JP2000124500A - 窒化ガリウム系半導体装置 - Google Patents

窒化ガリウム系半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のＧａＮ系半導体装置においては、基板と
成長層の界面で発生した転位が、成長方向へ伝播しやす
く、成長層表面まで達するために、大電流密度の注入に
より装置の信頼性を低下させるという問題があった。 【解決手段】少なくとも活性層と基板との間に、周期的
な凸部を有する界面を再成長により形成する。周期的な
凸部を形成することにより、凸部側壁の成長が生じ、横
方向への成長を積極的に利用することができる。この横
方向への成長速度は、基板に対して垂直方向の成長速度
より格段に速く、この界面において転位は横方向へ曲が
る。このため、上部の層まで伝播する転位密度を低減す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
た格子不整合系の窒化ガリウム系半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体
装置では、ＧａＮバルク単結晶が容易に作製できないた
め、その代替基板としてサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇ
ａＡｓ等のバルク基板を用いていた。これらのバルク基
板を用いる際には、その基板主表面上に有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ法）、あるいはハライド化学気相成長
法（ハライドＶＰＥ）によりＧａＮ系のエピタキシャル
成長が行われている。バルク基板として、広くは、Ａｌ
2 Ｏ3 （サファイア）の（０００１）Ｃ面が用いられて
いるが、サファイアとＧａＮとの間には、１３．８％と
いう極めて大きな格子不整合が存在するため、成長中、
結晶格子に加わる応力によるミスフィット転位が発生し
やすく、サファイア基板と成長したＧａＮ層との界面に
は１０8 〜１０10ｃｍ-2の高密度の転位が生成し、高品
質のＧａＮ成長層が得られないという課題があった。こ
の転位は成長方向に伝播し、例えば、基板主表面上にＧ
ａＮ系半導体レーザ装置を形成する場合には、その活性
層やその上層まで転位が貫通して、レーザ特性が劣化し
てしまう。また、装置駆動のため注入される電流によ
り、転位の伝播や増殖が生じるために、装置の寿命や信
頼性が低下する等の重要な問題が生じる。従って、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザ装置の信頼性向上には、基板と成長層
の界面で発生する１０8 〜１０10ｃｍ-2にもおよぶ転位
密度そのものを低減するか、もしくは界面に生成される
転位をレーザ装置の活性層領域まで伝播させないかのい
ずれかの方法により結晶の質を向上することが必要であ
る。この問題は、ＧａＮと格子不整合系の基板材料にお
いて、同様に発生し、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ
等のバルク基板においても生じる問題である。
【０００３】最近では、サファイア基板上にＧａＮ層を
成長し、このＧａＮ層表面にストライプ状のＳｉＯ2 マ
スクを形成後、ＧａＮを再成長して、ＳｉＯ2 マスク上
に低転位密度のＧａＮを成長する、ＥＬＯＧ(Epitaxial
ly Laterall Overgrowth GaNsubstrate.)という試みも
なされている( 参考文献: １)A. Usui et al.; J. Jpn.
Appl. Phys. vol. 36, no.7B, ppL899-L902, 1997、
２)S. Nakamura et al.; Appl. Phys. Lett. 72, 211,
1998)。しかし、この方法ではＳｉＯ2 マスクを完全に
埋め込むにはＧａＮを数十μｍ以上成長する必要があ
る。さらに、ＳｉＯ2 マスク上にはボイドが発生し易
く、このボイドを埋めて完全に平坦な面を得るために
は、埋め込むＧａＮ層は１００μｍ近い膜厚が必要であ
る。また、ＧａＮとＳｉＯ2 マスクの熱膨張率の差から
マスク端にクラックが発生する、という問題がある。こ
のように、ＥＬＯＧは、ボイドやクラックが発生しや
く、また、消費原料が多い等の生産性の面で大きな問題
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ＧａＮ系半導体装置においては、基板と成長層の界面で
発生した転位が、成長方向へ伝播しやすく、一旦界面で
生じた転位はそのまま装置部を貫通し、成長層表面まで
達する。すると、装置の心臓部に１０8 〜１０10ｃｍ-2
にもおよぶ高密度の転位が伝播して、半導体装置の信頼
性を低下させるという問題があった。装置の心臓部と
は、例えば、ＧａＮ系半導体レーザ装置の場合には活性
層である。
【０００５】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、格子不整合系のエピタキシャル成長において、基
板と成長層との界面で発生した転位を装置心臓部まで貫
通させないようにし、高信頼性のＧａＮ系半導体装置を
提供する事を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基板上に形成された窒化ガリウム系半導
体装置であって、基板と窒化ガリウム系半導体装置との
間に、凸部を具備する転位伝播防止層を備え、かつ前記
凸部側壁には単結晶面が露出してなることを特徴とする
窒化ガリウム系半導体装置を提供する。
【０００７】このような本発明によると、基板上に形成
されたＧａＮ系半導体層では、基板とＧａＮ系半導体層
との界面で格子歪みを起因とする結晶欠陥は転位とな
り、結晶中を成長方向と同じ方向に伝播する。ＧａＮ系
エピタキシャル成長においては、横方向の成長速度が縦
方向への成長速度に比べて大きく、このため、横方向へ
の成長を積極的に発生させることができれば、基板との
界面から伝播する転位を横方向へ曲げることができ、活
性領域への伝播を抑制することができる。このため、少
なくともＧａＮ系半導体層と基板との間に、側壁が単結
晶面からなる凸部を形成し、その上に再成長を行うと、
結晶成長は凸部側壁面から隣接する凸部間の中央に向か
って成長し、横方向への成長を積極的に利用することが
できる。この横方向への成長速度は、基板に対して垂直
方向の成長速度より格段に速く、この側壁面において転
位は横方向へ進む。このため、上部の層まで伝播する転
位密度を低減することができる。従って、装置の心臓部
の転位密度を低減することができ、従来の成長法よりも
高品質の半導体装置が得られる。このような効果は側壁
面が単結晶であることから得られるものである。また、
特開平８−６４７９１号公報に記載された技術では、凸
部側面がアモルファス面で溝底部の単結晶面を種に成長
が進むため、単結晶面上には成長方向に欠陥が進むと同
時に、そのアモルファス凸部上には欠陥が集まり、した
がって、この欠陥集中部には動作領域を形成することは
困難と考えられるが、本発明では、このような不具合は
低減され、後に詳細に説明するように、凸部上にも動作
領域を形成することが可能である。
【０００８】尚、上記本発明の半導体装置において、転
位伝播防止層はＡｌx Ｇａy ＩｎzＢ1-(x+y+z) Ｎ/ Ａ
ｌu Ｇａv Ｉｎw Ｂ1-(u+v+w) Ｎ (0 ≦x,y,z,u,v,w ≦
１)よりなる多層膜により構成されていることが好まし
い。
【０００９】さらには、転位伝播防止層の凸部は複数形
成され、互いに隣接する凸部間距離Ｗ１は１μｍ≦Ｗ1
≦１０μｍ、凸部の高さｄ１は０.1μｍ≦ｄ１≦２μm
、凸部の上面の幅Ｗ2 は１μｍ≦Ｗ2 であることが好
ましい。また、製造の便宜上、凸部は周期的に形成され
てなることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。 ( 第１の実施の形態)図１は本発明の第１の実施形態に
ついて説明するための図であり、ＧａＮ系青色半導体レ
ーザ装置の断面構造図である。
【００１１】本実施形態の半導体レーザ装置は、図１に
あるように、面方位( ０００１) のサファイア基板１０
０上に、膜厚５０ｎｍのＧａＮバッファ層１０１、膜厚
３μｍのＧａＮ転位伝播防止層１０２、１０３を介して
形成されている。ＧａＮ転位伝播防止層の下部層１０２
の凸部側壁を含めて、下部層１０２と上部層１０３の界
面は単結晶からなる。このように凸部側壁を単結晶面と
することで、後に説明するように、凸部間では横方向成
長を促すことができ欠陥の総数を効果的に抑制可能とな
った。
【００１２】本実施形態の半導体レーザ装置は図１にあ
るように、膜厚約２μｍのｎ−ＧａＮコンタクト層１０
４、膜厚約０．７μｍのｎ−ＧａＡｌＮクラッド層１０
５、膜厚約０．１μｍのｎ側ＧａＮ光ガイド層１０６、
ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０７、膜厚
約０．１μｍのｐ側ＧａＮ光ガイド層１０８、膜厚約
０．７μｍのｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１０９、膜厚約
０．３μｍのｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層１１０、膜厚約
０．５μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１１、ｎ側電極
１１３、ｐ側電極１１２より構成した。
【００１３】以下に、有機金属気相成長法( ＭＯＣＶＤ
法) による転位伝播防止層の成長過程と転位伝播防止層
を用いた本実施形態による効果を図２（ａ）乃至図２
（ｄ）の工程別断面図を用いて説明する。尚、図２
（ａ）乃至図２（ｄ）では、サファイア基板１００及び
バッファ層１０１を省略するが、下部層１０２には、基
板材料とは格子不整合系のバッファ層１０１の結晶転位
を受けて、図示のような、成長方向に伸びる結晶転位が
ある。尚、図２（ａ）乃至図２（ｄ）では、図示の関係
上、数本の転位を示したが、アモルファスーＧａＮ格子
不整合系では無数の転位が発生する。また、この系以外
の他の材料系の組み合わせにおいても、不整合の度合い
に応じた数の転位が発生している。
【００１４】まず、半導体レーザ装置を形成する予定
の、洗浄済みサファイア基板１００をＭＯＣＶＤ反応管
内のサセプターへ設置し、還元雰囲気中で約１０５０℃
までサファイア基板１００を加熱して、ＧａＮ層を形成
する予定の主表面酸化物を除去した。その後、サセプタ
ー温度を約５５０℃まで降温し、ＴＭＧ( トリメチルガ
リウムガス) 、アンモニアガスを流し、ＧａＮバッファ
層１０１を膜厚約０. ０５μｍまで成長させた。次に、
温度を約１１００℃まで上昇させＧａＮ層１０２を膜厚
約２μｍに成長させた。その後、反応管内を冷却し、一
旦、サファイア基板１００を反応管より取り出し、図２
（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチン
グ工程によりＧａＮ層１０２へＧａＮ＜１１−２０＞方
向（図面では、紙面垂直方向）へのストライプ状の凸部
を形成した。凸部の高さは約１μｍ、隣接する凸部間の
距離は約５μｍであり、凸部の上辺の幅は約５μｍとし
た。
【００１５】その後、再びサファイア基板をＭＯＣＶＤ
反応管内に設置し、還元雰囲気でサファイア基板を約１
１００℃まで加熱して、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に順
に示すように、ＧａＮ層１０３を凸部上での厚さが約１
μｍとなるようにエピタキシャル成長した。この時、隣
接する凸部間の凹部Ｔでは、図２（ｂ）に示すように、
側壁からの成長が生じ、成長時間の経過と伴に成長表面
は基板主表面と垂直方向から平行方向へと移動する。す
なわち、凹部Ｔを埋め込むまでの成長初期段階では凸部
Ｔの側壁を起点として、基板面に対して横方向への成長
が優先的に生じた。これは、横方向への成長速度が、基
板主表面に対し垂直方向への成長速度に比較して大きい
からである。例えば、高さ約１μｍの凸部を形成後、基
板の凸部上で垂直方向への膜厚が約１μｍとなるように
成長を行うことにより、図２（ｃ）に示すように、凸部
側壁からは横方向に約４μｍの成長が生じ、ＧａＮを１
μｍ成長しただけでも、幅５μｍのストライプ凹部は完
全に平坦に埋め込めた。このようにすることで、隣接す
る凸部に挟まれた凹部内で、結晶転位を基板主表面と平
行の横方向へ伝播させる事ができた。横方向へ伸びる結
晶転位は、隣接する凸部間の中央に集中し一体となるた
め、基板主表面の垂直方向（層の成長方向）へ伝播する
貫通転位の総数は大幅に低減することができた。本実施
形態では、ＧａＮ層１０３を厚さ約２μｍ成長すること
により、サファイア基板１００とＧａＮバッファ層１０
１との界面で発生した貫通転位を、転位伝播防止層の上
表面では１０5 ｃｍ-2まで低減することができた。
【００１６】以上の工程により、ＧａＮ層１０３表面が
平坦になるように埋め込んだ後、図２（ｄ）に示すよう
に、Ｓｉを添加したｎ型ＧａＮコンタクト層１０４を厚
さ約２μｍでＧａＮ層１０３上に形成した。
【００１７】その後、図１に示すように、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１０４上に、Ｓｉドープのｎ型Ｇａ0.9 Ａｌ
0.1 ｎ型クラッド層１０５を約０．７μｍ、Ｓｉドープ
のｎ型ＧａＮ光ガイド層１０６を約０．１μｍ、さらに
ノンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8Ｎ（３ｎｍ）及びノンドー
プＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ（６ｎｍ）の２種類のＩｎＧａＮ
層を５周期繰り返して構成されるＭＱＷ活性層１０７、
Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８を約０．１μ
ｍ、Ｍｇドープのｐ型Ｇａ0.9 Ａｌ0.1 Ｎクラッド層１
０９を約０．７μｍ、およびｐ型ＧａＮキャップ層を約
０．２μｍ順次、ＭＯＣＶＤ法により成長した。そし
て、これらの各層にわたる転位は、転位伝播防止層表面
の転位数と同等であった。
【００１８】次に、再び温度を下げ、上記成長層を形成
したサファイア基板を反応管より取り出し、フォトリソ
グラフィ及びエッチング工程により、ｐ型ＧａＮキャッ
プ層及びｐ型ＧａＡｌＮクラッド層よりなる幅約５μ
ｍ、高さ約０．８μｍのリッジ部を形成し、このリッジ
部の上端を除いてリッジ側面とその周辺には、厚さ約
０．２μｍのＳｉＯ2 選択成長用マスクを形成した。再
び、上記成長層を形成したサファイア基板を反応管内に
設置し、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ光吸収層
１１０を成長した。その後、反応管よりサファイア基板
を取り出し、ＳｉＯ2 選択成長マスクをエッチング除去
した。続いて、反応管中に試料を再度設置し、Ｍｇドー
プのｐ型ＧａＮコンタクト層１１１を約０．５μm 成長
した。その後、反応管より試料を取り出し、ｐ側電極１
１２、ｎ側電極１１３を形成し、図１に示すような半導
体レーザ構造が完成した。
【００１９】本実施形態によれば、活性層での転位密度
は、転位伝播防止層の上表面における密度よりも若干増
えた１０6 ｃｍ-2であり、従来の活性領域における転位
密度１０8 〜１０10ｃｍ2 を大幅に低減することができ
た。これにより、作製したレーザ装置の発光強度の増
大、閾値の低減、長寿命化が可能となった。
【００２０】なお、転位伝播防止層の凸部の形態として
は、凸部の高さ（凹部の深さ）ｄ１は０．１μｍ≦ｄ１
≦２μｍ、隣接する凸部間距離Ｗ１は１μｍ≦Ｗ１≦１
０μｍ、凸部上面の幅Ｗ２は１μｍ≦Ｗ２であることが
好ましく、転位伝播防止層の厚さｄは０．１μｍ≦ｄが
好ましい。ｄ１がｄ１＜０．１μｍでは溝側壁部への成
長にともなう横方向への成長が生じ難い。また、２μｍ
＜ｄ１では溝部を平坦に埋め込むために必要な膜厚が厚
くなるため実用的にはあまり好ましくないからである。
さらにまた、Ｗ１については、Ｗ１＜１μｍでは横成長
の生じる幅が狭いため、転位密度低減効果は十分に得ら
難い。また、１０μｍ＜Ｗ１では平坦に埋め込むための
膜厚を厚くする必要があるため、実用的にはあまり好ま
しくない。また、Ｗ２については、Ｗ２＜１μｍでは平
坦な埋め込みが困難であり、ｄは、ｄ＜０.1μｍでは溝
部を平坦に埋め込むことには困難性があるためである。
また、平坦な表面が得られる転位伝播防止層１０３の厚
さは、ｄ１に依存するが、ｄ＝ｄ１であれば、上表面が
平坦になるように埋め込むことが可能であり、少なくと
もｄ＝２ｄ１とすることにより、貫通転位密度の十分な
低減効果が得られた。
【００２１】( 第２の実施の形態)次に、本発明の第２
の実施形態に関わる半導体レーザ装置に関して、図３の
断面構造図を用いて説明する。
【００２２】第１の実施形態では、転位伝播防止層１０
２、１０３を形成後、その上にｎ型ＧａＮコンタクト層
を形成したが、本発明による転位伝播防止層は、基板と
活性層との間であればよく、本実施形態では、図３に示
すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層２０２，２０３によ
って単結晶の凸部面を形成し、ｎ型ＧａＮコンタクト層
と転位伝播防止層との役目を兼用した。本実施の形態に
よれば、ｎ型ＧａＮコンタクト層と転位伝播防止層とを
兼ねているため、第１の実施形態による場合よりも、全
体の層数を低減することができ、デバイスの厚さを薄く
できるという特徴がある。尚、図３において、２００は
アモルファスサファイア基板、２０１はＧａＮ多結晶あ
るいは単結晶層、２０５はｎ型クラッド層、２０６はｎ
型光ガイド層、２０７はＭＱＷ活性層、２０８はｐ型光
ガイド層、２０９はｐ型光ガイド層、２１０は光吸収
層、２１１はｐ型コンタクト層、２１２、２１３は夫々
ｐ型、ｎ型電極であり、各層の厚さは第１の実施形態と
同様とした。
【００２３】図４は、ｎ型ＧａＮコンタクト層に転位伝
播防止層を兼ねた場合の応用例を示す断面構造図であ
る。この応用例では、転位伝播防止層がｎ型電極２１３
の下面よりも上側にあり、ｎ型電極２１３から注入され
た電流が転位伝播防止層２０２、２０３及びその下の転
位密度の高い領域を流れるため、この点において、図３
に示す構造の方が望ましい。
【００２４】図５は、さらに、他の応用例の半導体レー
ザ装置を示す断面構造図であるが、本発明の転位伝播防
止層として、ＧａＮ層３０２とｎ型ＧａＮコンタクト層
３０３により構成しており、単結晶面からなる凸部はこ
れらの層の界面に形成した。このような構造は、サファ
イア基板３００の主表面上に、ＧａＮバッファ層３０２
を成長後、このＧａＮバッファ層３０２の表面に異方性
エッチング等により単結晶の凹凸面を形成し、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層以降の層を再成長することにより作製す
ることができた。この場合、ｎ型ＧａＮバッファ層３０
２の転位密度は大きいが、ｎ型ＧａＮコンタクト層の転
位密度は低く、電流は転位密度の小さい部分を流れた。
尚、図５中、３０５はｎ型クラッド層、３０６はｎ型光
ガイド層、３０７は活性層、３０８はｐ型光ガイド層、
３０９はｐ型クラッド層、３１０は光吸収層、３１１は
ｐ型クラッド層、３１２、３１３は夫々、ｎ型及びｐ型
電極であり、各層の材料や層厚は第１の実施形態と同様
に形成した。
【００２５】( 第３の実施の形態)次に、図６の断面構
造図を用いて、第３の実施形態の半導体レーザ装置に関
して説明する。
【００２６】第１及び第２の実施形態では、転位伝播防
止層１０２、１０３、及び２０２、２０３を凹凸界面を
挟んで同一材料のＧａＮにより構成したが、本実施形態
では、図６に示すように、転位伝播防止層にヘテロ界面
を採用した。
【００２７】まず、本実施形態では、図６にあるよう
に、サファイア基板４００上にＧａＮ層４０１を介して
形成したｎ型ＧａＮ層４０２の上表面に、高さ約０．３
μｍ、幅約３μｍの凸部を間隔約３μｍの溝を形成し、
さらに、Ｇａ0.8 Ｉｎ0.2 Ｎ層４０３を約０．３μｍの
厚さに再成長した。これにより、凸部間は完全に埋め込
まれ、かつＧａＩｎＮ層４０５とその上部のｎ型ＧａＡ
ｌＮクラッド層４０５との界面も平坦であった。この実
施形態では、基板４００とバッファ層４０１の界面で発
生した転位は、ｎ型ＧａＩｎＮ／ｎ型ＧａＮの界面下側
まで伝播し、その密度は１０9 〜１０10ｃｍ-2であっ
た。この転位密度は、界面の上側では低減し、１０6 ｃ
ｍ-2であった。また、通常、平坦な面上へＧａＩｎＮ層
を約０．１μｍ以上成長した場合には、膜中に穴が発生
したり、表面モホロジーが劣化するなどの問題があった
が、本発明の凹凸の転位伝播防止層にヘテロ界面を形成
することにより、厚さ約０．３μｍ以上の厚いＧａＩｎ
Ｎ膜４０３を得ることができた。ＧａＩｎＮ層４０３は
光吸収層として機能し、レーザ装置の垂直横モードの制
御を可能とすると共に、本実施形態では、ｎ型コンタク
ト層としても機能した。
【００２８】本実施形態では、ＧａＩｎＮ単層膜４０２
を成長させた場合について説明したが、ＧａＮ／Ｇａ
0.75Ｉｎ0.25Ｎ−ＭＱＷのような多層膜によって凸部間
を埋め込んでも良い。この場合には、転位密度の低減効
果はさらに上がり、転位伝播防止層上部の転位密度は１
０5 ｃｍ-2まで低減することができた。また、光吸収層
の膜厚を厚くすることができるため、レーザ装置の垂直
横モードの制御性も向上させることができ、デバイスの
設計においても許容範囲を広げる事ができる。
【００２９】尚、図６において、４０５はｎ型クラッド
層、４０６はｎ型光ガイド層、４０７は活性層、４０８
はｐ型光ガイド層、４０９はｐ型クラッド層、４１０は
光吸収層、４１１はｐ型コンタクト層、４１２、４１３
はそれぞれｐ型とｎ型のコンタクト層であり、各層の厚
さや材料は第１の実施形態と同様に設定した。
【００３０】（第４の実施の形態）次に、図７の断面構
造図を用いて、第４の実施形態の半導体レーザ装置につ
いて説明する。
【００３１】本実施形態における転位伝播層は、サファ
イア基板５００の主表面上の、例えばＧａＮ層５０１の
表面上に形成された、凸部を備える下部層５０２、上部
層５０３、及び下部層５０２の凸部上のＳｉＯ2 層から
構成した。ここで、凸部側壁には、ＳｉＯ2 層ととも
に、単結晶面を備えてなる。このようにすることで、下
部層５０２の表面から発生した転位の数々は、互いに隣
接する凸部間の中央へ集まり一体化するため、転位の総
数を減少させることができた。一方、ＳｉＯ2 層上で
は、残存する転位の多くがＳｉＯ2 層の中央に進む横方
向成長によって、その中央に集まることで、やはり転位
の総数を減少させることができた。従って、半導体レー
ザの心臓部である発振部は、隣接する凸部間の中央とＳ
ｉＯ2 層の中央との間に形成される、転位数が低減され
た領域上に形成することが好ましい。このように、転位
伝播防止層の凹凸の位置と発振部の位置を調整すること
で、好適な実施形態を得ることができた。
【００３２】このような転位伝播防止層は、例えば以下
の方法により形成した。まず、転位伝播防止層の下部層
５０２にするＧａＮ層をＧａＮバッファ層５０１表面に
形成した後、リソグラフィ工程とエッチングを行い、紙
面垂直方向に伸びるストライプ状の凸部形成予定領域に
ＳｉＯ2 マスクパターンを形成した。
【００３３】次に、選択的にＧａＮをエッチングする条
件にて、ＳｉＯ2 マスクパターンが形成されずにある
（ＧａＮ層が露出した）領域をエッチング除去すること
により、図７のように、上面をＳｉＯ2 層により覆われ
た凸部を形成した。このようにした後、上部層５０３を
形成して凸部間を埋め込んだ。その後は、ｎ型コンタク
ト層５０４、ｎ型クラッド層５０５、ｎ型光ガイド層５
０６、活性層５０７、ｐ型光ガイド層５０８、ｐ型クラ
ッド層５０９、光吸収層５１０、ｐ型コンタクト層５１
１を順次積層形成後、ｎ型電極形成のためのエッチング
を施して、ｎ型コンタクト層５０４を露出後、露出面上
にｎ型電極を形成し、ｐ型コンタクト層５１１上にｐ型
電極５１２を形成して、第７に示す半導体装置が完成し
た。尚、各層の厚さやその材料については、第１の実施
形態に準じた。
【００３４】以上説明した実施形態に限られず、本発明
は、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｂ1-(x+y+z) Ｎ/ Ａｌu Ｇａv
Ｉｎw Ｂ1-(u+v+w) Ｎ (0 ≦x,y,z,u,v,w ≦１) で表さ
れる組み合わせの何れにも適用することが可能であっ
た。特に、格子不整合のヘテロ構造において、特に効果
を発揮した。
【００３５】また、ＧａＮ＜１１−２０＞方向へのスト
ライプに限らず、例えば＜１−１００＞方向へのストラ
イプでも同様の効果が得られた。＜１−１００＞方向の
ストライプの方が薄い再成長層での埋め込みが容易であ
り、この点で好ましい。また、ＧａＮのへき開面と符号
するため、この点でも好ましい。一方、＜１１−２０＞
方向へのストライプでは、ＰＬ強度が強く、再成長層の
品質は優れる。また、この方向はサファイアノへき開面
と符合するのでこの点で好ましい。また、各方向から１
５度以内にずらすことで凸部間での成長面の合体が滑ら
かに出切る。
【００３６】凸部パターンについては、ストライプに限
られるものではなく、側壁が単結晶面の凸部が形成され
ていれば、同様の効果が得られる。例えば、碁盤のめの
ようなパターンでもよく、６角形、３角形等の多角形で
もよかった。
【００３７】以上の実施形態では、基板としてアモルフ
ァスサファイアを用いた場合について説明したが、基板
材料としてＧａＡｓ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 材料を使用してもよい。格子不整合系の
組み合わせとしては、Ｓｉ／ＧａＡｓ、Ｓｉ／ＩｎＰ、
ＧａＡｓ／ＺｎＳｅ、Ｓｉ／ＧａＮ、ＳｉＣ／ＧａＮ、
ＧａＡｓ／ＧａＮ、サファイア／ＺｎＯ等の格子不整合
系の組み合わせにも適用できた。
【００３８】また、以上の実施形態では、ＳＢＲ構造の
半導体レーザ装置により説明を行ったが、他のリッジ構
造、電極ストライプ構造、内部狭窄構造、埋め込みヘテ
ロ(ＢＨ) 構造レーザ装置など他のレーザ構造、あるい
はＬＥＤ等の他の発光装置、あるいは受光装置、または
ＭＥＳＦＥＴなどの電子装置にも適用できる。この場
合、各装置の発光領域やチャネル領域等の動作領域は、
上述の理由から、本発明の転位伝播防止層もしくはその
上の成長層に形成することが好ましい。また、本発明に
よれば、最上層まで達する転位密度を低減できるので、
上記各構造のうち、再生長を必要とする構造では転位に
起因するエッチピットの生成やモホロジ−の劣化を有効
に防ぐことができる。また、上記実施形態において、説
明した各層の間に他の機能層を備えてもよく、また、各
層の構成材料や厚さも本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
格子不整合系のエピタキシャル成長層で発生する転位
の、層成長方向への伝播を抑制し、所望領域での転位密
度を低減することができるので、半導体レーザ装置など
の高品質の結晶性を要求される半導体装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体レーザ装
置の断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態における転位伝播防止
層の形成方法を説明するための概略断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態による半導体レーザ装
置の断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態の応用例の半導体レー
ザ装置を示す断面図。
【図５】第２の実施形態の他の応用例の半導体レーザ装
置を示す断面図。
【図６】第３の実施形態の半導体レーザ装置を示す断面
図。
【図７】凸部上面に酸化膜を備える、第４の実施形態の
半導体レーザ装置を示す断面図。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００…サファイア
基板 １０１，２０１，５０１…バッファ層 １０２，２０２，３０２，４０２，５０２…転位伝播防
止上部層 １０３，２０３，３０３，４０３，５０３…転位伝播防
止下部層 １０４，５０４…コンタクト層 １０５，２０５，３０５，４０５，５０５…ｎ型クラッ
ド層 １０６，２０６，３０６，４０６，５０６・・・ｎ型光
ガイド層 １０７，２−７，３０７，４０７，５０７…活性層 １０８，２０８，３０８，４０８，５０８…ｐ型光ガイ
ド層 １０９，２０９，３０９，４０９，５０９…ｐ型クラッ
ド層 １１０，２１０，３１０，４１０，５１０…光吸収層 １１１，２１１，３１１，４１１，５１１…ｐ型コンタ
クト層 １１２，２１２，３１２，４１２，５１２…Ｐ電極 １１３，２１３，３１３，４１３，５１３…ｎ電極
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA04 CA05 CA23 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA65 CA73 CA74 CA75 5F073 AA51 AA55 AA74 CA02 CA07 CB05 CB07 CB14 DA05 DA21 EA29

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に形成された窒化ガリウム系半導体
    装置において、前記基板と前記窒化ガリウム系半導体装
    置との間に、凸部を備える転位伝播防止層を具備し、か
    つ前記凸部側壁には単結晶面が露出してなることを特徴
    とする窒化ガリウム系半導体装置。
  2. 【請求項２】前記転移伝播防止層は下部層と上部層とを
    備え、前記下部層と前記上部層との界面に前記凸部が形
    成され、前記下部層及び前記上部層は夫々、Ａｌx Ｇａ
    y Ｉｎz Ｂ1-(x+y+z) Ｎ及びＡｌu Ｇａv Ｉｎw Ｂ
    1-(u+v+w) Ｎ、（但し、0 ≦x,y,z,u,v,w ≦１）よりな
    ることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系半
    導体装置。
  3. 【請求項３】前記凸部は複数形成されてなり、隣接する
    前記凸部間の距離Ｗ１は１μm ≦Ｗ1 ≦１０μm 、前記
    凸部の高さｄ１は０.1μm ≦ｄ１≦２μm 、隣接する凸
    部の上表面の幅Ｗ2 は１μm ≦Ｗ2 であることを特徴と
    する請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体装置。
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