JP2000106473A - 半導体素子、半導体発光素子およびその製造方法ならびに窒化物系半導体層の形成方法 - Google Patents
半導体素子、半導体発光素子およびその製造方法ならびに窒化物系半導体層の形成方法Info
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- JP2000106473A JP2000106473A JP21086299A JP21086299A JP2000106473A JP 2000106473 A JP2000106473 A JP 2000106473A JP 21086299 A JP21086299 A JP 21086299A JP 21086299 A JP21086299 A JP 21086299A JP 2000106473 A JP2000106473 A JP 2000106473A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低電圧動作が可能でかつへき開により端面の
形成が可能な窒化物系半導体発光素子およびその製造方
法を提供することである。 【解決手段】 サファイア基板上にＧａＮ層を成長さ
せ、ＧａＮ層上にＳｉＯ2膜を形成した後、横方向成長
技術を用いてＧａＮ層上およびＳｉＯ2膜上にＭＱＷ発
光層８を含むＧａＮ系半導体層１８を成長させる。Ｓｉ
Ｏ2膜上の領域を除いてＧａＮ系半導体層をエッチング
により除去した後、ＳｉＯ2膜上のＧａＮ系半導体層１
８の上面にｐ電極１３を形成し、ＧａＮ系半導体層１８
上のｐ電極１３をＧａＡｓ基板１４上のオーミック電極
１５ａに接合する。ＧａＮ系半導体層１８の上面にｎ電
極１７を形成する。
形成が可能な窒化物系半導体発光素子およびその製造方
法を提供することである。 【解決手段】 サファイア基板上にＧａＮ層を成長さ
せ、ＧａＮ層上にＳｉＯ2膜を形成した後、横方向成長
技術を用いてＧａＮ層上およびＳｉＯ2膜上にＭＱＷ発
光層８を含むＧａＮ系半導体層１８を成長させる。Ｓｉ
Ｏ2膜上の領域を除いてＧａＮ系半導体層をエッチング
により除去した後、ＳｉＯ2膜上のＧａＮ系半導体層１
８の上面にｐ電極１３を形成し、ＧａＮ系半導体層１８
上のｐ電極１３をＧａＡｓ基板１４上のオーミック電極
１５ａに接合する。ＧａＮ系半導体層１８の上面にｎ電
極１７を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＮ（窒化ホウ
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれら
の混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系
半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する半導体
素子、半導体発光素子およびその製造方法ならびに窒化
物系半導体層の形成方法に関する。
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれら
の混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系
半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する半導体
素子、半導体発光素子およびその製造方法ならびに窒化
物系半導体層の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色または紫色の光を発する発光
ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子とし
て、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。ＧａＮ系半導体発光素子の製造の際には、ＧａＮか
らなる基板が存在しないため、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）
等の絶縁性基板上に各層をエピタキシャル成長させてい
る。
ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子とし
て、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。ＧａＮ系半導体発光素子の製造の際には、ＧａＮか
らなる基板が存在しないため、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）
等の絶縁性基板上に各層をエピタキシャル成長させてい
る。
【０００３】図１８は従来のＧａＮ系発光ダイオードの
構造を示す断面図である。図１８の発光ダイオードは日
経マイクロデバイス１９９４年２月号の第９２頁〜第９
３頁に開示されている。
構造を示す断面図である。図１８の発光ダイオードは日
経マイクロデバイス１９９４年２月号の第９２頁〜第９
３頁に開示されている。
【０００４】図１８において、サファイア基板６１上
に、ＧａＮバッファ層６２、ｎ−ＧａＮ層６３、ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層６４、ＩｎＧａＮ発光層６５、ｐ−
ＡｌＧａＮクラッド層６６およびｐ−ＧａＮ層６７が順
に形成されている。ｐ−ＧａＮ層６７からｎ−ＧａＮ層
６３までの一部領域がエッチングにより除去されてい
る。ｐ−ＧａＮ層６７の上面にｐ電極６８が形成され、
ｎ−ＧａＮ層６３の露出した上面にｎ電極６９が形成さ
れている。このような発光ダイオードの構造はラテラル
構造と呼ばれている。
に、ＧａＮバッファ層６２、ｎ−ＧａＮ層６３、ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層６４、ＩｎＧａＮ発光層６５、ｐ−
ＡｌＧａＮクラッド層６６およびｐ−ＧａＮ層６７が順
に形成されている。ｐ−ＧａＮ層６７からｎ−ＧａＮ層
６３までの一部領域がエッチングにより除去されてい
る。ｐ−ＧａＮ層６７の上面にｐ電極６８が形成され、
ｎ−ＧａＮ層６３の露出した上面にｎ電極６９が形成さ
れている。このような発光ダイオードの構造はラテラル
構造と呼ばれている。
【０００５】図１８の発光ダイオードは、ＩｎＧａＮ発
光層６５をｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６４およびｐ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層６６で挟んだダブルヘテロ構造のｐ
ｎ接合を有し、青色の光を発生することができる。
光層６５をｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６４およびｐ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層６６で挟んだダブルヘテロ構造のｐ
ｎ接合を有し、青色の光を発生することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１８
に示したような従来のＧａＮ系半導体発光素子では、Ｇ
ａＮおよびサファイア基板の格子定数の違いから、サフ
ァイア基板上に成長したＧａＮ系半導体結晶には、通常
１０9個／ｃｍ2程度の格子欠陥が存在する。このような
格子欠陥はサファイア基板の表面からＧａＮ系半導体層
へと伝搬している。この格子欠陥のために、サファイア
基板上のＧａＮ系半導体層からなる半導体発光素子で
は、素子特性および信頼性の劣化が生じる。
に示したような従来のＧａＮ系半導体発光素子では、Ｇ
ａＮおよびサファイア基板の格子定数の違いから、サフ
ァイア基板上に成長したＧａＮ系半導体結晶には、通常
１０9個／ｃｍ2程度の格子欠陥が存在する。このような
格子欠陥はサファイア基板の表面からＧａＮ系半導体層
へと伝搬している。この格子欠陥のために、サファイア
基板上のＧａＮ系半導体層からなる半導体発光素子で
は、素子特性および信頼性の劣化が生じる。
【０００７】格子欠陥による素子特性および信頼性の劣
化の問題を解決する方法として、横方向成長技術が提案
されている。この横方向成長技術は、例えばProceeding
s ofThe Second International Conference on Nitride
Semiconductors, October27-31, 1997, Tokushima, Ja
pan, pp.444-446 に報告されている。図１９は従来の横
方向成長技術を説明するための模式的工程断面図であ
る。
化の問題を解決する方法として、横方向成長技術が提案
されている。この横方向成長技術は、例えばProceeding
s ofThe Second International Conference on Nitride
Semiconductors, October27-31, 1997, Tokushima, Ja
pan, pp.444-446 に報告されている。図１９は従来の横
方向成長技術を説明するための模式的工程断面図であ
る。
【０００８】図１９（ａ）に示すように、サファイア基
板８１上にＡｌＧａＮバッファ層８２を成長させ、Ａｌ
ＧａＮバッファ層８２上にＧａＮ層８３を成長させる。
ＧａＮ層８３には上下方向に延びる格子欠陥９１が存在
する。このＧａＮ層８３上に、ストライプ状のＳｉＯ2
膜９０を形成する。
板８１上にＡｌＧａＮバッファ層８２を成長させ、Ａｌ
ＧａＮバッファ層８２上にＧａＮ層８３を成長させる。
ＧａＮ層８３には上下方向に延びる格子欠陥９１が存在
する。このＧａＮ層８３上に、ストライプ状のＳｉＯ2
膜９０を形成する。
【０００９】次に、図１９（ｂ）に示すように、ストラ
イプ状のＳｉＯ2膜９０間に露出したＧａＮ層８３上に
ＧａＮ層８４を再成長させる。この場合にも再成長した
ＧａＮ層８４に上下方向の格子欠陥９１が延びる。
イプ状のＳｉＯ2膜９０間に露出したＧａＮ層８３上に
ＧａＮ層８４を再成長させる。この場合にも再成長した
ＧａＮ層８４に上下方向の格子欠陥９１が延びる。
【００１０】図１９（ｃ）に示すように、ＧａＮ層８４
をさらに成長させると、ＧａＮ層８４が横方向にも成長
し、ＳｉＯ2膜９０上にもＧａＮ層８４が形成される。
ＳｉＯ2膜９０上のＧａＮ層８４には格子欠陥が存在し
ない。
をさらに成長させると、ＧａＮ層８４が横方向にも成長
し、ＳｉＯ2膜９０上にもＧａＮ層８４が形成される。
ＳｉＯ2膜９０上のＧａＮ層８４には格子欠陥が存在し
ない。
【００１１】図１９（ｄ）に示すように、ＧａＮ層８４
をさらに成長させると、ＳｉＯ2膜９０上およびＳｉＯ2
膜９０間のＧａＮ層８３上にＧａＮ層８４が形成され
る。
をさらに成長させると、ＳｉＯ2膜９０上およびＳｉＯ2
膜９０間のＧａＮ層８３上にＧａＮ層８４が形成され
る。
【００１２】このような横方向成長技術を用いると、Ｓ
ｉＯ2膜９０上に、格子欠陥の存在しない高品質なＧａ
Ｎ結晶を形成することができる。
ｉＯ2膜９０上に、格子欠陥の存在しない高品質なＧａ
Ｎ結晶を形成することができる。
【００１３】しかしながら、ＳｉＯ2膜９０が存在しな
い領域では、下地のＧａＮ層８３からの格子欠陥９１が
再成長したＧａＮ層８４の表面まで延びるため、ＧａＮ
層８４の表面の格子欠陥はなくならない。したがって、
半導体発光素子の作製時には、発光領域をＳｉＯ2膜上
に限定する必要がある。そのため、発光領域の大きさを
大きくすることができない。
い領域では、下地のＧａＮ層８３からの格子欠陥９１が
再成長したＧａＮ層８４の表面まで延びるため、ＧａＮ
層８４の表面の格子欠陥はなくならない。したがって、
半導体発光素子の作製時には、発光領域をＳｉＯ2膜上
に限定する必要がある。そのため、発光領域の大きさを
大きくすることができない。
【００１４】また、高品質なＧａＮ層の面積を広げるた
めにＳｉＯ2膜の面積を広くすると、横方向に成長する
ＧａＮ層の表面を平坦にすることができなくなる。
めにＳｉＯ2膜の面積を広くすると、横方向に成長する
ＧａＮ層の表面を平坦にすることができなくなる。
【００１５】図１８に示した従来のＧａＮ系発光ダイオ
ードでは、サファイア基板６１が絶縁性基板であるた
め、ｎ電極６９をサファイア基板６１の裏面に設けるこ
とができず、ｎ電極６９をｎ−ＧａＮ層６３の露出した
表面に設ける必要がある。そのため、ｎ電極を導電性基
板の裏面に設ける場合に比べて、ｐ電極６８とｎ電極６
９との間の電流経路が長くなり、動作電圧が高くなる。
ードでは、サファイア基板６１が絶縁性基板であるた
め、ｎ電極６９をサファイア基板６１の裏面に設けるこ
とができず、ｎ電極６９をｎ−ＧａＮ層６３の露出した
表面に設ける必要がある。そのため、ｎ電極を導電性基
板の裏面に設ける場合に比べて、ｐ電極６８とｎ電極６
９との間の電流経路が長くなり、動作電圧が高くなる。
【００１６】さらに、ＧａＮ系半導体レーザ素子を作製
する場合、ＧａＡｓ基板を用いた赤色光または赤外光を
発生する半導体レーザ素子のようにへき開法により共振
器面を形成することが困難である。
する場合、ＧａＡｓ基板を用いた赤色光または赤外光を
発生する半導体レーザ素子のようにへき開法により共振
器面を形成することが困難である。
【００１７】図２０はサファイア基板およびＧａＮ系半
導体層の結晶方位の関係を示す図である。図２０におい
て、実線の矢印はサファイア基板の結晶方位を示し、破
線の矢印はＧａＮ系半導体層の結晶方位を示す。
導体層の結晶方位の関係を示す図である。図２０におい
て、実線の矢印はサファイア基板の結晶方位を示し、破
線の矢印はＧａＮ系半導体層の結晶方位を示す。
【００１８】図２０に示すように、サファイア基板上に
形成されたＧａＮ系半導体層のａ軸およびｂ軸はサファ
イア基板のａ軸およびｂ軸に対して３０度ずれている。
形成されたＧａＮ系半導体層のａ軸およびｂ軸はサファ
イア基板のａ軸およびｂ軸に対して３０度ずれている。
【００１９】図２０はサファイア基板上に形成されたＧ
ａＮ系半導体層からなる半導体レーザ素子の概略斜視図
である。
ａＮ系半導体層からなる半導体レーザ素子の概略斜視図
である。
【００２０】図２１において、サファイア基板６１の
（0 0 0 1）面上にＧａＮ系半導体層７０が形成されて
いる。ストライプ状の電流注入領域７１は、ＧａＮ系半
導体層７０の＜1 1 ？2 0＞方向に平行となっている。
この場合、ＧａＮ系半導体層７０の｛1 -1 0 0｝面はサ
ファイア基板６１の｛1 -1 0 0｝面に対して３０度傾い
ている。サファイア基板６１およびＧａＮ系半導体層７
０ともに｛1 -1 0 0｝面でへき開しやすい。
（0 0 0 1）面上にＧａＮ系半導体層７０が形成されて
いる。ストライプ状の電流注入領域７１は、ＧａＮ系半
導体層７０の＜1 1 ？2 0＞方向に平行となっている。
この場合、ＧａＮ系半導体層７０の｛1 -1 0 0｝面はサ
ファイア基板６１の｛1 -1 0 0｝面に対して３０度傾い
ている。サファイア基板６１およびＧａＮ系半導体層７
０ともに｛1 -1 0 0｝面でへき開しやすい。
【００２１】このように、サファイア基板６１とＧａＮ
系半導体層７０とでへき開方向がずれているため、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザ素子を製造する場合に、ＧａＡｓ基板
上に形成される赤色光または赤外光を発生する半導体レ
ーザ素子のようにへき開法により共振器面を形成するこ
とが困難となる。この場合、エッチングにより共振器面
を形成する必要が生じる。しかしながら、エッチングに
より共振器面を形成した場合には、基板に対して垂直に
端面を形成することが困難であるため、半導体レーザ素
子の動作電流を低減することができない。
系半導体層７０とでへき開方向がずれているため、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザ素子を製造する場合に、ＧａＡｓ基板
上に形成される赤色光または赤外光を発生する半導体レ
ーザ素子のようにへき開法により共振器面を形成するこ
とが困難となる。この場合、エッチングにより共振器面
を形成する必要が生じる。しかしながら、エッチングに
より共振器面を形成した場合には、基板に対して垂直に
端面を形成することが困難であるため、半導体レーザ素
子の動作電流を低減することができない。
【００２２】一方、ＧａＮ系半導体レーザ素子の横モー
ドの制御方法に関して種々の報告および提案がされてい
る。これらの横モードの制御方法のほとんどは、従来の
赤色光または赤外光を発生する半導体レーザ素子で採用
されているリッジ導波構造およびセルフアライン構造の
２種である。
ドの制御方法に関して種々の報告および提案がされてい
る。これらの横モードの制御方法のほとんどは、従来の
赤色光または赤外光を発生する半導体レーザ素子で採用
されているリッジ導波構造およびセルフアライン構造の
２種である。
【００２３】しかし、ＧａＮ系半導体層は化学的に安定
であるため、従来の赤色光または赤外光を発生する半導
体レーザ素子に用いられるＡｌＧａＡｓ系半導体層等の
ように、ウエットエッチングによりパターニングするこ
とができず、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）、
ＲＩＢＥ法（反応性イオンビームエッチング法）等のド
ライエッチングによりパターニングする必要がある。
であるため、従来の赤色光または赤外光を発生する半導
体レーザ素子に用いられるＡｌＧａＡｓ系半導体層等の
ように、ウエットエッチングによりパターニングするこ
とができず、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）、
ＲＩＢＥ法（反応性イオンビームエッチング法）等のド
ライエッチングによりパターニングする必要がある。
【００２４】そのため、ＧａＮ系半導体レーザ素子にお
いて、リッジ導波構造またはセルフアライン構造を作製
するためのパターニングを容易にかつ再現性よく行うこ
とができない。しかも、ドライエッチングの精度により
素子特性が大きく変化する。
いて、リッジ導波構造またはセルフアライン構造を作製
するためのパターニングを容易にかつ再現性よく行うこ
とができない。しかも、ドライエッチングの精度により
素子特性が大きく変化する。
【００２５】本発明の目的は、低電圧動作が可能な窒化
物系半導体素子を提供することである。
物系半導体素子を提供することである。
【００２６】本発明の他の目的は、低電圧動作が可能で
かつへき開により端面の形成が可能な窒化物系半導体発
光素子を提供することである。
かつへき開により端面の形成が可能な窒化物系半導体発
光素子を提供することである。
【００２７】本発明のさらに他の目的は、格子欠陥が低
減され、低電圧動作が可能でかつへき開により端面の形
成が可能な窒化物系半導体素子の製造方法を提供するこ
とである。
減され、低電圧動作が可能でかつへき開により端面の形
成が可能な窒化物系半導体素子の製造方法を提供するこ
とである。
【００２８】本発明のさらに他の目的は、基板上の広い
領域において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半
導体層を形成する方法を提供することである。
領域において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半
導体層を形成する方法を提供することである。
【００２９】本発明のさらに他の目的は、基板上の広い
領域において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半
導体層からなる半導体素子を提供することである。
領域において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半
導体層からなる半導体素子を提供することである。
【００３０】本発明のさらに他の目的は、基板上の広い
領域において格子欠陥の存在しない高品質な発光層を有
する半導体発光素子を提供することである。
領域において格子欠陥の存在しない高品質な発光層を有
する半導体発光素子を提供することである。
【００３１】本発明のさらに他の目的は、エッチングを
用いることなく高品質の素子の能動領域を作製可能な窒
化物系半導体素子を提供することである。
用いることなく高品質の素子の能動領域を作製可能な窒
化物系半導体素子を提供することである。
【００３２】本発明のさらに他の目的は、エッチングを
用いることなく高品質の光導波路の形成が可能な屈折率
導波型の窒化物系半導体発光素子を提供することであ
る。
用いることなく高品質の光導波路の形成が可能な屈折率
導波型の窒化物系半導体発光素子を提供することであ
る。
【００３３】本発明のさらに他の目的は、エッチングを
用いることなく高品質の素子の能動領域を作製可能な窒
化物系半導体素子の製造方法を提供することである。
用いることなく高品質の素子の能動領域を作製可能な窒
化物系半導体素子の製造方法を提供することである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
素子は、ガリウム砒素基板上に第１の電極層を介してホ
ウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少な
くとも１つを含む窒化物系半導体層が接合されるととも
に、窒化物系半導体層の上面に第２の電極層が形成され
たものである。
素子は、ガリウム砒素基板上に第１の電極層を介してホ
ウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少な
くとも１つを含む窒化物系半導体層が接合されるととも
に、窒化物系半導体層の上面に第２の電極層が形成され
たものである。
【００３５】本発明に係る半導体素子においては、ガリ
ウム砒素基板上の窒化物系半導体層の下面および上面に
それぞれ第１の電極層および第２の電極層が設けられて
いるので、第１の電極層と第２の電極層との間の電流経
路が短くなる。したがって、窒化物系半導体素子の動作
電圧の低減化が図られる。
ウム砒素基板上の窒化物系半導体層の下面および上面に
それぞれ第１の電極層および第２の電極層が設けられて
いるので、第１の電極層と第２の電極層との間の電流経
路が短くなる。したがって、窒化物系半導体素子の動作
電圧の低減化が図られる。
【００３６】第２の発明に係る半導体発光素子は、ガリ
ウム砒素基板上に第１の電極層を介してホウ素、ガリウ
ム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを
含む窒化物系半導体層が接合されるとともに、窒化物系
半導体層の上面に第２の電極層が形成され、窒化物系半
導体層が発光層を含むものである。
ウム砒素基板上に第１の電極層を介してホウ素、ガリウ
ム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを
含む窒化物系半導体層が接合されるとともに、窒化物系
半導体層の上面に第２の電極層が形成され、窒化物系半
導体層が発光層を含むものである。
【００３７】本発明に係る半導体発光素子においては、
ガリウム砒素基板上の窒化物系半導体層の下面および上
面にそれぞれ第１の電極層および第２の電極層が設けら
れているので、第１の電極層と第２の電極層との間の電
流経路が短くなる。したがって、窒化物系半導体発光素
子の動作電圧の低減化が図られる。
ガリウム砒素基板上の窒化物系半導体層の下面および上
面にそれぞれ第１の電極層および第２の電極層が設けら
れているので、第１の電極層と第２の電極層との間の電
流経路が短くなる。したがって、窒化物系半導体発光素
子の動作電圧の低減化が図られる。
【００３８】特に、窒化物系半導体層は発光層に電流を
注入するストライプ状の電流注入領域を有し、ストライ
プ状の電流注入領域が窒化物系半導体層の〈１-1００〉
方向に沿って形成され、かつ窒化物系半導体層の〈１-1
００〉方向がガリウム砒素基板の〈１１０〉方向または
〈１-1０〉方向と一致するように窒化物系半導体層がガ
リウム砒素基板上に配置され、、ガリウム砒素基板の
｛１１０｝面または｛１-1０｝面および窒化物系半導体
層の｛１-1００｝面で一対の共振器面が形成されること
が好ましい。
注入するストライプ状の電流注入領域を有し、ストライ
プ状の電流注入領域が窒化物系半導体層の〈１-1００〉
方向に沿って形成され、かつ窒化物系半導体層の〈１-1
００〉方向がガリウム砒素基板の〈１１０〉方向または
〈１-1０〉方向と一致するように窒化物系半導体層がガ
リウム砒素基板上に配置され、、ガリウム砒素基板の
｛１１０｝面または｛１-1０｝面および窒化物系半導体
層の｛１-1００｝面で一対の共振器面が形成されること
が好ましい。
【００３９】この場合、窒化物系半導体層のへき開方向
とガリウム砒素基板のへき開方向とが一致するので、へ
き開により共振器面を形成することが可能となる。それ
により、半導体発光素子として半導体レーザ素子が実現
されるとともに、素子特性のばらつきが少なくなるとと
もに、素子特性の再現性が高くなる。
とガリウム砒素基板のへき開方向とが一致するので、へ
き開により共振器面を形成することが可能となる。それ
により、半導体発光素子として半導体レーザ素子が実現
されるとともに、素子特性のばらつきが少なくなるとと
もに、素子特性の再現性が高くなる。
【００４０】第３の発明に係る半導体素子の製造方法
は、絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムお
よびインジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系
半導体層を形成する工程と、第１の窒化物系半導体層上
の所定領域に絶縁膜を形成する工程と、第１の窒化物系
半導体層上および絶縁膜上に横方向成長技術を用いてホ
ウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少な
くとも１つを含む第２の窒化物系半導体層を形成する工
程と、絶縁膜上の領域を除いて第２の窒化物系半導体層
を除去する工程と、絶縁膜上の第２の窒化物系半導体層
の上面を第１の電極層を介してガリウム砒素基板の一面
に接合する工程と、絶縁膜を除去することにより絶縁性
基板および第１の窒化物系半導体層を第２の窒化物系半
導体層から取り外す工程と、第２の窒化物系半導体層の
上面に第２の電極層を形成する工程とを備えたものであ
る。
は、絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムお
よびインジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系
半導体層を形成する工程と、第１の窒化物系半導体層上
の所定領域に絶縁膜を形成する工程と、第１の窒化物系
半導体層上および絶縁膜上に横方向成長技術を用いてホ
ウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少な
くとも１つを含む第２の窒化物系半導体層を形成する工
程と、絶縁膜上の領域を除いて第２の窒化物系半導体層
を除去する工程と、絶縁膜上の第２の窒化物系半導体層
の上面を第１の電極層を介してガリウム砒素基板の一面
に接合する工程と、絶縁膜を除去することにより絶縁性
基板および第１の窒化物系半導体層を第２の窒化物系半
導体層から取り外す工程と、第２の窒化物系半導体層の
上面に第２の電極層を形成する工程とを備えたものであ
る。
【００４１】本発明に係る半導体素子の製造方法におい
ては、第１の窒化物系半導体層上の絶縁膜上に横方向成
長技術を用いて第２の窒化物系半導体層が形成されるの
で、絶縁膜上の第２の窒化物系半導体層に第１の窒化物
系半導体層から格子欠陥が伝搬しない。したがって、格
子欠陥がほとんど存在しない高品質な第２の窒化物系半
導体層が得られる。
ては、第１の窒化物系半導体層上の絶縁膜上に横方向成
長技術を用いて第２の窒化物系半導体層が形成されるの
で、絶縁膜上の第２の窒化物系半導体層に第１の窒化物
系半導体層から格子欠陥が伝搬しない。したがって、格
子欠陥がほとんど存在しない高品質な第２の窒化物系半
導体層が得られる。
【００４２】また、ガリウム砒素基板上の第２の窒化物
系半導体層の下面および上面にそれぞれ第１の電極層お
よび第２の電極層が設けられるので、第１の電極層と第
２の電極層との間の電流経路が短くなる。したがって、
動作電圧の低減化が図られる。
系半導体層の下面および上面にそれぞれ第１の電極層お
よび第２の電極層が設けられるので、第１の電極層と第
２の電極層との間の電流経路が短くなる。したがって、
動作電圧の低減化が図られる。
【００４３】さらに、第２の窒化物系半導体層の上面を
第１の電極層を介してガリウム砒素基板の一面に接合す
る際に第２の窒化物系半導体層およびガリウム砒素基板
の結晶方位を合わせることができるので、半導体素子の
端面をへき開により形成することができる。したがっ
て、素子特性のばらつきが低減されるとともに、素子特
性の再現性が高くなる。
第１の電極層を介してガリウム砒素基板の一面に接合す
る際に第２の窒化物系半導体層およびガリウム砒素基板
の結晶方位を合わせることができるので、半導体素子の
端面をへき開により形成することができる。したがっ
て、素子特性のばらつきが低減されるとともに、素子特
性の再現性が高くなる。
【００４４】特に、第２の窒化物系半導体層を形成する
工程は、発光層を形成する工程を含んでもよい。それに
より、半導体素子として半導体発光素子が製造される。
工程は、発光層を形成する工程を含んでもよい。それに
より、半導体素子として半導体発光素子が製造される。
【００４５】また、第２の窒化物系半導体層を形成する
工程は、発光層に電流を注入するストライプ状の電流注
入領域を第２の窒化物系半導体層の〈１-1００〉方向に
沿って形成する工程を含み、第２の窒化物系半導体層の
上面を第１の電極層を介してガリウム砒素基板の一面に
接合する工程は、第２の窒化物系半導体層の〈１-1０
０〉方向をガリウム砒素基板の〈１１０〉方向または
〈１-1０〉方向に一致させる工程を含み、ガリウム砒素
基板の｛１１０｝面または｛１-1０｝面および第２の窒
化物系半導体層の｛１-1００｝面でへき開することによ
り一対の共振器面を形成する工程をさらに備えてもよ
い。
工程は、発光層に電流を注入するストライプ状の電流注
入領域を第２の窒化物系半導体層の〈１-1００〉方向に
沿って形成する工程を含み、第２の窒化物系半導体層の
上面を第１の電極層を介してガリウム砒素基板の一面に
接合する工程は、第２の窒化物系半導体層の〈１-1０
０〉方向をガリウム砒素基板の〈１１０〉方向または
〈１-1０〉方向に一致させる工程を含み、ガリウム砒素
基板の｛１１０｝面または｛１-1０｝面および第２の窒
化物系半導体層の｛１-1００｝面でへき開することによ
り一対の共振器面を形成する工程をさらに備えてもよ
い。
【００４６】この場合、窒化物系半導体層のへき開方向
とガリウム砒素基板のへき開方向とが一致するので、へ
き開により共振器面を形成することが可能となる。それ
により、半導体発光素子として半導体レーザ素子が実現
されるとともに、素子特性のばらつきが少なくなり、か
つ素子特性の再現性が高くなる。
とガリウム砒素基板のへき開方向とが一致するので、へ
き開により共振器面を形成することが可能となる。それ
により、半導体発光素子として半導体レーザ素子が実現
されるとともに、素子特性のばらつきが少なくなり、か
つ素子特性の再現性が高くなる。
【００４７】第４の発明に係る窒化物系半導体層の形成
方法は、絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウ
ムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化
物系半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物系半
導体層の表面に凹部の底面及び凸部の上面が絶縁体であ
る凹凸パターンを形成する工程と、横方向成長技術を用
いて前記第１の窒化物系半導体層からの成長により前記
絶縁体上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびイン
ジウムの少なくとも１つを含む第２の窒化物系半導体層
を形成する工程とを備えたものである。
方法は、絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウ
ムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化
物系半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物系半
導体層の表面に凹部の底面及び凸部の上面が絶縁体であ
る凹凸パターンを形成する工程と、横方向成長技術を用
いて前記第１の窒化物系半導体層からの成長により前記
絶縁体上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびイン
ジウムの少なくとも１つを含む第２の窒化物系半導体層
を形成する工程とを備えたものである。
【００４８】本発明に係る窒化物系半導体層の形成方法
においては、第１の窒化物系半導体層の表面に形成され
た凹凸パターンの凹部の底面および凸部の上面に絶縁体
が形成されているので、凹凸パターンの側面のみに第１
の窒化物系半導体層が露出している。そのため、窒化物
系半導体層の横方向の成長により絶縁体上に第２の窒化
物系半導体層が形成される。したがって、第２の窒化物
系半導体層に第１の窒化物系半導体層から格子欠陥が伝
搬しない。その結果、基板上の広い領域において格子欠
陥の存在しない高品質な窒化物系半導体層が形成され
る。
においては、第１の窒化物系半導体層の表面に形成され
た凹凸パターンの凹部の底面および凸部の上面に絶縁体
が形成されているので、凹凸パターンの側面のみに第１
の窒化物系半導体層が露出している。そのため、窒化物
系半導体層の横方向の成長により絶縁体上に第２の窒化
物系半導体層が形成される。したがって、第２の窒化物
系半導体層に第１の窒化物系半導体層から格子欠陥が伝
搬しない。その結果、基板上の広い領域において格子欠
陥の存在しない高品質な窒化物系半導体層が形成され
る。
【００４９】凹凸パターンを形成する工程は、凹部の底
面に第１の窒化物系半導体層が露出するように、凹凸パ
ターンを形成する工程と、凹凸パターンの凹部の底面に
絶縁体として絶縁膜を形成し、且つ凹凸パターンの凸部
の上面に絶縁体として絶縁膜を形成する工程とを含んで
もよい。
面に第１の窒化物系半導体層が露出するように、凹凸パ
ターンを形成する工程と、凹凸パターンの凹部の底面に
絶縁体として絶縁膜を形成し、且つ凹凸パターンの凸部
の上面に絶縁体として絶縁膜を形成する工程とを含んで
もよい。
【００５０】あるいは、凹凸パターンを形成する工程
は、凹凸パターンの凸部を形成すべき第１の窒化物系半
導体層の領域に絶縁体として絶縁膜を形成し、且つ絶縁
膜の領域を除いて絶縁体として絶縁性基板が露出するよ
うに第１の窒化物系半導体を除去する工程を含んでもよ
い。
は、凹凸パターンの凸部を形成すべき第１の窒化物系半
導体層の領域に絶縁体として絶縁膜を形成し、且つ絶縁
膜の領域を除いて絶縁体として絶縁性基板が露出するよ
うに第１の窒化物系半導体を除去する工程を含んでもよ
い。
【００５１】特に、凹凸パターンは、第１の窒化物系半
導体層の〈１１-2０〉方向に沿って延びるストライプ状
の凹部および凸部からなることが好ましい。それによ
り、窒化物系半導体層の横方向の成長が生じやすくな
る。
導体層の〈１１-2０〉方向に沿って延びるストライプ状
の凹部および凸部からなることが好ましい。それによ
り、窒化物系半導体層の横方向の成長が生じやすくな
る。
【００５２】また、凹凸パターンの凸部の断面形状は垂
直な側面を有する矩形状または逆メサ形状であることが
好ましい。それにより、凹凸パターン上に絶縁膜を堆積
させた場合に、凹凸パターンの凹部の底面および凸部の
上面のみに絶縁膜を形成することができる。したがっ
て、凹凸パターンの側面の絶縁膜を除去する工程を省略
することが可能となる。
直な側面を有する矩形状または逆メサ形状であることが
好ましい。それにより、凹凸パターン上に絶縁膜を堆積
させた場合に、凹凸パターンの凹部の底面および凸部の
上面のみに絶縁膜を形成することができる。したがっ
て、凹凸パターンの側面の絶縁膜を除去する工程を省略
することが可能となる。
【００５３】第５の発明に係る半導体素子は、絶縁性基
板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウ
ムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層が形
成され、第１の窒化物系半導体層の表面に凹凸パターン
が形成されるとともに、凹凸パターンの凹部の底面およ
び凸部の上面に絶縁膜が形成され、絶縁膜上にホウ素、
ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも
１つを含む第２の窒化物系半導体層が形成されたもので
ある。
板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウ
ムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層が形
成され、第１の窒化物系半導体層の表面に凹凸パターン
が形成されるとともに、凹凸パターンの凹部の底面およ
び凸部の上面に絶縁膜が形成され、絶縁膜上にホウ素、
ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも
１つを含む第２の窒化物系半導体層が形成されたもので
ある。
【００５４】本発明に係る半導体素子においては、第１
の窒化物系半導体層の表面の凹凸パターンの凹部の底面
および凸部の上面に絶縁膜が形成され、絶縁膜上に第２
の窒化物系半導体層が形成されているので、第２の窒化
物系半導体層に第１の窒化物系半導体層から格子欠陥が
伝搬しない。したがって、基板上の広い領域において格
子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体素子が実現
される。
の窒化物系半導体層の表面の凹凸パターンの凹部の底面
および凸部の上面に絶縁膜が形成され、絶縁膜上に第２
の窒化物系半導体層が形成されているので、第２の窒化
物系半導体層に第１の窒化物系半導体層から格子欠陥が
伝搬しない。したがって、基板上の広い領域において格
子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体素子が実現
される。
【００５５】第６の発明に係る半導体発光素子は、絶縁
性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびイン
ジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層
が形成され、第１の窒化物系半導体層の表面に凹凸パタ
ーンが形成されるとともに、凹凸パターンの凹部の底面
および凸部の上面に絶縁膜が形成され、絶縁膜上にホウ
素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なく
とも１つを含む第２の窒化物系半導体層が形成され、第
２の窒化物系半導体層が発光層を含むものである。
性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびイン
ジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層
が形成され、第１の窒化物系半導体層の表面に凹凸パタ
ーンが形成されるとともに、凹凸パターンの凹部の底面
および凸部の上面に絶縁膜が形成され、絶縁膜上にホウ
素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なく
とも１つを含む第２の窒化物系半導体層が形成され、第
２の窒化物系半導体層が発光層を含むものである。
【００５６】本発明に係る半導体発光素子においては、
第１の窒化物系半導体層の表面の凹凸パターンの凹部の
底面および凸部の上面に絶縁膜が形成され、絶縁膜上に
第２の窒化物系半導体層が形成されているので、第２の
窒化物系半導体層に第１の窒化物系半導体層から格子欠
陥が伝搬しない。したがって、基板上の広い領域におい
て格子欠陥の存在しない高品質な発光層を有する窒化物
系半導体発光素子が実現される。
第１の窒化物系半導体層の表面の凹凸パターンの凹部の
底面および凸部の上面に絶縁膜が形成され、絶縁膜上に
第２の窒化物系半導体層が形成されているので、第２の
窒化物系半導体層に第１の窒化物系半導体層から格子欠
陥が伝搬しない。したがって、基板上の広い領域におい
て格子欠陥の存在しない高品質な発光層を有する窒化物
系半導体発光素子が実現される。
【００５７】第７の発明に係る半導体素子は、絶縁性基
板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウ
ムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層が形
成され、第１の窒化物系半導体層上に所定間隔で複数の
ストライプ状絶縁膜が形成され、第１の窒化物系半導体
層上および複数のストライプ状絶縁膜上にホウ素、ガリ
ウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つ
を含む第２の窒化物系半導体層が形成され、第２の窒化
物系半導体層が複数のストライプ状絶縁膜の上部に素子
の能動領域を含むものである。なお、能動領域とは、半
導体素子の電極形成領域等以外の実際に動作する領域で
ある。
板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウ
ムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層が形
成され、第１の窒化物系半導体層上に所定間隔で複数の
ストライプ状絶縁膜が形成され、第１の窒化物系半導体
層上および複数のストライプ状絶縁膜上にホウ素、ガリ
ウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つ
を含む第２の窒化物系半導体層が形成され、第２の窒化
物系半導体層が複数のストライプ状絶縁膜の上部に素子
の能動領域を含むものである。なお、能動領域とは、半
導体素子の電極形成領域等以外の実際に動作する領域で
ある。
【００５８】本発明に係る半導体素子においては、第１
の窒化物系半導体層上に複数のストライプ状絶縁膜を介
して第２の窒化物系半導体層が形成されているので、複
数のストライプ状絶縁膜が存在する領域上の第２の窒化
物系半導体層には格子欠陥がほとんど存在しない。した
がって、複数のストライプ状絶縁膜の上部の素子の能動
領域が高品質となる。
の窒化物系半導体層上に複数のストライプ状絶縁膜を介
して第２の窒化物系半導体層が形成されているので、複
数のストライプ状絶縁膜が存在する領域上の第２の窒化
物系半導体層には格子欠陥がほとんど存在しない。した
がって、複数のストライプ状絶縁膜の上部の素子の能動
領域が高品質となる。
【００５９】また、複数のストライプ状絶縁膜が存在す
る領域上では、複数のストライプ状絶縁膜が存在しない
領域上に比べて第２の窒化物系半導体層の成長速度が遅
くなる。それにより、複数のストライプ状絶縁膜が存在
する領域上の第２の窒化物系半導体層が凹状に形成され
る。したがって、エッチングを用いることなく素子の能
動領域を作製することが可能となる。
る領域上では、複数のストライプ状絶縁膜が存在しない
領域上に比べて第２の窒化物系半導体層の成長速度が遅
くなる。それにより、複数のストライプ状絶縁膜が存在
する領域上の第２の窒化物系半導体層が凹状に形成され
る。したがって、エッチングを用いることなく素子の能
動領域を作製することが可能となる。
【００６０】第８の発明に係る半導体発光素子は、絶縁
性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびイン
ジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層
が形成され、第１の窒化物系半導体層上に所定間隔で複
数のストライプ状絶縁膜が形成され、第１の窒化物系半
導体層上および複数のストライプ状絶縁膜上にホウ素、
ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも
１つを含む第２の窒化物系半導体層が形成され、第２の
窒化物系半導体層が複数のストライプ状絶縁膜の上部に
発光部を含むものである。
性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびイン
ジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層
が形成され、第１の窒化物系半導体層上に所定間隔で複
数のストライプ状絶縁膜が形成され、第１の窒化物系半
導体層上および複数のストライプ状絶縁膜上にホウ素、
ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも
１つを含む第２の窒化物系半導体層が形成され、第２の
窒化物系半導体層が複数のストライプ状絶縁膜の上部に
発光部を含むものである。
【００６１】本発明に係る半導体発光素子においては、
第１の窒化物系半導体層上に複数のストライプ状絶縁膜
を介して第２の窒化物系半導体層が形成されているの
で、複数のストライプ状絶縁膜が存在する領域上の第２
の窒化物系半導体層には格子欠陥がほとんど存在しな
い。したがって、複数のストライプ状絶縁膜の上部の発
光部が高品質となる。
第１の窒化物系半導体層上に複数のストライプ状絶縁膜
を介して第２の窒化物系半導体層が形成されているの
で、複数のストライプ状絶縁膜が存在する領域上の第２
の窒化物系半導体層には格子欠陥がほとんど存在しな
い。したがって、複数のストライプ状絶縁膜の上部の発
光部が高品質となる。
【００６２】また、複数のストライプ状絶縁膜が存在す
る領域上では、複数のストライプ状絶縁膜が存在しない
領域上に比べて第２の窒化物系半導体層の成長速度が遅
くなる。それにより、複数のストライプ状絶縁膜が存在
する領域上の第２の窒化物系半導体層が凹状に形成され
る。したがって、エッチングを用いることなく屈折率導
波型の光導波路を作製することが可能となる。
る領域上では、複数のストライプ状絶縁膜が存在しない
領域上に比べて第２の窒化物系半導体層の成長速度が遅
くなる。それにより、複数のストライプ状絶縁膜が存在
する領域上の第２の窒化物系半導体層が凹状に形成され
る。したがって、エッチングを用いることなく屈折率導
波型の光導波路を作製することが可能となる。
【００６３】特に、第２の窒化物系半導体層が発光部に
電流を注入するストライプ状の電流注入領域を有し、第
２の窒化物系半導体層がストライプ状の電流注入領域に
垂直な一対の共振器面を備えてもよい。それにより、発
光部にストライプ状に電流が注入され、レーザ発振が可
能となる。
電流を注入するストライプ状の電流注入領域を有し、第
２の窒化物系半導体層がストライプ状の電流注入領域に
垂直な一対の共振器面を備えてもよい。それにより、発
光部にストライプ状に電流が注入され、レーザ発振が可
能となる。
【００６４】また、複数のストライプ状絶縁膜が第１の
窒化物系半導体層の〈１１-2０〉方向に沿って形成され
ることが好ましい。それにより、窒化物系半導体層の横
方向の成長が生じやすくなり、第２の窒化物系半導体層
がより高品質となる。
窒化物系半導体層の〈１１-2０〉方向に沿って形成され
ることが好ましい。それにより、窒化物系半導体層の横
方向の成長が生じやすくなり、第２の窒化物系半導体層
がより高品質となる。
【００６５】第９の発明に係る半導体素子の製造方法
は、絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムお
よびインジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系
半導体層を形成する工程と、第１の窒化物系半導体層上
に所定間隔で複数のストライプ状絶縁膜を形成する工程
と、第１の窒化物系半導体層上および複数のストライプ
状絶縁膜上に横方向成長技術を用いてホウ素、ガリウ
ム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを
含む第２の窒化物系半導体層を形成することにより複数
のストライプ状絶縁膜の上部に素子の能動領域を形成す
る工程とを備えたものである。なお、能動領域とは、半
導体素子の電極形成領域等以外の実際に動作する領域で
ある。
は、絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウムお
よびインジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化物系
半導体層を形成する工程と、第１の窒化物系半導体層上
に所定間隔で複数のストライプ状絶縁膜を形成する工程
と、第１の窒化物系半導体層上および複数のストライプ
状絶縁膜上に横方向成長技術を用いてホウ素、ガリウ
ム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを
含む第２の窒化物系半導体層を形成することにより複数
のストライプ状絶縁膜の上部に素子の能動領域を形成す
る工程とを備えたものである。なお、能動領域とは、半
導体素子の電極形成領域等以外の実際に動作する領域で
ある。
【００６６】本発明に係る半導体素子の製造方法におい
ては、第１の窒化物系半導体層上に複数のストライプ状
絶縁膜を介して横方向成長技術を用いて第２の窒化物系
半導体層が形成されるので、複数のストライプ状絶縁膜
が存在する領域上の第２の窒化物系半導体層には格子欠
陥がほとんど存在しない。したがって、複数のストライ
プ状絶縁膜の上部の素子の能動領域が高品質となる。
ては、第１の窒化物系半導体層上に複数のストライプ状
絶縁膜を介して横方向成長技術を用いて第２の窒化物系
半導体層が形成されるので、複数のストライプ状絶縁膜
が存在する領域上の第２の窒化物系半導体層には格子欠
陥がほとんど存在しない。したがって、複数のストライ
プ状絶縁膜の上部の素子の能動領域が高品質となる。
【００６７】また、複数のストライプ状絶縁膜が存在す
る領域上では、複数のストライプ状絶縁膜が存在しない
領域上に比べて第２の窒化物系半導体層の成長速度が遅
くなる。それにより、複数のストライプ状絶縁膜が存在
する領域上の第２の窒化物系半導体層が凹状に形成され
る。したがって、エッチングを用いることなく素子の能
動領域を作製することが可能となる。
る領域上では、複数のストライプ状絶縁膜が存在しない
領域上に比べて第２の窒化物系半導体層の成長速度が遅
くなる。それにより、複数のストライプ状絶縁膜が存在
する領域上の第２の窒化物系半導体層が凹状に形成され
る。したがって、エッチングを用いることなく素子の能
動領域を作製することが可能となる。
【００６８】第１０の発明に係る窒化物系半導体層の製
造方法は、絶縁性基板上に、ホウ素、ガリウム、アルミ
ニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１の
窒化物系半導体層を形成する工程と、第１の窒化物系半
導体層に、露出した側面を有する凹凸パターンを形成す
る工程と、横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系
半導体層の凹凸パターンの露出した側面からの成長によ
り凹凸パターン上にホウ素、ガリウム、アルミニウムお
よびインジウムの少なくとも１つを含む第２の窒化物系
半導体層を形成する工程とを備えたものである。
造方法は、絶縁性基板上に、ホウ素、ガリウム、アルミ
ニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１の
窒化物系半導体層を形成する工程と、第１の窒化物系半
導体層に、露出した側面を有する凹凸パターンを形成す
る工程と、横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系
半導体層の凹凸パターンの露出した側面からの成長によ
り凹凸パターン上にホウ素、ガリウム、アルミニウムお
よびインジウムの少なくとも１つを含む第２の窒化物系
半導体層を形成する工程とを備えたものである。
【００６９】本発明に係る窒化物系半導体層の形成方法
においては、第１の窒化物系半導体層に形成された凹凸
パターンの側面が露出している。そのため、露出した側
面から窒化物系半導体層の横方向の成長により凹凸パタ
ーン上に第２の窒化物系半導体層が形成される。したが
って、第２の窒化物系半導体層に第１の窒化物系半導体
層から格子欠陥が伝搬しない。その結果、基板上の広い
領域において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半
導体層が形成される。
においては、第１の窒化物系半導体層に形成された凹凸
パターンの側面が露出している。そのため、露出した側
面から窒化物系半導体層の横方向の成長により凹凸パタ
ーン上に第２の窒化物系半導体層が形成される。したが
って、第２の窒化物系半導体層に第１の窒化物系半導体
層から格子欠陥が伝搬しない。その結果、基板上の広い
領域において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半
導体層が形成される。
【００７０】凹凸パターンを形成する工程は、凹部の底
面に第１の窒化物系半導体層が露出するように、凹凸パ
ターンを形成する工程と、凹凸パターンの凹部の底面お
よび凸部の上面に絶縁膜を形成する工程とを含んでもよ
い。
面に第１の窒化物系半導体層が露出するように、凹凸パ
ターンを形成する工程と、凹凸パターンの凹部の底面お
よび凸部の上面に絶縁膜を形成する工程とを含んでもよ
い。
【００７１】あるいは、凹凸パターンを形成する工程
は、凹凸パターンの凸部を形成すべき第１の窒化物系半
導体層の領域に絶縁膜を形成し、且つ絶縁膜の領域を除
いて絶縁性基板が露出するように第１の窒化物系半導体
を除去する工程を含んでもよい。
は、凹凸パターンの凸部を形成すべき第１の窒化物系半
導体層の領域に絶縁膜を形成し、且つ絶縁膜の領域を除
いて絶縁性基板が露出するように第１の窒化物系半導体
を除去する工程を含んでもよい。
【００７２】
【発明の実施の形態】図１〜図６は本発明の第１の実施
例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工
程断面図である。
例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工
程断面図である。
【００７３】まず、図１に示すように、サファイア基板
１上に、ＡｌＧａＮバッファ層２を形成し、ＡｌＧａＮ
バッファ層２上にアンドープのＧａＮ層３を成長させ
る。ＧａＮ層３上に所定幅のＳｉＯ2膜４を形成した
後、横方向成長技術を用いてＧａＮ層３上およびＳｉＯ
2膜４上にｎ−ＧａＮ層５を成長させる。
１上に、ＡｌＧａＮバッファ層２を形成し、ＡｌＧａＮ
バッファ層２上にアンドープのＧａＮ層３を成長させ
る。ＧａＮ層３上に所定幅のＳｉＯ2膜４を形成した
後、横方向成長技術を用いてＧａＮ層３上およびＳｉＯ
2膜４上にｎ−ＧａＮ層５を成長させる。
【００７４】次に、ｎ−ＧａＮ層５上に、厚さ０．１μ
ｍのｎ−ＩｎPＧａ1-PＮ（Ｐ＝０．１）クラック防止層
６、厚さ１．０μｍのｎ−ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．
７）クラッド層７、後述する多重量子井戸発光層（以
下、ＭＱＷ発光層と呼ぶ）８、厚さ０．１５μｍのｐ−
ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．０７）クラッド層９、および
厚さ０．２０μｍのｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ（Ｚ＝０．１
２）電流ブロック層１０を順に形成する。
ｍのｎ−ＩｎPＧａ1-PＮ（Ｐ＝０．１）クラック防止層
６、厚さ１．０μｍのｎ−ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．
７）クラッド層７、後述する多重量子井戸発光層（以
下、ＭＱＷ発光層と呼ぶ）８、厚さ０．１５μｍのｐ−
ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．０７）クラッド層９、および
厚さ０．２０μｍのｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ（Ｚ＝０．１
２）電流ブロック層１０を順に形成する。
【００７５】図７はＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド
構造図である。図７に示すように、ＭＱＷ発光層８は、
厚さ６０Åの６つのＩｎXＧａ1-XＮ（Ｘ＝０．０３）量
子障壁層８１と厚さ３０Åの５つのＩｎXＧａ1-XＮ（Ｘ
＝０．１０）量子井戸層８２とが交互に積層されてなる
多重量子井戸構造を含む。その多重量子井戸構造の両面
は厚さ０．１μｍのＧａＮ光ガイド層８３で挟まれてい
る。
構造図である。図７に示すように、ＭＱＷ発光層８は、
厚さ６０Åの６つのＩｎXＧａ1-XＮ（Ｘ＝０．０３）量
子障壁層８１と厚さ３０Åの５つのＩｎXＧａ1-XＮ（Ｘ
＝０．１０）量子井戸層８２とが交互に積層されてなる
多重量子井戸構造を含む。その多重量子井戸構造の両面
は厚さ０．１μｍのＧａＮ光ガイド層８３で挟まれてい
る。
【００７６】続いて、ｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ電流ブロック
層１０の中央部の幅Ｗ０のストライプ状の領域をエッチ
ングにより除去する。この場合、ｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ電
流ブロック層１０間のストライプ状の領域が電流注入領
域１９となる。電流注入領域１９の幅Ｗ０は例えば２μ
ｍである。この電流注入領域１９は、ＧａＮの〈１１-2
０〉方向に沿って形成する。
層１０の中央部の幅Ｗ０のストライプ状の領域をエッチ
ングにより除去する。この場合、ｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ電
流ブロック層１０間のストライプ状の領域が電流注入領
域１９となる。電流注入領域１９の幅Ｗ０は例えば２μ
ｍである。この電流注入領域１９は、ＧａＮの〈１１-2
０〉方向に沿って形成する。
【００７７】さらに、ｎ−ＡｌZＧａ1-Z Ｎ電流ブロッ
ク層１０上およびｐ−ＡｌYＧａ1-YＮクラッド層９上に
厚さ０．４μｍのｐ−ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．０７）
クラッド層１１、および厚さ０．１μｍのｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１２を順に形成する。
ク層１０上およびｐ−ＡｌYＧａ1-YＮクラッド層９上に
厚さ０．４μｍのｐ−ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．０７）
クラッド層１１、および厚さ０．１μｍのｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１２を順に形成する。
【００７８】なお、ｎ型ドーパントとしてはＳｉを用
い、ｐ型ドーパントとしてはＭｇを用いる。また、各層
の成長方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属
化学的気相成長法）またはＨＶＰＥ法（ハイドライド気
相成長法）を用いる。
い、ｐ型ドーパントとしてはＭｇを用いる。また、各層
の成長方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属
化学的気相成長法）またはＨＶＰＥ法（ハイドライド気
相成長法）を用いる。
【００７９】この場合、ＳｉＯ2膜４が存在しない領域
では、ＧａＮ層３からｐ−ＧａＮコンタクト層１２まで
格子欠陥が上下方向に延びている。ＳｉＯ2膜４上のｎ
−ＧａＮ層５からｐ−ＧａＮコンタクト層１２には格子
欠陥が存在しない。
では、ＧａＮ層３からｐ−ＧａＮコンタクト層１２まで
格子欠陥が上下方向に延びている。ＳｉＯ2膜４上のｎ
−ＧａＮ層５からｐ−ＧａＮコンタクト層１２には格子
欠陥が存在しない。
【００８０】次に、図２に示すようにＳｉＯ2膜４が存
在しない領域のｐ−ＧａＮコンタクト層１２からｎ−Ｇ
ａＮ層５までをＲＩＥ法、ＲＩＢＥ法等のドライエッチ
ングにより除去する。それにより、ＧａＮ層３上に格子
欠陥の存在しないＧａＮ系半導体層１８が残る。
在しない領域のｐ−ＧａＮコンタクト層１２からｎ−Ｇ
ａＮ層５までをＲＩＥ法、ＲＩＢＥ法等のドライエッチ
ングにより除去する。それにより、ＧａＮ層３上に格子
欠陥の存在しないＧａＮ系半導体層１８が残る。
【００８１】さらに、ｐ型ドーパントを活性化するため
に、６００℃以上、例えば８００℃で３０分間のアニー
ルを行った後、図３に示すように、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層１２上に厚さ５０００ÅのＮｉ、厚さ１００ÅのＰ
ｔおよび厚さ１μｍのＡｕからなるｐ電極１３を形成す
る。
に、６００℃以上、例えば８００℃で３０分間のアニー
ルを行った後、図３に示すように、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層１２上に厚さ５０００ÅのＮｉ、厚さ１００ÅのＰ
ｔおよび厚さ１μｍのＡｕからなるｐ電極１３を形成す
る。
【００８２】次に、図４に示すように、表裏の（００
１）面にオーミック電極１５ａ，１５ｂが形成された厚
み１００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１４を用意する。この
ｎ−ＧａＡｓ基板１４のオーミック電極１５ａ上に、サ
ファイア基板１上のＧａＮ系半導体層１８上に形成され
たｐ電極１３の上面を熱圧着または融着により接合す
る。
１）面にオーミック電極１５ａ，１５ｂが形成された厚
み１００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１４を用意する。この
ｎ−ＧａＡｓ基板１４のオーミック電極１５ａ上に、サ
ファイア基板１上のＧａＮ系半導体層１８上に形成され
たｐ電極１３の上面を熱圧着または融着により接合す
る。
【００８３】熱圧着を用いる場合、ｐ電極１３の表面お
よびオーミック電極１５ａの表面は、蒸着直後の状態の
Ａｕで覆われていることが望ましい。また、融着を用い
る場合には、ｎ−ＧａＡｓ基板１４上に厚さ３μｍ程度
のＡｕ−Ｓｎ膜を形成することが望ましい。
よびオーミック電極１５ａの表面は、蒸着直後の状態の
Ａｕで覆われていることが望ましい。また、融着を用い
る場合には、ｎ−ＧａＡｓ基板１４上に厚さ３μｍ程度
のＡｕ−Ｓｎ膜を形成することが望ましい。
【００８４】ｐ電極１３とオーミック電極１５ａとの接
合の際には、ｎ−ＧａＡｓ基板１４とＧａＮ系半導体層
１８とが図８の関係を有するようにＧａＡｓ基板１４と
ＧａＮ系半導体層１８との結晶方位を合わせる。
合の際には、ｎ−ＧａＡｓ基板１４とＧａＮ系半導体層
１８とが図８の関係を有するようにＧａＡｓ基板１４と
ＧａＮ系半導体層１８との結晶方位を合わせる。
【００８５】図８において、ｎ−ＧａＡｓ基板１４の
（００１）面上にＧａＮ系半導体層１８が形成される。
ストライプ状の電流注入領域１９は、図４のｎ−ＡｌZ
Ｇａ1-ZＮ電流ブロック層１０間の領域に対応し、電流
注入領域１９に発光部２０が形成される。この電流注入
領域１９は〈1 -1 0 0〉方向に沿って設けられる。この
場合，ＧａＮ系半導体層１８の電流注入領域１９がｎ−
ＧａＡｓ基板１４の〈１１０〉方向または〈１-1０〉方
向と平行になるようにＧａＮ系半導体層１８をｎ−Ｇａ
Ａｓ基板１４上に接合する。
（００１）面上にＧａＮ系半導体層１８が形成される。
ストライプ状の電流注入領域１９は、図４のｎ−ＡｌZ
Ｇａ1-ZＮ電流ブロック層１０間の領域に対応し、電流
注入領域１９に発光部２０が形成される。この電流注入
領域１９は〈1 -1 0 0〉方向に沿って設けられる。この
場合，ＧａＮ系半導体層１８の電流注入領域１９がｎ−
ＧａＡｓ基板１４の〈１１０〉方向または〈１-1０〉方
向と平行になるようにＧａＮ系半導体層１８をｎ−Ｇａ
Ａｓ基板１４上に接合する。
【００８６】次に、図４のサファイア基板１およびｎ−
ＧａＡｓ基板１４をフッ酸原液に浸漬することによりＳ
ｉＯ2膜４を除去し、サファイア基板１およびその上の
格子欠陥を有するＡｌＧａＮバッファ層２およびＧａＮ
層３をリフトオフ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１４上のＧ
ａＮ系半導体層１８から取り外す。それにより、図５に
示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１４上に格子欠陥を有さ
ないＧａＮ系半導体層１８が残る。この場合、ＳｉＯ2
膜４のサイドエッチングが進行しやすくなるように、界
面活性化入りのフッ酸原液を用いることが望ましい。
ＧａＡｓ基板１４をフッ酸原液に浸漬することによりＳ
ｉＯ2膜４を除去し、サファイア基板１およびその上の
格子欠陥を有するＡｌＧａＮバッファ層２およびＧａＮ
層３をリフトオフ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１４上のＧ
ａＮ系半導体層１８から取り外す。それにより、図５に
示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１４上に格子欠陥を有さ
ないＧａＮ系半導体層１８が残る。この場合、ＳｉＯ2
膜４のサイドエッチングが進行しやすくなるように、界
面活性化入りのフッ酸原液を用いることが望ましい。
【００８７】最後に、図６に示すように、ｎ−ＧａＮ層
５上の中央部の領域を除いてＧａＮ系半導体層１８の上
面および側面ならびにオーミック電極１５ａの表面に、
短絡防止用のＳｉＯ2膜１６を形成した後、ｎ−ＧａＮ
層５上およびＳｉＯ2膜１６上に厚さ１００ÅのＴｉお
よび厚さ２０００ÅのＡｌからなるｎ電極１７を形成す
る。
５上の中央部の領域を除いてＧａＮ系半導体層１８の上
面および側面ならびにオーミック電極１５ａの表面に、
短絡防止用のＳｉＯ2膜１６を形成した後、ｎ−ＧａＮ
層５上およびＳｉＯ2膜１６上に厚さ１００ÅのＴｉお
よび厚さ２０００ÅのＡｌからなるｎ電極１７を形成す
る。
【００８８】その後、一対の共振器面をへき開法により
形成する。この場合、図８に示すように、ＧａＮ系半導
体層１８の｛１-1００｝面およびｎ−ＧａＡｓ基板１４
の｛１１０｝面または｛１-1０｝面がへき開面となる。
形成する。この場合、図８に示すように、ＧａＮ系半導
体層１８の｛１-1００｝面およびｎ−ＧａＡｓ基板１４
の｛１１０｝面または｛１-1０｝面がへき開面となる。
【００８９】本実施例の半導体レーザ素子においては、
ＧａＮ系半導体層１８の裏面および表面にそれぞれｐ電
極１３およびｎ電極１７が形成されるので、ｐ電極１３
とｎ電極１７との間の電流経路が短くなる。また、Ｇａ
Ｎ系半導体層１８にほとんど格子欠陥が存在しない。し
たがって、低電圧動作および低電流動作が可能となる。
ＧａＮ系半導体層１８の裏面および表面にそれぞれｐ電
極１３およびｎ電極１７が形成されるので、ｐ電極１３
とｎ電極１７との間の電流経路が短くなる。また、Ｇａ
Ｎ系半導体層１８にほとんど格子欠陥が存在しない。し
たがって、低電圧動作および低電流動作が可能となる。
【００９０】また、ＧａＮ系半導体層１８のへき開方向
とｎ−ＧａＡｓ基板１４のへき開方向とを一致させるこ
とができるので、共振器面をへき開法により容易に形成
することができる。
とｎ−ＧａＡｓ基板１４のへき開方向とを一致させるこ
とができるので、共振器面をへき開法により容易に形成
することができる。
【００９１】なお、本実施例では、本発明を半導体レー
ザ素子に適用した場合を説明したが、本発明は、発光ダ
イオード等のその他の半導体発光素子や、その他の半導
体素子にも適用可能である。
ザ素子に適用した場合を説明したが、本発明は、発光ダ
イオード等のその他の半導体発光素子や、その他の半導
体素子にも適用可能である。
【００９２】図９および図１０は本発明の第２の実施例
におけるＧａＮ系半導体層の形成方法を示す模式的工程
断面図である。
におけるＧａＮ系半導体層の形成方法を示す模式的工程
断面図である。
【００９３】図９（ａ）に示すサファイア基板２１の端
面は（０００１）面（ｃ面）を有する。図９（ｂ）に示
すように、サファイア基板２１の（０００１）面上に、
ＡｌＧａＮバッファ層２２およびアンドープのＧａＮ層
２３を順に成長させる。ＧａＮ層２３には上下方向に延
びる格子欠陥３７が存在する。
面は（０００１）面（ｃ面）を有する。図９（ｂ）に示
すように、サファイア基板２１の（０００１）面上に、
ＡｌＧａＮバッファ層２２およびアンドープのＧａＮ層
２３を順に成長させる。ＧａＮ層２３には上下方向に延
びる格子欠陥３７が存在する。
【００９４】次に、図９（ｃ）に示すように、Ｎｉから
なるストライプ状マスク２９を用いてＧａＮ層２３をＲ
ＩＥ法によりエッチングし、ＧａＮ層２３の表面にスト
ライプ状の凹凸パターンを形成する。凹凸パターンにお
ける凹部および凸部の幅Ｄはいずれも例えば５μｍとす
る。
なるストライプ状マスク２９を用いてＧａＮ層２３をＲ
ＩＥ法によりエッチングし、ＧａＮ層２３の表面にスト
ライプ状の凹凸パターンを形成する。凹凸パターンにお
ける凹部および凸部の幅Ｄはいずれも例えば５μｍとす
る。
【００９５】ストライプ状マスク２９を除去した後、図
９（ｄ）に示すように、ＧａＮ層２３上にＳｉＯ2膜３
０を形成する。
９（ｄ）に示すように、ＧａＮ層２３上にＳｉＯ2膜３
０を形成する。
【００９６】次に、図１０（ｅ）に示すように、ＧａＮ
層２３の凹凸パターンの側面に形成されたＳｉＯ2膜３
０をエッチングにより除去する。
層２３の凹凸パターンの側面に形成されたＳｉＯ2膜３
０をエッチングにより除去する。
【００９７】その後、図１０（ｆ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長を行う。このとき、凹凸パターンの側
面のみに下地のＧａＮ層２３が露出しているので、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長の開始時には、ＧａＮ層２４は縦方向
へ成長せず、横方向のみに成長する。ＳｉＯ2膜３０上
で横方向に成長するＧａＮ層２４には下地のＧａＮ層２
３の格子欠陥３７が伝搬しない。
Ｎ層２４の再成長を行う。このとき、凹凸パターンの側
面のみに下地のＧａＮ層２３が露出しているので、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長の開始時には、ＧａＮ層２４は縦方向
へ成長せず、横方向のみに成長する。ＳｉＯ2膜３０上
で横方向に成長するＧａＮ層２４には下地のＧａＮ層２
３の格子欠陥３７が伝搬しない。
【００９８】そして、図１０（ｇ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長が進むにつれて、凹凸パターンの下段
のＳｉＯ2膜３０がＧａＮ層２４により埋め込まれ、Ｇ
ａＮ層２４が縦方向へ成長する。
Ｎ層２４の再成長が進むにつれて、凹凸パターンの下段
のＳｉＯ2膜３０がＧａＮ層２４により埋め込まれ、Ｇ
ａＮ層２４が縦方向へ成長する。
【００９９】その後、図１０（ｈ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４が凹凸パターンの上段のＳｉＯ2膜３０上にお
いて横方向へ成長するとともに縦方向にも成長し、Ｇａ
Ｎ層２４の表面が平坦化される。それにより、凹凸パタ
ーンのＳｉＯ2膜３０上に格子欠陥が存在しない高品質
のＧａＮ層２４が形成される。
Ｎ層２４が凹凸パターンの上段のＳｉＯ2膜３０上にお
いて横方向へ成長するとともに縦方向にも成長し、Ｇａ
Ｎ層２４の表面が平坦化される。それにより、凹凸パタ
ーンのＳｉＯ2膜３０上に格子欠陥が存在しない高品質
のＧａＮ層２４が形成される。
【０１００】再成長させるＧａＮ層２４の表面を平坦に
するためには、ＧａＮ層２４がある程度の厚みを有する
ことが必要である。ＧａＮ層２４の表面を平坦にするた
めに必要な厚みは、下地のＧａＮ層２３の凹凸パターン
の幅、ＧａＮ層２４の成長時の基板温度等の成長条件に
よって異なる。例えば、凹凸パターンの凹部および凸部
の幅がそれぞれ５μｍ程度の場合、ＧａＮ層２４の厚み
は１０〜２０μｍ程度必要となる。
するためには、ＧａＮ層２４がある程度の厚みを有する
ことが必要である。ＧａＮ層２４の表面を平坦にするた
めに必要な厚みは、下地のＧａＮ層２３の凹凸パターン
の幅、ＧａＮ層２４の成長時の基板温度等の成長条件に
よって異なる。例えば、凹凸パターンの凹部および凸部
の幅がそれぞれ５μｍ程度の場合、ＧａＮ層２４の厚み
は１０〜２０μｍ程度必要となる。
【０１０１】ＧａＮは〈１-1００〉方向に成長しやすい
ので、図１０（ｆ），（ｇ），（ｈ）の工程でＧａＮ層
２４の横方向への成長が生じやすくするために、図９
（ｃ）の工程でＮｉからなるストライプ状マスク２９を
ＧａＮ層２３の〈１-1００〉方向と垂直な〈１１-2０〉
方向に沿って形成することが望ましい。
ので、図１０（ｆ），（ｇ），（ｈ）の工程でＧａＮ層
２４の横方向への成長が生じやすくするために、図９
（ｃ）の工程でＮｉからなるストライプ状マスク２９を
ＧａＮ層２３の〈１-1００〉方向と垂直な〈１１-2０〉
方向に沿って形成することが望ましい。
【０１０２】また、図１０（ｈ）の工程で再成長するＧ
ａＮ層２４の表面が平坦になりやすくするために、図９
（ｃ）の工程で用いるＮｉからなるストライプ状マスク
２９のマスク幅およびストライプ状マスク２９の窓幅
（Ｎｉが存在しない領域の幅）はそれぞれ１０μｍ以下
と小さいことが好ましく、１〜５μｍとすることがより
好ましい。
ａＮ層２４の表面が平坦になりやすくするために、図９
（ｃ）の工程で用いるＮｉからなるストライプ状マスク
２９のマスク幅およびストライプ状マスク２９の窓幅
（Ｎｉが存在しない領域の幅）はそれぞれ１０μｍ以下
と小さいことが好ましく、１〜５μｍとすることがより
好ましい。
【０１０３】さらに、下地のＧａＮ層２３の凹凸パター
ンの凸部の断面形状は、順メサ形状（台形状）とするよ
りも垂直な側面を有する矩形状または逆メサ形状（逆台
形状）とすることが好ましい。
ンの凸部の断面形状は、順メサ形状（台形状）とするよ
りも垂直な側面を有する矩形状または逆メサ形状（逆台
形状）とすることが好ましい。
【０１０４】図１１に示すように、ＧａＮ層２３の凹凸
パターンの断面形状を逆メサ形状にし、ステップカバレ
ッジの悪い電子ビーム蒸着等の堆積方法でＳｉＯ2膜３
０をＧａＮ層２３上に形成することにより、凹凸パター
ンの側面へＳｉＯ2膜が堆積することを防止できる。そ
れにより、凹凸パターンの側面のＳｉＯ2膜をエッチン
グにより除去する工程を省略することができる。
パターンの断面形状を逆メサ形状にし、ステップカバレ
ッジの悪い電子ビーム蒸着等の堆積方法でＳｉＯ2膜３
０をＧａＮ層２３上に形成することにより、凹凸パター
ンの側面へＳｉＯ2膜が堆積することを防止できる。そ
れにより、凹凸パターンの側面のＳｉＯ2膜をエッチン
グにより除去する工程を省略することができる。
【０１０５】図１２（ａ），（ｂ）は下地のＧａＮ層２
３の表面に逆メサ形状の凹凸パターンを形成する方法を
示す模式的断面図である。
３の表面に逆メサ形状の凹凸パターンを形成する方法を
示す模式的断面図である。
【０１０６】まず、図１２（ａ）に示すように、ＧａＮ
層２３上にＮｉからなるストライプ状マスク２９を形成
した後、ドライエッチング時に、サファイア基板２１を
傾けてエッチング装置に装着する。この状態で、ＧａＮ
層２３をＲＩＥ法等のドライエッチングによりエッチン
グする。
層２３上にＮｉからなるストライプ状マスク２９を形成
した後、ドライエッチング時に、サファイア基板２１を
傾けてエッチング装置に装着する。この状態で、ＧａＮ
層２３をＲＩＥ法等のドライエッチングによりエッチン
グする。
【０１０７】次に、図１２（ｂ）に示すように、サファ
イア基板２１を逆方向に傾ける。この状態で、ＧａＮ層
２３をＲＩＥ法等のドライエッチングによりエッチング
する。このようにして、ＧａＮ層２３の表面に逆メサ形
状の凹凸パターンを形成することができる。
イア基板２１を逆方向に傾ける。この状態で、ＧａＮ層
２３をＲＩＥ法等のドライエッチングによりエッチング
する。このようにして、ＧａＮ層２３の表面に逆メサ形
状の凹凸パターンを形成することができる。
【０１０８】本実施例のＧａＮ系半導体層の製造方法に
よれば、ＧａＮと格子定数の異なるサファイア基板２１
を用いても、サファイア基板２１の全面において格子欠
陥が存在しない高品質のＧａＮ層２４を成長させること
が可能となる。
よれば、ＧａＮと格子定数の異なるサファイア基板２１
を用いても、サファイア基板２１の全面において格子欠
陥が存在しない高品質のＧａＮ層２４を成長させること
が可能となる。
【０１０９】したがって、ＧａＮ層２４上にＧａＮ系半
導体層からなる発光ダイオード、半導体レーザ素子等の
半導体発光素子を作製した場合、発光効率および信頼性
の向上を図ることが可能となる。
導体層からなる発光ダイオード、半導体レーザ素子等の
半導体発光素子を作製した場合、発光効率および信頼性
の向上を図ることが可能となる。
【０１１０】図１３は図９および図１０の方法により形
成されたＧａＮ層上に作製された半導体レーザ素子の一
例を示す模式的断面図である。
成されたＧａＮ層上に作製された半導体レーザ素子の一
例を示す模式的断面図である。
【０１１１】図１３において、図９および図１０の方法
により形成されたＧａＮ層２４上に、ｎ−ＧａＮ層２
５、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層２６、ｎ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２７、ＭＱＷ発光層２８およびｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９が順に形成されている。ｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９上のストライプ状の領域を除いてｎ
−ＡｌＧａＮ電流ブロック層３１が形成されている。ｐ
−ＡｌＧａＮクラッド層２９上およびｎ−ＡｌＧａＮ電
流ブロック層３１上に、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３２
およびｐ−ＧａＮコンタクト層３３が順に形成されてい
る。ｐ−ＧａＮコンタクト層３３からｎ−ＧａＮ層２５
までの一部領域がエッチングにより除去されている。ｐ
−ＧａＮコンタクト層３３上にｐ電極３４が形成され、
ｎ−ＧａＮ層２５の露出した表面にｎ電極３５が形成さ
れている。
により形成されたＧａＮ層２４上に、ｎ−ＧａＮ層２
５、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層２６、ｎ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２７、ＭＱＷ発光層２８およびｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９が順に形成されている。ｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９上のストライプ状の領域を除いてｎ
−ＡｌＧａＮ電流ブロック層３１が形成されている。ｐ
−ＡｌＧａＮクラッド層２９上およびｎ−ＡｌＧａＮ電
流ブロック層３１上に、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３２
およびｐ−ＧａＮコンタクト層３３が順に形成されてい
る。ｐ−ＧａＮコンタクト層３３からｎ−ＧａＮ層２５
までの一部領域がエッチングにより除去されている。ｐ
−ＧａＮコンタクト層３３上にｐ電極３４が形成され、
ｎ−ＧａＮ層２５の露出した表面にｎ電極３５が形成さ
れている。
【０１１２】図１３の半導体レーザ素子においては、ｎ
−ＧａＮ層２５からｐ−ＧａＮコンタクト層３３までの
ＧａＮ系半導体層３６が格子欠陥のないＧａＮ層２４上
に形成されているので、ＧａＮ系半導体層３６にほとん
ど格子欠陥が存在しない。したがって、低電流および低
電圧動作が可能な半導体レーザ素子が得られる。
−ＧａＮ層２５からｐ−ＧａＮコンタクト層３３までの
ＧａＮ系半導体層３６が格子欠陥のないＧａＮ層２４上
に形成されているので、ＧａＮ系半導体層３６にほとん
ど格子欠陥が存在しない。したがって、低電流および低
電圧動作が可能な半導体レーザ素子が得られる。
【０１１３】なお、本実施例では、本発明に係る窒化物
系半導体層の形成方法を半導体レーザ素子に適用した場
合を説明したが、本発明に係る窒化物系半導体層の形成
方法は、発光ダイオード等のその他の半導体発光素子
や、その他の半導体素子にも適用可能である。
系半導体層の形成方法を半導体レーザ素子に適用した場
合を説明したが、本発明に係る窒化物系半導体層の形成
方法は、発光ダイオード等のその他の半導体発光素子
や、その他の半導体素子にも適用可能である。
【０１１４】尚、図９及び図１０の例では、図９（ｃ）
に示したように、ＧａＮ層２３の表面にストライプ状の
凹凸パターンを形成する際に、凹部の底面にＧａＮ層２
３が残るようにＧａＮ層２３をエッチングしているが、
ＧａＮ層２３の表面に凹凸パターンを形成する際に、図
１４および図１５に示すように凹部の底面にサファイア
基板２１が露出するまでＧａＮ層２３をエッチングして
もよい。
に示したように、ＧａＮ層２３の表面にストライプ状の
凹凸パターンを形成する際に、凹部の底面にＧａＮ層２
３が残るようにＧａＮ層２３をエッチングしているが、
ＧａＮ層２３の表面に凹凸パターンを形成する際に、図
１４および図１５に示すように凹部の底面にサファイア
基板２１が露出するまでＧａＮ層２３をエッチングして
もよい。
【０１１５】図１４（ａ），（ｂ）に示すように、図１
９（ａ），（ｂ）と同様にして、サファイア基板２１の
（0 0 0 1）面上に、ＡｌＧａＮバッファ層２２および
アンドープのＧａＮ層２３を順に成長させる。なお、Ｇ
ａＮ層２３の厚さは例えば０．５μｍ〜５μｍ程度であ
る。この場合にも、ＧａＮ層２３には上下方向に延びる
格子欠陥３７が存在する。
９（ａ），（ｂ）と同様にして、サファイア基板２１の
（0 0 0 1）面上に、ＡｌＧａＮバッファ層２２および
アンドープのＧａＮ層２３を順に成長させる。なお、Ｇ
ａＮ層２３の厚さは例えば０．５μｍ〜５μｍ程度であ
る。この場合にも、ＧａＮ層２３には上下方向に延びる
格子欠陥３７が存在する。
【０１１６】次に、ＧａＮ層２３の全面にＳｉＯ2膜を
形成し、ＳｉＯ2膜上にフォトレジストからなるストラ
イプ状マスクを形成し、図１４（ｃ）に示すように、フ
ッ酸を用いてＳｉＯ2膜をエッチングすることにより、
ストライプ状のＳｉＯ2膜３０を形成する。
形成し、ＳｉＯ2膜上にフォトレジストからなるストラ
イプ状マスクを形成し、図１４（ｃ）に示すように、フ
ッ酸を用いてＳｉＯ2膜をエッチングすることにより、
ストライプ状のＳｉＯ2膜３０を形成する。
【０１１７】その後、図１４（ｄ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ2膜３０をマスクとして用い、塩素ガスを用いたＲＩ
Ｅ法により、ＧａＮ層２３およびＡｌＧａＮバッファ層
２２をサファイア基板２１が露出するまでエッチング
し、ＧａＮ層２３の表面にストライプ状の凹凸パターン
を形成する。凹凸パターンにおける凹部および凸部の幅
Ｄはいずれも例えば５μｍとする。
Ｏ2膜３０をマスクとして用い、塩素ガスを用いたＲＩ
Ｅ法により、ＧａＮ層２３およびＡｌＧａＮバッファ層
２２をサファイア基板２１が露出するまでエッチング
し、ＧａＮ層２３の表面にストライプ状の凹凸パターン
を形成する。凹凸パターンにおける凹部および凸部の幅
Ｄはいずれも例えば５μｍとする。
【０１１８】その後、図１５（ｅ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長を行う。このとき、凹凸パターンの側
面のみに下地のＧａＮ層２３が露出しているので、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長の開始時には、ＧａＮ層２４は縦方向
には成長せず、横方向のみに成長する。サファイア基板
２１上で横方向に成長するＧａＮ層２４には格子欠陥が
存在しない。
Ｎ層２４の再成長を行う。このとき、凹凸パターンの側
面のみに下地のＧａＮ層２３が露出しているので、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長の開始時には、ＧａＮ層２４は縦方向
には成長せず、横方向のみに成長する。サファイア基板
２１上で横方向に成長するＧａＮ層２４には格子欠陥が
存在しない。
【０１１９】図１５（ｆ）に示すように、ＧａＮ層２４
の再成長が進むにつれて、凹凸パターンの凹部がＧａＮ
層２４により埋め込まれ、ＧａＮ層２４が縦方向に成長
する。
の再成長が進むにつれて、凹凸パターンの凹部がＧａＮ
層２４により埋め込まれ、ＧａＮ層２４が縦方向に成長
する。
【０１２０】その後、図１５（ｇ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４が凹凸パターンの凸部の上面のＳｉＯ2膜３０
において横方向に成長するとともに縦方向にも成長し、
ＧａＮ層２４の表面が平坦化される。それにより、凹凸
パターンのＳｉＯ2膜３０上およびサファイア基板２１
上に格子欠陥が存在しない高品質のＧａＮ層２４が形成
される。
Ｎ層２４が凹凸パターンの凸部の上面のＳｉＯ2膜３０
において横方向に成長するとともに縦方向にも成長し、
ＧａＮ層２４の表面が平坦化される。それにより、凹凸
パターンのＳｉＯ2膜３０上およびサファイア基板２１
上に格子欠陥が存在しない高品質のＧａＮ層２４が形成
される。
【０１２１】図９および図１０の例と同様に、再成長さ
せるＧａＮ層２４の表面を平坦にするためには、ＧａＮ
層２４がある程度の厚みを有することが必要である。Ｇ
ａＮ層２４の表面を平坦にするために必要な厚みは、下
地のＧａＮ層２３の凹凸パターンの幅、ＧａＮ層２４の
成長時の基板温度等の成長条件によって異なる。例え
ば、凹凸パターンの凹部および凸部の幅がそれぞれ５μ
ｍの場合、ＧａＮ層２４の厚みは１０〜２０μｍ程度必
要となる。
せるＧａＮ層２４の表面を平坦にするためには、ＧａＮ
層２４がある程度の厚みを有することが必要である。Ｇ
ａＮ層２４の表面を平坦にするために必要な厚みは、下
地のＧａＮ層２３の凹凸パターンの幅、ＧａＮ層２４の
成長時の基板温度等の成長条件によって異なる。例え
ば、凹凸パターンの凹部および凸部の幅がそれぞれ５μ
ｍの場合、ＧａＮ層２４の厚みは１０〜２０μｍ程度必
要となる。
【０１２２】また、ＧａＮは＜1 ？1 0 0＞方向に成長
しやすいので、図１５（ｅ），（ｆ），（ｇ）の工程で
ＧａＮ層２４の横方向への成長が生じやすくするため
に、図１４（ｃ）の工程でストライプ状のＳｉＯ2膜３
０をＧａＮ層２３の＜1 ？1 0 0＞方向と垂直な＜1 1
？2 0＞方向に沿って形成することが望ましい。
しやすいので、図１５（ｅ），（ｆ），（ｇ）の工程で
ＧａＮ層２４の横方向への成長が生じやすくするため
に、図１４（ｃ）の工程でストライプ状のＳｉＯ2膜３
０をＧａＮ層２３の＜1 ？1 0 0＞方向と垂直な＜1 1
？2 0＞方向に沿って形成することが望ましい。
【０１２３】さらに、図１５（ｇ）の工程で再成長する
ＧａＮ層２４の表面が平坦になりやすくなるために、図
１４（ｃ）の工程で形成するストライプ状のＳｉＯ2膜
３０の幅およびストライプ状のＳｉＯ2膜の窓幅（Ｓｉ
Ｏ2膜が存在しない領域の幅）はそれぞれ１０μｍ以下
と小さいことが好ましく、１〜５μｍ以下とすることが
より好ましい。
ＧａＮ層２４の表面が平坦になりやすくなるために、図
１４（ｃ）の工程で形成するストライプ状のＳｉＯ2膜
３０の幅およびストライプ状のＳｉＯ2膜の窓幅（Ｓｉ
Ｏ2膜が存在しない領域の幅）はそれぞれ１０μｍ以下
と小さいことが好ましく、１〜５μｍ以下とすることが
より好ましい。
【０１２４】また、ＧａＮ層２３の凹凸パターンの凸部
の断面形状は、図９および図１０の例と同様に、順メサ
形状とするよりも垂直な側面を有する矩形状または逆メ
サ形状とすることが好ましい。
の断面形状は、図９および図１０の例と同様に、順メサ
形状とするよりも垂直な側面を有する矩形状または逆メ
サ形状とすることが好ましい。
【０１２５】尚、図１４及び図１５の例では、絶縁性基
板としてサファイア基板２１を用いているが、サファイ
ア基板２１の代わりにスピネル基板等の他の絶縁性基板
を用いることも出来る。
板としてサファイア基板２１を用いているが、サファイ
ア基板２１の代わりにスピネル基板等の他の絶縁性基板
を用いることも出来る。
【０１２６】図１６および図１７は本発明の第３の実施
例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工
程断面図である。
例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工
程断面図である。
【０１２７】まず、図１６（ａ）に示すように、サファ
イア基板４１の（０００１）面上に、厚さ３０ÅのＡｌ
ＧａＮバッファ層４２、厚さ２μｍのアンドープのＧａ
Ｎ層４３および厚さ３μｍのＳｉドープのｎ−ＧａＮ層
４４ａを順に成長させる。
イア基板４１の（０００１）面上に、厚さ３０ÅのＡｌ
ＧａＮバッファ層４２、厚さ２μｍのアンドープのＧａ
Ｎ層４３および厚さ３μｍのＳｉドープのｎ−ＧａＮ層
４４ａを順に成長させる。
【０１２８】次に、図１６（ｂ）に示すように、ｎ−Ｇ
ａＮ層４４ａ上に厚さ約１０００ÅのＳｉＯ2膜を形成
した後、エッチングにより発光部を除く領域のＳｉＯ2
膜を除去するとともに発光部に対応する領域のＳｉＯ2
膜をストライプ状にパターニングし、複数本のストライ
プ状ＳｉＯ2膜４５を形成する。この場合、次の工程で
ＧａＮが横方向に成長しやすいようにストライプ状Ｓｉ
Ｏ2膜４５をｎ−ＧａＮ層４４ａの〈１-1２０〉方向に
沿って形成する。
ａＮ層４４ａ上に厚さ約１０００ÅのＳｉＯ2膜を形成
した後、エッチングにより発光部を除く領域のＳｉＯ2
膜を除去するとともに発光部に対応する領域のＳｉＯ2
膜をストライプ状にパターニングし、複数本のストライ
プ状ＳｉＯ2膜４５を形成する。この場合、次の工程で
ＧａＮが横方向に成長しやすいようにストライプ状Ｓｉ
Ｏ2膜４５をｎ−ＧａＮ層４４ａの〈１-1２０〉方向に
沿って形成する。
【０１２９】各ストライプ状ＳｉＯ2膜４５の幅は０．
５μｍ程度であり、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５のピッ
チは１μｍ程度である。基本横モード発振を実現するた
めには、発光部の幅Ｗ１を２〜５μｍ程度とすることが
好ましく、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５の本数は３〜５
本程度必要となる。
５μｍ程度であり、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５のピッ
チは１μｍ程度である。基本横モード発振を実現するた
めには、発光部の幅Ｗ１を２〜５μｍ程度とすることが
好ましく、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５の本数は３〜５
本程度必要となる。
【０１３０】その後、図１６（ｃ）に示すように、ｎ−
ＧａＮ層４４ａ上に、厚さ５μｍのＳｉドープのｎ−Ｇ
ａＮ層４４ｂ、厚さ０．１μｍのＳｉドープのｎ−Ｉｎ
ＧａＮクラック防止層４６および厚さ１μｍのＳｉドー
プのｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７を順に成長させる。
さらに、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７上に、図７に示
した構造を有するＭＱＷ発光層４８、厚さ１μｍのＭｇ
ドープのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４９および厚さ０．
１μｍのＭｇドープのｐ−ＧａＮコンタクト層５０を順
に成長させる。
ＧａＮ層４４ａ上に、厚さ５μｍのＳｉドープのｎ−Ｇ
ａＮ層４４ｂ、厚さ０．１μｍのＳｉドープのｎ−Ｉｎ
ＧａＮクラック防止層４６および厚さ１μｍのＳｉドー
プのｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７を順に成長させる。
さらに、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７上に、図７に示
した構造を有するＭＱＷ発光層４８、厚さ１μｍのＭｇ
ドープのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４９および厚さ０．
１μｍのＭｇドープのｐ−ＧａＮコンタクト層５０を順
に成長させる。
【０１３１】この場合、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が
存在する領域では、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５間で下
地のｎ−ＧａＮ層４４ａから縦方向にＧａＮが成長した
後、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５上で横方向にＧａＮが
成長する。一方、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在し
ない領域では、下地のｎ−ＧａＮ層４４ａから縦方向に
ＧａＮが成長する。それにより、ストライプ状ＳｉＯ2
膜４５が存在する領域とストライプ状ＳｉＯ2膜４５が
存在しない領域とでは、実質的にＧａＮの成長速度に差
が生じる。すなわち、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存
在する領域では、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在し
ない領域と比べてＧａＮの成長速度が実質的に遅くな
る。この成長速度の差は、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５
が完全にＧａＮで埋め込まれて横方向の成長が完了する
まで続く。
存在する領域では、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５間で下
地のｎ−ＧａＮ層４４ａから縦方向にＧａＮが成長した
後、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５上で横方向にＧａＮが
成長する。一方、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在し
ない領域では、下地のｎ−ＧａＮ層４４ａから縦方向に
ＧａＮが成長する。それにより、ストライプ状ＳｉＯ2
膜４５が存在する領域とストライプ状ＳｉＯ2膜４５が
存在しない領域とでは、実質的にＧａＮの成長速度に差
が生じる。すなわち、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存
在する領域では、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在し
ない領域と比べてＧａＮの成長速度が実質的に遅くな
る。この成長速度の差は、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５
が完全にＧａＮで埋め込まれて横方向の成長が完了する
まで続く。
【０１３２】その結果、ｎ−ＧａＮ層４４ｂの表面が凹
状に形成され、さらにｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層４
６、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７、ＭＱＷ発光層４
８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４９およびｐ−ＧａＮコ
ンタクト層５０が凹状に形成される。ＭＱＷ発光層４８
の凹状の部分が素子の能動領域である発光部となる。ま
た、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在する領域上のＧ
ａＮ系半導体層５６にはほとんど結晶欠陥が存在しな
い。
状に形成され、さらにｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層４
６、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７、ＭＱＷ発光層４
８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４９およびｐ−ＧａＮコ
ンタクト層５０が凹状に形成される。ＭＱＷ発光層４８
の凹状の部分が素子の能動領域である発光部となる。ま
た、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在する領域上のＧ
ａＮ系半導体層５６にはほとんど結晶欠陥が存在しな
い。
【０１３３】その後、図１７（ｄ）に示すように、ｐ−
ＧａＮコンタクト層５０からｎ−ＧａＮ層４４ｂまでの
一部領域をエッチングにより除去し、ｎ−ＧａＮ層４４
ａを露出させる。
ＧａＮコンタクト層５０からｎ−ＧａＮ層４４ｂまでの
一部領域をエッチングにより除去し、ｎ−ＧａＮ層４４
ａを露出させる。
【０１３４】さらに、図１７（ｅ）に示すように、発光
部の上部の領域およびｎ−ＧａＮ層４４ａの電極形成領
域を除いて、電流狭窄を行うためおよびｐｎ接合の露出
部を保護するためにｐ−ＧａＮコンタクト層５０の上面
および側面ならびにｎ−ＧａＮ層４４ａの上面にＳｉＯ
2膜５１を形成する。
部の上部の領域およびｎ−ＧａＮ層４４ａの電極形成領
域を除いて、電流狭窄を行うためおよびｐｎ接合の露出
部を保護するためにｐ−ＧａＮコンタクト層５０の上面
および側面ならびにｎ−ＧａＮ層４４ａの上面にＳｉＯ
2膜５１を形成する。
【０１３５】最後に、図１７（ｆ）に示すように、ｐ−
ＧａＮコンタクト層５０の露出した表面にｐ電極５２を
形成し、ｎ−ＧａＮ層４４ａの露出した表面にｎ電極５
３を形成する。
ＧａＮコンタクト層５０の露出した表面にｐ電極５２を
形成し、ｎ−ＧａＮ層４４ａの露出した表面にｎ電極５
３を形成する。
【０１３６】発光部に無駄なく電流が注入されるよう
に、電流注入領域となるＳｉＯ2膜５１の窓の幅Ｗ２
は、発光部の幅Ｗ１と同じか発光部の幅Ｗ１よりもやや
狭くすることが好ましい。
に、電流注入領域となるＳｉＯ2膜５１の窓の幅Ｗ２
は、発光部の幅Ｗ１と同じか発光部の幅Ｗ１よりもやや
狭くすることが好ましい。
【０１３７】本実施例の半導体レーザ素子の製造方法に
よれば、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在する領域上
のＧａＮ系半導体層５６の結晶性が向上するとともに、
ＧａＮの横方向の成長中に生じる成長速度の差により発
光部におけるＭＱＷ発光層８が凹状に形成される。
よれば、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在する領域上
のＧａＮ系半導体層５６の結晶性が向上するとともに、
ＧａＮの横方向の成長中に生じる成長速度の差により発
光部におけるＭＱＷ発光層８が凹状に形成される。
【０１３８】それにより、サファイア基板４１の垂直方
向のみならず水平方向にも屈折率差が現れる。その結
果、エッチング工程を行うことなく２回の結晶成長で屈
折率導波構造を容易に作製することができる。したがっ
て、素子特性のばらつきがなく、かつ再現性の高い屈折
率導波型の半導体レーザ素子が実現される。
向のみならず水平方向にも屈折率差が現れる。その結
果、エッチング工程を行うことなく２回の結晶成長で屈
折率導波構造を容易に作製することができる。したがっ
て、素子特性のばらつきがなく、かつ再現性の高い屈折
率導波型の半導体レーザ素子が実現される。
【０１３９】なお、本実施例では、本発明を半導体レー
ザ素子に適用した場合を説明したが、本発明は、発光ダ
イオード等のその他の半導体発光素子や、その他の半導
体素子にも適用可能である。
ザ素子に適用した場合を説明したが、本発明は、発光ダ
イオード等のその他の半導体発光素子や、その他の半導
体素子にも適用可能である。
【０１４０】上記第３の実施例では、サファイア基板４
１を用いた半導体レーザ素子について説明したが、サフ
ァイア基板４１の代わりにＳｉＣ基板、スピネル（Ｍｇ
Ａｌ 2Ｏ4）基板等の他の基板を用いることもできる。
１を用いた半導体レーザ素子について説明したが、サフ
ァイア基板４１の代わりにＳｉＣ基板、スピネル（Ｍｇ
Ａｌ 2Ｏ4）基板等の他の基板を用いることもできる。
【０１４１】なお、上記第１、第２および第３の実施例
では、横方向成長技術を行うための絶縁膜としてＳｉＯ
2膜４，３０，４５を用いているが、ＳｉＯ2膜の代わり
にＡｌ2Ｏ3膜、ＴｉＯ2膜等の他の絶縁膜を用いてもよ
い。
では、横方向成長技術を行うための絶縁膜としてＳｉＯ
2膜４，３０，４５を用いているが、ＳｉＯ2膜の代わり
にＡｌ2Ｏ3膜、ＴｉＯ2膜等の他の絶縁膜を用いてもよ
い。
【０１４２】
【発明の効果】本発明によれば、低電圧動作が可能な窒
化物系半導体素子を提供し得る。
化物系半導体素子を提供し得る。
【０１４３】また、本発明によれば、低電圧動作が可能
でかつへき開により端面の形成が可能な窒化物系半導体
発光素子を提供し得る。
でかつへき開により端面の形成が可能な窒化物系半導体
発光素子を提供し得る。
【０１４４】また、本発明によれば、格子欠陥が低減さ
れ、低電圧動作が可能で、且つへき開により端面の形成
が可能な窒化物系半導体素子の製造方法を提供し得る。
れ、低電圧動作が可能で、且つへき開により端面の形成
が可能な窒化物系半導体素子の製造方法を提供し得る。
【０１４５】また、本発明によれば、基板上の広い領域
において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体
層を形成する方法を提供し得る。
において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体
層を形成する方法を提供し得る。
【０１４６】また、本発明によれば、基板上の広い領域
において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体
層からなる半導体素子を提供し得る。
において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体
層からなる半導体素子を提供し得る。
【０１４７】また、本発明によれば、基板上の広い領域
において格子欠陥の存在しない高品質な発光層を有する
半導体発光素子を提供し得る。
において格子欠陥の存在しない高品質な発光層を有する
半導体発光素子を提供し得る。
【０１４８】また、本発明によれば、エッチングを用い
ることなく高品質の素子の能動領域を作製可能な窒化物
系半導体素子を提供し得る。
ることなく高品質の素子の能動領域を作製可能な窒化物
系半導体素子を提供し得る。
【０１４９】また、本発明によれば、エッチングを用い
ることなく高品質の光導波路の形成が可能な屈折率導波
型の窒化物系半導体発光素子を提供し得る。
ることなく高品質の光導波路の形成が可能な屈折率導波
型の窒化物系半導体発光素子を提供し得る。
【０１５０】また、本発明によれば、エッチングを用い
ることなく高品質の素子の能動領域を作製可能な窒化物
系半導体素子の製造方法を提供し得る。
ることなく高品質の素子の能動領域を作製可能な窒化物
系半導体素子の製造方法を提供し得る。
【図１】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図７】図１〜図６の半導体レーザ素子におけるＭＱＷ
発光層のエネルギーバンド構造図である。
発光層のエネルギーバンド構造図である。
【図８】図１〜図６の半導体レーザ素子におけるサファ
イア基板およびＧａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示
す斜視図である。
イア基板およびＧａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示
す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施例におけるＧａＮ系半導体
層の形成方法を示す模式的工程断面図である。
層の形成方法を示す模式的工程断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例におけるＧａＮ系半導
体層の形成方法を示す模式的工程断面図である。
体層の形成方法を示す模式的工程断面図である。
【図１１】ＧａＮ層の表面に形成された逆メサ形状の凹
凸パターンを示す模式的断面図である。
凸パターンを示す模式的断面図である。
【図１２】ＧａＮ層の表面に逆メサ形状の凹凸パターン
を形成する方法を示す模式的断面図である。
を形成する方法を示す模式的断面図である。
【図１３】図９および図１０の方法により形成されたＧ
ａＮ層上に作製された半導体レーザ素子の一例を示す模
式的断面図である。
ａＮ層上に作製された半導体レーザ素子の一例を示す模
式的断面図である。
【図１４】ＧａＮ系半導体層の形成方法の他の例を示す
模式的工程断面図である。
模式的工程断面図である。
【図１５】ＧａＮ系半導体層の形成方法の他の例を示す
模式的工程断面図である。
模式的工程断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施例における半導体レーザ
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施例における半導体レーザ
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図１８】従来のＧａＮ系発光ダイオードの模式的断面
図である。
図である。
【図１９】従来の横方向成長技術を用いたＧａＮ系半導
体層の形成方法を示す模式的工程断面図である。
体層の形成方法を示す模式的工程断面図である。
【図２０】サファイア基板およびその上に形成されたＧ
ａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示す図である。
ａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示す図である。
【図２１】サファイア基板およびその上に形成されたＧ
ａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示す斜視図である。
ａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示す斜視図である。
１，２１，４１ サファイア基板 ２，２２，４２ ＡｌＧａＮバッファ層 ３，２３，２４，４３ ＧａＮ層 ４，１６，３０，４５，５１ ＳｉＯ2膜 ５，２５，４４ａ，４４ｂ ｎ−ＧａＮ層 ７ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ８，２８，４８ ＭＱＷ発光層 ９，１１ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 １２，３３，５０ ｐ−ＧａＮコンタクト層 １４ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２７，４７ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ２９，３２，４９ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
Claims (21)
- 【請求項１】 ガリウム砒素基板上に第１の電極層を介
してホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウム
の少なくとも１つを含む窒化物系半導体層が接合される
とともに、前記窒化物半導体層の上面に第２の電極層が
形成されたことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 ガリウム砒素基板上に第１の電極層を介
してホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウム
の少なくとも１つを含む窒化物系半導体層が接合される
とともに、前記窒化物系半導体層の上面に第２の電極層
が形成され、前記窒化物系半導体層が発光層を含むこと
を特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記窒化物系半導体層は前記発光層に電
流を注入するストライプ状の電流注入領域を有し、前記
ストライプ状の電流注入領域が前記窒化物系半導体層の
〈１-1００〉方向に沿って形成され、かつ前記窒化物系
半導体層の〈１-1００〉方向が前記ガリウム砒素基板の
〈１１０〉方向または〈１-1０〉方向と一致するように
前記窒化物系半導体層が前記ガリウム砒素基板上に配置
され、前記ガリウム砒素基板の｛１１０｝面または｛１
-1０｝面および前記窒化物系半導体層の｛１-1００｝面
で一対の共振器面が形成されたことを特徴とする請求項
２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１
の窒化物系半導体層を形成する工程と、 前記第１の窒化物系半導体層上の所定領域に絶縁膜を形
成する工程と、 前記第１の窒化物系半導体層上および前記絶縁膜上に横
方向成長技術を用いてガリウム、アルミニウムおよびイ
ンジウムの少なくとも１つを含む第２の窒化物系半導体
層を形成する工程と、 前記絶縁膜上の領域を除いて前記第２の窒化物系半導体
層を除去する工程と、 前記絶縁膜上の前記第２の窒化物系半導体層の上面を第
１の電極層を介してガリウム砒素基板の一面に接合する
工程と、 前記絶縁膜を除去することにより前記絶縁性基板および
前記第１の窒化物系半導体層を前記第２の窒化物系半導
体層から取り外す工程と、 前記第２の窒化物系半導体層の上面に第２の電極層を形
成する工程とを備えたことを特徴とする半導体素子の製
造方法。 - 【請求項５】 前記第２の窒化物系半導体層を形成する
工程は、発光層を形成する工程を含むことを特徴とする
請求項４記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記第２の窒化物系半導体層を形成する
工程は、前記発光層に電流を注入するストライプ状の電
流注入領域を前記第２の窒化物系半導体層の〈１-1０
０〉方向に沿って形成する工程を含み、 前記第２の窒化物系半導体層の上面を第１の電極層を介
してガリウム砒素基板の一面に接合する工程は、前記第
２の窒化物系半導体層の〈１-1００〉方向を前記ガリウ
ム砒素基板の〈１１０〉方向または〈１-1０〉方向に一
致させる工程を含み、 前記ガリウム砒素基板の｛１１０｝面または｛１-1０｝
面および前記第２の窒化物系半導体層の｛１-1００｝面
でへき開することにより一対の共振器面を形成する工程
をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の半導体
素子の製造方法。 - 【請求項７】 絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１
の窒化物系半導体層を形成する工程と、 前記第１の窒化物系半導体層の表面に凹部の底面及び凸
部の上面が絶縁体である凹凸パターンを形成する工程
と、 横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系半導体層か
らの成長により前記絶縁体上にホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第２
の窒化物系半導体層を形成する工程とを備えたことを特
徴とする窒化物系半導体層の形成方法。 - 【請求項８】 前記凹凸パターンを形成する工程は、 前記凹部の底面に前記第１の窒化物系半導体層が露出す
るように、前記凹凸パターンを形成する工程と、 前記凹凸パターンの凹部の底面に前記絶縁体として絶縁
膜を形成し、且つ前記凹凸パターンの凸部の上面に前記
絶縁体として絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴
とする請求項７記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記凹凸パターンを形成する工程は、前
記凹凸パターンの凸部を形成すべき前記第１の窒化物系
半導体層の領域に前記絶縁体として前記絶縁膜を形成
し、且つ前記絶縁膜の領域を除いて前記絶縁体として前
記絶縁性基板が露出するように前記第１の窒化物系半導
体を除去する工程を含むことを特徴とする請求項７記載
の半導体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 前記凹凸パターンは、前記第１の窒化
物系半導体層の〈１１-2０〉方向に沿って延びるストラ
イプ状の凹部および凸部からなることを特徴とする請求
項７、８または９記載の窒化物系半導体層の形成方法。 - 【請求項１１】 前記凹凸パターンの凸部の断面形状は
垂直な側面を有する矩形状または逆メサ形状であること
を特徴とする請求項７、８、９または１０記載の窒化物
系半導体層の形成方法。 - 【請求項１２】 絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、ア
ルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第
１の窒化物系半導体層が形成され、前記第１の窒化物系
半導体層の表面に凹凸パターンが形成されるとともに、
前記凹凸パターンの凹部の底面および凸部の上面に絶縁
膜が形成され、前記絶縁膜上にホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第２
の窒化物系半導体層が形成されたことを特徴とする半導
体素子。 - 【請求項１３】 絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、ア
ルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第
１の窒化物系半導体層が形成され、前記第１の窒化物系
半導体層の表面に凹凸パターンが形成されるとともに、
前記凹凸パターンの凹部の底面および凸部の上面に絶縁
膜が形成され、前記絶縁膜上にホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第２
の窒化物系半導体層が形成され、前記第２の窒化物系半
導体層が発光層を含むことを特徴とする半導体発光素
子。 - 【請求項１４】 絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、ア
ルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第
１の窒化物系半導体層が形成され、前記第１の窒化物系
半導体層上に所定間隔で複数のストライプ状絶縁膜が形
成され、前記第１の窒化物系半導体層上および前記複数
のストライプ状絶縁膜上にホウ素、ガリウム、アルミニ
ウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第２の窒
化物系半導体層が形成され、前記第２の窒化物系半導体
層が前記複数のストライプ状絶縁膜の上部に素子の能動
領域を含むことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項１５】 絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、ア
ルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第
１の窒化物系半導体層が形成され、前記第１の窒化物系
半導体層上に所定間隔で複数のストライプ状絶縁膜が形
成され、前記第１の窒化物系半導体層上および前記複数
のストライプ状絶縁膜上にホウ素、ガリウム、アルミニ
ウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第２の窒
化物系半導体層が形成され、前記第２の窒化物系半導体
層が前記複数のストライプ状絶縁膜の上部に発光部を含
むことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項１６】 前記第２の窒化物系半導体層が前記発
光部に電流を注入するストライプ状の電流注入領域を有
し、前記第２の窒化物系半導体層が前記ストライプ状の
電流注入領域に垂直な一対の共振器面を備えたことを特
徴とする請求項１５記載の半導体発光素子。 - 【請求項１７】 前記複数のストライプ状絶縁膜が前記
第１の窒化物系半導体層の〈１１-2０〉方向に沿って形
成されたことを特徴とする請求項１５または１６記載の
半導体発光素子。 - 【請求項１８】 絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、ア
ルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第
１の窒化物系半導体層を形成する工程と、 前記第１の窒化物系半導体層上に所定間隔で複数のスト
ライプ状絶縁膜を形成する工程と、 前記第１の窒化物系半導体層上および前記複数のストラ
イプ状絶縁膜上に横方向成長技術を用いてホウ素、ガリ
ウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つ
を含む第２の窒化物系半導体層を形成することにより複
数のストライプ状絶縁膜の上部に素子の能動領域を形成
する工程とを備えたことを特徴とする半導体素子の製造
方法。 - 【請求項１９】 絶縁性基板上に、ホウ素、ガリウム、
アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む
第１の窒化物系半導体層を形成する工程と、 前記第１の窒化物系半導体層に、露出した側面を有する
凹凸パターンを形成する工程と、 横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系半導体層の
前記凹凸パターンの前記露出した側面からの成長により
前記凹凸パターン上にホウ素、ガリウム、アルミニウム
およびインジウムの少なくとも１つを含む第２の窒化物
系半導体層を形成する工程とを備えたことを特徴とする
窒化物系半導体層の形成方法。 - 【請求項２０】 前記凹凸パターンを形成する工程は、 前記凹部の底面に前記第１の窒化物系半導体層が露出す
るように、前記凹凸パターンを形成する工程と、 前記凹凸パターンの凹部の底面および凸部の上面に絶縁
膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１９
記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項２１】 前記凹凸パターンを形成する工程は、 前記凹凸パターンの凸部を形成すべき前記第１の窒化物
系半導体層の領域に絶縁膜を形成し、且つ前記絶縁膜の
領域を除いて前記絶縁性基板が露出するように前記第１
の窒化物系半導体を除去する工程を含むことを特徴とす
る請求項１９記載の半導体素子の製造方法。
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