JP2002151415A - 窒化物系半導体素子、窒化物系半導体基板、及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転位密度の低く信頼性の高い窒化物系半導体
層を有する基板及び素子を提供すること。 【解決手段】 Ｇａ等を含む原料ガスと窒素を含む原料
ガスとを用いて、基板上にＧａ等と窒素とからなる窒化
物系半導体層１０１を成長する工程と、Ｓｉを含む原料
ガスと窒素を含む原料ガスとを用いて、窒化物系半導体
層１０１の表面にシリコン窒化物層１０２を当該窒化物
系半導体層１０１の一部が露出するように成長する工程
と、Ｇａ等を含む原料ガスと窒素を含む原料ガスとを用
いて、シリコン窒化物層１０２及び露出した窒化物系半
導体層１０１の表面にＧａ等と窒素とからなる窒化物系
半導体層１０３を成長する工程と、この窒化物系半導体
層１０３上に半導体素子を形成する工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物系半導体素
子、窒化物系半導体基板、及びそれらの製造方法に係わ
り、特にＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡ
ｌＮ等のＧａＮ系化合物半導体からなる半導体素子、半
導体基板、及びそれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家庭電化製品、ＯＡ機器、通信機
器、工業計測器などさまざまな分野で半導体レーザが用
いられている。中でも多くの分野で用いられることにな
るであろうと予想される高密度光ディスク記録等への応
用を目的として短波長の半導体レーザの開発が注力され
ている。現在は赤色半導体レーザが用いられており、そ
れまでの赤外半導体レーザに比べ記録密度が向上した。

【０００３】更なる高密度化にはＧａＮを含む窒化物系
半導体が用いられる。窒化物系半導体レーザは３５０ｎ
ｍ以下の短波長化が可能であり、４００ｎｍでの発振動
作が報告されている。また、ＬＥＤにおいては１万時間
以上の信頼性が確認されている。このように窒化物系半
導体を用いた半導体レーザは次世代の光ディスク記録用
光源として必要な条件を満たすものであり、窒化物系半
導体は優れた特性を持つ材料である。

【０００４】また、窒化物系半導体は高融点であり熱
的、物理的強度が強いことから、高温動作、高電力動作
する電子素子として窒化物系半導体を用いた素子が注目
されている。例えば、HBT（Heterojunction Bipolar Tr
ansistor），HEMT（High Electron Mobility Transisto
r），FET（Field Effect Transistor）などの試作が行
われており、その素子特性が良好であることが示されて
いる。

【０００５】しかし、発光素子やその他の電子素子とし
て用いる場合に、現在のところ適当なGaN基板がなく、
サファイアやSiCなどをエピタキシャル成長用基板とし
て用いて、この基板上にGaN層をエピタキシャル成長し
た基板が用いられている。かかる基板は、エピタキシャ
ル成長したGaN層に格子歪みに起因する結晶欠陥が多く
入りやすく、当該基板に形成される素子の信頼性は低か
った。

【０００６】また、GaN層の結晶欠陥を低減するために
ラテラル成長やペンデオ成長といった成長も試みられて
いるが、結晶成長後、一度結晶成長装置より基板を取り
出し加工を行い、もう一度結晶成長を行う必要があっ
て、コストがかかってしまうという問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の窒化物系半導体素子では基板としてサファイアやSi
Cを用いているため、その基板上に成長したGaN層は結晶
欠陥が多く信頼性の面で問題があった。また、結晶欠陥
を低減するためにラテラル成長やペンデオ成長が試みら
れているが、結晶成長後、一度結晶成長装置より基板を
取り出し加工を行い、再度の結晶成長を行う必要があっ
て、コストがかかるという問題点があった。

【０００８】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は歩留まり良く信頼性の高い窒化物系半
導体素子、窒化物系半導体基板を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（構成）前述した課題を
解決するため、本発明の第１は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ
の少なくとも一つを含む原料と窒素を含む原料とを用い
て、基板上にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと
窒素とからなる第１の窒化物系半導体層を成長する工程
と、Ｓｉを含む原料と前記窒素を含む原料とを用いて、
前記第１の窒化物系半導体層の表面にシリコン窒化物層
を当該第１の窒化物系半導体層の一部が露出するように
成長する工程と、再度、前記Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少
なくとも一つを含む原料と前記窒素を含む原料とを用い
て、前記シリコン窒化物層及び露出した前記第１の窒化
物系半導体層の表面にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくと
も一つと窒素とからなる第２の窒化物系半導体層を成長
する工程と、この第２の窒化物系半導体層上に半導体素
子を形成する工程とを具備することを特徴とする窒化物
系半導体素子の製造方法を提供する。

【００１０】かかる本発明の第１において、前記第２の
窒化物系半導体層上にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくと
も一つと窒素とからなる第３の窒化物系半導体層を形成
する工程と、この第３の窒化物系半導体層に半導体素子
を形成する工程とを具備することが望ましい。

【００１１】また、本発明の第２は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉ
ｎ、Ｂの少なくとも一つを含む原料と窒素を含む原料と
を用いて、基板上にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも
一つと窒素とからなる第１の窒化物系半導体層を成長す
る工程と、Ｓｉを含む原料と前記窒素を含む原料とを用
いて、前記第１の窒化物系半導体層の表面にシリコン窒
化物層を当該第１の窒化物系半導体層の一部が露出する
ように成長する工程と、再度、前記Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、
Ｂの少なくとも一つを含む原料と前記窒素を含む原料と
を用いて、前記シリコン窒化物層及び露出した前記第１
の窒化物系半導体層の表面にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少
なくとも一つと窒素とからなる第２の窒化物系半導体層
を成長する工程と、前記基板を除去して、前記第２の窒
化物系半導体層を含み、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なく
とも一つと窒素とから構成される窒化物系半導体基板を
形成する工程と、当該窒化物系半導体基板に半導体素子
を形成する工程とを具備することを特徴とする窒化物系
半導体素子の製造方法を提供する。

【００１２】また、本発明の第３は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉ
ｎ、Ｂの少なくとも一つを含む原料と窒素を含む原料と
を用いて、基板上にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも
一つと窒素とからなる第１の窒化物系半導体層を成長す
る工程と、Ｓｉを含む原料と前記窒素を含む原料とを用
いて、前記第１の窒化物系半導体層の表面にシリコン窒
化物層を当該第１の窒化物系半導体層の一部が露出する
ように成長する工程と、再度、前記Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、
Ｂの少なくとも一つを含む原料と前記窒素を含む原料と
を用いて、前記シリコン窒化物層及び露出した前記第１
の窒化物系半導体層の表面にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少
なくとも一つと窒素とからなる第２の窒化物系半導体層
を成長する工程と、前記基板を除去して、前記第２の窒
化物系半導体層を含み、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なく
とも一つと窒素とから構成される窒化物系半導体基板を
形成する工程とを具備することを特徴とする窒化物系半
導体基板の製造方法を提供する。

【００１３】本発明の第１〜第３において、以下の構成
を備えることが望ましい。

【００１４】（１）前記基板を除去して、前記窒化物系
半導体基板を形成する工程において、前記基板を前記第
１の窒化物系半導体層から剥離して、前記第１の窒化物
系半導体層、前記シリコン窒化物層、及び前記第２の窒
化物系半導体層を含み、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なく
とも一つと窒素とから構成される窒化物系半導体基板を
形成すること。

【００１５】（２）前記第１の窒化物系半導体層の表面
全面の面積に対する前項シリコン窒化物層の成長面積の
割合が７５％以上であること。

【００１６】（３）前記シリコン窒化物層として、平均
膜厚が０．８ｎｍ以下のシリコン窒化物層を成長するこ
と。

【００１７】（４）前記シリコン窒化物層を形成する工
程と前記第２の窒化物系半導体層を成長する工程とを繰
り返すこと。

【００１８】（５）前記シリコン窒化物層を成長する工
程は、シリコン層を成長する工程と、窒素を含む原料に
より前記シリコン層を窒化する工程とを備えること。前
記窒素を含む原料はガス原料であることが望ましい。

【００１９】（６）前記シリコン窒化物層を成長する工
程の後、前記Ｓｉを含む原料と前記窒素を含む原料の供
給を停止し、当該シリコン窒化物層の全面に対してエッ
チングを行う工程を具備すること。

【００２０】（７）前記基板はサファイア若しくは炭化
珪素からなる基板であること。

【００２１】（８）前記第１の窒化物系半導体層、前記
シリコン窒化物層、及び前記第２の窒化物系半導体層の
成長は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によ
り行うこと。

【００２２】（９）前記第１の窒化物系半導体層、前記
シリコン窒化物層、及び前記第２の窒化物系半導体層の
成長は、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy，分子線エピ
タキシャル成長）法により行うこと。

【００２３】また、本発明の第４は、基板上に形成さ
れ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とか
らなる第１の窒化物系半導体層と、この第１の窒化物系
半導体層の表面に接しかつ当該第１の窒化物系半導体層
を部分的に覆って形成された平均膜厚が０．８ｎｍ以下
のシリコン窒化物層と、このシリコン窒化物層の表面及
び当該シリコン窒化物層に覆われない前記第１の窒化物
系半導体層の表面に接して形成され、Ｇａ、Ａｌ、Ｉ
ｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とからなる第２の窒化物
系半導体層と、この第２の窒化物系半導体層上に形成さ
れた電極とを具備することを特徴とする窒化物系半導体
素子を提供する。

【００２４】また、本発明の第５は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉ
ｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とからなる第１の窒化物
系半導体層と、この第１の窒化物系半導体層の表面に接
しかつ当該第１の窒化物系半導体層を部分的に覆って形
成された平均膜厚が０．８ｎｍ以下のシリコン窒化物層
と、このシリコン窒化物層の表面及び当該シリコン窒化
物層に覆われない前記第１の窒化物系半導体層の表面に
接して形成され、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一
つと窒素とからなる第２の窒化物系半導体層とを具備す
ることを特徴とする窒化物系半導体基板を提供する。

【００２５】本発明の第４及び第５において、以下の構
成を備えることが望ましい。

【００２６】（１）前記第１の窒化物系半導体層の表面
全面の面積に対する前項シリコン窒化物層の成長面積の
割合が７５％以上であること。

【００２７】（２）前記シリコン窒化物層と前記第２の
窒化物系半導体層とは交互に繰り返して積層されてなる
こと。

【００２８】（３）前記第２の窒化物系半導体層上に形
成され、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素
とからなる発光層を備え、前記電極は前記発光層に対し
て電流を供給する電極であること。

【００２９】（作用）本発明によれば、Ｇａ、Ａｌ、Ｉ
ｎ、Ｂの少なくとも一つを含む原料と窒素を含む原料と
を用いて、基板上にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも
一つと窒素とからなる第１の窒化物系半導体層を成長
し、さらにＳｉを含む原料と前記窒素を含む原料とを用
いて、前記第１の窒化物系半導体層の表面にシリコン窒
化物層を当該第１の窒化物系半導体層の一部が露出する
ように成長するので、当該シリコン窒化物層により前記
第１の窒化物系半導体層中を伝播する欠陥を阻止するこ
とができる。

【００３０】その後、再度、前記Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ
の少なくとも一つを含む原料と前記窒素を含む原料とを
用いて、前記シリコン窒化物層及び露出した前記第１の
窒化物系半導体層の表面にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少な
くとも一つと窒素とからなる第２の窒化物系半導体層を
再度成長することにより、結晶欠陥が少なく品質の優れ
た窒化物系半導体層を得ることが可能となる。

【００３１】ここで、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくと
も一つを含む原料とＳｉを含む原料とを交互に切り換え
て供給し、窒素を含む原料を継続して供給することもで
き、かかる操作により簡単な工程で品質の優れた窒化物
系半導体層を得ることが可能となる。

【００３２】また、前記シリコン窒化物層を形成する工
程と前記第２の窒化物系半導体層を成長する工程とを繰
り返すことにより、先に形成したシリコン窒化物層によ
り窒化物系半導体層中の欠陥の伝播を阻止することがで
きなくても、後に形成するシリコン窒化物層により当該
欠陥の伝播を阻止することができる。

【００３３】本発明の窒化物系半導体素子及び窒化物系
半導体基板によれば、上記した第１の窒化物系半導体
層、シリコン窒化物層、及び第２の窒化物系半導体層の
積層構造を採用することにより、結晶欠陥が少なく品質
の優れた窒化物系半導体層を用いて性能の優れた半導体
素子及び半導体基板を得ることが可能となる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００３５】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施形態に係わる青色半導体レーザ装置の概略構成を説
明するための断面図である。図１に示されるように、サ
ファイア基板１００上には、GaN層１０１（第１の窒化
物系半導体層），SiN層１０２，GaN層１０３（第２の窒
化物系半導体層），n-GaNコンタクト層（Siドープ）１
０４，n-AlGaNクラッド層（Siドープ）１０５，n-GaNガ
イド層１０６，InGaN多重量子井戸層１０７（井戸層と
障壁層はそれぞれIn組成１５％と３％とした。），p-Ga
Nガイド層１０８，p-AlGaNクラッド層（Mgドープ）１０
９，p-GaNコンタクト層１１０が、下からこの順に積層
されている。かかる積層構造はＭＯＣＶＤ法による結晶
成長によって形成される。なお、１１１はｐ側電極、１
１２はｎ側電極、１１３はＳｉＯ₂を用いた絶縁層であ
る。

【００３６】上記したSiN層１０２は、GaN層１０１の表
面に接しかつGaN層１０１を部分的に覆って形成されて
いる。SiN層１０２の膜厚は平均で０．８ｎｍ以下であ
り、ほぼ１原子周期層以下に対応している。SiN層１０
２の膜厚が非常に薄いために、SiN層１０２の存在しな
い部分が無秩序に存在している。GaN層１０１の表面全
面の面積に対するSiN層１０２の成長面積の割合は７５
％以上である。

【００３７】上述したようにSiN層１０２の上にはGaN層
１０３が形成されているが、かかるGaN層１０３はSiN層
１０２の表面及びSiN層１０２に覆われないGaN層１０１
の表面に接して形成されている。

【００３８】次に、上記積層構造を有する半導体レーザ
装置の製造方法について説明する。まず、サファイア基
板１００に対して有機溶剤と酸で前処理を行った後に、
処理済の基板１００をMOCVDの成長室の中に導入した。
この成長室内において基板温度が１３００℃になるまで
基板１００を水素雰囲気中で昇温し、表面の酸化膜を除
去した。次に、基板温度を成長温度である１０３０℃に
下げてこの状態で原料ガス供給を行い、GaN層１０１の
成長を開始した。原料ガスとしてはアンモニア（Ｎ
Ｈ₃）とトリメチルガリウム（TMG）を用い、ガス流量は
それぞれ１０リットル/minと１００ｃｃ/minとし、成長
室内の圧力は１気圧とした。

【００３９】GaN層１０１を１００ｎｍ成長したところ
でＧａの原料ガスTMGの供給を停止し、窒素の原料ガス
ＮＨ₃のガス流量、基板温度、及び成長室内の圧力をそ
のままにして、シランガスＳｉＨ₄をガス流量１０ｃｃ/
minで供給して５分間保持した。これによりSiN層１０２
がGaN層１０１表面を９０％覆う状態になった。SiN層１
０２の厚みは平均で０．８ｎｍ以下であり、ほぼ１原子
周期層以下に対応していた。

【００４０】この後、シランガスの供給を停止し、窒素
の原料ガスＮＨ₃のガス流量、基板温度、及び成長室内
の圧力をそのままにして、Gaの原料ガスTMGを１００ｃ
ｃ/min供給し再びGaN層１０３を成長した。この成長はS
iN層１０２で覆われていないGaN層１０１上で始まり、S
iN層１０２の存在しない領域を埋めるように成長が進
む。その後SiN層１０２上でも成長が進み、この成長工
程により、膜厚（SiN層１０２上面からの膜厚）１００
ｎｍのGaN層１０３がSiN層１０２の表面及びSiN層１０
２に覆われていないGaN層１０１の表面に成長した。

【００４１】その後は、通常のMOCVD成長法を用いてそ
れぞれ原料ガスの切り替えを行い積層構造を形成した。
即ち、Ｇａの原料ガスとしてTMGを、Ａｌの原料ガスと
してトリメチルアルミニウム（TMA）を、Ｉｎの原料ガ
スとしてトリメチルインジウム（TMI）を、窒素の原料
ガスとしてＮＨ₃を、Ｓｉの原料ガスとしてシラン（Ｓ
ｉＨ₄）を、Ｍｇの原料ガスとしてシクロペンタジマグ
ネシウム（Cp2Mg）を用い、n-GaNコンタクト層（Siドー
プ）１０４，n-AlGaNクラッド層（Siドープ）１０５，n
-GaNガイド層１０６，InGaN多重量子井戸層１０７（井
戸層と障壁層はそれぞれIn組成１５％と３％とし
た。），p-GaNガイド層１０８，p-AlGaNクラッド層（Mg
ドープ）１０９，p-GaNコンタクト層１１０を形成し
た。

【００４２】次に、ｐ−GaNコンタクト層１１０を成長
した後に基板を成長室から取り出した。p-GaNコンタク
ト層１１０，p-AlGaNクラッド層（Mgドープ）１０９，p
-GaNガイド層１０８，多重量子井戸層１０７，n-GaNガ
イド層１０６，n-AlGaNクラッド層（Siドープ）１０５
をそれぞれ順にエッチングによりパターニングして、n-
GaNコンタクト層１０４の表面を露出し、これによりｎ
側電極１１２を形成するためのメサ構造と電流狭窄を行
うためのリッジ構造を形成した。

【００４３】次に、ＳｉＯ₂を用いた絶縁層１１３を全
面に形成し、p-GaNコンタクト層１１０上、及び露出し
たn-GaNコンタクト層１０４上の絶縁膜１１３の部分を
選択的にエッチング除去することにより、コンタクト孔
を形成した。このコンタクト孔内に金属層を埋め込むこ
とにより、p-GaNコンタクト層１１０の表面及びn-GaNコ
ンタクト層１０４の表面にそれぞれコンタクトするｐ側
電極１１１，ｎ側電極１１２を形成した。さらに基板
（ウエハー）をカットして各素子に分離しパッケージン
グを行った。

【００４４】この素子を動作させたところ、しきい値３
５ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４００ｎｍ，動
作電圧は３．１Ｖであった。遠視野像は単一モードで発
振していることを示す単峰なものであった。信頼性につ
いては、温度を７０℃にしての加速試験において１０万
時間相当の信頼性試験を行っても劣化は見られなかっ
た。

【００４５】図４は、素子を作成する前（n-GaNコンタ
クト層（Siドープ）１０４を形成する前）のGaN層１０
１，SiN層１０２，GaN層１０３の積層構造をＳＩＭＳ
（Secondary Ion Mass Spectroscopy，二次イオン質量
分析法）により分析した場合の分析結果を示す特性図で
ある。実線はＳｉのシグナル、点線はＧａのシグナルを
示す。図４に示すように、Ｓｉのシグナルが部分的にＧ
ａのシグナルと同じ程度検出された。また、素子を透過
電子顕微鏡で観察したところ、n-GaNコンタクト層（Si
ドープ）１０４の下にSiN層が部分的に存在しない部分
があることが確認できた。

【００４６】また、SiN層１０２の成長直後に基板を成
長室から取り出して、STM（ScanningTunneling Microsc
ope，走査型トンネル顕微鏡）モードで基板表面を観察
した。図５は、その基板表面を観察した場合の模式図で
ある。この模式図は、トンネル電流値の分布に対応して
おり、図５に示すように基板表面にはSiN層１０２で覆
われた部分１１とSiN層１０２の存在しない部分１２と
が存在する。SiN層１０２の存在しない部分１２におい
ては下のGaN層１０１が露出している。

【００４７】図６（ａ）は、GaN層１０１，SiN層１０
２，GaN層１０３からなる積層構造の断面の状況を観察
した断面図である。この図において、１，２，３はそれ
ぞれGaN層１０１，SiN層１０２，GaN層１０３に相当し
ている。図６（ａ）に示すように、SiN層２より下のGaN
層１に存在する転位欠陥１ａはSiN層２に到達したとこ
ろでその殆どが止まり、SiN層２より上のGaN層３には伝
播していない。このため、通常サファイア基板上のGaN
層中には転位欠陥が１０⁹／ｃｍ²程度あるのに対して、
本実施形態による成長方法を用いた場合は、ＧａＮ層３
中には転位欠陥が１０⁵／ｃｍ²程度となる。したがっ
て、かかるＧａＮ層３或いはその上の半導体層に半導体
素子を作製した場合、素子の寿命を従来のものよりも格
段に長くすることが可能であった。この要因は本実施形
態による成長方法により転位欠陥が減っていることにあ
ることがわかった。

【００４８】図６（ｂ）は、GaN層１，SiN層２，GaN層
３からなる積層構造の上にさらにSiN層４，GaN層５を積
層した構造の断面図である。かかる構造は、前述したGa
N層１０１，SiN層１０２，GaN層１０３の成長方法をそ
のまま用いることにより形成することができる。図６
（ａ）に示すようにSiN層２が存在しない部分では転位
欠陥１ｂはSiN層２によっても止められることなくその
上のGaN層３中に伝播しているが、図６（ｂ）に示す積
層構造によれば転位欠陥１ｂはSiN層４により止めるこ
とができ、SiN層４より上のGaN層５中に伝播させないよ
うにすることが可能である。したがって、ＧａＮ層５中
の転位欠陥をより低減させることができ、例えば１０⁴
／ｃｍ²程度とすることも可能である。この場合の素子
寿命は測定の範囲では判定できない程度に長かった。な
お、このようにGaN層とSiN層とを交互に繰り返して成長
する場合、その繰返し回数は図６に示した回数よりも多
くすることができ、繰返し回数の増加とともに転位欠陥
の数を減少させることが可能である。

【００４９】上記した本実施形態の欠陥低減方法におい
て欠陥を減らすのに最適なシラン供給時間（照射時間）
を求めた。ここで、作製した半導体レーザの結晶の活性
層付近を平面TEM（Transmission Electron Microscop
e，透過型電子顕微鏡）により観察した。平面TEMでは、
観察像の消失条件により転位を特定でき、その数を数え
ることにより転位欠陥の密度を測定することができる。

【００５０】図７はシラン供給時間（照射時間）と欠陥
の密度との関係を示す特性図である。図７に示すように
シラン照射時間が６分の場合にGaN層中の欠陥密度が最
小となることがわかった。シラン照射時間が短いと、転
位欠陥を伝播させないために十分なSiNの被覆率を得る
ことができず、また逆にシラン照射時間が長いと、SiN
の被覆率が大きくなりすぎて下地のGaN層１０１の全面
がSiN層１０２で覆われてしまうことになり、SiN層１０
２上に成長するGaN層１０３に欠陥が入りやすくなるた
めであると考えられる。

【００５１】なお、GaN等の窒化物系半導体の成長をMOC
VD装置で行う際には、基板温度が高いために基板上でガ
スの流れが乱れ、反応管や成長室の形状や基板を流れに
対して置く角度等の条件によってもSiNの被覆率が異な
り、かかる条件についても適宜最適化することが望まし
い。

【００５２】さらに、上記した本実施形態の欠陥低減方
法において欠陥を減らすのに最適なＳｉＮの被覆率を求
めた。即ち、シラン（供給）照射後直ちに基板温度を下
げ成長室より基板を取り出し、これを第１の試料として
AFM（Atomic Force Microscope，原子間力顕微鏡）を用
いて試料の観察を行った。また、STMモードで試料表面
を観察した。図５の説明で述べたようにトンネル電流値
の分布に対応して第１の試料の表面にはSiN層で覆われ
た部分１１とSiN層の存在しない部分１２が現れるが、
この部分１２の面積はトンネル電流の大きさにより決定
される。本実施形態においては、GaNのトンネル電流の
大きさがSiNのそれよりも１桁以上大きいので、トンネ
ル電流の変化を調べることにより部分１２の面積を決定
することができる。当該部分１２の面積を下地のGaN層
の全面積で割ることによりSiNの被覆率が計算される
（後述する実施形態でも同じ。）。

【００５３】一方、第１の試料と同じ条件でシラン照射
を行った後、通常の結晶成長を行ってSiN層上にGaN層を
成長し、さらにGaN系化合物半導体層を積層して半導体
レーザを作製し、これを第２の試料とした。この試料の
結晶の活性層付近を平面TEMにより観察して転位の密度
を測定した。第１及び第２の試料の関係から、ＳｉＮ被
覆率と欠陥の密度との関係を調べることができる。

【００５４】図８はかかるＳｉＮ被覆率と欠陥の密度と
の関係を示す特性図である。図８に示すように、約０．
７５、即ち約７５％以上のＳｉＮ被覆率の場合にGaN層
中の欠陥密度が著しく低減することがわかった。特に約
０．８、即ち約８０％以上の場合にさらにその効果が大
きかった。上述したようにSiNの被覆率が低いと、転位
欠陥の伝播を阻止する効果を十分に発揮させることがで
きず、また逆にSiNの被覆率が高くほぼ１００％となる
と、下地のGaN層１０１の全面が実質的にSiN層１０２で
覆われてしまうことになり、SiN層１０２上に成長するG
aN層１０３に欠陥が入りやすくなるためであると考えら
れる。SiNの被覆率は９５％以下であることが好まし
い。

【００５５】また、本実施形態の欠陥低減方法において
欠陥を減らすのに最適なSiN層１０２の厚みを求めた。S
iN層１０２の厚みは平均膜厚として求められ、TEM（Tra
nsmission Electron Microscope，透過型電子顕微鏡）
による写真の観察結果より平均膜厚が求められた。

【００５６】平均膜厚が０．８ｎｍ以下（ほぼ１原子周
期層以下に対応。）のSiN層１０２を成長した場合に、G
aN層中の欠陥密度が１０⁵ｃｍ^-2以下となり著しく低減
することがわかった。その理由は、SiN層１０２の平均
膜厚が０．８ｎｍよりも厚いと、下地のGaN層１０１の
全面が実質的にSiN層１０２で覆われてしまうことにな
り、SiN層１０２上に成長するGaN層１０３に欠陥が入り
やすくなる（欠陥密度１０⁷ｃｍ^-2以上。）ためである
と考えられる。また逆に、SiN層１０２の平均膜厚は
０．３ｎｍ以上であることがより好ましい。SiN層１０
２の平均膜厚が０．３ｎｍよりも薄いと、つまりSiNの
被覆率が少ない場合には、転位欠陥の伝播を阻止する効
果を十分に発揮させることが難しくなる（欠陥密度１０
⁸ｃｍ^-2以上。）ためであると考えられる。

【００５７】（第２の実施形態）図２は本発明の第２の
実施形態に係わる面発光青色半導体レーザ装置の概略構
成を説明するための断面図である。図２に示されるよう
に、ｎ−SiC基板２００上には順次、ｎ−GaN層（Siドー
プ）２０１，SiN層２０２，ｎ−GaN層（Siドープ）２０
３，n-AlGaNクラッド層（Siドープ）２０４，n-GaNガイ
ド層２０５，InGaN多重量子井戸層２０６（井戸層と障
壁層はそれぞれIn組成１５％と３％とした。），p-GaN
ガイド層２０７，ｎ−ＧａＮ電流狭窄層２０８，p-AlGa
Nクラッド層（Mgドープ）２０９，p-GaNコンタクト層２
１０が積層されている。p-GaNコンタクト層２１０上に
はｐ側電極２１２が形成され、ｐ側電極２１２と反対側
のｎ−SiC基板２００の表面にはｎ側電極２１１が形成
されている。

【００５８】次に、上記積層構造を有する半導体レーザ
装置の製造方法について説明する。まず、ｎ−SiC基板
２００の前処理を有機溶剤と酸で行い、基板２００を成
長室に搬入した。搬入後に基板２００を基板温度８００
℃で加熱して水素プラズマを照射した。これにより基板
表面の汚染物質は除去される。

【００５９】次に、基板温度７００℃で窒素プラズマを
照射し基板２００の表面を窒化した。次に上記積層構造
を形成した。この積層構造の形成には、ＭＢＥ（Molecu
larBeam Epitaxy，分子線エピタキシャル成長）法を用
いた。

【００６０】窒素ガスをRF（高周波）によりラジカルと
したものを窒素ソースとして用いた。また、Ｇａソース
はＧａ単体、ＳｉソースはＳｉ単体を用いた。まず、窒
素ソース，Ｇａソース，Ｓｉソースのシャッターを開け
て、n-GaN層（Siドープ）２０１の成長を行った。窒素
の分圧は５×１０^-3Ｐａ、Ｇａの蒸気圧は５×１０^-5Ｐ
ａ、Ｓｉの蒸気圧は２×１０^-7Ｐａであった。n-GaN層
２０１が２００ｎｍ程度成長したところでＧａソースの
シャッターを閉じ、窒素ソース，Ｓｉソースのシャッタ
ーを開いたままにした。これによりSiN層２０２がn-GaN
層２０１表面を９０％覆う状態になった。SiN層２０２
の膜厚は平均で０．８ｎｍ以下であり、ほぼ１原子周期
層以下に対応していた。SiN層２０２を形成するための
時間は、Ｓｉの蒸気圧によるが、Ｓｉの蒸気圧が５×１
０^-4Ｐａの場合には５秒間で平均膜厚０．８ｎｍ以下
(ほぼ１原子周期層以下)、被覆率９０％程度のSiN層を
成長できる。

【００６１】この後、再度、Ｇａソースのシャッターを
開いてn-GaN層２０３の成長を行った。蒸気圧は上記し
た条件と同じにした。この成長はSiN層２０２で覆われ
ていないn-GaN層２０１上で始まり、SiN層２０２の存在
しない領域を埋めるように成長が進む。その後SiN層２
０２上でも成長が進み、この成長工程により、膜厚（Si
N層２０２上面からの膜厚）１００ｎｍのn-GaN層２０３
がSiN層２０２の表面及びSiN層２０２に覆われていない
n-GaN層２０１の表面に成長した。

【００６２】その後は、第１の実施形態と同様に通常の
MOCVD成長法を用いてそれぞれ原料ガスの切り替えを行
い積層構造を形成した。即ち、Ｇａの原料ガスとしてTM
Gを、Ａｌの原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（T
MA）を、Ｉｎの原料ガスとしてトリメチルインジウム
（TMI）を、窒素の原料ガスとしてＮＨ₃を、Ｓｉの原料
ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄）を、Ｍｇの原料ガスとし
てシクロペンタジマグネシウム（Cp2Mg）を用い、n-AlG
aNクラッド層（Siドープ）２０４，n-GaNガイド層２０
５，InGaN多重量子井戸層２０６（井戸層と障壁層はそ
れぞれIn組成１５％と３％とした。），InGaN多重量子
井戸層１０７（井戸層と障壁層はそれぞれIn組成１５％
と３％とした。），p-GaNガイド層２０７，ｎ−ＧａＮ
電流狭窄層２０８となるｎ−ＧａＮ層２０８を形成し
た。

【００６３】ｎ−ＧａＮ層２０８まで成長した後に、成
長炉より基板を取り出し、電流を流す部分以外にマスク
を形成し、ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層２０８
を一部除去した。エッチングガスとしてはＨＣｌを用い
た。次に、再び成長炉に基板を導入し、p-AlGaNクラッ
ド層（Mgドープ）２０９，p-GaNコンタクト層２１０を
成長した。この成長工程の後に、基板を成長炉より取り
出してｎ側電極２１１，ｐ側電極２１２を形成した。

【００６４】ＳｉＮの被覆率とその上に成長される結晶
中の欠陥密度との関係は図８に示された結果とほぼ同様
であった。このように欠陥を低減できるＳｉＮの被覆率
には最適な範囲がある。また、かかる本実施形態の積層
構造をへき開により素子分離し半導体レーザ素子を作製
して動作させたところ、閾値電流５０ｍＡ，動作電圧
３．２Ｖ，３０ｍＷ動作時の電流７０ｍＡであった。ま
た、３０ｍＷ動作時、温度７０℃で１万時間の信頼性が
得られた。

【００６５】また、本実施形態の素子は、ｎ−SiC基板
２００が導電性であるためにｎ−SiC基板２００中を電
流が流れる構成とすることができ、ｎ−SiC基板２００
の表面にｎ側電極２１１が形成されている。本実施形態
ににおいては、形成したSiN層２０２の膜厚が薄いた
め、ＳｉＮが絶縁体であるにもかかわらず、SiN層２０
２中を電子がトンネリングすることによりｎ側電極とｐ
側電極間の通電が可能となる。従来用いられているラテ
ラル成長ではＳｉＮやＳｉＯ₂を厚く形成するので、ト
ンネリングは起こらず電極間の通電が阻害されてしま
う。

【００６６】このように本実施形態によれば、転位欠陥
を低減した半導体層を形成することができ、さらに半導
体レーザ素子の上下電極間の通電が可能であり、動作電
圧を低減できる。また、素子マウントの工程がこれまで
の赤色レーザと同様であり、赤色レーザの場合の製造装
置をそのまま使用することができ、製造コストを下げる
ことができる。

【００６７】（第３の実施形態）本実施形態では本発明
による窒化物系半導体基板の製造方法の一例について説
明する。図９は当該製造方法の一例を示す工程断面図で
ある。

【００６８】まず、図９（ａ）に示されるように、サフ
ァイア基板２５０に対して有機溶剤と酸で前処理を行っ
た後に、処理済の基板２５０をMOCVDの成長室の中に導
入した。この成長室内において基板温度が１３００℃に
なるまで基板２５０を水素雰囲気中で昇温し、表面の酸
化膜を除去した。次に、基板温度を成長温度である１０
３０℃に下げてこの状態で原料ガス供給を行い、GaN層
２５１の成長を開始した。原料ガスとしてはＮＨ３とＴ
ＭＧを用い、ガス流量はそれぞれ10l/min.、100cc/min.
成長室内の圧力は１気圧とした。

【００６９】次に、図９（ｂ）に示されるように、GaN
層２５１を１００ｎｍ成長したところでＧａの原料ガス
TMGの供給を停止し、窒素の原料ガスＮＨ₃のガス流量、
基板温度、及び成長室内の圧力をそのままにして、シラ
ンガスＳｉＨ₄を１０ｃｃ／minのガス流量だけ流し５分
間保持した。これによりSiN層２５２ａがGaN層２５１表
面を９０％覆う状態になった。SiN層２５２ａの膜厚は
平均で０．８ｎｍ以下であり、ほぼ１原子周期層以下に
対応していた。

【００７０】この後、シランガスの供給を停止し、窒素
の原料ガスＮＨ３のガス流量、基板温度、及び成長室内
の圧力をそのままにして、Gaの原料ガスＴＭＧを１００
０ｃｃ／minのガス流量だけ供給し再びGaN層２５３を成
長した。GaN層２５３の成長がはSiN層２５２ａで覆われ
ていないGaN層２５１上で始まり、SiN層２５２ａの存在
しない領域を埋めるように成長が進む。その後SiN層２
５２ａ上でも成長が進み、この成長工程により、膜厚
（SiN層２５２ａ上面からの膜厚）１００ｎｍのGaN層２
５３がSiN層２５２ａの表面及びSiN層２５２ａに覆われ
ていないGaN層２５１の表面に成長した。

【００７１】次に、再度Ｇａの原料ガスＴＭＧの供給を
停止し、窒素の原料ガスのガス流量、基板温度、及び成
長室内の圧力をそのままにして、シランガスを１０ｃｃ
／minのガス流量だけ流し５分間保持した。これによりS
iN層２５２ｂがGaN層２５１表面を９０％覆う状態にな
った。SiN層２５２ｂの膜厚は平均で０．８ｎｍ以下で
あり、ほぼ１原子周期層以下に対応していた。

【００７２】その後、図９（ｃ）に示されるように、再
度シランガスの供給を停止し、窒素の原料ガスＮＨ₃の
ガス流量、基板温度、及び成長室内の圧力をそのままに
して、Gaの原料ガスＴＭＧを１００ｃｃ／minのガス流
量だけ供給した。これにより、SiN層２５２ｂの表面及
びSiN層２５２ｂに覆われていないGaN層２５３の表面
に、膜厚１００ｎｍのGaN層２５４が厚く成長した。な
お、GaN層の成長工程とSiN層の成長工程とをさらに多く
繰り返しても良い。

【００７３】次に、図９（ｄ）に示されるように、上記
した成長工程の終わった試料に対してレーザ２５５を照
射すること（レーザ照射法）により、サファイア基板２
５０からGaN層２５４を剥離してGaN層２５４を含む窒化
物系半導体基板を作製した。即ち、このレーザ照射法に
おいては、サファイア基板２５０側から当該基板２５０
を通してGaN層２５１にレーザを照射することにより、
サファイア表面のGaN層２５１を蒸発させてこの蒸発部
分２５１´において剥離を行った。この際のレーザ波長
はGaNに対して吸収がある360nm以下が望ましい。

【００７４】本実施形態により、従来の基板作製方法に
比べ容易に転位欠陥の少ない窒化物系半導体基板を得る
ことができる。従来の方法によれば、GaN,GaAlN等の窒
化物系半導体基板で転位が少ないものを作製するために
は、窒化物系半導体基板を作製するためのエピタキシャ
ル用基板、例えばサファイア基板にGaN層を成長しこのG
aN層を溝状にパターンニングしGaN層の再成長を行うと
いう工程が必要であった。本実施形態においては、GaN
層のエピタキシャル成長中に適切なシラン照射（供給）
を行ってSiN層を成長するだけで容易に高品質な窒化物
系半導体基板を得ることが可能である。

【００７５】（第４の実施形態）図３は本発明の第４の
実施形態に係わる青色半導体レーザ装置の概略構成を説
明するための断面図である。この半導体レーザ装置の製
造には、本発明を用いて作製したGaN基板を用いてい
る。

【００７６】まず、GaN基板の作製方法について述べ
る。本実施形態では第３の実施形態で述べた手法を採用
しており、GaNの成長方法としてハイドライドVPE（Vapo
r Phase Epitaxy）を用い、SiNの成長方法としてＳｉ層
の成長とその窒化を用いた。まず、GaNを成長するサフ
ァイア基板に対して有機溶剤洗浄、酸洗浄を行い、洗浄
後このサファイア基板を成長炉中に導入した。その後、
成長炉中を水素雰囲気にして炉内温度を１１００℃にし
た。これにより大気中での汚染物質を当該サファイア基
板から完全に除去した。

【００７７】次に、サファイア基板上のエピタキシャル
成長を利用してｎ型ＧａＮ基板を作製した。ＧａＮ基板
温度を８００℃にしてGaを通したHClとアンモニアを流
した。HClとアンモニアのガス流量はそれぞれ３００ｃ
ｃ／min、２リットル／minであった。また、ドーパント
導入用のガスとしてシランをガス流量１００ｃｃ／min
で流した。これによりGaNの成長が始まる。成長開始か
ら５分後、ＨＣｌ，シランの供給を止めてアンモニアの
みを３分間流した。この間にGaN層の表面が平坦化され
た。GaN層の膜厚は５００ｎｍであった。

【００７８】この後、シランのみを１分間流しＧａＮ層
表面に薄いＳｉ層を作製した。この時間は基板温度，ア
ンモニアのガス流量、シランの希釈濃度によるので成長
炉により最適化が必要である。例えば、基板温度を９０
０℃、シランの希釈濃度を１％、成長炉内の圧力を大気
圧とした。この後、アンモニアを例えば１５リットル/m
inのガス流量だけ流してＳｉ層を窒化した。基板温度は
８００℃、成長炉内の圧力は大気圧とした。この際にア
ンモニアの分解により雰囲気に水素が存在するので、Ｓ
ｉ層の一部がエッチング除去されてGaN層の一部分の上
がSiNで覆われない状態となった。SiN層の膜厚は平均で
０．８ｎｍ以下であり、ほぼ１原子周期層以下に対応し
ていた。

【００７９】次に、再度ＧａＮ基板温度を８００℃にし
てGaを通したHCl，シランとアンモニアを流した。これ
によりGaNの成長が再度始まる。この成長はＳｉＮで覆
われていないＧａＮ層上で始まり、ＳｉＮの存在しない
領域を埋めるように成長が進む。その後SiN層上でも成
長が進み、膜厚（SiN層上面からの膜厚）８００ｎｍのG
aN層がSiN層の表面及びSiN層に覆われていないGaN層の
表面に成長した。成長開始から５分後、ＨＣｌの供給を
止めてアンモニアのみを３分間流した。この間にGaN層
の表面が平坦化された。

【００８０】この際にサファイア基板とSiN層間のGaN層
にある転位欠陥はSiN層上に伝播することができないの
で欠陥の数が減る。ただし、ＭＯＣＶＤのときに比べる
と横方向成長が遅いのでＳｉＮ上で再び欠陥が生じるが
その数は少ない。このため、前述のＳｉＮの成長工程を
GaN層成長中に複数回挟むことにより欠陥を著しく減ら
すことができる。３２０はGaN層とSiN層とを交互に繰り
返して積層した構造を示す。最上層（図３では最下層に
相当。）はGaN層となっている。ＳｉＮの成長回数と転
位欠陥数との関係を調べるために実験を行ったところ、
ＳｉＮの成長を１０回行うとほぼ完全に欠陥を無くすこ
とができた。

【００８１】この上にGaN層３１０を３００μｍほど成
長する。GaN層３１０にはｎ型不純物としてＳｉ等をド
ーピングしておくと良い。以上述べた工程を経た基板を
取り出し、当該基板ごとＳｉＮのエッチャント、例えば
弗酸等に浸す。SiN層を繰り返し成長した部分は溶解しG
aN層３１０からなるGaN基板（以下、GaN基板３１０と呼
ぶ。）のみが分離できた。

【００８２】このGaN基板３１０を用いて図３に示す青
色半導体レーザ素子を作製した。GaN基板３１０と反対
側の表面には、ｎ型GaN層３２０，ｎ型光ガイドInGaN層
３３０，InGaN多重量子井戸活性層３４０（井戸層と障
壁層はそれぞれIn組成１５％と３％とした。），ｐ型Al
GaNオーバーフローキャップ層３５０，ｐ型光ガイドInG
aN層３６０，ｐ型GaNコンタクト層３７０をこの順番にM
OCVDにより成長した。

【００８３】この成長の後、試料を成長炉より取り出
し、ｐ側コンタクト層３７０上にＳｉＯ₂／ＺｒＯ多層
誘電体反射膜３８０をスパッタリングにより形成した。
この素子の共振器として３０μｍの円筒状になるように
反射膜３８０をエッチング加工によりパターニングし
た。その周りにｐ側電極３１２を形成した。

【００８４】次に、GaN基板３１０を積層構造３２０と
反対側から研磨して当該基板３１０を１００μｍの厚さ
にした。積層構造３２０と反対側の基板３１０の表面
に、ｐ側の反射膜３８０と同心円状になるように開口部
のあるマスクパターン（図示せず）を設けた。このマス
クパターンを用いてドライエッチングにより基板３１０
のパターニングを行った。ここではｎ型GaN層に達する
までエッチングを行った。エッチング深さのモニターは
ドライエッチング装置内に設置した光学モニターで行っ
た。パターニングに用いたマスクマスクパターンをその
ままにして基板３１０の開口部にｐ側と同じＳｉＯ₂／
ＺｒＯ多層誘電体反射膜３９０を形成した。このマスク
を除去しその除去部分に基板３１０とコンタクトするｎ
側電極３１１を形成して素子が完成した。

【００８５】この素子を動作させたところ、電流５ｍＡ
で発振し７ｍＡでは１０ｍＷの出力が得られた。高効率
の発光の理由は、この基板が良質の欠陥の少ないもので
あるためにその上に作製した素子にも欠陥が少ないため
であると考えられる。また、この素子の寿命は、３０ｍ
Ｗ出力時に１万時間は十分持ちこたえる加速試験結果が
得られている。この理由は次の通りと思われる。高出力
動作時には素子の温度も上昇しており、通常の基板を用
いたものでは転位欠陥が運動し素子の劣化が加速される
が、この素子では転位欠陥が少ないために欠陥の増殖が
起こらないと思われる。かかる基板作製方法では基板の
コストを安くすることができ、ひいては素子のコストも
低下させることができた。

【００８６】なお、本発明は上記した実施形態に限定さ
れない。例えば、シリコン窒化物層を成長する工程の
後、Ｓｉを含む原料ガスと窒素を含む原料ガスの供給を
停止し、当該シリコン窒化物層の全面に対してエッチン
グを行うことも可能である。ここで、エッチングの方法
としては熱的或いは化学的に、又はその両方でエッチン
グすることができ、例えば弗酸を用いることが可能であ
る。

【００８７】また、上記実施形態では主としてレーザ素
子について説明したが、本発明はこれに限定されること
はなく、その他の発光素子、さらにはHBT（Heterojunct
ionBipolar Transistor），HEMT（High Electron Mobil
ity Transistor），FET（Field Effect Transistor）な
どの半導体素子に対しても適用することが可能である。

【００８８】その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することが可能である。

【００８９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、転
位欠陥の少ない良質な窒化物半導体結晶を成長でき、信
頼性の高い良好な半導体基板や半導体素子を作成するこ
とが可能である。また、作製工程を少なくすることもで
き作製コストを安価にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係わる青色半導体
レーザ装置の概略構成を示す断面図。

【図２】 本発明の第２の実施形態に係わる面発光青色
半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図。

【図３】 本発明の第４の実施形態に係わる半導体レー
ザ装置の概略構成を示す断面図。

【図４】 GaN層，SiN層，GaN層の積層構造をＳＩＭＳ
により分析した場合の分析結果を示す特性図。

【図５】 SiN層表面をＳＴＭで観察した場合の模式
図。

【図６】 GaN層とSiN層からなる積層構造の断面を示す
断面図。

【図７】 シランの（供給時間）照射時間とＧａＮ層の
欠陥密度との関係を示す特性図。

【図８】 ＳｉＮ被覆率とＧａＮ層の欠陥密度との関係
を示す特性図。

【図９】 本発明の第３の実施形態に係わる窒化物系半
導体基板の製造方法を示す工程断面図。

【符号の説明】

１００…サファイア基板 １０１…GaN層 １０２…SiN層 １０３…GaN層 １０４…n-GaNコンタクト層（Siドープ） １０５…n-AlGaNクラッド層（Siドープ） １０６…n-GaNガイド層 １０７…InGaN多重量子井戸層 １０８…p-GaNガイド層 １０９…p-AlGaNクラッド層（Mgドープ） １１０…p-GaNコンタクト層 １１１…ｎ側電極 １１２…ｐ側電極 １１３…絶縁膜 ２００…SiC基板 ２０１…ｎ−GaN層（Siドープ） ２０２…SiN層 ２０３…ｎ−GaN層（Siドープ） ２０４…n-AlGaNクラッド層（Siドープ） ２０５…n-GaNガイド層 ２０６…InGaN多重量子井戸層 ２０７…p-GaNガイド層 ２０８…ｎ−ＧａＮ電流狭窄層 ２０９…p-AlGaNクラッド層（Mgドープ） ２１０…p-GaNコンタクト層 ２１１…ｎ側電極 ２１２…ｐ側電極 ２５０…サファイア基板 ２５１…GaN層 ２５２ａ…SiN層 ２５３…GaN層 ２５２ｂ…SiN層 ２５４…GaN層 ２５５…レーザ ３１０…GaN基板 ３２０…ｎ型GaN層 ３３０…ｎ型光ガイドInGaN層 ３４０…InGaN多重量子井戸活性層 ３５０…ｐ型AlGaNオーバーフローキャップ層 ３６０…ｐ型光ガイドInGaN層 ３７０…ｐ型ＧａＮ層 ３８０…ＳｉＯ₂／ＺｒＯ多層誘電体反射膜 ３９０…ＳｉＯ₂／ＺｒＯ多層誘電体反射膜 ３１１…ｎ側電極 ３１２…ｐ側電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 譲司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 BE13 BE15 DA05 DB01 ED06 EF01 5F045 AA04 AA05 AB09 AB14 AB15 AB33 AC01 AC08 AC12 AD11 AD12 AD13 AF04 AF08 AF09 BB12 DA53 DA54 DA55 DA63 DA64 DB01 DC53 5F073 AA74 BA06 CA07 CB05 CB07 DA05 DA22 DA24 EA07 EA23 EA24 EA28

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つ
   を含む原料と窒素を含む原料とを用いて、基板上にＧ
   ａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とからなる
   第１の窒化物系半導体層を成長する工程と、Ｓｉを含む
   原料と前記窒素を含む原料とを用いて、前記第１の窒化
   物系半導体層の表面にシリコン窒化物層を当該第１の窒
   化物系半導体層の一部が露出するように成長する工程
   と、再度、前記Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つ
   を含む原料と前記窒素を含む原料とを用いて、前記シリ
   コン窒化物層及び露出した前記第１の窒化物系半導体層
   の表面にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素
   とからなる第２の窒化物系半導体層を成長する工程と、
   この第２の窒化物系半導体層上に半導体素子を形成する
   工程とを具備することを特徴とする窒化物系半導体素子
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第２の窒化物系半導体層上にＧａ、
   Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とからなる第３
   の窒化物系半導体層を形成する工程と、この第３の窒化
   物系半導体層に半導体素子を形成する工程とを具備する
   ことを特徴とする請求項１記載の窒化物系半導体素子の
   製造方法。
3. 【請求項３】 Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つ
   を含む原料と窒素を含む原料とを用いて、基板上にＧ
   ａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とからなる
   第１の窒化物系半導体層を成長する工程と、Ｓｉを含む
   原料と前記窒素を含む原料とを用いて、前記第１の窒化
   物系半導体層の表面にシリコン窒化物層を当該第１の窒
   化物系半導体層の一部が露出するように成長する工程
   と、再度、前記Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つ
   を含む原料と前記窒素を含む原料とを用いて、前記シリ
   コン窒化物層及び露出した前記第１の窒化物系半導体層
   の表面にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素
   とからなる第２の窒化物系半導体層を成長する工程と、
   前記基板を除去して、前記第２の窒化物系半導体層を含
   み、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とか
   ら構成される窒化物系半導体基板を形成する工程と、当
   該窒化物系半導体基板に半導体素子を形成する工程とを
   具備することを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記第２の窒化物系半導体層上に半導体
   素子を形成する工程は、前記第２の窒化物系半導体層上
   にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とから
   なる発光層を形成する工程と、この発光層に対して電流
   を供給する電極を形成する工程とを含み、前記半導体素
   子として半導体発光素子を形成することを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載の窒化物系半導体素子の
   製造方法。
5. 【請求項５】 前記第１の窒化物系半導体層の表面全面
   の面積に対する前項シリコン窒化物層の成長面積の割合
   が７５％以上であることを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれかに記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記シリコン窒化物層として、平均膜厚
   が０．８ｎｍ以下のシリコン窒化物層を成長することを
   特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の窒化物系
   半導体素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記シリコン窒化物層を形成する工程と
   前記第２の窒化物系半導体層を成長する工程とを繰り返
   すことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の
   窒化物系半導体素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記シリコン窒化物層を成長する工程の
   後、前記Ｓｉを含む原料と前記窒素を含む原料の供給を
   停止し、当該シリコン窒化物層の全面に対してエッチン
   グを行う工程を具備することを特徴とする請求項１乃至
   ７のいずれかに記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記基板はサファイア若しくは炭化珪素
   からなる基板であることを特徴とする請求項１乃至８の
   いずれかに記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一
    つを含む原料と窒素を含む原料とを用いて、基板上にＧ
    ａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とからなる
    第１の窒化物系半導体層を成長する工程と、Ｓｉを含む
    原料と前記窒素を含む原料とを用いて、前記第１の窒化
    物系半導体層の表面にシリコン窒化物層を当該第１の窒
    化物系半導体層の一部が露出するように成長する工程
    と、再度、前記Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つ
    を含む原料と前記窒素を含む原料とを用いて、前記シリ
    コン窒化物層及び露出した前記第１の窒化物系半導体層
    の表面にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素
    とからなる第２の窒化物系半導体層を成長する工程と、
    前記基板を除去して、前記第２の窒化物系半導体層を含
    み、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とか
    ら構成される窒化物系半導体基板を形成する工程とを具
    備することを特徴とする窒化物系半導体基板の製造方
    法。
11. 【請求項１１】 前記基板を除去して、前記窒化物系半
    導体基板を形成する工程において、前記基板を前記第１
    の窒化物系半導体層から剥離して、前記第１の窒化物系
    半導体層、前記シリコン窒化物層、及び前記第２の窒化
    物系半導体層を含み、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくと
    も一つと窒素とから構成される窒化物系半導体基板を形
    成することを特徴とする請求項１０記載の窒化物系半導
    体基板の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記第１の窒化物系半導体層の表面全
    面の面積に対する前項シリコン窒化物層の成長面積の割
    合が７５％以上であることを特徴とする請求項１０又は
    １１記載の窒化物系半導体基板の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記シリコン窒化物層として、平均膜
    厚が０．８ｎｍ以下のシリコン窒化物層を成長すること
    を特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の窒
    化物系半導体基板の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記シリコン窒化物層を形成する工程
    と前記第２の窒化物系半導体層を成長する工程とを繰り
    返すことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに
    記載の窒化物系半導体基板の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記シリコン窒化物層を成長する工程
    の後、前記Ｓｉを含む原料と前記窒素を含む原料の供給
    を停止し、当該シリコン窒化物層の全面に対してエッチ
    ングを行う工程を具備することを特徴とする請求項１０
    乃至１４のいずれかに記載の窒化物系半導体基板の製造
    方法。
16. 【請求項１６】 前記基板はサファイア若しくは炭化珪
    素からなる基板であることを特徴とする請求項１０乃至
    １５のいずれかに記載の窒化物系半導体基板の製造方
    法。
17. 【請求項１７】 基板上に形成され、Ｇａ、Ａｌ、Ｉ
    ｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とからなる第１の窒化物
    系半導体層と、この第１の窒化物系半導体層の表面に接
    しかつ当該第１の窒化物系半導体層を部分的に覆って形
    成された平均膜厚が０．８ｎｍ以下のシリコン窒化物層
    と、このシリコン窒化物層の表面及び当該シリコン窒化
    物層に覆われない前記第１の窒化物系半導体層の表面に
    接して形成され、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一
    つと窒素とからなる第２の窒化物系半導体層と、この第
    ２の窒化物系半導体層上に形成された電極とを具備する
    ことを特徴とする窒化物系半導体素子。
18. 【請求項１８】 前記第１の窒化物系半導体層の表面全
    面の面積に対する前項シリコン窒化物層の成長面積の割
    合が７５％以上であることを特徴とする請求項１７記載
    の窒化物系半導体素子。
19. 【請求項１９】 前記シリコン窒化物層と前記第２の窒
    化物系半導体層とは交互に繰り返して積層されてなるこ
    とを特徴とする請求項１７又は１８記載の窒化物系半導
    体素子。
20. 【請求項２０】 前記第２の窒化物系半導体層上に形成
    され、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素と
    からなる発光層を備え、前記電極は前記発光層に対して
    電流を供給する電極であることを特徴とする請求項１７
    乃至１９のいずれかに記載の窒化物系半導体素子。
21. 【請求項２１】 Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一
    つと窒素とからなる第１の窒化物系半導体層と、この第
    １の窒化物系半導体層の表面に接しかつ当該第１の窒化
    物系半導体層を部分的に覆って形成された平均膜厚が
    ０．８ｎｍ以下のシリコン窒化物層と、このシリコン窒
    化物層の表面及び当該シリコン窒化物層に覆われない前
    記第１の窒化物系半導体層の表面に接して形成され、Ｇ
    ａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂの少なくとも一つと窒素とからなる
    第２の窒化物系半導体層とを具備することを特徴とする
    窒化物系半導体基板。
22. 【請求項２２】 前記第１の窒化物系半導体層の表面全
    面の面積に対する前項シリコン窒化物層の成長面積の割
    合が７５％以上であることを特徴とする請求項２１記載
    の窒化物系半導体基板。
23. 【請求項２３】 前記シリコン窒化物層と前記第２の窒
    化物系半導体層とは交互に繰り返して積層されてなるこ
    とを特徴とする請求項２１又は２２記載の窒化物系半導
    体基板。