JP2001039800A

JP2001039800A - 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子

Info

Publication number: JP2001039800A
Application number: JP21812299A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Takegawa; 一紀竹川
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-13
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP3678061B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクとして用いられるＳｉＯ₂による上記
の問題点を解決し、転位が低減され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、更に本発明の方法により得られた
窒化物半導体を基板とする寿命特性の良好な窒化物半導
体素子を提供することである。【解決手段】異種基板１の上に、第１の窒化物半導体
２を成長させる第１の工程と、その後、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る第２の工程
と、その後、常圧以上の圧力条件下で、前記凹凸を有す
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の工程とを有する成長方法、及び前記方
法により得られた基板とする窒化物半導体素子。

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なるＳｉＯ
₂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［ＥＬＯＧ（Epitaxially laterally overgr
own GaN）の成長方法］が種々検討されている。

【０００３】例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．Ｌ３０９−Ｌ３１
２（以下単にＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．の文献とする。）には、
ＥＬＯＧの成長方法として、サファイアのｃ面上に成長
させた窒化物半導体上にＳｉＯ ₂等のマスクを部分的
（例えばストライプ形状）に形成し、この上に、１００
Ｔｏｒｒの減圧下で、窒化物半導体を成長させることに
より、転位の少ない窒化物半導体を得ることができる。
このようなＥＬＯＧ成長は、マスクを形成し意図的にＧ
ａＮを横方向に成長させることにより、転位が窒化物半
導体の成長と共にマスク上に向かって横方向に進行する
と、窒化物半導体の成長方向（縦方向）に再び進行しな
くなり、転位の低減が可能となる。そして、マスクの上
方部に成長したＧａＮの表面には転位がほとんど見られ
なくなる。また、マスクを形成していない部分に成長し
たＧａＮの表面には、ほぼ１×１０⁷／ｃｍ²の転位があ
る。このように、転位の少ない窒化物半導体の基板を得
ることが可能となったことから、窒化物半導体素子の寿
命特性を向上させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．の文献に記載の方法では、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上から窒化物半導体
が異常成長したり、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引
き起こすこととなる。このようなＳｉＯ₂の窒化物半導
体への汚染は、素子を量産する場合に歩留まりの低下を
引き起こす原因となりうる。更に、選択成長させた後に
異種基板を除去してＧａＮ基板の異種基板除去面にｎ電
極を形成してなる素子を形成する場合に、ＳｉＯ₂等の
保護膜を用いていると、絶縁性のＳｉＯ₂の存在によっ
て抵抗が高くなる傾向がある。このことから、ＳｉＯ₂
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、ウエハを劈開する際に、ＳｉＯ₂が
残っていると劈開性を低下させることも考えられる。ま
た、上記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．の文献に記載の方法は、１０
０Ｔｏｒｒの減圧下で成長させることで、転位の低減と
共に成長表面の面状態が良好となるが、上記したように
ＳｉＯ₂の分解による異常成長が生じると、面状態が低
下してしまうこととなる。素子の寿命特性は、窒化物半
導体基板の転位の数と共に、窒化物半導体基板の素子構
造を形成する面の面状態に左右される傾向がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、マスクとして用
いられるＳｉＯ₂による上記の問題点を解決し、転位が
低減され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寿命特性の良好な窒化物半導体素子
を提供することである。

【０００６】

【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、常圧
以上の圧力条件下で、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３の工程の圧力が、常圧〜２．５気圧の
圧力条件下であ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）又は（２）に記載の窒化物半導体の成長
方法。（４）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）〜（３）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）〜（４）のいずれかに
記載の窒化物半導体の成長方法。（６）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）〜（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において、第１の
窒化物半導体に凹凸を形成する際に、異種基板を５００
〜３０００オングストロームの深さで削ってなる形状で
形成されることを特徴とする前記（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１の窒化物半導体に形成される凹凸が、
ストライプ形状であり、更に前記ストライプ形状の凹凸
がオリフラ面からの垂直軸に対して左右のいずれかに
０．１°〜１°程度ずらして形成されていることを特徴
とする前記（１）〜（７）に記載の窒化物半導体の成長
方法。（９）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。（１０）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。

【０００７】つまり、本発明の方法は、従来技術におい
て、窒化物半導体の横方向の成長を強制的に行うために
用いられていたＳｉＯ₂等のマスクを用いずに、単に、
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
成することで、凹部側面に窒化物半導体の横方向への成
長面を形成させ、常圧以上の加圧条件下で、第２の窒化
物半導体を成長させることにより、凹部側面から窒化物
半導体の横方向の成長が意図的に行われ、転位を低減さ
せることができ、且つ、成長面の面状態が良好となる。

【０００８】従来技術として前記したＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．
の文献のＥＬＯＧの成長方法は、転位を低減できるもの
の、ＳｉＯ₂を用いていることによるＳｉやＯの汚染に
よる異常成長や面状態の悪化等の種々の問題が懸念され
る。

【０００９】これに対し、本発明の方法は、ＳｉＯ₂等
を用いることなく、窒化物半導体に凹凸を形成するのみ
で、意図的に凹部側面から窒化物半導体の横方向の成長
を開始させることにより、凹部開口部の上方に成長する
窒化物半導体には、縦方向（成長方向）への転位の伝播
が抑制される。さらに本発明の方法は、常圧以上の加圧
条件下で行うことにより、窒化物半導体の成長した表面
（成長面）を良好にすることができる。ちなみに、上記
の文献のように減圧条件下で行うと、窒化物半導体の成
長面が十分良好な面状態となりにくく、窒化物半導体基
板や素子を量産する場合にやや問題となる。

【００１０】また、本発明の方法は、保護膜としてＳｉ
Ｏ₂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、本発明の方法は、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。このように、本発明の
方法は、ＳｉＯ₂を用いていないので、ＳｉＯ₂による前
記従来の問題点を解決することができる。

【００１１】本発明の方法は、第１の窒化物半導体に形
成されている凸部の上面並びに凹部の側面及び底面に、
窒化物半導体の成長可能な面が存在するが、凹部の側面
から成長し、凹部の開口部分から厚膜に成長する部分の
第２の窒化物半導体に転位がほとんど見られない結晶性
の良好な窒化物半導体となる。つまり、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を得ることがで
きる。一方、凸部上部に成長した第２の窒化物半導体の
表面には転位が比較的多く見られる傾向がある。

【００１２】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ことにより、転位を著し
く低減させることが可能な窒化物半導体の成長方法を提
案している。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いる
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Ｓｉ
Ｏ₂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Ｓ
ｉＯ₂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。

【００１３】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り、且つ反応条件を常圧
以上の圧力条件下とすると窒化物半導体の成長面の面状
態が良好となることを見出したものである。つまり、本
発明の方法は、反応条件を常圧以上とし窒化物半導体に
凹凸を形成するのみで、窒化物半導体の縦方向の成長を
抑えることを可能としている。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
半導体の成長速度が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、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
た窒化物半導体同士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。この凹部底部
からの成長の阻害は、凹部底部がサファイアなどの異種
基板の露出面であるとより良好となり、凹部開口部の上
部に成長する第２の窒化物半導体の転位を低減するのに
好ましい。

【００１４】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と思われ、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、凹部開口
部の上方では鏡面状の良好な面状態の第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く、さらに、反応条件
を最適化することで、良好な面状態が得られ易くなり好
ましい。

【００１５】また、本発明において、凹部側面からの横
方向の成長と、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、凹部側面を斜めにする等
の形状を設ける事柄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、例えば不純物の添加、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。

【００１６】更に本発明の方法において、第３の工程の
圧力が、常圧〜２．５気圧の圧力条件下であると、第２
の窒化物半導体の表面が良好な面状態となり好ましい。

【００１７】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、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。

【００１８】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。更に本発明において、第１の窒化物半導体に凹凸を
形成する際に、異種基板を５００〜３０００オングスト
ロームの深さで削ってなる形状で形成されると、凹部か
ら成長する第２の窒化物半導体の接合面での歪みが緩和
され転位の発生を防止でき、より良好な結晶が得られる
傾向がある。更に本発明において、第１の窒化物半導体
に形成される凹凸が、ストライプ形状であり、更に前記
ストライプ形状の凹凸がオリフラ面からの垂直軸に対し
て左右のいずれかに０．１°〜１°、好ましくは０．１
°〜０．５°程度ずらして形成されていると、成長の表
面がより平坦となり、表面の面状態が良好となり好まし
い。前記ずらす程度の値は、後述の図１４のθの値であ
る。

【００１９】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。

【００２０】

【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
成長方法の一実施の形態を段階的に示した模式図であ
る。

【００２１】本発明の窒化物半導体の成長方法の一実施
の形態として、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、常圧以上の圧力条件下
で、第２の窒化物半導体３を成長させる。

【００２２】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。（第１の工程）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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】（第２の工程）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。

【００２６】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。好ましい形状としては、ストライプ
状であり、この形状とすると、異常成長が少なく、より
平坦に埋まり好ましい。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、
異種基板に達する深さまで、又は異種基板に達する深さ
までエッチングしエッチング深さが５００〜３０００オ
ングストローム（好ましくは１０００〜２０００オング
ストローム）となる深さまで［（図１２参照）］の形状
で形成され、好ましくは異種基板が露出する程度の深
さ、又は異種基板を上記の深さで削った形状であり、よ
り好ましくは、異種基板を上記の深さで削った形状が好
ましい。

【００２７】上記のように凹部底部に異種基板が露出さ
れていると、凹部底部からの成長が抑制されやすくな
り、凹部開口部から厚膜に成長する第２の窒化物半導体
の転位を低減し易くなり好ましい。更に、図１２のよう
に、異種基板が上記の深さで削られていると、凹部側面
から成長する第２の窒化物半導体の接合部分での結晶の
歪みを緩和して、転位の発生を防止でき、結晶性の良好
な、面状態の良好な窒化物半導体を成長させることがで
き好ましい。接合部分での歪みの緩和は、図１３の成長
途中の模式的断面図（凹部内の窒化物半導体の成長の様
子を示す）に示すように、削られている部分の異種基板
上に発生するわずかな空隙が関与していると思われる。
つまり、この空隙が、接合部分がわずかに下側に向かっ
て成長する傾向を示すが、空隙があるために歪みが緩和
されるために結晶性が良好となると思われる。更に削ら
れている異種基板上に空隙が発生していると、転位の少
ない凹部上部の表面と、転位の多い凸部上部の表面との
区別がつきやすくなり、転位の少ない凹部上部表面にリ
ッジ形状のストライプを形成し易くなり、製造工程での
歩留まりの向上の点で好ましい。

【００２８】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特に限定されないが、例えばス
トライプ幅（凸部上部の幅）を１〜２０μｍ、好ましく
は１〜１０μｍであり、ストライプ間隔（凹部底部の
幅）を１０〜４０μｍ、好ましくは１５〜３５μｍであ
るものを形成することができる。このようなストライプ
形状を有していると、転位の低減と面状態を良好にする
点で好ましい。更に、凹部の幅が、上記範囲であると、
転位の少ない凹部上部にリッジ形状のストライプを形成
する際に、凹部の中心部分を避けて、且つ転位の少ない
部分に位置するように形成するのに好ましい。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。

【００２９】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。

【００３０】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凹凸を形
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。好ましくは転位の
低減や面状態の良好性などの点から、垂直、逆メサ、順
メサであり、より好ましくは垂直である。

【００３１】また、第２の工程において、凹凸の形状を
ストライプ状とする場合に、ストライプを、図１３に示
すように、オリフラ面を例えばサファイアのＡ面とし、
このオリフラ面の垂直軸に対して左右どちらかに、θ＝
０．１°〜１°、好ましくはθ＝０．１°〜０．５°ず
らして形成すると、成長面がより平坦な良好な結晶が得
られ好ましい。ちなみに、図１４のθが０°の場合は、
表面が平坦にならない場合があり、このような状態の成
長面に素子構造を形成すると、素子特性の低下が生じ易
くなる傾向が見られる。表面が平坦であると歩留まりの
向上の点でも好ましい。

【００３２】（第３の工程）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、常圧以
上の加圧条件下で、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
させる際に、不純物（例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、
Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｇ等）をドープして成長さ
る、または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
進させ転位を低減させる点で好ましく、さらに第２の窒
化物半導体の表面の面状態を良好にする点で好ましい。

【００３３】上記の常圧以上の加圧条件とは、常圧（意
図的に圧力を加えない状態の圧力）から、装置などを調
整し意図的に圧力を加えて加圧条件にした状態で反応を
行うことである。具体的な圧力としては、常圧以上の圧
力であれば特に限定されないが、好ましくは常圧（ほぼ
１気圧）〜２．５気圧であり、好ましい圧力としては、
常圧〜１．５気圧である。このような圧力の条件下で第
２の窒化物半導体を成長させると、第２の窒化物半導体
の表面の面状態を良好にする点で好ましい。

【００３４】また、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。また、凹部底部の表面が、サファイアな
どの異種基板であると、凹部底部からの第２の窒化物半
導体の成長が抑制され、凹部側面からの第２の窒化物半
導体の成長が良好となり、転位の低減の点で好ましい。

【００３５】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。

【００３６】更に、第３の工程において、第２の窒化物
半導体を成長させる際に、圧力を常圧以上の加圧条件に
調整することにより、第２の窒化物半導体の表面が異常
成長の少ない平坦な良好な面状態となる。

【００３７】また、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り好ましい。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。また、第２及び第３の工程を繰り返す場
合、第２の窒化物半導体の膜厚を、繰り返さない場合に
比べて、やや薄く成長させ、第２の窒化物半導体に形成
される凹部底部がサファイアなどの異種基板面となるよ
うに第２の窒化物半導体をエッチングすると、転位のよ
り少ない面状態の良好な第３の窒化物半導体が得られ好
ましい。

【００３８】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１００μ
ｍ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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】

【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。

【００５１】（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Ｔ
ＭＧ（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。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Ｔ
ＭＧ、アンモニアを用い、アンドープの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）

【００５２】（第２の工程）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）５μ
ｍ、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、ＲＩ
Ｅ装置によりＳｉＯ₂膜の形成されていない部分の第１
の窒化物半導体層２をサファイアが露出するまでエッチ
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。

【００５３】（第３の工程）次に、反応容器内にセット
し、常圧で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、ア
ンドープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層３を１
５μｍの膜厚で成長させる（図３及び図４）。

【００５４】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。

【００５５】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見ら
れず良好な結晶性を有している。更に第２の窒化物半導
体層３の表面の面状態は、平坦で異常が少なく良好であ
る。

【００５６】［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）：ストライプ間隔（凹部底
部となる部分）を、３μｍ：１５μｍ、３μｍ：２０μ
ｍとする他は同様にして２種類の第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、いずれも実施例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ず、さらに第２の
窒化物半導体の表面が良好な面状態である。

【００５７】［実施例３］実施例１において、第２の窒
化物半導体の膜厚を８μｍとする他は同様にして得られ
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、第２の窒化物半
導体に形成される凸部が、また第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、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ＳｉＯ
₂膜を形成する。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をサファ
イアが露出する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ＣＬ方法により観察すると、全体的に転位
のほとんど見られない良好な面状態の窒化物半導体であ
る。

【００５８】［実施例４］実施例１において、第３の工
程での圧力を１．５気圧、２気圧、２．５気圧に変更す
る他は同様にして第２の窒化物半導体３をそれぞれ成長
させる。得られた第２の窒化物半導体３は、いずれも実
施例１と同等の良好な結果が得られる。

【００５９】［実施例５］以下に、図８を用いて実施例
５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。

【００６０】（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。

【００６１】（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。

【００６２】（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。

【００６３】（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。

【００６４】（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。

【００６５】（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。

【００６６】（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。

【００６７】（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。

【００６８】（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。

【００６９】（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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。また、第２の
窒化物半導体の面状態が良好であるので、素子特性の良
好なレーザ素子を歩留まりよく得られる。

【００７４】［実施例６］以下、図１０を元に実施例６
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。

【００７５】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
の単体とする。

【００７６】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。

【００７７】（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。

【００７８】（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。

【００７９】（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。

【００８０】（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。

【００８１】（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。

【００８２】（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。

【００８３】（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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】［実施例７］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５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５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。

【００８９】［実施例８］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５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４よりしきい値が低下し、より良好な寿命特性を有
する。

【００９０】［実施例９］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より更に転位が低減され、
また空隙などの発生の防止も良好である。更に、第２の
窒化物半導体を基板とし、この上に実施例５と同様の素
子構造を成長させてなるレーザ素子を作製する。得られ
たレーザ素子は、実施例５と同等の良好な結果が得られ
た。

【００９１】［実施例１０］実施例１において、凹部の
幅を２０μｍとする他は同様にして第２の窒化物半導体
３を成長させる。得られた第２の窒化物半導体３上に実
施例５と同様の素子構造を成長させてレーザ素子を作製
する。得られたレーザ素子は、実施例５とほぼ同等に良
好な結果が得られた。また、リッジ形状のストライプを
形成が実施例５より良好となり、歩留まりが向上する傾
向がある。

【００９２】［実施例１１］実施例１において、凹凸を
形成する際に、図１２のようにサファイア基板を１２０
０オングストローム削る他は同様にして、第２の窒化物
半導体を成長させる。得られた第２の窒化物半導体３
は、実施例１とほぼ同様に良好であるが実施例１より転
位が少なく表面の面状態がより平坦となる。更に第２の
窒化物半導体上に実施例５と同様の素子構造を成長させ
て、レーザ素子を作製する。得られたレーザ素子は、実
施例５とほぼ同等に良好であるが、やや実施例５より良
好な素子特性を有する。

【００９３】［実施例１２］実施例１１において、凹凸
を形成する際に、図１４のように、サファイアのＡ面を
オリフラ面とし、この面からθ＝０．３°ずらしてスト
ライプを形成する他は同様にして第２の窒化物半導体を
成長させる。得られた第２の窒化物半導体は、実施例１
１より表面の平坦性及び面状態が良好となる。さらに、
第２の窒化物半導体上に実施例５と同様の素子構造を成
長させると、実施例５とほぼ同等に良好なレーザ素子が
得られるが、実施例５より更に素子特性が良好となる。

【００９４】［比較例１］実施例１において、第２の窒
化物半導体を成長させる際の圧力を、ほぼ０．５気圧に
減圧し成長させると、第２の窒化物半導体の表面にざら
つきがあり、十分良好な面状態が得られなかった。ま
た、このようにして得られた表面にざらつきのある面状
態の第２の窒化物半導体を基板として、実施例５と同様
の素子構造を形成してレーザ素子を作製すると、レーザ
発振しないもの、パルス発振のもの、または連続発振す
るが寿命特性が悪いもの等があり、歩留まりが低くな
る。

【００９５】

【発明の効果】本発明は、上記の如く、凹凸を形成され
た窒化物半導体上にＳｉＯ₂が形成されていないので、
ＳｉやＯ等の汚染を防止でき、転位が低減され結晶性が
良好で、さらに面状態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、結晶性及び面状態が良好で且つ転
位の少ない窒化物半導体を基板とする寿命特性の良好な
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】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。

【図１２】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１３】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１４】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。

【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

Claims

【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、常圧以上の圧力条件下で、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。
【請求項２】前記第３の工程の圧力が、常圧〜２．５
気圧の圧力条件下であ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又は２に記載の窒化物半導体の成長
方法。
【請求項４】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１〜３に記載の窒化物半導体の成長方法。
【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１〜４のいずれかに
記載の窒化物半導体の成長方法。
【請求項６】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１〜５のいずれかに記載の窒化物
半導体の成長方法。
【請求項７】前記窒化物半導体の成長方法において、
第１の窒化物半導体に凹凸を形成する際に、異種基板を
５００〜３０００オングストロームの深さで削ってなる
形状で形成され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１の窒化物半導体に形成される凹
凸が、ストライプ形状であり、更に前記ストライプ形状
の凹凸がオリフラ面からの垂直軸に対して左右のいずれ
かに０．１°〜１°程度ずらして形成されていることを
特徴とする請求項１〜７に記載の窒化物半導体の成長方
法。
【請求項９】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。
【請求項１０】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。