JP4927121B2 - 窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法に関する。

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、紫外から赤色までの広い発光波長範囲をカバーできる発光ダイオード素子などの半導体発光素子を構成する材料として注目されており、プロジェクターやフルカラーディスプレー、さらには環境・医療分野など、広く応用が考えられている。

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

窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、一般的に、基板として、六方晶系のＧａＮ基板（窒化物半導体基板）が用いられており、そのｃ面（（０００１）面）が成長主面とされている。そして、このｃ面上に活性層を含む窒化物半導体層が積層されることによって窒化物半導体発光素子が形成されている。また、窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体発光素子を形成する場合には、一般的に、Ｉｎを含む活性層が用いられ、そのＩｎ組成比を増加させることにより、発光波長の長波長化が図られる。

しかしながら、ＧａＮ基板のｃ面は、ｃ軸方向に極性を有する極性面であるため、ｃ面上に活性層を含む窒化物半導体層を積層した場合、活性層内に自発分極が生じるという不都合がある。また、ｃ面上に活性層を含む窒化物半導体層を積層した場合、Ｉｎ組成比の増加に伴い、活性層の格子歪みが増大し、活性層に、ピエゾ分極による強い内部電場が誘起されるという不都合もある。そして、この内部電場により、電子と正孔との波動関数の重なりが減少し、再結合して発光する割合が低下する。このため、緑色領域の発光を実現するために、Ｉｎ組成比を増加させた場合には、発光波長の長波長化に伴い、発光効率が著しく低下するという問題が生じていた。

そこで、近年では、自発分極およびピエゾ分極の影響を回避するために、一般的なｃ面ではなく、無極性面であるｍ面（｛１−１００｝面）上に窒化物半導体層を積層した窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）が提案されている。このような窒化物半導体発光素子は、たとえば、特許文献１に開示されている。

上記特許文献１に開示された窒化物半導体発光素子（発光ダイオード素子）は、無極性面であるｍ面を成長主面とするＧａＮ基板を備えており、その成長主面（ｍ面）上に活性層を含む窒化物半導体各層が積層されている。このｍ面は、ｃ面と直交する結晶面であるため、ｍ面上に、活性層を含む窒化物半導体各層を積層することによって、分極軸となるｃ軸が活性層の面内に含まれる。このため、自発分極やピエゾ分極の影響が回避され、発光効率の低下が抑制される。なお、特許文献１の窒化物半導体発光素子（発光ダイオード素子）では、表面モフォロジーの悪化を抑制するという観点から、ＧａＮ基板のｍ面は、そのオフ角度（方位誤差）が±１度以内となるように調整されている。

特開２００８−９１４８８号公報

上述のように、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、自発分極やピエゾ分極に起因する発光効率の低下が抑制された窒化物半導体発光素子が得られる。

しかしながら、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子について、その発光効率（電流注入による発光：ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ））を測定したところ、活性層のＩｎ組成比の増加に伴い、発光効率が急激に低下してしまう現象が確認された。そこで、本願発明者らが、その原因を解明すべく、鋭意研究を重ねた結果、発光効率の低下の原因が、ＥＬ発光パターン（電流注入によって発光させたときの面内光分布）の輝点状化にあることを突き止めた。すなわち、活性層のＩｎ組成比の増加に伴い、窒化物半導体発光素子のＥＬ発光パターンが、輝点状発光することを見出した。

具体的には、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子（発光ダイオード素子）を作製し、電流注入を行うことによって窒化物半導体発光素子を発光させたところ、図４７に示すような、輝点状のＥＬ発光パターンが観察された。このような現象は、従来、どのような場合に起こるのか全く知られていない。そこで、原因を詳細に調べたところ、活性層のＩｎ組成比が高くなるにしたがい、ＥＬ発光パターンが輝点状に変化していくことが分かった。また、この輝点状のＥＬ発光パターンは、活性層のＩｎ組成比が増加すればするほど顕著になり、特に、緑色領域の近傍（活性層（井戸層）のＩｎ組成比が０．１５以上）から輝点状のＥＬ発光パターンが顕著に現れる傾向が認められた。そして、さらにＩｎ組成比を増加させると、発光する輝点の数（発光面積）が減少していく。このように、輝点状のＥＬ発光パターンとＩｎ組成比との間に強い相関性が認められ、ＥＬ発光パターンが輝点状化する現象が、活性層のＩｎ組成比を増加させたときに発光効率が低下する原因であることを見出した。なお、窒化物半導体基板には、オフ角度が０度のジャスト基板（オフ角度が設けられていない基板）を用いている。

また、上記した輝点状のＥＬ発光パターンは、無極性面、特にｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子で顕著に現れる現象である。

このように、ｍ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光素子では、ｃ面を用いた窒化物半導体発光素子とは異なり、自発分極やピエゾ分極に起因する発光効率の低下は抑制されるものの、ＥＬ発光パターンの輝点状化に起因して、発光効率が低下するという問題があることを見出した。このようなＥＬ発光パターンの輝点状化は、ｍ面を用いた窒化物半導体発光素子において、発光波長の長波長化を図る際の妨げとなるため、非常に問題となる。特に、半導体レーザ素子においては、発光効率の低下はゲインの低下を引き起こすため、問題が大きい。

一方、窒化物半導体レーザ素子などの窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）では、窒化物半導体基板のｍ面上に窒化物半導体層を成長させる際に、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などに起因して窒化物半導体層に歪みが生じ、この歪みによって、窒化物半導体層にクラックが発生する場合がある。窒化物半導体層にクラックが発生した場合には、１枚のウェハから得られる良品の数が減少するため、歩留まりが低下するという問題が生じる。また、クラックが発生することにより、信頼性や、発光寿命などの素子特性も低下する。このため、クラックの発生を抑制することは、素子の生産上、非常に重要である。

特に、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子（たとえば、緑色半導体レーザ）などを作製しようとした場合には、有効に光閉じ込めを行うために、基板との格子定数差が大きい半導体層が基板上に形成される場合がある。この場合には、クラックが非常に発生し易くなるので、素子特性および歩留まりを向上させることが非常に困難になるという問題点がある。

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、ＥＬ発光パターンを改善することにより、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。

この発明のもう１つの目的は、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。

この発明のさらにもう１つの目的は、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子およびその製造方法を提供することである。

本願発明者らが、上記の問題に着目して種々の実験を行うとともに、鋭意検討した結果、ｍ面に対してオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することが可能であることを見出した。

すなわち、この発明の第１の局面による窒化物半導体ウェハは、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成された窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含んでいる。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。

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、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、ＥＬ発光パターンを改善することができる。これにより、窒化物半導体ウェハを分割することによって得られる窒化物半導体素子の発光効率を向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体素子を得ることができる。なお、上記のような輝点状発光の抑制効果が得られる理由として、一つには、窒化物半導体基板の成長主面がｍ面に対してａ軸方向のオフ角度を持つことで、成長主面上に窒化物半導体層を成長させる際に、原子のマイグレーションの方向が変化するためであると考えられる。

また、第１の局面では、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、ＥＬ発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、輝点状発光を抑制することによって、均一発光のＥＬ発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子を形成した際に、ゲインを高めることができる。また、上記のように構成することによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができるので、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性を向上させることができる。すなわち、上記のように構成された窒化物半導体ウェハを用いることによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。

また、第１の局面では、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とすることによって、この成長主面上に形成される窒化物半導体層の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層を得ることができる。このため、窒化物半導体層の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。

さらに、第１の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みを形成することができるので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層（非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層）の歪みを、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。

ここで、ｍ面などの無極性面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合、ｃ面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いた場合に比べて、掘り込み領域内が窒化物半導体層で埋まり易くなるという不都合が生じる。しかしながら、本願発明者らが種々検討した結果、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることにより、掘り込み領域内を窒化物半導体層で埋まりにくくすることが可能であることを見出した。このため、このような窒化物半導体基板を用いることにより、容易に、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができるので、容易に、クラックの発生を抑制することができる。

このように、第１の局面による窒化物半導体ウェハでは、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増加させることができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。

また、第１の局面による窒化物半導体ウェハでは、上記のように構成することによって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができるので、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックを発生させることなく形成することができる。このため、たとえば、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子（たとえば、緑色半導体レーザ）などを作製する場合でも、クラックの発生を抑制することができる。これにより、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子などを、素子特性を向上させながら、高い歩留まりで作製することができる。

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、窒化物半導体層の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、素子特性のバラツキを低減することができる。このため、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができるので、これによっても、歩留まりを向上させることができる。また、表面モフォロジーを向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることもできる。

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、窒化物半導体層は、非掘り込み領域上に形成されるとともに掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含む。このように構成すれば、窒化物半導体層で生じた歪みを、層厚傾斜領域でも緩和することができるので、より高いクラック抑制効果を得ることができる。このため、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックを発生させることなく容易に形成することができる。たとえば、窒化物半導体基板にＧａＮ基板を用いた場合では、より高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層を、これまでより厚く形成することができる。これにより、これまで作製の難しかった、高Ａｌ組成の窒化物半導体膜を必要とする素子（たとえば、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子など）の作製が可能となる。また、上記した層厚傾斜領域は、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度を制御することにより、掘り込み領域の近傍（掘り込み領域の隣）に形成することができる。なお、上記のような高いクラック抑制効果が得られる理由としては、層厚傾斜領域は、そもそも層厚が薄いため、層厚傾斜領域自体、内包する歪みが少ないこと、および、層厚が徐々に（傾斜的に）変化しているために歪みが段階的に緩和されることにより、より高い歪み緩和効果が得られるためであると考えられる。

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、掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、窒化物半導体層における掘り込み領域の近傍部分（掘り込み領域の隣）に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域を容易に形成することができる。なお、上記掘り込み領域は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように形成されていてもよい。このように構成した場合でも、上記層厚傾斜領域を容易に形成することができるので、容易に、窒化物半導体層におけるクラックの発生を抑制することができる。

この発明の第２の局面による窒化物半導体素子は、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、ＥＬ発光パターンが改善された発光効率の高い窒化物半導体素子を、高い歩留まりで得ることができる。なお、第２の局面による窒化物半導体素子では、窒化物半導体基板に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掘り込み領域が含まれていない場合、または、掘り込み領域の一部が含まれている場合でも、ＥＬ発光パターンが改善された発光効率の高い窒化物半導体素子を、高い歩留まりで得ることができる。

この発明の第３の局面による窒化物半導体素子は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の成長主面上に形成された窒化物半導体層とを備えている。そして、窒化物半導体基板は、成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含んでいる。

この第３の局面による窒化物半導体素子では、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、窒化物半導体素子のＥＬ発光パターンを改善することができる。これにより、窒化物半導体素子の発光効率を向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体素子を得ることができる。

また、第３の局面では、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、ＥＬ発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、輝点状発光を抑制することによって、均一発光のＥＬ発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子を形成した際に、ゲインを高めることができる。また、上記のように構成することによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができるので、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性を向上させることができる。すなわち、上記のように構成することによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることができる。

また、第３の局面では、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とすることによって、この成長主面上に形成される窒化物半導体層の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層を得ることができる。このため、窒化物半導体層の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。

さらに、第３の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みを形成することができるので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層（非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層）の歪みを、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。

なお、第３の局面では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、掘り込み領域内を窒化物半導体層で埋まりにくくすることができるので、容易に、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができる。これにより、容易に、クラックの発生を抑制することができる。

このように、第３の局面による窒化物半導体素子では、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体素子を容易に得ることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。

また、第３の局面による窒化物半導体素子では、上記のように構成することによって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができるので、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックを発生させることなく形成することができる。

なお、第３の局面では、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、これによっても、素子特性および信頼性を向上させることができる。

上記第３の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は、非掘り込み領域上に形成されるとともに掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含んでいる。このように構成すれば、窒化物半導体層で生じた歪みを、層厚傾斜領域でも緩和することができるので、より高いクラック抑制効果を得ることができる。このため、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックを発生させることなく容易に形成することができる。たとえば、窒化物半導体基板にＧａＮ基板を用いた場合では、より高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層を、これまでより厚く形成することができる。これにより、これまで作製の難しかった、高Ａｌ組成の窒化物半導体膜を必要とする素子（たとえば、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子など）を容易に得ることができる。なお、上記した層厚傾斜領域は、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度を制御することにより、掘り込み領域の近傍（掘り込み領域の隣）に形成することができる。

上記第３の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、掘り込み領域は、平面的に見て、ｃ軸方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、窒化物半導体層における掘り込み領域の近傍部分（掘り込み領域の隣）に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域を容易に形成することができる。なお、上記掘り込み領域は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように形成されていてもよい。このように構成した場合でも、上記層厚傾斜領域を容易に形成することができるので、容易に、窒化物半導体層におけるクラックの発生を抑制することができる。

上記第３の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きい。このように構成すれば、ＥＬ発光パターンの輝点状化を容易に抑制することができる。また、ａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．１度より大きくすることによって、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．１度以下となることに起因して、表面モフォロジーが悪化するという不都合が生じるのを抑制することもできる。したがって、このように構成すれば、良好な表面モフォロジーを得ながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化を容易に抑制することができる。

この場合において、より好ましくは、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．５度以上である。このように構成すれば、良好な表面モフォロジーを得ながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化をより容易に抑制することができる。また、ａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．５度以上とすることにより、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．５度より小さくなることに起因して、層厚傾斜領域が大きくなりすぎるという不都合が生じるのを抑制することができるとともに、層厚傾斜領域によるクラック抑制効果（歪み緩和効果）が低減するという不都合が生じるのを効果的に抑制することができる。

上記第３の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体基板は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、ａ軸方向のオフ角度が、ｃ軸方向のオフ角度より大きくなるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、ＥＬ発光パターンの輝点状化をより効果的に抑制することができる。

上記第３の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体層は、Ｉｎを含む活性層を有し、活性層のＩｎ組成比が、０．１５以上０．４５以下であるのが好ましい。第３の局面による窒化物半導体素子では、このように、輝点状のＥＬ発光パターンが顕著に現れる条件である活性層のＩｎ組成比が０．１５以上の場合でも、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができるので、輝点状発光の抑制効果を顕著に得ることができる。また、活性層のＩｎ組成比を０．４５以下にすることによって、活性層のＩｎ組成比が０．４５より大きくなることに起因して、格子不整合などの歪みにより活性層に転位が多数入るという不都合が生じるのを抑制することもできる。

上記第３の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は、Ａｌを含むｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層のＡｌ組成比が、０．０８以上０．３５以下である。ここで、本発明の「Ａｌを含むｐ型半導体層」とは、活性層に注入されたキャリア（電子）がｐ型半導体層へ流入するのを防ぐための層である。このように構成すれば、キャリア（電子）に対して十分に高いエネルギー障壁を形成することができるので、ｐ型半導体層を、キャリアをブロックする層として十分に機能させることができる。このため、活性層に注入されたキャリアがｐ型半導体層へ流入するのをより効果的に防ぐことができるので、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。これにより、窒化物半導体素子の発光効率をより向上させることができる。また、ｐ型半導体層のＡｌ組成比を０．３５以下とすることによって、Ａｌ組成比が大きくなり過ぎることに起因するｐ型半導体層の高抵抗化を抑制することができる。なお、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、活性層のＩｎ組成比が０．１５以上０．４５以下の場合でも、その活性層上に、Ａｌ組成比が０．０８以上０．３５以下であるｐ型半導体層を結晶性よく形成することができる。これにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制して、ＥＬ発光パターンを均一化することができる。

上記第３の局面による窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は、光導波領域を含み、光導波領域は、非掘り込み領域上に位置している。このように構成すれば、クラックの発生が抑制された、発光効率およびゲインの高い窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。

この場合において、光導波領域は、平面的に見て、ｃ軸方向に延びるように形成されているのが好ましい。

上記第３の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体層は、発光領域を含み、発光領域は、非掘り込み領域上に位置するように構成されているのが好ましい。

上記第３の局面による窒化物半導体素子において、窒化物半導体基板は、ＧａＮから構成されているのが好ましい。

この発明の第４の局面による窒化物半導体素子の製造方法は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の成長主面の所定領域を厚み方向に掘り込むことによって、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、窒化物半導体基板の成長主面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備えている。

この第４の局面による窒化物半導体素子の製造方法では、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、窒化物半導体基板の成長主面とすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、ＥＬ発光パターンを改善することができる。これにより、窒化物半導体素子の発光効率を向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体素子を製造することができる。

また、第４の局面では、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、ＥＬ発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、輝点状発光を抑制することによって、均一発光のＥＬ発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子を形成した際に、ゲインを高めることができる。また、上記のように構成することによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができるので、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性を向上させることができる。すなわち、上記のように構成することによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子を製造することができる。

また、第４の局面では、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とすることによって、この成長主面上に形成される窒化物半導体層の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層を得ることができる。このため、窒化物半導体層の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。

さらに、第４の局面では、窒化物半導体基板に掘り込み領域を形成することによって、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みを形成することができるので、窒化物半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層に歪みが生じた場合でも、窒化物半導体層（非掘り込み領域上に形成される窒化物半導体層）の歪みを、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。

なお、第４の局面では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を用いることによって、掘り込み領域内を窒化物半導体層で埋まりにくくすることができるので、容易に、掘り込み領域上の窒化物半導体層表面に窪みが形成された状態にすることができる。これにより、容易に、クラックの発生を抑制することができる。

このように、第４の局面による窒化物半導体素子の製造方法では、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増加させることができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。

また、第４の局面による窒化物半導体素子の製造方法では、上記のように構成することによって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができるので、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックを発生させることなく形成することができる。このため、たとえば、紫外領域で発光する半導体発光素子や緑色領域で発光する半導体発光素子（たとえば、緑色半導体レーザ）などを作製する場合でも、クラックの発生を抑制することができる。これにより、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子などを、素子特性を向上させながら、高い歩留まりで作製することができる。

なお、第４の局面では、上記のように構成することによって、窒化物半導体層の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、素子特性のバラツキを低減することができる。このため、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができるので、これによっても、歩留まりを向上させることができる。また、表面モフォロジーを向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることもできる。

上記第４の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、掘り込み領域を形成する工程は、成長主面における掘り込み領域とは異なる領域に、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域を形成する工程を含み、窒化物半導体層を形成する工程は、非掘り込み領域上の領域に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を形成する工程を含む。このように構成すれば、窒化物半導体層で生じた歪みを、層厚傾斜領域でも緩和することができるので、より高いクラック抑制効果を得ることができる。このため、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックを発生させることなく容易に形成することができる。たとえば、窒化物半導体基板にＧａＮ基板を用いた場合では、より高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層を、これまでより厚く形成することができる。これにより、これまで作製の難しかった、高Ａｌ組成の窒化物半導体膜を必要とする素子（たとえば、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子など）の作製が可能となる。また、上記した層厚傾斜領域は、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度を制御することにより、掘り込み領域の近傍（掘り込み領域の隣）に形成することができる。

上記第４の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、掘り込み領域を形成する工程は、掘り込み領域を、平面的に見て、ｃ軸方向に延びるように形成する工程を含んでいる。このように構成すれば、窒化物半導体層における掘り込み領域の近傍部分（掘り込み領域の隣）に、掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域を容易に形成することができる。なお、上記掘り込み領域は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように形成されていてもよい。このように構成した場合でも、上記層厚傾斜領域を容易に形成することができるので、容易に、窒化物半導体層におけるクラックの発生を抑制することができる。

上記第４の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きい。このように構成すれば、ＥＬ発光パターンの輝点状化を容易に抑制することができる。また、ａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．１度より大きくすることによって、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．１度以下となることに起因して、表面モフォロジーが悪化するという不都合が生じるのを抑制することもできる。したがって、このように構成すれば、良好な表面モフォロジーを得ながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化を容易に抑制することができる。

この場合において、より好ましくは、窒化物半導体基板におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．５度以上である。このように構成すれば、良好な表面モフォロジーを得ながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化をより容易に抑制することができる。また、ａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．５度以上とすることにより、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．５度より小さくなることに起因して、層厚傾斜領域が大きくなりすぎるという不都合が生じるのを抑制することができるとともに、層厚傾斜領域によるクラック抑制効果を効果的に得ることができる。

上記第４の局面による窒化物半導体素子の製造方法において、窒化物半導体基板は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有していてもよい。この場合、ａ軸方向のオフ角度が、ｃ軸方向のオフ角度より大きくなるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、ＥＬ発光パターンの輝点状化をより効果的に抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、ＥＬ発光パターンを改善することにより、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。

また、本発明によれば、素子特性および歩留まりを向上させることが可能な窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。

さらに、本発明によれば、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体素子およびその製造方法を容易に得ることができる。

本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの一部を模式的に示した断面図である。 窒化物半導体の結晶構造を説明するための模式図（ユニットセルを表した図）である。 基板のオフ角度を説明するための模式図である。 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。 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。 本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの半導体層の構造を説明するための断面図である。 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。 本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの構造を説明するための平面図である。 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。 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。 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１０のａ−ａ線に沿った断面に対応する図）である。 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。 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。 本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための斜視図（基板の製造方法を説明するための図）である。 本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための斜視図（基板の製造方法を説明するための図）である。 本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための斜視図（基板の製造方法を説明するための図）である。 本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための平面図（基板の製造方法を説明するための図）である。 本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図（基板の製造方法を説明するための図）である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 第１実施形態の製造方法によるｎ型ＧａＮ基板上の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真（確認用試料の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真）である。 比較用試料の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。 本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の効果を確認するために作製した発光ダイオード素子の斜視図である。 本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の効果を確認するために作製した発光ダイオード素子のＥＬ発光パターンを観察した顕微鏡写真（確認用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真）である。 本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図（第２実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子に用いられる基板の一部の断面を示した図）である。 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。 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。 本発明の第２実施形態の第１変形例による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態の第２変形例による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態による発光ダイオード素子を模式的に示した断面図である。 第１〜第３実施形態における凹部（掘り込み領域）の他の形状の例を説明するための断面図である。 第１〜第３実施形態における凹部（掘り込み領域）の他の形状の例を説明するための断面図である。 第１〜第３実施形態における凹部（掘り込み領域）の他の形状の例を説明するための平面図である。 第１〜第３実施形態における活性層の他の構造の例を説明するための断面図（ＳＱＷ構造の活性層の一例を示した断面図）である。 輝点状のＥＬ発光パターンを示す顕微鏡写真（比較用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真）である。

本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、「窒化物半導体」とは、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（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。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハの一部を模式的に示した断面図である。図２は、窒化物半導体の結晶構造を説明するための模式図である。図３は、基板のオフ角度を説明するための模式図である。図４〜図９は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハを説明するための図である。まず、図１〜図９を参照して、窒化物半導体レーザ素子（窒化物半導体素子）を含む、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０について説明する。なお、第１実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。

第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０を構成する窒化物半導体は、図２に示すように、六方晶系の結晶構造を有している。この結晶構造において、六角柱とみなせる六方晶のｃ軸［０００１］を法線とする面（六角柱の上面）をｃ面（０００１）と呼び、六角柱の側壁面の各々をｍ面｛１−１００｝と呼ぶ。窒化物半導体では、ｃ軸方向に対称面が存在しないため、分極方向がｃ軸方向に沿っている。このため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示す。すなわち、＋ｃ面（（０００１）面）と−ｃ面（（０００−１）面）とは等価な面ではなく、化学的な性質も異なる。一方、ｍ面は、ｃ面に対して直角な結晶面であるため、ｍ面の法線は、分極方向に対して直交している。このため、ｍ面は、極性のない無極性面である。なお、上述のように、六角柱の側壁面の各々がｍ面となるため、ｍ面は、６種類の面方位（（１−１００）、（１０−１０）、（０１−１０）、（−１１００）、（−１０１０）、（０−１１０））で示されるが、これらの面方位は、結晶幾何学的に等価な面方位であるため、これらを総称して｛１−１００｝と示す。

また、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０は、図１に示すように、窒化物半導体基板としてのｎ型ＧａＮ基板１０を備えている。このｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａは、ｍ面に対してオフ角度を有する面からなる。具体的には、窒化物半導体ウェハ５０のｎ型ＧａＮ基板１０は、ｍ面に対して、ａ軸方向（［１１−２０］方向）にオフ角度を有している。なお、上記ｎ型ＧａＮ基板１０は、ａ軸方向のオフ角度に加えて、ｃ軸方向（［０００１］方向）にもオフ角度を有していてもよい。

ここで、図３を参照して、ｎ型ＧａＮ基板１０のオフ角度についてより詳細に説明する。まず、ｍ面に対して、ａ軸［１１−２０］方向およびｃ軸［０００１］方向の２つの結晶軸方向を定義する。これらａ軸およびｃ軸は、互いに垂直な関係となっているとともに、ｍ軸に対しても互いに垂直な関係となっている。また、ｎ型ＧａＮ基板１０の結晶軸ベクトルが基板表面（成長主面１０ａ）の法線ベクトルと一致する場合（全ての方向に対してオフ角度が０度になった場合）に、ａ軸方向、ｃ軸方向、ｍ軸方向と平行となる方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とする。次に、Ｙ方向の法線を持つ第１面、および、Ｘ方向の法線を持つ第２面を考える。そして、結晶軸ベクトルを第１面および第２面に投影したときに現れる結晶軸ベクトルを、それぞれ、第１投影ベクトルおよび第２投影ベクトルとする。このときの第１投影ベクトルと法線ベクトルとのなす角θａがａ軸方向のオフ角度であり、第２投影ベクトルと法線ベクトルとのなす角θｃがｃ軸方向のオフ角度である。なお、ａ軸方向のオフ角度は、＋方向と−方向とで、結晶的にみて同じ表面状態になるため、＋方向と−方向とで同じ特性を有する。このため、絶対値で記載することができる。一方、ｃ軸方向は、＋方向と−方向とで、Ｇａ極性面が強くなる場合と、Ｎ極性面が強くなる場合とがあり、方向により特性が異なるため、＋方向と−方向とを区別して記載する。

このように、第１実施形態によるｎ型ＧａＮ基板１０は、その成長主面１０ａが、ｍ面｛１−１００｝に対して傾斜した面となっている。

ここで、第１実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０は、ｍ面に対するａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きい角度に調整されている。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０は、表面モフォロジーの悪化を抑制するために、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が１０度以下の角度に調整されている。なお、ｃ軸方向にもオフ角度を有している場合には、ｃ軸方向のオフ角度は、±０．１度より大きい角度に調整されているのが好ましい。また、ｃ軸方向のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度より小さい角度に調整されているのが好ましい。この場合、ｃ軸方向のオフ角度は、±１０度よりも小さい角度となる。

また、上記の場合において、ａ軸方向のオフ角度は、１度より大きく、かつ、１０度以下の角度に調整されているのが好ましい。ａ軸方向のオフ角度が、このような範囲となるように調整されていれば、駆動電圧の低減効果が大きくなることに加えて、表面モフォロジーの改善効果も得られるためより好ましい。

また、第１実施形態では、図１および図４に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０は、成長主面１０ａから厚み方向に掘り込まれることによって形成された複数の凹部２を有している。これらの凹部２は、平面的に見て、それぞれ、ｃ軸［０００１］方向と平行方向に延びるように形成されているとともに、ｃ軸［０００１］方向と直交するａ軸［１１−２０］方向に約１５０μｍ〜約６００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の周期Ｒ（図４参照）で等間隔に配列されている。すなわち、上記複数の凹部２は、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａにストライプ状に形成されている。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０において、凹部２が形成されている領域（掘り込まれている領域）が掘り込み領域３となっている。一方、成長主面１０ａにおける凹部２が形成されていない領域（掘り込まれていない領域）が非掘り込み領域４となっている。

また、上記複数の凹部２は、図５に示すように、それぞれ、底面部２ａと一対の側面部２ｂとを含んで構成されている。一対の側面部２ｂは、その傾斜角γ（図５参照）が９０度より大きい所定の角度となるように設定されている。このため、凹部２の側面部２ｂは、傾斜面となっている。これにより、開口幅が上方に向かって徐々に大きくなるように、凹部２が形成されている。さらに、上記凹部２は、［１１−２０］方向に約５μｍの開口幅ｇ（開口端の幅）を有しているとともに、ｎ型ＧａＮ基板１０の厚み方向に約５μｍの深さｆを有している。

また、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０は、図１に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを含む窒化物半導体層２０が形成された構造を有している。上記ｎ型窒化物半導体層２０ａは、ｎ型クラッド層およびｎ型ガイド層を含んで構成されており、上記ｐ型窒化物半導体層２０ｂは、キャリアブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型ガイド層およびｐ型コンタクト層を含んで構成されている。そして、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのエピタキシャル成長法によって、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂの順に、窒化物半導体各層が積層されている。具体的には、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２１（層厚：約２．２μｍ）、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層２２（層厚：約０．１μｍ）、活性層２３、ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなるキャリアブロック層２４（層厚：約２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層２５（層厚：約０．０５μｍ）、ｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなるｐ型クラッド層２６（層厚：約０．５μｍ）およびｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２７（層厚：約０．１μｍ）が順次形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１０およびｎ型窒化物半導体層２０ａには、ｎ型不純物として、たとえば、Ｓｉがドープされており、ｐ型窒化物半導体層２０ｂには、ｐ型不純物として、たとえば、Ｍｇがドープされている。

ここで、上記窒化物半導体層２０に含まれる、ＡｌとＧａとＮとを含有する層において、Ａｌが多量に含有されていると、ｎ型ＧａＮ基板１０との間の格子定数差が大きくなるため、クラックが発生し易くなる。特に、ｎ型クラッド層２１は、光閉じ込めを良好に行うためにＡｌの組成比が高く設定されていることから、ｎ型ＧａＮ基板１０との間の格子定数差がより大きくなっており、また、その層厚も約２．２μｍと大きいため、このｎ型クラッド層２１でクラックが非常に発生し易い。

一方、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成されているため、凹部２内が窒化物半導体層２０で埋め込まれにくくなっている。このため、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面（窒化物半導体層２０を構成する各層の表面）に窪み３５が形成された状態となっている。そして、この窪み３５によって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。

また、第１実施形態では、図１および図７に示すように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５が形成されている。この層厚傾斜領域５は、図７および図８に示すように、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の近傍領域に、凹部２（掘り込み領域３）と平行方向に延びる略帯状に形成されている。そして、この層厚傾斜領域５によっても、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。

したがって、第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０は、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を有している。加えて、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、成長主面１０ａ上に形成される窒化物半導体層２０の結晶性が良好となっている。このため、窒化物半導体層２０にクラックが発生しにくくなっている。これにより、クラックが非常に発生し易いｎ型クラッド層２１においても、クラックの発生が抑制されている。むろん、ｎ型クラッド層２１以外の他の窒化物半導体各層においても、クラックの発生が抑制されている。

また、上記層厚傾斜領域５は、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとし、かつ、上記凹部２（掘り込み領域３）を形成したｎ型ＧａＮ基板１０を用いた場合に、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の領域（凹部２の近傍領域）に形成される。この理由は、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を持つことで、原料原子の流れる方向がａ軸に沿った方向に変化するとともに、この原料原子の流れが凹部２（掘り込み領域３）によって分断されることにより、非掘り込み領域４における凹部２（掘り込み領域３）の片側の近傍領域において、原料原子の供給が少なくなるためであると考えられる。また、層厚傾斜領域５は、ａ軸方向のオフ角度が正（＋）か負（−）かによって、凹部２（掘り込み領域３）の一方側（たとえば、右側）にできるか、凹部２（掘り込み領域３）の他方側（たとえば、左側）にできるかが決まる。これは、ａ軸方向のオフ角度が正（＋）か負（−）かによって、原料原子の流れる向きが変わるためであると考えられる。ａ軸方向のオフ角度は、結晶学的に見て、正（＋）であっても負（−）であっても同じであるため、絶対値で議論してもかまわない。なお、ｃ面を成長主面とするＧａＮ基板を用いた場合には、上記と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されていたとしても、上記層厚傾斜領域は形成されない。また、ｍ面を成長主面とするＧａＮ基板であっても、ａ軸方向にオフ角度を有さない場合には、上記と同様の凹部（掘り込み領域）が形成されていたとしても、上記層厚傾斜領域は形成されない。

また、窒化物半導体層２０の層厚傾斜領域５は、図７に示すように、凹部２（掘り込み領域３）に最も近い部分が、最も層厚が小さく、凹部２（掘り込み領域３）から離れるにしたがい、徐々に（傾斜的に）層厚が大きくなっている。なお、層厚傾斜領域５における凹部２（掘り込み領域３）に近い部分では、ｎ型窒化物半導体層２０ａ（図１参照）、ｐ型窒化物半導体層２０ｂ（図１参照）にかかわらず、層厚が小さくなっている。また、層厚傾斜領域５における最も層厚が小さい部分の厚みｔ１１は、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０における層厚傾斜領域５以外の領域（後述する発光部形成領域６）の厚みｔ１２の１／２〜２／３程度となっている。

また、層厚傾斜領域５の幅ｗ（［１１−２０］方向の幅）および層厚傾斜領域５の層厚傾斜角度θ（ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａと層厚傾斜領域５の表面とのなす角度）は、ａ軸方向のオフ角度によって制御される。具体的には、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域５の幅ｗが小さくなり、層厚傾斜角度θが大きくなる。このため、第１実施形態では、ａ軸方向のオフ角度を調整することによって、層厚傾斜領域５の幅ｗが所定の長さとなるように設定されているとともに、層厚傾斜角度θが所定の角度となるように設定されている。なお、ａ軸方向のオフ角度が小さすぎると、層厚傾斜領域５の幅ｗが大きくなり過ぎる。一方、層厚傾斜角度θが大きい程、層厚傾斜領域５での層厚変動が大きくなる。このため、窒化物半導体層２０の応力を緩和するには、層厚傾斜角度θが大きい方が好ましい。したがって、層厚傾斜領域５の形成条件を考慮すると、ａ軸方向のオフ角度の絶対値は、０．５度以上であるのが好ましい。また、凹部２の周期Ｒ（図４参照）が、たとえば４００μｍの場合には、ａ軸方向のオフ角度を調整することによって、層厚傾斜領域５の幅ｗが、１μｍ以上１５０μｍ以下に設定されていればより好ましい。層厚傾斜領域５の幅ｗを１μｍ以上とすることにより、層厚傾斜領域５の幅ｗが１μｍより小さくなることに起因して、クラックの抑制効果が薄れるという不都合が生じるのを抑制することが可能となる。

上記した層厚傾斜領域５は、層厚が変化している領域であるため、この領域に発光部（後述するリッジ部）を形成すると特性のバラツキを抑制するのが困難となる。このため、層厚傾斜領域５は、発光部（リッジ部）の形成領域としては適さないといえる。

一方、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０は、層厚傾斜領域５に比べて層厚変動が非常に小さい、発光部（リッジ部）の形成に適した発光部形成領域６を有している。すなわち、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０は、非掘り込み領域４上に、発光部（リッジ部）の形成に適さない層厚傾斜領域５と、非常に均一な層厚を有し、発光部（リッジ部）の形成に適した発光部形成領域６とを含んで構成されている。なお、層厚傾斜領域５では、発光部形成領域６に比べて、輝点状発光の抑制効果が弱くなる。

また、第１実施形態では、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６は、非常に良好な表面モフォロジーを有している。なお、上記発光部形成領域６は、全体的に層厚変動は非常に小さいが、ｃ軸［０００１］方向の層厚変動とａ軸［１１−２０］方向の層厚変動とを比較すると、ｃ軸［０００１］方向の層厚変動の方が、ａ軸［１１−２０］方向の層厚変動に比べてより小さい。

また、図１に示すように、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の所定領域には、電流通路部となる凸状のリッジ部２８が形成されている。このリッジ部２８は、図９に示すように、平面的に見て、層厚変動のより小さい、ｃ軸［０００１］方向に延びるように形成されているとともに、ａ軸［１１−２０］方向に約１５０μｍ〜約６００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の周期で配列されている。これにより、複数のリッジ部２８がストライプ状に形成されている。そして、このリッジ部２８の形成によって、窒化物半導体層２０に、発光部となる光導波領域２９（図１および図９参照）がストライプ状に形成されている。なお、図１に示すように、上記リッジ部２８は、凹部２から所定の距離以上（たとえば、５μｍ以上）隔てた、発光部形成領域６に形成されている。また、窒化物半導体層２０の上面上であるとともにリッジ部２８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層３０が形成されている。

また、窒化物半導体層２０上には、光導波領域２９に電流を供給するためのｐ側電極３１が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ側電極３２が形成されている。

また、図９に示すように、上記窒化物半導体ウェハ５０には、窒化物半導体レーザ素子に個片化するための分割予定線Ｐ１およびＰ２が設定されている。分割予定線Ｐ１は、平面的に見て、ａ軸［１１−２０］方向に延びるように設定されており、分割予定線Ｐ２は、平面的に見て、ｃ軸［０００１］方向に延びるように設定されている。また、分割予定線Ｐ２は、分割後の窒化物半導体レーザ素子に、１つの凹部２と層厚傾斜領域５の少なくとも一部とが含まれるように設定されている。

このように構成された第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０は、分割予定線Ｐ１およびＰ２で分割されることによって、個々の窒化物半導体レーザ素子に個片化される。

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の平面図であり、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を模式的に示した断面図である。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一部を示した断面図であり、図１３は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の活性層の構造を説明するための断面図である。次に、図１０〜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１００について説明する。なお、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、上記した第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０から得ることができるため、以下の説明では、上記窒化物半導体ウェハ５０から得られる窒化物半導体レーザ素子１００を例にして説明する。

第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、図１０に示すように、レーザ光が出射される光出射面４０ａと、光出射面４０ａと対向する光反射面４０ｂとを含む一対の共振器面４０を有している。また、上記窒化物半導体レーザ素子１００は、共振器面４０と直交する方向（ｃ軸［０００１］方向）に、約３００μｍ〜約１８００μｍ（たとえば、約６００μｍ）の長さＬ（チップ長Ｌ（共振器長Ｌ））を有しているとともに、共振器面４０に沿った方向（ａ軸［１１−２０］方向）に、約１５０μｍ〜約６００μｍ（たとえば、約４００μｍ）の幅Ｗ（チップ幅Ｗ）を有している。

また、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、図１１に示すように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を備えており、このｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを含む窒化物半導体層２０が積層されることによって形成されている。具体的には、窒化物半導体レーザ素子１００は、図１２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２１が形成されている。ｎ型クラッド層２１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２２が形成されている。ｎ型ガイド層２２上には、活性層２３が形成されている。

上記活性層２３は、図１３に示すように、Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ｎからなる２つの井戸層２３ａと、Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ｎからなる３つの障壁層２３ｂ（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２３は、ｎ型ガイド層２２側から、第１障壁層２３１ｂ、第１井戸層２３１ａ、第２障壁層２３２ｂ、第２井戸層２３２ａおよび第３障壁層２３３ｂが順次積層されることによって形成されている。なお、２つの井戸層２３ａ（第１井戸層２３１ａ、第２井戸層２３２ａ）は、それぞれ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みに形成されている。また、第１障壁層２３１ｂは、約３０ｎｍの厚みに形成されており、第２障壁層２３２ｂは、約１６ｎｍの厚みに形成されており、第３障壁層２３３ｂは、約６０ｎｍの厚みに形成されている。すなわち、３つの障壁層２３ｂは、それぞれ、異なる厚みに形成されている。

また、第１実施形態では、井戸層２３ａ（活性層２３）のＩｎ組成比ｘ１は、０．１５以上０．４５以下（たとえば、０．２〜０．２８）に構成されている。また、上記障壁層２３ｂ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。

通常、井戸層としては、Ｉｎ組成比が大きな領域（ｘ１≧０．１５）では、３ｎｍ以下の厚みに設定される。これは、Ｉｎ組成比が大きくなったときに、格子不整合からくるミスフィット転位などの発生を抑えるためである。しかしながら、ｍ面に対するａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．１度より大きい上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いた場合には、井戸層２３ａの厚みを３ｎｍ以上の厚みにした場合でも、ミスフィット転位などの発生が抑制される。この理由としては、以下のように考えられる。すなわち、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．１度以下の場合には、Ｉｎ組成比の大きい井戸層を成膜するときに、面内においてＩｎの組成バラツキが大きくなり、局所的にＩｎ組成が増大する。このため、Ｉｎ組成の高い局所領域が形成され、その局所領域から転位の発生が起きる。これに対し、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．１度より大きい場合には、面内においてＩｎ組成が非常に均一になるため、井戸層の厚みが大きい場合でも、Ｉｎ組成の高い局所領域が形成され難くなる。これにより、井戸層の厚膜化が可能になると考えられる。なお、井戸層２３ａの厚みは、光閉じ込めの増大などを考慮すると、３．２ｎｍ以上が好ましい。また、井戸層２３ａの厚みが、８ｎｍより大きくなるとミスフィット転位が多数発生するため、井戸層２３ａの厚みは、８ｎｍ以下が好ましい。

また、上記活性層２３上には、図１２に示すように、４０ｎｍ以下（たとえば、約１２ｎｍ）の厚みを有するｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮからなるキャリアブロック層２４が形成されている。このキャリアブロック層２４は、そのＡｌ組成比ｙが０．０８以上０．３５以下（たとえば、約０．１５）となるように構成されている。また、キャリアブロック層２４上には、凸部と、凸部以外の平坦部とを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層２５が形成されている。ｐ型ガイド層２５の凸部上には、約０．５μｍの厚みを有するｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎからなるｐ型クラッド層２６が形成されている。ｐ型クラッド層２６上には、約０．１μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２７が形成されている。そして、ｐ型コンタクト層２７とｐ型クラッド層２６とｐ型ガイド層２５の凸部とによって、約１μｍ〜約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２８が構成されている。このリッジ部２８は、図１０に示すように、平面的に見て、ｃ軸［０００１］方向に延びるように形成されている。なお、キャリアブロック層２４は、本発明の「Ａｌを含むｐ型半導体層」の一例である。

また、図１３に示すように、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａ（最もキャリアブロック層２４側の井戸層２３ａ（２３２ａ））との間の距離ｈは、キャリアの井戸層２３ａへの注入効率を向上させるために、約６０ｎｍに設定されている。キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈは、８０ｎｍ以下に設定されているのが好ましく、３０ｎｍ以下に設定されていればより好ましい。なお、第１実施形態では、上記距離ｈは、第３障壁層２３３ｂの厚みと同じである。

ここで、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００では、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の所定領域に上記した凹部２が形成されている。この凹部２は、平面的に見て、リッジ部２８（光導波領域２９（図１２参照））と平行方向（ｃ軸［０００１］方向）に延びるように形成されている。また、上記凹部２は、窒化物半導体レーザ素子１００の一方の側面側に配されている。そして、この凹部２から所定の距離以上（たとえば、５μｍ以上）隔てた、非掘り込み領域４上の領域に、上記リッジ部２８が形成されている。

また、第１実施形態では、上述したように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成されているため、凹部２内が窒化物半導体層２０で埋め込まれにくくなっている。このため、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面（窒化物半導体層２０を構成する各層の表面）に窪み３５が形成された状態となっている。そして、この窪み３５によって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。

また、第１実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、層厚傾斜領域５および発光部形成領域６が形成されている。上記層厚傾斜領域５は、凹部２（掘り込み領域３）に対して、一方側（Ａ１側）に形成されており、上記発光部形成領域６は、凹部２（掘り込み領域３）に対して、層厚傾斜領域５と反対側の他方側（Ａ２側）に形成されている。そして、この層厚傾斜領域５によっても、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和されている。

このように、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を有している。

さらに、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０の結晶性が良好となっている。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の表面モフォロジーが非常に良好となっている。このため、窒化物半導体層２０にクラックが発生しにくくなっている。

したがって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子定数差などが大きくなる、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮ層を成長主面１０ａ上に形成した場合でも、クラックの発生が抑制される。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０において、クラックの発生が抑制されている。

なお、上記リッジ部２８は、結晶性および表面モフォロジーが良好な発光部形成領域６の所定領域に形成されている。

また、図１１および図１２に示すように、リッジ部２８の両脇には、電流狭窄を行うための絶縁層３０が形成されている。具体的には、ｐ型ガイド層２５上、ｐ型クラッド層２６の側面上およびｐ型コンタクト層２７の側面上に、約０．１μｍ〜約０．３μｍ（たとえば約０．１５μｍ）の厚みを有するＳｉＯ₂からなる絶縁層３０が形成されている。

絶縁層３０およびｐ型コンタクト層２７の上面上には、ｐ型コンタクト層２７の一部を覆うように、ｐ側電極３１が形成されている。このｐ側電極３１は、ｐ型コンタクト層２７を覆っている部分において、ｐ型コンタクト層２７と直接接触している。また、ｐ側電極３１は、絶縁層３０（ｐ型コンタクト層２７）側から約１５ｎｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）、約１５ｎｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）が順次積層された多層構造からなる。

また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側から順に、約５ｎｍの厚みを有するＨｆ層（図示せず）、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）、約３６ｎｍの厚みを有するＭｏ層（図示せず）、約１８ｎｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）が順次積層された多層構造からなるｎ側電極３２が形成されている。

また、窒化物半導体レーザ素子１００における光出射面４０ａ（図１０参照）には、たとえば、反射率５％〜８０％の出射側コーティング膜（図示せず）が形成されている。一方、光反射面４０ｂ（図１０参照）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ＡｌＯ_xＮ_1-x（０≦ｘ≦１）：膜厚３０ｎｍ／Ａｌ₂Ｏ₃（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、Ｔａ₂Ｏ₅、ＭｇＦ₂などの誘電体膜を用いてもよい。

光出射面側の膜構成として、ＡｌＯ_xＮ_1-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ＡｌＯ_xＮ_1-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ＡｌＯ_xＮ_1-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。

第１実施形態では、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａとすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、ＥＬ発光パターンを改善することができる。これにより、窒化物半導体ウェハ５０を分割することによって得られる窒化物半導体レーザ素子１００の発光効率を向上させることができる。また、発光効率を向上させることによって、輝度の高い窒化物半導体レーザ素子１００を得ることができる。なお、上記のような輝点状発光の抑制効果が得られる理由として、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向のオフ角度を持つことで、成長主面１０ａ上に活性層２３（井戸層２３ａ）を成長させる際に、Ｉｎ原子のマイグレーションの方向が変化し、Ｉｎ組成比の高い（Ｉｎ供給量が多い）条件でもＩｎの凝集が抑制されたためであると考えられる。また、活性層２３上に形成されるｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長モードも変化するため、ｐ型不純物であるＭｇの活性化率も向上し、ｐ型窒化物半導体層２０ｂが低抵抗化したことも理由の一つと考えられる。なお、ｐ型窒化物半導体層２０ｂが低抵抗化することにより、電流を均一に注入し易くなるので、これによりＥＬ発光パターンが均一化する。

また、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してｃ軸方向にもオフ角度を有する面からなる場合には、ａ軸方向のオフ角度をｃ軸方向のオフ角度より大きくすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、ｃ軸方向のオフ角度が大きくなり過ぎることに起因して、輝点状発光の抑制効果が低減されるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、容易に、発光効率を向上させることができる。

また、第１実施形態では、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することによって、ＥＬ発光パターンを均一化することができるので、駆動電圧を低減することもできる。なお、輝点状発光を抑制することによって、均一発光のＥＬ発光パターンを得ることができるので、窒化物半導体レーザ素子の形成において、ゲインを高めることができる。

さらに、第１実施形態では、上記のように構成することによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができるので、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特性および信頼性を向上させることができる。すなわち、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を得ることができる。

また、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとすることによって、この成長主面１０ａ上に形成される窒化物半導体層２０の結晶性を良好にすることができる。このため、窒化物半導体層２０にクラックを発生しにくくすることができる。また、上記のように構成することによって、窒化物半導体層２０の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、均一な厚みを有する窒化物半導体層２０を得ることができる。このため、窒化物半導体層の厚みが不均一になることに起因して、窒化物半導体層に、局所的に厚みの大きい領域ができるという不都合が生じるのを抑制することができる。このような厚みの大きい領域ではクラックが発生し易いため、窒化物半導体層２０に、局所的に厚みの大きい領域ができるのを抑制することによって、よりクラックを発生しにくくすることができる。

また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０に凹部２（掘り込み領域３）を形成することによって、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する各層）の表面に窪み３５を形成することができるので、ｎ型ＧａＮ基板１０と窒化物半導体層２０との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層２０に歪みが生じた場合でも、非掘り込み領域４上に形成される窒化物半導体層２０の歪みを、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。これにより、窒化物半導体層２０にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。

なお、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、凹部２（掘り込み領域３）内を窒化物半導体層２０で埋まりにくくすることができるので、容易に、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面に窪み３５が形成された状態にすることができる。これにより、容易に、クラックの発生を抑制することができる。

このように、第１実施形態では、クラックの発生を効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増加させることができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。また、クラックの発生を抑制することによって、素子の信頼性を高めることができるとともに、素子特性を向上させることができる。

また、第１実施形態では、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５を形成することによって、窒化物半導体層２０で生じた歪みを、この層厚傾斜領域５でも緩和することができる。このため、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果を得ることができる。これにより、光閉じ込めを良好に行うためにＡｌの組成比が高いｎ型クラッド層２１を形成した場合でも、クラックを発生させることなく容易に形成することができる。なお、上記のような高いクラック抑制効果が得られる理由としては、層厚傾斜領域５は、そもそも層厚が小さいため、層厚傾斜領域自体、内包する歪みが少ないこと、および、層厚が徐々に（傾斜的に）変化しているために歪みが段階的に緩和されることにより、より高い歪み緩和効果が得られるためであると考えられる。

また、第１実施形態では、上記のように構成することによって、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の表面モフォロジーを非常に良好にすることができるので、素子特性のバラツキを低減することができる。このため、規格の範囲内の特性を有する素子の数を増加させることができるので、これによっても、歩留まりを向上させることができる。また、表面モフォロジーを向上させることによって、素子特性および信頼性を向上させることもできる。

また、第１実施形態では、凹部２（掘り込み領域３）を、平面的に見て、ｃ軸［０００１］方向と平行方向に延びるように形成することによって、上記層厚傾斜領域５を容易に形成することができるので、容易に、高い歪み緩和効果を得ることができる。

また、第１実施形態では、ａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．１度より大きくすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を容易に抑制することができる。また、ａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．１度より大きくすることによって、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．１度以下となることに起因して、表面モフォロジーが悪化するという不都合が生じるのを抑制することができる。したがって、このように構成することにより、良好な表面モフォロジーを得ながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化を容易に抑制することができる。

また、ｎ型ＧａＮ基板１０におけるａ軸方向のオフ角度の絶対値を０．５度以上とすれば、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．５度より小さくなることに起因して、層厚傾斜領域５が大きくなりすぎるという不都合が生じるのを抑制することができるとともに、層厚傾斜領域５によるクラック抑制効果（歪み緩和効果）が低減するという不都合が生じるのを効果的に抑制することができる。

さらに、ａ軸方向のオフ角度を、１度より大きく、かつ、１０度以下とすれば、良好な表面モフォロジーを得ながら、ＥＬ発光パターンの輝点状化をより容易に抑制することができる。また、ａ軸方向のオフ角度をこのように構成すれば、駆動電圧の低減効果が大きくなり、かつ、表面モフォロジーの改善効果も得られるためより好ましい。なお、ａ軸方向のオフ角度を１０度以下の角度とすれば、ａ軸方向のオフ角度が１０度より大きくなることに起因して、表面モフォロジーが悪化するという不都合が生じるのを抑制することができる。

なお、ｃ軸方向にもオフ角度を有する場合には、ｃ軸方向のオフ角度を±０．１度より大きい角度とすることによって、ｃ軸方向のオフ角度が±０．１度より小さくなることに起因して、成長主面１０ａ上に成長された窒化物半導体層２０の厚みがバラツクという不都合が生じるのを抑制することができる。

また、ｍ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板を用いた場合に、その成長主面上に窒化物半導体層を成長させると、窒化物半導体層の層表面にピラミッド状の凸部が発生する。このため、ピラミッド状の凸部領域において、窒化物半導体層の層厚が変動するという不都合が生じる。その一方、ｍ面に対するａ軸方向のオフ角度を、１度より大きく、かつ、１０度以下とすることによって、その成長主面１０ａ上に窒化物半導体層を成長させた場合でも、層表面にピラミッド状の凸部が発生するのを有効に抑制することができる。このため、窒化物半導体層の層厚が変動するという上記不都合が生じるのを有効に抑制することができる。

また、第１実施形態では、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度が設けられた成長主面１０ａを有する上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、輝点状のＥＬ発光パターンが顕著に現れる条件である井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上の場合でも、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。このため、活性層２３の井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１を０．１５以上とすることによって、輝点状発光の抑制効果を顕著に得ることができる。また、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１を０．４５以下とすることによって、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が０．４５より大きくなることに起因して、格子不整合などの歪みにより活性層２３に転位が多数入るという不都合が生じるのを有効に抑制することができる。

また、第１実施形態では、キャリアブロック層２４のＡｌ組成比ｙを０．０８以上０．３５以下に構成することによって、キャリア（電子）に対して十分に高いエネルギー障壁を形成することができるので、活性層２３に注入されたキャリアがｐ型窒化物半導体層２０ｂへ流入するのをより効果的に防ぐことができる。これにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制することができる。また、キャリアブロック層２４のＡｌ組成比ｙを０．３５以下とすることによって、Ａｌ組成比ｙが大きくなり過ぎることに起因するキャリアブロック層２４の高抵抗化を抑制することができる。なお、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が大きな領域（ｘ１≧０．１５）では、活性層２３上に形成されるキャリアブロック層２４のＡｌ組成比ｙが０．０８以上になると、キャリアブロック層２４を良好に成長させることが非常に難しくなる。それは、井戸層２３ａのＩｎ濃度が増大するにしたがい、活性層２３の表面の平坦性が悪化し、Ａｌ組成比ｙの高い層を結晶性よく成膜するのが困難になるためである。しかしながら、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いれば、活性層２３（井戸層２３ａ）のＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上０．４５以下の場合でも、その活性層２３上に、Ａｌ組成比ｙが０．０８以上０．３５以下であるキャリアブロック層２４を結晶性よく形成することができる。これにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を効果的に抑制して、ＥＬ発光パターンを均一化することができる。

また、第１実施形態では、窒化物半導体レーザ素子１００の活性層２３を、ＤＱＷ構造に構成することによって、駆動電圧を容易に低減することができる。このため、これによっても、素子特性および信頼性を向上させることができる。なお、活性層２３をＤＱＷ構造に構成した場合でも、ＥＬ発光パターンの輝点状発光を抑制することができる。また、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度が設けられた成長主面１０ａを有する上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いた場合において、ｎ型ＧａＮ基板１０上に形成される活性層２３をＤＱＷ構造に構成することにより、活性層２３を多重量子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造に構成した場合に比べて、発光効率を向上させることができる。これにより、輝度の高い窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。

また、第１実施形態では、井戸層２３ａの下側（ｎ型ＧａＮ基板１０側）に形成される障壁層２３ｂを、ＩｎＧａＮから構成するとともに、そのＩｎ組成比ｘ２を０．０１以上とすれば、井戸層２３ａに取り込まれるＩｎの効率を非常に良好にすることができる。このため、Ｉｎのガス流量を少なくした場合でも、高いＩｎ組成比を維持することができるので、取り込み効率を向上させることができる。これにより、有効に長波長化を図ることができる。また、原料ガス（ＴＭＩｎ）の消費量を削減することができるため、コスト的にもメリットがある。

なお、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを２００ｎｍ以上とすれば、キャリアブロック層２４から活性層２３までキャリアが拡散していくときに電流が広がるため、輝点状発光が若干抑制される。その一方、ｍ面に対してオフ角度が設けられた成長主面１０ａを有する上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いれば、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを、２００ｎｍ以上としなくても、輝点状発光を効果的に抑制することができる。たとえば、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを、１２０ｎｍよりも短くした場合でも、輝点状発光を効果的に抑制することができる。キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈは、短い方がキャリアの井戸層２３ａへの注入効率が向上するため好ましい。このため、キャリアブロック層２４と井戸層２３ａとの間の距離ｈを、１２０ｎｍより短くすることにより、キャリアの井戸層２３ａへの注入効率を向上させることができる。

図１４〜図３１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９および図１３〜図３１を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００の製造方法について説明する。

まず、ｍ面に対してオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を準備する。このｎ型ＧａＮ基板１０は、たとえば、ｃ面（０００１）を主面とするＧａＮバルク結晶から切り出した基板を種基板とし、この種基板上にＧａＮ結晶を成長させることによって作製される。具体的には、図１４に示すように、下地基板３００上にＳｉＯ₂からなる保護膜（図示せず）を部分的に形成した後、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのエピタキシャル成長法を用いて、下地基板３００上に保護膜の上からＧａＮバルク結晶を成長させる。これにより、保護膜が形成されていない部分から成長が開始し、保護膜上部でＧａＮ結晶の横方向の成長が生じる。そして、横方向に成長したＧａＮ結晶同士が保護膜上で接合して成長を続け、下地基板３００上にＧａＮ結晶層４００ａが形成される。このＧａＮ結晶層４００ａは、下地基板３００を除去した後にも自立して取り扱いが可能なように、十分に厚く形成する。次に、形成されたＧａＮ結晶層４００ａから、たとえば、エッチングなどによって、下地基板３００を除去する。これにより、図１５に示すように、ｃ面（０００１）を主面とするＧａＮバルク結晶４００が得られる。なお、下地基板３００としては、たとえば、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などを用いることが可能である。また、ＧａＮバルク結晶４００の厚みＳは、たとえば、約３ｍｍとすることができる。

次に、得られたＧａＮバルク結晶４００の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工することにより、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとする。この平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定する算術平均粗さＲａであり、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって測定することができる。

次に、ＧａＮバルク結晶４００を、［１−１００］方向と垂直な複数の面でスライスすることにより、ｍ面｛１−１００｝を主面とする複数のＧａＮ結晶基板４１０を厚みＴ（たとえば、１ｍｍ）（幅Ｓ：３ｍｍ）で切り出す。そして、切り出したＧａＮ結晶基板４１０の研削および研磨加工が施されていない４面を研削および研磨加工することにより、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとする。その後、図１６および図１７に示すように、複数のＧａＮ結晶基板４１０において、その主面が互いに平行となるようにするとともに、それらＧａＮ結晶基板４１０の［０００１］方向が同一となるようして、互いに隣接させて配置する。

続いて、図１８に示すように、互いに隣接させて配置した複数のＧａＮ結晶基板４１０を種基板として、これらＧａＮ結晶基板４１０のｍ面｛１−１００｝上に、ＨＶＰＥ法などのエピタキシャル成長法を用いて、ＧａＮ結晶を成長させる。これにより、ｍ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板１が得られる。次に、得られたｎ型ＧａＮ基板１の主面を化学的機械的研磨処理によって研磨することにより、ａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度を独立して制御し、ｍ面に対するａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度を所望のオフ角度とする。このオフ角度は、Ｘ線回折法により測定することができる。これにより、ｍ面に対してオフ角度を有する面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板１０が得られる。

なお、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の作製において、オフ角度が大きい基板を作製する場合には、ＧａＮバルク結晶４００から複数のＧａＮ結晶基板４１０を切り出す際に、ＧａＮ結晶基板４１０の主面がｍ面｛１−１００｝面に対して所望のオフ角度を有するように、［１−１００］方向に対して所定の切り出し角度で切り出してもよい。このようにすれば、ＧａＮ結晶基板４１０の主面がｍ面｛１−１００｝面に対して所望のオフ角度を有する面となるため、その主面上に形成されるｎ型ＧａＮ基板１（１０）の主面（成長主面）もｍ面｛１−１００｝面に対して所望のオフ角度を有する面となる。

また、ＧａＮバルク結晶４００（図１５参照）から切り出したＧａＮ結晶基板４１０の主面を化学的機械的研磨処理によって研磨することにより、このＧａＮ結晶基板４１０を、ｎ型ＧａＮ基板１０として用いることもできる。この場合、ＧａＮ結晶基板４１０の幅Ｓは、３ｍｍ以上とすることもできる。

ここで、第１実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０におけるａ軸方向のオフ角度を、０．１度より大きい角度となるように調整する。また、ａ軸方向のオフ角度は、表面モフォロジーの悪化を抑制するために、１０度以下の角度に調整する。なお、ｃ軸方向にもオフ角度を設ける場合には、ｃ軸方向のオフ角度は、±０．１度より大きい角度に調整するのが好ましい。また、ｃ軸方向のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度より小さい角度に調整するのが好ましい。この場合、ｃ軸方向のオフ角度は、±１０度よりも小さい角度となる。

次に、図１９に示すように、得られたｎ型ＧａＮ基板１０の上面（成長主面１０ａ）全面に、スパッタ法などを用いて、約１μｍの厚みを有するＳｉＯ₂層４２０を形成する。次に、図２０に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ₂層４２０上に、レジストパターンとしての開口部４３０ａを有するレジスト層４３０を形成する。そして、図２１に示すように、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチング技術を用いて、レジスト層４３０をマスクとしてＳｉＯ₂層４２０をエッチングすることにより、ＳｉＯ₂層４２０の所定領域を選択的に除去する。その後、レジスト剥離液や有機溶剤（たとえば、アセトン、エタノールなど）を用いてレジスト層４３０を除去する。なお、レジスト層４３０を除去せずに、そのまま、次の工程を行ってもよい。

続いて、図２２に示すように、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）法、または、ＲＩＥ法などを用いて、ＳｉＯ₂層４２０をマスクとして、ｎ型ＧａＮ基板１０をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ基板１０の所定領域を選択的に除去する。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１０のエッチング深さｆが、約５μｍとなるように、エッチング条件を調節する。これにより、ｎ型ＧａＮ基板１０に上記した凹部２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度より大きい所定の角度となるように形成する。

その後、図２３に示すように、ＨＦ（フッ化水素）などのエッチャントを用いて、ＳｉＯ₂層４２０（図２２参照）を除去する。

次に、図２４に示すように、上記のように加工されたｎ型ＧａＮ基板１０（加工基板）の成長主面１０ａ上に、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、窒化物半導体各層２１〜２７を成長させる。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、約２．２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２１、約０．１μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層２２、および活性層２３を順次成長させる。なお、活性層２３を成長させる際には、図１３に示したように、Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ｎからなる２つの井戸層２３ａと、Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ｎからなる３つの障壁層２３ｂ（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２２上に、下層から上層に向かって、約３０ｎｍの厚みを有する第１障壁層２３１ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第１井戸層２３１ａ、約１６ｎｍの厚みを有する第２障壁層２３２ｂ、約３ｎｍ〜約４ｎｍの厚みを有する第２井戸層２３２ａおよび約６０ｎｍの厚みを有する第３障壁層２３３ｂを順次成長させる。これにより、ｎ型ガイド層２２上に、２つの井戸層２３ａと３つの障壁層２３ｂとからなるＤＱＷ構造を有する活性層２３が形成される。このとき、井戸層２３ａは、そのＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上０．４５以下（たとえば、０．２〜０．２５）となるように構成する。一方、障壁層２３ｂは、そのＩｎ組成比ｘ２が、たとえば、０．０４〜０．０５となるように構成する。

次に、図２４に示すように、活性層２３上に、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮからなるキャリアブロック層２４、約０．０５μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層２５、約０．５μｍの厚みを有するｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎからなるｐ型クラッド層２６および約０．１μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２７を順次成長させる。この際、キャリアブロック層２４は、その厚みが４０ｎｍ以下（たとえば、約１２ｎｍ）となるように形成するのが好ましい。また、キャリアブロック層２４は、そのＡｌ組成比ｙが０．０８以上０．３５以下（たとえば、約０．１５）となるように構成する。なお、ｎ型窒化物半導体層２０ａ（ｎ型クラッド層２１およびｎ型ガイド層２２）には、ｎ型不純物として、たとえば、Ｓｉをドープし、ｐ型窒化物半導体層２０ｂ（キャリアブロック層２４、ｐ型ガイド層２５、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７）には、ｐ型不純物として、たとえば、Ｍｇをドープする。

また、第１実施形態では、ｎ型窒化物半導体層２０ａは、９００℃以上であって、１３００℃より低い成長温度（たとえば、１０７５℃）で形成する。また、活性層２３の井戸層２３ａは、６００℃以上７７０℃以下の成長温度（たとえば、７００℃）で形成する。井戸層２３ａに接する障壁層２３ｂは、井戸層２３ａと同じ成長温度（たとえば、７００℃）で形成する。さらに、ｐ型窒化物半導体層２０ｂは、７００℃以上であって、９００℃より低い成長温度（たとえば、８８０℃）で形成する。なお、ｎ型窒化物半導体層２０ａの成長温度は、９００℃以上１３００未満が好ましく、１０００℃以上１３００未満であればより好ましい。また、活性層２３の井戸層２３ａの成長温度は、６００℃以上８３０℃以下が好ましく、井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が０．１５以上の場合には、６００℃以上７７０℃以下が好ましい。６３０℃以上７４０℃以下であればより好ましい。また、活性層２３の障壁層２３ｂの成長温度は、井戸層２３ａと同じ温度か、井戸層２３ａより高い温度が好ましい。さらに、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度は、７００℃以上９００℃未満が好ましく、７００℃以上８８０℃以下であればより好ましい。もちろん、９００℃以上の温度でｐ型窒化物半導体層２０ｂを形成してもｐ型伝導が得られるため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを９００℃以上の温度で形成してもよい。

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（（ＣＨ₃）₃Ｇａ：ＴＭＧａ）を、Ａｌの原料としてトリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ：ＴＭＡｌ）を、Ｉｎの原料としてトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ：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。

ここで、第１実施形態では、図１に示したように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａが、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成されているため、凹部２内が窒化物半導体層２０で埋め込まれにくくなっている。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層２０を形成した際に、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面（窒化物半導体層２０を構成する各層の表面）に窪み３５が形成された状態となる。そして、この窪み３５によって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和される。

また、第１実施形態では、図７に示したように、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５が形成される。この層厚傾斜領域５は、図８に示したように、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の近傍領域に、凹部２（掘り込み領域３）と平行方向に延びる略帯状に形成される。そして、この層厚傾斜領域５によっても、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合などに起因して生じる窒化物半導体層２０の歪みが緩和される。

このように、第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、窒化物半導体層２０の表面に形成される窪み３５と、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に形成される層厚傾斜領域５とによる二つの歪み緩和効果によって、非常に高いクラック抑制効果が得られる。

さらに、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａを、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面から構成することによって、成長主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０の結晶性が良好となる。また、上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、窒化物半導体層２０における発光部形成領域６の表面モフォロジーが非常に良好となる。このため、窒化物半導体層２０にクラックが発生しにくくなる。

したがって、ｎ型ＧａＮ基板１０との格子定数差などが大きくなる、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮ層を成長主面１０ａ上に形成した場合でも、クラックの発生が抑制される。このため、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、クラックの発生が抑制された窒化物半導体層２０が形成される。

また、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０には、層厚傾斜領域５に比べて層厚変動が非常に小さい、発光部（リッジ部２８）の形成に適した発光部形成領域６が形成される。この発光部形成領域６は、その表面モフォロジーが非常に良好であり、層厚変動が非常に小さい。

続いて、図２５に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、発光部形成領域６（図７参照）におけるｐ型コンタクト層２７上に、約１μｍ〜約３μｍ（たとえば約１．５μｍ）の幅を有するとともに、ｃ軸［０００１］方向に延びるストライプ状（細長状）のレジスト４４０を形成する。そして、図２６に示すように、ＳｉＣｌ₄、Ｃｌ₂などの塩素系ガスや、ＡｒガスなどによるＲＩＥ法を用いて、レジスト４４０をマスクとしてｐ型ガイド層２５の途中の深さまでエッチングを行う。これにより、ｐ型ガイド層２５の凸部とｐ型クラッド層２６とｐ型コンタクト層２７とによって構成されるとともに、ｃ軸［０００１］方向に互いに平行に延びるストライプ状（細長状）のリッジ部２８（図９および図２６参照）が形成される。

次に、図２７に示すように、リッジ部２８上にレジスト４４０を残した状態で、スパッタ法などにより、約０．１μｍ〜約０．３μｍ（たとえば約０．１５μｍ）の厚みを有するＳｉＯ₂からなる絶縁層３０を形成し、リッジ部２８を埋め込む。そして、リフトオフによりレジスト４４０を除去することによって、リッジ部２８の上部のｐ型コンタクト層２７を露出させる。これにより、リッジ部２８の両脇に、図２８に示すような絶縁層３０が形成される。

次に、図２９に示すように、真空蒸着法などを用いて、基板側（絶縁層３０側）から、約１５μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）を順次形成することにより、絶縁層３０（ｐ型コンタクト層２７）上に、多層構造からなるｐ側電極３１を形成する。

次に、基板を分割し易くするために、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面を研削または研磨することにより、ｎ型ＧａＮ基板１０を１００μｍ程度の厚みまで薄くする。その後、図１に示したように、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上に、真空蒸着法などを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側から約５ｎｍの厚みを有するＨｆ層（図示せず）、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）、約３６ｎｍの厚みを有するＭｏ層（図示せず）、約１８ｎｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）を順次形成することにより、多層構造からなるｎ側電極３２を形成する。なお、ｎ側電極３２の形成前に、ｎ側の電気特性の調整などの目的でドライエッチングやウェットエッチングを行ってもよい。

このようにして上記した第１実施形態による窒化物半導体ウェハ５０が形成される。

その後、図３０に示すように、スクライブ／ブレーク法やレーザスクライブ、またはドライエッチングなどの手法を用いて、ウェハ（基板）をバー状に分割する。これにより、その端面を共振器面４０とするバー状の素子が得られる。次に、蒸着法やスパッタ法などの手法を用いて、バー状の素子の端面（共振器面４０）にコーティングを施す。具体的には、光出射面となる片側の端面に、たとえば、アルミニウムの酸窒化物膜などからなる出射側コーティング膜（図示せず）を形成する。また、光反射面となるその反対側の端面に、たとえば、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂などの多層膜からなる反射側コーティング膜（図示せず）を形成する。

最後に、ｃ軸［０００１］方向に沿った分割予定線Ｐ２に沿ってバー状の素子を分割することにより、図３１に示すように、個々の窒化物半導体レーザ素子に個片化する。このようにして、本発明の第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００が製造される。

上記の製造方法により得られた第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００は、図３２に示すように、サブマウント１５１を介してステム１５２上にマウントされ、ワイヤ１５３によってリードピンと電気的に接続される。そして、キャップ１５４がステム１５２上に溶接されることにより、キャンパッケージ型の半導体レーザ装置（半導体装置）１５０に組み立てられる。

第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａとすることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができる。すなわち、このように構成することによって、ＥＬ発光パターンを改善することができる。これにより、発光効率を向上させることができるので、輝度の高い窒化物半導体レーザ素子１００を製造することができる。

また、第１実施形態の製造方法では、上記のように構成することによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制することができるので、発光効率を向上させることができ、これによって、素子特定の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を製造することができる。

また、第１実施形態の製造方法では、上記のように構成することによって、窒化物半導体層２０にクラックが発生するのを効果的に抑制することができるので、１枚のウェハから得られる良品の数を増加させることができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。

なお、第１実施形態の製造方法を用いることによって、上述したように、非常に高いクラック抑制効果が得ることができる。このため、窒化物半導体基板と組成がより異なる窒化物半導体層を、クラックを発生させることなく容易に形成することができる。たとえば、窒化物半導体基板にＧａＮ基板を用いた場合では、より高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層を、これまでより厚く形成することができる。これにより、これまで作製の難しかった、高Ａｌ組成の窒化物半導体膜を必要とする素子（たとえば、紫外領域や緑色領域で発光する半導体発光素子など）の作製が高い歩留まりで可能となる。

また、第１実施形態の製造方法では、ｎ型窒化物半導体層２０ａを、９００℃以上の高温で形成することによって、ｎ型窒化物半導体層２０ａの層表面を平坦化することができる。このため、平坦化されたｎ型窒化物半導体層２０ａ上に活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを形成することにより、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂにおける結晶性の低下を抑制することができる。そのため、これによっても、高品質な結晶を形成することができる。また、ｎ型窒化物半導体層２０ａを、１３００℃より低い成長温度で形成することによって、１３００℃以上の成長温度で形成されることに起因して、昇温時にｎ型ＧａＮ基板１０の表面が再蒸発し、表面荒れが引き起こされるという不都合が生じるのを抑制することができる。したがって、このように構成することにより、素子特性の優れた、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子１００を容易に製造することができる。

また、第１実施形態の製造方法では、活性層２３の井戸層２３ａを、６００℃以上の成長温度で形成することによって、６００℃より低い成長温度で形成することに起因して、原子の拡散長が短くなり結晶性が悪化するという不都合が生じるのを抑制することができる。また、活性層２３の井戸層２３ａを、７７０℃以下の成長温度で形成することによって、７７０℃より高い成長温度（たとえば、８３０℃以上）で活性層２３の井戸層２３ａが形成されることに起因して、熱ダメージによって活性層２３が黒色化されるという不都合が生じるのを抑制することができる。なお、井戸層２３ａに接する障壁層２３ｂの成長温度は、井戸層２３ａと同じ温度か、井戸層２３ａより高い温度が好ましい。

また、第１実施形態の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを、７００℃以上の成長温度で形成することによって、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度が低すぎることに起因して、ｐ型窒化物半導体層２０ｂが高抵抗化されるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを、９００℃より低い成長温度で形成することによって、活性層２３の熱ダメージを低減することができる。なお、ｃ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板を用いた場合、ｐ型窒化物半導体層２０ｂを９００℃より低い成長温度で形成すると、ｐ型窒化物半導体層２０ｂが非常に高抵抗となってしまい、デバイス（窒化物半導体素子）としての使用が難しくなる。一方、ｍ面に対してa軸方向のオフ角度が設けられた面を成長主面１０ａとする上記ｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、９００℃より低い成長温度であっても、ｐ型不純物としてＭｇをドープすることにより、ｐ型伝導を得ることができる。特に、活性層２３の井戸層２３ａのＩｎ組成比ｘ１が、０．１５以上０．４５以下の場合には、Ｉｎの偏析などにより、面内でＩｎ組成のバラツキが生じやすくなる。このため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度は低い方が好ましい。また、活性層２３の井戸層２３ａの成長温度とｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度との差は、２００℃未満が活性層２３の熱ダメージ回避の意味で好ましく、１５０℃以下であればより好ましい。なお、Ｉｎ組成比ｘ１が０．１５より小さい場合には、Ｉｎの偏析などの問題も少ないため、ｐ型窒化物半導体層２０ｂの成長温度として、９００℃以上でも問題はない。

次に、上記実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。

この実験では、まず、確認用試料として、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、クラック抑制効果の確認を行った。なお、確認用試料に用いたｎ型ＧａＮ基板のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度が＋２．２度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．１８度であった。また、凹部（掘り込み領域）の周期は、４００μｍとした。確認用試料のその他の構成は、上記第１実施形態と同様とした。また、比較用試料として、ａ軸方向にオフ角度を有さないｎ型ＧａＮ基板（ほぼｍ面ジャスト基板）上に、第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した試料を作製し、確認用試料と同様、観察に供した。比較用試料に用いたｎ型ＧａＮ基板の具体的なオフ角度は、ａ軸方向のオフ角度が０度、ｃ軸方向のオフ角度が＋０．０５度であった。比較用試料のその他の構成は、確認用試料と同じ構成とした。また、確認用試料および比較用試料における窒化物半導体各層の成膜は、ＭＯＣＶＤ装置にて同時に行った。

図３３は、確認用試料の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真であり、図３４は、比較用試料の窒化物半導体層表面を観察した顕微鏡写真である。

図３３および図３４に示すように、ａ軸方向にオフ角度を有するｎ型ＧａＮ基板を用いた確認用試料では、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層に、凹部２（掘り込み領域３）に近づくにしたがって層厚が傾斜的に（徐々に）減少する層厚傾斜領域５が形成されているのが観察された。また、このような層厚傾斜領域５は、凹部２（掘り込み領域３）の片側（たとえば、右側）の近傍領域に、凹部２（掘り込み領域３）と平行方向に延びる略帯状に形成されることが確認された。さらに、確認用試料では、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層における層厚傾斜領域５以外の領域（発光部形成領域６）において、非常に良好な表面モフォロジーが明瞭に観察された。これより、ａ軸方向にオフ角度を有する基板を用いることによって、表面モフォロジーを改善することが可能であることが確認された。

また、比較用試料では、窒化物半導体層の成膜後に、１０〜２０本／ｃｍ²程度のクラックの発生が観察されたが、確認用試料では、成膜後のクラックの発生は観察されなかった。

以上より、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板に、凹部（掘り込み領域）を形成することによって、非常に高いクラック抑制効果が得られることが確認された。

次に、層厚傾斜領域に及ぼすａ軸方向のオフ角度の影響を確認するために、ａ軸方向のオフ角度の異なる４種類のｎ型ＧａＮ基板を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体各層を成膜した後、窒化物半導体層に形成される層厚傾斜領域の幅を調べた。上記４種類のｎ型ＧａＮ基板のａ軸方向のオフ角度は、＋０．５度、＋１．０度、＋２．０度、＋３．０度である。また、４種類のｎ型ＧａＮ基板のｃ軸方向のオフ角度は、それぞれ、−０．２度程度である。なお、凹部（掘り込み領域）は、上記第１実施形態と同じになるように、幅５μｍ、深さ５μｍとした。また、凹部（掘り込み領域）の周期は、４００μｍとした。さらに、基板上に成膜される窒化物半導体各層は、上記第１実施形態と同様の方法で行った。

その結果、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域の幅が狭くなる傾向が認められた。具体的には、ａ軸方向のオフ角度が＋０．５度の場合には、層厚傾斜領域の幅は１８８．４μｍであり、ａ軸方向のオフ角度が＋１．０度の場合には、層厚傾斜領域の幅は９２．２μｍであった。また、ａ軸方向のオフ角度が＋２．０度の場合には、層厚傾斜領域の幅は４６．５μｍであり、ａ軸方向のオフ角度が＋３．０度の場合には、層厚傾斜領域の幅は３２．７μｍであった。

また、ａ軸方向のオフ角度が大きくなるにしたがい、層厚傾斜領域の傾斜（層厚傾斜角度）もきつくなる傾向が認められた。

なお、ａ軸方向のオフ角度が＋０．５度の場合には、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の半分程度を層厚傾斜領域が占める結果となった。このため、ａ軸方向のオフ角度が０．５度より小さい場合には、非掘り込み領域上に形成された窒化物半導体層の半分以上を層厚傾斜領域が占めてしまう。ここで、デバイスの動作する領域（発光デバイスであれば発光領域）は、表面モフォロジーの良好な発光部形成領域に形成するのが好ましい。このため、デバイスの動作する領域（発光部（リッジ部））を作製できる領域（発光部形成領域）を確保する意味で、ａ軸方向のオフ角度は、０．５度以上であるのが好ましい。

次に、確認用素子として、図３５に示すような発光ダイオード素子１１０を作製し、ＥＬ発光パターンの観察を行った。なお、ＥＬ発光パターンの観察に発光ダイオード素子を用いたのは、窒化物半導体レーザ素子では、リッジ部の形成によって電流注入される領域が狭められているため、ＥＬ発光パターンの観察が困難になるからである。

この確認用素子（発光ダイオード素子１１０）は、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０上に、同様の窒化物半導体層（半導体各層）を形成することによって作製した。窒化物半導体層の形成は、上記第１実施形態と同様の方法を用いて行った。具体的には、図３５に示すように、ｍ面に対してオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いて、その成長主面１０ａ上に、ｎ型クラッド層２１、ｎ型ガイド層２２、活性層２３、キャリアブロック層２４、ｐ型ガイド層２５、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７を順次形成した。次に、ｐ型コンタクト層２７上に、ｐ側電極１３１を形成した。このｐ側電極１３１は、ＥＬ発光パターンを確認するために透明電極とした。また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ側電極３２を形成した。確認用素子におけるｎ型ＧａＮ基板１０のオフ角度は、ａ軸方向のオフ角が＋２．２度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．１８度であった。また、確認用素子における井戸層のＩｎ組成比は、０．２５であった。なお、上記確認用素子は、発光部形成領域が発光領域となるように形成している。このようにして作製した確認用素子（発光ダイオード素子１１０）に電流注入を行うことによって、確認用素子（発光ダイオード素子１１０）を発光させ、面内光分布を観察した。図３６に、確認用素子において観察されたＥＬ発光パターンの顕微鏡写真を示す。

また、ｍ面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板（ｍ面ジャスト基板）を用いた発光ダイオード素子を比較用素子として作製した。この比較用素子は、上記確認用素子と同一方法で作製した。Ｉｎガス流量は、確認用素子と同一としたが、比較用素子における井戸層のＩｎ組成比は、０．２であった。そして、確認用素子と同様に、面内光分布の観察を行った。比較用素子は、ｎ型ＧａＮ基板にｍ面ジャスト基板を用いている点および井戸層のＩｎ組成比が０．２である点を除き、確認用素子（発光ダイオード素子１１０）と同様の構成とした。なお、図４７に示したＥＬ発光パターンが、比較用素子において観察されたＥＬ発光パターン（顕微鏡写真）である。

図４７に示したように、比較用素子では、ＥＬ発光パターンが輝点状化しているのに対し、図３６に示すように、確認用素子では、比較用素子に比べて井戸層のＩｎ組成比が高いにもかかわらず、ＥＬ発光パターンの輝点状化が抑制され、均一発光のＥＬ発光パターンとなっているのがわかる。これにより、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面１０ａとするｎ型ＧａＮ基板１０を用いることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化が抑制されることが確認された。また、確認用素子および比較用素子の発光効率を測定したところ、確認用素子の発光効率は、比較用素子の発光効率に対して１．５倍に増加していることが確認された。なお、確認用素子の発光波長は、５１０ｎｍであり、比較用素子の発光波長は、５００ｎｍであった。このことより、オフ角度を制御した確認用素子では、ｍ面ジャスト基板を用いた比較用素子に比べて、Ｉｎの取り込みに関しても効率がよいことが確認された。以上より、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を設けることにより、緑色の波長領域において、輝点状発光の抑制効果が得られ、発光効率が増加することが確認された。

続いて、ａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度が異なる複数のｎ型ＧａＮ基板を用いて、図３５に示した発光ダイオード素子１１０と同様の素子を複数作製し、ＥＬ発光パターンの観察等の実験を行った。

その結果、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を設けることによって、ＥＬ発光パターンの輝点状化の抑制効果が得られることが明らかとなった。また、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．１度以下の範囲では、輝点状発光の抑制効果が小さく、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が０．１度以上になると、ＥＬ発光パターンの輝点状化の抑制効果が顕著に現れることが判明した。また、ｃ軸方向にもオフ角度を有する場合には、ｃ軸方向のオフ角度が±０．１度以下の範囲で、輝点状発光の抑制効果が小さいことが判明した。ａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度が、それぞれ、±０．１度以下の範囲では、オフ角度が小さ過ぎてオフ角度が設けられていない基板（ジャスト基板）とほとんど同じになるために、輝点状発光の抑制効果が得難くなるものと考えられる。これより、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ｎ型ＧａＮ基板の成長主面とすることにより、ＥＬ発光パターンの輝点状化を抑制可能であることが確認された。また、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が１０度より大きくなると、輝点状発光の抑制効果は得られるものの、表面モフォロジーが悪化してくる傾向があることも確認された。また、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度以下の範囲では、表面モフォロジーが悪化することが確認された。さらに、ｃ軸方向にオフ角度を有する場合において、ｃ軸方向のオフ角度が、±０．１より小さい範囲では、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の厚みが面内でバラツクことが確認された。なお、ｃ軸方向のオフ角度は、＋方向と−方向とで同様の傾向を示し、絶対値で議論可能であることが確認された。

また、ａ軸方向およびｃ軸方向のそれぞれにオフ角度を有する場合には、輝点状発光の抑制効果に関して、ａ軸方向のオフ角度とｃ軸方向のオフ角との間に強い相関があることが認められた。すなわち、ｃ軸方向のオフ角度が大きい場合、ａ軸方向のオフ角度の効果（輝点状発光の抑制効果）が薄れてくる傾向が見られた。具体的には、ａ軸方向のオフ角度およびｃ軸方向のオフ角度がそれぞれ±０．１度より大きい場合でも、ｃ軸方向のオフ角度がａ軸方向のオフ角度より大きくなると、ａ軸方向のオフ角度の効果（輝点状発光の抑制効果）が低減する傾向が見られた。ここでは、ｃ軸方向のオフ角度は、＋方向も−方向も同様の傾向を示した。これより、ａ軸方向のオフ角度とｃ軸方向のオフ角との関係において、より好ましい条件は、ａ軸方向のオフ角度の絶対値が、ｃ軸方向のオフ角度の絶対値より大きい場合であることが確認された。この場合、より広い範囲の成長条件で、輝点状発光の抑制効果を得ることが可能となる。なお、このようなａ軸方向のオフ角度とｃ軸方向のオフ角度との関係性により、輝点状発光の抑制効果が異なることに関して、ｃ軸方向のオフ角度が大きくなると、原子のマイグレーションの方向が変化するためであると考えられる。

以上より、表面モフォロジーなども考慮すると、好ましいａ軸方向のオフ角度は、０．１度より大きく、かつ、１０度以下の角度であることが確認された。また、ｃ軸方向にもオフ角度が設けられている場合、好ましいｃ軸方向のオフ角度は、±０．１度より大きく、かつ、１０度より小さい角度であり、ｃ軸方向のオフ角度がａ軸方向のオフ角度より小さいことが好ましいことも確認された。

実施例１による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が＋２．２度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．１８度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例１では、井戸層のＩｎ組成比は０．２５であり、キャリアブロック層のＡｌ組成比は０．１５であった。実施例１のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。なお、オフ角度を有さないｎ型ＧａＮ基板（ｍ面ジャスト基板）を用いて、上記第１実施形態による窒化物半導体レーザ素子と同様に作製した窒化物半導体レーザ素子を比較例１とした。比較例１による窒化物半導体レーザ素子のその他の構成は、実施例１と同様である。

実施例１および比較例１について、閾値電流を測定したところ、比較例１による窒化物半導体レーザ素子では閾値電流の値が１００ｍＡ程度であったのに対し、実施例１による窒化物半導体レーザ素子では閾値電流の値が６０ｍＡであり、実施例１による窒化物半導体レーザ素子では、比較例１に比べて、閾値電流が非常に小さくなることが確認された。これは、輝点状発光が抑制されて、面内で均一に発光することでゲインが大きくなったためとも考えられる。さらに、駆動電圧に関しても、実施例１による窒化物半導体レーザ素子では、比較例１に比べて、５０ｍＡ電流注入時の駆動電圧が、０．３２Ｖ程度低くなることが確認された。このような結果が得られた理由として、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を、ｎ型ＧａＮ基板の成長主面とすることによって、キャリアブロック層の結晶性が改善したためであると考えられる。また、ｐ型の半導体層におけるＭｇの取り込まれが変化し、活性化率が向上したことも理由として考えられる。

なお、比較例１では、１０〜２０本／ｃｍ²程度のクラックが発生していた。これに対し、実施例１では、クラックの発生は認められなかった。

実施例２による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が＋１．０度、ｃ軸方向のオフ角度が−０．５であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例２では、活性層（井戸層）のＩｎ組成比は０．２５であり、キャリアブロック層のＡｌ組成比は０．３５であった。また、層厚傾斜領域の幅は、９２．２μｍであった。なお、実施例２では、上記第１実施形態と異なり、ｎ型クラッド層として、約２．０μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ（Ａｌ組成比：０．１）からなるＡｌＧａＮ層を形成した。実施例２のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

また、オフ角度を有さないｎ型ＧａＮ基板（ｍ面ジャスト基板）を用いて、上記実施例２と同様の窒化物半導体レーザ素子を作製し、この窒化物半導体レーザ素子を比較例２とした。

実施例２では、ｎ型クラッド層のＡｌ組成比を０．１と高くしたにもかかわらず、クラックの発生は認められなかった。一方、比較例２では、５０〜７０本／ｃｍ²程度のクラックの発生が確認された。このように、実施例２では、非常に高いクラック抑制効果が確認され、閾値および電圧ともに、上記実施例１と同様の効果が得られた。

実施例３による窒化物半導体レーザ素子として、ｍ面｛１−１００｝に対するａ軸方向のオフ角度が−５．０度、ｃ軸方向のオフ角度が−１度であるｎ型ＧａＮ基板を用いて、上記第１実施形態と同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。この実施例３では、活性層（井戸層）のＩｎ組成比は０．２３であり、キャリアブロック層のＡｌ組成比は０．１３であった。また、層厚傾斜領域の幅は、１８．４μｍであった。なお、実施例３では、上記第１実施形態と異なり、ｎ型クラッド層として、約１．８μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎ（Ａｌ組成比：０．１２）からなるＡｌＧａＮ層を形成した。実施例３のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

また、オフ角度を有さないｎ型ＧａＮ基板（ｍ面ジャスト基板）を用いて、上記実施例３と同様の窒化物半導体レーザ素子を作製し、この窒化物半導体レーザ素子を比較例３とした。

実施例３では、ｎ型クラッド層のＡｌ組成比を０．１２と高くしたにもかかわらず、クラックの発生は認められなかった。一方、比較例３では、５０〜７０本／ｃｍ²程度のクラックの発生が確認された。このように、実施例３では、非常に高いクラック抑制効果が確認され、閾値および電圧ともに、上記実施例１と同様の効果が得られた。

なお、上記実施例１〜３における窒化物半導体レーザ素子の発光波長は、４９０ｎｍ〜４９５ｎｍであった。

（第２実施形態）
図３７は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。図３７は、第２実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子に用いられる基板の一部の断面を示している。次に、図１、図７および図３７を参照して、本発明の第２実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子について説明する。なお、第２実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、窒化物半導体レーザ素子に適用した例について説明する。

この第２実施形態による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子では、上記した第１実施形態の構成に加えて、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜をさらに備えている。具体的には、第２実施形態では、図３７に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の掘り込み領域３（凹部２の内側の領域）に、窒化物膜であるＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６０がさらに形成されている。この成長抑制膜１６０は、凹部２の底面部２ａおよび側面部２ｂを覆うように形成されている。また、上記成長抑制膜１６０は、凹部２（掘り込み領域３）内を埋め込まない厚みとなっている。

さらに、上記成長抑制膜１６０は、側面部２ｂに形成された部分の厚みｔ２が底面部２ａに形成された部分の厚みｔ１よりも小さくなるように形成されている。具体的には、上記成長抑制膜１６０は、凹部２の底面部２ａに形成された部分の厚みｔ１が約１００ｎｍに形成されているとともに、凹部２の側面部２ｂに形成された部分の厚みｔ２が約８０ｎｍに形成されている。このような構成により、成長抑制膜１６０の剥がれなどの不良を効果的に抑制することが可能となる。

なお、成長抑制膜１６０の厚みｔ１は、凹部２の深さｆの半分以下であるのが好ましい。また、成長抑制膜１６０の厚みｔ２は、凹部２の開口幅ｇの半分以下であるのが好ましい。このように構成されていれば、凹部２内が成長抑制膜で埋め込まれてしまうのを抑制することが可能となる。

また、第２実施形態では、上記成長抑制膜１６０は、凹部２に沿って延びるように（ｃ軸［０００１］方向に延びるように）形成されている。

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ基板１０の掘り込み領域３（凹部２の内側の領域）に、窒化物半導体の結晶成長を抑制する成長抑制膜１６０を形成することによって、窒化物半導体層２０（図１および図７参照）の成膜時に、凹部２（掘り込み領域３）内が窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する半導体層）で埋まってしまうのを確実に抑制することができる。このため、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する各層）の表面に窪みが形成された状態に容易にすることができる。これにより、ｎ型ＧａＮ基板１０と窒化物半導体層２０との間の格子定数差や熱膨張係数差などが大きくなり、窒化物半導体層２０に歪みが生じた場合でも、非掘り込み領域４上に形成される窒化物半導体層２０の歪みを、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０の表面に形成された上記窪み部分で緩和することができる。

特に、窒化物半導体の層（たとえば、ｎ型クラッド層）をより厚く成膜する必要がある場合には、凹部２（掘り込み領域３）が埋め込まれ易くなるため、このような場合には、上記のような成長抑制膜１６０を凹部２（掘り込み領域３）内に形成しておくことは非常に有効である。凹部２（掘り込み領域３）内が完全に埋まりきってしまうと（窪みが形成されないと）、歪みを緩和することが困難となり、クラックの抑制効果が低減するためである。

また、第２実施形態では、成長抑制膜１６０を、凹部２（掘り込み領域３）内を埋め込まない厚みに形成することによって、容易に、凹部２（掘り込み領域３）上の窒化物半導体層２０（窒化物半導体層２０を構成する各層）の表面に窪みが形成された状態にすることができる。

また、第２実施形態では、成長抑制膜１６０を、アルミニウムの窒化物膜であるＡｌＮ膜から構成することによって、より高いクラック抑制効果を得ることができる。また、ＡｌＮは、窒化物半導体と同様の結晶構造をとることができるため、成長抑制膜１６０と成長抑制膜１６０がないところとで、結晶構造を連続的にすることができる。このため、ＡｌＮは成長抑制膜の材料として好適であるといえる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

図３８および図３９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１９〜図２２、図３８および図３９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１６０の形成工程以外の工程は、上記第１実施形態と同様であるため、以下、成長抑制膜１６０の形成工程についてのみ説明する。

まず、ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とするｎ型ＧａＮ基板を準備し、図１９〜図２２に示した第１実施形態と同様の方法により、ｎ型ＧａＮ基板に凹部２を形成する。

次に、図３８に示すように、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置を用いたスパッタ法により、成長抑制膜としてのＡｌＮ膜１６０ａを約１００ｎｍの厚みで全面に形成する。このとき、スパッタ条件などを調節することにより、凹部２の側面部２ｂに形成されるＡｌＮ膜１６０ａの厚みが約８０ｎｍとなるようにＡｌＮ膜１６０ａを形成する。

そして、図３９に示すように、ＨＦ（フッ化水素）などのエッチャントを用いて、ＳｉＯ₂層４２０（図３８参照）を除去する。これにより、リフトオフによって、凹部２の側面部２ｂおよび底面部２ａにＡｌＮ膜からなる上記成長抑制膜１６０が形成される。

図４０は、第２実施形態の第１変形例による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。図２３および図４０を参照して、第２実施形態の第１変形例では、成長抑制膜の形状が異なる場合について説明する。

この第２実施形態の第１変形例では、図４０に示すように、ＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６１が凹部２内における成長主面１０ａより低い領域（位置）に形成されている。この成長抑制膜１６０は、凹部２の側面部２ｂの一部と底面部２ａとに、断面略コの字状（略凹状）に形成されている。

また、上記成長抑制膜１６１は、凹部２の開口幅ｇよりも小さい所定の幅Ｄ１を有しており、上記第２実施形態と同様、凹部２に沿って延びるように（ｃ軸［０００１］方向に延びるように）形成されている。

また、第２実施形態の第１変形例では、成長主面１０ａ（非掘り込み領域４の表面）から成長抑制膜１６１までの距離ｔ３が、たとえば、約１．５μｍとなるように設定されている。なお、この距離ｔ３が小さくなり過ぎると、成長抑制膜１６１の形成が困難になるため、上記距離ｔ３は、０．５μｍ以上に設定されているのが好ましい。

第２実施形態の第１変形例のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。また、第２実施形態の第１変形例の効果は、上記第２実施形態と同様である。

なお、上記した成長抑制膜１６１は、たとえば、以下のようにして形成することができる。

まず、上記第１実施形態と同様の方法を用いて、基板に凹部（掘り込み領域）を形成することにより、図２３に示したような、凹部２（掘り込み領域）が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０を準備する。次に、このｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａの全面にレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、凹部２の開口幅ｇ（図４０参照）より狭い範囲のレジストを選択的に除去する。これにより、レジストパターンとしての開口部が、凹部２の側面部２ｂの一部および凹部２の底面部２ａを露出させるように形成される。

続いて、ＥＣＲスパッタ装置を用いたスパッタ法により、成長抑制膜としてのＡｌＮ膜を全面に形成した後、レジスト剥離液や有機溶剤（たとえば、アセトン、エタノールなど）を用いてレジストを除去する。これにより、リフトオフによって、図４０に示したような成長抑制膜１６１が形成される。

図４１は、第２実施形態の第２変形例による窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体レーザ素子を説明するための断面図である。図４１を参照して、第２実施形態の第２変形例では、成長抑制膜の形状が異なる他の例について説明する。

この第２実施形態の第２変形例では、図４１に示すように、ＡｌＮ膜からなる成長抑制膜１６２が、凹部２（掘り込み領域３）内のみならず、非掘り込み領域４の一部にも形成されている。

また、上記成長抑制膜１６２は、凹部２の開口幅ｇよりも大きい所定の幅Ｄ２を有しており、上記第２実施形態と同様、凹部２に沿って延びるように（ｃ軸［０００１］方向に延びるように）形成されている。

第２実施形態の第２変形例のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。また、第２実施形態の第２変形例の効果は、上記第２実施形態と同様である。

なお、上記した成長抑制膜１６２は、たとえば、上記第１変形例の製造方法において、レジストパターンを変更することにより、形成することができる。具体的には、フォトリソグラフィ技術を用いて、凹部２の開口幅ｇより広い範囲のレジストを選択的に除去することにより、凹部２（掘り込み領域３）と非掘り込み領域４の一部とを露出させるように、レジストパターンとしての開口部を形成する。その後、上記第１変形例と同様の方法を用いることにより、図４１に示したような成長抑制膜１６２が形成される。

（第３実施形態）
図４２は、本発明の第３実施形態による発光ダイオード素子を模式的に示した断面図である。次に、図２１および図４２を参照して、第３実施形態では、本発明の窒化物半導体素子を、発光ダイオード素子に適用した例について説明する。

この第３実施形態による発光ダイオード素子２００は、上記第１実施形態と同様のｎ型ＧａＮ基板１０上に、同様の窒化物半導体層２０が積層されることによって形成されている。具体的には、上記発光ダイオード素子２００は、図２１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に、ｎ型窒化物半導体層２０ａ、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２０ｂを含む窒化物半導体層２０が形成された構造を有している。上記ｎ型窒化物半導体層２０ａは、ｎ型クラッド層およびｎ型ガイド層を含んで構成されており、上記ｐ型窒化物半導体層２０ｂは、キャリアブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型ガイド層およびｐ型コンタクト層を含んで構成されている。

また、第３実施形態による発光ダイオード素子２００では、ｎ型ＧａＮ基板１０の所定領域に第１実施形態と同様の凹部２（掘り込み領域３）が形成されている。さらに、第３実施形態では、上記ｎ型ＧａＮ基板１０の成長主面１０ａ上に窒化物半導体層２０が形成されることによって、非掘り込み領域４上の窒化物半導体層２０に、層厚傾斜領域５および発光部形成領域６が形成されている。

ここで、上記層厚傾斜領域５は、発光部形成領域６に比べて輝点状発光の抑制効果は弱いものの、ＥＬ発光は生じる。また、層厚傾斜領域５は、発光部形成領域６に比べて、短波長で発光する。このため、第３実施形態による発光ダイオード素子２００では、発光部形成領域６上および層厚傾斜領域５上の両方に、透明電極からなるｐ側電極１３１ａおよび１３１ｂがそれぞれ形成されている。また、ｐ側電極１３１ａおよび１３１ｂは、発光部形成領域６の発光と、層厚傾斜領域５の発光とを独立して制御することができるように、互いに分離して形成されている。

また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、共通電極としてのｎ側電極３２が形成されている。

なお、第３実施形態の窒化物半導体ウェハは、上記した第３実施形態による発光ダイオード素子２００を複数含んで構成されている。

第３実施形態では、上記のように、層厚傾斜領域５および発光部形成領域６の両方に発光領域を形成することによって、一つの素子で、二つ以上の発光ピークをもつ、新たな発光素子（発光ダイオード素子）を得ることができる。

また、第３実施形態では、発光部形成領域６の発光と、層厚傾斜領域５の発光とを独立して制御可能に構成することによって、非常に広い範囲の発光波長で発光させることが可能な、新たな発光素子（発光ダイオード素子）を得ることができる。

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。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、窒化物半導体素子の一例である窒化物半導体発光素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体発光素子以外の半導体素子に本発明を適用してもよい。たとえば、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、トランジスタなどの電子デバイス（半導体素子）に本発明を適用してもよい。この場合、非掘り込み領域上における層厚傾斜領域以外の領域（発光部形成領域に相当する領域）にデバイスを形成すればよい。このように構成することにより、優れた特性を有する電子デバイスを得ることができる。

また、上記第１〜第３実施形態では、ａ軸方向のオフ角度を０．１度より大きい角度に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ａ軸方向のオフ角度は、０．１度以下の角度であってもよい。ただし、輝点状発光の抑制効果や表面モフォロジーなどを考慮すると、ａ軸方向のオフ角度は、０．１度より大きい角度であることが好ましい。

また、上記第１〜第３実施形態では、ａ軸方向のオフ角度を１０度以下の角度に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ａ軸方向のオフ角度は１０度以上の角度であってもよい。ただし、ａ軸方向のオフ角度を大きくし過ぎると、表面モフォロジーの悪化が懸念されるため、ａ軸方向のオフ角度は、１０度以下の角度であることが好ましい。

なお、上記第１〜第３実施形態において、基板の成長主面は、ａ軸方向にオフ角度を有していれば、ｃ軸方向にオフ角度を有していなくてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態において、基板上に結晶成長される窒化物半導体各層については、その厚みや組成等は、所望の特性に合うものに適宜組み合わせたり、変更したりすることが可能である。たとえば、半導体層を追加または削除したり、半導体層の順序を一部入れ替えたりしてもよい。また、たとえば、ＧａＮ基板とｎ型クラッド層との間に、ＧａＮからなるバッファ層などの層を形成してもよい。さらに、導電型を一部の半導体層について変更してもよい。すなわち、窒化物半導体素子としての基本特性が得られる限り自由に変更可能である。

また、上記第１〜第３実施形態において、基板に形成される凹部の開口幅および凹部の深さは、適宜変更することができる。なお、凹部の開口幅は、１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。凹部の開口幅を１μｍより小さくした場合には、クラックの抑制効果などが得られにくくなる。一方、凹部の開口幅を５０μｍより大きくした場合には、ウェハ面内に占める凹部（掘り込み領域）の比率が大きくなり過ぎてしまう。凹部（掘り込み領域）上にリッジ部を形成することは好ましくないため、この場合には、１枚のウェハからの素子の取れ数が減少する。また、凹部の深さは、０．１μｍ以上１５μｍ以下であるのが好ましい。凹部の深さを０．１μｍより小さくした場合には、凹部がすぐに埋まってしまう。一方、凹部の深さを１５μｍより大きくした場合には、凹部を形成するための時間が長く掛かってしまう。

さらに、上記第１〜第３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４３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４４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。

また、上記第１〜第３実施形態では、一定の開口幅を有する凹部を直線状に形成することによって、基板に掘り込み領域を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記以外の形状に凹部を形成することによって基板に掘り込み領域を形成してもよい。たとえば、図４５に示すように、ジグザグ状の凹部５８０や、波状の凹部５８３を形成することによって、基板に掘り込み領域３を形成してもよいし、開口幅が変動している凹部５８１および５８２を形成することによって、基板に掘り込み領域を形成してもよい。このような掘り込み領域を形成した場合でも、本発明の効果を得ることができる。

また、上記第１〜第３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。

また、上記第１〜第３実施形態では、複数の凹部を等間隔に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、隣り合う凹部の間隔が異なる間隔となるように、複数の凹部を形成してもよい。また、１つの基板に、断面形状が異なる凹部を形成するようにしてもよい。

また、上記第１〜第３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。

また、上記第１〜第３実施形態では、凹部（掘り込み領域）を、平面的に見て、ｃ軸方向と平行方向に延びるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記凹部（掘り込み領域）は、成長主面の面内において、ｃ軸方向と所定の角度で交差する方向に延びるように形成してもよい。たとえば、ｃ軸方向と±１５度以内の角度で交差する方向に延びるように、上記凹部（掘り込み領域）を形成してもよい。このように凹部（掘り込み領域）を形成した場合でも、窒化物半導体層に層厚傾斜領域を容易に形成することができる。

また、上記第１〜第３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。

また、上記第１〜第３実施形態において、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）の製造工程で用いるエッチング方法は、気相エッチングであってもよいし、液相エッチングであってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に１つの凹部（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、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に凹部（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、窒化物半導体素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）に複数の凹部（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素子（窒化物半導体レーザ素子、発光ダイオード素子）を歩留まりよく得ることができる。

また、上記第１および第２実施形態では、窒化物半導体レーザ素子に、層厚傾斜領域の少なくとも一部を含むように、窒化物半導体ウェハを分割した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体レーザ素子に層厚傾斜領域を含まないように、窒化物半導体ウェハを分割してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、活性層の量子井戸構造を、ＤＱＷ構造に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＤＱＷ構造以外の量子井戸構造に活性層を構成してもよい。たとえば、活性層の量子井戸構造を、ＳＱＷ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造に構成してもよい。具体的には、たとえば、図４６に示すように、ｎ型ガイド層２２上に、ＩｎＧａＮからなる１つの井戸層４３ａと、ＩｎＧａＮからなる２つの障壁層４３ｂとが交互に積層されたＳＱＷ構造を有する活性層４３を形成することができる。なお、井戸層４３ａの厚みは、約３ｎｍ〜約４ｎｍ、障壁層４３ｂの厚みは、約７０ｎｍに構成することができる。また、上記第１〜第３実施形態の構成において、活性層をＳＱＷ構造に構成することにより、活性層をＤＱＷ構造に構成した場合に比べて、駆動電圧を低減することが可能となる。具体的には、ＳＱＷ構造の活性層では、ＤＱＷ構造の活性層に比べて、５０ｍＡ電流注入時の駆動電圧が０．１Ｖ〜０．２５Ｖ程度低減する。これは、ＤＱＷ構造の場合、二つの井戸層に挟まれた障壁層のキャリアが空乏化するために、障壁層で大きな電界がかかってしまうために引き起こされているのではないかと考えられる。また、上記活性層は、ＳＱＷ構造以外に、ＭＱＷ構造に構成してもよい。活性層をＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造にした場合でも、輝点状発光の抑制効果を得ることができる。なお、活性層（井戸層、障壁層）の組成、厚み等は適宜変更することができる。

また、上記第１〜第３実施形態では、井戸層のＩｎ組成比を、０．２〜０．２８に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、井戸層のＩｎ組成比は、０．１５以上０．４５以下の範囲内で適宜変更することができる。また、井戸層のＩｎ組成比は、０．１５より小さい値にしてもよい。また、井戸層には、５％以内であればＡｌが含まれていてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、障壁層のＩｎ組成比を、０．０４〜０．０５に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、障壁層のＩｎ組成比は、井戸層のＩｎ組成比より小さい範囲内で適宜変更することができる。

また、上記第１〜第３実施形態では、障壁層をＩｎＧａＮから構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、障壁層をＧａＮから構成してもよい。このように、障壁層をＧａＮから構成した場合には、井戸層のＩｎ組成比を増加したときに活性層に発生する、ｃ軸方向に対し平行方向に入る転位（ＥＬ発光パターンを見るとダークラインのように見える）を抑制することができる。なお、障壁層をＧａＮから構成した場合には、光閉じ込めを有効にするために、ガイド層などのＩｎ組成比を増加するなどすればよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、キャリアブロック層と井戸層との間の距離を第３障壁層の厚みと同じにしたが、キャリアブロック層と井戸層（最もキャリアブロック層側の井戸層）との間に組成の異なる複数の窒化物半導体層を形成してもよい。また、キャリアブロック層と井戸層（最もキャリアブロック層側の井戸層）の間の一部にＭｇなどのｐ型不純物をドーピングし、ｐ型化することも好ましい。なお、上記第１〜第３実施形態では、ノンドープとしている。

また、上記第１〜第３実施形態では、キャリアブロック層を４０ｎｍ以下の厚みに形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、キャリアブロック層の厚みは４０ｎｍより大きくてもよい。また、キャリアブロック層に、３％程度のＩｎが含まれていても、本発明の効果は得られる。また、キャリアブロック層のＡｌ組成比は、駆動電圧低減の目的から、ｐ型クラッド層のＡｌ組成比より高いことが好ましい。

また、上記第１〜第３実施形態では、活性層に注入されたキャリア（電子）がｐ型半導体層へ流入するのをブロックする層としてキャリアブロック層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体レーザ素子であれば、Ａｌ含むクラッド層を上記キャリアをブロックする層として用いることもできる。この場合、クラッド層のＡｌ組成比は、０．０８以上であるのが好ましい。

また、上記第１〜第３実施形態では、ｎ型不純物としてＳｉを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型不純物として、Ｓｉ以外に、たとえば、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇまたはＢｅを用いてもよい。なお、ｎ型不純物としては、Ｓｉ、ＯおよびＣｌが特に好ましい。

なお、上記第１〜第３実施形態において、エピタキシャル成長法としては、ＭＯＣＶＤ法以外に、たとえば、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。

また、上記第１および第２実施形態では、絶縁層をＳｉＯ₂から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ₂以外の絶縁性材料から絶縁層を構成してもよい。たとえば、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃やＺｒＯ₂などから絶縁層を構成してもよい。

また、上記第２実施形態では、ＡｌＮからなる成長抑制膜を掘り込み領域に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体の結晶成長を抑制することが可能な材料であれば、ＡｌＮ以外の材料からなる成長抑制膜を掘り込み領域に形成してもよい。なお、成長抑制膜としては、アルミニウム（Ａｌ）の窒化物膜、アルミニウム（Ａｌ）の酸窒化物膜、アルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の窒化物膜が好ましい。このような材料は、クラックの抑制効果、表面モフォロジーの改善効果、および窒化物半導体層の組成変動の抑制効果の全てにおいて高い効果を得ることができる。また、このような材料は、窒化物半導体と同様の結晶構造をとることができるため、成長抑制膜と成長抑制膜のないところとで、結晶構造が連続的になる。このため、成長抑制膜の材料として好適である。成長抑制膜の材料として次に好ましい材料は、シリコン（Ｓｉ）の酸化物、窒化物および酸窒化物、アルミニウム（Ａｌ）の酸化物、チタン（Ｔｉ）の酸化物、ジルコニア（Ｚｒ）の酸化物、イットリア（Ｙ）の酸化物、ニオビウム（Ｎｂ）の酸化物、ハフニウム（Ｈｆ）の酸化物、タンタル（Ｔａ）の酸化物、および上記材料の酸窒化物、もしくは窒化物である。その次に好ましい材料は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）などの高融点金属である。なお、窒化物半導体の成長抑制効果としては、酸化物膜がもっとも強く、酸窒化物膜、窒化物膜の順に弱くなる。このため、酸化物膜からなる成長抑制膜を凹部内に形成するのがより好ましい。

また、上記第２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。

なお、成長抑制膜は、凹部（掘り込み領域）上の窒化物半導体層の表面に窪みを形成することが可能な形状であれば、上記第２実施形態で示した形状以外の形状に形成されていてもよい。

また、上記第３実施形態では、層厚傾斜領域および発光部形成領域の両方を発光領域とした発光ダイオード素子について示したが、本発明はこれに限らず、層厚傾斜領域および発光部形成領域のいずれか一方のみを発光領域とした発光ダイオード素子としてもよい。なお、発光部形成領域のみを発光領域とした場合には、発光ダイオード素子に層厚傾斜領域を含まないように、窒化物半導体ウェハを分割することもできる。

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 層厚傾斜領域
６ 発光部形成領域
１０ ｎ型ＧａＮ基板（窒化物半導体基板）
１０ａ 成長主面
２０ 窒化物半導体層
２０ａ ｎ型窒化物半導体層
２０ｂ ｐ型窒化物半導体層
２１ ｎ型クラッド層
２２ ｎ型ガイド層
２３ 活性層
２３ａ 井戸層
２３ｂ 障壁層
２４ キャリアブロック層（Ａｌを含むｐ型半導体層）
２５ ｐ型ガイド層
２６ ｐ型クラッド層
２７ ｐ型コンタクト層
２８ リッジ部
２９ 光導波領域
３０ 絶縁層
３１、１３１ ｐ側電極
３２ ｎ側電極
４０ 共振器面
４０ａ 光出射面
４０ｂ 光反射面
５０ 窒化物半導体ウェハ
１００ 窒化物半導体レーザ素子（窒化物半導体素子）
１３１ａ、１３１ｂ ｐ側電極
１６０、１６１、１６２ 成長抑制膜
２００ 発光ダイオード素子（窒化物半導体素子）

Claims (22)

1. ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
   前記窒化物半導体基板の前記成長主面上に形成された窒化物半導体層とを備え、
   前記窒化物半導体基板は、前記成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含み、
   前記窒化物半導体層は、前記非掘り込み領域上に形成されるとともに前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含むことを特徴とする、窒化物半導体ウェハ。
2. 前記掘り込み領域は、平面的に見て、ａ軸方向と交差する方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体ウェハ。
3. 前記掘り込み領域に、窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体ウェハ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウェハを用いて形成されたことを特徴とする、窒化物半導体素子。
5. ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板と、
   前記窒化物半導体基板の前記成長主面上に形成された窒化物半導体層とを備え、
   前記窒化物半導体基板は、前記成長主面から厚み方向に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域とを含み、
   前記窒化物半導体層は、前記非掘り込み領域上に形成されるとともに前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を含むことを特徴とする、窒化物半導体素子。
6. 前記掘り込み領域は、平面的に見て、ａ軸方向と交差する方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の窒化物半導体素子。
7. 前記掘り込み領域に、窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜が形成されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の窒化物半導体素子。
8. 前記窒化物半導体基板における前記ａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きいことを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
9. 前記窒化物半導体基板における前記ａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．５度以上であることを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体素子。
10. 前記窒化物半導体基板は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有しており、
    前記ａ軸方向のオフ角度が、前記ｃ軸方向のオフ角度より大きいことを特徴とする、請求項５〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
11. 前記窒化物半導体層は、Ｉｎを含む活性層を有し、
    前記活性層のＩｎ組成比が、０．１５以上０．４５以下であることを特徴とする、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
12. 前記窒化物半導体層は、Ａｌを含むｐ型半導体層を有し、
    前記ｐ型半導体層のＡｌ組成比が、０．０８以上０．３５以下であることを特徴とする、請求項５〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
13. 前記窒化物半導体層は、光導波領域を含み、
    前記光導波領域は、前記非掘り込み領域上に位置していることを特徴とする、請求項５〜１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
14. 前記光導波領域は、平面的に見て、ｃ軸方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項１３に記載の窒化物半導体素子。
15. 前記窒化物半導体層は、発光領域を含み、
    前記発光領域は、前記非掘り込み領域上に位置していることを特徴とする、請求項５〜１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
16. 前記窒化物半導体基板は、ＧａＮからなることを特徴とする、請求項５〜１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
17. ｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する面を成長主面とする窒化物半導体基板を準備する工程と、
    前記窒化物半導体基板の前記成長主面の所定領域を厚み方向に掘り込むことによって、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、
    前記窒化物半導体基板の前記成長主面上に窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
    前記掘り込み領域を形成する工程は、前記成長主面における前記掘り込み領域とは異なる領域に、掘り込まれていない領域である非掘り込み領域を形成する工程を含み、
    前記窒化物半導体層を形成する工程は、前記非掘り込み領域上の領域に、前記掘り込み領域に近づくにしたがって層厚が傾斜的に減少する層厚傾斜領域を形成する工程を含むことを特徴とする、窒化物半導体素子の製造方法。
18. 前記掘り込み領域を形成する工程は、前記掘り込み領域を、平面的に見て、ａ軸方向と交差する方向に延びるように形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
19. 前記掘り込み領域に、窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
20. 前記窒化物半導体基板における前記ａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．１度より大きいことを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
21. 前記窒化物半導体基板における前記ａ軸方向のオフ角度の絶対値が、０．５度以上であることを特徴とする、請求項２０に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
22. 前記窒化物半導体基板は、ａ軸方向に加えて、ｃ軸方向にもオフ角度を有しており、
    前記ａ軸方向のオフ角度が、前記ｃ軸方向のオフ角度より大きいことを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。