JP4601808B2 - 窒化物半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度光記録に用いる青色レーザなどの窒化物半導体装置に関するものである。
【０００２】
図１４は、特開平８−１５３９３１に開示されている窒化物半導体レーザ装置を示しており、該半導体レーザ装置においては、（０００１）面を主面とするサファイア基板１の上に、（０００１）面を主面とする窒化物系半導体層よりなる、第１のクラッド層２、活性層４及び第２のクラッド層６が順次成長してなる積層体を形成した後、該積層体をサファイア基板１の（１−１００）面と等価な面で切断することにより光共振器面を得ている。尚、本件明細書においては、−１は１の反転を意味し、−２は２の反転を意味する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の窒化物半導体レーザ装置は、六方晶系結晶よりなるサファイア基板１の（０００１）面を主面としているため、基板表面の原子ステップが少ないので、活性層４において組成分離が生じやすいという問題がある。活性層４において組成分離が生じると、レーザの閾値電流が増大して消費電力が増大するので、活性層４における組成分離はできるだけ低減する必要がある。
【０００４】
このような問題は、活性層を有する窒化物半導体レーザに限られず、トランジスタ等のように他の機能領域を有する窒化物半導体装置においても生じる。
【０００５】
前記に鑑み、本発明は、活性層などの機能領域における組成分離を低減することにより、窒化物半導体装置の歩留まりを向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の窒化物半導体装置は、窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の主面上に形成された窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層からなる機能領域とを備え、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上且つ９０°以下傾斜した面である。
【０００７】
第１の窒化物半導体装置によると、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上の傾斜した面であるため、機能領域において組成分離が生じないので、窒化物半導体装置の歩留まりが向上する。
【０００８】
第１の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛１１−２０｝面に垂直であることが好ましい。
【０００９】
このようにすると、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直にして、｛１１−２０｝面に沿う方向に力を加えることにより、基板の全体に亘って｛１１−２０｝面に沿って１次劈開を行なうことができる。
【００１０】
第１の窒化物半導体装置において、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１１−２０｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００１１】
このようにすると、基板の主面に垂直である｛１１−２０｝面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現できる。
【００１２】
第１の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛１−１００｝面であることが好ましい。
【００１３】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛０００１｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になると共に、直方体状のデバイスを形成することができる。
【００１４】
基板の主面が｛１−１００｝面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛０００１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００１５】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００１６】
第１の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向と等価な方向に向かって２８．１°傾斜した面であることが好ましい。
【００１７】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛１−１０１｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になると共に、直方体状のデバイスを形成することができる。
【００１８】
基板の主面が｛０００１｝面から［１−１００］方向と等価な方向に向かって２８．１°傾斜した面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１−１０１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００１９】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００２０】
本発明に係る第２の窒化物半導体装置は、窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の主面上に形成された窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層からなる機能領域とを備え、基板の主面は｛１−１０１｝面に垂直な面である。
【００２１】
第２の窒化物半導体装置によると、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有することになるので、機能領域において組成分離が生じないので、窒化物半導体装置の歩留まりが向上する。
【００２２】
第２の窒化物半導体装置において、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１−１０１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、１次劈開面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現することができる。
【００２４】
第２の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛１１−２０｝面であることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛０００１｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になる。
【００２６】
基板の主面が｛１１−２０｝面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１−１０１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、１次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００２８】
第２の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面であることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛１１−２０｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になると共に、直方体状のデバイスを形成することができる。
【００３０】
基板の主面が｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１１−２０｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００３２】
基板の主面が｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１０−１０｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００３３】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現することができる。
【００３４】
本発明に係る第３の窒化物半導体装置は、窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の主面上に形成された窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層からなる機能領域とを備え、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上且つ９０°以下傾斜した面である。
【００３５】
第３の窒化物半導体装置によると、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上の傾斜した面であるため、機能領域において組成分離が生じないので、窒化物半導体装置の歩留まりが向上する。
【００３６】
第３の窒化物半導体装置において、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１−１００｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、１次劈開面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現することができる。
【００３８】
第３の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛１１−２０｝面であることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直にして、｛１１−２０｝面に沿う方向に力を加えることにより、基板の全体に亘って｛１１−２０｝面に沿って１次劈開を行なうことができる。
【００４０】
基板の主面が｛１１−２０｝面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛０００１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００４２】
第３の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面であることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛１−１００｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になる。
【００４４】
基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１０−１１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００４５】
このようにすると、１次劈開面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る窒化物半導体装置について、図面を用いて説明する。尚、以下の説明においては、例えば｛１１−２０｝とは（１１−２０）面及び（１１−２０）面と等価ないずれかの面の総称を意味し、［１１−２０］方向とは＜１１−２０＞方向及び＜１１−２０＞方向と等価ないずれかの方向の総称を意味する。
【００４７】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法について、図１、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００４８】
図１に示すように、有機金属気相成長装置（以下、ＭＯＣＶＤ装置と称する）のチャンバー内で基板温度を１０００℃に設定して、主面を｛１１−２０｝面に垂直で且つ｛０００１｝面から所定の角度だけ傾斜した（オフした）面とするｎ型の窒化ガリウム基板１０の上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる第１のクラッド層１１及びｎ型ＧａＮ層よりなる第１の光ガイド層１２をそれぞれ成長させる。
【００４９】
次に、基板温度を８００℃に下げた状態で、第１の光ガイド層１２の上に、アンドープＩｎＧａＮ層よりなり量子井戸構造を有する活性層１３を成長させる。
【００５０】
次に、基板温度を再び１０００℃に設定して、活性層１３の上に、ｐ型ＧａＮ層よりなる第２の光ガイド層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第２のクラッド層１５及びｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる電流ブロック層１６を順次成長する。
【００５１】
次に、試料をＭＯＣＶＤ装置からリアクティブイオンエッチング装置（以下、ＲＩＥ装置と称する）に移送して、電流ブロック層１６に対してエッチングを行なって、［１１−２０］方向に延びる幅２μｍのストライプ状の電流狭窄領域（以下、ストライプ領域と称する）を形成する。
【００５２】
次に、試料を再びＭＯＣＶＤ装置に搬入して、基板温度を１０００℃に設定して、ストライプ領域が形成されている電流ブロック層１６の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第３のクラッド層１７及びｐ型ＧａＮ層よりなるコンタクト層１８を順次成長する。これによって、半導体層の成長工程は完了する。この成長工程における各半導体層の主面の方位は、窒化ガリウム基板１０の主面の方位と同じである。
【００５３】
次に、窒化ガリウム基板１０の下面にｎ型のＴｉ／Ａｕ膜よりなる負電極２１を形成すると共に、コンタクト層１８の上面にｐ型のＮｉ／Ａｕ膜よりなる正電極２１を形成すると、ウェハープロセスは完了する。
【００５４】
次に、ウェハー状の窒化ガリウム基板１０に対して｛１１−２０｝面を１次劈開面とする１次劈開を行なって、基板の主面に垂直である｛１１−２０｝面よりなる光共振器面を得る。
【００５５】
この場合、基板の主面を｛１１−２０｝面と垂直な面に設定しているため、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直に位置させた状態で、｛１１−２０｝面に沿う方向に力を加えることにより、ウエハーの全面に亘って｛１１−２０｝面に沿って１次劈開でき、これによって、レーザ装置が並んだバー状の積層体を得ることができる。
【００５６】
次に、１次劈開が行なわれたバー状の積層体に対して２次劈開を行なうと、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置が得られる。
【００５７】
図２及び図３は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における、｛０００１｝面からの傾斜角（以下、単に傾斜角と称する）θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示している。
【００５８】
図２から分かるように、傾斜角θが９０°以下で且つ４５°以上のときには、２次劈開面は｛０００１｝面となる。また、図２に示す場合においては、ストライプ領域の方向は［１１−２０］方向である。
【００５９】
特に、傾斜角θが９０°のとき、すなわち主面が｛１−１００｝面のときには、２次劈開面も主面と垂直な｛０００１｝面になるので、２次劈開も非常に容易になると共に直方体状のデバイスを得ることができる。
【００６０】
傾斜角θが１３°以上で且つ４５°未満のときには、２次劈開面は｛１−１０１｝面である。
【００６１】
特に、傾斜角θが２８．１°のときは、２次劈開面も主面と垂直な｛１−１０１｝面となるので、２次劈開が非常に容易になると共に直方体状のデバイスを得ることができる。
【００６２】
尚、第１の実施形態においては、傾斜角θが９０°又は２８．１°のときには、２次劈開面が主面と垂直になるため、ストライプ領域の方向を［１１−２０］方向と異ならせることができる。以下、これらの場合について、図３を参照しながら説明する。
【００６３】
傾斜角θが９０°のときには、図３の上段に示すように、ストライプ領域の方向を［０００１］方向に設定して、１次劈開面を｛０００１｝面とすると共に２次劈開面を｛１１−２０｝面とすることができる。
【００６４】
傾斜角θが２８．１°のときには、図３の下段に示すように、ストライプ領域の方向を［１−１０１］方向に設定して、１次劈開面を｛１−１０１｝面とすると共に２次劈開面を｛１１−２０｝面とすることができる。
【００６５】
図２に示すように、傾斜角θが１３°未満で且つ０°以上のときは、２次劈開面は｛１−１００｝面である。
【００６６】
ところで、傾斜角が９０°、２８．１°及び０°以外のときには、２次劈開面は主面に垂直にならないため、２次劈開は若干困難になるが、レーザ装置がバー状に並んだ積層体を短辺方向に２次劈開することになり、２次劈開の長さが極めて短いので、斜め方向の２次劈開は可能である。
【００６７】
以下、第１の実施形態において、傾斜角θは１３°以上であることが好ましい理由について説明する。
【００６８】
図１２（ａ）、（ｂ）は、半導体レーザ装置に閾値電流以下の電流を注入したときの発光スペクトル、つまり自然発光スペクトルを表わしており、図１２（ａ）は、第１の実施形態において、傾斜角θを９０°に設定した場合、つまり｛１−１００｝面に半導体層を成長させて得た半導体レーザ装置の場合を示し、図１２（ｂ）は、従来例の半導体レーザ装置に相当し、傾斜角θを０°で設定した場合、つまり｛０００１｝面の上に半導体層を成長させて得た半導体レーザ装置の場合を示している。尚、実際には、発光スペクトルには共振器モードに対応して数ｎｍ周期の発光の強弱が現れるが、本測定では、感度を高めるため分光器の分解能を下げており、発光スペクトルの包絡線が観測されている。
【００６９】
図１２（ｂ）に示されるように、傾斜角θが０°のときには、強度ピークが２つ観測されるのに対して、図１２（ａ）に示されるように、傾斜角θが９０°のときには、強度ピークは１つしか観測されない。
【００７０】
傾斜角θが０°のときには、｛０００１｝面上で組成分離が起こるため、つまり２つの組成が存在するため、２つの強度ピークが観測されるのである。また、発振波長と異なるバンドギャップを有する領域はレーザ発振に寄与しない。このため、発振に寄与する活性層の実質的な体積は低減する。
【００７１】
また、傾斜角θが０°のときのみならず、傾斜角θが１３°未満のときに、組成分離が観測された。
【００７２】
これに対して、傾斜角θが１３°以上のときには、組成分離は殆ど観測されなかった。
【００７３】
尚、結晶の対称性により、傾斜角θが９０°を超えるときは、傾斜角θが９０°未満の場合と同じ結果が得られる。
【００７４】
図１３は、傾斜角θと、電流光密度特性のうちのレーザ発振閾値との関係について示しており、図１３から分かるように、傾斜角θが１３°未満になると、閾値電流は急激に大きくなる。
【００７５】
従って、傾斜角θが１３°未満であると、組成分離が起こり、これによって、閾値電流が増大することを確認できる。
【００７６】
第１の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、主面は、いずれも｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有しているので、活性層においては組成分離は生じない。
【００７７】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法について、図４、図５、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００７８】
第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、主面が｛１−１０１｝面に垂直な面に設定された半導体レーザ装置である。｛１−１０１｝面に垂直な面の一例として、｛０００１｝面から［１−１００］方向に２８．１°傾斜した面が挙げられる。
【００７９】
以下、このような主面を有する窒化物半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００８０】
ＭＯＣＶＤ法により、主面を｛１−１０１｝面に垂直な面とするｎ型の窒化ガリウム基板１０の上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる第１のクラッド層１１、ｎ型ＧａＮ層よりなる第１の光ガイド層１２、アンドープＩｎＧａＮ層よりなり量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型ＧａＮ層よりなる第２の光ガイド層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第２のクラッド層１５及びｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる電流ブロック層１６を順次成長する。
【００８１】
次に、電流ブロック層１６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層１６に、［１−１０１］方向に延びるストライプ状の電流狭窄領域（以下、ストライプ領域と称する）を形成する。
【００８２】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、ストライプ領域が形成されている電流ブロック層１６の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第３のクラッド層１７及びｐ型ＧａＮ層よりなるコンタクト層１８を順次成長する。
【００８３】
次に、窒化ガリウム基板１０の下面に負電極２１を形成すると共に、コンタクト層１８の上面に正電極２１を形成すると、ウェハープロセスは完了する。
【００８４】
次に、ウェハーに対して｛１−１０１｝面を１次劈開面とする１次劈開を行なって、レーザ装置の光共振器面を得る。
【００８５】
この場合、基板の主面を｛１−１０１｝面と垂直な面に設定しているため、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直に位置させた状態で、｛１−１０１｝面に沿う方向に力を加えることにより、ウエハーの全面に亘って｛１−１０１｝面で１次劈開でき、これによって、レーザ装置が並んだバー状の積層体を得ることができる。
【００８６】
次に、１次劈開が行なわれたバー状の積層体に対して２次劈開を行なうと、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置が得られる。
【００８７】
図５〜図７は、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、｛０００１｝面からの傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示している。
【００８８】
第２の実施形態においては、主面を｛１−１０１｝面に垂直な面に設定している。また、窒化ガリウムの場合、｛１−１０１｝面は｛０００１｝面に対して６１．９°傾斜しているため、｛０００１｝面からの傾斜角θが２８．１°未満である主面はあり得ない。
【００８９】
図５から分かるように、傾斜角θが４５°以上のときには、｛０００１｝面を２次劈開面とする２次劈開が可能である。
【００９０】
特に、傾斜角θが９０°のときには、主面が｛１１−２０｝面となり、２次劈開面が主面に垂直な｛０００１｝面となるため、２次劈開が容易になって好ましい。この場合、｛０００１｝面は｛１−１０１｝面に対して６１．９°傾斜しているため、主面の平面形状は平行四辺形となるが、光共振器面をストライプ領域に対して垂直に設定すると、レーザ発振が可能であるから、レーザ動作に支障は生じない。
【００９１】
傾斜角θが４５°以上で且つ９０°未満のときには、光共振器面の形状も平行四辺形となるが、一対の１次劈開面が互いに平行であるため、レーザ装置の製造は可能である。
【００９２】
傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上のときには、｛１１−２０｝面を２次劈開面とする２次劈開が可能である。
【００９３】
特に、｛０００１｝面から［１−１００］方向に等価な方向に向かって２８．１°傾斜した面を基板の主面とすると、２次劈開面は、主面及び光共振器面の両方に対して垂直である｛１１−２０｝面となり、レーザ装置は直方体状になるので好ましい。
【００９４】
尚、傾斜角θが４５°近傍では、２次劈開面を｛０００１｝面とすることも｛１１−２０｝面とすることも可能である。具体的には、スクライブカッターの刃に対して力を加える方向を制御することにより、２次劈開面を制御することができる。
【００９５】
図６は、傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上であるときに、図５に示す２次劈開面と異なる２次劈開面で２次劈開を行なった場合を示している。図６から分かるように、傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上であるときには、２次劈開面を｛１０−１０｝面とすることが可能である。
【００９６】
窒化ガリウムの場合、特定の面である（１−１０１）面と、（１０−１０）面とのなす角は６３．８であると共に、特定の面である（１−１０１）面と、（−１０１０）面、（０１−１０）面及び（０−１１０）面とのなす角も６３．８°である。ところが、Ｃ面内で（−１１０１）面と同じ方向にある面同士のなす角、例えば（１−１０１）面と（１−１００）面とのなす角及び（１−１０１）面と（−１１００）面とのなす角はいずれも２８．１°である。以下の説明においては、１番目から３番目の指数の順序を変えることによって、例えば｛１−１００｝面に対して｛１０−１０｝面と指数を変えて表記することによって、Ｃ面内における他の方向の等価な面を指すこととする。窒化ガリウムの場合、｛１−１００｝面となす角が６３．８°である面を、１番目から３番目の指数の順序を変えて｛１０−１０｝面の総称とする。
【００９７】
特に、｛０００１｝面から［１−１００］方向と等価な方向に向かって２８．１°傾斜する面を主面とすると、２次劈開面は主面に対して垂直な｛１−１００｝面となり、２次劈開が容易になるので好ましい。
【００９８】
尚、傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上であるときには、２次劈開面として｛１１−２０｝面と｛１−１００｝面との２つの面を選択可能であるが、スクライブカッターの刃に加える力の方向を制御するか又はけがき線を劈開方向に沿って設けておく等の方法をとることにより、得られる２次劈開面を制御することが可能である。
【００９９】
尚、第２の実施形態においては、傾斜角θが９０°又は２８．１°のときには、２次劈開面が主面と垂直になるため、ストライプ領域の方向を［１−１０１］方向と異ならせることができる。以下、これらの場合について、図７を参照しながら説明する。
【０１００】
図５における傾斜角θが９０°のときには、図７の上段に示すように、ストライプ領域の方向を［０００１］方向に設定して、１次劈開面を｛０００１｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１０１｝面とすることができる。
【０１０１】
図５における傾斜角θが２８．１°のときには、図７の中段に示すように、ストライプ領域の方向を［１１−２０］方向に設定して、１次劈開面を｛１１−２０｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１０１｝面にすることができる。
【０１０２】
図６における傾斜角θが２８．１°のときには、図７の下段に示すように、ストライプ領域の方向を［１０−１０］方向に設定して、１次劈開面を｛１０−１０｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１０１｝面にすることができる。
【０１０３】
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、主面は、いずれも｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有することになるので、活性層においては組成分離は生じない。
【０１０４】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法について、図８、図９、図１０及び図１１を参照しながら説明する。
【０１０５】
第３の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、主面が｛１−１００｝面に垂直で且つ｛０００１｝面からの傾斜角θが１３°以上である面に設定された半導体レーザ装置である。主面が｛１−１００｝面に垂直で且つ｛０００１｝面からの傾斜角θが１３°以上である面の例としては｛１１−２０｝面が挙げられる。
【０１０６】
以下、このような主面を有する窒化物半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【０１０７】
ＭＯＣＶＤ法により、主面を｛１−１００｝面に垂直な面とするｎ型の窒化ガリウム基板１０の上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる第１のクラッド層１１、ｎ型ＧａＮ層よりなる第１の光ガイド層１２、アンドープＩｎＧａＮ層よりなり量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型ＧａＮ層よりなる第２の光ガイド層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第２のクラッド層１５及びｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる電流ブロック層１６を順次成長する。
【０１０８】
次に、電流ブロック層１６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層１６に、［１−１００］方向に延びるストライプ状の電流狭窄領域（以下、ストライプ領域と称する）を形成する。
【０１０９】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、ストライプ領域が形成されている電流ブロック層１６の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第３のクラッド層１７及びｐ型ＧａＮ層よりなるコンタクト層１８を順次成長する。
【０１１０】
次に、窒化ガリウム基板１０の下面に負電極２１を形成すると共に、コンタクト層１８の上面に正電極２１を形成すると、ウェハープロセスは完了する。
【０１１１】
次に、ウエハーに対して｛１−１００｝面を１次劈開面とする１次劈開を行なって、レーザ装置の光共振器面を得る。
【０１１２】
この場合、基板の主面を｛１−１００｝面に垂直な面に設定しているため、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直に位置させた状態で、｛１−１００｝面に沿う方向に力を加えることにより、ウエハーの全面に亘って｛１−１００｝面で１次劈開でき、これによって、レーザ装置が並んだバー状の積層体を得ることができる。
【０１１３】
次に、１次劈開が行なわれたバー状の積層体に対して２次劈開を行なうと、第３の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【０１１４】
図９〜図１１は、第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における、｛０００１｝面からの傾斜角と１次劈開面と２次劈開面との関係を示している。
【０１１５】
図９から分かるように、傾斜角θが４５°以上で且つ９０°以下のときには、｛０００１｝面を２次劈開面とする２次劈開が可能である。
【０１１６】
特に、傾斜角θが９０°のときには、主面が｛１１−２０｝面となるため、２次劈開面が光共振器面及び基板主面と同じ面になり、レーザ装置は直方体状になるので好ましい。
【０１１７】
また、このような主面を有する基板を用いると、［０００１］方向のストライプ領域を有するレーザ装置を製造することができる。
【０１１８】
傾斜角θが４５°未満のときには、｛１１−２０｝面を２次劈開面とすることが可能である。
【０１１９】
傾斜角θが１３°未満のときには、２次劈開面は｛１１−２０｝面であるが、活性層において組成分離が発生するので、好ましくない。
【０１２０】
半導体レーザの主面を、｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有する面に設定すると、活性層においては組成分離は発生しない。
【０１２１】
図１０は、傾斜角θが４５°未満であるときに、図９に示した２次劈開面と異なる２次劈開面で２次劈開を行なった場合を示している。図１０から分かるように、傾斜角θが４５°未満であるときには、２次劈開面を｛１０−１１｝面とすることが可能である。
【０１２２】
窒化ガリウムの場合、｛１０−１１｝面を、｛１−１００｝面に対して６３．８°の角度をなす面の総称とする。
【０１２３】
｛１０−１１｝面は、｛１−１００｝面と６３．８°の角度をなしているので、主面の形状は平行四辺形となるが、ストライプ領域は光共振器面と垂直であるから、レーザ発振に支障はない。
【０１２４】
傾斜角θが１３°未満のときには、活性層において組成分離が発生して、レーザの閾値の増加を招くので好ましくない。
【０１２５】
尚、傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上であるときには、２次劈開面として｛１１−２０｝面と｛１−１００｝面との２つの面を選択可能であるが、スクライブカッターの刃に加える力の方向を制御するか又はけがき線を劈開方向に沿って設けておく等の方法をとることにより、得られる２次劈開面を制御することが可能である。
【０１２６】
尚、第３の実施形態においては、傾斜角が９０°又は２８．１°のときには、２次劈開面が主面と垂直になるため、ストライプ領域の方向を［１−１００］方向と異ならせることができる。以下、これらの場合について、図１１を参照しながら説明する。
【０１２７】
図９における傾斜角θが９０°のときには、図１１の上段に示すように、ストライプ領域の方向を［０００１］方向に設定して、１次劈開面を｛０００１｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１００｝面とすることができる。
【０１２８】
図１０における傾斜角θが２８．１°のときには、図１１の下段に示すように、ストライプ領域の方向を［１０−１１］方向に設定して、１次劈開面を｛１０−１１｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１００｝面にすることができる。
【０１２９】
第３の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、主面は、いずれも｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有しているので、活性層においては組成分離は生じない。
【０１３０】
尚、第１〜第３の実施形態においては、窒化ガリウムよりなる基板を用いたが、これに代えて、窒化アルミニウムガリウムインジウムよりなる基板を用いても、同様の効果が得られる。
【０１３１】
もっとも、窒化アルミニウムガリウムインジウムよりなる基板を用いる場合又は基板に歪みが存在する場合には、格子定数のずれによって傾斜角θが所定の角度よりも若干前後に変化することはいうまでもない。
【０１３２】
また、第１〜第３の実施形態においては、半導体レーザ装置について説明したが、本発明に係る窒化物半導体装置は、トランジスタ等のように他の機能領域を有する装置にも適用できる。この場合でも、劈開によるチップの分離が容易であると共に、組成分離が抑制されて動作電流を低減できるという効果が得られることはいうまでもない。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明に係る第１〜第３の窒化物半導体装置によると、機能領域において組成分離が生じないので、窒化物半導体装置の歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。示している。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、半導体レーザ装置に閾値電流以下の電流を注入したときの発光スペクトルを表わす図であり、（ａ）は第１の実施形態の場合であり、（ｂ）は従来例の場合である。
【図１３】半導体レーザ装置における傾斜角θとレーザ発振閾値との関係を示す特性図である。
【図１４】従来の半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 窒化ガリウム基板
１１ 第１のクラッド層
１２ 第１の光ガイド層
１３ 活性層
１４ 第２の光ガイド層
１５ 第２のクラッド層
１６ 電流ブロック
１７ 第３のクラッド層
１８ コンタクト層
２１ 負電極
２２ 正電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度光記録に用いる青色レーザなどの窒化物半導体装置に関するものである。
【０００２】
図１４は、特開平８−１５３９３１に開示されている窒化物半導体レーザ装置を示しており、該半導体レーザ装置においては、（０００１）面を主面とするサファイア基板１の上に、（０００１）面を主面とする窒化物系半導体層よりなる、第１のクラッド層２、活性層４及び第２のクラッド層６が順次成長してなる積層体を形成した後、該積層体をサファイア基板１の（１−１００）面と等価な面で切断することにより光共振器面を得ている。尚、本件明細書においては、−１は１の反転を意味し、−２は２の反転を意味する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の窒化物半導体レーザ装置は、六方晶系結晶よりなるサファイア基板１の（０００１）面を主面としているため、基板表面の原子ステップが少ないので、活性層４において組成分離が生じやすいという問題がある。活性層４において組成分離が生じると、レーザの閾値電流が増大して消費電力が増大するので、活性層４における組成分離はできるだけ低減する必要がある。
【０００４】
このような問題は、活性層を有する窒化物半導体レーザに限られず、トランジスタ等のように他の機能領域を有する窒化物半導体装置においても生じる。
【０００５】
前記に鑑み、本発明は、活性層などの機能領域における組成分離を低減することにより、窒化物半導体装置の歩留まりを向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の窒化物半導体装置は、窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の主面上に形成された窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層からなる機能領域とを備え、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上且つ９０°以下傾斜した面である。
【０００７】
第１の窒化物半導体装置によると、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上の傾斜した面であるため、機能領域において組成分離が生じないので、窒化物半導体装置の歩留まりが向上する。
【０００８】
第１の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛１１−２０｝面に垂直であることが好ましい。
【０００９】
このようにすると、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直にして、｛１１−２０｝面に沿う方向に力を加えることにより、基板の全体に亘って｛１１−２０｝面に沿って１次劈開を行なうことができる。
【００１０】
第１の窒化物半導体装置において、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１１−２０｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００１１】
このようにすると、基板の主面に垂直である｛１１−２０｝面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現できる。
【００１２】
第１の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛１−１００｝面であることが好ましい。
【００１３】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛０００１｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になると共に、直方体状のデバイスを形成することができる。
【００１４】
基板の主面が｛１−１００｝面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛０００１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００１５】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００１６】
第１の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向と等価な方向に向かって２８．１°傾斜した面であることが好ましい。
【００１７】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛１−１０１｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になると共に、直方体状のデバイスを形成することができる。
【００１８】
基板の主面が｛０００１｝面から［１−１００］方向と等価な方向に向かって２８．１°傾斜した面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１−１０１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００１９】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００２０】
本発明に係る第２の窒化物半導体装置は、窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の主面上に形成された窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層からなる機能領域とを備え、基板の主面は｛１−１０１｝面に垂直な面である。
【００２１】
第２の窒化物半導体装置によると、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有することになるので、機能領域において組成分離が生じないので、窒化物半導体装置の歩留まりが向上する。
【００２２】
第２の窒化物半導体装置において、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１−１０１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、１次劈開面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現することができる。
【００２４】
第２の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛１１−２０｝面であることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛０００１｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になる。
【００２６】
基板の主面が｛１１−２０｝面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１−１０１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、１次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００２８】
第２の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面であることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛１１−２０｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になると共に、直方体状のデバイスを形成することができる。
【００３０】
基板の主面が｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１１−２０｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００３２】
基板の主面が｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１０−１０｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００３３】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現することができる。
【００３４】
本発明に係る第３の窒化物半導体装置は、窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の主面上に形成された窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層からなる機能領域とを備え、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上且つ９０°以下傾斜した面である。
【００３５】
第３の窒化物半導体装置によると、基板の主面は｛０００１｝面から１３°以上の傾斜した面であるため、機能領域において組成分離が生じないので、窒化物半導体装置の歩留まりが向上する。
【００３６】
第３の窒化物半導体装置において、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１−１００｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、１次劈開面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現することができる。
【００３８】
第３の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛１１−２０｝面であることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直にして、｛１１−２０｝面に沿う方向に力を加えることにより、基板の全体に亘って｛１１−２０｝面に沿って１次劈開を行なうことができる。
【００４０】
基板の主面が｛１１−２０｝面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛０００１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、２次劈開面を光共振器面とする直方体状の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００４２】
第３の窒化物半導体装置において、基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面であることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、基板の主面と垂直である｛１−１００｝面に沿って２次劈開を行なうことができるので２次劈開が容易になる。
【００４４】
基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向に向かって２８．１°傾斜した面である場合、機能領域は光を放出する活性層であり、基板の｛１０−１１｝面は光共振器面であることが好ましい。
【００４５】
このようにすると、１次劈開面を光共振器面とする半導体レーザ装置を実現することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る窒化物半導体装置について、図面を用いて説明する。尚、以下の説明においては、例えば｛１１−２０｝とは（１１−２０）面及び（１１−２０）面と等価ないずれかの面の総称を意味し、［１１−２０］方向とは＜１１−２０＞方向及び＜１１−２０＞方向と等価ないずれかの方向の総称を意味する。
【００４７】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法について、図１、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００４８】
図１に示すように、有機金属気相成長装置（以下、ＭＯＣＶＤ装置と称する）のチャンバー内で基板温度を１０００℃に設定して、主面を｛１１−２０｝面に垂直で且つ｛０００１｝面から所定の角度だけ傾斜した（オフした）面とするｎ型の窒化ガリウム基板１０の上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる第１のクラッド層１１及びｎ型ＧａＮ層よりなる第１の光ガイド層１２をそれぞれ成長させる。
【００４９】
次に、基板温度を８００℃に下げた状態で、第１の光ガイド層１２の上に、アンドープＩｎＧａＮ層よりなり量子井戸構造を有する活性層１３を成長させる。
【００５０】
次に、基板温度を再び１０００℃に設定して、活性層１３の上に、ｐ型ＧａＮ層よりなる第２の光ガイド層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第２のクラッド層１５及びｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる電流ブロック層１６を順次成長する。
【００５１】
次に、試料をＭＯＣＶＤ装置からリアクティブイオンエッチング装置（以下、ＲＩＥ装置と称する）に移送して、電流ブロック層１６に対してエッチングを行なって、［１１−２０］方向に延びる幅２μｍのストライプ状の電流狭窄領域（以下、ストライプ領域と称する）を形成する。
【００５２】
次に、試料を再びＭＯＣＶＤ装置に搬入して、基板温度を１０００℃に設定して、ストライプ領域が形成されている電流ブロック層１６の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第３のクラッド層１７及びｐ型ＧａＮ層よりなるコンタクト層１８を順次成長する。これによって、半導体層の成長工程は完了する。この成長工程における各半導体層の主面の方位は、窒化ガリウム基板１０の主面の方位と同じである。
【００５３】
次に、窒化ガリウム基板１０の下面にｎ型のＴｉ／Ａｕ膜よりなる負電極２１を形成すると共に、コンタクト層１８の上面にｐ型のＮｉ／Ａｕ膜よりなる正電極２１を形成すると、ウェハープロセスは完了する。
【００５４】
次に、ウェハー状の窒化ガリウム基板１０に対して｛１１−２０｝面を１次劈開面とする１次劈開を行なって、基板の主面に垂直である｛１１−２０｝面よりなる光共振器面を得る。
【００５５】
この場合、基板の主面を｛１１−２０｝面と垂直な面に設定しているため、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直に位置させた状態で、｛１１−２０｝面に沿う方向に力を加えることにより、ウエハーの全面に亘って｛１１−２０｝面に沿って１次劈開でき、これによって、レーザ装置が並んだバー状の積層体を得ることができる。
【００５６】
次に、１次劈開が行なわれたバー状の積層体に対して２次劈開を行なうと、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置が得られる。
【００５７】
図２及び図３は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における、｛０００１｝面からの傾斜角（以下、単に傾斜角と称する）θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示している。
【００５８】
図２から分かるように、傾斜角θが９０°以下で且つ４５°以上のときには、２次劈開面は｛０００１｝面となる。また、図２に示す場合においては、ストライプ領域の方向は［１１−２０］方向である。
【００５９】
特に、傾斜角θが９０°のとき、すなわち主面が｛１−１００｝面のときには、２次劈開面も主面と垂直な｛０００１｝面になるので、２次劈開も非常に容易になると共に直方体状のデバイスを得ることができる。
【００６０】
傾斜角θが１３°以上で且つ４５°未満のときには、２次劈開面は｛１−１０１｝面である。
【００６１】
特に、傾斜角θが２８．１°のときは、２次劈開面も主面と垂直な｛１−１０１｝面となるので、２次劈開が非常に容易になると共に直方体状のデバイスを得ることができる。
【００６２】
尚、第１の実施形態においては、傾斜角θが９０°又は２８．１°のときには、２次劈開面が主面と垂直になるため、ストライプ領域の方向を［１１−２０］方向と異ならせることができる。以下、これらの場合について、図３を参照しながら説明する。
【００６３】
傾斜角θが９０°のときには、図３の上段に示すように、ストライプ領域の方向を［０００１］方向に設定して、１次劈開面を｛０００１｝面とすると共に２次劈開面を｛１１−２０｝面とすることができる。
【００６４】
傾斜角θが２８．１°のときには、図３の下段に示すように、ストライプ領域の方向を［１−１０１］方向に設定して、１次劈開面を｛１−１０１｝面とすると共に２次劈開面を｛１１−２０｝面とすることができる。
【００６５】
図２に示すように、傾斜角θが１３°未満で且つ０°以上のときは、２次劈開面は｛１−１００｝面である。
【００６６】
ところで、傾斜角が９０°、２８．１°及び０°以外のときには、２次劈開面は主面に垂直にならないため、２次劈開は若干困難になるが、レーザ装置がバー状に並んだ積層体を短辺方向に２次劈開することになり、２次劈開の長さが極めて短いので、斜め方向の２次劈開は可能である。
【００６７】
以下、第１の実施形態において、傾斜角θは１３°以上であることが好ましい理由について説明する。
【００６８】
図１２（ａ）、（ｂ）は、半導体レーザ装置に閾値電流以下の電流を注入したときの発光スペクトル、つまり自然発光スペクトルを表わしており、図１２（ａ）は、第１の実施形態において、傾斜角θを９０°に設定した場合、つまり｛１−１００｝面に半導体層を成長させて得た半導体レーザ装置の場合を示し、図１２（ｂ）は、従来例の半導体レーザ装置に相当し、傾斜角θを０°で設定した場合、つまり｛０００１｝面の上に半導体層を成長させて得た半導体レーザ装置の場合を示している。尚、実際には、発光スペクトルには共振器モードに対応して数ｎｍ周期の発光の強弱が現れるが、本測定では、感度を高めるため分光器の分解能を下げており、発光スペクトルの包絡線が観測されている。
【００６９】
図１２（ｂ）に示されるように、傾斜角θが０°のときには、強度ピークが２つ観測されるのに対して、図１２（ａ）に示されるように、傾斜角θが９０°のときには、強度ピークは１つしか観測されない。
【００７０】
傾斜角θが０°のときには、｛０００１｝面上で組成分離が起こるため、つまり２つの組成が存在するため、２つの強度ピークが観測されるのである。また、発振波長と異なるバンドギャップを有する領域はレーザ発振に寄与しない。このため、発振に寄与する活性層の実質的な体積は低減する。
【００７１】
また、傾斜角θが０°のときのみならず、傾斜角θが１３°未満のときに、組成分離が観測された。
【００７２】
これに対して、傾斜角θが１３°以上のときには、組成分離は殆ど観測されなかった。
【００７３】
尚、結晶の対称性により、傾斜角θが９０°を超えるときは、傾斜角θが９０°未満の場合と同じ結果が得られる。
【００７４】
図１３は、傾斜角θと、電流光密度特性のうちのレーザ発振閾値との関係について示しており、図１３から分かるように、傾斜角θが１３°未満になると、閾値電流は急激に大きくなる。
【００７５】
従って、傾斜角θが１３°未満であると、組成分離が起こり、これによって、閾値電流が増大することを確認できる。
【００７６】
第１の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、主面は、いずれも｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有しているので、活性層においては組成分離は生じない。
【００７７】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法について、図４、図５、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００７８】
第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、主面が｛１−１０１｝面に垂直な面に設定された半導体レーザ装置である。｛１−１０１｝面に垂直な面の一例として、｛０００１｝面から［１−１００］方向に２８．１°傾斜した面が挙げられる。
【００７９】
以下、このような主面を有する窒化物半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００８０】
ＭＯＣＶＤ法により、主面を｛１−１０１｝面に垂直な面とするｎ型の窒化ガリウム基板１０の上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる第１のクラッド層１１、ｎ型ＧａＮ層よりなる第１の光ガイド層１２、アンドープＩｎＧａＮ層よりなり量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型ＧａＮ層よりなる第２の光ガイド層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第２のクラッド層１５及びｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる電流ブロック層１６を順次成長する。
【００８１】
次に、電流ブロック層１６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層１６に、［１−１０１］方向に延びるストライプ状の電流狭窄領域（以下、ストライプ領域と称する）を形成する。
【００８２】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、ストライプ領域が形成されている電流ブロック層１６の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第３のクラッド層１７及びｐ型ＧａＮ層よりなるコンタクト層１８を順次成長する。
【００８３】
次に、窒化ガリウム基板１０の下面に負電極２１を形成すると共に、コンタクト層１８の上面に正電極２１を形成すると、ウェハープロセスは完了する。
【００８４】
次に、ウェハーに対して｛１−１０１｝面を１次劈開面とする１次劈開を行なって、レーザ装置の光共振器面を得る。
【００８５】
この場合、基板の主面を｛１−１０１｝面と垂直な面に設定しているため、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直に位置させた状態で、｛１−１０１｝面に沿う方向に力を加えることにより、ウエハーの全面に亘って｛１−１０１｝面で１次劈開でき、これによって、レーザ装置が並んだバー状の積層体を得ることができる。
【００８６】
次に、１次劈開が行なわれたバー状の積層体に対して２次劈開を行なうと、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置が得られる。
【００８７】
図５〜図７は、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、｛０００１｝面からの傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示している。
【００８８】
第２の実施形態においては、主面を｛１−１０１｝面に垂直な面に設定している。また、窒化ガリウムの場合、｛１−１０１｝面は｛０００１｝面に対して６１．９°傾斜しているため、｛０００１｝面からの傾斜角θが２８．１°未満である主面はあり得ない。
【００８９】
図５から分かるように、傾斜角θが４５°以上のときには、｛０００１｝面を２次劈開面とする２次劈開が可能である。
【００９０】
特に、傾斜角θが９０°のときには、主面が｛１１−２０｝面となり、２次劈開面が主面に垂直な｛０００１｝面となるため、２次劈開が容易になって好ましい。この場合、｛０００１｝面は｛１−１０１｝面に対して６１．９°傾斜しているため、主面の平面形状は平行四辺形となるが、光共振器面をストライプ領域に対して垂直に設定すると、レーザ発振が可能であるから、レーザ動作に支障は生じない。
【００９１】
傾斜角θが４５°以上で且つ９０°未満のときには、光共振器面の形状も平行四辺形となるが、一対の１次劈開面が互いに平行であるため、レーザ装置の製造は可能である。
【００９２】
傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上のときには、｛１１−２０｝面を２次劈開面とする２次劈開が可能である。
【００９３】
特に、｛０００１｝面から［１−１００］方向に等価な方向に向かって２８．１°傾斜した面を基板の主面とすると、２次劈開面は、主面及び光共振器面の両方に対して垂直である｛１１−２０｝面となり、レーザ装置は直方体状になるので好ましい。
【００９４】
尚、傾斜角θが４５°近傍では、２次劈開面を｛０００１｝面とすることも｛１１−２０｝面とすることも可能である。具体的には、スクライブカッターの刃に対して力を加える方向を制御することにより、２次劈開面を制御することができる。
【００９５】
図６は、傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上であるときに、図５に示す２次劈開面と異なる２次劈開面で２次劈開を行なった場合を示している。図６から分かるように、傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上であるときには、２次劈開面を｛１０−１０｝面とすることが可能である。
【００９６】
窒化ガリウムの場合、特定の面である（１−１０１）面と、（１０−１０）面とのなす角は６３．８であると共に、特定の面である（１−１０１）面と、（−１０１０）面、（０１−１０）面及び（０−１１０）面とのなす角も６３．８°である。ところが、Ｃ面内で（−１１０１）面と同じ方向にある面同士のなす角、例えば（１−１０１）面と（１−１００）面とのなす角及び（１−１０１）面と（−１１００）面とのなす角はいずれも２８．１°である。以下の説明においては、１番目から３番目の指数の順序を変えることによって、例えば｛１−１００｝面に対して｛１０−１０｝面と指数を変えて表記することによって、Ｃ面内における他の方向の等価な面を指すこととする。窒化ガリウムの場合、｛１−１００｝面となす角が６３．８°である面を、１番目から３番目の指数の順序を変えて｛１０−１０｝面の総称とする。
【００９７】
特に、｛０００１｝面から［１−１００］方向と等価な方向に向かって２８．１°傾斜する面を主面とすると、２次劈開面は主面に対して垂直な｛１−１００｝面となり、２次劈開が容易になるので好ましい。
【００９８】
尚、傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上であるときには、２次劈開面として｛１１−２０｝面と｛１−１００｝面との２つの面を選択可能であるが、スクライブカッターの刃に加える力の方向を制御するか又はけがき線を劈開方向に沿って設けておく等の方法をとることにより、得られる２次劈開面を制御することが可能である。
【００９９】
尚、第２の実施形態においては、傾斜角θが９０°又は２８．１°のときには、２次劈開面が主面と垂直になるため、ストライプ領域の方向を［１−１０１］方向と異ならせることができる。以下、これらの場合について、図７を参照しながら説明する。
【０１００】
図５における傾斜角θが９０°のときには、図７の上段に示すように、ストライプ領域の方向を［０００１］方向に設定して、１次劈開面を｛０００１｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１０１｝面とすることができる。
【０１０１】
図５における傾斜角θが２８．１°のときには、図７の中段に示すように、ストライプ領域の方向を［１１−２０］方向に設定して、１次劈開面を｛１１−２０｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１０１｝面にすることができる。
【０１０２】
図６における傾斜角θが２８．１°のときには、図７の下段に示すように、ストライプ領域の方向を［１０−１０］方向に設定して、１次劈開面を｛１０−１０｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１０１｝面にすることができる。
【０１０３】
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、主面は、いずれも｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有することになるので、活性層においては組成分離は生じない。
【０１０４】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法について、図８、図９、図１０及び図１１を参照しながら説明する。
【０１０５】
第３の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、主面が｛１−１００｝面に垂直で且つ｛０００１｝面からの傾斜角θが１３°以上である面に設定された半導体レーザ装置である。主面が｛１−１００｝面に垂直で且つ｛０００１｝面からの傾斜角θが１３°以上である面の例としては｛１１−２０｝面が挙げられる。
【０１０６】
以下、このような主面を有する窒化物半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【０１０７】
ＭＯＣＶＤ法により、主面を｛１−１００｝面に垂直な面とするｎ型の窒化ガリウム基板１０の上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる第１のクラッド層１１、ｎ型ＧａＮ層よりなる第１の光ガイド層１２、アンドープＩｎＧａＮ層よりなり量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型ＧａＮ層よりなる第２の光ガイド層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第２のクラッド層１５及びｎ型ＡｌＧａＮ層よりなる電流ブロック層１６を順次成長する。
【０１０８】
次に、電流ブロック層１６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層１６に、［１−１００］方向に延びるストライプ状の電流狭窄領域（以下、ストライプ領域と称する）を形成する。
【０１０９】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、ストライプ領域が形成されている電流ブロック層１６の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる第３のクラッド層１７及びｐ型ＧａＮ層よりなるコンタクト層１８を順次成長する。
【０１１０】
次に、窒化ガリウム基板１０の下面に負電極２１を形成すると共に、コンタクト層１８の上面に正電極２１を形成すると、ウェハープロセスは完了する。
【０１１１】
次に、ウエハーに対して｛１−１００｝面を１次劈開面とする１次劈開を行なって、レーザ装置の光共振器面を得る。
【０１１２】
この場合、基板の主面を｛１−１００｝面に垂直な面に設定しているため、スクライブカッターの刃を主面に対して垂直に位置させた状態で、｛１−１００｝面に沿う方向に力を加えることにより、ウエハーの全面に亘って｛１−１００｝面で１次劈開でき、これによって、レーザ装置が並んだバー状の積層体を得ることができる。
【０１１３】
次に、１次劈開が行なわれたバー状の積層体に対して２次劈開を行なうと、第３の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【０１１４】
図９〜図１１は、第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における、｛０００１｝面からの傾斜角と１次劈開面と２次劈開面との関係を示している。
【０１１５】
図９から分かるように、傾斜角θが４５°以上で且つ９０°以下のときには、｛０００１｝面を２次劈開面とする２次劈開が可能である。
【０１１６】
特に、傾斜角θが９０°のときには、主面が｛１１−２０｝面となるため、２次劈開面が光共振器面及び基板主面と同じ面になり、レーザ装置は直方体状になるので好ましい。
【０１１７】
また、このような主面を有する基板を用いると、［０００１］方向のストライプ領域を有するレーザ装置を製造することができる。
【０１１８】
傾斜角θが４５°未満のときには、｛１１−２０｝面を２次劈開面とすることが可能である。
【０１１９】
傾斜角θが１３°未満のときには、２次劈開面は｛１１−２０｝面であるが、活性層において組成分離が発生するので、好ましくない。
【０１２０】
半導体レーザの主面を、｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有する面に設定すると、活性層においては組成分離は発生しない。
【０１２１】
図１０は、傾斜角θが４５°未満であるときに、図９に示した２次劈開面と異なる２次劈開面で２次劈開を行なった場合を示している。図１０から分かるように、傾斜角θが４５°未満であるときには、２次劈開面を｛１０−１１｝面とすることが可能である。
【０１２２】
窒化ガリウムの場合、｛１０−１１｝面を、｛１−１００｝面に対して６３．８°の角度をなす面の総称とする。
【０１２３】
｛１０−１１｝面は、｛１−１００｝面と６３．８°の角度をなしているので、主面の形状は平行四辺形となるが、ストライプ領域は光共振器面と垂直であるから、レーザ発振に支障はない。
【０１２４】
傾斜角θが１３°未満のときには、活性層において組成分離が発生して、レーザの閾値の増加を招くので好ましくない。
【０１２５】
尚、傾斜角θが４５°未満で且つ２８．１°以上であるときには、２次劈開面として｛１１−２０｝面と｛１−１００｝面との２つの面を選択可能であるが、スクライブカッターの刃に加える力の方向を制御するか又はけがき線を劈開方向に沿って設けておく等の方法をとることにより、得られる２次劈開面を制御することが可能である。
【０１２６】
尚、第３の実施形態においては、傾斜角が９０°又は２８．１°のときには、２次劈開面が主面と垂直になるため、ストライプ領域の方向を［１−１００］方向と異ならせることができる。以下、これらの場合について、図１１を参照しながら説明する。
【０１２７】
図９における傾斜角θが９０°のときには、図１１の上段に示すように、ストライプ領域の方向を［０００１］方向に設定して、１次劈開面を｛０００１｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１００｝面とすることができる。
【０１２８】
図１０における傾斜角θが２８．１°のときには、図１１の下段に示すように、ストライプ領域の方向を［１０−１１］方向に設定して、１次劈開面を｛１０−１１｝面にすると共に２次劈開面を｛１−１００｝面にすることができる。
【０１２９】
第３の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、主面は、いずれも｛０００１｝面から１３°以上の傾斜角を有しているので、活性層においては組成分離は生じない。
【０１３０】
尚、第１〜第３の実施形態においては、窒化ガリウムよりなる基板を用いたが、これに代えて、窒化アルミニウムガリウムインジウムよりなる基板を用いても、同様の効果が得られる。
【０１３１】
もっとも、窒化アルミニウムガリウムインジウムよりなる基板を用いる場合又は基板に歪みが存在する場合には、格子定数のずれによって傾斜角θが所定の角度よりも若干前後に変化することはいうまでもない。
【０１３２】
また、第１〜第３の実施形態においては、半導体レーザ装置について説明したが、本発明に係る窒化物半導体装置は、トランジスタ等のように他の機能領域を有する装置にも適用できる。この場合でも、劈開によるチップの分離が容易であると共に、組成分離が抑制されて動作電流を低減できるという効果が得られることはいうまでもない。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明に係る第１〜第３の窒化物半導体装置によると、機能領域において組成分離が生じないので、窒化物半導体装置の歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。示している。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における、傾斜角θと１次劈開面と２次劈開面との関係を示す図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、半導体レーザ装置に閾値電流以下の電流を注入したときの発光スペクトルを表わす図であり、（ａ）は第１の実施形態の場合であり、（ｂ）は従来例の場合である。
【図１３】半導体レーザ装置における傾斜角θとレーザ発振閾値との関係を示す特性図である。
【図１４】従来の半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 窒化ガリウム基板
１１ 第１のクラッド層
１２ 第１の光ガイド層
１３ 活性層
１４ 第２の光ガイド層
１５ 第２のクラッド層
１６ 電流ブロック
１７ 第３のクラッド層
１８ コンタクト層
２１ 負電極
２２ 正電極
Claims (6)
- 窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、
前記基板の主面上に形成された窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層からなる機能領域とを備え、
前記基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向と等価な方向または［１１−２０］方向と等価な方向に向かって傾斜しており、その傾斜角度が１３°以上且つ９０°以下であり、
前記機能領域は光を放出する活性層であり、前記基板の｛１−１０１｝面は光共振器面であることを特徴とする窒化物半導体装置。 - 窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、
前記基板の主面上に形成された窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層からなる機能領域とを備え、
前記基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向と等価な方向または［１１−２０］方向と等価な方向に向かって傾斜しており、その傾斜角度が１３°以上且つ９０°以下であり、
前記基板の主面は｛０００１｝面から［１−１００］方向と等価な方向に向かって２８．１°傾斜した面であることを特徴とする窒化物半導体装置。 - 前記傾斜角度が、１３°以上且つ４５°未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
- 前記機能領域は光を放出する活性層であり、前記基板の｛１−１００｝面は光共振器面であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体装置。
- 前記機能領域は光を放出する活性層であり、前記基板の｛１１−２０｝面は光共振器面であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体装置。
- 前記機能領域は光を放出する活性層であり、前記基板の｛０００１｝面は光共振器面であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体装置。
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