JP2009218284A - 窒化物半導体レーザを作製する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザキャビティの向きづけを容易に行うことが可能であり、非極性または半極性ウエハを用いて、窒化物半導体レーザを製造する方法を提供する。
【解決手段】六方晶系窒化ガリウム半導体からなる結晶体２とマーカー構造物３とを有する基板体１を準備した後に、マーカー構造物３に交差する平面に沿って基板体１を切断して、第１のマーカー７を有する六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハ５を形成する。この後に、窒化ガリウム系半導体層を含むと共に第２のマーカー２７を有する半導体積層２０を形成する。次いで、第２のマーカー２７の向きに合わせて設けられた開口２５ａを有する絶縁膜２５を形成する。さらに、絶縁膜２５及び半導体積層２０上に電極２８を形成して、基板生産物４０を形成する。基板生産物４０を劈開面で劈開する。
【選択図】図３

Description

本発明は、窒化物半導体レーザを作製する方法に関する。
非特許文献１には、非極性ｍ面窒化ガリウム基板上に形成された青色レーザダイオードが記載されている。発振波長は４５１．８ｎｍであり、閾値電流は１３４ｍＡである。レーザダイオードは、ＩｎＧａＮ量子井戸構造と、ｐ型のＧａＮ又はＩｎＧａＮ光ガイド層と、ｎ型のＧａＮ又はＩｎＧａＮ光ガイド層と、Ａｌ含有のクラッド層とを含む。
Kuniyosi OKAMOTO et.al, "Pure Blue Laser Diodes Based on Nonpolarm-plane Gallium Nitride with InGaN Waveguiding Layers", Japanese Journal of AppliedPhysics, Vol.46, No.35, 2007, p.L820-L822
非極性ＧａＮ基板及び半極性ＧａＮ基板上に作製された半導体レーザの研究が盛んである。この発光素子のための非極性ＧａＮ基板及び半極性ＧａＮ基板は、例えば以下のように作製される。厚く成長したＧａＮ結晶を切断して、微小なＧａＮ半導体片を形成する。このＧａＮ半導体片は所望のＧａＮ結晶面を有している。
次に、ＧａＮ半導体片上には、半導体レーザのための半導体積層が成長される。半導体レーザのための電極といった構造物を半導体積層及び半導体片上に作製した後に、半導体片上を劈開してレーザキャビティのための劈開面を作製する。半導体レーザのための光導波路は、レーザキャビティに対して向きづけされていなければならない。これ故に、例えばＸ線回折等により半導体片の面方位を特定することが必要である。例えば半導体片のエッジの向きを参照しながら、光導波路の向きづけは行われる。半導体片は、上記のようなに作製されるので、半導体片のエッジの向きは半導体片毎に異なる。また、エッジの向きを参照しながら光導波路の向きづけことは容易ではなく、向きづけの誤差の管理もできない。
上記のＧａＮ半導体片は、所望のＧａＮ結晶面を有するけれども、ＧａＮ半導体片の作成は、レーザキャビティの向きづけに関しては考慮されていない。また、半導体片を形成するためのＧａＮ厚膜の作成も、レーザキャビティの向きづけに関しては考慮されていない。
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、レーザキャビティの向きづけを容易に行うことが可能であり、非極性または半極性ウエハを用いて、窒化物半導体レーザを製造する方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、窒化物半導体レーザを作製する方法である。この方法は、（ａ）六方晶系窒化ガリウム半導体からなる結晶体と、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸の方向に延びる所定の軸に交差する主面及び裏面と、複数のマーカー構造物とを有する基板体を準備する工程と、（ｂ）前記複数のマーカー構造物に交差する平面に沿って前記基板体を切断して、主面及び裏面と複数の第１のマーカーとを有する六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハを形成する工程と、（ｃ）半導体レーザのための複数の窒化ガリウム系半導体層を含むと共に、前記第１のマーカーに沿って延びる第２のマーカーを有する半導体積層を形成する工程と、（ｄ）前記第２のマーカーの向きに合わせて設けられた開口を有する絶縁膜を前記半導体積層上に形成する工程と、（ｅ）前記絶縁膜を形成した後に、前記絶縁膜及び前記半導体積層上に電極を形成して、基板生産物を形成する工程と、（ｆ）前記電極を形成した後に、前記基板生産物を前記六方晶系窒化ガリウム半導体の劈開面で劈開する工程とを備える。前記結晶体は前記マーカー構造物の間に設けられ、前記マーカー構造物の各々は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ軸及びｃ軸によって規定される基準面並びに該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ軸及びｃ軸によって規定される基準面のいずれかに沿って前記基板体の前記主面から前記裏面まで延在し、前記第１のマーカーの各々は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面から前記裏面まで延在しており各マーカー構造物の一部からなり、前記複数の窒化ガリウム系半導体層は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの主面上にエピタキシャル成長される。
この方法によれば、基板体は、上記の基準面に沿って延在するマーカー構造物を含むので、マーカー構造物の各々に交差する上記の平面に沿って基板体を切断することによって、第１のマーカーを含むウエハが作製される。上記の基準面が該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ軸及ｃ軸の組或いはａ軸及びｃ軸の組のいずれかによって規定されるので、第１のマーカーの使用により、半導体レーザのレーザキャビティを適切な方向に向きづけできる。
本発明に係る方法では、前記マーカー構造物のための前記基準面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ軸及びｃ軸によって規定されており、前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸の回りに該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ面に対して有限な回転角度で傾斜していることができる。
この方法によれば、非極性ａ面或いは該ａ面から傾斜した面を有するウエハが作製される。ウエハの主面において、第１のマーカーはｃ軸の方向に向いている。
本発明に係る方法では、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ面に対して傾斜しており、前記第１のマーカーの間隔は前記マーカー構造物の間隔よりも大きく、前記基板生産物の劈開面はｃ面であることができる。
この方法によれば、ｃ面の劈開により、レーザキャビティのための劈開面が得られる。また、上記の傾斜により、第１のマーカーの間隔がマーカー構造物の間隔よりも大きくできる。
本発明に係る方法では、前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ面に沿って延びている。この方法によれば、非極性ａ面を有する多数のウエハが得られる。
本発明に係る方法では、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ面であり、前記基板生産物の劈開面はｃ面であることができる。この方法によれば、第１のマーカーはｃ軸の方向に延びている。第１のマーカーを用いて、ｃ面劈開に好適なレーザ構造を作製できる。
本発明に係る方法では、前記マーカー構造物のための前記基準面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ軸及びｃ軸によって規定されており、前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸の回りに該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ面に対して有限な回転角度で傾斜していることができる。
この方法によれば、非極性ｍ面或いは該ｍ面から傾斜した面を有するウエハが作製される。ウエハの主面において、第１のマーカーはｃ軸の方向に向いている。
本発明に係る方法では、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ面に対して傾斜しており、前記第１のマーカーの間隔は、前記マーカー構造物の間隔よりも大きく、前記基板生産物の劈開面はｃ面であることができる。
この方法によれば、ｃ面の劈開により、レーザキャビティのための劈開面が得られる。また、上記の傾斜により、第１のマーカーの間隔がマーカー構造物の間隔よりも大きくできる。
本発明に係る方法では、前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ面に沿って延びている。この方法によれば、非極性ｍ面を有する多数のウエハが得られる。
本発明に係る方法では、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ面であり、前記基板生産物の劈開面はｃ面である。この方法によれば、第１のマーカーはｃ軸の方向に延びている。第１のマーカーを用いて、ｃ面劈開に好適なレーザ構造を作製できる。
本発明に係る方法では、前記基板体は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸の方向に延びる曲面状の側面を有しており、前記平面は、前記基板体の前記主面、前記裏面及び前記側面に交差している。
この方法によれば、基板体の厚みがウエハの一辺の長さに関係しており、基板体の径がウエハの他辺の長さに関係している。
本発明に係る方法では、前記マーカー構造物のための前記基準面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ軸及びｃ軸によって規定されており、前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ面に対して該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ軸の方向に有限な傾斜角度で傾斜している。
この方法によれば、ｍ面から傾斜した半極性面を有するウエハが作製される。ウエハの主面において、第１のマーカーはａ軸の方向に向いている。
本発明に係る方法では、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ面に対して傾斜する半極性面を含み、前記第１のマーカーの間隔は、前記マーカー構造物の間隔よりも大きく、前記基板生産物の劈開面はａ面である。
この方法によれば、ａ面の劈開により、レーザキャビティのための劈開面が得られる。また、上記の傾斜により、第１のマーカーの間隔がマーカー構造物の間隔よりも大きくできる。
本発明に係る方法では、前記マーカー構造物のための前記基準面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ軸及びｃ軸によって規定されており、前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ面に対して該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ軸の方向に有限な傾斜角度で傾斜している。
この方法によれば、ａ面から傾斜した半極性面を有するウエハが作製される。ウエハの主面において、第１のマーカーはｍ軸の方向に向いている。
本発明に係る方法では、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ面に対して傾斜する半極性面を含み、前記第１のマーカーの間隔は、前記マーカー構造物の間隔よりも大きく、前記基板生産物の劈開面はｍ面である。
この方法によれば、ｍ面の劈開により、レーザキャビティのための劈開面が得られる。また、上記の傾斜により、第１のマーカーの間隔がマーカー構造物の間隔よりも大きくできる。
本発明に係る方法では、前記基板体は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸の方向に延びる曲面状の側面を有しており、前記平面は、前記基板体の前記側面に交差している。この方法によれば、非常に大口径のウエハが得られる。また、本発明に係る方法では、前記平面は、前記基板体の前記側面及び前記主面に交差すると共に裏面に交差しない。或いは、本発明に係る方法では、前記平面は、前記基板体の前記側面及び前記裏面に交差すると共に、前記主面に交差しない。この方法によれば、ウエハのサイズは上記のサイズに比べて小さいが、ウエハ作製のために基板体を有効に利用可能である。
本発明に係る方法では、前記傾斜角度は１５度以上であり、前記傾斜角度は７０度以下である。この方法によれば、半極性面の特徴を有する主面のウエハを作製できる。
本発明に係る方法では、前記マーカー構造物は六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、前記基板体は、交互に配列された第１及び第２の領域を含み、前記第１の領域の結晶軸は前記第２の領域の結晶軸と反対向きであり、前記前記マーカー構造物は前記第１の領域を含むことができる。この方法によれば、結晶軸の方向の違いを、マーカーに利用する。
本発明に係る方法では、前記基板体は、交互に配列された第１及び第２の領域を含み、前記第１の領域は、所定の貫通転位密度よりも大きな第１の平均貫通転位密度を有しており、前記第２の領域は、前記所定の貫通転位密度よりも小さい第２の平均貫通転位密度を有しており、前記第１及び第２の領域は、前記基板体の前記主面から前記基板体の前記裏面まで延びており、前記前記マーカー構造物は前記第１の領域を含むことができる。
この方法によれば、デバイスの作製に利用しない高欠陥密度の第１の領域をマーカーとして利用できると共に、低欠陥密度の第２の領域上にデバイスを作製できる。
本発明に係る方法では、前記基板体は、前記基板体の前記主面から前記裏面に延びる側面によって規定される溝を有しており、前記マーカー構造物は前記溝を含むことができる。
この方法によれば、基板体の側面の形状をマーカーに利用できる。
本発明に係る方法では、前記基板体の側面は、前記基板体の前記主面から前記裏面に延びる溝を有しており、前記マーカー構造物は、六方晶系窒化ガリウム単結晶体と異なる多結晶、金属及び絶縁物のうち少なくとも１つからなる部材を含み、前記部材は、前記溝内に設けられると共に前記基板体の前記主面から前記裏面に延びる。
この方法によれば、基板体の側面の溝内の異種部材をマーカーに利用できる。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明によれば、窒化物半導体レーザは非極性または半極性ウエハを用いて窒化物半導体レーザを製造する方法が提供される。この方法では、レーザキャビティの向きづけを容易に行うことが可能である。
以下、実施形態に係る窒化物半導体レーザの製造方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体レーザの製造方法の主要な工程を示すフローチャートである。同図のフローチャート１００に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体レーザの製造方法は、複数のマーカー構造物を有する基板体を準備する工程Ｓ１０１と、基板体を切断して六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハを形成する工程Ｓ１０３と、半導体積層を形成する工程Ｓ１０５と、半導体積層上に開口を有する絶縁膜を形成する工程Ｓ１０７と、電極を形成して基板生産物を形成する工程Ｓ１０９と、基板生産物を劈開する工程Ｓ１１１と、個々のレーザ素子を切り出す工程Ｓ１１３と、を備えている。以下、各工程の詳細について説明する。
（工程Ｓ１０１）
工程Ｓ１０１では、複数のマーカー構造物と結晶体とを有する基板体を準備する。図２は、本実施系形態に係る基板体１を示す模式図である。基板体１は、エピタキシャル成長した六方晶系窒化ガリウム系半導体からなる複数の結晶体２と、複数のマーカー構造物３とを含む。六方晶系窒化ガリウム系半導体は本実施形態においては窒化ガリウム（ＧａＮ）である。また、基板体１は主面１ｘ及び裏面１ｙを有している。この主面１ｘ及び裏面１ｙは、結晶体２のｃ軸の方向に延びる軸と交差しており、好ましくは直交している。また、複数のマーカー構造物３の各々は、結晶体２のａ軸及びｃ軸によって規定される基準面（以下、「ａ−ｃ基準面」という。）に沿っている。複数のマーカー構造物３は、基板体１の主面１ｘから裏面１ｙまで延在している。
結晶体２はマーカー構造物３に沿って延びており、また、主面１ｘから裏面１ｙまで到達している。マーカー構造物３及び結晶体２は、結晶体２のｍ軸の方向に交互に配列されている。マーカー構造物３は、ＧａＮ領域からなり、またＧａＮ領域は所定の貫通転移密度より大きい第１の平均貫通転移密度を有している。また、結晶体２は、所定の貫通転移密度より小さい第２の平均貫通転移密度を有している。マーカー構造物３のＧａＮのｃ軸は、結晶体２のＧａＮのｃ軸と反対向きである。また、所定の貫通転移密度は、例えば１×１０６〜１×１０８ｃｍ―２である。
即ち、基板体１のマーカー構造物３は、結晶欠陥が集中した領域である。このような複数のマーカー構造物３を有する基板体１は、例えば、下地基板上にストライプ状の絶縁膜マスクを形成してから下地基板及び絶縁膜マスク上に結晶体２をエピタキシャル成長させることによって形成することができる。絶縁膜マスク上にマーカー構造物が形成される。基板体１の主面１ｘのエッジ上の２点の距離の最大値は、例えば４５ｍｍ以上である。また、基板体１は、例えば、曲面状の側面を有しており、また、円柱状をなすことができる。
（工程Ｓ１０３）
工程Ｓ１０３では、基板体を切断して六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハを形成する。図３（Ａ）は、基板体から切り出される六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハを示す模式図であり、図３（Ｂ）は基板体から切り出された六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハを示す平面図である。
図３（Ａ）に示すように、本工程においては、基板体１を切断して、ＧａＮウエハ５を切り出す。この際、複数のマーカー構造物３と交差する平面Ｐ１に沿って基板体１を切断装置で切断する。切断装置としては、例えばワイヤーソー等を使用できる。上記平面Ｐ１は、ａ面であることができる。その場合、ＧａＮウエハ５の主面５ｘは非極性面であるので、その上に形成する半導体層のピエゾ分極が減少するという利点がある。あるいは、上記平面Ｐ１は、ｍ面からｃ軸に沿った所定の軸Ａｘ１の周りに角度α１で傾斜した面であることができる。即ち、上記平面Ｐ１は、ｍ面となす角度α１が、鋭角又は鈍角であることができる。その場合、ステップ密度の制御によって、ＧａＮウエハ５の主面５ｘ上に形成する半導体層の表面モフォロジーが良好になるという利点がある。いずれの場合においても、上記平面は、ｍ面に対して有限な回転角度α１で傾斜している。
図３（Ｂ）に示すようなＧａＮウエハ５が切り出される。ＧａＮウエハ５は基板体１をａ面に沿って切断することによって切り出されたものであるので、ＧａＮウエハ５の主面５ｘ及び裏面５ｙはａ面となる。ＧａＮウエハ５は非極性面の主面５ｘを有する。
また、基板体１のマーカー構造物３がａ−ｃ基準面に沿って基板体１の主面１ｘから裏面１ｙまで延在するので、基板体１を複数のマーカー構造物３と交差するａ面に沿って切断して、ＧａＮウエハ５を切り出す。これ故に、ＧａＮウエハ５は、マーカー構造物３の一部からなり、結晶体２のｃ軸の方向に延びる複数の第１のマーカー７を有する。各第１のマーカー７はマーカー構造物３と同様にａ−ｃ基準面に沿って延びると共に、ＧａＮウエハ５の主面５ｘから裏面５ｙまで延在する。
（工程Ｓ１０５）
工程Ｓ１０５では、ＧａＮウエハ５上に半導体レーザのための半導体積層を形成する。図４は、ＧａＮウエハ上に形成された半導体積層の断面を示す模式図である。
ＧａＮウエハ５の主面５ｘ上に、半導体積層２０はＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線成長）法等によってエピタキシャル形成する。半導体積層２０は、半導体レーザのための複数の窒化ガリウム系半導体層を含む。
半導体積層２０は、例えば、ＧａＮウエハ５の主面５ｘ側から順に、下部クラッド層１１、下部ガイド層１３、活性層１５、上部ガイド層１７、電子ブロック層１９、上部クラッド層２１、及びコンタクト層２３となる。活性層１５は例えば、３層の量子井戸層１５ａをバリア層１５ｂで挟んだ構成となる。
下部クラッド層１１：ｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ、厚さ：２μｍ
下部ガイド層１３：材質：Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎアンドープ、厚さ１００ｎｍ
活性層１５：３層の量子井戸層１５ａをバリア層１５ｂで挟んだ構成
量子井戸層１５ａ：Ｉｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ、厚さ３ｎｍ
バリア層１５ｂ：Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ、厚さ：１５ｎｍ
上部ガイド層１７：Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎアンドープ、厚さ１００ｎｍ
電子ブロック層１９：ｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ、厚さ２０ｎｍ
上部クラッド層２１：ｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ、厚さ４００ｎｍ
コンタクト層２３：ｐ型ＧａＮ、厚さ５０ｎｍ
また、ＧａＮウエハ５の第１のマーカー７は、半導体積層２０の成長において引き継がれるので、半導体積層２０は複数の第２のマーカー２７を有する。第２のマーカー２７は、第１のマーカー７と同時に半導体積層２０内に形成された第１の領域であり、第１の領域は、所定の貫通転移密度より大きい転位密度を有する。この第２のマーカー２７は、半導体積層２０のエピタキシャル成長と共に形成されるため、第１のマーカー７に沿って延び、下面２０ｙから上面２０ｘまで到達している。即ち、第２のマーカー２７は、第１のマーカー７と同様にａ−ｃ基準面に沿っている。半導体積層２０の第２のマーカー２７以外の領域は第２の領域であり、第２の領域は所定の貫通転移密度より小さい転位密度を有する。第１の領域と第２の領域は、ｍ軸の方向に交互に配列されている。
（工程Ｓ１０７）
工程Ｓ１０７では、半導体積層上に開口を有する絶縁膜を形成する。図５は、半導体積層上に形成された絶縁膜を示す。
図５に示すように、絶縁膜２５は半導体積層２０上に形成される。絶縁膜２５は、第２のマーカー２７の向きに合わせて設けられた開口２５ａを有する。開口２５ａは第２のマーカー２７が延びるｃ軸方向に沿って延びる。
絶縁膜２５は、例えば以下のようにして形成される。まず半導体積層２０全面にＳｉＯ２等の絶縁膜２５を真空蒸着法等によって例えば１００ｎｍ形成する。その後、絶縁膜２５上にレジストマスクを形成する。レジストマスクは、開口２５ａを形成するためのパターンを有する。具体的には、このパターンは、ｃ軸方向に沿って開口を有する。その後、マスクされていない絶縁膜をエッチングにより取り除く。その後、レジストマスクを除去して、絶縁膜２５が形成される。
（工程Ｓ１０９）
工程Ｓ１０９では、ＧａＮウエハの裏面に下部電極を形成すると共に、半導体積層及び絶縁膜上に上部電極を形成して基板生産物を形成する。
図６は基板生産物の断面構造を示す模式図である。図６に示すように、上部電極２８は絶縁膜２５及び半導体積層２０上に形成される。絶縁層２５はｃ軸方向に向き付けられた開口２５ａを有する。上部電極２８は、開口２５ａを介して半導体積層２０と接触する。上部電極２８もｃ軸方向に沿って延びる。
上部電極２８は、例えばアノード電極であり、例えば真空蒸着法によって形成されたＮｉ／Ａｕの積層体からなる。上部電極２８には、例えば真空蒸着法によって形成されたＴｉ／Ａｕの積層体からなるパッド電極が接続される。
ＧａＮウエハ５に裏面研削を行い、ＧａＮウエハ５の厚さを１００μｍ程度にする。そして、裏面５ｙ全面に下部電極２９を形成する。このように、研削されたＧａＮウエハ５の裏面５ｙに下部電極２９を形成する。この下部電極２９は、例えば、カソード電極であり、例えばＴｉ／Ａｌの積層体からなるｎ電極と、例えば真空蒸着法によって形成されたＴｉ／Ａｕの積層体からなる。このようにして、基板生産物４０が形成される。
（工程Ｓ１１１）
工程Ｓ１１１では、基板生産物４０を劈開する。図７（Ａ）は、基板生産物４０の上面を示す図である。本実施形態においては、ＧａＮのｃ面４１で基板生産物４０を劈開して、レーザバー４０ａを形成する。図７（Ｂ）は、レーザバーを示す図面である。ｃ面４１での基板生産物４０の劈開は、基板生産物４０の表面にｃ面４１の向きに合わせてけがき装置を用いてけがき線を入れ、基板生産物４０に圧力をかけることによって行われる。劈開面は、窒化物半導体レーザのレーザキャビティのミラー面４３として用いられる。このミラー面４３には、反射率調整のためのコーティング層を形成してもよい。
（工程Ｓ１１３）
工程Ｓ１１３では、レーザバーから個々のレーザ素子を切り出す。具体的には、図７（Ｃ）に示すように、レーザバー４０ａをｍ面に沿って切断することにより、窒化物半導体レーザ素子４０ｂを形成する。図７（Ｃ）に示すように、本実施形態では、窒化物半導体レーザ素子４０ｂは第２のマーカー２７を含んでいる。あるいは、窒化物半導体レーザ素子４０ｂが第２のマーカー２７を含まないようにレーザバー４０ａを切断することができる。
図２，３に示されるように、基板体１は、ａ−ｃ基準面に沿って延在するマーカー構造物３を含むので、マーカー構造物３の各々に交差するａ面に沿って基板体１を切断することによって、第１のマーカー７を含むウエハが作製される。また、図４〜６に示すように、半導体積層２０の第２のマーカー２７は、第１のマーカー７に沿って延びている。上部電極２８やミラー面４３の形成は、第２のマーカー２７を基準として形成されるので、絶縁膜２５の形成をＧａＮ片の端面を基準に形成した場合と比較して、レーザキャビティを容易に向き付けることが可能となる。特に、ＧａＮウエハ５の端面がｍ軸やｃ軸に所望の精度で平行になっていない場合、絶縁膜２５の形成をＧａＮ片の端面を基準に形成すると、レーザキャビティの正確な向き付けが困難になる。本実施形態に係る窒化物半導体レーザの製造方法では、ＧａＮウエハ５の結晶方位と特定の位置関係を有する第２のマーカー２７を基準としてレーザキャビティの向き付けを行うので、レーザキャビティを正確に向き付けることが可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る窒化物半導体レーザの製造方法について説明する。本実施形態においては、複数のマーカー構造物を有する結晶体やＧａＮウエハ等の結晶方位が第１実施形態と異なる。
図８（Ａ）は、本実施形態に係る基板体１ａを示す模式図である。本実施形態においては、基板体１ａの複数のマーカー構造物３ａは、ＧａＮ２aのｍ軸及びｃ軸によって規定される基準面（以下、「ｍｃ基準面」という。）に沿っている点で、基板体１ａの構成が第１実施形態と異なる。
本実施形態は、ウエハの作成も以下の点で第１実施形態と異なる。即ち、基板体１aからＧａＮウエハ５aを形成する際に、基板体１aは複数のマーカー構造物３aと交差する平面Ｐ２に沿って基板体１aを切断される。上記平面Ｐ２は、ｍ面であることができる。その場合、ＧａＮウエハ５ａの主面５ｘａは非極性面であるので、その上に形成する半導体層のピエゾ分極が減少するという利点がある。あるいは、上記平面Ｐ２は、ｍ面からｃ軸に沿った所定の軸Aｘ２の周りに所定の角度α２で傾斜した面であることができる。即ち、上記平面Ｐ２は、ｍ面となす角度α２が、鋭角又は鈍角であることができる。その場合、ステップ密度の制御によって、ＧａＮウエハ５ａの主面５ｘａ上に形成する半導体層の表面モフォロジーが良好になるという利点がある。いずれの場合においても、上記平面Ｐ２は、a面に対して有限な回転角度α２で傾斜している。
図８（Ｂ）は、ＧａＮウエハ５aの平面図である。ＧａＮウエハ５aは、マーカー構造物３aと同様にｍｃ基準面に沿って延びる複数の第１のマーカー７ａを有する。ＧａＮウエハ５ａの第１のマーカー７ａの向きは、第１実施形態と異なる。
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、ＧａＮウエハ５a上に半導体積層、開口を有する絶縁膜、及び電極を形成して基板生産物を形成する。その後に、基板生産物の劈開を行って、レーザバーを形成する。レーザバーの個々の素子を分離して窒化物半導体レーザ素子が完成する。ＧａＮウエハ５a上に半導体積層を形成すると、半導体積層には第２のマーカーが形成される。絶縁膜は、開口が第２のマーカーの延び方向であるｃ軸方向に沿って形成され、基板生成物をＧａＮ２のｃ面で劈開する。
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、上部電極やミラー面の形成は、第２のマーカーを基準として形成されるので、絶縁層の形成をＧａＮ片の端面を基準に形成した場合と比較して、レーザキャビティを容易に向き付けさせることが可能となる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る窒化物半導体レーザの製造方法について説明する。本実施形態においても、ＧａＮウエハの結晶方位が第１実施形態と異なる。
図９（Ａ）は、本実施形態に係る基板体１ｂを示す模式図である。本実施形態においては、基板体１ｂが有する複数のマーカー構造物３ｂは、ＧａＮ２ｂのａｃ基準面に沿っている。
しかし、本実施形態においては、基板体１ｂを切断して、ＧａＮウエハ５ｂを形成する際に、ＧａＮ２ｂのｃ面からｍ軸方向に所望のオフ角α３で傾斜した平面に沿って切断される。この平面は、複数のマーカー構造物３ｂと交差する。
図９（Ｂ）は、基板体１ｂから切り出されたＧａＮウエハ５ｂの平面図である。本実施形態の場合、ＧａＮウエハ５ｂは半極性基板となる。同図においては、ｍ軸からｃ軸方向にオフ角α３だけ回転させた軸をｍｘ軸と示し、ｃ軸からｍ軸方向にオフ角α３だけ回転させた軸をｃｘ軸と示している。ＧａＮウエハ５ｂはマーカー構造物３ｂと同様にａｃ基準面に沿った複数の第１のマーカー７ｂを有することとなる点において、第１実施形態と共通する。
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、ＧａＮウエハ５ｂ上に半導体積層、開口を有する絶縁膜、及び電極を形成して基板生産物を形成する。その後に、基板生産物の劈開を行って、レーザバーを形成する。レーザバーの個々の素子を分離して窒化物半導体レーザ素子が完成する。ＧａＮウエハ５ｂ上に半導体積層を形成すると、半導体積層には第２のマーカーが形成される。絶縁膜は、開口が第２のマーカーの延び方向であるａ軸方向に沿って形成され、基板生成物をＧａＮ２ｂのａ面で劈開する。
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、レーザキャビティを容易に向き付けさせることが可能となる。また、上述のオフ角は、オフ角は、１５度以上７０度以下であることが好ましい。何故なら、オフ角が１５度以上であると、半導体積層が形成されるＧａＮウエハ５ｂの主面が半極性を示すので、ピエゾ分極が十分に低減された窒化物半導体レーザが得られる。また、オフ角が７０度以下であると、ＧａＮウエハ５ｂの第１のマーカー７ｂの数が十分に大きくなる。
また、本実施形態においては、隣接する２つの第２のマーカー７ｂ間の間隔は、隣接する２つのマーカー構造物３ｂ間の間隔３ｂｔよりも大きくなる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る窒化物半導体レーザの製造方法について説明する。本実施形態においては、複数のマーカー構造物を有する結晶体やＧａＮウエハ等の結晶方位が第１実施形態と異なる。
図１０（Ａ）は、本実施形態に係る基板体１ｃを示す模式図である。本実施形態においては、基板体１ｃが有する複数のマーカー構造物３ｃは、ＧａＮ２ｃのｍｃ基準面に沿っている。
また、本実施形態においては、基板体１ｃを切断して、ＧａＮウエハ５ｃを切り出す際に、複数のマーカー構造物３ｃと交差する平面であって、ＧａＮ２ｃのｃ面からａ軸方向にオフ角α４を有する面に沿って切断される。
図１０（Ｂ）は、このようにして基板体１ｃから切り出されたＧａＮウエハ５ｃの平面図である。ＧａＮウエハ５ｃは半極性基板となる。図１０（Ｂ）においては、ａ軸からｃ軸方向にオフ角α４だけ回転させた軸をａｘ軸と示し、ｃ軸からａ軸方向にオフ角α４だけ回転させた軸をｃｘ軸と示している。ＧａＮウエハ５ｃはマーカー構造物３ｃと同様にｍｃ基準面に沿った複数の第１のマーカー７ｃを有する。
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、ＧａＮウエハ５ｃ上に半導体積層、開口を有する絶縁膜、及び電極を形成し、劈開を行い、個々の素子を切り出すことによって、窒化物半導体レーザ素子が完成する。本実施形態においても、ＧａＮウエハ５ｃ上に半導体積層を形成すると、半導体積層には第２のマーカーが形成される。そして、絶縁膜は、開口が第２のマーカーの延び方向の一つであるｍ軸方向に沿って形成される点、及び、基板生成物をＧａＮ２ｃの劈開面であるｍ面で劈開する点において、第１実施形態と異なる。
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、レーザキャビティを容易に向き付けさせることが可能となる。また、本実施形態においても、第３実施形態における場合と同様の理由により、上記オフ角は、１５度以上、７０度以下であることが好ましい。
また、本実施形態においては、隣接する２つの第２のマーカー７ｃ間の間隔は、隣接する２つのマーカー構造物３ｃ間の間隔３ｃｔよりも大きくなる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が可能である。
例えば、基板体及び基板体から切り出すＧａＮウエハの態様は上述の実施形態におけるものに限られない。例えば、基板体は、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように形成してもよい。即ち、図１１（Ａ）に示すように、ＧａＮからなる結晶体２ｄをｃ軸配向で成長させることが可能な基板５０上に、絶縁材料等からなるストライプ層５３を、結晶体２ｄのａ軸の方向に沿って形成する。その後、基板５０上に結晶体２ｄをエピタキシャル成長させ、基板５０を除去すると、図１１（Ｂ）に示すような基板体１ｄが得られる。基板体１ｄは、ｃ軸方向に延びるマーカー構造物５７を含む。マーカー構造物５７は、溝５５及びストライプ層５３からなる。溝５５は、基板体１ｄの主面１ｘｄから裏面１ｙｄに延びる側面１ｓｄによって規定される。即ち、マーカー構造物５７は、ＧａＮと異なる部材であるストライプ層５３を含んでいる。マーカー構造物５７は、ＧａＮと異なる多結晶体、金属体及び絶縁体を含んでもよい。
この場合、基板体１ｄからＧａＮウエハ５ｄを切り出すには、例えば、図１１（ｃ）に示すように、基板体１ｄをマーカー構造物３ｄと交差するａ面に沿って切断する。ＧａＮウエハ５ｄの平面図を図１１（ｄ）示す。ＧａＮウエハ５ｄが有する第１のマーカー５７aは、ＧａＮウエハ５ｄのｃ軸方向に延在するが、ＧａＮウエハ５ｄの主面５ｘｄ上のエッジ５ｅ１からエッジ５ｅ２まで延在しない。
図１は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体レーザの製造方法の主要な工程を示すフローチャートである。 第１実施系形態に係る基板体１を示す模式図である。 図３（Ａ）は、基板体から切り出される六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハを示す模式図であり、図３（Ｂ）は基板体から切り出された六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハを示す平面図である。 図４は、ＧａＮウエハ上に形成された半導体積層の断面を示す模式図である。 図５は、半導体積層上に形成された絶縁膜を示す。 図６は基板生産物の断面構造を示す模式図である。 図７（Ａ）は、基板生産物４０の上面を示す図であり、図７（Ｂ）は、レーザバーを示す図面であり、図７（Ｃ）はレーザ素子の模式図である。 図８（Ａ）は、第２実施形態に係る基板体１ａを示す模式図であり、図８（Ｂ）は、ＧａＮウエハ５aの平面図である。 図９（Ａ）は、第３実施形態に係る基板体１ｂを示す模式図であり、図９（Ｂ）は、基板体１ｂから切り出されたＧａＮウエハ５ｂの平面図である。 図１０（Ａ）は、第４実施形態に係る基板体１ｃを示す模式図であり、図１０（Ｂ）は、ＧａＮウエハ５ｃの平面図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、基板体の形成方法を示す模式図であり、図１１（ｃ）は変形例に係る基板体１dを示す模式図であり、図１１（ｄ）は、変形例に係るＧａＮウエハを示す模式図である。
符号の説明
１・・・基板体、２・・・結晶体、３・・・マーカー構造物、５・・・半導体ウエハ、７・・・第１のマーカー、２０・・・半導体積層、２５・・・絶縁膜、２５ａ・・・開口、２７・・・第２のマーカー、２８・・・電極、４０・・・基板生産物。

Claims (20)

  1. 窒化物半導体レーザを作製する方法であって、
    六方晶系窒化ガリウム半導体からなる結晶体と、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸の方向に延びる所定の軸に交差する主面及び裏面と、複数のマーカー構造物とを有する基板体を準備する工程と、
    前記複数のマーカー構造物に交差する平面に沿って前記基板体を切断して、主面及び裏面と、複数の第１のマーカーとを有する六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハを形成する工程と、
    半導体レーザのための複数の窒化ガリウム系半導体層を含むと共に、前記第１のマーカー上において前記所定の軸の方向に延びる第２のマーカーを有する半導体積層を形成する工程と、
    前記第２のマーカーの向きに合わせて設けられた開口を有する絶縁膜を前記半導体積層上に形成する工程と、
    前記絶縁膜を形成した後に、前記絶縁膜及び前記半導体積層上に電極を形成して、基板生産物を形成する工程と、
    前記電極を形成した後に、前記基板生産物を前記六方晶系窒化ガリウム半導体の劈開面で劈開する工程と
    を備え、
    前記結晶体は前記基板体の前記主面から前記裏面まで延在し、
    前記マーカー構造物の各々は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ軸及びｃ軸によって規定される基準面並びに該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ軸及びｃ軸によって規定される基準面のいずれかに沿って前記基板体の前記主面から前記裏面まで延在し、
    前記第１のマーカーの各々は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面から前記裏面まで延在しており各マーカー構造物の一部からなり、
    前記複数の窒化ガリウム系半導体層は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの主面上にエピタキシャル成長される、ことを特徴とする方法。
  2. 前記マーカー構造物のための前記基準面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ軸及びｃ軸によって規定されており、
    前記平面は、前記所定の軸の回りに該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ面に対して有限な回転角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
  3. 前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ面に対して傾斜しており、
    前記第１のマーカーの間隔は、前記マーカー構造物の間隔よりも大きく、
    前記基板生産物の劈開面はｃ面である、ことを特徴とする請求項２に記載された方法。
  4. 前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ面に沿って延びている、ことを特徴とする請求項２に記載された方法。
  5. 前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ面であり、
    前記基板生産物の劈開面はｃ面である、ことを特徴とする請求項２又は請求項４に記載された方法。
  6. 前記マーカー構造物のための前記基準面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ軸及びｃ軸によって規定されており、
    前記平面は、前記所定の軸の回りに該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ面に対して有限な回転角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
  7. 前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ面に対して傾斜しており、
    前記第１のマーカーの間隔は、前記マーカー構造物の間隔よりも大きく、
    前記基板生産物の劈開面はｃ面である、ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
  8. 前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ面に沿って延びている、ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
  9. 前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ面であり、
    前記基板生産物の劈開面はｃ面である、ことを特徴とする請求項６又は請求項８に記載された方法。
  10. 前記基板体は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸の方向に延びる側面を有しており、
    前記平面は、前記基板体の前記主面、前記裏面及び前記側面に交差している、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された方法。
  11. 前記マーカー構造物のための前記基準面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ軸及びｃ軸によって規定されており、
    前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ面に対して該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ軸の方向に有限な傾斜角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
  12. 前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ面に対して傾斜する半極性面を含み、
    前記第１のマーカーの間隔は、前記マーカー構造物の間隔よりも大きく、
    前記基板生産物の劈開面はａ面である、ことを特徴とする請求項１又は請求項１１に記載された方法。
  13. 前記マーカー構造物のための前記基準面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｍ軸及びｃ軸によって規定されており、
    前記平面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ面に対して該六方晶系窒化ガリウム半導体のａ軸の方向に有限な傾斜角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
  14. 前記六方晶系窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ面に対して傾斜する半極性面を含み、
    前記第１のマーカーの間隔は、前記マーカー構造物の間隔よりも大きく、
    前記基板生産物の劈開面はｍ面である、ことを特徴とする請求項１又は請求項１３に記載された方法。
  15. 前記傾斜角度は、１５度以上であり、
    前記傾斜角度は、７０度以下である、ことを特徴とする請求項１１又は請求項１３のいずれか一項に記載された方法。
  16. 前記基板体は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸の方向に延びる側面を有しており、
    前記平面は、前記基板体の前記側面に交差している、ことを特徴とする請求項１、及び請求項１１〜請求項１５のいずれか一項に記載された方法。
  17. 前記マーカー構造物は六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、
    前記基板体は、交互に配列された第１及び第２の領域を含み、
    前記第１の領域の結晶軸は前記第２の領域の結晶軸と反対向きであり、
    前記前記マーカー構造物は前記第１の領域を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載された方法。
  18. 前記マーカー構造物は六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、
    前記基板体は、交互に配列された第１及び第２の領域を含み、
    前記第１の領域は、所定の貫通転位密度よりも大きな第１の平均貫通転位密度を有しており、
    前記第２の領域は、前記所定の貫通転位密度よりも小さい第２の平均貫通転位密度を有しており、
    前記第１及び第２の領域は、前記基板体の前記主面から前記基板体の前記裏面まで延びており、
    前記前記マーカー構造物は前記第１の領域を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載された方法。
  19. 前記基板体は、前記基板体の前記主面から前記裏面に延びる側面によって規定される溝を有しており、
    前記マーカー構造物は前記溝を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載された方法。
  20. 前記基板体の側面は、前記基板体の前記主面から前記裏面に延びる溝を有しており、
    前記マーカー構造物は、該六方晶系窒化ガリウム半導体と異なる材料からなる部材を含み、
    前記部材は、前記溝内に設けられると共に前記基板体の前記主面から前記裏面に延び、
    前記部材は、六方晶系窒化ガリウム単結晶体と異なる多結晶体、金属体及び絶縁体のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載された方法。
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