JP2012227361A - 窒化物半導体レーザ素子、光源装置および窒化物半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半極性面を主面とするＧａＮ基板を用いた場合でも容易に作製することができ、かつ低閾値電流となる窒化物半導体レーザ素子、それを用いた光源装置およびその窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】｛２０−２１｝面を第１の主面とする窒化ガリウム基板と、窒化ガリウム基板の第１の主面に接して設けられた窒化物半導体厚膜と、窒化物半導体厚膜上に設けられた窒化物半導体レーザ素子層とを備え、窒化物半導体厚膜は、窒化物半導体厚膜の主面である｛２０−２１｝面と８９．９５°以上９０．０５°以下の角度を為す範囲内に｛−１０１７｝面を有する窒化物半導体レーザ素子、それを用いた光源装置およびその窒化物半導体レーザ素子の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ素子、光源装置および窒化物半導体レーザ素子の製造方法に関する。

ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）およびそれらの混晶に代表される窒化物半導体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体やＡｌＧａＩｎＰ系半導体に比べてバンドギャップＥｇが大きく、かつ直接遷移型の半導体材料であるという特徴を有している。

そのため、窒化物半導体は、紫外線から緑色光までの波長領域のレーザ光の発光が可能な半導体レーザ素子、および紫外線から赤色光までの広い波長領域の光の発光が可能な発光ダイオード素子などの窒化物半導体発光素子を構成する材料として注目されている。そして、これらの窒化物半導体発光素子は、プロジェクタおよびフルカラーディスプレイなどの電気分野へ適用が考えられているだけでなく、環境分野および医療分野などにも広く応用が考えられている。

また、近年、窒化物半導体発光素子において、その発光波長を長波長化することによって、緑色領域で発光する窒化物半導体レーザ素子を実現しようとする試みが各研究機関で精力的に行われている。

窒化物半導体レーザ素子においては、一般的に、基板として、六方晶系のＧａＮ基板などの窒化物半導体基板が用いられており、窒化物半導体基板のｃ面（（０００１）面）が成長主面とされている。そして、窒化物半導体基板のｃ面上に発光層を含む窒化物半導体層が積層されることによって窒化物半導体レーザ素子を形成している。また、窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体レーザ素子を形成する場合には、一般的に、Ｉｎを含む発光層が用いられており、発光層のＩｎ組成比を増加させることによって、発光波長の長波長化が図られている。

しかしながら、ＧａＮ基板のｃ面はｃ軸方向に極性を有する極性面であるため、ＧａＮ基板のｃ面上に発光層を含む窒化物半導体層を積層した場合には、発光層内に自発分極が生じる。また、ＧａＮ基板のｃ面上に発光層を含む窒化物半導体層を積層した場合には、発光層のＩｎ組成比を増加させることに伴い、発光層の格子歪みが増大して、発光層に強いピエゾ電界が誘起される。そして、これらの発光層における自発分極およびピエゾ電界によって生じる内部電界（自発分極とピエゾ電界との和）により、電子と正孔との波動関数の重なりが減少し、電子と正孔とが再結合することによって、発光する割合が低下する。

そのため、緑色領域の発光を実現することを目的として発光層のＩｎ組成比を増加させた場合には、発光波長の長波長化に伴って発光効率が著しく低下するという問題が生じていた。

そこで、近年では、発光層における内部電界の影響を回避するために、一般的なｃ面ではなく、半極性面または無極性面上に窒化物半導体層を積層した窒化物半導体レーザ素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１には、半極性面を有する窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体レーザ素子とその共振器端面の形成方法が開示されており、半極性面の一例としてＧａＮ基板の｛２０−２１｝面が挙げられている。

特開２０１１−３６６０号公報

しかしながら、一般に、低閾値電流の半導体レーザ素子を作製するためには良好な共振器端面を形成することが必要であるが、半極性面を主面とするＧａＮ基板を用いた窒化物半導体レーザ素子で良好な共振器端面を形成することは難しいという問題があった。

その理由の１つとしては、ＧａＮ基板の主面である半極性面に対して垂直な端面を形成することができないことが挙げられる。たとえば、ＧａＮ基板の半極性面である｛２０−２１｝面を主面とした場合、結晶学的に｛２０−２１｝面に対して略垂直な面は｛−１０１７｝面である。しかしながら、｛２０−２１｝面と｛−１０１７｝面とが為す角度は８９．９０°であるため、僅かながら９０°からずれている。そのため、劈開により良好な共振器端面を形成することができず、低閾値電流の窒化物半導体レーザ素子を作製することが困難であった。なお、特許文献１の実施例３で記載されている９０．１０°と、本明細書の８９．９０°とは補角の関係にあるため等価である。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、半極性面を主面とするＧａＮ基板を用いた場合でも容易に作製することができ、かつ低閾値電流となる窒化物半導体レーザ素子、それを用いた光源装置およびその窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。

本発明は、｛２０−２１｝面を第１の主面とする窒化ガリウム基板と、窒化ガリウム基板の第１の主面に接して設けられた窒化物半導体厚膜と、窒化物半導体厚膜上に設けられた窒化物半導体レーザ素子層とを備え、窒化物半導体レーザ素子層は、ｎ型窒化物半導体層と、窒化物半導体からなる発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを含み、窒化物半導体厚膜は、窒化物半導体厚膜の主面である｛２０−２１｝面と８９．９５°以上９０．０５°以下の角度を為す範囲内に｛−１０１７｝面を有する窒化物半導体レーザ素子である。

ここで、本発明の窒化物半導体レーザ素子において、窒化物半導体厚膜の厚さは、窒化物半導体レーザ素子層の厚さよりも厚いことが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子において、窒化物半導体厚膜はＡｌ_xＧａ_1-xＮの式で表わされる窒化物半導体からなり、当該式におけるｘは０．１１以上０．２３以下であることが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子において、窒化物半導体厚膜は、格子緩和していることが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子において、窒化物半導体厚膜の厚さは、０．４５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子において、窒化ガリウム基板の厚さは、８０μｍ以上１２０μｍ以下であることが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子において、窒化ガリウム基板の第１の主面とは反対側の第２の主面の３０μｍ×３０μｍの範囲内におけるＲＭＳ値は２ｎｍ以下であることが好ましい。

さらに、本発明は、｛２０−２１｝面を第１の主面とする窒化ガリウム基板を準備する工程と、窒化ガリウム基板の第１の主面上に第１の主面に接する窒化物半導体厚膜を形成する工程と、窒化物半導体厚膜上に窒化物半導体レーザ素子層を形成する工程と、窒化ガリウム基板の第１の主面とは反対側から窒化ガリウム基板を薄くする工程と、窒化ガリウム基板の第１の主面とは反対側の第２の主面に罫書き溝を形成する工程と、罫書き溝に沿って窒化ガリウム基板を分割することによって窒化物半導体レーザ素子層を劈開する工程とを含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法である。

ここで、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、窒化ガリウム基板を薄くする工程と罫書き溝を形成する工程との間に、窒化ガリウム基板の第２の主面をＣＭＰ法によって処理する工程を含み、窒化ガリウム基板の第２の主面の３０μｍ×３０μｍの範囲内におけるＲＭＳ値が２ｎｍ以下とされることが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、罫書き溝を形成する工程において、罫書き溝は［−１２−１０］の方向に沿って形成されることが好ましい。

さらに、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、窒化物半導体レーザ素子層を劈開する工程は、窒化ガリウム基板の第１の主面側から罫書き溝に圧力をかけることによって行なわれることが好ましい。

本発明によれば、半極性面を主面とするＧａＮ基板を用いた場合でも容易に作製することができ、かつ低閾値電流となる窒化物半導体レーザ素子、それを用いた光源装置およびその窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することができる。

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の積層構造の一例の模式的な断面図である。 本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。 本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図である。 本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図である。 本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図である。 本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図である。 バルク状結晶またはフリースタンディングのＡｌ_xＧａ_1-xＮ結晶とＩｎ_xＧａ_1-xＮ結晶の各結晶のＡｌまたはＩｎの組成比ｘと、各結晶の｛−１０１７｝面と｛２０−２１｝面とが為す角度（°）との関係を示す図である。 実施例において作製された窒化物半導体レーザ素子の積層構造の模式的な断面図である。 実施例においてｎ側電極を形成した後のｎ型ＧａＮ基板の裏面の模式的な平面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

なお、結晶面および方向を表わす場合に、本来であれば所要の数字の上にバーを付した表現をするべきであるが、表現手段に制約があるため、本明細書においては、所要の数字の上にバーを付す表現の代わりに、所要の数字の前に「−」を付して表現している。

図１に、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の積層構造の一例の模式的な断面図を示す。本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型のＧａＮ基板１０１と、ＧａＮ基板１０１上に設けられた窒化物半導体厚膜１１０と、窒化物半導体厚膜１１０上に設けられた窒化物半導体レーザ素子層１０２とを有している。

ＧａＮ基板１０１は、｛２０−２１｝面からなる第１の主面１０１ａと、第１の主面１０１ａと反対側の主面である第２の主面１０１ｂとを有している。

ＧａＮ基板１０１の｛２０−２１｝面からなる第１の主面１０１ａに接するようにして窒化物半導体厚膜１１０が形成されており、窒化物半導体厚膜１１０は｛２０−２１｝面からなる主面１１０ａを有している。

窒化物半導体厚膜１１０の｛２０−２１｝面からなる主面１１０ａに接するようにしてｎ型窒化物半導体層１０３が形成されている。また、ｎ型窒化物半導体層１０３に接するようにして窒化物半導体からなる発光層１０４が形成されている。さらに、発光層１０４に接するようにしてｐ型窒化物半導体層１０５が形成されている。このようにして形成されたｎ型窒化物半導体層１０３と、発光層１０４と、ｐ型窒化物半導体層１０５との積層体から窒化物半導体レーザ素子層１０２が形成されている。

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体厚膜１１０が、窒化物半導体厚膜１１０の主面１１０ａである｛２０−２１｝面と、８９．９５°以上９０．０５°以下の角度αを為す範囲内に｛−１０１７｝面を有している。これにより、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、劈開によって、窒化物半導体厚膜１１０上の窒化物半導体レーザ素子層１０２に良好な共振器端面を容易に形成することができるため、半極性面である｛２０−２１｝面を第１の主面１０１ａとするＧａＮ基板１０１を用いた場合でも低閾値電流を実現することができる。

従来、窒化物半導体レーザ素子層は、主に、ＧａＮ基板のｃ面（｛０００１｝面）上に形成されていた。窒化物半導体が属する六方晶系において、ｃ面は六方晶系の主軸の１つであるｃ軸の結晶面であることから結晶学的に対称性の高い面である。そのため、ＧａＮ基板のｃ面上に、ＧａＮとは異なる窒化物半導体材料（たとえば、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ）を含む窒化物半導体レーザ素子層を積層した場合でも、ＧａＮ基板のｃ面に対する法線方向（ｃ軸）と窒化物半導体レーザ素子層の表面に対する法線方向（ｃ軸）とは一致する。

ｃ面と同様に、ＧａＮ基板のｃ面上に形成された窒化物半導体レーザ素子層の劈開面であるｍ面もまたＧａＮ基板の劈開面であるｍ面と一致する。これは、ＧａＮ基板のｃ面上にＧａＮ基板と異なる格子定数を有する窒化物半導体レーザ素子層を積層した場合にも成立する。これは、ｃ面上の結晶成長では等方性弾性歪によって窒化物半導体レーザ素子層が変形するためである。よって、ＧａＮ基板のｃ面を主面上に形成された窒化物半導体レーザ素子層の劈開面は、そのＧａＮ基板の劈開面とも一致するため、劈開による形成が容易である。

一方、本実施の形態のように、半極性面であるＧａＮ基板１０１の｛２０−２１｝面からなる第１の主面１０１ａ上に窒化物半導体レーザ素子層１０２を形成した場合には、仮にＧａＮ基板１０１と窒化物半導体レーザ素子層１０２との間の格子不整合差に起因する格子歪が生じていない場合であっても、窒化物半導体材料に応じて、｛２０−２１｝面に対する劈開面（たとえば｛−１０１７｝面）の角度が変化する。また、ＧａＮ基板１０１と窒化物半導体レーザ素子層１０２との間に格子歪が生じている場合には、さらに複雑な振る舞いをする。なぜならば、ＧａＮ基板１０１の｛２０−２１｝面を第１の主面１０１ａとする場合には、せん断応力による歪も考慮しなければならないためである。

このようなＧａＮ基板１０１の｛２０−２１｝面からなる第１の主面１０１ａ上に形成された窒化物半導体レーザ素子層１０２に良好な劈開面を形成するためには、｛２０−２１｝面を第１の主面１０１ａとするＧａＮ基板１０１と窒化物半導体レーザ素子層１０２との間に窒化物半導体厚膜１１０を具備するとともに、窒化物半導体厚膜１１０はＧａＮ基板１０１と接して設けられ、かつ窒化物半導体厚膜１１０は、その主面１１０ａである｛２０−２１｝面に対する角度αが８９．９５°以上９０．０５°以下の範囲内に｛−１０１７｝面を有する必要がある。これにより、窒化物半導体厚膜１１０を窒化物半導体レーザ素子層１０２に良好な劈開面を形成するための誘導層として機能させることができ、窒化物半導体レーザ素子層１０２に劈開による良好な共振器端面を形成することができる。

以下、図２〜図６を参照して、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例について説明する。なお、後述する各工程の前後にそれぞれ他の工程を含んでいてもよいことは言うまでもない。

まず、図２の模式的断面図に示すように、｛２０−２１｝面を第１の主面１０１ａとするＧａＮ基板１０１を準備する工程を行なう。ここで、ＧａＮ基板１０１を準備する工程は、たとえば、バルク状のＧａＮ結晶を｛２０−２１｝面の方位に沿って切り出し、切り出したＧａＮ結晶の｛２０−２１｝面からなる主面を研削および研磨することによって行なうことができる。

次に、図３の模式的断面図に示すように、ＧａＮ基板１０１の｛２０−２１｝面からなる第１の主面１０１ａに接するように窒化物半導体厚膜１１０を形成する工程を行なう。ここで、窒化物半導体厚膜１１０を形成する工程は、たとえばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などによってＧａＮ基板１０１の｛２０−２１｝面からなる第１の主面１０１ａ上に窒化物半導体厚膜１１０を成長させることなどによって行なうことができる。

窒化物半導体厚膜１１０としては、Ａｌ_x0Ｇａ_y0Ｉｎ_z0Ｎ（０≦ｘ０≦１、０≦ｙ０≦１、０≦ｚ０≦１、ｘ０＋ｙ０＋ｚ０＝１）の式で表わされる窒化物半導体を成長させることができ、たとえば、Ａｌ_x0Ｇａ_y0Ｎ（０＜ｘ０＜１、０＜ｙ０＜１、ｘ０＋ｙ０＝１）またはＧａ_y0Ｉｎ_z0Ｎ（０＜ｙ０＜１、０＜ｚ０＜１、ｙ０＋ｚ０＝１）の式で表わされる窒化物半導体を成長させることができる。

なかでも、窒化物半導体厚膜１１０としては、Ａｌ_xＧａ_1-xＮの式で表わされ、当該式におけるＡｌの組成比ｘが０．１１以上０．２３以下である窒化物半導体を成長させることが好ましい。この場合には、ＧａＮ基板１０１の｛２０−２１｝面からなる第１の主面１０１ａ上に、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜１１０をほぼ格子緩和した状態で成長させることができ、｛２０−２１｝面と８９．９５°以上９０．０５°以下の角度を為す範囲内に｛−１０１７｝面を有する窒化物半導体厚膜１１０をより安定して成長させることができる傾向が大きくなる。また、実際に、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜１１０を窒化物半導体レーザ素子に適用する場合には、高いＡｌ組成比ｘを有する窒化物半導体厚膜１１０よりも低いＡｌ組成比ｘを有する窒化物半導体厚膜１１０を用いた場合の方が、窒化物半導体レーザ素子を構成する窒化物半導体層の結晶性が良好となる傾向が大きくなる。

次に、図４の模式的断面図に示すように、窒化物半導体厚膜１１０上に窒化物半導体レーザ素子層１０２を形成する工程を行なう。ここで、窒化物半導体レーザ素子層１０２を形成する工程は、たとえば、ＭＯＣＶＤ法などによって、窒化物半導体厚膜１１０の｛２０−２１｝面からなる主面１１０ａに接するようにｎ型窒化物半導体層１０３を成長させ、ｎ型窒化物半導体層１０３に接するように発光層１０４を成長させ、発光層１０４に接するようにｐ型窒化物半導体層１０５を成長させることなどによって行なうことができる。

ｎ型窒化物半導体層１０３としては、Ａｌ_x1Ｇａ_y1Ｉｎ_z1Ｎ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１、０≦ｚ１＜１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の式で表わされる窒化物半導体にＳｉなどのｎ型ドーパントをドープさせたものを成長させることができ、たとえば、Ａｌ_x1Ｇａ_y1Ｎ（０＜ｘ１＜１、０＜ｙ１＜１、ｘ１＋ｙ１＝１）、ＧａＮ、Ｇａ_y1Ｉｎ_z1Ｎ（０＜ｙ１＜１、０＜ｚ１＜１、ｙ１＋ｚ１＝１）、またはＡｌ_x1Ｇａ_y1Ｉｎ_z1Ｎ（０＜ｘ１＜１、０＜ｙ１＜１、０＜ｚ１＜１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の式で表わされる窒化物半導体にＳｉなどのｎ型ドーパントをドープさせたものを成長させることができる。

発光層１０４としては、たとえば、窒化物半導体からなる井戸層と、窒化物半導体からなる障壁層とを含むものを用いることができる。窒化物半導体からなる井戸層としては、たとえば、Ｇａ_y2Ｉｎ_z2Ｎ（０＜ｙ２＜１、０＜ｚ２＜１、ｙ２＋ｚ２＝１）の式で表わされる窒化物半導体などを成長させることができ、Ｉｎの組成比ｚ２を変化させることにより所望の発光波長を有する窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。また、窒化物半導体からなる障壁層としては、Ａｌ_x3Ｇａ_y3Ｉｎ_z3Ｎ（０≦ｘ３＜１、０＜ｙ３≦１、０≦ｚ３＜１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１）の式で表わされる窒化物半導体などを成長させることができ、たとえば、Ａｌ_x3Ｇａ_y3Ｎ（０＜ｘ３＜１、０＜ｙ３＜１、ｘ３＋ｙ３＝１）、ＧａＮ、Ｇａ_y3Ｉｎ_z3Ｎ（０＜ｙ３＜１、０＜ｚ３＜１、ｙ３＋ｚ３＝１）、またはＡｌ_x3Ｇａ_y3Ｉｎ_z3Ｎ（０＜ｘ３＜１、０＜ｙ３＜１、０＜ｚ３＜１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１）の式で表わされる窒化物半導体を成長させることができる。

ｐ型窒化物半導体層１０５としては、Ａｌ_x4Ｇａ_y4Ｉｎ_z4Ｎ（０≦ｘ４＜１、０＜ｙ４≦１、０≦ｚ４＜１、ｘ４＋ｙ４＋ｚ４＝１）の式で表わされる窒化物半導体にＭｇなどのｐ型ドーパントをドープさせたものを成長させることができ、たとえば、Ａｌ_x4Ｇａ_y4Ｎ（０＜ｘ４＜１、０＜ｙ４＜１、ｘ４＋ｙ４＝１）、ＧａＮ、Ｇａ_y4Ｉｎ_z4Ｎ（０＜ｙ４＜１、０＜ｚ４＜１、ｙ４＋ｚ４＝１）、またはＡｌ_x4Ｇａ_y4Ｉｎ_z4Ｎ（０＜ｘ４＜１、０＜ｙ４＜１、０＜ｚ４＜１、ｘ４＋ｙ４＋ｚ４＝１）の式で表わされる窒化物半導体にＭｇなどのｐ型ドーパントをドープさせたものを成長させることができる。

ここで、窒化物半導体厚膜１１０の厚さｔ１が、窒化物半導体レーザ素子層１０２の厚さｔ２よりも厚くなることが好ましい。この場合には、劈開によって、窒化物半導体レーザ素子層１０２に良好な共振器端面を歩留まり良く形成することができる傾向が大きくなる。

その後、窒化物半導体レーザ素子層１０２にリッジストライプ部（図示せず）を形成する工程、誘電体保護膜（図示せず）を形成する工程、およびｐ側電極（図示せず）を形成する工程等を順次行なうことができる。

次に、図５の模式的断面図に示すように、ＧａＮ基板１０１の第１の主面１０１ａとは反対側からＧａＮ基板１０１を薄くする工程を行なう。ＧａＮ基板１０１を薄くする工程は、たとえば、ＧａＮ基板１０１の第１の主面１０１ａとは反対側から研削することなどによって行なうことができる。これにより、ＧａＮ基板１０１の厚さを薄くして、ＧａＮ基板１０１の第１の主面１０１ａとは反対側に第２の主面１０１ｂを露出させることができる。

ＧａＮ基板１０１を薄くする工程後におけるＧａＮ基板１０１の厚さｔ３は、８０μｍ以上１２０μｍ以下とすることが好ましい。この場合には、後述する劈開する工程において、劈開によって、窒化物半導体レーザ素子層１０２に良好な共振器端面を容易に形成することができる傾向にある。

ＧａＮ基板１０１を薄くする工程の後には、ＧａＮ基板１０１の第２の主面１０１ｂをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって処理する工程を含むことが好ましく、ＣＭＰ法による処理後のＧａＮ基板１０１の第２の主面１０１ｂの３０μｍ×３０μｍの範囲内におけるＲＭＳ（Root Mean Square）値を２ｎｍ以下とすることがより好ましい。この場合には、後述する罫書き溝を形成する工程において、罫書き溝を精度良く形成することができる傾向が大きくなるため、後述する劈開によって形成された劈開面である共振器端面を有する窒化物半導体レーザ素子の歩留まりを向上させることができる傾向が大きくなる。

なお、ＲＭＳ値は、ＧａＮ基板１０１の第２の主面１０１ｂの３０μｍ×３０μｍの範囲内において、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）に基づいてＲ_qを算出することなどによって求めることができる。

その後、ＧａＮ基板１０１の第２の主面１０１ｂ上にｐ側電極（図示せず）を形成する工程等を行なうことができる。

次に、図６の模式的平面図に示すように、ＧａＮ基板１０１の第１の主面１０１ａとは反対側の第２の主面１０１ｂに罫書き溝１０７を形成する工程を行なう。罫書き溝１０７を形成する工程は、たとえばスクライブ装置を用いてＧａＮ基板１０１の第２の主面１０１ｂに罫書き溝１０７を形成することにより行なうことができる。

ここで、罫書き溝１０７は、［−１２−１０］の方向に沿って形成することが好ましい。この場合には、窒化物半導体レーザ素子層１０２に良好な劈開面を形成することができる傾向が大きくなる。

また、罫書き溝１０７の深さは、３μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。この場合にも、窒化物半導体レーザ素子層１０２に良好な劈開面を形成することができる傾向が大きくなる。

次に、罫書き溝１０７に沿ってＧａＮ基板１０１を分割することによって窒化物半導体レーザ素子層１０２を劈開する工程を行なう。ここで、窒化物半導体レーザ素子層１０２を劈開する工程は、たとえば、ブレーキング装置を用いて、ＧａＮ基板１０１の第１の主面１０１ａ側から罫書き溝１０７と対向する位置に沿って刃を押し当ててＧａＮ基板１０１の第１の主面１０１ａ側から罫書き溝１０７に圧力を加えることなどによって行なうことができる。

ＧａＮ基板１０１の第１の主面１０１ａ側から罫書き溝１０７に圧力を加えることによって、ＧａＮ基板１０１の第２の主面１０１ｂ側からＧａＮ基板１０１に亀裂が入り、その後、ＧａＮ基板１０１から窒化物半導体厚膜１１０を介して窒化物半導体レーザ素子層１０２へと劈開が進行する。このとき、ＧａＮ基板１０１から窒化物半導体厚膜１１０に劈開が進行する過程で、劈開面が窒化物半導体厚膜１１０内において、所定の範囲内（｛２０−２１｝面に対して９０°±０．０５°の範囲内。以下「±０．０５°の範囲内」という。）に収められ、その状態が窒化物半導体レーザ素子層１０２にも伝播することによって良好な劈開面が形成され得ると考えられる。

このように、窒化物半導体厚膜１１０内において±０．０５°の範囲内に収められた劈開面を窒化物半導体レーザ素子層１０２に連続的に伝播させることによって、窒化物半導体レーザ素子層１０２に良好な劈開面を形成するためには、上述したように、窒化物半導体厚膜１１０の厚さを窒化物半導体レーザ素子層１０２の厚さよりも厚くすることが好ましい。これにより、窒化物半導体レーザ素子層１０２に劈開面である共振器端面を良好に、かつ歩留まり良く形成することができる傾向にある。

また、窒化物半導体厚膜１１０内において劈開面を±０．０５°の範囲内により精度良く収めるためには、窒化物半導体厚膜１１０が格子緩和していることが好ましい。たとえば、ＧａＮ基板１０１の｛２０−２１｝面からなる第１の主面１０１ａ上にＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜１１０を形成した場合には、比較的容易に格子緩和が生じるが、この現象は、従来のように、ＧａＮ基板のｃ面上にＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜を形成した場合と大きく異なっている。

ここで、格子緩和とは、たとえばＸ線回折装置（以下、「ＸＲＤ装置」と言う。）を用いて、ＧａＮ基板１０１の｛２０−２１｝面におけるＸ線の反射と、ＧａＮ基板１０１上に形成された窒化物半導体厚膜１１０の｛２０−２１｝面におけるＸ線の反射とを観察したとき、これらのＸ線の反射が、逆格子空間におけるＧａＮ基板１０１の[２０−２１]逆格子ベクトル方向の延長線上に載らない現象のことを意味する。

本発明者の実験結果によれば、厚さ０．９４μｍのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなる窒化物半導体厚膜をＧａＮ基板の｛２０−２１｝面上に形成したときに、窒化物半導体厚膜の格子緩和が発生した。また、厚さ０．５６μｍのＡｌ_0.057Ｇａ_0.943Ｎからなる窒化物半導体厚膜をＧａＮ基板の｛２０−２１｝面上に形成したときにも、窒化物半導体厚膜の格子緩和が発生した。さらに、厚さ１．３６μｍのＡｌ_0.035Ｇａ_0.965Ｎからなる窒化物半導体厚膜をＧａＮ基板の｛２０−２１｝面上に形成したときにも格子緩和が発生した。

一般に、ＧａＮ基板のｃ面上に、上記と同様のＡｌＧａＮからなる窒化物半導体厚膜を形成した場合には格子緩和は発生しない。ここで、ＧａＮ基板のｃ面上にＡｌＧａＮからなる窒化物半導体厚膜を形成した場合の格子緩和とは、たとえばＸＲＤ装置を用いて、ＧａＮ基板の｛１０−１３｝面におけるＸ線の反射と、ＧａＮ基板上に形成されたＡｌＧａＮからなる窒化物半導体厚膜の｛１０−１３｝面におけるＸ線の反射とを観察したときに、これらのＸ線の反射が、逆格子空間におけるＧａＮ基板の[０００１]逆格子ベクトル方向の延長線上に載らない現象のことを意味する。

上記の｛２０−２１｝面に関する実験で、格子緩和がほとんど発生しなかった（厳密には多少の緩和が始まりかけていた）のは、たとえば、ＧａＮ基板の｛２０−２１｝面上に、厚さ０．４５μｍのＡｌ_0.035Ｇａ_0.965Ｎからなる窒化物半導体厚膜を形成したときであった。一般に、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が高くなるにつれて格子緩和が顕著に発生する傾向にある。

上記の結果に示されるように、ＧａＮ基板の｛２０−２１｝面上に形成されたＡｌＧａＮからなる窒化物半導体厚膜のＡｌ組成比が０．０３５であって、厚さが０．４５μｍであるときに格子緩和が発生し始めたのであるから、格子緩和を発生させるためのＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜１１０の厚さｔ１は０．４５μｍ以上であることが好ましいと考えられる。

一般に、ＡｌとＮＨ₃原料ガスとの間の気相反応性が高いため、高いＡｌ組成比でＡｌＧａＮ層を気相成長させる場合には、ＡｌＧａＮ層の成長速度が低下する傾向にある。また、さらに高いＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮ層を良好な結晶性を有するように気相成長させるためには、できるだけ高い温度でＡｌＧａＮ層を気相成長させる必要があり、これもＡｌＧａＮ層の成長速度を低下させる原因となる。

上記の劈開に関する観点からは、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜１１０の厚さｔ１の上限については特に限定されない。しかしながら、Ａｌ組成比ｘを高くした場合には窒化物半導体厚膜１１０の成長速度が低下して成長時間が増大するため、窒化物半導体レーザ素子の生産性の低下をもたらす。よって、窒化物半導体レーザ素子の生産性を向上させる観点から、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜１１０の厚さｔ１は、２μｍ以下であることが好ましい。

上述のように、ＧａＮ基板の｛２０−２１｝面からなる主面上にＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜１１０を形成した場合には、ＧａＮ基板のｃ面上に形成する場合と比較して極めて容易に格子緩和が発生する。これは、ｃ面には発生しない｛２０−２１｝面に特有のせん断応力が印加されたためではないかと考えられる。

これは、たとえば、上記のような格子緩和が生じた場合、ＧａＮ基板の｛２０−２１｝面におけるＸ線の反射と、ＧａＮ基板上に形成されたＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜の｛２０−２１｝面におけるＸ線の反射とを観察したとき、これらのＸ線の反射が、逆格子空間におけるＧａＮ基板の[２０−２１]逆格子ベクトルの延長線上に載らない現象も同時に観察されるためである。

なお、上記においては、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．１１≦ｘ≦０．２３）からなる窒化物半導体厚膜１１０が格子緩和する場合について説明したが、窒化物半導体厚膜１１０がＡｌ_xＧａ_1-xＮ以外のＡｌ_x0Ｇａ_y0Ｉｎ_z0Ｎ（０≦ｘ０≦１、０≦ｙ０＜１、０≦ｚ０≦１、ｘ０＋ｙ０＋ｚ０＝１）の式で表わされる窒化物半導体からなる場合も上記と同様にして格子緩和の有無を判断することができる。

また、｛２０−２１｝面を第１の主面１０１ａとするＧａＮ基板１０１は、バルク状のＧａＮ結晶とほぼ同等であり、バルク状のＧａＮ結晶の格子定数を有している。バルク状のＧａＮ結晶の格子定数は、ｃ軸方向が０．５１８５ｎｍであり、ａ軸方向が０．３１８９ｎｍである。｛２０−２１｝面を主面とするＧａＮ基板１０１の劈開面である｛２０−２１｝面と完全に直交する低指数で表わせる結晶面は存在しないが、限りなく垂直に近い｛−１０１７｝面が存在する。ここで、バルク状のＧａＮ結晶の｛−１０１７｝面と｛２０−２１｝面とが為す角度は８９．８９９°と計算することができる。これと同様にして、バルク状のＡｌ_xＧａ_1-xＮ結晶とバルク状のＩｎ_xＧａ_1-xＮ結晶とについても｛２０−２１｝面と｛−１０１７｝面とが為す角度を見積もることができる。

図７に、バルク状結晶またはフリースタンディングのＡｌ_xＧａ_1-xＮ結晶とＩｎ_xＧａ_1-xＮ結晶の各結晶のＡｌまたはＩｎの組成比ｘと、各結晶の｛−１０１７｝面と｛２０−２１｝面とが為す角度（°）との関係を示す。ここで、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ結晶の各Ａｌ組成比ｘでの格子定数は、バルク状のＡｌＮ結晶の格子定数とバルク状のＧａＮ結晶の格子定数とからベーガード則を用いて算出することができる。また、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ結晶の各Ｉｎ組成比ｘでの格子定数は、バルク状のＩｎＮ結晶の格子定数とバルク状のＧａＮ結晶の格子定数とからベーガード則を用いて算出することができる。

図７に示す関係を算出するのに用いたバルク状のＧａＮ結晶の格子定数は、ｃ軸方向を０．５１８５ｎｍとし、ａ軸方向を０．３１８９ｎｍとした。また、バルク状のＡｌＮ結晶の格子定数は、ｃ軸方向を０．４９８２ｎｍとし、ａ軸方向を０．３１１２ｎｍとした。さらに、バルク状のＩｎＮ結晶の格子定数は、ｃ軸方向を０．５７０３ｎｍとし、ａ軸方向を０．３５４５ｎｍとした。

図７に示す関係から、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ結晶については、Ａｌの組成比ｘが約０．２であるとき、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ結晶については、Ｉｎの組成比ｘが約０．３であるときに、｛−１０１７｝面と｛２０−２１｝面とが為す角度が９０°となることがわかる。

低閾値電流の窒化物半導体レーザ素子を製造するための１つの方法としては、良好な共振器端面を形成することが挙げられる。共振器端面は、窒化物半導体レーザ素子層１０２の発光層１０４に形成されるが、発光層１０４はＩｎ_xＧａ_1-xＮ結晶からなる井戸層を含み得る。

ここで、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ結晶からなる井戸層のＩｎの組成比ｘが０．１６以上０．４７以下である場合には、図７に示す結果から、｛−１０１７｝面と｛２０−２１｝面とが為す角度は９０°±０．０５°の範囲内に収まるため、良好な劈開面を形成することができる可能性がより高くなる。Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ結晶からなる井戸層のＩｎの組成比ｘが０．１６以上０．４７以下であるときの発光波長は、約４６５ｎｍ〜７１０ｎｍとなる。

また、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ結晶からなる井戸層のＩｎの組成比ｘが高くなりすぎると井戸層の結晶性が悪化しやすい傾向にあるため、劈開性と結晶性とを共に良好なものにする場合には、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ結晶からなる井戸層のＩｎの組成比ｘは０．１６以上０．３１以下とすることが好ましい。

ここで、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ結晶からなる井戸層のＩｎの組成比ｘが０．１６以上０．３１以下である場合には、図７に示す結果から、｛−１０１７｝面と｛２０−２１｝面とが為す角度は９０°±０．０５°の範囲内に収まる。また、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ結晶からなる井戸層のＩｎの組成比ｘが０．１６以上０．３１以下であるときの発光波長は、青色領域から緑色領域にまで及ぶ。

このことから、劈開の観点から｛２０−２１｝面を第１の主面１０１ａとするＧａＮ基板１０１上の窒化物半導体レーザ素子の発光色は青色領域〜緑色領域であることが好ましく、その発光波長は、たとえば４４０ｎｍ〜５４０ｎｍであることが好ましい。

上記のようにして作製された本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光ディスプレイ装置やレーザプロジェクタ装置などのＲＧＢ（赤緑青）光源装置のような光源装置に利用することができる。

図８に、本実施例において作製された窒化物半導体レーザ素子の積層構造の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体レーザ素子は、｛２０−２１｝面を主面とするｎ型ＧａＮ基板２００と、ｎ型ＧａＮ基板２００の｛２０−２１｝面からなる主面上に、順次積層された、ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１と、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２と、ｎ型ＧａＮ層２０３と、ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０４と、発光層２０５と、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層２０６と、ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０７と、ｐ型ＧａＮ層２０８と、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０９と、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１０とを含んでいる。

ここで、｛２０−２１｝面を主面とするｎ型ＧａＮ基板２００が図１に示すＧａＮ基板１０１に相当し、ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１が図１に示す窒化物半導体厚膜１１０に相当し、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２からｐ型ＧａＮコンタクト層２１０までの層が窒化物半導体レーザ素子層１０２に相当する。

本実施例における窒化物半導体レーザ素子は以下のようにして製造した。まず、ＭＯＣＶＤ装置内に｛２０−２１｝面を主面とするｎ型ＧａＮ基板２００を設置し、ｎ型ＧａＮ基板２００を１０５０℃まで加熱してその温度に保持した。

次に、ＭＯＣＶＤ装置内に、ＩＩＩ族元素の原料ガスとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスおよびＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスを供給し、Ｖ族元素の原料ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）ガスを供給し、ドーピングガスとしてＳｉを含むＳｉＨ₄（シラン）ガスを供給し、キャリアガスとしてＨ₂（水素）ガスを供給した。これにより、ｎ型ＧａＮ基板２００の｛２０−２１｝面からなる主面に接するように、厚さ１．４μｍのｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１を形成した。ここで、ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１中のＳｉ不純物濃度は３×１０¹⁸個／ｃｍ³であって、ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１のＩＩＩ族元素中のＡｌ組成比は０．１２であった（すなわち、ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１は、ｎ型Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎ結晶から構成されていた。）。

次に、原料ガスおよびドーピングガスの供給量を調節すること等によって、ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１の｛２０−２１｝面からなる主面に接するように、厚さ０．１μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２を形成した。ここで、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２中のＳｉ不純物濃度は１×１０¹⁸個／ｃｍ³であって、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２のＩＩＩ族元素中のＡｌ組成比は０．０７であった（すなわち、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２は、ｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ結晶から構成されていた。）。

次に、ＭＯＣＶＤ装置内へのＴＭＡガスの供給を停止するとともに、ｎ型ＧａＮ基板２００の成長温度を１０００℃に保持し、キャリアガスをＨ₂ガスからＮ₂（窒素）ガスに切り替え、ＳｉＨ₄ガスの供給量も変化させることによって、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２上に、厚さ０．２μｍでＳｉ不純物濃度が１×１０¹⁸個／ｃｍ³のｎ型ＧａＮ光ガイド層２０３を形成した。

本発明者らの実験結果によれば、ｎ型ＧａＮ基板の｛２０−２１｝面からなる主面上にｃ面成長では一般的なＨ₂ガスをキャリアガスとする雰囲気でＧａＮ結晶を成長させたところ、表面が荒れてしまい、うまく成長することができなかった。そこで、様々な実験を行なった結果、キャリアガスとして使用するＨ₂ガスの体積割合を５％以下（０％も含む。）とし、その代替としてＮ₂ガスを使用したところ、ＧａＮ結晶の表面モフォロジーが大幅に改善されることが明らかとなった。

さらに成長温度おいては、ｃ面成長ではできるだけ高い温度で成長させるのが一般的であるが、｛２０−２１｝面上にＧａＮ結晶を成長させた場合には、逆に表面が荒れる傾向にあった。本発明者らの実験結果によれば、ｎ型ＧａＮ基板の温度が１０００℃以下でＧａＮ結晶を成長させた方がＧａＮ結晶の表面モフォロジーが改善されることがわかった。しかしながら、ｎ型ＧａＮ基板の温度を低下させ過ぎた場合には、窒化物半導体レーザ素子の抵抗が増大する傾向にあったため、ｎ型ＧａＮ基板の温度が９００℃以上１０００℃以下の条件でｎ型ＧａＮ光ガイド層２０３を成長させることが好ましいことが確認された。

次に、ｎ型ＧａＮ基板２００の温度を８００℃まで低下させ、ＭＯＣＶＤ装置内に、ＩＩＩ族元素の原料ガスとしてＴＭＧガスおよびＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガスを供給し、Ｖ族元素の原料ガスとしてＮＨ₃ガスを供給し、ドーピングガスとしてＳｉを含むＳｉＨ₄ガスを供給し、キャリアガスとしてＨ₂ガスを供給した。これにより、ｎ型ＧａＮ光ガイド層２０３上に厚さ５０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０４を形成した。ここで、ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０４のＩＩＩ族元素中のＩｎ組成比は０．０６であった（すなわち、ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０４は、ｎ型Ｉｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎ結晶から構成されていた。）。

次に、ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０４上に、多重量子井戸構造を有する発光層２０５を形成した。ここで、発光層２０５は、ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０４上に、厚さ１０ｎｍのアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層、厚さ４．５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ井戸層、厚さ１０ｎｍのアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層、厚さ４．５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ井戸層、厚さ１０ｎｍのアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層、厚さ４．５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ井戸層および厚さ１０ｎｍのアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層を順次積層することによって形成された。

次に、ｎ型ＧａＮ基板２００の温度を１０００℃まで上昇させて、Ｍｇが添加された厚さ１０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層２０６を発光層２０５上に形成した。

次に、ｎ型ＧａＮ基板２００の温度を再び８００℃まで低下させて、Ｍｇが添加された厚さ５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０７をｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層２０６上に形成した（すなわち、ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０７は、ｐ型Ｉｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎ結晶から構成されていた。）。

次に、ｎ型ＧａＮ基板２００の温度を再び１０００℃まで上昇させて、ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層２０７上に、Ｍｇが添加された厚さ０．２μｍのｐ型ＧａＮ層２０８、Ｍｇが添加された厚さ０．３μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０９、およびＭｇが添加された厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２１０を順次形成した。

ここで、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層２０６におけるＩＩＩ族元素中のＡｌ組成比は０．２であった（すなわち、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層２０６は、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ結晶から構成されていた。）。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０９におけるＩＩＩ族元素中のＡｌ組成比は０．０６であった（すなわち、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０９は、ｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎ結晶から構成されていた。）。なお、Ｍｇを含む原料ガスとしては（ＥｔＣｐ）₂Ｍｇが用いられた。

本実施例で作製された窒化物半導体レーザ素子のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２からｐ型ＧａＮコンタクト層２１０までの積層構造体の厚さ、すなわち、図１に示す窒化物半導体レーザ素子層１０２に相当する厚さは、約１．０６μｍであった。この積層構造体の厚さは、ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１（図１に示す窒化物半導体厚膜１１０に相当）の厚さである１．５μｍよりも小さくなるように設計された。

その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１０の形成後までのウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、リッジストライプ部（図示せず）を形成し、その後、誘電体保護膜（図示せず）を形成し、さらにｐ側電極（図示せず）を形成した。

ｐ側電極の形成後のｎ型ＧａＮ基板２００の｛２０−２１｝面からなる主面（ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１の形成側の主面）とは反対側の裏面から研削を行なうことによってｎ型ＧａＮ基板２００を薄くして、ｎ型ＧａＮ基板２００の厚さを１００μｍ〜１５０μｍとした。

ｎ型ＧａＮ基板２００を研削した後、ｎ型ＧａＮ基板２００の研削した裏面についてＣＭＰ処理を行なうことによって、ｎ型ＧａＮ基板２００の厚さを１２０〜８０μｍとし、ｎ型ＧａＮ基板２００の裏面の３０μｍ×３０μｍの範囲内におけるＲｍｓ値が２ｎｍ以下になるように鏡面処理を行なった。その後、ｎ型ＧａＮ基板２００の裏面にｎ側電極を形成した。

図９に、ｎ側電極を形成した後のｎ型ＧａＮ基板２００の裏面の模式的な平面図を示す。図９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板２００の裏面に、長方形状の表面を有する島状のｎ側電極４００が互いに所定の間隔を空けて蒸着されており、ｎ側電極４００の長手方向が［−１０１４］方向と平行になるようにｎ側電極４００が配置された。

そして、ｎ型ＧａＮ基板２００の裏面におけるｎ側電極４００の間の領域４０１が罫書き溝４０２を形成するための領域として設けられており、罫書き溝４０２は、［−１０１４］方向と垂直な方向である［−１２−１０］方向と平行に領域４０１に設けられた。ここで、罫書き溝４０２の深さは３μｍ〜５μｍであった。

次に、上記の罫書き溝４０２の形成後のウエハのリッジストライプ部の形成側を十分に保護した後、ウエハをブレーキング装置に設置した。このとき、罫書き溝４０２が形成されたｎ型ＧａＮ基板２００の裏面がブレーキング装置のステージ側に向くようにウエハを設置した。

次に、上記のようにしてブレーキング装置に設置されたウエハのｎ型ＧａＮ基板２００の主面側（ｎ型ＧａＮ基板２００の裏面とは反対側）にブレーキング装置の刃を当てた。このとき、ブレーキング装置の刃は、罫書き溝４０２の位置と対向する位置に沿って押し当てられた。

次に、ｎ型ＧａＮ基板２００の主面側からウエハに圧力を加えることによって罫書き溝４０２に沿って劈開を行ない、発光層２０５に当該劈開による劈開面からなる共振器端面を形成した。以上により、図８に示す積層構造を有する窒化物半導体レーザ素子を作製した。

以上のようにして形成された窒化物半導体レーザ素子のｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１は、ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１の主面である｛２０−２１｝面と８９．９５°以上９０．０５°以下の角度を為す範囲内に｛−１０１７｝面を有していることが確認された。これは、ＸＲＤ装置を用いてｎ型ＧａＮ基板２００とｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１とのそれぞれの回折反射の角度のずれを測定することによって確認された。

また、上記のようにして形成された本実施例における窒化物半導体レーザ素子の発光波長は５０３ｎｍであって、閾値電流値は３２０ｍＡであった。一方、比較として、ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜２０１を形成しなかったこと以外は上記と同様にして作製した窒化物半導体レーザ素子の閾値電流値は３５０ｍＡであった。

以上の結果により、本実施例においては、低閾値電流の窒化物半導体レーザ素子を容易に作製できることが確認された。このような本実施例において作製された窒化物半導体レーザ素子は、光ディスプレイ装置やレーザプロジェクタ装置などのＲＧＢ（赤緑青）光源装置として利用することができると考えられる。

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説明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。

本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、ＲＧＢ（赤緑青）光源を含む光ディスプレイ装置およびＲＧＢ光源を含むレーザプロジェクタなどの光源装置などに好適に利用することができる。

１０１ ＧａＮ基板、１０１ａ 第１の主面、１０１ｂ 第２の主面、１０２ 窒化物半導体レーザ素子層、１０３ ｎ型窒化物半導体層、１０４ 発光層、１０５ ｐ型窒化物半導体層、１０７ 罫書き溝、１１０ 窒化物半導体厚膜、１１０ａ 主面、２００ ｎ型ＧａＮ基板、２０１ ｎ型ＡｌＧａＮ厚膜、２０２ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、２０３ ｎ型ＧａＮ層、２０４ ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層、２０５ 発光層、２０６ ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、２０７ ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層、２０８ ｐ型ＧａＮ層、２０９ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２１０ ｐ型ＧａＮコンタクト層、４００ ｎ側電極、４０１ 領域、４０２ 罫書き溝。

Claims (12)

1. ｛２０−２１｝面を第１の主面とする窒化ガリウム基板と、
   前記窒化ガリウム基板の前記第１の主面に接して設けられた窒化物半導体厚膜と、
   前記窒化物半導体厚膜上に設けられた窒化物半導体レーザ素子層とを備え、
   前記窒化物半導体レーザ素子層は、ｎ型窒化物半導体層と、窒化物半導体からなる発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを含み、
   前記窒化物半導体厚膜は、前記窒化物半導体厚膜の主面である｛２０−２１｝面と８９．９５°以上９０．０５°以下の角度を為す範囲内に｛−１０１７｝面を有する、窒化物半導体レーザ素子。
2. 前記窒化物半導体厚膜の厚さが、前記窒化物半導体レーザ素子層の厚さよりも厚い、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
3. 前記窒化物半導体厚膜は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮの式で表わされる窒化物半導体からなり、前記式における前記ｘは０．１１以上０．２３以下である、請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
4. 前記窒化物半導体厚膜が、格子緩和している、請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
5. 前記窒化物半導体厚膜の厚さが、０．４５μｍ以上２μｍ以下である、請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子。
6. 前記窒化ガリウム基板の厚さが、８０μｍ以上１２０μｍ以下である、請求項１から５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
7. 前記窒化ガリウム基板の前記第１の主面とは反対側の第２の主面の３０μｍ×３０μｍの範囲内におけるＲＭＳ値が２ｎｍ以下である、請求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子を含む光源装置。
9. ｛２０−２１｝面を第１の主面とする窒化ガリウム基板を準備する工程と、
   前記窒化ガリウム基板の前記第１の主面上に前記第１の主面に接する窒化物半導体厚膜を形成する工程と、
   前記窒化物半導体厚膜上に窒化物半導体レーザ素子層を形成する工程と、
   前記窒化ガリウム基板の前記第１の主面とは反対側から前記窒化ガリウム基板を薄くする工程と、
   前記窒化ガリウム基板の前記第１の主面とは反対側の第２の主面に罫書き溝を形成する工程と、
   前記罫書き溝に沿って前記窒化ガリウム基板を分割することによって前記窒化物半導体レーザ素子層を劈開する工程とを含む、窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
10. 前記窒化ガリウム基板を薄くする工程と前記罫書き溝を形成する工程との間に、前記窒化ガリウム基板の前記第２の主面をＣＭＰ法によって処理する工程を含み、前記窒化ガリウム基板の前記第２の主面の３０μｍ×３０μｍの範囲内におけるＲＭＳ値が２ｎｍ以下とされる、請求項９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
11. 前記罫書き溝を形成する工程において、前記罫書き溝は［−１２−１０］の方向に沿って形成される、請求項９または１０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
12. 前記窒化物半導体レーザ素子層を劈開する工程は、前記窒化ガリウム基板の前記第１の主面側から前記罫書き溝に圧力をかけることによって行なわれる、請求項９から１１のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。

Images