JP2013157350A - Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザを作製する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板のIII族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して傾斜する基板裏面に低抵抗のカソード電極を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】ｎ型半導体基板裏面が窒素面に対して傾斜する基準面に沿って延在する平坦な面であるとき、その裏面を構成する結晶面は｛０００−１｝面に比べて高い化学的反応性を示す。この基板裏面は電極の金属材料と良好な接合を形成するが、大気中では基板裏面１７ｂの構成元素と酸素との反応も起こりやすい。一方、基板裏面１７ｂが、｛０００−１｝面を含むいくつかの結晶面から構成される非平坦構造１８を有するとき、非平坦構造１８における個々の結晶面１８ａ〜１８ｄとカソード電極１５との電気的接触は個々に異なるが、裏面全体として電気的接触は、非平坦構造１８のおかげで低い電気抵抗を示す。カソード電極１５はノンアロイ電極である。
【選択図】図１

Description

本発明は、III族窒化物半導体レーザ、及びIII族窒化物半導体レーザを作製する方法に関する。

特許文献１には、（０００１）面上に作製された窒化物半導体レーザを作製する方法を開示する。特許文献２では、（０００１）面上に作製された窒化物半導体レーザを作製する方法を開示する。

特開２００４−７１６５７号公報 特開２００５−３２８０９２号公報

特許文献２に記載された窒化物半導体レーザ及びその作製方法では、基板裏面は（０００−１）面への電極において、多数の突起を基板裏面に形成して、３倍程度に表面積を増大させている。しかし、具体的な電極材料については記載されていない。特許文献２では、素子の放熱性に視点が置かれている。

また、特許文献１に記載された窒化物半導体レーザ及びその作製方法では、（０００１）面ＧａＮ基板を利用しており、またＧａＮ基板の裏面に作製される電極にはアロイが適用される。

｛０００１｝面や｛０００−１｝面から傾斜した半極性面は、発明者らの知見によれば、極性面に比べて酸化されやすい。これ故に、半極性面には自然酸化膜が形成されやすく、半極性面への電気的に接触は、オーミック接触になり難い。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、基板のIII族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して傾斜する基板裏面に低抵抗のカソード電極を有するIII族窒化物半導体レーザを提供することを目的とし、またそのIII族窒化物半導体レーザを作製する方法を提供することを目的とする。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザは、（ａ）半極性主面及び裏面を有するｎ型半導体基板、及び前記半極性主面の上に設けられた半導体領域を含むレーザ構造体と、（ｂ）前記レーザ構造体の前記ｎ型半導体基板の前記裏面に接合を成すカソード電極とを備える。前記ｎ型半導体基板の前記裏面はIII族窒化物半導体からなり、前記半導体領域は、ｎ型III族窒化物半導体層、活性層、及びｐ型III族窒化物半導体層を含み、前記ｎ型III族窒化物半導体層、前記活性層及び前記ｐ型III族窒化物半導体層は、前記ｎ型半導体基板の前記半極性主面の法線軸の方向に配列されており、前記ｎ型半導体基板の前記裏面は基準面に沿って延在し、該基準面は、前記III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成し、前記ｎ型半導体基板の前記裏面は第１面方位の面及び第２面方位の面を含み、前記第１面方位の面及び前記第２面方位の面の各々は前記基準面に対して傾斜しており、前記第１面方位は前記第２面方位と異なり、前記第１面方位の面は｛０００−１｝面である。

このIII族窒化物半導体レーザによれば、ｎ型半導体基板の裏面は、III族窒化物半導体の窒素面に対して傾斜を成す基準面に沿って延在しており、基準面は｛０００−１｝面に対して傾斜している。傾斜した半極性の裏面において、発明者らの実験によれば、基準面に沿った平坦な面からなるｎ型半導体基板裏面へのカソード電極における接触抵抗に比べて、第１面方位の面及び第２面方位の面を含み上記の平坦な面よりは非平坦な非平坦構造のｎ型半導体基板裏面へのカソード電極における接触抵抗を低くできる。

発明者らの知見によれば、ｎ型半導体基板の裏面が窒素面に対して傾斜する基準面に沿って延在するとき、その平坦な裏面を構成する結晶面は｛０００−１｝面に比べて高い化学的な反応性を有する。これ故に、このｎ型半導体基板裏面は電極の金属材料と良好な反応性を示す一方で、ｎ型半導体基板の裏面が大気中に置かれるとき、ｎ型半導体基板裏面の構成元素と酸素との反応も起こりやすい。窒素面に対して傾斜する基準面に沿って延在するｎ型半導体基板裏面は、このように比較的高い反応性を示すので、表面酸化のため良好な電気的接触を得ることが容易ではない。

しかしながら、ｎ型半導体基板裏面が、｛０００−１｝面を含むいくつかの結晶面から構成される非平坦構造を有するとき、非平坦構造における個々の結晶面とカソード電極との電気的接触は個々に異なるけれども、裏面全体として電気的接触は、非平坦構造のおかげで低い電気抵抗を示す。

ｎ型半導体基板裏面の平坦な面は、当該III族窒化物半導体レーザの作製に使用されたｎ型半導体基板ウエハの裏面を研磨して作製される。非平坦構造は、研磨面に対する加工により作り込める。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと前記基準面の法線ベクトルとの成す角度は１０度以上８０度以下の角度範囲にあり、前記半極性主面の法線ベクトルと前記ｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１７０度以下の角度範囲にあることができる。

このIII族窒化物半導体レーザによれば、上記の角度範囲においては、半極性の裏面が、比較的高い反応性の面方位から構成されるようになる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸は、前記ｎ型半導体基板の前記裏面の法線軸から前記III族窒化物半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸への方向に傾斜していることができる。

このIII族窒化物半導体レーザによれば、III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸はｎ型半導体基板の裏面の法線軸からIII族窒化物半導体のａ軸への方向に傾斜していることができる。或いは、III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸はｎ型半導体基板の裏面の法線軸からIII族窒化物半導体のｍ軸への方向に傾斜していることができる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと前記基準面の法線ベクトルとの成す角度は６３度以上８０度以下の角度範囲にあり、前記半極性主面の法線ベクトルと前記ｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１１７度以下の角度範囲にあることができる。

このIII族窒化物半導体レーザによれば、上記の角度範囲の角度で傾斜する半極性面そのものは反応性に富み、これ故に、半極性面に酸化物が形成されることになる。しかしながら、基板裏面が、基準面に対して傾斜する第１面方位の面及び第２面方位の面を含むので、半極性面に比べて低い反応性の面方位が基板裏面に含まれる。これ故に、上記の角度範囲の角度で傾斜する半極性面そのものからなる平坦な結晶面に比べて、基板裏面は全体として酸化されにくくなっている。したがって、カソード電極に良好な電気的接触が提供される。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記カソード電極の材料は、アルミニウム、チタン、白金、バナジウム、及び金の少なくとも一つまたはこれらの層構造の金属から成ることができる。

このIII族窒化物半導体レーザによれば、上記の金属材料は、第１面方位の面及び第２面方位の面を含むｎ型半導体基板裏面に対して良好な電気的接触を提供できる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記ｎ型半導体基板はＧａＮからなることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、ＧａＮの｛０００−１｝面は、ＧａＮの他の面方位に比べて化学的に低い反応性を示す。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記カソード電極はノンアロイ電極であることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、ノンアロイ電極は良好な電気的接触を実現可能である。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザは、前記レーザ構造体の前記半導体領域の表面の上に設けられたアノード電極を更に備えることができる。前記アノード電極はノンアロイ電極であり、前記レーザ構造体は、前記半導体領域の前記表面の上に設けられた絶縁膜を含み、前記アノード電極は、前記絶縁膜の開口を介して前記半導体領域に接続され、前記アノード電極は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、及びＡｕの少なくともいずれかの金属から成り、前記III族窒化物半導体の前記＜０００１＞軸を示すｃ＋ベクトルと前記半導体領域の前記表面の法線ベクトルとの成す角度は１０度以上８０度以下の角度範囲にあることができる。

このIII族窒化物半導体レーザによれば、ノンアロイ電極は良好な電気的接触を実現可能である。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記III族窒化物半導体レーザ素子の発振波長が、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、半極性の利用により、上記波長範囲の良好な発光を提供できる活性層を作製可能である。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記III族窒化物半導体レーザ素子の発振波長が、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、上記の波長範囲の発光素子は、ｃ面の利用に比べて半極性面の利用により容易に提供できる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、結晶構造のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して傾斜する半極性面を有する窒化物半導体で、ｎ電極を蒸着する面に酸化膜がないことが好ましい。このためには、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、ｎ型窒化物半導体への電極形成の前に、酸素を含む気体のプラズマ照射をｎ型窒化物半導体の表面に行わないことが好ましい。また、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、ｎ型窒化物半導体への電極形成の前に、基板を摂氏１００度以上に昇温させないことが好ましい。

本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に係る。この発明は、（ａ）半極性主面を有するｎ型半導体基板を準備する工程と、（ｂ）前記ｎ型半導体基板及び前記半導体領域を含むレーザ構造体を形成する工程と、（ｃ）前記レーザ構造体を形成した後に、前記ｎ型半導体基板の裏面のエッチングを行って、第１面方位の面及び第２面方位の面を含むエッチングされた裏面を形成する工程と、（ｄ）前記レーザ構造体の前記ｎ型半導体基板の前記エッチングされた裏面に接合を成す裏面電極を形成する工程とを備える。前記ｎ型半導体基板の前記裏面はIII族窒化物半導体からなり、前記レーザ構造体を形成する前記工程では、ｎ型III族窒化物半導体層、活性層、及びｐ型III族窒化物半導体層が前記ｎ型半導体基板の前記半極性主面の上に順に成長され、前記ｎ型半導体基板の前記裏面は基準面に沿って延在し、該基準面は、前記III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成し、前記ｎ型半導体基板の前記裏面の前記エッチングでは、前記ｎ型半導体基板の前記裏面に第１面方位の面及び第２面方位の面を形成するように、ウエットエッチング又はドライエッチングが行われ、前記第１面方位は前記第２面方位と異なり、前記第１面方位の面は｛０００−１｝面である。

このIII族窒化物半導体レーザを作製する方法（以下、「作製方法」と記す）によれば、レーザ構造体を形成した後に、ｎ型半導体基板の裏面のエッチングを行って、第１面方位の面及び第２面方位の面を含むエッチングされた裏面を形成する。第１面方位の面は｛０００−１｝面であり、第１面方位は第２面方位と異なる。このエッチングされた裏面に接合を成すカソード電極を形成する。

エッチングの際に、ｎ型半導体基板の裏面はエッチャントにさらされて、III族窒化物半導体からなる半極性の裏面表面がエッチングされる。III族窒化物半導体に対して異方性を示すエッチャントを用いるとき、このエッチャントはIII族窒化物半導体に対して物理的なエッチングよりは化学的なエッチングとして作用し、また、III族窒化物半導体におけるいくつかの結晶面は、このエッチャントに対して異なる反応性を示す。一方、ｎ型半導体基板の平坦な裏面は、III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して傾斜する基準面に沿って延在する。これ故に、エッチングの進行において、裏面表面に近い結晶面が、その反応性に応じて形成されていき、ある程度のエッチングの後に、反応性に乏しい面方位（例えば、｛０００−１｝面）が残される一方で、この面方位の形成に相性の良い別の面方位も形成される。したがって、エッチングの進行により、比較的平坦な裏面表面から、この裏面表面に比べて低い平坦性のエッチングされた裏面が形成される。

上記のエッチングの結果として、エッチングされた裏面は、｛０００−１｝面といった酸素に対して低い反応性を示す面方位を有する。低い反応性を示す面方位は酸化されにくく、この面方位で形成される自然酸化膜も厚くない。これ故に、低反応性の面方位（例えば、｛０００−１｝面）及び別の面方位を含むエッチングされた裏面にカソード電極を形成するとき、エッチングされた裏面はカソード電極と良好な接触抵抗を示す。

本発明に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと前記基準面の法線ベクトルとの成す角度は１０度以上８０度以下の角度範囲にあり、前記半極性主面の法線ベクトルと前記ｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１７０度以下の角度範囲にあることができる。

この作製方法によれば、上記の角度範囲においては、半極性の裏面が、比較的高い反応性の面方位から構成されるようになる。

本発明に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと前記基準面の法線ベクトルとの成す角度は６３度以上８０度以下の角度範囲にあり、前記半極性主面の法線ベクトルと前記ｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１１７度以下の角度範囲にあることができる。

この作製方法によれば、上記の角度範囲の角度で傾斜する半極性面そのものは反応性に富み、これ故に、半極性面に酸化物が形成されることになる。しかしながら、基板裏面が、基準面に対して傾斜する第１面方位の面及び第２面方位の面を含むので、半極性面に比べて低い反応性の面方位が基板裏面に含まれる。これ故に、上記の角度範囲の角度で傾斜する半極性面そのものからなる平坦な結晶面に比べて、基板裏面は全体として酸化されにくくなっている。したがって、カソード電極に良好な電気的接触が提供される。

本発明に係る作製方法では、前記カソード電極の材料は、アルミニウム、チタン、白金、バナジウム、及び金の少なくとも一つの金属から成ることができる。この作製方法によれば、上記の金属材料は、第１面方位の面及び第２面方位の面を含むｎ型半導体基板裏面に対して良好な電気的接触を提供できる。

本発明に係る作製方法では、前記ｎ型半導体基板はＧａＮからなることができる。この作製方法によれば、ＧａＮの｛０００−１｝面は、ＧａＮの他の面方位に比べて化学的な低い反応性を示す。

本発明に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体レーザ素子の発振波長が、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。この作製方法によれば、半極性の利用により、上記波長範囲の良好な発光を提供できる活性層を作製可能である。

本発明に係る作製方法は、前記ｎ型半導体基板をエッチングするに先だって、前記ｎ型半導体基板を研磨して前記裏面を形成する工程を更に備えることができる。

本発明に係る作製方法では、前記ｎ型半導体基板の前記裏面の前記エッチングはウエットエッチングであることができる。この作製方法によれば、ウエットエッチングは、ｎ型半導体基板のIII族窒化物半導体のいくつかの面方位に対して異なる化学的反応性を示すアルカリ性の液体のエッチャントを用いて行われる。このエッチャントは、III族窒化物半導体に対して化学的に反応して、反応結果物を生成する。

本発明に係る作製方法では、前記ｎ型半導体基板の前記裏面の前記エッチングはドライエッチングであり、前記ドライエッチングではエッチャントとして塩素が用いられることができる。

この作製方法によれば、ｎ型半導体基板の裏面にエッチングでは、当該エッチャントに対する面方位の化学的反応性の違いを利用して、酸素との反応性を低い面を生成する。塩素は、III族窒化物半導体に対して化学的に反応して、塩化物を生成する。

本発明に係る作製方法では、前記カソード電極はアニールされていないことが好ましい。この作製方法によれば、ノンアロイ電極は良好な電気的接触を実現可能である。

本発明に係る作製方法では、結晶構造のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して傾斜する半極性面を有する窒化物半導体で、ｎ電極を蒸着する面に酸化膜がないことが好ましい。このためには、本発明に係る作製方法では、ｎ型窒化物半導体への電極形成の前に、酸素を含む気体のプラズマ照射をｎ型窒化物半導体の表面に行わないことが好ましい。また、本発明に係る作製方法では、ｎ型窒化物半導体への電極形成の前に、基板を摂氏１００度以上に昇温させないことが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、基板のIII族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して傾斜する基板裏面に低抵抗のカソード電極を有するIII族窒化物半導体レーザを提供できる。また、本発明によれば、そのIII族窒化物半導体レーザを作製する方法を提供できる。

図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。 図２は、本実施の形態に係る主要な工程示す工程フロー図である。 図３は、いくつかの工程を模式的に示す図面である。 図４は、いくつかの工程を模式的に示す図面である。 図５は、いくつかの工程を模式的に示す図面である。 図６は、ＲＦバイアス条件（３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗ）それぞれに対応してＧａＮ面エッチング外観を示す図面である。 図７は、ＲＦバイアス条件（３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗ）それぞれに対応したＧａＮ面上の金属面の外観を示す図面である。

引き続いて、添付図面を参照しながら、III族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。図１には利得ガイド型半導体レーザの構造が記載されているけれども、本実施の形態は、例えばリッジ構造型半導体レーザの構造にも適用可能である。III族窒化物半導体レーザ１１は、レーザ構造体１３及びカソード電極１５を備える。カソード電極１５は基板１７の裏面１７ｂに設けられ、例えば基板１７の裏面１７ｂを覆っている。III族窒化物半導体レーザ１１は更にオーミック電極１５を備えることができる。レーザ構造体１３は、基板１７及び半導体領域１９を含む。基板１７は、半極性主面１７ａ及び裏面１７ｂを有するｎ型半導体基板からなり、基板１７の半極性主面１７ａはIII族窒化物半導体からなり、裏面１７ｂもIII族窒化物半導体からなる。半導体領域１９は、基板１７の半極性主面１７ａ上に設けられ、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。

基板１７は例えば六方晶系のIII族窒化物半導体からなることができ、このIII族窒化物半導体は例えばＧａＮ等であることができる。基板１７は例えばＧａＮからなることができる。ＧａＮの｛０００−１｝面は、ＧａＮの他の面方位に比べて化学的な低い反応性を示す。

基板１７の裏面１７ｂはある基準面に沿って延在し、その基準面は、基板１７のIII族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面Ｎｃに対して、ゼロより大きな傾斜角ＡＬＰＨＡを成す。基板１７の裏面１７ｂはエッチング処理されて形成された複数の突起を含む非平坦構造１８を有する。突起はいくつかの面方位の面を含み、図１に示されるように、非平坦構造１８における例示された突起１６は、第１面方位の面１８ａ及び第２面方位の面１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを含み、第１面方位の面１８ａ及び第２面方位の面１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの各々は基準面に対して傾斜している。第１面方位１８ａは第２面方位１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと異なる。第１面方位の面は｛０００−１｝面である。

このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、基板１７の裏面１７ｂは、III族窒化物半導体の窒素面に対して傾斜を成す基準面ＲＮに沿って延在しており、基準面は｛０００−１｝面に対して傾斜している。傾斜した半極性の裏面１７ｂにおいて、発明者らの実験によれば、基準面ＲＮに沿った平坦な面からなる基板裏面へのカソード電極における接触抵抗に比べて、第１面方位の面１８ａ及び第２面方位の面１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを含み上記の平坦な面よりは低い平坦性の非平坦構造１８の基板裏面１７ｂへのカソード電極１５における接触抵抗を低くできる。

発明者らの知見によれば、基板１７の裏面１７ｂが窒素面に対して傾斜する基準面ＲＮに沿って延在するとき、基準面ＲＮに沿った結晶面そのものは｛０００−１｝面に比べて高い化学的な反応性を有する。これ故に、このｎ型半導体基板裏面は電極の金属材料と良好な反応性を示す一方で、半極性基板が大気中に置かれるとき、この基板裏面の構成元素と酸素との反応も起こりやすい。窒素面に対して傾斜する基準面に沿って延在する基板裏面は、このように比較的高い反応性を示すので、表面酸化のため良好な電気的接触を得ることが容易ではない。

しかしながら、基板裏面１７ｂが、｛０００−１｝面を含むいくつかの結晶面から構成される非平坦構造１８を有するとき、非平坦構造１８における個々の結晶面１８ａ〜１８ｄとカソード電極１５との電気的接触は個々に異なるけれども、裏面全体として電気的接触は、非平坦構造１８のおかげで低い電気抵抗を示す。また、カソード電極１５はノンアロイ電極であり、カソード電極１５の金属と半導体との合金形成のためのアロイ処理がカソード電極１５に施されない。ノンアロイ電極は、半極性面上への電極の形成において良好な電気的接触を実現可能である。非平坦構造１８においては、突起の密度は、1個/μm²以上50個/μm²以下であることができ、突起の高さは、0.01μm以上1μm以下であることができ、突起のサイズは、0.1μm四方以上1μm四方以下であることができる。また、カソード電極１５においては、突起の密度は、1個/μm²以上50個/μm²以下であることができ、突起の高さは、0.01μm以上1μm以下であることができ、突起のサイズは、0.1μm四方以上1μm四方以下であることができる。ここで、「0.1μm四方以上1μm四方以下の突起サイズ」とは、突起の根元の断面（底面）が底面の形状にかかわらず0.1μm以上1μm以下のサイズの四辺形内にはいるサイズであることを示す。

基板裏面１７ｂの平坦な面は、当該III族窒化物半導体レーザ１１の作製に使用されたウエハの裏面を研磨して作製される。非平坦構造１８は、研磨面に対する加工により作り込める。

カソード電極１５の材料は、アルミニウム、チタン、白金、バナジウム、及び金の少なくとも一つ又はこれらの層構造の金属から成ることができる。上記の金属材料は、第１面方位の面１８ａ及び第２面方位の面１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを含む基板裏面１７ｂに対して良好な電気的接触を提供できる。カソード電極１５の厚さの範囲は、0.005μm以上5um以下であることができる。

カソード電極１５は非平坦構造１８を覆っている。下地の非平坦構造１８の形状に合わせて、カソード電極１５の表面にも非平坦構造２０が形成される。非平坦構造２０も突起２２を含み、これらの突起２２の形成は、カソード電極１５が非平坦構造１８の面方位の面１８ａ〜１８ｄに接合を成していることを示している。非平坦構造２０においては、突起の密度は、1個/μm²以上50個/μm²以下であることができ、突起の高さは、0.01μm以上1μm以下であることができ、突起のサイズは、0.1μm四方以上1μm四方以下であることができる。また、カソード電極１５においては、突起の密度は、1個/μm²以上50個/μm²以下であることができ、突起の高さは、0.01μm以上1μm以下であることができ、突起のサイズは、0.1μm四方以上1μm四方以下であることができる。ここで、「0.1μm四方以上1μm四方以下の突起サイズ」とは、突起の根元の断面（底面）が底面の形状にかかわらず0.1μm以上1μm以下のサイズの四辺形内にはいるサイズであることを示す。

カソード電極１５の電極膜構造としては、Al/Ti/Auを用いることができる。また、カソード電極１５の電極膜構造における膜厚の一例は50ｎｍ/50ｎｍ/600ｎｍであることができる。

半導体領域１９は、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。第１のクラッド層２１はｎ型III族窒化物半導体層を含み、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。第２のクラッド層２３はｐ型III族窒化物半導体層を含み、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａ及び障壁層２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層２５は、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の発振波長の範囲内の光を発生するように設けられた量子井戸構造を含むことができる。半極性の利用により、この波長の領域の光を生成する発光素子に上記波長範囲の良好なレーザ発振を提供できる活性層を作製可能である。また、半極性面の利用により、発振波長５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の光の発生に好適である。上記の波長範囲の発光素子は、ｃ面の利用に比べて半極性面の利用により容易に提供できる。第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。III族窒化物半導体レーザ１１では、レーザ構造体１３は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する第１の割断面２７及び第２の割断面２９を含む。

図１を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。半極性主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。図１には、代表的な窒素面Ｎｃが描かれている。III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルＶＣ−と基準面の法線ベクトルＮＲとの成す角度ＡＬＰＨＡは１０度以上８０度以下の角度範囲にあることができる。この角度範囲においては、半極性の裏面１７ｂが、比較的高い反応性の面方位から構成されるようになる。また、半極性主面１７ａの法線ベクトルＮＸとｃ−ベクトルとの成す角度ＢＥＴＡは１００度以上１７０度以下の角度範囲にあることができる。＜０００１＞軸の向きは＜０００−１＞軸の向きと反対である。

III族窒化物半導体レーザ１１では、III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸は、基板１７の裏面１７ｂの法線軸（法線ベクトルNRで示される軸）からIII族窒化物半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸への方向に傾斜していることができる。

図１に示されたIII族窒化物半導体レーザ１１では、III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸は基板１７の半極性主面１７ａの法線ＮＸ（裏面１７の法線軸）からIII族窒化物半導体のａ軸への方向に傾斜している。しかしながら、III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸は基板１７の半極性主面１７ａの法線ＮＸ（裏面１７の法線軸）からIII族窒化物半導体のｍ軸への方向に傾斜していることができる。

III族窒化物半導体レーザ１１では、例えばｍ軸方向の傾斜に関しては、基板１７のIII族窒化物半導体の＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルＣＶ−と上記の基準面の法線ベクトルＮＲとの成す角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度以下の角度範囲にあり、半極性主面１７ａの法線ベクトルＮＸとｃ−ベクトルＶＣとの成す角度ＢＥＴＡは１００度以上１１７度以下の角度範囲にあることができる。

このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、上記の角度範囲の角度ＡＬＰＨＡで傾斜する半極性面そのものは反応性に富み、これ故に、この半極性面に酸化物が形成されることになる。しかしながら、基板裏面１７ｂが、基準面に対して傾斜する第１面方位の面１８ａ及び第２面方位の面１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを含むので、半極性面に比べて低い反応性の面方位が基板裏面１７ｂに含まれる。これ故に、角度ＡＬＰＨＡが、上記の角度範囲の角度で傾斜する半極性面そのものからなる平坦な結晶面に比べて、基板裏面１７ｂは全体として酸化されにくくなっている。したがって、良好な電気的接触がカソード電極１５に提供される。

III族窒化物半導体レーザ１１はアノード電極４１を更に備え、レーザ構造体１３の半導体領域１９の表面１９ａの上に設けられることができる。アノード電極４１は、レーザ構造体１３の半導体領域１９上にオーミック電極を形成するように設けられる。アノード電極４１は、またノンアロイ電極である。ノンアロイ電極は、半導体に対する良好な電気的接触を実現可能である。レーザ構造体１３は半導体領域１９の表面１９ａの上に設けられた絶縁膜３１を含むことができる。アノード電極４１は絶縁膜３１の開口３１ａを介して半導体領域１９に接続される。アノード電極４１は、例えばＰｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、及びＡｕの少なくともいずれかの金属から成ることができる。III族窒化物半導体の＜０００１＞軸を示すｃ＋ベクトルと半導体領域１９の表面１９ａの法線ベクトルとの成す角度は１０度以上８０度以下の角度範囲にあることができる。

III族窒化物半導体レーザ１１は、絶縁層３１を更に備える。絶縁層３１はレーザ構造体１３の半導体領域１９の表面１９ａを覆っており、半導体領域１９は絶縁層３１と基板１７との間に位置する。絶縁層３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体領域１９の表面１９ａと上記のｍ−ｎ面との交差線の方向に延在し、例えばストライプ形状を成す。アノード電極４１は、開口３１ａを介して半導体領域１９の、例えばｐ型コンタクト層３３の表面に接触を成しており、上記の交差線の方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線の方向に延在する。

III族窒化物半導体レーザ１１では、第１の割断面２７及び第２の割断面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸ（又はｃ軸）によって規定されるｍ−ｎ面（又はｍ−ｃ面）に交差する。III族窒化物半導体レーザ１１のレーザ共振器は第１及び第２の割断面２７、２９を含み、第１の割断面２７及び第２の割断面２９の一方から他方に、上記のレーザ導波路が延在している。レーザ構造体１３は第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂを含み、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。第１及び第２の割断面２７、２９は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。本実施例では、第１及び第２の割断面２７、２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なることができる。

このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の割断面２７、２９がｍ−ｎ面に交差する。これ故に、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、III族窒化物半導体レーザ１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有することになる。

III族窒化物半導体レーザ１１は、ｎ側光ガイド層３５及びｐ側光ガイド層３７を含む。ｎ側光ガイド層３５は、第１の部分３５ａ及び第２の部分３５ｂを含み、ｎ側光ガイド層３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド層３７は、第１の部分３７ａ及び第２の部分３７ｂを含み、ｐ側光ガイド層３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。電子ブロック層３９は、例えば第１の部分３７ａと第２の部分３７ｂとの間に設けられる。

第１及び第２の割断面２７、２９の少なくとも一方、又はそれぞれに設けられた誘電体多層膜４３を更に備えることができる。これらの端面２７、２９にも端面コートを適用できる。端面コートにより反射率を調整できる。

図２は、本実施の形態に係る主要な工程示す工程フロー図である。図３〜図５は、工程を模式的に示す図面である。工程Ｓ１０１では、III族窒化物半導体レーザ素子の作製のための基板（例えばウエハ）を準備する。この基板は図３の（ａ）部に「ｎ型半導体基板５１」として示されており、以下ｎ型半導体基板を基板５１として参照する。基板５１はｎ型半導体基板を含むことができる。基板５１の裏面は、基板５１の六方晶系III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成している。これ故に、基板５１は、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面５１ａを有する。基板５１の裏面は基準面に沿って延在し、この基準面は、III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成している。

工程Ｓ１０２では、図３の（ａ）部に示されるように、基板５１及び半導体領域５３を含むレーザ構造体を形成する。レーザ構造体５５は、半導体領域５３及び基板５１を含む。

工程Ｓ１０２の主要な工程について説明する。工程Ｓ１０３では、半導体領域５３を半極性主面５１ａ上に成長する。半導体領域５３を形成するために、半極性主面５１ａ上に、ｎ型III族窒化物半導体層を含む第１窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及びｐ型III族窒化物半導体層を含む第２窒化ガリウム系半導体領域６１を順に成長する。ｎ型III族窒化物半導体層、活性層、及びｐ型III族窒化物半導体層がｎ型半導体基板５１の半極性主面５１ａ上に順に配列される。窒化ガリウム系半導体領域５７は例えばｎ型クラッド層を含み、窒化ガリウム系半導体領域６１は例えばｐ型クラッド層を含むことができる。発光層５９は窒化ガリウム系半導体領域５７と窒化ガリウム系半導体領域６１との間に設けられ、また活性層、光ガイド層及び電子ブロック層等を含むことができる。窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及び第２導電型の窒化ガリウム系半導体領域６１は、半極性主面５１ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。これらの半導体層はエピタキシャル成長される。半導体領域５３上は、絶縁膜５４で覆われている。絶縁膜５４は例えばシリコン酸化物からなる。絶縁膜５４の開口５４ａを有する。開口５４ａは例えばストライプ形状を成す。

本実施例では、工程Ｓ１０４では、レーザ構造体５５上にアノード電極５８ａが形成される。例えばアノード電極５８ａが半導体領域５３上に形成され、アノード電極５８ａはＸ軸方向に延在する。これらの工程により、基板生産物ＳＰが作成される。

次いで、工程Ｓ１０５では、レーザ構造体５５上にカソード電極（図５の（ｂ）部に示されるカソード電極５８ｂ）が形成される。基板５１の裏面に電極を形成する前に、工程Ｓ１０６では、結晶成長に用いた基板の裏面を研磨して、所望の厚さＤＳＵＢの基板生産物ＳＰを形成する。この研磨には、工程Ｓ１０７では、図３の（ｂ）部に示されるように、研磨装置１０ａを用いて一次研磨を行う。一次研磨では、所望の厚さまでのＧａＮウエハを研磨して、研磨面５１ｃを形成する。次いで、工程Ｓ１０８では、図４の（ａ）部に示されるように、研磨装置１０ｂを用いて二次研磨を行う。二次研磨では、一次研磨において研磨面５１ｃに残る加工変質層を除去して、研磨面５１ｄを形成する。工程Ｓ１０９では、図４の（ｂ）部に示されるように、二次研磨の後に、研磨キズが実質的に残っていない平坦な半極性面を形成するために、エッチング装置１０ｃで研磨面５１ｄの反応性イオンエッチングを行って、平坦な基板裏面５１ｅを形成する。このエッチャントとしては例えばCl₂ガスを使用できる。基板５１は平坦な半極性面を有し、平坦な半極性面は基準面に沿って延在し、該基準面は、前記III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成す。

平坦な半極性面を形成した後に、工程Ｓ１１０では、図５の（ａ）部に示されるように、エッチング装置１０ｄを用いて基板５１の裏面の平坦な半極性面５１ｅにエッチングを行って、非平坦な窒化物面を有する裏面５１ｆを生成する。裏面エッチングでは、基板における平坦な半極性面の裏面に第１面方位の面（図１における符号１８ａ）及び第２面方位の面（図１における符号１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）を形成するように、ウエットエッチング又はドライエッチングが行われる。この処理によるエッチングされた裏面は、第１面方位の面（図１における符号１８ａ）及び第２面方位の面（図１における符号１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）を含む。第１面方位は第２面方位と異なり、第１面方位の面は｛０００−１｝面であることができる。

裏面エッチングにドライエッチングを適用するとき、ドライエッチングではエッチャントとして塩素を使用できる。裏面エッチングでは、当該エッチャントに対する面方位の化学的反応性の違いを利用して、酸素との反応性を低い面を生成する。塩素は、III族窒化物半導体に対して化学的に反応して、塩化物を生成する。

裏面エッチングにウエットエッチングを適用するとき、ウエットエッチングではエッチャントとしてアルカリ液体を使用できる。ウエットエッチングでは、基板５１のIII族窒化物半導体のいくつかの面方位に対して異なる化学的反応性を示すエッチャントを用いて行われる。このエッチャントは、III族窒化物半導体に対して化学的に反応して、反応結果物を生成する。

工程Ｓ１１１では、図５の（ｂ）部に示されるように、成膜装置１０ｅを用いて、上記のように作製された基板裏面５１ｂにカソード電極５８ｂのための金属膜を堆積する。この金属膜の成長は、例えば真空蒸着等で行われる。カソード電極５８ｂは裏面５１ｆの全面を覆っている。これらの工程により、基板生産物ＳＰが形成される。カソード電極５８ｂの材料は、アルミニウム、チタン、白金、バナジウム、及び金の少なくとも一つの金属又はこれらの金属の積層構造から成ることができる。非平坦な窒化物面（第１面方位の面及び第２面方位の面を含むｎ型半導体基板裏面）に対して良好な電気的接触を提供できる。カソード電極５８ｂはアニールされていないことが好ましい。この作製方法によれば、ノンアロイ電極は良好な電気的接触を実現可能である。

この作製方法によれば、レーザ構造体を形成した後に、ｎ型半導体基板の裏面のエッチングを行って、第１面方位の面及び第２面方位の面を含むエッチングされた裏面を形成する。第１面方位の面は｛０００−１｝面であり、第１面方位は第２面方位と異なる。このエッチングされた裏面に接合を成す裏面電極５８ｂを形成する。

エッチングの際に、ｎ型半導体基板の裏面はエッチャントにさらされて、III族窒化物半導体からなる裏面表面がエッチングされる。III族窒化物半導体に対して異方性を示すエッチャントを用いるとき、このエッチャントはIII族窒化物半導体に対して物理的なエッチングよりは化学的なエッチングとして作用し、また、III族窒化物半導体におけるいくつかの結晶面は、このエッチャントに対して異なる反応性を示す。一方、ｎ型半導体基板の裏面は、III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して傾斜する基準面に沿って延在する。これ故に、エッチングの進行において、裏面表面の結晶面に近い結晶面が、その反応性に応じて形成されていき、ある程度のエッチングの後に、反応性に乏しい面方位（例えば、｛０００−１｝面）が残される一方で、この面方位の形成に相性の良い別の面方位も形成される。したがって、エッチングの進行により、比較的平坦な裏面表面から、裏面表面に比べて非平坦性のエッチングされた裏面が形成される。

上記のエッチングの結果として、エッチングされた裏面は、｛０００−１｝面といった酸素に対して低い反応性を示す面方位を有する。低い反応性を示す面方位は酸化されにくく、この面方位で形成される自然酸化膜も厚くない。これ故に、低反応性の面方位（例えば、｛０００−１｝面）及び別の面方位を含むエッチングされた裏面にカソード電極を形成するとき、エッチングされた裏面はカソード電極と良好な接触抵抗を示す。

一実施例では、基板５１のIII族窒化物半導体の＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと基準面の法線ベクトルとの成す角度は１０度以上８０度以下の角度範囲にあり、半極性主面５１ａの法線ベクトルとｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１７０度以下の角度範囲にあることができる。上記の角度範囲においては、半極性の裏面が、比較的高い反応性の面方位から構成されるようになる。

好適な実施例では、基板５１のIII族窒化物半導体の＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと基準面の法線ベクトルとの成す角度は６３度以上８０度以下の角度範囲にあり、半極性主面５１ａの法線ベクトルとｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１１７度以下の角度範囲にあることができる。上記の角度範囲の角度で傾斜する半極性面そのものは反応性に富み、これ故に、半極性面に酸化物が形成されることになる。しかしながら、基板裏面が、基準面に対して傾斜する第１面方位の面及び第２面方位の面を含むので、半極性面に比べて低い反応性の面方位が基板裏面に含まれる。これ故に、上記の角度範囲の角度で傾斜する半極性面そのものからなる平坦な結晶面に比べて、基板裏面は全体として酸化されにくくなっている。したがって、カソード電極に良好な電気的接触が提供される。

（実施例１）
本実施例では、窒化物半導体デバイスにおける半極性ｎ型ＧａＮ基板又はｎ型半導体領域に良好なオーミック電極を作製する方法を説明する。例えば研磨からドライエッチング、蒸着のプロセスは既存技術と同じものを使用できる。ドライエッチング条件と電極の合金化プロセスの有無が既存技術と大きく異なる。半極性ＧａＮの結晶面（本実施例では、半極性｛２０−２１｝ＧａＮ）に電極を形成する。半極性主面（本実施例では、半極性｛２０−２１｝ＧａＮ）を有するＧａＮウエハを準備する。ＧａＮウエハの裏面（半極性｛２０−２−１｝ＧａＮ）を研磨して、研磨面を形成する。この研磨は例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法、物理的機械研磨で行われる。研磨キズを低減するために、この研磨面のドライエッチングを行い、平坦なＧａＮの半極性面を形成する。ドライエッチングの条件は下記の実験に示される。電極のための金属膜（例えばAl/Ti/Au）の蒸着を行って電極を形成する。この電極はアロイ処理なしで形成され、いわゆるノンアロイ電極である。半極性｛２０−２１｝ＧａＮ面の法線軸は、ＧａＮ＜０００１＞軸に対して７５度の角度を成す。

測定されたこの電極のＩ−Ｖ特性（本明細書において「特性Ｃ」として参照する）は、オーミック接触というよりはショットキ特性を示す。

次の実験では、半極性主面（本実施例では、半極性｛２０−２１｝ＧａＮ）を有するいくつかのＧａＮウエハを準備する。これらのＧａＮウエハの裏面を上記と同様に研磨して、厚さ８０μｍ（例示）及び平坦な研磨裏面を有する研磨ＧａＮウエハを形成する。いくつかのエッチング条件で研磨ＧａＮウエハの研磨裏面のエッチングを行う。エッチング中に研磨ＧａＮウエハの研磨裏面はエッチングされて、エッチングされた面が研磨ＧａＮウエハに形成される。エッチングされた面の外観を走査型電子顕微鏡で観察すると共に、エッチングされた面に電極膜の蒸着を行って電極のＩ−Ｖ特性を測定する。これらの電極のＩ−Ｖ特性は、Ｉ−Ｖ特性Ｃに比べて、ショットキ性が弱まりオーミック接触的な特性を示す。走査型電子顕微鏡で観察によれば、エッチングされた面は、複数の突起を有するような非平坦な外観を有する。

ＧａＮ基板の裏面の一次研磨（物理的機械研磨）を行って、基板膜厚８０μｍの研磨基板を形成する。次いで、ＧａＮ基板の裏面の二次研磨（物理的機械研磨）を行って、研磨面の表面から５〜１０μｍ程度の加工変質層を除去する。さらに、二次研磨面の反応性イオンエッチングを行って、二次研磨による研磨キズを除去する。

（実験１）
反応性イオンエッチングのエッチャント（ＢＣｌ_３＋Ｃｌ_２混合ガス）を用いて、ＧａＮ面をエッチングする。いくつかの流量比（ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２として表記するとき、１／４、１／２、２／１、４／１）でＧａＮ面のエッチングを行う。いずれの条件においても、エッチング面は、ＳＥＭによる観察によると、平坦である。これらの平坦なエッチング面にＡｌ膜の蒸着を行って、半導体デバイスを作製する。Ａｌ膜の表面に著しい外観異常はなく、Ａｌ膜の表面は平坦な金属面である。これらの半導体デバイスにおいて、電極と半導体の接触抵抗の評価に用いられるＴＬＭ法を用いて、接触抵抗を評価する。評価結果によれば、これらの半導体デバイスにおけるＡｌと半極性ＧａＮ面との接触におけるＩ−Ｖ特性（本明細書において「特性Ｒ」として参照する）はショットキ性を示し、接触抵抗は約３．０×１０^−３Ω・ｃｍ^２である。

（実験２）
反応性イオンエッチングのエッチャント（Ｃｌ_２のみ）を用いて、ＧａＮ面をエッチングする。エッチング面は、ＳＥＭによる観察によると、多数の突起状の外観を示す非平坦面が形成されている。これらの非平坦なエッチング面にＡｌ膜の蒸着を行って、半導体デバイスを作製する。Ａｌ膜の表面には、下地の突起密度に応じた突起状の外観を示す非平坦面が形成される。Ａｌ膜の表面は、凹凸を有する金属面である。これらの半導体デバイスにおいて、電極と半導体の接触抵抗の評価に用いられるＴＬＭ法を用いて、接触抵抗を評価する。評価結果によれば、これらの半導体デバイスにおけるＡｌと半極性ＧａＮ面との接触抵抗は約３．０×１０^−５Ω・ｃｍ^２である。この接触抵抗は、実験２における値に比べて約２桁小さい値である。この実験におけるＩ−Ｖ特性は特性Ｃや特性Ｒに比べて良好なオーミック特性を示す。

（実験３）
反応性イオンエッチングのエッチャントに塩素ガスのみを用いる共に、エッチング時にいくつかのＲＦバイアス条件（３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗ）を用いて半極性ＧａＮ面のエッチングを行う。エッチング時間２０分経過後において、ＲＦバイアス条件（３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗ）それぞれに対応してエッチング量（０．３μｍ、０．８μｍ、１．２μｍ）と変化する。Ａｌ膜の蒸着を行うと、Ａｌ膜の表面は凹凸を有する金属面である。しかしながら、ＴＬＭ法による接触抵抗の評価値はほとんど変わりない。

図６は、いくつかのＲＦバイアス条件に対応してＧａＮ面エッチング外観を示す。図６の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部には、それぞれ、ＲＦバイアス条件（３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗ）によるエッチング処理のＧａＮ面エッチング外観を示す画像が示されている。画像における倍率は２００００倍であり、画像は、デバイス表面に対して４５度の角度からの外観を示す。また、図７は、いくつかのＲＦバイアス条件に対応した金属面外観を示す。図７の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部には、それぞれ、ＲＦバイアス条件（３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗ）による非平坦化エッチングされたＧａＮ面に成長された金属膜の外観を示す画像が示されている。画像における倍率は２００００万倍であり、画像は、デバイス表面に対して４５度の角度からの外観を示す。この実験例では、カソード電極の電極膜構造は、Al/Ti/Auであり、カソード電極の膜厚は50ｎｍ/50ｎｍ/600ｎｍである。

エッチング後の外観及びメタル蒸着後の外観をＳＥＭにより観察するとき、表面の非平坦性は、エッチング条件に応じて、突起の大きさが変わるといった差異を示すけれども、高密度の突起を有する構造であることに変わりはない。
ＲＦバイアス条件、接触抵抗、エッチング外観、メタル蒸着外観。
３０Ｗ：９．５×１０^−５Ω・ｃｍ^２、図６の（ａ）部、図７の（ａ）部。
４０Ｗ：８．０×１０^−５Ω・ｃｍ^２、図６の（ｂ）部、図７の（ｂ）部。
５０Ｗ：９．４×１０^−５Ω・ｃｍ^２、図６の（ｃ）部、図７の（ｃ）部。

（実験４）
反応性イオンエッチングのエッチャントに塩素ガスのみを用いる共に、エッチング時にいくつかのエッチング時間（６分、１２分、２０分）を用いて半極性ＧａＮ面のエッチングを行う。ＲＦバイアス条件は４５Ｗを用いる。Ａｌ膜の蒸着を行うと、Ａｌ膜の表面は凹凸を有する金属面である。しかしながら、ＴＬＭ法による接触抵抗の評価値はほとんど変わりない。表面の非平坦性は、エッチング条件に応じて、突起の大きさが変わるといった差異を示すけれども、高密度の突起を有する構造に変わりはない。

そこで、エッチングされたＧａＮ表面の断面をＳＥＭにより観察したところ、エッチングにより（０００−１）が形成されていることが示される。この安定面が表面の酸化膜形成を低減し、オーミックな電極の形成に役立っていると考えられる。これ故に、特に酸化しやすいＧａＮ半極性面（半極性面の傾斜角がｃ面に対して６３度〜８０度又は１００度〜１１７度の範囲である面）でオーミックなｎ−電極特性を得ることができる。

上記の実験によれば、エッチャントの塩素ガスが化学的に反応を起こしていると考えられ、エッチングにより、平坦な半極性ＧａＮ面から、エッチャントとの反応性の差異に応じて、エッチングに対して安定な結晶面が残されると考えられる。

（実験５）
ドライエッチングに替えて、平坦な半極性ＧａＮ面にウエットエッチングを行う。約摂氏５０度に温めたアルカリ系液体で1時間ウェットエッチングをしたところ、ドライエッチングに比較して大きさは小さいが同様な突起を確認できる。

以上説明したように、平坦なＧａＮ面を形成した後に、平坦なＧａＮ面の平坦性を下げるための化学的な作用を示すエッチャントを用いて、初期の平坦なＧａＮ面より低い平坦性の非平坦なＧａＮ面を形成する。化学的な作用を示すエッチャントの作用により、結晶面による反応性の差から、エッチングの進行に伴い、化学的に活性の低い結晶面（例えば（０００−１）面）が生成される。

（実施例２）
まず、エピ基板を作製する。半極性ＧａＮ基板を準備する。この半極性ＧａＮ基板の主面は｛２０−２１｝面を有する。｛２０−２１｝面は、基板のＧａＮの＜０００１＞軸はこのＧａＮのｍ軸の方向に７５度の角度で傾斜している。ＧａＮ基板のサーマルクリーニングを行う。サーマルクリーニングは、アンモニア（ＮＨ_３）及び水素（Ｈ_２）を含む雰囲気中で行われ、熱処理温度は、摂氏１０５０度である。この前処理の後に、まず、第１のIII族窒化物半導体領域を成長する。ＧａＮ基板の半極性主面上に、ｎ型ＧａＮ層を成長する。成長温度は摂氏１０５０度である。基板温度を摂氏８４０度に下げた後に、このｎ型ＧａＮ層上に、ｎ型クラッド層を成長する。本実施例では、ｎ型クラッド層として、厚さ２μｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層のＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１４である。摂氏８４０度の基板温度において、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層上に、ｎ型ＧａＮ光ガイド層を成長すると共に、アンドープＩｎＧａＮ層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０３である。これらの光ガイド層からなるｎ側の内側半導体層を形成した後に、ｎ側の内側半導体層上に活性層を成長する。この実施例では、活性層として、摂氏８４０度の基板温度においてＩｎＧａＮ層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．３０であり、ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。成長温度は摂氏７９０度である。活性層上に、第２のIII族窒化物半導体領域を成長する。例えば、基板温度を摂氏８４０度に上昇した後に、活性層上にアンドープＩｎＧａＮ層を成長すると共に、ｐ型ＧａＮ光ガイド層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０３である。これらの光ガイド層からなるｐ側の内側半導体層を形成した後に、厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層をｐ側の内側半導体層上に成長する。このｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層のＩｎ組成は０．０２であり、Ａｌ組成は０．０７である。基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層上に、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を成長する。これらの工程によりエピタキシャル基板を作製できる。

このエピタキシャル基板にフォトリソグラフィ、ドライエッチング及び真空蒸着を適用して、幅２μｍの半導体リッジ及び長さ５００μｍの光共振器のリッジ型窒化ガリウム系半導体レーザを作製する。

ドライエッチングによる加工により、半導体リッジの上面及び側面が形成される。半導体リッジを形成した後に、半導体リッジの上に電極を形成する。例えば、半導体リッジの側面及び光ガイド層の表面（エッチングにより形成された表面）を覆うと共に半導体リッジの上面（半極性を示すコンタクト面）に開口を有する絶縁膜、例えばシリコン酸化膜（具体的にはＳｉＯ_２）を形成する。半導体リッジ上面にはアノード電極（例えばＮｉ／Ａｕ）を蒸着により形成する。このオーミック電極を覆うようにパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。

この後に、ＧａＮウエハの裏面に一次研磨、二次研磨及び研磨キズ除去のためのドライエッチングを行って、平坦な半極性のＧａＮ面を形成する。さらに、電極の前処置のためのエッチャントとして塩素を用いたドライエッチングを行って、高密度の凹凸を有するエッチングされたＧａＮ面を形成する。エッチングされたＧａＮ面に電極膜（例えばAl/Ti/Au）を堆積する。電極膜の表面も高密度の凹凸を有する。これらの工程により、基板生産物が作製される。接触抵抗および表面積増加による駆動電圧の低減と表面積の増加による密着力の増加が得られる。

電極を形成した後に、基板生産物の割断を行って光共振器のための端面を形成する。これらの端面上に誘電体多層膜を成膜する。誘電体多層膜はＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２からなる。これらの工程により、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜させた半極性ＧａＮ基板（２０−２１）面上に半導体レーザが作製される。半導体レーザは５２０ｎｍ波長帯で発光できる。

（実施例３）
この実施例にける構造のために、半極性｛２０−２１｝面のｎ型オフＧａＮ基板の主面（窒素面）上にＭＯＣＶＤ法により量子井戸構造を形成して半導体デバイスを作製する。その基板裏のＧａ面を研磨して、基板の厚さを約９０μｍまで薄くする。その後に、基板表面の加工変質層を除去するために、２次研磨により基板表面を約５〜１０μｍ削る。更に、２次研磨による細かい傷を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチングで除去する。続いて、ドライエッチングにより形成されたＧａＮ面に蒸着法でアルミニウム電極を形成する。この形成は例えば以下のように行う。
（ａ）接続層の作製（密着性改善）の為に、通常通りそのまま蒸着。
（ｂ１）蒸着前に、摂氏１００度で５分間のベーキングを行う。
（ｂ２）蒸着前に、摂氏１２０度で５分間のベーキングを行う。
（ｃ１）蒸着前に、３００Ｗのパワーで１分間の酸素アッシャーを行う。
（ｃ２）蒸着前に、３００Ｗのパワーで３分間の酸素アッシャーを行う。
の５種類のデバイスを作成する。これらのデバイスの接触抵抗を測定すると、初期の接触抵抗ρcはいずれも５×１０^−４Ωｃｍ^２程度である。これらのデバイスについて熱耐性を調べるために、まず摂氏１００度の大気雰囲気中においてベーキングを行った後に接触抵抗を測定すると、すべての種類のデバイスにおいて接触抵抗の実質的な変化は見出されない。次いで、摂氏１５０度の大気雰囲気中においてベーキングを行った後に接触抵抗を測定すると、すべての種類のデバイスにおいて接触抵抗の実質的な変化は見出されない。摂氏２００度の大気雰囲気中においてベーキングを行った後に接触抵抗を測定すると、条件（ａ）のデバイスでは接触抵抗の実質的な変化は見出されないが、条件（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ１）及び（ｃ２）のデバイスで接触抵抗に増加が観察される。摂氏４００度の大気雰囲気中においてベーキングを行った後に接触抵抗を測定すると、条件（ａ）のデバイスでは接触抵抗の実質的な変化は見出されないが、条件（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ１）及び（ｃ２）のデバイスで接触抵抗に増加が観察される。したがって、条件（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ１）及び（ｃ２）のデバイスでは、摂氏２００度以上の熱処理温度で、接触抵抗に劣化が生じる。

電極の種類をアルミニウム電極から、パッド付きのＡｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極に替えて、同様の実験を行ったが、同様の結果が得られる。

これらの実験の結果は、半極性基板でのｎ型電極作製では、ｎ型電極の蒸着面に酸素が存在すると、熱による電極劣化が引き起こされて接触抵抗が上昇することを示す。したがって、電極のための導電膜を形成する蒸着面に酸化膜又は酸化物が形成されていてはならないことを意味する。電極が接触を成すｎ型窒化物半導体の結晶構造のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して傾斜する半極性面に、ｎ電極のための金属膜を蒸着する際に酸化膜がないことが好適である。このためには、例えばｎ型窒化ガリウム系半導体への電極形成の前に、酸素を含む気体のプラズマ照射をｎ型窒化ガリウム系半導体表面に行わないことが好適である。また、例えばエッチングされた裏面を形成した後であってｎ型窒化ガリウム系半導体への電極形成の前に、基板を摂氏１００度以上に昇温させないことが好適である。

本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザでは、ｎ型半導体基板の裏面とカソード電極との界面に酸化膜がないことが好適である。このIII族窒化物半導体レーザでは、ｎ型半導体基板の裏面にカソード電極を形成する電極形成の前に酸素を含む気体のプラズマ照射にさらされていないｎ型半導体基板裏面に電極膜が接合されていることが好適である。また、上記のIII族窒化物半導体レーザでは、エッチングされた裏面をｎ型半導体基板に形成した後であってこのｎ型半導体基板裏面にカソード電極を形成する電極形成の前に、摂氏１００度以上の昇温にさらされていない裏面を有するｎ型半導体基板に電極膜が接合されていることが好適である。

本実施の形態における製造方法では、ｎ型窒化物半導体の結晶構造のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して傾斜する半極性面に、カソード電極を形成するための電極膜を蒸着する際に酸化膜がないことが好適である。本実施の形態における製造方法では、このために、例えば、カソード電極を形成するための電極膜の蒸着の前に、ｎ型半導体基板のエッチングされた裏面に、酸素を含む気体のプラズマ照射を行わないことが好適である。また、本実施の形態における製造方法では、このために、エッチングされた裏面をｎ型半導体基板に形成した後であってカソード電極を形成するための電極膜の蒸着の前に、ｎ型半導体基板を摂氏１００度以上に昇温させないことが好適である。

本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。

以上説明したように、本実施の形態によれば、基板のIII族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して傾斜する基板裏面に低抵抗のカソード電極を有するIII族窒化物半導体レーザが提供され、またそのIII族窒化物半導体レーザを作製する方法が提供される。

１１…III族窒化物半導体レーザ、１３…レーザ構造体、１５…カソード電極、１７…基板、１７ａ…基板の半極性主面、１７ｂ…基板裏面、１９…半導体領域、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…割断面、３１…絶縁層、ＡＬＰＨＡ…角度、３３…ｐ型コンタクト層、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…電子ブロック層、４１…アノード電極、４３…誘電体多層膜。

Claims (26)

1. III族窒化物半導体レーザであって、
   半極性主面及び裏面を有するｎ型半導体基板、及び前記半極性主面の上に設けられた半導体領域を含むレーザ構造体と、
   前記レーザ構造体の前記ｎ型半導体基板の前記裏面に接合を成すカソード電極と、
   を備え、
   前記ｎ型半導体基板の前記裏面はIII族窒化物半導体からなり、
   前記半導体領域は、ｎ型III族窒化物半導体層、活性層、及びｐ型III族窒化物半導体層を含み、
   前記ｎ型III族窒化物半導体層、前記活性層及び前記ｐ型III族窒化物半導体層は、前記ｎ型半導体基板の前記半極性主面の法線軸の方向に配列されており、
   前記ｎ型半導体基板の前記裏面は基準面に沿って延在し、該基準面は、前記III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成し、
   前記ｎ型半導体基板の前記裏面は第１面方位の面及び第２面方位の面を含み、
   前記第１面方位の面及び前記第２面方位の面の各々は前記基準面に対して傾斜しており、
   前記第１面方位は前記第２面方位と異なり、
   前記第１面方位の面は｛０００−１｝面である、III族窒化物半導体レーザ。
2. 前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと前記基準面の法線ベクトルとの成す角度は１０度以上８０度以下の角度範囲にあり、
   前記半極性主面の法線ベクトルと前記ｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１７０度以下の角度範囲にある、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
3. 前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸は、前記ｎ型半導体基板の前記裏面の法線軸から前記III族窒化物半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸への方向に傾斜している、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
4. 前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと前記基準面の法線ベクトルとの成す角度は６３度以上８０度以下の角度範囲にあり、
   前記半極性主面の法線ベクトルと前記ｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１１７度以下の角度範囲にある、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
5. 前記ｎ型半導体基板の前記裏面と前記カソード電極との界面に酸化膜がない、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
6. 前記ｎ型半導体基板の前記裏面に前記カソード電極を形成する電極形成前にプラズマの照射にさらされていない前記ｎ型半導体基板の前記裏面に前記カソード電極が接合され、前記プラズマは酸素を含む気体を含む、請求項５に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
7. 前記ｎ型半導体基板の前記裏面に前記カソード電極を形成する電極形成前に摂氏１００度以上の昇温にさらされていない前記ｎ型半導体基板の前記裏面に前記カソード電極が接合される、請求項５又は請求項６に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
8. 前記カソード電極の材料は、アルミニウム、チタン、白金、バナジウム、及び金の少なくとも一つの金属から成る、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
9. 前記ｎ型半導体基板はＧａＮからなる、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
10. 前記カソード電極はノンアロイ電極である、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
11. 前記レーザ構造体の前記半導体領域の表面の上に設けられたアノード電極を更に備え、
    前記アノード電極はノンアロイ電極であり、
    前記レーザ構造体は、前記半導体領域の前記表面の上に設けられた絶縁膜を含み、
    前記アノード電極は、前記絶縁膜の開口を介して前記半導体領域に接続され、
    前記アノード電極は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、及びＡｕの少なくともいずれかの金属から成り、
    前記III族窒化物半導体の＜０００１＞軸を示すｃ＋ベクトルと前記半導体領域の前記表面の法線ベクトルとの成す角度は１０度以上８０度以下の角度範囲にある、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
12. 前記III族窒化物半導体レーザの発振波長が、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
13. 前記III族窒化物半導体レーザの発振波長が、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
14. III族窒化物半導体レーザを作製する方法であって、
    半極性主面を有するｎ型半導体基板を準備する工程と、
    前記ｎ型半導体基板、及び前記ｎ型半導体基板の上に設けられた半導体領域を含むレーザ構造体を形成する工程と、
    前記レーザ構造体を形成した後に、前記ｎ型半導体基板の裏面のエッチングを行って、第１面方位の面及び第２面方位の面を含むエッチングされた裏面を形成する工程と、
    前記レーザ構造体の前記ｎ型半導体基板の前記エッチングされた裏面に接合を成すカソード電極を形成する工程と、
    を備え、
    前記ｎ型半導体基板の前記裏面はIII族窒化物半導体からなり、
    前記レーザ構造体を形成する前記工程では、ｎ型III族窒化物半導体層、活性層、及びｐ型III族窒化物半導体層を前記ｎ型半導体基板の前記半極性主面の上に順に成長して前記半導体領域を形成し、
    前記ｎ型半導体基板の前記裏面は基準面に沿って延在し、該基準面は、前記III族窒化物半導体の＜０００−１＞軸の方向に延びる基準軸に交差する窒素面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成し、
    前記ｎ型半導体基板の前記裏面の前記エッチングでは、前記ｎ型半導体基板の前記裏面に第１面方位の面及び第２面方位の面を形成するように、ウエットエッチング又はドライエッチングが行われ、
    前記第１面方位は前記第２面方位と異なり、
    前記第１面方位の面は｛０００−１｝面である、III族窒化物半導体レーザを作製する方法。
15. 前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと前記基準面の法線ベクトルとの成す角度は１０度以上８０度以下の角度範囲にあり、
    前記半極性主面の法線ベクトルと前記ｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１７０度以下の角度範囲にある、請求項１４に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
16. 前記III族窒化物半導体の前記＜０００−１＞軸を示すｃ−ベクトルと前記基準面の法線ベクトルとの成す角度は６３度以上８０度以下の角度範囲にあり、
    前記半極性主面の法線ベクトルと前記ｃ−ベクトルとの成す角度は１００度以上１１７度以下の角度範囲にある、請求項１４又は請求項１５に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
17. 前記カソード電極の材料は、アルミニウム、チタン、白金、バナジウム、及び金の少なくとも一つの金属から成る、請求項１４〜請求項１６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
18. 前記ｎ型半導体基板はＧａＮからなる、請求項１４〜請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
19. 前記III族窒化物半導体レーザの発振波長が、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である、請求項１４〜請求項１８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
20. 前記ｎ型半導体基板をエッチングするに先立って、前記ｎ型半導体基板を研磨して前記裏面を形成する工程を更に備える、請求項１４〜請求項１９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
21. 前記ｎ型半導体基板の前記裏面の前記エッチングは、ウエットエッチングである、請求項１４〜請求項２０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
22. 前記ｎ型半導体基板の前記裏面の前記エッチングはドライエッチングであり、
    前記ドライエッチングではエッチャントとして塩素が用いられる、請求項１４〜請求項２１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
23. 前記カソード電極はアニールされていない、請求項１４〜請求項２２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
24. 前記ｎ型半導体基板のIII族窒化物半導体の結晶構造のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して傾斜する半極性面に、前記カソード電極を形成するための電極膜を蒸着する際に酸化膜がない、請求項１４〜請求項２３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
25. 前記カソード電極を形成するための電極膜の蒸着の前に、前記ｎ型半導体基板の前記エッチングされた裏面に、酸素を含む気体のプラズマ照射を行わない、請求項２４に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。
26. 前記エッチングされた裏面を前記ｎ型半導体基板に形成した後であって前記カソード電極を形成するための電極膜の蒸着をする前に、前記ｎ型半導体基板を摂氏１００度以上に昇温させない、請求項２４又は請求項２５に記載されたIII族窒化物半導体レーザを作製する方法。