JP2000277437A5 - - Google Patents

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【書類名】 明細書
【発明の名称】 窒化物半導体の成長方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に、横方向の成長を利用して第１の窒化物半導体を成長させる工程と、
少なくとも前記異種基板を除去することにより、窒化物半導体基板とする工程と、
前記窒化物半導体基板の異種基板を除去した面とは反対の面上に、第２の窒化物半導体を成長させる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。
【請求項２】 前記窒化物半導体基板は、反りを有す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。
【請求項３】 前記第１の窒化物半導体は、異種基板上に成長された窒化物半導体上に凹凸を形成し、その後、前記凹凸を有する面上に窒化物半導体を成長させてな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。
【請求項４】 前記凹凸が、窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されたストライプ形状であることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体の成長方法。
【請求項５】 前記第１の窒化物半導体は、異種基板上に成長された窒化物半導体上に、保護膜を部分的に形成し、その後、前記保護膜を有する面上に窒化物半導体を成長させてな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。
【請求項６】 前記保護膜が、窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されたストライプ形状であることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体の成長方法。
【請求項７】 前記第１の窒化物半導体は、１０μｍ／時間以下０．５μｍ／時間以上の成長速度で成長させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
【請求項８】 前記第２の窒化物半導体は、５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上の成長速度で成長させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
【請求項９】 前記第１の窒化物半導体を成長させた後、該第１の窒化物半導体上に、第３の窒化物半導体を成長させる工程を有し、
前記窒化物半導体基板が、少なくとも第３の窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
【請求項１０】 前記第３の窒化物半導体は、５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上の成長速度で成長させることを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体の成長方法。
【請求項１１】 前記異種基板を除去する工程において、異種基板から第３の窒化物半導体の一部までを除去することを特徴とする請求項９又は１０に記載の窒化物半導体の成長方法。
【請求項１２】 前記窒化物半導体基板が、その表面の転位密度が１０ ¹⁰ 個／ｃｍ ² 以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
【請求項１３】 前記窒化物半導体基板が、５０〜１０００μｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
【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、特に転位の少ない窒化物半導体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、窒化物半導体からなる青色、青緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）が実用化されたり実用可能になっている。
【０００３】
例えば、本発明者等は、Aplide Physics Letters. Vol.73, Number6 (1998) pp.832-834 に、サファイア上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により２μｍの膜厚で成長させたＧａＮ層上に、０．１μｍの膜厚のＳｉＯ₂よりなる保護膜を部分的に形成し、その後、保護膜を有する面上に再度ＧａＮをＭＯＣＶＤにより２０μｍの膜厚で成長（ＥＬＯＧ成長）させ、続いて、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）により２００μｍの膜厚のＧａＮを成長させ、その後サファイア基板を研磨により除去して、ほぼ１５０μｍの膜厚のＧａＮの基板を得て、このＧａＮ基板上にデバイス構造を形成し、ＧａＮ基板のＭ面［六方晶系の側面；例えば｛１−１００｝等］で劈開して共振面を形成してなる窒化物半導体素子を報告している。
そして、報告されたレーザ素子は、劈開により形成された共振面からのレーザ光のファーフィールドパターンが良好で、また出力５ｍＷとなるように動作電流を調整し５０℃の条件下でほぼ１８０時間の連続発振が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記Appl.Phys.Lett.に報告されている窒化物半導体素子は、レーザ素子の実用化の可能性を有しているものの、実用化のためには寿命特性が十分満足できるものではない。上記報告されているレーザ素子は、高温でかなりの長時間、連続発振できるが、連続発振が１８０時間を過ぎると、動作電流が急激に増加することから、素子の劣化がかなり進行していると推測できる。
【０００５】
本発明者等は、寿命特性のさらなる向上のために種々検討した結果、デバイス構造を成長させる窒化物半導体基板の表面に、表面透過型電子顕微鏡（表面ＴＥＭ）観察によると、ほぼ均一に１×１０⁷個／ｃｍ²程度の転位が確認され、この転位により寿命特性が低下するのではないかと考えた。上記転位密度は、従来のサファイア基板上にＧａＮを成長させていく場合に比べれば、かなり低減されているが、実用化に際しての素子の信頼性を十分にするには、寿命特性をさらに向上させる必要がある。
【０００６】
窒化物半導体基板の表面にほぼ均一に転位が見られる原因として、劈開の際の物理的強度を向上させ欠けや割れを防止するため、ＨＶＰＥで膜厚２００μｍの厚さに窒化物半導体を成長させる過程で、保護膜の形成されていない部分（窓部）上部に見られる転位が、窒化物半導体の成長と共に均一に広がっているためと推測できる。
【０００７】
ちなみに、保護膜を形成後、ＭＯＣＶＤで２０μｍの膜厚で窒化物半導体を成長させた時点では、窓部上部にはほぼ１×１０⁹個／ｃｍ²程度の転位が見られるが、一方、保護膜上部にはほとんど転位が見られない。仮に、この転位のない保護膜上部にデバイス構造、特にリッジ形状のストライプを形成すると、寿命特性が向上する。しかし、２０μｍの膜厚の窒化物半導体からサファイアを除去して、劈開により共振面を形成するには、２０μｍの膜厚の窒化物半導体基板では物理的強度が十分でなく、欠けや割れが生じ歩留まりが低下する。さらに、デバイス構造を形成する際にも窒化物半導体基板の物理的強度が必要である。
このように、サファイアを除去して窒化物半導体のみの基板上に、デバイス構造を形成することは、鏡面状の共振面を得ることができる劈開という簡易な方法を可能にするものの、劈開時及びデバイス工程時の物理的強度が十分となる程度の膜厚に成長させなければならず、このため、ＥＬＯＧ成長で得られた転位のほとんどない部分が窒化物半導体基板表面から失われてしまう。
以上のように、レーザ素子の寿命特性の向上には、デバイス構造を形成するための窒化物半導体基板の転位密度をより一層低下させることが望まれる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、窒化物半導体を基板とした場合、デバイス構造を形成しても、劈開により共振面を形成しても、基板に欠けやクラックの発生が生じず、更に、寿命特性を良好にでき、実用化に際しての素子の信頼性が向上するような転位の低減される窒化物半導体基板の得られる窒化物半導体の成長方法を提供することである。
更に、本発明の目的は、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、寿命特性など素子特性の良好な窒化物半導体素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、下記（１）〜（１３）の構成により、本発明の目的を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上に、横方向の成長を利用して第１の窒化物半導体を成長させる工程と、
少なくとも前記異種基板を除去することにより、窒化物半導体基板とする工程と、
前記窒化物半導体基板の異種基板を除去した面とは反対の面上に、第２の窒化物半導体を成長させる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） 前記窒化物半導体基板は、反りを有することを特徴とする（１）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（３） 前記第１の窒化物半導体は、異種基板上に成長された窒化物半導体上に凹凸を形成し、その後、前記凹凸を有する面上に窒化物半導体を成長させてなることを特徴とする（１）又は（２）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（４） 前記凹凸が、窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されたストライプ形状であることを特徴とする（３）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（５） 前記第１の窒化物半導体は、異種基板上に成長された窒化物半導体上に、保護膜を部分的に形成し、その後、前記保護膜を有する面上に窒化物半導体を成長させてなることを特徴とする（１）又は（２）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（６） 前記保護膜が、窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されたストライプ形状であることを特徴とする（５）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（７） 前記第１の窒化物半導体は、１０μｍ／時間以下０．５μｍ／時間以上の成長速度で成長させることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（８） 前記第２の窒化物半導体は、５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上の成長速度で成長させることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（９） 前記第１の窒化物半導体を成長させた後、該第１の窒化物半導体上に、第３の窒化物半導体を成長させる工程を有し、
前記窒化物半導体基板が、少なくとも第３の窒化物半導体からなることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（１０） 前記第３の窒化物半導体は、５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上の成長速度で成長させることを特徴とする（９）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１１） 前記異種基板を除去する工程において、異種基板から第３の窒化物半導体の一部までを除去することを特徴とする（９）又は（１０）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１２） 前記窒化物半導体基板が、その表面の転位密度が１０ ¹⁰ 個／ｃｍ ² 以下であることを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（１３） 前記窒化物半導体基板が、５０〜１０００μｍの膜厚を有することを特徴とする請求項（１）〜（１２）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
また、本発明は、下記（１４）〜（１６）の構成とすることができる。
（１４） 前記（１）〜（１３）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法により得られた転位の低減された窒化物半導体を基板として、この窒化物半導体基板上に、少なくとｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体を有するデバイス構造が形成されてなることを特徴とする窒化物半導体素子。
（１５） 前記窒化物半導体素子が、ストライプ形状の保護膜又はストライプ形状の凹凸の、ストライプ方向に平行に形成されたリッジ形状のストライプを有することを特徴する（１４）に記載の窒化物半導体素子。
（１６） 前記窒化物半導体素子のリッジ形状のストライプが、ストライプ形状の保護膜の上部、又はストライプ形状の凹凸の凹部上部に形成されていることを特徴とする（１４）又は（１５）に記載の窒化物半導体素子。
【００１０】
つまり、本発明の成長方法は、デバイス構造を形成可能な程度の厚膜の窒化物半導体基板上に、上記の如く、第５の工程においてＥＬＯＧ成長させることにより、表面の転位を低減し、特に表面にほとんど転位の見られない部分を有する第４の窒化物半導体を成長させることにより、劈開しても欠けや割れが発生し難く、且つ転位のほとんどない部分を有しているので素子の劣化を防止でき寿命特性を向上できる良好な基板を提供することができる。
上記基板は、デバイス構造を形成するための基板であり、本発明においては、第５の工程における窒化物半導体基板と転位の低減された第４の窒化物半導体とからなるものが、デバイス構造を形成するための基板となる。以下単に本発明の基板とする場合がある。
【００１１】
従来、前記課題で示したように、転位を低減する試みは、デバイス構造を形成するための基板として、窒化物半導体を厚膜に成長させる工程の前段階で転位の伝播を抑制したり止めたりする試みが種々行われている。
【００１２】
これに対して、本発明は、デバイス構造を形成可能な程度に厚膜に成長された窒化物半導体基板上に、従来の知見から考えると一見製造工程を複雑化、長時間化しているように思われるようなＥＬＯＧ成長を行うことにより、前記課題を解決することができる。
窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長をすることで得られる第４の窒化物半導体は、転位密度が低減され、さらには転位がほとんどない部分を有している。この窒化物半導体基板と第４の窒化物半導体とからなる本発明の基板は、厚膜の窒化物半導体基板により物理的強度が得られ、さらに本発明の基板の第４の窒化物半導体上にデバイス構造を形成すると、寿命特性の向上が可能となる。
本発明の方法は、前記したように一見製造工程を煩雑にしてしているように思われるが、本発明の基板を用いることで寿命特性の向上が可能となると共に、割れや欠けが防止され歩留まりの向上が可能となり、製造工程を総合的に考慮した場合、製造効率の向上につながる。
【００１３】
本発明の課題は、上記Appl.Phys.Lett.での報告のように、転位の低減された厚膜の窒化物半導体を基板とし、この上にデバイス構造を形成してなるレーザ素子が、かなりの長時間の連続発振を達成できたことによって、実用化の達成や信頼性の向上のために解決しなければならない問題点として新たに見出されたものである。
このことから、たとえ、窒化物半導体基板上にデバイス構造を形成してなる窒化物半導体素子であっても、得られた素子が長時間の連続発振をすることができないような素子からは、基板の転位が寿命特性へどのように影響するかといったような本発明の課題を新たに見出すことは困難である。
【００１４】
また更に、本発明において、第５の工程における窒化物半導体の横方向の成長を利用して転位の低減される方法（以下、第５の工程のＥＬＯＧ成長と言う場合がある。）が、窒化物半導体基板上に第２の保護膜を部分的に形成し、その後、第２の保護膜の形成面上に第４の窒化物半導体を成長させてなると、転位の進行を防止するのに好ましい。
また更に、本発明において、第２の保護膜が、窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向に形成されたストライプ形状であると、窒化物半導体の横方向の成長を促進でき転位の伝播を抑制するのに好ましい。更に第２の保護膜が、後述のストライプ形状の第１の保護膜又はストライプ形状の第１の凹凸と平行に形成されていると、第４の窒化物半導体の横方向の成長がより良好となり、第４の窒化物半導体上を良好に得ることができ、転位の低減でも好ましい。
【００１５】
また更に、本発明において、第５の工程のＥＬＯＧ成長が、窒化物半導体基板の表面に第２の凹凸を形成するのみで、その第２の凹凸を有する面上に第４の窒化物半導体を成長させると、転位の伝播を抑制する点で好ましい。この場合は、上記のような第２の保護膜を用いない。
また更に、本発明において、第２の凹凸が、窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向に形成されたストライプ形状であると、窒化物半導体の横方向の成長を促進でき転位の伝播を抑制するのに好ましい。
【００１６】
また更に、本発明において、第５の工程で用いられる窒化物半導体基板が、その表面の転位密度が１０¹⁰個／ｃｍ²以下のものであると、窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長させて得られる第４の窒化物半導体の表面に現れる転位を低減するのに好ましい。
また更に、本発明において、前記窒化物半導体基板が、５０μｍ〜１０００μｍの膜厚を有すると、デバイス工程や劈開工程での物理的強度が良好となり、窒化物半導体基板の欠けや割れ等が防止され、素子を量産する場合の歩留まりの向上の点で好ましい。
【００１７】
更に本発明において、窒化物半導体基板が、上記第１の工程〜第３の工程から得られる少なくとも第３の窒化物半導体からなるものであると、第３の窒化物半導体の表面には既に転位がある程度低減されているので、この第３の窒化物半導体の上にＥＬＯＧ成長させて得られる第４の窒化物半導体の表面には更に転位が低減され好ましい。また、第３の窒化物半導体を成長させる際に、成長速度の速い方法により成長させると、第３の窒化物半導体を厚膜に成長させても異常成長の発生が起こりにくい。
ここで、第５の工程における、第４の窒化物半導体は、第３の窒化物半導体の異種基板を除去した面とは反対の面上に成長させる。
【００１８】
更に、本発明において、窒化物半導体基板が、前記第３の工程後に、第４の工程を経て得られる第３の窒化物半導体とその上に成長された第２の窒化物半導体とからなるものであると、反りが軽減され、第５の工程のＥＬＯＧ成長を行うのに好ましい。つまり、異種基板を除去すると、第３の窒化物半導体の成長面と除去面との面状態が異なるため、第３の窒化物半導体に反りが発生する傾向が見られる場合があるが、第３の窒化物半導体の成長面（異種基板の除去面とは反対の面）に第２の窒化物半導体を成長させると、第３の窒化物半導体の反りが軽減される。また異種基板を除去後に第２の窒化物半導体を成長させることで、窒化物半導体基板の物理的強度を補強することができる。
【００１９】
更に本発明において、第１の工程でのＥＬＯＧ成長が、異種基板上に成長された窒化物半導体上に、第１の保護膜を部分的に形成して第１の窒化物半導体を成長させる工程、又は異種基板上に成長された窒化物半導体上に、第１の凹凸を形成して第１の窒化物半導体を成長させる工程、であると窒化物半導体基板の転位が低減でき、転位の少ない第４の窒化物半導体を成長させるのに好ましい。
更に本発明において、第１の工程で形成される第１の保護膜又は第１の凹凸が、前記窒化物半導体基板の＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されたストライプ形状であり、且つ、第５の工程で形成される第２の保護膜又は第２の凹凸と平行となるように形成されていると、窒化物半導体の横方向の成長がより促進され窒化物半導体基板の転位を低減するのに好ましいと共に、第５の工程で窒化物半導体基板上に成長される第４の窒化物半導体の横方向の成長がより良好となり、転位の低減の点で好ましい。
【００２０】
ここで、第２の保護膜などを形成する際には、既に第１の保護膜などは除去されているが、窒化物半導体基板の異種基板を除去した面には、転位分布がストライプ状に観測され、このストライプ状の転位分布に沿って第１の保護等を形成する。このように形成することにより、第２の保護膜と第１の保護膜、あるは第２の保護膜と第１の凹凸、第２の凹凸と第１の保護膜、第２の凹凸と第１の凹凸等がそれぞれ窒化物半導体のＭ軸方向に平行となる。
またオリエンテーションフラット面（オリフラ面）が窒化物半導体のＭ軸方向に垂直となるようにし、このオリフラ面を基準にすることで、第５の工程と第１の工程で用いられる保護膜や凹凸が平行方向のストライプ形状として形成可能である。
【００２１】
また、本発明において、上記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られる転位の低減された窒化物半導体（窒化物半導体基板と第４の窒化物半導体とからなる）を基板として、この基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体を有するデバイス構造が形成されてなると、寿命特性などの素子特性が良好な窒化物半導体素子を提供することができる。
また更に、本発明において、窒化物半導体素子が、ストライプ形状の第２の保護膜又はストライプ形状の第２の凹凸の、ストライプ方向に平行に形成されたリッジ形状のストライプを有すると、窒化物半導体基板のＭ軸方向に垂直な面での劈開により良好な鏡面状の共振面が得られファーフィールドパターンが良好となり好ましい。
また更に、本発明において、窒化物半導体素子のリッジ形状のストライプが、第２の保護膜の上部、又は第２の凹凸の凹部上部に形成されていると、これらの部分には第４の窒化物半導体の表面での転位が最も少なくなる傾向があるため、素子の劣化が防止され、寿命特性の向上の点で好ましい。
【００２２】
本発明において、後述の説明の中のアンドープとは、意図的に不純物をドープしないで形成した層を示し、隣接する層からの不純物の拡散、原料又は装置からのコンタミネーションにより不純物が混入した層であっても、意図的に不純物をドープしていない場合はアンドープ層とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜５を用いて本発明を詳細に説明する。
まず図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の窒化物半導体の成長方法により得られるデバイス構造を形成するための基板の模式的断面図を示している。この図１を用いて、本発明の第５の工程を有する窒化物半導体の成長方法を説明する。
【００２４】
本発明の窒化物半導体の成長方法は、第５の工程により、窒化物半導体基板１上に、窒化物半導体の横方向の成長を利用して転位の低減される方法（第５の工程のＥＬＯＧ成長）により、転位の低減された第４の窒化物半導体２を得ることができる。
第５の工程において、第４の窒化物半導体２を成長させる第５の工程のＥＬＯＧ成長としては、窒化物半導体の横方向の成長を利用して転位を低減させる方法であれば特に限定されず、成長のいずれかの段階で、窒化物半導体の縦方向の成長速度に対して、窒化物半導体の横方向の成長速度が促進され、転位の伝播が抑制されるような方法が挙げられる。
転位がどのように伝播するかは定かではないが、転位は窒化物半導体の成長の方向に沿って伝播する傾向があり、窒化物半導体の横方向の成長が促進されると横方向に伝播し、一旦横方向に伝播した転位は再び縦方向に伝播しにくくなる傾向があると思われる。その結果、転位の低減された第４の窒化物半導体を成長させることができると推測される。
【００２５】
第５の工程のＥＬＯＧ成長としては、従来公知の厚膜の窒化物半導体基板を成長させる前工程で行われるＥＬＯＧ成長などを用いてもよく、また本出願人が出願した例えば特願平１０−７７２４５、同１０−２７５８２６、同１０−１１９３７７、同１０−１３２８３１、同１１−３７８２７、同１１−３７８２６、同１０−１４６４３１各号の明細書等に記載されているＥＬＯＧ成長などを用いることができる。但し、これらのＥＬＯＧ成長は、異種基板上で行われているのに対し、本発明の第５の工程のＥＬＯＧ成長は、厚膜の窒化物半導体基板上で行われる点が異なっているが、ほぼ同様に行うことができる。
【００２６】
本発明の第５の工程のＥＬＯＧ成長の好ましい具体例としては、窒化物半導体基板上に窒化物半導体が成長しにくいか、又は成長しない材料からなる第２の保護膜１１を用いる方法、又は、窒化物半導体基板に第２の凹凸１３を形成して行う方法などがあげられる。このように第２の保護膜１１や第２の凹凸１３を形成し、この形成面に第４の窒化物半導体２を成長させると、第４の窒化物半導体２の成長過程のいずれかの段階で、窒化物半導体の縦方向の成長に対して、窒化物半導体の横方向の成長が促進され、転位が窒化物半導体の横方向の成長と共に横方向へ進行し、再び縦方向に進行しにくくなり、その結果、転位の低減された第４の窒化物半導体２を得ることができると考えられる。
【００２７】
このようにして得られた第４の窒化物半導体２表面の平均の転位密度は、窒化物半導体基板表面の平均の転位密度に対して、ほぼ１／１００以下程度に減少し、好ましい条件では、第４の窒化物半導体２の表面にはほとんど転位が見られなくなる。
また、第４の窒化物半導体２表面の転位の分布は、第２の保護膜１１上部又は第２の凹凸１３の凹部上部が、その他の部分（窓部上部又は凸部上部）に比べ極めて転位が少なくなり、表面ＴＥＭやカソードルミネッセンス（ＣＬ）などの観察によるとほとんど転位が見られなくなる。
このように第４の窒化物半導体２の平均の転位密度が減少すれば、第４の窒化物半導体２上に形成させる素子の寿命特性の向上が可能となり、更に、ほとんど転位のない部分に、素子のリッジ形状のストライプを形成すると、素子の寿命特性の飛躍的な向上が可能となる。
第４の窒化物半導体２の表面の転位密度は、第５の工程で行われるＥＬＯＧ成長の種類にもよるが、平均の転位密度としては１×１０⁵個／ｃｍ³以下、好ましい条件では１×１０⁴個／ｃｍ³以下、より好ましい条件では１×１０³個／ｃｍ³以下となる。また、第２の保護膜１１上部の転位密度、及び第２の凹凸１３の凹部上部の転位は、ほとんど見られなくなる傾向がある。また窓部上部、及び第２の凹凸１３の凸部上部の転位密度は、１×１０⁷個／ｃｍ³以下、好ましい条件では１×１０⁶個／ｃｍ³以下、より好ましい条件では１×１０⁵個／ｃｍ³以下となる。
本発明において、転位密度の測定は、表面ＴＥＭ又はＣＬ等により観察する。
【００２８】
以下にＥＬＯＧ成長が第２の保護膜１１を用いて行われる場合と、第２の凹凸１３を形成して行われる場合の、それぞれの一実施の形態により得られる窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２とからなるデバイス構造を形成する基板の模式的断面図である図１（ａ）〜（ｄ）を用いてさらに詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は第２の保護膜１１を用いて行う形態であり、図１（ｄ）は第２の凹凸１３を形成して行う形態である。また、第２の保護膜１１を用いる形態で、凹凸を形成しこの凹部底部及び／又は凸部上部に保護膜を形成する場合があるが、このような形態も第２の保護膜を形成して行う場合として以下に説明する。
まず図１（ａ）は、窒化物半導体基板１上に第２の保護膜１１を形成し、この形成面上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｂ）は、窒化物半導体基板１に凹凸を形成し、この凹部底部及び凸部上部に第２の保護膜１１を形成し、この形成面上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｃ）は、窒化物半導体基板１に凹凸を形成し、この凸部上部にのみ第２の保護膜１１を形成し、この形成面上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｄ）は、窒化物半導体基板１に第２の凹凸１３を形成し、この形成面上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる模式的断面図である。図１（ｄ）では、保護膜を用いずに行う形態である。
【００２９】
上記ＥＬＯＧ成長により得られる第４の窒化物半導体２としては、特に限定されないが、好ましくはＧａＮからなる窒化物半導体である。第４の窒化物半導体２は、アンドープでも不純物をドープされてもよい。アンドープであると結晶性の点で好ましく、またＥＬＯＧ成長の際にｐ型不純物（Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｇ）、及びｎ型不純物（Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎ）のいずれか１種以上、好ましくはｐ型不純物の少なくとも１種以上、より好ましくはｐ型不純物の少なくとも１種以上とｎ型不純物の少なくとも１種以上、最も好ましくはＭｇとＳｉとをドープすると、窒化物半導体の横方向の成長が促進され、転位の低減及び空隙発生の防止の点で好ましい。不純物のドープ量としては、好ましくは１×１０¹⁷／ｃｍ³〜１×１０¹⁹／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。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、空隙や転位を良好に防止できるように適宜調整される。
また、第４の窒化物半導体２にｎ電極を形成する場合には、ｎ型不純物をドープする、ｎ型不純物をｐ型不純物より多めにドープする等、ｎ型不純物とｐ型不純物のドープ量を調整する。
【００３０】
第４の窒化物半導体２の膜厚としては、特に限定されないが、好ましくは５μｍ〜５０μｍであり、より好ましくは１０μｍ〜３５μｍである。第４の窒化物半導体２の膜厚が上記範囲であると、窒化物半導体基板１に形成された第２の保護膜１１や第２の凹凸１３を良好に覆うことができ、窒化物半導体基板１の表面の転位密度より第４の窒化物半導体２の表面の転位密度が少なくなり、更に第４の窒化物半導体２の表面の転位分布で、特に第２の保護膜１１上部及び第２の凹凸１３の凹部上部にはほとんど転位が見られなくなる。
【００３１】
図１（ａ）〜（ｃ）の第２の保護膜１１の材料としては、第２の保護膜１１表面に窒化物半導体が成長しないか、又は成長しにくい性質を有する材料が好ましく、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）、窒化ケイ素（Ｓｉ_XＮ_Y）、酸化チタン（ＴｉＯ_X）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_X）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用いることができる。これらの保護膜材料は、窒化物半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しないか、成長しにくい性質を有している。保護膜材料を窒化物半導体表面に形成するには、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術を用いることができる。
【００３２】
まず、図１（ａ）の場合の第２の保護膜１１の形成方法や形状等について説明する。
第２の保護膜１１を窒化物半導体基板１上に部分的（選択的）に形成するには、フォトリソグラフィー技術を用いて、所定の形状を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を気相製膜することにより、所定の形状を有する第２の保護膜１１を形成できる。第２の保護膜１１の形状は特に問うものではなく、例えばドット、ストライプ、碁盤目状の形状のいずれかの形状、好ましくはストライプの形状が挙げられる。第２の保護膜１１がストライプ形状であると、転位の低減された第４の窒化物半導体２を良好に形成することができ好ましい。
【００３３】
また、第２の保護膜１１は、第２の保護膜１１が形成されていない部分（窓部）の表面積より大きくなるように、第２の保護膜１１の表面積を調整して形成されることが好ましい。第２の保護膜１１の表面積及び窓部の表面積の調整は、保護膜の形状によっても異なるが、例えば保護膜がストライプ状の形状の場合、保護膜のストライプの幅と窓部の幅を調整することにより行うことができる。
【００３４】
第２の保護膜１１の大きさは、特に限定されないが、例えばストライプで形成した場合、好ましいストライプ幅は０．５〜１００μｍ、より好ましくは１μｍ〜５０μｍ、更に好ましくは２〜２５μｍである。
また、ストライプピッチ（第２の保護膜１１が形成されていない窓部の幅）は、ストライプ幅よりも狭くすることが望ましく、例えば具体的には５μｍ以下、好ましくは０．１〜３μｍ、より好ましくは０．８〜２μｍである。
【００３５】
上記のように、第２の保護膜１１の表面積を大きくすると、転位の伝播が、第２の保護膜１１により抑制され、更に窓部から伝播している転位の伝播が横方向に進行して再び縦方向に伝播しにくくなる傾向があり、第２の保護膜１１上部の第４の窒化物半導体２の表面領域（表面から表面付近）の転位のほとんど見られない部分を広範囲で得ることができ好ましい。更に第４の窒化物半導体２の表面が鏡面状となる傾向があり好ましい。
【００３６】
また、第２の保護膜１１の膜厚は、特に限定されないが、薄い方がより短時間で表面が鏡面状の転位の少ない第４の窒化物半導体２が得られる傾向があり好ましく、具体的には保護膜の材質にも左右されるが例えば０．０１〜５μｍであり、好ましくは０．０２〜３μｍであり、より好ましくは０．０５〜２μｍである。この範囲であると転位の縦方向の伝播を良好に防止でき転位を低減できると共に、第４の窒化物半導体２の表面を鏡面状にするのに好ましい。また、保護膜の膜厚は、保護膜の材質にもよるが、膜厚を薄くしてもピンホール等の膜質むらが生じなければ、薄ければ薄いほど、短時間で第４の窒化物半導体２が保護膜を覆うことができ鏡面状の第４の窒化物半導体２を得るには好ましい。
【００３７】
次に、図（ｂ）に示すように、第５の工程において、窒化物半導体基板１に凹凸を形成し、この凹部底部と凸部上部に第２の保護膜１１を形成する場合について説明する。
【００３８】
窒化物半導体基板１に凹凸の形状を設ける方法としては、窒化物半導体基板１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、好ましくはエッチングである。
エッチングにより、窒化物半導体基板１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窒化物半導体基板１に形成してエッチングすることにより形成できる。
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。
【００３９】
また、窒化物半導体基板１に、凹凸の形状をエッチングにて行う場合のエッチング方法としては、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。
【００４０】
また、エッチングによって凹凸を形成する場合、エッチング面が、図１（ｂ）に示すように窒化物半導体基板１に対して凹部側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、あるいは窒化物半導体基板１の凹部側面が階段状になるように形成された形状でもよい。図１（ｂ）のように凹凸の凸部上部と凹部底部に第２の保護膜１１を形成する場合、凹部側面が順メサ形状であると、凹部底部を良好に第２の保護膜１１で覆い易くなり、さらに凹部側面の保護膜材料を良好に除去し易くなり好ましい。
図１（ｂ）の場合、ＥＬＯＧ成長の最初から、窒化物半導体の成長が実質的に全て横方向の成長から始まるように、凹部底部と凸部上部に第２の保護膜１１を形成し、凹部側面のみから第４の窒化物半導体２を成長させるものである。このような成長方向の調整による転位の低減は、転位が一旦横方向に伝播すると再び縦方向に伝播しにくくなる傾向があるからである。
【００４１】
また、図１（ｂ）の場合の凹凸の形状、つまり凹部の深さや幅等について以下に示す。
凹部の深さは、特に限定されないが、５００オングストローム以上、好ましくは０．５〜５μｍ程度である。凹部の深さが上記範囲であると、ＥＬＯＧ成長が安定し、第４の窒化物半導体２の表面が鏡面状になり易い。
凹凸をストライプ状の形状とする場合、ストライプの形状として、例えば凸部上部の幅は凹凸を形成しない場合の第２の保護膜の幅と同様であり、凹部開口部：窓部）の幅は、特に限定されないが、２〜５μｍである。
【００４２】
第２の保護膜１１を凹部底部と凸部上部に形成する方法としては、凹凸を形成する方法がエッチングである場合とダイシングである場合とで、多少異なる。
まずエッチングで凹凸を形成する場合、窒化物半導体基板１上に保護膜材料を形成後、その上にレジスト膜を形成しパターンを転写し露光、現像して部分的に第２の保護膜１１を形成した後、窒化物半導体基板１をエッチングすることで凹凸の形状を形成する。続いて凹凸を形成した窒化物半導体基板１上、つまり第２の保護膜１１上及び凹部底部等に更に保護膜材料を形成し、ＣＦ₄とＯ₂ガスによるドライエッチングにより、窒化物半導体基板１の凹部側面の保護膜をエッチングして除去し凹部側面を露出させ、図１（ｂ）に示すように第２の保護膜１１を凹部底部と凸部上部に形成する。このように形成すると、例えば図１（ｂ）では、第２の保護膜１１は一層として図示されているが、凸部上部の第２の保護膜１１上に更に保護膜が形成され２層の保護膜が積層されたような状態になっている。
ここで凹部底部に第２の保護膜１１を形成する前に、凸部上部の第２の保護膜１１を取り除いてから、凸部上部と凹部底部とに同時に保護膜材料を形成してもよい。
【００４３】
次に、ダイシングで凹凸を形成する場合、窒化物半導体基板１を上面からダイシング・ソーで窒化物半導体基板１に凹凸を形成し、その後、その上に保護膜を形成し、ＣＦ₄とＯ₂ガスによるドライエッチングにより凹部側面が露出されるように保護膜をエッチングにより除去することで所望の形状及び位置に第２の保護膜１１を形成する。
【００４４】
凹凸の凸部上部と凹部底部に形成される第２の保護膜１１の膜厚は、特に限定されないが、凹部側面にも同時に形成されるので、ドライエッチングにより凹部側面の保護膜材料を除去して側面を露出することのできる膜厚であり、且つ凹部底面を被覆できる膜厚にすることが好ましい。また、第２の保護膜１１の膜厚は、第４の窒化物半導体２が横方向に成長し易いように調整されていることが好ましく、場合によっては凹部底部と凸部上部の第２の保護膜１１の膜厚が異なってもよい。
【００４５】
図１（ｂ）の場合のＥＬＯＧ成長による第４の窒化物半導体２の様子を説明する。まず、第２の保護膜１１の形成されていない露出されている凹部側面から第４の窒化物半導体２が横方向の成長により成長を開始する。そして隣接している凹部側面から成長した第４の窒化物半導体２が凹部底部の第２の保護膜１１を覆うように接合しながら成長を続け、第２の保護膜１１とほぼ同じ高さに成長すると、第２の保護膜１１上に横方向に成長して、第２の保護膜１１を覆い、図１（ｂ）に示すような第４の窒化物半導体２を成長させることができる。このＥＬＯＧ成長の過程で、転位は窒化物半導体の横方向の成長と共に横方向に伝播するので、縦方向に伝播する転位が激減し、第４の窒化物半導体２の表面付近には転位がほとんど見られなくなる。
【００４６】
次に、図１（ｃ）に示すように、窒化物半導体基板１に形成された凹凸の凸部上部のみに第２の保護膜１１が形成される場合について説明する。
この場合、凹凸の形成の方法は上記の図１（ｂ）の場合と同様に、ダイシング又はエッチングにより形成され、凹部側面の形状も上記と同様である。
【００４７】
図１（ｃ）に示すように、窒化物半導体基板１の凹部側面と凹部底部が成長可能な面として露出され、凸部上面には、第２の保護膜１１が形成され凸部上部からの窒化物半導体の成長を抑制している。このような状態で第４の窒化物半導体２を成長させると、成長開始時には、凹部側面と凹部底部とから成長が始まると考えられる。しかし、成長するに従い、凹部側面から横方向に成長した窒化物半導体により凹部底部から縦方向に成長を始めた窒化物半導体の成長が遮られる。その結果、第２の保護膜１１上に横方向に成長し第２の保護膜１１を覆うのは、凹部側面から横方向に成長を開始した窒化物半導体であり、図１（ｃ）に示すように、厚膜の第４の窒化物半導体２が得られる。得られる第４の窒化物半導体２は、上記と同様に転位の伝播が良好に抑制される。
【００４８】
図１（ｃ）に示す凹部底部に第２の保護膜１１を形成しない場合の凹凸の形状のサイズは、窒化物半導体基板１の凹部側面での窒化物半導体の成長が、凹部底部での成長に対して優先されるように調整して形成されている。
具体的な図１（ｃ）の凹凸の形状としては、好ましくは凹部側面の窒化物半導体基板１の側面の長さ［図１（ｃ）のｄ］と、凹部の開口部の幅［図１（ｃ）のｗ］を調整して形成されてなるもの、より好ましくは、凹凸の形状が、露出された窒化物半導体基板１の凹部側面の長さ（ｄ）と凹部の開口部の幅（ｗ）との関係、ｗ／ｄが、０＜ｗ／ｄ≦５、更に好ましくは０＜ｗ／ｄ≦３、最も好ましくは０＜ｗ／ｄ≦１を示すように調整して形成されていると、成長速度を良好にコントロールでき窒化物半導体基板１の凹部側面からの成長をより促進でき、凹部底部からの窒化物半導体の成長を中断し易くなり、転位の少ない第４の窒化物半導体２が得られ易くなる。
【００４９】
また、形成された凹凸の凸部上部に形成される第２の保護膜１１の形成面の形状は、特に限定されないが、例えば、上記ｗ／ｄの関係に加えて更に、凹凸を形成された窒化物半導体基板１を上から見た形状がランダムな窪み、ストライプ状、碁盤面状、ドット状等に形成してもよく、好ましくはストライプ形状である。 例えば凹凸をストライプ状の形状とする場合、ストライプの形状として、例えば凸部上部のストライプ幅を１０〜２０μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）を２〜５μｍとしてもよい。
【００５０】
次に、図１（ｄ）に示すように、第２の凹凸１３を形成するのみで第２の保護膜１１を形成しない場合について説明する。
図１（ｄ）の第２の凹凸１３の形成の方法としては、上記の図１（ｂ）、（ｃ）の凹凸を形成する場合と同様に、ドライエッチングやダイシングなどで形成され、また、凹部側面の形状も上記と同様である。
但し、図１（ｄ）の場合は保護膜を形成してない点で上記と異なり、その点について以下に示す。
まず、エッチングにより第２の凹凸１３を形成する場合、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４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。そして、エッチングして凹凸を形成後に、凸部上部のフォトマスクが除去され、第２の凹凸１３のみを窒化物半導体基板１に形成することができる。
また、ダイシングで行う場合は、エッチングの場合のようにフォトマスクを用いないので、上記図１（ｂ）等と同様に凹凸を形成することができる。
【００５１】
第２の凹凸１３の形状は、特に限定されず、上記図１（ｂ）や（ｃ）と同様に、ランダムな窪み、ストライプ形状、碁盤目状、ドット状等の形状が挙げられ、窒化物半導体の横方向の成長を促進させ転位を低減させるのにストライプ形状であることが好ましい。
第２の凹凸１３の形状のサイズ、つまり凹部側面の長さや、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４の窒化物半導体２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。
第２の凹凸１３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４の窒化物半導体２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。
【００５２】
図１（ｄ）の場合、第４の窒化物半導体２は、第２の凹凸１３の凸部上部及び凹部底部から成長を始めるが、凹部底部からの縦方向からの縦方向の成長に比べ、凹部側面からの横方向の成長が促進されるので、凹部内部で側面から成長したものが接合し、底部からの成長を抑制する。その結果、凹部開口部上部には転位がほとんど見られなくなる。一方、凸部上部から成長する第４の窒化物半導体２は、縦方向の成長と、凹部開口部に向う横方向の成長をする傾向がある。この縦方向の成長では転位の伝播は抑制されにくいが、凹部開口部に向う成長では転位が横方向に伝播するので転位の伝播を抑制される傾向がある。その結果、凸部上部の第４の窒化物半導体２も転位が低減される。
また図１（ｄ）の場合、凹部上部にはほとんど転位が見られないが、凸部上部には条件（例えば窒化物半導体基板１の転位密度や反応条件等の成長の条件）によってはやや多めに転位が見られるので、凹部開口部の上部にリッジ形状のストライプを形成することが寿命特性の点で好ましい。あるいは、図１（ｄ）でのＥＬＯＧ成長を第４の窒化物半導体２上に再び行い、その場合、窒化物半導体基板１上に形成された凹部上部には凸部が来るように第４の窒化物半導体２上に凹凸を形成することが転位の低減の点で好ましい。
【００５３】
また、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のＥＬＯＧ成長の場合も、第４の窒化物半導体２上に再びＥＬＯＧ成長させてもよい。再びＥＬＯＧ成長する場合、新たな保護膜の形成位置としては、第４の窒化物半導体２の表面に転位が現れている場合には、その部分、例えば、第２の保護膜１１の形成されていない窓部上部の表面等、に形成すると転位の低減の点で好ましい。
このようなＥＬＯＧ成長の繰り返しは、２回以上行ってもよい。転位は、ＥＬＯＧ成長を繰り返して行うことにより、より転位の伝播を抑制できる傾向がある。
【００５４】
第５の工程において、第４の窒化物半導体２を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（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５０μｍ以下ではＭＯＣＶＤ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５０μｍ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。
【００５５】
上記第５の工程で得られる窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなるデバイス構造を形成するための基板は、転位が少なく、特に第２の保護膜１１上部及び第２の凹凸１３の凹部上部にはほとんど見られなくなり、素子の寿命特性を向上できる。更に、窒化物半導体のＭ軸方向に対して垂直に劈開すると良好な劈開面が得られると共に、劈開の際に基板の欠けや割れが発生しにくく歩留まりの向上も可能となる。
【００５６】
また更に、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）における第２の保護膜１１及び第２の凹凸１３は、その形状がストライプ形状であって、このストライプが窒化物半導体基板１のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向に形成されていると、窒化物半導体の横方向の成長を促進でき転位の伝播を抑制するのに好ましい。
また、第２の保護膜１１上部、及び第２の凹凸１３の凹部上部の第４の窒化物半導体表面には、上記したようにほとんど転位が見られなくなることから、これらの転位のほとんど見られない部分に、リッジ形状のストライプを形成すると寿命特性を向上させるのに好ましい。また、このようにリッジ形状のストライプが形成されていると、共振面を劈開により形成する際にも、窒化物半導体基板１のＭ軸方向に垂直に劈開することができ、良好な鏡面状の共振面が得られ易くなり好ましい。
【００５７】
次に、第５の工程のＥＬＯＧ成長により第４の窒化物半導体２を成長させるための窒化物半導体基板１について説明する。
本発明において、窒化物半導体基板１としては、特に限定されないが、第４の窒化物半導体２を形成後、この形成面にデバイス構造を形成する際、及び劈開により共振面を形成する際等に、物理的強度があり欠けや割れ等の発生しにくい程度の膜厚を有し、第５の工程で得られる第４の窒化物半導体２の転位を低減し易いものが好ましい。
具体的に、好ましい窒化物半導体基板１として、第４の窒化物半導体を成長させる面上の転位密度が１０¹⁰／ｃｍ³以下、より好ましくは１０⁹／ｃｍ³以下であるものが挙げられる。転位密度が上記範囲であると、窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長により成長させる第４の窒化物半導体２の転位を低減させるのに好ましい。また、転位が少ないと、物理的強度も向上し、欠けや割れなどの防止の点でも好ましい。
また窒化物半導体基板１として、好ましくは膜厚が５０μｍ〜１０００μｍであり、より好ましくは８０μｍ〜５００μｍである。このような膜厚であると、窒化物半導体基板１の物理的強度が向上し、歩留まり等の点で好ましい。
また、窒化物半導体基板１を構成する組成としては、特に限定されないが、ＧａＮよりなる窒化物半導体が挙げられる。窒化物半導体基板１は、アンドープでも、不純物がドープされていてもよい。窒化物半導体基板１にｎ電極を形成する場合には、窒化物半導体基板１にｎ型不純物をドープしてオーミック接触を有するようにする。また、窒化物半導体基板１の結晶性の点からはアンドープであることが好ましい。
【００５８】
本発明において、窒化物半導体基板１の形成方法としては、特に限定されないが、窒化物半導体の横方向の成長を利用し転位の低減される方法を含む方法が好ましい。例えば具体的な方法としては、好ましくは第２〜第３の工程により得られる少なくとも第３の窒化物半導体を有する基板を得る方法が挙げられ、より好ましくは第２〜第４の工程により得られる少なくとも第３の窒化物半導体及び第２の窒化物半導体を有する基板を得る方法が挙げられる。異種基板を除去する際に、バッファ層から第１の窒化物半導体は除去されても、残っていてもよいが、好ましくは反りや劈開性の点から除去されていることが好ましい。
【００５９】
本発明の窒化物半導体基板１が、第３の窒化物半導体であると転位の低減された結晶性の良好な窒化物半導体基板１となるので、第４の窒化物半導体２の転位の低減及び結晶性の向上の点で好ましい。また、窒化物半導体基板１が第３及び第２の窒化物半導体であると、第３の窒化物半導体の除去面と成長面との面状態が異なるため反りが生じる傾向があるが、第３の窒化物半導体上に第２の窒化物半導体を成長させることにより反りを軽減させることができ、第５の工程でのＥＬＯＧ成長を良好に行う点で好ましい。
また、第４の工程後に、第３の窒化物半導体の除去面側から研磨して、窒化物半導体基板１を第２の窒化物半導体のみとしてもよく、第２の窒化物半導体のみからなると、第３と第２の窒化物半導体との境目に生じている可能性のある酸化膜等による素子特性へ及ぼす可能性のある悪影響の原因を除去できるので、素子特性の向上の点で好ましい。
【００６０】
以下に図２〜図５を用いて、第１の工程から順に説明する。
第１の工程は、図２に示すように、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板２１上に成長速度を１０μｍ／時間以下０．５μｍ／時間以上で、窒化物半導体の横方向の成長を利用し転位の低減される方法（第１の工程のＥＬＯＧ成長）により第１の窒化物半導体２２を成長させる工程である。
上記第１の窒化物半導体２２を成長させる成長速度は、上記のように１０μｍ／時間以下０．５μｍ／時間以上、好ましくは７μｍ／時間以下１μｍ／時間以上、より好ましくは５μｍ／時間以下１．５μｍ／時間以上である。成長速度が上記範囲であると、第１の工程のＥＬＯＧ成長の際に、転位の伝播を良好に抑制でき、また第１の窒化物半導体２２の膜厚を調整するのに好ましい。このような成長速度を有する具体的な成長方法として、例えばＭＯＣＶＤが挙げられる。
【００６１】
第１の工程において、異種基板２１としては、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板であればどのようなものでも良く、例えば、Ｃ面、Ｒ面、又はＡ面を主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）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を成長させることができる基板材料を用いることができる。
また、前記異種基板２１の主面をオフアングルさせた基板、さらに好ましくはステップ状にオフアングルさせた基板を用いることもできる。このように異種基板の主面がオフアングルされていると転位がより少なくなる。
【００６２】
第１の窒化物半導体２２としては、特に限定されないが、ＧａＮよりなる窒化物半導体が好ましい。また、第１の窒化物半導体２２は、アンドープでも、不純物をドープされてもよい。第１の窒化物半導体２２が、アンドープであると結晶性の点で好ましい。また、第１の工程でのＥＬＯＧ成長の際に、前記第５の工程のＥＬＯＧ成長の場合と同様に、ｐ型不純物及び／またはｎ型不純物をドープすると、窒化物半導体の横方向の成長が促進され、転位の低減及び隣接の窒化物半導体同士の接合部分での空隙発生の防止の点で好ましい。
第１の窒化物半導体２２の膜厚は、特に限定されず、少なくとも第２の保護膜１１や第２の凹凸１３を覆うことのできる膜厚以上であり、例えば具体的な膜厚としては、好ましくは１〜５０μｍ、より好ましくは２〜４０μｍ、さらに好ましくは７〜２０μｍである。上記範囲の膜厚であると、第２の保護膜１１等を良好に覆うことができ、転位の伝播の抑制の点で好ましい。
【００６３】
第１の工程において、第１の窒化物半導体２２を成長させる第１の工程のＥＬＯＧ成長としては、特に限定されず、窒化物半導体の縦方向の成長速度に対して、窒化物半導体の横方向の成長速度が促進されるような方法であればよい。例えば従来公知のＥＬＯＧ成長や、既に本出願人が出願した明細書に記載の窒化物半導体の成長方法が挙げられる。本出願人が出願したものとしては、例えば特願平１０−７７２４５、同１０−２７５８２６、同１０−１１９３７７、同１０−１３２８３１、同１１−３７８２７、同１１−３７８２６、同１０−１４６４３１各号の明細書等に記載されているＥＬＯＧ成長などを用いることができる。
【００６４】
第１の工程において、ＥＬＯＧ成長の具体例の一実施の形態としては上記の各号明細書に記載されているが、例えば図２に示す、第１の保護膜１２を用いる場合と、第１の凹凸１４を形成する場合を挙げて第１の工程のＥＬＯＧ成長の一実施の形態を以下に説明する。
図２の（ａ）〜（ｄ）に、第１の工程における、異種基板２１上に、第１の保護膜１２又は第１の凹凸１４を用いて行うＥＬＯＧ成長により得られる第１の窒化物半導体２２等を示す一実施の形態である模式的断面図を示す。
まず、図２（ａ）は、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させ、この表面上に第１の保護膜１２を部分的に形成し、第１の保護膜１２を形成した面上に第１の窒化物半導体２２を成長させてなる模式的断面図である。図２（ａ）では、異種基板２１上に薄膜の窒化物半導体２５を成長させているが、薄膜の窒化物半導体２５を省略してもよい。転位の低減のためには、薄膜の窒化物半導体２５を形成することが好ましい。
図２（ｂ）は、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させ、この薄膜の窒化物半導体２５に凹凸を形成し、凹部底部及び凸部上部に、第１の保護膜１２を形成し、この第１の保護膜１２を形成した面上に第１の窒化物半導体２２を成長させてなる模式的断面図である。
図２（ｃ）は、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させ、この薄膜の窒化物半導体２５に凹凸を形成し、凸部上部にのみ第１の保護膜１２を形成し、この上から第１の窒化物半導体２２を成長させてなる模式的断面図である。
図２（ｄ）は、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させ、この薄膜の窒化物半導体２５に第１の凹凸１４を形成し、この第１の凹凸１４を形成した面上に第１の窒化物半導体２２を成長させてなる模式的断面図である。
【００６５】
上記薄膜の窒化物半導体２５としては、特に限定されないが、ＧａＮよりなる窒化物半導体が挙げられる。また薄膜の窒化物半導体２５は、アンドープでも、不純物をドープされていてもよいが、結晶性の点からアンドープが好ましい。
薄膜の窒化物半導体２５は、高温、具体的には約９００℃程度〜１１００℃、好ましくは１０５０℃で異種基板２１上に成長される。薄膜の窒化物半導体２５の膜厚は特に限定しないが、例えば１００オングストローム以上、好ましくは１〜１０μｍ程度、より好ましくは１〜５μｍの膜厚で形成することが望ましい。薄膜の窒化物半導体２５の膜厚は、第１の保護膜１２や第１の凹凸１４を形成するための下地層となるので、保護膜や凹凸の形成されたかにより適宜調整させるものであり、上記範囲の膜厚であると、調整がし易くなる。
【００６６】
また、第１の工程において、図２（ａ）には示されているが、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させる前（薄膜の窒化物半導体２５を成長させない場合は第１の保護膜１２を形成させる前）に、低温成長バッファ層を成長させてもよい。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、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２１上にバッファ層を９００℃以下の温度で形成すると、異種基板２１に接して成長される窒化物半導体と異種基板２１との格子定数不正を緩和し第１の窒化物半導体２２の転位が少なくなる傾向にある。
【００６７】
第１の工程において、第１の保護膜１２の形成方法、形状及びサイズ、また第１の凹凸１４の形成方法、形状及びサイズの詳細は、上記第５の工程の窒化物半導体基板１に形成される第２の保護膜１１や第２の凹凸１３の形成方法、形状及びサイズなどと同様である。但し、第５の工程では窒化物半導体基板１上に第２の保護膜１１又は第２の凹凸１３を形成するのに対して、第１の工程では異種基板２１上に成長された薄膜の窒化物半導体２５上等に形成される点が相違する。
【００６８】
ここで、第１の工程のＥＬＯＧ成長により得られた窒化物半導体基板１上に、第５の工程のＥＬＯＧ成長が行われるが、第５の工程のＥＬＯＧ成長と第１の工程のＥＬＯＧ成長とは、同一でも異なっていてもよい。例えば、第１の工程のＥＬＯＧ成長が図２の（ｂ）の方法であり、第５の工程のＥＬＯＧ成長が図１の（ｄ）の方法である、または第１の工程では図２（ａ）の方法で、第５の工程が図１の（ａ）の方法である等の種々の組み合わせで行ってもよい。このような第５の工程と第１の工程でのＥＬＯＧ成長の選択は、転位の低減されやすいような条件や、量産する際に歩留まりの低下しにくい条件などを考慮して選択される。
また、第２の保護膜１１又は第２の凹凸１３と、第１の保護膜１２又は第１の凹凸１４との形状がストライプ形状である場合、第５の工程で形成されるストライプ形状の第２の保護膜１１や第２の凹凸１３と、第１の工程で形成されるストライプ形状の第１の保護膜１２や第１の凹凸１４とが、平行に形成され、且つそれらは窒化物半導体基板１のＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されることが好ましい。
第５の工程と第１の工程での保護膜などが上記のように窒化物半導体基板１の３種あるＭ軸方向のうち、同一のＭ軸方向に対して平行方向に形成されていると、第５の工程でＥＬＯＧ成長により成長される第４の窒化物半導体２の横方向の成長が良好に促進され、転位の低減及び空隙の発生の防止の点で好ましい。
【００６９】
窒化物半導体基板１を構成するＧａＮ結晶は、点対称であるので、劈開が容易となる３種のＭ軸方向のいずれかの方向に平行となるように第５の工程でストライプ形状の保護膜などを形成しても、同様の結果が得られるのではないかと推測される。しかし、実際に行って見ると、窒化物半導体基板１の３種あるＭ軸方向のうち、同一のＭ軸方向に平行となるように、第５の工程と第１の工程とで保護膜や凹凸などを形成すると、第５の工程のＥＬＯＧ成長が良好となり転位の低減された第４の窒化物半導体２の成長が良好となる傾向がある。
【００７０】
第２の保護膜又は第２の凹凸と、第１の保護膜又は第１の凹凸とが、窒化物半導体基板１の同一のＭ軸方向に対して平行方向となるようにする方法としては、窒化物半導体基板１の異種基板２１等を除去した面には、ＣＬ等による転位分布の観察によると転位分布がストライプ状に観測され、このストライプ状の転位分布に沿って第１の保護等を形成したり、又はオリエンテーションフラット面（オリフラ面）が窒化物半導体のＭ軸方向に垂直となるようにし、このオリフラ面を基準にし、第５の工程と第１の工程で用いられる保護膜や凹凸を平行方向のストライプ形状として形成する。このように形成することにより、第２の保護膜と第１の保護膜、あるは第２の保護膜と第１の凹凸、第２の凹凸と第１の保護膜、第２の凹凸と第１の凹凸等がそれぞれ窒化物半導体のＭ軸方向に平行となる。
【００７１】
また、前記したように、第１の工程で用いられる異種基板２１としては、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。
【００７２】
更に好ましい異種基板としては、（０００１）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、（０００１）面[Ｃ面]を主面とするサファイアであるとき、前記薄膜の窒化物半導体２５等に形成される保護膜や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８に示すθ）は好ましくは０．１°〜０．５°、より好ましくは０．１°〜０．２°である。
【００７３】
また（１１２−０）面[Ａ面]を主面とするサファイアであるとき、前記保護膜や凹凸のストライプ形状はそのサファイアの（１１−０２）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、保護膜や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４の窒化物半導体の端面が形成されるように保護膜や凹凸の形成を考慮することが好ましい。
【００７４】
本発明において用いられる異種基板２１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、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保護膜や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、ＥＬＯＧ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。
【００７５】
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、転位の少ない窒化物半導体層を成長させることができる。
【００７６】
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（１１０）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、（１１０）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、転位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。
【００７７】
次に、本発明の成長方法において、図３に示すように、第２の工程では、上記第１の工程のＥＬＯＧ成長により形成された第１の窒化物半導体２２上に、成長速度を５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上で、第３の窒化物半導体２３を成長させる。
第２の工程で、第３の窒化物半導体２３を成長させる成長速度は、上記のように５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上、好ましくは１００μｍ／時間以下５０μｍ／時間以上である。第３の窒化物半導体２３を成長させる速度が、上記範囲であると、第３の窒化物半導体２３を上記の膜厚に成長させる際に、異常成長が防止でき、更に第３の窒化物半導体２３の成長面がきれいとなり好ましい。例えば成長速度が上記範囲となる具体的な方法としては、例えばＨＶＰＥ等が挙げられる。
【００７８】
第２の工程で成長される第３の窒化物半導体２３としては、特に限定されないが、ＧａＮからなる窒化物半導体が結晶性の点などから好ましい。また、第３の窒化物半導体２３は、アンドープでも不純物をドープされてもよいが、アンドープであると結晶性の点で好ましい。
【００７９】
第３の窒化物半導体２３の膜厚は、前記第１の窒化物半導体２２の膜厚より厚く成長される。第３の窒化物半導体２３の膜厚としては、特に限定されないが、後述の第３の工程で少なくとも異種基板２１を除去された後、第５の工程を行う際やデバイス構造を形成する際等の物理的強度に耐えられ、欠けや割れ等の生じにくい膜厚以上で、装置の大きさや操作がし易い範囲の膜厚が望ましい。
例えば、第３の窒化物半導体２３の具体的な膜厚としては、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍ、より好ましくは８０μｍ〜５００μｍである。このような範囲の膜厚であると、第３の窒化物半導体２３を窒化物半導体基板１とした場合に、操作性よく、また欠けや割れ等の発生が防止でき好ましい。
【００８０】
次に、図４に示すように、第３の工程では、第２の工程で第３の窒化物半導体２３を成長後に、少なくとも異種基板２１を除去して、少なくとも第３の窒化物半導体２３を有する第５の工程で用いられる窒化物半導体基板１とする。第３の工程で除去される部分としては、少なくとも異種基板２１が除去されていればよく、図２のバッファ層、薄膜の窒化物半導体２５、又は第１の保護膜１３等を有していても、劈開により共振面を形成できる。好ましくは異種基板２１〜第１の窒化物半導体２２までが除去されていると、第３の窒化物半導体２３の反りの軽減の点で好ましく、更に保護膜上の空隙の発生の可能性のある第１の窒化物半導体２２を除去すると劈開性がより良好となる。
また、第３の工程で除去される部分は、製造工程での操作性のし易さや、反り等を考慮して、第３の窒化物半導体の一部までを除去してもよい。
第３の窒化物半導体２３から異種基板２１等を除去する方法としては、例えば研磨等の方法が挙げられる。
また、第３の窒化物半導体２３を第５の工程での窒化物半導体基板１とする場合、第３の窒化物半導体２３の異種基板２１等を除去した面とは反対の面上に第５の工程のＥＬＯＧ成長を行う。
【００８１】
次に、第４の工程を有する場合について説明する。
図５に示すように、上記第３の工程後に、第４の工程において、第３の窒化物半導体２３の異種基板２１等を除去した面とは反対の面上に、成長速度を５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上で、第２の窒化物半導体を成長させる。第４の工程を有する場合は、第５の工程での窒化物半導体基板１は、少なくとも第３の窒化物半導体と第２の窒化物半導体とからなり、好ましくは第３と第２の窒化物半導体のみからなる。
【００８２】
また、本発明の成長方法において、第４の工程を有する場合、第２の窒化物半導体２４を成長後に第３の窒化物半導体を除去し、第５の工程で用いられる窒化物半導体基板１として、第２の窒化物半導体２４のみからなるものを用いてもよい。第４の工程後に、第３の窒化物半導体２３を除去して、第２の窒化物半導体２４のみにすると、第３と第２の窒化物半導体との境界部分が除去されるので、境界部分に生じると思われる酸化膜を除去でき素子特性（寿命特性等）の向上の点で好ましい。第２の窒化物半導体のみを第５の工程で用いる窒化物半導体基板１とする場合、第２の窒化物半導体の膜厚は、特に限定されないが、例えば８０〜５００μｍの膜厚を有することが物理的強度の点で好ましい。
【００８３】
第２の窒化物半導体２４としては、特に限定されないが、上記第３の窒化物半導体２３と同様の窒化物半導体を挙げることができる。
第２の窒化物半導体の成長速度は、上記のように５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上であり、好ましくは上記第３の窒化物半導体２３を成長させる場合と同様である。
このように異種基板２１を除去した後で、第３の窒化物半導体２３の成長面に第２の窒化物半導体２４を成長させると、第３の窒化物半導体２３の反りが軽減され、第５の工程やデバイス工程等を良好に行える。また、第２の窒化物半導体２４を成長させるとより結晶性が向上し、第２の窒化物半導体２４上に上記第５の工程を行うと、第４の窒化物半導体２の転位の低減及び結晶性の向上の点で好ましい。
【００８４】
第２の窒化物半導体２４の膜厚は、特に限定されず、第２の窒化物半導体２４の膜厚が厚いほど反りが軽減され結晶性の向上の点で好ましいが、あまり厚膜にすると操作性等が低下する場合や装置の大きさに限りがあるので、第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４の膜厚の合計が１０００μｍ以下、好ましくは８００μｍ以下、好ましくは４００μｍ以下となることが好ましく、少なくとも第３と第２の窒化物半導体の膜厚が共に８０μｍ以上であることが好ましい。膜厚がこの範囲であると物理的強度及び操作性等の点で好ましい。この場合、第３の窒化物半導体２３の膜厚は、上記の膜厚の範囲で且つ第３と第２の窒化物半導体の膜厚の合計が１０００μｍ以下となるように調整される。
【００８５】
次に、上記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られる本発明の基板上に、デバイス構造を形成してなる窒化物半導体素子について説明する。
本発明の窒化物半導体素子は、上記本発明の方法により得られる窒化物半導体の基板上（窒化物半導体基板１上に成長された第４の窒化物半導体２上）に、少なくともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体を有するデバイス構造が形成されてなる素子が挙げられる。
上記素子を構成するｎ型窒化物半導体などは、特に限定されず、従来公知のデバイス構造を適宜用いることができる。デバイス構造の一実施の形態としては、後述の実施例に示されるものが挙げられる。しかし、本発明はこれに限定されない。また、電極や素子の形状なども特に限定されず、公知の種々のものを用いることができる。
つまり、前記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られる基板が転位の低減された良好な基板であるので、デバイス構造の種類により差あるものの、寿命特性を良好にすることができるものである。また、基板は窒化物半導体からなるので窒化物半導体のＭ軸方向に垂直な面で良好に劈開できる。
【００８６】
また本発明において、好ましい窒化物半導体素子としては、例えばレーザ素子において、発光領域がリッジ形状のストライプであるのもが寿命特性などの素子特性の点から挙げられる。
より好ましい素子としては、リッジ形状のストライプが、上記第５の工程で形成されるストライプ形状の第２の保護膜１１及び第２の凹凸１３のストライプ方向に平行に形成され、さらに好ましくはストライプ形状の第２の保護膜１１の保護膜上部及び第２の凹凸１３の凹部上部に形成されることが寿命特性を向上させる点で好ましい。
第５の工程のＥＬＯＧ成長の種類によって、第４の窒化物半導体２表面の平均の転位密度に差はあるが、第２の保護膜１１上部及び第２の凹凸１３の凹部上部には転位がほとんど見られなくなることから、この部分に発光領域、例えば上記のようなリッジ形状のストライプを形成すると、レーザ素子などを作動中に転位の伝播を防止でき素子劣化を抑制し寿命特性の向上が可能となる。
【００８７】
【実施例】
以下に本発明の一実施の形態である実施例を示し、更に本発明を詳細に説明する。しかし本発明はこれに限定されない。
【００８８】
［実施例１］
以下に図１（ａ）に示される窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなる窒化物半導体の基板を製造させる工程を示す。（第１の工程から第３の工程は図２〜図４を参照）
【００８９】
［窒化物半導体基板１の製造］
（第１の工程）
異種基板２１として、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２１を用い、このサファイア基板２１をＭＯＣＶＤの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２１上にＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９０】
バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、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、アンドープＧａＮよりなる薄膜の窒化物半導体２５を５μｍの膜厚で成長させる。
バッファ層と薄膜の窒化物半導体２５とを積層したウェーハの、その薄膜の窒化物半導体２５の上にストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１８μｍ、窓部２μｍのＳｉＯ₂よりなる第１の保護膜１２を０．５μｍの膜厚で形成する。なお、第１の保護膜１２のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な方向、つまり図７に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向でとする。このように形成すると、サファイアのＡ面に垂直な方向が、窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向となる。
【００９１】
第１の保護膜１２を形成後、ウェーハをＭＯＣＶＤの反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ＳｉとＭｇの不純物を５×１０¹⁷／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体２２をＭＯＣＶＤ装置により１５μｍの膜厚で成長させる。ＳｉとＭｇの不純物は第１の窒化物半導体２２の成長と同時にドープされる。但し、第１の窒化物半導体２２の成長速度は、３μｍ／時間とした。
【００９２】
得られた第１の窒化物半導体２２の表面をＣＬ（カソードルミネッセンス）により観察すると、第１の保護膜１２上部はほとんど結晶欠陥が見られず、窓部上部は８×１０⁵個／ｃｍ²程度観測された。転位密度は、観測される部分によりやや差が生じる場合がある。
【００９３】
（第２の工程）
次に、第１の窒化物半導体２２上に、アンドープのＧａＮからなる第３の窒化物半導体２３をＨＶＰＥ装置により２００μｍの膜厚で成長させる。但し、第３の窒化物半導体２３の成長速度は、５０μｍ／時間とした。
【００９４】
（第３の工程）
次に、第３の窒化物半導体２３を成長後に、サファイア基板２１から第１の窒化物半導体２２までを研磨により除去して第３の窒化物半導体２４のみの窒化物半導体基板１が得られる。
得られた第３の窒化物半導体２４のサファイア基板などを除去した面には、ストライプ状に転位のほとんどない部分とやや転位の多い部分とが存在している。一方、第３の窒化物半導体２４の成長面は、平均的に転位密度が１×１０⁷個／ｃｍ²程度存在している。
【００９５】
［本発明の基板の製造］
（第５の工程）
上記の第３の窒化物半導体２３からなる窒化物半導体基板１上に、第３の窒化物半導体２３の除去面のストライプ状の転位分布と平行となるような窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向に、第２の保護膜１１を第３の窒化物半導体２３の成長面（除去面とは反対の面）に、上記第１の工程で形成した第１の保護膜１２と同様に形成する。
第２の保護膜１１を形成後、第４の窒化物半導体２をＭＯＣＶＤ装置で１５μｍの膜厚で成長させる。
第４の窒化物半導体２の表面の転位密度は、窓部上部の表面にはわずかな転位が見られるが、第２の保護膜１１上部の第４の窒化物半導体２の表面にはほとんど転位が見られない。
【００９６】
［実施例２］
実施例１において、第２の工程で成長される第３の窒化物半導体２３の膜厚を１５０μｍとし、更に第３の工程後に下記第４の工程を追加する他は同様にしてデバイス構造を形成するための基板を製造する。
（第４の工程）
サファイア基板等を除去された第３の窒化物半導体２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体２４を、ＨＶＰＥ装置により、２００μｍの膜厚で成長させる（図５）。
【００９７】
得られた第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１上に第５の工程のＥＬＯＧ成長をさせる。第３の窒化物半導体２３の成長面に第２の窒化物半導体２４を成長させると反りが軽減され、第５の工程でのＥＬＯＧ成長が実施例１より良好となり、転位の良好に低減された第４の窒化物半導体２を得ることができる。
【００９８】
［実施例３］
以下に図１（ｂ）に示される窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなる窒化物半導体の基板を製造させる工程を示す。（第１の工程から第４の工程は図２〜図５を参照）
【００９９】
（第１の工程）
異種基板２１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２１をＭＯＣＶＤの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２１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。
【０１００】
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、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる薄膜の窒化物半導体２５を２μｍの膜厚で成長させる。
【０１０１】
薄膜の窒化物半導体２５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１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）３μｍのＳｉＯ₂よりなる第１の保護膜１２を０．５μｍの膜厚で形成し、続いて、ＲＩＥ装置により薄膜の窒化物半導体２５の途中までエッチングして凹凸を形成することにより薄膜の窒化物半導体２５の凹部側面を露出させる。なお、ストライプ方向は、図７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。このようにオリフラ面に垂直な方向で成長させると、オリフラ面に垂直な方向が窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向となる。
【０１０２】
薄膜の窒化物半導体２５に、凹凸を形成した後、凹凸を形成した薄膜の窒化物半導体２５の表面にスパッタ装置により保護膜材料を形成し、ＣＦ₄とＯ₂ガスにより、凹凸を形成したことにより形成された第１の窒化物半導体２２の凹部側面の保護膜をエッチングにより除去して凹部側面を露出させ、凸部上部及び凹部底部に第１の保護膜１２を形成する。
【０１０３】
第１の保護膜１２を形成後、ＭＯＣＶＤの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ₂Ｍｇを用い、成長と同時にＳｉとＭｇの不純物を５×１０¹⁷／cm³ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体２２をＭＯＣＶＤ装置により１５μｍの膜厚で成長させる。但し、第１の窒化物半導体２２の成長速度は、２μｍ／時間として行った。
【０１０４】
得られた第１の窒化物半導体２２の表面をＣＬ（カソードルミネッセンス）により観察すると、転位は非常に低減されている。但し、第１の窒化物半導体２２の表面には、第１の保護膜１２のストライプ方向と平行に転位の分布がわずかに見られる。この転位の分布は、他のほとんど転位の見られない部分とを相対的に比較した場合である。
【０１０５】
（第２の工程）
次に、第１の窒化物半導体２２上に、アンドープのＧａＮからなる第３の窒化物半導体２３をＨＶＰＥ装置により１００μｍの膜厚で成長させる。但し、第３の窒化物半導体２３の成長速度は、５０μｍ／時間とした。
【０１０６】
（第３の工程）
次に、第３の窒化物半導体２３を成長後に、サファイア基板２１から第１の窒化物半導体２２までを研磨により除去して第３の窒化物半導体２３のみとする。第３の窒化物半導体２３の除去面には、第１の窒化物半導体２３の表面にわずかに分布していた転位分布とほぼ同様のものが見られる。
【０１０７】
（第４の工程）
次に、第３の窒化物半導体２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体２４を、ＨＶＰＥ装置により、２５０μｍの膜厚で成長させる。
得られた第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板［図２（ｂ）］の表面には、わずかな転位がほぼ均一に見られる。
【０１０８】
（第５の工程）
上記の第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１上に、第３の窒化物半導体２３の除去面のストライプ状の非常にわずかな転位分布と平行となるような窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向に、第２の保護膜１１を第２の窒化物半導体２４の成長面に、上記第１の工程で形成したように、凹凸を形成後に第１の保護膜１２を形成したのと同様に、凹部底部と凸部上部に第２の保護膜１１を形成する。
第２の保護膜１１を形成後、第４の窒化物半導体２をＭＯＣＶＤ装置で１５μｍの膜厚で成長させる。
第４の窒化物半導体２の表面の転位は、全体的にほとんど見られない。そして、窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなる基板１［図１（ｂ）］は、転位がほとんど見られず、欠けや割れが発生しにくい。
【０１０９】
［実施例４］
以下に図１（ｃ）の基板を製造する方法について記載する。
（第１の工程）
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。
【０１１０】
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、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる薄膜の窒化物半導体２５を２μｍの膜厚で成長させる。
【０１１１】
薄膜の窒化物半導体２５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１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）２μｍのＳｉＯ₂よりなる第１の保護膜１１を０．５μｍの膜厚で形成し、続いて、ＲＩＥ装置によりサファイア基板１が露出するまで薄膜の窒化物半導体２５をエッチングして凹凸を形成することにより薄膜の窒化物半導体２５の凹部側面を露出させることにより凸部上部のみに第１の保護膜１２を形成する。凹部側面の幅ｄはほぼ２μｍである。なお、ストライプ方向は、図７に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向であり、窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向となる。
【０１１２】
第１の保護膜１２を形成後、反応容器内にセットし、温度を１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ₂Ｍｇを用い、成長と同時にＳｉとＭｇの不純物を５×１０¹⁷／cm³ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体２２を、ＭＯＣＶＤ装置により、１５μｍの膜厚で成長させる。第１の窒化物半導体２２の成長速度は、２μｍ／時間である。
【０１１３】
（第２の工程）
次に第１の窒化物半導体２２上に、アンドープのＧａＮからなる第３の窒化物半導体２３を、ＨＶＰＥ装置により、１５０μｍの膜厚に成長させる。成長速度は、５０μｍ／時間である。
【０１１４】
（第３の工程）
第３の窒化物半導体２３を成長後、サファイア基板から第１の窒化物半導体２２までを除去し、第３の窒化物半導体２３のみとする。第３の窒化物半導体２３の除去面には、わずかな転位が第１の保護膜１２と平行にストライプ状に分布している。
【０１１５】
（第４の工程）
第３の窒化物半導体２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体２４を、ＨＶＰＥ装置により、２００μｍの膜厚に成長させる。成長速度は、５０μｍ／時間である。
以上の工程を経ることにより、第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１［図２（ｃ）］を得ることができる。得られた窒化物半導体基板１の表面には１×１０⁷個／ｃｍ²程度の転位が見られる。
【０１１６】
（第５の工程）
次に、上記の第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１の表面に、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１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部の幅ｗ）２μｍのＳｉＯ₂よりなる第２の保護膜１１を０．５μｍの膜厚で形成し、続いて、ＲＩＥ装置により凹部側面の幅ｄがほぼ２μｍの深さにエッチングして凹凸を形成することにより、凸部上部にのみ第２の保護膜１１を形成する。形成された第２の保護膜１１のストライプ方向は、第１の保護膜１２のストライプ方向と平行となるように、窒化物半導体基板１の３種あるＭ軸方向のうち同一のＭ軸方向に対して平行方向である。
【０１１７】
上記のように凸部上部のみに第２の保護膜１１を形成した後、第４の窒化物半導体２を、３０μｍの膜厚で成長させる。
第４の窒化物半導体２の表面の転位は、窓部上部の表面にわずかにストライプ状に分布しているが、全体的に転位が非常に低減された窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなる基板［図１（ｃ）］を得ることができる。
【０１１８】
［実施例５］
以下に、図１（ｄ）に示される基板を製造する方法についての一実施の形態である。（第１の工程から第４の工程は図２（ｄ）〜図５を参照）
（第１の工程）
異種基板２１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２１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２１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。
【０１１９】
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よりなる薄膜の窒化物半導体層２５を２μｍの膜厚で成長させる。
【０１２０】
薄膜の窒化物半導体層２５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ＳｉＯ₂膜の形成されていない部分の薄膜の窒化物半導体層２５を薄膜の窒化物半導体２５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、凹部側面に薄膜の窒化物半導体２５を露出させる。凹凸を形成した後、凸部上部のＳｉＯ₂を除去することにより第１の凹凸１４を形成する。なお、第１の凹凸１４のストライプ方向は、図７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。
【０１２１】
次に、反応容器内にセットし、温度を１０５０℃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１の窒化物半導体層２２を、ＭＯＣＶＤ装置により、１５μｍの膜厚で成長させる。成長速度は、２μｍ／時間である。
【０１２２】
（第２の工程）
上記第１の窒化物半導体２２上に、アンドープのＧａＮからなる第３の窒化物半導体２３を、ＨＶＰＥ装置により、１００μｍの膜厚で成長させる。成長速度は、５０μｍ／時間である。
【０１２３】
（第３の工程）
第３の窒化物半導体２３を成長後に、サファイア基板１から第１の窒化物半導体までを除去して、単独の第３の窒化物半導体２３とする。
【０１２４】
（第４の工程）
第３の工程で得られた第３の窒化物半導体２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体２４を、ＨＶＰＥ装置により、２００μｍの膜厚で成長させる。成長速度は、５０μｍ／時間である。
【０１２５】
上記の工程を経ることにより、第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板が得られる。得られた第２の窒化物半導体２４表面には、５×１０⁶個／ｃｍ²程度の転位が見られた。また、第３の窒化物半導体２３の除去面には転位の分布が、凹部開口部から成長した部分にはほとんど転位が見られないが、凸部上部から成長した部分には１×１０⁷個／ｃｍ²程度の転位が第１の凹凸１３のストライプ方向に平行に分布している。
【０１２６】
（第５の工程）
次に、図１（ｃ）の基板を成長させる。
上記の第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１上に、上記第１の工程で形成した第１の凹凸１４と同様に、第２の凹凸１３を形成する。但し、第２の凹凸１３のストライプ方向は、第１の凹凸１４のストライプ方向と平行となるように、上記第３の窒化物半導体２３の除去面に分布しているストライプ状の転位と平行となるように形成することで、窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向となる。この第２の凹凸１３を有する上にアンドープのＧａＮからなる第４の窒化物半導体２を２０μｍの膜厚で成長させる。
得られた窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２とからなる基板の表面は、凹部開口部から成長した部分には転位がほとんど見られず、凸部上部から成長した部分には転位がわずかに見られる程度である。また基板は欠け等の防止される程度の膜厚を有している。
【０１２７】
［実施例６］
実施例５において、第４の工程で第２の窒化物半導体２４を３００μｍの膜厚で成長させ、その後第３の窒化物半導体２３を研磨して除去し、ほぼ２５０μｍの膜厚の第２の窒化物半導体２４を第５の工程で用いられる窒化物半導体基板１とする他は同様にして本発明の基板を製造する。
得られた本発明の基板は、実施例５と同様に、転位が低減され、特に凹部上部の表面には、転位がほとんど見られない。
【０１２８】
以下に、上記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られた本発明の基板を用いてなる、本発明の窒化物半導体素子の一実施の形態である窒化物半導体素子の実施例を示す。しかし本発明はこれに限定されない。
［実施例７］
実施例１により得られた第３の窒化物半導体２３からなる窒化物半導体の基板上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる基板上に、以下のデバイス構造を順に成長させる。
【０１２９】
（アンドープｎ型コンタクト層）［図９には図示されていない］
窒化物半導体の基板上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭＡ（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。
（ｎ型コンタクト層７２）
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、Ｓｉ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７２を３μｍの膜厚で成長させる。
【０１３０】
（クラック防止層７３）
次に、温度を８００℃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５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ_0.08Ｇａ_0.92Ｎよりなるクラック防止層７３を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【０１３１】
（ｎ型クラッド層７４）
次に、温度を１０５０℃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、Ｓｉ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７４を成長させる。
【０１３２】
（ｎ型ガイド層７５）
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７５を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
【０１３３】
（活性層７６）
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_0.89Ｎ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７６を成長させる。
【０１３４】
（ｐ型電子閉じ込め層７７）
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７７を１００オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１３５】
（ｐ型ガイド層７８）
次に、温度を１０５０℃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７８を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
このｐ型ガイド層７８は、アンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層７７からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ³となりｐ型を示す。
【０１３６】
（ｐ型クラッド層７９）
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５×１０¹⁸／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７９を成長させる。
【０１３７】
（ｐ型コンタクト層８０）
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８０を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１３８】
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１０に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コンタクト層２の表面を露出させる。
次に図１０（ａ）に示すように、最上層のｐ側コンタクト層８０のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ₂）よりなる第２の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第２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１０（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２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１０（ｃ）に示すようにｐ側コンタクト層８０の上にストライプ幅１．８μｍの第２の保護膜６１が形成できる。
【０１３９】
さらに、図１０（ｄ）に示すように、ストライプ状の第２の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳｉＣｌ₄ガスを用いて、ｐ側コンタクト層１０、およびｐ側クラッド層８９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９に示すように、ＥＬＯＧ成長を行う際に形成した第２の保護膜１１の上部で且つ第２の保護膜１１の中心部分を避け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１０（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ₂）よりなる第１の保護膜６２を、第２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７９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１０（ｆ）に示すように、第２の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【０１４０】
次に図１０（ｇ）に示すように、ｐ側コンタクト層８０の上の第２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１の保護膜６２の上に渡って形成する。
第１の保護膜６２形成後、図９に示されるように露出させたｎ側コンタクト層７２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。
【０１４１】
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を、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９に示すようなレーザ素子とする。
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。更に、デバイス構造の形成時や共振面を劈開により形成する際等に欠けや割れが防止され、良好な共振面が得られ更に歩留まりが向上する。
【０１４２】
［実施例８］
実施例７において、窒化物半導体の基板として、実施例２〜実施例６の基板をそれぞれ用いる他は同様にして、レーザ素子を作製した。得られた５種のレーザ素子は、実施例７とほぼ同様に、デバイス構造を形成するための基板の表面には転位が非常に低減され、更には転位のほとんど見られない部分を有しているので、寿命特性が良好であり、デバイス構造の形成時や共振面を劈開により形成する時等に欠けや割れが防止され良好な結果を得ることができる。
【０１４３】
【発明の効果】
本発明は、窒化物半導体を基板としてデバイス構造を形成したり、劈開により共振面を形成しても、基板に欠けやクラックの発生が生じず、更に窒化物半導体の基板の表面部分の転位を低減し、特に成長面の表面にほとんど転位のない部分を有しており、寿命特性等の素子特性を良好にすることができ、実用化に際しての信頼性の向上が達成できるような窒化物半導体からなる基板の得られ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、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、寿命特性など素子特性の良好な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】
図１は、本発明のデバイス構造を形成するための窒化物半導体の基板の一実施の形態である基板の模式的断面図である。
【図２】
図２は、本発明の第５の工程での窒化物半導体基板となる窒化物半導体を成長させる工程の一実施の形態であるウエハの模式的断面図である。
【図３】
図３は、本発明の第５の工程での窒化物半導体基板となる窒化物半導体を成長させる工程の一実施の形態であるウエハの模式的断面図である。
【図４】
図４は、本発明の第５の工程での窒化物半導体基板となる窒化物半導体を成長させる工程の一実施の形態であるウエハの模式的断面図である。
【図５】
図５は、本発明の第５の工程での窒化物半導体基板となる窒化物半導体を成長させる工程の一実施の形態であるウエハの模式的断面図である。
【図６】
図６は、サファイアの面方位を示すユニットセル図である。
【図７】
図７は、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】
図８は、オフアングルした異種基板の部分的な形状を示す模式的断面図である。
【図９】
図９は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図１０】
図１０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。
【符号の説明】
１・・・窒化物半導体基板
２・・・第４の窒化物半導体
１１・・・第２の保護膜
１２・・・第１の保護膜
１３・・・第２の凹凸
１４・・・第１の凹凸
２１・・・異種基板
２２・・・第１の窒化物半導体
２３・・・第３の窒化物半導体
２４・・・第２の窒化物半導体
２５・・・薄膜の窒化物半導体