JP2009170519A - 加工基板ならびに窒化物半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物半導体レーザ装置の製造においてクラックの発生を防止することができる加工基板ならびに窒化物半導体レーザ装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本加工基板１１は、一主面６０を有する窒化物半導体層を含む基板１０の主面６０に、窒化物半導体層の［１−１００］方向に沿って形成されている１つ以上の溝から構成される掘り込み領域６１と、掘り込み領域６１以外の主平面領域６２とを有し、掘り込み領域６１の両側面と主平面領域６２との境界線６５は、［１−１００］方向に対して、時計回りに５５°以上６５°以下の傾き角を有する方向に伸びる第１方向の複数の辺Ａ１と、時計回りに１１５°以上１２５°以下の傾き角を有する方向に伸びる第２方向の複数の辺Ａ２とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ装置の製造に用いられる加工基板、その加工基板を含む窒化物半導体レーザ装置、およびその加工基板を用いた窒化物半導体レーザ装置の製造方法に関する。

現在、半導体レーザ装置の分野において、青紫色（たとえば４０５ｎｍ）の波長領域で発光し得る窒化物半導体レーザ装置が実用化され、高密度光ディスク装置などに搭載されている。一方、青色から緑色といった波長領域で発光し得る窒化物半導体レーザ装置の開発が進められ、半導体レーザ装置を用いた表示装置や環境負荷の少ない照明装置などへの応用が期待されている。

かかる窒化物半導体レーザ装置においては、たとえば、窒化物半導体基板上に組成の異なる複数の窒化物半導体層が積層されているため、窒化物半導体層の組成の違いによる窒化物熱膨張係数や格子定数の違いなどから、窒化物半導体結晶中に歪が生じ、クラックが発生する問題がある。

かかる問題に対して、たとえば、特開２００５−３２２７８６号公報（特許文献１）には、窒化物半導体基板の主面に凹状の掘り込み領域を周期的に形成した加工基板を形成し、その加工基板のその主面上に発光層を含む複数の窒化物半導体層を、クラックが生じさせることなく積層させる方法が記載されている。

図９は、特開２００５−３２２７８６号公報に記載されている加工基板の概略平面図である。ここで、加工基板とは、窒化物半導体基板の一主面に凹状の掘り込み領域が形成された基板をいう。図９を参照して、加工基板１１は、Ｃ面を主面とする窒化物半導体基板の一主面６０に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、［１−１００］方向に沿って形成された溝から構成される掘り込み領域６１と、掘り込まれていない主平面領域６２と、が周期的に形成されている。

すなわち、特開２００５−３２２７８６号公報の窒化物半導体素子は、上記加工基板１０の主面６０上に、たとえば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、ｎ型窒化物半導体層、多重量子井戸活性層、ｐ型窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導層積層体が形成されている。

ここで、特開２００５−３２２７８６号公報には、上記窒化物半導体層積層体を形成する過程において、掘り込み領域６１内の埋め込み具合を一定以下とすることにより、窒化物半導体積層部に発生するクラックの低減と平坦性の向上をさせる方法が記載されている。
特開２００５−３２２７８６号公報

しかしながら、特開２００５−３２２７８６号公報の記載のように、溝状の掘り込み領域が形成された加工基板上に窒化物半導体層積層体を形成すると、主平面領域内では窒化物半導体積層体中の原子が十分なマイグレーションをもって平坦に成長するが、溝付近では原子の十分なマイグレーションが得られないため、溝の端から主平面領域に向かっておおよそ３０μｍの距離で固着し、窒化物半導体層積層体の厚さが意図する厚さより厚くなるエッジグロースと呼ぶ現象が生じる。

このエッジグロースが生じた領域（エッジグロース発生領域）は、歪が内在しやすい。このため、エッジグロース発生領域を基点として、窒化物半導体層積層体の内部にクラックが生じやすいことがわかった。

上記のクラックは、従来の窒化物半導体レーザ装置の製造において、従来の加工基板に窒化物半導体層積層体を形成した従来の窒化物半導体ウエハを水銀ランプで励起したときの発光の状態から観察することができる。図１０に、従来の窒化物半導体ウエハ９５を水銀ランプで励起したときの発光の様子を示す。図１０を参照して、主平面領域６２において、筋状に非発光となっているクラック６９が確認された。しかしながら、結晶成長後の窒化物半導体ウエハの状態で光学顕微鏡を用いて、透過像および反射像で観察してもクラックの発生は確認することは出来なかった。このように、窒化物半導体ウエハにより励起したときに確認されたクラックは、活性層付近に生じた微細なクラックであると考えられ、活性層上にｐ型窒化物半導体層を積層することで埋め込まれ、平坦となってしまうため、光学顕微鏡では確認できないと考えられる。

上記のクラック６９は、溝状の掘り込み領域６１の形成された［１−１００］方向に対して時計回りに約３０°および約１５０°の方向に向かって発生していた。これは、六方晶系の結晶である窒化物半導体の壁開しやすい方向である［１１−２０］方向と結晶何学的に等価な方向と一致している。しかしながら、掘り込み領域６１が形成されている［１−１００］方向に対して、垂直方向の［１１−２０］方向に向かって発生しているクラックは殆ど確認できなかった。これは、少なくとも、クラックの発生しやすい［１１−２０］方向に対して、垂直方向に交わる溝が形成されている加工基板１１を用いることによって、窒化物半導体層積層体に生じる歪の影響を緩和し、クラックの発生を抑制していると考えられる。

窒化物半導体レーザ装置において、直接発光に寄与する活性層に転位やクラックといった欠陥の存在は、電流リークや窒化物半導体レーザ装置の劣化の起因となる。このため、上記クラックの発生が抑制された窒化物半導体レーザの開発が求められている。

上記状況に鑑みて、本発明は、窒化物半導体レーザ装置の製造において上記クラックの発生を防止することができる加工基板ならびに窒化物半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、一主面を有する窒化物半導体層を含む基板の主面に、窒化物半導体層の［１−１００］方向に沿って形成されている１つ以上の溝から構成される掘り込み領域と、掘り込み領域以外の主平面領域とを有し、掘り込み領域の両側面と主平面領域との境界線は、［１−１００］方向に対して、時計回りに５５°以上６５°以下の傾き角を有する方向に伸びる複数の第１方向の辺と、時計回りに１１５°以上１２５°以下の傾き角を有する方向に伸びる複数の第２方向の辺と、を含む加工基板である。

本発明にかかる加工基板は、第１の方向の複数の辺と第２の方向の複数の辺との複数の交点および交点の近傍の形状を円弧状とすることができる。また、境界線は、［１−１００］方向に対して−５°以上５°以下の傾き角を有する方向に伸びる第３方向の複数の辺をさらに含むことができる。ここで、第３の方向の複数の辺と第１の方向の複数の辺および第２の方向の複数の辺との複数の交点および交点の近傍の形状を円弧状とすることができる。

また、本発明にかかる加工基板は、掘り込み領域の中心線から一方の境界線の最も遠い点までの距離と、中心線から他方の境界線の最も遠い点までの距離との和を１５μｍ以上とし、掘り込み領域の中心線から一方の境界線の最も近い点までの距離と、中心線から他方の境界線の最も近い点までの距離との和を３μｍ以上とすることができる。また、掘り込み領域の中心線から一つの境界線の最も遠い点までの距離と、中心線からその一つの境界線の最も近い点までの距離との差を３μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。

また、本発明は、上記の加工基板と、その加工基板上に形成されている窒化物半導体層積層体とを含む窒化物半導体レーザ装置である。

また、本発明は、上記の加工基板を用いた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、上記加工基板を準備する工程と、その加工基板の主面上に掘り込み領域を埋め込まないように複数の窒化物半導体層を積層させて窒化物半導体層積層体を形成する工程と、を備える窒化物半導体レーザ装置の製造方法である。

本発明によれば、主面に形成されている１つ以上の溝から構成される掘り込み領域と掘り込み領域以外の主平面領域とを有する加工基板において、掘り込み領域の両側面と主平面領域との境界線が、クラックの発生しやすい方向に対して８５°以上９５°以下の角で交わる複数の辺を含むことにより、主平面領域上に形成される窒化物半導体層積層体におけるクラックの発生を防止できる。したがって、かかる加工基板を用いることにより、クラックの発生が極めて少ない窒化物半導体レーザ装置が得られる。

（実施形態１）
本発明にかかる加工基板の一実施形態は、図１〜図４を参照して、一主面６０を有する窒化物半導体層を含む基板１０の主面６０に、窒化物半導体層の［１−１００］方向に沿って形成されている１つ以上の溝６６から構成される掘り込み領域６１と掘り込み領域以外の主平面領域６２とを有し、掘り込み領域６１の両側面と主平面領域６２との境界線は、［１−１００］方向に対して、時計回りに５５°以上６５°以下の傾き角を有する方向に伸びる第１方向の複数の辺Ａ１と、時計回りに１１５°以上１２５°以下の傾き角を有する方向に伸びる第２方向の複数の辺Ａ２と、を含む加工基板１１である。

本実施形態によれば、掘り込み領域６１の両側面と主平面領域６２との境界線６５が、クラックの発生しやすい方向（具体的には、図１０に示されるように［１−１００］方向に対して時計回りに約３０°および約１５０°の方向）に対して８５°以上９５°以下の角度で交わる複数の辺Ａ１およびＡ２を含むことにより、主平面領域６２上に形成される窒化物半導体層積層体におけるクラックの発生を防止できる。ここで、図１〜図４より明らかなように、［１−１００］方向と、［１１−２０］方向および［０００１］方向は互いに直交している。

本実施形態の加工基板１１は、一主面６０を有する窒化物半導体層を含むものであれば特に制限はなく、基板全体が窒化物半導体層である窒化物半導体基板であっても、異種基板上に一主面を有する窒化物半導体層を含む基板であってよい。

ここで、窒化物半導体とは、窒化物を主成分として含み六方晶系の結晶構造を有する半導体、具体的には、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などをいう。なお、本願において、窒化物半導体には、六方晶系の結晶構造が維持される限り、半導体を構成するＮ原子の約２０％以下がＡｓ、ＰおよびＳｂの少なくともいずれかの原子に置換されているものを含む。また、窒化物半導体中にＳｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅの少なくともいずれかの原子がドーピングされてもよい。ｎ型窒化物半導体としては、上記ドーピング原子のうちでも、Ｓｉ、Ｏ、およびＣｌが特に好ましい。また、異種基板とは、上記窒化物半導体以外の化学組成を含む基板をいい、たとえば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板またはＧａＡｓ基板などが挙げられる。

本実施形態の加工基板１１は、図１〜図４を参照して、主面６０に、窒化物半導体層の［１−１００］方向に沿って形成されている１つ以上の溝６６から構成される掘り込み領域６１と掘り込み領域以外の主平面領域６２とを有する。すなわち、掘り込み領域６１は、図２に示すように１つの溝６６で構成されていても、図３に示すように複数の溝で構成されていてもよい。掘り込み領域が複数の溝で構成される場合、ｎ本（ｎは２以上の整数）の溝６６と隣り合う溝の間のｎ−１本の溝間平面６７によって構成されていてもよい。

また、主面６０における掘り込み領域６１のピッチＰは、隣り合う掘り込み領域６１の間の主平面領域６２上に、少なくとも１本以上のリッジストライプなどの電流狭窄構造が形成できて、窒化物半導体レーザ装置として特性が得られる幅であれば特に制限はないが、かかる観点から１００μｍ以上８００μｍ以下が好ましく、２００μｍ以上４００μｍ以下がより好ましい。

また、掘り込み領域６１の深さＤは、特に制限はないが、１．５μｍ以上２０μｍ以下が望ましい。ここで、掘り込み領域６１が複数の溝のより構成されていてこれらの溝の深さが異なる場合は、最も浅い溝の深さが１．５μｍ以上であり、最も深い溝の深さが２０μｍ以下であることが好ましい。深さＤが１．５μｍ未満である場合には、加工基板１１の主面６０に複数の窒化物半導体層を積層させて窒化物半導体層積層体を形成する際に埋め込み領域６１の埋め込みが具合が進行し、クラックの発生を抑制することができなくなるためである。また、深さＤが２０μｍを超える場合、窒化物半導体ウエハから窒化物半導体レーザ装置に加工する工程において、たとえば、ウエハにレジストを均等に塗布しにくいことや、窒化物半導体ウエハを薄くするための研削および研磨工程などでウエハが割れてしまうなどの不都合が生じやすくなるためである。ここで、窒化物半導体ウエハとは、加工基板の主面上に窒化物半導体層積層体が形成された後であってチップに分割される前の状態のウエハをいう。

また、加工基板が異種基板上に一主面を有する窒化物半導体層を含む基板の場合には、掘り込み領域６１の深さＤは、窒化物半導体層の厚さに比べて、大きくても同じであっても小さくてもよい。ただし、主平面領域６２上に形成される窒化物半導体層積層体の結晶性を高める観点からは、掘り込み領域６１の溝６６の底面も窒化物半導体層内であること、すなわち、掘り込み領域６１の深さＤは、窒化物半導体層の厚さよりも小さいことが好ましい。

また、１つ以上の溝６６から構成される掘り込み領域６１における溝６６の横断面形状は、順メサ形状、逆メサ形状、矩形状のいずれであってもよい。

本実施形態の加工基板１１は、図１および図４を参照して、掘り込み領域６１の両側面と主平面領域６２との境界線は、［１−１００］方向に対して、時計回りに５５°以上６５°以下の傾き角を有する方向に伸びる複数の第１方向の辺Ａ１と、時計回りに１１５°以上１２５°以下の傾き角を有する方向に伸びる複数の第２方向の辺Ａ２と、を含む。すなわち、本実施形態の加工基板１１の掘り込み領域６１の境界線６５は、図４に示すように、複数の第１方向の辺Ａ１と複数の第２方向の辺Ａ２とを含むため、波状の形状となる。加工基板１１の掘り込み領域６１の境界線６５が複数の第１方向の辺Ａ１と複数の第２方向の辺Ａ２とを含むことにより、上記クラックの発生を防止することができる。

また、上記クラックの発生をよりよく防止する観点から、上記境界線６５は、［１−１００］方向に対して−５°以上５°以下の傾き角を有する方向に伸びる複数の第３方向の辺Ａ３をさらに含むことが好ましい。

窒化物半導体は、基本的に六方晶系の結晶であるため、［１１−２０］方向に沿って壁開性がある。このため、図６を参照して、上記加工基板１１上に複数の窒化物半導体層を積層させて窒化物半導体層積層体１２を形成すると、窒化物半導体層積層体１２内部の歪の影響などを受けて［１１−２０］方向およびその方向と結晶幾何学的に等価な方向に向かってクラックが発生しやすい。

ここで、図４を参照して、［１１−２０］方向が、（０００１）面上で［１−１００］方向を時計回りに９０°回転させた方向であることから、［１１−２０］方向およびその方向と結晶幾何学的に等価な方向には、（０００１）面上において［１−１００］方向に対して時計回りに約３０°、約９０°（この方向が［１１−２０］方向に相当する。）および約１５０°の傾き角を有する方向が含まれる。

［１１−２０］方向およびその方向と結晶幾何学的に等価な方向に向かって伸びるクラックの発生を防止するために、本発明者らは、これらの方向に対してほぼ垂直に（たとえば８５°以上９５°以下の角度で）交わる辺を含む境界線を有する掘り込み領域６１を形成した加工基板１１上に窒化物半導体層積層体を形成することにより、窒化物半導体層積層体中に発生する歪を緩和することが有効であることを見出した。

すなわち、本発明者らは、図４を参照して、クラックの発生しやすいＮ１方向（［１−１００］方向に対して時計回りに約１５０°の傾き角を有する方向）、Ｎ２方向（［１−１００］方向に対して時計回りに約３０°の傾き角を有する方向）およびＮ３方向（［１−１００］方向に対して時計回りに約９０°の傾き角を有する方向）に対して、それぞれほぼ垂直に（たとえば、８５°以上９５°以下の角で）交わる第１方向の複数の辺Ａ１（［１−１００］方向に対して時計回りに５５°以上６５°以下の傾き角を有する複数の辺）、第２方向の複数の辺Ａ２（［１−１００］方向に対して時計回りに１１５°以上１２５°以下の傾き角を有する複数の辺）」および第３方向の複数の辺Ａ３（［１−１００］方向に対して−５°以上５°以下の傾き角を有する複数の辺）を含む境界線６５を有する掘り込み領域が形成された加工基板を準備し、その加工基板１１の主面６０上に窒化物半導体層積層体１２を形成することにより、窒化物半導体層積層体１２中に発生する歪が緩和され、クラックの発生が抑制されることを見出した。

したがって、境界線６５に含まれる第１方向の複数の辺Ａ１によりＮ１方向に伸びるクラックの発生を防止し、第２方向の複数の辺Ａ２によりＮ２方向に伸びるクラックの発生を防止し、第３方向の複数の辺Ａ３によりＮ３方向に伸びるクラックの発生を防止することができる。このような意味で、辺Ａ１、Ａ２およびＡ３をクラック防止辺とも呼ぶ。

また、境界線６５において、第１方向の複数の辺Ａ１と第２方向の複数の辺Ａ２との複数の交点およびそれらの交点の近傍８６ａ、第３方向の複数の辺Ａ３と第１方向の辺Ａ１との複数の交点およびそれらの交点の近傍８６ｃ、ならびに第３方向の複数の辺Ａ３と第２の方向の複数の辺Ａ２との複数の交点およびそれらの交点の近傍８６ｂの形状が円弧状であることが好ましい。かかる交点およびそれらの交点の近傍８６が角状である場合は、角の頂点がクラックの起点となりやすいからである。

また、図４を参照して、本実施形態の加工基板１１において、掘り込み領域６１の中心線６４から一方の境界線６５ａの最も遠い点６５ａｆまでの距離と、中心線６４から他方の境界線６５ｚの最も遠い点６５ｚｆまでの距離との和（以下、中心線から２つの遠点までの距離の和Ｌ１ともいう。）は、１５μｍ以上であることが好ましい。かかる中心線から２つの遠点までの距離の和Ｌ１が１５μｍ未満の場合は、加工基板１１上に窒化物半導体層積層体を形成する際に、掘り込み領域６１が埋め込まれやすく、掘り込み領域６１の埋め込みが一定以上進行してしまうと、クラックの発生を防止する効果が得られなくなるためである。

また、掘り込み領域６１の中心線６４から一つの境界線６５ａの最も遠い点６５ａｆまでの距離と、中心線６４から上記の一つの境界線６５ａの最も近い点６５ａｎまでの距離との差（以下、遠点と近点との距離の差Ｌ２ともいう。）は、３μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。遠点と近点との距離の差Ｌ２が２μｍ未満の場合は、掘り込み領域６１のクラック防止辺Ａ１，Ａ２，Ａ３の交点および交点の近傍８６から掘り込み領域６１が埋め込まれ始め、交点および交点の近傍８６の形状（好ましくは円弧状）が崩れてしまうため、クラックの発生を防止することが困難となる。また、遠点と近点との距離の差Ｌ２が５０μｍを超えると、主平面領域６２上に形成される窒化物半導体層積層体１２の最上層の主面の平坦性が低下する。かかる観点から、遠点と近点との距離の差Ｌ２は、３０μｍ以下が望ましい。

また、掘り込み領域６１の中心線６４から一方の境界線６５ａの最も近い点６５ａｎまでの距離と、中心線６４から他方の境界線６５ｚの最も近い点６５ｚｎまでの距離との和（以下、中心線から２つの近点までの距離の和Ｌ３）は３μｍ以上であることが好ましい。中心線から２つの近点までの距離の和Ｌ３が３μｍ以上の場合は、窒化物半導体層積層体を形成する際に、掘り込み領域６１が埋め込まれやすく、掘り込み領域６１の埋め込みが一定以上進行してしまうと、クラックの発生を防止する効果が得られなくなるためである。

なお、加工基板１１の主面６０の掘り込み領域６１が複数の溝６６により構成されている場合は、それらの溝６６の間の溝間平面６７とそれらの溝６６の側面との溝間境界線６３は、直線状であってもよく、境界線６５と同様の形状であってもよい。

本実施形態の加工基板を製造する方法には、特に制限はないが、たとえば以下の方法によって製造することができる。図１を参照して、加工基板１１の製造には、（０００１）面（Ｃ面）を主面とするｎ型ＧａＮ基板（基板１０）を用いることができる。まず、ｎ型ＧａＮ基板（基板１０）の主面６０上に、マスク層としてＳｉＯ₂層、ＳｉＮ_x層などを蒸着する。本実施形態においては、ｎ型ＧａＮ基板の主面上にＳｉＯ₂層をする。マスク層は、以下のリソグラフィ技術およびエッチング技術に適用できるものであれば、上記ＳｉＯ₂層、ＳｉＮ_x層に限定されるものではない。また、蒸着方法は、電子ビーム蒸着法、スパッタ蒸着法などを用いることができる。また、マスク層の形成は蒸着法に限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法などでも構わない。

次に、このＳｉＯ₂層上に、レジスト材を塗布し通常のリソグラフィ技術を用いて、［１−１００］方向に沿って波状の開口部をもつレジストパターンを形成する。次にＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)などによるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術を用い、レジストパターンの開口部のＳｉＯ₂膜をｎ型ＧａＮ基板に到達するまでエッチングする。

次に、ｎ型ＧａＮ基板上に残ったレジストを除去し、エッチングされずに残ったＳｉＯ₂層をマスクとして用い、ｎ型ＧａＮ基板（基板１０）をエッチングすることで、溝６６で構成される掘り込み領域６１を形成する。その後、ＨＦ（フッ酸）などのエッチャントを用いて、残っているＳｉＯ₂層を除去し、［１−１００］方向に沿って延在する掘り込み領域６１が形成された加工基板１１が得られる（図１を参照）。なお、本実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板に掘り込み領域６１の形成にＲＩＥ技術を用いているが、この方法に限定されるものではなく、ウエットエッチング技術などを用いてもよい。

また、本実施形態の加工基板１１は、上述のようにｎ型ＧａＮ基板の主面６０に、直接、掘り込み領域６１を形成しているが、ｎ型ＧａＮ基板もしくは異種基板の主面上に、ＧａＮ、Ｇａ_pＩｎ_1-pＮ（０≦ｐ≦１）、Ａｌ_qＧａ_1-qＮ（０≦ｑ≦１）、Ａｌ_sＧａ_tＩｎ_1-s-tＮ（０≦ｓ、０≦ｔ、ｓ＋ｔ≦１）などの窒化物半導体の層を成長させた後に掘り込み領域６１を形成してもよい。

（実施形態２）
本発明にかかる窒化物半導体レーザ装置の一実施形態は、図５〜図７を参照して、実施形態１の加工基板１１と、加工基板１１上に形成されている窒化物半導体層積層体１２とを含む。本実施形態の窒化物半導体レーザ装置は、実施形態１の加工基板１１上に窒化物半導体層積層体１２が形成されているため、加工基板１１の主平面領域６２上の窒化物半導体層積層体中のクラックの発生が抑制されている。このため、図５に示す加工基板１１上に窒化物半導体層積層体１２が形成されている窒化物半導体ウエハを水銀ランプで励起した発光パターンを蛍光顕微鏡で観察すると、図１０のような筋上の非発光部分（これがクラックに相当する）はほとんど見られない。

本実施形態の窒化物半導体レーザ装置は、加工基板１１の主面６０上に窒化物半導体層積層体１２が形成されている。ここで、図６を参照して、窒化物半導体層積層体１２は、たとえば、加工基板１１側から順に、厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮ下地層１２１、厚さ２μｍのｎ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層１２２、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層１２３、厚さ１００ｎｍの量子井戸活性層１２４、厚さ０．０２μｍのアンドープのＧａＮ中間層１２５、厚さ０．０２μｍのｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック層１２６、厚さ０．６μｍのｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層１２７、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１２８で構成されている。さらに、図７を参照して、この窒化物半導体層積層体１２の上部には、［１−１００］方向に沿ってレーザ光導波路であるリッジストライプ１６が形成されている。このリッジストライプ１６は、ｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層１２７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２８で構成されている。

ここで、図５および図７を参照して、加工基板１１の境界線６５から主平面領域内におおよそ３０μｍの領域では、窒化物半導体層積層体１２中の原子が溝６６へ流れ込みにくく、原子のマイグレーションが十分に得られないため、窒化物半導体層積層体の厚さが他の領域に比べて０．５μｍ〜１μｍ程度厚くなっている。かかる領域をエッジグロース発生領域６２ｅと呼ぶ。このエッジグロース発生領域６２ｅにおいては、窒化物半導体層積層体１２の化学組成および厚さの制御が困難であり、また表面が平坦でない。このため、エッジグロース発生領域６２ｅ内にリッジストライプ１６が形成されると、リッジストライプ１６の形状が一定とはならず、信頼性の高い窒化物半導体レーザ装置が得られない。

したがって、リッジストライプ１６が形成される位置は、加工基板１１の境界線６５から３０μｍ以上離れた主平面領域６２内の領域上、すなわち主平面領域６２からエッジグロース発生領域６２ｅを除いた領域上であることが好ましい。すなわち、主平面領域６２内のリッジストライプ形成領域６２ｓと境界線６５との最短距離Ｌ４が３０μｍ以上であることが好ましい。

このリッジストライプ１６の頂部が露出するように、誘電体膜１３が形成されている。また、リッジストライプ１６および誘電体膜１３を被覆するようにｐ側電極１４が形成されている。また、加工基板１１の裏主面（掘り込み領域が形成されていない主面をいう。）上にｎ側電極１５が形成されている。

リッジストライプ１６が伸びる共振器方向（［１−１００］方向：図７および図８を参照））に対して垂直な両面（（１−１００）面）に共振器端面が形成されている。このとき、共振器長は、たとえば６００μｍである。この２つの共振器端面に、たとえば反射率７０％のＳｉＯ₂およびＴｉＯ₂からなる誘電体膜を交互に蒸着された誘電体多層反射膜が形成されている。なお、２つの共振器端面のうち、１つの共振器面はレーザ出射面であり、このレーザ出射面に形成される誘電体多層反射膜の反射率はたとえば５％である。また、他方の共振器端面はレーザ反射面であり、このレーザ反射面に形成される誘電体多層反射膜の反射率はたとえば９５％である。なお、反射率については、これらに限定されない。また、誘電体膜材料としては、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂に限定されるものではなく、たとえば、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃などを用いても構わない。

（実施形態３）
本発明にかかる窒化物半導体レーザ装置の製造方法の一実施形態は、図５〜図７を参照して、実施形態１の加工基板を用いた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、加工基板１１を準備する工程と、加工基板１１の主面６０上に、掘り込み領域６１を埋め込まないように、複数の窒化物半導体層を積層させて窒化物半導体層積層体１２を形成する工程とを備える。

本実施形態の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、図５を参照して、実施形態１の加工基板１１を準備する工程を備える。この加工基板１１を準備する工程においては、図１〜図４を参照して、たとえば実施形態１に示したようにして、一主面６０を有する窒化物半導体層を含む基板１０の主面６０に、窒化物半導体層の［１−１００］方向に沿って１つ以上の溝６６を形成することにより、かかる溝６６から構成される掘り込み領域６１と、掘り込み領域以外の主平面領域６２とを有する実施形態１の加工基板１１が得られる。

本実施形態の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、図５を参照して、加工基板１１の主面６０上に、掘り込み領域６１を埋め込まないように、複数の窒化物半導体層を積層させて窒化物半導体層積層体１２を形成する工程を備える。加工基板１１上に窒化物半導体層積層体１２を形成することにより、加工基板１１の主平面領域６２上の窒化物半導体層積層体１２中にクラックが発生するのを防止することができる。

ここで、窒化物半導体レーザ装置の製造において窒化物半導体層積層体１２の形成方法は、特に制限はないが、たとえば、図５および図６を参照して、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法を用いて、加工基板１１の主面６０上に、厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮ下地層１２１、厚さ２μｍのｎ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層１２２、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層１２３、厚さ１００ｎｍの量子井戸活性層１２４、厚さ０．０２μｍのアンドープのＧａＮ中間層１０５、厚さ０．０２μｍのｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック層１２６、厚さ０．６μｍのｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層１２７、および厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１２８を順次積層する。

このようにして、図５に示すように、加工基板１１の主面６０上に窒化物半導体層積層体１２が形成された窒化物半導体ウエハ５０が形成される。かかる窒化物半導体ウエハを水銀ランプで励起した発光パターンを蛍光顕微鏡で観察すると、図１０のような筋上の非発光部分（これがクラックに相当する）はほとんど見られなかった。

次に、以下のようにして、窒化物半導体ウエハ５０から窒化物半導体レーザ装置７０が製造される。

窒化物半導体ウエハ５０の加工基板１１の主平面領域６２上の窒化物半導体層積層体１２の上部に、［１−１００］方向に沿ってレーザ光導波路であるリッジストライプ１６を形成する。具体的には、ｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層１０７とｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の一部とをメソエッチングして、ｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層１０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８で構成され［１−１００］方向に伸びるリッジストライプ１６を形成する。

ここで、図５および図７を参照して、加工基板１１の境界線６５から主平面領域内におおよそ３０μｍの領域は、窒化物半導体層積層体１２中の原子が溝６６へ流れ込みにくく、原子のマイグレーションが十分に得られないため、窒化物半導体層積層体の厚さが他の領域に比べて０．５μｍ〜１μｍ程度厚くなるエッジグロース発生領域６２ｅである。このエッジグロース発生領域６２ｅにおいては、窒化物半導体層積層体１２の化学組成および厚さの制御が困難であり、また表面が平坦でない。このため、エッジグロース発生領域６２ｅ内にリッジストライプ１６を形成しても、リッジストライプ１６の形状が一定とはならず、信頼性の高い窒化物半導体レーザ装置が得られない。

したがって、リッジストライプ１６を形成する位置は、加工基板１１の境界線６５から３０μｍ以上離れた主平面領域６２内の領域上、すなわち主平面領域６２からエッジグロース発生領域６２ｅを除いた領域上であることが好ましい。すなわち、主平面領域６２内のリッジストライプ形成領域６２ｓと境界線６５との最短距離Ｌ４が３０μｍ以上であることが好ましい。

次に、図７を参照して、このリッジストライプ１６の頂部が露出するように、誘電体膜１３を形成する。次に、リッジストライプ１６および誘電体膜１３を被覆するようにｐ側電極１４を形成する。また、加工基板１１の裏主面（掘り込み領域が形成されていない主面をいう。）上にｎ側電極１５を形成する。

このようにして得られた窒化物半導体レーザウエハを、リッジストライプ１６が伸びる共振器方向（［１−１００］方向：図７および図８を参照））に対して垂直な面である（１−１００）面で劈開を実施し、２つの共振器端面を形成する。このとき、共振器長はたとえば６００μｍとする。この共振器端面を形成する工程によって、図８に示すような窒化物半導体レーザバーが製造される。この工程で行われる劈開は、ウエハの裏面にダイヤモンドペンなどによって罫書き線（スクライブライン）が生成された後、ウエハに適宜力が加えられることで、実施される。また、ウエハの一部、たとえば、ウエハのエッジ部分にのみダイヤモンドペンによって罫書きが成された後、これを起点に劈開してもよい。また、エッチングによって共振器端面を形成してもよい。

次に、窒化物半導体レーザバーの共振器端面の両面に、反射率７０％のＳｉＯ₂およびＴｉＯ₂からなる誘電体膜を交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成する。なお、形成された二つの共振器端面のうち、一つの共振器面はレーザ出射面とし、このレーザ出射面に形成される誘電体多層反射膜の反射率をたとえば５％とする。また、他方の共振器端面はレーザ反射面とし、このレーザ反射面に形成される誘電体多層反射膜の反射率をたとえば９５％とする。なお、反射率については、これらに限定されるものではない。また、誘電体膜材料としては、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂に限定されるものではなく、たとえば、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃などを用いても構わない。

窒化物半導体レーザバーをリッジストライプ１６に平行な方向（［１−１００］方向）に沿って分割することで、個々にチップ化された窒化物半導体レーザ装置が得られる。このとき、バーのｎ側電極１５が形成された面を上にして、ステージ上に得られたバーを置き、光学顕微鏡を用いて、キズ入れ位置をアライメントし、バーの裏面にダイヤモンドカッタなどで罫書き線２１を入れる。そして、バーに適宜力を加え、罫書き線２１に沿ってバーを分割することで、チップ化された窒化物半導体レーザ装置が得られる。本方法はスクライビング法と言われるものである。

ここで、罫書き線２１の位置は、上述のように掘り込み領域６１の中央付近に作製されたが、チップ化された窒化物半導体レーザ装置に掘り込み領域６１が含まれないように掘り込み領域６１を外した位置に罫書き線２２を形成して、チップ分割を行ってもかまわない。

チップ分割工程は、上記のスクライビング法以外に、たとえば、ワイヤーソーもしくは薄板ブレードを用いてキズ入れまたは切断を行うダイシング法、エキシマレーザなどのレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部に生じさせたクラックをスクライブラインとするレーザスクライブ法、高エネルギー密度のレーザ光を照射し蒸発させることで溝入れ加工を行うレーザアブレーション法などを用いても構わない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の窒化物半導体レーザ装置は、光ディスク装置のピックアップや、蛍光体と組み合わせた照明装置、レーザ光を用いた表示装置に好適に利用することができる。

本発明にかかる加工基板の一実施形態を示す概略平面図である。 図１のＩＩ方向における概略断面図である。 本発明にかかる加工基板の他の実施形態を示す概略断面図である。 図１のＩＶ部分の拡大図である。 本発明における窒化物半導体ウエハの一実施形態を示す概略断面図である。 図５のＶＩ部分の拡大図である。 本発明にかかる窒化物半導体装置の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明における窒化物半導体レーザバーの一実施形態を示す概略平面図である。 従来の加工基板の例を示す概略平面図である。 従来の窒化物半導体ウエハを水銀ランプで励起したときの発光の様子を示す概略平面図である。

符号の説明

１０ 基板、１１，９１ 加工基板、１２ 窒化物半導体層積層体、１３ 誘電体膜、１４ ｐ側電極、１５ ｎ側電極、１６ リッジストライプ、２１，２２ 罫書き線、５０，９５ 窒化物半導体ウエハ、６０ 主面、６１ 掘り込み領域、６２ 主平面領域、６２ｅ エッジグロース発生領域、６２ｓ リッジストライプ形成領域、６３ 溝間境界線、６４ 中心線、６５，６５ａ，６５ｂ 境界線、６５ａｆ，６５ｚｆ 最も遠い点、６５ａｎ，６５ｚｎ 最も近い点、６６ 溝、６７ 溝間平面、６９ クラック、７０ 窒化物半導体レーザ装置、８０ 半導体レーザバー、８６，８６ａ，８６ｂ，８６ｃ 交点および交点の近傍、１２１ ｎ型ＧａＮ下地層、１２２ ｎ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層、１２３ ｎ型ＧａＮ光ガイド層、１２４ 量子井戸活性層、１２５ アンドープのＧａＮ中間層、１２６ ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎキャリアブロック層、１２７ ｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層、１２８ ｐ型ＧａＮコンタクト層。

Claims (8)

1. 一主面を有する窒化物半導体層を含む基板の前記主面に、前記窒化物半導体層の［１−１００］方向に沿って形成されている１つ以上の溝から構成される掘り込み領域と、前記掘り込み領域以外の主平面領域と、を有し、
   前記掘り込み領域の両側面と前記主平面領域との境界線は、前記［１−１００］方向に対して、時計回りに５５°以上６５°以下の傾き角を有する方向に伸びる第１方向の複数の辺と、時計回りに１１５°以上１２５°以下の傾き角を有する方向に伸びる第２方向の複数の辺と、を含む加工基板。
2. 前記第１の方向の複数の辺と前記第２の方向の複数の辺との複数の交点および前記交点の近傍の形状が、円弧状である請求項１に記載の加工基板。
3. 前記境界線は、前記［１−１００］方向に対して−５°以上５°以下の傾き角を有する方向に伸びる第３方向の複数の辺をさらに含む請求項１に記載の加工基板。
4. 前記第３の方向の複数の辺と前記第１の方向の複数の辺および第２の方向の複数の辺との複数の交点および前記交点の近傍の形状が円弧状である請求項３に記載の加工基板。
5. 前記掘り込み領域の中心線から一方の前記境界線の最も遠い点までの距離と、前記中心線から他方の前記境界線の最も遠い点までの距離との和が１５μｍ以上であり、
   前記掘り込み領域の中心線から一方の前記境界線の最も近い点までの距離と、前記中心線から他方の前記境界線の最も近い点までの距離との和が３μｍ以上である請求項１から請求項３までのいずれかに記載の加工基板。
6. 前記掘り込み領域の中心線から一つの前記境界線の最も遠い点までの距離と、前記中心線から前記一つの前記境界線の最も近い点までの距離との差が３μｍ以上５０μｍ以下である請求項１から請求項４までのいずれかに記載の加工基板。
7. 請求項１から請求項６までのいずれかの加工基板と、前記加工基板上に形成されている窒化物半導体層積層体とを含む窒化物半導体レーザ装置。
8. 請求項１から請求項６までのいずれかの加工基板を用いた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、
   前記加工基板を準備する工程と、
   前記加工基板の前記主面上に、前記掘り込み領域を埋め込まないように、複数の窒化物半導体層を積層させて窒化物半導体層積層体を形成する工程と、を備える窒化物半導体レーザ装置の製造方法。

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