JP5204046B2 - Nitride semiconductor wafer, nitride semiconductor light emitting device, and method of manufacturing nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

Nitride semiconductor wafer, nitride semiconductor light emitting device, and method of manufacturing nitride semiconductor light emitting device Download PDF

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Description

本発明は、窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor wafer, a nitride semiconductor light emitting device, and a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting 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非常に注目されている。また、窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子は、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るため、国内外の研究機関において精力的に研究が行われている。   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 has attracted much attention as a material. In addition, nitride semiconductor light-emitting devices using nitride semiconductors are widely studied in projectors, full-color displays, and in the environment and medical fields. .

また、近年では、良質なGaN基板(窒化ガリウム基板)が得られるようになってきており、このGaN基板を用いることで、特性の優れた窒化物半導体発光素子が得られるようになってきた。   In recent years, a high-quality GaN substrate (gallium nitride substrate) has been obtained. By using this GaN substrate, a nitride semiconductor light emitting device having excellent characteristics has been obtained.

しかしながら、窒化物半導体レーザ素子などの窒化物半導体発光素子では、製造時の歩留まりが非常に低いという不都合があり、このため、製造コストが非常に高くなっている。そして、このことが、窒化物半導体発光素子の普及を妨げる一因となっている。この歩留まりを落としている原因の一つに、クラックの発生が挙げられる。すなわち、基板上に窒化物半導体層を成長させる際に、基板と窒化物半導体層との格子不整合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生じる。これにより、1枚のウェハから得られる良品の数が減少するので、歩留まりが低下する。また、クラックが生じることにより、発光寿命などの素子特性も低下する。   However, a nitride semiconductor light emitting device such as a nitride semiconductor laser device has a disadvantage that the yield at the time of manufacture is very low, and thus the manufacturing cost is very high. This is one factor that hinders the spread of nitride semiconductor light emitting devices. One of the causes of this decrease in yield is the occurrence of cracks. That is, when a nitride semiconductor layer is grown on a substrate, distortion occurs in the nitride semiconductor layer due to lattice mismatch between the substrate and the nitride semiconductor layer, and the distortion causes cracks in the nitride semiconductor layer. Occurs. As a result, the number of non-defective products obtained from one wafer is reduced, so that the yield is lowered. In addition, due to the occurrence of cracks, device characteristics such as the light emission lifetime are also deteriorated.

そこで、従来、クラックの発生を抑制することが可能な窒化物半導体レーザ素子が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   Thus, conventionally, a nitride semiconductor laser element capable of suppressing the occurrence of cracks is known (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を有するGaN基板を用いて形成された窒化物半導体レーザ素子が記載されている。このGaN基板は、結晶成長面に、上記掘り込み領域が形成されており、掘り込まれていない領域が非掘り込み領域となっている。そして、GaN基板の結晶成長面上に、上記窒化物半導体層を成長させることによって窒化物半導体レーザ素子が形成されている。この窒化物半導体レーザ素子では、上記のように、GaN基板に予め掘り込み領域を形成しておくことによって、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の歪みが、掘り込み領域上に形成された部分で緩和される。これにより、クラックの発生が抑制される。なお、特許文献1では、GaN基板の結晶成長面は、c面((0001)面;極性面)となっている。   Patent Document 1 describes a nitride semiconductor laser element formed using a GaN substrate having a dug region dug into a concave shape. In the GaN substrate, the digging region is formed on the crystal growth surface, and a region that is not digging is a non-digging region. A nitride semiconductor laser element is formed by growing the nitride semiconductor layer on the crystal growth surface of the GaN substrate. In this nitride semiconductor laser device, as described above, by forming the digging region in the GaN substrate in advance, the distortion of the nitride semiconductor layer formed on the non-digging region is caused on the digging region. It is relaxed at the formed part. Thereby, generation | occurrence | production of a crack is suppressed. In Patent Document 1, the crystal growth surface of the GaN substrate is a c-plane ((0001) plane; polar plane).

特開2004−356454号公報JP 2004-356454 A

上述のように、基板に掘り込み領域を形成する方法は、基板上に形成される窒化物半導体層にクラックが発生するのを抑制する方法として非常に有効である。   As described above, the method of forming the digging region in the substrate is very effective as a method of suppressing the occurrence of cracks in the nitride semiconductor layer formed on the substrate.

しかしながら、本願発明者らが、無極性(ノンポーラ)面および半極性(セミポーラ)面を結晶成長面とする基板を用いて窒化物半導体発光素子を形成する際に、クラックの抑制を目的として基板に予め掘り込み領域を形成して窒化物半導体発光素子の作製を行ったところ、窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じる場合があることを見出した。このような組成変動が生じると、素子特性が設計から外れてしまい、窒化物半導体発光素子の素子特性が低下する。また、特性のバラツキが生じるので、規格の範囲内の特性を有する素子の数が減少する。これにより、歩留まりが低下する。   However, when the present inventors form a nitride semiconductor light emitting device using a substrate having a nonpolar (nonpolar) surface and a semipolar (semipolar) surface as a crystal growth surface, the substrate is formed for the purpose of suppressing cracks. When a nitride semiconductor light emitting device was fabricated by forming a dug region in advance, it was found that composition variation in the thickness direction might occur in the nitride semiconductor layer. When such a composition variation occurs, the device characteristics deviate from the design, and the device characteristics of the nitride semiconductor light emitting device deteriorate. In addition, since variations in characteristics occur, the number of elements having characteristics within the standard range is reduced. As a result, the yield decreases.

なお、窒化物半導体層の組成変動は、無極性面および半極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に非常に強く現れる傾向があるが、極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合でも、上記と同様の現象は生じ得る。   Note that the composition fluctuation of the nitride semiconductor layer tends to appear very strongly when a substrate having a nonpolar plane and a semipolar plane as a crystal growth plane is used, but the substrate having a polar plane as a crystal growth plane is used. Even in such a case, the same phenomenon as described above can occur.

このように、本願発明者らが鋭意検討を行った結果、特許文献1に記載された従来技術を用いた場合であってもなお、素子特性および歩留まりに関して改善の余地が残されていることを見出した。特に、窒化物半導体層の組成変動は、素子の設計上どうしても抑制しなければならない問題である。   As described above, as a result of intensive studies by the inventors of the present application, even when the conventional technique described in Patent Document 1 is used, there is still room for improvement in terms of element characteristics and yield. I found it. In particular, the composition variation of the nitride semiconductor layer is a problem that must be suppressed in designing the device.

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、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ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光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 wafer, a nitride semiconductor light emitting device, and a nitride semiconductor wafer capable of improving device characteristics and yield. It is to provide a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device.

上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による窒化物半導体ウェハは、結晶成長面を有し、この結晶成長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む窒化物半導体基板と、掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、窒化物半導体基板の結晶成長面上に成長された窒化物半導体層とを備えている。そして、掘り込み領域は、凹部を含んでおり、成長抑制膜は、凹部内における結晶成長面より低い位置に形成されている。なお、本発明の「窒化物半導体基板」は、掘り込み領域および非掘り込み領域が窒化物半導体からなる基板を含む。   In order to achieve the above object, a nitride semiconductor wafer according to the first aspect of the present invention has a crystal growth surface, and a digging region dug in the thickness direction from the crystal growth surface, and a digging region. A nitride semiconductor substrate including a non-excavated region that is a non-excavated region, a growth suppression film that is formed in the excavated region and suppresses crystal growth of the nitride semiconductor, and is grown on a crystal growth surface of the nitride semiconductor substrate And a nitride semiconductor layer. The digging region includes a recess, and the growth suppression film is formed at a position lower than the crystal growth surface in the recess. The “nitride semiconductor substrate” of the present invention includes a substrate in which the digging region and the non-digging region are made of a nitride semiconductor.

この第1の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように、掘り込み領域(凹部内)に成長抑制膜を形成することによって、結晶成長面上に形成される窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このような組成変動の抑制効果が得られる理由としては、以下のように考えられる。すなわち、窒化物半導体層を結晶成長面上に成長させると、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合、結晶成長の初期段階では、凹部内の窒化物半導体層の成長速度は非常に速いが、結晶成長の進行に伴い凹部内が窒化物半導体層で満たされてくると、凹部内の窒化物半導体層の成長速度が遅くなる。このように、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合には、凹部内における窒化物半導体層の成長速度が変化する。そして、この成長速度の変化が非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に影響を与え、これによって、非掘り込み領域上の窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれた場合、凹部内における成長速度の変化が大きくなるので、窒化物半導体層に組成変動が生じ易くなる。これに対し、凹部内に成長抑制膜が形成されている場合には、凹部内における窒化物半導体層の結晶成長が抑制されるので、凹部内において、窒化物半導体層の成長速度の変化が抑制される。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのが抑制される。また、凹部内に成長抑制膜が形成されている場合には、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれるのを抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。   In the nitride semiconductor wafer according to the first aspect, as described above, the growth suppressing film is formed in the digging region (in the recess), so that the nitride semiconductor layer formed on the crystal growth surface has a thickness direction. It is possible to suppress the occurrence of composition variation. The reason why such a composition variation suppressing effect is obtained is considered as follows. That is, when the nitride semiconductor layer is grown on the crystal growth surface, the growth rate of the nitride semiconductor layer in the recess is very high in the initial stage of crystal growth when the growth suppressing film is not formed in the recess. However, when the inside of the recess is filled with the nitride semiconductor layer as the crystal growth proceeds, the growth rate of the nitride semiconductor layer in the recess becomes slow. Thus, when the growth suppression film is not formed in the recess, the growth rate of the nitride semiconductor layer in the recess changes. The change in the growth rate affects the nitride semiconductor layer formed on the non-dig region, and as a result, composition variation in the thickness direction occurs in the nitride semiconductor layer on the non-dig region. In addition, when the inside of the recess is filled with the nitride semiconductor layer, the change in the growth rate in the recess becomes large, so that the composition variation is likely to occur in the nitride semiconductor layer. On the other hand, when a growth suppressing film is formed in the recess, crystal growth of the nitride semiconductor layer in the recess is suppressed, so that a change in the growth rate of the nitride semiconductor layer is suppressed in the recess. Is done. Thereby, it is suppressed that the composition fluctuation of the thickness direction arises in the nitride semiconductor layer formed on a non-digging area. In addition, when a growth suppressing film is formed in the recess, it is possible to suppress the recess from being filled with the nitride semiconductor layer, so that the nitride easily formed on the non-digged region It is possible to suppress the composition variation in the thickness direction from occurring in the semiconductor layer.

また、第1の局面では、上記のように、成長抑制膜を凹部内における結晶成長面より低い位置に形成することによって、窒化物半導体層のエッジグロース部(成長抑制膜の周辺付近で発生する、窒化物半導体層の厚みが大きくなった部分)を、凹部内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚の変動を抑制することができる。   In the first aspect, as described above, the growth suppression film is formed at a position lower than the crystal growth surface in the recess, thereby generating an edge growth portion of the nitride semiconductor layer (periphery of the periphery of the growth suppression film). The portion where the thickness of the nitride semiconductor layer is increased) can be generated in the recess. That is, it is possible to suppress the edge growth portion from being formed in the nitride semiconductor layer on the non-digged region. Thereby, the fluctuation | variation of the layer thickness of the nitride semiconductor layer formed on a non-digging area | region can be suppressed.

さらに、第1の局面では、上記のように、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域上(凹部上)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ので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して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(凹部上)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容易に抑制することができる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。   Furthermore, in the first aspect, as described above, by forming the growth suppression film in the recess, it is possible to suppress the recess from being filled with the nitride semiconductor layer. For this reason, since a recess can be formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region (on the recess), it is caused by a lattice mismatch between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor layer. Even when the nitride semiconductor layer is distorted, the strain of the nitride semiconductor layer (nitride semiconductor layer formed on the non-dig region) is applied to the surface of the nitride semiconductor layer on the dig region (on the recess). It can relieve in the formed said hollow part. Thereby, it is possible to easily suppress the occurrence of cracks in the nitride semiconductor layer. In addition, the deterioration of the surface morphology can be suppressed by suppressing the recess from being filled with the nitride semiconductor layer.

ここで、本願発明者らが種々検討した結果、無極性面および半極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた場合、極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた場合に比べて、凹部内が窒化物半導体層で埋まり易いという不都合があることを見出した。しかしながら、このような場合でも、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれ易い無極性面および半極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた場合でも、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とともに、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを容易に抑制することができる。   Here, as a result of various studies by the inventors of the present application, when a nitride semiconductor substrate having a nonpolar plane and a semipolar plane as a crystal growth plane was used, a nitride semiconductor substrate having a polar plane as a crystal growth plane was used. As compared with the case, it has been found that there is an inconvenience that the concave portion is easily filled with the nitride semiconductor layer. However, even in such a case, it is possible to suppress the recess from being filled with the nitride semiconductor layer by forming the growth suppressing film in the recess. For this reason, even when a nitride semiconductor substrate having a crystal growth surface with a nonpolar plane and a semipolar plane that is easily embedded in the nitride semiconductor layer in the recess is used, it is effective to generate cracks in the nitride semiconductor layer. In addition, the compositional variation in the thickness direction can be easily suppressed in the nitride semiconductor layer formed on the non-dig region.

このように、第1の局面による窒化物半導体ウェハでは、窒化物半導体層の厚み方向の組成変動を抑制することによって、素子特性が設計から外れてしまうのを抑制することができる。このため、このような窒化物半導体ウェハを用いて窒化物半導体発光素子を形成することにより、窒化物半導体発光素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制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が減少するのを抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、第1の局面では、エッジグロース部を凹部内で生じさせることによって、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。このため、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。また、第1の局面の構成では、クラックの発生を容易に抑制することができるので、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、第1の局面では、上記のように構成することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することができるので、これによっても、素子特性を向上させることができる。   Thus, in the nitride semiconductor wafer according to the first aspect, the device characteristics can be prevented from deviating from the design by suppressing the composition variation in the thickness direction of the nitride semiconductor layer. Therefore, by forming a nitride semiconductor light emitting device using such a nitride semiconductor wafer, the device characteristics of the nitride semiconductor light emitting device can be improved. In addition, since variation in element characteristics can be suppressed, it is possible to suppress a decrease in the number of elements having characteristics within the standard range. Thereby, a yield can be improved. Further, in the first aspect, by causing the edge growth portion to be generated in the recess, it is possible to suppress the variation in the thickness of the nitride semiconductor layer formed on the non-digged region. For this reason, it is possible to suppress a decrease in element characteristics due to a variation in layer thickness. In addition, since variation in layer thickness can be suppressed from element to element, the yield can be further improved. Further, in the configuration of the first aspect, since the generation of cracks can be easily suppressed, element characteristics and yield can be further improved. In the first aspect, since the surface morphology can be prevented from deteriorating by configuring as described above, the device characteristics can be improved also by this.

上記第1の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、少なくとも、側面部および底面部の一方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、クラックの発生を抑制しながら、窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。また、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを容易に抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。   In the nitride semiconductor wafer according to the first aspect, it is preferable that the concave portion has a side surface portion and a bottom surface portion, and the growth suppressing film is formed on at least one of the side surface portion and the bottom surface portion. If comprised in this way, it can suppress that the composition fluctuation of a thickness direction arises in a nitride semiconductor layer, suppressing generation | occurrence | production of a crack easily. In addition, since it is possible to easily prevent the edge growth portion from being formed in the nitride semiconductor layer on the non-dig region, the layer thickness of the nitride semiconductor layer formed on the non-dig region can be easily determined. Can be suppressed.

上記第1の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における底面部の一部に形成されていてもよい。このように構成すれば、容易に、凹部内に所定形状を有する成長抑制膜を形成することができるので、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ウェハを容易に得ることができる。   In the nitride semiconductor wafer according to the first aspect, the concave portion may have a side surface portion and a bottom surface portion, and the growth suppression film may be formed on a part of the bottom surface portion of the concave portion. With this configuration, a growth suppressing film having a predetermined shape can be easily formed in the recess, so that a nitride semiconductor wafer capable of improving element characteristics and yield can be easily obtained. .

上記第1の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における側面部および底面部の両方に形成されていてもよい。   In the nitride semiconductor wafer according to the first aspect, the recess has a side surface and a bottom surface, and the growth suppressing film may be formed on both the side surface and the bottom surface of the recess.

この場合において、成長抑制膜は、側面部に形成された部分の厚みが、底面部に形成された部分の厚みよりも小さ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、成長抑制膜の剥がれなどの不良を効果的に抑制することができる。   In this case, the growth suppression film is preferably configured such that the thickness of the portion formed on the side surface portion is smaller than the thickness of the portion formed on the bottom surface portion. If comprised in this way, defects, such as peeling of a growth suppression film | membrane, can be suppressed effectively.

上記第1の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、好ましくは、凹部は、所定方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、容易に、素子特性および歩留まりを向上させることができる。   In the nitride semiconductor wafer according to the first aspect, the recess is preferably formed to extend in a predetermined direction. If comprised in this way, an element characteristic and a yield can be improved easily.

上記第1の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、好ましくは、凹部は、ストライプ状に複数形成されている。このように構成すれば、より容易に、素子特性および歩留まりを向上させることができる。   In the nitride semiconductor wafer according to the first aspect, preferably, a plurality of recesses are formed in stripes. If comprised in this way, an element characteristic and a yield can be improved more easily.

上記第1の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、好ましくは、窒化物半導体層に光導波路が形成されている。このように構成すれば、素子特性の優れた窒化物半導体レーザ素子を歩留まりよく形成することができる。   In the nitride semiconductor wafer according to the first aspect, an optical waveguide is preferably formed in the nitride semiconductor layer. If comprised in this way, the nitride semiconductor laser element excellent in the element characteristic can be formed with a sufficient yield.

上記第1の局面による窒化物半導体ウェハにおいて、光導波路は、凹部に沿うように形成されているのが好ましい。   In the nitride semiconductor wafer according to the first aspect, the optical waveguide is preferably formed along the recess.

この発明の第2の局面による窒化物半導体発光素子は、上記第1の局面による窒化物半導体ウェハを用いて形成されている。このように構成すれば、素子特性の優れた窒化物半導体発光素子を歩留まりよく形成することができる。なお、第2の局面による窒化物半導体発光素子では、窒化物半導体基板に凹部(掘り込み領域)が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。また、窒化物半導体基板に凹部(掘り込み領域)の一部が含まれていてもよい。窒化物半導体基板に凹部(掘り込み領域)が含まれていない場合でも、素子特性の優れた窒化物半導体発光素子を歩留まりよく得ることができる。   The nitride semiconductor light emitting device according to the second aspect of the present invention is formed using the nitride semiconductor wafer according to the first aspect. If comprised in this way, the nitride semiconductor light-emitting element excellent in the element characteristic can be formed with a sufficient yield. In the nitride semiconductor light emitting element according to the second aspect, the nitride semiconductor substrate may or may not include a recess (digging region). Further, the nitride semiconductor substrate may include a part of the recess (digging region). Even when the nitride semiconductor substrate does not include a recess (digging region), a nitride semiconductor light emitting device having excellent device characteristics can be obtained with high yield.

この発明の第3の局面による窒化物半導体発光素子は、結晶成長面を有し、結晶成長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む窒化物半導体基板と、掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、窒化物半導体基板の結晶成長面上に形成された窒化物半導体層とを備えている。そして、掘り込み領域は、凹部を含んでおり、成長抑制膜は、凹部内における結晶成長面より低い位置に形成されている。   A nitride semiconductor light emitting device according to a third aspect of the present invention has a crystal growth surface, a digging region dug in the thickness direction from the crystal growth surface, and a non-digging region that is a non-digging region A nitride semiconductor substrate including: a growth suppression film that is formed in the digging region and suppresses crystal growth of the nitride semiconductor; and a nitride semiconductor layer formed on the crystal growth surface of the nitride semiconductor substrate. ing. The digging region includes a recess, and the growth suppression film is formed at a position lower than the crystal growth surface in the recess.

この第3の局面による窒化物半導体発光素子では、上記のように、掘り込み領域(凹部内)に成長抑制膜を形成することによって、結晶成長面上に形成される窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、素子特性が設計から外れてしまうのを抑制することができるので、窒化物半導体発光素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制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が減少するのを抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。   In the nitride semiconductor light-emitting device according to the third aspect, as described above, the growth suppression film is formed in the digging region (in the recess), whereby the nitride semiconductor layer formed on the crystal growth surface has a thickness. It can suppress that the composition fluctuation of a direction arises. For this reason, since it can suppress that an element characteristic deviates from a design, the element characteristic of a nitride semiconductor light-emitting element can be improved. In addition, since variation in element characteristics can be suppressed, it is possible to suppress a decrease in the number of elements having characteristics within the standard range. Thereby, a yield can be improved.

また、第3の局面では、上記のように、成長抑制膜を凹部内における結晶成長面より低い位置に形成することによって、窒化物半導体層のエッジグロース部を、凹部内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚の変動を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、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。   In the third aspect, as described above, the edge growth portion of the nitride semiconductor layer can be generated in the recess by forming the growth suppression film at a position lower than the crystal growth surface in the recess. . That is, it is possible to suppress the edge growth portion from being formed in the nitride semiconductor layer on the non-digged region. Thereby, the fluctuation | variation of the layer thickness of the nitride semiconductor layer formed on a non-digging area | region can be suppressed. Therefore, by configuring as described above, it is possible to suppress a decrease in element characteristics due to a variation in layer thickness. In addition, since variation in layer thickness can be suppressed from element to element, the yield can be further improved.

さらに、第3の局面では、上記のように、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域上(凹部上)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ので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して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(凹部上)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容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。   Furthermore, in the third aspect, as described above, by forming the growth suppression film in the recess, it is possible to suppress the recess from being filled with the nitride semiconductor layer. For this reason, since a recess can be formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region (on the recess), it is caused by a lattice mismatch between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor layer. Even when the nitride semiconductor layer is distorted, the strain of the nitride semiconductor layer (nitride semiconductor layer formed on the non-dig region) is applied to the surface of the nitride semiconductor layer on the dig region (on the recess). It can relieve in the formed said hollow part. Thereby, it is possible to easily suppress the occurrence of cracks in the nitride semiconductor layer. As a result, device characteristics and yield can be further improved. In addition, the deterioration of the surface morphology can be suppressed by suppressing the recess from being filled with the nitride semiconductor layer. Therefore, the device characteristics can be improved also by this.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、少なくとも、側面部および底面部の一方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、クラックの発生を抑制しながら、窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。また、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを容易に抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, it is preferable that the recess has a side surface portion and a bottom surface portion, and the growth suppression film is formed on at least one of the side surface portion and the bottom surface portion. . If comprised in this way, it can suppress that the composition fluctuation of a thickness direction arises in a nitride semiconductor layer, suppressing generation | occurrence | production of a crack easily. In addition, since it is possible to easily prevent the edge growth portion from being formed in the nitride semiconductor layer on the non-dig region, the layer thickness of the nitride semiconductor layer formed on the non-dig region can be easily determined. Can be suppressed.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における底面部の一部に形成されていてもよい。このように構成すれば、容易に、凹部内に所定形状を有する成長抑制膜を形成することができるので、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発光素子を容易に得ることができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the recess has a side surface and a bottom surface, and the growth suppressing film may be formed on a part of the bottom surface of the recess. With this configuration, a growth suppressing film having a predetermined shape can be easily formed in the recess, and therefore a nitride semiconductor light emitting device capable of improving device characteristics and yield can be easily obtained. it can.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部は、側面部と底面部とを有しており、成長抑制膜は、凹部における側面部および底面部の両方に形成されていてもよい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the recess has a side surface and a bottom surface, and the growth suppressing film may be formed on both the side surface and the bottom surface of the recess.

この場合において、成長抑制膜は、側面部に形成された部分の厚みが、底面部に形成された部分の厚みよりも小さ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、成長抑制膜の剥がれなどの不良を効果的に抑制することができる。   In this case, the growth suppression film is preferably configured such that the thickness of the portion formed on the side surface portion is smaller than the thickness of the portion formed on the bottom surface portion. If comprised in this way, defects, such as peeling of a growth suppression film | membrane, can be suppressed effectively.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、凹部の側面部は、傾斜面からなり、凹部は、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成されている。このように構成すれば、側面部に成長抑制膜を形成する場合に、側面部に効率よく成長抑制膜を形成することができる。これにより、側面部の成長抑制膜の厚みが極端に薄くなり膜状に形成されなくなったり、側面部に成長抑制膜が全く形成されなくなったりす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、側面部に成長抑制膜を形成しない場合であっても、凹部の側面部を傾斜面に形成することができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, preferably, the side surface of the recess is formed of an inclined surface, and the recess is formed so that the opening width gradually increases upward. If comprised in this way, when forming a growth inhibitory film in a side part, a growth inhibitory film can be efficiently formed in a side part. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of inconvenience that the growth suppressing film on the side surface portion becomes extremely thin and is not formed in a film shape, or the growth suppressing film is not formed on the side surface portion at all. In addition, even if it is a case where a growth suppression film | membrane is not formed in a side part, the side part of a recessed part can be formed in an inclined surface.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、成長抑制膜は、凹部の内部を埋め込まない厚みを有している。このように構成すれば、容易に、掘り込み領域上(凹部上)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ので、窒化物半導体層にクラックが発生するのをより容易に抑制することができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, preferably, the growth suppressing film has a thickness that does not fill the recess. With this configuration, a recess can be easily formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region (on the concave portion), so that the nitride semiconductor layer can be more easily cracked. It can be easily suppressed.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜の厚みは、凹部の深さの半分以下であるのが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the thickness of the growth suppressing film is preferably less than or equal to half the depth of the recess.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、窒化物半導体基板の結晶成長面は、半極性面または無極性面である。このように構成すれば、窒化物半導体からなる活性層に及ぼす自発分極やピエゾ分極の影響を低減することができるので、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。なお、結晶成長面が無極性面または半極性面の場合には、結晶成長面が極性面の場合に比べて、凹部内が窒化物半導体層で埋まり易いという不都合がある。しかしながら、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを容易に抑制することができるので、窒化物半導体基板の結晶成長面を半極性面または無極性面とした場合でも、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。また、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを容易に抑制することができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, preferably, the crystal growth surface of the nitride semiconductor substrate is a semipolar surface or a nonpolar surface. With such a configuration, it is possible to reduce the influence of spontaneous polarization and piezo polarization on the active layer made of a nitride semiconductor, so that the light emission efficiency of the nitride semiconductor light emitting device can be improved. In the case where the crystal growth surface is a nonpolar surface or a semipolar surface, there is a disadvantage that the recess is easily filled with the nitride semiconductor layer as compared with the case where the crystal growth surface is a polar surface. However, by forming the growth suppressing film in the recess, it is possible to easily suppress the recess from being filled with the nitride semiconductor layer, so that the crystal growth surface of the nitride semiconductor substrate is a semipolar plane or Even when the nonpolar surface is used, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks in the nitride semiconductor layer. Further, it is possible to easily suppress the composition variation in the thickness direction from occurring in the nitride semiconductor layer formed on the non-dig region.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体基板の結晶成長面は、m面({1−100}面)であるのが好ましい。このように構成すれば、素子特性および歩留まりを向上させることが可能であるとともに、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を容易に得ることができる。なお、m面は、安定な無極性面であるため、結晶成長を極めて安定に行うことができる。このため、結晶性を向上させることができるので、素子特性の優れた高性能な窒化物半導体発光素子を得ることができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the crystal growth surface of the nitride semiconductor substrate is preferably an m-plane ({1-100} plane). With this configuration, it is possible to easily obtain a nitride semiconductor light emitting device capable of improving device characteristics and yield and improving light emission efficiency. Since the m plane is a stable nonpolar plane, crystal growth can be performed extremely stably. For this reason, since crystallinity can be improved, a high-performance nitride semiconductor light emitting device having excellent device characteristics can be obtained.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜は、酸窒化物膜または窒化物膜から構成することができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the growth suppression film can be composed of an oxynitride film or a nitride film.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜は、酸化物膜から構成されていてもよい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the growth suppression film may be composed of an oxide film.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、成長抑制膜は、酸化シリコン膜から構成されていてもよい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the growth suppression film may be composed of a silicon oxide film.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体層は、AlGaN層を含んでいるのが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the nitride semiconductor layer preferably includes an AlGaN layer.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、凹部は、所定方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、容易に、素子特性および歩留まりを向上させることができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, preferably, the recess is formed to extend in a predetermined direction. If comprised in this way, an element characteristic and a yield can be improved easily.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、凹部の開口幅は、凹部の深さより大きい。このように構成すれば、凹部の底面部に形成される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるのを抑制することができる。すなわち、凹部の開口幅を凹部の深さ以下の大きさにした場合、凹部の底面部に形成される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるという不都合が生じる場合がある一方、凹部の開口幅を凹部の深さより大きくすることによって、上記不都合が生じるのを抑制することができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, the opening width of the recess is preferably larger than the depth of the recess. If comprised in this way, it can suppress that the thickness of the growth suppression film | membrane formed in the bottom face part of a recessed part becomes too small. That is, when the opening width of the recess is made smaller than the depth of the recess, there may be a disadvantage that the thickness of the growth suppressing film formed on the bottom surface of the recess becomes too small. By making it larger than the depth of the recess, it is possible to suppress the occurrence of the inconvenience.

上記第3の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、窒化物半導体層に光導波路が形成されている。このように構成すれば、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レーザ素子を容易に得ることができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the third aspect, an optical waveguide is preferably formed in the nitride semiconductor layer. With this configuration, a nitride semiconductor laser element capable of improving element characteristics and yield can be easily obtained.

この発明の第4の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法は、結晶成長面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板に、凹状に掘り込まれた掘り込み領域を形成する工程と、掘り込み領域に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、窒化物半導体基板の結晶成長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、掘り込み領域を形成する工程は、結晶成長面を厚み方向にエッチングすることにより、窒化物半導体基板に凹部を形成する工程を含んでおり、成長抑制膜を形成する工程は、凹部内における結晶成長面より低い位置に成長抑制膜を配設する工程を含んでいる。   A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to a fourth aspect of the present invention includes a step of preparing a nitride semiconductor substrate having a crystal growth surface, and forming a recessed region dug into the nitride semiconductor substrate. A step of forming a growth suppressing film for suppressing crystal growth of the nitride semiconductor in the digging region, and a step of forming a nitride semiconductor layer on the crystal growth surface of the nitride semiconductor substrate. . The step of forming the digging region includes the step of forming a recess in the nitride semiconductor substrate by etching the crystal growth surface in the thickness direction, and the step of forming the growth suppression film is performed in the recess. A step of disposing a growth inhibiting film at a position lower than the crystal growth surface.

この第4の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法では、上記のように、エッチングにより形成した凹部内に成長抑制膜を形成することによって、結晶成長面上に形成される窒化物半導体層に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、素子特性が設計から外れてしまうのを抑制することができるので、窒化物半導体発光素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制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が減少するのを抑制することができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the fourth aspect, as described above, by forming a growth suppression film in the recess formed by etching, a nitride semiconductor layer formed on the crystal growth surface is formed. It is possible to suppress the composition variation in the thickness direction. For this reason, since it can suppress that an element characteristic deviates from a design, the element characteristic of a nitride semiconductor light-emitting element can be improved. In addition, since variation in element characteristics can be suppressed, it is possible to suppress a decrease in the number of elements having characteristics within the standard range. Thereby, a yield can be improved.

また、第4の局面では、上記のように、凹部内における結晶成長面より低い位置に成長抑制膜を配設することによって、窒化物半導体層のエッジグロース部を、凹部内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚の変動を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、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。   Further, in the fourth aspect, as described above, the edge growth portion of the nitride semiconductor layer can be generated in the recess by disposing the growth suppression film at a position lower than the crystal growth surface in the recess. it can. That is, it is possible to suppress the edge growth portion from being formed in the nitride semiconductor layer on the non-digged region. Thereby, the fluctuation | variation of the layer thickness of the nitride semiconductor layer formed on a non-digging area | region can be suppressed. Therefore, by configuring as described above, it is possible to suppress a decrease in element characteristics due to a variation in layer thickness. In addition, since variation in layer thickness can be suppressed from element to element, the yield can be further improved.

さらに、第4の局面では、上記のように、凹部内に成長抑制膜を配設することによって、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域上(凹部上)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ので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との格子不整合などに起因して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(凹部上)の窒化物半導体層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容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、凹部内が窒化物半導体層で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。   Furthermore, in the fourth aspect, as described above, by disposing the growth suppressing film in the recess, it is possible to suppress the recess from being filled with the nitride semiconductor layer. For this reason, since a recess can be formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region (on the recess), it is caused by a lattice mismatch between the nitride semiconductor substrate and the nitride semiconductor layer. Even when strain is generated in the nitride semiconductor layer, strain in the nitride semiconductor layer (nitride semiconductor layer formed on the non-dig region) is formed in the nitride semiconductor layer on the dig region (on the recess). It can relieve in the said hollow part made. Thereby, it is possible to easily suppress the occurrence of cracks in the nitride semiconductor layer. As a result, device characteristics and yield can be further improved. In addition, the deterioration of the surface morphology can be suppressed by suppressing the recess from being filled with the nitride semiconductor layer. Therefore, the device characteristics can be improved also by this.

上記第4の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように凹部を形成する工程を有しており、成長抑制膜を形成する工程は、少なくとも、側面部および底面部の一方に成長抑制膜を形成する工程を有している。このように構成すれば、容易に、クラックの発生を抑制しながら、窒化物半導体層に厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。また、非掘り込み領域上の窒化物半導体層にエッジグロース部が形成されるのを容易に抑制することができるので、容易に、非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層の層厚が変動するのを抑制することができる。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the fourth aspect, preferably, the step of forming the concave portion includes a step of forming the concave portion so as to have a side surface portion and a bottom surface portion, and a growth suppressing film. The step of forming has a step of forming a growth suppressing film on at least one of the side surface portion and the bottom surface portion. If comprised in this way, it can suppress that the composition fluctuation of a thickness direction arises in a nitride semiconductor layer, suppressing generation | occurrence | production of a crack easily. In addition, since it is possible to easily prevent the edge growth portion from being formed in the nitride semiconductor layer on the non-dig region, the layer thickness of the nitride semiconductor layer formed on the non-dig region can be easily determined. Can be suppressed.

上記第4の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように凹部を形成する工程を有しており、成長抑制膜を形成する工程は、凹部における底面部の一部に成長抑制膜を形成する工程を有している。このように構成すれば、容易に、凹部内に所定形状を有する成長抑制膜を配設することができるので、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発光素子を容易に得ることができる。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the fourth aspect, preferably, the step of forming the concave portion includes a step of forming the concave portion so as to have a side surface portion and a bottom surface portion, and a growth suppressing film. The step of forming has a step of forming a growth suppressing film on a part of the bottom surface portion of the recess. With this configuration, a growth suppressing film having a predetermined shape can be easily disposed in the recess, so that a nitride semiconductor light emitting device capable of improving device characteristics and yield can be easily obtained. Can do.

上記第4の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように凹部を形成する工程を有しており、成長抑制膜を形成する工程は、凹部における側面部および底面部の両方に成長抑制膜を形成する工程を有していてもよい。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the fourth aspect, the step of forming the concave portion includes the step of forming the concave portion so as to have a side surface portion and a bottom surface portion, and forms a growth suppressing film. The step may include a step of forming a growth suppression film on both the side surface portion and the bottom surface portion in the recess.

上記第4の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、成長抑制膜を形成する工程は、凹部の内部を埋め込まない厚みに成長抑制膜を形成する工程を有している。このように構成すれば、容易に、掘り込み領域上(凹部上)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ので、窒化物半導体層にクラックが発生するのをより容易に抑制することができる。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the fourth aspect, preferably, the step of forming the growth suppression film includes the step of forming the growth suppression film in a thickness that does not fill the inside of the recess. With this configuration, a recess can be easily formed on the surface of the nitride semiconductor layer on the digging region (on the concave portion), so that the nitride semiconductor layer can be more easily cracked. It can be easily suppressed.

上記第4の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、凹部の開口幅を、凹部の深さより大きく形成する工程を有している。このように構成すれば、凹部の底面部に配設される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるのを抑制することができる。すなわち、凹部の開口幅を凹部の深さ以下の大きさにした場合、凹部の底面部に形成される成長抑制膜の厚みが小さくなり過ぎるという不都合が生じる場合がある一方、凹部の開口幅を凹部の深さより大きくすることによって、上記不都合が生じるのを抑制することができる。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the fourth aspect, preferably, the step of forming the recess has a step of forming the opening width of the recess larger than the depth of the recess. If comprised in this way, it can suppress that the thickness of the growth suppression film | membrane arrange | positioned at the bottom face part of a recessed part becomes small too much. That is, when the opening width of the recess is made smaller than the depth of the recess, there may be a disadvantage that the thickness of the growth suppressing film formed on the bottom surface of the recess becomes too small. By making it larger than the depth of the recess, it is possible to suppress the occurrence of the inconvenience.

以上のように、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ウェハ、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光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, it is possible to easily obtain a nitride semiconductor wafer, a nitride semiconductor light emitting device, and a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device capable of improving device characteristics and yield.

本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing 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断面斜視図である。It is a section perspective view of the substrate used for the nitride semiconductor wafer by a 1st embodiment of the present 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断面図である。It is sectional drawing 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素子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 element 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9のa−a線に沿った断面に対応する図)である。FIG. 10 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. 9). 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. 凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the crystal growth form of the nitride semiconductor in case the growth suppression film | membrane is not formed in the recessed part. 凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the crystal growth form of the nitride semiconductor in case the growth suppression film | membrane is not formed in the recessed part. 凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the crystal growth form of the nitride semiconductor in case the growth suppression film | membrane is not formed in the recessed part. 凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the crystal growth form of the nitride semiconductor in case the growth suppression film | membrane is not formed in the recessed part. 第1実施形態の作用を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the effect | action of 1st Embodiment. 第1実施形態の作用を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the effect | action of 1st Embodiment. 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. 比較例1による試料のX線回折プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction profile of the sample by the comparative example 1. 実施例による試料のX線回折プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction profile of the sample by an Example. 比較例1による試料の断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view of a sample according to Comparative Example 1. FIG. 比較例2による試料の断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view of a sample according to Comparative Example 2. FIG. 実施例による試料の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the sample by an Example. 実施例による試料の断面SEM写真である。It is a cross-sectional SEM photograph of the sample by an Example. 本発明の第2実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the nitride semiconductor wafer by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2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 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2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 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2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。6 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第2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 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2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 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2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 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2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 2nd Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing for demonstrating the nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor laser element by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第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 4th Embodiment of this invention. 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 a recessed part (digging area | region). 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 a recessed part (digging area | region). 凹部を格子状に形成した場合の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example at the time of forming a recessed part in a grid | lattice form. 凹部を格子状に形成した場合の他の一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example at the time of forming a recessed part in a grid | lattice form. 凹部を格子状に形成した場合のさらに他の一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example at the time of forming a recessed part in a grid | lattice form.

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、以下の実施形態では、窒化物半導体発光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場合について説明する。また、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 Embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where the present invention is applied to a nitride semiconductor laser element which is an example of a nitride semiconductor light emitting element will be described. 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を模式的に示した断面図である。図2は、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。図3は、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断面斜視図である。図4〜図8は、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図である。なお、図2は、成長抑制膜を省略した状態の図を示している。まず、図1〜図8を参照して、窒化物半導体レーザ素子を含む、本発明の第1実施形態による窒化物半導体ウェハ100について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor wafer according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a substrate used in the nitride semiconductor wafer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of a substrate used in the nitride semiconductor wafer according to the first embodiment of the present invention. 4 to 8 are views for explaining the structure of the nitride semiconductor wafer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a state in which the growth suppressing film is omitted. First, a nitride semiconductor wafer 100 according to a first embodiment of the present invention including a nitride semiconductor laser element will be described with reference to FIGS.

第1実施形態による窒化物半導体ウェハ100は、図1に示すように、無極性面であるm面({1−100}面)を結晶成長面1aとするn型GaN基板1を備えている。なお、n型GaN基板1は、本発明の「窒化物半導体基板」の一例である。このn型GaN基板1は、結晶成長面1a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、図2および図3に示すように、それぞれ、[0001]方向(c軸方向)に延びるように形成されているとともに、[0001]方向と直交する[11−20]方向(a軸方向)に約150μm〜約600μm(たとえば、約400μm)の周期T(図2参照)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1にストライプ状に形成されている。また、図1および図4に示すように、上記n型GaN基板1において、凹部2が形成されている領域(掘り込まれた領域)が掘り込み領域3となっている。一方、結晶成長面1a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。   As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor wafer 100 according to the first embodiment includes an n-type GaN substrate 1 having an m-plane ({1-100} plane) which is a nonpolar plane as a crystal growth plane 1a. . The n-type GaN substrate 1 is an example of the “nitride semiconductor substrate” in the present invention. The n-type GaN substrate 1 has a plurality of recesses 2 formed by being dug in the thickness direction from the crystal growth surface 1a. As shown in FIGS. 2 and 3, these recesses 2 are formed so as to extend in the [0001] direction (c-axis direction), respectively, and in the [11-20] direction orthogonal to the [0001] direction. They are arranged at regular intervals in a period T (see FIG. 2) of about 150 μm to about 600 μm (for example, about 400 μm) in the (a-axis direction). That is, the plurality of recesses 2 are formed in stripes on the n-type GaN substrate 1. Further, as shown in FIGS. 1 and 4, in the n-type GaN substrate 1, a region where the concave portion 2 is formed (a dug region) is a dug region 3. On the other hand, a region where the recess 2 is not formed in the crystal growth surface 1a (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が90度より大きくなるように設定されている。具体的には、一対の側面部2bの傾斜角γは、たとえば、約100度に設定されている。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(底面部2aから開口端に向かって)徐々に大きくなるように、凹部2が形成されている。   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 surface portions 2b is set so that the inclination angle γ is larger than 90 degrees. Specifically, the inclination angle γ of the pair of side surface portions 2b is set to about 100 degrees, for example. 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 (from the bottom face part 2a toward an opening end).

また、上記凹部2は、[11−20]方向に約10μmの開口幅g1(開口端の幅)を有しているとともに、n型GaN基板1の厚み方向に約5μmの深さfを有している。すなわち、上記複数の凹部2は、それぞれ、開口幅g1が深さfより大きくなるように構成されている。   The recess 2 has an opening width g1 (width of the opening end) of about 10 μm in the [11-20] direction and a depth f of about 5 μm in the thickness direction of the n-type GaN substrate 1. doing. That is, each of the plurality of recesses 2 is configured such that the opening width g1 is larger than the depth f.

ここで、第1実施形態による窒化物半導体ウェハ100では、図1、図3および図5に示すように、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5が形成されている。この成長抑制膜5は、窒化物膜であるAlN膜からなり、凹部2内を埋め込まない厚みに形成されている。具体的には、成長抑制膜5は、厚みt(図5参照)が約100nmとなるように形成されている。なお、成長抑制膜5の厚みtは、凹部2の深さf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5で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となり、クラックの抑制効果を容易に得ることが可能となる。また、後述するn型クラッド層に組成変動が生じるのを容易に抑制することも可能となる。   Here, in the nitride semiconductor wafer 100 according to the first embodiment, as shown in FIGS. 1, 3, and 5, the crystal growth of the nitride semiconductor is suppressed in the digging region 3 (the region inside the recess 2). A growth suppressing film 5 is formed. The growth suppression film 5 is made of an AlN film that is a nitride film, and is formed to a thickness that does not fill the recess 2. Specifically, the growth suppression film 5 is formed so that the thickness t (see FIG. 5) is about 100 nm. The thickness t of the growth suppression film 5 is preferably less than or equal to half the depth f of the recess 2. If comprised in this way, it will become possible to suppress that the inside of the recessed part 2 is embedded with the growth suppression film | membrane 5, and it will become possible to acquire the suppression effect of a crack easily. It is also possible to easily suppress the composition variation in the n-type cladding layer described later.

また、第1実施形態では、上記成長抑制膜5は、凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に形成されている。具体的には、図3および図5に示すように、第1実施形態では、上記成長抑制膜5は、凹部2の底面部2aの一部に、[0001]方向(c軸方向)に延びるように形成されている。なお、成長抑制膜5の[11−20]方向の幅w1(図5参照)は、凹部2の底面部2aの幅g2(図5参照)より小さい、たとえば、約4μmに構成されている。   In the first embodiment, the growth suppression film 5 is formed in a region (position) lower than the crystal growth surface 1 a inside the recess 2. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 5, in the first embodiment, the growth suppression film 5 extends in the [0001] direction (c-axis direction) on a part of the bottom surface portion 2 a of the recess 2. It is formed as follows. Note that the width w1 (see FIG. 5) of the growth suppression film 5 in the [11-20] direction is smaller than the width g2 (see FIG. 5) of the bottom surface 2a of the recess 2, for example, about 4 μm.

また、第1実施形態による窒化物半導体ウェハ100は、図1に示すように、上記n型GaN基板1の結晶成長面1a上に、窒化物半導体からなる半導体素子層10が形成された構造を有している。この半導体素子層10は、図6に示すように、活性層13を含む複数の半導体層から構成されており、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1の結晶成長面1a上に順次形成されている。具体的には、n型GaN基板1の結晶成長面1a上に、n型Al0.05Ga0.95Nからなるn型クラッド層11(層厚:約2.2μm)、n型GaNからなるn型ガイド層12(層厚:約0.1μm)、活性層13、p型Al0.15Ga0.85Nからなる蒸発防止層14(層厚:約20nm)、p型GaNからなるp型ガイド層15(層厚:約0.05μm)、p型Al0.05Ga0.95Nからなるp型クラッド層16(層厚:約0.5μm)およびp型GaNからなるp型コンタクト層17(層厚:約0.1μm)が順次形成されている。また、半導体素子層10を構成するn型の半導体層には、n型不純物として、たとえば、Siがドープされており、p型の半導体層には、p型不純物として、たとえば、Mgがドープされている。なお、n型クラッド層11は、本発明の「窒化物半導体層」の一例である。 The nitride semiconductor wafer 100 according to the first embodiment has a structure in which a semiconductor element layer 10 made of a nitride semiconductor is formed on the crystal growth surface 1a of the n-type GaN substrate 1 as shown in FIG. Have. As shown in FIG. 6, the semiconductor element layer 10 is composed of a plurality of semiconductor layers including an active layer 13, and is formed on the n-type GaN substrate 1 by an epitaxial growth method such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. They are sequentially formed on the crystal growth surface 1a. Specifically, an n-type cladding layer 11 (layer thickness: about 2.2 μm) made of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N and an n-type guide made of n-type GaN are formed on the crystal growth surface 1 a of the n-type GaN substrate 1. Layer 12 (layer thickness: about 0.1 μm), active layer 13, evaporation prevention layer 14 (layer thickness: about 20 nm) made of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N, p-type guide layer 15 (layer thickness) made of p-type GaN : P-type Al 0.05 Ga 0.95 N, p-type cladding layer 16 (layer thickness: about 0.5 μm) and p-type GaN p-type contact layer 17 (layer thickness: about 0.1 μm) Are sequentially formed. The n-type semiconductor layer constituting the semiconductor element layer 10 is doped with, for example, Si as an n-type impurity, and the p-type semiconductor layer is doped with, for example, Mg as a p-type impurity. ing. The n-type cladding layer 11 is an example of the “nitride semiconductor layer” in the present invention.

ここで、上記半導体素子層10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1との格子不整合が大きくなるため、クラックが発生し易くなる。特に、n型クラッド層11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1との格子不整合が大きくなっており、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11でクラックが発生し易い。   Here, in the layer containing Al, Ga, and N contained in the semiconductor element layer 10, if a large amount of Al is contained, lattice mismatch with the n-type GaN substrate 1 is increased, so that cracks are generated. It tends to occur. In particular, the n-type cladding layer 11 has a high lattice mismatch with the n-type GaN substrate 1 because the Al composition ratio is set high in order to achieve good optical confinement. Since the thickness is as large as about 2.2 μm, the n-type cladding layer 11 is likely to crack.

一方、第1実施形態による窒化物半導体ウェハ100では、図1に示すように、凹部2内(掘り込み領域3)に成長抑制膜5が形成されていることにより、凹部2内が半導体素子層10で埋め込まれるのが抑制されている。このため、凹部2(掘り込み領域3)上の半導体素子層10の表面(半導体素子層10を構成する各層の表面)に窪み25が形成された状態となっている。そして、この窪み25によって、n型GaN基板1との格子不整合などに起因して生じるn型クラッド層11(図6参照)の歪みが緩和されている。これにより、非掘り込み領域4上に形成されるn型クラッド層11(図6参照)において、クラックの発生が抑制されている。なお、第1実施形態では、n型クラッド層11以外の他の半導体層においても、クラックの発生が抑制されている。   On the other hand, in the nitride semiconductor wafer 100 according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, the growth suppressing film 5 is formed in the recess 2 (digging region 3), so that the recess 2 has the semiconductor element layer. 10 is suppressed from being embedded. For this reason, the depression 25 is formed in the surface of the semiconductor element layer 10 (the surface of each layer constituting the semiconductor element layer 10) on the recess 2 (digging region 3). The recesses 25 alleviate distortion of the n-type cladding layer 11 (see FIG. 6) caused by lattice mismatch with the n-type GaN substrate 1. Thereby, in the n-type clad layer 11 (see FIG. 6) formed on the non-digged region 4, occurrence of cracks is suppressed. In the first embodiment, occurrence of cracks is also suppressed in other semiconductor layers other than the n-type cladding layer 11.

また、第1実施形態では、凹部2内に成長抑制膜5が形成されていることにより、非掘り込み領域4上に形成された半導体素子層10において、厚み方向の組成変動が抑制されている。特に、組成変動が生じやすいn型クラッド層11(図6参照)においても、厚み方向の組成変動が抑制されている。   In the first embodiment, since the growth suppressing film 5 is formed in the recess 2, composition variation in the thickness direction is suppressed in the semiconductor element layer 10 formed on the non-digged region 4. . In particular, even in the n-type cladding layer 11 (see FIG. 6) in which composition variation is likely to occur, composition variation in the thickness direction is suppressed.

さらに、第1実施形態では、上記成長抑制膜5が凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に形成されることによって、図8に示すように、半導体素子層10(半導体素子層10を構成する各層)のエッジグロース部26を凹部2内に発生させることが可能な構造となっている。   Furthermore, in the first embodiment, the growth suppression film 5 is formed in a region (position) lower than the crystal growth surface 1a inside the recess 2, so that the semiconductor element layer 10 (semiconductor element) is formed as shown in FIG. The edge growth portion 26 of each layer constituting the layer 10 can be generated in the recess 2.

また、図1に示すように、半導体素子層10の所定領域(非掘り込み領域4上の所定領域)には、電流通路部となる凸状のリッジ部18が形成されている。このリッジ部18は、図7に示すように、凹部2に沿って(凹部2の延びる方向と平行に)形成されている。具体的には、上記リッジ部18は、[0001]方向(c軸方向)に延びるとともに、[11−20]方向に約150μm〜約600μm(たとえば、約400μm)の距離W1(図1参照)を隔てて配列されることによってストライプ状に形成されている。そして、このリッジ部18の形成によって、半導体素子層10にストライプ状の光導波路19が形成されている。なお、図1に示すように、上記リッジ部18は、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上の領域に形成されている。また、半導体素子層10の上面上であるとともにリッジ部18の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層20が形成されている。   Further, as shown in FIG. 1, a convex ridge portion 18 serving as a current passage portion is formed in a predetermined region of the semiconductor element layer 10 (a predetermined region on the non-digging region 4). As shown in FIG. 7, the ridge portion 18 is formed along the recess 2 (in parallel with the extending direction of the recess 2). Specifically, the ridge portion 18 extends in the [0001] direction (c-axis direction) and has a distance W1 of about 150 μm to about 600 μm (for example, about 400 μm) in the [11-20] direction (see FIG. 1). Are formed in a stripe shape by being spaced apart from each other. By forming the ridge portion 18, a stripe-shaped optical waveguide 19 is formed in the semiconductor element layer 10. As shown in FIG. 1, the ridge portion 18 is formed in a region on the non-dig region 4 that is separated from the recess 2 by a predetermined distance or more (for example, 5 μm or more). In addition, an insulating layer 20 for current confinement is formed on the upper surface of the semiconductor element layer 10 and on both sides of the ridge portion 18.

また、半導体素子層10上には、光導波路19(図7参照)に電流を供給するためのp側電極21が形成されている。一方、n型GaN基板1の裏面上には、n側電極22が形成されている。   A p-side electrode 21 for supplying current to the optical waveguide 19 (see FIG. 7) is formed on the semiconductor element layer 10. On the other hand, an n-side electrode 22 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 1.

また、図7に示すように、上記窒化物半導体ウェハ100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、[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、[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が含まれるように設定されている。   Further, as shown in FIG. 7, the nitride semiconductor wafer 100 is set with planned dividing lines P1 and P2 for separating into nitride semiconductor laser elements. The planned division line P1 is set to extend in the [11-20] direction, and the planned division line P2 is set to extend in the [0001] direction. Further, the planned dividing line P2 is set so that one nitride 2 is included in the nitride semiconductor laser element after the division.

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100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 100 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9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10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一部を示した断面図であり、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の活性層の構造を説明するための断面図である。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が搭載された窒化物半導体レーザ装置の斜視図である。なお、図10は、図9のa−a線に沿った断面に対応する図を示している。次に、図9〜図13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150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150は、上記した第1実施形態による窒化物半導体ウェハ100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100から得られる窒化物半導体レーザ素子150を例にして説明する。   FIG. 9 is a plan view of the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. . FIG. 11 is a sectional view showing a part of the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 12 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. FIG. 13 is a perspective view of a nitride semiconductor laser device on which the nitride semiconductor laser element according to the first embodiment of the present invention is mounted. FIG. 10 shows a view corresponding to a cross section taken along the line aa in FIG. Next, a nitride semiconductor laser device 150 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the nitride semiconductor laser device 150 according to the first embodiment can be obtained from the nitride semiconductor wafer 100 according to the first embodiment described above, in the following description, the nitride obtained from the nitride semiconductor wafer 100 will be described. The semiconductor laser element 150 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150は、図9に示すように、レーザ光が出射される光出射面30aと、光出射面30aと対向する光反射面30bとを含む一対の共振器面30を有している。また、上記窒化物半導体レーザ素子150は、共振器面30と直交する方向([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))を有しているとともに、共振器面30に沿った方向([11−20]方向)に、約150μm〜約600μm(たとえば、約400μm)の幅W(チップ幅W)を有している。   As shown in FIG. 9, the nitride semiconductor laser device 150 according to the first embodiment includes a pair of resonators including a light emitting surface 30a from which laser light is emitted and a light reflecting surface 30b facing the light emitting surface 30a. It has a surface 30. The nitride semiconductor laser element 150 has a length L (chip length L (resonator length) of about 300 μm to about 1800 μm (for example, about 600 μm) in a direction ([0001] direction) orthogonal to the resonator surface 30. )) And a width W (chip width W) of about 150 μm to about 600 μm (for example, about 400 μm) in the direction along the resonator plane 30 ([11-20] direction). Yes.

また、第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子150は、図10および図11に示すように、m面({1−100}面)を結晶成長面1aとするn型GaN基板1を備えており、このn型GaN基板1の結晶成長面1a(m面)上に、窒化物半導体からなる半導体素子層10が積層されることによって形成されている。具体的には、窒化物半導体レーザ素子150は、図11に示すように、n型GaN基板1上に、約2.2μmの厚みを有するn型Al0.05Ga0.95Nからなるn型クラッド層11が形成されている。n型クラッド層11上には、約0.1μmの厚みを有するn型GaNからなるn型ガイド層12が形成されている。n型ガイド層12上には、活性層13が形成されている。 Further, the nitride semiconductor laser device 150 according to the first embodiment includes an n-type GaN substrate 1 having an m-plane ({1-100} plane) as a crystal growth plane 1a as shown in FIGS. A semiconductor element layer 10 made of a nitride semiconductor is stacked on the crystal growth surface 1a (m-plane) of the n-type GaN substrate 1. Specifically, as shown in FIG. 11, the nitride semiconductor laser element 150 includes an n-type cladding layer 11 made of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of about 2.2 μm on an n-type GaN substrate 1. Is formed. On the n-type cladding layer 11, an n-type guide layer 12 made of n-type GaN having a thickness of about 0.1 μm is formed. An active layer 13 is formed on the n-type guide layer 12.

上記活性層13は、図12に示すように、Inx1Ga1-x1Nからなる2つの井戸層13aと、Inx2Ga1-x2Nからなる3つの障壁層13b(但しx1>x2)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。具体的には、活性層13は、n型ガイド層12側から、第1障壁層131b、第1井戸層131a、第2障壁層132b、第2井戸層132aおよび第3障壁層133b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13a(第1井戸層131a、第2井戸層132a)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131bは、約30nmの厚みに形成されており、第2障壁層132bは、約16nmの厚みに形成されており、第3障壁層133bは、約60nmの厚みに形成されている。すなわち、3つの障壁層13bは、それぞれ、異なる厚みに形成されている。また、井戸層13a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。一方、上記障壁層13bは、光閉じ込めを効率よく行うために、InGaNから構成されており、そのIn組成比x2は、たとえば、0.04〜0.05とされている。 As shown in FIG. 12, the active layer 13 includes two well layers 13a made of In x1 Ga 1-x1 N and three barrier layers 13b made of In x2 Ga 1-x2 N (where x1> x2). Have a quantum well (DQW; Double Quantum Well) structure. Specifically, in the active layer 13, the first barrier layer 131b, the first well layer 131a, the second barrier layer 132b, the second well layer 132a, and the third barrier layer 133b are sequentially stacked from the n-type guide layer 12 side. It is formed by being. The two well layers 13a (the first well layer 131a and the second well layer 132a) are each formed to a thickness of about 3 nm to about 4 nm. The first barrier layer 131b is formed with a thickness of about 30 nm, the second barrier layer 132b is formed with a thickness of about 16 nm, and the third barrier layer 133b is formed with a thickness of about 60 nm. ing. That is, the three barrier layers 13b are formed to have different thicknesses. The In composition ratio x1 of the well layer 13a is configured to be 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 13b is made of InGaN in order to efficiently confine light, and the In composition ratio x2 is, for example, 0.04 to 0.05.

また、図11に示すように、上記活性層13上には、約20nmの厚みを有するp型Al0.15Ga0.85Nからなる蒸発防止層14が形成されている。蒸発防止層14上には、凸部と、凸部以外の平坦部とを有するp型GaNからなるp型ガイド層15が形成されている。p型ガイド層15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16が形成されている。p型クラッド層16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17が形成されている。そして、p型ガイド層15の凸部とp型クラッド層16とp型コンタクト層17とによって、約1μm〜約3μm(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18が構成されている。このリッジ部18は、[0001]方向に延びるように形成されており、リッジ部18の下方に位置するストライプ状(細長状)の活性層13の部分が光導波路19となっている。なお、n型クラッド層11、n型ガイド層12、活性層13、蒸発防止層14、p型ガイド層15、p型クラッド層16およびp型コンタクト層17によって、上記半導体素子層10が構成されている。 Further, as shown in FIG. 11, an evaporation prevention layer 14 made of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of about 20 nm is formed on the active layer 13. A p-type guide layer 15 made of p-type GaN having a convex portion and a flat portion other than the convex portion is formed on the evaporation prevention layer 14. A p-type cladding layer 16 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 15. A p-type contact layer 17 made of p-type GaN having a thickness of about 0.1 μm is formed on the p-type cladding layer 16. A striped (elongated) ridge portion having a width of about 1 μm to about 3 μm (for example, about 1.5 μm) is formed by the convex portion of the p-type guide layer 15, the p-type cladding layer 16, and the p-type contact layer 17. 18 is configured. The ridge portion 18 is formed so as to extend in the [0001] direction, and the stripe-shaped (elongated) active layer 13 located below the ridge portion 18 is an optical waveguide 19. The semiconductor element layer 10 is constituted by the n-type cladding layer 11, the n-type guide layer 12, the active layer 13, the evaporation prevention layer 14, the p-type guide layer 15, the p-type cladding layer 16 and the p-type contact layer 17. ing.

ここで、第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子150では、図10に示すように、n型GaN基板1の所定領域に上記した凹部2が形成されている。この凹部2は、リッジ部18(光導波路19(図11参照))と平行([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150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18が形成されている。   Here, in the nitride semiconductor laser device 150 according to the first embodiment, the recess 2 described above is formed in a predetermined region of the n-type GaN substrate 1 as shown in FIG. The recess 2 is formed to extend in parallel ([0001] direction) with the ridge portion 18 (optical waveguide 19 (see FIG. 11)). The recess 2 is disposed on one side surface of the nitride semiconductor laser element 150. The ridge portion 18 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、凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する上記成長抑制膜5が形成されている。この成長抑制膜5は、上述したように、窒化物膜であるAlN膜からなり、凹部2内を埋め込まない厚みである約100nmの厚みに形成されている。また、上記成長抑制膜5は、凹部2の底面部2aの一部に、[0001]方向(c軸方向)に延びるように形成されている。そして、この成長抑制膜5によって凹部2の内側の領域における窒化物半導体の結晶成長が抑制され、これによって、半導体素子層10を構成する各層の表面に窪み25が形成されている。このため、凹部2(掘り込み領域3)上の半導体素子層10の表面に窪み25が形成された状態となっている。なお、上述したように、この窪み25によって、n型クラッド層11を含む半導体素子層10に、クラックが発生するのが抑制されている。   In the first embodiment, the growth suppression film 5 that suppresses the crystal growth of the nitride semiconductor is formed in a region (position) lower than the crystal growth surface 1 a inside the recess 2. As described above, the growth suppression film 5 is made of an AlN film that is a nitride film, and is formed to a thickness of about 100 nm that does not fill the recess 2. The growth suppression film 5 is formed on a part of the bottom surface 2a of the recess 2 so as to extend in the [0001] direction (c-axis direction). The growth suppressing film 5 suppresses the crystal growth of the nitride semiconductor in the region inside the recess 2, thereby forming a recess 25 on the surface of each layer constituting the semiconductor element layer 10. For this reason, the depression 25 is formed on the surface of the semiconductor element layer 10 on the recess 2 (digging region 3). As described above, the recess 25 suppresses the occurrence of cracks in the semiconductor element layer 10 including the n-type cladding layer 11.

また、第1実施形態では、非掘り込み領域4上に形成された半導体素子層10において、厚み方向の組成変動が抑制されている。   In the first embodiment, the composition variation in the thickness direction is suppressed in the semiconductor element layer 10 formed on the non-dig region 4.

さらに、第1実施形態では、上記成長抑制膜5が凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に形成されていることにより、半導体素子層10(半導体素子層10を構成する各層)のエッジグロース部26が凹部2内に発生している。   Furthermore, in the first embodiment, the growth suppressing film 5 is formed in a region (position) lower than the crystal growth surface 1a inside the recess 2, so that the semiconductor element layer 10 (each layer constituting the semiconductor element layer 10) is formed. ) Is generated in the recess 2.

また、図11に示すように、リッジ部18の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層20が形成されている。具体的には、p型ガイド層15上、p型クラッド層16の側面上およびp型コンタクト層17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20が形成されている。 In addition, as shown in FIG. 11, insulating layers 20 for current confinement are formed on both sides of the ridge portion 18. 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 15, the side surface of the p-type cladding layer 16, and the side surface of the p-type contact layer 17. An insulating layer 20 made of SiO 2 is formed.

絶縁層20およびp型コンタクト層17の上面上には、p型コンタクト層17の一部を覆うように、p側電極21が形成されている。このp側電極21は、p型コンタクト層17を覆っている部分において、p型コンタクト層17と直接接触している。また、p側電極21は、絶縁層20(p型コンタクト層17)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 21 is formed on the upper surfaces of the insulating layer 20 and the p-type contact layer 17 so as to cover a part of the p-type contact layer 17. The p-side electrode 21 is in direct contact with the p-type contact layer 17 in a portion covering the p-type contact layer 17. The p-side electrode 21 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 20 (p-type contact layer 17) 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1の裏面上には、n型GaN基板1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22が形成されている。   Further, on the back surface of the n-type GaN substrate 1, 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 1. ), 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 22 made of is formed.

また、窒化物半導体レーザ素子150における光出射面30a(図9参照)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30b(図9参照)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 emitting surface 30a (see FIG. 9) of the nitride semiconductor laser element 150, for example, an emitting side coating film (not shown) having a reflectance of 5% to 80% is formed. On the other hand, on the light reflecting surface 30b (see FIG. 9), 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.

上記のように構成された第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子150は、図13に示すように、サブマウント161を介してステム162上にマウントされ、ワイヤ163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164がステム162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160に組み立てられる。   The nitride semiconductor laser device 150 according to the first embodiment configured as described above is mounted on a stem 162 via a submount 161 and is electrically connected to a lead pin by a wire 163 as shown in FIG. The Then, the cap 164 is welded onto the stem 162, whereby the can package type semiconductor laser device 160 is assembled.

次に、上記した第1実施形態の作用について説明する。なお、第1実施形態の作用を説明するに際して、先に、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態について説明する。   Next, the operation of the first embodiment will be described. In describing the operation of the first embodiment, first, the crystal growth mode of the nitride semiconductor when the growth suppressing film is not formed in the recess will be described.

図14〜図17は、凹部内に成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を説明するための断面図である。図14〜図17を参照して、本願発明者らが本発明に至るに際して、成長抑制膜が形成されていない場合の窒化物半導体の結晶成長形態を調べることによって得た知見について説明する。   14 to 17 are cross-sectional views for explaining the crystal growth mode of the nitride semiconductor when the growth suppressing film is not formed in the recess. With reference to FIGS. 14 to 17, the knowledge obtained by examining the crystal growth mode of the nitride semiconductor when the growth suppressing film is not formed when the inventors of the present application arrive at the present invention will be described.

まず、図14に示すように、本願発明者らがクラックの抑制を目的として、上記第1実施形態と同様の掘り込み領域3(凹部2)を形成した無極性面および半極性面を結晶成長面とする窒化物半導体基板1000上に、上記第1実施形態のn型クラッド層と同様のAlGaN層1001を成長させたところ、非掘り込み領域4上に形成されたAlGaN層1001のAl組成比が厚み方向に分布を持つことを見出した。すなわち、AlGaN層1001に厚み方向の組成変動が生じることを見出した。また、AlGaN層1001のAl組成比を0.05とする条件で上記窒化物半導体基板1000上にAlGaN層1001を成長させたところ、最大でAl組成比が0.15程度の高Al組成の領域ができることが分かった。なお、このような厚み方向の組成変動は、極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に比べて、無極性面または半極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合により強く見られることを確認した。なお、本願発明者らは、無極性面または半極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に、極性面を結晶成長面とする基板を用いた場合に比べて、凹部2内(掘り込み領域3)がAlGaN層1001(半導体層)で埋まり易いという不都合があることも見出した。   First, as shown in FIG. 14, for the purpose of suppressing cracks, the inventors of the present application have grown a nonpolar plane and a semipolar plane in which a digging region 3 (recess 2) similar to that of the first embodiment is formed. When an AlGaN layer 1001 similar to the n-type cladding layer of the first embodiment is grown on the nitride semiconductor substrate 1000 as a surface, the Al composition ratio of the AlGaN layer 1001 formed on the non-dig region 4 Was found to have a distribution in the thickness direction. That is, it was found that composition variation in the thickness direction occurs in the AlGaN layer 1001. Further, when the AlGaN layer 1001 is grown on the nitride semiconductor substrate 1000 under the condition that the Al composition ratio of the AlGaN layer 1001 is 0.05, a region having a high Al composition with a maximum Al composition ratio of about 0.15 is obtained. I found out that Note that such a composition variation in the thickness direction is more strongly observed when a substrate having a nonpolar or semipolar surface as a crystal growth surface is used than when a substrate having a polar surface as a crystal growth surface is used. It was confirmed that In addition, the inventors of the present application, when using a substrate having a nonpolar plane or a semipolar plane as a crystal growth surface, compared to using the substrate having a polar plane as a crystal growth plane in the recess 2 (digging). It has also been found that there is a disadvantage that the buried region 3) is easily filled with the AlGaN layer 1001 (semiconductor layer).

そこで、本願発明者らが、上記のようなAl組成の組成変動を引き起こす原因について詳細に調べた。その結果、以下の原因により、組成変動が引き起こされることを明らかにした。以下、厚み方向の組成変動が引き起こされる原因について説明する。   Therefore, the inventors of the present application investigated in detail the cause of the composition variation of the Al composition as described above. As a result, it was clarified that the composition fluctuation was caused by the following causes. Hereinafter, the cause of the composition variation in the thickness direction will be described.

MOCVD装置を用いて、たとえば、約1100℃の基板温度で窒化物半導体基板1000の結晶成長面上にn型Al0.05Ga0.95Nからなる半導体層1001を所定の厚み(たとえば、約2.2μm)で成長させる場合、図15に示すように、成長をはじめて初期の段階では、凹部2内に形成される半導体層1001aの成長速度は、非掘り込み領域4上に形成される半導体層1001bの成長速度に比べて非常に速い。また、Alの拡散定数は、Gaの拡散定数に比べて小さいため、成長速度が速い凹部2内にはGaが優先的に流れ込む。このため、非掘り込み領域4上の半導体層1001bは、AlGaN層となっているが、Alの供給が少ない凹部2内(掘り込み領域3)の半導体層1001aは、GaN層または、非掘り込み領域4上の半導体層1001bよりAl組成比の小さいAlGaN層となる。ここまでの成長では、凹部2内にGaが優先的に供給されるため、非掘り込み領域4上の半導体層1001bのAl組成比は、設計値よりも高い値となってしまう。 Using a MOCVD apparatus, for example, a semiconductor layer 1001 made of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N is formed to a predetermined thickness (eg, about 2.2 μm) on the crystal growth surface of the nitride semiconductor substrate 1000 at a substrate temperature of about 1100 ° C. 15, as shown in FIG. 15, in the initial stage of growth, the growth rate of the semiconductor layer 1001 a formed in the recess 2 is the same as that of the semiconductor layer 1001 b formed on the non-digging region 4. Very fast compared to speed. Further, since the Al diffusion constant is smaller than the Ga diffusion constant, Ga flows preferentially into the recess 2 having a high growth rate. Therefore, the semiconductor layer 1001b on the non-digging region 4 is an AlGaN layer, but the semiconductor layer 1001a in the recess 2 (digging region 3) where the supply of Al is small may be a GaN layer or non-digging. The AlGaN layer has an Al composition ratio smaller than that of the semiconductor layer 1001b on the region 4. In the growth so far, Ga is preferentially supplied into the recess 2, so that the Al composition ratio of the semiconductor layer 1001 b on the non-dig region 4 becomes higher than the design value.

結晶成長の進行に伴い凹部2内が半導体層で満たされてくると、凹部2内に形成される半導体層1001の成長速度が遅くなってくる。これにより、Gaに比べてゆっくりと拡散するAlも凹部2内に供給されるようになる。したがって、図16に示すように、非掘り込み領域4上の半導体層にAl組成比の小さい領域1001cが形成される。特に、凹部2内が完全に埋め込まれる直前は、凹部2内に形成される半導体層1001の成長速度が遅くなるため、非掘り込み領域4上の半導体層にAl組成比の小さい領域が形成され易くなる。   When the recess 2 is filled with the semiconductor layer as the crystal growth proceeds, the growth rate of the semiconductor layer 1001 formed in the recess 2 becomes slow. As a result, Al that diffuses more slowly than Ga is also supplied into the recess 2. Therefore, as shown in FIG. 16, a region 1001 c having a small Al composition ratio is formed in the semiconductor layer on the non-dig region 4. In particular, immediately before the recess 2 is completely buried, the growth rate of the semiconductor layer 1001 formed in the recess 2 is slowed, so that a region with a small Al composition ratio is formed in the semiconductor layer on the non-dig region 4. It becomes easy.

そして、凹部2内が完全に埋まってしまうと、凹部2内にGaだけが優先的に流れ込むことがなくなるため、図17に示すように、非掘り込み領域4上に形成される半導体層1001d(1001)のAl組成比は低い値となる。   When the recess 2 is completely filled, only Ga does not preferentially flow into the recess 2, and therefore, as shown in FIG. 17, the semiconductor layer 1001 d ( The Al composition ratio of 1001) is a low value.

このように、凹部(掘り込み領域)を形成した窒化物半導体基板上に、窒化物半導体からなる半導体層を結晶成長させる際に、凹部内における半導体層の成長速度が変化する。そして、この成長速度の変化が非掘り込み領域上に形成される半導体層の組成に影響を与え、これによって、非掘り込み領域上の半導体層に厚み方向の組成変動が生じる。   Thus, when the semiconductor layer made of a nitride semiconductor is crystal-grown on the nitride semiconductor substrate in which the recess (digging region) is formed, the growth rate of the semiconductor layer in the recess changes. The change in the growth rate affects the composition of the semiconductor layer formed on the non-dig region, and as a result, composition variation in the thickness direction occurs in the semiconductor layer on the non-dig region.

図18および図19は、第1実施形態の作用を説明するための断面図である。次に、図18および図19を参照して、第1実施形態の作用について説明する。   18 and 19 are cross-sectional views for explaining the operation of the first embodiment. Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19.

第1実施形態では、図18に示すように、n型GaN基板1の結晶成長面1a上にn型クラッド層11を成長させる際に、n型GaN基板1の凹部2内に形成された成長抑制膜5によって、凹部2内におけるn型クラッド層11の結晶成長が抑制される。このため、凹部2内に形成されるn型クラッド層11の成長速度が、非掘り込み領域4上に形成されるn型クラッド層11の成長速度より速くなるのが抑制される。これにより、凹部2内にGaが優先的に流れ込むのが抑制される。また、図19に示すように、n型クラッド層11の結晶成長が進行した場合でも、凹部2内におけるn型クラッド層11の結晶成長が抑制されるため、凹部2内におけるn型クラッド層11の成長速度が一定に保たれる。すなわち、凹部2内におけるn型クラッド層11の成長速度の変化が抑制される。このため、非掘り込み領域4上に形成されるn型クラッド層11に厚み方向の組成変動が生じるのが抑制される。   In the first embodiment, as shown in FIG. 18, when the n-type cladding layer 11 is grown on the crystal growth surface 1 a of the n-type GaN substrate 1, the growth formed in the recess 2 of the n-type GaN substrate 1. The suppression film 5 suppresses crystal growth of the n-type cladding layer 11 in the recess 2. For this reason, the growth rate of the n-type cladding layer 11 formed in the recess 2 is suppressed from being higher than the growth rate of the n-type cladding layer 11 formed on the non-digging region 4. Thereby, it is suppressed that Ga flows into the recessed part 2 preferentially. Further, as shown in FIG. 19, even when crystal growth of the n-type cladding layer 11 proceeds, crystal growth of the n-type cladding layer 11 in the recess 2 is suppressed, so that the n-type cladding layer 11 in the recess 2. The growth rate is kept constant. That is, a change in the growth rate of the n-type cladding layer 11 in the recess 2 is suppressed. For this reason, it is suppressed that the composition fluctuation of the thickness direction arises in the n-type cladding layer 11 formed on the non-digging region 4.

また、凹部2内に成長抑制膜5が形成されることによって、凹部2内が埋まり易い、m面を結晶成長面1aとするn型GaN基板1を用いた場合でも、凹部2内がn型クラッド層11で埋まってしまうのが抑制される。このため、n型クラッド層11の表面に、窪み25が形成された状態にすることができる。そして、n型クラッド層11の表面に形成された窪み25によって、n型クラッド層11にクラックが発生するのが抑制される。   Moreover, even when the n-type GaN substrate 1 having the m-plane as the crystal growth surface 1a is used because the growth suppressing film 5 is formed in the recess 2, the recess 2 is n-type. Filling with the cladding layer 11 is suppressed. For this reason, it can be set as the state by which the hollow 25 was formed in the surface of the n-type clad layer 11. FIG. Then, the formation of cracks in the n-type cladding layer 11 is suppressed by the depressions 25 formed on the surface of the n-type cladding layer 11.

さらに、上記成長抑制膜5が凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に形成されているため、n型クラッド層11のエッジグロース部26を凹部2内に発生させることが可能となる。このため、n型クラッド層11の表面(非掘り込み領域4上のn型クラッド層11の表面)を平坦に保つことが可能となる。また、層厚のバラツキも抑制される。   Furthermore, since the growth suppression film 5 is formed in a region (position) lower than the crystal growth surface 1 a inside the recess 2, the edge growth portion 26 of the n-type cladding layer 11 can be generated in the recess 2. It becomes. For this reason, it becomes possible to keep the surface of the n-type cladding layer 11 (the surface of the n-type cladding layer 11 on the non-dig region 4) flat. In addition, variations in layer thickness are also suppressed.

第1実施形態では、上記のように、掘り込み領域3(凹部2内)に成長抑制膜5を形成することによって、結晶成長面1a上に形成されるn型クラッド層11に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、n型クラッド層11の組成を均一にすることができるので、窒化物半導体レーザ素子の光閉じ込めが設計からはずれ、期待した光閉じ込めが行われなくな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、窒化物半導体レーザ素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制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が減少するのを抑制することができる。これにより、高い歩留まりで窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。   In the first embodiment, as described above, the growth suppressing film 5 is formed in the digging region 3 (in the recess 2), so that the n-type cladding layer 11 formed on the crystal growth surface 1a has a thickness direction. It is possible to suppress the composition variation. For this reason, since the composition of the n-type cladding layer 11 can be made uniform, the light confinement of the nitride semiconductor laser device deviates from the design, and the occurrence of the disadvantage that the expected light confinement is not performed can be suppressed. it can. Thereby, the element characteristics of the nitride semiconductor laser element can be improved. In addition, since variation in element characteristics can be suppressed, it is possible to suppress a decrease in the number of elements having characteristics within the standard range. Thereby, a nitride semiconductor laser device can be obtained with a high yield.

また、第1実施形態では、成長抑制膜5を凹部2内における結晶成長面1aより低い位置に形成することによって、n型クラッド層11のエッジグロース部26を、凹部2内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域4上のn型クラッド層11にエッジグロース部26が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域4上に形成されるn型クラッド層11の層厚の変動を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、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。   In the first embodiment, the edge growth portion 26 of the n-type cladding layer 11 is generated in the recess 2 by forming the growth suppressing film 5 at a position lower than the crystal growth surface 1 a in the recess 2. it can. That is, it is possible to suppress the edge growth portion 26 from being formed in the n-type cladding layer 11 on the non-dig region 4. Thereby, the fluctuation | variation of the layer thickness of the n-type clad layer 11 formed on the non-digging area | region 4 can be suppressed. Therefore, by configuring as described above, it is possible to suppress a decrease in element characteristics due to a variation in layer thickness. In addition, since variation in layer thickness can be suppressed from element to element, the yield can be further improved.

また、第1実施形態では、凹部2内に成長抑制膜5を形成することによって、凹部2内がn型クラッド層11で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、掘り込み領域3上(凹部2上)のn型クラッド層11表面(半導体素子層10表面)に窪み25が形成された状態にすることができるので、n型GaN基板1とn型クラッド層11との格子不整合などに起因してn型クラッド層11に歪みが生じた場合でも、n型クラッド層11(非掘り込み領域4上に形成されるn型クラッド層11)の歪みを、掘り込み領域3上(凹部2上)のn型クラッド層11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、n型クラッド層11にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、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2上の半導体素子層表面の窪み25によって[11−20]方向への成長が分断されるため、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2内がn型クラッド層11で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。   Further, in the first embodiment, by forming the growth suppression film 5 in the recess 2, it is possible to suppress the recess 2 from being filled with the n-type cladding layer 11. For this reason, since the depression 25 can be formed on the surface of the n-type cladding layer 11 (on the surface of the semiconductor element layer 10) on the digging region 3 (on the recess 2), the n-type GaN substrate 1 and the n-type Even if the n-type cladding layer 11 is distorted due to lattice mismatch with the cladding layer 11, the strain of the n-type cladding layer 11 (the n-type cladding layer 11 formed on the non-digging region 4) Can be mitigated by the above-described depression formed on the surface of the n-type cladding layer 11 on the digging region 3 (on the recess 2). Thereby, it is possible to easily suppress the occurrence of cracks in the n-type cladding layer 11. As a result, device characteristics and yield can be further improved. Even if there is an abnormal portion in a part of the wafer (substrate) and the layer thickness fluctuates due to this, the growth in the [11-20] direction is caused by the depression 25 on the surface of the semiconductor element layer on the recess 2. Therefore, the diffusion of the layer thickness fluctuation caused by the abnormal part is suppressed. Moreover, the deterioration of the surface morphology can also be suppressed by suppressing the recess 2 from being buried with the n-type cladding layer 11. Therefore, the device characteristics can be improved also by this.

また、第1実施形態では、成長抑制膜5を、凹部2の内部を埋め込まない厚みに形成することによって、容易に、掘り込み領域3上(凹部2上)のn型クラッド層11表面に窪み25が形成された状態にすることができるので、n型クラッド層11にクラックが発生するのをより容易に抑制することができる。   In the first embodiment, the growth suppression film 5 is formed to a thickness that does not embed the inside of the concave portion 2, so that the surface of the n-type cladding layer 11 on the digging region 3 (on the concave portion 2) can be easily depressed. Therefore, it is possible to more easily suppress the occurrence of cracks in the n-type cladding layer 11.

また、第1実施形態では、成長抑制膜5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、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n型クラッド層11のAl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、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5と成長抑制膜5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 first embodiment, the growth suppression film 5 is made of an AlN film that is an aluminum nitride film, thereby suppressing cracks, improving the surface morphology, and changing the Al composition of the n-type cladding layer 11. A high effect can be obtained in all of the suppression effects. 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 5 and where the growth suppression film 5 is not provided. For this reason, it can be said that AlN is suitable as a material for the growth suppression film.

また、第1実施形態では、結晶成長面1aを無極性面であるm面({1−100}面)とするn型GaN基板1を用いることによって、活性層13に及ぼす自発分極やピエゾ分極の影響を低減することができるので、窒化物半導体レーザ素子の発光効率を向上させることができる。なお、m面は、安定な無極性面であるため、結晶成長を極めて安定に行うことができ、c面を結晶成長面とする場合に比べて、結晶性を向上させることができる。このため、素子特性の優れた高性能な窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。   In the first embodiment, by using the n-type GaN substrate 1 in which the crystal growth surface 1a is a non-polar m-plane ({1-100} plane), spontaneous polarization or piezo-polarization exerted on the active layer 13 is used. Therefore, the light emission efficiency of the nitride semiconductor laser device can be improved. Since the m-plane is a stable nonpolar plane, crystal growth can be performed extremely stably, and crystallinity can be improved as compared with the case where the c-plane is used as the crystal growth plane. Therefore, a high-performance nitride semiconductor laser element having excellent element characteristics can be obtained.

また、第1実施形態では、凹部2の開口幅g1を、凹部2の深さfより大きく構成することによって、凹部2の底面部2aに形成される成長抑制膜5の厚みが小さくなり過ぎるのを抑制することができる。すなわち、凹部2の開口幅g1を凹部2の深さf以下の大きさにした場合、凹部2の底面部2aに形成される成長抑制膜5の厚みが小さくなり過ぎるという不都合が生じる場合がある一方、凹部2の開口幅g1を凹部2の深さfより大きくすることによって、上記不都合が生じるのを抑制することができる。   Further, in the first embodiment, by configuring the opening width g1 of the recess 2 to be larger than the depth f of the recess 2, the thickness of the growth suppressing film 5 formed on the bottom surface portion 2a of the recess 2 becomes too small. Can be suppressed. That is, when the opening width g1 of the concave portion 2 is set to a size equal to or smaller than the depth f of the concave portion 2, there is a case where the thickness of the growth suppressing film 5 formed on the bottom surface portion 2a of the concave portion 2 becomes too small. On the other hand, by making the opening width g <b> 1 of the recess 2 larger than the depth f of the recess 2, it is possible to suppress the above inconvenience.

図20〜図35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〜図12および図20〜図35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150の製造方法について説明する。   20 to 35 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 150 according to the first embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 1, 7, 10 to 12 and 20 to 35.

まず、m面({1−100}面)を結晶成長面1aとするn型GaN基板1を準備する。このn型GaN基板1は、たとえば、c面((0001)面)を主面とするGaN単結晶から切り出して作製することができる。切り出された基板のm面は、たとえば、化学的機械的研磨処理によって所定の表面粗さに調整される。   First, an n-type GaN substrate 1 having the m-plane ({1-100} plane) as the crystal growth plane 1a is prepared. The n-type GaN substrate 1 can be produced by cutting out from a GaN single crystal having a c-plane ((0001) plane) as a main surface, for example. The m-plane of the cut out substrate is adjusted to a predetermined surface roughness by, for example, chemical mechanical polishing.

次に、図20に示すように、n型GaN基板1の上面(結晶成長面1a)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40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40上に、レジストパターンとしての開口部41aを有するレジスト層41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41をマスクとしてSiO2層40をエッチングすることにより、SiO2層40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41を除去する。なお、レジスト層41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 40 having a thickness of about 1 μm is formed on the entire upper surface (crystal growth surface 1a) of the n-type GaN substrate 1 by using a sputtering method or the like. Next, as illustrated in FIG. 21, a resist layer 41 having an opening 41 a as a resist pattern is formed on the SiO 2 layer 40 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 40 is etched using the resist layer 41 as a mask, so that a predetermined region of the SiO 2 layer 40 is selectively selected. To remove. Thereafter, the resist layer 41 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 41.

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40をマスクとして、n型GaN基板1をエッチングすることにより、n型GaN基板1の所定領域を選択的に除去する。このとき、n型GaN基板1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1に上記した凹部2が形成される。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度より大きくなるように形成する。具体的には、側面部2bの傾斜角γが約100度となるように、凹部2を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 23, by using the ICP (Inductively Coupled Plasma) method or the RIE method, the n-type GaN substrate 1 is etched using the SiO 2 layer 40 as a mask. The predetermined region of the n-type GaN substrate 1 is selectively removed. At this time, the etching conditions are adjusted so that the etching depth f of the n-type GaN substrate 1 is about 5 μm. As a result, the recess 2 described above is formed in the n-type GaN substrate 1. The side surface portion 2b of the recess 2 is formed so that the inclination angle γ is greater than 90 degrees by adjusting the etching conditions and the like. Specifically, the concave portion 2 is formed so that the inclination angle γ of the side surface portion 2b is about 100 degrees.

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40(図23参照)を除去する。 Thereafter, as shown in FIG. 24, the SiO 2 layer 40 (see FIG. 23) is removed using an etchant such as HF (hydrogen fluoride).

次に、図25に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジストパターンとしての開口部42aを有するレジスト層42を形成する。このとき、レジスト層42の開口部42aは、凹部2の底面部2aの一部を露出させるように形成する。なお、開口部42aの開口幅j1は、凹部2の底面部2aの幅g2より小さい、たとえば、約4μmとする。   Next, as shown in FIG. 25, a resist layer 42 having openings 42a as a resist pattern is formed using a photolithography technique. At this time, the opening 42 a of the resist layer 42 is formed so as to expose a part of the bottom surface 2 a of the recess 2. The opening width j1 of the opening 42a is smaller than the width g2 of the bottom surface 2a of the recess 2, for example, about 4 μm.

次に、図26に示すように、ECR(Electron Cyclotron Resonance)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5aを約100nmの厚みで全面に形成する。そして、図27に示すように、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42(図26参照)を除去する。これにより、リフトオフによって、凹部2の底面部2aの一部にAlN膜からなる上記成長抑制膜5が形成される。   Next, as shown in FIG. 26, an AlN film 5a as a growth suppression film is formed on the entire surface with a thickness of about 100 nm by sputtering using an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering apparatus. Then, as shown in FIG. 27, the resist layer 42 (see FIG. 26) is removed using a resist stripping solution or an organic solvent (for example, acetone, ethanol, etc.). Thus, the growth suppression film 5 made of an AlN film is formed on a part of the bottom surface 2a of the recess 2 by lift-off.

次に、図28に示すように、上記のように加工されたn型GaN基板1(加工基板)の結晶成長面1a上に、MOCVD法などのエピタキシャル成長法を用いて、半導体素子層10を形成する。具体的には、n型GaN基板1の結晶成長面1a上に、約2.2μmの厚みを有するn型Al0.05Ga0.95Nからなるn型クラッド層11、約0.1μmの厚みを有するn型GaNからなるn型ガイド層12、および活性層13を順次成長させる。なお、活性層13を成長させる際には、図12に示したように、Inx1Ga1-x1Nからなる2つの井戸層13aと、Inx2Ga1-x2Nからなる3つの障壁層13b(但しx1>x2)とを交互に成長させる。具体的には、n型ガイド層12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131b、約3nm〜約4nmの厚みを有する第1井戸層131a、約16nmの厚みを有する第2障壁層132b、約3nm〜約4nmの厚みを有する第2井戸層132aおよび約60nmの厚みを有する第3障壁層133bを順次成長させる。これにより、n型ガイド層12上に、2つの井戸層13aと3つの障壁層13bとからなるDQW構造を有する活性層13が形成される。このとき、井戸層13a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13bは、そのIn組成比x2が、たとえば、0.04〜0.05となるように構成する。 Next, as shown in FIG. 28, the semiconductor element layer 10 is formed on the crystal growth surface 1a of the n-type GaN substrate 1 (processed substrate) processed as described above by using an epitaxial growth method such as MOCVD. To do. Specifically, on the crystal growth surface 1a of the n-type GaN substrate 1, an n-type cladding layer 11 made of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of about 2.2 μm and an n-type having a thickness of about 0.1 μm. An n-type guide layer 12 made of type GaN and an active layer 13 are sequentially grown. When the active layer 13 is grown, as shown in FIG. 12, two well layers 13a made of In x1 Ga 1 -x1 N and three barrier layers 13b made of In x2 Ga 1 -x2 N are used. (Where x1> x2) are grown alternately. Specifically, on the n-type guide layer 12, from the lower layer to the upper layer, the first barrier layer 131b having a thickness of about 30 nm, the first well layer 131a having a thickness of about 3 nm to about 4 nm, A second barrier layer 132b having a thickness, a second well layer 132a having a thickness of about 3 nm to about 4 nm, and a third barrier layer 133b having a thickness of about 60 nm are sequentially grown. As a result, an active layer 13 having a DQW structure composed of two well layers 13 a and three barrier layers 13 b is formed on the n-type guide layer 12. At this time, the well layer 13a 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 13b is configured such that its In composition ratio x2 is, for example, 0.04 to 0.05.

次に、図28に示すように、活性層13上に、約20nmの厚みを有するp型Al0.15Ga0.85Nからなる蒸発防止層14、約0.05μmの厚みを有するp型GaNからなるp型ガイド層15、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16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17を順次成長させる。 Next, as shown in FIG. 28, on the active layer 13, an evaporation preventing layer 14 made of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of about 20 nm, and a p-type made of p-type GaN having a thickness of about 0.05 μm. The p-type cladding layer 16 made of p-type Al 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of about 0.5 μm and the p-type contact layer 17 made of p-type GaN having a thickness of about 0.1 μm are successively grown. .

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29に示すように、凹部2内に成長抑制膜5を形成することによって、凹部2内が半導体素子層10で埋め込まれるのが抑制される。このため、凹部2上の半導体素子層10の表面(半導体素子層10を構成する各層の表面)に窪み25が形成された状態となる。そして、この窪み25によって、n型GaN基板1との格子不整合などに起因して生じるn型クラッド層11(図28参照)の歪みが緩和される。また、凹部2内に成長抑制膜5を形成することによって、非掘り込み領域4(図1参照)上に形成された半導体素子層10において、厚み方向の組成変動が抑制される。特に、組成変動が生じやすいn型クラッド層11(図28参照)においても、厚み方向の組成変動が抑制される。さらに、上記成長抑制膜5を凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に形成することによって、半導体素子層10(半導体素子層10を構成する各層)のエッジグロース部26が凹部2内に形成される。   Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 29, by forming the growth suppressing film 5 in the recess 2, the recess 2 is suppressed from being filled with the semiconductor element layer 10. Therefore, the recess 25 is formed on the surface of the semiconductor element layer 10 on the recess 2 (the surface of each layer constituting the semiconductor element layer 10). The recess 25 alleviates distortion of the n-type cladding layer 11 (see FIG. 28) caused by lattice mismatch with the n-type GaN substrate 1 and the like. Further, by forming the growth suppressing film 5 in the recess 2, the composition variation in the thickness direction is suppressed in the semiconductor element layer 10 formed on the non-dig region 4 (see FIG. 1). In particular, even in the n-type cladding layer 11 (see FIG. 28) in which composition variation is likely to occur, composition variation in the thickness direction is suppressed. Further, by forming the growth suppressing film 5 in a region (position) lower than the crystal growth surface 1a inside the recess 2, the edge growth portion 26 of the semiconductor element layer 10 (each layer constituting the semiconductor element layer 10) is recessed. 2 is formed.

続いて、図30に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、p型コンタクト層17上に、約1μm〜約3μm(たとえば約1.5μm)の幅を有するとともに、[0001]方向に平行に延びるストライプ状(細長状)のレジスト43を形成する。そして、図31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法またはICPドライエッチング法などを用いて、レジスト43をマスクとしてp型ガイド層15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15の凸部とp型クラッド層16とp型コンタクト層17とによって構成されるとともに、[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18(図7および図10参照)が形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 30, the p-type contact layer 17 has a width of about 1 μm to about 3 μm (for example, about 1.5 μm) and is parallel to the [0001] direction by using a photolithography technique. An extending stripe (elongated) resist 43 is formed. Then, as shown in FIG. 31, using the RIE method or the ICP dry etching method using chlorine-based gas such as SiCl 4 and Cl 2 , Ar gas, or the like, the resist 43 is used as a mask and the middle of the p-type guide layer 15 is used. Etching to depth. As a result, the convex portion of the p-type guide layer 15, the p-type cladding layer 16, and the p-type contact layer 17 are formed, and stripe-shaped (elongated) ridge portions 18 (parallel to each other in the [0001] direction) ( 7 and 10) is formed.

次に、図32に示すように、リッジ部18上にレジスト43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20を形成し、リッジ部18を埋め込む。そして、リフトオフによりレジスト43を除去することによって、リッジ部18の上部のp型コンタクト層17を露出させる。これにより、リッジ部18の両脇に、図33に示すような絶縁層20が形成される。 Next, as shown in FIG. 32, 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 43 left on the ridge portion 18. An insulating layer 20 made of is formed, and the ridge portion 18 is embedded. Then, the resist 43 is removed by lift-off to expose the p-type contact layer 17 on the upper portion of the ridge portion 18. As a result, insulating layers 20 as shown in FIG. 33 are formed on both sides of the ridge portion 18.

次に、図34に示すように、真空蒸着法などを用いて、基板側(絶縁層20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20(p型コンタクト層17)上に、多層構造からなるp側電極21を形成する。   Next, as shown in FIG. 34, 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 20 side) using a vacuum deposition method or the like. By sequentially forming (not shown), the p-side electrode 21 having a multilayer structure is formed on the insulating layer 20 (p-type contact layer 17).

次に、基板を分割し易くするために、n型GaN基板1の裏面を研削または研磨することにより、n型GaN基板1を100μm程度の厚みまで薄くする。そして、図1、図10および図11に示したように、n型GaN基板1の裏面上に、真空蒸着法などを用いて、n型GaN基板1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22を形成する。   Next, in order to make it easy to divide the substrate, the back surface of the n-type GaN substrate 1 is ground or polished to reduce the thickness of the n-type GaN substrate 1 to about 100 μm. As shown in FIGS. 1, 10, and 11, Hf having a thickness of about 5 nm from the back surface side of the n-type GaN substrate 1 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 1 using a vacuum deposition method or the like. A layer (not shown), an Al layer (not shown) having a thickness of about 150 nm, 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 about By sequentially forming an Au layer (not shown) having a thickness of 200 nm, the n-side electrode 22 having a multilayer structure is formed.

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が形成される。   Thus, the nitride semiconductor wafer according to the first embodiment described above is formed.

その後、図35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、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30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30)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. 35, the substrate is divided into bars by using a scribing / breaking method, laser scribing, or dry etching. Thereby, a bar-shaped element having the end face as the resonator face 30 is obtained. Next, a coating is applied to the end face (resonator face 30) 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、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、本発明の一実施形態による窒化物半導体レーザ素子150が製造される。   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 separated. Thus, the nitride semiconductor laser device 150 according to the embodiment of the present invention is manufactured.

第1実施形態による窒化物半導体レーザ素子150の製造方法では、上記のように、エッチングにより形成した凹部2内に成長抑制膜5を形成することによって、結晶成長面1a上に形成されるn型クラッド層11に、厚み方向の組成変動が生じるのを抑制することができる。このため、窒化物半導体レーザ素子の光閉じ込めが設計からはずれ、期待した光閉じ込めが行われなくな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、窒化物半導体レーザ素子の素子特性を向上させることができる。また、素子特性のバラツキが生じるのを抑制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が減少するのを抑制することができる。これにより、高い歩留まりで窒化物半導体レーザ素子を製造することができる。   In the method for manufacturing the nitride semiconductor laser device 150 according to the first embodiment, as described above, the growth suppression film 5 is formed in the recess 2 formed by etching, thereby forming the n-type formed on the crystal growth surface 1a. It is possible to suppress the composition variation in the thickness direction from occurring in the cladding layer 11. For this reason, it is possible to suppress the inconvenience that the light confinement of the nitride semiconductor laser element deviates from the design and the expected light confinement is not performed. Thereby, the element characteristics of the nitride semiconductor laser element can be improved. In addition, since variation in element characteristics can be suppressed, it is possible to suppress a decrease in the number of elements having characteristics within the standard range. Thereby, a nitride semiconductor laser device can be manufactured with a high yield.

また、第1実施形態では、凹部2内における結晶成長面1aより低い位置にAlN膜からなる成長抑制膜5を配設することによって、n型クラッド層11のエッジグロース部26を、凹部2内で生じさせることができる。すなわち、非掘り込み領域4上のn型クラッド層11にエッジグロース部26が形成されるのを抑制することができる。これにより、非掘り込み領域4上に形成されるn型クラッド層11の層厚の変動を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、層厚の変動に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、素子毎に層厚のバラツキが生じるのを抑制することができるので、歩留まりをより向上させることができる。   In the first embodiment, the edge growth portion 26 of the n-type cladding layer 11 is formed in the recess 2 by disposing the growth suppression film 5 made of an AlN film at a position lower than the crystal growth surface 1 a in the recess 2. Can be generated. That is, it is possible to suppress the edge growth portion 26 from being formed in the n-type cladding layer 11 on the non-dig region 4. Thereby, the fluctuation | variation of the layer thickness of the n-type clad layer 11 formed on the non-digging area | region 4 can be suppressed. Therefore, by configuring as described above, it is possible to suppress a decrease in element characteristics due to a variation in layer thickness. In addition, since variation in layer thickness can be suppressed from element to element, the yield can be further improved.

さらに、第1実施形態では、凹部2内に成長抑制膜5を配設することによって、凹部2内がn型クラッド層11(半導体素子層10)で埋め込まれてしまうのを抑制することができる。このため、凹部2上のn型クラッド層11表面に窪み25が形成された状態にすることができるので、n型GaN基板1とn型クラッド層11との格子不整合などに起因してn型クラッド層11に歪みが生じた場合でも、n型クラッド層11(非掘り込み領域4上に形成されるn型クラッド層11)の歪みを、凹部2上(掘り込み領域3上)のn型クラッド層11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、n型クラッド層11にクラックが発生するのを容易に抑制することができる。その結果、素子特性および歩留まりをさらに向上させることができる。なお、凹部2内がn型クラッド層11で埋め込まれてしまうのを抑制することによって、表面モフォロジーの悪化を抑制することもできる。このため、これによっても、素子特性を向上させることができる。   Furthermore, in the first embodiment, by disposing the growth suppressing film 5 in the recess 2, it is possible to suppress the recess 2 from being filled with the n-type cladding layer 11 (semiconductor element layer 10). . For this reason, since the depression 25 can be formed on the surface of the n-type cladding layer 11 on the recess 2, the n-type GaN substrate 1 and the n-type cladding layer 11 cause n mismatch. Even when strain is generated in the mold cladding layer 11, the strain in the n-type cladding layer 11 (the n-type cladding layer 11 formed on the non-digging region 4) is reduced to n on the recess 2 (on the digging region 3). It can be relieved at the above-mentioned depression formed in the mold cladding layer 11. Thereby, it is possible to easily suppress the occurrence of cracks in the n-type cladding layer 11. As a result, device characteristics and yield can be further improved. In addition, the deterioration of the surface morphology can also be suppressed by suppressing the recess 2 from being buried with the n-type cladding layer 11. Therefore, the device characteristics can be improved also by this.

また、第1実施形態では、成長抑制膜5の厚みtを、凹部2の深さfの半分以下とすることによって、凹部2が成長抑制膜5で完全に埋まってしまうのを容易に抑制することができる。   In the first embodiment, the thickness t of the growth suppression film 5 is set to be equal to or less than half the depth f of the recess 2 to easily suppress the recess 2 from being completely filled with the growth suppression film 5. be able to.

また、第1実施形態では、成長抑制膜5を、凹部2における底面部2aの一部に形成することによって、容易に、凹部2内に所定形状を有する成長抑制膜5を形成することができる。このため、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レーザ素子を容易に得ることができる。なお、凹部2における底面部2aの一部に成長抑制膜5を形成することによって、非掘り込み領域4上のn型クラッド層11(半導体素子層10)にエッジグロース部26が形成されるのを容易に抑制することができる。このため、容易に、非掘り込み領域4上に形成されるn型クラッド層11(半導体素子層10)の層厚が変動するのを抑制することができる。   In the first embodiment, the growth suppression film 5 having a predetermined shape can be easily formed in the recess 2 by forming the growth suppression film 5 on a part of the bottom surface portion 2 a of the recess 2. . Therefore, it is possible to easily obtain a nitride semiconductor laser element capable of improving element characteristics and yield. Note that the edge growth portion 26 is formed in the n-type cladding layer 11 (semiconductor element layer 10) on the non-digging region 4 by forming the growth suppressing film 5 on a part of the bottom surface portion 2 a in the recess 2. Can be easily suppressed. For this reason, it can suppress easily that the layer thickness of the n-type clad layer 11 (semiconductor element layer 10) formed on the non-digging region 4 fluctuates.

次に、上記第1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 first embodiment will be described.

この実験では、まず、成長抑制膜による組成変動の抑制効果を確認するために、X線による薄膜評価およびSEM(Scanning Electron Microscope)による断面観察を行った。なお、上記第1実施形態で示したn型GaN基板と同様の基板を用いて第1実施形態と同様の半導体素子層を形成した試料を実施例とし、凹部内に成長抑制膜が形成されていない基板を用いて第1実施形態と同様の半導体素子層を形成した試料を比較例1とした。比較例1による試料は、凹部内に成長抑制膜が形成されていない点を除き、実施例による試料と同じ構成とした。   In this experiment, first, in order to confirm the effect of suppressing the composition fluctuation by the growth suppressing film, thin film evaluation by X-ray and cross-sectional observation by SEM (Scanning Electron Microscope) were performed. A sample in which a semiconductor element layer similar to that of the first embodiment is formed using a substrate similar to the n-type GaN substrate shown in the first embodiment is used as an example, and a growth suppression film is formed in the recess. A sample in which a semiconductor element layer similar to that of the first embodiment was formed using a non-substrate was used as Comparative Example 1. The sample according to Comparative Example 1 had the same configuration as the sample according to the example except that the growth suppressing film was not formed in the recess.

X線による薄膜評価では、実施例による試料および比較例1による試料をX線回折装置にセットし、2θ/ωスキャンを行うことによってプロファイルを得た。得られたプロファイルを図36および図37に示す。図36は、比較例1による試料のX線回折プロファイルを示す図であり、図37は、実施例による試料のX線回折プロファイルを示す図である。図36および図37において、横軸は2θ/ω[°]を示しており、縦軸は強度(Intensity)[cps]を示している。   In the thin film evaluation by X-ray, the sample according to the example and the sample according to comparative example 1 were set in an X-ray diffractometer, and a profile was obtained by performing 2θ / ω scanning. The obtained profile is shown in FIGS. FIG. 36 is a diagram showing an X-ray diffraction profile of a sample according to Comparative Example 1, and FIG. 37 is a diagram showing an X-ray diffraction profile of a sample according to the example. 36 and 37, the horizontal axis indicates 2θ / ω [°], and the vertical axis indicates intensity (Intensity) [cps].

また、図36および図37に示したX線回折プロファイルにおいて、Aのピーク(ピークA)がGaN基板からの信号であり、Bのピーク(ピークB)がn型クラッド層からの信号である。   In the X-ray diffraction profiles shown in FIGS. 36 and 37, the peak of A (peak A) is a signal from the GaN substrate, and the peak of B (peak B) is a signal from the n-type cladding layer.

比較例1による試料では、図36に示すように、X線回折プロファイルのピークBが3つにピーク分離している。ピークBにおけるピークの横軸方向の位置はAlの組成を反映しており、ピークBが3つにピーク分離していることから、比較例1では、n型クラッド層において、Alの組成比が大きく変動していることが読み取れる。これに対し、実施例による試料では、図37に示すように、X線回折プロファイルのピークBが単一のピークを示している。これより、実施例では、n型クラッド層において、Alの組成比が変動していないことが読み取れる。また、実施例による試料および比較例1による試料を用いて、断面SEM観察を行ったところ、比較例1の試料では、n型クラッド層において、暗い領域(色が濃い領域)と明るい領域(色が薄い領域)とが層状に観察された。ここで、Al組成比の大きな領域は暗く見え、Al組成比の小さな領域は明るく見える。このため、比較例1では、Alの組成変動を示す像が、コントラストの差(明暗の差)として観察された。これより、凹部内に成長抑制膜が形成されていない比較例1では、n型クラッド層に厚み方向の組成変動が生じることが確認された。一方、実施例による試料では、n型クラッド層にコントラストの差が見られなかった。このように、X線による薄膜評価および断面SEM観察の結果、実施例では、n型クラッド層における厚み方向の組成変動が大幅に抑制されていることが判明した。これより、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、n型クラッド層(半導体素子層)における厚み方向の組成変動を抑制することが可能であることが確認された。なお、n型クラッド層の組成変動を抑制することにより、窒化物半導体レーザ素子を形成した際にFFP(遠視野像)のバラツキが大幅に改善され、歩留まり改善の効果が認められた。   In the sample according to Comparative Example 1, the peak B of the X-ray diffraction profile is separated into three as shown in FIG. The position of the peak B in the horizontal axis direction reflects the Al composition, and since the peak B is separated into three peaks, in Comparative Example 1, in the n-type cladding layer, the Al composition ratio is It can be seen that it fluctuates greatly. On the other hand, in the sample according to the example, as shown in FIG. 37, the peak B of the X-ray diffraction profile shows a single peak. From this, it can be seen that in the example, the Al composition ratio does not change in the n-type cladding layer. Further, when a cross-sectional SEM observation was performed using the sample according to the example and the sample according to comparative example 1, in the sample according to comparative example 1, in the n-type cladding layer, a dark region (dark region) and a bright region (color) Are thin layers). Here, a region with a large Al composition ratio looks dark, and a region with a small Al composition ratio looks bright. For this reason, in Comparative Example 1, an image showing Al composition variation was observed as a difference in contrast (difference in brightness). From this, it was confirmed that in Comparative Example 1 in which the growth suppressing film was not formed in the recess, composition variation in the thickness direction occurred in the n-type cladding layer. On the other hand, in the sample according to the example, no contrast difference was observed in the n-type cladding layer. Thus, as a result of thin film evaluation by X-rays and cross-sectional SEM observation, it was found that in the examples, compositional variation in the thickness direction in the n-type cladding layer was greatly suppressed. From this, it was confirmed that the composition fluctuation in the thickness direction in the n-type cladding layer (semiconductor element layer) can be suppressed by forming the growth suppressing film in the recess. In addition, by suppressing the composition variation of the n-type cladding layer, the variation of FFP (far field image) was greatly improved when the nitride semiconductor laser element was formed, and the effect of improving the yield was recognized.

次に、成長抑制膜による表面モフォロジーの改善効果等を確認するために、断面SEM観察を行った。なお、断面SEM観察を行うに際して、凹部内(底面部および側面部)の全面に成長抑制膜を形成した基板を用いて第1実施形態と同様の半導体素子層を形成した比較例2による試料を追加で作製した。比較例2による試料は、結晶成長面と同じ高さまで成長抑制膜を形成した点を除き、実施例による試料と同じ構成とした。そして、実施例による試料および比較例1による試料に加えて、比較例2による試料も断面SEM観察に供した。   Next, cross-sectional SEM observation was performed in order to confirm the effect of improving the surface morphology by the growth suppressing film. When performing cross-sectional SEM observation, a sample according to Comparative Example 2 in which a semiconductor element layer similar to that in the first embodiment was formed using a substrate in which a growth suppression film was formed on the entire surface in the recess (bottom surface and side surface). It was prepared additionally. The sample according to Comparative Example 2 has the same configuration as the sample according to the example except that the growth suppression film is formed to the same height as the crystal growth surface. And in addition to the sample by an Example and the sample by the comparative example 1, the sample by the comparative example 2 was also used for cross-sectional SEM observation.

図38は、比較例1による試料の断面模式図であり、図39は、比較例2による試料の断面模式図である。図40は、実施例による試料の断面模式図であり、図41は、実施例による試料の断面SEM写真である。   FIG. 38 is a schematic cross-sectional view of a sample according to Comparative Example 1, and FIG. 39 is a schematic cross-sectional view of a sample according to Comparative Example 2. FIG. 40 is a schematic cross-sectional view of a sample according to the example, and FIG. 41 is a cross-sectional SEM photograph of the sample according to the example.

断面SEM観察の結果、凹部2内に成長抑制膜が形成されていない比較例1による試料では、図38に示すように、凹部2内(掘り込み領域)が半導体素子層10で完全に埋まりきっており、凹部2上(掘り込み領域上)の半導体素子層10の表面に窪みが見られない。また、[11−20]方向と平行に波状の凹凸が強く現れ、表面モフォロジーが悪化している。この表面モフォロジーの悪化は、半導体素子層10の厚みが変動しているものである。これより、比較例1による試料では、ウェハ面内において層厚分布があることが観察された。また、層厚の面内分布は、凹部2(掘り込み領域)が完全に埋まりきって、凹部2上(掘り込み領域上)の半導体素子層の表面に窪みが無くなった後に顕著に現れる傾向があることが認められた。   As a result of cross-sectional SEM observation, in the sample according to Comparative Example 1 in which the growth suppressing film is not formed in the recess 2, the recess 2 (digging region) is completely filled with the semiconductor element layer 10 as shown in FIG. Thus, no depression is seen on the surface of the semiconductor element layer 10 on the recess 2 (on the dug area). Moreover, a wavy unevenness appears strongly in parallel with the [11-20] direction, and the surface morphology is deteriorated. This deterioration of the surface morphology is caused by fluctuations in the thickness of the semiconductor element layer 10. From this, it was observed that the sample according to Comparative Example 1 had a layer thickness distribution in the wafer plane. Further, the in-plane distribution of the layer thickness tends to appear remarkably after the concave portion 2 (digging region) is completely filled and the surface of the semiconductor element layer on the concave portion 2 (digging region) disappears. It was recognized that there was.

また、比較例2による試料では、図39に示すように、凹部2の側面部および底面部に成長抑制膜1005を形成することで、凹部2上(掘り込み領域上)の半導体素子層10の表面に窪みが形成された状態となっている。また、比較例1で見られた[11−20]方向と平行に現れる波状の凹凸が大幅に抑制されており、層厚の面内分布も改善されていることが観察された。しかしながら、比較例2による試料では、非掘り込み領域上における成長抑制膜1005の周辺にエッジグロース部26が形成されていることが観察された。そして、このエッジグロース部26によって、非掘り込み領域上において半導体素子層10の層厚の変動が生じていることが認められた。   Further, in the sample according to Comparative Example 2, as shown in FIG. 39, the growth suppressing film 1005 is formed on the side surface and the bottom surface of the recess 2 so that the semiconductor element layer 10 on the recess 2 (on the digging region) is formed. A depression is formed on the surface. Moreover, it was observed that the wavy unevenness appearing in parallel with the [11-20] direction seen in Comparative Example 1 was significantly suppressed, and the in-plane distribution of the layer thickness was also improved. However, in the sample according to Comparative Example 2, it was observed that the edge growth portion 26 was formed around the growth suppression film 1005 on the non-digging region. It was recognized that the edge growth portion 26 caused a variation in the thickness of the semiconductor element layer 10 on the non-dig region.

これに対し、実施例による試料では、図40および図41に示すように、エッジグロース部26が凹部2内に発生していることが観察された。これにより、非掘り込み領域上において、半導体素子層10の層厚変動が抑制されていることが認められた。また、実施例による試料では、上記比較例2と同様、凹部2上(掘り込み領域上)の半導体素子層10の表面に窪みが形成された状態となっている。また、比較例1で見られた[11−20]方向と平行に現れる波状の凹凸が大幅に抑制されており、層厚の面内分布も改善されていることが観察された。なお、比較例1による試料では、成膜後に60〜120本/cm2程度のクラックの発生が観察されたが、実施例による試料では、成膜後のクラックの発生は観察されなかった(クラックは0本)。 On the other hand, in the sample according to the example, it was observed that the edge growth portion 26 was generated in the recess 2 as shown in FIGS. Thereby, it was recognized that the layer thickness fluctuation | variation of the semiconductor element layer 10 was suppressed on the non-digging area | region. Further, in the sample according to the example, as in the comparative example 2, a recess is formed on the surface of the semiconductor element layer 10 on the recess 2 (on the digging region). Moreover, it was observed that the wavy unevenness appearing in parallel with the [11-20] direction seen in Comparative Example 1 was significantly suppressed, and the in-plane distribution of the layer thickness was also improved. In the sample according to Comparative Example 1, generation of cracks of about 60 to 120 pieces / cm 2 was observed after film formation, but in the sample according to the example, generation of cracks after film formation was not observed (cracking). Is 0).

以上より、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、クラックの発生が抑制されることが確認された。また、凹部内に成長抑制膜を形成することによって、表面モフォロジーの改善効果も得られることが確認された。さらに、凹部内における結晶成長面より低い位置に成長抑制膜を形成することによって、エッジグロース部が凹部内で生じ、非掘り込み領域上における半導体素子層の層厚変動を抑制することが可能であることが確認された。したがって、上記した第1実施形態の構成により、優れた素子特性を有する窒化物半導体レーザ素子を高い歩留まりで製造することが可能であることが確認された。   From the above, it was confirmed that the generation of cracks was suppressed by forming a growth suppression film in the recess. It was also confirmed that the effect of improving the surface morphology can be obtained by forming a growth suppressing film in the recess. Furthermore, by forming a growth suppression film at a position lower than the crystal growth surface in the recess, an edge growth portion is generated in the recess, and it is possible to suppress fluctuations in the thickness of the semiconductor element layer on the non-digging region. It was confirmed that there was. Therefore, it was confirmed that the nitride semiconductor laser device having excellent device characteristics can be manufactured with a high yield by the configuration of the first embodiment described above.

(第2実施形態)
図42は、本発明の第2実施形態による窒化物半導体ウェハを模式的に示した断面図である。図43および図44は、本発明の第2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。次に、図42〜図44を参照して、窒化物半導体レーザ素子を含む、本発明の第2実施形態による窒化物半導体ウェハ200について説明する。なお、成長抑制膜205以外の構成については、上記した第1実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 42 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor wafer according to the second embodiment of the present invention. 43 and 44 are cross-sectional views illustrating the structure of a nitride semiconductor wafer according to the second embodiment of the present invention. Next, a nitride semiconductor wafer 200 according to the second embodiment of the present invention including a nitride semiconductor laser element will be described with reference to FIGS. Note that the configuration other than the growth suppression film 205 is the same as that of the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted.

この第2実施形態による窒化物半導体ウェハ200では、図42および図43に示すように、酸化物膜であるSiO2膜(酸化シリコン膜)からなる成長抑制膜205が凹部2内(掘り込み領域3)に形成されている。この成長抑制膜205は、図43に示すように、凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に形成されている。具体的には、上記成長抑制膜205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 nitride semiconductor wafer 200 according to the second embodiment, as shown in FIGS. 42 and 43, the growth suppression film 205 made of an SiO 2 film (silicon oxide film) which is an oxide film is formed in the recess 2 (digging region). 3). As shown in FIG. 43, the growth suppressing film 205 is formed in a region (position) lower than the crystal growth surface 1 a inside the recess 2. Specifically, the growth suppression film 205 is formed in a substantially U-shaped cross section (substantially concave) on a part of the side surface 2b and the bottom surface 2a of the recess 2.

また、上記成長抑制膜205は、凹部2内を埋め込まない厚みに形成されている。また、第2実施形態では、上記成長抑制膜205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205は、凹部2の底面部2aに形成された部分の厚みt1が約100nmとなるよう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となるように形成されている。このような構成により、成長抑制膜205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。   The growth suppression film 205 is formed to a thickness that does not fill the recess 2. In the second embodiment, the growth suppressing film 205 is formed such 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, the growth suppression film 205 is formed so that the thickness t1 of the portion formed on the bottom surface portion 2a of the recess 2 is about 100 nm, and the portion formed on the side surface portion 2b of the recess 2 The thickness t2 is about 80 nm. With such a configuration, defects such as peeling of the growth suppression film 205 can be effectively suppressed.

なお、成長抑制膜205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205の厚みt2は、凹部2の開口幅g1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205で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となり、クラックの抑制効果を容易に得ることが可能となる。また、n型クラッド層に組成変動が生じるのを容易に抑制することも可能となる。   Note that the thickness t1 of the growth suppression film 205 is preferably less than or equal to half the depth f of the recess 2. Further, the thickness t2 of the growth suppression film 205 is preferably less than or equal to half of the opening width g1 of the recess 2. If configured in this way, it is possible to suppress the recess 2 from being filled with the growth suppressing film 205, and it is possible to easily obtain a crack suppressing effect. In addition, it is possible to easily suppress the composition variation in the n-type cladding layer.

また、上記成長抑制膜205は、約7μmの幅w2([11−20]方向の幅)を有しており、上記第1実施形態と同様、[0001]方向(c軸方向)に延びるように形成されている。   The growth suppression film 205 has a width w2 (width in the [11-20] direction) of about 7 μm, and extends in the [0001] direction (c-axis direction) as in the first embodiment. Is formed.

また、第2実施形態では、結晶成長面1a(非掘り込み領域4の表面)から成長抑制膜205までの距離t3が、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205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 second embodiment, the distance t3 from the crystal growth surface 1a (the surface of the non-dig region 4) to the growth suppression film 205 is set to about 1.5 μm. If the distance t3 is too small, it is difficult to form the growth suppressing film 205. Therefore, the distance t3 is preferably set to 0.5 μm or more.

さらに、第2実施形態では、上記成長抑制膜205が凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に形成されていることにより、図44に示すように、半導体素子層10(半導体素子層10を構成する各層)のエッジグロース部26が凹部2内に発生している。   Furthermore, in the second embodiment, since the growth suppression film 205 is formed in a region (position) lower than the crystal growth surface 1a inside the recess 2, as shown in FIG. An edge growth portion 26 of each layer constituting the element layer 10 is generated in the recess 2.

図45は、本発明の第2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。次に、図42および図45を参照して、本発明の第2実施形態による窒化物半導体レーザ素子250の構造について説明する。   FIG. 45 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 42 and 45, the structure of the nitride semiconductor laser device 250 according to the second embodiment of the invention will be described.

第2実施形態による窒化物半導体レーザ素子250は、上記した第2実施形態による窒化物半導体ウェハ200(図42参照)を分割することによって得られる。このため、第2実施形態による窒化物半導体レーザ素子250は、凹部2内に、SiO2膜(酸化シリコン膜)からなる上記成長抑制膜205が形成されている。 The nitride semiconductor laser device 250 according to the second embodiment is obtained by dividing the nitride semiconductor wafer 200 (see FIG. 42) according to the second embodiment. Therefore, in the nitride semiconductor laser element 250 according to the second embodiment, the growth suppression film 205 made of a SiO 2 film (silicon oxide film) is formed in the recess 2.

なお、第2実施形態による窒化物半導体レーザ素子250のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。また、第2実施形態の作用および効果は、上記第1実施形態と同様である。   The remaining configuration of the nitride semiconductor laser element 250 according to the second embodiment is similar to that of the aforementioned first embodiment. The operation and effect of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

図46〜図49は、本発明の第2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46〜図49を参照して、本発明の第2実施形態による窒化物半導体レーザ素子250の製造方法について説明する。なお、第2実施形態における成長抑制膜205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205の形成工程についてのみ説明する。   46 to 49 are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the nitride semiconductor laser device according to the second embodiment of the invention. A method for manufacturing the nitride semiconductor laser element 250 according to the second 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 205 in 2nd Embodiment are the same as that of the said 1st Embodiment, hereafter, only the formation process of the growth suppression film | membrane 205 is demonstrated.

まず、図46に示すように、凹部2(掘り込み領域3)が形成された第1実施形態と同様のn型GaN基板1を準備する。このn型GaN基板1の凹部2は、上述したように、側面部2bの傾斜角γが90度より大きい角度(たとえば、約100度)に設定されている。このため、凹部2は、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように構成されている。   First, as shown in FIG. 46, an n-type GaN substrate 1 similar to that of the first embodiment in which the recess 2 (digging region 3) is formed is prepared. As described above, the concave portion 2 of the n-type GaN substrate 1 is set such that the inclination angle γ of the side surface portion 2b is larger than 90 degrees (for example, about 100 degrees). For this reason, the recessed part 2 is comprised so that opening width may become large gradually toward upper direction.

次に、図47に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、n型GaN基板1の結晶成長面1a上に、レジストパターンとしての開口部242aを有するレジスト層242を形成する。このとき、レジスト層242の開口部242aは、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する。なお、レジスト層242は、開口部242aの開口幅j2が約7μmとなるように形成する。   Next, as shown in FIG. 47, a resist layer 242 having an opening 242a as a resist pattern is formed on the crystal growth surface 1a of the n-type GaN substrate 1 by using a photolithography technique. At this time, the opening 242a of the resist layer 242 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. The resist layer 242 is formed so that the opening width j2 of the opening 242a is about 7 μm.

続いて、図48に示すように、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SiO2膜205a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SiO2膜205aの厚みが約80nmとなるようにSiO2膜205aを形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 48, a SiO 2 film 205a as a growth suppressing film is formed on the entire surface with a thickness of about 100 nm by a sputtering method using an ECR sputtering apparatus. At this time, by adjusting the sputtering conditions, a SiO 2 film 205a so that the thickness of the SiO 2 film 205a formed on the side surface portion 2b of the recess 2 is about 80 nm.

そして、図48に示すように、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242(図47参照)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の一部および底面部2aにSiO2膜からなる上記成長抑制膜205が形成される。 Then, as shown in FIG. 48, the resist layer 242 (see FIG. 47) is removed using a resist stripping solution or an organic solvent (for example, acetone, ethanol, etc.). Thus, the growth suppressing film 205 made of the SiO 2 film is formed on a part of the side surface portion 2b and the bottom surface portion 2a of the recess 2 by lift-off.

第2実施形態による窒化物半導体レーザ素子250の製造方法では、上記のように、凹部2の側面部2bを傾斜面にするとともに、凹部2を、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成することによって、凹部2の側面部2bに容易にレジスト層242を形成することできる。このため、凹部2の側面部2bに成長抑制膜205を容易に形成することができる。また、上記のように構成することによって、凹部2の側面部2bに成長抑制膜205を形成する際に、側面部2bに効率よく成長抑制膜205を形成することができる。これにより、側面部2bの成長抑制膜205の厚みが極端に薄くなり膜状に形成されなくなったり、側面部2bに成長抑制膜205が全く形成されなくなったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。   In the method of manufacturing the nitride semiconductor laser device 250 according to the second embodiment, as described above, the side surface portion 2b of the recess 2 is inclined and the opening width of the recess 2 is gradually increased upward. Thus, the resist layer 242 can be easily formed on the side surface 2b of the recess 2. For this reason, the growth suppressing film 205 can be easily formed on the side surface 2 b of the recess 2. Further, with the configuration as described above, when the growth suppression film 205 is formed on the side surface 2b of the recess 2, the growth suppression film 205 can be efficiently formed on the side surface 2b. As a result, the thickness of the growth suppressing film 205 on the side surface portion 2b becomes extremely thin so that it cannot be formed in a film shape, or the growth suppressing film 205 is not formed at all on the side surface portion 2b. Can do.

第2実施形態の製造方法のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。   Other effects of the manufacturing method of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

(第3実施形態)
図50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。次に、図50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。
(Third embodiment)
FIG. 50 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. Next, a nitride semiconductor wafer and a nitride semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

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、図50に示すように、凹部2の底面部2aの一部および凹部2の側面部2bの一部に、略L字状に成長抑制膜305が形成されている。この成長抑制膜305は、酸化物膜であるSiO2膜または窒化物膜であるAlN膜から構成されており、凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に形成されている。 In the nitride semiconductor wafer and the nitride semiconductor laser device according to the third embodiment, as shown in FIG. 50, a part of the bottom surface 2a of the recess 2 and a part of the side surface 2b of the recess 2 are substantially L-shaped. A growth suppression film 305 is formed on the substrate. The growth suppression film 305 is composed of an SiO 2 film that is an oxide film or an AlN film that is a nitride film, and is formed in a region (position) lower than the crystal growth surface 1 a inside the recess 2.

また、上記成長抑制膜305は、上記第1および第2実施形態と同様、凹部2内を埋め込まない厚みに形成されている。なお、成長抑制膜305のその他の構成は、上記第2実施形態と同様である。   The growth suppression film 305 is formed to a thickness that does not fill the recess 2 as in the first and second embodiments. The remaining configuration of the growth suppression film 305 is the same as that of the second embodiment.

また、第3実施形態の成長抑制膜305以外の構成は、上記第1および第2実施形態と同様である。   The configuration other than the growth suppression film 305 of the third embodiment is the same as that of the first and second embodiments.

また、成長抑制膜305を上記のように形成した場合でも、エッジグロース部を凹部2内で発生させることが可能である。このため、非掘り込み領域上に形成される半導体素子層(n型クラッド層)の層厚が変動するのを抑制することができる。   Even when the growth suppression film 305 is formed as described above, an edge growth portion can be generated in the recess 2. For this reason, it can suppress that the layer thickness of the semiconductor element layer (n-type cladding layer) formed on a non-digging region changes.

なお、第3実施形態の作用および効果は、上記第1および第2実施形態と同様である。   The operation and effect of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments.

また、第3実施形態の成長抑制膜305は、リフトオフにより成長抑制膜を形成する際に、レジスト層の開口パターンを変えることにより形成することができる。   The growth suppression film 305 of the third embodiment can be formed by changing the opening pattern of the resist layer when forming the growth suppression film by lift-off.

(第4実施形態)
図51は、本発明の第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を説明するための断面図である。次に、図51を参照して、本発明の第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について説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 51 is a cross-sectional view for explaining a nitride semiconductor wafer and a nitride semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention. Next, a nitride semiconductor wafer and a nitride semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

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、図51に示すように、凹部2の側面部2bの一部に成長抑制膜405が形成されている。この成長抑制膜405は、酸化物膜であるSiO2膜または窒化物膜であるAlN膜から構成されており、凹部2の内側における結晶成長面1aより低い領域(位置)に形成されている。 In the nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor laser device according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 51, a growth suppressing film 405 is formed on a part of the side surface portion 2b of the recess 2. The growth suppression film 405 is composed of an SiO 2 film that is an oxide film or an AlN film that is a nitride film, and is formed in a region (position) lower than the crystal growth surface 1 a inside the recess 2.

また、上記成長抑制膜405は、上記第1〜第3実施形態と同様、凹部2内を埋め込まない厚みに形成されている。なお、成長抑制膜405のその他の構成は、上記第2および第3実施形態と同様である。   The growth suppression film 405 is formed to a thickness that does not fill the recess 2 as in the first to third embodiments. The remaining configuration of the growth suppression film 405 is the same as that of the second and third embodiments.

また、第4実施形態の成長抑制膜405以外の構成は、上記第1〜第3実施形態と同様である。   The configuration other than the growth suppression film 405 of the fourth embodiment is the same as that of the first to third embodiments.

また、成長抑制膜405を上記のように形成した場合でも、エッジグロース部を凹部2内で発生させることが可能である。このため、非掘り込み領域上に形成される半導体素子層(n型クラッド層)の層厚が変動するのを抑制することができる。   Even when the growth suppression film 405 is formed as described above, an edge growth portion can be generated in the recess 2. For this reason, it can suppress that the layer thickness of the semiconductor element layer (n-type cladding layer) formed on a non-digging region changes.

なお、第4実施形態の作用および効果は、上記第1〜第3実施形態と同様である。   In addition, the effect | action and effect of 4th Embodiment are the same as that of the said 1st-3rd Embodiment.

また、第4実施形態の成長抑制膜405は、リフトオフにより成長抑制膜を形成する際に、レジスト層の開口パターンを変えることによって形成することができる。   The growth suppressing film 405 of the fourth embodiment can be formed by changing the opening pattern of the resist layer when forming the growth suppressing film by lift-off.

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4実施形態では、窒化物半導体発光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、発光ダイオード素子に本発明を適用してもよい。   For example, in the first to fourth embodiments, the example in which the present invention is applied to the nitride semiconductor laser element which is an example of the nitride semiconductor light emitting element is shown. However, the present invention is not limited to this, and the light emitting diode element is used. The present invention may be applied.

また、上記第1〜第4実施形態では、m面({1−100}面)を結晶成長面とする窒化物半導体基板を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、m面以外の無極性面または半極性面を結晶成長面とする基板を用いてもよい。結晶成長面の具体的な面方位としては、たとえば、a面{1−101}、r面{1−102}、m面{1−100}、{1−101}面および{11−22}面などを挙げることができる。また、基板の結晶成長面は、これらの結晶面方位から15度以内のオフ角度を有する面であってもよい。このような結晶成長面を有する基板であれば、本発明の効果は非常に高い。なお、極性面であるc面({0001}面)を結晶成長面とする基板を用いた場合でも、本発明の効果は得られる。   In the first to fourth embodiments, the example using the nitride semiconductor substrate having the m-plane ({1-100} plane) as the crystal growth plane is shown. However, the present invention is not limited to this, and m A substrate having a non-polar or semipolar plane other than the plane as a crystal growth plane may be used. As specific plane orientations of the crystal growth surface, for example, a-plane {1-101}, r-plane {1-102}, m-plane {1-100}, {1-101} plane, and {11-22} A surface etc. can be mentioned. Further, the crystal growth surface of the substrate may be a surface having an off angle within 15 degrees from these crystal plane orientations. If the substrate has such a crystal growth surface, the effect of the present invention is very high. Note that the effect of the present invention can be obtained even when a substrate having the crystal plane as the c-plane ({0001} plane) which is a polar plane is used.

また、上記第1〜第4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、このような基板をも含む概念である。   In the first to fourth embodiments, the example using the GaN substrate as the nitride semiconductor substrate has been described. However, the present invention is not limited to this, and a nitride semiconductor substrate other than the GaN substrate may be used. . 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.

また、上記第1〜第4実施形態では、AlNまたはSiO2からなる成長抑制膜を凹部内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およびSiO2以外の材料からなる成長抑制膜を凹部内に形成してもよい。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 first to fourth embodiments, the example in which the growth suppressing film made of AlN or SiO 2 is formed in the recess is shown. However, the present invention is not limited to this, and the crystal growth of the nitride semiconductor is suppressed. As long as the material can be used, a growth suppressing film made of a material other than AlN and SiO 2 may be formed in the recess. 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1〜第4実施形態において、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、エッジグロース部の厚みより凹部の深さが小さくなってしまう。このため、エッジグロース部が凹部内から突出してしまい、表面モフォロジーの改善効果や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-4th embodiment, the opening width of a recessed part 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 less than 0.1 μm, the depth of the recess is smaller than the thickness of the edge growth portion. For this reason, an edge growth part protrudes from the inside of a recessed part, and it becomes difficult to acquire the improvement effect of a surface morphology, the suppression effect of a crack, etc. On the other hand, when the depth of the recess is larger than 15 μm, it takes a long time to form the recess.

また、上記第1〜第4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52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53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。また、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。   Moreover, in the said 1st-4th embodiment, the cross-sectional shape of a recessed part can be changed suitably. For example, as shown in FIG. 52, 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. In addition, as shown in FIG. 53, 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4実施形態では、凹部(掘り込み領域)をストライプ状に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、凹部(掘り込み領域)をストライプ状以外の形状に形成してもよい。たとえば、図54〜図56に示すような格子状に凹部(掘り込み領域)を形成してもよい。むろん、図54〜図56に示した形状以外の形状に凹部(掘り込み領域)を形成することもできる。なお、図55において、互いに交差する凹部(掘り込み領域)の交差角度αを、たとえば、約60度とすることができる。また、図56において、互いに交差する凹部(掘り込み領域)の交差角度αおよびβを、それぞれ、約60度とすることができる。   Moreover, in the said 1st-4th embodiment, although the example which formed the recessed part (digging area | region) in stripe shape was shown, this invention is not limited to this, A recessed part (digging area | region) is shapes other than stripe shape. You may form in. For example, you may form a recessed part (digging area | region) in the grid | lattice form as shown in FIGS. Of course, it is also possible to form a recess (digging region) in a shape other than the shape shown in FIGS. In FIG. 55, the intersection angle α of the recesses (digging regions) that intersect each other can be set to, for example, about 60 degrees. In FIG. 56, the crossing angles α and β of the concave portions (digging regions) that cross each other can be set to about 60 degrees, respectively.

また、上記第1〜第4実施形態では、リッジ部(光導波路)に沿うように凹部(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、リッジ部(光導波路)と交差する方向に延びるように凹部(掘り込み領域)を形成してもよい。   In the first to fourth embodiments, the example in which the concave portion (digging region) is formed along the ridge portion (optical waveguide) is shown. However, the present invention is not limited to this, and the ridge portion (optical waveguide) is used. A recess (digging area) may be formed so as to extend in a direction that intersects with ().

また、上記第1〜第4実施形態では、複数の凹部を等間隔で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-4th 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4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 fourth 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.

なお、凹部内に形成される成長抑制膜は、凹部内における結晶成長面より低い位置に形成されていれば、上記第1〜第4実施形態で示した形状以外の形状で形成されていてもよい。   The growth suppressing film formed in the recess may be formed in a shape other than the shape shown in the first to fourth embodiments as long as it is formed at a position lower than the crystal growth surface in the recess. Good.

また、上記第1〜第4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。   Moreover, in the said 1st-4th embodiment, although the example which formed the growth suppression film | membrane by the sputtering method using an ECR sputtering apparatus was shown, this invention is not limited to this, A growth suppression film | membrane is formed by methods 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.

また、上記第1〜第4実施形態では、凹部の側面部の傾斜角を約100度とした例を示したが、本発明はこれに限らず、凹部の側面部の傾斜角を約100度より大きい角度とすることもできる。このように構成した場合、凹部の側面部に効率よく成長抑制膜を形成することができる。なお、第1実施形態では、凹部の側面部に成長抑制膜が形成されないため、この場合には、凹部の側面部の傾斜角を90度にすることもできる。   Moreover, in the said 1st-4th embodiment, although the example which made the inclination-angle of the side part of a recessed part about 100 degree was shown, this invention is not limited to this, The inclination-angle of the side part of a recessed part is about 100 degree | times. Larger angles can also be used. When comprised in this way, a growth suppression film | membrane can be efficiently formed in the side part of a recessed part. In the first embodiment, since the growth suppressing film is not formed on the side surface of the recess, in this case, the inclination angle of the side surface of the recess can be 90 degrees.

なお、上記第1〜第4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、窒化物半導体レーザ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 fourth embodiments, the thickness, composition, and the like of the nitride semiconductor layers grown on the substrate may be appropriately combined with or changed to those suitable for 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 laser element are obtained.

また、上記第1〜第4実施形態において、凹部(掘り込み領域)の形成は、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 fourth embodiments, the recess (digging region) is formed after a nitride semiconductor layer such as GaN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, or InAlN is once grown on the substrate. Also good. 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4実施形態において、窒化物半導体レーザ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 fourth embodiments, the etching method used in the manufacturing process of the nitride semiconductor laser element may be vapor phase etching or liquid phase etching.

また、上記第1〜第4実施形態では、窒化物半導体レーザ素子に1つの凹部(掘り込み領域)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、窒化物半導体レーザ素子に凹部(掘り込み領域)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。また、窒化物半導体レーザ素子に複数の凹部(掘り込み領域)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(掘り込み領域)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。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レーザ素子を歩留まりよく得ることができる。   In the first to fourth embodiments, the nitride semiconductor wafer is divided so that the nitride semiconductor laser element includes one recess (digging region). However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the nitride semiconductor wafer may be divided so that the nitride semiconductor laser element does not include a recess (digging region). Further, the nitride semiconductor wafer may be divided so that the nitride semiconductor laser element includes a plurality of recesses (digging regions), or the nitride semiconductor laser element includes a part of the recesses (digging regions). Thus, the nitride semiconductor wafer may be divided. Even in such a configuration, a nitride semiconductor laser device having excellent device characteristics can be obtained with a high yield.

また、上記第1〜第4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し、MQW(Multiple Quantum Well)構造に構成してもよい。また、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。   In the first to fourth embodiments, the example in which the quantum well structure of the active layer is configured as the DQW structure has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the active layer is provided in the quantum well structure other than the 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 or an MQW (Multiple Quantum Well) structure. The composition, thickness, etc. of the active layer (well layer, barrier layer) can be changed as appropriate.

また、上記第1〜第4実施形態では、n型半導体層の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。   Moreover, in the said 1st-4th embodiment, although the example which used Si as an n-type impurity of an n-type semiconductor layer was shown, this invention is not restricted to this, In addition to Si, for example, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg, or Be may be used. As the n-type impurity, Si, O and Cl are particularly preferable.

なお、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 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 as the epitaxial growth method.

1 n型GaN基板(窒化物半導体基板)
1a 結晶成長面
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、205、305、405 成長抑制膜
10 半導体素子層
11 n型クラッド層(窒化物半導体層)
12 n型ガイド層
13 活性層
14 蒸発防止層
15 p型ガイド層
16 p型クラッド層
17 p型コンタクト層
18 リッジ部
19 光導波路
20 絶縁層
21 p側電極
22 n側電極
25 窪み
26 エッジグロース部
30 共振器面
30a 光出射面
30b 光反射面
100、200 窒化物半導体ウェハ
150、250 窒化物半導体レーザ素子
1 n-type GaN substrate (nitride semiconductor substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Crystal growth surface 2 Recessed part 2a Bottom surface part 2b Side surface part 3 Excavation area | region 4 Non-digging area | region 5,205,305,405 Growth suppression film | membrane 10 Semiconductor element layer 11 N-type clad layer (nitride semiconductor layer)
12 n-type guide layer 13 active layer 14 evaporation prevention layer 15 p-type guide layer 16 p-type cladding layer 17 p-type contact layer 18 ridge portion 19 optical waveguide 20 insulating layer 21 p-side electrode 22 n-side electrode 25 recess 26 edge growth portion 30 Cavity surface 30a Light exit surface 30b Light reflection surface 100, 200 Nitride semiconductor wafer 150, 250 Nitride semiconductor laser device

Claims (32)

結晶成長面を有し、前記結晶成長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む窒化物半導体基板と、
前記掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、
記結晶成長面上に成長された窒化物半導体層と
を備え、
前記結晶成長面は無極性面または半極性面であり、
前記掘り込み領域は、凹部を含み、
前記成長抑制膜は、前記凹部内における前記結晶成長面より低い位置にのみ形成され
前記窒化物半導体層はAl及びGaを含む窒化物半導体から成る層を含み、
前記窒化物半導体層が成長して前記凹部内にも形成され、前記凹部上の前記窒化物半導体層の表面に窪みが形成され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 a crystal growth surface, including a digging region dug in the thickness direction from the crystal growth surface, and a non-digging region that is a non-digging region;
A growth suppression film formed in the digging region and suppressing crystal growth of the nitride semiconductor;
Before a Kiyui nitride grown on the crystal growth surface semiconductor layer,
The crystal growth surface is a nonpolar surface or a semipolar surface,
The digging region includes a recess;
The growth suppression film is formed only at a position lower than the crystal growth surface in the recess ,
The nitride semiconductor layer includes a layer made of a nitride semiconductor containing Al and Ga,
A nitride semiconductor wafer, wherein the nitride semiconductor layer is grown and formed also in the recess, and a recess is formed on a surface of the nitride semiconductor layer on the recess .
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、少なくとも、前記側面部および前記底面部の一方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ウェハ。
The concave portion has a side surface portion and a bottom surface portion,
The nitride semiconductor wafer according to claim 1, wherein the growth suppression film is formed on at least one of the side surface portion and the bottom surface portion.
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記底面部の一部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ウェハ。
The concave portion has a side surface portion and a bottom surface portion,
2. The nitride semiconductor wafer according to claim 1, wherein the growth suppressing film is formed on a part of the bottom surface portion of the concave portion.
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記側面部および前記底面部の両方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ウェハ。
The concave portion has a side surface portion and a bottom surface portion,
2. The nitride semiconductor wafer according to claim 1, wherein the growth suppressing film is formed on both the side surface portion and the bottom surface portion of the concave portion.
前記成長抑制膜は、前記側面部に形成された部分の厚みが、前記底面部に形成された部分の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項4に記載の窒化物半導体ウェハ。   5. The nitride semiconductor wafer according to claim 4, wherein the growth suppression film has a thickness of a portion formed on the side surface portion smaller than a thickness of a portion formed on the bottom surface portion. 前記凹部は、所定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1〜5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 claim 1, wherein the recess is formed to extend in a predetermined direction. 前記凹部は、ストライプ状に複数形成されていることを特徴とする、請求項1〜6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 claim 1, wherein a plurality of the recesses are formed in a stripe shape. 前記窒化物半導体層に光導波路が形成されていることを特徴とする、請求項1〜7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 claim 1, wherein an optical waveguide is formed in the nitride semiconductor layer. 前記光導波路は、前記凹部に沿うように形成されていることを特徴とする、請求項8に記載の窒化物半導体ウェハ。   The nitride semiconductor wafer according to claim 8, wherein the optical waveguide is formed along the concave portion. 請求項1〜9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、窒化物半導体発光素子。   A nitride semiconductor light-emitting element formed using the nitride semiconductor wafer according to claim 1. 結晶成長面を有し、前記結晶成長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む窒化物半導体基板と、
前記掘り込み領域に形成され、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜と、
記結晶成長面上に成長された窒化物半導体層と
を備え、
前記結晶成長面は無極性面または半極性面であり、
前記掘り込み領域は、凹部を含み、
前記成長抑制膜は、前記凹部内における前記結晶成長面より低い位置にのみ形成され
前記窒化物半導体層はAl及びGaを含む窒化物半導体から成る層を含み、
前記窒化物半導体層が成長して前記凹部内にも形成され、前記凹部上の前記窒化物半導体層の表面に窪みが形成されていることを特徴とする、窒化物半導体発光素子。
A nitride semiconductor substrate having a crystal growth surface, including a digging region dug in the thickness direction from the crystal growth surface, and a non-digging region that is a non-digging region;
A growth suppression film formed in the digging region and suppressing crystal growth of the nitride semiconductor;
Before a Kiyui nitride grown on the crystal growth surface semiconductor layer,
The crystal growth surface is a nonpolar surface or a semipolar surface,
The digging region includes a recess;
The growth suppression film is formed only at a position lower than the crystal growth surface in the recess ,
The nitride semiconductor layer includes a layer made of a nitride semiconductor containing Al and Ga,
The nitride semiconductor light emitting device, wherein the nitride semiconductor layer is grown and formed also in the recess, and a recess is formed on a surface of the nitride semiconductor layer on the recess .
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、少なくとも、前記側面部および前記底面部の一方に形成されていることを特徴とする、請求項11に記載の窒化物半導体発光素子。
The concave portion has a side surface portion and a bottom surface portion,
The nitride semiconductor light emitting element according to claim 11, wherein the growth suppression film is formed on at least one of the side surface portion and the bottom surface portion.
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記底面部の一部に形成されていることを特徴とする、請求項11に記載の窒化物半導体発光素子。
The concave portion has a side surface portion and a bottom surface portion,
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the growth suppressing film is formed on a part of the bottom surface portion of the recess.
前記凹部は、側面部と底面部とを有し、
前記成長抑制膜は、前記凹部における前記側面部および前記底面部の両方に形成されていることを特徴とする、請求項11に記載の窒化物半導体発光素子。
The concave portion has a side surface portion and a bottom surface portion,
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the growth suppressing film is formed on both the side surface portion and the bottom surface portion of the recess.
前記成長抑制膜は、前記側面部に形成された部分の厚みが、前記底面部に形成された部分の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項14に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to claim 14, wherein the growth suppressing film has a thickness of a portion formed on the side surface portion smaller than a thickness of a portion formed on the bottom surface portion. 前記凹部の前記側面部は、傾斜面からなり、
前記凹部は、上方に向かって開口幅が徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする、請求項12〜15のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
The side portion of the recess is an inclined surface,
The nitride semiconductor light emitting element according to any one of claims 12 to 15, wherein the recess is formed so that an opening width gradually increases upward.
前記成長抑制膜は、前記凹部の内部を埋め込まない厚みを有することを特徴とする、請求項11〜16のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。   17. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the growth suppression film has a thickness that does not fill the inside of the recess. 前記成長抑制膜の厚みは、前記凹部の深さの半分以下であることを特徴とする、請求項11〜17のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。   18. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein a thickness of the growth suppressing film is not more than half of a depth of the recess. 前記窒化物半導体基板の前記結晶成長面は、m面であることを特徴とする、請求項11〜1のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 Wherein said crystal growth surface of the nitride semiconductor substrate is characterized in that it is an m-plane, the nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 1 8. 前記成長抑制膜は、酸窒化物膜または窒化物膜からなることを特徴とする、請求項11〜19のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 The growth inhibiting film is characterized by comprising the oxynitride film or a nitride film, the nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 19. 前記成長抑制膜は、酸化物膜からなることを特徴とする、請求項11〜2のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 The growth inhibiting film is characterized by comprising an oxide film, a nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 2 0. 前記成長抑制膜は、酸化シリコン膜からなることを特徴とする、請求項2に記載の窒化物半導体発光素子。 The growth inhibiting film is characterized by comprising a silicon oxide film, a nitride semiconductor light emitting device according to claim 2 1. 前記窒化物半導体層は、AlGaN層を含むことを特徴とする、請求項11〜2のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 The nitride semiconductor layer is characterized in that it comprises an AlGaN layer, the nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 2 2. 前記凹部は、所定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11〜2のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 The recess, characterized in that it is formed so as to extend in a predetermined direction, the nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 2 3. 前記凹部の開口幅は、前記凹部の深さより大きいことを特徴とする、請求項11〜2のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 The opening width of the recess may be greater than the depth of the recess, the nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 2 4. 前記窒化物半導体層に光導波路が形成されていることを特徴とする、請求項11〜2のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 Wherein the optical waveguide in said nitride semiconductor layer is formed, the nitride semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 2 5. 無極性面または半極性面である結晶成長面を有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、
前記掘り込み領域に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、
記結晶成長面上にAl及びGaを含む窒化物半導体から成る層を含む窒化物半導体層を形成する工程と
を備え、
前記掘り込み領域を形成する工程は、前記結晶成長面を厚み方向にエッチングすることにより、前記窒化物半導体基板に凹部を形成する工程を含み、
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部内における前記結晶成長面より低い位置にのみ前記成長抑制膜を配設する工程を含み、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、前記窒化物半導体層を成長させて前記凹部内にも形成し、前記凹部上の前記窒化物半導体層の表面に窪みを形成する工程を含むことを特徴とする、窒化物半導体発光素子の製造方法。
Preparing a nitride semiconductor substrate having a crystal growth surface which is a nonpolar surface or a semipolar surface ;
Forming a recessed region dug into the nitride semiconductor substrate; and
Forming a growth suppressing film for suppressing crystal growth of a nitride semiconductor in the digging region;
And forming a nitride semiconductor layer including a layer made of nitride semiconductor containing Al and Ga before Kiyui crystal growth plane,
The step of forming the digging region includes a step of forming a recess in the nitride semiconductor substrate by etching the crystal growth surface in the thickness direction,
The step of forming the growth suppression film includes the step of disposing the growth suppression film only at a position lower than the crystal growth surface in the recess,
The step of forming the nitride semiconductor layer includes a step of growing the nitride semiconductor layer and forming it in the recess, and forming a recess in the surface of the nitride semiconductor layer on the recess. A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device.
前記凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように前記凹部を形成する工程を有し、
前記成長抑制膜を形成する工程は、少なくとも、前記側面部および前記底面部の一方に前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項2に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
The step of forming the concave portion includes the step of forming the concave portion so as to have a side surface portion and a bottom surface portion,
The step of forming the growth inhibiting film is at least characterized by having a step of forming the growth inhibiting film on one of the side surface portion and the bottom portion, the nitride semiconductor light emitting device according to claim 2 7 Manufacturing method.
前記凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように前記凹部を形成する工程を有し、
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部における前記底面部の一部に前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項2に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
The step of forming the concave portion includes the step of forming the concave portion so as to have a side surface portion and a bottom surface portion,
The step of forming the growth inhibiting film is characterized by having a step of forming the growth inhibiting film on a part of the bottom portion of the recess, the manufacture of the nitride semiconductor light emitting device according to claim 2 7 Method.
前記凹部を形成する工程は、側面部と底面部とを有するように前記凹部を形成する工程を有し、
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部における前記側面部および前記底面部の両方に前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項2に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
The step of forming the concave portion includes the step of forming the concave portion so as to have a side surface portion and a bottom surface portion,
The step of forming the growth inhibiting film is characterized by having a step of forming the growth inhibiting film on both the side portion and the bottom portion in the recess, the nitride semiconductor light emitting according to claim 2 7 Device manufacturing method.
前記成長抑制膜を形成する工程は、前記凹部の内部を埋め込まない厚みに前記成長抑制膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項2〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 The step of forming the growth inhibiting film is characterized by having a step of forming the growth suppression film thickness not to fill the inside of the recess, according to any one of claims 2 7-3 0 A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device. 前記凹部を形成する工程は、前記凹部の開口幅を、前記凹部の深さより大きく形成する工程を有することを特徴とする、請求項2〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 The step of forming the recess, the opening width of the recess, and having a step of forming larger than the depth of the recess, the nitride semiconductor according to any one of claims 2 7-3 1 Manufacturing method of light emitting element.
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