0.12Ga0.88N(层厚4nm)/GaN(层厚2nm)为一周期结构。这时也能够得到同样的效果。
[实施例8]
作为实施例8的氮化物半导体激光元件而使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是3度、在c轴方向的倾斜角是-0.5度的GaN基板，制作与实施例1大致相同的氮化物半导体激光元件。但实施例8中代替实施例1的GaN而将下部引导层由AlsIntGauN(s＝0.02、t＝0.01、u＝0.97)构成。作为实施例8也制作将下部引导层由InGaN(In组分比：1.5％)构成的元件。这种结构也能够得到同样的效果。
将下部引导层由GaN构成的情况与由In0.015Ga0.985N和Al0.02In0.01Ga0.97N构成的情况比较，结果是通过将下部引导层由InGaN和AlInGaN构成而比由GaN构成的情况其发光效率增加1.5倍左右。并且，作为半导体激光元件而光封闭效果增大，阈值电流降低20mA左右。这种效果在将下部引导层由InGaN构成的元件中，当Iny2Ga1-y2N的In组分比y2在0＜y2≤0.05的范围时，则能够得到大致相同的效果。在将下部引导层由AlsIntGauN构成的元件中，当Al组分比s在0＜s≤0.08的范围、In组分比t在0＜t≤0.10的范围，能够得到相同的效果。
在将下部引导层由InGaN构成的情况下，在In组分比是比0.0％大而在5.0％以下时，看到同样的倾向。在In组分比y比5.0％大的元件中，看到非发光的黑色斑点，有发光效率降低的倾向。在将下部引导层由AlInGaN构成时，在Al组分比在比0.0％大而在8.0％以下的范围，看到同样的效果。通过添加Al，在AlInGaN的情况下，直到In组分比达到10％，黑色斑点被抑制。
(第三实施方式)
图24和图25是用于说明本发明第三实施方式的氮化物半导体激光元件结构的图。图24表示第三实施方式的氮化物半导体激光元件制造所使用的氮化物半导体基板(半导体晶片)的俯视图，图25表示将氮化物半导体基板(半导体晶片)的一部分放大所示的剖视图。下面，参照图24和图25来说明本发明第三实施方式的氮化物半导体激光元件。
该第三实施方式的氮化物半导体激光元件是在上述第一和第二实施方式的结构中，在GaN基板10的生长主面10a中形成凹入区域。具体地则如图24所示，GaN基板10具有从生长主面10a向厚度方向凹入而形成的多个凹部2。这些凹部2从俯视看分别被形成为向与c轴[0001]方向平行的方向延伸。上述凹部2在与c轴[0001]方向正交的a轴[11-20]方向按约150μm～约600μm(例如约400μm)的周期R被等间隔地配列。即上述多个凹部2在GaN基板10的生长主面10a上以条纹状形成。上述GaN基板10中，被形成有凹部2的区域(凹入区域)成为凹入区域3。另一方面，生长主面10a的没形成有凹部2的区域(没凹入的区域)就成为非凹入区域4。
如图25所示，上述多个凹部2分别包含有底面部2a和一对侧面部2b。一对侧面部2b的倾斜角γ被设定为比90度大的规定角度。因此，凹部2的侧面部2b成为倾斜面。由此，是开口宽度朝向上方逐渐变大地形成凹部2。且上述凹部2在[11-20]方向上具有约为5μm的开口宽度g(开口端部的宽度)，且在n型GaN基板10的厚度方向具有约为5μm的深度f。
通过使用在a轴方向具有倾斜角的GaN基板10，能够在非凹入区域4上的氮化物半导体层中形成随着靠近凹部2(凹入区域3)而层厚倾斜(逐渐地)减少的层厚倾斜区域(未图示)。该层厚倾斜区域在凹部2(凹入区域3)的单侧(例如右侧)附近区域被形成为向与凹部2(凹入区域3)平行方向延伸的大致带状。该层厚倾斜区域也能够缓和由于与GaN基板10的晶格不匹配等产生的氮化物半导体层的应变。
在非凹入区域4上的氮化物半导体层中形成有与层厚倾斜区域相比而层厚变动非常小的适合形成脊部的发光部形成区域(未图示)。且在该发光部形成区域形成有脊部。
第三实施方式的GaN基板10以外的结构则与上述第一和第二实施方式相同。第三实施方式的氮化物半导体激光元件也可以以包含上述凹部2的至少一部分的方式被分割成一个一个的元件。也可以不包含上述凹部2而被分割成一个一个的元件。
上述凹部2能够使用光刻技术和蚀刻技术等来形成。
如上所述，第三实施方式中，通过在GaN基板10的生长主面10a侧形成凹部2(凹入区域3)而能够在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层(氮化物半导体层的凹部2上的部分)表面形成凹处。因此，GaN基板10与在其生长主面10a上形成的氮化物半导体层之间的晶格常数差和热膨胀系数差等变大，即使在氮化物半导体层产生应变的情况下，也能够将在非凹入区域4上形成的氮化物半导体层的应变由在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层表面形成的上述凹处部分来缓和。由此，能够有效地抑制氮化物半导体层产生裂纹。
第三实施方式中，由于通过在GaN基板10中形成凹部2而能够得到非常高的缓和应变效果和抑制裂纹效果，所以即使在将势垒层由包含Al的氮化物半导体构成的情况下，也能够缓和势垒层的应变，抑制裂纹的产生。即使为了使光封闭变良好而使包层的Al组分比上升时，也能够抑制裂纹的产生。
第三实施方式的其他效果与上述第一和第二实施方式相同。
[实施例9]
作为实施例9的氮化物半导体激光元件，使用形成有凹入区域的基板(m面a轴倾斜基板)，制作与实施例1大致相同的氮化物半导体激光元件。实施例9与上述第一实施方式不同，形成有Al组分比为8.0％的包层(上部包层和下部包层)。这时，也能够得到与实施例1同样的效果。
在此，当将势垒层由包含Al的氮化物半导体构成时，由于对于GaN的拉伸应变变大，所以有时产生裂纹。由于将势垒层由包含Al的氮化物半导体构成，有对有源层作用的应变变大的倾向，所以优选事先尽量地缓和应变(应力)。有时为了使光封闭变良好而使包层的Al组分比上升时，这时也容易产生裂纹。
但通过在基板形成凹入区域(凹部)，即使在这种情况下也能够防止产生裂纹。
使用没形成有凹入区域(凹部)的基板(m面a轴倾斜基板)，制作与上述实施例9同样的氮化物半导体激光元件，将该氮化物半导体激光元件作为比较例2。
实施例9中，尽管将包层的Al组分比设定为高到8.0％(0.08)，也没看到产生裂纹。另一方面，比较例2中多产生裂纹。这样就确认实施例9有非常高的抑制裂纹效果，得到提高元件合格品率的效果。由此，能够提高元件特性和可靠性。
(第四实施方式)
该第四实施方式的氮化物半导体激光元件是使用以相对m面在c轴方向具有的倾斜角(例如-0.5度)的面作为生长主面的GaN基板所形成。有源层的势垒层由AlInGaN构成。第四实施方式的其他结构与上述第一实施方式相同。
如上所述，第四实施方式中，通过将势垒层由AlInGaN构成而能够抑制暗线的产生。由于与将势垒层由GaN和InGaN构成的情况相比能够提高界面的陡峭性，所以能够将X射线衍射测定的伴峰明了化。这认为是通过在势垒层包含Al和In而使In的聚集和扩散被抑制，有源层的热损伤被抑制的缘故。
使用相对m面在c轴方向具有倾斜角的GaN基板的情况与使用相对m面在a轴方向具有倾斜角的GaN基板的情况相比，尽管层表面的平坦性恶化，但能够得到可充分使用的发光效率。通过对势垒层使用AlInGaN而能够使In进入阱层的效率变得非常良好。因此，即使在减少In的气体流量的情况下，也能够维持高的In组分比。由此，由于能够提高进入效率而能够有效地谋求长波长化。
(第五实施方式)
图26是本发明第五实施方式的发光二极管元件的剖视图。下面，参照图2、图23和图26来说明该第五实施方式中将本发明的氮化物半导体元件适用在发光二极管元件(LED：Light Emitting Diode：发光二极管)的例子。
该第五实施方式的发光二极管元件与上述第一和第二实施方式同样地在GaN基板10上形成同样的氮化物半导体各层。但第五实施方式与上述第一和第二实施方式不同，是不形成下部引导层13(参照图2和图23)和上部引导层16(参照图2和图23)的结构。
具体的结构如图26所示，在GaN基板10的生长主面10a上顺次形成下部包层12、有源层14、载流子阻挡层16、上部包层17和接触层18。在接触层18上形成由ITO(Indium Tin Oxide)等氧化物系透明导电膜构成的p侧电极221。且在GaN基板10的背面上形成n侧电极22和金属导电层23。
第五实施方式中，有源层14的势垒层与上述第一～第四实施方式同样地由包含Al的氮化物半导体(例如AlGaN、AlInGaN、AlInN等)构成。
如上所述，第五实施方式中，通过将势垒层由包含Al的氮化物半导体构成而能够抑制暗线的产生。由此，能够提高发光效率。
第五实施方式中，由于利用上述结构而能够提高层表面的平坦性和结晶性，所以由此而能够提高发光效率。
第五实施方式中，通过将势垒层由包含Al的氮化物半导体构成而即使在阱层的层数增加的情况下，也能够抑制发光效率降低。因此，通过增加阱层的层数而能够容易提高发光效率。
如上所述，将势垒层由AlInGaN构成的情况下，能够使In进入阱层的效率变得非常良好。因此，即使在减少In的气体流量的情况下，也能够维持高的In组分比，因此，能够提高进入效率。由此而能够更有效地谋求长波长化。这种情况与将势垒层由AlGaN构成的情况相比，能够更容易谋求阱层的多层化。
并且，通过将势垒层由AlInGaN构成而与将势垒层由AlGaN构成的情况相比，能够减小晶体应变。即，与将由InGaN构成的阱层和由AlGaN构成的势垒层交替层积的情况相比，通过将由InGaN构成的阱层和由AlInGaN构成的势垒层交替层积，能够缩小由晶格常数差产生的晶体应变。一般来说发光二极管元件有将有源层构成两层以上的阱层层数比较多的量子阱结构的情况。因此，从晶体应变的观点考虑时，将势垒层由AlInGaN构成则比将势垒层由AlGaN构成的优点多。
第五实施方式的其他效果与将上述第一和第二实施方式的结构适用发光二极管元件时的效果是相同的。
[实施例10]
该实施例10使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是3度、在c轴方向的倾斜角是+0.5度的GaN基板，制作LED。该实施例10中，在基板的生长主面上将n型Al0.01Ga0.99N层以约1μm的层厚成膜后，将Al0.01Ga0.99N(层厚约15nm)/In0.25Ga0.75N(层厚约3nm)的4QW有源层成膜。接着，在4QW有源层上将p型Al0.2Ga0.8N载流子阻挡层以约20nm的层厚成膜。然后，在p型Al0.2Ga0.8N载流子阻挡层上以约0.2μm的层厚将p型GaN接触层成膜。然后，在p型GaN接触层上将氧化物系透明导电膜ITO利用EB(Electron Beam：电子束)蒸镀机以约50nm的层厚成膜，形成由ITO构成的p侧电极。这种结构的实施例10也能够得到抑制暗线的产生效果、改善发光效率效果和抑制亮点状发光的效果。
作为上述氧化物系透明导电膜，除了氧化铟系的ITO透明导电膜以外，也可以使用In2O3-ZnO系透明导电膜、以氧化锌为主原料的ZnO系透明导电膜、氧化锡系的SnO2系透明导电膜。通过使用这些透明导电膜而能够格外提高光取出效率。由于通过使用相对m面在a轴方向具有倾斜角的基板就能够形成在表面形态被改善了的p型层上，所以能够得到低接触电阻，且通过能够抑制亮点状发光而均匀发光和均匀注入，所以能够提高发光效率，若在上述基板上形成的氮化物半导体层的接触电极使用，则好处非常大，因此优选。电极退火温度能够是低温的ITO电极，基于难以给予有源层热损伤的观点而特别优选。实施例10以600℃进行退火处理。
氧化物系透明导电膜利用EB蒸镀装置和喷溅装置等以非晶体(非晶态)状态形成在接触层18上，然后，通过以400℃～700℃左右的热退火使晶体化来降低膜的电阻，更优选进一步进行低电压化。这时，通过使用在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板而能够形成平坦性非常高的接触层，因此，能够降低氧化物系透明导电膜与接触层18之间的接触电阻，更优选。
[实施例11]
该实施例11使用与实施例10同样的基板，制作与实施例10大致相同的LED。但实施例11使用AlsIntGauN(s＝0.01、t＝0.03、u＝0.96)势垒层。这时也能够得到与上述同样的效果。由于势垒层包含Al，还包含In而能够以低温生长，所以优选。
[实施例12]
该实施例12使用与实施例10同样的基板，制作与上述第五实施方式同样的LED。但该实施例12制作将势垒层由AlGaN(Al组分比：1.5％)构成的元件和将势垒层由AlsIntGauN(s＝0.02、t＝0.01、u＝0.97)构成的元件这两种元件。实施例12的LED都以520nm的发光波长发光，其发光图形没有观察到暗线。
在将势垒层由Alx2Ga1-x2N构成时，其Al组分比x2在0＜x2≤0.08的范围，能够得到大致相同的效果。在将势垒层由AlsIntGauN构成时，其Al组分比s在0＜s≤0.08的范围、In组分比t在0＜t≤0.10的范围，能够得到大致相同的效果。
进而制作使阱层的层数从两层到八层一层一层增加的多个元件，测定其发光效率，结果是势垒层由GaN和InGaN构成的元件中，随着阱层的层数增加而发光效率大幅度降低。相对地，势垒层由包含Al的氮化物半导体(例如AlGaN)构成的元件中，没发现发光效率降低。在阱层的层数是三层以上时，与将势垒层由AlGaN构成的情况相比，则通过将势垒层由AlInGaN构成而使发光效率提高约1.2倍。
(第六实施方式)
图27是示意表示本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片一部分的剖视图。图28是本发明第一实施方式的氮化物半导体晶片所使用的基板的俯视图。图29是将本发明第一实施方式的氮化物半导体晶片所使用的基板的一部分放大表示的剖视图。图30～图34是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片的图。下面，参照图27～图34来说明包含氮化物半导体激光元件(氮化物半导体元件)的本发明第六实施方式的氮化物半导体晶片650。
如图27所示，第六实施方式的氮化物半导体晶片650具备与上述第一实施方式同样的n型GaN基板10(氮化物半导体基板)。该n型GaN基板10的生长主面10a由相对m面具有倾斜角的面构成。具体说就是，氮化物半导体晶片650的n型GaN基板10相对m面在a轴方向([11-20]方向)具有倾斜角。上述的n型GaN基板10不仅在a轴方向具有倾斜角，也可以在c轴方向([0001]方向)还具有倾斜角。
这样，第六实施方式的n型GaN基板10的生长主面10a是相对m面{1-100}倾斜的面。
上述n型GaN基板10中，相对m面的a轴方向倾斜角的绝对值被调整成比0.1度大的角度。但由于随着a轴方向的倾斜角变大而有进入到有源层(阱层等的InGaN层)的In量减少的倾向，所以根据原料效率等的方面的考虑，优选a轴方向倾斜角的绝对值是10度以下。即使a轴方向的倾斜角是10度以上的角度，也能够成膜。在c轴方向也具有倾斜角的情况下，优选将c轴方向的倾斜角调整成比±0.1度大的角度。优选将c轴方向的倾斜角调整成比a轴方向的倾斜角小的角度
在上述情况中，优选将a轴方向的倾斜角调整成比1度大且是10度以下的角度。只要将a轴方向的倾斜角调整在这种范围，则降低驱动电压的效果变大，而且还能够得到改善表面形态的效果，所以更优选。
如图27和图28所示，第六实施方式中所述n型GaN基板10具有从生长主面10a向厚度方向凹入而形成的多个凹部2。这些凹部2从俯视看分别被形成为向与a轴[11-20]方向交叉的方向延伸。具体说就是该第六实施方式中多个凹部2分别被形成为向与c轴[0001]方向平行的方向延伸，且在与c轴[0001]方向正交的a轴[11-20]方向按约150μm～约1200μm(例如约400μm)的周期R(参照图28)被等间隔地配列。即上述多个凹部2在n型GaN基板10的生长主面10a以条纹状形成。上述n型GaN基板10中，被形成有凹部2的区域(凹入区域)成为凹入区域3。另一方面，生长主面10a的没形成有凹部2的区域(没凹入的区域)就成为非凹入区域4。
如图29所示，上述多个凹部2分别包含有底面部2a和一对侧面部2b。一对侧面部2b的倾斜角γ(参照图29)被设定为比90度大的规定角度。因此，凹部2的侧面部2b成为倾斜面。由此，是开口宽度朝向上方逐渐变大地形成凹部2。且上述凹部2在[11-20]方向上开口宽度g(开口端部的宽度)约为5μm，且在n型GaN基板10的厚度方向上深度f约为5μm。
如图27所示，第六实施方式的氮化物半导体晶片650具有在上述n型GaN基板10的生长主面10a上形成氮化物半导体层620的结构，该氮化物半导体层620包含n型氮化物半导体层620a、有源层623和p型氮化物半导体层620b。上述n型氮化物半导体层620a包含n型包层和n型引导层，上述p型氮化物半导体层620b包含载流子阻挡层、p型包层、p型引导层和p型接触层。利用MOCVD法等外延生长法，在n型GaN基板10的生长主面10a上按n型氮化物半导体层620a、有源层623和p型氮化物半导体层620b的顺序来层积氮化物半导体各层。具体的则如图30所示，在n型GaN基板10的生长主面10a上顺次形成：由n型Al0.06Ga0.94N构成的n型包层621(层厚约2.2μm)、由n型In0.02Ga0.98N构成的n型引导层622(层厚约0.2μm)、有源层623、由p型Al0.15Ga0.85N构成的载流子阻挡层624(层厚约20nm)、由p型In0.02Ga0.98N构成的p型引导层625(层厚约0.1μm)、由p型Al0.05Ga0.95N构成的p型包层626(层厚约0.5μm)和由p型GaN构成的p型接触层627(层厚约0.1μm)。n型GaN基板10和n型氮化物半导体层620a中作为n型杂质例如掺杂有Si，在p型氮化物半导体层620b中作为p型杂质例如掺杂有Mg。
在此，在被所述氮化物半导体层620包含的含有Al、Ga和N的层中，若大量地含有Al，则与n型GaN基板10等之间的晶格常数差变大，所以容易产生裂纹。特别是n型包层621，为了良好地进行光封闭而将Al的组分比设定高，所以与n型GaN基板10之间的晶格常数差更加变大，且由于其层厚也大到约2.2μm，所以在该n型包层621非常容易产生裂纹。
另一方面，第六实施方式的氮化物半导体晶片650中，通过在n型GaN基板10的生长主面10a中形成凹部2(凹入区域3)而成为在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层620表面(构成氮化物半导体层620的各层表面)形成有凹处635的状态。利用该凹处635来缓和由于与n型GaN基板10的晶格不匹配等产生的氮化物半导体层620的应变。第六实施方式中，n型GaN基板10的生长主面10a由于由相对m面在a轴方向具有倾斜角的面构成，所以凹部2内难以被氮化物半导体层620填埋。
第六实施方式利用上述凹部2(凹入区域3)也能够缓和有源层623中产生的应变。
如图27和图31所示，第六实施方式中，通过在所述n型GaN基板10的生长主面10a上形成氮化物半导体层620而在非凹入区域4上的氮化物半导体层620上形成随着靠近凹部2(凹入区域3)而层厚倾斜(逐渐地)减少的层厚倾斜区域5。如图31～图34所示，该层厚倾斜区域5在凹部2(凹入区域3)的单侧(例如右侧)附近区域被形成为向与凹部2(凹入区域3)平行的方向延伸的大致带状。该层厚倾斜区域5也能够缓和由于与n型GaN基板10的晶格不匹配等而产生的氮化物半导体层620的应变。
因此，第六实施方式的氮化物半导体晶片650中，利用在氮化物半导体层620的表面形成的凹处635和在非凹入区域4上的氮化物半导体层620上形成的层厚倾斜区域5所带来的两个应变缓和效果，具有非常高的抑制裂纹效果。而且通过使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的n型GaN基板10，使在生长主面10a上形成氮化物半导体层620的结晶性良好。因此，氮化物半导体层620中难以产生裂纹。由此，即使在非常容易发生裂纹的n型包层621中也能够抑制裂纹的产生。当然，在n型包层621以外的其他氮化物半导体各层也能够抑制裂纹的产生。
所述层厚倾斜区域5在以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a，且使用形成有所述凹部2(凹入区域3)的n型GaN基板10的情况下，其被形成在凹部2(凹入区域3)的单侧(例如右侧)的区域(凹部2的附近区域)。其理由被认为是：n型GaN基板10的生长主面10a通过相对m面在a轴方向具有倾斜角，使原料原子的流动方向沿a轴方向变化，且该原料原子的流动被凹部2(凹入区域3)切断，使在非凹入区域4的凹部2(凹入区域3)的单侧附近区域原料原子的供给减少。且层厚倾斜区域5按照a轴方向的倾斜角是正(+)还是(-)而决定是在凹部2(凹入区域3)的一侧(例如右侧)还是在凹部2(凹入区域3)的另一侧(例如左侧)。这认为是由于a轴方向的倾斜角是正(+)还是(-)而使原料原子的流动方向变化的缘故。由于a轴方向的倾斜角从晶体学角度看则是正(+)还是(-)都相同，所以也可以按绝对值来讨论。在使用将c面作为生长主面的GaN基板的情况下，即使形成与上述同样的凹部(凹入区域)，也不能形成上述那样的层厚倾斜区域。即使使用以m面作为生长主面的GaN基板，但在a轴方向不具有倾斜角时，即使形成与上述同样的凹部(凹入区域)，也不能形成上述那样的层厚倾斜区域。但如后所述，通过在凹部2(凹入区域3)形成生长抑制膜则能够形成层厚倾斜区域。
如图31所示，氮化物半导体层620的层厚倾斜区域5中最接近凹部2(凹入区域3)的部分，层厚最小，随着从凹部2(凹入区域3)离开则层厚逐渐(倾斜地)变大。在层厚倾斜区域5的靠近凹部2(凹入区域3)的部分，层厚与n型氮化物半导体层620a(参照图27)和p型氮化物半导体层620b(参照图27)无关地变小。层厚倾斜区域5中层厚最小部分的厚度t11是非凹入区域4上氮化物半导体层620的层厚倾斜区域5以外的区域(后述的发光部形成区域6)的厚度t12的1/2～2/3左右。但根据氮化物半导体层620的生长条件，有时也偏离上述层厚。说到底，上述的值是大体目标。
层厚倾斜区域5的宽度w([11-20]方向的宽度)和层厚倾斜区域5的层厚倾斜角度θ(n型GaN基板10的生长主面10a与层厚倾斜区域5表面所成的角度)被a轴方向的倾斜角所控制。具体说就是，随着a轴方向的倾斜角变大，则层厚倾斜区域5的宽度w变小而层厚倾斜角度θ变大。因此，第六实施方式中，通过调整a轴方向的倾斜角而使层厚倾斜区域5的宽度w被设定为规定长度，同时使层厚倾斜角度θ被设定为规定角度。若a轴方向的倾斜角过小，则层厚倾斜区域5的宽度w就过大。另一方面，层厚倾斜角度θ越大，则在层厚倾斜区域5的层厚变动就越大。因此，为了缓和氮化物半导体层620的应力，优选层厚倾斜角度θ大的结构。因此，考虑到层厚倾斜区域5的形成条件，优选a轴方向的倾斜角的绝对值是0.5度以上。在凹部2的周期R(参照图28)例如是400μm的情况下，通过调整a轴方向的倾斜角，更优选使层厚倾斜区域5的宽度w被设定在1μm以上150μm以下。通过将层厚倾斜区域5的宽度w设定在1μm以上，能够抑制由于层厚倾斜区域5的宽度w比1μm小导致的抑制裂纹的效果变小的不良状况的产生。
由于所述层厚倾斜区域5是层厚变化的区域，所以若在该区域形成发光部(后述的脊部)则难以抑制特性偏差。因此，可以说将层厚倾斜区域5作为发光部(脊部)的形成区域不合适。
另一方面，非凹入区域4上的氮化物半导体层620与层厚倾斜区域5相比而层厚变动非常小，具有适合形成发光部(脊部)的发光部形成区域6。即在n型GaN基板10的生长主面10a上形成的氮化物半导体层620在非凹入区域4上包括有不适合形成发光部(脊部)的层厚倾斜区域5和具有非常均匀的层厚而适合形成发光部(脊部)的发光部形成区域6。层厚倾斜区域5与发光部形成区域6相比，抑制亮点状发光的效果弱。
第六实施方式中，氮化物半导体层620的发光部形成区域6具有非常良好的表面形态。上述发光部形成区域6整体来说层厚变动非常小，而比较c轴[0001]方向的层厚变动与a轴[11-20]方向的层厚变动时，则c轴[0001]方向的层厚变动比a轴[11-20]方向的层厚变动更小。
如图27所示，在氮化物半导体层620的发光部形成区域6的规定区域形成有成为电流通路部的凸状的脊部628。如图34所示，该脊部628从平面看去层厚变动更小。向c轴[0001]方向延伸形成的同时，在a轴[11-20]方向以约150μm～约1200μm(例如约400μm)的周期配列。由此，多个脊部628被形成条纹状。通过该脊部628的形成而在氮化物半导体层620条纹状地形成有成为发光部的光波导区域629(参照图27和图34)。如图27所示，所述脊部628从凹部2隔开规定距离以上(例如5μm以上)地被形成在发光部形成区域6。在氮化物半导体层620上面且在脊部628的两肋形成有用于使电流变狭窄的绝缘层630。
在氮化物半导体层620上形成有用于向光波导区域629供给电流的p侧电极631。另一方面，在n型GaN基板10的背面上形成有n侧电极632。
如图34所示，在所述氮化物半导体晶片650中设定有用于将氮化物半导体激光元件单片化的分割预定线P1和P2。俯视看去，分割预定线P1被设定成沿a轴[11-20]方向延伸，俯视看去，分割预定线P2被设定成沿c轴[0001]方向延伸。分割预定线P2被设定成使分割后的氮化物半导体激光元件包含一个凹部2和层厚倾斜区域5的至少一部分。
这种结构的第六实施方式的氮化物半导体晶片650通过被分割预定线P1和P2分割而单片化成一个一个的氮化物半导体激光元件。
图35是本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的俯视图，图36是示意表示本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的剖视图。图37是表示本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件一部分的剖视图，图38是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的有源层结构的剖视图。下面，参照图35～图38来说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件700。由于第六实施方式的氮化物半导体激光元件700能够从上述第六实施方式的氮化物半导体晶片650得到，因此以下的说明以从上述氮化物半导体晶片650得到的氮化物半导体激光元件700为例进行说明。
如图35所示，第六实施方式的氮化物半导体激光元件700具有包含射出激光的光射出面640a和与光射出面640a相对的光反射面640b这一对谐振器面640。所述氮化物半导体激光元件700在与谐振器面640正交的方向(c轴[0001]方向)长度L(芯片长度L(谐振器长度L))约为300μm～约1800μm(例如约600μm)，且在沿谐振器面640的方向(a轴[11-20]方向)宽度W(芯片宽度W)约为150μm～约1200μm(例如约400μm)。
如图36所示，第六实施方式的氮化物半导体激光元件700具备以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的n型GaN基板10，且是通过在该n型GaN基板10的生长主面10a上层积包含n型氮化物半导体层620a、有源层623和p型氮化物半导体层620b的氮化物半导体层620而形成。
在此，第六实施方式中，与n型GaN基板10的生长主面10a相接的半导体层由包含Al的氮化物半导体构成。具体说就是如图37所示，氮化物半导体激光元件700在n型GaN基板10的生长主面10a上与该生长主面10a相接地形成厚度约为2.2μm的、由n型Al0.06Ga0.94N构成的n型包层621。与GaN基板10的生长主面10a相接的半导体层除了AlGaN层以外，例如也可以是AlInGaN层、AlInN层等。且在AlGaN层和AlInGaN层等包含Al的氮化物半导体层以外，也可以是InGaN层和InN层。
在n型包层621上形成厚度约为0.2μm的、由n型In0.02Ga0.98N构成的n型引导层622。在n型引导层622上形成有源层623。也可以代替n型引导层622而形成非掺杂引导层。
如图38所示，上述有源层623具有将阱层623a和势垒层623b交替层积的量子阱结构。第六实施方式中，上述有源层623的势垒层623b由包含Al和In的氮化物半导体即AlInGaN构成。具体说就是，上述有源层623具有将由InGaN(InxGa1-x1N)构成的两个阱层623a和由AlInGaN构成的三个势垒层623b交替层积的量子阱(DQW：Double Quantum Well：多重量子阱)结构。更具体说就是，有源层623从n型引导层622侧开始而将第一势垒层6231b、第一阱层6231a、第二势垒层6232b、第二阱层6232a和第三势垒层6233b顺次层积而形成。且两个阱层623a(第一阱层6231a、第二阱层6232a)分别被形成约3nm～约4nm的厚度。第一势垒层6231b被形成约30nm的厚度，第二势垒层6232b被形成约16nm的厚度，第三势垒层6233b被形成约60nm的厚度。即三个势垒层623b分别被形成为具有不同的厚度。
所述第一势垒层6231b优选被形成为8nm以上50nm以下的厚度，更优选被形成为10nm以上40nm以下的厚度。只要这样将第一势垒层6231b形成为至少8nm以上的厚度，就能够容易且更良好地形成在n型引导层622生长后成膜的第一势垒层6231b的平坦性。只要将第一势垒层6231b形成为50nm以下的厚度，就能够有效地注入载流子。所述第二势垒层6232b优选被形成为8nm以上30nm以下的厚度，更优选被形成10nm以上20nm以下的厚度。只要这样将第二势垒层6232b形成为至少8nm以上的厚度，就能够容易且更良好地形成在具有高In组分比的第一阱层6231a生长后成膜的第二势垒层6232b的平坦性。只要将第二势垒层6232b形成为30nm以下的厚度，就能够有效地注入载流子。且所述第三势垒层6233b优选被形成为8nm以上100nm以下的厚度，更优选被形成为10nm以上80nm以下的厚度。只要这样将第三势垒层6233b形成为至少8nm以上的厚度，就能够容易且更良好地形成在具有高In组分比的第二阱层6232a生长后且是载流子阻挡层624生长前成膜的第三势垒层6233b的平坦性。只要将第三势垒层6233b形成100nm以下的厚度，就能够有效地注入载流子。
在第六实施方式中阱层的层数是两层，在阱层的层数比两层多的情况(例如是三层或四层的情况)下，第一势垒层则能够定义为是在最靠近基板的阱层的下层侧(基板层)形成的最初的势垒层。第二势垒层则能够定义为是被夹在阱层之间的势垒层。第三势垒层则能够定义为是在离开基板最远的阱层(最后阱层)上形成的势垒层。通过这样来定义第一势垒层、第二势垒层和第三势垒层，则即使在将阱层形成两层以上的情况下，也能够适用上述势垒层优选的层厚条件。只要满足这种条件就能够得到上述效果，因此优选。
第六实施方式中，阱层623a(有源层623)的In组分比x1被构成为0.15以上0.45以下(例如0.2～0.25)。所述势垒层623b由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成。且该势垒层623b的Al组分比s例如被设定成0＜s≤0.08，其In组分比t例如被设定成0＜t≤0.10。通过将势垒层623b的Al组分比s设定在0.08以下，能够高效率地进行光封闭而更优选。通过将上述势垒层623b由AlInGaN构成，能够有效地抑制m面特有的暗线的产生。且通过将上述势垒层623b由AlInGaN构成，与将势垒层由GaN和InGaN构成的情况相比而能够提高发光效率。特别是在阱层623a的In组分比x1是0.15以上0.45以下的条件下，改善发光效率的倾向高。
在此，通常作为阱层而在In组分比大的区域(x1≥0.15)多被设定为3nm左右的厚度。这是由于In组分比变大时要抑制晶格不匹配带来的不适配位错等的产生。但在相对m面在a轴方向具有倾斜角的GaN基板上形成由包含Al的氮化物半导体层(例如AlInGaN等)构成的势垒层时，也可以将阱层的厚度设定在4.0nm以上。该理由认为是为了得到抑制暗线的产生的效果和保护有源层的效果。通过使用上述n型GaN基板10，提高了层表面的平坦性，在面内使In组分非常均匀。因此，即使在阱层厚大的情况下，也难以形成In组分高的局部区域。因此，认为能够将阱层厚膜化。
若阱层的厚度比8nm大，则有大量发生不适配位错的情况。因此优选阱层的厚度是8nm以下。更优选设定在2.5nm左右～4.0nm左右的范围。
同样的理由，在将阱层的厚度设定在1.5nm左右～4.0nm左右的范围的情况下，通过由包含Al的氮化物半导体(例如AlInGaN等)构成势垒层，能够增加阱层的层数。例如在氮化物半导体激光元件中在采用现有有源层结构的情况下，由于形成三层以上的阱层而使发光效率大幅度恶化。另一方面，通过由包含Al的氮化物半导体构成势垒层，则即使将阱层形成为五层，也能够抑制发光效率恶化。发光二极管元件(LED)通过由包含Al的氮化物半导体构成势垒层，则即使将阱层形成为八层，也能够抑制发光效率恶化。发光二极管元件与半导体激光元件相比，由于p型半导体层的层厚薄和p型半导体层成膜时给予有源层的热损伤小等理由，有源层(阱层)的多层化比半导体激光元件容易。
有源层的阱层是有意制作量子阱，结果是也包括层厚在数nm以下的范围内摇摆的情况和局部点化的情况。
在将有源层的势垒层由包含Al的氮化物半导体(例如AlInGaN层、AlGaN层、AlInN层等)构成的情况下，如上所述，优选将阱层由InGaN构成。
如图37所示，在所述有源层623上形成有作为包含Al的p型半导体层的载流子阻挡层624。该载流子阻挡层624由p型AlyGa1-yN构成，且具有40nm以下(例如约12nm)的厚度。该载流子阻挡层624的其Al组分比y被构成0.08以上0.35以下(例如约0.15)。在载流子阻挡层624上形成有由具有凸部和凸部以外平坦部的p型In0.02Ga0.98N构成的p型引导层625。在p型引导层625的凸部上形成有厚度约为0.5μm厚度的由p型Al0.05Ga0.95N构成的p型包层626。在p型包层626上形成有厚度约为0.1μm厚度的由p型GaN构成的p型接触层627。且由p型接触层627、p型包层626和p型引导层625的凸部构成厚度约为1μm～约10μm(例如约1.5μm)宽度的条纹状(细长状)脊部628。如图35所示，该脊部628形成为俯视看向c轴[0001]方向延伸。
如图38所示，为了提高载流子向阱层623a的注入效率，载流子阻挡层624与阱层623a(最靠载流子阻挡层624侧的阱层623a(6232a))之间的距离h被设定为约60nm。载流子阻挡层624与阱层623a之间的距离h优选设定为80nm以下，更优选设定为30nm以下。第六实施方式中，上述距离h与第三势垒层6233b的厚度相同。
只要将载流子阻挡层624与阱层623a之间的距离h设定在200nm以上，则由于载流子从载流子阻挡层624扩散到有源层623时电流扩大而稍微抑制亮点状发光。另一方面，只要使用具有相对m面而设置了倾斜角的生长主面10a的上述n型GaN基板10，则即使没将载流子阻挡层624与阱层623a之间的距离h设定在200nm以上，也能够有效地抑制亮点状发光。例如将载流子阻挡层624与阱层623a之间的距离h设定得比120nm短时，也能够有效地抑制亮点状发光。由于载流子阻挡层624与阱层623a之间的距离h短的结构，能够提高载流子向阱层623a的注入效率，所以优选。因此，通过将载流子阻挡层624与阱层623a之间的距离h设定得比120nm短，能够提高载流子向阱层623a的注入效率。
在此，如图36所示，第六实施方式的氮化物半导体激光元件700在n型GaN基板10的规定区域形成有所述凹部2(凹入区域3)。该凹部2俯视看被形成向与脊部628(光波导区域629(参照图37))平行的方向(c轴[0001]方向)延伸。将所述凹部2配置在氮化物半导体激光元件700的的一个侧面侧。且在从该凹部2隔开规定距离以上(例如5μm以上)的非凹入区域4上的区域形成有所述脊部628。
如上所述，第六实施方式中，通过在n型GaN基板10的生长主面10a形成凹部2(凹入区域3)而成为在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层620表面(构成氮化物半导体层620的各层表面)形成有凹处635的状态。且利用该凹处635来缓和由于与n型GaN基板10的晶格不匹配等而产生的氮化物半导体层620的应变。
第六实施方式中，通过在所述n型GaN基板10的生长主面10a上形成氮化物半导体层620而在非凹入区域4上的氮化物半导体层620形成层厚倾斜区域5和发光部形成区域6。上述层厚倾斜区域5相对凹部2(凹入区域3)而被形成在一侧(A1侧)，上述发光部形成区域6相对凹部2(凹入区域3)而被形成在层厚倾斜区域5的相反侧即另一侧(A2侧)。该层厚倾斜区域5也能够缓和由于与n型GaN基板10的晶格不匹配等而产生的氮化物半导体层620的应变。
这样，第六实施方式的氮化物半导体激光元件700利用在氮化物半导体层620的表面形成的凹处635和在非凹入区域4上的氮化物半导体层620形成的层厚倾斜区域5所带来的两个应变缓和效果，具有非常高的抑制裂纹效果。
而且第六实施方式中，通过使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的n型GaN基板10，使在生长主面10a上形成氮化物半导体层620的结晶性良好。通过使用所述n型GaN基板10而使氮化物半导体层620的发光部形成区域6的表面形态非常良好。因此，氮化物半导体层620难以产生裂纹。
因此，即使将与n型GaN基板10的晶格常数差等大的Al组分高的AlGaN层形成在生长主面10a上的情况下，也能够抑制裂纹的产生。因此，形成在n型GaN基板10的生长主面10a上的氮化物半导体层620中，能够抑制裂纹的产生。
所述脊部628被形成在结晶性和表面形态良好的发光部形成区域6的规定区域。
如图36和图37所示，在脊部628的两肋形成有用于使电流狭窄的绝缘层630。具体说就是，在p型引导层625上、p型包层626的侧面上和p型接触层627的侧面上形成有厚度约为0.1μm～约0.3μm(例如约0.15μm)的由SiO2构成的绝缘层630。
在绝缘层630和p型接触层627的上面，以将p型接触层627的一部分覆盖的方式形成有p侧电极631。该p侧电极631在覆盖p型接触层627的部分处与p型接触层627直接接触。P侧电极631从绝缘层630(p型接触层627)侧开始由将厚度约为15nm的Pd层(未图示)、厚度约为15nm的Pt层(未图示)和厚度约为200nm的Au层(未图示)顺次层积的多层结构所构成。
在n型GaN基板10的背面上形成有从n型GaN基板10的背面侧开始由按顺序地将厚度约为5nm的Hf层(未图示)、厚度约为150nm的Al层(未图示)、厚度约为36nm的Mo层(未图示)、厚度约为18nm的Pt层(未图示)和厚度约为200nm的Au层(未图示)顺次层积的多层结构所构成的n侧电极632。
在氮化物半导体激光元件700的光射出面640a(参照图35)例如形成有反射率5％～80％的射出侧涂覆膜(未图示)。另一方面，在光反射面640b(参照图35)例如形成有反射率95％的反射侧涂覆膜(未图示)。射出侧涂覆膜的反射率能够利用振荡输出而调整到希望的值。射出侧涂覆膜例如从半导体的射出端面开始顺序地由铝的氧氮化物膜或氮化物膜即AlOx N1-x(0≤x≤1)(膜厚度30nm)/Al2O3(膜厚度215nm)构成，反射侧涂覆膜例如由SiO2、TiO2等多层膜构成。作为上述以外的材料，例如也可以使用SiN、ZrO2、Ta2O3、MgF2等电介体膜。
作为光射出面侧的膜结构，也可以使用AlOxN1-x(0≤x≤1，膜厚度12nm)/硅的氮化物膜即SiN(膜厚度100nm)。如上所述，通过在m面的氮化物半导体基板的解理端面(第六实施方式的c面)或利用气体腐蚀、液体腐蚀而被腐蚀了的腐蚀端面形成铝的氧氮化物膜或氮化物膜即AlOxN1-x(0≤x≤1)，则能够大幅度减少在半导体与射出侧涂覆膜的界面处的非发光再结合的比例，能够使COD(Catastrophic Optical Damage)水平格外提高。且当铝的氧氮化物膜或氮化物膜即AlOxN1-x(0≤x≤1)是与氮化物半导体相同的六方晶晶体时则更理想。而且当氮化物半导体与晶体轴以一致的状态晶体化，则非发光再结合的比例进一步降低，COD水平进一步被提高，因此更理想。为了增大光射出面侧的反射率，也可以在上述涂覆膜上形成层积有硅氧化物膜、铝氧化物膜、钛氧化物膜、钽氧化物膜、锆氧化物膜、硅氮化物膜等的层积膜。
如上所述，第六实施方式中，通过将势垒层623b由包含Al和In的氮化物半导体即AlInGaN构成而能够大致完全地抑制暗线的产生。由此，能够抑制由于产生暗线而导致的发光效率降低。通过抑制暗线的产生而能够抑制发光效率的恶化。由此，能够提高元件特性和可靠性。且由于通过抑制暗线的产生而能够得到均匀发光的发光图形，所以能够提高增益。
且通过对势垒层623b使用AlInGaN层而有抑制暗线的产生的效果，而且也能够得到提高光封闭的效果。通过在由AlInGaN构成的势垒层623b上形成阱层623a，能够使In进入阱层623a的效率变得非常良好。因此，即使在减少In的气体流量的情况下，也能够维持高的In组分比。由此，能够提高In的进入效率。其结果是能够更有效地谋求长波长化。由于能够减少原料气体(例如TMI)的消耗量，所以在成本上也有好处。
第六实施方式中，通过将势垒层623b由AlInGaN构成，与将势垒层623b由GaN和InGaN构成的情况相比，由于能够提高界面的陡峭性，所以能够使X射线衍射测定的伴峰明了化。这认为是通过使势垒层623b包含Al和In，使In的聚集和扩散被抑制，有源层623的热损伤被抑制的缘故。
第六实施方式中，通过在n型GaN基板10中形成凹部2(凹入区域3)，能够在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层620(构成氮化物半导体层620的各层)表面形成凹处635。因此，即使在n型GaN基板10与氮化物半导体层620之间的晶格常数差和热膨胀系数差等变大而氮化物半导体层620产生应变的情况下，也能够将氮化物半导体层620(非凹入区域4上形成的氮化物半导体层620)的应变由在凹入区域3上的氮化物半导体层620表面形成的所述凹处部分进行缓和。由此，能够有效抑制氮化物半导体层620产生裂纹。因此，通过上述结构而能够得到抑制裂纹的产生的可靠性和元件特性高的氮化物半导体激光元件700。
第六实施方式中，通过在n型GaN基板10形成凹部2(凹入区域3)，能够有效地缓和由于将有源层623的势垒层623b由包含Al的氮化物半导体(例如AlInGaN)构成所引起产生的有源层623的应变。由此，能够更有效地抑制暗线的产生。且通过在n型GaN基板10形成凹部2(凹入区域3)而能够缓和在有源层623产生的应变。因此，也能够抑制暗线的产生和扩大。由此，能够得到亮度和可靠性高的氮化物半导体激光元件700。
且第六实施方式中，通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为GaN基板10的生长主面10a而能够抑制EL发光图形的亮点状化和面内的波长不均匀。即通过这种结构而能够改善EL发光图形。由此，能够更提高氮化物半导体激光元件的发光效率。通过提高发光效率而能够得到亮度高的氮化物半导体激光元件700。作为得到上述抑制亮点状发光效果的理由，认为是：通过GaN基板10的生长主面10a相对m面在a轴方向具有倾斜角，使在生长主面10a上生长有源层623(阱层623a)时使In原子的迁移方向变化，即使在In组分比高(In的供给量多)的条件下也能够抑制In聚集的缘故。由于在有源层623上形成的p型半导体层的生长方式也变化，所以认为p型杂质即Mg的活化率被提高，p型半导体层的低电阻化也是理由之一。由于p型半导体层的低电阻化而使均匀注入电流变容易，所以由此而EL发光图形均匀化。
第六实施方式中，通过抑制EL发光图形的亮点状化而能够使EL发光图形均匀化，所以还能够降低驱动电压。通过抑制EL发光图形的亮点状发光而能够提高发光效率，由此而更能够提高元件特性和可靠性。即通过上述结构而能够容易得到元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体激光元件700。
第六实施方式中，通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为n型GaN基板10的生长主面10a，能够使在该生长主面10a上形成的氮化物半导体层620的结晶性良好。因此，能够使在氮化物半导体层620中难以产生裂纹。由于通过上述结构而使氮化物半导体层620的表面形态良好，所以能够得到具有均匀厚度的氮化物半导体层620。因此，能够抑制由于氮化物半导体层620的厚度不均匀而在氮化物半导体层620出现局部厚度大的区域这种不良状况的产生。由于在这种厚度大的区域容易发生裂纹，所以通过抑制在氮化物半导体层620出现局部厚度大的区域而能够更难以产生裂纹。
第六实施方式中，通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a，能够提高由包含Al和In的氮化物半导体构成的所述势垒层623b的平坦性。因此，通过在平坦性高的势垒层623b上形成阱层623a而能够抑制阱层623a中In组分的面内分布不均匀。且能够提高有源层623(阱层623a)的结晶性。由此，能够更提高发光效率。
通过将形成在阱层623a下侧(n型GaN基板10侧)的势垒层623b由包含Al的氮化物半导体(例如AlsIntGauN)构成，且将其Al组分比s设定在0＜s≤0.08、将In组分比t设定在0＜t≤0.10，则在抑制暗线的产生效果和保护有源层623效果的基础上还能够得到提高势垒层623b平坦性的效果。由此，能够更有效地提高阱层623a的发光效率。
第六实施方式中，通过使用相对m面在a轴方向设置有倾斜角的n型GaN基板10，能够使凹部2(凹入区域3)内难以被氮化物半导体层620填埋。由此，能够更容易成为在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层620表面形成有凹处的状态。其结果是能够容易抑制裂纹的产生。
第六实施方式由于能够大幅度提高发光效率，所以能够提高元件特性和可靠性。由此，能够得到元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体激光元件。由于能够有效地抑制裂纹的产生，所以能够增加从一片晶片得到的合格品数量。由此，能够提高合格品率。通过抑制裂纹的产生而能够提高元件的可靠性，而且能够提高元件特性。且由于通过抑制暗线的产生而能够减少元件特性的偏差，所以能够增加具有设计范围内的特性的元件的数量。因此能够提高合格品率。
第六实施方式中，通过在非凹入区域4上的氮化物半导体层620形成随着靠近凹部2(凹入区域3)而层厚倾斜(逐渐地)减少的层厚倾斜区域5，则即使在该层厚倾斜区域5也能够缓和在氮化物半导体层620产生的应变。因此，利用在氮化物半导体层620的表面形成的凹处635和在非凹入区域3上的氮化物半导体层620形成的层厚倾斜区域5所带来的两个应变缓和效果，而具有非常高的抑制裂纹效果。由此，即使为了良好地进行光封闭而形成Al组分比高的n型包层621的情况下，也能够几乎不产生裂纹地容易被形成。由于利用上述层厚倾斜区域5而能够有效缓和有源层623的应变，所以能够更有效地抑制暗线的产生。作为能够得到上述那样高抑制裂纹效果的理由，认为是层厚倾斜区域本来层厚就薄，所以层厚倾斜区域自身内包的应变少，而且层厚逐渐(倾斜地)变化而使应变阶段性地被缓和，由此而能够得到更高缓和应变效果的缘故。
第六实施方式由于通过上述结构而能够使氮化物半导体层620的发光部形成区域6的表面形态非常良好，所以能够减少元件特性的偏差。因此，能够增加具有设计范围内的特性的元件的数量，并由此能够提高合格品率。通过提高表面形态而能够提高元件特性和可靠性。
第六实施方式中，通过将凹部2(凹入区域3)形成为俯视看向与c轴[0001]方向平行的方向延伸而能够容易形成层厚倾斜区域5，所以能够容易得到高的应变效果。
第六实施方式中，通过将n型GaN基板10的a轴方向倾斜角的绝对值设定得比0.1度大，能够既抑制暗线的产生，又容易抑制EL发光图形的亮点状化和面内的波长不均匀。
在n型GaN基板10的生长主面10a相对m面在c轴方向也具有倾斜角的情况下，通过使a轴方向的倾斜角比c轴方向的倾斜角大而能够有效地抑制EL发光图形的亮点状化。即通过这种结构而能够抑制以c轴方向的倾斜角过大为起因使抑制亮点状发光的效果降低的不良状况产生。由此，能够容易提高发光效率。这时，通过将c轴方向的倾斜角设定成比±0.1度大的角度，则能够抑制由c轴方向的倾斜角比±0.1度小为起因而在生长主面10a上生长的氮化物半导体层620的厚度出现偏差的不良状况。
只要n型GaN基板10的a轴方向倾斜角的绝对值在0.5度以上，则能够抑制由于a轴方向倾斜角的绝对值比0.5度小而出现层厚倾斜区域5变得过大的不良状况，而且能够有效抑制出现层厚倾斜区域5的抑制裂纹效果(缓和应变效果)降低的不良状况。
第六实施方式中，通过将氮化物半导体激光元件700的有源层623构成DQW结构而能够容易降低驱动电压。所以由此而能够提高元件特性和可靠性。即使在将有源层623构成DQW结构的情况下，也能够抑制EL发光图形的亮点状发光和产生暗线。
第六实施方式中，通过将由p型AlyGa1-yN构成的载流子阻挡层624的Al组分比y设定成0.08以上0.35以下，而能够对于载流子(电子)形成足够高的能量势垒，因此能够更有效地防止向有源层623注入的载流子向p型半导体层流入。由此，能够有效地抑制EL发光图形的亮点状化。通过将载流子阻挡层624的Al组分比y设定成0.35以下，能够抑制由于Al组分比y过大而引起的载流子阻挡层624的高电阻化。在阱层623a的In组分比x1大的区域(x1≥0.15)，若在有源层623上形成的载流子阻挡层624的Al组分比y成为0.08以上，则非常难以使载流子阻挡层624良好地生长。这是由于随着阱层623a的In浓度增大而有源层623的表面平坦性恶化，难以将Al组分比y高的层结晶性良好地成膜的缘故。但若使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的n型GaN基板10，则即使在有源层623(阱层623a)的In组分比x1是0.15以上0.45以下的情况，也能够在该有源层623上结晶性良好地形成Al组分比y是0.08以上0.35以下的载流子阻挡层624。由此，能够有效地抑制EL发光图形的亮点状化，使EL发光图形均匀化。
优选载流子阻挡层624与阱层623a之间的势垒层623b(例如第六实施方式的第三势垒层6233b)由包含Al和In的氮化物半导体构成。由于载流子阻挡层624以比势垒层623b大的Al组分比形成，所以有来自载流子阻挡层624的应力作用在阱层623a。因此，通过将载流子阻挡层624与阱层623a之间的势垒层623b包含In地构成而能够缓和应力。也可以将载流子阻挡层624与阱层623a之间的势垒层623b包含AlInGaN的一部分地构成。进而也可以将载流子阻挡层624与阱层623a之间的势垒层623b设定成AlGaN/AlInGaN、AlInGaN/AlGaN、AlInGaN/InGaN的两层结构、AlInGaN/AlGaN/AlInGaN、AlInGaN/InGaN/AlInGaN、AlGaN/InGaN/AlGaN等的多层结构。按照上述缓和应力的观点，载流子阻挡层624与阱层623a之间的势垒层也可以是InGaN层。通过这样形成势垒层623b则能够有效地抑制暗线的产生。
在此，通过将势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成所得到的抑制暗线的产生的效果与通过使用以相对m面在a轴方向设置有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板所得到的抑制亮点状发光效果是完全不同的机理。即对势垒层使用包含Al和In的氮化物半导体层时，只要是m面等的无极性面就有效果。另一方面，在使用由InGaN构成的势垒层时，通过在a轴方向设置倾斜角，也能够抑制发光图形的亮点状化。
但由于当在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板上将包含Al和In的氮化物半导体层成膜则能够得到提高结晶性的效果，所以使用在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板，并对势垒层使用包含Al和In的氮化物半导体层时，势垒层的结晶性被提高。由于将两者组合就能够得到相得益彰的效果，所以优选。当然，若使用在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板，并对势垒层使用包含Al和In的氮化物半导体层，则在能够抑制暗线的产生的基础上还能够抑制亮点状发光。
在对势垒层使用包含Al和In的氮化物半导体层时，通过使用形成有凹入区域的m面基板等无极性基板则能够有效地缓和向有源层作用的应变。由此，能够有效地抑制暗线的产生和暗线扩大。
通过在a轴方向具有倾斜角的m面基板形成凹入区域而能够形成层厚倾斜区域，所以利用该层厚倾斜区域而能够更有效地抑制裂纹的产生。当然也能够得到抑制EL发光图形亮点状发光的效果。
且在a轴方向具有倾斜角的m面基板形成凹入区域，并使用该基板形成发光元件时，通过将有源层的势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成，能够得到抑制暗线的产生效果、抑制亮点状发光效果和抑制裂纹的产生效果。因此，能够更有效地抑制暗线的产生和暗线扩大而优选。
图39～图51是用于说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的图。下面，参照图27、图31～图34和图39～图51来说明本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件700的制造方法。
首先准备以相对m面具有倾斜角的面作为生长主面10a的GaN基板10。该GaN基板10使用与上述第一实施方式同样的方法就能够制作。
接着，如图39所示，在得到的n型GaN基板10的上面(生长主面10a)整个面使用喷溅法形成厚度约为1μm的SiO2层420。接着如图40所示，使用光刻技术在SiO2层420上形成作为抗蚀剂图形的具有开口部430a的抗蚀剂层430。且如图41所示，使用RIE(Reactive Ion Etching)等干蚀刻技术而将抗蚀剂层430作为掩模来将SiO2层420进行蚀刻，有选择地将SiO2层420的规定区域除去。然后，使用抗蚀剂剥离液或有机溶剂(例如丙酮、乙醇等)来将抗蚀剂层430除去。也可以不将抗蚀剂层430除去而原封不动地进行下一个工序。
接着，如图42所示，使用ICP(Inductively Coupled Plasma：感应结合型等离子)法或RIE法等将SiO2层420作为掩模来对n型GaN基板10进行蚀刻，有选择地将n型GaN基板10的规定区域除去。这时，调节蚀刻条件以使n型GaN基板10的蚀刻深度f成为约5μm。由此，在n型GaN基板10上形成向与c轴方向平行方向延伸的所述凹部2(凹入区域3)。且通过调节蚀刻条件等使凹部2的侧面部2b被形成其倾斜角γ成为比90度大的规定角度。
然后如图43所示，使用HF(氟化氢)等蚀刻剂将SiO2层420(参照图42)除去。
接着，如图44所示，在被上述那样加工的n型GaN基板10(加工基板)的生长主面10a上使用MOCVD法等外延生长法而使氮化物半导体各层621～627生长。具体说就是在n型GaN基板10的生长主面10a上使厚度约为2.2μm的由n型Al0.06Ga0.94N构成的n型包层621、厚度约为0.2μm的由n型In0.02Ga0.98N构成的n型引导层622和有源层623顺次生长。在使有源层623生长时则如图38所示那样，使由InGaN(Inx1Ga1-x1N)构成的两个阱层623a和由AlInGaN(AlsIntGauN(s+t+u＝1))构成的三个势垒层623b交替生长。具体说就是，在n型引导层622上从下层朝向上层地使厚度约为30nm厚度的第一势垒层6231b、厚度约为3nm～约4nm的厚度的第一阱层6231a、厚度约为16nm厚度的第二势垒层6232b、厚度约为3nm～约4nm的厚度的第二阱层6232a、厚度约为60nm厚度的第三势垒层6233b顺次生长。由此，在n型引导层622上形成由两个阱层623a和三个势垒层623b构成的具有DQW结构的有源层623。这时，阱层623a将其In组分比x1形成为0.15以上0.45以下(例如0.2～0.25)。另一方面，势垒层623b将其Al组分比s例如形成为0＜s≤0.08，将其In组分比t例如形成0＜t≤0.10。
然后，如图44所示，在有源层623上使由p型AlyGa1-yN构成的载流子阻挡层624、由厚度约为0.05μm的p型In0.02Ga0.98N构成的p型引导层625、由厚度约为0.5μm的p型Al0.06Ga0.94N构成的p型包层626、由厚度约为0.1μm的p型GaN构成的p型接触层627顺次生长。这时，载流子阻挡层624优选将其厚度形成为40nm以下(例如约12nm)。且载流子阻挡层624将其Al组分比y形成为0.08以上0.35以下(例如约0.15)。对于n型氮化物半导体层620a(n型包层621和n型引导层622)作为n型杂质而例如掺杂Si，对于p型氮化物半导体层620b(载流子阻挡层624、p型引导层625、p型包层626和p型接触层627)作为p型杂质而例如掺杂Mg。
第六实施方式中将n型氮化物半导体层620a以900℃以上但比1300℃低的生长温度(例如1075℃)形成。将有源层623的阱层623a以600℃以上770℃以下的生长温度(例如700℃)形成。将与阱层623a相接的势垒层623b也可以与阱层623a相同的生长温度(例如700℃)形成。包含Al的氮化物半导体层即势垒层623b也可以以比阱层623a高的温度形成。作为势垒层623b的生长温度优选600℃以上900℃以下。且将p型氮化物半导体层620b以700℃以上但比900℃低的生长温度(例如880℃)形成。n型氮化物半导体层620a的生长温度优选900℃以上但不足1300℃，更优选1000℃以上但不足1300℃。有源层623的阱层623a的生长温度优选600℃以上830℃以下，在阱层623a的In组分比x1是0.15以上的情况下，则优选600℃以上770℃以下。更优选630℃以上740℃以下。有源层623的势垒层623b的生长温度与阱层623a是相同的温度，或优选是比阱层623a高的温度。P型氮化物半导体层620b的生长温度优选700℃以上但不足900℃，更优选700℃以上880℃以下。当然，以900℃以上的温度形成p型氮化物半导体层620b也能够实现p型传导，所以也可以将p型氮化物半导体层620b以900℃以上的温度形成。
作为这些氮化物半导体的生长原料，例如作为Ga原料能够使用三甲基镓((CH3)3Ga：TMGa)、作为Al原料能够使用三甲基铝((CH3)3Al：TMAl)、作为In原料能够使用三甲基铟((CH3)3In：TMIn)、作为N原料能够使用NH3。作为载流子气体例如能够使用H2。关于掺杂剂，作为n型掺杂剂(n型杂质)例如能够使用硅烷(SiH4)，作为p型掺杂剂(p型杂质)例如能够使用二茂镁(CP2Mg)。
在此，如图27所示，第六实施方式中n型GaN基板10的生长主面10a由于由相对m面在a轴方向具有倾斜角的面构成，所以凹部2内难以被氮化物半导体层620填埋。因此，在n型GaN基板10上形成氮化物半导体层620时，成为容易在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层620表面形成凹处635的状态。且利用该凹处635能够缓和由于与n型GaN基板10的晶格不匹配等而产生的氮化物半导体层620的应变。
如图31和图32所示，第六实施方式中，通过在所述n型GaN基板10的生长主面10a上形成氮化物半导体层620，而在非凹入区域4上的氮化物半导体层620形成随着靠近凹部2(凹入区域3)而层厚倾斜(逐渐地)减少的层厚倾斜区域5。如图33所示，该层厚倾斜区域5在凹部2(凹入区域3)的单侧(例如右层)附近区域被形成向与凹部2(凹入区域3)的平行方向延伸的大致带状。且利用该层厚倾斜区域5也能够缓和由于与n型GaN基板10的晶格不匹配等而产生的氮化物半导体层620的应变。
这样，第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法利用在氮化物半导体层620的表面形成的凹处635和在非凹入区域4上的氮化物半导体层620形成的层厚倾斜区域5所带来的两个应变缓和效果，而能够得到非常高的抑制裂纹效果。
而且第六实施方式中通过将n型GaN基板10的生长主面10a由相对m面在a轴方向具有倾斜角的面构成，使在生长主面10a上形成的氮化物半导体层620的结晶性良好。通过使用所述n型GaN基板10，使氮化物半导体层620的发光部形成区域6的表面形态非常良好。因此，在氮化物半导体层620难以产生裂纹。
因此，即使在将与n型GaN基板10的晶格常数差等大的Al组分高的AlGaN层形成在生长主面10a上的情况下，也能够抑制裂纹的产生。因此，能够在n型GaN基板10的生长主面10a上形成抑制裂纹的产生的氮化物半导体层620。
在非凹入区域4上的氮化物半导体层620能够形成与层厚倾斜区域5相比而层厚变动非常小的适合形成发光部(脊部628)的发光部形成区域6。该发光部形成区域6其表面形态非常良好，且层厚变动非常小。
接着如图45所示，使用光刻技术在发光部形成区域6(参照图31和图32)的p型接触层627上形成宽度约为1μm～约10μm(例如约1.5μm)且向c轴[0001]方向延伸的条纹状(细长状)抗蚀剂450。然后如图46所示，使用SiCl4、Cl2等氯系气体和Ar气体的RIE法，将抗蚀剂450作为掩模进行蚀刻，到p型引导层625中途的深度。由此，形成由p型引导层625的凸部和p型包层626和p型接触层627构成且与c轴[0001]方向相互平行延伸的条纹状(细长状)的脊部628(参照图34和图46)。
然后如图47所示，在脊部628上残留有抗蚀剂450的状态下，利用喷溅法等形成厚度约为0.1μm～约0.3μm(例如约0.15μm)厚度且由SiO2构成的绝缘层630，将脊部628埋入。然后通过剥离将抗蚀剂450除去，使脊部628上部的p型接触层627露出。由此，在脊部628的两肋形成图48所示的绝缘层630。
然后如49所示，使用真空蒸镀法等从基板侧(绝缘层630侧)顺次形成厚度约为15μm厚度的Pd层(未图示)和厚度约为200nm厚度的Au层(未图示)，由此，在绝缘层630(p型接触层627)上形成由多层结构构成的p侧电极631。
然后，为了容易分割基板，通过磨削或研磨n型GaN基板10的背面而使n型GaN基板10变薄到100μm左右的厚度。然后如图27所示，在n型GaN基板10的背面上使用真空蒸镀法等而从n型GaN基板10的背面侧顺次形成：厚度约为5nm的Hf层(未图示)、厚度约为150nm的Al层(未图示)、厚度约为36nm的Mo层(未图示)、厚度约为18nm的Pt层(未图示)和厚度约为200nm的Au层(未图示)，由此，形成由多层结构构成的n侧电极632。在n侧电极632形成前，以调整n侧电特性等为目的，也可以进行干蚀刻和湿蚀刻。
这样，上述第六实施方式的氮化物半导体晶片650被形成。
然后，如图50所示，使用划线/断开法和激光划线或干蚀刻等方法而将晶片(基板)分割成条状。由此，能够得到将其端面作为谐振器面640的条状元件。然后使用蒸镀法和喷溅法方法而对条状元件的端面(谐振器面640)实施涂覆。具体说就是，在成为光射出面的单侧端面例如形成由铝的氧氮化物膜等构成的射出侧涂覆膜(未图示)。在成为光反射面的其相反侧的端面例如形成由SiO2、TiO2等多层膜构成的相反侧涂覆膜(未图示)。
最后，如图51所示，沿着沿c轴[0001]方向的分割预定线P2而分割条状元件，单片化成一个一个的氮化物半导体激光元件。这样来制造本发明第六实施方式的氮化物半导体激光元件700。如上所述，分割预定性P2也可以相对凹部2而设定在层厚倾斜区域5，也可以相对凹部2而设定在层厚倾斜区域5的相反侧。
如图52所示，利用上述制造方法得到的第六实施方式的氮化物半导体激光元件700经由副支架110而被安装在管座120上，并通过引线130与引线销电连接。且通过将帽135焊接在管座120上而组装成壳封装型的半导体激光装置(半导体装置)。
如上所述，第六实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法通过预先在n型GaN基板10形成凹部2(凹入区域3)而能够缓和在n型GaN基板10上形成的氮化物半导体层620的应变。因此，由于能够有效抑制在氮化物半导体层620产生裂纹而能够增加从一片晶片得到的合格品的数量。由此而能够提高合格品率。
第六实施方式的制造方法中，在形成有凹部2(凹入区域3)的所述n型GaN基板10上形成氮化物半导体层620时，通过将势垒层623b由包含Al和In的氮化物半导体即AlInGaN构成而能够抑制暗线的产生。由此，能够制造发光效率被提高的亮度高的氮化物半导体激光元件700。
第六实施方式的制造方法中，通过在n型GaN基板10形成凹部2(凹入区域3)而能够有效地缓和由于将势垒层623b由包含Al和In的氮化物半导体构成所产生的有源层623的应变。由此，能够更有效地抑制暗线的产生。
在分割氮化物半导体晶片650时使在凹部2(凹入区域3)上形成的凹处635整体被各个元件所包含地来分割氮化物半导体晶片650，由此，利用被元件所包含的凹处部分也能够更加缓和有源层623的应变。也能够有效地抑制暗线的产生和扩大。
且第六实施方式的制造方法中，通过使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的所述n型GaN基板10，也能够得到抑制亮点状发光的效果。而且能够使所述势垒层623b的结晶性良好，还能够使其表面形态也良好。由此，更能够提高发光效率。
第六实施方式的制造方法中，通过将凹部2(凹入区域3)形成为俯视看向与c轴方向平行的方向延伸，则能够在氮化物半导体层620的凹部2(凹入区域3)附近部分(相邻凹入区域3)容易形成随着接近凹部2(凹入区域3)而层厚倾斜(逐渐)减少的层厚倾斜区域5。且由于该层厚倾斜区域5也能够缓和氮化物半导体层620的应变，所以能够得到非常高的抑制裂纹效果。
第六实施方式的制造方法中，通过将n型氮化物半导体层620a以900℃以上的高温形成而能够使n型氮化物半导体层620a的层表面平坦化。因此，通过在平坦化了的n型氮化物半导体层620a上形成有源层623和p型氮化物半导体层620b，能够抑制有源层623和p型氮化物半导体层620b中的结晶性降低。因此，能够形成高质量的晶体。通过将n型氮化物半导体层620a以比1300℃低的生长温度形成，能够抑制由以1300℃以上的生长温度形成所引起的在升温时n型GaN基板10的表面再蒸发而引发的表面粗糙这中不良状况产生。因此，通过这种结构而能够容易制造元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体激光元件700。
第六实施方式的制造方法中，通过将有源层623的阱层623a以600℃以上的生长温度形成，也能够抑制由以比600℃低的生长温度形成所引起原子的扩散长度变短而结晶性恶化的不良状况产生。通过将有源层623的阱层623a以770℃以下的生长温度形成而能够抑制由以比770℃高的生长温度(例如830℃以上)形成有源层623的阱层623a所引起热损伤而使有源层623黑色化的不良状况产生。与阱层623a相接的势垒层623b的生长温度优选与阱层623a是相同的温度或是比阱层623a高的温度。
第六实施方式的制造方法中，通过将p型氮化物半导体层620b以700℃以上的生长温度形成而也能够抑制由p型氮化物半导体层620b的生长温度过低所引起p型氮化物半导体层620b高电阻化的不良状况产生。通过将p型氮化物半导体层620b以比1100℃低的生长温度形成而能够减少有源层623的热损伤。
在使用以c面作为生长主面的n型GaN基板的情况下，当将p型氮化物半导体层620b以比900℃低的生长温度形成，则p型氮化物半导体层620b成为非常高的电阻，难以作为器件(氮化物半导体元件)来使用。另一方面，通过使用以相对m面而设置有a轴方向的倾斜角的面作为生长主面10a的上述n型GaN基板10，则即使以比900℃低的生长温度，也能够通过作为p型杂质而掺杂Mg来实现p型传导。特别是有源层623的阱层623a的In组分比x1是0.15以上0.45以下的情况下，由于In的偏析等而在面内容易产生In组分的偏差。因此，优选p型氮化物半导体层620b的生长温度低的。有源层623的阱层623a的生长温度与p型氮化物半导体层620b的生长温度的差在避免有源层623热损伤的意义上则优选不足450℃，更优选300℃以下。但在In组分比x1是比0.15小的情况下，由于In的偏析等问题也少，所以作为p型氮化物半导体层620b的生长温度即使在900℃以上也没有问题。
通过将有源层623的势垒层623b由包含Al的氮化物半导体(例如AlInGaN)来构成，使有源层623(阱层623a)对于形成p型氮化物半导体层620b时产生的热损伤而强化抵抗。因此，能够将p型氮化物半导体层620b以1000℃以上高的生长温度形成。由此，通过将p型氮化物半导体层620b以高温形成而使p型氮化物半导体层620b发生的缺陷等被抑制，能够提高p型氮化物半导体层620b的结晶性。即能够格外地提高p型氮化物半导体层620b生长温度的自由度。其结果是能够考虑器件所必须的规格而以最恰当的生长温度来将半导体层成膜。
下面，说明为了确认上述第六实施方式的效果而进行的实验。
该实验中，首先作为确认用试样1而在与上述第六实施方式同样的n型GaN基板上制作将与第六实施方式同样的氮化物半导体各层进行成膜的试样，进行暗线抑制效果的确认。确认用试样1所使用的n型GaN基板的倾斜角是a轴方向的倾斜角是1.7度、c轴方向的倾斜角是+0.5度。
确认用试样1中，有源层的势垒层由Al0.01In0.03Ga0.96N的Al组分1％形成。势垒层的Al组分通过AES(Auger Electron Spectroscopy：俄歇电子分光法)来测定。作为比较用试样1而使用m面GaN基板，在该基板上制作将与第六实施方式同样的氮化物半导体各层进行成膜的试样。但比较用试样1中作为GaN基板是使用正m面基板，将势垒层由In0.02Ga0.98N形成。即比较用试样1在代替AlInGaN而将势垒层由InGaN构成的方面、和对n型GaN基板使用正m面基板的方面与确认用试样1不同。
使用制作的确认用试样1和比较用试样1来进行PL(photo-luminescence)发光图形的观察。具体说就是向试样照射波长405nm的光，进行仅对有源层的选择激励，观察有源层的发光图形。
上述图73是在将势垒层由InGaN构成的比较用试样1的PL发光图形中观察的暗线显微镜照片，上述图76是将势垒层由AlInGaN构成的第六实施方式确认用试样1的PL发光图形的显微镜照片。
如图73所示，将势垒层由InGaN构成的比较用试样1中，在c轴方向(<0001>方向)发生大量暗线。相对地，将势垒层由AlInGaN构成的确认用试样1中，从图76了解到完全不发生暗线。能够确认暗线在通过电流注入的EL发光图形中也发生，但如上所述，将有源层选择激励的PL发光图形中也能够明了地被观察到。这认为是暗线发生在有源层的缘故。
接着，作为确认用试样2而在与上述第六实施方式同样的n型GaN基板上制作将与第六实施方式同样的氮化物半导体各层进行成膜的试样，进行裂纹抑制效果的确认。确认用试样2所使用的n型GaN基板的倾斜角是a轴方向的倾斜角是+2.2度、c轴方向的倾斜角是-0.18度。且凹部(凹入区域)的周期是400μm。
作为比较用试样2而在a轴方向不具有倾斜角的n型GaN基板(大致正m面基板)上制作将与第六实施方式同样的氮化物半导体各层进行成膜的试样，与确认用试样2同样地被供给观察。比较用试样2所使用的n型GaN基板的具体倾斜角是a轴方向的倾斜角是0度、c轴方向的倾斜角是+0.05度。比较用试样2的其他结构被设定成与确认用试样2相同。将确认用试样2和比较用试样2中氮化物半导体各层的成膜由MOCVD装置同时进行。
图53是观察确认用试样2的氮化物半导体层表面的显微镜照片，图54是观察比较用试样2的氮化物半导体层表面的显微镜照片。
如图53和图54所示，在使用a轴方向具有倾斜角的n型GaN基板的确认用试样2中，观察到在非凹入区域4上的氮化物半导体层形成有随着接近凹部2(凹入区域3)而层厚倾斜(逐渐)减少的层厚倾斜区域5。且确认该层厚倾斜区域5在凹部2(凹入区域3)的单侧(例如右侧)附近区域被形成向与凹部2(凹入区域3)的平行方向延伸的大致带状。且确认用试样2中，在非凹入区域4上的氮化物半导体层的层厚倾斜区域5以外的区域(发光部形成区域6)，明确地被观察到非常良好的表面形态。由此能够确认：通过使用在a轴方向具有倾斜角的基板则能够改善表面形态。
比较用试样2在进行氮化物半导体层的成膜后，被观察到有10～20条/cm2左右的裂纹产生，但确认用试样2在成膜后没有被观察到有裂纹产生。使用没形成凹入区域的GaN基板而进行同样的氮化物半导体各层成膜，结果是被观察到有70～90条/cm2左右的裂纹产生。即确认：通过在氮化物半导体基板形成凹入区域而能够得到抑制裂纹的产生的效果，且通过在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板形成凹入区域，则在氮化物半导体层形成层厚倾斜区域，由此，能够得到更高的抑制裂纹的产生的效果。
如以上，可以确认：通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的n型GaN基板形成凹部(凹入区域)而能够得到非常高的抑制裂纹的效果。
使用上述确认用试样2和比较用试样2来制作LED元件，将各LED元件以100mA驱动电流进行驱动，结果是所有的LED元件在进行了200小时的驱动后没发现EL发光图形有暗线产生。这认为是由于在基板形成凹入区域而有效地缓和了有源层应变的缘故。
使用确认用试样2制作的LED元件，得到阈值电流的值是55mA的非常低的结果。这认为是通过抑制亮点状发光、抑制暗线的产生和在基板形成凹入区域而使有源层的应变缓和的效果所致。
使用比较用试样2制作的LED元件，对势垒层使用InGaN层的结构有更明亮的效果而优选。若是确认用试样2的结构则更优选。
然后，为了确认a轴方向的倾斜角对于层厚倾斜区域的影响，使用a轴方向的倾斜角不同的四种n型GaN基板，在将与上述第六实施方式同样的氮化物半导体各层进行成膜后，调查在氮化物半导体层形成的层厚倾斜区域的宽度。上述四种n型GaN基板的a轴方向的倾斜角是+0.5度、+1.0度、+2.0度、+3.0度。四种n型GaN基板的c轴方向的倾斜角各自是-0.2度左右。凹部(凹入区域)与上述第六实施方式同样地设定为宽度5μm、深度5μm。且凹部(凹入区域)的周期设定为400μm。且在基板上成膜的氮化物半导体各层被设定为与上述第六实施方式相同。
其结果是认定随着a轴方向的倾斜角变大而层厚倾斜区域的宽度有变狭窄的倾向。具体说就是，在a轴方向的倾斜角是+0.5度的情况下，层厚倾斜区域的宽度是188.4μm、在a轴方向的倾斜角是+1.0度的情况下，层厚倾斜区域的宽度是92.2μm、在a轴方向的倾斜角是+2.0度的情况下，层厚倾斜区域的宽度是46.5μm、在a轴方向的倾斜角是+3.0度的情况下，层厚倾斜区域的宽度是32.7μm。
认定随着a轴方向的倾斜角变大而层厚倾斜区域的倾斜(层厚倾斜角度)也有变厉害的倾向。
在a轴方向的倾斜角是+0.5度的情况下，成为层厚倾斜区域占据非凹入区域上形成的氮化物半导体层一半左右的结果。因此，在a轴方向的倾斜角比0.5度小时，则层厚倾斜区域占据非凹入区域上形成的氮化物半导体层的一半以上。在此，优选器件的动作区域(若是发光器件的话则是发光区域)形成在表面形态良好的发光部形成区域。因此，在确保能够制作器件的动作区域(发光部(脊部))的区域(发光部形成区域)的意义上，优选a轴方向的倾斜角是0.5度以上。
接着，作为确认用元件而制作图55所示的发光二极管元件710，进行EL发光图形的观察。之所以在EL发光图形的观察中使用发光二极管元件，是由于氮化物半导体激光元件由于形成有脊部而注入电流的区域被狭窄，所以EL发光图形的观察困难的缘故。
该确认用元件(发光二极管元件200)与上述第六实施方式同样地通过在n型GaN基板10上形成同样的氮化物半导体层(半导体各层)来制作。氮化物半导体层的形成使用与上述第六实施方式同样的方法进行。具体情况则如图551所示，使用以相对m面具有倾斜角的面作为生长主面10a的n型GaN基板10，在其生长主面10a顺次形成：n型包层621、n型引导层622、有源层623、载流子阻挡层624、p型引导层625、p型包层626和p型接触层627。然后，在p型接触层627上形成p侧电极731。将该p侧电极731作为用于确认EL发光图形的透明电极。在n型GaN基板10的背面上形成n侧电极632。确认用元件中n型GaN基板10的倾斜角是a轴方向的倾斜角是+2.2度、c轴方向的倾斜角是-0.18度。确认用元件中阱层的In组分比是0.29，势垒层的Al组分比是2％。即该确认用元件将阱层由In0.29Ga0.71N构成，将势垒层由Al0.02In0.03Ga0.95N构成。所述确认用元件形成为使发光部形成区域成为发光区域。通过向这样制作的确认用元件(发光二极管元件710)进行电流注入而使确认用元件(发光二极管元件710)发光，观察面内光分布。第六实施方式的确认用元件中被观察到与上述第一实施方式同样的EL发光图形(与图22所示的EL发光图形同样的发光图形)。
使用以m面作为生长主面的GaN基板(大致正m面基板：a轴方向的倾斜角是0度、c轴方向的倾斜角是+0.05度)，作为比较用元件来制作发光二极管元件。该比较用元件以与上述确认用元件同一方法来制作。In气体流量与确认用元件相同，但比较用元件中阱层的In组分比是0.2。比较用元件的其他结构与上述确认用元件相同。因此，比较用元件的势垒层是与确认用元件相同的Al0.02In0.03Ga0.95N层。且与确认用元件同样地进行面内光分布观察。比较用元件除了GaN基板使用正m面基板的点和阱层的In组分比是0.2的点之外，则与确认用元件(发光二极管元件710)是同样的结构。
图56是在比较用元件中观察到的EL发光图形的显微镜照片。如图41和图56所示，比较用元件中EL发光图形成亮点状化，相对地，确认用元件中EL发光图形的亮点状化被抑制，了解到成为均匀发光的EL发光图形。由此，则确认通过使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的n型GaN基板10而能够抑制EL发光图形的亮点状化。测定确认用元件和比较用元件的发光效率，结果是确认：确认用元件的发光效率比比较用元件的发光效率增加到1.5倍。确认用元件的发光波长是530nm，比较用元件的发光波长是490nm。由此，控制倾斜角的确认用元件与使用正m面基板的比较用元件相比，确认在In的进入方面效率也高。以上，通过相对m面在a轴方向设置倾斜角，在绿色的波长区域能够得到抑制亮点状发光的效果，确认增加发光效率。
由于确认用元件和比较用元件都在势垒层使用包含Al和In的氮化物半导体层，所以没看到暗线的产生。且由于确认用元件使用在a轴方向具有倾斜角的m面氮化物半导体基板，所以亮点状发光被抑制，发光图形变均匀。因此，确认用元件是亮点状发光被抑制，且暗线的产生被抑制的更优选的状态。确认用元件中也形成有层厚倾斜区域，没发现裂纹的产生。
接着，使用a轴方向的倾斜角和c轴方向的倾斜角不同的多个n型GaN基板，制作多个与图55所示的发光二极管元件710同样的元件，进行EL发光图形观察等的实验。
其结果是了解到，通过相对m面在a轴方向设置倾斜角能够得到抑制EL发光图形亮点状化的效果。判明在a轴方向的倾斜角是0.1度以下的范围则抑制亮点状发光的效果小，当a轴方向的倾斜角比0.1度大，则抑制EL发光图形亮点状化的效果显著显现。由此确认，通过以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为GaN基板的生长主面，能够抑制EL发光图形的亮点状化。确认通过使a轴方向的倾斜角比c轴方向的倾斜角大，则能够更有效地抑制EL发光图形的亮点状化。
[实施例13]
作为实施例13的氮化物半导体激光元件而使用相对m面{1-100}的a轴方向的倾斜角是+0.5度、c轴方向的倾斜角是-0.15度的n型GaN基板，制作与上述第六实施方式同样的氮化物半导体激光元件。该实施例13中，将势垒层由Al0.02In0.03Ga0.95N构成，将阱层由In0.25Ga0.75N构成。且上述基板在与c轴方向平行的方向形成有凹入区域。实施例13的其他结构与上述第六实施方式相同。作为比较例3而制作将势垒层由In0.02Ga0.98N构成的氮化物半导体激光元件。比较例3的氮化物半导体激光元件不形成凹入区域，其他结构与实施例13相同。
比较例3中，氮化物半导体层发生多处裂纹，合格品率大为降低。因此，选择几个没发生裂纹的元件来进行EL发光图形的观察，结果是在1mm宽度之间发生有100条左右的多个暗线。相对地，在实施例13中几乎没看到裂纹产生，几乎没有合格品率的降低。且观察实施例13的EL发光图形的结果是完全没发生暗线。
对于实施例13和比较例3测定了阈值电流，结果是比较例3氮化物半导体激光元件中阈值电流的值是130mA左右，相对地实施例13氮化物半导体激光元件中阈值电流的值是65mA，确认实施例13的氮化物半导体激光元件与比较例3相比而阈值电流变得非常小。认为这是暗线的产生被抑制，面内均匀发光而增益变大的缘故。
且使用与实施例13同样的基板，形成同样的氮化物半导体层，制作没形成电流狭窄结构的LED元件。且以100mA电流来驱动制作的LED元件，在驱动200小时后在EL发光图形也没看到产生暗线。这被认为是通过在基板形成凹入区域而有效地缓和了有源层应变的缘故。
比较例3有70～90条/cm2左右的裂纹产生。相对地，实施例13没看到有裂纹产生，裂纹的产生被大幅度降低。
[实施例14]
作为实施例14的氮化物半导体激光元件而使用相对m面{1-100}的a轴方向的倾斜角是4度、c轴方向的倾斜角是+1度的n型GaN基板，制作势垒层由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成的氮化物半导体激光元件。该实施例14中将势垒层由AlsIntGauN(s＝0.01、t＝0.03、u＝0.96)构成。即实施例14的势垒层以外的结构则与上述第六实施方式(实施例13)相同。实施例14也能够得到与上述实施例13同样的效果。
且上述实施例14的结构中，即使将由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成的势垒层的Al组分比s设定在0＜s≤0.08的范围，In组分比t设定在0＜t≤0.10的范围的情况下，也能够得到大致相同的效果。
在将势垒层由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成的情况下，优选Al组分比小于In组分比。由于为了实现长波长区域的发光波长而必须将有源层以900℃以下，通常是700℃～800℃左右的低温进行成膜，所以认为通过使In进入而在低温生长中提高结晶性。通过将势垒层设定为包含In的AlInGaN层而能够使折射率比AlGaN层大，因此，能够有效地进行光封闭。
[实施例15]
作为实施例15的氮化物半导体激光元件而使用相对m面{1-100}的a轴方向的倾斜角是6度、c轴方向的倾斜角是-1.1度的GaN基板，制作势垒层由AlsIntGauN(s+t+u＝1)构成的氮化物半导体激光元件。该实施例15中将第一势垒层由AlsIntGauN(s＝0.01、t＝0、u＝0.98)构成，将第二势垒层和第三势垒层由AlsIntGauN(s＝0.02、t＝0.01、u＝0.97)构成。即实施例15将第一势垒层由AlGaN构成，将第二和第三势垒层分别由与第一势垒层不同的AlInGaN构成。实施例15的势垒层以外的结构则与上述第六实施方式(实施例13)相同。实施例15也能够得到与上述实施例13同样的效果。也可以如实施例15那样使第一势垒层与第二和第三势垒层的组成不同，也可以使所有势垒层的Al组分不同。
且上述实施例15的结构中，即使将由AlsIntGauN构成的势垒层的Al组分比s设定在0＜s≤0.08的范围，In组分比t设定在0＜t≤0.10的范围的情况下，也能够得到大致相同的效果。
在对势垒层使用AlsIntGauN(s+t+u＝1)的情况下，优选Al组分比是比In组分比大的结构。利用这种结构，通过包含Al而能够提高抑制暗线的产生的效果。
[实施例16]
作为实施例16的氮化物半导体激光元件而使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是6度、在c轴方向的倾斜角是+2度的n型GaN基板，制作与实施例13大致相同的氮化物半导体激光元件。即实施例16中将势垒层由AlInGaN构成。但实施例13中将三个势垒层(第一势垒层、第二势垒层和第三势垒层)的Al组分比和In组分比相同地构成，相对地在该实施例16中，设定成不同的Al组分比和In组分比。具体说就是将第一势垒层的Al组分比设定成2％、In组分比设定成5％，将第二和第三势垒层的Al组分比设定成0.08％、In组分比设定成4％。该实施例16也能够得到与上述实施例13同样的效果。即使如实施例16那样在第一势垒层的Al组分比比其他势垒层的Al组分比高的情况下，也能够得到同样的效果。
(第七实施方式)
该第七实施方式使用以m面作为生长主面的GaN基板来形成氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件。在GaN基板的生长主面形成有与上述第六实施方式同样的凹部(凹入区域)。且有源层的势垒层由包含Al和In的氮化物半导体即AlInGaN构成。第七实施方式的其他结构与上述第六实施方式相同。
如上所述，第七实施方式通过将势垒层由AlInGaN构成而能够抑制暗线的产生。与将势垒层由GaN和InGaN构成的情况相比，由于能够提高界面的陡峭性，所以能够使X射线衍射测定的伴峰明了化。
由于第七实施方式通过抑制暗线的产生而能够抑制发光效率降低，所以能够提高元件特性和可靠性。由于通过抑制暗线的产生而能够得到均匀发光的发光图形，所以还能够提高增益。
由于第七实施方式与上述第六实施方式同样地通过在GaN基板形成凹部(凹入区域)而能够得到非常高的抑制裂纹效果，所以能够有效地抑制在氮化物半导体层产生裂纹。
使用以m面作为生长主面的GaN基板的情况与使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的GaN基板的情况相比，尽管层表面的平坦性恶劣，但能够充分提高发光效率。因此，能够得到能够充分使用的发光效率。通过对势垒层使用AlInGaN而能够使进入阱层的In的效率变得非常良好。因此，即使在减少In的气体流量的情况下，也能够维持高的In组分比。由此，能够提高进入效率而能够有效地谋求长波长化。
(第八实施方式)
图57是为了说明本发明第八实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件的剖视图。图57表示表示第八实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件所使用的基板一部分的截面。下面，参照图27、图31和图57来说明本发明第八实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件。第八实施方式说明将本发明的氮化物半导体元件适用氮化物半导体激光元件的例。
该第八实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件是在上述第六实施方式结构的基础上，还具备有抑制氮化物半导体晶体生长的抑制生长膜。具体则如图57所示，第八实施方式在n型GaN基板10的凹入区域3(凹部2内侧的区域)还形成有由氮化物膜即AlN膜构成的抑制生长膜760。该抑制生长膜760被形成为将凹部2的底面部2a和侧面部2b覆盖。且所述抑制生长膜760不具有将凹部2(凹入区域3)内填埋的厚度
所述抑制生长膜760被形成为在侧面部2b形成的部分的厚度t2比在底面部2a形成的部分的厚度t1小。具体说就是，所述抑制生长膜760在凹部2的底面部2a形成的部分的厚度t1被形成为约100nm，而在凹部2的侧面部2b形成的部分的厚度t2被形成为约80nm。通过这种结构而能够有效抑制抑制生长膜760被剥离等不良状况。
优选抑制生长膜760的厚度t1是凹部2的深度f的一半以下。优选抑制生长膜760的厚度t2是凹部2的开口宽度g的一半以下。利用这种结构则能够抑制凹部2内被抑制生长膜760填埋。
第八实施方式中，所述抑制生长膜760被形成为沿凹部2延伸(向c轴[0001]方向延伸)。
第八实施方式的其他结构与上述第六实施方式相同。
如上所述，第八实施方式通过在n型GaN基板10的凹入区域3(凹部2内侧的区域)形成抑制氮化物半导体晶体生长的抑制生长膜760，能够可靠地抑制在氮化物半导体层620(参照图27和图31)成膜时而凹部2(凹入区域3)内被氮化物半导体层620(构成氮化物半导体层620的半导体层)所填埋。因此，能够更容易成为在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层620(构成氮化物半导体层620的各层)表面形成有凹处的状态。由此，即使在n型GaN基板10与氮化物半导体层620之间的晶格常数差和热膨胀系数差等变大而氮化物半导体层620产生应变的情况下，也能够将在非凹入区域4上形成的氮化物半导体层620的应变由在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层620表面形成的所述凹处部分缓和。
特别是在需要将氮化物半导体的层(例如n型包层)更厚地成膜的情况下，凹部2(凹入区域3)容易被填埋，因此，在这种情况下将上述抑制生长膜760预先形成在凹部2(凹入区域3)内就非常有效。若凹部2(凹入区域3)内完全被填埋(没被形成凹处)，则难以缓和应变，抑制裂纹的效果被降低。
第八实施方式中，通过将抑制生长膜760形成为不将凹部2(凹入区域3)内填埋的厚度，能够容易成为在凹部2(凹入区域3)上的氮化物半导体层620(构成氮化物半导体层620的各层)表面形成有凹处的状态。
第八实施方式中，通过将抑制生长膜760由铝的氮化物膜即AlN膜构成，能够得到更高的抑制裂纹效果。由于能够使AlN成为与氮化物半导体同样的晶体结构，所以能够使在有抑制生长膜760的地方和没有抑制生长膜760的地方晶体结构连续。因此，可以说将AlN作为抑制生长膜的材料是合适的。
在将a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面10a的n型GaN基板10中形成凹部2(凹入区域3)，在该凹部2(凹入区域3)形成抑制生长膜760的情况下，能够将层厚倾斜区域5(参照图31)的宽度变狭窄。这时，由于能够将发光部形成区域6(参照图31)变宽，所以对于希望从一片氮化物半导体晶片取得的芯片数量多的情况等是优选的。
第八实施方式的其他效果与上述第六实施方式相同。
图58和图59是用于说明本发明第八实施方式的氮化物半导体激光元件制造方法的剖视图。下面，参照图39～图42、图58和图59来说明本发明第八实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法。第八实施方式中形成抑制生长膜760工序以外的工序则与上述第六实施方式相同，因此，以下说明抑制生长膜760的形成工序。
首先，准备以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的n型GaN基板，利用与图39～图42所示的第六实施方式同样的方法来在n型GaN基板形成凹部2。
然后，如图58所示，通过使用ECR(Electron Cyclotron Resonance)装置的喷溅法而在整个面以约100nm的厚度形成作为抑制生长膜的AlN膜760a。这时，通过调节喷溅条件等而使在凹部2的侧面部2b形成的AlN膜760a的厚度是约80nm地来形成AlN膜760a。
然后，如图59所示，使用HF(氟化氢)等蚀刻剂而将SiO2层420除去。由此，通过剥离而在凹部2的侧面部2b和底面部2a形成由AlN膜构成的上述抑制生长膜760。
图60是为了说明本发明第八实施方式的第一变形例氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件的剖视图。参照图43和图60来说明第八实施方式的第一变形例中抑制生长膜的形状不同的情况。
如图60所示，该第八实施方式的第一变形例中将由AlN膜构成的抑制生长膜761形成在凹部2内比生长主面10a低的区域(位置)。该抑制生长膜760在凹部2的侧面部2b一部分和底面部2a被形成截面大致コ字状(大致凹状)。
所述抑制生长膜761具有比凹部2的开口宽度g小的规定宽度D1，与上述第八实施方式同样地被形成沿凹部2延伸(在c轴[0001]方向延伸)。
在第八实施方式的第一变形例中，从生长主面10a(非凹入区域4的表面)到抑制生长膜761的距离t3例如被设定成约1.5μm。若该距离t3过小，则难以形成抑制生长膜761，因此，优选将上述距离t3设定成0.5μm以上。
第八实施方式的第一变形例的其他结构与上述第八实施方式相同。第八实施方式第一变形例的效果与上述第八实施方式相同。
上述的抑制生长膜761例如能够如下形成。
首先，使用与上述第六实施方式同样的方法，通过在基板形成凹部(凹入区域)而准备图43所示那样的形成有凹部2(凹入区域)的n型GaN基板10。然后，在该n型GaN基板10的生长主面10a整个面涂布抗蚀剂。接着，使用光刻技术有选择地将比凹部2的开口宽度g(参照图60)窄的范围的抗蚀剂除去。由此，作为抗蚀剂图形的开口部而形成为使凹部2的侧面部2b一部分和凹部2的底面部2a露出。
接着，通过使用ECR喷溅装置的喷溅法而在整个面形成作为抑制生长膜的AlN膜后，使用抗蚀剂剥离液和有机溶剂(例如丙酮、乙醇等)而将抗蚀剂除去。由此，通过剥离而形成图60所示的抑制生长膜761。
图61是为了说明本发明第八实施方式的第二变形例氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件的剖视图。参照图61来说明第八实施方式的第二变形例中抑制生长膜的形状不同的其他例。
如图61所示，该第八实施方式的第二变形例中，由AlN膜构成的抑制生长膜762不仅形成在凹部2(凹入区域3)内，而且在非凹入区域4的一部分也被形成。
所述抑制生长膜762具有比凹部2的开口宽度g大的规定宽度D2，与上述第八实施方式同样地被形成沿凹部2延伸(在c轴[0001]方向延伸)。
第八实施方式的第二变形例的其他结构与上述第八实施方式相同。第八实施方式第二变形例的效果与上述第八实施方式相同。
上述的抑制生长膜762例如通过在上述第一变形例的制造方法中变更抗蚀剂图形来形成。具体说就是使用光刻技术有选择地将比凹部2的开口宽度g宽的范围的抗蚀剂除去，由此，为了使凹部2(凹入区域3)和非凹入区域4的一部分露出而形成作为抗蚀剂图形的开口部。然后使用与上述第一变形例同样的方法来形成图61所示的抑制生长膜762。
(第九实施方式)
该第九实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件与上述第六～第八实施方式不同，是在氮化物半导体基板上一次使氮化物半导体层生长后形成凹部(凹入区域)。且在形成有凹部(凹入区域)的氮化物半导体基板上再次形成氮化物半导体层(再生长)。在此，将形成凹部(凹入区域)前的基板(有氮化物半导体层被成膜的基板)叫做“模板基板”(テンプレ一ト基板)。
第九实施方式的具体结构是，在与上述第六实施方式同样的n型GaN基板上形成厚度约为0.5μm厚度的由n型Al0.02Ga0.98N构成的第一AlGaN层。该第一AlGaN层被在形成凹部(凹入区域)前成膜。且通过在n型GaN基板上将第一AlGaN层成膜而形成模板基板。
在该模板基板的规定区域形成与上述第六实施方式同样的凹部(凹入区域)。在形成有凹部(凹入区域)的模板基板上层积氮化物半导体各层。且在模板基板上形成与上述第一和第七实施方式同样的元件结构。也可以在模板基板上形成与第七实施方式同样的抑制生长膜。
在此，如上所述，了解到层厚倾斜区域的宽度由a轴方向的倾斜角来决定，但除了a轴方向的倾斜角以外，层厚倾斜区域的宽度也随着氮化物半导体层的层厚变化而变化。具体说就是，在基板上层积的氮化物半导体层的整体层厚越大，则层厚倾斜区域的宽度就有变宽的倾向。更具体则是随着层厚变大，而从与凹部(凹入区域)相接一侧开始则层厚倾斜区域的宽度逐渐变宽。因此，在形成厚膜氮化物半导体层的情况下，有时有由于层厚倾斜区域的宽度变宽而发光部形成区域变窄的不好情况。
另一方面，第九实施方式中利用上述结构而能够抑制层厚倾斜区域的宽度变宽。即由于层厚倾斜区域是从形成凹部(凹入区域)后成膜的氮化物半导体层开始形成，所以通过在形成凹部(凹入区域)前而预先将氮化物半导体层成膜，而能够缩小在形成凹部(凹入区域)后成膜的氮化物半导体各层的整体层厚。由此，能够将层厚倾斜区域的宽度变狭窄。
第九实施方式由于在形成第一AlGaN层后形成凹部(凹入区域)，所以即使在将具有更高Al组分比的氮化物半导体层成膜的情况下，也能够更有效地缓和应变。因此，能够得到更高的抑制裂纹效果。
第九实施方式的其他结构和效果与上述第六实施方式相同。
图62～图64是用于说明本发明第九实施方式的氮化物半导体激光元件制造方法的剖视图。图64表示没形成凹部(凹入区域)的部分的截面。下面，参照图62～图64来说明本发明第九实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法。
首先如图62所示，使用与第六实施方式同样的n型GaN基板10，利用MOCVD法而在其生长主面10a上将由n型Al0.02Ga0.98N构成的第一AlGaN层621a以不产生裂纹左右的厚度(例如约0.5μm)使生长。由此形成模板基板。在该阶段，由于n型GaN基板10未形成凹部(凹入区域)，所以在第一AlGaN层621a未形成层厚倾斜区域。
接着，从MOCVD装置将模板基板取出。并如图63所示那样使用与上述第六实施方式同样的方法而在模板基板形成凹部(凹入区域)2。这时，由于与n型GaN基板10的晶格不匹配等而产生的第一AlGaN层621a的应变，通过凹部2的形成而被缓和。也可以在形成凹部2后而在模板基板上形成抑制生长膜。
然后，将形成有凹部2的n型GaN基板10(模板基板)再一次导入MOCVD装置，如图64所示，在第一AlGaN层621a上使厚度约为1.7μm的由n型Al0.06Ga0.94N构成的第二AlGaN层621b生长。由此，由第一AlGaN层621a和第二AlGaN层621b而形成厚度约为2.2μm(＝0.5μm+1.7μm)厚度的n型包层721。
在此，第九实施方式通过使厚度大的第二AlGaN层621b在第一AlGaN层621a上生长，与使在n型GaN基板10上直接生长的情况相比，能够抑制由于晶格不匹配等而造成的应变产生。由此，能够将更高Al组分的氮化物半导体层(例如AlGaN层)形成为比以前更厚。
接着，在n型包层721(第二AlGaN层621b)上，使用MOCVD法而使与上述第六实施方式同样的氮化物半导体各层622～627生长。这时，从形成凹部2后生长的氮化物半导体层(第二AlGaN层621b)来形成层厚倾斜区域。因此，通过在形成凹部2前而预先形成氮化物半导体层(在此，是第一AlGaN层621a)，能够缩小在形成凹部2后生长的氮化物半导体各层的整体层厚。由此，使层厚倾斜区域的宽度被形成为较窄。
然后，经过与上述第六实施方式同样的工序来制造第九实施方式的氮化物半导体激光元件。
在模板基板最表层的层是包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)的情况下，在向MOCVD装置再次导入后，若为了进行再生长而升温到1100℃左右时，则Al以外的Ga和In等原子蒸发，有时在表面形成富Al的高电阻层。因此，使再生长的氮化物半导体层优选以700℃～950℃范围的生长温度进行成膜。只要是该生长温度范围，就不会形成富Al的高电阻层，能够使之再生长。
了解到在使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板的情况下，在上述那样以700℃～950℃范围的低温生长中，也能够得到结晶性非常好且表面平坦性也高的膜。因此，按照这种观点，也优选使用以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板来进行再生长。为了抑制产生富Al的高电阻层，只要开始再生长的温度是700℃～950℃范围便可，也可以一边升温到最合适的温度一边使之再生长。
关于抑制该富Al的高电阻层形成，通过将进行再生长前的氮化物半导体层的表面设定成GaN层就能够抑制这种现象。因此，按照抑制高电阻层形成的观点，优选将模板基板最表面的层设定为GaN层。
在形成凹部(凹入区域)前进行成膜的氮化物半导体层只要是由AlxInyGazN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1，x+y+z＝1)构成的半导体层便可。只要是10％以下，也可以包含氧。例如作为上述氮化物半导体层则也可以是AlON等的氮氧化物膜。
例如在基板形成凹部(凹入区域)前，也可以使用MOCVD装置而通过顺次形成n型GaN层、由n型Al0.062Ga0.938N构成的第一包层来形成模板基板。将形成的模板基板从MOCVD装置取出，在形成凹部(凹入区域)后再次向MOCVD装置导入，能够使氮化物半导体各层再生长。这种情况也与上述同样地能够抑制层厚倾斜区域的宽度变宽。
(第十实施方式)
图65是为了说明本发明第十实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件的剖视图。下面，参照图65说明该第十实施方式使用的实质上没设置倾斜角的基板来形成层厚倾斜区域的情况。第十实施方式说明将本发明的氮化物半导体元件向氮化物半导体激光元件适用的例子。
如图65所示，该第十实施方式的氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件使用以m面作为生长主面的n型GaN基板510来形成氮化物半导体晶片和氮化物半导体激光元件。但该n型GaN基板510与上述第一、第三和第九实施方式不同，实质上没设置倾斜角。n型GaN基板510是本发明“氮化物半导体基板”的一例。
第十实施方式中，在n型GaN基板510的上面形成有抑制氮化物半导体晶体生长的抑制生长膜762。具体说就是，由AlN膜构成的抑制生长膜762不仅形成在凹部2(凹入区域3)内，而且在非凹入区域4的一部分也被形成。即该第十实施方式中，与上述第七实施方式的第二变形例相同的抑制生长膜762被形成在n型GaN基板510上。且利用该抑制生长膜762，在氮化物半导体层620的抑制生长膜762上的部分来形成层厚倾斜区域505。
第十实施方式中，抑制生长膜762被形成为相对凹部2(凹入区域3)而达到两侧的非凹入区域4。因此，层厚倾斜区域505分别被形成在凹部2(凹入区域3)的两侧。该层厚倾斜区域505与上述第一和第七实施方式的层厚倾斜区域同样地随着靠近凹部2(凹入区域3)而层厚倾斜地(逐渐地)减少。因此，该情况也能够得到高的抑制裂纹效果。
第十实施方式的其他结构与上述第六～第八实施方式相同。也可以将上述第九实施方式的结构适用在第十实施方式。
如上所述，第十实施方式通过将抑制生长膜762形成在n型GaN基板510上，在使用a轴方向不具有倾斜角的m面氮化物半导体基板的情况下，也能够在氮化物半导体层620的一部分形成层厚倾斜区域505。由此，与上述第六实施方式同样地够得到高的抑制裂纹效果。
在作为所述抑制生长膜而形成氧化物膜的情况下，由于在氧化物膜上几乎不进行外延生长而难以形成很好的层厚倾斜区域。因此，作为该情况下的抑制生长膜则优选铝的氮化物膜或铝的氮氧化物膜。通过使用这种材料来形成抑制生长膜，则在抑制生长膜上也能够进行外延生长，能够容易形成很好的层厚倾斜区域。
第十实施方式的其他效果与上述第六～第八实施方式相同。
(第十一实施方式)
图66是本发明第十一实施方式的发光二极管元件的剖视图。下面，参照图30和图66来说明本发明第十一实施方式的发光二极管元件(LED：Light Emitting Diode)。第十一实施方式说明将本发明的氮化物半导体元件向发光二极管元件适用的例子。
该第十一实施方式中，通过在与上述第一和第七实施方式同样的n型GaN基板10上形成同样的氮化物半导体各层而构成发光二极管元件。但第十一实施方式与上述第一和第七实施方式不同，是不形成n型引导层622(参照图30)和p型引导层625(参照图30)的结构。
具体情况则如图66所示，在n型GaN基板10的生长主面10a上顺次形成：n型包层621、有源层623、载流子阻挡层624、p型包层626和p型接触层627。在p型接触层627上形成由ITO(Indfum Tin Oxide)等氧化物系透明导电膜构成的p侧电极731。且在n型GaN基板10的背面上形成有n侧电极632。
第十一实施方式中，有源层623的势垒层与上述第六～第九实施方式同样地由包含Al和In的氮化物半导体即AlInGaN构成。
如上所述，第十一实施方式通过将势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成而能够抑制暗线的产生。由此，能够提高发光效率。
在发光二极管元件的情况下，由于不需要光封闭所必须的AlGaN包层，所以发生裂纹的可能性低。但在将势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成时能够抑制暗线的产生，所以优选。在基板形成有凹入区域的情况下，由于能够缓和对势垒层使用包含Al和In的氮化物半导体层而引起产生的有源层的应变，所以能够有效地抑制暗线产生或扩大。
第十一实施方式由于利用上述结构而能够提高层表面的平坦性和结晶性，所以由此也能够提高发光效率。
第十一实施方式通过将势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成，即使在增加阱层的层数的情况下也能够抑制发光效率的降低。因此，通过增加阱层的层数而能够容易提高发光效率。
如上所述，将势垒层由AlInGaN构成的情况能够使进入阱层的In的效率变得非常良好。因此，即使在减少In的气体流量的情况下，也能够维持高的In组分比，所以，能够提高进入效率。由此，能够更有效地谋求长波长化。这时，与将势垒层由AlGaN构成的情况相比，能够更容易地谋求阱层的多层化。
通过将势垒层由AlInGaN构成而与将势垒层由AlGaN构成的情况相比，能够缩小晶体应变。即，与将由InGaN构成的阱层和由AlGaN构成的势垒层交替层积的情况相比，通过将由InGaN构成的阱层和由AlInGaN构成的势垒层交替层积，能够缩小由晶格常数差产生的晶体应变。一般来说，发光二极管元件有将有源层由两层以上阱层这样层数比较多的量子阱结构来构成的情况。因此，从晶体应变的观点考虑时，将势垒层由AlInGaN构成则比将势垒层由AlGaN构成有好处。
第十一实施方式的其他效果与将上述第一和第七实施方式的结构适用在发光二极管元件时的效果相同。
[实施例17]
该实施例17使用相对m面{1-100}在a轴方向的倾斜角是3度、在c轴方向的倾斜角是+0.5度的n型GaN基板，制作LED。该实施例17在基板的生长主面上将n型Al0.01Ga0.99N层以约1μm的层厚成膜后，将Al0.01In0.01Ga0.98N(层厚约15nm)/In0.25Ga0.75N(层厚约3nm)的4QW有源层成膜。接着，在4QW有源层上将p型Al0.2Ga0.8N载流子阻挡层以约20nm的层厚成膜。然后，在p型Al0.2Ga0.8N载流子阻挡层上以约0.2μm的层厚将p型GaN接触层成膜。然后，在p型GaN接触层上将氧化物系透明导电膜ITO利用EB(Electron Beam)蒸镀机以约50nm的层厚成膜，形成由ITO构成的p侧电极。这种结构的实施例17也能够得到抑制暗线的产生效果、改善发光效率效果和抑制亮点状发光的效果。
作为上述氧化物系透明导电膜，除了氧化铟系的ITO透明导电膜以外，也可以使用In2O3-ZnO系透明导电膜、以氧化锌为主原料的ZnO系透明导电膜、氧化锡系的SnO2系透明导电膜。通过使用这些透明导电膜而能够格外提高光取出效率。由于通过使用相对m面在a轴方向具有倾斜角的基板就能够形成在表面形态被改善了的p型层上，所以能够得到低接触电阻，且通过能够抑制亮点状发光而均匀发光和均匀注入，所以能够提高发光效率，对在上述基板上形成的氮化物半导体层的接触电极使用好处非常大而优选。电极退火温度能够是低温的ITO电极，基于难以给予有源层热损伤的观点而特别优选。实施例17以600℃进行退火处理。
氧化物系透明导电膜利用EB蒸镀装置和喷溅装置等以非晶体(非晶态)状态形成在p型接触层627上，然后，通过以400℃～700℃左右的热退火使晶体化来降低膜的电阻，更优选进一步进行低电压化。这时，通过使用在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板而能够形成平坦性非常高的接触层，因此，能够降低氧化物系透明导电膜与p型接触层627之间的接触电阻，更优选。
[实施例18]
该实施例18使用与实施例17同样的基板，制作与实施例17大致相同的LED。但实施例18使用AlsIntGauN(s＝0.01、t＝0.03、u＝0.96)势垒层。这时也能够得到与上述同样的效果。由于势垒层包含Al，还包含In而能够以低温生长，所以优选。
[实施例19]
该实施例19使用与实施例17同样的基板，制作与上述第十一实施方式同样的LED。但实施例19将势垒层由AlsIntGauN(s＝0.02、t＝0.01、u＝0.97)构成。实施例19的LED以520nm的发光波长发光，其发光图形没有观察到暗线。
在将势垒层由AlsIntGauN构成时，其Al组分比s在0＜s≤0.08的范围、In组分比t在0＜t≤0.10的范围，能够得到大致相同的效果。
进而制作使阱层的层数从两层到八层一层一层增加的多个元件，测定其发光效率，结果是势垒层由GaN和InGaN构成的元件中，随着阱层的层数增加而发光效率大幅度降低。相对地，势垒层由包含Al的氮化物半导体(例如AlInGaN)构成的元件中，没发现发光效率降低。在阱层的层数是三层以上时，与将势垒层由AlGaN构成的情况相比，则通过将势垒层由AlInGaN构成而使发光效率提高约1.2倍。
(第十二实施方式)
图67是示意表示本发明第十二实施方式的发光二极管元件的剖视图。接着，参照图67说明第十二实施方式将本发明的氮化物半导体元件适用在发光二极管元件的例。第十二实施方式是将本发明的氮化物半导体元件适用在发光二极管元件的例。
该第十二实施方式的发光二极管元件，通过在与上述第六实施方式同样的n型GaN基板10上层积同样的氮化物半导体层620形成。具体则如图67所示，上述发光二极管元件具有在n型GaN基板10的生长主面10a上形成氮化物半导体层620的结构，该氮化物半导体层620包含有n型氮化物半导体层620a、有源层623和p型氮化物半导体层620b。所述n型氮化物半导体层620a由n型包层构成，所述p型氮化物半导体层620b包含有载流子阻挡层、p型包层和p型接触层。但由于不需要如激光元件那样进行光封闭，所以n型包层、p型包层的AlGaN层的Al组分不需要如激光元件那样高，以0％～2％左右形成。
第十二实施方式的发光二极管元件在n型GaN基板10的规定区域形成有与第六实施方式相同的凹部2(凹入区域3)。且第十二实施方式通过在所述n型GaN基板10的生长主面10a上形成氮化物半导体层620而在非凹入区域4上的氮化物半导体层620形成有层厚倾斜区域5和发光部形成区域6。
在此，尽管所述层厚倾斜区域5与发光部形成区域6相比而抑制亮点状发光的效果弱，但产生EL发光。且层厚倾斜区域5与发光部形成区域6相比是以短波长发光。因此，第十二实施方式的发光二极管元件在发光部形成区域6上和在层厚倾斜区域5上这两者分别形成有由透明电极构成的p侧电极731a和731b。p侧电极731a和731b为了独立控制发光部形成区域6的发光和层厚倾斜区域5的发光而被相互分离地形成。
在n型GaN基板10的背面上形成有作为共通电极的n侧电极632。
第十二实施方式的氮化物半导体晶片包含有多个上述第十二实施方式的发光二极管元件。
如上所述，第十二实施方式通过在层厚倾斜区域5和发光部形成区域6这两者形成发光区域，以一个元件具有两个以上的发光峰值，能够得到新的发光元件(发光二极管元件)。
第十二实施方式通过能够独立控制发光部形成区域6的发光和层厚倾斜区域5的发光，而能够得到以非常宽范围的发光波长进行发光的新的发光元件(发光二极管元件)。
第十二实施方式的其他效果与将上述第六实施方式的结构适用在发光二极管元件时的效果相同。
这次公开的实施方式在所有点上都是例示而不应该认为是限制。本发明的范围不是上述实施方式的说明而是由专利要求范围来表示，而且包括与专利要求范围均等的意思和范围内所有的变更。
例如上述第一～第十二实施方式中，表示了氮化物半导体元件的一例即氮化物半导体激光元件和发光二极管元件等发光元件适用本发明的例，但本发明并不限定于此，对于氮化物半导体发光元件以外的半导体元件也能够使用本发明。例如电子器件等使用氮化物半导体的器件(例如功率晶体管和IC(Intagrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)等)都能够适用本发明。这时，在上述第六～第十二实施方式中，只要在非凹入区域上的层厚倾斜区域以外的区域(相当于是发光部形成区域的区域)形成器件便可。利用这种结构，能够得到具有优良特性的电子器件。
上述第一～第三、第五、第六、第八、第九、第十一和第十二实施方式中，表示了将a轴方向的倾斜角构成比0.1度大的角度的例，但本发明并不限定于此，a轴方向的倾斜角也可以是0.1度以下的角度。但考虑到抑制亮点状发光的效果和表面形态等，则优选a轴方向的倾斜角是比±0.1度大的角度。
上述第一～第十二实施方式中，表示了作为氮化物半导体基板而使用GaN基板的例，但本发明并不限定于此，也可以使用GaN基板以外的氮化物半导体基板。作为氮化物半导体基板而能够使用GaN、AlN、InN、BN、TiN等氮化物半导体，或者使用由它们混晶构成的基板。也能够使用在氮化物半导体的基板上或氮化物半导体以外的基板上形成有具有凹入区域和非凹入区域的氮化物半导体的层的基板。例如也能够使用在GaN基板、蓝宝石基板或SiN基板等基底基板上形成氮化物半导体的基底层，并在该基底层形成凹部而得到的基板。本发明的“氮化物半导体基板”是也包含这种基板(包含模板基板)的概念。
上述第一～第十二实施方式中，关于在基板上使晶体生长的氮化物半导体各层，其厚度和组成等为了符合希望的特性而能够适当组合、变更。例如也可以追加或减少半导体层、局部替换半导体层的顺序。例如也可以在GaN基板与n型包层之间形成由GaN构成的缓冲层等的层。进而也可以按照一部分半导体层来变更导电型。即只要能够得到作为氮化物半导体元件的基本特性就能够自由变更。
上述第一～第十二实施方式中，表示了将阱层的In组分比构成为0.2～0.28的例，但本发明并不限定于此，阱层的In组分比能够在0.15以上0.45以下的范围适当变更。且阱层的In组分比也可以设定成比0.15小的值。只要是5％以内，则阱层也可以包含Al。只要是7％以内左右，则载流子阻挡层也可以包含In。由于通过包含In而容易以低温形成结晶性好的膜，所以优选，而且由于能够减轻对包含这样势垒层结构的有源层的应变而优选，该势垒层由包含Al或包含Al和In的氮化物半导体层形成。
上述第一～第五实施方式中，表示了将有源层的量子阱结构形成为DQW结构的例，但本发明并不限定于此，也可以将有源层构成DQW结构以外的量子阱结构。例如也可以将有源层的量子阱结构形成SQW(Single Quantum Well)结构。具体则例如如图68所示那样，在下部引导层13(第五实施方式的下部包层)上形成由InGaN构成的一个阱层54a和由Al0.005Ga0.995N构成的两个势垒层54b交替层积的具有SQW结构的有源层54。能够构成阱层54a的厚度是约3nm～4nm，势垒层54b的厚度是约70nm。上述第一～第五实施方式的结构中，将有源层构成SQW结构而与将有源层构成DQW结构的情况相比，能够降低驱动电压。具体说就是，SQW结构的有源层与DQW结构的有源层相比，注入50mA电流时的驱动电压能够降低0.1V～0.25V左右。这被认为是在DQW结构的情况，由于被两个阱层夹住的势垒层的载流子被耗尽而在势垒层作用有大的电场的缘故所引起。
上述第六～第十二实施方式中，表示了将有源层的量子阱结构形成为DQW结构的例，但本发明并不限定于此，也可以将有源层构成DQW结构以外的量子阱结构。例如也可以将有源层的量子阱结构形成SQW(Single Quantum Well)结构。具体则例如如图69所示那样，在n型引导层22(第六和第十二实施方式的n型包层)上形成由InGaN构成的一个阱层643a和由Al0.005In0.02Ga0.975N构成的两个势垒层643b交替层积的具有SQW结构的有源层643。能够构成阱层643a的厚度是约3nm～4nm，势垒层643b的厚度是约70nm。
上述有源层在SQW结构以外也可以构成MQW结构。在将有源层设定成SQW结构或MQW结构的情况下，也能够得到抑制暗线的产生的效果和抑制亮点状发光的效果。在阱层是三层以上的多重量子阱结构的情况下，由于能够有效地进行光封闭，所以能够提高增益。且在被LED等使用的阱层的层数比较多的MQW结构中，通过将势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成而能够减少与阱层的晶格应变，因此优选。能够将有源层(阱层、势垒层)的组成、厚度等适当变更。
上述第一～第十二实施方式中，在将有源层构成多重量子阱结构的情况下，第一量子阱、第二量子阱、…各自的层厚和组成不需要完全相同，也可以是各自不同。这时，来自各自量子阱的发光波长不同，但关于第一量子阱与第二量子阱的关系则优选靠基板最近的第一量子阱的发光波长最短，第二量子阱的发光波长比第一量子阱的发光波长长。
上述第一～第十二实施方式中，将载流子阻挡层与阱层之间的距离设定成与第三势垒层的厚度相同，也可以在载流子阻挡层与阱层(最靠近载流子阻挡层侧的阱层)之间形成组成不同的多个氮化物半导体层。也优选对载流子阻挡层与阱层(最靠近载流子阻挡层侧的阱层)之间的一部分将Mg等p型杂质进行掺杂而p型化。上述第一～第十二实施方式是不掺杂。
上述第一～第十二实施方式中，表示了作为使向有源层注入的载流子(电子)向p型半导体层的流入停止的层而形成载流子阻挡层的例，但本发明并不限定于此，只要是氮化物半导体激光元件，则也能够将包含Al的包层作为上述使上述载流子停止的层来使用。这时，包层的Al组分比优选是0.08以上。
上述第一～第五实施方式中，势垒层的Al组分比x2能够在0＜x2≤0.08的范围内适当变更。通过将势垒层由AlGaN构成而能够抑制在阱层的In组分比增加时在阱层产生的向与c轴方向平行的方向进入的位错(看EL发光图形时能够看到暗线)。上述第一～第四实施方式中，在将势垒层由AlGaN构成的情况下，为了更有效地光封闭，只要增加引导层等氮化物半导体层的In组分比便可。
上述第六～第十二实施方式中，由AlsIntGauN构成的势垒层的Al组分比s能够在0＜s≤0.08的范围内适当变更。且势垒层的In组分比t能够在比阱层的In组分比小的范围内适当变更。
上述第一～第五实施方式中，表示了将有源层的势垒层由AlGaN构成的例，但本发明并不限定于此，除了AlGaN以外例如也能够由AlInGaN层、AlInN层等构成势垒层。且这种结构也能够提高发光效率和可靠性。
上述第六～第十二实施方式中，表示了将势垒层由AlInGaN构成的例，但本发明并不限定于此，除了AlInGaN以外例如也可以由AlInN等构成势垒层。通过将有源层的势垒层由包含Al的氮化物半导体(例如AlGaN)构成，也能够得到与上述同样的效果。
上述第一～第十二实施方式中，说明了在有源层上形成有载流子阻挡层的结构，但本发明并不限定于此，也可以是没形成有载流子阻挡层的结构。但通过形成载流子阻挡层而使由包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层和AlInGaN层等)构成的势垒层与具有有源层保护功能同样地，得到保护有源层生长后有源层不恶化的效果。因此，优选在阱层的In组分比大的区域(x1≥0.15)形成载流子阻挡层。在此，使用将不具有倾斜角的m面作为生长主面的氮化物半导体基板(正m面基板)的氮化物半导体发光元件，如上所述，其EL发光图形成为亮点状发光。这可能是具有比较高Al组分比的载流子阻挡层带来的坏影响。另一方面，在使用相对m面在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板时，如上所述，发光图形能够均匀化。由此，可以说相对m面在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板是对于使包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层等)结晶性良好地成膜非常合适的无极性基板。因此，通过使用相对m面在a轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板而能够使载流子阻挡层以更好的状态来发挥作用。
上述第一～第五实施方式中，表示了将势垒层由包含Al的氮化物半导体层构成的例，但本发明并不限定于此，势垒层也可以是将包含Al的氮化物半导体层至少包括一层的多层结构(例如InGaN和AlGaN的超晶格结构)。这时，优选与阱层邻接的层是由包含Al的氮化物半导体构成。在多层结构的情况下，与阱层邻接的由包含Al的氮化物半导体构成的层优选被形成1.0nm以上的厚度，更优选被形成3.0nm以上的厚度。这种结构对用于更发挥抑制暗线的产生的效果、提高有源层耐热性等的效果和提高平坦性的效果是有效的。在氮化物半导体激光元件中，即使对势垒层使用包含Al的氮化物半导体层即AlGaN等，但通过对引导层使用InGaN的方法和提高包层Al组分比的方法等，能够充分地光封闭。虽然提高Al组分比时有由拉伸应变引起产生裂纹的危险，但如上述第三实施方式所示那样，通过在GaN基板进行槽加工(形成凹部)，能够抑制裂纹的产生。
上述第六～第十二实施方式中，表示了将势垒层由包含Al和In的氮化物半导体层构成的例，但本发明并不限定于此，势垒层也可以是将包含Al和In的氮化物半导体构成的层至少包括一层的多层结构(例如InGaN和AlInGaN的超晶格结构)。这时，优选与阱层邻接的层是由包含Al和In的氮化物半导体构成。在多层结构的情况下，与阱层邻接的由包含Al和In的氮化物半导体构成的层优选被形成1.0nm以上的厚度，更优选被形成3.0nm以上的厚度。这种结构对用于更发挥抑制暗线的产生的效果、提高有源层耐热性等的效果和提高平坦性的效果是有效的。
上述第一～第五实施方式中，表示了将三层势垒层全部设定成AlGaN层的例，但本发明并不限定于此，也可以将三层势垒层的一部分层设定为AlGaN层。在多层势垒层中只要将与阱层相接的至少一层由包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)构成，则能够得到提高发光效率的效果。虽然当有源层的阱层的层数不同时则势垒层的层数也不同，但这时只要将至少一层势垒层由包含Al的氮化物半导体层构成就能够得到上述效果。以上述第一实施方式为例，例如为了提高形成阱层前的基底的平坦性，优选将形成阱层前的基底层即第一势垒层和第二势垒层设定为包含Al的氮化物半导体层。由于AlGaN层还有作为InGaN层的防止蒸发层的作用(保护有源层的作用)，所以按照防止蒸发的观点(保护有源层的观点)，也能够将在阱层上形成的第二势垒层和第三势垒层设定为包含Al的氮化物半导体层。且也可以将第二势垒层设定为与第一阱层相接一侧和与第二阱层相接一侧这样的两层结构，将第二势垒层的与第一阱层相接一侧作为下部第二势垒层、将第二势垒层的与第二阱层相接一侧作为上部第二势垒层。为了提高基底的平坦性，优选将上部第二势垒层设定为包含Al的氮化物半导体层。另一方面，基于防止蒸发的观点而优选将下部第二势垒层设定为包含Al的氮化物半导体层。也可以将所有的势垒层设定为包含Al的氮化物半导体层。
上述第六～第十二实施方式中，表示了将三层势垒层全部设定成AlInGaN层的例，但本发明并不限定于此，也可以将三层势垒层的一部分层设定为AlInGaN层。在多层势垒层中只要将与阱层相接的至少一层由包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层、AlInGaN层、AlInN层等)构成，则能够得到提高发光效率的效果。虽然当有源层的阱层的层数不同时则势垒层的层数也不同，但这时只要将至少一层势垒层由包含Al和In的氮化物半导体层构成就能够得到上述效果。以上述第六实施方式为例，例如为了提高形成阱层前的基底的平坦性，优选将形成阱层前的基底层即第一势垒层和第二势垒层设定为包含Al和In的氮化物半导体层。由于AlInGaN层还有作为InGaN层的防止蒸发层的作用(保护有源层的作用)，所以按照防止蒸发的观点(保护有源层的观点)，也能够将在阱层上形成的第二势垒层和第三势垒层设定为包含Al和In的氮化物半导体层。且也可以将第二势垒层设定为与第一阱层相接一侧和与第二阱层相接一侧这样的两层结构，将第二势垒层的与第一阱层相接一侧作为下部第二势垒层、将第二势垒层的与第二阱层相接一侧作为上部第二势垒层。为了提高基底的平坦性，优选将上部第二势垒层设定为包含Al和In的氮化物半导体层。另一方面，基于防止蒸发的观点而优选将下部第二势垒层设定为包含Al和In的氮化物半导体层。也可以将所有的势垒层设定为包含Al和In的氮化物半导体层。
上述第一～第十二实施方式中，与氮化物半导体基板(GaN基板)相接形成的半导体层可以是n型导电型，也可以是p型导电型。也可以不掺杂。
上述第一～第十二实施方式中，将在有源层的下部与基板之间形成的层设定为n侧半导体层、将在有源层的上部形成的层设定为p侧半导体层时，优选将n侧半导体层、有源层和p侧半导体层按照以下所示的生长温度形成。
在n侧半导体层是由包含Al的氮化物半导体构成的情况下，优选该n侧半导体层以900℃以上但比1300℃低的生长温度(例如1075℃)形成。更优选是1000℃以上但不足1300℃。通过这样在n侧半导体层是由包含Al的氮化物半导体构成的情况下以900℃以上的高温形成，能够使n侧半导体层的层表面平坦化。因此，通过在平坦化的n侧半导体层上形成有源层和p侧半导体层而能够抑制有源层和p侧半导体层中结晶性降低。因此，能够形成高质量的晶体。通过将n侧半导体层以比1300℃低的生长温度形成，则能够抑制由于以1300℃以上的生长温度形成而在升温时GaN基板的表面再蒸发，由表面粗糙引起的不良状况产生。因此，利用这种结构而能够容易制造元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体发光元件。
在n侧半导体层是由包含In的氮化物半导体构成的情况下，优选该n侧半导体层以600℃以上但比1100℃低的生长温度(例如1000℃)形成。更优选是700℃以上但不足950℃。通过这样在n侧半导体层是由包含In的氮化物半导体构成的情况下以600℃以上的生长温度形成，能够使n侧半导体层的层表面平坦化。因此，通过在平坦化的n侧半导体层上形成有源层和p侧半导体层而能够抑制有源层和p侧半导体层中结晶性降低。因此，能够形成高质量的晶体。通过将n侧半导体层以比1100℃低的生长温度形成，则能够抑制由于以1100℃以上的生长温度形成而In的进入性变差、原料效率变差的不良状况产生。且还能够抑制In组分比高情况和平坦性恶化等不良状况产生。因此，利用这种结构而能够容易制造元件特性优良且可靠性高的氮化物半导体发光元件。
在n侧半导体层是由包含Al和In的氮化物半导体构成的情况下，优选该n侧半导体层以700℃以上但比1000℃低的生长温度形成。更优选是800℃以上900℃以下。
有源层的阱层的生长温度优选是600℃以上830℃以下，在阱层的In组分比是0.15以上的情况下，优选是600℃以上770℃以下。更优选是630℃以上740℃以下。有源层的势垒层的生长温度优选与阱层是相同的温度或比阱层高的温度。
p侧半导体层的生长温度在是由包含Al的氮化物半导体构成的情况下，优选700℃以上但不足900℃，更优选是700℃以上880℃以下。在是由包含In的氮化物半导体构成的情况下，优选600℃以上但不足850℃，更优选是700℃以上800℃以下。P侧半导体层是由包含Al和In的氮化物半导体构成的情况下，优选以600℃以上但比1000℃低的生长温度形成。更优选是700℃以上850℃以下。
上述第一～第十二实施方式中，表示了将多个势垒层形成不同厚度的例，但本发明并不限定于此，也可以将多个势垒层形成相同的厚度。
上述第一～第十二实施方式中，表示了将载流子阻挡层形成为40nm以下厚度的例，但本发明并不限定于此，载流子阻挡层的厚度也可以比40nm大。即使载流子阻挡层包含有3％左右的In，也能够得到本发明的效果。载流子阻挡层的Al组分比按照降低驱动电压的目的而优选比上部包层的Al组分比高。
上述第一～第十二实施方式中，表示了作为n型杂质而使用Si的例，但本发明并不限定于此，作为n型杂质，除了Si以外例如也可以使用O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、Mg或Be。作为n型杂质特别优选Si、O和Cl。
上述第一～第四实施方式和第六实施方式～第十实施方式中，表示了将绝缘层由SiO2构成的例，但本发明并不限定于此，也可以由SiO2以外的绝缘性材料构成。例如也可以由SiN、Al2O3和ZrO2等构成绝缘层。
上述第一～第十二实施方式中，晶体轴方向([1-100]方向、[11-20]方向和[0001]方向)只要在晶体学上是等价的方向便可。
上述第一～第十二实施方式中，作为外延生长法，除了MOCVD法以外，例如能够使用HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法和MBE(Molecular Besm Epitaxy)法等。
上述第一～第十二实施方式中，在氮化物半导体元件(氮化物半导体激光元件、发光二极管元件)的制造工序所使用的蚀刻方法，可以是气相蚀刻，也可以是液相蚀刻。
上述第一～第四实施方式中，表示了将上部引导层由p型Al0.01Ga0.99N构成的例，但本发明并不限定于此，也可以将上部引导层由GaN、AlGaN或AlInGaN构成。也可以构成将它们组合的超晶格结构。按照光封闭和视野像远的观点，没有问题的情况是不形成p侧引导层(上部引导层)地也能够在载流子阻挡层上直接层积p型包层的结构。
在形成上部引导层的情况下，上部引导层是不掺杂杂质的非掺杂的GaN层，在还形成有实施了p型杂质掺杂的p型GaN层的情况下，发光元件所具有的层厚中，p型GaN层的层厚(总层厚)Lpgan与没实施p型杂质掺杂的GaN层(故意地实施了n型杂质掺杂的n型GaN层、故意地不实施杂质掺杂的非掺杂GaN层)的层厚(总层厚)Lgan的关系，优选满足Lgan＜Lpgan。且p型GaN层的层厚优选是0.3μm以下。若比0.3μm大，则光分布扩展，有可能使光封闭的效率降低。还有可能招致平坦性恶化。
另一方面，在上部引导层是实施了p型杂质掺杂的p型GaN层的情况下，为了平坦性不恶化，只要按照光封闭的观点设计便可，只要设定成0.3μm左右以下的厚度便可。
在对上部引导层使用InGaN、AlGaN或AlInGaN的情况下，可以设定成故意不掺杂杂质的非掺杂，作为p型杂质例如也可以掺杂Mg。在将上部引导层由AlGaN构成时，在非掺杂AlGaN层的情况下，优选其Al组分比在比0.0大而在0.03以下的范围来设定。在实施了p型杂质掺杂的p型AlGaN层的情况下，优选其Al组分比在比0.0大而在0.03以下的范围来设定。在将上部引导层由AlGaN构成时，能够得到提高平坦性的效果。在非掺杂AlGaN层的情况下，Al组分比是0的GaN层难以得到充分的提高平坦性的效果。另一方面，若Al组分比是比0.03大，则光封闭不充分。由AlGaN构成的上部引导层优选被形成0.05μm以上0.4μm以下的厚度，更优选被形成0.08μm以上0.25μm以下的厚度。若由AlGaN构成的上部引导层的厚度比0.05μm小，则容易提高平坦性的效果成为不充分。另一方面，若比0.4μm大，则由于光的电场强度分布在层方向扩展而使光封闭系数降低。在将上部引导层由AlGaN构成的情况下，通过提高包层的Al组分比而能够使光封闭被提高。按照光封闭的观点，更优选将上部引导层由包含In的氮化物半导体构成。
在将上部引导层由InGaN构成时，In组分比被设定在比阱层的In组分比小的范围。在上部引导层是非掺杂InGaN层时，优选In组分比被设定成比0.0大而在0.05以下。在上部引导层是实施了p型杂质掺杂的p型层的情况下，为了通过掺杂Mg而在GaN也确保平坦性，InGaN层的In组分比能够在0.0以上0.05以下的范围来设定。在上部引导层是非掺杂InGaN层时，In组分比是0的GaN层的情况则难以得到充分的提高平坦性的效果。另一方面，若In组分比是比0.05大，则由于具有高的应变而有晶体质量降低的危险。由InGaN构成的上部引导层优选被形成0.05μm以上0.5μm以下的厚度，更优选被形成0.08μm以上0.3μm以下的厚度。若由InGaN构成的上部引导层的厚度比0.05μm小，则成为光封闭的效果不充分。另一方面，若比0.5μm大，则由于光的电场强度分布在层方向扩展而使光封闭系数降低。
在将上部引导层由AlInGaN构成时，在是非掺杂AlInGaN层的情况下，优选In组分比被设定在比0.002大而在0.05以下的范围。优选Al组分比被设定在比0.005大而在0.05以下的范围。在是实施了p型杂质掺杂的p型AlInGaN层的情况下，优选In组分比被设定在比0.0大而在0.05以下的范围。优选Al组分比被设定在比0.0大而在0.05以下的范围。由AlInGaN构成的上部引导层优选被形成0.05μm以上0.5μm以下的厚度，更优选被形成0.07μm以上0.3μm以下的厚度。若超过上述范围(组成和厚度的至少一个上限值)，则有可能招致晶体品质的恶化。另一方面，在上述组分比范围以下的情况和比上述厚度范围的下限值小的情况中的至少一种情况时，则光封闭的效果和提高平坦性的效果就变得不充分。
也可以将上述第一～第四实施方式所示的结构进行适当的组合。
上述第一实施方式中，表示了在基板与有源层之间形成有n型GaN层和下部引导层这两个GaN层的例，但本发明并不限定于此，只要总层厚是0.7μm以下，则也可以形成上述以外的GaN层。也可以在基板与有源层之间不形成GaN层。这时，在向基板上层积的层结构不包含GaN层，优选将这些层结构由InGaN、AlGaN、InAlGaN、InAlN等与GaN不同组成的半导体层构成。
上述第一实施方式中，表示了将与GaN基板的生长主面相接的半导体层设定为GaN层的例，但本发明并不限定于此，与GaN基板的生长主面相接的半导体层也可以是AlGaN、AlInGaN层、AlInN层、InGaN层或InN层。
上述第一实施方式中，表示了在GaN基板上形成的氮化物半导体各层中，在有源层上形成的氮化物半导体层不包含有GaN层的例，但本发明并不限定于此，在有源层上形成的氮化物半导体层也可以包含GaN层。例如也可以将接触层由GaN层构成。在形成实施了p型杂质掺杂的p型GaN层的情况下，p型GaN层的层厚(总层厚)Lpgan与没实施p型杂质掺杂的GaN层(故意地实施了n型杂质掺杂的n型GaN层、故意地不实施杂质掺杂的非掺杂GaN层)的层厚(总层厚)Lgan的关系，优选满足Lgan＜Lpgan。
上述第一实施方式中，表示了在GaN基板上将在基板与有源层之间形成的GaN层的总层厚设定在0.7μm以下，在该状态下将有源层的势垒层由AlGaN构成的例，但本发明并不限定于此，即使在上述GaN层的总层厚比0.7μm大的情况下，通过将势垒层由AlGaN构成，也能够得到提高发光效率的效果。
上述第四实施方式中，表示了使用相对m面在a轴方向具有倾斜角的GaN基板的例，但本发明并不限定于此，也可以使用不具有倾斜角的m面GaN基板。也可以使用相对m面在a轴方向和c轴方向各自具有倾斜角的GaN基板。即只要是将无极性面作为生长主面的氮化物半导体基板，即使是使用任何基板，也能够得到与第四实施方式同样的效果。
上述第五实施方式中，表示了将与基板的生长主面相接的层设定为AlGaN层(下部包层)的例，但本发明并不限定于此，与基板的生长主面相接的层也可以是AlGaN层以外的层。例如也可以如上述第一实施方式那样，通过在基板与下部包层之间形成n型GaN层而将与生长主面相接的层设定为n型GaN层。也可以如上述第二实施方式所示那样，在基板与下部包层之间与生长主面相接地形成InGaN层、AlInGaN层、AlInN层等层。
上述第五实施方式中，也可以在GaN基板形成与上述第三实施方式同样的凹入区域(凹部)。也可以使用与上述第四实施方式同样的基板(相对m面在c轴方向不具有倾斜角的氮化物半导体基板)和无极性基板。
上述第六～第十二实施方式中，表示了将与n型GaN基板的生长主面相接的半导体层设定为包含Al的氮化物半导体层(AlGaN层)的例，但本发明并不限定于此，与n型GaN基板的生长主面相接的半导体层例如也可以是GaN层。在基板的生长主面相对m面在a轴方向具有倾斜角的情况下，与生长主面相接的GaN层优选其厚度被形成为较小。这样，在以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板上使与生长主面相接地形成GaN层时，通过将GaN层的厚度设定得比较小而能够抑制表面形态的恶化。这时的GaN层的厚度优选是0.7μm以下，更优选是0.5μm以下。最优选GaN层的厚度是0.3μm以下。
在以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板上形成GaN层时，从基板表面到包含In的氮化物半导体层即阱层(在形成有多个阱层的情况下优选最靠基板侧的阱层)之间形成的GaN层的总层厚优选是0.7μm以下，更优选是0.5μm以下。GaN层的总层厚最优选是0.3μm以下。在这种情况下也优选包含Al的氮化物半导体层(例如AlGaN层)与基板的生长主面相接地形成。这是由于若在形成有源层的时刻而表面形态恶化，则阱层所包含的In受到恶化的表面形态的影响而在面内组成分布变大的缘故。若发生组成的面内分布，则In进入大的部分金属化，结晶性显著降低，引起发光强度降低。为了这个缘故也是优选上述条件。
即使在向基板上层积的层结构不包含GaN层，将这些层结构由InGaN、AlGaN、InAlGaN、InAlN等与GaN不同组成的半导体层构成，也能够形成特性优良的发光元件或电子器件。
上述第三和第六～第十二实施方式中，在基板形成的凹部的开口宽度和凹部的深度能够适当变更。凹部的开口宽度优选1μm以上50μm以下。当凹部的开口宽度比1μm小时，则难以得到抑制裂纹的效果等。另一方面，当凹部的开口宽度比50μm大时，则凹部(凹入区域)在晶片面内占据的比率过大。由于不优选在凹部(凹入区域)上形成脊部，所以这时从一片晶片所取的元件数量就减少。凹部的深度优选0.1μm以上15μm以下。当凹部的深度比0.1μm小时，则凹部马上被填埋。另一方面，当凹部的深度比15μm大时，则用于形成凹部的时间变长。
且上述第三和第六～第十二实施方式中，凹部的截面形状能够适当变更。例如如图70所示，也可以使截面形状成为矩形地形成凹部。这时，也可以如凹部502那样使开口宽度g形成比深度f得大，也可以如凹部512那样使开口宽度g和深度f形成为大致相等。也可以如凹部522和凹部532那样使深度f形成为比开口宽度g大。也可以如图71所示那样使侧面部成为倾斜面地来形成凹部。这时，也可以如凹部542那样，使截面形状成为V字状(倒三角形状)地形成。也可以成为△状地形成。进而也可以如凹部552和凹部562那样，使截面形状成为梯形地形成。这时，也可以如凹部552那样使开口宽度g和深度f形成为大致相等，也可以如凹部562那样使开口宽度g形成比深度f得大。即在基板形成的凹部(凹入区域)只要是产生凹凸的台阶便可。关于凹部的开口宽度和凹部的深度的关系，则优选开口宽度被形成为比深度大。在开口宽度被形成为深度以下的大小时，则在形成抑制生长膜时而在凹部的底面部成膜的膜厚度有时就变薄。另一方面，通过将开口宽度形成为比深度大，而能够以稳定的膜厚度使抑制生长膜成膜。
上述第三和第六～第十二实施方式中，表示了通过直线状形成具有一定开口宽度的凹部而在基板形成凹入区域的例，但本发明并不限定于此，也可以通过形成上述以外形状的凹部而在基板形成凹入区域。例如也可以通过形成图72所示锯齿状的凹部580和波状的凹部583而在基板形成凹入区域3，也可以通过形成开口宽度变动的凹部581和582而在基板形成凹入区域3。在形成这种凹入区域的情况下，也能够得到本发明的效果。
上述第三和第六～第十二实施方式中，表示了将多个凹部按等间隔形成的例，但本发明并不限定于此，也可以使相邻凹部的间隔成为不同间隔地来形成多个凹部。也可以在一个基板形成截面形状不同的凹部。
上述第三和第六～第十二实施方式中，表示了将凹部的周期设定为400μm的例，而凹部的周期能够由氮化物半导体激光元件的芯片宽度(元件宽度)来决定，例如将芯片宽度(元件宽度)设定为200μm的情况下，凹部的周期能够设定为约200μm。凹部(凹入区域)的周期(间隔)优选1mm以下，更优选400μm以下。只要是这种结构，则即使在晶片(基板)的一部分有异常部位且以此为原因而产生层厚变动，也利用凹部上的半导体元件层表面的凹处而将横向的生长切断，抑制以异常部位为起因的层厚变动的扩散。由于凹部(凹入区域)的周期(间隔)成为5μm以下，则难以形成脊部，所以优选凹部(凹入区域)的周期(间隔)比5μm大。
上述第三和第六～第十二实施方式中，表示了将凹部(凹入区域)形成为俯视看向与c轴方向平行的方向延伸的例，但本发明并不限定于，也可以使所述凹部(凹入区域)形成为在生长主面的面内向与c轴方向以规定角度交叉的方向延伸。即基板的凹部(凹入区域)只要形成为向与a轴方向交叉的方向延伸便可。具体地则例如也可以使所述凹部(凹入区域)形成为向与c轴方向以±15度以内的角度交叉的方向延伸。除了条纹状以外，例如也可以将凹部(凹入区域)形成为格子状。即使在这样形成凹部(凹入区域)的情况下，只要基板的生长主面在a轴方向具有倾斜角，就能够容易在氮化物半导体层形成层厚倾斜区域。所述凹部(凹入区域)还能够形成向与a轴方向平行的方向延伸的条纹状。这时成为不在氮化物半导体层形成层厚倾斜区域，但即使没有层厚倾斜区域，也能够充分缓和应变。终究是通过在基板形成凹入区域而能够缓和氮化物半导体层的应变，有层厚倾斜区域则更好，即使没有，也能够得到充分的抑制裂纹的产生效果和缓和有源层应变的效果。
上述第六～第十二实施方式中，表示了使氮化物半导体元件(氮化物半导体激光元件、发光二极管元件)包含一个凹部(凹处)地来分割氮化物半导体晶片的例，但本发明并不限定于此，也可以使氮化物半导体元件(氮化物半导体激光元件、发光二极管元件)不包含凹部(凹处)地来分割氮化物半导体晶片。也可以使氮化物半导体元件(氮化物半导体激光元件、发光二极管元件)包含多个凹部(凹处)地来分割氮化物半导体晶片，也可以使氮化物半导体激光元件包含凹部(凹处)的一部分地来分割氮化物半导体晶片。更优选的是通过包含凹部(凹处)地分割而使凹部(凹处)整体留在元件中，或使凹部(凹处)的一部分留在元件中的情况。在这种结构的情况下，也能够高合格品率地得到元件特性优良的氮化物半导体元件(氮化物半导体激光元件、发光二极管元件)。
上述第六～第十二实施方式中，表示了至少包含层厚倾斜区域的一部分地来分割氮化物半导体晶片的例，但本发明并不限定于此，也可以不包含层厚倾斜区域地分割氮化物半导体晶片。
上述第六、第八、第九、第十一和第十二实施方式中，基板的生长主面只要在a轴方向具有倾斜角，也可以在c轴方向不具有倾斜角。
上述第三、第六～第八和第十～第十二实施方式中，凹部(凹入区域)的形成也可以如上述第九实施方式那样，在基板上一次使GaN、InGaN、AlGaN、InAjGaN、InAlN等氮化物半导体的层生长后进行。即在进行一次生长，然后形成凹部(凹入区域)的情况下，也能够适用本说明书的内容。
上述第七和第十实施方式中，表示了使用以m面作为生长主面的GaN基板(适应基板)的例，但本发明并不限定于此，例如也可以使用相对m面在c轴方向具有倾斜角的氮化物半导体基板。也可以使用相对m面在a轴方向和c轴方向分别具有倾斜角的氮化物半导体基板。即只要是将无极性面作为生长主面的氮化物半导体基板，则也可以使用任何基板。
上述第八实施方式中，表示了在凹入区域形成由AlN构成的抑制生长膜的例，但本发明并不限定于此，只要是能够抑制氮化物半导体晶体生长的材料，也可以在凹入区域形成由AlN以外的材料构成的抑制生长膜。作为抑制生长膜优选铝(Al)的氮化物膜、铝(Al)的氧氮化物膜、铝(Al)和镓(Ga)的氮化物膜。这些材料在抑制裂纹效果、改善表面形态效果、抑制氮化物半导体层的组成变动效果这所有中都能够得到高的效果。且由于这些材料能够采取与氮化物半导体同样的晶体结构，所以在有抑制生长膜和没有抑制生长膜的地方而晶体结构是连续的。因此，作为抑制生长膜的材料是合适的。作为抑制生长膜的材料而接着优选的材料是：硅(Si)的氧化物、氮化物和氧氮化物，铝(Al)的氧化物、钛(Ti)的氧化物、锆(Zr)的氧化物、钇(Y)的氧化物、铌(Nb)的氧化物、铪(Hf)的氧化物、钽(Ta)的氧化物和上述材料的氧氮化物或氮化物。再接着优选的材料是：钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)等高熔点金属。作为氮化物半导体的抑制生长膜而以氧化物膜为最强，按氧氮化物膜、氮化物膜的顺序变弱。因此，更优选在凹部内形成由氧化物膜构成的抑制生长膜。
上述第八和第十实施方式中，表示了以使用ECR喷溅装置的喷溅法来形成抑制生长膜的例，但本发明并不限定于此，也可以使用上述以外的方法来形成抑制生长膜。例如使用磁控喷溅装置的喷溅法和使用EB(ElectronBeem)蒸镀法、等离子CVD法等也能够形成抑制生长膜。
抑制生长膜只要是能够在凹部(凹入区域)上的氮化物半导体层表面形成凹处的形状，则也可以形成上述第八实施方式所示形状以外的形状。
上述第十实施方式中，表示了将抑制生长膜相对凹部(凹入区域)而形成达到两侧非凹入区域的例，但本发明并不限定于此，也可以将抑制生长膜形成为仅达到凹部(凹入区域)单侧的非凹入区域。这时，层厚倾斜区域也成为仅形成在凹部(凹入区域)的单侧，这种情况也能够得到与上述同样的高的抑制裂纹效果。
上述第十二实施方式中，表示了将层厚倾斜区域和发光部形成区域这两者作为发光区域的发光二极管元件，但本发明并不限定于此，也可以是仅将层厚倾斜区域和发光部形成区域的任一个作为发光区域的发光二极管元件。在仅将发光部形成区域作为发光区域的情况下，也可以使发光二极管元件不包含层厚倾斜区域地来分割氮化物半导体晶片。

Claims (33)

1.一种氮化物半导体元件，其特征在于，具备：具有生长主面的氮化物半导体基板、
在所述氮化物半导体基板的生长主面上形成且具有包含阱层和势垒层的量子阱结构的有源层，
所述生长主面由相对m面在a轴方向具有倾斜角的面构成，
所述势垒层由包含Al的氮化物半导体构成。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述势垒层由包含Al和Ga和N的氮化物半导体构成。
3.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述势垒层由AlInGaN构成。
4.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述势垒层由AlGaN构成。
5.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，
所述有源层包含多个所述势垒层，
所述多个势垒层的至少一部分由AlInGaN构成。
6.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述a轴方向倾斜角的绝对值比0.1度大。
7.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述阱层由包含In的氮化物半导体构成，且In的组分比是0.15以上0.45以下。
8.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述阱层由InGaN构成。
9.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体基板由GaN构成。
10.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，在所述氮化物半导体基板的生长主面上与所述生长主面相接地形成有包含Al的氮化物半导体层。
11.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，在所述氮化物半导体基板的生长主面上形成有从上下夹住所述有源层的一对引导层，
所述引导层由包含In的氮化物半导体构成。
12.如权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体基板的生长主面不仅在a轴方向具有倾斜角，在c轴方向也具有倾斜角，
所述a轴方向的倾斜角比所述c轴方向的倾斜角大。
13.一种氮化物半导体元件，其特征在于，具备：
以m面作为生长主面的氮化物半导体基板、
形成在所述氮化物半导体基板的生长主面上且包含有源层的氮化物半导体层，
所述氮化物半导体基板包含：从所述生长主面向厚度方向凹入的凹入区域和没凹入的区域即非凹入区域，
所述有源层具有由包含Al和In的氮化物半导体构成的势垒层。
14.如权利要求13所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述势垒层由AlInGaN构成。
15.一种氮化物半导体元件，其特征在于，具备：
以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板、
形成在所述氮化物半导体基板的生长主面上且包含有源层的氮化物半导体层，
所述氮化物半导体基板包含：从所述生长主面向厚度方向凹入的凹入区域和没凹入的区域即非凹入区域，
所述有源层具有由包含Al和In的氮化物半导体构成的势垒层。
16.如权利要求15所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体基板的所述a轴方向倾斜角的绝对值比0.1度大。
17.如权利要求15或16所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体基板的生长主面不仅在a轴方向具有倾斜角，在c轴方向也具有倾斜角，
所述a轴方向的倾斜角比所述c轴方向的倾斜角大。
18.如权利要求13或15所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体层包含层厚倾斜区域，该层厚倾斜区域形成在所述非凹入区域上且随着靠近所述凹入区域其层厚倾斜地减少。
19.如权利要求13或15所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述凹入区域被形成为俯视看向c轴方向延伸。
20.如权利要求13或15所述的氮化物半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体层包含光波导区域，
所述光波导区域位于在所述非凹入区域上。
21.一种氮化物半导体晶片，其特征在于，具备：
以m面作为生长主面的氮化物半导体基板、
形成在所述氮化物半导体基板的生长主面上且包含有源层的氮化物半导体层，
所述氮化物半导体基板包含：从所述生长主面向厚度方向凹入的凹入区域和没凹入的区域即非凹入区域，
所述有源层具有由包含Al和In的氮化物半导体构成的势垒层。
22.一种氮化物半导体晶片，其特征在于，具备：
以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板、
形成在所述氮化物半导体基板的生长主面上且包含有源层的氮化物半导体层，
所述氮化物半导体基板包含：从所述生长主面向厚度方向凹入的凹入区域和没凹入的区域即非凹入区域，
所述有源层具有由包含Al和In的氮化物半导体构成的势垒层。
23.如权利要求22所述的氮化物半导体晶片，其特征在于，所述氮化物半导体基板的生长主面不仅在a轴方向具有倾斜角，在c轴方向也具有倾斜角，
所述a轴方向的倾斜角比所述c轴方向的倾斜角大。
24.如权利要求21或22所述的氮化物半导体晶片，其特征在于，所述氮化物半导体层包含层厚倾斜区域，该层厚倾斜区域形成在所述非凹入区域上且随着靠近所述凹入区域而层厚倾斜地减少。
25.如权利要求21或22所述的氮化物半导体晶片，其特征在于，所述凹入区域被形成为俯视看向c轴方向延伸。
26.一种氮化物半导体元件，其特征在于，使用权利要求21或22所述的氮化物半导体晶片形成。
27.一种氮化物半导体元件的制造方法，其特征在于，具备：
准备包含由相对m面在a轴方向具有倾斜角的面构成的生长主面的氮化物半导体基板的工序、
在所述氮化物半导体基板的生长主面上使用外延生长法形成具有包含阱层和势垒层的量子阱结构的有源层的工序，
所述形成有源层的工序包含将所述势垒层由包含Al的氮化物半导体形成的工序。
28.一种氮化物半导体元件的制造方法，其特征在于，具备：
准备以m面作为生长主面的氮化物半导体基板的工序、
在所述氮化物半导体基板的生长主面形成凹状凹入的凹入区域的工序、
在所述氮化物半导体基板的生长主面上形成氮化物半导体层的工序、
形成所述氮化物半导体层的工序包括形成具有包含阱层和势垒层的量子阱结构的有源层的工序，
所述形成有源层的工序具有将所述势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成的工序。
29.一种氮化物半导体元件的制造方法，其特征在于，具备：
准备以相对m面在a轴方向具有倾斜角的面作为生长主面的氮化物半导体基板的工序、
在所述氮化物半导体基板的生长主面上形成凹状凹入的凹入区域的工序、
在所述氮化物半导体基板的生长主面上形成氮化物半导体层的工序、
形成所述氮化物半导体层的工序包括形成具有包含阱层和势垒层的量子阱结构的有源层的工序，
所述形成有源层的工序具有将所述势垒层由包含Al和In的氮化物半导体构成的工序。
30.如权利要求29所述的氮化物半导体元件的制造方法，其特征在于，所述氮化物半导体基板的生长主面不仅在a轴方向具有倾斜角，在c轴方向也具有倾斜角，
所述a轴方向的倾斜角比所述c轴方向的倾斜角大。
31.如权利要求28或29所述的氮化物半导体元件的制造方法，其特征在于，
形成所述凹入区域的工序包括：
在所述生长主面的与所述凹入区域不同的区域形成没凹入的区域即非凹入区域的工序，
形成所述氮化物半导体层的工序包括：
在所述非凹入区域上的区域形成随着靠近所述凹入区域而层厚倾斜地减少的层厚倾斜区域的工序。
32.一种半导体装置，其特征在于，具备权利要求1所述的氮化物半导体元件。
33.一种半导体装置，其特征在于，具备权利要求15所述的氮化物半导体元件。
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