JP4970517B2 - Nitride semiconductor device, nitride semiconductor wafer, and method of manufacturing nitride semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法に関し、特に、窒化物半導体基板を備えた窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor device, a nitride semiconductor wafer, and a method for manufacturing a nitride semiconductor device, and more particularly, to a nitride semiconductor device including a nitride semiconductor substrate, a nitride semiconductor wafer, and a method for manufacturing a nitride semiconductor device. .

GaN、AlN、InN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。このため、これらの窒化物半導体は、紫外線から緑色に及ぶ波長領域における発光が可能な半導体レーザ素子や、紫外線から赤色までの広い発光波長範囲をカバーできる発光ダイオード素子などの半導体発光素子を構成する材料として注目されており、プロジェクターやフルカラーディスプレー、さらには環境・医療分野など、広く応用が考えられている。   Nitride semiconductors typified by GaN, AlN, InN, and mixed crystals thereof have characteristics that they have a large band gap Eg and are direct transition type semiconductor materials compared to AlGaInAs semiconductors and AlGaInP semiconductors. Yes. For this reason, these nitride semiconductors constitute semiconductor light emitting devices such as a semiconductor laser device capable of emitting light in a wavelength range from ultraviolet to green and a light emitting diode device capable of covering a wide light emission wavelength range from ultraviolet to red. It is attracting attention as a material, and is widely considered for applications such as projectors, full-color displays, and environmental and medical fields.

また、近年、窒化物半導体を用いた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り、緑色領域で発光する半導体発光素子(緑色半導体レーザ)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。   In recent years, research institutions have attempted to realize semiconductor light emitting devices (green semiconductor lasers) that emit light in the green region by increasing the emission wavelength of semiconductor light emitting devices using nitride semiconductors. It is done vigorously.

窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、一般的に、基板として、六方晶系のGaN基板(窒化物半導体基板)が用いられており、そのc面((0001)面)が成長主面とされている。そして、このc面上に活性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発光素子が形成されている。また、窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体発光素子を形成する場合には、一般的に、Inを含む活性層が用いられ、そのIn組成比を増加させることにより、発光波長の長波長化が図られる。   In a semiconductor light emitting device using a nitride semiconductor, a hexagonal GaN substrate (nitride semiconductor substrate) is generally used as a substrate, and its c-plane ((0001) plane) is the growth main surface. Has been. A nitride semiconductor light emitting device is formed by laminating a nitride semiconductor layer including an active layer on the c-plane. In addition, when forming a nitride semiconductor light emitting device using a nitride semiconductor substrate, an active layer containing In is generally used, and by increasing the In composition ratio, the emission wavelength is increased. Is planned.

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、c面上に活性層を含む窒化物半導体層を積層した場合、活性層内に自発分極が生じるという不都合がある。また、c面上に活性層を含む窒化物半導体層を積層した場合、In組成比の増加に伴い、活性層の格子歪みが増大し、活性層に、ピエゾ分極による強い内部電場が誘起されるという不都合もある。そして、この内部電場により、電子と正孔との波動関数の重なりが減少し、再結合して発光する割合が低下する。このため、緑色領域の発光を実現するために、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い、発光効率が著しく低下するという問題が生じていた。   However, since the c-plane of the GaN substrate is a polar plane having a polarity in the c-axis direction, when a nitride semiconductor layer including an active layer is stacked on the c-plane, there is a disadvantage that spontaneous polarization occurs in the active layer. is there. In addition, when a nitride semiconductor layer including an active layer is stacked on the c-plane, the lattice strain of the active layer increases as the In composition ratio increases, and a strong internal electric field is induced in the active layer due to piezoelectric polarization. There is also an inconvenience. This internal electric field reduces the overlap of wave functions of electrons and holes, reducing the rate of recombination and light emission. For this reason, when the In composition ratio is increased in order to realize light emission in the green region, there has been a problem that the light emission efficiency is remarkably lowered as the light emission wavelength becomes longer.

そこで、近年では、自発分極およびピエゾ分極の影響を回避するために、一般的なc面ではなく、無極性面であるm面({1−100}面)上に窒化物半導体層を積層した窒化物半導体発光素子(窒化物半導体素子)が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。   Therefore, in recent years, in order to avoid the influence of spontaneous polarization and piezoelectric polarization, a nitride semiconductor layer is laminated on the non-polar m-plane ({1-100} plane) instead of the general c-plane. A nitride semiconductor light emitting device (nitride semiconductor device) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、閾値電流を低減することが可能なファブリペロー型の半導体レーザダイオード(窒化物半導体素子)が記載されている。この半導体レーザダイオードは、無極性面であるm面を成長主面とするGaN基板を備えており、その成長主面(m面)上に活性層を含む窒化物半導体各層が積層されている。なお、GaN基板のm面は、c面と直交する結晶面であるため、m面上に、活性層を含む窒化物半導体各層を積層することによって、分極軸となるc軸が活性層の面内に含まれる。このため、自発分極やピエゾ分極の影響が回避され、発光効率の低下が抑制される。   Patent Document 1 describes a Fabry-Perot type semiconductor laser diode (nitride semiconductor element) capable of reducing the threshold current. This semiconductor laser diode includes a GaN substrate having a nonpolar plane m-plane as a growth main surface, and each nitride semiconductor layer including an active layer is stacked on the growth main surface (m-plane). Since the m-plane of the GaN substrate is a crystal plane orthogonal to the c-plane, by laminating each nitride semiconductor layer including the active layer on the m-plane, the c-axis serving as the polarization axis becomes the plane of the active layer. Contained within. For this reason, the influence of spontaneous polarization or piezo polarization is avoided, and a decrease in luminous efficiency is suppressed.

特開2008−226865号公報JP 2008-226865 A

上述のように、m面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、自発分極やピエゾ分極に起因する発光効率の低下が抑制された窒化物半導体発光素子が得られる。   As described above, by using a nitride semiconductor substrate having an m-plane as a growth main surface, a nitride semiconductor light-emitting element in which a decrease in light emission efficiency due to spontaneous polarization or piezoelectric polarization is suppressed can be obtained.

しかしながら、特許文献1に記載された従来の素子構造を用いた場合でも、その発光効率は十分高いとはいえず、依然として、発光効率改善の余地が残されていた。   However, even when the conventional element structure described in Patent Document 1 is used, the light emission efficiency is not sufficiently high, and there is still room for improvement of the light emission efficiency.

一方、窒化物半導体レーザ素子などの窒化物半導体発光素子(窒化物半導体素子)では、窒化物半導体基板のm面上に窒化物半導体層を成長させる際に、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じ、この歪みによって、窒化物半導体層にクラックが発生する場合がある。窒化物半導体層にクラックが発生した場合には、1枚のウェハから得られる良品の数が減少するため、歩留まりが低下するという問題が生じる。また、クラックが発生することにより、信頼性や、発光寿命などの素子特性も低下する。このため、クラックの発生を抑制することは、素子の生産上、非常に重要である。   On the other hand, in a nitride semiconductor light emitting device (nitride semiconductor device) such as a nitride semiconductor laser device, the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor layer are grown when the nitride semiconductor layer is grown on the m-plane of the nitride semiconductor substrate. The nitride semiconductor layer may be distorted due to a difference in lattice constant or thermal expansion coefficient between the GaN layer and the nitride semiconductor layer, which may cause a crack in the nitride semiconductor layer. When cracks occur in the nitride semiconductor layer, the number of non-defective products obtained from one wafer is reduced, resulting in a problem that the yield is lowered. In addition, due to the occurrence of cracks, device characteristics such as reliability and light emission lifetime are also deteriorated. For this reason, suppressing the occurrence of cracks is very important in the production of elements.

特に、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子(たとえば、緑色半導体レーザ)などを作製しようとした場合には、有効に光閉じ込めを行うために、基板との格子定数差が大きい半導体層が基板上に形成される場合がある。この場合には、クラックが非常に発生し易くなるので、素子特性および歩留まりを向上させることが非常に困難になるという問題点がある。   In particular, when an attempt is made to produce a semiconductor light emitting device that emits light in the ultraviolet region or a semiconductor light emitting device that emits light in the green region (for example, a green semiconductor laser), the lattice constant with the substrate is used to effectively confine light. A semiconductor layer having a large difference may be formed over the substrate. In this case, since cracks are very likely to occur, it is very difficult to improve device characteristics and yield.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device, a nitride semiconductor wafer, and a nitride semiconductor capable of improving luminous efficiency. It is providing the manufacturing method of an element.

この発明のもう1つの目的は、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device, a nitride semiconductor wafer, and a method for manufacturing a nitride semiconductor device capable of improving device characteristics and yield.

この発明のさらにもう1つの目的は、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子およびその製造方法を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device having excellent device characteristics and high reliability, and a method for manufacturing the same.

本願発明者らが、上記の問題に着目して種々の実験を行うとともに、鋭意検討した結果、活性層の障壁層にGaN層やInGaN層を用いた際に、発光パターンにダークラインが発生する場合があることを突き止めた。そして、このようなダークラインの発生を抑制するためには、障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体から構成することが非常に有効であることを見出した。   The inventors of the present application conducted various experiments paying attention to the above problem, and as a result of intensive studies, when a GaN layer or an InGaN layer is used as the barrier layer of the active layer, a dark line is generated in the light emission pattern. I found out that there was a case. And in order to suppress generation | occurrence | production of such a dark line, it discovered that it was very effective to comprise a barrier layer from the nitride semiconductor containing Al and In.

すなわち、この発明の第1の局面による窒化物半導体素子は、m面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含んでおり、活性層は、AlとInとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。なお、本発明の「窒化物半導体基板」は、成長主面が窒化物半導体からなる基板を含む。   That is, the nitride semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes a nitride semiconductor substrate having an m-plane as a growth main surface, and a nitride semiconductor formed on the growth main surface of the nitride semiconductor substrate and including an active layer With layers. The nitride semiconductor substrate includes a digging region dug in the thickness direction from the growth main surface and a non-digging region that is a non-digging region, and the active layer includes Al and In. A barrier layer made of a nitride semiconductor containing The “nitride semiconductor substrate” of the present invention includes a substrate whose main growth surface is made of a nitride semiconductor.

この第1の局面による窒化物半導体素子では、上記のように、活性層の障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体から構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、ダークラインの発生に起因する発光効率の低下を抑制することができる。その結果、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、ダークラインの発生を抑制することによって、均一発光の発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子を形成した際に、ゲインを高めることができる。   In the nitride semiconductor device according to the first aspect, as described above, by forming the barrier layer of the active layer from the nitride semiconductor containing Al and In, the generation of dark lines is almost completely suppressed. Can do. Thereby, the fall of the luminous efficiency resulting from generation | occurrence | production of a dark line can be suppressed. As a result, element characteristics and reliability can be improved. In addition, since the light emission pattern of uniform light emission can be obtained by suppressing the generation of dark lines, the gain can be increased when the nitride semiconductor laser element is formed.

また、第1の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みを形成することができる。このため、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層(非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層)の歪みを、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、非常に高いクラック抑制効果を得ることができるので、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく形成することができる。そのため、たとえば、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子(たとえば、緑色半導体レーザ)などを作製する場合でも、クラックの発生を抑制することができる。これにより、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子などを、素子特性を向上させながら、高い歩留まりで作製することができる。   Further, in the first aspect, a recess can be formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region by forming the digging region in the nitride semiconductor substrate. For this reason, even when the lattice constant difference or the thermal expansion coefficient difference between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor layer becomes large and the nitride semiconductor layer is distorted, the nitride semiconductor layer (non-excavated region) The strain of the nitride semiconductor layer formed above can be alleviated by the above-described depression formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region. Thereby, since the very high crack suppression effect can be acquired, it can suppress effectively that a crack generate | occur | produces in the nitride semiconductor layer. Therefore, by configuring as described above, a nitride semiconductor layer having a composition different from that of the nitride semiconductor substrate can be formed with almost no cracks. Therefore, for example, even when a semiconductor light emitting device that emits light in the ultraviolet region, a semiconductor light emitting device that emits light in the green region (for example, a green semiconductor laser), or the like can be produced, the occurrence of cracks can be suppressed. As a result, a semiconductor light emitting device that emits light in the ultraviolet region or the green region can be manufactured with high yield while improving device characteristics.

また、第1の局面では、上記のように、ダークラインの発生を抑制することによって、素子特性のバラツキを低減することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができる。このため、これによっても、歩留まりを向上させることができる。   Further, in the first aspect, as described above, by suppressing the generation of dark lines, variation in element characteristics can be reduced, so that the number of elements having characteristics within the standard range is increased. Can do. For this reason, the yield can be improved also by this.

さらに、第1の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、活性層の歪みを有効に緩和することができるので、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。また、上記のように構成することによって、ダークラインの発生を、窒化物半導体層の成長後、更には、半導体素子とした後の通電試験後においても有効に抑制することができる。これにより、輝度および信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。   Furthermore, in the first aspect, the formation of the digging region in the nitride semiconductor substrate can effectively alleviate the distortion of the active layer, so that the generation of dark lines can be more effectively suppressed. . Further, by configuring as described above, the generation of dark lines can be effectively suppressed after the growth of the nitride semiconductor layer and further after the energization test after forming the semiconductor element. Thereby, a nitride semiconductor element with high brightness and reliability can be obtained.

このように、第1の局面では、上記のように構成することによって、発光効率を大幅に向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることができるので、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。さらに、第1の局面では、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、1枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。   Thus, in the first aspect, the light emission efficiency can be significantly improved by configuring as described above. In addition, since the device characteristics and reliability can be improved by improving the light emission efficiency, a nitride semiconductor device having excellent device characteristics and high reliability can be obtained. Furthermore, in the first aspect, since the occurrence of cracks can be effectively suppressed, the number of non-defective products obtained from one wafer can be increased. Thereby, a yield can be improved. Further, by suppressing the occurrence of cracks, the reliability of the element can be improved and the element characteristics can be improved.

上記第1の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、障壁層は、AlInGaNから構成されている。このように構成すれば、ダークラインの発生をより効果的に抑制することができる。また、障壁層をAlInGaNから構成することによって、障壁層上に形成された井戸層に取り込まれるIn量を増加させることができる。このため、障壁層をAlInGaNから構成することによって、成長条件の範囲を広くとることできる。また、AlGaNにInを添加したAlInGaNは、より低温で成長させた場合でも、良好な結晶性を有する膜を形成し易い。そのため、600℃〜800℃程度の比較的低い成長温度で形成される場合が多い障壁層を、AlInGaNから構成することにより、上記のような比較的低温で障壁層を形成した場合でも、結晶性の良好な障壁層を得ることができる。さらに、障壁層をAlInGaNとすることで、井戸層に対して障壁層が与える歪を低減することができる。井戸層にかかる歪が小さい方が、発光素子が駆動中に劣化する速度が遅くなるためより好ましい。   In the nitride semiconductor device according to the first aspect, preferably, the barrier layer is made of AlInGaN. If comprised in this way, generation | occurrence | production of a dark line can be suppressed more effectively. In addition, by configuring the barrier layer from AlInGaN, the amount of In taken into the well layer formed on the barrier layer can be increased. For this reason, the range of growth conditions can be widened by forming the barrier layer from AlInGaN. Moreover, AlInGaN obtained by adding In to AlGaN can easily form a film having good crystallinity even when grown at a lower temperature. Therefore, even when the barrier layer, which is often formed at a relatively low growth temperature of about 600 ° C. to 800 ° C., is made of AlInGaN, the crystallinity is maintained even when the barrier layer is formed at a relatively low temperature as described above. A good barrier layer can be obtained. Furthermore, by using AlInGaN as the barrier layer, the strain imparted by the barrier layer to the well layer can be reduced. It is more preferable that the strain applied to the well layer is smaller because the rate at which the light emitting element deteriorates during driving becomes slower.

この発明の第2の局面による窒化物半導体素子は、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含んでおり、活性層は、AlとInとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。   A nitride semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a nitride semiconductor substrate whose growth main surface is a surface having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, and a growth main surface of the nitride semiconductor substrate. And a nitride semiconductor layer including an active layer. The nitride semiconductor substrate includes a digging region dug in the thickness direction from the growth main surface and a non-digging region that is a non-digging region, and the active layer includes Al and In. A barrier layer made of a nitride semiconductor containing

この第2の局面による窒化物半導体素子では、上記第1の局面と同様、活性層の障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体から構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、発光効率を向上させることができる。   In the nitride semiconductor device according to the second aspect, as in the first aspect, the barrier layer of the active layer is made of a nitride semiconductor containing Al and In, so that dark lines are almost completely generated. Can be suppressed. Thereby, luminous efficiency can be improved.

ここで、本願発明者らが、オフ角度を有さない、m面を成長主面とする窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層することによって発光ダイオード素子を形成し、この発光ダイオード素子に電流注入を行うことによってEL発光させると、輝点状の発光パターンになることを見出した。そして、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上記のように、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を窒化物半導体基板の成長主面とすることで、EL発光パターンの輝点状化を抑制することが可能であることを見出した。そのため、a軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いることによって、ダークラインの発生を抑制することができることに加えて、EL発光パターンの輝点状化を抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、窒化物半導体素子のEL発光パターンをより改善(輝点状発光や面内の波長ムラなどを抑制)することができる。このため、これによっても、窒化物半導体素子の発光効率を向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体素子を得ることができる。なお、上記のような輝点状発光の抑制効果が得られる理由として、一つには、窒化物半導体基板の成長主面がm面に対してa軸方向のオフ角度を持つことで、成長主面上に窒化物半導体層を成長させる際に、原子のマイグレーションの方向が変化するためであると考えられる。   Here, the inventors of the present application formed a light emitting diode element by laminating a nitride semiconductor layer on a nitride semiconductor substrate having no off-angle and having an m-plane as a growth main surface, and the light emitting diode element It has been found that when EL light is emitted by injecting current into a light emission pattern, a bright spot-like light emission pattern is obtained. As a result of extensive research conducted by the inventors of the present application, as described above, a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is used as the growth main surface of the nitride semiconductor substrate, so that the EL emission pattern is obtained. It has been found that it is possible to suppress the formation of bright spots. Therefore, by using a nitride semiconductor substrate having an off angle in the a-axis direction, generation of dark lines can be suppressed, and in addition, formation of bright spots in the EL light emission pattern can be suppressed. That is, with this configuration, the EL light emission pattern of the nitride semiconductor element can be further improved (bright spot light emission, in-plane wavelength unevenness, etc. can be suppressed). For this reason, the light emission efficiency of the nitride semiconductor device can be improved also by this. In addition, a nitride semiconductor element with high luminance can be obtained by improving luminous efficiency. One of the reasons why the bright spot-like light emission suppression effect as described above can be obtained is that the growth main surface of the nitride semiconductor substrate has an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane. This is presumably because the migration direction of atoms changes when a nitride semiconductor layer is grown on the main surface.

また、EL発光パターンの輝点状化を抑制することによって、EL発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、輝点状発光を抑制することによって、均一発光のEL発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子を形成した際に、ゲインを高めることができる。さらに、EL発光パターンの輝点状化を抑制することによって、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性をさらに向上させることができる。すなわち、上記のように構成することによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を容易に得ることができる。   Moreover, since the EL light emission pattern can be made uniform by suppressing the brightening of the EL light emission pattern, the drive voltage can also be reduced. In addition, by suppressing the bright spot light emission, an EL light emission pattern with uniform light emission can be obtained, so that the gain can be increased when the nitride semiconductor laser element is formed. Further, by suppressing the formation of bright spots in the EL light emission pattern, the light emission efficiency can be improved, and thereby the device characteristics and reliability can be further improved. That is, by configuring as described above, it is possible to easily obtain a nitride semiconductor element having excellent element specification and high reliability.

また、第2の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みを形成することができる。このため、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層(非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層)の歪みを、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく形成することができる。さらに、上記掘り込み領域が形成されていることで、Alを含む活性層の歪みを有効に緩和することができるので、ダークラインが発生するのをより効果的に抑制することができる。   In the second aspect, a recess can be formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region by forming the digging region in the nitride semiconductor substrate. For this reason, even when the lattice constant difference or the thermal expansion coefficient difference between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor layer becomes large and the nitride semiconductor layer is distorted, the nitride semiconductor layer (non-excavated region) The strain of the nitride semiconductor layer formed above can be alleviated by the above-described depression formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region. Thereby, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks in the nitride semiconductor layer. Therefore, by configuring as described above, a nitride semiconductor layer having a composition different from that of the nitride semiconductor substrate can be formed with almost no cracks. Furthermore, since the digging region is formed, distortion of the active layer containing Al can be effectively relieved, so that generation of dark lines can be more effectively suppressed.

また、第2の局面では、m面に対してa軸方向にオフ角度が設けられた窒化物半導体基板を用いることによって、掘り込み領域内を窒化物半導体層で埋まりにくくすることができる。これにより、容易に、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができる。その結果、容易に、クラックの発生を抑制することができる。   Further, in the second aspect, by using a nitride semiconductor substrate having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, the digging region can be made less likely to be filled with the nitride semiconductor layer. Thereby, it is possible to easily make a state in which a depression is formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region. As a result, the occurrence of cracks can be easily suppressed.

また、第2の局面では、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることによって、この成長主面上に形成される窒化物半導体層の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層を得ることができる。このため、窒化物半導体層の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、素子特性のバラツキを低減することができる。このため、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができるので、これによっても、歩留まりを向上させることができる。また、表面モフォロジーを向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることもできる。   In the second aspect, a nitride semiconductor layer formed on the growth main surface is formed by setting a surface having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane as the growth main surface of the nitride semiconductor substrate. The crystallinity of can be improved. For this reason, it can be made hard to generate | occur | produce a crack in the nitride semiconductor layer. Moreover, since the surface morphology of the nitride semiconductor layer can be improved by configuring as described above, a nitride semiconductor layer having a uniform thickness can be obtained. For this reason, it is possible to suppress the inconvenience that a locally thick region is formed in the nitride semiconductor layer due to the uneven thickness of the nitride semiconductor layer. Since cracks are likely to occur in such a thick region, cracks can be made more difficult to occur by suppressing the formation of locally thick regions in the nitride semiconductor layer. In addition, by configuring as described above, the surface morphology of the nitride semiconductor layer can be made very good, so that variations in device characteristics can be reduced. For this reason, since the number of elements having characteristics within the standard range can be increased, the yield can also be improved. In addition, device characteristics and reliability can be improved by improving the surface morphology.

また、第2の局面では、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とすることによって、AlとInとを含む窒化物半導体から構成された上記障壁層の平坦性を向上させることができる。このため、平坦性の高い障壁層上に井戸層を形成することによって、井戸層におけるIn組成の面内分布が不均一になるのを抑制することができる。また、活性層(井戸層)の結晶性を向上させることもできる。これにより、発光効率をより向上させることができる。   In the second aspect, the flatness of the barrier layer made of a nitride semiconductor containing Al and In is obtained by using a plane having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane as the growth principal plane. Can be improved. For this reason, it is possible to suppress the in-plane distribution of the In composition in the well layer from becoming non-uniform by forming the well layer on the highly flat barrier layer. In addition, the crystallinity of the active layer (well layer) can be improved. Thereby, luminous efficiency can be improved more.

さらに、第2の局面では、上記のように、ダークラインの発生を抑制することによって、素子特性のバラツキを低減することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができる。このため、これによっても、歩留まりを向上させることができる。   Furthermore, in the second aspect, as described above, by suppressing the occurrence of dark lines, variations in element characteristics can be reduced, and therefore the number of elements having characteristics within the standard range is increased. Can do. For this reason, the yield can be improved also by this.

このように、第2の局面では、上記のように構成することによって、発光効率を大幅に向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることができるので、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。さらに、第2の局面では、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、1枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。   Thus, in the second aspect, the light emission efficiency can be significantly improved by configuring as described above. In addition, since the device characteristics and reliability can be improved by improving the light emission efficiency, a nitride semiconductor device having excellent device characteristics and high reliability can be obtained. Furthermore, in the second aspect, since the occurrence of cracks can be effectively suppressed, the number of good products obtained from one wafer can be increased. Thereby, a yield can be improved. Further, by suppressing the occurrence of cracks, the reliability of the element can be improved and the element characteristics can be improved.

なお、第2の局面では、上記のように構成することによって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができるので、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく形成することができる。このため、たとえば、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子(たとえば、緑色半導体レーザ)などを作製する場合でも、クラックの発生を抑制することができる。これにより、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子などを、素子特性を向上させながら、高い歩留まりで作製することができる。   In addition, in the second aspect, since it is possible to obtain a very high crack suppressing effect by configuring as described above, almost all cracks are generated in the nitride semiconductor layer having a composition different from that of the nitride semiconductor substrate. It can form without. For this reason, for example, even when a semiconductor light emitting element that emits light in the ultraviolet region, a semiconductor light emitting element that emits light in the green region (for example, a green semiconductor laser), or the like can be produced, the occurrence of cracks can be suppressed. As a result, a semiconductor light emitting device that emits light in the ultraviolet region or the green region can be manufactured with high yield while improving device characteristics.

上記第2の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体基板におけるa軸方向のオフ角度の絶対値が、0.1度より大きい。このように構成すれば、ダークラインの発生を抑制しながら、EL発光パターンの輝点状化および面内の波長ムラを容易に抑制することができる。   In the nitride semiconductor device according to the second aspect, preferably, the absolute value of the off angle in the a-axis direction in the nitride semiconductor substrate is larger than 0.1 degree. With this configuration, it is possible to easily suppress the brightening of the EL light emission pattern and the in-plane wavelength unevenness while suppressing the generation of dark lines.

上記第2の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体基板の成長主面は、a軸方向に加えて、c軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、a軸方向のオフ角度が、c軸方向のオフ角度より大きくなるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、EL発光パターンの輝点状化、面内の波長ムラおよびダークラインの発生を効果的に抑制することができる。   In the nitride semiconductor device according to the second aspect, the growth main surface of the nitride semiconductor substrate may have an off-angle in the c-axis direction in addition to the a-axis direction. In this case, it is preferable that the off angle in the a-axis direction is larger than the off angle in the c-axis direction. If comprised in this way, generation | occurrence | production of the luminescent spot of EL light emission pattern, in-plane wavelength irregularity, and generation | occurrence | production of a dark line can be suppressed effectively.

上記第1および第2の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は、非掘り込み領域上に形成されるとともに掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含む。このような層厚傾斜領域を上記窒化物半導体層に形成すれば、窒化物半導体層で生じた歪みを、層厚傾斜領域でも緩和することができるので、さらに高いクラック抑制効果を得ることができる。加えて、活性層の歪みをより有効に緩和することができる。このため、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックをほとんど発生させることなく容易に形成することができる。たとえば、窒化物半導体基板にGaN基板を用いた場合では、より高いAl組成のAlGaN層を、これまでより厚く形成することができる。これにより、これまで作製の難しかった、高Al組成の窒化物半導体膜を必要とする素子(たとえば、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子など)の作製が可能となる。また、このように構成すれば、活性層の歪みを有効に緩和することができるので、ダークラインが発生するのをさらに効果的に抑制することができる。また、上記した層厚傾斜領域は、たとえば、窒化物半導体基板におけるa軸方向のオフ角度を制御することにより、掘り込み領域の近傍(掘り込み領域の隣)に形成することができる。なお、上記のような高いクラック抑制効果が得られる理由としては、層厚傾斜領域は、そもそも層厚が薄いため、層厚傾斜領域自体、内包する歪みが少ないこと、および、層厚が徐々に(傾斜的に)変化しているために歪みが段階的に緩和されることにより、より高い歪み緩和効果が得られるためであると考えられる。   In the nitride semiconductor device according to the first and second aspects, preferably, the nitride semiconductor layer is formed on a non-excavated region, and the thickness of the layer decreases gradually as approaching the excavated region. Includes thick slope region. If such a layer thickness gradient region is formed in the nitride semiconductor layer, strain generated in the nitride semiconductor layer can be relaxed even in the layer thickness gradient region, so that a higher crack suppression effect can be obtained. . In addition, the distortion of the active layer can be more effectively alleviated. For this reason, a nitride semiconductor layer having a composition different from that of the nitride semiconductor substrate can be easily formed with almost no cracks. For example, when a GaN substrate is used as the nitride semiconductor substrate, an AlGaN layer having a higher Al composition can be formed thicker than before. This makes it possible to manufacture an element that requires a high Al composition nitride semiconductor film (for example, a semiconductor light emitting element that emits light in the ultraviolet region or the green region), which has been difficult to manufacture. Moreover, if comprised in this way, since distortion of an active layer can be relieve | moderated effectively, it can suppress more effectively that a dark line generate | occur | produces. Further, the above-described layer thickness gradient region can be formed in the vicinity of the digging region (next to the digging region) by controlling the off angle in the a-axis direction of the nitride semiconductor substrate, for example. The reason why the above-described high crack suppression effect is obtained is that the layer thickness gradient region is originally thin, so that the layer thickness gradient region itself has less internal strain, and the layer thickness gradually increases. This is considered to be because a higher strain relaxation effect can be obtained when the strain is relaxed stepwise because it changes (inclined).

上記第1および第2の局面による窒化物半導体素子において、掘り込み領域は、平面的に見て、c軸方向に延びるように形成されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、窒化物半導体層にクラックが発生するのを抑制することができるとともに、活性層の歪みを緩和することができる。また、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合には、窒化物半導体層における掘り込み領域の近傍部分(掘り込み領域の隣)に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に(徐々に)減少する層厚傾斜領域を容易に形成することができる。なお、上記掘り込み領域は、成長主面の面内において、c軸方向と±15度以内の角度で交差する方向に延びるように形成されていてもよい。このように構成した場合でも、上記層厚傾斜領域を容易に形成することができるので、容易に、窒化物半導体層におけるクラックの発生を抑制することができる。また、上記構成において、c軸方向と垂直方向に延びる掘り込み領域がさらに基板に形成されていてもよい。このように構成することにより、より効果的に歪みを緩和することができる。   In the nitride semiconductor device according to the first and second aspects, the digging region is preferably formed so as to extend in the c-axis direction when seen in a plan view. If comprised in this way, while it can suppress that a crack generate | occur | produces in a nitride semiconductor layer easily, distortion of an active layer can be relieve | moderated. Further, in the case of using a nitride semiconductor substrate whose main growth surface is a plane having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, a portion near the digging region in the nitride semiconductor layer (next to the digging region ), It is possible to easily form a layer thickness gradient region in which the layer thickness is decreased (gradually) as the digging region is approached. The digging region may be formed so as to extend in a direction intersecting with the c-axis direction at an angle within ± 15 degrees within the plane of the growth main surface. Even in such a configuration, since the layer thickness gradient region can be easily formed, generation of cracks in the nitride semiconductor layer can be easily suppressed. In the above configuration, a digging region extending in a direction perpendicular to the c-axis direction may be further formed in the substrate. With this configuration, it is possible to more effectively alleviate distortion.

上記第1および第2の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は、光導波領域を含み、光導波領域は、非掘り込み領域上に位置している。このように構成すれば、クラックの発生が抑制された、発光効率およびゲインの高い窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。   In the nitride semiconductor device according to the first and second aspects, preferably, the nitride semiconductor layer includes an optical waveguide region, and the optical waveguide region is located on the non-digged region. With this configuration, it is possible to easily obtain a nitride semiconductor laser device with high emission efficiency and high gain, in which the generation of cracks is suppressed.

この発明の第3の局面による窒化物半導体ウェハは、m面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含んでおり、活性層は、AlとInとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。   A nitride semiconductor wafer according to a third aspect of the present invention includes a nitride semiconductor substrate having an m-plane as a growth main surface, and a nitride semiconductor layer formed on the growth main surface of the nitride semiconductor substrate and including an active layer, It has. The nitride semiconductor substrate includes a digging region dug in the thickness direction from the growth main surface and a non-digging region that is a non-digging region, and the active layer includes Al and In. A barrier layer made of a nitride semiconductor containing

この第3の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように、活性層の障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体から構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、窒化物半導体ウェハを分割することにより得られる窒化物半導体素子の発光効率を向上させることができる。   In the nitride semiconductor wafer according to the third aspect, as described above, the barrier layer of the active layer is made of a nitride semiconductor containing Al and In, thereby substantially preventing the generation of dark lines. Can do. Thereby, the luminous efficiency of the nitride semiconductor element obtained by dividing | segmenting a nitride semiconductor wafer can be improved.

また、第3の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。これにより、1枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。その結果、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。また、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、活性層の歪みを有効に緩和することができる。これにより、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。また、活性層の歪みを緩和することによって、ダークラインの発生および拡大を効果的に抑制することができる。   In the third aspect, the formation of the digging region in the nitride semiconductor substrate can effectively suppress the occurrence of cracks in the nitride semiconductor layer. Thereby, the number of good products obtained from one wafer can be increased. As a result, the yield can be improved. Further, by suppressing the occurrence of cracks, the reliability of the element can be improved and the element characteristics can be improved. Further, the formation of the digging region in the nitride semiconductor substrate can effectively alleviate the distortion of the active layer. Thereby, generation | occurrence | production of a dark line can be suppressed more effectively. Moreover, by relaxing the distortion of the active layer, the generation and expansion of dark lines can be effectively suppressed.

この発明の第4の局面による窒化物半導体ウェハは、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含んでおり、活性層は、AlとInとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有している。   A nitride semiconductor wafer according to a fourth aspect of the present invention includes a nitride semiconductor substrate whose growth main surface is a surface having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, and a growth main surface of the nitride semiconductor substrate. And a nitride semiconductor layer including an active layer. The nitride semiconductor substrate includes a digging region dug in the thickness direction from the growth main surface and a non-digging region that is a non-digging region, and the active layer includes Al and In. A barrier layer made of a nitride semiconductor containing

この第4の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、EL発光パターンの輝点状化を抑制することができる。また、活性層の障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体から構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。したがって、上記のように構成された窒化物半導体ウェハを用いることにより、発光効率が大幅に向上された窒化物半導体素子を得ることができる。   In the nitride semiconductor wafer according to the fourth aspect, as described above, by using a nitride semiconductor substrate whose growth main surface is a plane having an off angle in the a-axis direction with respect to the m plane, Bright spot formation can be suppressed. Further, by forming the barrier layer of the active layer from a nitride semiconductor containing Al and In, generation of dark lines can be suppressed. Therefore, by using the nitride semiconductor wafer configured as described above, it is possible to obtain a nitride semiconductor element having a significantly improved luminous efficiency.

また、第4の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。これにより、素子特性、信頼性および歩留まりを向上させることができる。   In the fourth aspect, the formation of the digging region in the nitride semiconductor substrate can effectively suppress the occurrence of cracks in the nitride semiconductor layer. Thereby, element characteristics, reliability, and yield can be improved.

上記第3および第4の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、窒化物半導体基板の成長主面は、a軸方向に加えて、c軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、a軸方向のオフ角度が、c軸方向のオフ角度より大きくなるように構成されているのが好ましい。   In the nitride semiconductor wafer according to the third and fourth aspects, the main growth surface of the nitride semiconductor substrate may have an off-angle in the c-axis direction in addition to the a-axis direction. In this case, it is preferable that the off angle in the a-axis direction is larger than the off angle in the c-axis direction.

上記第3および第4の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、窒化物半導体層は、非掘り込み領域上に形成されるとともに、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含むように構成されているのが好ましい。   In the nitride semiconductor wafer according to the third and fourth aspects, the nitride semiconductor layer is formed on the non-excavated region, and the layer thickness gradient in which the layer thickness decreases in an inclined manner as approaching the excavated region It is preferable to be configured to include a region.

上記第3および第4の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、掘り込み領域は、平面的に見て、c軸方向に延びるように形成されているのが好ましい。なお、上記掘り込み領域は、成長主面の面内において、c軸方向と±15度以内の角度で交差する方向に延びるように形成されていてもよい。また、上記構成において、c軸方向と垂直方向に延びる掘り込み領域がさらに基板に形成されていてもよい。   In the nitride semiconductor wafer according to the third and fourth aspects, the digging region is preferably formed to extend in the c-axis direction when seen in a plan view. The digging region may be formed so as to extend in a direction intersecting with the c-axis direction at an angle within ± 15 degrees within the plane of the growth main surface. In the above configuration, a digging region extending in a direction perpendicular to the c-axis direction may be further formed in the substrate.

この発明の第5の局面による窒化物半導体素子は、上記第3および第4の局面による窒化物半導体ウェハを用いて形成された窒化物半導体素子である。このように構成すれば、発光効率が大幅に向上された、素子特性および信頼性の高い窒化物半導体素子を高い歩留まりで得ることができる。なお、上記第5の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体基板に、掘り込み領域の少なくとも一部が含まれているのが好ましい。   A nitride semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention is a nitride semiconductor device formed using the nitride semiconductor wafer according to the third and fourth aspects. If comprised in this way, the nitride semiconductor element with the high element characteristic and reliability in which luminous efficiency was improved significantly can be obtained with a high yield. In the nitride semiconductor device according to the fifth aspect, it is preferable that at least a part of the digging region is included in the nitride semiconductor substrate.

この発明の第6の局面による窒化物半導体素子の製造方法は、m面を成長主面とする窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、窒化物半導体基板の成長主面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備えている。そして、窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含んでおり、活性層を形成する工程は、AlとInとを含む窒化物半導体から障壁層を構成する工程を有している。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nitride semiconductor device comprising: a step of preparing a nitride semiconductor substrate having an m-plane as a growth main surface; And a step of forming a nitride semiconductor layer on a growth main surface of the nitride semiconductor substrate. The step of forming the nitride semiconductor layer includes a step of forming an active layer having a quantum well structure including a well layer and a barrier layer, and the step of forming the active layer includes Al and In. A step of forming a barrier layer from the nitride semiconductor.

また、この発明の第7の局面による窒化物半導体素子の製造方法は、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、窒化物半導体基板の成長主面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備えている。そして、窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含んでおり、活性層を形成する工程は、AlとInとを含む窒化物半導体から障壁層を構成する工程を有している。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nitride semiconductor device comprising: preparing a nitride semiconductor substrate having a growth main surface as a growth main surface with an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane; A step of forming a recessed region dug in the main growth surface of the nitride semiconductor substrate, and a step of forming a nitride semiconductor layer on the main growth surface of the nitride semiconductor substrate. The step of forming the nitride semiconductor layer includes a step of forming an active layer having a quantum well structure including a well layer and a barrier layer, and the step of forming the active layer includes Al and In. A step of forming a barrier layer from the nitride semiconductor.

上記第6および第7の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、窒化物半導体基板の成長主面は、a軸方向に加えて、c軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、a軸方向のオフ角度が、c軸方向のオフ角度より大きくなるように構成されているのが好ましい。   In the nitride semiconductor device manufacturing method according to the sixth and seventh aspects, preferably, the growth main surface of the nitride semiconductor substrate has an off-angle in the c-axis direction in addition to the a-axis direction. Also good. In this case, it is preferable that the off angle in the a-axis direction is larger than the off angle in the c-axis direction.

上記第6および第7の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、掘り込み領域を形成する工程は、成長主面における掘り込み領域とは異なる領域に、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域を形成する工程を含んでおり、窒化物半導体層を形成する工程は、非掘り込み領域上の領域に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を形成する工程を含んでいる。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the sixth and seventh aspects, preferably, the step of forming the digging region is performed in a region that is not digged in a region different from the digging region on the growth main surface. The step of forming a certain non-dig region includes a step of forming a nitride semiconductor layer, wherein the layer thickness is gradually reduced in the region on the non-dig region as the dig region is approached. Forming an inclined region.

以上のように、本発明によれば、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。   As described above, according to the present invention, a nitride semiconductor device, a nitride semiconductor wafer, and a method for manufacturing a nitride semiconductor device capable of improving the light emission efficiency can be easily obtained.

また、本発明によれば、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。   Further, according to the present invention, a nitride semiconductor device, a nitride semiconductor wafer, and a method for manufacturing a nitride semiconductor device that can improve device characteristics and yield can be easily obtained.

さらに、本発明によれば、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子およびその製造方法を容易に得ることができる。   Furthermore, according to the present invention, a highly reliable nitride semiconductor device having excellent device characteristics and a manufacturing method thereof can be easily obtained.

本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハの一部を模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a part of a nitride semiconductor wafer according to a first embodiment of the present invention. 窒化物半導体の結晶構造を説明するための模式図(ユニットセルを表した図)である。It is a schematic diagram (a figure showing a unit cell) for explaining a crystal structure of a nitride semiconductor. 基板のオフ角度を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the off angle of a board | substrate. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の平面図である。It is a top view of the board | substrate used for the nitride semiconductor wafer by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハに用いられる基板の一部を拡大して示した断面図である。It is sectional drawing which expanded and showed a part of board | substrate used for the nitride semiconductor wafer by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハの半導体層の構造を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure of the semiconductor layer of the nitride semiconductor wafer by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure of the nitride semiconductor wafer by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハの断面を電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。It is the microscope picture which observed the cross section of the nitride semiconductor wafer by 1st Embodiment of this invention using the electron microscope. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the structure of the nitride semiconductor wafer by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハの一部を模式的に示した平面図である。1 is a plan view schematically showing a part of a nitride semiconductor wafer according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の平面図である。1 is a plan view of a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図(図11のa−a線に沿った断面に対応する図)である。FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention (a view corresponding to a cross section taken along the line aa in FIG. 11). 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の一部を示した断面図である。1 is a cross-sectional view showing a part of a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の活性層の構造を説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the structure of the active layer of the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための斜視図(基板の製造方法を説明するための図)である。1 is a perspective view for explaining a method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention (a diagram for explaining a method of manufacturing a substrate). 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための斜視図(基板の製造方法を説明するための図)である。1 is a perspective view for explaining a method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention (a diagram for explaining a method of manufacturing a substrate). 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための斜視図(基板の製造方法を説明するための図)である。1 is a perspective view for explaining a method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention (a diagram for explaining a method of manufacturing a substrate). 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための平面図(基板の製造方法を説明するための図)である。FIG. 6 is a plan view for explaining the method for producing the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention (the drawing for explaining the method for producing the substrate). 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図(基板の製造方法を説明するための図)である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention (figure for demonstrating the manufacturing method of a board | substrate). 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子が搭載された窒化物半導体レーザ装置の斜視図である。1 is a perspective view of a nitride semiconductor laser device on which a nitride semiconductor laser element according to a first embodiment of the present invention is mounted. 第1実施形態の製造方法によるn型GaN基板上の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真(確認用試料2の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真)である。It is the microscope picture (microscope picture which observed the nitride semiconductor layer surface of the sample 2 for a confirmation) which observed the nitride semiconductor layer surface on the n-type GaN substrate by the manufacturing method of 1st Embodiment. 比較用試料2の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。4 is a photomicrograph of the nitride semiconductor layer surface of Comparative Sample 2 observed. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の効果を確認するために作製した発光ダイオード素子の斜視図である。It is a perspective view of the light emitting diode element produced in order to confirm the effect of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の効果を確認するために作製した発光ダイオード素子のEL発光パターンを観察した顕微鏡写真(確認用素子において観察されたEL発光パターンの顕微鏡写真)である。It is the microscope picture (micrograph of the EL light emission pattern observed in the element for confirmation) which observed the EL light emission pattern of the light emitting diode element produced in order to confirm the effect of the nitride semiconductor laser element by 1st Embodiment of this invention. is there. 輝点状のEL発光パターンを示す顕微鏡写真(比較用素子において観察されたEL発光パターンの顕微鏡写真)である。It is a microscope picture (microphotograph of the EL light emission pattern observed in the element for a comparison) which shows a bright spot-like EL light emission pattern. 本発明の第3実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図(第3実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子に用いられる基板の一部の断面を示した図)である。Sectional drawing for demonstrating the nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor laser element by 3rd Embodiment of this invention (The cross section of a part of board | substrate used for the nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor laser element by 3rd Embodiment FIG. 本発明の第3実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の第1変形例による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor laser element by the 1st modification of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の第2変形例による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor laser element by the 2nd modification of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element by 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor laser element by 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態による発光ダイオード素子の断面図である。It is sectional drawing of the light emitting diode element by 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態による発光ダイオード素子を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the light emitting diode element by 7th Embodiment of this invention. PL発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真(障壁層をInGaNから構成した比較用試料1のPL発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真)である。It is the microscope picture of the dark line observed in PL light emission pattern (The microscope picture of the dark line observed in the PL light emission pattern of the comparative sample 1 which comprised the barrier layer from InGaN). EL発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真である。It is the microscope picture of the dark line observed in EL light emission pattern. 障壁層をAlInGaNから構成した発光ダイオード素子のPL発光パターンの顕微鏡写真(障壁層をAlInGaNから構成した第1実施形態による確認用試料1のPL発光パターンの顕微鏡写真)である。It is a microscope picture of PL light emission pattern of the light emitting diode element which comprised the barrier layer from AlInGaN (micrograph of PL light emission pattern of the sample 1 for a confirmation by 1st Embodiment which comprised the barrier layer from AlInGaN). 第1〜第7実施形態における凹部(掘り込み領域)の他の形状の例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the example of the other shape of the recessed part (digging area | region) in 1st-7th embodiment. 第1〜第7実施形態における凹部(掘り込み領域)の他の形状の例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the example of the other shape of the recessed part (digging area | region) in 1st-7th embodiment. 第1〜第7実施形態における凹部(掘り込み領域)の他の形状の例を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the example of the other shape of the recessed part (digging area | region) in 1st-7th embodiment. 第1〜第7実施形態における活性層の他の構造の例を説明するための断面図(SQW構造の活性層の一例を示した断面図)である。It is sectional drawing (sectional drawing which showed an example of the active layer of a SQW structure) for demonstrating the example of the other structure of the active layer in 1st-7th embodiment.

本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本願発明者らが種々検討を行うことによって得た知見について説明する。   Prior to describing specific embodiments of the present invention, knowledge obtained by various studies by the inventors will be described.

m面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いて発光素子を形成する場合、通常、活性層は、井戸層と障壁層とを含む多層膜から構成される。この場合、光閉じ込めを有効に行うことや、活性層に発生する歪みを緩和することなどを目的として、InaGa1-aN(0<a≦1)の井戸層と、InbGa1-bN(0≦b<1:a>b)の障壁層とが一般的に用いられる。 When a light emitting element is formed using a nitride semiconductor substrate having an m-plane as a main growth surface, the active layer is usually composed of a multilayer film including a well layer and a barrier layer. In this case, a well layer of In a Ga 1-a N (0 <a ≦ 1), an In b Ga 1 , and the like for the purpose of effectively confining light and alleviating strain generated in the active layer. A barrier layer of -b N (0 ≦ b <1: a> b) is generally used.

しかしながら、上記のような活性層構造を用いた窒化物半導体発光素子について、PL発光パターン(光励起によって発光させたときの面内光分布)を観測したところ、活性層のIn組成比の増加に伴い、窒化物半導体発光素子のPL発光パターン中に図50に示すようなダークラインが発生する場合があることを本願発明者らは突き止めた。また、上記したダークラインは、PL発光パターン中だけでなく、図51に示すように、EL発光パターン(電流注入にて発光させたときの面内光分布)中でも観測される。   However, when the PL light emission pattern (in-plane light distribution when light is emitted by photoexcitation) is observed for the nitride semiconductor light emitting device using the active layer structure as described above, with the increase in the In composition ratio of the active layer, The present inventors have found that dark lines as shown in FIG. 50 may occur in the PL light emission pattern of the nitride semiconductor light emitting device. Further, the above dark line is observed not only in the PL light emission pattern but also in the EL light emission pattern (in-plane light distribution when light is emitted by current injection) as shown in FIG.

このようなダークラインの発生は、発光素子を駆動させた際の発光強度(発光効率)の低下や、レーザ素子をAPC(Auto Power Control)駆動した際の、駆動電流増加を引き起こすため好ましくない。また、この活性層のIn組成を増加させた際に発生するダークラインは、m面のc軸方向(〈0001〉方向)に平行に発生する。なお、In濃度などが高くなると、a軸方向(〈11−20〉方向)にもダークラインが発生する場合があり、網目状のダークラインとなることもある。ダークラインは基板などのGaNと活性層のInGaN層との格子定数や、熱膨張係数の違いから発生するミスフィット転位などの欠陥によって発生すると推測される。これまで一般的に用いられてきたc面(0001)などでは、Inの増加に伴いこのようなダークラインの発生は起こらなかった。このため、このようなダークラインの発生は、無極性面、特にm面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子特有の現象であると考えられる。   Such a dark line is not preferable because it causes a decrease in light emission intensity (light emission efficiency) when the light emitting element is driven and an increase in drive current when the laser element is driven by APC (Auto Power Control). In addition, dark lines generated when the In composition of the active layer is increased are generated in parallel to the c-axis direction (<0001> direction) of the m-plane. Note that when the In concentration or the like becomes high, dark lines may be generated in the a-axis direction (<11-20> direction), and may be a net-like dark line. The dark line is presumed to be generated by defects such as misfit dislocations generated from the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between GaN such as the substrate and the InGaN layer of the active layer. In the c-plane (0001) that has been generally used so far, such dark lines did not occur with the increase of In. For this reason, the occurrence of such dark lines is considered to be a phenomenon peculiar to a nitride semiconductor light emitting device using a nitride semiconductor substrate having a nonpolar plane, particularly an m plane as a main growth surface.

また、本願発明者らの検討によって、障壁層にInGaN層を用いた場合、ダークラインの発生が顕著になることが分かった。この場合、障壁層に含まれるIn組成比bが大きくなるにしたがい、ダークラインの発生が顕著となることも分かった。さらに、障壁層にGaN層を用いた場合においても、井戸層のIn組成比aが大きくなり発光波長が490nm程度を越えるようなIn濃度になると、ダークラインが発生することも分かった。   Further, the inventors of the present application have found that when an InGaN layer is used as the barrier layer, dark lines are significantly generated. In this case, it has also been found that dark lines become more prominent as the In composition ratio b contained in the barrier layer increases. Furthermore, it was found that even when a GaN layer was used as the barrier layer, dark lines were generated when the In composition ratio a of the well layer was large and the In concentration was such that the emission wavelength exceeded about 490 nm.

このように、m面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子では、c面を用いた窒化物半導体発光素子とは異なり、自発分極やピエゾ分極に起因する発光効率の低下は抑制されるものの、ダークラインの発生に起因して、発光効率の低下を引き起こすという問題があることを見出した。このようなダークラインの発生は、m面を用いた窒化物半導体発光素子において、発光波長の長波長化を図る際の妨げとなるため、非常に問題となる。特に、半導体レーザ素子においては、発光効率の低下はゲイン(利得)の低下を引き起こすため、問題が大きい。   Thus, unlike a nitride semiconductor light emitting device using a c-plane, a nitride semiconductor light emitting device using a nitride semiconductor substrate having an m-plane as a growth main surface differs from the luminous efficiency due to spontaneous polarization or piezoelectric polarization. It was found that there is a problem of causing a decrease in luminous efficiency due to the occurrence of dark lines, although the decrease in the light is suppressed. The occurrence of such dark lines is a serious problem because it hinders an increase in the emission wavelength of a nitride semiconductor light emitting device using the m-plane. In particular, in a semiconductor laser element, a decrease in light emission efficiency causes a decrease in gain (gain), which is a serious problem.

そこで、上記知見をもとに、本願発明者らが鋭意検討した結果、活性層の障壁層を、Alを含む窒化物半導体(たとえば、AlGaN、AlInGaN、AlInNなど)から構成することにより、ダークラインの発生を抑制することが可能となることを初めて見出した。すなわち、Alを含む窒化物半導体から障壁層を形成することによって、図52に示すように、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制できることが分かった。障壁層を構成する窒化物半導体層としては、最も好ましいのが、AlGaN層およびAlInGaN層であり、次に好ましいのがAlInNである。また、Alを含む窒化物半導体層(たとえば、AlGaN層、AlInGaN層、AlInN層など)であれば、いずれであっても、上記効果は得られる。さらに、活性層の障壁層に、Alを含む窒化物半導体(たとえば、AlGaN層、AlInGaN層、AlInN層など)を用いる場合、活性層の井戸層はInGaNから構成されているのが好ましい。障壁層にAlを含む窒化物半導体層を用いる場合、m面などの無極性面であればダークラインの発生抑制効果が得られる。   Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors based on the above knowledge, a dark line is formed by configuring the barrier layer of the active layer from a nitride semiconductor containing Al (for example, AlGaN, AlInGaN, AlInN, etc.). It has been found for the first time that it is possible to suppress the occurrence of. That is, it has been found that by forming a barrier layer from a nitride semiconductor containing Al, the generation of dark lines can be suppressed almost completely as shown in FIG. As the nitride semiconductor layer constituting the barrier layer, the AlGaN layer and the AlInGaN layer are most preferable, and the next preferable is AlInN. In addition, the effect can be obtained with any nitride semiconductor layer containing Al (for example, an AlGaN layer, an AlInGaN layer, an AlInN layer, etc.). Furthermore, when a nitride semiconductor containing Al (for example, an AlGaN layer, an AlInGaN layer, an AlInN layer, etc.) is used for the barrier layer of the active layer, the well layer of the active layer is preferably made of InGaN. When a nitride semiconductor layer containing Al is used for the barrier layer, the effect of suppressing the occurrence of dark lines can be obtained if it is a nonpolar surface such as an m-plane.

また、障壁層をAlInGaNから構成した場合、障壁層をAlGaNから構成した場合に比べて、障壁層上に形成された井戸層に取り込まれるIn量が増加することが分かった。このため、障壁層をAlInGaNから構成することによって、成長条件の範囲を広くとることできるので好ましい。また、AlGaNにInを添加したAlInGaNは、より低温で成長させた場合でも、良好な結晶性を有する膜を形成し易い。そのため、600℃〜800℃程度の比較的低い成長温度で形成される場合が多い障壁層を、AlInGaNから構成することにより、上記のような比較的低温で障壁層を形成した場合でも、結晶性の良好な障壁層を得ることができるので好ましい。また、障壁層をAlInGaNとすることで、井戸層に対して障壁層が与える歪を低減することができるため、好ましい。井戸層にかかる歪が小さい方が、発光素子が駆動中に劣化する速度が遅くなるためより好ましい。   Further, it was found that when the barrier layer is made of AlInGaN, the amount of In taken into the well layer formed on the barrier layer is increased as compared with the case where the barrier layer is made of AlGaN. For this reason, it is preferable to form the barrier layer from AlInGaN because the range of growth conditions can be widened. Moreover, AlInGaN obtained by adding In to AlGaN can easily form a film having good crystallinity even when grown at a lower temperature. Therefore, even when the barrier layer, which is often formed at a relatively low growth temperature of about 600 ° C. to 800 ° C., is made of AlInGaN, the crystallinity is maintained even when the barrier layer is formed at a relatively low temperature as described above. It is preferable because a good barrier layer can be obtained. In addition, it is preferable to use AlInGaN as the barrier layer because the strain applied by the barrier layer to the well layer can be reduced. It is more preferable that the strain applied to the well layer is smaller because the rate at which the light emitting element deteriorates during driving becomes slower.

なお、上記した図50は、PL発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真であり、図51のPL発光パターンは、m面を成長主面とするGaN基板(m面ジャスト基板)を用いて作製した発光ダイオード素子のPL発光パターンを示している。この発光ダイオード素子は、井戸層がIn0.2Ga0.8Nから構成されており、障壁層がIn0.02Ga0.98から構成されている。 Note that FIG. 50 described above is a micrograph of dark lines observed in the PL light emission pattern, and the PL light emission pattern in FIG. 51 uses a GaN substrate (m-plane just substrate) whose m-plane is the growth principal surface. The PL light emission pattern of the light emitting diode element produced in this way is shown. In this light emitting diode element, the well layer is made of In 0.2 Ga 0.8 N, and the barrier layer is made of In 0.02 Ga 0.98 .

また、上記した図51は、EL発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真であり、図50のEL発光パターンは、m面を成長主面とするGaN基板(m面ジャスト基板)を用いて作製した発光ダイオード素子のEL発光パターンを示している。この発光ダイオード素子は、井戸層がIn0.2Ga0.8Nから構成されており、障壁層がIn0.02Ga0.98から構成されている。 Further, FIG. 51 described above is a micrograph of dark lines observed in the EL light emission pattern, and the EL light emission pattern of FIG. 50 uses a GaN substrate (m-plane just substrate) having an m-plane as a growth main surface. The EL light emission pattern of the light emitting diode element produced in this way is shown. In this light emitting diode element, the well layer is made of In 0.2 Ga 0.8 N, and the barrier layer is made of In 0.02 Ga 0.98 .

さらに、上記した図52は、障壁層をAlInGaNから構成した発光ダイオード素子のPL発光パターンの顕微鏡写真である。この発光ダイオード素子は、井戸層がIn0.25Ga0.75Nから構成されており、障壁層がAl0.01In0.03Ga0.96Nから構成されている。また、窒化物半導体基板として、m面a軸オフ基板(a軸方向のオフ角度:1.7度、c軸方向のオフ角度:+0.1度)を用いている。 Further, FIG. 52 described above is a photomicrograph of a PL light emission pattern of a light emitting diode element having a barrier layer made of AlInGaN. In this light emitting diode element, the well layer is made of In 0.25 Ga 0.75 N, and the barrier layer is made of Al 0.01 In 0.03 Ga 0.96 N. Further, an m-plane a-axis off-substrate (off-angle in the a-axis direction: 1.7 degrees, off-angle in the c-axis direction: +0.1 degrees) is used as the nitride semiconductor substrate.

また、上述したように、本願発明者らは、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることにより、EL発光パターンの輝点状化を抑制することが可能であることを見出した。   In addition, as described above, the inventors of the present application have made the EL light emission pattern bright spots by setting a surface having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane as the growth main surface of the nitride semiconductor substrate. It was found that it is possible to suppress this.

ここで、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板は、平坦性および結晶性の良好な、Alを含む窒化物半導体層(たとえば、AlGaN層、AlInGaN層、AlInN層など)を成膜するのに非常に適した無極性基板であることが、本願発明者らの検討によって明らかとなった。そして、このような特徴を有する上記基板を用いて、活性層の障壁層を、Alを含む窒化物半導体層(たとえば、AlGaN、AlInGaN、AlInNなど)で形成することにより、上記したダークラインの発生抑制効果に加えて、障壁層の平坦性および結晶性を向上させる効果も得られ、発光効率を大幅に向上させることが可能となることも見出した。   Here, the nitride semiconductor substrate having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is a nitride semiconductor layer containing Al having good flatness and crystallinity (for example, an AlGaN layer, an AlInGaN layer, an AlInN layer, etc.) The inventors of the present application have clarified that the nonpolar substrate is very suitable for film formation. Then, using the substrate having such characteristics, the barrier layer of the active layer is formed of a nitride semiconductor layer containing Al (for example, AlGaN, AlInGaN, AlInN, etc.), thereby generating the above-described dark line. In addition to the suppression effect, it has also been found that the effect of improving the flatness and crystallinity of the barrier layer can be obtained, and the luminous efficiency can be greatly improved.

なお、上記知見より、基板上に積層される層構造の中に、できるだけGaN層を含まないようにすることで、表面モフォロジーをさらに良好にすることが可能である。このとき、基板表面(成長主面)に接する半導体層を、Alを含まないGaN層に代えて、Alを含む窒化物半導体層(たとえば、AlGaN層)にすることで、表面モフォロジーが顕著に向上する。このような現象は、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合の特徴的な現象である。なお、発光素子を形成する場合には、光閉じ込めなどを行うために、光ガイド層としてGaN層を用いることも可能である。また、コンタクト層などにGaN層を用いることも可能である。   From the above findings, it is possible to further improve the surface morphology by making the layer structure laminated on the substrate not to contain a GaN layer as much as possible. At this time, the surface morphology is remarkably improved by replacing the semiconductor layer in contact with the substrate surface (main growth surface) with a nitride semiconductor layer containing Al (for example, an AlGaN layer) instead of a GaN layer containing no Al. To do. Such a phenomenon is a characteristic phenomenon in the case of using a nitride semiconductor substrate whose main growth surface is a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane. When a light emitting element is formed, a GaN layer can be used as the light guide layer in order to perform light confinement. It is also possible to use a GaN layer as the contact layer.

また、基板上に積層される層構造の中にGaN層が含まれる場合でも、GaN層(基板と活性層との間に形成されるGaN層)のトータル層厚が比較的小さい場合には、表面モフォロジーの悪化が抑制される。ここで、上記トータル層厚とは、GaN層が1層の場合は、そのGaN層の層厚を意味し、GaN層が複数層の場合には、複数のGaN層の層厚を累積した(合計した)層厚を意味する。本願発明者らの検討によれば、基板と活性層との間に形成されるGaN層のトータル層厚は、0.7μm以下であるのが好ましく、0.5μm以下であればより好ましい。0.3μm以下であればさらに好ましい。   In addition, even when the GaN layer is included in the layer structure laminated on the substrate, when the total layer thickness of the GaN layer (GaN layer formed between the substrate and the active layer) is relatively small, Deterioration of surface morphology is suppressed. Here, the total layer thickness means the layer thickness of the GaN layer when the GaN layer is one layer, and when the GaN layer is a plurality of layers, the layer thicknesses of the plurality of GaN layers are accumulated ( It means the layer thickness. According to the study by the present inventors, the total thickness of the GaN layer formed between the substrate and the active layer is preferably 0.7 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less. More preferably, it is 0.3 μm or less.

このように、GaN層のトータル層厚を0.7μm以下とする上記条件を満足するように、窒化物半導体層を形成することで、表面モフォロジーが改善され、層表面を平坦化することが可能となる。そして、その平坦化した層の表面上に、活性層(Inを含む窒化物半導体層である井戸層)を形成することによって、In組成の面内分布を抑制し、発光効率を改善することが可能となる。   As described above, by forming the nitride semiconductor layer so as to satisfy the above-mentioned condition that the total layer thickness of the GaN layer is 0.7 μm or less, the surface morphology can be improved and the layer surface can be flattened. It becomes. In addition, by forming an active layer (a well layer which is a nitride semiconductor layer containing In) on the surface of the planarized layer, the in-plane distribution of the In composition can be suppressed and the light emission efficiency can be improved. It becomes possible.

なお、発光効率を改善するという観点からは、基板とInを含む窒化物半導体層である井戸層との間に形成されるGaN層のトータル層厚を0.7μm以下とするのが好ましい。また、井戸層が複数層形成されている場合には、最も基板側の井戸層と窒化物半導体基板との間に形成されるGaN層のトータル層厚を0.7μm以下とすることもできるし、他の井戸層と窒化物半導体基板との間に形成されるGaN層のトータル層厚を0.7μm以下とすることもできる。   From the viewpoint of improving the light emission efficiency, the total thickness of the GaN layer formed between the substrate and the well layer that is a nitride semiconductor layer containing In is preferably 0.7 μm or less. When a plurality of well layers are formed, the total thickness of the GaN layer formed between the well layer on the most substrate side and the nitride semiconductor substrate can be 0.7 μm or less. The total layer thickness of the GaN layer formed between the other well layers and the nitride semiconductor substrate may be 0.7 μm or less.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、「窒化物半導体」とは、AlxGayInzN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+z=1)からなる半導体を意味する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, “nitride semiconductor” refers to a semiconductor composed of Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y + z = 1). means.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハの一部を模式的に示した断面図である。図2は、窒化物半導体の結晶構造を説明するための模式図である。図3は、基板のオフ角度を説明するための模式図である。図4〜図10は、本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハを説明するための図である。まず、図1〜図10を参照して、窒化物半導体レーザ素子(窒化物半導体素子)を含む、本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハ50について説明する。なお、第1実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a part of a nitride semiconductor wafer according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a crystal structure of a nitride semiconductor. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the off-angle of the substrate. 4 to 10 are views for explaining the nitride semiconductor wafer according to the first embodiment of the present invention. First, a nitride semiconductor wafer 50 according to a first embodiment of the present invention including a nitride semiconductor laser element (nitride semiconductor element) will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, an example in which the nitride semiconductor device of the present invention is applied to a nitride semiconductor laser device will be described.

第1実施形態による窒化物半導体ウェハ50を構成する窒化物半導体は、図2に示すように、六方晶系の結晶構造を有している。この結晶構造において、六角柱とみなせる六方晶のc軸[0001]を法線とする面(六角柱の上面)をc面(0001)と呼び、六角柱の側壁面の各々をm面{1−100}と呼ぶ。窒化物半導体では、c軸方向に対称面が存在しないため、分極方向がc軸方向に沿っている。このため、c面は、+c軸側と−c軸側とで異なる性質を示す。すなわち、+c面((0001)面)と−c面((000−1)面)とは等価な面ではなく、化学的な性質も異なる。一方、m面は、c面に対して直角な結晶面であるため、m面の法線は、分極方向に対して直交している。このため、m面は、極性のない無極性面である。なお、上述のように、六角柱の側壁面の各々がm面となるため、m面は、6種類の面方位((1−100)、(10−10)、(01−10)、(−1100)、(−1010)、(0−110))で示されるが、これらの面方位は、結晶幾何学的に等価な面方位であるため、これらを総称して{1−100}と示す。   As shown in FIG. 2, the nitride semiconductor constituting the nitride semiconductor wafer 50 according to the first embodiment has a hexagonal crystal structure. In this crystal structure, a plane (upper surface of the hexagonal column) whose normal is the c-axis [0001] of the hexagonal crystal that can be regarded as a hexagonal column is called a c-plane (0001), and each side wall surface of the hexagonal column is an m-plane {1 -100}. In the nitride semiconductor, since there is no symmetry plane in the c-axis direction, the polarization direction is along the c-axis direction. For this reason, the c-plane exhibits different properties on the + c axis side and the −c axis side. That is, the + c plane ((0001) plane) and the −c plane ((000-1) plane) are not equivalent planes, and have different chemical properties. On the other hand, since the m-plane is a crystal plane perpendicular to the c-plane, the normal of the m-plane is orthogonal to the polarization direction. For this reason, the m-plane is a nonpolar plane with no polarity. As described above, since each of the side wall surfaces of the hexagonal column is an m-plane, the m-plane has six types of plane orientations ((1-100), (10-10), (01-10), ( −1100), (−1010), and (0−110)), these plane orientations are plane orientations equivalent to crystal geometry, and hence are collectively referred to as {1-100}. Show.

また、第1実施形態による窒化物半導体ウェハ50は、図1に示すように、窒化物半導体基板としてのn型GaN基板10を備えている。このn型GaN基板10の成長主面10aは、m面に対してオフ角度を有する面からなる。具体的には、窒化物半導体ウェハ50のn型GaN基板10は、m面に対して、a軸方向([11−20]方向)にオフ角度を有している。なお、上記n型GaN基板10は、a軸方向のオフ角度に加えて、c軸方向([0001]方向)にもオフ角度を有していてもよい。   Further, the nitride semiconductor wafer 50 according to the first embodiment includes an n-type GaN substrate 10 as a nitride semiconductor substrate, as shown in FIG. The growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10 is a surface having an off angle with respect to the m-plane. Specifically, the n-type GaN substrate 10 of the nitride semiconductor wafer 50 has an off angle in the a-axis direction ([11-20] direction) with respect to the m-plane. The n-type GaN substrate 10 may have an off-angle in the c-axis direction ([0001] direction) in addition to the off-angle in the a-axis direction.

ここで、図3を参照して、n型GaN基板10のオフ角度についてより詳細に説明する。まず、m面に対して、a軸[11−20]方向およびc軸[0001]方向の2つの結晶軸方向を定義する。これらa軸およびc軸は、互いに垂直な関係となっているとともに、m軸に対しても互いに垂直な関係となっている。また、n型GaN基板10の結晶軸ベクトルが基板表面(成長主面10a)の法線ベクトルと一致する場合(全ての方向に対してオフ角度が0度になった場合)に、a軸方向、c軸方向、m軸方向と平行となる方向をそれぞれX方向、Y方向、Z方向とする。次に、Y方向の法線を持つ第1面、および、X方向の法線を持つ第2面を考える。そして、結晶軸ベクトルを第1面および第2面に投影したときに現れる結晶軸ベクトルを、それぞれ、第1投影ベクトルおよび第2投影ベクトルとする。このときの第1投影ベクトルと法線ベクトルとのなす角θaがa軸方向のオフ角度であり、第2投影ベクトルと法線ベクトルとのなす角θcがc軸方向のオフ角度である。なお、a軸方向のオフ角度は、+方向と−方向とで、結晶的にみて同じ表面状態になるため、+方向と−方向とで同じ特性を有する。このため、絶対値で記載することができる。一方、c軸方向は、+方向と−方向とで、Ga極性面が強くなる場合と、N極性面が強くなる場合とがあり、方向により特性が異なるため、+方向と−方向とを区別して記載する。   Here, the off angle of the n-type GaN substrate 10 will be described in more detail with reference to FIG. First, two crystal axis directions of an a-axis [11-20] direction and a c-axis [0001] direction are defined with respect to the m-plane. These a-axis and c-axis are perpendicular to each other, and are also perpendicular to the m-axis. Further, when the crystal axis vector of the n-type GaN substrate 10 matches the normal vector of the substrate surface (growth principal surface 10a) (when the off-angle becomes 0 degrees with respect to all directions), the a-axis direction The directions parallel to the c-axis direction and the m-axis direction are defined as an X direction, a Y direction, and a Z direction, respectively. Next, consider a first surface having a normal in the Y direction and a second surface having a normal in the X direction. The crystal axis vectors that appear when the crystal axis vector is projected onto the first surface and the second surface are defined as a first projection vector and a second projection vector, respectively. At this time, an angle θa formed by the first projection vector and the normal vector is an off angle in the a-axis direction, and an angle θc formed by the second projection vector and the normal vector is an off-angle in the c-axis direction. The off-angle in the a-axis direction has the same characteristics in the + direction and the − direction because the + direction and the − direction have the same surface state in terms of crystal. For this reason, it can describe with an absolute value. On the other hand, the c-axis direction is a + direction and a − direction, and there are cases where the Ga polar surface becomes stronger and the N polarity surface becomes stronger, and the characteristics differ depending on the direction. Separately described.

このように、第1実施形態によるn型GaN基板10は、その成長主面10aが、m面{1−100}に対して傾斜した面となっている。   Thus, the n-type GaN substrate 10 according to the first embodiment has a main growth surface 10a inclined with respect to the m-plane {1-100}.

また、上記n型GaN基板10は、m面に対するa軸方向のオフ角度の絶対値が、0.1度より大きい角度に調整されている。ただし、a軸方向のオフ角度が大きくなるに従い、活性層(井戸層などのInGaN層)に取り込まれるInの量が減少する傾向があるため、原料効率などの点から、a軸方向のオフ角度の絶対値は、10度以下であるのが好ましい。なお、a軸方向のオフ角度が10度以上の角度であっても、成膜は可能である。また、c軸方向にもオフ角度を有している場合には、c軸方向のオフ角度は、±0.1度より大きい角度に調整されているのが好ましい。c軸方向のオフ角度は、a軸方向のオフ角度より小さい角度に調整されているのが好ましい。   In the n-type GaN substrate 10, the absolute value of the off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is adjusted to an angle larger than 0.1 degrees. However, since the amount of In taken into the active layer (InGaN layer such as a well layer) tends to decrease as the off-angle in the a-axis direction increases, the off-angle in the a-axis direction from the viewpoint of raw material efficiency. The absolute value of is preferably 10 degrees or less. Note that film formation is possible even when the off angle in the a-axis direction is an angle of 10 degrees or more. When the c-axis direction also has an off-angle, the off-angle in the c-axis direction is preferably adjusted to an angle greater than ± 0.1 degrees. The off angle in the c-axis direction is preferably adjusted to be smaller than the off angle in the a-axis direction.

また、上記の場合において、a軸方向のオフ角度は、1度より大きく、かつ、10度以下の角度に調整されているのが好ましい。a軸方向のオフ角度が、このような範囲となるように調整されていれば、駆動電圧の低減効果が大きくなることに加えて、表面モフォロジーの改善効果も得られるためより好ましい。   In the above case, it is preferable that the off angle in the a-axis direction is adjusted to an angle greater than 1 degree and 10 degrees or less. It is more preferable that the off-angle in the a-axis direction is adjusted to be in such a range because the effect of reducing the driving voltage is increased and the effect of improving the surface morphology is obtained.

また、第1実施形態では、図1および図4に示すように、上記n型GaN基板10が、成長主面10aから厚み方向に掘り込まれることによって形成された複数の凹部2を有している。これらの凹部2は、平面的に見て、それぞれ、a軸[11−20]方向と交差する方向に延びるように形成されている。具体的には、この第1実施形態では、複数の凹部2が、それぞれ、c軸[0001]方向と平行方向に延びるように形成されているとともに、c軸[0001]方向と直交するa軸[11−20]方向に約150μm〜約1200μm(たとえば、約400μm)の周期R(図4参照)で等間隔に配列されている。すなわち、上記複数の凹部2は、n型GaN基板10の成長主面10aにストライプ状に形成されている。また、上記n型GaN基板10において、凹部2が形成されている領域(掘り込まれている領域)が掘り込み領域3となっている。一方、成長主面10aにおける凹部2が形成されていない領域(掘り込まれていない領域)が非掘り込み領域4となっている。   In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, the n-type GaN substrate 10 has a plurality of recesses 2 formed by digging in the thickness direction from the growth main surface 10a. Yes. These recesses 2 are formed so as to extend in a direction intersecting with the a-axis [11-20] direction, respectively, in plan view. Specifically, in the first embodiment, each of the plurality of recesses 2 is formed to extend in a direction parallel to the c-axis [0001] direction, and the a-axis is orthogonal to the c-axis [0001] direction. They are arranged at equal intervals in the [11-20] direction with a period R (see FIG. 4) of about 150 μm to about 1200 μm (for example, about 400 μm). That is, the plurality of recesses 2 are formed in stripes on the growth main surface 10 a of the n-type GaN substrate 10. Further, in the n-type GaN substrate 10, a region where the recess 2 is formed (a region where the recess is formed) is a recess region 3. On the other hand, a region where the recess 2 is not formed in the growth main surface 10a (a region not dug) is a non-digging region 4.

また、上記複数の凹部2は、図5に示すように、それぞれ、底面部2aと一対の側面部2bとを含んで構成されている。一対の側面部2bは、その傾斜角γ(図5参照)が90度より大きい所定の角度となるように設定されている。このため、凹部2の側面部2bは、傾斜面となっている。これにより、開口幅が上方に向かって徐々に大きくなるように、凹部2が形成されている。さらに、上記凹部2は、[11−20]方向に約5μmの開口幅g(開口端の幅)を有しているとともに、n型GaN基板10の厚み方向に約5μmの深さfを有している。   Moreover, as shown in FIG. 5, each of the plurality of concave portions 2 includes a bottom surface portion 2a and a pair of side surface portions 2b. The pair of side surfaces 2b is set so that the inclination angle γ (see FIG. 5) is a predetermined angle larger than 90 degrees. For this reason, the side part 2b of the recessed part 2 is an inclined surface. Thereby, the recessed part 2 is formed so that opening width may become large gradually toward upper direction. Further, the recess 2 has an opening width g (open end width) of about 5 μm in the [11-20] direction and a depth f of about 5 μm in the thickness direction of the n-type GaN substrate 10. is doing.

また、第1実施形態による窒化物半導体ウェハ50は、図1に示すように、上記n型GaN基板10の成長主面10a上に、n型窒化物半導体層20a、活性層23およびp型窒化物半導体層20bを含む窒化物半導体層20が形成された構造を有している。上記n型窒化物半導体層20aは、n型クラッド層およびn型ガイド層を含んで構成されており、上記p型窒化物半導体層20bは、キャリアブロック層、p型クラッド層、p型ガイド層およびp型コンタクト層を含んで構成されている。そして、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などのエピタキシャル成長法によって、n型GaN基板10の成長主面10a上に、n型窒化物半導体層20a、活性層23およびp型窒化物半導体層20bの順に、窒化物半導体各層が積層されている。具体的には、図6に示すように、n型GaN基板10の成長主面10a上に、n型Al0.06Ga0.94Nからなるn型クラッド層21(層厚:約2.2μm)、n型In0.02Ga0.98Nからなるn型ガイド層22(層厚:約0.2μm)、活性層23、p型Al0.15Ga0.85Nからなるキャリアブロック層24(層厚:約20nm)、p型In0.02Ga0.98Nからなるp型ガイド層25(層厚:約0.1μm)、p型Al0.05Ga0.95Nからなるp型クラッド層26(層厚:約0.5μm)およびp型GaNからなるp型コンタクト層27(層厚:約0.1μm)が順次形成されている。なお、n型GaN基板10およびn型窒化物半導体層20aには、n型不純物として、たとえば、Siがドープされており、p型窒化物半導体層20bには、p型不純物として、たとえば、Mgがドープされている。 In addition, as shown in FIG. 1, the nitride semiconductor wafer 50 according to the first embodiment has an n-type nitride semiconductor layer 20a, an active layer 23, and p-type nitridation on the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10. The nitride semiconductor layer 20 including the nitride semiconductor layer 20b is formed. The n-type nitride semiconductor layer 20a includes an n-type cladding layer and an n-type guide layer, and the p-type nitride semiconductor layer 20b includes a carrier block layer, a p-type cladding layer, and a p-type guide layer. And a p-type contact layer. Then, the n-type nitride semiconductor layer 20a, the active layer 23, and the p-type nitride semiconductor layer 20b are formed on the main growth surface 10a of the n-type GaN substrate 10 by an epitaxial growth method such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) method. The nitride semiconductor layers are sequentially stacked. Specifically, as shown in FIG. 6, an n-type cladding layer 21 (layer thickness: about 2.2 μm) made of n-type Al 0.06 Ga 0.94 N is formed on the main growth surface 10 a of the n-type GaN substrate 10. Type In 0.02 Ga 0.98 N n-type guide layer 22 (layer thickness: about 0.2 μm), active layer 23, p-type Al 0.15 Ga 0.85 N carrier block layer 24 (layer thickness: about 20 nm), p-type From p-type guide layer 25 (layer thickness: about 0.1 μm) made of In 0.02 Ga 0.98 N, p-type cladding layer 26 (layer thickness: about 0.5 μm) made of p-type Al 0.05 Ga 0.95 N and p-type GaN A p-type contact layer 27 (layer thickness: about 0.1 μm) is sequentially formed. The n-type GaN substrate 10 and the n-type nitride semiconductor layer 20a are doped with, for example, Si as an n-type impurity, and the p-type nitride semiconductor layer 20b has, for example, Mg as a p-type impurity. Is doped.

ここで、上記窒化物半導体層20に含まれる、AlとGaとNとを含有する層において、Alが多量に含有されていると、n型GaN基板10などとの間の格子定数差が大きくなるため、クラックが発生し易くなる。特に、n型クラッド層21は、光閉じ込めを良好に行うためにAlの組成比が高く設定されていることから、n型GaN基板10との間の格子定数差がより大きくなっており、また、その層厚も約2.2μmと大きいため、このn型クラッド層21でクラックが非常に発生し易い。   Here, if the layer containing Al, Ga, and N contained in the nitride semiconductor layer 20 contains a large amount of Al, the lattice constant difference between the n-type GaN substrate 10 and the like is large. Therefore, cracks are likely to occur. In particular, since the n-type cladding layer 21 is set to have a high Al composition ratio in order to achieve good optical confinement, the difference in lattice constant from the n-type GaN substrate 10 is larger. Since the layer thickness is as large as about 2.2 μm, the n-type cladding layer 21 is very likely to crack.

一方、第1実施形態による窒化物半導体ウェハ50では、n型GaN基板10の成長主面10aに凹部2(掘り込み領域3)が形成されていることにより、凹部2(掘り込み領域3)上の窒化物半導体層20の表面(窒化物半導体層20を構成する各層の表面)に窪み35が形成された状態となっている。そして、この窪み35によって、n型GaN基板10との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層20の歪みが緩和されている。なお、第1実施形態では、n型GaN基板10の成長主面10aが、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面から構成されているため、凹部2内が窒化物半導体層20で埋め込まれにくくなっている。   On the other hand, in the nitride semiconductor wafer 50 according to the first embodiment, since the recess 2 (digging region 3) is formed on the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10, the recess 2 (digging region 3) is formed. A recess 35 is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 (the surface of each layer constituting the nitride semiconductor layer 20). The recesses 35 alleviate distortion of the nitride semiconductor layer 20 caused by lattice mismatch with the n-type GaN substrate 10. In the first embodiment, the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10 is formed of a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, so that the inside of the recess 2 is inside the nitride semiconductor layer 20. It becomes difficult to be embedded with.

また、第1実施形態では、上記凹部2(掘り込み領域3)によって、活性層23に生じる歪みも緩和されている。   In the first embodiment, the distortion generated in the active layer 23 is also alleviated by the recess 2 (digging region 3).

さらに、第1実施形態では、図1および図7に示すように、上記n型GaN基板10の成長主面10a上に窒化物半導体層20が形成されることによって、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20に、凹部2(掘り込み領域3)に近づくにしたがって層厚が傾斜的に(徐々に)減少する層厚傾斜領域5が形成されている。この層厚傾斜領域5は、図7〜図10に示すように、凹部2(掘り込み領域3)の片側(たとえば、右側)の近傍領域に、凹部2(掘り込み領域3)と平行方向に延びる略帯状に形成されている。そして、この層厚傾斜領域5によっても、n型GaN基板10との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層20の歪みが緩和されている。   Furthermore, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 7, the nitride semiconductor layer 20 is formed on the main growth surface 10 a of the n-type GaN substrate 10, so that the non-dig region 4 is formed. In the nitride semiconductor layer 20, a layer thickness gradient region 5 is formed in which the layer thickness decreases in a gradient (gradually) as it approaches the recess 2 (digging region 3). As shown in FIGS. 7 to 10, the layer thickness inclined region 5 is formed in a region in the vicinity of one side (for example, the right side) of the concave portion 2 (digging region 3) in a direction parallel to the concave portion 2 (digging region 3). It is formed in a substantially strip shape that extends. Also, the strain in the nitride semiconductor layer 20 caused by the lattice mismatch with the n-type GaN substrate 10 is alleviated also by the layer thickness gradient region 5.

したがって、第1実施形態による窒化物半導体ウェハ50では、窒化物半導体層20の表面に形成される窪み35と、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20に形成される層厚傾斜領域5とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を有している。加えて、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面10aとするn型GaN基板10を用いることによって、成長主面10a上に形成される窒化物半導体層20の結晶性が良好となっている。このため、窒化物半導体層20にクラックが発生しにくくなっている。これにより、クラックが非常に発生し易いn型クラッド層21においても、クラックの発生が抑制されている。むろん、n型クラッド層21以外の他の窒化物半導体各層においても、クラックの発生が抑制されている。   Therefore, in the nitride semiconductor wafer 50 according to the first embodiment, the depression 35 formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 and the layer thickness gradient region 5 formed in the nitride semiconductor layer 20 on the non-dig region 4. Due to the two strain relaxation effects, a very high crack suppression effect is achieved. In addition, the crystal of the nitride semiconductor layer 20 formed on the growth main surface 10a is obtained by using the n-type GaN substrate 10 in which the surface having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is the growth main surface 10a. The property is good. For this reason, cracks are unlikely to occur in the nitride semiconductor layer 20. Thereby, even in the n-type cladding layer 21 where cracks are very likely to occur, the occurrence of cracks is suppressed. Of course, the occurrence of cracks is also suppressed in each nitride semiconductor layer other than the n-type cladding layer 21.

また、上記層厚傾斜領域5は、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面10aとし、かつ、上記凹部2(掘り込み領域3)を形成したn型GaN基板10を用いた場合に、凹部2(掘り込み領域3)の片側(たとえば、右側)の領域(凹部2の近傍領域)に形成される。この理由は、n型GaN基板10の成長主面10aが、m面に対してa軸方向にオフ角度を持つことで、原料原子の流れる方向がa軸に沿った方向に変化するとともに、この原料原子の流れが凹部2(掘り込み領域3)によって分断されることにより、非掘り込み領域4における凹部2(掘り込み領域3)の片側の近傍領域において、原料原子の供給が少なくなるためであるとも考えられる。また、層厚傾斜領域5は、a軸方向のオフ角度が正(+)か負(−)かによって、凹部2(掘り込み領域3)の一方側(たとえば、右側)にできるか、凹部2(掘り込み領域3)の他方側(たとえば、左側)にできるかが決まる。これは、a軸方向のオフ角度が正(+)か負(−)かによって、原料原子の流れる向きが変わるためであると考えられる。a軸方向のオフ角度は、結晶学的に見て、正(+)であっても負(−)であっても同じであるため、絶対値で議論してもかまわない。なお、c面を成長主面とするGaN基板を用いた場合には、上記と同様の凹部(掘り込み領域)が形成されていたとしても、上記のような層厚傾斜領域は形成されない。また、m面を成長主面とするGaN基板であっても、a軸方向にオフ角度を有さない場合には、上記と同様の凹部(掘り込み領域)が形成されていたとしても、上記のような層厚傾斜領域は形成されない。ただし、後述するように、凹部2(掘り込み領域3)に成長抑制膜を形成することによって、層厚傾斜領域を形成することは可能である。   Further, the layer thickness inclined region 5 has an n-type GaN substrate 10 in which a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is the growth main surface 10a and the concave portion 2 (digging region 3) is formed. Is used, a region on one side (for example, the right side) of the recess 2 (digging region 3) (a region near the recess 2) is formed. This is because the growth principal surface 10a of the n-type GaN substrate 10 has an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, so that the flowing direction of the source atoms changes in the direction along the a-axis. Since the flow of the source atoms is divided by the recess 2 (digging region 3), the supply of source atoms is reduced in the region near one side of the recess 2 (digging region 3) in the non-digging region 4. It is thought that there is. Further, the layer thickness inclined region 5 can be formed on one side (for example, the right side) of the recess 2 (digging region 3) depending on whether the off angle in the a-axis direction is positive (+) or negative (−), or the recess 2 It is determined whether it can be made on the other side (for example, the left side) of (digging area 3). This is considered to be because the flow direction of the source atoms changes depending on whether the off angle in the a-axis direction is positive (+) or negative (−). The off angle in the a-axis direction is the same regardless of whether it is positive (+) or negative (−) in crystallographic terms, and may be discussed in terms of absolute values. When a GaN substrate having the c-plane as the growth main surface is used, even if a recess (digging region) similar to the above is formed, the layer thickness gradient region as described above is not formed. Further, even if a GaN substrate having an m-plane as a growth principal surface does not have an off-angle in the a-axis direction, the above-described recesses (digging regions) may be formed even if the same recesses (digging regions) are formed. Such a layer thickness gradient region is not formed. However, as will be described later, it is possible to form a layer thickness gradient region by forming a growth suppressing film in the recess 2 (digging region 3).

また、窒化物半導体層20の層厚傾斜領域5は、図7に示すように、凹部2(掘り込み領域3)に最も近い部分が、最も層厚が小さく、凹部2(掘り込み領域3)から離れるにしたがい、徐々に(傾斜的に)層厚が大きくなっている。なお、層厚傾斜領域5における凹部2(掘り込み領域3)に近い部分では、n型窒化物半導体層20a(図1参照)、p型窒化物半導体層20b(図1参照)にかかわらず、層厚が小さくなっている。また、層厚傾斜領域5における最も層厚が小さい部分の厚みt11は、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20における層厚傾斜領域5以外の領域(後述する発光部形成領域6)の厚みt12の1/2〜2/3程度となっている。ただし、窒化物半導体層20の成長条件により、上記層厚からずれることもある。あくまで上記の値は、おおよその目安である。   Further, as shown in FIG. 7, the layer thickness gradient region 5 of the nitride semiconductor layer 20 has the smallest layer thickness at the portion closest to the recess 2 (digging region 3), and the recess 2 (digging region 3). The layer thickness gradually increases (inclined) as the distance from the surface increases. In the portion near the recess 2 (digging region 3) in the layer thickness gradient region 5, regardless of the n-type nitride semiconductor layer 20a (see FIG. 1) and the p-type nitride semiconductor layer 20b (see FIG. 1), The layer thickness is small. The thickness t11 of the smallest layer thickness in the layer thickness gradient region 5 is a region other than the layer thickness gradient region 5 (light emitting portion formation region 6 described later) in the nitride semiconductor layer 20 on the non-dig region 4. It is about 1/2 to 2/3 of the thickness t12. However, depending on the growth conditions of the nitride semiconductor layer 20, the thickness may deviate from the above layer thickness. The above values are only approximate.

また、層厚傾斜領域5の幅w([11−20]方向の幅)および層厚傾斜領域5の層厚傾斜角度θ(n型GaN基板10の成長主面10aと層厚傾斜領域5の表面とのなす角度)は、a軸方向のオフ角度によって制御される。具体的には、a軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域5の幅wが小さくなり、層厚傾斜角度θが大きくなる。このため、第1実施形態では、a軸方向のオフ角度を調整することによって、層厚傾斜領域5の幅wが所定の長さとなるように設定されているとともに、層厚傾斜角度θが所定の角度となるように設定されている。なお、a軸方向のオフ角度が小さすぎると、層厚傾斜領域5の幅wが大きくなり過ぎる。一方、層厚傾斜角度θが大きい程、層厚傾斜領域5での層厚変動が大きくなる。このため、窒化物半導体層20の応力を緩和するには、層厚傾斜角度θが大きい方が好ましい。したがって、層厚傾斜領域5の形成条件を考慮すると、a軸方向のオフ角度の絶対値は、0.5度以上であるのが好ましい。また、凹部2の周期R(図4参照)が、たとえば400μmの場合には、a軸方向のオフ角度を調整することによって、層厚傾斜領域5の幅wが、1μm以上150μm以下に設定されていればより好ましい。層厚傾斜領域5の幅wを1μm以上とすることにより、層厚傾斜領域5の幅wが1μmより小さくなることに起因して、クラックの抑制効果が薄れるという不都合が生じるのを抑制することが可能となる。   Further, the width w of the layer thickness gradient region 5 (width in the [11-20] direction) and the layer thickness gradient angle θ of the layer thickness gradient region 5 (the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10 and the layer thickness gradient region 5). The angle formed with the surface is controlled by the off angle in the a-axis direction. Specifically, as the off angle in the a-axis direction increases, the width w of the layer thickness gradient region 5 decreases and the layer thickness gradient angle θ increases. For this reason, in the first embodiment, the width w of the layer thickness gradient region 5 is set to a predetermined length by adjusting the off angle in the a-axis direction, and the layer thickness gradient angle θ is predetermined. It is set to be an angle. If the off angle in the a-axis direction is too small, the width w of the layer thickness gradient region 5 becomes too large. On the other hand, the larger the layer thickness inclination angle θ, the larger the layer thickness variation in the layer thickness inclined region 5. For this reason, in order to relieve the stress of the nitride semiconductor layer 20, it is preferable that the layer thickness inclination angle θ is large. Therefore, in consideration of the formation conditions of the layer thickness gradient region 5, the absolute value of the off angle in the a-axis direction is preferably 0.5 degrees or more. Further, when the period R (see FIG. 4) of the recess 2 is 400 μm, for example, the width w of the layer thickness inclined region 5 is set to 1 μm or more and 150 μm or less by adjusting the off angle in the a-axis direction. It is more preferable. By suppressing the width w of the layer thickness gradient region 5 to 1 μm or more, it is possible to suppress the inconvenience that the crack suppression effect is reduced due to the width w of the layer thickness gradient region 5 being smaller than 1 μm. Is possible.

上記した層厚傾斜領域5は、層厚が変化している領域であるため、この領域に発光部(後述するリッジ部)を形成すると特性のバラツキを抑制するのが困難となる。このため、層厚傾斜領域5は、発光部(リッジ部)の形成領域としては適さないといえる。   Since the above-described layer thickness gradient region 5 is a region where the layer thickness changes, it is difficult to suppress variation in characteristics when a light emitting portion (a ridge portion described later) is formed in this region. For this reason, it can be said that the layer thickness gradient region 5 is not suitable as a region for forming a light emitting portion (ridge portion).

一方、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20は、層厚傾斜領域5に比べて層厚変動が非常に小さい、発光部(リッジ部)の形成に適した発光部形成領域6を有している。すなわち、n型GaN基板10の成長主面10a上に形成された窒化物半導体層20は、非掘り込み領域4上に、発光部(リッジ部)の形成に適さない層厚傾斜領域5と、非常に均一な層厚を有し、発光部(リッジ部)の形成に適した発光部形成領域6とを含んで構成されている。なお、層厚傾斜領域5では、発光部形成領域6に比べて、輝点状発光の抑制効果が弱くなる。   On the other hand, the nitride semiconductor layer 20 on the non-excavated region 4 has a light emitting portion forming region 6 suitable for forming a light emitting portion (ridge portion) having a very small layer thickness variation compared to the layer thickness inclined region 5. is doing. That is, the nitride semiconductor layer 20 formed on the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10 has a layer thickness gradient region 5 that is not suitable for forming a light emitting portion (ridge portion) on the non-digging region 4, and The light-emitting part forming region 6 has a very uniform layer thickness and is suitable for forming a light-emitting part (ridge part). In addition, in the layer thickness inclination area | region 5, compared with the light emission part formation area | region 6, the suppression effect of bright spot-like light emission becomes weak.

また、第1実施形態では、窒化物半導体層20における発光部形成領域6は、非常に良好な表面モフォロジーを有している。なお、上記発光部形成領域6は、全体的に層厚変動は非常に小さいが、c軸[0001]方向の層厚変動とa軸[11−20]方向の層厚変動とを比較すると、c軸[0001]方向の層厚変動の方が、a軸[11−20]方向の層厚変動に比べてより小さい。   In the first embodiment, the light emitting portion forming region 6 in the nitride semiconductor layer 20 has a very good surface morphology. The light emitting portion forming region 6 has a very small layer thickness variation as a whole, but when comparing the layer thickness variation in the c-axis [0001] direction with the layer thickness variation in the a-axis [11-20] direction, The layer thickness variation in the c-axis [0001] direction is smaller than the layer thickness variation in the a-axis [11-20] direction.

また、図1に示すように、窒化物半導体層20における発光部形成領域6の所定領域には、電流通路部となる凸状のリッジ部28が形成されている。このリッジ部28は、図10に示すように、平面的に見て、層厚変動のより小さい、c軸[0001]方向に延びるように形成されているとともに、a軸[11−20]方向に約150μm〜約1200μm(たとえば、約400μm)の周期で配列されている。これにより、複数のリッジ部28がストライプ状に形成されている。そして、このリッジ部28の形成によって、窒化物半導体層20に、発光部となる光導波領域29(図1および図10参照)がストライプ状に形成されている。なお、図1に示すように、上記リッジ部28は、凹部2から所定の距離以上(たとえば、5μm以上)隔てた、発光部形成領域6に形成されている。また、窒化物半導体層20の上面上であるとともにリッジ部28の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層30が形成されている。   As shown in FIG. 1, a convex ridge portion 28 serving as a current passage portion is formed in a predetermined region of the light emitting portion forming region 6 in the nitride semiconductor layer 20. As shown in FIG. 10, the ridge portion 28 is formed so as to extend in the c-axis [0001] direction with a smaller layer thickness variation in plan view, and in the a-axis [11-20] direction. In a period of about 150 μm to about 1200 μm (for example, about 400 μm). Thereby, the plurality of ridge portions 28 are formed in a stripe shape. As a result of the formation of the ridge portion 28, an optical waveguide region 29 (see FIGS. 1 and 10) serving as a light emitting portion is formed in the nitride semiconductor layer 20 in a stripe shape. As shown in FIG. 1, the ridge portion 28 is formed in the light emitting portion forming region 6 that is separated from the recess 2 by a predetermined distance or more (for example, 5 μm or more). An insulating layer 30 for current confinement is formed on the upper surface of the nitride semiconductor layer 20 and on both sides of the ridge portion 28.

また、窒化物半導体層20上には、光導波領域29に電流を供給するためのp側電極31が形成されている。一方、n型GaN基板10の裏面上には、n側電極32が形成されている。   A p-side electrode 31 for supplying current to the optical waveguide region 29 is formed on the nitride semiconductor layer 20. On the other hand, an n-side electrode 32 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 10.

また、図10に示すように、上記窒化物半導体ウェハ50には、窒化物半導体レーザ素子に個片化するための分割予定線P1およびP2が設定されている。分割予定線P1は、平面的に見て、a軸[11−20]方向に延びるように設定されており、分割予定線P2は、平面的に見て、c軸[0001]方向に延びるように設定されている。また、分割予定線P2は、分割後の窒化物半導体レーザ素子に、1つの凹部2と層厚傾斜領域5の少なくとも一部とを含むように設定されている。   Further, as shown in FIG. 10, the nitride semiconductor wafer 50 is provided with planned dividing lines P1 and P2 for separating into nitride semiconductor laser elements. The planned division line P1 is set so as to extend in the a-axis [11-20] direction when viewed in plan, and the planned division line P2 is extended in the c-axis [0001] direction when viewed in plan. Is set to Further, the division line P2 is set so that the nitride semiconductor laser element after the division includes one concave portion 2 and at least a part of the layer thickness inclined region 5.

このように構成された第1実施形態による窒化物半導体ウェハ50は、分割予定線P1およびP2で分割されることによって、個々の窒化物半導体レーザ素子に個片化される。   The nitride semiconductor wafer 50 according to the first embodiment configured as described above is divided into individual nitride semiconductor laser elements by being divided along the predetermined dividing lines P1 and P2.

図11は、本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の平面図であり、図12は、本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子を模式的に示した断面図である。図13は、本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の一部を示した断面図であり、図14は、本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の活性層の構造を説明するための断面図である。次に、図11〜図14を参照して、本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子100について説明する。なお、第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子100は、上記した第1実施形態による窒化物半導体ウェハ50から得ることができるため、以下の説明では、上記窒化物半導体ウェハ50から得られる窒化物半導体レーザ素子100を例にして説明する。   FIG. 11 is a plan view of the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. . FIG. 13 is a cross-sectional view showing a part of the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 14 shows the structure of the active layer of the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing for demonstrating. Next, the nitride semiconductor laser element 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment can be obtained from the nitride semiconductor wafer 50 according to the first embodiment described above, in the following description, the nitride obtained from the nitride semiconductor wafer 50 will be described. The semiconductor laser device 100 will be described as an example.

第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子100は、図11に示すように、レーザ光が出射される光出射面40aと、光出射面40aと対向する光反射面40bとを含む一対の共振器面40を有している。また、上記窒化物半導体レーザ素子100は、共振器面40と直交する方向(c軸[0001]方向)に、約300μm〜約1800μm(たとえば、約600μm)の長さL(チップ長L(共振器長L))を有しているとともに、共振器面40に沿った方向(a軸[11−20]方向)に、約150μm〜約1200μm(たとえば、約400μm)の幅W(チップ幅W)を有している。   As shown in FIG. 11, the nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment includes a pair of resonators including a light emitting surface 40a from which laser light is emitted and a light reflecting surface 40b facing the light emitting surface 40a. It has a surface 40. The nitride semiconductor laser device 100 has a length L (chip length L (resonance)) of about 300 μm to about 1800 μm (for example, about 600 μm) in a direction (c-axis [0001] direction) orthogonal to the resonator surface 40. And a width W (chip width W) of about 150 μm to about 1200 μm (for example, about 400 μm) in the direction along the resonator surface 40 (a-axis [11-20] direction). )have.

また、第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子100は、図12に示すように、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面10aとするn型GaN基板10を備えており、このn型GaN基板10の成長主面10a上に、n型窒化物半導体層20a、活性層23およびp型窒化物半導体層20bを含む窒化物半導体層20が積層されることによって形成されている。   Further, as shown in FIG. 12, the nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment includes an n-type GaN substrate 10 having a growth main surface 10a as a surface having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane. The n-type GaN substrate 10 is formed by stacking a nitride semiconductor layer 20 including an n-type nitride semiconductor layer 20a, an active layer 23, and a p-type nitride semiconductor layer 20b on the main growth surface 10a of the n-type GaN substrate 10. Has been.

ここで、第1実施形態では、n型GaN基板10の成長主面10aと接する半導体層が、Alを含む窒化物半導体から構成されている。具体的には、窒化物半導体レーザ素子100は、図13に示すように、n型GaN基板10の成長主面10a上に、この成長主面10aと接するように、約2.2μmの厚みを有するn型Al0.06Ga0.94Nからなるn型クラッド層21が形成されている。なお、GaN基板10の成長主面10aと接する半導体層は、AlGaN層以外に、たとえば、AlInGaN層、AlInN層などであってもよい。また、AlGaN層やAlInGaN層などのAlを含む窒化物半導体層以外に、InGaN層およびInN層であってもよい。 Here, in the first embodiment, the semiconductor layer in contact with the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10 is made of a nitride semiconductor containing Al. Specifically, as shown in FIG. 13, the nitride semiconductor laser device 100 has a thickness of about 2.2 μm on the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10 so as to be in contact with the growth main surface 10a. An n-type cladding layer 21 made of n-type Al 0.06 Ga 0.94 N is formed. The semiconductor layer in contact with the growth main surface 10a of the GaN substrate 10 may be, for example, an AlInGaN layer, an AlInN layer, or the like other than the AlGaN layer. In addition to the nitride semiconductor layer containing Al, such as an AlGaN layer or an AlInGaN layer, an InGaN layer and an InN layer may be used.

また、n型クラッド層21上には、約0.2μmの厚みを有するn型In0.02Ga0.98Nからなるn型ガイド層22が形成されている。n型ガイド層22上には、活性層23が形成されている。なお、n型ガイド層22に代えて、ノンドープガイド層が形成されていてもよい。 An n-type guide layer 22 made of n-type In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of about 0.2 μm is formed on the n-type cladding layer 21. An active layer 23 is formed on the n-type guide layer 22. Instead of the n-type guide layer 22, a non-doped guide layer may be formed.

上記活性層23は、図14に示すように、井戸層23aと障壁層23bとが交互に積層された量子井戸構造を有している。また、第1実施形態では、上記活性層23は、その障壁層23bがAlとInとを含む窒化物半導体であるAlInGaNから構成されている。具体的には、上記活性層23は、InGaN(Inx1Ga1-x1N)からなる2つの井戸層23aと、AlInGaNからなる3つの障壁層23bとが交互に積層された量子井戸(DQW;Double Quantum Well)構造を有している。より具体的には、活性層23は、n型ガイド層22側から、第1障壁層231b、第1井戸層231a、第2障壁層232b、第2井戸層232aおよび第3障壁層233bが順次積層されることによって形成されている。なお、2つの井戸層23a(第1井戸層231a、第2井戸層232a)は、それぞれ、約3nm〜約4nmの厚みに形成されている。また、第1障壁層231bは、約30nmの厚みに形成されており、第2障壁層232bは、約16nmの厚みに形成されており、第3障壁層233bは、約60nmの厚みに形成されている。すなわち、3つの障壁層23bは、それぞれ、異なる厚みに形成されている。 As shown in FIG. 14, the active layer 23 has a quantum well structure in which well layers 23a and barrier layers 23b are alternately stacked. In the first embodiment, the active layer 23 is made of AlInGaN whose barrier layer 23b is a nitride semiconductor containing Al and In. Specifically, the active layer 23 is a quantum well (DQW; in which two well layers 23a made of InGaN (In x1 Ga 1-x1 N) and three barrier layers 23b made of AlInGaN are alternately stacked. (Double Quantum Well) structure. More specifically, the active layer 23 includes a first barrier layer 231b, a first well layer 231a, a second barrier layer 232b, a second well layer 232a, and a third barrier layer 233b sequentially from the n-type guide layer 22 side. It is formed by being laminated. The two well layers 23a (the first well layer 231a and the second well layer 232a) are each formed to a thickness of about 3 nm to about 4 nm. The first barrier layer 231b is formed with a thickness of about 30 nm, the second barrier layer 232b is formed with a thickness of about 16 nm, and the third barrier layer 233b is formed with a thickness of about 60 nm. ing. That is, the three barrier layers 23b are formed to have different thicknesses.

上記第1障壁層231bは、8nm以上50nm以下の厚みに形成されているのが好ましく、10nm以上40nm以下の厚みに形成されていればより好ましい。このように、第1障壁層231bを、少なくとも8nm以上の厚みに形成すれば、n型ガイド層22の成長後に成膜される第1障壁層231bの平坦性を、容易に、より良好にすることが可能となる。また、第1障壁層231bを、50nm以下の厚みに形成すれば、キャリアを効率的に注入することが可能となる。また、上記第2障壁層232bは、8nm以上30nm以下の厚みに形成されているのが好ましく、10nm以上20nm以下の厚みに形成されていればより好ましい。このように、第2障壁層232bを、少なくとも8nm以上の厚みに形成すれば、高いIn組成比を有する第1井戸層231aの成長後に成膜される第2障壁層232bの平坦性を、容易に、より良好にすることが可能となる。また、第2障壁層232bを、30nm以下の厚みに形成すれば、キャリアを効率的に注入することが可能となる。さらに、上記第3障壁層233bは、8nm以上100nm以下の厚みに形成されているのが好ましく、10nm以上80nm以下の厚みに形成されていればより好ましい。このように、第3障壁層233bを、少なくとも8nm以上の厚みに形成すれば、高いIn組成比を有する第2井戸層232aの成長後であって、キャリアブロック層24の成長前に成膜される第3障壁層233bの平坦性を、容易に、より良好にすることが可能となる。また、第3障壁層233bを、100nm以下の厚みに形成すれば、キャリアを効率的に注入することが可能となる。   The first barrier layer 231b is preferably formed to a thickness of 8 nm to 50 nm, more preferably a thickness of 10 nm to 40 nm. Thus, if the first barrier layer 231b is formed to a thickness of at least 8 nm or more, the flatness of the first barrier layer 231b formed after the growth of the n-type guide layer 22 is easily improved. It becomes possible. Further, if the first barrier layer 231b is formed to a thickness of 50 nm or less, carriers can be efficiently injected. The second barrier layer 232b is preferably formed with a thickness of 8 nm or more and 30 nm or less, and more preferably formed with a thickness of 10 nm or more and 20 nm or less. Thus, if the second barrier layer 232b is formed to a thickness of at least 8 nm or more, the flatness of the second barrier layer 232b formed after the growth of the first well layer 231a having a high In composition ratio can be easily achieved. Furthermore, it becomes possible to make it better. In addition, if the second barrier layer 232b is formed to a thickness of 30 nm or less, carriers can be efficiently injected. Furthermore, the third barrier layer 233b is preferably formed to a thickness of 8 nm to 100 nm, and more preferably a thickness of 10 nm to 80 nm. In this way, if the third barrier layer 233b is formed to a thickness of at least 8 nm or more, it is formed after the growth of the second well layer 232a having a high In composition ratio and before the growth of the carrier block layer 24. The flatness of the third barrier layer 233b can be easily improved. Further, if the third barrier layer 233b is formed with a thickness of 100 nm or less, carriers can be efficiently injected.

なお、第1実施形態では、井戸層の層数は2層であるが、井戸層の層数が2層より多くなった場合(たとえば、3層または4層となった場合)、第1障壁層とは、基板に最も近い井戸層の下層側(基板側)に形成される初めの障壁層と定義することができる。また、第2障壁層とは、井戸層間に挟まれた障壁層と定義することができる。さらに、第3障壁層とは、基板から最も離れた井戸層(最終井戸層)上に形成される障壁層と定義することができる。第1障壁層、第2障壁層および第3障壁層を、このように定義することで、井戸層が2層以上形成されている場合でも、上記した障壁層の好ましい層厚条件を適用することが可能となる。そして、このような条件を満たしていれば、上記のような効果が得られるため、好ましい。   In the first embodiment, the number of well layers is two. However, when the number of well layers is greater than two (for example, three or four layers), the first barrier is provided. The layer can be defined as an initial barrier layer formed on the lower layer side (substrate side) of the well layer closest to the substrate. The second barrier layer can be defined as a barrier layer sandwiched between well layers. Furthermore, the third barrier layer can be defined as a barrier layer formed on a well layer (final well layer) farthest from the substrate. By defining the first barrier layer, the second barrier layer, and the third barrier layer in this way, even when two or more well layers are formed, the preferable layer thickness conditions of the barrier layer described above are applied. Is possible. And if such conditions are satisfied, the above effects are obtained, which is preferable.

また、第1実施形態では、井戸層23a(活性層23)のIn組成比x1は、0.15以上0.45以下(たとえば、0.2〜0.25)に構成されている。また、上記障壁層23bは、AlsIntGauN(s+t+u=1)から構成されている。そして、この障壁層23bのAl組成比sは、たとえば、0<s≦0.08とされており、そのIn組成比tは、たとえば、0<t≦0.10とされている。障壁層23bのAl組成比sを0.08以下とすることで、光閉じ込めが効率よく行われるため、より好ましい。また、上記障壁層23bをAlInGaNから構成することにより、m面特有のダークラインの発生を効果的に抑制することが可能となる。さらに、上記障壁層23bをAlInGaNから構成することにより、障壁層をGaNやInGaNから構成する場合に比べて、発光効率を向上させることが可能となる。特に、井戸層23aのIn組成比x1が0.15以上0.45以下の条件において、発光効率の改善傾向が高い。 In the first embodiment, the In composition ratio x1 of the well layer 23a (active layer 23) is configured to be not less than 0.15 and not more than 0.45 (for example, 0.2 to 0.25). Further, the barrier layer 23b is composed of Al s In t Ga u N ( s + t + u = 1). The Al composition ratio s of the barrier layer 23b is, for example, 0 <s ≦ 0.08, and the In composition ratio t is, for example, 0 <t ≦ 0.10. By making the Al composition ratio s of the barrier layer 23b 0.08 or less, light confinement is efficiently performed, which is more preferable. In addition, by forming the barrier layer 23b from AlInGaN, it is possible to effectively suppress the generation of dark lines peculiar to the m-plane. Further, by configuring the barrier layer 23b from AlInGaN, it is possible to improve the light emission efficiency as compared with the case where the barrier layer is configured from GaN or InGaN. In particular, when the In composition ratio x1 of the well layer 23a is not less than 0.15 and not more than 0.45, the improvement tendency of the light emission efficiency is high.

ここで、通常、井戸層としては、In組成比が大きな領域(x1≧0.15)では、3nm程度の厚みに設定されることが多い。これは、In組成比が大きくなったときに、格子不整合からくるミスフィット転位などの発生を抑えるためである。しかしながら、m面に対してa軸方向にオフ角度を有するGaN基板上に、Alを含む窒化物半導体(たとえば、AlInGaNなど)からなる障壁層を形成した場合、井戸層の厚みを4.0nm以上に設定することも可能である。この理由としては、ダークラインの発生抑制効果や活性層を保護する効果などが得られるためであると考えられる。さらに、上記n型GaN基板10を用いることによって、層表面の平坦性が向上し、面内においてIn組成が非常に均一になる。このため、井戸層の厚みが大きい場合でも、In組成の高い局所領域が形成され難くなる。そのため、これによっても、井戸層の厚膜化が可能になると考えられる。   Here, in general, the well layer is often set to a thickness of about 3 nm in a region where the In composition ratio is large (x1 ≧ 0.15). This is to suppress the occurrence of misfit dislocations and the like resulting from lattice mismatch when the In composition ratio is increased. However, when a barrier layer made of a nitride semiconductor containing Al (eg, AlInGaN) is formed on a GaN substrate having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, the thickness of the well layer is 4.0 nm or more. It is also possible to set to. The reason is considered to be that the effect of suppressing the generation of dark lines and the effect of protecting the active layer are obtained. Furthermore, by using the n-type GaN substrate 10, the flatness of the layer surface is improved, and the In composition becomes very uniform in the plane. For this reason, even when the thickness of the well layer is large, it is difficult to form a local region having a high In composition. For this reason, it is considered that the well layer can be made thicker.

また、井戸層の厚みが、8nmより大きくなるとミスフィット転位が多数発生する場合がある。このため、井戸層の厚みは、8nm以下であるのが好ましい。さらには、2.5nm程度〜4.0nm程度の範囲に設定されているのが好ましい。   Moreover, when the thickness of the well layer is larger than 8 nm, many misfit dislocations may occur. For this reason, the thickness of the well layer is preferably 8 nm or less. Further, it is preferably set in the range of about 2.5 nm to about 4.0 nm.

また、同様の理由により、井戸層の厚みを1.5nm程度〜4.0nm程度の範囲に設定した場合、Alを含む窒化物半導体(たとえば、AlInGaNなど)から障壁層を構成することで、井戸層の層数を増やすことができる。たとえば、窒化物半導体レーザ素子において、従来の活性層構造を採用した場合、3層以上の井戸層を形成することによって、発光効率が大幅に劣化する。その一方、Alを含む窒化物半導体から障壁層を構成することによって、井戸層を5層形成した場合でも、発光効率の劣化が抑制される。また、発光ダイオード素子(LED)では、Alを含む窒化物半導体から障壁層を構成することによって、井戸層を8層形成した場合でも、発光効率の劣化が抑制される。発光ダイオード素子は、半導体レーザ素子に比べて、p型半導体層の層厚が薄いことや、p型半導体層の成膜時に活性層に与える熱ダメージが小さいことなどの理由により、半導体レーザ素子よりも活性層(井戸層)の多層化が容易である。   For the same reason, when the thickness of the well layer is set in the range of about 1.5 nm to about 4.0 nm, the well layer can be formed by forming the barrier layer from a nitride semiconductor containing Al (for example, AlInGaN). The number of layers can be increased. For example, when a conventional active layer structure is employed in a nitride semiconductor laser element, the light emission efficiency is significantly deteriorated by forming three or more well layers. On the other hand, by forming the barrier layer from a nitride semiconductor containing Al, even when five well layers are formed, deterioration of light emission efficiency is suppressed. Further, in the light emitting diode element (LED), by forming the barrier layer from a nitride semiconductor containing Al, deterioration of the light emission efficiency is suppressed even when eight well layers are formed. The light-emitting diode element has a thickness smaller than that of the semiconductor laser element, and the thermal damage given to the active layer during the formation of the p-type semiconductor layer is smaller than that of the semiconductor laser element. However, the active layer (well layer) can be easily multi-layered.

なお、活性層の井戸層は、量子井戸を意図して作製されるものであり、結果として、層厚が数nm以下の範囲で揺らいでいる場合や、局所的に、ドット化している場合も含む。   Note that the well layer of the active layer is intended to be a quantum well, and as a result, the layer thickness may fluctuate within a range of several nm or less, or may be locally doted. Including.

活性層の障壁層を、Alを含む窒化物半導体(たとえば、AlInGaN層、AlGaN層、AlInN層など)から構成する場合、上記のように、井戸層はInGaNから構成されているのが好ましい。   When the barrier layer of the active layer is made of a nitride semiconductor containing Al (for example, an AlInGaN layer, an AlGaN layer, an AlInN layer, etc.), the well layer is preferably made of InGaN as described above.

上記活性層23上には、図13に示すように、Alを含むp型半導体層としてのキャリアブロック層24が形成されている。このキャリアブロック層24は、p型AlyGa1-yNから構成されているとともに、40nm以下(たとえば、約12nm)の厚みを有している。また、キャリアブロック層24は、そのAl組成比yが0.08以上0.35以下(たとえば、約0.15)となるように構成されている。また、キャリアブロック層24上には、凸部と、凸部以外の平坦部とを有するp型In0.02Ga0.98Nからなるp型ガイド層25が形成されている。p型ガイド層25の凸部上には、約0.5μmの厚みを有するp型Al0.05Ga0.95Nからなるp型クラッド層26が形成されている。p型クラッド層26上には、約0.1μmの厚みを有するp型GaNからなるp型コンタクト層27が形成されている。そして、p型コンタクト層27とp型クラッド層26とp型ガイド層25の凸部とによって、約1μm〜約10μm(たとえば約1.5μm)の幅を有するストライプ状(細長状)のリッジ部28が構成されている。このリッジ部28は、図11に示すように、平面的に見て、c軸[0001]方向に延びるように形成されている。 On the active layer 23, as shown in FIG. 13, a carrier block layer 24 as a p-type semiconductor layer containing Al is formed. The carrier block layer 24 is made of p-type Al y Ga 1-y N and has a thickness of 40 nm or less (for example, about 12 nm). Further, the carrier block layer 24 is configured such that the Al composition ratio y is 0.08 or more and 0.35 or less (for example, about 0.15). A p-type guide layer 25 made of p-type In 0.02 Ga 0.98 N having a convex portion and a flat portion other than the convex portion is formed on the carrier block layer 24. A p-type cladding layer 26 made of p-type Al 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of about 0.5 μm is formed on the convex portion of the p-type guide layer 25. A p-type contact layer 27 made of p-type GaN having a thickness of about 0.1 μm is formed on the p-type cladding layer 26. A striped (elongated) ridge portion having a width of about 1 μm to about 10 μm (for example, about 1.5 μm) is formed by the p-type contact layer 27, the p-type cladding layer 26, and the convex portions of the p-type guide layer 25. 28 is configured. As shown in FIG. 11, the ridge portion 28 is formed so as to extend in the c-axis [0001] direction when seen in a plan view.

また、図14に示すように、キャリアブロック層24と井戸層23a(最もキャリアブロック層24側の井戸層23a(232a))との間の距離hは、キャリアの井戸層23aへの注入効率を向上させるために、約60nmに設定されている。キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の距離hは、80nm以下に設定されているのが好ましく、30nm以下に設定されていればより好ましい。第1実施形態では、上記距離hは、第3障壁層233bの厚みと同じになっている。   Further, as shown in FIG. 14, the distance h between the carrier block layer 24 and the well layer 23a (the well layer 23a (232a) closest to the carrier block layer 24) is the efficiency of carrier injection into the well layer 23a. In order to improve, it is set to about 60 nm. The distance h between the carrier block layer 24 and the well layer 23a is preferably set to 80 nm or less, and more preferably set to 30 nm or less. In the first embodiment, the distance h is the same as the thickness of the third barrier layer 233b.

なお、キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の距離hを200nm以上とすれば、キャリアブロック層24から活性層23までキャリアが拡散していくときに電流が広がるため、輝点状発光が若干抑制される。その一方、m面に対してオフ角度が設けられた成長主面10aを有する上記n型GaN基板10を用いれば、キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の距離hを、200nm以上としなくても、輝点状発光を効果的に抑制することができる。たとえば、キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の距離hを、120nmよりも短くした場合でも、輝点状発光を効果的に抑制することができる。キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の距離hは、短い方がキャリアの井戸層23aへの注入効率が向上するため好ましい。このため、キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の距離hを、120nmより短くすることにより、キャリアの井戸層23aへの注入効率を向上させることができる。   If the distance h between the carrier block layer 24 and the well layer 23a is 200 nm or more, the current spreads when carriers are diffused from the carrier block layer 24 to the active layer 23. Slightly suppressed. On the other hand, if the n-type GaN substrate 10 having the growth main surface 10a provided with an off-angle with respect to the m-plane is used, the distance h between the carrier block layer 24 and the well layer 23a is not set to 200 nm or more. Even in this case, bright spot light emission can be effectively suppressed. For example, even when the distance h between the carrier block layer 24 and the well layer 23a is shorter than 120 nm, bright spot light emission can be effectively suppressed. A shorter distance h between the carrier block layer 24 and the well layer 23a is preferable because the injection efficiency of carriers into the well layer 23a is improved. For this reason, by making the distance h between the carrier block layer 24 and the well layer 23a shorter than 120 nm, the efficiency of carrier injection into the well layer 23a can be improved.

ここで、第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子100では、図12に示すように、n型GaN基板10の所定領域に上記した凹部2(掘り込み領域3)が形成されている。この凹部2は、平面的に見て、リッジ部28(光導波領域29(図13参照))と平行方向(c軸[0001]方向)に延びるように形成されている。また、上記凹部2は、窒化物半導体レーザ素子100の一方の側面側に配されている。そして、この凹部2から所定の距離以上(たとえば、5μm以上)隔てた、非掘り込み領域4上の領域に、上記リッジ部28が形成されている。   Here, in the nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment, as shown in FIG. 12, the above-described recess 2 (digging region 3) is formed in a predetermined region of the n-type GaN substrate 10. The recess 2 is formed so as to extend in a direction parallel to the ridge portion 28 (optical waveguide region 29 (see FIG. 13)) (c-axis [0001] direction) in plan view. The recess 2 is arranged on one side surface of the nitride semiconductor laser element 100. The ridge portion 28 is formed in a region on the non-digging region 4 that is separated from the recess 2 by a predetermined distance or more (for example, 5 μm or more).

また、第1実施形態では、上述したように、n型GaN基板10の成長主面10aに凹部2(掘り込み領域3)が形成されていることにより、凹部2(掘り込み領域3)上の窒化物半導体層20の表面(窒化物半導体層20を構成する各層の表面)に窪み35が形成された状態となっている。そして、この窪み35によって、n型GaN基板10との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層20の歪みが緩和されている。   Moreover, in 1st Embodiment, as above-mentioned, since the recessed part 2 (digging area | region 3) is formed in the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10, it is on the recessed part 2 (digging area | region 3). A recess 35 is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 (the surface of each layer constituting the nitride semiconductor layer 20). The recesses 35 alleviate distortion of the nitride semiconductor layer 20 caused by lattice mismatch with the n-type GaN substrate 10.

また、第1実施形態では、上記n型GaN基板10の成長主面10a上に窒化物半導体層20が形成されることによって、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20に、層厚傾斜領域5および発光部形成領域6が形成されている。上記層厚傾斜領域5は、凹部2(掘り込み領域3)に対して、一方側(A1側)に形成されており、上記発光部形成領域6は、凹部2(掘り込み領域3)に対して、層厚傾斜領域5と反対側の他方側(A2側)に形成されている。そして、この層厚傾斜領域5によっても、n型GaN基板10との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層20の歪みが緩和されている。   In the first embodiment, the nitride semiconductor layer 20 is formed on the main growth surface 10 a of the n-type GaN substrate 10, so that the nitride semiconductor layer 20 on the non-dig region 4 has a layer thickness gradient. A region 5 and a light emitting portion forming region 6 are formed. The layer thickness inclined region 5 is formed on one side (A1 side) with respect to the concave portion 2 (digging region 3), and the light emitting portion forming region 6 is formed on the concave portion 2 (digging region 3). Thus, it is formed on the other side (A2 side) opposite to the layer thickness gradient region 5. Also, the strain in the nitride semiconductor layer 20 caused by the lattice mismatch with the n-type GaN substrate 10 is alleviated also by the layer thickness gradient region 5.

このように、第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子100は、窒化物半導体層20の表面に形成される窪み35と、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20に形成される層厚傾斜領域5とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を有している。   As described above, the nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment has the depression 35 formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 and the layer thickness formed on the nitride semiconductor layer 20 on the non-dig region 4. Due to the two strain relaxation effects due to the inclined region 5, it has a very high crack suppression effect.

さらに、第1実施形態では、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面10aとするn型GaN基板10を用いることによって、成長主面10a上に形成された窒化物半導体層20の結晶性が良好となっている。また、上記n型GaN基板10を用いることによって、窒化物半導体層20における発光部形成領域6の表面モフォロジーが非常に良好となっている。このため、窒化物半導体層20にクラックが発生しにくくなっている。   Furthermore, in the first embodiment, by using the n-type GaN substrate 10 in which the growth main surface 10a is a surface having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, the nitride formed on the growth main surface 10a. The crystallinity of the semiconductor layer 20 is good. Further, by using the n-type GaN substrate 10, the surface morphology of the light emitting portion forming region 6 in the nitride semiconductor layer 20 is very good. For this reason, cracks are unlikely to occur in the nitride semiconductor layer 20.

したがって、n型GaN基板10との格子定数差などが大きくなる、Al組成の高いAlGaN層を成長主面10a上に形成した場合でも、クラックの発生が抑制される。このため、n型GaN基板10の成長主面10a上に形成された窒化物半導体層20において、クラックの発生が抑制されている。   Therefore, even when an AlGaN layer having a high Al composition and having a large lattice constant difference from the n-type GaN substrate 10 is formed on the growth main surface 10a, generation of cracks is suppressed. For this reason, generation of cracks is suppressed in the nitride semiconductor layer 20 formed on the main growth surface 10 a of the n-type GaN substrate 10.

なお、上記リッジ部28は、結晶性および表面モフォロジーが良好な発光部形成領域6の所定領域に形成されている。   The ridge portion 28 is formed in a predetermined region of the light emitting portion forming region 6 having good crystallinity and surface morphology.

また、図12および図13に示すように、リッジ部28の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層30が形成されている。具体的には、p型ガイド層25上、p型クラッド層26の側面上およびp型コンタクト層27の側面上に、約0.1μm〜約0.3μm(たとえば約0.15μm)の厚みを有するSiO2からなる絶縁層30が形成されている。 Further, as shown in FIGS. 12 and 13, insulating layers 30 for current confinement are formed on both sides of the ridge portion 28. Specifically, a thickness of about 0.1 μm to about 0.3 μm (for example, about 0.15 μm) is formed on the p-type guide layer 25, the side surface of the p-type cladding layer 26, and the side surface of the p-type contact layer 27. An insulating layer 30 made of SiO 2 is formed.

絶縁層30およびp型コンタクト層27の上面上には、p型コンタクト層27の一部を覆うように、p側電極31が形成されている。このp側電極31は、p型コンタクト層27を覆っている部分において、p型コンタクト層27と直接接触している。また、p側電極31は、絶縁層30(p型コンタクト層27)側から約15nmの厚みを有するPd層(図示せず)、約15nmの厚みを有するPt層(図示せず)および約200nmの厚みを有するAu層(図示せず)が順次積層された多層構造からなる。   A p-side electrode 31 is formed on the upper surfaces of the insulating layer 30 and the p-type contact layer 27 so as to cover a part of the p-type contact layer 27. The p-side electrode 31 is in direct contact with the p-type contact layer 27 in a portion covering the p-type contact layer 27. The p-side electrode 31 includes a Pd layer (not shown) having a thickness of about 15 nm, a Pt layer (not shown) having a thickness of about 15 nm, and about 200 nm from the insulating layer 30 (p-type contact layer 27) side. A multilayer structure in which Au layers (not shown) having a thickness of 1 are sequentially stacked.

また、n型GaN基板10の裏面上には、n型GaN基板10の裏面側から順に、約5nmの厚みを有するHf層(図示せず)、約150nmの厚みを有するAl層(図示せず)、約36nmの厚みを有するMo層(図示せず)、約18nmの厚みを有するPt層(図示せず)および約200nmの厚みを有するAu層(図示せず)が順次積層された多層構造からなるn側電極32が形成されている。   Further, on the back surface of the n-type GaN substrate 10, an Hf layer (not shown) having a thickness of about 5 nm and an Al layer (not shown) having a thickness of about 150 nm are sequentially formed from the back side of the n-type GaN substrate 10. ), A Mo layer (not shown) having a thickness of about 36 nm, a Pt layer (not shown) having a thickness of about 18 nm, and an Au layer (not shown) having a thickness of about 200 nm are sequentially stacked. An n-side electrode 32 made of is formed.

また、窒化物半導体レーザ素子100における光出射面40a(図11参照)には、たとえば、反射率5%〜80%の出射側コーティング膜(図示せず)が形成されている。一方、光反射面40b(図11参照)には、たとえば、反射率95%の反射側コーティング膜(図示せず)が形成されている。なお、出射側コーティング膜の反射率は、発振出力により所望の値に調整されている。また、出射側コーティング膜は、たとえば、半導体の出射端面から順に、アルミニウムの酸窒化物膜または窒化物膜であるAlOx1-x(0≦x≦1):膜厚30nm/Al23(膜厚:215nm)で構成されており、反射側コーティング膜は、たとえば、SiO2、TiO2などの多層膜から構成されている。上記以外の材料として、たとえば、SiN、ZrO2、Ta25、MgF2などの誘電体膜を用いてもよい。 Further, on the light emission surface 40a (see FIG. 11) of the nitride semiconductor laser element 100, for example, an emission side coating film (not shown) having a reflectance of 5% to 80% is formed. On the other hand, on the light reflecting surface 40b (see FIG. 11), for example, a reflection side coating film (not shown) having a reflectance of 95% is formed. The reflectance of the exit side coating film is adjusted to a desired value by the oscillation output. In addition, the emission side coating film is, for example, aluminum oxynitride film or nitride film AlO x N 1-x (0 ≦ x ≦ 1): film thickness 30 nm / Al 2 O in order from the emission end face of the semiconductor. 3 (film thickness: 215 nm), and the reflection-side coating film is formed of a multilayer film such as SiO 2 or TiO 2 . For example, a dielectric film such as SiN, ZrO 2 , Ta 2 O 5 , or MgF 2 may be used as a material other than the above.

光出射面側の膜構成として、AlOx1-x(0≦x≦1):膜厚12nm/シリコンの窒化物膜であるSiN(膜厚:100nm)を用いてもよい。上記のように、m面の窒化物半導体基板の劈開端面(第1実施形態ではc面)、もしくは気相エッチング、液相エッチングによりエッチングされたエッチング端面に、アルミニウムの酸窒化物膜または窒化物膜であるAlOx1-x(0≦x≦1)を形成することで、半導体、出射側コーティング膜の界面での非発光再結合の割合を大幅に低減でき、COD(Catastrophic Optical Damage)レベルを格段に向上させることができる。さらにアルミニウムの酸窒化物膜または窒化物膜であるAlOx1-x(0≦x≦1)は、窒化物半導体と同じ六方晶の結晶であると、より好ましい。さらには、窒化物半導体と結晶軸が揃った状態で結晶化していると、非発光再結合の割合がさらに低減し、CODレベルがさらに向上するため、より好ましい。また、光出射面側の反射率を大きくするために、上記コーティング膜の上にシリコンの酸化物膜、アルミニウムの酸化物膜、チタニウムの酸化物膜、タンタルの酸化物膜、ジルコニウムの酸化物膜、シリコン窒化物膜、などを積層した積層膜を形成してもよい。 As the film configuration on the light emitting surface side, AlO x N 1-x (0 ≦ x ≦ 1): film thickness 12 nm / SiN which is a silicon nitride film (film thickness: 100 nm) may be used. As described above, an aluminum oxynitride film or nitride is formed on the cleaved end face (c face in the first embodiment) of the m-plane nitride semiconductor substrate, or on the etched end face etched by vapor phase etching or liquid phase etching. By forming AlO x N 1-x (0 ≦ x ≦ 1), which is a film, the ratio of non-radiative recombination at the interface between the semiconductor and the emission side coating film can be greatly reduced, and COD (catalytic optical damage) The level can be improved significantly. Further, AlO x N 1-x (0 ≦ x ≦ 1) which is an aluminum oxynitride film or nitride film is more preferably the same hexagonal crystal as the nitride semiconductor. Furthermore, it is more preferable to crystallize with the nitride semiconductor aligned with the crystal axis because the ratio of non-radiative recombination is further reduced and the COD level is further improved. In order to increase the reflectance on the light exit surface side, a silicon oxide film, an aluminum oxide film, a titanium oxide film, a tantalum oxide film, and a zirconium oxide film are formed on the coating film. Alternatively, a laminated film in which a silicon nitride film or the like is laminated may be formed.

第1実施形態では、上記のように、AlとInとを含む窒化物半導体であるAlInGaNから障壁層23bを構成することによって、ほぼ完全にダークラインの発生を抑制することができる。これにより、ダークラインの発生に起因する発光効率の低下を抑制することができる。また、ダークラインの発生を抑制することによって、発光効率の劣化を抑制することができる。これにより、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、ダークラインの発生を抑制することによって、均一発光の発光パターンを得ることができるので、ゲインを高めることができる。   In the first embodiment, as described above, by forming the barrier layer 23b from AlInGaN, which is a nitride semiconductor containing Al and In, generation of dark lines can be suppressed almost completely. Thereby, the fall of the luminous efficiency resulting from generation | occurrence | production of a dark line can be suppressed. Further, by suppressing the occurrence of dark lines, it is possible to suppress the deterioration of the light emission efficiency. Thereby, element characteristics and reliability can be improved. Note that by suppressing the occurrence of dark lines, a uniform light emission pattern can be obtained, so that the gain can be increased.

また、障壁層23bにAlInGaN層を用いることによって、ダークラインの発生抑制効果に加えて、光閉じ込めの向上効果を得ることもできる。また、AlInGaNからなる障壁層23b上に井戸層23aを形成することによって、井戸層23aに取り込まれるInの効率を非常に良好にすることもできる。このため、Inのガス流量を少なくした場合でも、高いIn組成比を維持することができる。これにより、Inの取り込み効率を向上させることができる。その結果、より有効に長波長化を図ることができる。また、原料ガス(たとえば、TMIn)の消費量を削減することができるため、コスト的にもメリットがある。   Further, by using an AlInGaN layer for the barrier layer 23b, an effect of improving light confinement can be obtained in addition to the effect of suppressing the generation of dark lines. Further, by forming the well layer 23a on the barrier layer 23b made of AlInGaN, the efficiency of In taken into the well layer 23a can be made very good. For this reason, even when the gas flow rate of In is reduced, a high In composition ratio can be maintained. As a result, the In incorporation efficiency can be improved. As a result, it is possible to increase the wavelength more effectively. Moreover, since the consumption of source gas (for example, TMIn) can be reduced, there is a merit in terms of cost.

さらに、第1実施形態では、障壁層23bをAlInGaNから構成することによって、障壁層23bをGaNやInGaNから構成した場合に比べて、界面の急峻性を向上させることができるので、X線回折測定によるサテライトピークを明瞭化することができる。これは、障壁層23bがAlとInとを含むことで、Inの凝集や拡散が抑制されたり、活性層23の熱ダメージが抑制されたりしたためであると考えられる。   Furthermore, in the first embodiment, the barrier layer 23b is made of AlInGaN, so that the steepness of the interface can be improved as compared with the case where the barrier layer 23b is made of GaN or InGaN. The satellite peak due to can be clarified. This is considered to be because the barrier layer 23b contains Al and In, thereby suppressing aggregation and diffusion of In and suppressing thermal damage of the active layer 23.

また、第1実施形態では、n型GaN基板10に凹部2(掘り込み領域3)を形成することによって、凹部2(掘り込み領域3)上の窒化物半導体層20(窒化物半導体層20を構成する各層)の表面に窪み35を形成することができる。このため、n型GaN基板10と窒化物半導体層20との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層20に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層20(非掘り込み領域4上に形成される窒化物半導体層20)の歪みを、掘り込み領域3上の窒化物半導体層20の表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層20にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。したがって、上記のように構成することにより、クラックの発生が抑制された、信頼性および素子特性の高い窒化物半導体レーザ素子100を得ることができる。   In the first embodiment, by forming the recess 2 (digging region 3) in the n-type GaN substrate 10, the nitride semiconductor layer 20 (nitride semiconductor layer 20) on the recess 2 (digging region 3) is formed. A depression 35 can be formed on the surface of each layer. For this reason, even when the lattice constant difference or the thermal expansion coefficient difference between the n-type GaN substrate 10 and the nitride semiconductor layer 20 increases and the nitride semiconductor layer 20 is distorted, the nitride semiconductor layer 20 ( The distortion of the nitride semiconductor layer 20) formed on the non-dig region 4 can be alleviated by the above-described depression formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 on the dig region 3. Thereby, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks in the nitride semiconductor layer 20. Therefore, by configuring as described above, it is possible to obtain nitride semiconductor laser element 100 having high reliability and element characteristics in which generation of cracks is suppressed.

また、第1実施形態では、n型GaN基板10に凹部2(掘り込み領域3)を形成することによって、活性層23の障壁層23bを、Alを含む窒化物半導体(たとえば、AlInGaN)から構成することにより生じる活性層23の歪みを有効に緩和することができる。これにより、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。また、n型GaN基板10に凹部2(掘り込み領域3)を形成することによって、活性層23に生じる歪みを緩和することができる。このため、ダークラインの発生および拡大を抑制することもできる。これにより、輝度および信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子100を得ることができる。   In the first embodiment, the recess 2 (digging region 3) is formed in the n-type GaN substrate 10 so that the barrier layer 23b of the active layer 23 is made of a nitride semiconductor containing Al (for example, AlInGaN). The distortion of the active layer 23 caused by this can be effectively alleviated. Thereby, generation | occurrence | production of a dark line can be suppressed more effectively. Further, by forming the concave portion 2 (digging region 3) in the n-type GaN substrate 10, the strain generated in the active layer 23 can be alleviated. For this reason, generation | occurrence | production and expansion of a dark line can also be suppressed. Thereby, nitride semiconductor laser device 100 with high brightness and reliability can be obtained.

さらに、第1実施形態では、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を、GaN基板10の成長主面10aとすることによって、EL発光パターンの輝点状化、面内の波長ムラを抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、EL発光パターンを改善することができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子の発光効率をより向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体レーザ素子100を得ることができる。なお、上記のような輝点状発光の抑制効果が得られる理由として、GaN基板10の成長主面10aがm面に対してa軸方向のオフ角度を持つことで、成長主面10a上に活性層23(井戸層23a)を成長させる際に、In原子のマイグレーションの方向が変化し、In組成比の高い(In供給量が多い)条件でもInの凝集が抑制されたためであると考えられる。また、活性層23上に形成されるp型半導体層の成長モードも変化するため、p型不純物であるMgの活性化率も向上し、p型半導体層が低抵抗化することも理由の一つと考えられる。なお、p型半導体層が低抵抗化することにより、電流を均一に注入し易くなるので、これによりEL発光パターンが均一化する。   Furthermore, in the first embodiment, the surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is the growth main surface 10a of the GaN substrate 10, so that the EL emission pattern becomes bright and the in-plane wavelength is increased. Unevenness can be suppressed. That is, with this configuration, the EL light emission pattern can be improved. Thereby, the luminous efficiency of the nitride semiconductor laser element can be further improved. In addition, by improving the light emission efficiency, the nitride semiconductor laser element 100 with high luminance can be obtained. The reason why the bright spot-like light emission suppression effect is obtained is that the growth main surface 10a of the GaN substrate 10 has an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, so that the growth main surface 10a is on the growth main surface 10a. It is considered that when the active layer 23 (well layer 23a) is grown, the migration direction of In atoms is changed, and aggregation of In is suppressed even under conditions where the In composition ratio is high (In supply amount is large). . In addition, since the growth mode of the p-type semiconductor layer formed on the active layer 23 also changes, the activation rate of Mg, which is a p-type impurity, is improved, and the resistance of the p-type semiconductor layer is reduced. It is thought that. In addition, since the p-type semiconductor layer has a low resistance, it becomes easy to inject a current uniformly, thereby making the EL light emission pattern uniform.

また、第1実施形態では、EL発光パターンの輝点状化を抑制することによって、EL発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、EL発光パターンの輝点状化を抑制することによって、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性をさらに向上させることができる。すなわち、上記のように構成することによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子100を容易に得ることができる。   In the first embodiment, since the EL light emission pattern can be made uniform by suppressing the brightening of the EL light emission pattern, the driving voltage can also be reduced. Note that by suppressing the formation of bright spots in the EL light emission pattern, the light emission efficiency can be improved, whereby the device characteristics and reliability can be further improved. That is, by configuring as described above, it is possible to easily obtain a nitride semiconductor laser element 100 having excellent element identification and high reliability.

また、第1実施形態では、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を、n型GaN基板10の成長主面10aとすることによって、この成長主面10a上に形成される窒化物半導体層20の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層20にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層20の表面モフォロジーを良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層20を得ることができる。このため、窒化物半導体層20の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層20に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層20に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。   In the first embodiment, a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10, so that nitridation formed on the growth main surface 10a. The crystallinity of the physical semiconductor layer 20 can be improved. For this reason, it is possible to make it difficult for the nitride semiconductor layer 20 to crack. Moreover, since the surface morphology of the nitride semiconductor layer 20 can be made favorable by configuring as described above, the nitride semiconductor layer 20 having a uniform thickness can be obtained. For this reason, it is possible to suppress the inconvenience that the nitride semiconductor layer 20 has a locally thick region due to the non-uniform thickness of the nitride semiconductor layer 20. Since cracks are likely to occur in such a thick region, cracks can be made harder to occur by suppressing the formation of locally thick regions in the nitride semiconductor layer 20.

また、第1実施形態では、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面10aとすることによって、AlとInとを含む窒化物半導体から構成された上記障壁層23bの平坦性を向上させることができる。このため、平坦性の高い障壁層23b上に井戸層23aを形成することによって、井戸層23aにおけるIn組成の面内分布が不均一になるのを抑制することができる。加えて、活性層23(井戸層23a)の結晶性を向上させることもできる。これにより、発光効率をさらに向上させることができる。   In the first embodiment, the surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is the growth main surface 10a, whereby the barrier layer 23b made of a nitride semiconductor containing Al and In is formed. Flatness can be improved. Therefore, by forming the well layer 23a on the highly flat barrier layer 23b, the in-plane distribution of the In composition in the well layer 23a can be suppressed from becoming non-uniform. In addition, the crystallinity of the active layer 23 (well layer 23a) can be improved. Thereby, luminous efficiency can be further improved.

なお、井戸層23aの下側(n型GaN基板10側)に形成される障壁層23bを、Alを含む窒化物半導体(たとえば、AlsIntGauN)から構成するとともに、そのAl組成比sを0<s≦0.08、In組成比tを0<t≦0.10とすることで、ダークラインの発生抑制効果や活性層23を保護する効果に加え、障壁層23bの平坦性向上の効果を得ることもできる。これにより、井戸層23aの発光効率をより有効に向上させることができる。 The barrier layer 23b formed below the well layer 23a (on the n-type GaN substrate 10 side) is made of a nitride semiconductor containing Al (for example, Al s In t Ga u N), and its Al composition By setting the ratio s to 0 <s ≦ 0.08 and the In composition ratio t to 0 <t ≦ 0.10, in addition to the effect of suppressing the generation of dark lines and the effect of protecting the active layer 23, the barrier layer 23b is flat. The effect of improving the property can also be obtained. Thereby, the luminous efficiency of the well layer 23a can be improved more effectively.

また、第1実施形態では、m面に対してa軸方向にオフ角度が設けられたn型GaN基板10を用いることによって、凹部2(掘り込み領域3)内を窒化物半導体層20で埋まりにくくすることができる。これにより、容易に、凹部2(掘り込み領域3)上の窒化物半導体層20の表面に窪みが形成された状態にすることができる。その結果、容易に、クラックの発生を抑制することができる。   In the first embodiment, the recess 2 (digging region 3) is filled with the nitride semiconductor layer 20 by using the n-type GaN substrate 10 having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane. Can be difficult. As a result, a recess can be easily formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 on the recess 2 (digging region 3). As a result, the occurrence of cracks can be easily suppressed.

このように、第1実施形態では、発光効率を大幅に向上させることができるので、素子特性および信頼性を向上させることができる。これにより、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。また、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、1枚のウェハから得られる良品の数を増やすことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。さらに、ダークラインの発生を抑制することによっても、素子特性のバラツキを低減することができるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができる。このため、これによっても、歩留まりを向上させることができる。   As described above, in the first embodiment, since the light emission efficiency can be greatly improved, the element characteristics and the reliability can be improved. Thereby, a highly reliable nitride semiconductor laser device having excellent device characteristics can be obtained. Moreover, since generation | occurrence | production of a crack can be suppressed effectively, the number of the good products obtained from one wafer can be increased. Thereby, a yield can be improved. Further, by suppressing the occurrence of cracks, the reliability of the element can be improved and the element characteristics can be improved. Further, by suppressing the occurrence of dark lines, variation in element characteristics can be reduced, and the number of elements having characteristics within the standard range can be increased. For this reason, the yield can be improved also by this.

また、第1実施形態では、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20に、凹部2(掘り込み領域3)に近づくにしたがって層厚が傾斜的に(徐々に)減少する層厚傾斜領域5を形成することによって、窒化物半導体層20で生じた歪みを、この層厚傾斜領域5でも緩和することができる。このため、窒化物半導体層20の表面に形成される窪み35と、非掘り込み領域3上の窒化物半導体層20に形成される層厚傾斜領域5とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができる。これにより、光閉じ込めを良好に行うためにAlの組成比が高いn型クラッド層21を形成した場合でも、クラックをほとんど発生させることなく容易に形成することができる。また、上記層厚傾斜領域5によって、活性層23の歪みを有効に緩和することができるので、ダークラインが発生するのをより効果的に抑制することができる。なお、上記のような高いクラック抑制効果が得られる理由としては、層厚傾斜領域は、そもそも層厚が薄いため、層厚傾斜領域自体、内包する歪みが少ないこと、および、層厚が徐々に(傾斜的に)変化しているために歪みが段階的に緩和されることにより、より高い歪み緩和効果が得られるためであると考えられる。   In the first embodiment, the nitride semiconductor layer 20 on the non-dig region 4 has a layer thickness gradient region in which the layer thickness is gradually (gradually) decreased as it approaches the recess 2 (dig region 3). By forming 5, the strain generated in the nitride semiconductor layer 20 can be relaxed also in the layer thickness gradient region 5. For this reason, due to the two strain relaxation effects due to the depression 35 formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 and the layer thickness gradient region 5 formed in the nitride semiconductor layer 20 on the non-dig region 3, A high crack suppression effect can be obtained. Thereby, even when the n-type cladding layer 21 having a high Al composition ratio is formed in order to perform light confinement satisfactorily, it can be easily formed with almost no cracks. Further, since the strain of the active layer 23 can be effectively relieved by the layer thickness gradient region 5, it is possible to more effectively suppress the occurrence of dark lines. The reason why the above-described high crack suppression effect is obtained is that the layer thickness gradient region is originally thin, so that the layer thickness gradient region itself has less internal strain, and the layer thickness gradually increases. This is considered to be because a higher strain relaxation effect can be obtained when the strain is relaxed stepwise because it changes (inclined).

また、第1実施形態では、上記のように構成することによって、窒化物半導体層20における発光部形成領域6の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、素子特性のバラツキを低減することができる。このため、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができるので、これによっても、歩留まりを向上させることができる。また、表面モフォロジーを向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることもできる。   In the first embodiment, since the surface morphology of the light emitting portion forming region 6 in the nitride semiconductor layer 20 can be made very good by configuring as described above, variation in element characteristics can be reduced. Can do. For this reason, since the number of elements having characteristics within the standard range can be increased, the yield can also be improved. In addition, device characteristics and reliability can be improved by improving the surface morphology.

また、第1実施形態では、凹部2(掘り込み領域3)を、平面的に見て、c軸[0001]方向と平行方向に延びるように形成することによって、上記層厚傾斜領域5を容易に形成することができるので、容易に、高い歪み緩和効果を得ることができる。   Further, in the first embodiment, the layer thickness inclined region 5 can be easily formed by forming the concave portion 2 (digging region 3) so as to extend in a direction parallel to the c-axis [0001] direction as viewed in a plan view. Therefore, it is possible to easily obtain a high strain relaxation effect.

また、第1実施形態では、n型GaN基板10におけるa軸方向のオフ角度の絶対値を0.1度より大きくすることによって、ダークラインの発生を抑制しながら、EL発光パターンの輝点状化および面内の波長ムラを容易に抑制することができる。   In the first embodiment, the absolute value of the off angle in the a-axis direction in the n-type GaN substrate 10 is made larger than 0.1 degrees, thereby suppressing the occurrence of dark lines and the bright spot shape of the EL light emission pattern. And in-plane wavelength variation can be easily suppressed.

なお、n型GaN基板10の成長主面10aがm面に対してc軸方向にもオフ角度を有する場合には、a軸方向のオフ角度をc軸方向のオフ角度より大きくすることによって、EL発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、c軸方向のオフ角度が大きくなり過ぎることに起因して、輝点状発光の抑制効果が低減されるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、容易に、発光効率を向上させることができる。また、この場合、c軸方向のオフ角度を±0.1度より大きい角度とすることによって、c軸方向のオフ角度が±0.1度より小さくなることに起因して、成長主面10a上に成長された窒化物半導体層20の厚みがバラツクという不都合が生じるのを抑制することができる。   When the growth principal surface 10a of the n-type GaN substrate 10 also has an off-angle in the c-axis direction with respect to the m-plane, the off-angle in the a-axis direction is made larger than the off-angle in the c-axis direction, It is possible to effectively suppress the formation of bright spots in the EL light emission pattern. That is, by configuring in this way, it is possible to suppress the inconvenience that the effect of suppressing bright spot light emission is reduced due to an excessively large off angle in the c-axis direction. Thereby, luminous efficiency can be improved easily. Further, in this case, by setting the off angle in the c-axis direction to an angle larger than ± 0.1 degrees, the growth principal surface 10a is caused by the off-angle in the c-axis direction being smaller than ± 0.1 degrees. It is possible to suppress the inconvenience that the thickness of the nitride semiconductor layer 20 grown thereon varies.

また、n型GaN基板10におけるa軸方向のオフ角度の絶対値を0.5度以上とすれば、a軸方向のオフ角度の絶対値が0.5度より小さくなることに起因して、層厚傾斜領域5が大きくなりすぎるという不都合が生じるのを抑制することができるとともに、層厚傾斜領域5によるクラック抑制効果(歪み緩和効果)が低減するという不都合が生じるのを効果的に抑制することができる。   Further, if the absolute value of the off angle in the a-axis direction in the n-type GaN substrate 10 is 0.5 degrees or more, the absolute value of the off angle in the a-axis direction is smaller than 0.5 degrees, It is possible to suppress the inconvenience that the layer thickness gradient region 5 becomes too large, and to effectively suppress the occurrence of the disadvantage that the crack suppression effect (distortion relaxation effect) by the layer thickness gradient region 5 is reduced. be able to.

また、第1実施形態では、窒化物半導体レーザ素子100の活性層23を、DQW構造に構成することによって、駆動電圧を容易に低減することができる。このため、これによっても、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、活性層23をDQW構造に構成した場合でも、EL発光パターンの輝点状発光およびダークラインの発生を抑制することができる。   In the first embodiment, the drive voltage can be easily reduced by configuring the active layer 23 of the nitride semiconductor laser element 100 in the DQW structure. For this reason, the device characteristics and reliability can be improved also by this. Even when the active layer 23 has a DQW structure, it is possible to suppress the emission of bright spots and dark lines in the EL emission pattern.

また、第1実施形態では、p型AlyGa1-yNからなるキャリアブロック層24のAl組成比yを0.08以上0.35以下に構成することによって、キャリア(電子)に対して十分に高いエネルギー障壁を形成することができるので、活性層23に注入されたキャリアがp型半導体層へ流入するのをより効果的に防ぐことができる。これにより、EL発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。また、キャリアブロック層24のAl組成比yを0.35以下とすることによって、Al組成比yが大きくなり過ぎることに起因するキャリアブロック層24の高抵抗化を抑制することができる。なお、井戸層23aのIn組成比x1が大きな領域(x1≧0.15)では、活性層23上に形成されるキャリアブロック層24のAl組成比yが0.08以上になると、キャリアブロック層24を良好に成長させることが非常に難しくなる。それは、井戸層23aのIn濃度が増大するにしたがい、活性層23の表面の平坦性が悪化し、Al組成比yの高い層を結晶性よく成膜するのが困難になるためである。しかしながら、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面10aとするn型GaN基板10を用いれば、活性層23(井戸層23a)のIn組成比x1が0.15以上0.45以下の場合でも、その活性層23上に、Al組成比yが0.08以上0.35以下であるキャリアブロック層24を結晶性よく形成することができる。これにより、EL発光パターンの輝点状化を効果的に抑制して、EL発光パターンを均一化することができる。 In the first embodiment, the Al composition ratio y of the carrier block layer 24 made of p-type Al y Ga 1-y N is configured to be 0.08 or more and 0.35 or less, so that the carrier (electrons) can be reduced. Since a sufficiently high energy barrier can be formed, it is possible to more effectively prevent carriers injected into the active layer 23 from flowing into the p-type semiconductor layer. Thereby, it is possible to effectively suppress the formation of bright spots in the EL light emission pattern. Further, by setting the Al composition ratio y of the carrier block layer 24 to 0.35 or less, it is possible to suppress the increase in resistance of the carrier block layer 24 due to the Al composition ratio y becoming too large. In the region where the In composition ratio x1 of the well layer 23a is large (x1 ≧ 0.15), when the Al composition ratio y of the carrier block layer 24 formed on the active layer 23 is 0.08 or more, the carrier block layer It becomes very difficult to grow 24 well. This is because as the In concentration of the well layer 23a increases, the surface flatness of the active layer 23 deteriorates, and it becomes difficult to form a layer having a high Al composition ratio y with good crystallinity. However, if the n-type GaN substrate 10 having a growth main surface 10a with an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is used, the In composition ratio x1 of the active layer 23 (well layer 23a) is 0.15 or more. Even in the case of 0.45 or less, the carrier block layer 24 having an Al composition ratio y of 0.08 or more and 0.35 or less can be formed on the active layer 23 with good crystallinity. Thereby, it is possible to effectively suppress brightening of the EL light emission pattern and make the EL light emission pattern uniform.

なお、キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の障壁層23b(たとえば第1実施形態では第3障壁層233b)はAlとInとを含む窒化物半導体から構成されていればより好ましい。キャリアブロック層24は、障壁層23bより大きなAl組成比で形成されるため、キャリアブロック層24からの応力が井戸層23aにかかる。このため、キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の障壁層23bを、Inを含むように構成することで、応力を緩和することができる。また、キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の障壁層23bは、AlInGaNを一部に含むように構成することもできる。さらに、キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の障壁層23bは、AlGaN/AlInGaN、AlInGaN/AlGaN、AlInGaN/InGaNの2層構造、AlInGaN/AlGaN/AlInGaN、AlInGaN/InGaN/AlInGaN、AlGaN/InGaN/AlGaNなどの多層構造としてもよい。また、キャリアブロック層24と井戸層23aとの間の障壁層23bは、上記応力緩和の観点から、InGaNであってもよい。このように障壁層23bを形成することで、ダークラインの発生を効果的に抑制することができる。   It is more preferable that the barrier layer 23b (for example, the third barrier layer 233b in the first embodiment) between the carrier block layer 24 and the well layer 23a is made of a nitride semiconductor containing Al and In. Since the carrier block layer 24 is formed with a larger Al composition ratio than the barrier layer 23b, the stress from the carrier block layer 24 is applied to the well layer 23a. For this reason, stress can be relieved by configuring the barrier layer 23b between the carrier block layer 24 and the well layer 23a so as to contain In. Further, the barrier layer 23b between the carrier block layer 24 and the well layer 23a can be configured to include AlInGaN in part. Further, the barrier layer 23b between the carrier block layer 24 and the well layer 23a has a two-layer structure of AlGaN / AlInGaN, AlInGaN / AlGaN, AlInGaN / InGaN, AlInGaN / AlGaN / AlInGaN, AlInGaN / InGaN / AlInGaN, AlGaN / InGaN. A multilayer structure such as / AlGaN may be used. The barrier layer 23b between the carrier block layer 24 and the well layer 23a may be InGaN from the viewpoint of stress relaxation. By forming the barrier layer 23b in this way, the generation of dark lines can be effectively suppressed.

ここで、障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体から構成することによって得られるダークライン発生抑制効果と、m面に対してa軸方向にオフ角度を設けた面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることで得られる輝点状発光抑制効果とは、まったく異なる効果である。すなわち、障壁層にAlとInとを含む窒化物半導体層を用いる場合、m面などの無極性面であれば効果がある。一方、InGaNからなる障壁層を用いた場合でも、オフ角度をa軸方向に設けることで、発光パターンの輝点状化を抑制することが可能となる。   Here, a dark line generation suppression effect obtained by configuring the barrier layer from a nitride semiconductor containing Al and In, and a surface provided with an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is a growth main surface. This effect is completely different from the bright spot-like light emission suppressing effect obtained by using the nitride semiconductor substrate. That is, when a nitride semiconductor layer containing Al and In is used for the barrier layer, a nonpolar surface such as an m-plane is effective. On the other hand, even when a barrier layer made of InGaN is used, it is possible to suppress the formation of luminescent spots in the light emission pattern by providing the off angle in the a-axis direction.

しかしながら、a軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板上にAlとInとを含む窒化物半導体層を成膜すると結晶性などが向上するという効果が得られるため、a軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用い、障壁層にAlとInとを含む窒化物半導体層を用いた場合、障壁層の結晶性が向上する。このように、両方を組み合わせれば、相乗効果が得られるため、より好ましい。もちろん、a軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用い、障壁層にAlとInとを含む窒化物半導体層を用いれば、ダークラインの発生を抑制することができることに加えて、輝点状発光の抑制も可能となる。   However, when a nitride semiconductor layer containing Al and In is formed on a nitride semiconductor substrate having an off angle in the a-axis direction, the effect of improving crystallinity is obtained. In the case where the nitride semiconductor substrate including the nitride semiconductor substrate including Al and In is used for the barrier layer, the crystallinity of the barrier layer is improved. Thus, it is more preferable to combine both because a synergistic effect is obtained. Of course, if a nitride semiconductor substrate having an off-angle in the a-axis direction is used and a nitride semiconductor layer containing Al and In is used for the barrier layer, the generation of dark lines can be suppressed. It is also possible to suppress the light emission.

また、障壁層にAlとInとを含む窒化物半導体層を用いる場合に、掘り込み領域を形成したm面基板などの無極性基板を用いることによって、活性層にかかる歪みを有効に緩和することができる。これにより、ダークラインの発生やダークラインの拡大を効果的に抑制することができる。   In addition, when a nitride semiconductor layer containing Al and In is used for the barrier layer, the distortion applied to the active layer can be effectively reduced by using a nonpolar substrate such as an m-plane substrate in which a dug region is formed. Can do. Thereby, generation | occurrence | production of a dark line and expansion of a dark line can be suppressed effectively.

また、a軸方向にオフ角度を有するm面基板に掘り込み領域を形成することにより、層厚傾斜領域を形成することができるので、この層厚傾斜領域により、より効果的にクラックの発生を抑制することができる。もちろん、EL発光パターンの輝点状発光抑制効果も得られる。   In addition, since a layer thickness gradient region can be formed by forming a dug region in an m-plane substrate having an off angle in the a-axis direction, crack generation can be more effectively generated by this layer thickness gradient region. Can be suppressed. Of course, the bright spot-like light emission suppression effect of the EL light emission pattern can also be obtained.

さらに、a軸方向にオフ角度を有するm面基板に掘り込み領域を形成し、この基板を用いて発光素子を形成する際に、活性層の障壁層をAlとInとを含む窒化物半導体から構成することによって、ダークラインの発生抑制効果、輝点状発光の抑制効果およびクラックの発生抑制効果を得ることができる。このため、ダークラインが発生したり、ダークラインが拡大したりするのをさらに効果的に抑制することができるためより好ましい。   Furthermore, when a digging region is formed in an m-plane substrate having an off-angle in the a-axis direction and a light emitting element is formed using this substrate, the barrier layer of the active layer is made of a nitride semiconductor containing Al and In. By configuring, it is possible to obtain the effect of suppressing the generation of dark lines, the effect of suppressing bright spot light emission, and the effect of suppressing the generation of cracks. For this reason, since it can suppress more effectively that a dark line generate | occur | produces or a dark line expands, it is more preferable.

図15〜図32は、本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。次に、図1、図7〜図10および図14〜図32を参照して、本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子100の製造方法について説明する。   15 to 32 are views for explaining a method of manufacturing the nitride semiconductor laser element according to the first embodiment of the present invention. A method for manufacturing the nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 1, 7 to 10 and FIGS.

まず、m面に対してオフ角度を有する面を成長主面10aとするn型GaN基板10を準備する。このn型GaN基板10は、たとえば、c面(0001)を主面とするGaNバルク結晶から切り出した基板を種基板とし、この種基板上にGaN結晶を成長させることによって作製される。具体的には、図15に示すように、下地基板300上にSiO2からなる保護膜(図示せず)を部分的に形成した後、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などのエピタキシャル成長法を用いて、下地基板300上に保護膜の上からGaNバルク結晶を成長させる。これにより、保護膜が形成されていない部分から成長が開始し、保護膜上部でGaN結晶の横方向の成長が生じる。そして、横方向に成長したGaN結晶同士が保護膜上で接合して成長を続け、下地基板300上にGaN結晶層400aが形成される。このGaN結晶層400aは、下地基板300を除去した後にも自立して取り扱いが可能なように、十分に厚く形成する。次に、形成されたGaN結晶層400aから、たとえば、エッチングなどによって、下地基板300を除去する。これにより、図16に示すように、c面(0001)を主面とするGaNバルク結晶400が得られる。なお、下地基板300としては、たとえば、GaAs基板、サファイア基板、ZnO基板、SiC基板、GaN基板などを用いることが可能である。また、GaNバルク結晶400の厚みSは、たとえば、約3mmとすることができる。 First, an n-type GaN substrate 10 having a growth main surface 10a as a surface having an off angle with respect to the m-plane is prepared. The n-type GaN substrate 10 is produced, for example, by growing a GaN crystal on a seed substrate that is a substrate cut from a GaN bulk crystal having a c-plane (0001) as a main surface. Specifically, as shown in FIG. 15, after a protective film (not shown) made of SiO 2 is partially formed on the base substrate 300, an epitaxial growth method such as MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) is performed. Then, a GaN bulk crystal is grown on the base substrate 300 from above the protective film. As a result, growth starts from a portion where the protective film is not formed, and lateral growth of the GaN crystal occurs on the protective film. Then, the GaN crystals grown in the lateral direction are joined together on the protective film and continue to grow, and the GaN crystal layer 400 a is formed on the base substrate 300. The GaN crystal layer 400a is formed to be sufficiently thick so that it can be handled independently even after the base substrate 300 is removed. Next, the base substrate 300 is removed from the formed GaN crystal layer 400a by, for example, etching. Thereby, as shown in FIG. 16, a GaN bulk crystal 400 having a c-plane (0001) as a main surface is obtained. As the base substrate 300, for example, a GaAs substrate, sapphire substrate, ZnO substrate, SiC substrate, GaN substrate, or the like can be used. The thickness S of the GaN bulk crystal 400 can be set to about 3 mm, for example.

次に、得られたGaNバルク結晶400の両主面である(0001)面および(000−1)面を、研削および研磨加工することにより、両主面の平均粗さRaを5nmとする。この平均粗さRaは、JIS B 0601に規定する算術平均粗さRaであり、AFM(原子間力顕微鏡)によって測定することができる。   Next, by grinding and polishing the (0001) plane and the (000-1) plane, which are both main surfaces of the obtained GaN bulk crystal 400, the average roughness Ra of both main surfaces is set to 5 nm. This average roughness Ra is an arithmetic average roughness Ra specified in JIS B 0601, and can be measured by an AFM (atomic force microscope).

次に、GaNバルク結晶400を、[1−100]方向と垂直な複数の面でスライスすることにより、m面{1−100}を主面とする複数のGaN結晶基板410を厚みT(たとえば、1mm)(幅S:3mm)で切り出す。そして、切り出したGaN結晶基板410の研削および研磨加工が施されていない4面を研削および研磨加工することにより、これら4面の平均粗さRaを5nmとする。その後、図17および図18に示すように、複数のGaN結晶基板410において、その主面が互いに平行となるようにするとともに、それらGaN結晶基板410の[0001]方向が同一となるようして、互いに隣接させて配置する。   Next, by slicing the GaN bulk crystal 400 with a plurality of planes perpendicular to the [1-100] direction, a plurality of GaN crystal substrates 410 having the m-plane {1-100} as the main surface are formed with a thickness T (for example, 1 mm) (width S: 3 mm). Then, by grinding and polishing the four surfaces of the cut GaN crystal substrate 410 that have not been ground and polished, the average roughness Ra of these four surfaces is set to 5 nm. Thereafter, as shown in FIGS. 17 and 18, in the plurality of GaN crystal substrates 410, the principal surfaces are made parallel to each other, and the [0001] directions of the GaN crystal substrates 410 are made the same. , Arranged adjacent to each other.

続いて、図19に示すように、互いに隣接させて配置した複数のGaN結晶基板410を種基板として、これらGaN結晶基板410のm面{1−100}上に、HVPE法などのエピタキシャル成長法を用いて、GaN結晶を成長させる。これにより、m面を成長主面とするn型GaN基板1が得られる。次に、得られたn型GaN基板1の主面を化学的機械的研磨処理によって研磨することにより、a軸方向のオフ角度およびc軸方向のオフ角度を独立して制御し、m面に対するa軸方向のオフ角度およびc軸方向のオフ角度を所望のオフ角度とする。このオフ角度は、X線回折法により測定することができる。これにより、m面に対してオフ角度を有する面を成長主面とするn型GaN基板10が得られる。   Subsequently, as shown in FIG. 19, a plurality of GaN crystal substrates 410 arranged adjacent to each other are used as seed substrates, and an epitaxial growth method such as an HVPE method is performed on the m-plane {1-100} of these GaN crystal substrates 410. Use to grow GaN crystals. Thereby, the n-type GaN substrate 1 having the m-plane as the growth main surface is obtained. Next, by polishing the main surface of the obtained n-type GaN substrate 1 by chemical mechanical polishing, the off-angle in the a-axis direction and the off-angle in the c-axis direction are independently controlled, and the The off angle in the a-axis direction and the off angle in the c-axis direction are set as desired off angles. This off angle can be measured by an X-ray diffraction method. Thereby, the n-type GaN substrate 10 having a growth main surface as a surface having an off angle with respect to the m-plane is obtained.

なお、上記n型GaN基板10の作製において、オフ角度が大きい基板を作製する場合には、GaNバルク結晶400から複数のGaN結晶基板410を切り出す際に、GaN結晶基板410の主面がm面{1−100}面に対して所望のオフ角度を有するように、[1−100]方向に対して所定の切り出し角度で切り出してもよい。このようにすれば、GaN結晶基板410の主面がm面{1−100}面に対して所望のオフ角度を有する面となるため、その主面上に形成されるn型GaN基板1(10)の主面(成長主面)もm面{1−100}面に対して所望のオフ角度を有する面となる。   In the production of the n-type GaN substrate 10, when producing a substrate with a large off-angle, when cutting a plurality of GaN crystal substrates 410 from the GaN bulk crystal 400, the main surface of the GaN crystal substrate 410 is an m-plane. You may cut out with a predetermined cut-off angle with respect to the [1-100] direction so that it may have a desired off angle with respect to the {1-100} plane. In this way, the main surface of the GaN crystal substrate 410 becomes a surface having a desired off angle with respect to the m-plane {1-100} plane, so that the n-type GaN substrate 1 ( The main surface (growth main surface) of 10) is also a surface having a desired off angle with respect to the m-plane {1-100} plane.

また、GaNバルク結晶400(図16参照)から切り出したGaN結晶基板410の主面を化学的機械的研磨処理によって研磨することにより、このGaN結晶基板410を、n型GaN基板10として用いることもできる。この場合、GaN結晶基板410の幅Sは、3mm以上とすることもできる。   Further, the GaN crystal substrate 410 may be used as the n-type GaN substrate 10 by polishing the main surface of the GaN crystal substrate 410 cut out from the GaN bulk crystal 400 (see FIG. 16) by chemical mechanical polishing treatment. it can. In this case, the width S of the GaN crystal substrate 410 may be 3 mm or more.

ここで、第1実施形態では、上記n型GaN基板10におけるa軸方向のオフ角度を、0.1度より大きい角度となるように調整する。なお、c軸方向にもオフ角度を設ける場合には、c軸方向のオフ角度は、±0.1度より大きい角度となるように調整するのが好ましい。また、c軸方向のオフ角度は、a軸方向のオフ角度より小さい角度に調整するのが好ましい。   Here, in the first embodiment, the off angle in the a-axis direction of the n-type GaN substrate 10 is adjusted to be an angle larger than 0.1 degrees. In the case where an off angle is also provided in the c-axis direction, it is preferable to adjust the off angle in the c-axis direction to be an angle larger than ± 0.1 degrees. Further, the off angle in the c-axis direction is preferably adjusted to be smaller than the off-angle in the a-axis direction.

次に、図20に示すように、得られたn型GaN基板10の上面(成長主面10a)全面に、スパッタ法などを用いて、約1μmの厚みを有するSiO2層420を形成する。次に、図21に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、SiO2層420上に、レジストパターンとしての開口部430aを有するレジスト層430を形成する。そして、図22に示すように、RIE(Reactive Ion Etching)などのドライエッチング技術を用いて、レジスト層430をマスクとしてSiO2層420をエッチングすることにより、SiO2層420の所定領域を選択的に除去する。その後、レジスト剥離液や有機溶剤(たとえば、アセトン、エタノールなど)を用いてレジスト層430を除去する。なお、レジスト層430を除去せずに、そのまま、次の工程を行ってもよい。 Next, as shown in FIG. 20, a SiO 2 layer 420 having a thickness of about 1 μm is formed on the entire top surface (growth main surface 10a) of the obtained n-type GaN substrate 10 by using a sputtering method or the like. Next, as illustrated in FIG. 21, a resist layer 430 having an opening 430 a as a resist pattern is formed on the SiO 2 layer 420 by using a photolithography technique. Then, as shown in FIG. 22, by using a dry etching technique such as RIE (Reactive Ion Etching), the SiO 2 layer 420 is etched by using the resist layer 430 as a mask, so that a predetermined region of the SiO 2 layer 420 is selectively selected. To remove. Thereafter, the resist layer 430 is removed using a resist stripping solution or an organic solvent (for example, acetone, ethanol, etc.). Note that the next step may be performed as it is without removing the resist layer 430.

続いて、図23に示すように、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)法、または、RIE法などを用いて、SiO2層420をマスクとして、n型GaN基板10をエッチングすることにより、n型GaN基板10の所定領域を選択的に除去する。このとき、n型GaN基板10のエッチング深さfが、約5μmとなるように、エッチング条件を調節する。これにより、n型GaN基板10に上記した凹部2(掘り込み領域3)がc軸方向と平行方向に延びるように形成される。なお、凹部2の側面部2bは、エッチング条件等を調節することにより、その傾斜角γが90度より大きい所定の角度となるように形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 23, by using the ICP (Inductively Coupled Plasma) method, the RIE method, or the like, the n-type GaN substrate 10 is etched using the SiO 2 layer 420 as a mask. The predetermined region of the n-type GaN substrate 10 is selectively removed. At this time, the etching conditions are adjusted so that the etching depth f of the n-type GaN substrate 10 is about 5 μm. Thereby, the above-described recess 2 (digging region 3) is formed in the n-type GaN substrate 10 so as to extend in a direction parallel to the c-axis direction. The side surface 2b of the recess 2 is formed so that the inclination angle γ becomes a predetermined angle larger than 90 degrees by adjusting the etching conditions and the like.

その後、図24に示すように、HF(フッ化水素)などのエッチャントを用いて、SiO2層420(図23参照)を除去する。 Thereafter, as shown in FIG. 24, the SiO 2 layer 420 (see FIG. 23) is removed using an etchant such as HF (hydrogen fluoride).

次に、図25に示すように、上記のように加工されたn型GaN基板10(加工基板)の成長主面10a上に、MOCVD法などのエピタキシャル成長法を用いて、窒化物半導体各層21〜27を成長させる。具体的には、n型GaN基板10の成長主面10a上に、約2.2μmの厚みを有するn型Al0.06Ga0.94Nからなるn型クラッド層21、約0.2μmの厚みを有するn型In0.02Ga0.98Nからなるn型ガイド層22、および活性層23を順次成長させる。なお、活性層23を成長させる際には、図14に示したように、InGaN(Inx1Ga1-x1N)からなる2つの井戸層23aと、AlInGaN(AlsIntGauN(s+t+u=1))からなる3つの障壁層23bとを交互に成長させる。具体的には、n型ガイド層22上に、下層から上層に向かって、約30nmの厚みを有する第1障壁層231b、約3nm〜約4nmの厚みを有する第1井戸層231a、約16nmの厚みを有する第2障壁層232b、約3nm〜約4nmの厚みを有する第2井戸層232aおよび約60nmの厚みを有する第3障壁層233bを順次成長させる。これにより、n型ガイド層22上に、2つの井戸層23aと3つの障壁層23bとからなるDQW構造を有する活性層23が形成される。このとき、井戸層23aは、そのIn組成比x1が0.15以上0.45以下(たとえば、0.2〜0.25)となるように構成する。一方、障壁層23bは、そのAl組成比sが、たとえば、0<s≦0.08、そのIn組成比tが、たとえば、0<t≦0.10となるように構成する。 Next, as shown in FIG. 25, each of the nitride semiconductor layers 21 to 21 is formed on the main growth surface 10a of the n-type GaN substrate 10 (processed substrate) processed as described above using an epitaxial growth method such as MOCVD. Grow 27. Specifically, an n-type cladding layer 21 made of n-type Al 0.06 Ga 0.94 N having a thickness of about 2.2 μm and an n-type having a thickness of about 0.2 μm are formed on the main growth surface 10 a of the n-type GaN substrate 10. An n-type guide layer 22 made of type In 0.02 Ga 0.98 N and an active layer 23 are successively grown. When the active layer 23 is grown, as shown in FIG. 14, two well layers 23a made of InGaN (In x1 Ga 1-x1 N) and AlInGaN (Al s In t Ga u N (s + t + u) = 1)) and the three barrier layers 23b are alternately grown. Specifically, a first barrier layer 231b having a thickness of about 30 nm, a first well layer 231a having a thickness of about 3 nm to about 4 nm, and a thickness of about 16 nm on the n-type guide layer 22 from the lower layer to the upper layer. A second barrier layer 232b having a thickness, a second well layer 232a having a thickness of about 3 nm to about 4 nm, and a third barrier layer 233b having a thickness of about 60 nm are sequentially grown. As a result, an active layer 23 having a DQW structure composed of two well layers 23 a and three barrier layers 23 b is formed on the n-type guide layer 22. At this time, the well layer 23a is configured such that its In composition ratio x1 is not less than 0.15 and not more than 0.45 (for example, 0.2 to 0.25). On the other hand, the barrier layer 23b is configured such that its Al composition ratio s is, for example, 0 <s ≦ 0.08, and its In composition ratio t is, for example, 0 <t ≦ 0.10.

次に、図25に示すように、活性層23上に、p型AlyGa1-yNからなるキャリアブロック層24、約0.05μmの厚みを有するp型In0.02Ga0.98Nからなるp型ガイド層25、約0.5μmの厚みを有するp型Al0.06Ga0.94Nからなるp型クラッド層26および約0.1μmの厚みを有するp型GaNからなるp型コンタクト層27を順次成長させる。この際、キャリアブロック層24は、その厚みが40nm以下(たとえば、約12nm)となるように形成するのが好ましい。また、キャリアブロック層24は、そのAl組成比yが0.08以上0.35以下(たとえば、約0.15)となるように構成する。なお、n型窒化物半導体層20a(n型クラッド層21およびn型ガイド層22)には、n型不純物として、たとえば、Siをドープし、p型窒化物半導体層20b(キャリアブロック層24、p型ガイド層25、p型クラッド層26およびp型コンタクト層27)には、p型不純物として、たとえば、Mgをドープする。 Next, as shown in FIG. 25, on the active layer 23, a carrier block layer 24 made of p-type Al y Ga 1-y N, and p-type made of p-type In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of about 0.05 μm. A p-type cladding layer 26 made of p-type Al 0.06 Ga 0.94 N having a thickness of about 0.5 μm and a p-type contact layer 27 made of p-type GaN having a thickness of about 0.1 μm are sequentially grown. . At this time, the carrier block layer 24 is preferably formed so as to have a thickness of 40 nm or less (for example, about 12 nm). The carrier block layer 24 is configured such that the Al composition ratio y is 0.08 or more and 0.35 or less (for example, about 0.15). The n-type nitride semiconductor layer 20a (n-type cladding layer 21 and n-type guide layer 22) is doped with, for example, Si as an n-type impurity, and the p-type nitride semiconductor layer 20b (carrier block layer 24, The p-type guide layer 25, the p-type cladding layer 26 and the p-type contact layer 27) are doped with, for example, Mg as a p-type impurity.

また、第1実施形態では、n型窒化物半導体層20aは、900℃以上であって、1300℃より低い成長温度(たとえば、1075℃)で形成する。また、活性層23の井戸層23aは、600℃以上770℃以下の成長温度(たとえば、700℃)で形成する。井戸層23aに接する障壁層23bは、井戸層23aと同じ成長温度(たとえば、700℃)で形成してもよい。Alを含む窒化物半導体層である障壁層23bは、井戸層23aより高い温度で形成することもできる。障壁層23bの成長温度としては、600℃以上900℃以下が好ましい。さらに、p型窒化物半導体層20bは、700℃以上であって、900℃より低い成長温度(たとえば、880℃)で形成する。なお、n型窒化物半導体層20aの成長温度は、900℃以上1300未満が好ましく、1000℃以上1300未満であればより好ましい。また、活性層23の井戸層23aの成長温度は、600℃以上830℃以下が好ましく、井戸層23aのIn組成比x1が0.15以上の場合には、600℃以上770℃以下が好ましい。630℃以上740℃以下であればより好ましい。また、活性層23の障壁層23bの成長温度は、井戸層23aと同じ温度か、井戸層23aより高い温度が好ましい。さらに、p型窒化物半導体層20bの成長温度は、700℃以上900℃未満が好ましく、700℃以上880℃以下であればより好ましい。もちろん、900℃以上の温度でp型窒化物半導体層20bを形成してもp型伝導が得られるため、p型窒化物半導体層20bを900℃以上の温度で形成してもよい。   In the first embodiment, the n-type nitride semiconductor layer 20a is formed at a growth temperature of 900 ° C. or higher and lower than 1300 ° C. (for example, 1075 ° C.). The well layer 23a of the active layer 23 is formed at a growth temperature (for example, 700 ° C.) of 600 ° C. or more and 770 ° C. or less. The barrier layer 23b in contact with the well layer 23a may be formed at the same growth temperature (for example, 700 ° C.) as the well layer 23a. The barrier layer 23b, which is a nitride semiconductor layer containing Al, can also be formed at a temperature higher than that of the well layer 23a. The growth temperature of the barrier layer 23b is preferably 600 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. Further, the p-type nitride semiconductor layer 20b is formed at a growth temperature of 700 ° C. or higher and lower than 900 ° C. (for example, 880 ° C.). The growth temperature of n-type nitride semiconductor layer 20a is preferably 900 ° C. or higher and lower than 1300, and more preferably 1000 ° C. or higher and lower than 1300. The growth temperature of the well layer 23a of the active layer 23 is preferably 600 ° C. or higher and 830 ° C. or lower. When the In composition ratio x1 of the well layer 23a is 0.15 or higher, 600 ° C. or higher and 770 ° C. or lower is preferable. More preferably, it is 630 ° C. or higher and 740 ° C. or lower. The growth temperature of the barrier layer 23b of the active layer 23 is preferably the same temperature as the well layer 23a or higher than the well layer 23a. Furthermore, the growth temperature of the p-type nitride semiconductor layer 20b is preferably 700 ° C. or higher and lower than 900 ° C., more preferably 700 ° C. or higher and 880 ° C. or lower. Of course, since p-type conduction can be obtained even if the p-type nitride semiconductor layer 20b is formed at a temperature of 900 ° C. or higher, the p-type nitride semiconductor layer 20b may be formed at a temperature of 900 ° C. or higher.

なお、これらの窒化物半導体の成長原料としては、たとえば、Gaの原料としてトリメチルガリウム((CH33Ga:TMGa)を、Alの原料としてトリメチルアルミニウム((CH33Al:TMAl)を、Inの原料としてトリメチルインジウム((CH33In:TMIn)を、Nの原料としてNH3を用いることができる。また、キャリアガスとしては、たとえば、H2を用いることができる。ドーパントについては、n型ドーパント(n型不純物)としては、たとえば、モノシラン(SiH4)を用いることができ、p型ドーパント(p型不純物)としては、たとえば、シクロペンタジエニルマグネシウム(CP2Mg)を用いることができる。 As the growth material for these nitride semiconductor, for example, trimethyl gallium as a raw material of Ga: a ((CH 3) 3 Ga TMGa ), trimethyl aluminum as a raw material for Al: a ((CH 3) 3 Al TMAl ) Trimethylindium ((CH 3 ) 3 In: TMIn) can be used as the In source and NH 3 can be used as the N source. As the carrier gas, for example, H 2 can be used. As for the dopant, for example, monosilane (SiH 4 ) can be used as the n-type dopant (n-type impurity), and as the p-type dopant (p-type impurity), for example, cyclopentadienyl magnesium (CP 2 Mg). ) Can be used.

ここで、第1実施形態では、図1に示したように、n型GaN基板10の成長主面10aが、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面から構成されているため、凹部2内が窒化物半導体層20で埋め込まれにくくなっている。このため、n型GaN基板10上に窒化物半導体層20を形成した際に、凹部2(掘り込み領域3)上の窒化物半導体層20の表面(窒化物半導体層20を構成する各層の表面)に容易に窪み35が形成された状態となる。そして、この窪み35によって、n型GaN基板10との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層20の歪みが緩和される。   Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the growth main surface 10 a of the n-type GaN substrate 10 is composed of a surface having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane. The recess 2 is less likely to be filled with the nitride semiconductor layer 20. Therefore, when the nitride semiconductor layer 20 is formed on the n-type GaN substrate 10, the surface of the nitride semiconductor layer 20 on the recess 2 (digging region 3) (the surface of each layer constituting the nitride semiconductor layer 20). ), The recess 35 is easily formed. The recesses 35 alleviate distortion of the nitride semiconductor layer 20 caused by lattice mismatch with the n-type GaN substrate 10.

また、第1実施形態では、図7および図8に示したように、上記n型GaN基板10の成長主面10a上に窒化物半導体層20が形成されることによって、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20に、凹部2(掘り込み領域3)に近づくにしたがって層厚が傾斜的に(徐々に)減少する層厚傾斜領域5が形成される。この層厚傾斜領域5は、図9に示したように、凹部2(掘り込み領域3)の片側(たとえば、右側)の近傍領域に、凹部2(掘り込み領域3)と平行方向に延びる略帯状に形成される。そして、この層厚傾斜領域5によっても、n型GaN基板10との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層20の歪みが緩和される。   In the first embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the nitride semiconductor layer 20 is formed on the main growth surface 10 a of the n-type GaN substrate 10, so that the non-dig region 4 is formed. In this nitride semiconductor layer 20, a layer thickness gradient region 5 is formed in which the layer thickness decreases in a gradient (gradually) as it approaches the recess 2 (digging region 3). As shown in FIG. 9, the layer thickness inclined region 5 is substantially extended in a region in the vicinity of one side (for example, the right side) of the recess 2 (digging region 3) in a direction parallel to the recess 2 (digging region 3). It is formed in a band shape. The layer thickness gradient region 5 also relieves distortion of the nitride semiconductor layer 20 caused by lattice mismatch with the n-type GaN substrate 10.

このように、第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、窒化物半導体層20の表面に形成される窪み35と、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20に形成される層厚傾斜領域5とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果が得られる。   As described above, in the method of manufacturing the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment, the recess 35 is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 and the nitride semiconductor layer 20 on the non-dig region 4 is formed. A very high crack suppression effect is obtained by the two strain relaxation effects by the layer thickness gradient region 5.

さらに、第1実施形態では、n型GaN基板10の成長主面10aを、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面から構成することによって、成長主面10a上に形成された窒化物半導体層20の結晶性が良好となる。また、上記n型GaN基板10を用いることによって、窒化物半導体層20における発光部形成領域6の表面モフォロジーが非常に良好となる。このため、窒化物半導体層20にクラックが発生しにくくなる。   Furthermore, in the first embodiment, the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10 is formed of a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, thereby nitriding formed on the growth main surface 10a. The crystallinity of the physical semiconductor layer 20 is improved. Further, by using the n-type GaN substrate 10, the surface morphology of the light emitting portion forming region 6 in the nitride semiconductor layer 20 becomes very good. For this reason, cracks are less likely to occur in the nitride semiconductor layer 20.

したがって、n型GaN基板10との格子定数差などが大きくなる、Al組成の高いAlGaN層を成長主面10a上に形成した場合でも、クラックの発生が抑制される。このため、n型GaN基板10の成長主面10a上に、クラックの発生が抑制された窒化物半導体層20が形成される。   Therefore, even when an AlGaN layer having a high Al composition and having a large lattice constant difference from the n-type GaN substrate 10 is formed on the growth main surface 10a, generation of cracks is suppressed. For this reason, the nitride semiconductor layer 20 in which the generation of cracks is suppressed is formed on the main growth surface 10 a of the n-type GaN substrate 10.

また、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20には、層厚傾斜領域5に比べて層厚変動が非常に小さい、発光部(リッジ部28)の形成に適した発光部形成領域6が形成される。この発光部形成領域6は、その表面モフォロジーが非常に良好であり、層厚変動が非常に小さい。   Further, in the nitride semiconductor layer 20 on the non-dig region 4, the light emitting portion forming region 6 suitable for forming the light emitting portion (ridge portion 28) having a very small layer thickness variation compared to the layer thickness inclined region 5. Is formed. The light-emitting portion forming region 6 has a very good surface morphology and a very small layer thickness variation.

続いて、図26に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、発光部形成領域6(図7および図8参照)におけるp型コンタクト層27上に、約1μm〜約10μm(たとえば約1.5μm)の幅を有するとともに、c軸[0001]方向に延びるストライプ状(細長状)のレジスト440を形成する。そして、図27に示すように、SiCl4、Cl2などの塩素系ガスや、ArガスなどによるRIE法を用いて、レジスト440をマスクとしてp型ガイド層25の途中の深さまでエッチングを行う。これにより、p型ガイド層25の凸部とp型クラッド層26とp型コンタクト層27とによって構成されるとともに、c軸[0001]方向に互いに平行に延びるストライプ状(細長状)のリッジ部28(図10および図27参照)が形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 26, about 1 μm to about 10 μm (for example, about 1.5 μm) is formed on the p-type contact layer 27 in the light emitting portion formation region 6 (see FIGS. 7 and 8) using photolithography technology. ) And a striped (elongated) resist 440 extending in the c-axis [0001] direction is formed. Then, as shown in FIG. 27, etching is performed to a depth in the middle of the p-type guide layer 25 using the resist 440 as a mask by using RIE method using chlorine-based gas such as SiCl 4 and Cl 2 or Ar gas. Thus, a striped (elongated) ridge formed by the convex portion of the p-type guide layer 25, the p-type cladding layer 26, and the p-type contact layer 27 and extending in parallel with each other in the c-axis [0001] direction. 28 (see FIGS. 10 and 27) is formed.

次に、図28に示すように、リッジ部28上にレジスト440を残した状態で、スパッタ法などにより、約0.1μm〜約0.3μm(たとえば約0.15μm)の厚みを有するSiO2からなる絶縁層30を形成し、リッジ部28を埋め込む。そして、リフトオフによりレジスト440を除去することによって、リッジ部28の上部のp型コンタクト層27を露出させる。これにより、リッジ部28の両脇に、図29に示すような絶縁層30が形成される。 Next, as shown in FIG. 28, SiO 2 having a thickness of about 0.1 μm to about 0.3 μm (for example, about 0.15 μm) by sputtering or the like with the resist 440 left on the ridge portion 28. An insulating layer 30 made of is formed, and the ridge portion 28 is embedded. Then, by removing the resist 440 by lift-off, the p-type contact layer 27 on the ridge portion 28 is exposed. As a result, insulating layers 30 as shown in FIG. 29 are formed on both sides of the ridge portion 28.

次に、図30に示すように、真空蒸着法などを用いて、基板側(絶縁層30側)から、約15μmの厚みを有するPd層(図示せず)および約200nmの厚みを有するAu層(図示せず)を順次形成することにより、絶縁層30(p型コンタクト層27)上に、多層構造からなるp側電極31を形成する。   Next, as shown in FIG. 30, using a vacuum deposition method or the like, a Pd layer (not shown) having a thickness of about 15 μm and an Au layer having a thickness of about 200 nm are formed from the substrate side (insulating layer 30 side). By sequentially forming (not shown), a p-side electrode 31 having a multilayer structure is formed on the insulating layer 30 (p-type contact layer 27).

次に、基板を分割し易くするために、n型GaN基板10の裏面を研削または研磨することにより、n型GaN基板10を100μm程度の厚みまで薄くする。その後、図1に示したように、n型GaN基板10の裏面上に、真空蒸着法などを用いて、n型GaN基板10の裏面側から約5nmの厚みを有するHf層(図示せず)、約150nmの厚みを有するAl層(図示せず)、約36nmの厚みを有するMo層(図示せず)、約18nmの厚みを有するPt層(図示せず)および約200nmの厚みを有するAu層(図示せず)を順次形成することにより、多層構造からなるn側電極32を形成する。なお、n側電極32の形成前に、n側の電気特性の調整などの目的でドライエッチングやウェットエッチングを行ってもよい。   Next, in order to make it easy to divide the substrate, the back surface of the n-type GaN substrate 10 is ground or polished to reduce the thickness of the n-type GaN substrate 10 to about 100 μm. Thereafter, as shown in FIG. 1, an Hf layer (not shown) having a thickness of about 5 nm from the back surface side of the n-type GaN substrate 10 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 10 using a vacuum deposition method or the like. Al layer (not shown) having a thickness of about 150 nm, Mo layer (not shown) having a thickness of about 36 nm, Pt layer (not shown) having a thickness of about 18 nm, and Au having a thickness of about 200 nm By sequentially forming layers (not shown), the n-side electrode 32 having a multilayer structure is formed. Note that before the n-side electrode 32 is formed, dry etching or wet etching may be performed for the purpose of adjusting the electrical characteristics of the n-side.

このようにして上記した第1実施形態による窒化物半導体ウェハ50が形成される。   Thus, the nitride semiconductor wafer 50 according to the first embodiment described above is formed.

その後、図31に示すように、スクライブ/ブレーク法やレーザスクライブ、またはドライエッチングなどの手法を用いて、ウェハ(基板)をバー状に分割する。これにより、その端面を共振器面40とするバー状の素子が得られる。次に、蒸着法やスパッタ法などの手法を用いて、バー状の素子の端面(共振器面40)にコーティングを施す。具体的には、光出射面となる片側の端面に、たとえば、アルミニウムの酸窒化物膜などからなる出射側コーティング膜(図示せず)を形成する。また、光反射面となるその反対側の端面に、たとえば、SiO2、TiO2などの多層膜からなる反射側コーティング膜(図示せず)を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 31, the wafer (substrate) is divided into bars by using a scribing / breaking method, laser scribing, or dry etching. As a result, a bar-shaped element whose end face is the resonator face 40 is obtained. Next, a coating is applied to the end face (resonator face 40) of the bar-like element using a technique such as vapor deposition or sputtering. Specifically, an emission side coating film (not shown) made of, for example, an oxynitride film of aluminum is formed on one end face serving as a light emission surface. In addition, a reflection-side coating film (not shown) made of a multilayer film such as SiO 2 or TiO 2 is formed on the opposite end face serving as the light reflection surface.

最後に、c軸[0001]方向に沿った分割予定線P2に沿ってバー状の素子を分割することにより、図32に示すように、個々の窒化物半導体レーザ素子に個片化する。このようにして、本発明の第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子100が製造される。なお、分割予定性P2は、上記のように、凹部2に対して層厚傾斜領域5側に設定してもよいし、凹部2に対して層厚傾斜領域5とは反対側に設定してもよい。   Finally, the bar-shaped element is divided along the planned dividing line P2 along the c-axis [0001] direction, so that individual nitride semiconductor laser elements are singulated as shown in FIG. Thus, the nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment of the present invention is manufactured. As described above, the division possibility P2 may be set on the layer thickness inclined region 5 side with respect to the concave portion 2, or may be set on the side opposite to the layer thickness inclined region 5 with respect to the concave portion 2. Also good.

上記の製造方法により得られた第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子100は、図33に示すように、サブマウント151を介してステム152上にマウントされ、ワイヤ153によってリードピンと電気的に接続される。そして、キャップ154がステム152上に溶接されることにより、キャンパッケージ型の半導体レーザ装置(半導体装置)150に組み立てられる。   The nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment obtained by the above manufacturing method is mounted on a stem 152 via a submount 151 and electrically connected to a lead pin by a wire 153 as shown in FIG. Is done. The cap 154 is welded onto the stem 152 to assemble the can package type semiconductor laser device (semiconductor device) 150.

第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、n型GaN基板10に予め凹部2(掘り込み領域3)を形成しておくことによって、n型GaN基板10上に形成される窒化物半導体層20の歪みを緩和することができる。このため、窒化物半導体層20にクラックが発生するのを効果的に抑制することができるので、1枚のウェハから得られる良品の数を増加させることができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。   In the method of manufacturing the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment, the concave portion 2 (digging region 3) is formed in the n-type GaN substrate 10 in advance as described above, thereby forming the n-type GaN substrate 10 on the n-type GaN substrate 10. The distortion of the formed nitride semiconductor layer 20 can be relaxed. For this reason, since it can suppress effectively that a crack occurs in nitride semiconductor layer 20, the number of good products obtained from one wafer can be increased. Thereby, a yield can be improved.

また、第1実施形態の製造方法では、凹部2(掘り込み領域3)が形成された上記n型GaN基板10上に窒化物半導体層20を形成する際に、AlとInとを含む窒化物半導体であるAlInGaNから障壁層23bを構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。これにより、発光効率が向上された、輝度の高い窒化物半導体レーザ素子100を製造することができる。   In the manufacturing method of the first embodiment, when the nitride semiconductor layer 20 is formed on the n-type GaN substrate 10 in which the recess 2 (digging region 3) is formed, the nitride containing Al and In By forming the barrier layer 23b from AlInGaN which is a semiconductor, the generation of dark lines can be suppressed. Thereby, the nitride semiconductor laser device 100 with high luminance and improved luminous efficiency can be manufactured.

また、第1実施形態の製造方法では、n型GaN基板10に凹部2(掘り込み領域3)を形成することによって、AlとInとを含む窒化物半導体から障壁層23bを構成することにより生じる活性層23の歪みを有効に緩和することができる。これにより、より効果的にダークラインの発生を抑制することができる。   In the manufacturing method according to the first embodiment, the barrier layer 23b is formed from a nitride semiconductor containing Al and In by forming the recess 2 (digging region 3) in the n-type GaN substrate 10. The distortion of the active layer 23 can be effectively reduced. Thereby, generation | occurrence | production of a dark line can be suppressed more effectively.

また、窒化物半導体ウェハ50を分割する際に、凹部2(掘り込み領域3)上に形成された窪み35全体が個々の素子に含まれるように、窒化物半導体ウェハ50を分割することによって、素子に含まれる窪み部分で、活性層23の歪みをより緩和することもできる。これにより、ダークラインの発生および拡大を効果的に抑制することもができる。   Further, when the nitride semiconductor wafer 50 is divided, the nitride semiconductor wafer 50 is divided so that the entire recess 35 formed on the recess 2 (digging region 3) is included in each element. It is possible to further relax the distortion of the active layer 23 in the recessed portion included in the element. Thereby, generation | occurrence | production and expansion of a dark line can also be suppressed effectively.

さらに、第1実施形態の製造方法では、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面10aとする上記n型GaN基板10を用いることによって、輝点状発光の抑制効果も得ることができる。加えて、上記障壁層23bの結晶性を良好にすることができるとともに、その表面モフォロジーも良好にすることができる。これにより、発光効率をより向上させることができる。   Furthermore, in the manufacturing method according to the first embodiment, by using the n-type GaN substrate 10 having the growth main surface 10a as a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, the effect of suppressing bright spot light emission is achieved. Can also be obtained. In addition, the crystallinity of the barrier layer 23b can be improved, and the surface morphology can be improved. Thereby, luminous efficiency can be improved more.

なお、第1実施形態の製造方法では、凹部2(掘り込み領域3)を、平面的に見て、c軸方向と平行方向に延びるように形成することによって、窒化物半導体層20における凹部2(掘り込み領域3)の近傍部分(掘り込み領域3の隣)に、凹部2(掘り込み領域3)に近づくにしたがって層厚が傾斜的に(徐々に)減少する層厚傾斜領域5を容易に形成することができる。そして、この層厚傾斜領域5によっても、窒化物半導体層20の歪みを緩和することができるので、非常に高いクラック抑制効果を得ることができる。   In the manufacturing method of the first embodiment, the recess 2 (digging region 3) is formed so as to extend in a direction parallel to the c-axis direction when seen in a plan view, whereby the recess 2 in the nitride semiconductor layer 20 is formed. The layer thickness gradient region 5 in which the layer thickness is gradually (gradually) decreased as it approaches the recess 2 (digging region 3) in the vicinity of the (digging region 3) (next to the digging region 3). Can be formed. Further, since the strain of the nitride semiconductor layer 20 can be relieved also by the layer thickness gradient region 5, a very high crack suppressing effect can be obtained.

また、第1実施形態の製造方法では、n型窒化物半導体層20aを、900℃以上の高温で形成することによって、n型窒化物半導体層20aの層表面を平坦化することができる。このため、平坦化されたn型窒化物半導体層20a上に活性層23およびp型窒化物半導体層20bを形成することにより、活性層23およびp型窒化物半導体層20bにおける結晶性の低下を抑制することができる。そのため、これによっても、高品質な結晶を形成することができる。また、n型窒化物半導体層20aを、1300℃より低い成長温度で形成することによって、1300℃以上の成長温度で形成されることに起因して、昇温時にn型GaN基板10の表面が再蒸発し、表面荒れが引き起こされるという不都合が生じるのを抑制することができる。したがって、このように構成することにより、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子100を容易に製造することができる。   Further, in the manufacturing method of the first embodiment, the n-type nitride semiconductor layer 20a can be planarized by forming the n-type nitride semiconductor layer 20a at a high temperature of 900 ° C. or higher. Therefore, the crystallinity of the active layer 23 and the p-type nitride semiconductor layer 20b is reduced by forming the active layer 23 and the p-type nitride semiconductor layer 20b on the planarized n-type nitride semiconductor layer 20a. Can be suppressed. Therefore, a high quality crystal can be formed also by this. Further, by forming the n-type nitride semiconductor layer 20a at a growth temperature lower than 1300 ° C., the surface of the n-type GaN substrate 10 is heated at a temperature higher than 1300 ° C. It is possible to suppress the occurrence of the disadvantage of re-evaporating and causing surface roughness. Therefore, with this configuration, nitride semiconductor laser device 100 having excellent device characteristics and high reliability can be easily manufactured.

また、第1実施形態の製造方法では、活性層23の井戸層23aを、600℃以上の成長温度で形成することによって、600℃より低い成長温度で形成することに起因して、原子の拡散長が短くなり結晶性が悪化するという不都合が生じるのを抑制することができる。また、活性層23の井戸層23aを、770℃以下の成長温度で形成することによって、770℃より高い成長温度(たとえば、830℃以上)で活性層23の井戸層23aが形成されることに起因して、熱ダメージによって活性層23が黒色化されるという不都合が生じるのを抑制することができる。なお、井戸層23aに接する障壁層23bの成長温度は、井戸層23aと同じ温度か、井戸層23aより高い温度が好ましい。   In the manufacturing method of the first embodiment, the well layer 23a of the active layer 23 is formed at a growth temperature lower than 600 ° C. by forming the well layer 23a at a growth temperature of 600 ° C. or higher. It is possible to suppress the disadvantage that the length is shortened and the crystallinity is deteriorated. Further, by forming the well layer 23a of the active layer 23 at a growth temperature of 770 ° C. or lower, the well layer 23a of the active layer 23 is formed at a growth temperature higher than 770 ° C. (for example, 830 ° C. or higher). As a result, it is possible to suppress the disadvantage that the active layer 23 is blackened due to thermal damage. The growth temperature of the barrier layer 23b in contact with the well layer 23a is preferably the same temperature as the well layer 23a or higher than the well layer 23a.

また、第1実施形態の製造方法では、p型窒化物半導体層20bを、700℃以上の成長温度で形成することによって、p型窒化物半導体層20bの成長温度が低すぎることに起因して、p型窒化物半導体層20bが高抵抗化されるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、p型窒化物半導体層20bを、1100℃より低い成長温度で形成することによって、活性層23の熱ダメージを低減することができる。   Further, in the manufacturing method of the first embodiment, the p-type nitride semiconductor layer 20b is formed at a growth temperature of 700 ° C. or higher, which results in the growth temperature of the p-type nitride semiconductor layer 20b being too low. It is possible to suppress the disadvantage that the p-type nitride semiconductor layer 20b has a high resistance. Moreover, the thermal damage of the active layer 23 can be reduced by forming the p-type nitride semiconductor layer 20b at a growth temperature lower than 1100 ° C.

なお、c面を成長主面とするn型GaN基板を用いた場合、p型窒化物半導体層20bを900℃より低い成長温度で形成すると、p型窒化物半導体層20bが非常に高抵抗となってしまい、デバイス(窒化物半導体素子)としての使用が難しくなる。その一方、m面に対してa軸方向のオフ角度が設けられた面を成長主面10aとする上記n型GaN基板10を用いることによって、900℃より低い成長温度であっても、p型不純物としてMgをドープすることにより、p型伝導を得ることができる。特に、活性層23の井戸層23aのIn組成比x1が、0.15以上0.45以下の場合には、Inの偏析などにより、面内でIn組成のバラツキが生じやすくなる。このため、p型窒化物半導体層20bの成長温度は低い方が好ましい。また、活性層23の井戸層23aの成長温度とp型窒化物半導体層20bの成長温度との差は、450℃未満が活性層23の熱ダメージ回避の意味で好ましく、300℃以下であればより好ましい。ただし、In組成比x1が0.15より小さい場合には、Inの偏析などの問題も少ないため、p型窒化物半導体層20bの成長温度として、900℃以上でも問題はない。   When an n-type GaN substrate having a c-plane as a growth main surface is used, if the p-type nitride semiconductor layer 20b is formed at a growth temperature lower than 900 ° C., the p-type nitride semiconductor layer 20b has a very high resistance. Therefore, it becomes difficult to use as a device (nitride semiconductor element). On the other hand, even if the growth temperature is lower than 900 ° C., the p-type is obtained by using the n-type GaN substrate 10 having the growth main surface 10a as a surface provided with an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane. By doping Mg as an impurity, p-type conduction can be obtained. In particular, when the In composition ratio x1 of the well layer 23a of the active layer 23 is not less than 0.15 and not more than 0.45, variations in the In composition are likely to occur in the plane due to segregation of In or the like. For this reason, the growth temperature of the p-type nitride semiconductor layer 20b is preferably low. The difference between the growth temperature of the well layer 23a of the active layer 23 and the growth temperature of the p-type nitride semiconductor layer 20b is preferably less than 450 ° C. in order to avoid thermal damage of the active layer 23, and is 300 ° C. or less. More preferred. However, when the In composition ratio x1 is smaller than 0.15, there are few problems such as segregation of In. Therefore, there is no problem even if the growth temperature of the p-type nitride semiconductor layer 20b is 900 ° C. or higher.

また、活性層23の障壁層23bを、Alを含む窒化物半導体(たとえば、AlInGaN)から構成することで、p型窒化物半導体層20bを形成する際に発生する熱ダメージに対して活性層23(井戸層23a)が強くなる。このため、p型窒化物半導体層20bを1000℃以上の高い成長温度で形成することができる。これにより、p型窒化物半導体層20bを高温で形成することによって、p型窒化物半導体層20bで発生する欠陥などを抑制して、p型窒化物半導体層20bの結晶性を高めることができる。すなわち、p型窒化物半導体層20bの成長温度の自由度を格段に向上させることが可能となる。その結果、デバイスに必要なスペックなどを考慮して、最も適切な成長温度で半導体層を成膜することができる。   Further, the barrier layer 23b of the active layer 23 is made of a nitride semiconductor containing Al (for example, AlInGaN), so that the active layer 23 is resistant to thermal damage that occurs when the p-type nitride semiconductor layer 20b is formed. (Well layer 23a) becomes stronger. For this reason, the p-type nitride semiconductor layer 20b can be formed at a high growth temperature of 1000 ° C. or higher. Thereby, by forming the p-type nitride semiconductor layer 20b at a high temperature, defects generated in the p-type nitride semiconductor layer 20b can be suppressed, and the crystallinity of the p-type nitride semiconductor layer 20b can be improved. . In other words, the degree of freedom of the growth temperature of the p-type nitride semiconductor layer 20b can be significantly improved. As a result, the semiconductor layer can be formed at the most appropriate growth temperature in consideration of specifications necessary for the device.

次に、上記実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。   Next, an experiment conducted for confirming the effect of the embodiment will be described.

この実験では、まず、確認用試料1として、上記第1実施形態と同様のn型GaN基板上に、第1実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、ダークライン抑制効果の確認を行った。なお、確認用試料1に用いたn型GaN基板のオフ角度は、a軸方向のオフ角度が1.7度、c軸方向のオフ角度が+0.5度であった。   In this experiment, first, a sample in which each nitride semiconductor layer similar to that in the first embodiment is formed on an n-type GaN substrate similar to that in the first embodiment is prepared as a confirmation sample 1 to suppress dark lines. The effect was confirmed. The off-angle of the n-type GaN substrate used for the confirmation sample 1 was 1.7 degrees in the a-axis direction and +0.5 degrees in the c-axis direction.

また、確認用試料1では、活性層の障壁層は、Al0.01In0.03Ga0.96NのAl組成1%で形成した。障壁層のAl組成は、AES(Auger Electron Spectroscopy;オージェ電子分光法)で測定した。また、比較用試料1として、m面GaN基板を用いて、その基板上に、第1実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製した。ただし、比較用試料1では、GaN基板として、m面ジャスト基板を用いており、障壁層をIn0.02Ga0.98Nで形成している。すなわち、比較用試料1は、障壁層を、AlInGaNに代えて、InGaNから構成した点、および、n型GaN基板にm面ジャスト基板を用いた点が確認用試料1と異なる。 Moreover, in the sample 1 for confirmation, the barrier layer of the active layer was formed with Al composition of Al 0.01 In 0.03 Ga 0.96 N at 1%. The Al composition of the barrier layer was measured by AES (Auger Electron Spectroscopy). Further, as a sample 1 for comparison, an m-plane GaN substrate was used, and a sample in which each nitride semiconductor layer similar to that of the first embodiment was formed on the substrate was produced. However, in the comparative sample 1, an m-plane just substrate is used as the GaN substrate, and the barrier layer is formed of In 0.02 Ga 0.98 N. That is, the sample 1 for comparison is different from the sample 1 for confirmation in that the barrier layer is made of InGaN instead of AlInGaN and that an m-plane just substrate is used for the n-type GaN substrate.

そして、作製した確認用試料1および比較用試料1を用いて、PL(photo−luminescence)発光パターンの観察を行った。具体的には、波長405nmの光を試料に照射して、活性層のみの選択励起を行い、活性層の発光パターンを観察した。   Then, a PL (photo-luminescence) light emission pattern was observed using the prepared confirmation sample 1 and comparison sample 1. Specifically, the sample was irradiated with light having a wavelength of 405 nm to selectively excite only the active layer, and the light emission pattern of the active layer was observed.

上記した図50は、障壁層をInGaNから構成した比較用試料1のPL発光パターン中に観察されたダークラインの顕微鏡写真であり、上記した図52は、障壁層をAlInGaNから構成した第1実施形態による確認用試料1のPL発光パターンの顕微鏡写真である。   FIG. 50 described above is a photomicrograph of dark lines observed in the PL emission pattern of the comparative sample 1 in which the barrier layer is made of InGaN, and FIG. 52 described above is the first embodiment in which the barrier layer is made of AlInGaN. It is a microscope picture of PL light emission pattern of the sample 1 for confirmation by a form.

図50に示すように、障壁層をInGaNから構成した比較用試料1では、c軸方向(〈0001〉方向)にダークラインが多数発生していた。これに対し、障壁層をAlInGaNから構成した確認用試料1では、図52より、ダークラインが全く発生していないことが分かる。なお、ダークラインは、電流注入によるEL発光パターン中でも、その発生を確認することができるが、上記のように、活性層を選択励起したPL発光パターンでも明瞭に観察することができる。これは、ダークラインが活性層に発生しているためであると考えられる。   As shown in FIG. 50, in the comparative sample 1 in which the barrier layer is made of InGaN, many dark lines were generated in the c-axis direction (<0001> direction). In contrast, in the sample 1 for confirmation in which the barrier layer is made of AlInGaN, it can be seen from FIG. 52 that no dark line is generated. The dark line can be confirmed even in the EL emission pattern by current injection, but can be clearly observed in the PL emission pattern in which the active layer is selectively excited as described above. This is presumably because dark lines are generated in the active layer.

次に、確認用試料2として、上記第1実施形態と同様のn型GaN基板上に、第1実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、クラック抑制効果の確認を行った。なお、確認用試料2に用いたn型GaN基板のオフ角度は、a軸方向のオフ角度が+2.2度、c軸方向のオフ角度が−0.18度であった。また、凹部(掘り込み領域)の周期は、400μmとした。   Next, a sample in which each nitride semiconductor layer similar to that of the first embodiment is formed on the same n-type GaN substrate as that of the first embodiment is prepared as the confirmation sample 2, and the crack suppression effect is confirmed. went. The off-angle of the n-type GaN substrate used for the confirmation sample 2 was +2.2 degrees in the a-axis direction and −0.18 degrees in the c-axis direction. Further, the period of the recess (digging area) was set to 400 μm.

また、比較用試料2として、a軸方向にオフ角度を有さないn型GaN基板(ほぼm面ジャスト基板)上に、第1実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、確認用試料2と同様、観察に供した。比較用試料2に用いたn型GaN基板の具体的なオフ角度は、a軸方向のオフ角度が0度、c軸方向のオフ角度が+0.05度であった。比較用試料2のその他の構成は、確認用試料2と同じ構成とした。また、確認用試料2および比較用試料2における窒化物半導体各層の成膜は、MOCVD装置にて同時に行った。   In addition, as a comparative sample 2, a sample in which each nitride semiconductor layer similar to that of the first embodiment is formed on an n-type GaN substrate (substantially m-plane just substrate) having no off-angle in the a-axis direction is manufactured. Then, it was subjected to observation in the same manner as the confirmation sample 2. The specific off angle of the n-type GaN substrate used for Comparative Sample 2 was 0 degree in the a-axis direction and +0.05 degree in the c-axis direction. The other configuration of the comparative sample 2 was the same as that of the confirmation sample 2. In addition, the nitride semiconductor layers in the confirmation sample 2 and the comparative sample 2 were simultaneously formed using an MOCVD apparatus.

図34は、確認用試料2の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真であり、図35は、比較用試料2の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。   34 is a micrograph of the nitride semiconductor layer surface of the sample 2 for confirmation, and FIG. 35 is a micrograph of the nitride semiconductor layer surface of the sample 2 for comparison.

図34および図35に示すように、a軸方向にオフ角度を有するn型GaN基板を用いた確認用試料2では、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層に、凹部2(掘り込み領域3)に近づくにしたがって層厚が傾斜的に(徐々に)減少する層厚傾斜領域5が形成されているのが観察された。また、このような層厚傾斜領域5は、凹部2(掘り込み領域3)の片側(たとえば、右側)の近傍領域に、凹部2(掘り込み領域3)と平行方向に延びる略帯状に形成されることが確認された。さらに、確認用試料2では、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層における層厚傾斜領域5以外の領域(発光部形成領域6)において、非常に良好な表面モフォロジーが明瞭に観察された。これより、a軸方向にオフ角度を有する基板を用いることによって、表面モフォロジーを改善することが可能であることが確認された。   As shown in FIGS. 34 and 35, in the confirmation sample 2 using the n-type GaN substrate having an off-angle in the a-axis direction, the recess 2 (digging region) is formed in the nitride semiconductor layer on the non-digging region 4. It was observed that a layer thickness gradient region 5 was formed in which the layer thickness decreased in a gradient (gradually) as approaching 3). Further, such a layer thickness inclined region 5 is formed in a substantially band shape extending in a direction parallel to the concave portion 2 (digging region 3) in a region near one side (for example, the right side) of the concave portion 2 (digging region 3). It was confirmed that Further, in the sample 2 for confirmation, a very good surface morphology was clearly observed in a region (light emitting portion forming region 6) other than the layer thickness gradient region 5 in the nitride semiconductor layer on the non-digged region 4. From this, it was confirmed that the surface morphology can be improved by using a substrate having an off-angle in the a-axis direction.

また、比較用試料2では、窒化物半導体層の成膜後に、10〜20本/cm2程度のクラックの発生が観察されたが、確認用試料2では、成膜後のクラックの発生は観察されなかった。ちなみに、掘り込み領域を形成しないGaN基板を用いて、同様の窒化物半導体各層の成膜を行ったところ、70〜90本/cm2程度のクラックの発生が観察された。すなわち、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、クラックの発生抑制効果が得られ、さらに、a軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、窒化物半導体層に層厚傾斜領域が形成され、これによって、より高いクラックの発生抑制効果が得られることが確認された。 In Comparative Sample 2, the generation of cracks of about 10 to 20 pieces / cm 2 was observed after the formation of the nitride semiconductor layer. In Confirmation Sample 2, the generation of cracks after the formation was observed. Was not. Incidentally, when the same nitride semiconductor layers were formed using a GaN substrate in which no digging region was formed, generation of cracks of about 70 to 90 pieces / cm 2 was observed. That is, by forming a dug region in the nitride semiconductor substrate, an effect of suppressing the occurrence of cracks can be obtained. Further, by forming a dug region in the nitride semiconductor substrate having an off angle in the a-axis direction, It was confirmed that a layer thickness gradient region was formed in the physical semiconductor layer, and thereby a higher crack generation suppressing effect was obtained.

以上より、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするn型GaN基板に、凹部(掘り込み領域)を形成することによって、非常に高いクラック抑制効果が得られることが確認された。   From the above, a very high crack suppression effect can be obtained by forming a recess (digging region) in an n-type GaN substrate having a growth main surface with an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane. It was confirmed.

なお、上記確認用試料2および上記比較用試料2を用いてLED素子を作製し、各LED素子を駆動電流100mAで駆動させたところ、いずれのLED素子でも、200時間の駆動後もEL発光パターンにダークラインの発生が見られなかった。これは、基板に掘り込み領域を形成したことで、活性層の歪みが有効に緩和されているためであると考えられる。   In addition, when the LED element was produced using the said sample 2 for a confirmation, and the said sample 2 for a comparison, and each LED element was driven with the drive current of 100 mA, in any LED element, after 200-hour drive, EL light emission pattern No dark line was observed. This is considered to be because the distortion of the active layer is effectively relieved by forming the digging region in the substrate.

また、確認用試料2を用いて作製したLED素子では、閾値電流の値が55mAと非常に低い結果が得られた。これは、輝点状発光の抑制と、ダークラインの発生抑制および基板に掘り込み領域を形成したことによる活性層の歪み緩和効果によるものと考えられる。   Moreover, in the LED element produced using the sample 2 for confirmation, the threshold current value was as low as 55 mA. This is thought to be due to the suppression of bright spot-like light emission, the suppression of dark line generation, and the strain relaxation effect of the active layer due to the formation of the digging region in the substrate.

また、比較用試料2を用いて作製したLED素子でも、障壁層にInGaN層を用いた構造より明らかに効果があり好ましい。確認用試料2の構成であればさらに好ましい。   In addition, an LED device manufactured using the comparative sample 2 is preferable because it is clearly more effective than a structure using an InGaN layer as a barrier layer. A configuration of the confirmation sample 2 is more preferable.

次に、層厚傾斜領域に及ぼすa軸方向のオフ角度の影響を確認するために、a軸方向のオフ角度の異なる4種類のn型GaN基板を用いて、上記第1実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した後、窒化物半導体層に形成される層厚傾斜領域の幅を調べた。上記4種類のn型GaN基板のa軸方向のオフ角度は、+0.5度、+1.0度、+2.0度、+3.0度である。また、4種類のn型GaN基板のc軸方向のオフ角度は、それぞれ、−0.2度程度である。なお、凹部(掘り込み領域)は、上記第1実施形態と同じになるように、幅5μm、深さ5μmとした。また、凹部(掘り込み領域)の周期は、400μmとした。さらに、基板上に成膜される窒化物半導体各層は、上記第1実施形態と同様とした。   Next, in order to confirm the influence of the off-angle in the a-axis direction on the layer thickness gradient region, four types of n-type GaN substrates having different off-angles in the a-axis direction are used and the same as in the first embodiment. After forming each nitride semiconductor layer, the width of the layer thickness gradient region formed in the nitride semiconductor layer was examined. The off-angles in the a-axis direction of the four types of n-type GaN substrates are +0.5 degrees, +1.0 degrees, +2.0 degrees, and +3.0 degrees. The off-angles in the c-axis direction of the four types of n-type GaN substrates are each about −0.2 degrees. In addition, the recessed part (digging area | region) was 5 micrometers in width and 5 micrometers in depth so that it might become the same as the said 1st Embodiment. Further, the period of the recess (digging area) was set to 400 μm. Further, each nitride semiconductor layer formed on the substrate is the same as in the first embodiment.

その結果、a軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域の幅が狭くなる傾向が認められた。具体的には、a軸方向のオフ角度が+0.5度の場合には、層厚傾斜領域の幅は188.4μmであり、a軸方向のオフ角度が+1.0度の場合には、層厚傾斜領域の幅は92.2μmであった。また、a軸方向のオフ角度が+2.0度の場合には、層厚傾斜領域の幅は46.5μmであり、a軸方向のオフ角度が+3.0度の場合には、層厚傾斜領域の幅は32.7μmであった。   As a result, it was recognized that as the off angle in the a-axis direction increased, the width of the layer thickness gradient region tended to narrow. Specifically, when the off angle in the a-axis direction is +0.5 degrees, the width of the layer thickness inclined region is 188.4 μm, and when the off angle in the a-axis direction is +1.0 degrees, The width of the layer thickness gradient region was 92.2 μm. When the off angle in the a-axis direction is +2.0 degrees, the width of the layer thickness gradient region is 46.5 μm, and when the off angle in the a-axis direction is +3.0 degrees, the layer thickness gradient The width of the region was 32.7 μm.

また、a軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域の傾斜(層厚傾斜角度)もきつくなる傾向が認められた。   Further, as the off angle in the a-axis direction becomes larger, the inclination of the layer thickness gradient region (layer thickness gradient angle) tends to become tighter.

なお、a軸方向のオフ角度が+0.5度の場合には、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の半分程度を層厚傾斜領域が占める結果となった。このため、a軸方向のオフ角度が0.5度より小さい場合には、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の半分以上を層厚傾斜領域が占めてしまう。ここで、デバイスの動作する領域(発光デバイスであれば発光領域)は、表面モフォロジーの良好な発光部形成領域に形成するのが好ましい。このため、デバイスの動作する領域(発光部(リッジ部))を作製できる領域(発光部形成領域)を確保する意味で、a軸方向のオフ角度は、0.5度以上であるのが好ましい。   When the off angle in the a-axis direction was +0.5 degrees, the layer thickness gradient region occupied about half of the nitride semiconductor layer formed on the non-dig region. For this reason, when the off angle in the a-axis direction is smaller than 0.5 degrees, the layer thickness gradient region occupies more than half of the nitride semiconductor layer formed on the non-dig region. Here, the region in which the device operates (the light emitting region in the case of a light emitting device) is preferably formed in the light emitting portion forming region having a good surface morphology. For this reason, the off angle in the a-axis direction is preferably 0.5 degrees or more in order to secure a region (light emitting portion forming region) in which a device operating region (light emitting portion (ridge portion)) can be manufactured. .

次に、確認用素子として、図36に示すような発光ダイオード素子110を作製し、EL発光パターンの観察を行った。なお、EL発光パターンの観察に発光ダイオード素子を用いたのは、窒化物半導体レーザ素子では、リッジ部の形成によって電流注入される領域が狭められているため、EL発光パターンの観察が困難になるからである。   Next, a light-emitting diode element 110 as shown in FIG. 36 was manufactured as a confirmation element, and an EL light emission pattern was observed. The reason why the light emitting diode element is used for the observation of the EL light emission pattern is that it is difficult to observe the EL light emission pattern in the nitride semiconductor laser element because the region where current is injected is narrowed by the formation of the ridge portion. Because.

この確認用素子(発光ダイオード素子110)は、上記第1実施形態と同様のn型GaN基板10上に、同様の窒化物半導体層(半導体各層)を形成することによって作製した。窒化物半導体層の形成は、上記第1実施形態と同様の方法を用いて行った。具体的には、図36に示すように、m面に対してオフ角度を有する面を成長主面10aとするn型GaN基板10を用いて、その成長主面10a上に、n型クラッド層21、n型ガイド層22、活性層23、キャリアブロック層24、p型ガイド層25、p型クラッド層26およびp型コンタクト層27を順次形成した。次に、p型コンタクト層27上に、p側電極131を形成した。このp側電極131は、EL発光パターンを確認するために透明電極とした。また、n型GaN基板10の裏面上には、n側電極32を形成した。確認用素子におけるn型GaN基板10のオフ角度は、a軸方向のオフ角が+2.2度、c軸方向のオフ角度が−0.18度であった。また、確認用素子における井戸層のIn組成比は、0.29であり、障壁層のAl組成比は、2%であった。すなわち、この確認用素子では、井戸層をIn0.29Ga0.71Nから構成し、障壁層をAl0.02In0.03Ga0.95Nから構成した。なお、上記確認用素子は、発光部形成領域が発光領域となるように形成している。このようにして作製した確認用素子(発光ダイオード素子110)に電流注入を行うことによって、確認用素子(発光ダイオード素子110)を発光させ、面内光分布を観察した。図37に、確認用素子において観察されたEL発光パターンの顕微鏡写真を示す。 This confirmation element (light emitting diode element 110) was produced by forming the same nitride semiconductor layer (each semiconductor layer) on the same n-type GaN substrate 10 as in the first embodiment. The nitride semiconductor layer was formed using the same method as in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 36, an n-type GaN substrate 10 having a growth main surface 10a as a surface having an off angle with respect to the m-plane is used, and an n-type cladding layer is formed on the growth main surface 10a. 21, an n-type guide layer 22, an active layer 23, a carrier block layer 24, a p-type guide layer 25, a p-type cladding layer 26, and a p-type contact layer 27 were sequentially formed. Next, the p-side electrode 131 was formed on the p-type contact layer 27. The p-side electrode 131 was a transparent electrode in order to confirm the EL emission pattern. An n-side electrode 32 was formed on the back surface of the n-type GaN substrate 10. The off angle of the n-type GaN substrate 10 in the confirmation element was +2.2 degrees in the a-axis direction and −0.18 degrees in the c-axis direction. In the confirmation element, the In composition ratio of the well layer was 0.29, and the Al composition ratio of the barrier layer was 2%. That is, in this confirmation element, the well layer was composed of In 0.29 Ga 0.71 N, and the barrier layer was composed of Al 0.02 In 0.03 Ga 0.95 N. The confirmation element is formed so that the light emitting portion forming region becomes the light emitting region. By injecting current into the confirmation element (light-emitting diode element 110) thus produced, the confirmation element (light-emitting diode element 110) was caused to emit light, and the in-plane light distribution was observed. FIG. 37 shows a micrograph of an EL light emission pattern observed in the confirmation element.

また、m面を成長主面とするGaN基板(ほぼm面ジャスト基板:a軸方向のオフ角度が0度、c軸方向のオフ角度が+0.05度)を用いた発光ダイオード素子を比較用素子として作製した。この比較用素子は、上記確認用素子と同一方法で作製した。Inガス流量は、確認用素子と同一としたが、比較用素子における井戸層のIn組成比は、0.2であった。比較用素子のその他の構成は、上記確認用素子と同様である。そのため、比較用素子の障壁層は、確認用素子と同じAl0.02In0.03Ga0.95N層となっている。そして、確認用素子と同様に、面内光分布の観察を行った。比較用素子は、GaN基板にm面ジャスト基板を用いている点、および井戸層のIn組成比が0.2である点を除き、確認用素子(発光ダイオード素子110)と同様の構成とした。 For comparison, a light-emitting diode element using a GaN substrate having an m-plane as a growth main surface (substantially m-plane just substrate: the off-angle in the a-axis direction is 0 degrees and the off-angle in the c-axis direction is +0.05 degrees) is used. It produced as an element. This comparative element was produced by the same method as the above-mentioned confirmation element. The In gas flow rate was the same as that of the confirmation element, but the In composition ratio of the well layer in the comparison element was 0.2. Other configurations of the comparative element are the same as those of the confirmation element. Therefore, the barrier layer of the comparative element is the same Al 0.02 In 0.03 Ga 0.95 N layer as that of the confirmation element. Then, the in-plane light distribution was observed as in the confirmation element. The comparison element has the same configuration as the confirmation element (light-emitting diode element 110) except that an m-plane just substrate is used for the GaN substrate and the In composition ratio of the well layer is 0.2. .

図38は、比較用素子において観察されたEL発光パターンの顕微鏡写真である。図38に示すように、比較用素子では、EL発光パターンが輝点状化しているのに対し、図37に示すように、確認用素子では、EL発光パターンの輝点状化が抑制され、均一発光のEL発光パターンとなっているのがわかる。これより、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面10aとするn型GaN基板10を用いることによって、EL発光パターンの輝点状化が抑制されることが確認された。また、確認用素子および比較用素子の発光効率を測定したところ、確認用素子の発光効率は、比較用素子の発光効率に対して1.5倍に増加していることが確認された。なお、確認用素子の発光波長は、530nmであり、比較用素子の発光波長は、490nmであった。このことより、オフ角度を制御した確認用素子では、m面ジャスト基板を用いた比較用素子に比べて、Inの取り込みに関しても効率がよいことが確認された。以上より、m面に対してa軸方向にオフ角度を設けることにより、緑色の波長領域において、輝点状発光の抑制効果が得られ、発光効率が増加することが確認された。   FIG. 38 is a photomicrograph of the EL light emission pattern observed in the comparative element. As shown in FIG. 38, in the comparative element, the EL light emission pattern has a bright spot shape, whereas in the confirmation element, as shown in FIG. 37, the brightening of the EL light emission pattern is suppressed, It can be seen that the light emission pattern is a uniform light emission. From this, it was confirmed that the use of the n-type GaN substrate 10 in which the growth main surface 10a is a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane suppresses bright spot formation of the EL emission pattern. It was. Further, when the luminous efficiencies of the confirmation element and the comparative element were measured, it was confirmed that the luminous efficiency of the confirmation element was increased 1.5 times with respect to the luminous efficiency of the comparative element. The emission wavelength of the confirmation element was 530 nm, and the emission wavelength of the comparison element was 490 nm. From this, it was confirmed that the confirmation element in which the off angle was controlled was more efficient in terms of In incorporation than the comparison element using the m-plane just substrate. From the above, it was confirmed that by providing an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, a bright spot-like light emission suppressing effect was obtained and the light emission efficiency increased in the green wavelength region.

また、確認用素子および比較用素子のいずれも、障壁層にAlとInとを含む窒化物半導体層を用いているため、ダークラインの発生は見られなかった。また、確認用素子では、a軸方向にオフ角度を有するm面窒化物半導体基板を用いているため、輝点状発光が抑制されて、発光パターンが均一となっていた。このため、確認用素子では、輝点状発光の抑制、さらにダークラインの発生の抑制とより好ましい状態であった。なお、確認用素子では、層厚傾斜領域が形成されたこともあり、クラックの発生は認められなかった。   In addition, since both the confirmation element and the comparison element used the nitride semiconductor layer containing Al and In as the barrier layer, no dark line was observed. Further, since the confirmation element uses an m-plane nitride semiconductor substrate having an off-angle in the a-axis direction, bright spot light emission is suppressed and the light emission pattern is uniform. For this reason, in the element for confirmation, it was a more preferable state with suppression of luminescent spot-like light emission, and also suppression of generation | occurrence | production of a dark line. In the confirmation element, the generation of cracks was not recognized because the layer thickness gradient region was formed.

続いて、a軸方向のオフ角度およびc軸方向のオフ角度が異なる複数のn型GaN基板を用いて、図36に示した発光ダイオード素子110と同様の素子を複数作製し、EL発光パターンの観察等の実験を行った。   Subsequently, using a plurality of n-type GaN substrates having different off angles in the a-axis direction and c-axis direction, a plurality of elements similar to the light-emitting diode element 110 shown in FIG. Experiments such as observation were performed.

その結果、m面に対してa軸方向にオフ角度を設けることで、EL発光パターンの輝点状化の抑制効果が得られることが明らかとなった。また、a軸方向のオフ角度が0.1度以下の範囲では、輝点状発光の抑制効果が小さく、a軸方向のオフ角度が0.1度より大きくなると、EL発光パターンの輝点状化の抑制効果が顕著に現れることが判明した。これにより、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を、GaN基板の成長主面とすることにより、EL発光パターンの輝点状化を抑制可能であることが確認された。また、a軸方向のオフ角度をc軸方向のオフ角度より大きくすることにより、EL発光パターンの輝点状化がより効果的に抑制されることが確認された。   As a result, it has been clarified that by providing an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, the effect of suppressing the brightening of the EL light emission pattern can be obtained. In addition, when the off angle in the a-axis direction is 0.1 degrees or less, the effect of suppressing the bright spot light emission is small, and when the off angle in the a-axis direction is larger than 0.1 degree, the bright spot shape of the EL light emission pattern. It became clear that the inhibitory effect of crystallization appeared. Thereby, it was confirmed that the surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is a growth main surface of the GaN substrate, whereby the bright spot shape of the EL light emission pattern can be suppressed. It was also confirmed that the bright spot shape of the EL light emission pattern was more effectively suppressed by making the off angle in the a-axis direction larger than the off angle in the c-axis direction.

実施例1による窒化物半導体レーザ素子として、m面{1−100}に対するa軸方向のオフ角度が+0.5度、c軸方向のオフ角度が−0.15度であるn型GaN基板を用いて、上記第1実施形態と同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例1では、障壁層を、Al0.02In0.03Ga0.95Nから構成し、井戸層をIn0.25Ga0.75Nから構成した。また、上記基板には、c軸方向と平行方向に掘り込み領域を形成した。実施例1のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。なお、比較例1として、障壁層をIn0.02Ga0.98Nから構成した窒化物半導体レーザ素子を作製した。比較例1による窒化物半導体レーザ素子では、掘り込み領域は形成しておらず、その他の構成は実施例1と同様である。 As a nitride semiconductor laser device according to Example 1, an n-type GaN substrate having an off angle in the a-axis direction of +0.5 degrees and an off angle in the c-axis direction of −0.15 degrees with respect to the m-plane {1-100}. Thus, a nitride semiconductor laser element similar to that of the first embodiment was produced. In Example 1, the barrier layer was made of Al 0.02 In 0.03 Ga 0.95 N, and the well layer was made of In 0.25 Ga 0.75 N. In addition, a dug region was formed in the substrate in a direction parallel to the c-axis direction. The other configuration of Example 1 is the same as that of the first embodiment. As Comparative Example 1, a nitride semiconductor laser device having a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N was produced. In the nitride semiconductor laser device according to the comparative example 1, the digging region is not formed, and other configurations are the same as those in the first example.

比較例1では、窒化物半導体層に多数のクラックが発生しており、大きく歩留まりを落とした。このため、クラックの発生しなかったわずかな素子を選別し、EL発光パターンの観察を行ったところ、1mm幅の間に100本程度の多数のダークラインが発生していた。これに対し、実施例1では、クラックの発生はほとんど認められず、歩留まりの低下はほとんどなかった。また、実施例1のEL発光パターンを観察したところ、ダークラインは全く発生していなかった。   In Comparative Example 1, a large number of cracks occurred in the nitride semiconductor layer, and the yield was greatly reduced. For this reason, when few elements which did not generate cracks were selected and the EL light emission pattern was observed, a large number of dark lines of about 100 were generated within 1 mm width. On the other hand, in Example 1, almost no crack was observed, and there was almost no decrease in yield. Further, when the EL light emission pattern of Example 1 was observed, no dark line was generated.

また、実施例1および比較例1について、閾値電流を測定したところ、比較例1による窒化物半導体レーザ素子では閾値電流の値が130mA程度であったのに対し、実施例1による窒化物半導体レーザ素子では閾値電流の値が65mAであり、実施例1による窒化物半導体レーザ素子では、比較例1に比べて、閾値電流が非常に小さくなることが確認された。これは、ダークラインの発生が抑制されて、面内で均一に発光することでゲインが大きくなったためとも考えられる。   In addition, when the threshold current was measured for Example 1 and Comparative Example 1, the nitride semiconductor laser element according to Comparative Example 1 had a threshold current value of about 130 mA, whereas the nitride semiconductor laser according to Example 1 The threshold current value of the element was 65 mA, and it was confirmed that the threshold current of the nitride semiconductor laser element according to Example 1 was much smaller than that of Comparative Example 1. This is also thought to be because the generation of dark lines was suppressed and the gain was increased by emitting light uniformly within the surface.

さらに、実施例1と同様の基板を用いて、同様の窒化物半導体層を形成し、電流狭窄構造を形成しないでLED素子を作製した。そして、作製したLED素子を駆動電流100mAで駆動させたところ、200時間の駆動後もEL発光パターンにダークラインの発生が見られなかった。これは、基板に掘り込み領域を形成したことで、活性層の歪みが有効に緩和されているためであると考えられる。   Furthermore, using the same substrate as in Example 1, a similar nitride semiconductor layer was formed, and an LED element was fabricated without forming a current confinement structure. When the fabricated LED element was driven at a driving current of 100 mA, no dark line was observed in the EL light emission pattern even after driving for 200 hours. This is considered to be because the distortion of the active layer is effectively relieved by forming the digging region in the substrate.

なお、比較例1では、70〜90本/cm2程度のクラックが発生していた。これに対し、実施例1では、クラックの発生は認められず、クラックの発生が大幅に低減していた。 In Comparative Example 1, cracks of about 70 to 90 pieces / cm 2 were generated. On the other hand, in Example 1, generation | occurrence | production of the crack was not recognized but generation | occurrence | production of the crack was reduced significantly.

実施例2による窒化物半導体レーザ素子として、m面{1−100}に対するa軸方向のオフ角度が4度、c軸方向のオフ角度が+1度であるn型GaN基板を用いて、障壁層がAlsIntGauN(s+t+u=1)からなる窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例2では、障壁層を、AlsIntGauN(s=0.01,t=0.03,u=0.96)から構成した。実施例2の障壁層以外の構成は、上記第1実施形態(実施例1)と同様である。この実施例2においても、上記実施例1と同様の効果が得られた。 As the nitride semiconductor laser element according to Example 2, an n-type GaN substrate having an off angle in the a-axis direction of 4 degrees and an off angle in the c-axis direction of +1 degree with respect to the m plane {1-100} is used. Produced a nitride semiconductor laser device made of Al s In t Ga u N (s + t + u = 1). In Example 2, the barrier layer was composed of Al s In t Ga u N (s = 0.01, t = 0.03, u = 0.96). The configuration other than the barrier layer of Example 2 is the same as that of the first embodiment (Example 1). In Example 2, the same effect as in Example 1 was obtained.

さらに、上記実施例2の構成において、AlsIntGauN(s+t+u=1)からなる障壁層のAl組成比sを、0<s≦0.08の範囲、In組成比tを、0<t≦0.10の範囲とした場合でも、ほぼ同じ効果が得られた。 Further, in the configuration of the second embodiment, the Al s In t Ga u N ( s + t + u = 1) of the barrier layer of Al composition ratio s, 0 <a range of s ≦ 0.08, the In composition ratio t, 0 Even in the case of <t ≦ 0.10, substantially the same effect was obtained.

なお、障壁層をAlsIntGauN(s+t+u=1)から構成する場合は、In組成よりAl組成が小さいほうが好ましい。長波長領域の発光波長を実現するために、活性層を900℃以下、通常700℃〜800℃程度の低温で成膜しなければならないため、Inを入れることで、低温成長において結晶性が向上するのではと考えている。また、障壁層を、Inを含むAlInGaN層にすることで、屈折率をAlGaN層に比べ大きくすることができるので、光閉じ込めを効率的に行うことができる。 When the barrier layer is made of Al s In t Ga u N (s + t + u = 1), the Al composition is preferably smaller than the In composition. In order to realize the emission wavelength in the long wavelength region, the active layer must be formed at a low temperature of 900 ° C. or lower, usually about 700 ° C. to 800 ° C., so that the crystallinity is improved in the low temperature growth by adding In. I think that you do. Moreover, since the refractive index can be increased compared to the AlGaN layer by making the barrier layer an AlInGaN layer containing In, light confinement can be performed efficiently.

実施例3による窒化物半導体レーザ素子として、m面{1−100}に対するa軸方向のオフ角度が6度、c軸方向のオフ角度が−1.1度であるGaN基板を用いて、障壁層がAlsIntGauN(s+t+u=1)からなる窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例3では、第1障壁層をAlsIntGauN(s=0.01,t=0,u=0.98)から構成し、第2障壁層および第3障壁層を、AlsIntGauN(s=0.02,t=0.01,u=0.97)から構成した。すなわち、実施例3では、第1障壁層をAlGaNから構成し、第2および第3障壁層を、第1障壁層とは異なるAlInGaNからそれぞれ構成した。実施例3の障壁層以外の構成は、上記第1実施形態(実施例1)と同様である。また、実施例3においても、上記実施例1と同様の効果が得られた。なお、実施例3のように、第1障壁層と第2および第3障壁層との組成が異なっていてもよいし、全ての障壁層のAl組成が異なっていてもよい。 As the nitride semiconductor laser element according to Example 3, a GaN substrate having an off angle in the a-axis direction of 6 degrees and an off angle in the c-axis direction of −1.1 degrees with respect to the m-plane {1-100} is used as a barrier. A nitride semiconductor laser device having a layer made of Al s In t Ga u N (s + t + u = 1) was fabricated. In Example 3, the first barrier layer is composed of Al s In t Ga u N ( s = 0.01, t = 0, u = 0.98), the second barrier layer and the third barrier layer, al s In t Ga u N ( s = 0.02, t = 0.01, u = 0.97) was formed from. That is, in Example 3, the first barrier layer was made of AlGaN, and the second and third barrier layers were made of AlInGaN different from the first barrier layer. The configuration other than the barrier layer of Example 3 is the same as that of the first embodiment (Example 1). Also in Example 3, the same effect as in Example 1 was obtained. As in Example 3, the composition of the first barrier layer and the second and third barrier layers may be different, or the Al composition of all the barrier layers may be different.

また、上記実施例3の構成において、AlsIntGauNからなる障壁層のAl組成比sを、0<s≦0.08の範囲、In組成比tを、0<t≦0.10の範囲とした場合でも、ほぼ同じ効果が得られた。 Further, in the configuration of Example 3, the Al composition ratio s of the barrier layer made of Al s In t Ga u N is set in the range of 0 <s ≦ 0.08, the In composition ratio t is set to 0 <t ≦ 0. Even in the range of 10, almost the same effect was obtained.

なお、障壁層にAlsIntGauN(s+t+u=1)を用いる場合には、In組成よりAl組成が大きい方が好ましい。このように構成することにより、Alを含むことによる、ダークラインの発生抑制効果を高めることができる。 Note that when Al s In t Ga u N (s + t + u = 1) is used for the barrier layer, the Al composition is preferably larger than the In composition. By comprising in this way, the generation | occurrence | production suppression effect of a dark line by containing Al can be heightened.

実施例4による窒化物半導体レーザ素子として、m面{1−100}に対するa軸方向のオフ角度が6度、c軸方向のオフ角度が+2度であるn型GaN基板を用いて、実施例1とほぼ同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。すなわち、実施例4では、障壁層をAlInGaNから構成した。ただし、実施例1では、3つの障壁層(第1障壁層、第2障壁層および第3障壁層)のAl組成比およびIn組成比を同じに構成しているのに対し、この実施例4では、異なるAl組成比およびIn組成比とした。具体的には、第1障壁層のAl組成比を2%、In組成比を5%、第2および第3障壁層のAl組成比を0.08%、In組成比を4%とした。この実施例4においても、上記実施例1と同様の効果が得られた。なお、実施例4のように、第1障壁層のAl組成比が、他の障壁層のAl組成比より高い場合においても、同様の効果が得られた。   As a nitride semiconductor laser device according to Example 4, an n-type GaN substrate having an off angle in the a-axis direction of 6 degrees and an off angle in the c-axis direction of +2 degrees with respect to the m-plane {1-100} is used. A nitride semiconductor laser device substantially the same as 1 was fabricated. That is, in Example 4, the barrier layer was made of AlInGaN. However, in Example 1, the Al composition ratio and the In composition ratio of the three barrier layers (the first barrier layer, the second barrier layer, and the third barrier layer) are configured to be the same. Then, different Al composition ratio and In composition ratio were used. Specifically, the Al composition ratio of the first barrier layer was 2%, the In composition ratio was 5%, the Al composition ratio of the second and third barrier layers was 0.08%, and the In composition ratio was 4%. In Example 4, the same effect as in Example 1 was obtained. Note that the same effect was obtained when the Al composition ratio of the first barrier layer was higher than the Al composition ratio of the other barrier layers as in Example 4.

(第2実施形態)
この第2実施形態では、m面を成長主面とするGaN基板を用いて窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子が形成されている。また、GaN基板の成長主面には、上記第1実施形態と同様の凹部(掘り込み領域)が形成されている。さらに、活性層の障壁層は、AlとInとを含む窒化物半導体であるAlInGaNから構成されている。第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, a nitride semiconductor wafer and a nitride semiconductor laser device are formed using a GaN substrate having an m-plane as a growth main surface. In addition, a recess (digging region) similar to that in the first embodiment is formed on the main growth surface of the GaN substrate. Furthermore, the barrier layer of the active layer is made of AlInGaN, which is a nitride semiconductor containing Al and In. Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

第2実施形態では、上記のように、障壁層をAlInGaNから構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。また、障壁層をGaNやInGaNから構成した場合に比べて、界面の急峻性を向上させることができるので、X線回折測定によるサテライトピークを明瞭化することができる。   In the second embodiment, generation of dark lines can be suppressed by configuring the barrier layer from AlInGaN as described above. Moreover, since the steepness of the interface can be improved as compared with the case where the barrier layer is made of GaN or InGaN, the satellite peak by the X-ray diffraction measurement can be clarified.

また、第2実施形態では、ダークラインの発生を抑制することによって、発光効率の低下を抑制することができるので、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、ダークラインの発生を抑制することによって、均一発光の発光パターンを得ることができるので、ゲインを高めることもできる。   Further, in the second embodiment, by suppressing the occurrence of dark lines, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency, so that element characteristics and reliability can be improved. Note that by suppressing the occurrence of dark lines, a uniform light emission pattern can be obtained, and thus the gain can be increased.

さらに、第2実施形態では、上記第1実施形態と同様、GaN基板に凹部(掘り込み領域)を形成することによって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができるので、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。   Furthermore, in the second embodiment, as in the first embodiment, a very high crack suppression effect can be obtained by forming a recess (digging region) in the GaN substrate. Can be effectively suppressed.

なお、m面を成長主面とするGaN基板を用いた場合には、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするGaN基板を用いた場合に比べて、層表面の平坦性は劣るものの、発光効率を十分に向上させることができる。このため、十分に使用可能な発光効率を得ることができる。また、障壁層にAlInGaNを用いることによって、井戸層に取り込まれるInの効率を非常に良好にすることができる。このため、Inのガス流量を少なくした場合でも、高いIn組成比を維持することができる。これにより、取り込み効率を向上させることができるので、有効に長波長化を図ることができる。   It should be noted that when a GaN substrate having an m-plane as a growth principal surface is used, the layer is larger than when a GaN substrate having a growth main surface as a plane having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is used. Although the surface flatness is inferior, the light emission efficiency can be sufficiently improved. For this reason, the luminous efficiency which can fully be used can be obtained. Further, by using AlInGaN for the barrier layer, the efficiency of In taken into the well layer can be made very good. For this reason, even when the gas flow rate of In is reduced, a high In composition ratio can be maintained. Thereby, since the capture efficiency can be improved, the wavelength can be effectively increased.

(第3実施形態)
図39は、本発明の第3実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。図39は、第3実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子に用いられる基板の一部の断面を示している。次に、図1、図7および図39を参照して、本発明の第3実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子について説明する。なお、第3実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 39 is a cross-sectional view for explaining a nitride semiconductor wafer and a nitride semiconductor laser device according to a third embodiment of the invention. FIG. 39 shows a cross section of a part of the substrate used for the nitride semiconductor wafer and the nitride semiconductor laser device according to the third embodiment. Next, with reference to FIGS. 1, 7 and 39, a nitride semiconductor wafer and a nitride semiconductor laser device according to a third embodiment of the invention will be described. In the third embodiment, an example in which the nitride semiconductor device of the present invention is applied to a nitride semiconductor laser device will be described.

この第3実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子では、上記した第1実施形態の構成に加えて、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜をさらに備えている。具体的には、第3実施形態では、図39に示すように、n型GaN基板10の掘り込み領域3(凹部2の内側の領域)に、窒化物膜であるAlN膜からなる成長抑制膜160がさらに形成されている。この成長抑制膜160は、凹部2の底面部2aおよび側面部2bを覆うように形成されている。また、上記成長抑制膜160は、凹部2(掘り込み領域3)内を埋め込まない厚みとなっている。   The nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor laser device according to the third embodiment are further provided with a growth suppressing film for suppressing crystal growth of the nitride semiconductor in addition to the configuration of the first embodiment described above. Specifically, in the third embodiment, as shown in FIG. 39, a growth suppressing film made of an AlN film that is a nitride film is formed in the digging region 3 (the region inside the recess 2) of the n-type GaN substrate 10. 160 is further formed. The growth suppression film 160 is formed so as to cover the bottom surface portion 2a and the side surface portion 2b of the recess 2. Further, the growth suppression film 160 has a thickness that does not fill the recess 2 (digging region 3).

さらに、上記成長抑制膜160は、側面部2bに形成された部分の厚みt2が底面部2aに形成された部分の厚みt1よりも小さくなるように形成されている。具体的には、上記成長抑制膜160は、凹部2の底面部2aに形成された部分の厚みt1が約100nmに形成されているとともに、凹部2の側面部2bに形成された部分の厚みt2が約80nmに形成されている。このような構成により、成長抑制膜160の剥がれなどの不良を効果的に抑制することが可能となる。   Further, the growth suppression film 160 is formed so that the thickness t2 of the portion formed on the side surface portion 2b is smaller than the thickness t1 of the portion formed on the bottom surface portion 2a. Specifically, in the growth suppressing film 160, the thickness t1 of the portion formed on the bottom surface portion 2a of the recess 2 is formed to about 100 nm, and the thickness t2 of the portion formed on the side surface portion 2b of the recess 2 is set. Is formed at about 80 nm. With such a configuration, defects such as peeling of the growth suppression film 160 can be effectively suppressed.

なお、成長抑制膜160の厚みt1は、凹部2の深さfの半分以下であるのが好ましい。また、成長抑制膜160の厚みt2は、凹部2の開口幅gの半分以下であるのが好ましい。このように構成されていれば、凹部2内が成長抑制膜で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となる。   The thickness t1 of the growth suppression film 160 is preferably less than or equal to half the depth f of the recess 2. The thickness t2 of the growth suppression film 160 is preferably less than or equal to half the opening width g of the recess 2. If comprised in this way, it will become possible to suppress that the inside of the recessed part 2 will be filled with a growth suppression film | membrane.

また、第3実施形態では、上記成長抑制膜160は、凹部2に沿って延びるように(c軸[0001]方向に延びるように)形成されている。   In the third embodiment, the growth suppression film 160 is formed so as to extend along the recess 2 (extend in the c-axis [0001] direction).

第3実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。   Other configurations of the third embodiment are the same as those of the first embodiment.

第3実施形態では、上記のように、n型GaN基板10の掘り込み領域3(凹部2の内側の領域)に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜160を形成することによって、窒化物半導体層20(図1および図7参照)の成膜時に、凹部2(掘り込み領域3)内が窒化物半導体層20(窒化物半導体層20を構成する半導体層)で埋まってしまうのを確実に抑制することができる。このため、凹部2(掘り込み領域3)上の窒化物半導体層20(窒化物半導体層20を構成する各層)の表面に窪みが形成された状態により容易にすることができる。これにより、n型GaN基板10と窒化物半導体層20との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層20に歪みが生じた場合でも、非掘り込み領域4上に形成される窒化物半導体層20の歪みを、凹部2(掘り込み領域3)上の窒化物半導体層20の表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。   In the third embodiment, as described above, by forming the growth suppression film 160 that suppresses the crystal growth of the nitride semiconductor in the digging region 3 (the region inside the recess 2) of the n-type GaN substrate 10, When the nitride semiconductor layer 20 (see FIGS. 1 and 7) is formed, the recess 2 (digging region 3) is filled with the nitride semiconductor layer 20 (semiconductor layer constituting the nitride semiconductor layer 20). Can be reliably suppressed. For this reason, it can be facilitated by a state in which a depression is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 (each layer constituting the nitride semiconductor layer 20) on the recess 2 (digging region 3). As a result, the lattice constant difference and the thermal expansion coefficient difference between the n-type GaN substrate 10 and the nitride semiconductor layer 20 become large, and even when the nitride semiconductor layer 20 is distorted, the non-dig region 4 The strain of the nitride semiconductor layer 20 formed in the above can be alleviated by the above-described depression formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 on the recess 2 (digging region 3).

特に、窒化物半導体の層(たとえば、n型クラッド層)をより厚く成膜する必要がある場合には、凹部2(掘り込み領域3)が埋め込まれ易くなるため、このような場合には、上記のような成長抑制膜160を凹部2(掘り込み領域3)内に形成しておくことは非常に有効である。凹部2(掘り込み領域3)内が完全に埋まりきってしまうと(窪みが形成されないと)、歪みを緩和することが困難となり、クラックの抑制効果が低減するためである。   In particular, when it is necessary to form a nitride semiconductor layer (for example, an n-type cladding layer) thicker, the recess 2 (digging region 3) is likely to be embedded. It is very effective to form the growth suppressing film 160 as described above in the recess 2 (digging region 3). This is because if the recess 2 (digging region 3) is completely filled (if no dent is formed), it becomes difficult to alleviate the distortion, and the crack suppression effect is reduced.

また、第3実施形態では、成長抑制膜160を、凹部2(掘り込み領域3)内を埋め込まない厚みに形成することによって、容易に、凹部2(掘り込み領域3)上の窒化物半導体層20(窒化物半導体層20を構成する各層)の表面に窪みが形成された状態にすることができる。   In the third embodiment, the nitride semiconductor layer on the recess 2 (digging region 3) can be easily formed by forming the growth suppressing film 160 to a thickness that does not fill the recess 2 (digging region 3). 20 (respective layers constituting the nitride semiconductor layer 20) can be in a state in which depressions are formed on the surface.

また、第3実施形態では、成長抑制膜160を、アルミニウムの窒化物膜であるAlN膜から構成することによって、より高いクラック抑制効果を得ることができる。また、AlNは、窒化物半導体と同様の結晶構造をとることができるため、成長抑制膜160と成長抑制膜160がないところとで、結晶構造を連続的にすることができる。このため、AlNは成長抑制膜の材料として好適であるといえる。   In the third embodiment, the growth suppressing film 160 is made of an AlN film that is an aluminum nitride film, whereby a higher crack suppressing effect can be obtained. In addition, since AlN can have a crystal structure similar to that of a nitride semiconductor, the crystal structure can be made continuous between the growth suppression film 160 and where the growth suppression film 160 is not provided. For this reason, it can be said that AlN is suitable as a material for the growth suppression film.

また、a軸方向にオフ角度を有する面を成長主面10aとするn型GaN基板10に凹部2(掘り込み領域3)を形成し、その凹部2(掘り込み領域3)に成長抑制膜160を形成した場合、層厚傾斜領域5(図7参照)の幅を狭くすることができる。この場合、発光部形成領域6(図7参照)を広くすることができるため、1枚の窒化物半導体ウェハから取れるチップ数を多くとりたい場合などに好ましい。   Further, the recess 2 (digging region 3) is formed in the n-type GaN substrate 10 having the growth main surface 10a as a surface having an off angle in the a-axis direction, and the growth suppressing film 160 is formed in the recess 2 (digging region 3). When the is formed, the width of the layer thickness gradient region 5 (see FIG. 7) can be reduced. In this case, since the light emitting portion forming region 6 (see FIG. 7) can be widened, it is preferable when it is desired to increase the number of chips that can be taken from one nitride semiconductor wafer.

なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。   The remaining effects of the third embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.

図40および図41は、本発明の第3実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。次に、図20〜図23、図40および図41を参照して、本発明の第3実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明する。なお、第3実施形態における成長抑制膜160の形成工程以外の工程は、上記第1実施形態と同様であるため、以下、成長抑制膜160の形成工程についてのみ説明する。   40 and 41 are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the nitride semiconductor laser element according to the third embodiment of the invention. A method for manufacturing a nitride semiconductor laser element according to the third embodiment of the present invention is now described with reference to FIGS. In addition, since processes other than the formation process of the growth suppression film | membrane 160 in 3rd Embodiment are the same as that of the said 1st Embodiment, hereafter, only the formation process of the growth suppression film | membrane 160 is demonstrated.

まず、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするn型GaN基板を準備し、図20〜図23に示した第1実施形態と同様の方法により、n型GaN基板に凹部2を形成する。   First, an n-type GaN substrate having a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane as a growth principal surface is prepared, and an n-type is formed by the same method as in the first embodiment shown in FIGS. A recess 2 is formed in the GaN substrate.

次に、図40に示すように、ECR(Electron Cyclotron Resonance)装置を用いたスパッタ法により、成長抑制膜としてのAlN膜160aを約100nmの厚みで全面に形成する。このとき、スパッタ条件などを調節することにより、凹部2の側面部2bに形成されるAlN膜160aの厚みが約80nmとなるようにAlN膜160aを形成する。   Next, as shown in FIG. 40, an AlN film 160a as a growth suppressing film is formed on the entire surface with a thickness of about 100 nm by sputtering using an ECR (Electron Cyclotron Resonance) apparatus. At this time, by adjusting sputtering conditions and the like, the AlN film 160a is formed so that the thickness of the AlN film 160a formed on the side surface 2b of the recess 2 is about 80 nm.

そして、図41に示すように、HF(フッ化水素)などのエッチャントを用いて、SiO2層420(図40参照)を除去する。これにより、リフトオフによって、凹部2の側面部2bおよび底面部2aにAlN膜からなる上記成長抑制膜160が形成される。 Then, as shown in FIG. 41, the SiO 2 layer 420 (see FIG. 40) is removed using an etchant such as HF (hydrogen fluoride). Thus, the growth suppressing film 160 made of an AlN film is formed on the side surface portion 2b and the bottom surface portion 2a of the recess 2 by lift-off.

図42は、第3実施形態の第1変形例による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。図24および図42を参照して、第3実施形態の第1変形例では、成長抑制膜の形状が異なる場合について説明する。   FIG. 42 is a cross-sectional view for explaining a nitride semiconductor wafer and a nitride semiconductor laser device according to a first modification of the third embodiment. With reference to FIG. 24 and FIG. 42, the case where the shape of a growth suppression film | membrane differs in the 1st modification of 3rd Embodiment is demonstrated.

この第3実施形態の第1変形例では、図42に示すように、AlN膜からなる成長抑制膜161が凹部2内における成長主面10aより低い領域(位置)に形成されている。この成長抑制膜160は、凹部2の側面部2bの一部と底面部2aとに、断面略コの字状(略凹状)に形成されている。   In the first modification of the third embodiment, as shown in FIG. 42, a growth suppression film 161 made of an AlN film is formed in a region (position) lower than the growth main surface 10a in the recess 2. The growth suppressing film 160 is formed in a substantially U-shaped cross section (substantially concave) on a part of the side surface portion 2 b and the bottom surface portion 2 a of the recess 2.

また、上記成長抑制膜161は、凹部2の開口幅gよりも小さい所定の幅D1を有しており、上記第3実施形態と同様、凹部2に沿って延びるように(c軸[0001]方向に延びるように)形成されている。   The growth suppression film 161 has a predetermined width D1 smaller than the opening width g of the recess 2 and extends along the recess 2 (c-axis [0001]) as in the third embodiment. To extend in the direction).

また、第3実施形態の第1変形例では、成長主面10a(非掘り込み領域4の表面)から成長抑制膜161までの距離t3が、たとえば、約1.5μmとなるように設定されている。なお、この距離t3が小さくなり過ぎると、成長抑制膜161の形成が困難になるため、上記距離t3は、0.5μm以上に設定されているのが好ましい。   In the first modification of the third embodiment, the distance t3 from the growth principal surface 10a (the surface of the non-digging region 4) to the growth suppression film 161 is set to be about 1.5 μm, for example. Yes. If the distance t3 becomes too small, it becomes difficult to form the growth suppressing film 161. Therefore, the distance t3 is preferably set to 0.5 μm or more.

第3実施形態の第1変形例のその他の構成は、上記第3実施形態と同様である。また、第3実施形態の第1変形例の効果は、上記第3実施形態と同様である。   Other configurations of the first modification of the third embodiment are the same as those of the third embodiment. The effects of the first modification of the third embodiment are the same as those of the third embodiment.

なお、上記した成長抑制膜161は、たとえば、以下のようにして形成することができる。   The above-described growth suppression film 161 can be formed as follows, for example.

まず、上記第1実施形態と同様の方法を用いて、基板に凹部(掘り込み領域)を形成することにより、図24に示したような、凹部2(掘り込み領域)が形成されたn型GaN基板10を準備する。次に、このn型GaN基板10の成長主面10aの全面にレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、凹部2の開口幅g(図42参照)より狭い範囲のレジストを選択的に除去する。これにより、レジストパターンとしての開口部が、凹部2の側面部2bの一部および凹部2の底面部2aを露出させるように形成される。   First, by using a method similar to that of the first embodiment, a concave portion (digging region) is formed in the substrate to form an n-type in which the concave portion 2 (digging region) as shown in FIG. 24 is formed. A GaN substrate 10 is prepared. Next, a resist is applied to the entire growth main surface 10 a of the n-type GaN substrate 10. Then, using a photolithography technique, the resist in a range narrower than the opening width g (see FIG. 42) of the recess 2 is selectively removed. Thereby, an opening as a resist pattern is formed so as to expose a part of the side surface 2b of the recess 2 and the bottom surface 2a of the recess 2.

続いて、ECRスパッタ装置を用いたスパッタ法により、成長抑制膜としてのAlN膜を全面に形成した後、レジスト剥離液や有機溶剤(たとえば、アセトン、エタノールなど)を用いてレジストを除去する。これにより、リフトオフによって、図42に示したような成長抑制膜161が形成される。   Subsequently, an AlN film as a growth suppression film is formed on the entire surface by sputtering using an ECR sputtering apparatus, and then the resist is removed using a resist stripping solution or an organic solvent (for example, acetone, ethanol, etc.). Thereby, the growth suppression film 161 as shown in FIG. 42 is formed by lift-off.

図43は、第3実施形態の第2変形例による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。図43を参照して、第3実施形態の第2変形例では、成長抑制膜の形状が異なる他の例について説明する。   FIG. 43 is a cross-sectional view for explaining a nitride semiconductor wafer and a nitride semiconductor laser device according to a second modification of the third embodiment. With reference to FIG. 43, the 2nd modification of 3rd Embodiment demonstrates the other example from which the shape of a growth suppression film | membrane differs.

この第3実施形態の第2変形例では、図43に示すように、AlN膜からなる成長抑制膜162が、凹部2(掘り込み領域3)内のみならず、非掘り込み領域4の一部にも形成されている。   In the second modification of the third embodiment, as shown in FIG. 43, the growth suppression film 162 made of an AlN film is not only in the recess 2 (digging region 3) but also in a part of the non-digging region 4. Also formed.

また、上記成長抑制膜162は、凹部2の開口幅gよりも大きい所定の幅D2を有しており、上記第3実施形態と同様、凹部2に沿って延びるように(c軸[0001]方向に延びるように)形成されている。   The growth suppression film 162 has a predetermined width D2 larger than the opening width g of the recess 2 and extends along the recess 2 (c-axis [0001]), as in the third embodiment. To extend in the direction).

第3実施形態の第2変形例のその他の構成は、上記第3実施形態と同様である。また、第3実施形態の第2変形例の効果は、上記第3実施形態と同様である。   Other configurations of the second modified example of the third embodiment are the same as those of the third embodiment. The effect of the second modification of the third embodiment is the same as that of the third embodiment.

なお、上記した成長抑制膜162は、たとえば、上記第1変形例の製造方法において、レジストパターンを変更することにより、形成することができる。具体的には、フォトリソグラフィ技術を用いて、凹部2の開口幅gより広い範囲のレジストを選択的に除去することにより、凹部2(掘り込み領域3)と非掘り込み領域4の一部とを露出させるように、レジストパターンとしての開口部を形成する。その後、上記第1変形例と同様の方法を用いることにより、図43に示したような成長抑制膜162が形成される。   Note that the above-described growth suppression film 162 can be formed, for example, by changing the resist pattern in the manufacturing method of the first modification. Specifically, by selectively removing a resist in a range wider than the opening width g of the concave portion 2 using photolithography technology, the concave portion 2 (digging region 3) and a part of the non-digging region 4 An opening as a resist pattern is formed so as to be exposed. Thereafter, by using the same method as in the first modification, the growth suppression film 162 as shown in FIG. 43 is formed.

(第4実施形態)
この第4実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子では、上記第1〜第3実施形態とは異なり、窒化物半導体基板上に、一度、窒化物半導体の層を成長させた後に、凹部(掘り込み領域)が形成されている。そして、凹部(掘り込み領域)が形成された窒化物半導体基板上に、さらに、窒化物半導体層が形成(再成長)されている。なお、凹部(掘り込み領域)を形成する前の基板(窒化物半導体層が成膜された基板)を、ここでは「テンプレート基板」と呼ぶこととする。
(Fourth embodiment)
In the nitride semiconductor wafer and the nitride semiconductor laser device according to the fourth embodiment, unlike the first to third embodiments, after a nitride semiconductor layer is once grown on the nitride semiconductor substrate, A recess (digging area) is formed. A nitride semiconductor layer is further formed (regrown) on the nitride semiconductor substrate in which the recesses (digging regions) are formed. Here, the substrate (the substrate on which the nitride semiconductor layer is formed) before forming the concave portion (digging region) is referred to as a “template substrate” here.

第4実施形態の具体的な構成は、上記第1実施形態と同様のn型GaN基板上に、約0.5μmの厚みを有するn型Al0.02Ga0.98Nからなる第1AlGaN層が形成されている。この第1AlGaN層は、凹部(掘り込み領域)が形成される前に成膜されている。そして、n型GaN基板上に第1AlGaN層が成膜されることによって、テンプレート基板が形成されている。 The specific configuration of the fourth embodiment is that an n-type Al 0.02 Ga 0.98 N layer having a thickness of about 0.5 μm is formed on the same n-type GaN substrate as in the first embodiment. Yes. The first AlGaN layer is formed before the recess (digging region) is formed. A template substrate is formed by forming a first AlGaN layer on the n-type GaN substrate.

このテンプレート基板の所定領域には、上記第1実施形態と同様の凹部(掘り込み領域)が形成されている。また、凹部(掘り込み領域)が形成されたテンプレート基板上には、窒化物半導体各層が積層されている。そして、テンプレート基板上に、上記第1および第2実施形態と同様の素子構造が形成されている。なお、テンプレート基板上には、第2実施形態と同様の成長抑制膜が形成されていてもよい。   In a predetermined region of the template substrate, a recess (digging region) similar to that in the first embodiment is formed. In addition, each layer of the nitride semiconductor is stacked on the template substrate on which the recesses (digging regions) are formed. And the element structure similar to the said 1st and 2nd embodiment is formed on the template board | substrate. Note that a growth suppression film similar to that of the second embodiment may be formed on the template substrate.

ここで、層厚傾斜領域の幅は、上述したように、a軸方向のオフ角度によって決まるが、a軸方向のオフ角度以外に、窒化物半導体層の層厚によっても、層厚傾斜領域の幅が変化することが分かった。具体的には、基板上に積層された窒化物半導体層の全層厚が大きくなればなる程、層厚傾斜領域の幅が広くなる傾向がある。より具体的には、層厚が大きくなるに従い、凹部(掘り込み領域)に接する側から、層厚傾斜領域の幅が徐々に広がっていく。そのため、厚膜の窒化物半導体層を形成する場合には、層厚傾斜領域の幅が広がるため、発光部形成領域が狭くなり好ましくない場合がある。   Here, as described above, the width of the layer thickness gradient region is determined by the off-angle in the a-axis direction, but in addition to the off-angle in the a-axis direction, the width of the layer thickness gradient region is also determined by the layer thickness of the nitride semiconductor layer. It turns out that the width changes. Specifically, as the total thickness of the nitride semiconductor layer stacked on the substrate increases, the width of the layer thickness gradient region tends to increase. More specifically, as the layer thickness increases, the width of the layer thickness gradient region gradually increases from the side in contact with the recess (digging region). Therefore, when a thick nitride semiconductor layer is formed, the width of the layer thickness gradient region is widened, which may be undesirable because the light emitting portion forming region becomes narrow.

その一方、第4実施形態では、上記のように構成することによって、層厚傾斜領域の幅が広がるのを抑制することができる。すなわち、層厚傾斜領域は、凹部(掘り込み領域)を形成した後に成膜した窒化物半導体層から形成されるため、凹部(掘り込み領域)を形成する前に、窒化物半導体層を成膜しておくことによって、凹部(掘り込み領域)を形成した後に成膜する窒化物半導体各層の全層厚を小さくすることができる。これにより、層厚傾斜領域の幅を狭くすることができる。   On the other hand, in 4th Embodiment, it can suppress that the width | variety of a layer thickness inclination area | region spreads by comprising as mentioned above. That is, since the layer thickness gradient region is formed from the nitride semiconductor layer formed after forming the recess (digging region), the nitride semiconductor layer is formed before forming the recess (digging region). By doing so, it is possible to reduce the total thickness of each nitride semiconductor layer to be formed after forming the recesses (digging regions). Thereby, the width | variety of a layer thickness inclination area | region can be narrowed.

また、第4実施形態では、第1AlGaN層を形成した後、凹部(掘り込み領域)を形成することによって、より高いAl組成を有する窒化物半導体層を成膜する場合でも、より効果的に歪みを緩和することができる。このため、より高いクラック抑制効果を得ることができる。   Further, in the fourth embodiment, after forming the first AlGaN layer, the recess (digging region) is formed, so that even when a nitride semiconductor layer having a higher Al composition is formed, the strain is more effectively strained. Can be relaxed. For this reason, a higher crack suppression effect can be obtained.

なお、第4実施形態のその他の構成および効果は、上記第1実施形態と同様である。   The remaining configuration and effects of the fourth embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.

図44〜図46は、本発明の第4実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。なお、図46は、凹部(掘り込み領域)が形成されていない部分の断面を示している。次に、図44〜図46を参照して、本発明の第4実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明する。   44 to 46 are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 46 shows a cross section of a portion where a recess (digging area) is not formed. A method for manufacturing a nitride semiconductor laser element according to the fourth embodiment of the present invention is now described with reference to FIGS.

まず、図44に示すように、MOCVD法により、第1実施形態と同様のn型GaN基板10を用いて、その成長主面10a上に、n型Al0.02Ga0.98Nからなる第1AlGaN層21aを、クラックが発生しない程度の厚み(たとえば、約0.5μm)で成長させる。これにより、テンプレート基板が形成される。この段階では、n型GaN基板10に凹部(掘り込み領域)が形成されていないため、第1AlGaN層21aには、層厚傾斜領域は形成されない。 First, as shown in FIG. 44, the first AlGaN layer 21a made of n-type Al 0.02 Ga 0.98 N is formed on the main growth surface 10a using the same n-type GaN substrate 10 as in the first embodiment by MOCVD. Is grown with a thickness (for example, about 0.5 μm) that does not cause cracks. Thereby, a template substrate is formed. At this stage, since no recess (digging region) is formed in the n-type GaN substrate 10, no layer thickness gradient region is formed in the first AlGaN layer 21a.

次に、MOCVD装置からテンプレート基板を一度取り出す。そして、図45に示すように、上記第1実施形態と同様の方法を用いて、テンプレート基板に凹部(掘り込み領域)2を形成する。このとき、n型GaN基板10との格子不整合などに起因して生じた第1AlGaN層21aの歪みが、凹部2の形成によって緩和される。なお、凹部2を形成した後に、テンプレート基板上に成長抑制膜を形成してもよい。   Next, the template substrate is taken out from the MOCVD apparatus once. And as shown in FIG. 45, the recessed part (digging area | region) 2 is formed in a template board | substrate using the method similar to the said 1st Embodiment. At this time, the distortion of the first AlGaN layer 21 a caused by lattice mismatch with the n-type GaN substrate 10 is alleviated by the formation of the recess 2. In addition, after forming the recessed part 2, you may form a growth suppression film | membrane on a template board | substrate.

その後、凹部2が形成されたn型GaN基板10(テンプレート基板)を、もう一度、MOCVD装置に導入し、図46に示すように、第1AlGaN層21a上に、約1.7μmの厚みを有するn型Al0.06Ga0.94Nからなる第2AlGaN層21bを成長させる。これにより、第1AlGaN層21aと第2AlGaN層21bとによって、約2.2μm(=0.5μm+1.7μm)の厚みを有するn型クラッド層121が形成される。 Thereafter, the n-type GaN substrate 10 (template substrate) in which the recesses 2 are formed is again introduced into the MOCVD apparatus, and as shown in FIG. 46, the n-type GaN substrate 10 having a thickness of about 1.7 μm is formed on the first AlGaN layer 21a. A second AlGaN layer 21b made of type Al 0.06 Ga 0.94 N is grown. Thereby, the n-type cladding layer 121 having a thickness of about 2.2 μm (= 0.5 μm + 1.7 μm) is formed by the first AlGaN layer 21a and the second AlGaN layer 21b.

ここで、第4実施形態では、厚みの大きい第2AlGaN層21bを、第1AlGaN層21a上に成長させることによって、n型GaN基板10上に直接成長させる場合に比べて、格子不整合などに起因する歪みの発生が抑制される。これにより、さらに高いAl組成の窒化物半導体層(たとえば、AlGaN層)を、これまでよりさらに厚く形成することが可能となる。   Here, in the fourth embodiment, the second AlGaN layer 21b having a large thickness is grown on the first AlGaN layer 21a, thereby causing a lattice mismatch or the like as compared with the case where the second AlGaN layer 21b is directly grown on the n-type GaN substrate 10. Generation of distortion is suppressed. Thereby, a nitride semiconductor layer (for example, an AlGaN layer) having a higher Al composition can be formed thicker than before.

続いて、n型クラッド層121(第2AlGaN層21b)上に、MOCVD法を用いて、上記第1実施形態と同様の窒化物半導体各層22〜27を成長させる。このとき、凹部2を形成した後に成長させた窒化物半導体層から(第2AlGaN層21bから)層厚傾斜領域が形成される。このため、凹部2を形成する前に、窒化物半導体層(ここでは、第1AlGaN層21a)を形成しておくことによって、凹部2を形成した後に成長させる窒化物半導体各層の全層厚を小さくすることが可能となる。これにより、層厚傾斜領域の幅が狭く形成される。   Subsequently, the nitride semiconductor layers 22 to 27 similar to those of the first embodiment are grown on the n-type cladding layer 121 (second AlGaN layer 21b) by using the MOCVD method. At this time, a layer thickness gradient region is formed from the nitride semiconductor layer grown after forming the recess 2 (from the second AlGaN layer 21b). Therefore, by forming a nitride semiconductor layer (here, the first AlGaN layer 21a) before forming the recess 2, the total thickness of each layer of the nitride semiconductor grown after forming the recess 2 is reduced. It becomes possible to do. Thereby, the width | variety of a layer thickness inclination area | region is formed narrowly.

その後、上記第1実施形態と同様の工程を経て、第4実施形態による窒化物半導体レーザ素子が製造される。   Thereafter, the nitride semiconductor laser device according to the fourth embodiment is manufactured through the same steps as those of the first embodiment.

なお、テンプレート基板の最表面の層がAlを含む窒化物半導体層(たとえば、AlGaN層、AlInGaN層、AlInN層など)であった場合、MOCVD装置に再度導入した後、再成長を行うために1100℃程度まで昇温すると、Al以外のGaやInなどの原子が蒸発し、表面にAlリッチな高抵抗層が形成されることがある。このため、再成長させる窒化物半導体層は、700℃〜950℃の範囲の成長温度で成膜するのが好ましい。この成長温度範囲であれば、Alリッチの高抵抗層が形成されることなく、再成長させることができる。   In the case where the outermost layer of the template substrate is a nitride semiconductor layer containing Al (for example, an AlGaN layer, an AlInGaN layer, an AlInN layer, etc.), it is introduced into the MOCVD apparatus again and then re-growth 1100. When the temperature is raised to about 0 ° C., atoms such as Ga and In other than Al evaporate, and an Al-rich high resistance layer may be formed on the surface. For this reason, it is preferable to form the nitride semiconductor layer to be regrown at a growth temperature in the range of 700 ° C. to 950 ° C. Within this growth temperature range, the Al-rich high-resistance layer can be regrown without being formed.

さらに、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合、上記のような700℃〜950℃の範囲の低温成長においても、非常に結晶性がよく、表面の平坦性も高い膜が得られることが分かった。このため、このような観点からも、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いて再成長を行うことは好ましい。また、Alリッチの高抵抗層の発生を抑制するためには、再成長を開始する温度が700℃〜950℃の範囲であればよく、成長が開始した時点で、最適な温度まで昇温しながら成長させてもよい。   Furthermore, when a nitride semiconductor substrate having a growth main surface that has an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane is used, even in the low-temperature growth in the range of 700 to 950 ° C. It was found that a film having good crystallinity and high surface flatness can be obtained. For this reason, also from such a viewpoint, it is preferable to perform regrowth using a nitride semiconductor substrate whose main growth surface is a surface having an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane. In order to suppress the generation of the Al-rich high resistance layer, the temperature at which regrowth starts may be in the range of 700 ° C. to 950 ° C., and when the growth starts, the temperature is raised to an optimum temperature. You can grow it.

また、このAlリッチの高抵抗層の形成抑制に関して、再成長を行う前の窒化物半導体層の表面をGaN層にすることで、このような現象を抑制することが可能である。そのため、高抵抗層の形成を抑制するという観点からは、テンプレート基板の最表面の層をGaN層とするのが好ましい。   Further, regarding the suppression of the formation of the Al-rich high resistance layer, such a phenomenon can be suppressed by making the surface of the nitride semiconductor layer before regrowth a GaN layer. Therefore, from the viewpoint of suppressing the formation of the high resistance layer, the outermost layer of the template substrate is preferably a GaN layer.

なお、凹部(掘り込み領域)を形成する前に成膜する窒化物半導体層は、AlxGayInzN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+z=1)からなる半導体層であればよい。また、10%以下であれば、酸素を含んでいてもよい。たとえば、上記窒化物半導体層として、AlONなどの酸窒化物膜であってもよい。 Note that the nitride semiconductor layer formed before forming the concave portion (digging region) is Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y + z = Any semiconductor layer comprising 1) may be used. Moreover, if it is 10% or less, it may contain oxygen. For example, the nitride semiconductor layer may be an oxynitride film such as AlON.

また、たとえば、基板に凹部(掘り込み領域)を形成する前に、MOCVD装置を用いて、n型GaN層、n型Al0.062Ga0.938Nからなる第1クラッド層を順次形成することによってテンプレート基板を形成してもよい。形成したテンプレート基板は、MOCVD装置から一度取り出し、凹部(掘り込み領域)を形成した後に、再度、MOCVD装置に導入して、窒化物半導体各層を再成長させることができる。この場合も、上記と同様、層厚傾斜領域の幅が広がるのを抑制することができる。 Further, for example, before forming a recess (digging region) in the substrate, a template substrate is formed by sequentially forming an n-type GaN layer and a first cladding layer made of n-type Al 0.062 Ga 0.938 N using an MOCVD apparatus. May be formed. The formed template substrate is once taken out from the MOCVD apparatus, and after forming a recess (digging region), it can be introduced again into the MOCVD apparatus to re-grow the nitride semiconductor layers. Also in this case, as described above, it is possible to suppress the width of the layer thickness gradient region from widening.

(第5実施形態)
図47は、本発明の第5実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。次に、図47を参照して、この第5実施形態では、実質的にオフ角度が設けられていない基板を用いて、層厚傾斜領域を形成する場合について説明する。なお、第5実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。
(Fifth embodiment)
FIG. 47 is a cross-sectional view for explaining a nitride semiconductor wafer and a nitride semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 47, in the fifth embodiment, a case will be described in which the layer thickness gradient region is formed using a substrate that is not substantially provided with an off angle. In the fifth embodiment, an example in which the nitride semiconductor device of the present invention is applied to a nitride semiconductor laser device will be described.

この第5実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子は、図47に示すように、m面を成長主面とするn型GaN基板510を用いて、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子が形成されている。ただし、このn型GaN基板510には、上記第1、第3および第4実施形態とは異なり、実質的にオフ角度が設けられていない。なお、n型GaN基板510は、本発明の「窒化物半導体基板」の一例である。   As shown in FIG. 47, the nitride semiconductor wafer and the nitride semiconductor laser device according to the fifth embodiment use an n-type GaN substrate 510 with an m-plane as the growth main surface, and the nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor. A laser element is formed. However, unlike the first, third, and fourth embodiments, the n-type GaN substrate 510 is substantially not provided with an off-angle. The n-type GaN substrate 510 is an example of the “nitride semiconductor substrate” in the present invention.

また、第5実施形態では、n型GaN基板510の上面上に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜162が形成されている。具体的には、AlN膜からなる成長抑制膜162が、凹部2(掘り込み領域3)内のみならず、非掘り込み領域4の一部にも形成されている。すなわち、この第5実施形態では、上記第2実施形態の第2変形例と同様の成長抑制膜162が、n型GaN基板510上に形成されている。そして、この成長抑制膜162によって、窒化物半導体層20の成長抑制膜162上の部分に、層厚傾斜領域505が形成されている。   In the fifth embodiment, the growth suppression film 162 that suppresses the crystal growth of the nitride semiconductor is formed on the upper surface of the n-type GaN substrate 510. Specifically, the growth suppression film 162 made of an AlN film is formed not only in the recess 2 (digging region 3) but also in a part of the non-digging region 4. That is, in the fifth embodiment, a growth suppression film 162 similar to that of the second modification of the second embodiment is formed on the n-type GaN substrate 510. The growth suppressing film 162 forms a layer thickness gradient region 505 in the portion of the nitride semiconductor layer 20 on the growth suppressing film 162.

なお、第5実施形態では、成長抑制膜162が、凹部2(掘り込み領域3)に対して両側の非掘り込み領域4にかかるように形成されている。このため、層厚傾斜領域505は、凹部2(掘り込み領域3)の両側にそれぞれ形成されている。この層厚傾斜領域505は、上記第1および第2実施形態における層厚傾斜領域と同様、凹部2(掘り込み領域3)に近づくにしたがって層厚が傾斜的に(徐々に)減少している。そのため、この場合も、高いクラック抑制効果が得られる。   In the fifth embodiment, the growth suppressing film 162 is formed so as to cover the non-digging regions 4 on both sides with respect to the recess 2 (digging region 3). For this reason, the layer thickness inclination area | region 505 is each formed in the both sides of the recessed part 2 (digging area | region 3). In the layer thickness inclined region 505, the layer thickness is gradually (gradually) decreased as the concave portion 2 (digging region 3) is approached, similar to the layer thickness inclined region in the first and second embodiments. . Therefore, also in this case, a high crack suppression effect is obtained.

第5実施形態のその他の構成は、上記第1〜第3実施形態と同様である。なお、上記第4実施形態の構成を第5実施形態に適用することもできる。   Other configurations of the fifth embodiment are the same as those of the first to third embodiments. The configuration of the fourth embodiment can also be applied to the fifth embodiment.

第5実施形態では、上記のように、成長抑制膜162をn型GaN基板510上に形成することによって、a軸方向にオフ角度を有さないm面窒化物半導体基板を用いた場合でも、窒化物半導体層20の一部に層厚傾斜領域505を形成することができる。これにより、上記第1実施形態と同様、高いクラック抑制効果を得ることができる。   In the fifth embodiment, as described above, by forming the growth suppression film 162 on the n-type GaN substrate 510, even when an m-plane nitride semiconductor substrate having no off-angle in the a-axis direction is used, A layer thickness gradient region 505 can be formed in a part of the nitride semiconductor layer 20. Thereby, the high crack suppression effect can be acquired like the said 1st Embodiment.

なお、上記成長抑制膜として酸化物膜を形成した場合、酸化物膜上には、ほとんどエピタキシャル成長しないため、綺麗な層厚傾斜領域が形成され難い。このため、この場合の成長抑制膜としては、アルミニウムの窒化物膜、または、アルミニウムの酸窒化物膜が好ましい。このような材料を用いて成長抑制膜を形成することにより、成長抑制膜上でもエピタキシャル成長をさせることが可能となり、綺麗な層厚傾斜領域を容易に形成することができる。   Note that when an oxide film is formed as the growth suppressing film, it is hardly epitaxially grown on the oxide film, so that it is difficult to form a beautiful layer thickness gradient region. Therefore, as the growth suppressing film in this case, an aluminum nitride film or an aluminum oxynitride film is preferable. By forming a growth suppressing film using such a material, epitaxial growth can be performed on the growth suppressing film, and a beautiful layer thickness gradient region can be easily formed.

第5実施形態のその他の効果は、上記第1〜第3実施形態と同様である。   Other effects of the fifth embodiment are the same as those of the first to third embodiments.

(第6実施形態)
図48は、本発明の第6実施形態による発光ダイオード素子の断面図である。次に、図6および図48を参照して、本発明の第6実施形態による発光ダイオード素子(LED;Light Emitting Diode)について説明する。なお、第6実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。
(Sixth embodiment)
FIG. 48 is a cross-sectional view of a light emitting diode device according to a sixth embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 6 and FIG. 48, the light emitting diode element (LED; Light Emitting Diode) by 6th Embodiment of this invention is demonstrated. In the sixth embodiment, an example in which the nitride semiconductor device of the present invention is applied to a light emitting diode device will be described.

この第6実施形態では、上記第1および第2実施形態と同様のn型GaN基板10上に、同様の窒化物半導体各層が形成されることによって発光ダイオード素子が構成されている。ただし、第6実施形態では、上記第1および第2実施形態とは異なり、n型ガイド層22(図6参照)およびp型ガイド層25(図6参照)が形成されない構成となっている。   In the sixth embodiment, the same nitride semiconductor layers are formed on the same n-type GaN substrate 10 as in the first and second embodiments, thereby forming a light emitting diode element. However, in the sixth embodiment, unlike the first and second embodiments, the n-type guide layer 22 (see FIG. 6) and the p-type guide layer 25 (see FIG. 6) are not formed.

具体的には、図48に示すように、n型GaN基板10の成長主面10a上に、n型クラッド層21、活性層23、キャリアブロック層24、p型クラッド層26およびp型コンタクト層27が順次形成されている。p型コンタクト層27上には、ITO(Indium Tin Oxide)などの酸化物系透明導電膜からなるp側電極131が形成されている。また、n型GaN基板10の裏面上には、n側電極32が形成されている。   Specifically, as shown in FIG. 48, an n-type cladding layer 21, an active layer 23, a carrier block layer 24, a p-type cladding layer 26, and a p-type contact layer are formed on the main growth surface 10a of the n-type GaN substrate 10. 27 are sequentially formed. On the p-type contact layer 27, a p-side electrode 131 made of an oxide-based transparent conductive film such as ITO (Indium Tin Oxide) is formed. An n-side electrode 32 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 10.

また、第6実施形態では、活性層23の障壁層は、上記第1〜第4実施形態と同様、AlとInとを含む窒化物半導体であるAlInGaNから構成されている。   In the sixth embodiment, the barrier layer of the active layer 23 is made of AlInGaN, which is a nitride semiconductor containing Al and In, as in the first to fourth embodiments.

第6実施形態では、上記のように、障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体から構成することによって、ダークラインの発生を抑制することができる。これにより、発光効率を向上させることができる。   In the sixth embodiment, as described above, the barrier layer is made of a nitride semiconductor containing Al and In, whereby generation of dark lines can be suppressed. Thereby, luminous efficiency can be improved.

なお、発光ダイオード素子の場合、光閉じ込めに必要なAlGaNクラッド層が必要ないため、クラック発生の可能性は低くなる。しかしながら、障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体から構成した場合には、ダークラインの発生を抑制することができるので、好ましい。また、基板に掘り込み領域を形成した場合には、障壁層にAlとInとを含む窒化物半導体層を用いることによって生じた活性層の歪みを緩和できるため、ダークラインが発生する、または拡大することを有効に抑えることができる。   In the case of a light-emitting diode element, since an AlGaN cladding layer necessary for light confinement is not necessary, the possibility of occurrence of cracks is reduced. However, when the barrier layer is made of a nitride semiconductor containing Al and In, it is preferable because generation of dark lines can be suppressed. In addition, when the digging region is formed in the substrate, the distortion of the active layer caused by using the nitride semiconductor layer containing Al and In as the barrier layer can be alleviated, so that a dark line is generated or enlarged. Can be effectively suppressed.

また、第6実施形態では、上記のように構成することによって、層表面の平坦性および結晶性を向上させることができるので、これによっても、発光効率を向上させることができる。   Further, in the sixth embodiment, by configuring as described above, the flatness and crystallinity of the layer surface can be improved, so that the luminous efficiency can also be improved.

なお、第6実施形態では、障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体から構成することによって、井戸層の層数を増やした場合でも、発光効率の低下を抑制することができる。このため、井戸層の層数を増やすことによって、容易に発光効率を向上させることができる。   In the sixth embodiment, the barrier layer is made of a nitride semiconductor containing Al and In, so that a decrease in light emission efficiency can be suppressed even when the number of well layers is increased. Therefore, the luminous efficiency can be easily improved by increasing the number of well layers.

また、障壁層をAlInGaNから構成した場合には、上述したように、井戸層に取り込まれるInの効率を非常に良好にすることができる。このため、Inのガス流量を少なくした場合でも、高いIn組成比を維持することができるので、取り込み効率を向上させることができる。これにより、より有効に長波長化を図ることができる。また、この場合には、障壁層をAlGaNから構成した場合に比べて、より容易に、井戸層の多層化を図ることができる。   When the barrier layer is made of AlInGaN, the efficiency of In taken into the well layer can be made very good as described above. For this reason, even when the gas flow rate of In is reduced, a high In composition ratio can be maintained, so that the incorporation efficiency can be improved. This makes it possible to increase the wavelength more effectively. In this case, the well layer can be more easily multi-layered as compared with the case where the barrier layer is made of AlGaN.

さらに、障壁層をAlInGaNから構成することによって、障壁層をAlGaNから構成した場合に比べて、結晶歪を小さくすることができる。すなわち、InGaNからなる井戸層とAlInGaNからなる障壁層とを交互に積層することによって、InGaNからなる井戸層とAlGaNからなる障壁層とを交互に積層した場合に比べて、格子定数差から生じる結晶歪みを小さくすることができる。一般的に、発光ダイオード素子では、活性層を、2層以上の比較的井戸層の層数が多い量子井戸構造に構成する場合がある。このため、結晶歪の観点から考えた場合、障壁層をAlGaNから構成するよりも、障壁層をAlInGaNから構成する方が、利点がある。   Furthermore, by constituting the barrier layer from AlInGaN, crystal strain can be reduced as compared with the case where the barrier layer is comprised of AlGaN. In other words, by alternately laminating InGaN well layers and AlInGaN barrier layers, a crystal resulting from a difference in lattice constant compared to alternately laminating InGaN well layers and AlGaN barrier layers. Distortion can be reduced. In general, in a light emitting diode element, an active layer may be configured in a quantum well structure having a relatively large number of two or more well layers. For this reason, from the viewpoint of crystal distortion, it is more advantageous to construct the barrier layer from AlInGaN than to construct the barrier layer from AlGaN.

第6実施形態のその他の効果は、上記した第1および第2実施形態の構成を発光ダイオード素子に適用した場合の効果と同様である。   The other effects of the sixth embodiment are the same as the effects when the configurations of the first and second embodiments described above are applied to a light emitting diode element.

この実施例5では、m面{1−100}に対するa軸方向のオフ角度が3度、c軸方向のオフ角度が+0.5度であるn型GaN基板を用いて、LEDを作製した。この実施例5では、基板の成長主面上に、n型Al0.01Ga0.99N層を約1μmの層厚で成膜した後、Al0.01In0.01Ga0.98N(層厚:約15nm)/In0.25Ga0.75N(層厚:約3nm)の4QW活性層を成膜した。次に、4QW活性層上に、p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層を約20nmの層厚で成膜した。そして、p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層上に、約0.2μmの層厚でp型GaNコンタクト層を成膜した。その後、p型GaNコンタクト層上に、酸化物系透明導電膜であるITOをEB(Electron Beam)蒸着機により約50nmの層厚で成膜することにより、ITOからなるp側電極を形成した。このように構成された実施例5においても、ダークラインの発生抑制効果、発光効率の改善効果および輝点状発光の抑制効果が得られた。 In Example 5, an LED was manufactured using an n-type GaN substrate having an off angle in the a-axis direction of 3 degrees and an off angle in the c-axis direction of +0.5 degrees with respect to the m-plane {1-100}. In Example 5, an n-type Al 0.01 Ga 0.99 N layer having a thickness of about 1 μm is formed on the main growth surface of the substrate, and then Al 0.01 In 0.01 Ga 0.98 N (layer thickness: about 15 nm) / In A 4QW active layer of 0.25 Ga 0.75 N (layer thickness: about 3 nm) was formed. Next, a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier blocking layer was formed on the 4QW active layer with a layer thickness of about 20 nm. Then, a p-type GaN contact layer having a thickness of about 0.2 μm was formed on the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer. Thereafter, ITO, which is an oxide-based transparent conductive film, was formed on the p-type GaN contact layer with an EB (Electron Beam) vapor deposition apparatus with a layer thickness of about 50 nm, thereby forming a p-side electrode made of ITO. Also in Example 5 configured as described above, the effect of suppressing the generation of dark lines, the effect of improving the light emission efficiency, and the effect of suppressing the bright spot light emission were obtained.

なお、上記酸化物系透明導電膜として、酸化インジウム系のITO透明導電膜以外に、In23−ZnO系透明導電膜、酸化亜鉛が主原料のZnO系透明導電膜、酸化スズ系のSnO2系透明導電膜などを用いてもよい。これらの透明導電膜を用いることで、光取り出し効率を格段に向上させることができる。また、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する基板を用いることで、表面モフォロジーの改善したp型層上に形成することができるので、低いコンタクト抵抗を得ることが出来、また、輝点状発光が抑制されて均一発光、均一注入できることで、発光効率の向上が可能となり、上記基板上に形成した窒化物半導体層のコンタクト電極に用いることは、非常にメリットが大きく好ましい。電極アニール温度が低温で可能な、ITO電極は、活性層に熱ダメージを与えにくいという観点で特に好ましい。実施例5では、アニール処理を600℃で行っている。 As the oxide-based transparent conductive film, in addition to the indium oxide-based ITO transparent conductive film, In 2 O 3 —ZnO-based transparent conductive film, zinc oxide-based ZnO-based transparent conductive film, tin oxide-based SnO are used. A 2- type transparent conductive film or the like may be used. By using these transparent conductive films, light extraction efficiency can be significantly improved. In addition, by using a substrate having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, it can be formed on a p-type layer with improved surface morphology, so that low contact resistance can be obtained, and brightness Since the point light emission is suppressed and uniform light emission and uniform injection can be achieved, the light emission efficiency can be improved, and it is preferable to use it for the contact electrode of the nitride semiconductor layer formed on the substrate. An ITO electrode, which can be annealed at a low temperature, is particularly preferable from the viewpoint that the active layer is hardly damaged by heat. In Example 5, the annealing process is performed at 600 ° C.

酸化物系透明導電膜は、EB蒸着装置や、スパッタ装置などにより、非晶質(アモルファス)状態でp型コンタクト層27上に形成し、その後、400℃〜700℃程度の熱アニールによって結晶化させることで膜の抵抗を低下させることにより、さらなる低電圧化を行うことがより好ましい。このとき、a軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いることにより、非常に平坦性の高いコンタクト層を形成できるため、酸化物系透明導電膜とp型コンタクト層27との間のコンタクト抵抗を下げることができるため、より好ましい。   The oxide-based transparent conductive film is formed on the p-type contact layer 27 in an amorphous state by an EB vapor deposition apparatus or a sputtering apparatus, and then crystallized by thermal annealing at about 400 ° C. to 700 ° C. It is more preferable to further reduce the voltage by reducing the resistance of the film. At this time, a contact layer having a very high flatness can be formed by using a nitride semiconductor substrate having an off-angle in the a-axis direction, so that the contact between the oxide-based transparent conductive film and the p-type contact layer 27 can be formed. Since resistance can be lowered | hung, it is more preferable.

この実施例6では、実施例5と同様の基板を用いて、実施例5とほぼ同じ構造のLEDを作製した。ただし、実施例6では、AlsIntGauN(s=0.01,t=0.03,u=0.96)障壁層を用いている。この場合も上記と同様の効果が得られた。また、障壁層がAlを含み、更にInを含むことで、低温での成長が可能となるため、好ましい。 In Example 6, an LED having substantially the same structure as that of Example 5 was manufactured using the same substrate as that of Example 5. However, in Example 6, an Al s In t Ga u N (s = 0.01, t = 0.03, u = 0.96) barrier layer is used. In this case, the same effect as described above was obtained. Further, it is preferable that the barrier layer contains Al and further contains In because growth at a low temperature is possible.

この実施例7では、実施例5と同様の基板を用いて、上記第6実施形態と同様のLEDを作製した。ただし、実施例7では、障壁層をAlsIntGauN(s=0.02,t=0.01,u=0.97)から構成している。実施例7のLEDは、520nmの発光波長で発光し、その発光パターンにはダークラインは観察されなかった。 In Example 7, an LED similar to that of the sixth embodiment was manufactured using the same substrate as in Example 5. However, in Example 7, constitutes a barrier layer from the Al s In t Ga u N ( s = 0.02, t = 0.01, u = 0.97). The LED of Example 7 emitted light at an emission wavelength of 520 nm, and no dark line was observed in the emission pattern.

また、障壁層をAlsIntGauNから構成した場合、Al組成比sが0<s≦0.08の範囲、In組成比tが0<t≦0.10の範囲で、ほぼ同様の効果が得られた。 Also, when constituting the barrier layer from Al s In t Ga u N, the range of the Al composition ratio s is 0 <s ≦ 0.08, in the range of the In composition ratio t is 0 <t ≦ 0.10, almost the same The effect of was obtained.

さらに、井戸層の層数を、2層から8層まで1層ずつ増やした複数の素子を作製し、その発光効率を測定したところ、障壁層がGaNやInGaNから構成されている素子では、井戸層の層数が増加するのにともない、発光効率が大幅に低減した。これに対し、障壁層がAlを含む窒化物半導体(たとえば、AlInGaN)から構成されている素子では、発光効率の低減は見られなかった。また、井戸層の層数が3層以上では、障壁層をAlGaNから構成した場合に比べて、障壁層をAlInGaNから構成することで、発光効率が約1.2倍向上した。   Furthermore, when a plurality of devices with the number of well layers increased from two to eight layers one by one were manufactured and the light emission efficiency was measured, in a device in which the barrier layer is composed of GaN or InGaN, As the number of layers increased, the light emission efficiency decreased significantly. On the other hand, in a device in which the barrier layer is made of a nitride semiconductor containing Al (for example, AlInGaN), the light emission efficiency was not reduced. When the number of well layers is three or more, the luminous efficiency is improved by about 1.2 times by forming the barrier layer from AlInGaN as compared to the case where the barrier layer is formed from AlGaN.

(第7実施形態)
図49は、本発明の第7実施形態による発光ダイオード素子を模式的に示した断面図である。次に、図49を参照して、第7実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。なお、第7実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。
(Seventh embodiment)
FIG. 49 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting diode device according to a seventh embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 49, 7th Embodiment demonstrates the example which applied the nitride semiconductor element of this invention to the light emitting diode element. In the seventh embodiment, an example in which the nitride semiconductor device of the present invention is applied to a light emitting diode device will be described.

この第7実施形態による発光ダイオード素子は、上記第1実施形態と同様のn型GaN基板10上に、同様の窒化物半導体層20が積層されることによって形成されている。具体的には、上記発光ダイオード素子は、図49に示すように、n型GaN基板10の成長主面10a上に、n型窒化物半導体層20a、活性層23およびp型窒化物半導体層20bを含む窒化物半導体層20が形成された構造を有している。上記n型窒化物半導体層20aは、n型クラッド層から構成されており、上記p型窒化物半導体層20bは、キャリアブロック層、p型クラッド層およびp型コンタクト層を含んで構成されている。ただし、レーザ素子のように、光閉じ込めを行う必要がないため、n型クラッド層、p型クラッド層のAlGaN層のAl組成はレーザ素子のように高い必要はなく、0%〜2%程度で形成される。   The light emitting diode device according to the seventh embodiment is formed by laminating the same nitride semiconductor layer 20 on the same n-type GaN substrate 10 as in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 49, the light-emitting diode element includes an n-type nitride semiconductor layer 20a, an active layer 23, and a p-type nitride semiconductor layer 20b on the main growth surface 10a of the n-type GaN substrate 10. The nitride semiconductor layer 20 including the structure is formed. The n-type nitride semiconductor layer 20a is composed of an n-type cladding layer, and the p-type nitride semiconductor layer 20b is composed of a carrier block layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer. . However, since it is not necessary to confine light unlike a laser element, the Al composition of the AlGaN layers of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer does not need to be as high as the laser element, and is about 0% to 2%. It is formed.

また、第7実施形態による発光ダイオード素子では、n型GaN基板10の所定領域に第1実施形態と同様の凹部2(掘り込み領域3)が形成されている。さらに、第7実施形態では、上記n型GaN基板10の成長主面10a上に窒化物半導体層20が形成されることによって、非掘り込み領域4上の窒化物半導体層20に、層厚傾斜領域5および発光部形成領域6が形成されている。   Further, in the light emitting diode device according to the seventh embodiment, the concave portion 2 (digging region 3) similar to the first embodiment is formed in a predetermined region of the n-type GaN substrate 10. Furthermore, in the seventh embodiment, the nitride semiconductor layer 20 is formed on the growth main surface 10a of the n-type GaN substrate 10 so that the nitride semiconductor layer 20 on the non-dig region 4 has a layer thickness gradient. A region 5 and a light emitting portion forming region 6 are formed.

ここで、上記層厚傾斜領域5は、発光部形成領域6に比べて輝点状発光の抑制効果は弱いものの、EL発光は生じる。また、層厚傾斜領域5は、発光部形成領域6に比べて、短波長で発光する。このため、第7実施形態による発光ダイオード素子では、発光部形成領域6上および層厚傾斜領域5上の両方に、透明電極からなるp側電極131aおよび131bがそれぞれ形成されている。また、p側電極131aおよび131bは、発光部形成領域6の発光と、層厚傾斜領域5の発光とを独立して制御することができるように、互いに分離して形成されている。   Here, although the layer thickness inclined region 5 is less effective in suppressing bright spot light emission than the light emitting portion forming region 6, EL light emission occurs. Further, the layer thickness gradient region 5 emits light at a shorter wavelength than the light emitting portion forming region 6. For this reason, in the light emitting diode device according to the seventh embodiment, the p-side electrodes 131a and 131b made of transparent electrodes are formed on both the light emitting part forming region 6 and the layer thickness inclined region 5, respectively. The p-side electrodes 131a and 131b are formed separately from each other so that the light emission of the light emitting portion forming region 6 and the light emission of the layer thickness inclined region 5 can be controlled independently.

また、n型GaN基板10の裏面上には、共通電極としてのn側電極32が形成されている。   An n-side electrode 32 as a common electrode is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 10.

なお、第7実施形態の窒化物半導体ウェハは、上記した第7実施形態による発光ダイオード素子を複数含んで構成されている。   The nitride semiconductor wafer according to the seventh embodiment includes a plurality of light emitting diode elements according to the seventh embodiment.

第7実施形態では、上記のように、層厚傾斜領域5および発光部形成領域6の両方に発光領域を形成することによって、一つの素子で、二つ以上の発光ピークをもつ、新たな発光素子(発光ダイオード素子)を得ることができる。   In the seventh embodiment, as described above, by forming light emitting regions in both the layer thickness gradient region 5 and the light emitting portion forming region 6, a new light emission having two or more light emission peaks in one element. An element (light emitting diode element) can be obtained.

また、第7実施形態では、発光部形成領域6の発光と、層厚傾斜領域5の発光とを独立して制御可能に構成することによって、非常に広い範囲の発光波長で発光させることが可能な、新たな発光素子(発光ダイオード素子)を得ることができる。   In the seventh embodiment, the light emission in the light emitting portion forming region 6 and the light emission in the layer thickness gradient region 5 can be controlled independently, so that light can be emitted in a very wide range of light emission wavelengths. In addition, a new light emitting element (light emitting diode element) can be obtained.

第7実施形態のその他の効果は、上記した第1実施形態の構成を発光ダイオード素子に適用した場合の効果と同様である。   The other effects of the seventh embodiment are the same as the effects when the configuration of the first embodiment described above is applied to a light emitting diode element.

なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記第1〜第7実施形態では、窒化物半導体素子の一例である窒化物半導体レーザ素子および発光ダイオード素子などの発光素子に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体発光素子以外の半導体素子に本発明を適用してもよい。たとえば、電子デバイスなどの窒化物半導体を用いたデバイス(たとえば、パワートランジスタやIC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)など)全般に本発明を適用してもよい。この場合、非掘り込み領域上における層厚傾斜領域以外の領域(発光部形成領域に相当する領域)にデバイスを形成すればよい。このように構成することにより、優れた特性を有する電子デバイスを得ることができる。   For example, in the first to seventh embodiments, examples in which the present invention is applied to light-emitting elements such as nitride semiconductor laser elements and light-emitting diode elements, which are examples of nitride semiconductor elements, have been described. The present invention may be applied to semiconductor elements other than nitride semiconductor light emitting elements. For example, the present invention may be applied to devices using nitride semiconductors such as electronic devices (for example, power transistors, ICs (Integrated Circuits), LSIs (Large Scale Integrations), etc.) in general. In this case, the device may be formed in a region (region corresponding to the light emitting portion forming region) other than the layer thickness inclined region on the non-digging region. By comprising in this way, the electronic device which has the outstanding characteristic can be obtained.

なお、上記第1〜第5実施形態では、窒化物半導体素子の一例である窒化物半導体レーザ素子に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、発光ダイオード素子に本発明を適用することもできる。   In the first to fifth embodiments, the example in which the present invention is applied to the nitride semiconductor laser element which is an example of the nitride semiconductor element has been described. However, the present invention is not limited thereto, and for example, a light emitting diode element. The present invention can also be applied to.

また、上記第1〜第7実施形態では、n型GaN基板の成長主面と接する半導体層を、Alを含む窒化物半導体層(AlGaN層)とした例を示したが、本発明はこれに限らず、n型GaN基板の成長主面と接する半導体層は、たとえば、GaN層であってもよい。なお、基板の成長主面がm面に対してa軸方向にオフ角度を有する場合には、成長主面と接するGaN層は、その厚みが小さく形成されているのが好ましい。このように、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板上に、成長主面と接するようにGaN層を形成した場合、GaN層の厚みを比較的小さくすることによって、表面モフォロジーが悪化するのを抑制することができる。この場合のGaN層の厚みは、0.7μm以下であるのが好ましく、0.5μm以下であればより好ましい。また、GaN層の厚みが0.3μm以下であれば、さらに好ましい。   In the first to seventh embodiments, an example in which the semiconductor layer in contact with the growth main surface of the n-type GaN substrate is a nitride semiconductor layer containing Al (AlGaN layer) has been described. The semiconductor layer in contact with the main growth surface of the n-type GaN substrate is not limited to a GaN layer. When the growth main surface of the substrate has an off angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, the GaN layer in contact with the growth main surface is preferably formed with a small thickness. Thus, when a GaN layer is formed on a nitride semiconductor substrate having a growth main surface that is an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, the thickness of the GaN layer is By making it relatively small, it is possible to suppress the deterioration of the surface morphology. In this case, the thickness of the GaN layer is preferably 0.7 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less. Further, it is more preferable that the thickness of the GaN layer is 0.3 μm or less.

また、m面に対してa軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板上に、GaN層を形成する場合には、基板表面からInを含む窒化物半導体層である井戸層(井戸層が複数形成されている場合には、好ましくは、最も基板側の井戸層)までの間に形成されるGaN層のトータル層厚が0.7μm以下であるのが好ましく、0.5μm以下であればより好ましい。また、GaN層のトータル層厚が0.3μm以下であれば、さらに好ましい。なお、この場合においても、Alを含む窒化物半導体層(たとえば、AlGaN層)が基板の成長主面と接するように形成されているのが好ましい。活性層を形成する時点で表面モフォロジーが悪化していると、井戸層に含まれるInが悪化した表面モフォロジーの影響を受けて、面内で組成分布が大きくなるためである。組成の面内分布が起こると、Inの取り込みが大きい部分は、メタリック化したり、結晶性が著しく低下したりして、発光強度の低下を引き起こす。このためにも、上記条件が好ましい。   In the case where a GaN layer is formed on a nitride semiconductor substrate whose main growth surface is a surface having an off-angle in the a-axis direction with respect to the m-plane, the nitride semiconductor layer contains In from the substrate surface. The total thickness of the GaN layer formed between the well layers (when a plurality of well layers are formed, preferably the well layer on the most substrate side) is preferably 0.7 μm or less. More preferably, it is 5 μm or less. Further, it is more preferable if the total thickness of the GaN layer is 0.3 μm or less. Even in this case, it is preferable that a nitride semiconductor layer containing Al (for example, an AlGaN layer) is formed so as to be in contact with the main growth surface of the substrate. This is because if the surface morphology is deteriorated at the time of forming the active layer, the composition distribution becomes larger in the plane due to the influence of the surface morphology deteriorated by In contained in the well layer. When the in-plane distribution of the composition occurs, the portion where In incorporation is large becomes metallic or the crystallinity is remarkably lowered, thereby causing a decrease in emission intensity. For this reason, the above conditions are preferable.

また、基板上に積層される層構造に、GaN層を含まず、これらの層構造を、InGaN、AlGaN、InAlGaN、InAlNなどのGaNとは異なる組成の半導体層で構成することでも、特性の優れた発光素子または電子デバイスの形成が可能となる。   In addition, the layer structure laminated on the substrate does not include a GaN layer, and these layer structures are composed of a semiconductor layer having a composition different from GaN such as InGaN, AlGaN, InAlGaN, InAlN, etc. A light emitting element or an electronic device can be formed.

また、上記第1〜第7実施形態では、障壁層をAlInGaNから構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、AlInGaN以外の、たとえば、AlInNなどから障壁層を構成してもよい。なお、活性層の障壁層を、Alを含む窒化物半導体(たとえば、AlGaN)から構成することによっても、上記と同様の効果を得ることができる。   In the first to seventh embodiments, the barrier layer is made of AlInGaN. However, the present invention is not limited to this, and the barrier layer may be made of AlInN, for example, other than AlInGaN. . The same effect as described above can also be obtained by configuring the barrier layer of the active layer from a nitride semiconductor containing Al (for example, AlGaN).

また、上記第1〜第7実施形態では、障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体層単から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、障壁層は、AlとInとを含む窒化物半導体からなる層を少なくとも1層含む多層構造(たとえば、InGaNとAlInGaNとの超格子構造)であってもよい。その場合、井戸層と隣接する層がAlとInとを含む窒化物半導体から構成されているのが好ましい。また、多層構造の場合、井戸層に隣接する、AlとInとを含む窒化物半導体により構成される層は、1.0nm以上の厚みに形成されているのが好ましく、3.0nm以上の厚みに形成されていればより好ましい。このような構成は、ダークラインの発生抑制効果や、活性層の熱耐性を向上させるなどの効果、平坦性を向上させる効果をより機能させるために有効である。   In the first to seventh embodiments, the barrier layer is composed of a single nitride semiconductor layer containing Al and In. However, the present invention is not limited to this, and the barrier layer is made of Al and Al. A multilayer structure (for example, a superlattice structure of InGaN and AlInGaN) including at least one layer made of a nitride semiconductor containing In may be used. In that case, the layer adjacent to the well layer is preferably made of a nitride semiconductor containing Al and In. In the case of a multilayer structure, the layer composed of a nitride semiconductor containing Al and In adjacent to the well layer is preferably formed to a thickness of 1.0 nm or more, and a thickness of 3.0 nm or more. It is more preferable if it is formed. Such a configuration is effective for further functioning the effect of suppressing the occurrence of dark lines, the effect of improving the heat resistance of the active layer, and the effect of improving the flatness.

また、上記第1〜第7実施形態では、3層の障壁層の全てをAlInGaN層とした例を示したが、本発明はこれに限らず、3層の障壁層の一部の層を、AlInGaN層としてもよい。複数の障壁層のうち、井戸層と接する少なくとも1層がAlを含む窒化物半導体層(たとえば、AlGaN層、AlInGaN層、AlInN層など)から構成されていれば、発光効率向上の効果は得られる。なお、活性層の井戸層の層数が異なると障壁層の層数も異なるが、この場合でも、少なくとも1層の障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体層から構成することで、上記効果が得られる。上記第1実施形態を例にすると、たとえば、井戸層を形成する前の下地の平坦性を向上させるためには、井戸層を形成する前の下地層である第1障壁層と第2障壁層とをAlとInとを含む窒化物半導体層とするのが好ましい。また、AlInGaN層は、InGaN層の蒸発防止層としての役割(活性層を保護する役割)も果たすため、蒸発防止の観点(活性層保護の観点)から、井戸層上に形成される第2障壁層と第3障壁層とをAlとInとを含む窒化物半導体層とすることもできる。さらに、第2障壁層を、第1井戸層と接する側と、第2井戸層と接する側との2層構造として、第2障壁層の第1井戸層と接する側を下部第2障壁層、第2障壁層の第2井戸層と接する側と上部第2障壁層としてもよい。下地の平坦性を向上させるためには、上部第2障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体層とするのが好ましい。一方、蒸発防止の観点から、下部第2障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体層とするのが好ましい。また、全ての障壁層を、AlとInとを含む窒化物半導体層としてもよい。   In the first to seventh embodiments, an example in which all three barrier layers are AlInGaN layers is shown. However, the present invention is not limited to this, and a part of the three barrier layers may be It may be an AlInGaN layer. If at least one layer in contact with the well layer among the plurality of barrier layers is composed of a nitride semiconductor layer containing Al (for example, an AlGaN layer, an AlInGaN layer, an AlInN layer, etc.), the effect of improving the light emission efficiency can be obtained. . Although the number of barrier layers differs if the number of well layers of the active layer is different, in this case as well, by configuring at least one barrier layer from a nitride semiconductor layer containing Al and In, The above effects can be obtained. Taking the first embodiment as an example, for example, in order to improve the flatness of the base before forming the well layer, the first barrier layer and the second barrier layer which are the base layers before forming the well layer And a nitride semiconductor layer containing Al and In. Further, since the AlInGaN layer also serves as an evaporation preventing layer for the InGaN layer (a role for protecting the active layer), the second barrier formed on the well layer from the viewpoint of preventing evaporation (from the viewpoint of protecting the active layer). The layer and the third barrier layer may be a nitride semiconductor layer containing Al and In. Further, the second barrier layer has a two-layer structure of a side in contact with the first well layer and a side in contact with the second well layer, and the side of the second barrier layer in contact with the first well layer is a lower second barrier layer, The side of the second barrier layer in contact with the second well layer and the upper second barrier layer may be used. In order to improve the flatness of the underlying layer, the upper second barrier layer is preferably a nitride semiconductor layer containing Al and In. On the other hand, from the viewpoint of preventing evaporation, the lower second barrier layer is preferably a nitride semiconductor layer containing Al and In. All the barrier layers may be nitride semiconductor layers containing Al and In.

また、上記第1〜第7実施形態において、基板に形成される凹部の開口幅および凹部の深さは、適宜変更することができる。なお、凹部の開口幅は、1μm以上50μm以下であるのが好ましい。凹部の開口幅を1μmより小さくした場合には、クラックの抑制効果などが得られにくくなる。一方、凹部の開口幅を50μmより大きくした場合には、ウェハ面内に占める凹部(掘り込み領域)の比率が大きくなり過ぎてしまう。凹部(掘り込み領域)上にリッジ部を形成することは好ましくないため、この場合には、1枚のウェハからの素子の取れ数が減少する。また、凹部の深さは、0.1μm以上15μm以下であるのが好ましい。凹部の深さを0.1μmより小さくした場合には、凹部がすぐに埋まってしまう。一方、凹部の深さを15μmより大きくした場合には、凹部を形成するための時間が長く掛かってしまう。   Moreover, in the said 1st-7th embodiment, the opening width of the recessed part formed in a board | substrate and the depth of a recessed part can be changed suitably. In addition, it is preferable that the opening width of a recessed part is 1 micrometer or more and 50 micrometers or less. When the opening width of the recess is smaller than 1 μm, it becomes difficult to obtain a crack suppressing effect and the like. On the other hand, when the opening width of the recess is larger than 50 μm, the ratio of the recess (digging area) in the wafer surface becomes too large. Since it is not preferable to form the ridge portion on the concave portion (digging region), in this case, the number of elements that can be taken from one wafer is reduced. Moreover, it is preferable that the depth of a recessed part is 0.1 micrometer or more and 15 micrometers or less. When the depth of the recess is smaller than 0.1 μm, the recess is immediately filled. On the other hand, when the depth of the recess is larger than 15 μm, it takes a long time to form the recess.

さらに、上記第1〜第7実施形態において、凹部の断面形状は、適宜変更することができる。たとえば、図53に示すように、断面形状が矩形状になるように、凹部を形成してもよい。この場合、凹部502のように、開口幅gが深さfより大きくなるように形成してもよいし、凹部512のように、開口幅gと深さfとが略等しくなるように形成してもよい。また、凹部522や凹部532のように、開口幅gより深さfの方が大きくなるように形成してもよい。また、図54に示すように、側面部が傾斜面となるように凹部を形成してもよい。この場合、凹部542のように、断面形状がV字状(逆三角形状)となるように形成してもよい。さらに、凹部552および凹部562のように、断面形状が台形形状となるように形成してもよい。この場合、凹部552のように、開口幅gと深さfとが略等しくなるように形成してもよいし、凹部562のように、開口幅gが深さfより大きくなるように形成してもよい。すなわち、基板に形成する凹部(掘り込み領域)は、凹凸の段差を生じさせるものであればよい。なお、凹部の開口幅と凹部の深さとの関係については、開口幅が深さより大きく形成されているのが好ましい。開口幅が深さ以下の大きさに形成されていた場合、成長抑制膜を形成する際に、凹部の底面部に成膜される膜厚が薄くなることがある。その一方、開口幅を深さより大きく形成することにより、安定した膜厚で成長抑制膜を成膜することができる。   Furthermore, in the said 1st-7th embodiment, the cross-sectional shape of a recessed part can be changed suitably. For example, as shown in FIG. 53, the recess may be formed so that the cross-sectional shape is rectangular. In this case, the opening width g may be formed to be larger than the depth f as in the concave portion 502, or the opening width g and the depth f may be approximately equal to each other as in the concave portion 512. May be. Further, like the recess 522 and the recess 532, the depth f may be larger than the opening width g. Further, as shown in FIG. 54, the concave portion may be formed so that the side surface portion becomes an inclined surface. In this case, like the recessed part 542, you may form so that a cross-sectional shape may become V shape (inverted triangle shape). Further, like the concave portion 552 and the concave portion 562, the cross-sectional shape may be a trapezoidal shape. In this case, the opening width g and the depth f may be formed to be substantially equal as in the concave portion 552, or the opening width g is formed to be larger than the depth f as in the concave portion 562. May be. That is, the concave portion (digging region) formed on the substrate may be anything that causes uneven steps. In addition, about the relationship between the opening width of a recessed part and the depth of a recessed part, it is preferable that the opening width is formed larger than the depth. When the opening width is formed to a size equal to or smaller than the depth, the thickness of the film formed on the bottom surface of the recess may be reduced when the growth suppression film is formed. On the other hand, by forming the opening width larger than the depth, the growth suppressing film can be formed with a stable film thickness.

また、上記第1〜第7実施形態では、一定の開口幅を有する凹部を直線状に形成することによって、基板に掘り込み領域を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記以外の形状に凹部を形成することによって基板に掘り込み領域を形成してもよい。たとえば、図55に示すように、ジグザグ状の凹部580や、波状の凹部583を形成することによって、基板に掘り込み領域3を形成してもよいし、開口幅が変動している凹部581および582を形成することによって、基板に掘り込み領域3を形成してもよい。このような掘り込み領域を形成した場合でも、本発明の効果を得ることができる。   In the first to seventh embodiments, the example in which the digging region is formed in the substrate by forming the concave portion having a certain opening width in a straight line is shown, but the present invention is not limited thereto, You may form a dug area | region in a board | substrate by forming a recessed part in shapes other than the above. For example, as shown in FIG. 55, the digging region 3 may be formed in the substrate by forming a zigzag-shaped recess 580 or a wave-shaped recess 583, and the recess 581 having a variable opening width and By forming 582, the digging region 3 may be formed in the substrate. Even when such a dug region is formed, the effect of the present invention can be obtained.

また、上記第1〜第7実施形態において、基板上に結晶成長される窒化物半導体各層については、その厚みや組成等は、所望の特性に合うものに適宜組み合わせたり、変更したりすることが可能である。たとえば、半導体層を追加または削除したり、半導体層の順序を一部入れ替えたりしてもよい。また、たとえば、GaN基板とn型クラッド層との間に、GaNからなるバッファ層などの層を形成してもよい。さらに、導電型を一部の半導体層について変更してもよい。すなわち、窒化物半導体素子としての基本特性が得られる限り自由に変更可能である。   In the first to seventh embodiments, the thickness, composition, etc. of the nitride semiconductor layers grown on the substrate may be appropriately combined or changed to those suitable for the desired characteristics. Is possible. For example, the semiconductor layers may be added or deleted, or the order of the semiconductor layers may be partially changed. Further, for example, a layer such as a buffer layer made of GaN may be formed between the GaN substrate and the n-type cladding layer. Furthermore, the conductivity type may be changed for some semiconductor layers. That is, it can be freely changed as long as the basic characteristics as a nitride semiconductor device are obtained.

また、上記第1〜第7実施形態では、窒化物半導体基板としてのGaN基板を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、GaN基板以外の窒化物半導体基板を用いてもよい。なお、窒化物半導体基板としては、GaN、AlN、InN、BN、TlNなどの窒化物半導体、または、これらの混晶からなる基板を用いることができる。また、窒化物半導体の基板上または窒化物半導体以外の基板上に、掘り込み領域および非掘り込み領域を有する窒化物半導体の層が形成された基板を用いることもできる。たとえば、GaN基板、サファイア基板またはSiC基板などの下地基板上に窒化物半導体の下地層を形成し、この下地層に凹部を形成することによって得られた基板を用いることもできる。なお、本発明の「窒化物半導体基板」とは、このような基板(テンプレート基板を含む)をも含む概念である。   Moreover, in the said 1st-7th embodiment, although the example using the GaN substrate as a nitride semiconductor substrate was shown, this invention is not restricted to this, You may use nitride semiconductor substrates other than a GaN substrate. . As the nitride semiconductor substrate, a nitride semiconductor such as GaN, AlN, InN, BN, TlN, or a substrate made of a mixed crystal thereof can be used. Alternatively, a substrate in which a nitride semiconductor layer having a digging region and a non-digging region on a nitride semiconductor substrate or a substrate other than the nitride semiconductor can be used. For example, a substrate obtained by forming a nitride semiconductor base layer on a base substrate such as a GaN substrate, sapphire substrate, or SiC substrate and forming a recess in the base layer can be used. The “nitride semiconductor substrate” of the present invention is a concept including such a substrate (including a template substrate).

また、上記第1〜第7実施形態では、複数の凹部を等間隔に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、隣り合う凹部の間隔が異なる間隔となるように、複数の凹部を形成してもよい。また、1つの基板に、断面形状が異なる凹部を形成するようにしてもよい。   Moreover, in the said 1st-7th embodiment, although the example which formed the several recessed part at equal intervals was shown, this invention is not restricted to this, A plurality of so that the space | interval of an adjacent recessed part may become a different space | interval. A recess may be formed. Moreover, you may make it form the recessed part from which cross-sectional shape differs in one board | substrate.

また、上記第1〜第7実施形態では、凹部の周期を約400μmに設定した例を示したが、凹部の周期は、窒化物半導体レーザ素子のチップ幅(素子幅)によって決めることができ、チップ幅(素子幅)を、たとえば、約200μmとする場合には、凹部の周期は、約200μmとすることができる。なお、凹部(掘り込み領域)の周期(間隔)は、1mm以下が好ましく、400μm以下であればより好ましい。このように構成すれば、ウェハ(基板)の一部に異常箇所があって、それが原因となり層厚変動が生じたとしても、凹部上の半導体素子層表面の窪みによって横方向の成長が分断され、異常箇所に起因する層厚変動の拡散が抑制される。また、凹部(掘り込み領域)の周期(間隔)が5μm以下となると、リッジ部の形成が困難になるため、凹部(掘り込み領域)の周期(間隔)は、5μmより大きくするのが好ましい。   In the first to seventh embodiments, the example in which the period of the recesses is set to about 400 μm is shown. However, the period of the recesses can be determined by the chip width (element width) of the nitride semiconductor laser element. For example, when the chip width (element width) is about 200 μm, the period of the recesses can be about 200 μm. The period (interval) of the recesses (digging area) is preferably 1 mm or less, and more preferably 400 μm or less. With this configuration, even if there is an abnormal portion on a part of the wafer (substrate) and the layer thickness fluctuates due to this, the lateral growth is divided by the depression on the surface of the semiconductor element layer on the recess. Thus, the diffusion of the layer thickness fluctuation caused by the abnormal part is suppressed. Further, when the period (interval) of the recesses (digging regions) is 5 μm or less, it becomes difficult to form the ridge portion. Therefore, the period (interval) of the recesses (digging regions) is preferably larger than 5 μm.

また、上記第1〜第7実施形態では、凹部(掘り込み領域)を、平面的に見て、c軸方向と平行方向に延びるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記凹部(掘り込み領域)は、成長主面の面内において、c軸方向と所定の角度で交差する方向に延びるように形成してもよい。すなわち、基板の凹部(掘り込み領域)は、a軸方向と交差する方向に延びるように形成されていればよい。具体的には、たとえば、c軸方向と±15度以内の角度で交差する方向に延びるように、上記凹部(掘り込み領域)を形成してもよい。また、ストライプ状以外に、たとえば、格子状に凹部(掘り込み領域)を形成してもよい。このように凹部(掘り込み領域)を形成した場合でも、基板の成長主面がa軸方向にオフ角度を有していれば、窒化物半導体層に層厚傾斜領域を容易に形成することができる。なお、上記凹部(掘り込み領域)は、a軸方向と平行方向に延びるストライプ状に形成することもできる。この場合、窒化物半導体層に層厚傾斜領域が形成されなくなるが、層厚傾斜領域がなくても十分に歪みを緩和することができる。あくまで基板に掘り込み領域を形成することで、窒化物半導体層の歪みを緩和でき、層厚傾斜領域はあった方がより好ましいが、なくても、十分にクラックの発生抑制効果および活性層の歪み緩和効果を得ることができる。   Moreover, in the said 1st-7th embodiment, although the recessed part (digging area | region) was seen so planarly, the example formed so that it might extend in a c-axis direction and a parallel direction was shown, but this invention is not limited to this. Instead, the concave portion (digging region) may be formed so as to extend in a direction intersecting the c-axis direction at a predetermined angle in the plane of the growth main surface. That is, the concave portion (digging region) of the substrate may be formed so as to extend in the direction intersecting the a-axis direction. Specifically, for example, the concave portion (digging region) may be formed so as to extend in a direction intersecting with the c-axis direction at an angle within ± 15 degrees. Moreover, you may form a recessed part (digging area | region) in a grid | lattice form other than stripe form, for example. Even when the recesses (digging regions) are formed in this way, if the main growth surface of the substrate has an off-angle in the a-axis direction, the layer thickness gradient region can be easily formed in the nitride semiconductor layer. it can. In addition, the said recessed part (digging area | region) can also be formed in the stripe form extended in a direction parallel to a-axis direction. In this case, although the layer thickness gradient region is not formed in the nitride semiconductor layer, the strain can be sufficiently relaxed even without the layer thickness gradient region. By forming a dug area in the substrate to the last, distortion of the nitride semiconductor layer can be alleviated, and it is more preferable to have a layer thickness gradient area, but even without it, the effect of suppressing the occurrence of cracks and the active layer A strain relaxation effect can be obtained.

また、上記第1〜第7実施形態において、窒化物半導体素子(窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子)の製造工程で用いるエッチング方法は、気相エッチングであってもよいし、液相エッチングであってもよい。   In the first to seventh embodiments, the etching method used in the manufacturing process of the nitride semiconductor device (nitride semiconductor laser device, light emitting diode device) may be vapor phase etching or liquid phase etching. There may be.

また、上記第1〜第7実施形態では、窒化物半導体素子(窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子)に1つの凹部(窪み)を含むように、窒化物半導体ウェハを分割した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体素子(窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子)に凹部(窪み)を含まないように、窒化物半導体ウェハを分割してもよい。また、窒化物半導体素子(窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子)に複数の凹部(窪み)を含むように、窒化物半導体ウェハを分割してもよいし、窒化物半導体レーザ素子に凹部(窪み)の一部を含むように、窒化物半導体ウェハを分割してもよい。より好ましいのは、凹部(窪み)を含むように分割されることにより、凹部(窪み)の全体が素子中に残っているか、凹部(窪み)の一部が素子中に残っている場合である。このように構成した場合でも、素子特性の優れた窒化物半導体素子(窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子)を歩留まりよく得ることができる。   Moreover, in the said 1st-7th embodiment, the nitride semiconductor wafer was divided | segmented so that the nitride semiconductor element (nitride semiconductor laser element, light emitting diode element) might contain one recessed part (dent). However, the present invention is not limited to this, and the nitride semiconductor wafer may be divided so that the nitride semiconductor element (nitride semiconductor laser element, light emitting diode element) does not include a recess (dent). Further, the nitride semiconductor wafer may be divided so that the nitride semiconductor element (nitride semiconductor laser element, light emitting diode element) includes a plurality of recesses (dents), or the nitride semiconductor laser element is provided with a recess (depression). The nitride semiconductor wafer may be divided so as to include a part. More preferable is the case where the whole of the recess (dent) remains in the element or a part of the recess (depression) remains in the element by being divided so as to include the recess (depression). . Even in such a configuration, a nitride semiconductor device (nitride semiconductor laser device, light emitting diode device) having excellent device characteristics can be obtained with a high yield.

また、上記第1〜第7実施形態では、層厚傾斜領域の少なくとも一部を含むように、窒化物半導体ウェハを分割した例を示したが、本発明はこれに限らず、層厚傾斜領域を含まないように、窒化物半導体ウェハを分割してもよい。   In the first to seventh embodiments, the example in which the nitride semiconductor wafer is divided so as to include at least a part of the layer thickness gradient region is shown. However, the present invention is not limited to this, and the layer thickness gradient region is included. The nitride semiconductor wafer may be divided so that it does not contain.

また、上記第1〜第7実施形態では、活性層の量子井戸構造を、DQW構造に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、DQW構造以外の量子井戸構造に活性層を構成してもよい。たとえば、活性層の量子井戸構造を、SQW(Single Quantum Well)構造に構成してもよい。具体的には、たとえば、図56に示すように、n型ガイド層22(第6および第7実施形態では、n型クラッド層)上に、InGaNからなる1つの井戸層43aと、Al0.005In0.02Ga0.975Nからなる2つの障壁層43bとが交互に積層されたSQW構造を有する活性層43を形成することができる。なお、井戸層43aの厚みは、約3nm〜約4nm、障壁層43bの厚みは、約70nmに構成することができる。また、上記活性層は、SQW構造以外に、MQW構造に構成してもよい。活性層をSQW構造またはMQW構造にした場合でも、ダークラインの発生抑制効果および輝点状発光の抑制効果を得ることができる。また、井戸層が3層以上の多重量子井戸構造の場合には、光閉じ込めを有効に行うことができるため、ゲインを高めることができる。さらに、LEDなどで用いられる、井戸層の層数が比較的多いMQW構造では、障壁層をAlとInとを含む窒化物半導体から構成することで、井戸層との格子歪みを低減できるため、より好ましい。なお、活性層(井戸層、障壁層)の組成、厚み等は適宜変更することができる。 Moreover, in the said 1st-7th embodiment, although the example which comprised the quantum well structure of the active layer in the DQW structure was shown, this invention is not restricted to this, An active layer is provided in quantum well structures other than a DQW structure. It may be configured. For example, the quantum well structure of the active layer may be configured as an SQW (Single Quantum Well) structure. Specifically, for example, as shown in FIG. 56, one well layer 43a made of InGaN and Al 0.005 In are formed on the n-type guide layer 22 (in the sixth and seventh embodiments, the n-type cladding layer). An active layer 43 having an SQW structure in which two barrier layers 43b made of 0.02 Ga 0.975 N are alternately stacked can be formed. The thickness of the well layer 43a can be about 3 nm to about 4 nm, and the thickness of the barrier layer 43b can be about 70 nm. Further, the active layer may be configured in an MQW structure in addition to the SQW structure. Even when the active layer has the SQW structure or the MQW structure, the effect of suppressing the generation of dark lines and the effect of suppressing the bright spot light emission can be obtained. In addition, in the case of a multiple quantum well structure having three or more well layers, optical confinement can be performed effectively, so that the gain can be increased. Furthermore, in the MQW structure having a relatively large number of well layers used in LEDs and the like, since the barrier layer is made of a nitride semiconductor containing Al and In, lattice strain with the well layer can be reduced. More preferred. The composition, thickness, etc. of the active layer (well layer, barrier layer) can be appropriately changed.

また、活性層を多重量子井戸構造に構成した場合には、第1量子井戸、第2量子井戸・・・それぞれの層厚や組成が全く同一のものである必要はなく、それぞれが異なっていてもよい。その場合、それぞれの量子井戸からの発光波長が異なるが、第1量子井戸と第2量子井戸との関係において、基板に最も近い第1量子井戸の発光波長が最も短く、第2量子井戸の発光波長は、第1量子井戸の発光波長よりも長くなるように構成されているのが好ましい。   In addition, when the active layer is configured in a multiple quantum well structure, the first quantum well, the second quantum well,... Need not have the same layer thickness and composition, and are different from each other. Also good. In that case, the emission wavelengths from the respective quantum wells are different, but in the relationship between the first quantum well and the second quantum well, the emission wavelength of the first quantum well closest to the substrate is the shortest, and the emission of the second quantum well. The wavelength is preferably configured to be longer than the emission wavelength of the first quantum well.

また、上記第1〜第7実施形態では、井戸層のIn組成比を、0.2〜0.28に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、井戸層のIn組成比は、0.15以上0.45以下の範囲内で適宜変更することができる。また、井戸層のIn組成比は、0.15より小さい値にしてもよい。また、井戸層には、5%以内であればAlが含まれていてもよい。また、キャリアブロック層には、7%以内程度であればInが含まれていても良い。Inを含むことで、低温にて結晶性の良い膜を形成しやすくなるため好ましく、さらに、Alを含む、または、AlとInとを含む窒化物半導体層で形成された障壁層を含んで構成される活性層への歪を軽減することができるため、好ましい。   In the first to seventh embodiments, the example in which the In composition ratio of the well layer is configured to be 0.2 to 0.28 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the In composition ratio of the well layer is also illustrated. Can be appropriately changed within the range of 0.15 to 0.45. Further, the In composition ratio of the well layer may be a value smaller than 0.15. Further, the well layer may contain Al as long as it is within 5%. The carrier block layer may contain In as long as it is within 7%. It is preferable to include In because it is easy to form a film having good crystallinity at a low temperature, and further includes a barrier layer that includes Al or a nitride semiconductor layer that includes Al and In. This is preferable because distortion to the active layer can be reduced.

また、上記第1〜第7実施形態において、AlsIntGauNから構成される障壁層のAl組成比sは、0<s≦0.08の範囲内で適宜変更することができる。また、障壁層のIn組成比tは、井戸層のIn組成比より小さい範囲内で適宜変更することができる。 In the above first to seventh embodiments, Al s In t Ga u N Al composition ratio s of the formed barrier layer of may be appropriately modified within the scope of 0 <s ≦ 0.08. In addition, the In composition ratio t of the barrier layer can be appropriately changed within a range smaller than the In composition ratio of the well layer.

また、上記第1〜第7実施形態では、キャリアブロック層と井戸層との間の距離を第3障壁層の厚みと同じにしたが、キャリアブロック層と井戸層(最もキャリアブロック層側の井戸層)との間に組成の異なる複数の窒化物半導体層を形成してもよい。また、キャリアブロック層と井戸層(最もキャリアブロック層側の井戸層)の間の一部にMgなどのp型不純物をドーピングし、p型化することも好ましい。なお、上記第1〜第7実施形態では、ノンドープとしている。   In the first to seventh embodiments, the distance between the carrier block layer and the well layer is the same as the thickness of the third barrier layer. However, the carrier block layer and the well layer (the well on the most carrier block layer side) A plurality of nitride semiconductor layers having different compositions may be formed between the two layers. Further, it is also preferable that a part between the carrier block layer and the well layer (most well layer on the carrier block layer side) is doped with a p-type impurity such as Mg to make it p-type. In the first to seventh embodiments, non-doping is performed.

また、上記第1〜第7実施形態では、キャリアブロック層を40nm以下の厚みに形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、キャリアブロック層の厚みは40nmより大きくてもよい。また、キャリアブロック層に、3%程度のInが含まれていても、本発明の効果は得られる。また、キャリアブロック層のAl組成比は、駆動電圧低減の目的から、p型クラッド層のAl組成比より高いことが好ましい。   Moreover, although the example which formed the carrier block layer in the thickness of 40 nm or less was shown in the said 1st-7th embodiment, this invention is not limited to this, The thickness of a carrier block layer may be larger than 40 nm. The effect of the present invention can be obtained even if the carrier block layer contains about 3% In. The Al composition ratio of the carrier block layer is preferably higher than the Al composition ratio of the p-type cladding layer for the purpose of reducing the driving voltage.

また、上記第1〜第7実施形態では、活性層に注入されたキャリア(電子)がp型半導体層へ流入するのをブロックする層としてキャリアブロック層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体レーザ素子であれば、Al含むクラッド層を上記キャリアをブロックする層として用いることもできる。この場合、クラッド層のAl組成比は、0.08以上であるのが好ましい。   In the first to seventh embodiments, the example in which the carrier block layer is formed as a layer that blocks carriers (electrons) injected into the active layer from flowing into the p-type semiconductor layer has been described. However, the present invention is not limited to this, and in the case of a nitride semiconductor laser element, a cladding layer containing Al can also be used as a layer for blocking the carrier. In this case, the Al composition ratio of the cladding layer is preferably 0.08 or more.

また、上記第1〜第7実施形態では、n型不純物としてSiを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、n型不純物として、Si以外に、たとえば、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgまたはBeを用いてもよい。なお、n型不純物としては、Si、OおよびClが特に好ましい。   In the first to seventh embodiments, Si is used as the n-type impurity. However, the present invention is not limited to this, and other than Si, for example, O, Cl, S can be used as the n-type impurity. , C, Ge, Zn, Cd, Mg, or Be may be used. As the n-type impurity, Si, O and Cl are particularly preferable.

なお、上記第1〜第7実施形態において、エピタキシャル成長法としては、MOCVD法以外に、たとえば、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法や、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法などを用いることができる。   In the first to seventh embodiments, as the epitaxial growth method, in addition to the MOCVD method, for example, an HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, or the like can be used.

また、上記第1〜第7実施形態において、結晶軸方向([1−100]方向、[11−20]方向および[0001]方向)は、結晶学的に等価な方向であればよい。   In the first to seventh embodiments, the crystal axis directions ([1-100] direction, [11-20] direction and [0001] direction) may be crystallographically equivalent directions.

また、上記第1、第3、第4、第6および第7実施形態では、a軸方向のオフ角度を0.1度より大きい角度に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、a軸方向のオフ角度は、0.1度以下の角度であってもよい。ただし、輝点状発光の抑制効果や表面モフォロジーなどを考慮すると、a軸方向のオフ角度は、±0.1度より大きい角度であることが好ましい。   In the first, third, fourth, sixth, and seventh embodiments, the example in which the off angle in the a-axis direction is configured to be larger than 0.1 degrees is shown. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the off angle in the a-axis direction may be an angle of 0.1 degrees or less. However, considering the effect of suppressing bright spot light emission, surface morphology, and the like, the off angle in the a-axis direction is preferably an angle larger than ± 0.1 degrees.

なお、上記第1、第3、第4、第6および第7実施形態において、基板の成長主面は、a軸方向にオフ角度を有していれば、c軸方向にオフ角度を有していなくてもよい。   In the first, third, fourth, sixth and seventh embodiments, if the growth main surface of the substrate has an off-angle in the a-axis direction, it has an off-angle in the c-axis direction. It does not have to be.

また、上記第1〜第3および第5〜第7実施形態において、凹部(掘り込み領域)の形成は、上記第4実施形態のように、基板上に一度、GaN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、InAlNなどの窒化物半導体の層を成長させた後に行ってもよい。すなわち、一度成長を行い、次に凹部(掘り込み領域)を形成した場合であっても、本明細書の内容を適用することができる。   In the first to third and fifth to seventh embodiments, the recess (digging region) is formed on the substrate once as in the fourth embodiment by using GaN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, This may be performed after growing a layer of a nitride semiconductor such as InAlN. That is, the contents of the present specification can be applied even when the growth is performed once and then the concave portion (digging region) is formed.

また、上記第1〜第5実施形態では、絶縁層をSiO2から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、SiO2以外の絶縁性材料から絶縁層を構成してもよい。たとえば、SiN、Al23やZrO2などから絶縁層を構成してもよい。 In the above-mentioned first to fifth embodiments show the example in which the insulating layer from SiO 2, the present invention is not limited thereto, and may be the insulating layer of an insulating material other than SiO 2 . For example, the insulating layer may be made of SiN, Al 2 O 3 , ZrO 2 or the like.

また、上記第2および第5実施形態では、m面を成長主面とするGaN基板(ジャスト基板)を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、m面に対してc軸方向にオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いてもよい。また、m面に対してa軸方向およびc軸方向のそれぞれにオフ角度を有する窒化物半導体基板を用いてもよい。すなわち、無極性面を成長主面とする窒化物半導体基板であれば、いずれの基板を用いてもよい。   In the second and fifth embodiments, an example using a GaN substrate (just substrate) having an m-plane as a growth main surface has been shown. However, the present invention is not limited to this, and for example, for the m-plane A nitride semiconductor substrate having an off angle in the c-axis direction may be used. Alternatively, a nitride semiconductor substrate having off angles in the a-axis direction and the c-axis direction with respect to the m-plane may be used. That is, any substrate may be used as long as it is a nitride semiconductor substrate having a nonpolar surface as a growth main surface.

また、上記第3実施形態では、AlNからなる成長抑制膜を掘り込み領域に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体の結晶成長を抑制することが可能な材料であれば、AlN以外の材料からなる成長抑制膜を掘り込み領域に形成してもよい。なお、成長抑制膜としては、アルミニウム(Al)の窒化物膜、アルミニウム(Al)の酸窒化物膜、アルミニウム(Al)とガリウム(Ga)の窒化物膜が好ましい。このような材料は、クラックの抑制効果、表面モフォロジーの改善効果、および窒化物半導体層の組成変動の抑制効果の全てにおいて高い効果を得ることができる。また、このような材料は、窒化物半導体と同様の結晶構造をとることができるため、成長抑制膜と成長抑制膜のないところとで、結晶構造が連続的になる。このため、成長抑制膜の材料として好適である。成長抑制膜の材料として次に好ましい材料は、シリコン(Si)の酸化物、窒化物および酸窒化物、アルミニウム(Al)の酸化物、チタン(Ti)の酸化物、ジルコニア(Zr)の酸化物、イットリア(Y)の酸化物、ニオビウム(Nb)の酸化物、ハフニウム(Hf)の酸化物、タンタル(Ta)の酸化物、および上記材料の酸窒化物、もしくは窒化物である。その次に好ましい材料は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)などの高融点金属である。なお、窒化物半導体の成長抑制効果としては、酸化物膜がもっとも強く、酸窒化物膜、窒化物膜の順に弱くなる。このため、酸化物膜からなる成長抑制膜を凹部内に形成するのがより好ましい。   In the third embodiment, the example in which the growth suppression film made of AlN is formed in the digging region has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the material capable of suppressing the crystal growth of the nitride semiconductor. If so, a growth suppressing film made of a material other than AlN may be formed in the digging region. The growth suppressing film is preferably an aluminum (Al) nitride film, an aluminum (Al) oxynitride film, or an aluminum (Al) and gallium (Ga) nitride film. Such a material can obtain a high effect in all of the crack suppressing effect, the surface morphology improving effect, and the nitride semiconductor layer composition fluctuation suppressing effect. In addition, since such a material can have a crystal structure similar to that of a nitride semiconductor, the crystal structure is continuous between the growth suppressing film and the place without the growth suppressing film. For this reason, it is suitable as a material for the growth suppression film. The next preferred materials for the growth suppression film are silicon (Si) oxide, nitride and oxynitride, aluminum (Al) oxide, titanium (Ti) oxide, zirconia (Zr) oxide. Oxides of yttria (Y), oxides of niobium (Nb), oxides of hafnium (Hf), oxides of tantalum (Ta), and oxynitrides or nitrides of the above materials. The next preferred material is a refractory metal such as molybdenum (Mo), tungsten (W), or tantalum (Ta). As an effect of suppressing the growth of the nitride semiconductor, the oxide film is strongest, and becomes weaker in the order of the oxynitride film and the nitride film. For this reason, it is more preferable to form a growth suppression film made of an oxide film in the recess.

また、上記第3および第5実施形態では、ECRスパッタ装置を用いたスパッタ法で成長抑制膜を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記以外の方法で成長抑制膜を形成することもできる。たとえば、マグネトロンスパッタ装置を用いたスパッタ法や、EB(Electron Beem)蒸着法、プラズマCVD法などを用いて、成長抑制膜を形成することもできる。   In the third and fifth embodiments, the example in which the growth suppressing film is formed by the sputtering method using the ECR sputtering apparatus has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the growth suppressing film is formed by a method other than the above. It can also be formed. For example, the growth suppression film can be formed by using a sputtering method using a magnetron sputtering apparatus, an EB (Electron Beam) vapor deposition method, a plasma CVD method, or the like.

なお、成長抑制膜は、凹部(掘り込み領域)上の窒化物半導体層の表面に窪みを形成することが可能な形状であれば、上記第3実施形態で示した形状以外の形状に形成されていてもよい。   Note that the growth suppressing film is formed in a shape other than the shape shown in the third embodiment as long as it can form a depression on the surface of the nitride semiconductor layer on the recess (digging region). It may be.

また、上記第5実施形態では、成長抑制膜を、凹部(掘り込み領域)に対して両側の非掘り込み領域にかかるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、成長抑制膜は、凹部(掘り込み領域)の片側の非掘り込み領域にのみかかるように形成してもよい。この場合、層厚傾斜領域も、凹部(掘り込み領域)の片側にのみ形成されることになるが、このような場合でも、上記と同様、高いクラック抑制効果を得ることができる。   Further, in the fifth embodiment, the example in which the growth suppression film is formed so as to cover the non-digging regions on both sides with respect to the concave portion (digging region) is shown, but the present invention is not limited thereto, and the growth is not limited thereto. The suppression film may be formed so as to cover only the non-digging region on one side of the recess (digging region). In this case, the layer thickness gradient region is also formed only on one side of the concave portion (digging region). Even in such a case, a high crack suppression effect can be obtained as described above.

また、上記第7実施形態では、層厚傾斜領域および発光部形成領域の両方を発光領域とした発光ダイオード素子について示したが、本発明はこれに限らず、層厚傾斜領域および発光部形成領域のいずれか一方のみを発光領域とした発光ダイオード素子としてもよい。なお、発光部形成領域のみを発光領域とした場合には、発光ダイオード素子に層厚傾斜領域を含まないように、窒化物半導体ウェハを分割することもできる。   In the seventh embodiment, the light emitting diode element in which both the layer thickness inclined region and the light emitting portion forming region are used as the light emitting region is shown. However, the present invention is not limited to this, and the layer thickness inclined region and the light emitting portion forming region are used. It is good also as a light emitting diode element which used only any one of these as the light emission area | region. In the case where only the light emitting portion forming region is used as the light emitting region, the nitride semiconductor wafer can be divided so that the light emitting diode element does not include the layer thickness inclined region.

2 凹部
2a 底面部
2b 側面部
3 掘り込み領域
4 非掘り込み領域
5、505 層厚傾斜領域
6 発光部形成領域
10、510 n型GaN基板(窒化物半導体基板)
10a 成長主面
20 窒化物半導体層
20a n型窒化物半導体層
20b p型窒化物半導体層
21、121 n型クラッド層
22 n型ガイド層
23、43 活性層
23a、43a 井戸層
23b、43b 障壁層
24 キャリアブロック層
25 p型ガイド層
26 p型クラッド層
27 p型コンタクト層
28 リッジ部
29 光導波領域
30 絶縁層
31、131 p側電極
32 n側電極
40 共振器面
40a 光出射面
40b 光反射面
50 窒化物半導体ウェハ
100 窒化物半導体レーザ素子(窒化物半導体素子)
131a、131b p側電極
160、161、162 成長抑制膜
2 recessed portion 2a bottom surface portion 2b side surface portion 3 digging region 4 non-digging region 5, 505 layer thickness inclined region 6 light emitting portion forming region 10, 510 n-type GaN substrate (nitride semiconductor substrate)
10a Main growth surface 20 Nitride semiconductor layer 20a N-type nitride semiconductor layer 20b P-type nitride semiconductor layer 21, 121 n-type cladding layer 22 n-type guide layer 23, 43 Active layer 23a, 43a Well layer 23b, 43b Barrier layer 24 carrier block layer 25 p-type guide layer 26 p-type cladding layer 27 p-type contact layer 28 ridge portion 29 optical waveguide region 30 insulating layer 31, 131 p-side electrode 32 n-side electrode 40 resonator surface 40a light exit surface 40b light reflection Surface 50 Nitride semiconductor wafer 100 Nitride semiconductor laser element (nitride semiconductor element)
131a, 131b p-side electrode 160, 161, 162 Growth inhibiting film

Claims (18)

m面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含み、
前記活性層は、AlとInとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有し、
前記窒化物半導体層は、前記非掘り込み領域上に形成されるとともに、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含み、
前記層厚傾斜領域の窒化物半導体層と前記掘り込み領域の窒化物半導体層とは連続していることを特徴とする、窒化物半導体素子。
a nitride semiconductor substrate having an m-plane as a main growth surface;
A nitride semiconductor layer including an active layer formed on a main growth surface of the nitride semiconductor substrate;
The nitride semiconductor substrate includes a digging region dug in the thickness direction from the growth main surface, and a non-digging region that is a non-digging region,
The active layer may have a barrier layer formed of nitride semiconductor containing Al and In,
The nitride semiconductor layer includes a layer thickness gradient region that is formed on the non-dig region and has a layer thickness gradient that gradually decreases as the digging region is approached,
The nitride semiconductor device, wherein the nitride semiconductor layer in the layer thickness gradient region and the nitride semiconductor layer in the digging region are continuous .
前記掘り込み領域は、平面的に見て、a軸方向と交差する方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体素子。 2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the digging region is formed so as to extend in a direction intersecting the a-axis direction when seen in a plan view . 前記障壁層のAl組成比が0より大きく0.08以下であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の窒化物半導体素子。 3. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein an Al composition ratio of the barrier layer is greater than 0 and equal to or less than 0.08 . 4. 前記障壁層のIn組成比が0より大きく0.10以下であることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子。 4. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein an In composition ratio of the barrier layer is greater than 0 and equal to or less than 0.10 . 5. 前記活性層は、複数の前記障壁層を含み、前記複数の障壁層の少なくとも一部は、AlInGaNからなることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子。 The nitride according to any one of claims 1 to 4, wherein the active layer includes a plurality of the barrier layers, and at least a part of the plurality of barrier layers is made of AlInGaN . Semiconductor element. 前記掘り込み領域に、窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜が形成されていることを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子。 6. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein a growth suppressing film that suppresses growth of a nitride semiconductor is formed in the digging region . 7. 前記掘り込み領域は、平面的に見て、c軸方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor element according to any one of claims 1 to 6, wherein the digging region is formed so as to extend in a c-axis direction when seen in a plan view. 前記窒化物半導体層は、光導波領域を含み、
前記光導波領域は、前記非掘り込み領域上に位置していることを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子。
The nitride semiconductor layer includes an optical waveguide region,
The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the optical waveguide region is located on the non-dig region.
前記活性層は量子井戸構造からなるとともにInを含む窒化物半導体からなる井戸層を有し、前記井戸層のIn組成比が0.15以上0.45以下であることを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子。  The active layer has a well layer made of a nitride semiconductor containing In and having a quantum well structure, and the In composition ratio of the well layer is 0.15 or more and 0.45 or less. The nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 8. 面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に形成され、活性層を含む窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体基板は、前記成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含み、
前記活性層は、AlとInとを含む窒化物半導体から構成された障壁層を有し、
前記窒化物半導体層は、前記非掘り込み領域上に形成されるとともに、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含み、
前記層厚傾斜領域の窒化物半導体層と前記掘り込み領域の窒化物半導体層とは連続していることを特徴とする、窒化物半導体ウェハ。
a nitride semiconductor substrate having an m- plane as a main growth surface;
A nitride semiconductor layer including an active layer formed on a main growth surface of the nitride semiconductor substrate;
The nitride semiconductor substrate includes a digging region dug in the thickness direction from the growth main surface, and a non-digging region that is a non-digging region,
The active layer may have a barrier layer formed of nitride semiconductor containing Al and In,
The nitride semiconductor layer includes a layer thickness gradient region that is formed on the non-dig region and has a layer thickness gradient that gradually decreases as the digging region is approached,
The nitride semiconductor wafer, wherein the nitride semiconductor layer in the layer thickness gradient region and the nitride semiconductor layer in the digging region are continuous .
前記掘り込み領域は、平面的に見て、a軸方向と交差する方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項10に記載の窒化物半導体ウェハ。 The nitride semiconductor wafer according to claim 10, wherein the digging region is formed so as to extend in a direction intersecting the a-axis direction when seen in a plan view . 前記掘り込み領域に、窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜が形成されていることを特徴とする、請求項10または請求項11に記載の窒化物半導体ウェハ。 12. The nitride semiconductor wafer according to claim 10, wherein a growth suppression film that suppresses growth of a nitride semiconductor is formed in the digging region . 前記掘り込み領域は、平面的に見て、c軸方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項10から請求項12のいずれか1項に記載の窒化物半導体ウェハ。 The nitride semiconductor wafer according to any one of claims 10 to 12 , wherein the digging region is formed so as to extend in a c-axis direction when seen in a plan view. 請求項10から請求項13のいずれか1項に記載の窒化物半導体ウェハを用いて形成されたことを特徴とする、窒化物半導体素子。 A nitride semiconductor device formed using the nitride semiconductor wafer according to any one of claims 10 to 13 . m面を成長主面とする窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板の成長主面に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、
前記窒化物半導体基板の成長主面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を形成する工程を含み、
前記活性層を形成する工程は、AlとInとを含む窒化物半導体から前記障壁層を構成する工程を有し、
前記掘り込み領域を形成する工程は、前記成長主面における前記掘り込み領域とは異なる領域に、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域を形成する工程を含み、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、前記非掘り込み領域上の領域に、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を形成する工程を含み、
前記層厚傾斜領域の窒化物半導体層と前記掘り込み領域の窒化物半導体層とは連続していることを特徴とする、窒化物半導体素子の製造方法。
preparing a nitride semiconductor substrate having an m-plane as a growth principal surface;
Forming a recessed region dug into the main growth surface of the nitride semiconductor substrate;
Forming a nitride semiconductor layer on the main growth surface of the nitride semiconductor substrate,
The step of forming the nitride semiconductor layer includes a step of forming an active layer having a quantum well structure including a well layer and a barrier layer,
The step of forming the active layer, have a step of forming the barrier layer of a nitride semiconductor containing Al and In,
The step of forming the digging region includes a step of forming a non-digging region which is a region not dug in a region different from the digging region in the growth main surface,
The step of forming the nitride semiconductor layer includes a step of forming, in a region on the non-dig region, a layer thickness gradient region in which the layer thickness is gradually decreased as the digging region is approached,
The method for manufacturing a nitride semiconductor device, wherein the nitride semiconductor layer in the layer thickness gradient region and the nitride semiconductor layer in the digging region are continuous .
前記掘り込み領域を形成する工程は、前記掘り込み領域を、平面的に見て、a軸方向と交差する方向に延びるように形成する工程を含むことを特徴とする、請求項15に記載の窒化物半導体素子の製造方法。 The step of forming the digging region includes a step of forming the digging region so as to extend in a direction crossing the a-axis direction when seen in a plan view . A method for manufacturing a nitride semiconductor device. 前記掘り込み領域に、窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項15または請求項16に記載の窒化物半導体素子の製造方法。 The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 15, further comprising a step of forming a growth suppressing film that suppresses growth of a nitride semiconductor in the digging region . 前記活性層を形成する工程は、In組成比が0.15以上0.45以下である井戸層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項15から請求項17のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。 18. The method according to claim 15, wherein the step of forming the active layer includes a step of forming a well layer having an In composition ratio of 0.15 to 0.45. The manufacturing method of the nitride semiconductor element of description.
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