JP2011068503A - 窒化物半導体基板 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置に用いることのできる窒化物半導体基板を提供する。
【解決手段】窒化物半導体基板１０ａは、主面と、表示部とを備えている。主面１１は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面である。表示部は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を示す。
【選択図】図１

Description

本発明は窒化物半導体基板に関し、より特定的には窒化ガリウム（ＧａＮ）基板に関する。

３．４ｅＶのエネルギーバンドギャップおよび高い熱伝導率を有するＧａＮ基板などの窒化物半導体基板は、短波長の光デバイスやパワー電子デバイスなどの半導体装置用の材料として注目されている。このような窒化物半導体基板の一例であるＧａＮ基板には、結晶方位の位置合わせまたは判別を容易にするために、外周の一部にオリエンテーションフラット（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｆｌａｔ：以下オリフラまたはＯＦともいう）やノッチが形成されている（たとえば特許文献１、２）。

特開２００８−４２１５７号公報 特開２００２−３５６３９８号公報

上記特許文献１および２は、（０００１）面を主面とするＧａＮ基板について、ＯＦやノッチが形成されている。しかし、（０００１）面から傾斜した主面を有する窒化物半導体基板にＯＦやノッチを形成する方法は知られていない。オリフラやノッチを形成しなければ、面方向、極性面などがわかりにくく、想定外の方向に半導体装置を作製してしまうおそれがある。このため、（０００１）面から傾斜した主面を有する窒化物半導体基板を用いて半導体装置を形成することが困難であるという問題があった。

したがって、本発明は、半導体装置に用いることのできる窒化物半導体基板を提供することである。

本発明者は、鋭意研究の結果、半導体レーザを作製したときに発振歩留まりを向上できる窒化物半導体基板は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面を有することを見い出した。そして、この主面を有する窒化物半導体基板を半導体装置に用いるために面方位を特定することを鋭意研究した結果、（−１０１７）面または（１０−１−７）面近傍が劈開しやすい性質を有していることを見い出した。

そこで、本発明の窒化物半導体基板は、主面と、表示部とを備えている。主面は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面である。表示部は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を示す。

本発明の窒化物半導体基板によれば、半導体装置を作製したときに歩留まりを向上できる主面を有している。この主面を有する窒化物半導体基板において、表示部により、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定することを本発明者は初めて明らかにした。この表示部により、この主面を有する窒化物半導体基板を用いて半導体装置を作製するときに、劈開しやすい面を特定することができる。これにより、劈開しやすい面を用いて、結晶方位の位置合わせまたは判別をすることができる。このため、本発明の窒化物半導体基板を用いることにより、特性を向上した半導体装置を作製することができる。したがって、本発明の窒化物半導体基板を半導体装置に用いることができる。

上記窒化物半導体基板において好ましくは、表示部がオリエンテーションフラットであり、オリエンテーションフラットは、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面である。

（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面は劈開しやすい性質を有しているので、容易にオリフラを形成することができる。

上記窒化物半導体基板において好ましくは、（１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面の第２のオリエンテーションフラットをさらに備えている。

（１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面は劈開しやすい性質を有しているので、第２のＯＦを容易に形成することができる。これにより、窒化物半導体基板の表裏を判別することもできる。

上記窒化物半導体基板において好ましくは、主面は、（２０−２１）面または（−２０２−１）面であり、表示部は、（−１０１７）面または（１０−１−７）面を示す。

（２０−２１）面または（−２０２−１）面は、半導体装置を作製したときに特に特性を向上することができる。また、（−１０１７）面または（１０−１−７）面は、（２０−２１）面または（−２０２−１）面にそれぞれ直交し、かつ劈開しやすい性質を有する。このため、特性をより向上した半導体装置を作製することができる。

以上説明したように、本発明の窒化物半導体基板によれば、半導体装置に用いることができる。

本発明の実施の形態１における窒化物半導体基板を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態１における窒化物半導体基板の主面およびオリフラの結晶方位を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態２における窒化物半導体基板を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態２における窒化物半導体基板の主面および第２のオリフラの結晶方位を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態３における窒化物半導体基板を概略的に示す平面図である。 図５における領域Ｒの拡大平面図である。 本発明の実施の形態４における窒化物半導体基板を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態５における窒化物半導体基板を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態６における半導体レーザを概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態６における半導体レーザを上方から見たときの導波路の位置を示す模式図である。 本発明の実施の形態６における半導体レーザの端面および窒化物半導体基板の主面の結晶方位を概略的に示す図である。 実施例１において、共振器端面の走査型電子顕微鏡像を示す図である。 実施例２において、ＧａＮ基板の（０００１）面から［１−１００］方向への傾斜角度と発振歩留まりとの関係を示す図である。 実施例３において、ＧａＮ基板のオリフラの（−１０１７）面から［１−１００］方向と直交する方向のずれ角度（面精度）と発振歩留まりとの関係を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別方位を［］、個別面を（）でそれぞれ示している。個別方位および個別面は、それと等価な方位および面をそれぞれ含む。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ａを説明する。図１に示すように、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ａは、主面１１と、表示部としてのオリフラ１２とを備えている。

主面１１の平面形状は、たとえば円形である。この主面１１は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面である。（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面は、（２０−２１）面から−４°以上４°以下傾斜した面である。この面は、Ｇａ原子が多く露出しているＧａリッチ面である。（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面は、（−２０２−１）面から−４°以上４°以下傾斜した面である。この面は、Ｎ原子が多く露出しているＮリッチ面である。つまり、主面１１は、（２０−２１）面、（−２０２−１）面、またはこれらの面から−４°以上４°以下傾斜した面である。

主面１１は、（０００１）面から［１−１００］方向に７３°以上７７°以下傾斜した面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７３°以上７７°以下傾斜した面、つまり（２０−２１）面、（−２０２−１）面、またはこれらの面から−２°以上２°以下傾斜した面であることが好ましい。主面１１は、（０００１）面から［１−１００］方向に７５°傾斜した面、（０００−１）面から［−１１００］方向に７５°傾斜した面、つまり（２０−２１）面、または（−２０２−１）面であることが好ましい。

なお、主面１１は、［１−１００］方向または［−１１００］方向と直交する方向に傾斜していてもよい。この場合の傾斜角度は、たとえば［１−１００］方向に直交する方向、または［−１１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下である。

ここで、主面１１を構成する（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面の面方位について、図２を参照して説明する。図２に示すように、主面１１は、（０００１）面から［１−１００］方向に角度θ傾いた面である。言い換えると、主面１１は、［０００１］方向から［１−１００］方向に角度θ傾いた面である。角度θは７１°以上７９°以下であり、７３°以上７７°以下であることが好ましく、７５°近傍であることがより好ましい。（２０−２１）面は、（０００１）面から、［１−１００］方向に約７５°（＝角度θ）傾いた面である。（０００１）面は、Ｇａ原子が露出している面である。

主面１１を構成する（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面についても同様に考えられ、図を用いた説明は省略する。（−２０２−１）面は、（０００−１）面から［−１１００］方向に約７５°傾いた面である。（０００−１）面はＮ原子が露出している面である。

傾斜角度が７１°以上７９°以下の場合、この窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりを向上（たとえば５０％以上）することができる。傾斜角度が７３°以上７７°以下の場合、窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりをより向上（たとえば７５％以上）することができる。傾斜角度が７５°近傍の場合、窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりをより一層向上（たとえば８５％以上）することができる。

オリフラ１２は、窒化物半導体基板１０ａの結晶方位を示すために外周の一部を弓形に切り取った部分である。言い換えると、オリフラ１２は、主面１１を上から見たときに、円形の一部に形成された直線部分である。オリフラ１２は、主面１１に概ね直交している。また、オリフラ１２は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下した面である。

ここで、オリフラ１２の面方位について、図２を参照して説明する。図２に示すように、オリフラ１２は、（−１０１７）面または（１０−１−７）面近傍である。（−１０１７）面または（１０−１−７）面は、（２０−２１）面または（−２０２−１）面とほぼ直交（９０．１０°）している。このため、オリフラ１２は、主面１１とほぼ直交している。この（−１０１７）面および（１０−１−７）面は、従来のｃ面（（０００１）面と等価な面）、ｍ面（（１−１００）面と等価な面）またはａ面（（１１−２０）面と等価な面）等のこれまでの劈開面とは異なる。

（−１０１７）面または（１０−１−７）面の方向は、［−１０１４］方向または［１０−１−４］方向である。

（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面は、劈開しやすい性質を有することを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。また、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面がオリフラ１２である窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりをより向上（たとえば５０％以上）することができることも本発明者は見い出した。

オリフラ１２の（−１０１７）面または（１０−１−７）面に対する［１−１００］方向の傾斜角度は、−４°以上４°以下であり、−２°以上２°以下が好ましく、０°近傍がより好ましい。−４°以上４°以下の場合、この窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりを向上（たとえば５０％以上）することができる。−２°以上２°以下の場合、窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置の歩留まりをより向上（たとえば７５％以上）することができる。０°近傍の場合、窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置の歩留まりをより一層向上（たとえば８５％以上）することができる。

オリフラ１２の（−１０１７）面または（１０−１−７）面に対する［１−１００］方向に直交する方向の傾斜角度は−０．５°以上０．５°以下であり、−０．２°以上０．２°以下であることがより好ましく、０°近傍がより好ましい。−０．５°以上０．５°以下の場合、この窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりを向上（たとえば５０％以上）することができる。−０．２°以上０．２°以下の場合、窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置の歩留まりをより向上（たとえば７５％以上）することができる。０°近傍の場合、窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置の歩留まりをより一層向上（たとえば８０％以上）することができる。

なお、オリフラ１２は、［１−１００］方向に傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に傾斜している場合、［１−１００］方向に傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に傾斜していない場合、［１−１００］方向に傾斜せず、かつ［１−１００］方向に直交する方向に傾斜している場合、および［１−１００］方向に傾斜せず、かつ［１−１００］方向に直交する方向に傾斜していない場合のいずれであってもよい。

主面１１の（２０−２１）面または（−２０２−１）面に対して、オリフラ１２の（−１０１７）面または（１０−１−７）面は直交する。言い換えると、（２０−２１）面は、（−１０１７）面および（１０−１−７）面と直交する。（−２０２−１）面は、（−１０１７）面および（１０−１−７）面と直交する。この場合が、窒化物半導体基板１０ａとして最も好ましい。主面１１が（２０−２１）面または（−２０２−１）面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜している場合と、オリフラ１２の（−１０１７）面または（１０−１−７）面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜している場合とは、同様の光の閉じ込め効果を有する。一方、これらの場合と、オリフラ１２が（−１０１７）面または（１０−１−７）面から［１−１００］方向に直交する方向の傾斜角度は、光の閉じ込め効果が異なる。このため、高い歩留まりを維持するために要求される条件として、［１−１００］方向への傾斜角度の許容範囲と、［１−１００］方向に直交する方向の傾斜角度の許容範囲とは、それぞれ異なる。

窒化物半導体基板１０ａは、たとえばＡｌ_xＩｎ_yＧａ_(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）であり、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ（０≦ｘ≦１）であることが好ましく、ＧａＮであることがより好ましい。

窒化物半導体基板１０ａの大きさは、円形であれば１０ｍｍ径以上が好ましく、３０ｍｍ径以上がより好ましく、２インチ径以上がより一層好ましく、３インチ径以上が最も好ましい。また窒化物半導体基板１０ａの大きさは、矩形であれば、１０ｍｍ角以上が好ましく、１８ｍｍ角以上がより好ましく、３０ｍｍ角以上がより一層好ましい。窒化物半導体基板１０ａの大きさが上記範囲であれば生産性が良好である。窒化物半導体基板１０ａの厚みは、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。１００μｍ以上では窒化物半導体基板１０ａのハンドリングが容易にでき、１０００μｍ以下では容易に割断できる。厚みは３００μｍ以上４００μｍ以下であることがより好ましい。

続いて、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ａの製造方法について説明する。
まず、下地基板を準備する。準備する下地基板は、成長する窒化物半導体基板１０ａと同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。このような下地基板として、たとえばＧａＮ基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板などを用いることができる。

次に、下地基板上に、窒化物半導体結晶を成長する。窒化物半導体結晶の成長方法は特に限定されず、昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法などの気相成長法、フラックス法、アモノサーマル法などの液相成長法などを採用できる。

次に、成長した窒化物半導体結晶から、窒化物半導体基板を切り出す。このとき、主面が（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜するように、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜するように、切り出す。たとえば下地基板の主面が（０００１）面である場合、窒化物半導体結晶は［０００１］方向に成長する。このため、たとえば図２における主面１１に平行な平面（（０００１）面から［１−１００］方向へ角度θ傾斜した面）に沿って窒化物半導体基板を切り出す。

切り出す方法は特に限定されず、たとえば切断など機械的な除去方法を用いることができる。切断とは、外周刃を持つスライサー、内周刃を持つスライサー、ワイヤーソーなどで機械的に窒化物半導体結晶から窒化物半導体基板１０ａを切り出すことをいう。

なお、必要に応じて下地基板を除去してもよい。下地基板を除去する方法は特に限定されないが、たとえば切断、研削などの方法を用いることができる。切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサー、ワイヤーソーなどで、窒化物半導体結晶と下地基板との界面を機械的に分割（スライス）すること、レーザパルスや水分子を窒化物半導体結晶と下地基板との界面に照射または噴射すること、結晶格子面に沿ってへき開すること、エッチングなどの化学的方法などにより窒化物半導体結晶と下地基板とを機械的に分割することをいう。また研削とは、砥石を回転させながら表面に接触させて、厚さ方向に削り取ることをいう。下地基板を研削により除去する方法としては、たとえば、ダイヤモンド砥石を持つ研削設備などで、下地基板を機械的に削り取る。

なお、主面が（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜、あるいは主面が（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した窒化物半導体基板１０ａの作製は、ｃ軸方向に成長した窒化物半導体結晶から所望の角度で窒化物半導体基板を切り出すことに限定されない。たとえばこのようにして得られた、窒化物半導体基板の主面上に、さらに窒化物半導体結晶を成長させて、成長させた窒化物半導体結晶を結晶基板の主面に平行な面で切り出して窒化物半導体基板を製造し、かかる窒化物半導体基板の主面を上記と同様にして加工することにより、窒化物半導体基板を製造することができる。上記の窒化物半導体結晶のさらなる成長（繰り返し成長）の下地基板として用いる窒化物半導体基板は、必ずしも１枚の基板でなくてよく、小サイズの結晶基板を複数枚用いても良い。繰り返し成長時に接合して単一の結晶とすることができる。さらに繰り返し成長で接合した窒化物半導体結晶から切り出した結晶基板を下地基板として用い、再度繰り返し成長することもできる。このように、窒化物半導体結晶を繰り返し使用して成長することにより、生産コストを削減することができる。

次に、窒化物半導体基板の外形加工をする。具体的には、たとえば平面形状が円形になるように外形加工する。外形加工の方法は特に限定されず、たとえば切断、研削などにより行なう。

次に、オリフラ１２を形成する。オリフラ１２は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面である。オリフラ１２の形成方法は特に限定されないが、窒化物半導体基板において（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を露出させるためにたとえば切断、研削などを行なう。

次に、必要に応じて、窒化物半導体基板１０ａの主面について、研磨および研削の少なくとも一方を行なう。窒化物半導体基板１０ａの裏面について、研磨および研削の少なくとも一方をさらに行なってもよい。

窒化物半導体基板１０ａの主面の粗さは、Ｒａ基準で１０ｎｍ以下がよい。窒化物半導体基板１０ａの裏面の粗さは、Ｒａ基準で１０μｍ以下がよい。Ｒａとは、たとえばＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）Ｂ０６０１に準拠して測定される表面粗さの値である。

以上の工程を実施することにより、図１に示す窒化物半導体基板１０ａを製造することができる。なお、工程順は特に限定されず、インゴットにオリフラ１２を形成した後に、窒化物半導体基板１０ａを切り出してもよい。

また、窒化物半導体基板１０ａは、上述した製造方法に特に限定されず、他の方法により製造されてもよい。

以上説明したように、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ａは、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面からなる主面と、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を示す表示部としてのオリフラ１２とを備えている。

本発明者は、鋭意研究の結果、半導体レーザを作製したときに発振歩留まりを向上できる窒化物半導体基板は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面を有することを見い出した。そして、この主面を有する窒化物半導体基板を半導体装置に用いるために面方位を特定することを鋭意研究した結果、（−１０１７）面および（１０−１−７）面近傍が劈開しやすい性質を有していることを見い出した。そこで、本発明者は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面１１、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面１１を有する窒化物半導体基板１０ａにおいて（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を表示部により特定することを初めて明らかにした。さらに、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面は、従来なかった新しい面である。これにより、この主面１１を有する窒化物半導体基板１０ａを用いて半導体装置を作製するときに、オリフラ１２により劈開しやすい面を特定することができる。このため、この劈開しやすい面を用いて、結晶方位の位置合わせまたは判別をすることができる。たとえば、窒化物半導体基板１０ａを用いて半導体レーザを作製する場合、半導体レーザのパターニング精度はオリフラ１２等の基準によりアライメントする。このため、オリフラ精度はパターニング精度に影響するので、オリフラ精度を向上することにより、半導体レーザの歩留まりを向上することができる。したがって、本実施の形態の窒化物半導体基板１０ａを用いることにより、特性を向上した半導体装置を作製することができる。よって、本発明の窒化物半導体基板１０ａを半導体装置に用いることができる。

（実施の形態２）
図３を参照して、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｂを説明する。本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｂは、基本的には実施の形態１における窒化物半導体基板１０ａと同様の構成を備えているが、第２のオリフラ１３をさらに備えている点において異なる。

第２のオリフラ１３は、方位および表裏の２つを示すためのＩＦ（アイデンティフィケーションフラット）または副オリエンテーションフラットである。第２のオリフラ１３は、オリフラ１２とほぼ直交している。第２のオリフラ１３は、（１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面である。第２のオリフラ１３は、（１１−２０）面であることがより好ましい。

ここで、第２のオリフラ１３の面方位について、図４を参照して説明する。図４に示すように、第２のオリフラ１３は、（１１−２０）面近傍である。（１１−２０）面は、（２０−２１）面または（−２０２−１）面とほぼ直交し、かつ（−１０１７）面または（１０−１−７）面ともほぼ直交する。

第２のオリフラ１３により、（１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定することもできる。また、窒化物半導体基板１０ｂの表裏の判別を容易にすることができる。さらに、（１１−２０）面近傍は劈開しやすい性質を有しているので、第２のオリフラ１３を容易に形成することができる。第２のオリフラ１３が（１１−２０）面近傍の場合、半導体装置の歩留まりをより向上することができる。

なお、図３中の［１−２１０］方向および［−１２−１０］方向は、（１１−２０）面と等価な面の面方位を示す。

オリフラ１２の長さＬ１２は、第２のオリフラ１３の長さＬ１３と異なることが好ましく、目視で大小関係がわかる程度に長さが違うことがより好ましい。オリフラ１２および第２のオリフラ１３の大きさの一例を挙げると、窒化物半導体基板１０ｂの主面１１の直径がたとえば５０ｍｍの場合、オリフラ１２の長さＬ１２はたとえば２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、第２のオリフラ１３の長さＬ１３は、長さＬ１２よりも短く、かつたとえば２ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

なお、オリフラ１２の長さＬ１２と第２のオリフラ１３の長さＬ１３との大小関係は問わない。

ここで、オリフラ１２、および第２のオリフラ１３の長さＬ１２、Ｌ１３とは、図３に示すように、窒化物半導体基板１０ｂを上から見たときに、直線となる領域の長さを意味する。

本実施の形態における窒化物半導体基板の製造方法は、基本的には実施の形態１における窒化物半導体基板の製造方法と同様の構成を備えているが、第２のオリフラ１３を形成する工程をさらに備える点において異なる。具体的には、オリフラ１２を形成する前、後または同時に、（１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面の第２のオリフラ１３を形成する。

以上説明したように、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｂは、（１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面の第２のオリエンテーションフラット１３をさらに備えている。

（１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面は劈開しやすい性質を有しているので、第２のオリフラ１３を容易に形成することができる。これにより、窒化物半導体基板１０ｂの表裏を判別することもできる。

（実施の形態３）
図５および図６を参照して、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｃについて説明する。本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｃは、基本的には実施の形態１の窒化物半導体基板１０ａと同様の構成を備えているが、表示部としてノッチ１５を備えている点において異なる。

ノッチ１５は、窒化物半導体基板１０ｃの外周に設けられた切り欠きである。図５および図６に示すように、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定するためにノッチ１５が形成されている。詳細には、図６に示すように、ノッチ１５において、Ａ、ＢおよびＣの３点を位置決めしたときに、ＢとＣとの中心からＡへの方向が［−１０１４］方向または［１０−１−４］方向である。

図６に示すように、ノッチ１５の深さＨはたとえば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下でり、角度αはたとえば３０°以上１２０°以下である。深さＨが１０ｍｍ以下で、かつ角度αが１２０°以下の場合には、窒化物半導体基板１０ｃの主面１１の面積が狭くなることを抑制できる。深さＨが２ｍｍ以上で、かつ角度が３０°以上の場合には、ノッチ１５を容易に識別することができる。

本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｃの製造方法は、基本的には実施の形態１の窒化物半導体基板１０ａの製造方法と同様の構成を備えているが、オリフラ１２の代わりにノッチ１５を形成する点において異なる。ノッチ１５の形成方法は特に限定されないが、切断、研削、研磨などにより形成することができる。

（実施の形態４）
図７を参照して、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｄを説明する。本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｄは、基本的には実施の形態３における窒化物半導体基板１０ｃと同様の構成を備えているが、第２のノッチ１６をさらに備えている点において異なる。また、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｄは、基本的には実施の形態２における窒化物半導体基板１０ｂと同様の構成を備えているが、オリフラ１２および第２のオリフラ１３の代わりにノッチ１５および第２のノッチ１６を備えている点において異なる。

第２のノッチ１６は、方位および表裏の２つを示すために設けられている。第２のノッチ１６の方向は、ノッチ１５の方向とほぼ直交している。第２のノッチ１６は、（１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を示し、（１１−２０）面を示すことがより好ましい。

ノッチ１５が主ノッチであり、第２のノッチ１６が副ノッチであるように、ノッチ１５と第２のノッチ１６とが区別できることが好ましい。区別するために、たとえばノッチ１５を第２のノッチ１６よりも大きくする。

本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｄの製造方法は、基本的には実施の形態３の窒化物半導体基板１０ｃの製造方法と同様の構成を備えているが、第２のノッチ１６をさらに形成する点において異なる。

（実施の形態５）
図８を参照して、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｅを説明する。本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｅは、基本的には実施の形態１における窒化物半導体基板１０ａと同様の構成を備えているが、表示部として印１７が形成されている点において異なる。

印１７は、たとえばレーザ照射痕、またはダイヤモンドペンによる傷である。印１７は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定できるように形成されている。たとえば、［１０−１−４］方向、［−１０１４］方向、またはこれらの方向から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾いた方向であり、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾いた方向と平行な方向に向けて印１７が複数形成されている。

さらに、印１７は、（１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定できるように形成されていることが好ましい。たとえば、印１７のサイズ、個数などを、［１０−１−４］方向または［−１０１４］方向と、［１−２１０］方向または［−１２−１０］方向とで差を設けるように形成する。本実施の形態では、［１０−１−４］方向よりも［１−２１０］方向に印１７の個数を多く形成している。これにより、［１０−１−４］方向または［−１０１４］方向、および、［１−２１０］方向または［−１２−１０］方向を特定することができる。

なお、本実施の形態では印１７は１箇所に複数のドットとして形成されているが、印１７は２箇所以上の領域に形成されていてもよく、単数であってもよく、ドット以外の形状であってもよい。

印１７は、窒化物半導体基板１０ｅにおいて半導体装置に利用する面と反対側の面に形成することが好ましい。裏面に印１７を形成し、かつ非透過性の金属膜などが形成された場合であっても、窒化物半導体は光透過性の性質を有しているため、主面の研磨加工をすることで、裏面に形成された印１７を顕微鏡で容易に確認できる。

本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｅの製造方法は、基本的には実施の形態１の窒化物半導体基板１０ａと同様の構成を備えているが、オリフラ１２を形成する代わりに印１７を形成する点において異なる。

印１７を形成する方法は特に限定されないが、たとえば、レーザ照射することによりレーザ照射痕を形成する方法、またはダイヤモンドペンにより傷を形成する方法などを採用することができる。これにより、容易に印１７を形成することができる。また、印１７の加工精度を向上することができる。

ここで、実施の形態１〜５では、表示部としてオリフラ１２、ノッチ１５および印１７を例に挙げて説明したが、本発明の窒化物半導体基板の表示部は特にこれらに限定されない。また、本発明の窒化物半導体基板は、オリフラ、ノッチ、印などを組み合わせて備えていてもよい。

（実施の形態６）
図９および図１０を参照して、本実施の形態における半導体装置の一例である半導体レーザ（ＬＤ、Laser Diode：レーザダイオード）１００を説明する。本実施の形態における半導体レーザ１００は、たとえば、実施の形態１における窒化物半導体基板１０ａと、ｎ型バッファ層１０２と、ｎ型クラッド層１０３と、ｎ型ガイド層１０４と、アンドープガイド層１０５と、活性層１０６と、アンドープガイド層１０７と、ｐ型ブロック層１０８と、ｐ型ガイド層１０９と、ｐ型クラッド層１１０と、ｐ型コンタクト層１１１と、絶縁膜１１２と、ｐ型電極１１３と、ｎ型電極１１４とを主に備えている。

ｎ型バッファ層１０２は、窒化物半導体基板１０ａの主面１１上に形成されている。ｎ型バッファ層１０２は、たとえば１０００ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮである。ｎ型クラッド層１０３は、ｎ型バッファ層１０２上に形成され、たとえば２００ｎｍの厚みを有するｎ型ＩｎＡｌＧａＮ（窒化インジウムアルミニウムガリウム）である。ｎ型ガイド層１０４は、ｎ型クラッド層１０３上に形成され、たとえば２００ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮである。アンドープガイド層１０５は、ｎ型ガイド層１０４上に形成され、たとえば６５ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）である。活性層１０６は、アンドープガイド層１０５上に形成され、たとえば、１５ｎｍの厚みを有するＧａＮと、３ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮとから構成される３周期のＭＱＷ（multiple-quantum well：多重量子井戸構造）である。なお、活性層１０６は単一の層であってもよい。アンドープガイド層１０７は、活性層１０６上に形成され、たとえば６５ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎＧａＮである。ｐ型ブロック層１０８は、アンドープガイド層１０７上に形成され、たとえば２０ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮである。ｐ型ガイド層１０９は、ｐ型ブロック層１０８上に形成され、たとえば２００ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮである。ｐ型クラッド層１１０は、ｐ型ガイド層１０９上に形成され、たとえば４００ｎｍの厚みを有するｐ型ＩｎＡｌＧａＮである。ｐ型コンタクト層１１１は、ｐ型ガイド層１０９上に形成され、たとえば５０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮである。

絶縁膜１１２は、ｐ型コンタクト層１１１上に形成され、たとえばストライプ状の開口部を有するＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）である。開口部は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面に平行な面に沿っている。言い換えると、開口部は、［−１０１４］方向、［１０−１−４］方向、またはこれらの方向から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した方向に沿って形成されている。

ｐ型電極１１３は、ｐ型コンタクト層１１１および絶縁膜１１２上に形成され、たとえばＮｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）からなる。ｎ型電極１１４は、窒化物半導体基板１０ａの裏面に形成され、たとえばＴｉ（チタン）／Ａｌ（アルミニウム）／Ｔｉ／Ａｕからなる。

本実施の形態における半導体レーザ１００は、オリフラ１２に概ね平行な面が端面になるように形成されている。つまり、図１０に示すように、半導体レーザ１００の端面１００ａはオリフラ１２と概ね同じ面方位を有している。そして、半導体レーザ１００の端面１００ａ、１００ｂは、レーザ共振器のための端面としている。この端面１００ａ、１００ｂは、図１１に示すように、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面である。言い換えると、この端面１００ａ、１００ｂは、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面（半導体レーザ１００の主面、つまり窒化物半導体基板１０の主面１１）にほぼ直交している。この端面１００ａ、１００ｂは、従来のｃ面、ｍ面またはａ面等のこれまでの劈開面とは異なる。

そして、絶縁膜１１２の開口部が上記方向に形成されているので、本実施の形態における半導体レーザ１００の導波路１００ｃ（図１０参照）の方位は、［１０−１−４］方向、［−１０１４］方向、またはこれらの方向から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下である。つまり、導波路１００ｃは、端面１００ａ、１００ｂ（（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面）に概ね垂直な方向に形成される。

発光素子としての半導体レーザ１００の発光波長は、４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下とすることができる。発光波長は活性層１０６のＩｎ組成により調整できる。本実施の形態の窒化物半導体基板１０ａでは、エピタキシャル成長時のＩｎの取り込み効率を向上することができ、緑色領域の５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下で良好な発光特性を得ることができる。

続いて、本実施の形態における半導体レーザ１００の製造方法について説明する。まず、実施の形態１における窒化物半導体基板１０ａを準備する。

次に、窒化物半導体基板１０ａの主面１１上に、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型ガイド層１０４、アンドープガイド層１０５、活性層１０６、アンドープガイド層１０７、ｐ型ブロック層１０８、ｐ型ガイド層１０９、ｐ型クラッド層１１０、およびｐ型コンタクト層１１１をこの順で形成する。これらの層を形成する方法は特に限定されないが、たとえば気相成長法、液相成長法などにより形成することができる。

次に、ｐ型コンタクト層１１１上にフォトリソグラフィにより絶縁膜１１２を形成する。次に、ｐ型電極１１３およびｎ型電極１１４をたとえば蒸着法により形成する。

以上の工程を実施することにより、図９に示す半導体レーザ１００を製造することができる。

以上説明したように、本実施の形態における半導体レーザ１００は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面であるオリフラ１２を備えた窒化物半導体基板１０ａを用いている。

オリフラ１２は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定できるので、［１０−１−４］方向、［−１０１４］方向またはこれらの方向から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した方向に沿って形成された導波路１００ｃを有する半導体レーザ１００を実現できる。図１０に示すように、端面１００ａで発生した光が他方の端面１００ｂに進行して反射される場合、本実施の形態では導波路１００ｃが［１０−１−４］方向または［−１０１４］方向から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下の方向に形成されているので、光の往復回数（導波路１００ｃ内の共振器内での往復回数）が１回以上となり、増幅が生じやすい。このため、半導体レーザ１００としての性能を維持できる。なお、導波路１００ｃが［１０−１−４］方向または［−１０１４］方向から０．５°を超える方向に形成されると、図１０の点線で示すように、光の往復回数が１回未満となる。したがって、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定することで、半導体レーザ１００のレーザ発振の歩留まりを向上することができる。

また、本発明者は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面を有する半導体レーザ１００において、導波路１００ｃを［１０−１−４］方向、［−１０１４］方向、またはこれらの方向から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した方向に沿って形成することにより、半導体レーザ１００のレーザ発振歩留まりを向上できることを見い出した。このため、本実施の形態における半導体レーザ１００によれば、特性を向上することができる。

ここで、本実施の形態では実施の形態１における窒化物半導体基板１０ａを備えた半導体レーザ１００を例に挙げて説明したが、窒化物半導体基板は実施の形態１における窒化物半導体基板１０ａに特に限定されず、実施の形態２〜４の窒化物半導体基板１０ｂ〜１０ｄを用いてもよく、あるいは別の窒化物半導体基板を用いてもよい。

また、本実施の形態では、半導体装置として半導体レーザを例に挙げて説明したが、本発明の半導体装置は半導体レーザに特に限定されず、たとえばＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）、ＪＦＥＴ（Junction Field-Effect Transistor：接合電界効果トランジスタ）、ｐｎダイオード、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ：Schottky Barrier Diode）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などにも適用することができる。

本実施例では、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面が劈開性を有することについて調べた。

まず、ＨＶＰＥ法で厚く成長した（０００１）ＧａＮインゴット（主面が（０００１）面のＧａＮ結晶のインゴット）から［１−１００］方向に７５度の角度で切り出した直径２インチで厚さ３７０μｍの（２０−２１）面ＧａＮ基板を準備した。ＧａＮ基板の主面は鏡面仕上げであり、裏面は研削仕上げされた梨地状態であった。ＧａＮ基板の主面の表面粗さはＲａ基準で１．５ｎｍであり、裏面の表面粗さはＲａ基準で３μｍであった。

梨地状態の裏面側に、ダイヤモンドペンを用いて、［０００１］方向をＧａＮ基板の主面に投影した方向に垂直にケガキ線を入れた後、押圧してＧａＮ基板を（−１０１７）面、（１０−１−７）面に割断した。得られた割断面（端面）の垂直性を観察するため、走査型電子顕微鏡を用いてａ面方向からＧａＮ基板を観察した。

図１２は、割断面をａ面方向から観察した走査型電子顕微鏡像であり、右側の端面が割断面である。図１２に示すように、割断面である（−１０１７）面または（１０−１−７）面は、劈開性を有し、かつ（２０−２１）面に対して、平坦性および垂直性を有することがわかった。

本実施例では、（２０−２１）面に対する（−１０１７）面または（１０−１−７）面に対する平坦性および垂直性を調べたが、（−２０２−１）面に対する（−１０１７）面または（１０−１−７）面に対する平坦性および垂直性についてもＧａリッチ面、Ｎリッチ面の差はあるが同様に考えることができる。したがって、割断面である（−１０１７）面または（１０−１−７）面は、劈開性を有し、かつ（−２０２−１）面に対して、平坦性および垂直性を有することがわかった。

なお、フラックス法で成長した結晶についても、上記と同等の結果が得られた。また、下地基板に複数のＧａＮ基板を用い、ＨＶＰＥ法での成長で下地基板から接合した単一のＧａＮ結晶を成長させた場合においても、上記と同等の結果が得られた。直径４インチのＧａＮ基板についても、同様の結果が得られた。

本実施例では、窒化物半導体基板の主面が（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面であることの効果について調べた。

具体的には、実施例１では、半極性（２０−２１）面を主面として有するＧａＮ基板において、［０００１］方向をＧａＮ基板の主面に投影した方向に垂直にケガキ線を入れて押圧して得た割断面である（−１０１７）面および（１０−１−７）面は、ＧａＮ基板の主面に対して平坦性および垂直性を有することがわかった。そこで、この主面のレーザ共振器としての有用性を調べるため、以下の通り、図９に示される半導体レーザーを有機金属気相成長法により成長した。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ₃）、シラン（ＳｉＨ₄）を用いた。

ＧａＮ基板は、ＨＶＰＥ法で厚く成長した（０００１）ＧａＮインゴットから［１−１００］方向に６８度から８２度の範囲の角度θ（図２参照）でウェハスライス装置を用いて切り出し、［０００１］方向から［１−１００］方向への傾斜角度θが、６８度から８２度の範囲の所望のオフ角を有するＧａＮ基板を作製した。たとえば、７５°の角度θで切り出したとき、（２０−２１）面を主面として有するＧａＮ基板が得られ、図２に示される六方晶系の結晶格子において主面１１によって示される。切り出した基板は外周加工を施し、直径５０ｍｍ、厚さ３７０μｍの円形に成形した。

また、このＧａＮ基板について、切断により（−１０１７）面であるオリフラを形成した。オリフラの長さは１６ｍｍとした。（−１０１７）面は、図２に示される六方晶系の結晶構成においてオリフラ１２で示される。オリフラが形成されたＧａＮ基板の主面は鏡面仕上げであり、裏面は研削仕上げされた梨地状態であった。両面とも研磨の加工ダメージ層はウエットエッチングおよび／またはドライエッチングで除去した。

このＧａＮ基板を窒化物半導体基板として反応炉内のサセプタ上に配置した後に、以下の成長手順でエピタキシャル層を成長した。まず、ｎ型バッファ層１０２として、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮを成長した。次に、ｎ型クラッド層１０３として、厚さ１２００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長した。引き続き、ｎ型ガイド層１０４として、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層、およびアンドープガイド層１０５として、厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層を成長した。その後、活性層１０６として、厚さ１５ｎｍのＧａＮ／厚さ３ｎｍのＩｎＧａＮから構成される３周期ＭＱＷを成長した。続いて、アンドープガイド層１０７として、厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層、ｐ型ブロック層１０８として、厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮブロック層、およびｐ型ガイド層１０９として、厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮガイド層を成長した。次に、ｐ型クラッド層１１０として、厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長した。最後に、ｐ型コンタクト層１１１として、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を成長した。

ＳｉＯ₂の絶縁膜１１２をｐ型コンタクト層１１１上に成膜した後に、フォトリソグラフィを用いて幅１０μｍのストライプ窓をウェットエッチングにより形成した。ここで、オリフラ１２により上記エピタキシャル層において［−１０１４］方向を特定できるので、レーザストライプの方向は［−１０１４］方向から−０．５°以上０．５°以下傾斜した方向とした。

ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ型電極１１３とＴｉ／Ａｌからなるパッド電極を蒸着した。次いで、ＧａＮ基板の裏面をダイヤモンドスラリーを用いて劈開がより容易になる１００μｍ以下の厚みまで研磨し、裏面がミラー状態の基板生産物を作製した。ＧａＮ基板の裏面（研磨面）にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ型電極１１４を蒸着により形成した。

このレーザストライプに対する共振器ミラーの作製には、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いるレーザスクライバを用いた。レーザスクライバを用いてブレイクした場合には、ダイヤモンドスクライブを用いた場合と比較して、発振チップ歩留まりを向上させることが可能である。スクライブ溝の形成条件として、レーザ光出力を１００ｍＷ、走査速度を５ｍｍ／ｓとした。形成されたスクライブ溝は、たとえば、長さ３０μｍ、幅１０μｍ、深さ４０μｍの溝であった。８００μｍピッチでＧａＮ基板の絶縁膜開口箇所を通してエピタキシャル層の表面に直接レーザ光を照射することによって、スクライブ溝を形成した。共振器長は６００μｍとした。

ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。ＧａＮ基板裏側に押圧によりブレイクすることによって、レーザバーを作製した。より具体的には、図１１に示すように、主面１１と共にレーザ共振器のための端面１００ａ、１００ｂは、（−１０１７）面、（１０−１−７）面であり、従来のｃ面、ｍ面またはａ面等のこれまでの劈開面とは異なる。

ブレイクによって形成された割断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、顕著な凹凸は観察されなかった。このことから、割断面の平坦性（凹凸の大きさ）は、２０ｎｍ以下と推定される。さらに、割断面の試料表面に対する垂直性は、±５°の範囲内であった。

レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングした。誘電体多層膜は、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂（二酸化チタン）を交互に積層して構成した。膜厚はそれぞれ、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲で調整して、反射率の中心波長が５００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲になるように設計した。片側の反射面を１０周期とし、反射率の設計値を約９５％に設計し、もう片側の反射面を６周期とし、反射率の設計値を約８０％とした。

このように作製した半導体レーザについて、ＧａＮ基板の［１−１００］方向への［０００１］方向の傾斜角度θと発振歩留まりとの関係を調べた結果、図１３および表１が得られた。本実施例では、発振歩留まりについては、（発振チップ数）／（測定チップ数）と定義した。また、図１３は、ＧａＮ基板の積層欠陥密度が１×１０⁴（ｃｍ^-1）以下の基板であり、かつレーザストライプが［−１０１４］方向の半導体レーザにおいて、プロットしたものである。

図１３および表１から、角度θ（オフ角）が６８°以下および８２°以上では、発振歩留まりが極めて低いことがわかった。端面状態を光学顕微鏡で観察した結果、６８°以下および８２°以上の角度では、ほとんどのチップで（１−１００）面またはこれと等価な面が出現し、垂直性が得られないことがわかった。また、オフ角が７１°以上７９°以下の範囲では、垂直性が向上し、発振歩留まりが５０％以上に増加することがわかった。特に、オフ角が７３°以上７７°以下の範囲では、発振歩留まりが７５％以上に増加し、オフ角が７４°以上７６°以下の範囲では、発振歩留まりが８２％以上となり、オフ角が７５°では、発振歩留まりが８５％以上に増加した。

これらの事実から、ＧａＮ基板の主面の（０００１）面から［１−１００］方向へのオフ角度の範囲が、７１°以上７９°以下、好ましくは７３°以上７７°以下、より好ましくは７５°近傍であると、発振歩留まりを向上できることが確認できた。

また、本実施例では、主面の（０００１）面から［１−１００］方向への傾斜角度を調べたが、（０００−１）面から［−１１００］方向への傾斜角度についてもＧａリッチ面、Ｎリッチ面の差はあるが同様に考えることができる。したがって、ＧａＮ基板の主面の（０００−１）面から［−１１００］方向へのオフ角度の範囲は、７１°以上７９°以下、好ましくは７３°以上７７°以下、より好ましくは７５°近傍であると、発振歩留まりを向上できることがわかった。

また、本実施例では、オリフラ面が（−１０１７）面のときに、ＧａＮ基板の主面の面方位が（２０−２１）面から［１−１００］方向に−４°以上４°以上傾斜した場合に、発振歩留まりを向上できることが確認できた。このことから、ＧａＮ基板の主面が（２０−２１）面または（−２０２−１）面のときに、オリフラ面が（−１０１７）面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜した場合にも、同様の発振歩留まりとなることが推定される。このため、表示部が（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜した面を表示する場合には、発振歩留まりを向上することができる。

本実施例では、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を示す表示部を備えることの効果について調べた。

具体的には、実施例１では、半極性（２０−２１）面を主面として有するＧａＮ基板において、［０００１］方向をＧａＮ基板の主面に投影した方向に垂直にケガキ線を入れて押圧して得た割断面である（−１０１７）面および（１０−１−７）面は、ＧａＮ基板の主面に対して平坦性および垂直性を有することがわかった。そこで、この割断面のレーザの共振器としての有用性を調べるため、実施例２と同様にして、主面が（２０−２１）面のＧａＮ基板を複数準備した。このＧａＮ基板について、（−１０１７）面、またはこの面から［１−２１０］方向へ、所定の傾斜角度を有する面のオリフラを形成した。

そして、実施例２と同様に、半導体レーザを形成し、半導体レーザの歩留まりを測定した。その結果を図１４および表２に示す。図１４および表２において、横軸は（−１０１７）面からのずれ角度を面精度として示している。

図１４および表２に示すように、オリフラが（−１０１７）面から−０．７５以下または０．７５°以上ずれた場合には、発振歩留まりが非常に低くなった。一方、オリフラが（−１０１７）面から［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜している場合には、発振歩留まりが５０％以上に増加した。特に、（−１０１７）面から［１−１００］方向に直交する方向に−０．２５°以上０．２５°以下傾斜している場合には、発振歩留まりが７５％以上と非常に増加し、（−１０１７）面の場合には、発振歩留まりが８５％と最も増加した。

これらの事実から、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を示す表示部を備えることにより、発振歩留まりを向上できることが確認できた。

また、本実施例の［１−１００］方向に直交する方向と、実施例２における［１−１００］方向とは、光の閉じ込め効果が異なるので、それぞれの傾斜角度の許容範囲が異なることがわかった。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例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実施の形態では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でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 窒化物半導体基板、１１ 主面、１２ オリエンテーションフラット（オリフラ）、１３ 第２のオリエンテーションフラット（オリフラ）、１５ ノッチ、１６ 第２のノッチ、１７ 印、１００ 半導体レーザ、１００ａ，１００ｂ 端面、１００ｃ 導波路、１０２ ｎ型バッファ層、１０３ ｎ型クラッド層、１０４ ｎ型ガイド層、１０５，１０７ アンドープガイド層、１０６ 活性層、１０８ ｐ型ブロック層、１０９ ｐ型ガイド層、１１０ ｐ型クラッド層、１１１ ｐ型コンタクト層、１１２ 絶縁膜、１１３ ｐ型電極、１１４ ｎ型電極。

Claims (4)

1. 主面と、
   表示部とを備え、
   前記主面は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面、または（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した面であり、
   前記表示部は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を示す、窒化物半導体基板。
2. 前記表示部がオリエンテーションフラットであり、
   前記オリエンテーションフラットは、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面である、請求項１に記載の窒化物半導体基板。
3. （１１−２０）面、またはこの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面の第２のオリエンテーションフラットをさらに備えた、請求項２に記載の窒化物半導体基板。
4. 前記主面は、（２０−２１）面または（−２０２−１）面であり、
   前記表示部は、（−１０１７）面または（１０−１−７）面を示す、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。