JP2000244061A - 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転位の低減された、結晶性が良好な窒化物半
導体を得ることができる窒化物半導体の成長方法を提供
することであり、更に、得られた結晶性が良好で且つ転
位の少ない窒化物半導体を基板とする窒化物半導体素子
を提供することである。 【解決手段】 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種
基板１上に、第１の窒化物半導体２を成長させ、この第
１の窒化物半導体２に部分的に凹凸を形成して凹部側面
に窒化物半導体の横方向の成長が可能な面を露出させた
後、凹凸を有する第１の窒化物半導体２上に第２の窒化
物半導体３を成長させる。また、得られた第２の窒化物
半導体３を基板としこの上に素子構造として少なくとも
ｎ型窒化物半導体、活性層、ｐ型窒化物半導体を積層成
長させてなる素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ
_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）の成長
方法に係り、特に窒化物半導体よりなる基板の成長方法
に関する。また、本発明は、前記窒化物半導体よりなる
基板を用い発光ダイオード、レーザダイオード等の発光
素子、あるいは太陽電池、光センサー等の受光素子に使
用される窒化物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦
X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる窒化物半導体素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、サファイア、スピネル、炭化ケイ
素のような窒化物半導体と異なる異種基板の上、又は異
種基板上に成長された窒化物半導体上に、窒化物半導体
が成長しないかあるいは成長しにくい材料からＳｉＯ₂
等の保護膜を成長させ、この上に窒化物半導体を選択成
長させることにより、転位を低減できる窒化物半導体の
成長方法が種々検討されている。

【０００３】例えば、特開平１０−３１２９７１号公報
には、異種基板上に成長させた窒化物半導体上にＳｉＯ
₂等のマスクを部分的に形成し（例えばストライプ形
状）、この上に窒化物半導体を成長させることにより、
窒化物半導体がマスク上に横方向に成長する過程で、マ
スク上に向かって転位が横方向に進行することで転位の
少ない窒化物半導体を得ることができる方法が記載され
ている。また、特開平８−６４７９１号公報には、異種
基板上にアモルファス状のＧａＮ膜を成長させた後、こ
のアモルファス状のＧａＮ膜をストライプ状にエッチン
グしてこの上にさらに窒化物半導体を成長させることに
より、ストライプ状のアモルファス部分以外から成長す
る窒化物半導体の転位をアモルファス分部に集中させる
ことにより、アモルファス状のＧａＮ膜以外の部分に成
長する窒化物半導体の転位を低減できる方法が記載され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−３１２９７１号公報に記載の方法では、ＳｉＯ₂
等の保護膜が、窒化物半導体の成長時に分解する場合が
あり、ＳｉＯ₂が分解すると、ＳｉＯ₂上から異常成長し
たり、分解したＳｉやＯ等が窒化物半導体に入りＧａＮ
を汚染したりして、結晶性の低下を招くことがある。一
方、ＳｉＯ₂の分解を考慮して比較的低温で窒化物半導
体を成長させると、窒化物半導体が良好な単結晶となり
にくく、窒化物半導体の結晶性の低下を招くこととな
る。また、ＳｉＯ₂等の保護膜を用いていると、選択成
長させた後に異種基板を除去してＧａＮ基板の除去面に
ｎ電極を形成してなる素子を形成する場合に、絶縁性の
ＳｉＯ₂が存在すると抵抗が高くなる傾向があり、Ｓｉ
Ｏ₂をも除去する必要があり、除去の際に窒化物半導体
にクラックが入らないようにするなど操作がやや煩雑と
なる場合がある。また、特開平８−６４７９１号公報に
記載の方法では、転位がアモルファスＧａＮ膜に向かっ
て集中するものの、十分に転位をアモルファス膜に集中
させることができず、表面まで達する転位が生じてしま
う。

【０００５】また、寿命特性の良好な窒化物半導体素子
を作製するには、転位の少ない窒化物半導体の基板を得
ることが望ましいが、上記従来の方法では十分な寿命特
性を有する程度に転位を低減させることが難しい。寿命
特性をより一層向上させることが、窒化物半導体素子の
種々の製品への実用化を達成することとなる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、転位の低減され
た、結晶性が良好な窒化物半導体を得ることができる窒
化物半導体の成長方法を提供することである。更に、本
発明は、結晶性が良好で且つ転位の少ない窒化物半導体
を基板とする窒化物半導体素子を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は、
以下（１）〜（８）の構成によって達成することができ
る。 （１） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の
上に、第１の窒化物半導体を成長させる第１の工程と、
第１の工程後、前記第１の窒化物半導体に部分的に凹凸
を形成して凹部側面に窒化物半導体の横方向の成長が可
能な面を露出させる第２の工程と、第２の工程後、前記
凹凸を有する第１の窒化物半導体上に、第２の窒化物半
導体を成長させる第３の工程とを有することを特徴とす
る窒化物半導体の成長方法。 （２） 前記第２の窒化物半導体を成長後に、前記第２
及び第３の工程を繰り返して行う、但し、第２の窒化物
半導体に形成される凹凸が、第１の窒化物半導体に形成
された凹部上部に凸部が形成され、第１の窒化物半導体
に形成された凸部上部に凹部が形成されることを特徴と
する前記（１）に記載の窒化物半導体の成長方法。 （３） 前記異種基板が、サファイアのＣ面がステップ
状にオフアングルされていることを特徴とする前記
（１）又は（２）に記載の窒化物半導体の成長方法。 （４） 前記ステップ状にオフアングルされているサフ
ァイア基板のオフアングル角が、０．１°〜０．５°で
あることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに
記載の窒化物半導体の成長方法。 （５） 前記ステップ状にオフアングルされているサフ
ァイア基板のステップに沿う方向（段差方向）が、サフ
ァイアのＡ面に対して垂直に形成されていることを特徴
とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の窒化物半
導体の成長方法。 （６） 前記第３の工程で、第２の窒化物半導体を成長
させる際に、不純物をドープして行うことを特徴とする
前記（１）〜（５）のいずれかに記載の窒化物半導体の
成長方法。 （７） 前記窒化物半導体の成長方法で得られる窒化物
半導体を基板とし、この上に素子構造となる少なくとも
ｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が形
成されていることを特徴とする窒化物半導体素子。 （８） 前記窒化物半導体の成長方法で得られた窒化物
半導体基板上に、素子構造となる少なくともｎ型窒化物
半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が形成され、窒
化物半導体基板の第１の窒化物半導体に形成された凹部
上部に、窒化物半導体レーザ素子の光を導波するストラ
イプ形状又はリッジ形状を形成してなること特徴とする
窒化物半導体レーザ素子。

【０００８】つまり、本発明の方法は、異種基板上に成
長させた第１の窒化物半導体に凹凸を形成し、この上か
ら第２の窒化物半導体を成長させると、凹部側面に露出
している第１の窒化物半導体から第２の窒化物半導体が
横方向に成長をはじめ、このとき転位も第２の窒化物半
導体の成長に伴って横方向に進行するが一旦横方向に進
行した転位は再び縦方向に進行しにくくなり、凹部の開
口部分から厚膜に成長する第２の窒化物半導体は転位の
低減された結晶性の良好な窒化物半導体となる。更に、
本発明は、保護膜としてＳｉＯ₂等の保護膜を用いてい
ないので、窒化物半導体が良好な単結晶として得られる
温度、例えば１０００℃以上の温度で第１及び第２の窒
化物半導体を成長させても、ＳｉＯ₂の分解による汚染
や異常成長等が生じない。更に、本発明は、ＳｉＯ₂等
の保護膜を用いていないので、異種基板のみを除去した
だけで、窒化物半導体基板の除去面にｎ電極が形成され
た場合、ｎ電極と良好なオーミックが得られ易くなる。

【０００９】以前、本発明者等は、特願平１０−２７５
８２６号明細書に、異種基板上に成長させた窒化物半導
体の縦方向の成長を抑え、横方向のみに成長させ、続い
て縦方向と横方向に成長させる窒化物半導体の成長方法
を提案し、転位を著しく低減させることを可能にしてい
る。この方法は、転位が横方向に進行すると再び縦方向
に進行しにくくなることを見出し、窒化物半導体の縦方
向の成長を抑制し、横方向の成長を意図的に行うことに
より、転位を低減させることを可能としてるものであ
る。この方法において、具体的に縦方向の成長を抑える
方法として、異種基板上に成長させた窒化物半導体に凹
凸を形成し、この凸部上部及び凹部底部にＳｉＯ₂等の
保護膜を形成することで、一旦縦方向の成長をする窒化
物半導体の成長面を覆い、凹部側面の横方向の成長可能
な窒化物半導体面のみを露出させ意図的に窒化物半導体
を横方向に成長させている。この方法は、窒化物半導体
の縦方向の成長を実質的に全て抑えているので、転位が
縦方向に進行するのを良好に防止することができたと考
えられる。しかし、凹凸を形成した凹部底部と凸部上部
に保護膜を形成する工程は、時間がかかり、量産する場
合にやや問題となる。また、保護膜としてＳｉＯ₂を用
いると、前記したようにＳｉＯ₂の分解による汚染や異
常成長などが起こる可能性もある。

【００１０】これに対し、本発明は、特願平１０−２７
５８２６号明細書に記載の方法を更に検討した結果、第
１の窒化物半導体に凹凸を形成するだけで、凹部の開口
部分に厚膜に成長する第２の窒化物半導体の表面や表面
領域には転位がほとんどなくなることを見出したもので
ある。つまり、窒化物半導体の縦方向の成長を抑えこと
が、窒化物半導体に凹凸を形成するのみで可能となるも
のである。この理由は定かではないが、恐らく、凸部上
部の面に対し、凹部側面での窒化物窒化物半導体の成長
速度は促進されているからではないかと考えられる。凹
部内部では、両側面と底部の３箇所の部分から窒化物半
導体が成長可能であるが、凹部開口部分から厚膜に成長
する第２の窒化物半導体には転位がほとんど見られない
ことから、凹部側面から横方向に成長を始めた窒化物半
導体が凹部底部から成長を始めた窒化物半導体の成長を
阻害していると思われる。また、一方、凸部上部では縦
方向の成長が可能であるが、凸部上部で縦方向の成長か
ら成長を始めた窒化物半導体は、縦方向に成長すると共
に、凹部開口部に向かって横方向に成長する傾向があ
り、凸部上部に成長する窒化物半導体の転位も低減する
傾向がある。更に凸部上部の窒化物半導体の成長は、縦
方向に成長するより横方向へ成長し易い傾向があり、凸
部上部からの成長と、凹部開口部からの成長が自然に接
合して、鏡面上の第２の窒化物半導体を得ることができ
ると思われる。また本発明は、以前本発明者らが提案し
た技術に比べ、保護膜を形成しないので製造工程が簡素
化でき好ましい。

【００１１】本発明において、凹部側面からの成長と、
凸部上部での横方向の成長をより促進させるには、凹凸
の形状、具体的には、凸部上部の幅、凹部底部の幅、凹
部側面の長さ、凹部側面を階段状にする等の形状を設け
るなどを組み合わせて調整することが好ましい。更に、
本発明において、横方向の成長を促進させるため、上記
のように凹凸を形成することに加え、反応条件、例えば
減圧条件、窒化物半導体の原料となる元素（ＩＩＩ族元
素とＶ族元素のモル比）のモル比の調整等、の反応条件
を調整することで横方向の成長が縦方向の成長より促進
され、転位を低減するのに好ましい。

【００１２】更に、本発明において、第２の窒化物半導
体を厚膜に成長させた後、第２の工程と第３の工程を繰
り返すことで転位を更に低減させることができる。但
し、この場合は、第１の窒化物半導体に形成された凹部
上部に第２の窒化物半導体に形成される凸部が位置し、
第１の窒化物半導体に形成された凸部上部に第２の窒化
物半導体に形成される凹部が位置するように、繰り返さ
れる第２の工程において第２の窒化物半導体に部分的に
凹凸が形成される。第２及び第３の工程は、２回以上繰
り返してもよい。このように第１の窒化物半導体に形成
される凹凸の位置と、第２の窒化物半導体に形成させる
凹凸の位置とが、上記のように交互になっていると、前
記したように凹部開口部から成長する窒化物半導体には
転位がほとんど見られなくなることから、凹部上部にか
かわらず凸部上部の窒化物半導体にも転位がほとんどな
くなる。このように全体的に転位の低減された窒化物半
導体を基板として素子構造を成長させると、寿命特性の
良好な素子を量産する場合に好ましい。

【００１３】更に本発明の成長方法において、異種基板
が、サファイアのＣ面がステップ状にオフアングルされ
ているものであると、得られた窒化物半導体を基板とし
て素子構造を形成する際に、１チップの大きさに値する
程度の幅の良好な平面を有する窒化物半導体基板が得ら
れ、寿命特性の良好な素子が選られやすくなり好まし
い。更に、ステップ状にオフアングルされていると、レ
ーザ素子ではしきい値が低下し、ＬＥＤでは発光出力が
２０〜３０％向上する傾向がある。更に本発明におい
て、ステップ状にオフアングルされているサファイア基
板のオフアングル角が、０．１°〜０．５°であると、
上記良好な平面となる部分の表面性が良好となり、この
上に素子を形成すると寿命特性をより良好にすることが
でき好ましい。更にオフ角が上記範囲であると、しきい
値がより低下し、発光出力がより向上し好ましい。更に
本発明において、ステップ状にオフアングルされている
サファイア基板のステップに沿う方向（段差方向）が、
サファイアのＡ面に対して垂直に形成されていると、サ
ファイアのＡ面に対して窒化物半導体のＭ面が平行とな
るように第２の窒化物半導体が成長し、段差方向に平行
に、例えばリッジ形状のストライプを形成すると、Ｍ面
で劈開し易くなり良好な共振面が得られるので好まし
い。

【００１４】更に本発明において、第３の工程で、第２
の窒化物半導体を成長させる際に、不純物をドープして
行うと、窒化物半導体の縦方向の成長に対し、窒化物半
導体の横方向の成長をより促進できる傾向があり、転位
をより低減でき、更に隣接して成長している窒化物半導
体同士の接合部分での空隙の発生の防止を良好にするこ
とができ好ましい。

【００１５】また本発明は、上記本発明の窒化物半導体
の成長方法により得られる窒化物半導体を基板として、
この上に素子構造となる少なくともｎ型窒化物半導体、
活性層、及びｐ型窒化物半導体を形成することにより、
寿命特性の良好な窒化物半導体素子を得ることができ
る。更に、本発明において、リッジ形状のストライプを
有する窒化物半導体レーザ素子を製造する場合、前記窒
化物半導体の成長方法で凹部上部にリッジ形状のストラ
イプが位置するように素子を製造すると、より良好な寿
命特性のレーザ素子が得られ好ましい。また上記本発明
の方法で第２及び第３の工程を繰り返す場合は、特にリ
ッジ形状のストライプの形成される位置を考慮しなくと
もよい。転位の少ない部分に窒化物半導体素子を形成す
ると、良好な素子特性を有するので好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明を更に詳
細に説明する。図１〜図４は、本発明の窒化物半導体の
成長方法の一実施形態を段階的に示した模式図である。

【００１７】本発明の窒化物半導体の成長方法の一実施
形態として、まず、図１の第１の工程において、異種基
板１上に第１の窒化物半導体２を成長させ、図２の第２
の工程において、第１の窒化物半導体２に凹凸を形成
し、続いて図３の第３の工程において、凹凸の形成され
た第１の窒化物半導体２上に第２の窒化物半導体３を成
長させる。

【００１８】以下に上記各工程ごとに図を用いて更に詳
細に説明する。図１は異種基板１上に、第１の窒化物半
導体２を成長させる第１の工程を行った模式的段面図で
ある。この第１の工程において、用いることのできる異
種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいず
れかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１
₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ
を含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化
物半導体と格子整合する酸化物基板等、従来知られてい
る窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができ
る。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネル
が挙げられる。異種基板としてサファイアを用いる場
合、サファイアの主面をどの面にするかによって、凹凸
を形成した時の凸部上部と凹部側面の窒化物半導体の面
方位が特定される傾向があり、その面方位によって、窒
化物半導体の成長速度がやや異なることから、凹部側面
に成長し易い面方位がくるように主面を選択してもよ
い。

【００１９】また、第１の工程において、異種基板１上
に第１の窒化物半導体２を成長させる前に、異種基板１
上にバッファ層（図示されていない）を形成してもよ
い。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ等が用いられる。バッファ層は、９００
℃以下３００℃以上の温度で、膜厚０．５μｍ〜１０オ
ングストロームで成長される。このように異種基板１上
にバッファ層を９００℃以下の温度で形成すると、異種
基板１と第１の窒化物半導体２との格子定数不正を緩和
し、第１の窒化物半導体２の結晶欠陥が少なくなる傾向
にある。

【００２０】第１の工程において、異種基板１上に形成
される第１の窒化物半導体２としては、アンドープ（不
純物をドープしない状態、undope）のＧａＮ、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、及びＳ等のｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いる
ことができる。第１の窒化物半導体２は、高温、具体的
には約９００℃より高温〜１１００℃、好ましくは１０
５０℃で異種基板１上に成長される。このような温度で
成長させると、第１の窒化物半導体２は単結晶となる。
第１の窒化物半導体２の膜厚は特に限定しないが、凹部
内部での縦方向の成長を抑えて、横方向の成長が促進で
きるように、凹凸の形状を調整することが可能な膜厚で
あることが好ましく、少なくとも５００オングストロー
ム以上、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μ
ｍ以上の膜厚で形成する。

【００２１】次に、図２は異種基板１上に第１の窒化物
半導体２を成長させた後、第１の窒化物半導体２に部分
的に第１の窒化物半導体２がわずかに残る程度の深さで
凹凸を形成して、凹部側面に第１の窒化物半導体２を露
出させてなる模式的断面図である。

【００２２】第２の工程において、部分的に凹凸を形成
するとは、少なくとも凹部側面に第１の窒化物半導体２
が露出されるように、第１の窒化物半導体２の表面から
異種基板１方向に窪みを形成してあればよく、第１の窒
化物半導体２にいずれの形状で凹凸を設けてもよく、例
えば、ランダムな窪み、ストライプ状、碁盤目状、ドッ
ト状に形成できる。第１の窒化物半導体２に部分的に設
けられた凹凸は、第１の窒化物半導体の途中まで、又は
異種基板に達する深さで形成される。凹部底部の露出面
が第１の窒化物半導体であると、仮に凹部底部からの縦
方向の成長が、凹部側面からの成長により遮られずにそ
のまま表面まで成長し続けた場合でも、異種基板面上に
成長したものに比べて、第１の窒化物半導体上に成長し
たものは転位が少なくなり好ましい。また一方、凹部底
部の露出面が異種基板、例えばサファイアであると、異
種基板面からの縦方向の成長に比べ、凹部側面の窒化物
半導体からの横方向の成長がより優先され、凹部底部か
らの成長を凹部側面からの成長により遮り易くなり、転
位を低減するのに好ましい。

【００２３】凹凸の形状は、凹部側面の長さや、凸部上
部の幅と凹部底部の幅などは、特に限定されないが、少
なくとも凹部内での縦方向の成長が抑制され、凹部開口
部から厚膜に成長する第２の窒化物半導体が凹部側面か
ら横方向に成長したものとなるように調整されているこ
とが好ましい。凹凸の形状をストライプ状とする場合、
ストライプの形状として、例えばストライプ幅（凸部上
部の幅）を３〜２０μｍ、ストライプ間隔（凹部底部の
幅）を３〜２０μｍのものを形成することができる。凹
部開口部から成長する第２の窒化物半導体３の部分を多
くするには、凹部底部の幅を広くし、凸部上部の幅を狭
くすることで可能となり、このようにすると転位の低減
された部分を多くすることができる。凹部底部の幅を広
くした場合には、凹部の深さを深めにすることが、凹部
底部から成長する可能性のある縦方向の成長を防止する
のに好ましい。

【００２４】第２の工程で凹凸を設ける方法としては、
第１の窒化物半導体を一部分取り除くことができる方法
であればいずれの方法でもよく、例えばエッチング、ダ
イシング等が挙げられる。エッチングにより、第１の窒
化物半導体２に部分的（選択的）に凹凸を形成する場合
は、フォトリソグラフィー技術における種々の形状のマ
スクパターンを用いて、ストライプ状、碁盤目状等のフ
ォトマスクを作製し、レジストパターンを第１の窒化物
半導体２に形成してエッチングすることにより形成でき
る。フォトマスクは、エッチングして凹凸を形成後に除
去される。また、ダイシングで行う場合は、例えば、ス
トライプ状や碁盤目状に形成できる。

【００２５】第２の工程において窒化物半導体をエッチ
ングする方法には、ウエットエッチング、ドライエッチ
ング等の方法があり、平滑な面を形成するには、好まし
くはドライエッチングを用いる。ドライエッチングに
は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性
イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロト
ロンエッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチング等
の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択する
ことにより、窒化物半導体をエッチングしてできる。例
えば、本出願人が先に出願した特開平８−１７８０３号
公報記載の窒化物半導体の具体的なエッチング手段を用
いることができる。また、エッチングによって段差を形
成する場合、エッチング面（凹部側面）が、図２に示す
ように異種基板に対して端面がほぼ垂直となる形状、又
は順メサ形状や逆メサ形状でもよく、あるいは階段状に
なるように形成された形状等がある。

【００２６】次に、図３は、エッチングにより凹凸を有
する第１の窒化物半導体２上に第２の窒化物半導体３を
成長させる第３の工程を行った模式的断面図である。第
２の窒化物半導体３としては、前記第１の窒化物半導体
２と同様のものを用いることができる。第２の窒化物半
導体３の成長温度は、第１の窒化物半導体２を成長させ
る場合と同様であり、このような温度で成長させる第２
の窒化物半導体は単結晶となる。また第２の窒化物半導
体を成長させ際に、窒化物半導体の原料となるＩＩＩ族
とＶ族の成分のモル比（ＩＩＩ／Ｖのモル比）を調整し
て成長させる、または反応条件を減圧にして成長させる
等により、横方向の成長を縦方向の成長に比べて促進さ
せる点で好ましい。

【００２７】また第２の窒化物半導体を成長させる際
に、不純物をドープして成長させてもよい。第２の窒化
物半導体３を成長させる際にドープする不純物として
は、特に限定されず、ｐ型不純物でもｎ型不純物でもよ
い。後述の図１０に示されるｐ電極とｎ電極が反対の面
に形成されてなる素子の場合は、第２の窒化物半導体３
にｎ型不純物をドープすることが好ましく、ｎ型不純物
をドープすることでｎ電極と良好なオーミックが得られ
好ましい。また、第２の窒化物半導体を成長させる際
に、横方向の成長を促進させて、転位の低減や空隙発生
の防止の点では、好ましくはｐ型不純物、又はｐ型不純
物及びｎ型不純物をドープし、より好ましくはｐ型不純
物及びｎ型不純物をドープする。

【００２８】本発明において用いられるｐ型不純物とし
ては、特に限定されないが、好ましくは、Ｂｅ、Ｚｎ、
Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｇのいずれか１種以上であり、ま
た、ｎ型不純物としては、特に限定されないが、Ｓｉ、
Ｇｅ及びＳｎのいずれか１種以上である。上記のような
不純物をドープすると、結晶欠陥及び空隙の点で好まし
い。また、ｎ電極とのオーミック接触を有する点でも好
ましい。また、本発明において、ｐ型及びｎ型不純物を
ドープする場合、ｐ型不純物とｎ型不純物の組み合わせ
は特に限定されず、上記の不純物を適宜１種以上づつド
ープすることができる。特に好ましい組み合わせとして
は、ｐ型不純物がＭｇであり、ｎ型不純物がＳｉである
と、結晶欠陥の伝播を抑制し、空隙の発生を防止するの
に好ましい。

【００２９】本発明において、不純物のドープ量は、好
ましくは１×１０¹⁷／ｃｍ³〜１×１０²⁰／ｃｍ³、より
好ましくは１×１０¹⁷／ｃｍ³〜１×１０¹⁹／ｃｍ³、更
に好ましくは５×１０¹⁷／ｃｍ³〜５×１０¹⁹／ｃｍ³で
ある。不純物の濃度が上記範囲であると窒化物半導体の
横方向の成長を縦方向の成長に比べ良好に促進でき、結
晶欠陥の伝播の抑制及び空隙の発生の防止の点で好まし
い。不純物のドープ量が多すぎると異常成長等が発生し
結晶性が低下する傾向がある。また不純物のドープ量が
少なすぎると本発明の効果が得られ難くなる。更に、ｎ
型不純物のみをドープしてｎ電極とのオーミック接触を
有する場合にも好ましい。更に、ｎ型不純物のみをドー
プする場合でも、ｎ電極とのオーミック接触を有する以
外に、窒化物半導体の横方向の成長を促進できる傾向も
ある。また、ｐ型不純物とｎ型不純物とをドープする場
合は、両者の濃度の和が上記範囲のドープ量となるよう
に適宜調整してドープされる。この場合ｐ型不純物とｎ
型不純物の濃度の比は、用いる不純物の種類により、空
隙や結晶欠陥の防止が良好となるように適宜調整され
る。

【００３０】第３の工程において、不純物をドープする
時期としては、特に限定されず、第２の窒化物半導体３
の成長と同時にドープされる、又は成長の途中に１回以
上ドープされる。成長の途中で１回以上ドープすると
は、不純物をドープすることで窒化物半導体の横方向の
成長が促進されること等を考慮して、転位が低減され、
空隙の発生を防止できるように、第２の窒化物半導体の
成長の最中に、一定の間隔毎または進行程度毎に、不純
物を１回以上、成長の進行状況に応じた時間でドープす
ることである。この場合、成長の進行状況（程度）に応
じてとは、少なくとも転位の進行方向を横方向に伝播さ
せる際には不純物をドープし、転位を横方向に伝播でき
た後には、アンドープでも不純物濃度を減少させる等の
調整をするなど、窒化物半導体の成長の進行状態と不純
物を添加することによる横方向の成長の促進などを適宜
組み合わせて行うことを示す。本発明において、不純物
をドープする場合、第１の窒化物半導体の成長の進行状
況を確認する方法としては、ウエハの大きさ、凹部の開
口部の幅や凹部側面の幅、凸部上部の幅、及び原料ガス
の流量などから成長の速度を計算により導き出すことが
できる。そして、計算により導き出された値に従って、
成長の途中等から不純物をドープする場合の目安にす
る。

【００３１】本発明の第３の工程において、凹部内部で
は凹部の側面から横方向に成長するものと、凹部底部か
ら縦方向に成長するものとがあると思われるが、成長し
続ける過程で、凹部側面から成長した第２の窒化物半導
体同士が接合し、凹部底部からの成長を抑制する。その
結果、凹部開口部から成長した第２の窒化物半導体には
転位がほとんど見られない。凹部底部からの縦方向の成
長は、凹部側面からの横方向の成長に比べ、成長速度が
遅いと思われる。一方、凸部上部から成長した第２の窒
化物半導体部分には、凹部開口部から成長するものに比
べてやや多めの転位が見られるが、凸部上部に縦方向に
成長を始める窒化物半導体も、縦方向に成長する速度よ
りも、凹部開口部に向かって横方向に成長する傾向があ
り、凹凸を形成しないで縦方向に成長させた場合に比べ
れば転位が低減する。また、本発明の第２及び第３の工
程を繰り返すことで、凸部上部の転位をなくすことがで
きる。また、凸部上部と凹部内部から成長した第２の窒
化物半導体は、成長の過程で接合し、図４のようにな
る。

【００３２】本発明において、第２及び第３の工程を繰
り返す場合、図５に示すように、第１の窒化物半導体に
形成した凹部上部に凸部が、第１の窒化物半導体に形成
した凸部上部に凹部が、それぞれ位置するように第２の
窒化物半導体に部分的に凹凸を形成する。そして凹凸を
形成された第２の窒化物半導体上に第３の窒化物半導体
４を成長させる。第３の窒化物半導体４は、全体的に転
位の少ない窒化物半導体となる。第３の窒化物半導体と
しては第２の窒化物半導体と同様のものを成長させる。

【００３３】また第２の窒化物半導体５は、この上に素
子構造となる窒化物半導体を成長させるための基板とな
るが、素子構造を形成するには異種基板を予め除去して
から行う場合と、異種基板等を残して行う場合がある。
また、素子構造を形成した後で異種基板を除去する場合
もある。異種基板等を除去する場合の第２の窒化物半導
体５の膜厚は、５０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以
上、好ましくは５００μｍ以下である。この範囲である
と異種基板及び保護膜等を研磨除去しても、第２の窒化
物半導体３が割れにくくハンドリングが容易となり好ま
しい。

【００３４】また異種基板等を残して行う場合の第２の
窒化物半導体３の膜厚は、特に限定されないが、１００
μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２
０μｍ以下である。この範囲であると異種基板と窒化物
半導体の熱膨張係数差によるウエハの反りが防止でき、
更に素子基板となる第２の窒化物半導体５の上に素子構
造となる窒化物半導体を良好に成長させることができ
る。

【００３５】本発明の窒化物半導体の成長方法におい
て、第１の窒化物半導体２、及び第２の窒化物半導体３
を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯ
ＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気
相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣ
ＶＤ（有機金属化学気相成長法）等、窒化物半導体を成
長させるのに知られている全ての方法を適用できる。好
ましい成長方法としては、膜厚が１００μｍ以下ではＭ
ＯＣＶＤ法を用いると成長速度をコントロールし易い。
また膜厚が１００μｍ以下ではＨＶＰＥでは成長速度が
速くてコントロールが難しい。

【００３６】また本発明において、第２の窒化物半導体
３上には、素子構造となる窒化物半導体を形成すること
ができるので、明細書内において第２の窒化物半導体を
素子基板又は窒化物半導体基板と言う場合がある。

【００３７】また第１の工程における前記異種基板とな
る材料の主面をオフアングルさせた基板、さらにステッ
プ状にオフアングルさせた基板を用いたほうが好まし
い。オフアングルさせた基板を用いると、表面に３次元
成長が見られず、ステップ成長があらわれ表面が平坦に
なり易い。更にステップ状にオフアングルされているサ
ファイア基板のステップに沿う方向（段差方向）が、サ
ファイアのＡ面に対して垂直に形成されていると、窒化
物半導体のステップ面がレーザの共振器方向と一致し、
レーザ光が表面粗さにより乱反射されることが少なくな
り好ましい。

【００３８】更に好ましい異種基板としては、（０００
１）面[Ｃ面]を主面とするサファイア、（１１２−０）
面[Ａ面]を主面とするサファイア、又は（１１１）面を
主面とするスピネルである。ここで異種基板が、（００
０１）面[Ｃ面]を主面とするサファイアであるとき、前
記第１の窒化物半導体等に形成される凹凸のストライプ
形状が、そのサファイアの（１１２−０）面[Ａ面]に対
して垂直なストライプ形状を有していること［窒化物半
導体の（１０１−０）[Ｍ面]に平行方向にストライプを
形成すること］が好ましく、また、オフアングルのオフ
角θ（図１１に示すθ）は０．１°〜０．５°、好まし
くは０．１°〜０．２°が好ましい。また（１１２−
０）面[Ａ面]を主面とするサファイアであるとき、前記
凹凸のストライプ形状はそのサファイアの（１１−０
２）面[Ｒ面]に対して垂直なストライプ形状を有してい
ることが好ましく、また（１１１）面を主面とするスピ
ネルであるとき、前記凹凸のストライプ形状はそのスピ
ネルの（１１０）面に対して垂直なストライプ形状を有
していることが好ましい。ここでは、凹凸がストライプ
形状の場合について記載したが、本発明においてサファ
イアのＡ面及びＲ面、スピネルの（１１０）面に窒化物
半導体が横方向に成長し易いので、これらの面に第１の
窒化物半導体の端面が形成されるように第１の窒化物半
導体２に段差を形成するために保護膜の形成を考慮する
ことが好ましい。

【００３９】本発明に用いられる異種基板について図を
用いて更に詳細に説明する。図６はサファイアの結晶構
造を示すユニットセル図である。まず本発明の方法にお
いて、Ｃ面を主面とするサファイアを用い、凹凸はサフ
ァイアＡ面に対して垂直なストライプ形状とする場合に
ついて説明する。例えば、図７は主面側のサファイア基
板の平面図である。この図はサファイアＣ面を主面と
し、オリエンテーションフラット（オリフラ）面をＡ面
としている。この図に示すように凹凸のストライプをＡ
面に対して垂直方向で、互いに平行なストライプを形成
する。図７に示すように、サファイアＣ面上に窒化物半
導体を選択成長させた場合、窒化物半導体は面内ではＡ
面に対して平行な方向で成長しやすく、垂直な方向では
成長しにくい傾向にある。従ってＡ面に対して垂直な方
向でストライプを設けると、ストライプとストライプの
間の窒化物半導体がつながって成長しやすくなり、図１
〜図４に示したような結晶成長が容易に可能となると考
えられるが詳細は定かではない。

【００４０】次に、Ａ面を主面とするサファイア基板を
用いた場合、上記Ｃ面を主面とする場合と同様に、例え
ばオリフラ面をＲ面とすると、Ｒ面に対して垂直方向
に、互いに平行なストライプを形成することにより、ス
トライプ幅方向に対して窒化物半導体が成長しやすい傾
向にあるため、結晶欠陥の少ない窒化物半導体層を成長
させることができる。

【００４１】また次に、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）に対
しても、窒化物半導体の成長は異方性があり、窒化物半
導体の成長面を（１１１）面とし、オリフラ面を（１１
０）面とすると、窒化物半導体は（１１０）面に対して
平行方向に成長しやすい傾向がある。従って、（１１
０）面に対して垂直方向にストライプを形成すると窒化
物半導体層と隣接する窒化物半導体同士が保護膜の上部
でつながって、結晶欠陥の少ない結晶を成長できる。な
おスピネルは四方晶であるため特に図示していない。

【００４２】また、以下に、オフアングルされたサファ
イア基板のステップに沿う方向が、サファイア基板のＡ
面に対して垂直に形成されてなる場合について図１１を
用いて説明する。ステップ状にオフアングルしたサファ
イアなどの異種基板は、図１１に示すようにほぼ水平な
テラス部分Ａと、段差部分Ｂとを有している。テラス部
分Ａの表面凹凸は少なく、ほぼ規則正しく形成されてい
る。このようなオフ角θを有するステップ状部分は、基
板全体にわたって連続して形成されていることが望まし
いが、特に部分的に形成されていてもよい。なおオフ角
θとは、図１１に示すように、複数の段差の底部を結ん
だ直線と、最上層のステップの水平面との角度を示すも
のとする。また異種基板は、オフ角が０．１°〜０．５
°、好ましくは０．１°〜０．２°である。オフ角を上
記範囲とすると、第１の窒化物半導体２表面は細かな筋
状のモフォロジーとなり、エピタキシャル成長表面（第
２の窒化物半導体３表面）は波状のモフォロジーとな
り、この基板を用いて得られる窒化物半導体素子は平滑
で、特性も長寿命、高効率、高出力、歩留まりの向上し
たものが得られる。

【００４３】本発明の窒化物半導体素子（以下本発明の
素子と言う場合がある。）について以下に説明する。本
発明の窒化物半導体素子は、前記した本発明の窒化物半
導体の成長法により得られる第２の窒化物半導体３（窒
化物半導体基板）上に、素子構造となる少なくともｎ型
及びｐ型の窒化物半導体等が形成されてなるものであ
る。本発明において、前記本発明の成長方法により得ら
れる窒化物半導体上に素子構造を形成する場合、凹部上
部に発光領域など（例えばレーザ素子においてはリッジ
形状のストライプなど）が位置するように素子構造を形
成することが、寿命特性等の素子特性が良好な素子を得
るのに好ましい。本発明の窒化物半導体素子を構成する
窒化物半導体としては、特に限定されず、少なくともｎ
型窒化物半導体、活性層、及びｐ型の窒化物半導体が積
層されていればよい。例えば、ｎ型窒化物半導体層とし
て、超格子構造を有するｎ型窒化物半導体層を有し、こ
の超格子構造のｎ型層にｎ電極を形成することのできる
ｎ型窒化物半導体が形成されているもの等が挙げられ
る。活性層としては、例えばＩｎＧａＮを含んでなる多
重量子井戸構造の活性層が挙げられる。また、窒化物半
導体素子構造を形成するその他の構成は、例えば電極、
素子の形状等、いずれのものを適用させてもよい。本発
明の窒化物半導体素子の一実施の形態を実施例に示した
が、本発明はこれに限定されない。

【００４４】本発明の窒化物半導体素子構造となる窒化
物半導体を成長させる方法は、特に限定されないがＭＯ
ＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気
相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣ
ＶＤ（有機金属化学気相成長法）等、窒化物半導体を成
長させるのに知られている全ての方法を適用できる。好
ましい成長方法は、ＭＯＣＶＤ法であり、結晶をきれい
に成長させることができる。しかし、ＭＯＣＶＤ法は時
間がかかるため、膜厚が厚い場合には時間の短い方法で
行うことが好ましい。また使用目的によって種々の窒化
物半導体の成長方法を適宜選択し、窒化物半導体の成長
を行うことが好ましい。

【００４５】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれ
に限定されない。 ［実施例１］実施例１における各工程を図１〜図４を用
いて示す。また実施例１はＭＯＣＶＤ法を用いて行っ
た。

【００４６】異種基板１として、２インチφ、Ｃ面を主
面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板１を反
応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリア
ガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）とを用い、サファイア基板１上にＧａＮよ
りなるバッファ層（図示されていない）を約２００オン
グストロームの膜厚で成長させる。

【００４７】バッファ層を成長後、ＴＭＧのみ止めて、
温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になった
ら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用
い、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮよりなる
第１の窒化物半導体層２を２μｍの膜厚で成長させる。
（図１）

【００４８】第１の窒化物半導体層２を成長後、ストラ
イプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装置によりス
トライプ幅（凸部の上部になる部）５μｍ、ストライプ
間隔（凹部底部となる部分）１０μｍにパターニングさ
れたＳｉＯ₂膜を形成し、続いて、ＲＩＥ装置によりＳ
ｉＯ₂膜の形成されていない部分の第１の窒化物半導体
層２を第１の窒化物半導体２が残る程度に途中までエッ
チングして凹凸を形成することにより、凹部側面に第１
の窒化物半導体２を露出させる（図２）。図２のように
凹凸を形成した後、凸部上部のＳｉＯ₂を除去する。な
お、ストライプ方向は、図６に示すように、オリフラ面
に対して垂直な方向で形成する。

【００４９】次に、反応容器内にセットし、温度を１０
５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス
を用い、アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導
体層３を１５μｍの膜厚で成長させる（図３及び図
４）。

【００５０】第２の窒化物半導体層３を成長後、ウェー
ハを反応容器から取り出し、アンドープのＧａＮよりな
る窒化物半導体基板を得る。

【００５１】得られた第２の窒化物半導体層３（本発明
の窒化物半導体基板）をＣＬ（カソードルミネセンス）
方法により観測すると、凸部上部は転位密度がやや多め
であったが、凹部開口部の上部にはほとんど転位がが見
られず良好な結晶性を有している。

【００５２】［実施例２］実施例１において、ストライ
プ幅（凸部の上部になる部）を３μｍ、ストライプ間隔
（凹部底部となる部分）６μｍとする他は同様にして第
２の窒化物半導体３を成長させた。得られた第２の窒化
物半導体３をＣＬ方法により観察すると、実施例１と同
様に凹部開口部の上部には転位がほとんど見られない。

【００５３】［実施例３］実施例１で得られた第２の窒
化物半導体３に、図５に示すように、第１の窒化物半導
体に形成された凹部上部に凸部が、第１の窒化物半導体
に形成された凸部上部に凹部がそれぞれ形成されるよう
に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装
置によりストライプ幅（凸部の上部になる部）５μｍ、
ストライプ間隔（凹部底部となる部分）１０μｍにパタ
ーニングされたＳｉＯ₂膜を形成し、続いて、ＲＩＥ装
置によりＳｉＯ₂膜の形成されていない部分の第２の窒
化物半導体３を第２の窒化物半導体３が残る程度に途中
までエッチングして凹凸を形成する。その後、凹凸を形
成された第２の窒化物半導体３上に、第３の窒化物半導
体４を成長させる。得られた第３の窒化物半導体４をＣ
Ｌ方法により観察すると、全体的に転位の低減された窒
化物半導体を得ることができる。

【００５４】［実施例４］実施例１において、第２の窒
化物半導体３を成長させる際に、ＳｉとＭｇの不純物を
５×１０¹⁷／ｃｍ³ドープする他は同様にして第２の窒
化物半導体３を成長させる。得られた第２の窒化物半導
体を実施例１と同様に観測すると、実施例１とほぼ同様
に良好であったが、実施例１よりさらに転位が低減さ
れ、また空隙などの発生の防止も良好である。

【００５５】［実施例５］実施例４において、不純物と
して、以下の表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１０に示すように
不純物を変更する他は同様にして第２の窒化物半導体３
を成長させる。

【００５６】

【表１】 Ｎｏ． ｐ型不純物 ｎ型不純物 ドープ量（ｃｍ³） １ Ｚｎ −−^* ５×１０¹⁷ ２ Ｃｒ −− １×１０¹⁹ ３ Ｍｎ −− １×１０¹⁸ ４ Ｍｇ −− ５×１０¹⁷ ５ Ｚｎ Ｓｉ 〃 ６ Ｚｎ Ｇｅ ５×１０¹⁸ ７ Ｚｎ Ｓｎ １×１０¹⁸ ８ Ｃｒ Ｓｉ ２×１０¹⁹ ９ Ｍｇ Ｓｎ ５×１０¹⁷ １０ Ｍｇ Ｇｅ 〃 ＊：ｎ型不純物を含まない。

【００５７】上記Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０の不純物をそれ
ぞれドープして得られる各第２の窒化物半導体３を実施
例４と同様に観測すると、不純物の種類及び組み合わせ
によって転位の数等にやや差が見られるものの、実施例
４とほぼ同様に良好である。

【００５８】［実施例６］以下に、図８を用いて実施例
６を説明する。図８は本発明の実施例１で得られた第２
の窒化物半導体を基板として素子構造を形成してなる本
発明の一実施の形態であるレーザ素子の構造を示す模式
的断面図である。実施例１で得られた第２の窒化物半導
体３を窒化物半導体基板として以下の素子構造を積層成
長させる。

【００５９】（アンドープｎ型コンタクト層）［図８に
は図示されていない］ 窒化物半導体基板１上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭ
Ａ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアガ
スを用いアンドープのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型
コンタクト層を１μｍの膜厚で成長させる。

【００６０】（ｎ型コンタクト層３２）次に、同様の温
度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを
用い、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ₄）を用い、Ｓ
ｉを３×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ
よりなるｎ型コンタクト層２を３μｍの膜厚で成長させ
る。

【００６１】（クラック防止層３３）次に、温度を８０
０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルイ
ンジウム）及びアンモニアを用い、不純物ガスにシラン
ガスを用い、Ｓｉを５×１０ ¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ
_0.08Ｇａ_0.92Ｎよりなるクラック防止層３３を０．１５
μｍの膜厚で成長させる。

【００６２】（ｎ型クラッド層３４）次に、温度を１０
５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニ
アを用い、アンドープのＡｌ_0.14Ｇａ_0.86ＮよりなるＡ
層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、
ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓ
ｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるＢ層
を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして、
この操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積
層し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格
子構造）よりなるｎ型クラッド層３４を成長させる。

【００６３】（ｎ型ガイド層３５）次に、同様の温度
で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドー
プのＧａＮよりなるｎ型ガイド層３５を０．０７５μｍ
の膜厚で成長させる。

【００６４】（活性層３６）次に、温度を８００℃にし
て、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸
／ｃｍ³ドープしたＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎよりなる障壁層
を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続い
て、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_0.11Ｇａ_0.89
Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長
させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層
した総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）の活性層３６を成長させる。

【００６５】（ｐ型電子閉じ込め層３７）次に、同様の
温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用
い、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニ
ルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０¹⁹／ｃｍ³ド
ープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層
３７を１００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００６６】（ｐ型ガイド層３８）次に、温度を１０５
０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、
アンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層８を０．０７
５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層８は、ア
ンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層３７
からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ
³となりｐ型を示す。

【００６７】（ｐ型クラッド層３９）次に、同様の温度
で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
アンドープのＡｌ_0.1Ｇａ_0.9ＮよりなるＡ層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止
め、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１
０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させる。そして、この操作を
それぞれ１００回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜
厚５０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よ
りなるｐ型クラッド層３９を成長させる。

【００６８】（ｐ型コンタクト層４０）次に、同様の温
度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物
ガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³
ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層４０を１５
０オングストロームの膜厚で成長させる。

【００６９】反応終了後、反応容器内において、ウエハ
を窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型
層を更に低抵抗化する。アニーリング後、ウエハを反応
容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面に
ＳｉＯ₂よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イ
オンエッチング）を用いＳｉＣｌ₄ガスによりエッチン
グし、図９に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コン
タクト層３２の表面を露出させる。次に図９（ａ）に示
すように、最上層のｐ側コンタクト層４０のほぼ全面
に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ
₂）よりなる第１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形
成した後、第１の保護膜６１の上に所定の形状のマスク
をかけ、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、
ストライプ幅１．８μｍ、厚さ１μｍで形成する。次
に、図９（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ₄
ガスを用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第
１の保護膜をエッチングして、ストライプ状とする。そ
の後エッチング液で処理してフォトレジストのみを除去
することにより、図９（ｃ）に示すようにｐ側コンタク
ト層４０の上にストライプ幅１．８μｍの第１の保護膜
６１が形成できる。

【００７０】さらに、図９（ｄ）に示すように、ストラ
イプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳ
ｉＣｌ₄ガスを用いて、ｐ側コンタクト層４０、および
ｐ側クラッド層３９をエッチングして、ストライプ幅
１．８μｍのリッジ形状のストライプを形成する。但
し、リッジ形状のストライプは、図８に示すように、第
１の窒化物半導体に形成した凹部上部にくるように形成
される。リッジストライプ形成後、ウェーハをＰＶＤ装
置に移送し、図９（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主
としてＺｒＯ₂）よりなる第２の保護膜６２を、第１の
保護膜６１の上と、エッチングにより露出されたｐ側ク
ラッド層３９の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成す
る。このようにＺｒ酸化物を形成すると、ｐ−ｎ面の絶
縁をとるためと、横モードの安定を図ることができ好ま
しい。次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図９（ｆ）に
示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法により除
去する。

【００７１】次に図９（ｇ）に示すように、ｐ側コンタ
クト層４０の上の第１の保護膜６１が除去されて露出し
たそのｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ
電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのス
トライプ幅として、この図に示すように、第２の保護膜
６２の上に渡って形成する。第２の保護膜６２形成後、
図８に示されるように露出させたｎ側コンタクト層２の
表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと
平行な方向で形成する。

【００７２】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の
結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。
共振器面にＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層膜を形
成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図
８に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３０
０〜５００μｍとすることが望ましい。得られたレーザ
素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。その
結果、室温においてしきい値２．５ｋＡ／ｃｍ²、しき
い値電圧５Ｖで、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認
され、室温で１万時間以上の寿命を示す。

【００７３】［実施例７］以下、図１０を元に実施例７
について説明する。図１０は本発明の成長方法により得
られた窒化物半導体層を基板とする一実施の形態のレー
ザ素子の構造を示す模式断面図である。

【００７４】実施例１において、第２の窒化物半導体３
を成長させる際に、Ｓｉを１×１０ ¹⁸／ｃｍ³ドープし
て、膜厚を１５０μｍとする他は同様にして、Ｓｉドー
プの第２の窒化物半導体３を得る。得られたウエハのサ
ファイア基板等を研磨、除去し、第２の窒化物半導体３
のみとする。

【００７５】次に、サファイア基板を除去した面とは反
対の面の第２の窒化物半導体層３（ＳｉドープＧａＮ）
を主面とするウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に
セットし、この第２の窒化物半導体層３の上に下記各層
を形成する。

【００７６】（ｎ側クラッド層４３）次に、Ｓｉを１×
１０¹⁹／cm³ドープしたｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる
第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undo
pe）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストローム
とを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超
格子構造とする。

【００７７】（ｎ側光ガイド層４４）続いて、Ｓｉを１
×１０¹⁷／cm³ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガ
イド層４４を０．１μｍの膜厚で成長させる。

【００７８】（活性層４５）次に、Ｓｉを１×１０¹⁷／
cm³ドープのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる井戸層、２５オ
ングストロームと、Ｓｉを１×１０¹⁷／cm³ドープのＩ
ｎ_0.01Ｇａ_0.95Ｎよりなる障壁層、５０オングストロー
ムを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストローム
の多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させ
る。

【００７９】（ｐ側キャップ層４６）次に、バンドギャ
ップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、か
つ活性層４５よりも大きい、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ド
ープしたｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.9Ｎよりなるｐ側キャップ層
４６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００８０】（ｐ側光ガイド層４７）次に、バンドギャ
ップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇ
を１×１０¹⁸／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側
光ガイド層４７を０．１μｍの膜厚で成長させる。

【００８１】（ｐ側クラッド層４８）次に、Ｍｇを１×
１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる
第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０²⁰
／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オ
ングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μ
ｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。

【００８２】（ｐ側コンタクト層４９）最後に、Ｍｇを
２×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コ
ンタクト層４９を１５０オングストロームの膜厚で成長
させる。

【００８３】反応終了後、反応容器内において、ウェー
ハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ
型層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハ
を反応容器から取り出し、図１０に示すように、ＲＩＥ
装置により最上層のｐ型コンタクト層４９と、ｐ型クラ
ッド層４８とをエッチングして、４μｍのストライプ幅
を有するリッジ形状とし、リッジ表面の全面にＮｉ／Ａ
ｕよりなるｐ電極５１を形成する。

【００８４】次に、図１０に示すようにｐ電極５１を除
くｐ側クラッド層４８、コンタクト層４９の表面にＳｉ
Ｏ₂よりなる絶縁膜５０を形成し、この絶縁膜５０を介
してｐ電極５１と電気的に接続したｐパッド電極５２を
形成する。

【００８５】ｐ側電極形成後、第２の窒化物半導体層３
の素子構造が形成されていない表面全面に、Ｔｉ／Ａｌ
よりなるｎ電極５３を０．５μｍの膜厚で形成し、その
上にヒートシンクとのメタライゼーション用にＡｕ／Ｓ
ｎよりなる薄膜を形成する。

【００８６】その後、ｎ電極側５３からスクライブし、
第２の窒化物半導体層３のＭ面（１１−００、図６の六
角柱の側面に相当する面）で第２の窒化物半導体層５を
劈開し、共振面を作製する。共振面の両方あるいはどち
らか一方にＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層膜を形
成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレ
ーザチップとした。次にチップをフェースアップ（基板
とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシンクに設
置し、ｐパッド電極５２をワイヤーボンディングして、
室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、閾値
電流密度２．５ｋＡ／cm²、閾値電圧４．５Ｖで、発振
波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１万時間以上の
寿命を示した。

【００８７】［実施例８］実施例３で得られた第３の窒
化物半導体４を基板として、実施例６と同様の素子構造
を形成してレーザ素子を作製した。得られたレーザ素子
は実施例６と同様に良好な寿命特性を有している。ま
た、リッジ形状のストライプを形成する位置を凹部上部
に関係なく凸部上部に形成しても良好な特性を示す。

【００８８】［実施例９］実施例１において、サファイ
ア基板１として、２インチφ、オフアングル角θ＝０．
２°、ステップ段差（高さ）約１原子層、テラス幅Ｗが
約４０オングストロームのステップを有し、Ｃ面を主面
とし、オリフラ面をＡ面として、ステップに沿う方向、
すなわち段差の方向がこのＡ面に対して垂直な方向に設
けてあるサファイア基板を用いる他は同様にして第２の
窒化物半導体３を成長させる。得られた第２の窒化物半
導体３を基板として、実施例６と同様の素子構造を形成
してレーザ素子を製造する。得られたレーザ素子は、実
施例６よりしきい値が低下し、より良好な寿命特性を有
する。

【００８９】［実施例１０］実施例６において、第２の
窒化物半導体として実施例４で得られた第２の窒化物半
導体３を用いる他は同様にして、レーザ素子を製造す
る。得られた素子は、実施例６と同様に良好な結果が得
られた。

【００９０】

【発明の効果】本発明は、転位の低減された、結晶性が
良好な窒化物半導体を得ることができる窒化物半導体の
成長方法を提供することができる。更に、本発明は、結
晶性が良好で且つ転位の少ない窒化物半導体を基板とす
る窒化物半導体素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図２】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図３】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図４】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図５】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図６】サファイアの面方位を示すユニットセル図であ
る。

【図７】保護膜のストライプ方向を説明するための基板
主面側の平面図である。

【図８】本発明の方法による基板を用いた窒化物半導体
ＬＤ素子の一構造を示す模式断面図である。

【図９】図９は、リッジ形状のストライプを形成する一
実施の形態である方法の各工程におけるウエハの部分的
な構造を示す模式的断面図である。

【図１０】本発明の方法による基板を用いた窒化物半導
体ＬＤ素子の一構造を示す模式断面図である。

【図１１】本発明の方法による基板の一部を拡大して示
した模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・・異種基板 ２・・・・第１の窒化物半導体 ３・・・・第２の窒化物半導体 ４・・・・第３の窒化物半導体

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA40 AA44 CA04 CA05 CA34 CA40 CA65 CA74 CB04 5F045 AA04 AB14 AB17 AC01 AC08 AC12 AD13 AD14 AF02 AF04 AF09 AF13 BB12 CA10 CA13 DA53 DA55 DA67 5F073 AA13 AA45 AA51 AA55 AA74 AA77 AA83 CA07 CB02 CB07 DA05 EA23 EA28 EA29 5F103 AA05 DD30 GG01 HH04 JJ01 JJ03 KK01 KK02 LL02 LL03 NN01 PP08 PP18 RR06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種
   基板の上に、第１の窒化物半導体を成長させる第１の工
   程と、 第１の工程後、前記第１の窒化物半導体に部分的に凹凸
   を形成して凹部側面に窒化物半導体の横方向の成長が可
   能な面を露出させる第２の工程と、 第２の工程後、前記凹凸を有する第１の窒化物半導体上
   に、第２の窒化物半導体を成長させる第３の工程とを有
   することを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
2. 【請求項２】 前記第２の窒化物半導体を成長後に、前
   記第２及び第３の工程を繰り返して行う、但し、第２の
   窒化物半導体に形成される凹凸が、第１の窒化物半導体
   に形成された凹部上部に凸部が形成され、第１の窒化物
   半導体に形成された凸部上部に凹部が形成されることを
   特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の成長方法。
3. 【請求項３】 前記異種基板が、サファイアのＣ面がス
   テップ状にオフアングルされていることを特徴とする請
   求項１又は２に記載の窒化物半導体の成長方法。
4. 【請求項４】 前記ステップ状にオフアングルされてい
   るサファイア基板のオフアングル角が、０．１°〜０．
   ５°であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載の窒化物半導体の成長方法。
5. 【請求項５】 前記ステップ状にオフアングルされてい
   るサファイア基板のステップに沿う方向（段差方向）
   が、サファイアのＡ面に対して垂直に形成されているこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物
   半導体の成長方法。
6. 【請求項６】 前記第３の工程で、第２の窒化物半導体
   を成長させる際に、不純物をドープして行うことを特徴
   とする請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体の
   成長方法。
7. 【請求項７】 前記窒化物半導体の成長方法で得られる
   窒化物半導体を基板とし、この上に素子構造となる少な
   くともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導
   体が形成されていることを特徴とする窒化物半導体素
   子。
8. 【請求項８】 前記窒化物半導体の成長方法で得られた
   窒化物半導体基板上に、素子構造となる少なくともｎ型
   窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が形成さ
   れ、窒化物半導体基板の第１の窒化物半導体に形成され
   た凹部上部に、窒化物半導体レーザ素子の光を導波する
   ストライプ形状又はリッジ形状を形成してなること特徴
   とする窒化物半導体レーザ素子。