JP2002208724A - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積にわたって低欠陥密度の半導体膜を用
いた半導体素子であって、基板による光の吸収および散
乱の影響を排除した半導体素子を提供する 【解決手段】 半導体素子が、部分的に内部に後退した
第１凹部１０が表面に形成された結晶成長面上に成長さ
れた窒化物半導体からなる第１半導体層３であって、隣
り合う上記第１凹部１０の中間位置の上方の上記第１半
導体層３の表面に、部分的に内部に後退した第２凹部１
１が形成された第１半導体層３と、上記第１半導体層３
上に成長され、上記第１半導体層３と同じ材料からなる
単層または複数層の第２半導体層４とを備えてなり、上
記結晶成長面において、上記結晶成長面の原子配列構造
と上記第１半導体層３の原子配列構造が同じである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子およびそ
の製造方法に関し、特に火炎センサとして利用可能な素
子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から窒化物半導体を受光素子や発光
素子に応用することが試みられてきた。しかしながら、
得られた窒化物半導体を素子として使用するためにはい
くつかの要件がある。１つ目は、目的に合った波長で受
光素子や発光素子として機能する半導体を得ることがで
きるかどうかであり、これは受光層または発光層となる
半導体のバンドギャップに依存する。２つ目は、その目
的とするバンドギャップを有する良好な半導体膜を成長
させることができるかどうかである。特に、微弱な光を
検出する受光素子においては半導体膜中の欠陥密度が少
ない良好な膜を得ることが必須である。結晶成長過程に
おいて発生するこの欠陥は、結晶成長面とその上に成長
する膜との格子定数との違いによって生じ、具体的には
膜が成長するにつれて結晶成長面の横方向の格子定数の
違いにより発生する横方向応力が成長中の膜に印加さ
れ、それが膜中に転位となって現れる。

【０００３】１つ目の要件に関しては、例えば、受光素
子である火炎センサとしての使用のために必要な波長約
２００ｎｍ〜約３４４ｎｍの範囲で感度を有する受光層
の材料としてＡｌ_xＧａ_1-xＮが知られている。 Ａｌ_xＧ
ａ_1-xＮはＡｌの組成比を変えることでバンドギャップ
が大きく変化し、それに伴って吸収端波長も大きく変化
するため、目的にあった波長で動作する素子に利用する
ことができる。

【０００４】次に、２つ目の要件に関しては、欠陥密度
が低いＡｌＧａＮ層を成長させることができるかである
が、欠陥密度が低い膜を形成する方法としては以下の２
つの方法が提案されている。第１の方法は、基板とＡｌ
ＧａＮ層との間に結晶改善層（ＧａＮ層）とインターレ
ーヤ層（ＡｌＮ層）を設ける方法であり、それにより基
板の表面とＡｌＧａＮ層との間の格子定数の差をＧａＮ
層およびＡｌＮ層によって緩和することで、ＡｌＧａＮ
層の成長過程においてＡｌＧａＮ層にかかる横方向応力
が緩和され、転位密度も小さくなる。

【０００５】第２の方法は、上述した結晶改善層（Ｇａ
Ｎ層）の上に島状のＳｉＯ₂等を作製し、島の頂部から
上方向および横方向に放射状にＧａＮ層を成長させ、そ
の上にＡｌＧａＮ層を成長させることで、横方向応力を
島状部分の上方で部分的に緩和しようとするものであっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の方法では基板から目的とする膜へ段階的に格子定数
の整合をとってはいるものの、結晶成長面が平坦である
ため横方向応力に関する対応策が十分に取られていると
は言えず、完全な横方向応力の緩和を行うことができな
かった。

【０００７】また、第１の方法および第２の方法の何れ
の方法を用いても、目的とするＡｌＧａＮ層を得るため
には下地層としてＧａＮ層を設ける工程を必要としてい
た。しかしながら、ＧａＮは比較的長い波長域に吸収端
があり、基板側からＡｌＧａＮ層に光を取り込む形態の
受光素子、または基板側から光を放出する形態の発光素
子として使用する場合には、そのＧａＮ層によって紫外
光などの光が吸収されるという問題があった。

【０００８】更に、得られた半導体素子を高出力の発光
素子や弱い光に対しても感度を有するような高感度の受
光素子として使用するためには受光面積または発光面積
が大きいことが要求されるが、大面積にわたって欠陥密
度が低い半導体膜を形成する方法についての提案は為さ
れていなかった。

【０００９】また更に、得られた半導体素子を受光素子
または発光素子として利用する際に基板側から光を出し
入れする場合、基板による光の吸収または散乱によって
光強度が弱められてしまうという問題もあった。

【００１０】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、大面積にわたって低欠陥密度の
半導体膜を用いた半導体素子であって、基板による光の
吸収および散乱の影響を排除した半導体素子を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る半導体素子の第一の特徴構成は、特許請
求の範囲の欄の請求項１に記載の如く、部分的に内部に
後退した第１凹部が表面に形成された結晶成長面上に成
長された窒化物半導体からなる単層または複数層の第２
半導体層とを備えてなり、前記結晶成長面において、前
記結晶成長面の原子配列構造と前記第２半導体層の原子
配列構造が同じであり、前記結晶成長面を有していた基
板を除去してなる点にある。ここで、第１凹部が形成さ
れる結晶成長面は、単一の基板の表面に形成されること
だけでなく、基板上に所定の膜を形成する前処理を行
い、その膜表面、或いは膜を部分的に除去した表面（基
板の部分と膜の部分とが存在する表面）を結晶成長面と
することもできる。

【００１２】上記課題を解決するための本発明に係る半
導体素子の第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項２に記載の如く、部分的に内部に後退した第１凹部
が表面に形成された結晶成長面上に成長された窒化物半
導体からなる第１半導体層と、前記第１半導体層上に成
長され、前記第１半導体層と同じ材料からなる単層また
は複数層の第２半導体層とを備えてなり、前記結晶成長
面に形成された隣り合う前記第１凹部の中間位置の上方
の前記第１半導体層の表面に、部分的に内部に後退した
第２凹部が形成され、前記結晶成長面において、前記結
晶成長面の原子配列構造と前記第１半導体層の原子配列
構造が同じであり、前記結晶成長面を有していた基板を
除去してなる点にある。

【００１３】上記課題を解決するための本発明に係る半
導体素子の第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項３に記載の如く、上記第一の特徴構成に加えて、前
記第１凹部は、前記第１凹部の内部に後退した深さが
０．００３μｍ〜３００μｍであり、前記第１凹部の幅
が０．５μｍ〜５０μｍであり、隣り合う前記第１凹部
の間隔が０．５μｍ〜５０μｍであるようなストライプ
状、または格子状である点にある。

【００１４】上記課題を解決するための本発明に係る半
導体素子の第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項４に記載の如く、上記第二の特徴構成に加えて、前
記第１凹部は、前記第１凹部の内部に後退した深さが
０．００３μｍ〜３００μｍであり、前記第１凹部の幅
が０．５μｍ〜５０μｍであり、隣り合う前記第１凹部
の間隔が０．５μｍ〜５０μｍであるようなストライプ
状、格子状、または穴状であって、前記第２凹部は、前
記第２凹部の内部に後退した深さが０．００３μｍ〜３
００μｍであり、前記第２凹部の幅が０．５μｍ〜５０
μｍであり、隣り合う前記第２凹部の間隔が０．５μｍ
〜５０μｍである点にある。ここで、ストライプ状とは
直線状または曲線状の凹部が平行に単数または複数本並
んだ形態を言い、格子状とはストライプ状の凹部が交差
して並んだ形態を言い、穴状とは四角形や円形などの様
々な形状の単一の窪みを言う。凹部が穴状であって、そ
れが正方形である場合の幅とは一辺の長さを指し、円形
である場合の幅とは直径を指す。

【００１５】上記課題を解決するための本発明に係る半
導体素子の第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項５に記載の如く、上記第一から第四の特徴構成に加
えて、前記第２半導体層がＡｌ、Ｇａ、およびＮを少な
くとも含む窒化物半導体からなる点にある。

【００１６】上記課題を解決するための本発明に係る半
導体素子の第六の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項６に記載の如く、上記第一から第五の何れかの特徴
構成に加えて、前記第２半導体層がｎ型半導体層とｐ型
半導体層とを少なくとも備えてなり、前記ｎ型半導体層
を下方に、前記ｐ型半導体層を上方に配置した構造を含
む点にある。

【００１７】上記課題を解決するための本発明に係る光
機能素子の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項７に記載の如く、請求項１から請求項６の何れかに
記載の第２半導体層が、少なくとも感光性または発光性
を有する活性層を少なくとも備えてなる点にある。

【００１８】上記課題を解決するための本発明に係る光
機能素子の第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項８に記載の如く、上記第一の特徴構成に加えて、前
記活性層のバンドギャップエネルギが３．６ｅＶ以上で
あり、且つ前記活性層より前記基板側にある層のバンド
ギャップエネルギが前記活性層のバンドギャップエネル
ギよりも大きい点にある。

【００１９】上記課題を解決するための本発明に係る光
機能素子の第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項９に記載の如く、上記第二の特徴構成に加えて、前
記活性層における吸収端波長が３２０ｎｍ以下にある点
にある。

【００２０】上記課題を解決するための本発明に係る光
機能素子の第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項１０に記載の如く、上記第三の特徴構成に加えて、
前記活性層における吸収端波長が２９０ｎｍ以下にある
点にある。

【００２１】上記課題を解決するための本発明に係る光
機能素子の第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項１１に記載の如く、上記第一から第四の何れかの特
徴構成に加えて、前記基板がＳｉ基板を備えてなる点に
ある。

【００２２】上記課題を解決するための本発明に係る半
導体素子の製造方法の第一の特徴構成は、特許請求の範
囲の欄の請求項１２に記載の如く、基板の表面に、部分
的に内部に後退した第１凹部が形成された結晶成長面を
形成する工程と、前記結晶成長面上に、前記結晶成長面
の原子配列構造が前記結晶成長面の原子配列構造と同じ
である窒化物半導体からなる第１半導体層を成長させる
工程と、少なくとも前記第１半導体層が残るように前記
基板をエッチングにより除去する工程とを含む点にあ
る。

【００２３】上記課題を解決するための本発明に係る半
導体素子の製造方法の第二の特徴構成は、特許請求の範
囲の欄の請求項１３に記載の如く、基板の表面に、部分
的に内部に後退した第１凹部が形成された結晶成長面を
形成する工程と、前記結晶成長面上に、前記結晶成長面
の原子配列構造が前記結晶成長面の原子配列構造と同じ
である窒化物半導体からなる第１半導体層を成長させる
工程と、前記第１半導体層の表面の隣り合う前記第１凹
部の中間位置の上方の表面に、部分的に内部に後退した
第２凹部を形成する工程と、前記第１半導体層上に、前
記第１半導体層と同じ材料からなる単層または複数層の
第２半導体層を堆積させる工程と、少なくとも前記第１
半導体層が残るように前記基板をエッチングにより除去
する工程とを含む点にある。

【００２４】以下に作用並びに効果を説明する。本発明
に係る半導体素子の第一の特徴構成によれば、部分的に
内部に後退した凹部が表面に形成された結晶成長面上に
半導体層を成長させる場合、半導体層の成長は凹部の底
の部分とその両側の頂上の部分とで同時に開始される
が、頂上部分から成長する膜は凹部の底部分の上方に向
かって横方向に自由に成長することができる。その結
果、成長される半導体層と結晶成長面との間の格子定数
の差により発生し得る横方向応力による制約をそれほど
受けないために、半導体層内に発生し得る転位による欠
陥の密度を低下させることができる。従って、得られた
半導体素子において電子または正孔が欠陥に捕獲される
確率が低くなり、低抵抗かつ高速にキャリアを移動させ
ることができる大面積の半導体素子を得ることができ
る。また、従来のようなＧａＮだけでなくＡｌＧａＮや
ＩｎＡｌＧａＮなどの窒化物半導体であっても低転位密
度（低欠陥密度）で成膜することができる。

【００２５】更に、各半導体層を成長させた後で基板を
除去することで、得られた半導体素子を受光素子または
発光素子として利用する際に基板側から光を出し入れす
る場合、基板による吸収または散乱によって光強度が弱
められてしまうことが発生するという問題を解決するこ
とができる。また、基板を除去するのであれば、基板の
バンドギャップエネルギを考慮する必要はなく、その結
果、基板の格子定数とその上に成長させる半導体層の格
子定数との間の整合をとることを最優先に考えて基板を
選択することができる。例えば、半導体素子の内部に基
板を透過させて光を入射させるような形態を取る場合、
基板はその光を透過しなければならないが、基板を除去
するのであれば、Ｓｉ基板などのバンドギャップエネル
ギの低い基板を使用することも許容される。

【００２６】本発明に係る半導体素子の第二の特徴構成
によれば、部分的に内部に後退した第１凹部が表面に形
成された結晶成長面上に第１半導体層を成長させる場
合、第１半導体層の成長は第１凹部の底の部分とその両
側の頂上の部分とで同時に開始されるが、頂上部分から
成長する膜は第１凹部の底部分の上方に向かって横方向
に自由に成長することができる。その結果、成長される
第１半導体層と結晶成長面との間の格子定数の差により
発生し得る横方向応力による制約をそれほど受けないた
めに、第１半導体層内に発生し得る転位による欠陥の密
度を低下させることができる。

【００２７】ただし、第１凹部の底部分の上方では第１
凹部の両側の頂上部分から自由に成長してきた第１半導
体層がぶつかり、応力が印加されるため、転位などによ
る欠陥密度が局所的に上昇する可能性がある。そのた
め、第１半導体層上に更なる第２半導体層を成長させ、
その際に、第１半導体層において局所的に欠陥密度が高
いと思われる部分の上方にある第２半導体層の部分の欠
陥密度が低くなるような方策を講じればよい。本発明に
係る半導体素子の第一の特徴構成によれば、第１半導体
層上には第２半導体が形成されるが、第２半導体層の結
晶成長面となる第１半導体層の表面には、隣り合う前記
第１凹部の中間位置の上方の前記第１半導体層の表面
に、部分的に内部に後退した第２凹部が設けられてお
り、第１半導体層において局所的に欠陥密度が高いと思
われる部分の上方にある第２半導体層の部分の欠陥密度
を低くすることができる。その結果、欠陥密度の低い半
導体層を第２半導体層の全面にわたる広い面積で得るこ
とができる。従って、得られた半導体素子において電子
または正孔が欠陥に捕獲される確率が低くなり、低抵抗
かつ高速にキャリアを移動させることができる大面積の
半導体素子を得ることができる。また、従来のようなＧ
ａＮだけでなくＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮなどの窒化
物半導体であっても低転位密度（低欠陥密度）で成膜す
ることができる。

【００２８】更に、各半導体層を成長させた後で基板を
除去することで、得られた半導体素子を受光素子または
発光素子として利用する際に基板側から光を出し入れす
る場合、基板による吸収または散乱によって光強度が弱
められてしまうことが発生するという問題を解決するこ
とができる。また、基板を除去するのであれば、基板の
バンドギャップエネルギを考慮する必要はなく、その結
果、基板の格子定数とその上に成長させる半導体層の格
子定数との間の整合をとることを最優先に考えて基板を
選択することができる。例えば、半導体素子の内部に基
板を透過させて光を入射させるような形態を取る場合、
基板はその光を透過しなければならないが、基板を除去
するのであれば、Ｓｉ基板などのバンドギャップエネル
ギの低い基板を使用することも許容される。

【００２９】本発明に係る半導体素子の第三の特徴構成
によれば、凹部の寸法を上述の範囲に設定することで、
低欠陥密度の領域を半導体層に形成することができ、そ
の領域の大きさを任意に調整することができる。尚、第
１凹部がストライプ状である場合には第２凹部がストラ
イプ状となり、第１凹部が格子状である場合には第２凹
部が穴状となり、第１凹部が穴状である場合には第２凹
部が格子状となる。ここで、第２凹部における凹部の幅
は、第１凹部における隣り合う凹部の間隔よりも広いこ
とが好ましい。

【００３０】本発明に係る半導体素子の第四の特徴構成
によれば、第１凹部および第２凹部の寸法を上述の範囲
に設定することで、低欠陥密度の領域を半導体層に形成
することができ、その領域の大きさを任意に調整するこ
とができる。

【００３１】本発明に係る半導体素子の第五の特徴構成
によれば、ＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮなどの窒化物半
導体を第２半導体層に用いた場合、アルミニウムのガリ
ウムに対する組成比を変えるだけで、その化合物のバン
ドギャップエネルギを幅広く変化させることができる。
従って、紫外域で感度を有する受光素子や可視域で発光
する発光素子など、様々な波長域で動作させることがで
きる半導体素子に応用することができる。

【００３２】本発明に係る半導体素子の第六の特徴構成
によれば、ｐ型の窒化物半導体よりもｎ型（またはｉ
型）の窒化物半導体の方が良好な（欠陥の少ない）結晶
を得ることができるが、そのｎ型の窒化物半導体を下方
に配置した素子を形成しているため、基板とｎ型半導体
層とｐ型半導体層とを順次積層した素子においては、入
射される光や放射される光がｐ型半導体層を通ることな
く基板側を通り、電子および正孔のキャリアの発生や再
結合を結晶性の良好なｎ型半導体層で行わせることので
きる効率の良い素子を構成することができる。また、得
られた半導体素子をｐｎ接合ダイオード、ｐｉｎ接合ダ
イオード、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、アバラ
ンシェフォトダイオードなどに応用することもできる。

【００３３】本発明に係る光機能素子の第一の特徴構成
によれば、設けられた活性層を光励起することで発生し
た電子正孔対による光電流を観測することで受光素子と
して機能させることができ、電気的に励起することで注
入された電子および正孔の再結合発光を行わせることで
発光素子として機能させることができる。特に、ＡｌＧ
ａＮやＩｎＡｌＧａＮなどの窒化物半導体を活性層に用
いた場合には、アルミニウムのガリウムに対する組成比
を変えることで、バンドギャップエネルギを調整するこ
とが容易にできるため、所望の波長範囲で感度を有する
受光素子や発光素子などを容易に作製することができ
る。

【００３４】本発明に係る光機能素子の第二の特徴構成
によれば、活性層のバンドギャップが少なくとも３．６
ｅＶ以上であること、即ち活性層の吸収端波長が約３．
６ｅＶ（＝約３４４ｎｍ）よりも短波長側にあること
で、火炎の発光スペクトルのピーク波長付近（約３４４
ｎｍ）から短波長側に広がる発光を検出可能な受光素子
を作製することができる。また、発光素子として使用す
る場合は、発光ピーク波長が約３４４ｎｍにある紫外発
光の素子を作製することができる。

【００３５】本発明に係る光機能素子の第三の特徴構成
によれば、活性層の吸収端波長が３２０ｎｍ以下にある
ことで、波長約３２０ｎｍよりも長波長側に広がる室内
光に応答せず、波長約３２０ｎｍ以下の火炎の光にのみ
応答して光電流を発生する受光素子を作製することがで
きる。従って、作製された受光素子を室内で用いた場合
であっても室内光によるノイズの発生を確実に抑制する
ことができ、火炎センサとしての信頼性を向上させるこ
とができる。

【００３６】本発明に係る光機能素子の第四の特徴構成
によれば、活性層の吸収端波長が２９０ｎｍ以下にある
ことで、波長約２９０ｎｍよりも長波長側に広がる自然
光（太陽光）に応答せず、波長約２９０ｎｍ以下の火炎
の光に応答して光電流を発生する受光素子を作製するこ
とができる。従って、作製された受光素子を屋外の光が
入射する部屋、または屋外で用いた場合であっても太陽
光によるノイズの発生を確実に抑制することができ、火
炎センサとしての信頼性を向上させることができる。

【００３７】本発明に係る光機能素子の第五の特徴構成
によれば、基板にＳｉ基板を用いたことで、エッチング
により基板を除去することを容易に行うことができる。
また、基板を用意する段階において、基板面（結晶成長
面）に現れる原子配列構造をＳｉの切断方向によって容
易に選択することができるので、上に成長する半導体層
の原子配列構造と同じ原子配列構造の結晶成長面を用意
することができる。その結果、基板と半導体層の間の格
子定数の差により半導体層に応力が印加されることによ
る格子歪みが発生することもない。例えば、上にＡｌＧ
ａＮ（六方晶）を成長させる場合、Ｓｉ（１１１）面は
原子が六角形に配列しているため、両者の原子配列構造
を同じにすることができ、欠陥密度の低いＡｌＧａＮ層
を得ることができる。

【００３８】本発明に係る半導体素子の製造方法の第一
の特徴構成によれば、部分的に内部に後退した凹部が表
面に形成された結晶成長面上に半導体層を成長させる場
合、半導体層の成長は凹部の底の部分とその両側の頂上
の部分とで同時に開始されるが、頂上部分から成長する
膜は凹部の底部分の上方に向かって横方向に自由に成長
することができる。その結果、成長される半導体層と結
晶成長面との間の格子定数の差により発生し得る横方向
応力による制約をそれほど受けないために、半導体層内
に発生し得る転位による欠陥の密度を低下させることが
できる。従って、得られた半導体素子において電子また
は正孔が欠陥に捕獲される確率が低くなり、低抵抗かつ
高速にキャリアを移動させることができる大面積の半導
体素子を得ることができる。また、従来のようなＧａＮ
だけでなくＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮなどの窒化物半
導体であっても低転位密度（低欠陥密度）で成膜するこ
とができる。

【００３９】更に、各半導体層を成長させた後で基板を
除去することで、得られた半導体素子を受光素子または
発光素子として利用する際に基板側から光を出し入れす
る場合、基板による吸収または散乱によって光強度が弱
められてしまうことが発生するという問題を解決するこ
とができる。また、基板を除去するのであれば、基板の
バンドギャップエネルギを考慮する必要はなく、その結
果、基板の格子定数とその上に成長させる半導体層の格
子定数との間の整合をとることを最優先に考えて基板を
選択することができる。例えば、半導体素子の内部に基
板を透過させて光を入射させるような形態を取る場合、
基板はその光を透過しなければならないが、基板を除去
するのであれば、Ｓｉ基板などのバンドギャップエネル
ギの低い基板を使用することも許容される。

【００４０】本発明に係る半導体素子の製造方法の第二
の特徴構成によれば、部分的に内部に後退した第１凹部
が表面に形成された結晶成長面上に第１半導体層を成長
させる場合、第１半導体層の成長は第１凹部の底の部分
とその両側の頂上の部分とで同時に開始されるが、頂上
部分から成長する膜は第１凹部の底部分の上方に向かっ
て横方向に自由に成長することができる。その結果、成
長される第１半導体層と結晶成長面との間の格子定数の
差により発生し得る横方向応力による制約をそれほど受
けないために、第１半導体層内に発生し得る転位による
欠陥の密度を低下させることができる。

【００４１】ただし、第１凹部の底部分の上方では第１
凹部の両側の頂上部分から自由に成長してきた第１半導
体層がぶつかり、応力が印加されるため、転位などによ
る欠陥密度が局所的に上昇する可能性がある。そのた
め、第１半導体層上に更なる第２半導体層を成長させ、
その際に、第１半導体層において局所的に欠陥密度が高
いと思われる部分の上方にある第２半導体層の部分の欠
陥密度が低くなるような方策を講じればよい。本発明に
係る半導体素子の第一の特徴構成によれば、第１半導体
層上には第２半導体が形成されるが、第２半導体層の結
晶成長面となる第１半導体層の表面には、隣り合う前記
第１凹部の中間位置の上方の前記第１半導体層の表面
に、部分的に内部に後退した第２凹部が設けられてお
り、第１半導体層において局所的に欠陥密度が高いと思
われる部分の上方にある第２半導体層の部分の欠陥密度
を低くすることができる。その結果、欠陥密度の低い半
導体層を第２半導体層の全面にわたる広い面積で得るこ
とができる。従って、得られた半導体素子において電子
または正孔が欠陥に捕獲される確率が低くなり、低抵抗
かつ高速にキャリアを移動させることができる大面積の
半導体素子を得ることができる。また、従来のようなＧ
ａＮだけでなくＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮなどの窒化
物半導体であっても低転位密度（低欠陥密度）で成膜す
ることができる。

【００４２】更に、各半導体層を成長させた後で基板を
除去することで、得られた半導体素子を受光素子または
発光素子として利用する際に基板側から光を出し入れす
る場合、基板による吸収または散乱によって光強度が弱
められてしまうことが発生するという問題を解決するこ
とができる。また、基板を除去するのであれば、基板の
バンドギャップエネルギを考慮する必要はなく、その結
果、基板の格子定数とその上に成長させる半導体層の格
子定数との間の整合をとることを最優先に考えて基板を
選択することができる。例えば、半導体素子の内部に基
板を透過させて光を入射させるような形態を取る場合、
基板はその光を透過しなければならないが、基板を除去
するのであれば、Ｓｉ基板などのバンドギャップエネル
ギの低い基板を使用することも許容される。

【００４３】

【発明の実施の形態】図１（ａ）は本発明に係る半導体
素子の断面図であり、部分的に内部に後退した第１凹部
１０がストライプ状、格子状、または穴状に形成された
結晶成長面上に半導体層３が設けられ、隣り合う上記第
１凹部１０の中間位置の上方の半導体層３の表面にも、
部分的に内部に後退した第２凹部１１が形成され、半導
体層３上に半導体層４が成長されている。ここで結晶成
長面は基板１と半導体層２上に第１凹部１０を作製する
ことで形成されるが、半導体素子が完成後に基板１を除
去しているため、図１（ａ）では基板１を破線で示して
いる。

【００４４】図１（ａ）では凹部を形成する工程と、半
導体層を成長させる工程とを２回行い、その後に基板１
を除去した半導体素子を示しているが、凹部を形成する
工程と半導体層を成長させる工程とを１回だけ行い、そ
の後に基板１を除去して作製する半導体素子に応用する
こともできる。

【００４５】更に、基板１の結晶成長面において、結晶
成長面の原子配列構造と半導体層２および半導体層３の
原子配列構造は同じである。基板１および半導体層２上
に作製された第１凹部１０の寸法は図１（ａ）および図
１（ｂ）に示すように、凹部の幅がＷ、凹部の深さが
Ｄ、隣り合う凹部の間隔がＬであるようなストライプ
状、格子状、または穴状に形成されており、第２凹部１
１についても同様である。尚、半導体層２は基板１と半
導体層３との間の格子定数の差を緩和する緩衝層として
機能させるために設けており、必ずしも設ける必要はな
い。

【００４６】図２を参照して、図１（ａ）に示した半導
体素子の製造工程について説明する。まず、図２（ａ）
に示すような基板１上に半導体層２を堆積させる（図２
（ｂ））。 最終的に得られた半導体素子を受光素子ま
たは発光素子のような光機能素子として使用する場合、
従来の方法では基板１側から素子内部に光を取り込むた
め、或いは素子で発生された光を効率よく外部に放出す
るために、その所定の波長範囲の光を透過させるような
材料であることが求められていた。しかしながら、上述
したように本願発明では基板１を最終的に除去する形態
をとっているので、基板１が光を透過するか否か、即ち
基板１のバンドギャップエネルギを考慮する必要はな
い。従って、基板１の材料は、結晶成長面の原子配列構
造が半導体層２の原子配列構造と同じであるような材料
であることを最優先にして選択することができる。その
ような点に鑑みて本実施形態では基板１にＳｉ基板を用
いており、他にもＧａＮ基板などを用いることもでき
る。

【００４７】次に、基板１および半導体層２を同時にエ
ッチングし、図２（ｃ）に示すようなストライプ状、格
子状、または穴状の第１凹部１０を形成する。その後、
図２（ｄ）に示すように半導体層３を堆積させ、隣り合
う上記第１凹部１０の中間位置の上方の半導体層３の表
面にも、部分的に内部に後退した第２凹部１１を形成す
る（図２（ｅ））。次に、半導体層３上に半導体層４を
成長させ（図２（ｆ））、上述したように基板１をエッ
チング法などによって除去する（図２（ｇ））。半導体
層２〜４は窒化物半導体からなる単層または複数層の半
導体層である。

【００４８】このように、第１凹部１０の底部分の上方
では第１凹部１０の両側の頂上部分から自由に成長して
きた半導体層３がぶつかり、応力が印加されるため、転
位などによる欠陥密度が局所的に上昇する可能性があ
る。そのため、半導体層３上に更なる半導体層４を成長
させ、その際に、半導体層３において局所的に欠陥密度
が高いと思われる部分の上方にある半導体層４の部分の
欠陥密度が低くなるような方策を講じればよい。半導体
層３上には半導体層４が形成されるが、半導体層４の結
晶成長面となる半導体層３の表面には、隣り合う第１凹
部１０の中間位置の上方の半導体層３の表面に、部分的
に内部に後退した第２凹部１１が設けられており、半導
体層３において局所的に欠陥密度が高いと思われる部分
の上方にある半導体層４の部分の欠陥密度を低くするこ
とができる。その結果、欠陥密度の低い半導体層４を広
い面積で得ることができる。従って、得られた半導体素
子において電子または正孔が欠陥に捕獲される確率が低
くなり、低抵抗かつ高速にキャリアを移動させることが
できる大面積の半導体素子を得ることができる。

【００４９】尚、上述したような第１凹部１０および第
２凹部１１が形成された結晶成長面上に半導体層を成長
させる際に第１凹部１０および第２凹部１１の深さが深
い場合、第１凹部１０および第２凹部１１の底の両側の
頂上部分から縦方向および横方向に成長した半導体層に
よって第１凹部１０および第２凹部１１に蓋がされた格
好となり、第１凹部１０および第２凹部１１の底には原
料ガスが供給されなくなる可能性がある。その場合、図
中に示すように第１凹部１０および第２凹部１１には中
空の部分（斜線の無い部分）が残されるが、その中空部
分が問題になることはない。また破線で示すのは、凹部
１０の両側から成長してきた半導体層が互いに押し合っ
て（横方向応力が印加されて）できた結晶性の比較的悪
い部位である。

【００５０】基板１および半導体層２、並びに半導体層
３表面に形成されるストライプ状、格子状、または穴状
の凹部は、エッチングによって形成され得る。エッチン
グによって行う場合、ストライプ状、格子状、または穴
状の凹部を形成するためのマスクで覆われた基板１およ
び半導体層２に、例えばＣｌ₂ガスまたはＣＦ₄ガスを用
いたプラズマエッチング（反応性イオンエッチング）
や、レーザアブレーションを施すことで、基板１および
半導体層２、並びに半導体層３に対して所定の深さ、
幅、間隔の第１凹部１０および第２凹部１１がストライ
プ状、格子状、または穴状に形成される。第１凹部１０
および第２凹部１１は、凹部の内部に後退した深さＤが
０．００３μｍ〜３００μｍの範囲であり、凹部の幅Ｗ
が０．５μｍ〜５０μｍの範囲であり、隣り合う凹部の
間隔Ｌが０．５μｍ〜５０μｍの範囲であるような寸法
で形成されることが好ましい。更に好ましくは、第１凹
部１０および第２凹部１１は、凹部の内部に後退した深
さＤが０．０５μｍ〜５０μｍの範囲であり、凹部の幅
Ｗが５μｍ〜３０μｍの範囲であり、隣り合う凹部の間
隔Ｌが５μｍ〜３０μｍの範囲であるような寸法であ
る。

【００５１】次に図３を参照して、得られた半導体素子
を光機能素子として利用する場合を説明する。まず、図
３（ａ）に示すようなデバイス層である半導体層５を下
地層である半導体層４上に更に堆積させる。ここで、半
導体層５は図３（ｃ）に示すような半導体層６、７、１
２、１３からなる多層構造であるが、図３（ａ）および
図３（ｂ）には図面の簡略化のため参照番号は記さな
い。次に、半導体層５の内のいくつかの層を部分的に除
去する（図３（ｂ））。ここでは、半導体層７、１２、
１３を部分的に除去し、半導体層６はそのまま残してい
る。その後、半導体層６上の半導体層７、１２、１３を
除去した部分に電極８を形成し、半導体層１３上に電極
９を形成することで光機能素子として利用可能な構成に
なる。尚、半導体層５の構成および電極８、９の配置形
態は図３（ｃ）に示したものに限定されない。

【００５２】図３（ｃ）に示したこの光機能素子を火炎
センサとして利用するためには、火炎の光を吸収して電
子正孔対を発生するようなバンドギャップエネルギを有
する材料を活性層として半導体層４および半導体層５
（半導体層６、７、１２、１３）の積層構造中に設ける
必要があるが、一方で、ノイズとなる太陽光および室内
光によって光励起されないだけのバンドギャップエネル
ギ（下限値）を有していなければならない。つまり、あ
る波長範囲では感度を有するが、それ以外の波長範囲で
は感度を有さないようにバンドギャップエネルギを設計
する必要がある。

【００５３】図４には、太陽光、室内光、および火炎の
光のスペクトルを示す。尚、火炎の光はガス光で代表さ
せている。図４から明らかであるように、火炎センサと
して使用する光機能素子に要求される波長範囲は約２０
０ｎｍ〜約３４４ｎｍであり、その間に活性層の吸収端
波長があれば（感度を有していれば）よい。更に、室内
光に対して感度を有しないためには活性層の吸収端波長
が約３２０ｎｍ以下であればよく、太陽光に対して感度
を有しないためには活性層の吸収端波長が約２９０ｎｍ
以下にあればよい。

【００５４】次に、このような吸収端波長のＡｌ_xＧａ
_1-xＮを活性層として成長させる場合、アルミニウムの
ガリウムに対する組成比（以下、アルミニウムの組成比
と記す）をどのような値に設定すれば良いのかについて
図５を参照して説明する。尚、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層は、通
常の有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により成長可能
である。上述したように、Ａｌ_xＧａ_1-xＮはアルミニウ
ムの組成比を変えることで、そのバンドギャップエネル
ギを変えることができ、アルミニウムの組成比ｘと得ら
れたＡｌ_xＧａ_1-xＮのバンドギャップエネルギとの関係
は図５のようになる。

【００５５】室内光および太陽光が存在しない空間、例
えば、閉め切られた部屋、地下室、地下坑道などの空間
において火炎センサとして使用する場合、活性層の吸収
端波長が火炎の発光ピーク波長付近（約３４４ｎｍ＝約
３．６ｅＶ）にあることが好ましく、従って、その際の
アルミニウムの組成比ｘは０．０５、或いはそれ以上で
あればよい。

【００５６】蛍光灯などが点灯しているが、太陽光は入
ってこない空間において火炎センサとして使用する場
合、活性層の吸収端波長が、火炎の発光波長範囲にあ
り、且つ蛍光灯などによる室内光の発光波長の最短波長
付近（約３２０ｎｍ＝約３．９ｅＶ）よりも短波長側の
範囲にあることが必要であり、従って、その際のアルミ
ニウムの組成比ｘは約０．１８、或いはそれ以上であれ
ばよい。

【００５７】太陽光が入ってくるような空間または屋外
において火炎センサとして使用する場合、活性層の吸収
端波長が、火炎の発光波長範囲にあり、且つ太陽光の波
長の最短波長付近（約２９０ｎｍ＝約４．３ｅＶ）より
も短波長側の範囲にあることが必要であり、従って、そ
の際のアルミニウムの組成比ｘは０．３３、或いはそれ
以上であればよい。尚、図５に示した組成比とバンドギ
ャップエネルギとの関係は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮが真性半導
体（ｉ型）である場合の典型的な例を示したものであ
り、ｐ型半導体である場合やｎ型半導体である場合に
は、組成比とバンドギャップエネルギとの関係は図５に
示した関係図と異なるため、実際に吸収スペクトルの測
定を行うことで組成比とバンドギャップエネルギとの関
係を求める必要がある場合もある。

【００５８】以上のように活性層のバンドギャップエネ
ルギを設定した上で、実際に半導体素子として使用する
場合について図３（ｃ）を参照して以下に説明する。
尚、図３（ｃ）に示した光機能素子において、半導体層
２がＡｌＮであり、半導体層３がアンドープのＡｌ_xＧ
ａ_1-xＮ（ ｘ＝０．４））であり、半導体層４がアンド
ープのＡｌ_xＧａ_1-xＮ（ｘ＝０．４）であり、半導体層
６がｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ｘ＝０．４）であり、半導体
層７がｉ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ｘ＝０．２）であり、半導
体層１２がｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ｘ＝０．２）であり、
半導体層１３がｐ型ＧａＮ（過剰ドープ層）であるよう
にそれぞれ形成されているものとする。半導体層６、１
２、１３には不純物が添加されることで、それぞれｎ型
およびｐ型の半導体層となっている。注入される不純物
としてはＭｇやＣａなどの元素があり、何れのキャリア
濃度も約１０¹⁷〜１０¹⁸／ｃｍ³以上となることが好ま
しい。尚、所望のキャリア濃度を得るためには、Ａｌ_x
Ｇａ_1-xＮを成長させる際のアルミニウムの組成比が制
約を受ける場合もある。第１凹部１０の寸法は、深さＤ
が２０μｍ、幅Ｗが１０μｍ、間隔Ｌが１０μｍのスト
ライプ形状であり、第２凹部の寸法は深さＤが２０μ
ｍ、幅Ｗが１１μｍ、間隔Ｌが９μｍのストライプ形状
とした。

【００５９】上記のような組成の半導体層を備えた光機
能素子を使用することで、波長約２８０ｎｍ〜約３２０
ｎｍの範囲で感度を有する受光素子として動作させるこ
とができる。また、各半導体層のアルミニウムの組成比
を上述の値から変更して、半導体層３がアンドープのＡ
ｌ_xＧａ_1-xＮ（ ｘ＝０．６））であり、半導体層４が
アンドープのＡｌ_xＧａ_1-xＮ（ｘ＝０．６）であり、半
導体層６がｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ｘ＝０．６）であり、
半導体層７がｉ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ｘ＝０．４）であ
り、半導体層１２がｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ｘ＝０．２）
であるようにそれぞれ形成した場合には、 Ａｌ_xＧａ
_1-xＮのバンドギャップエネルギが大きくなる方向に変
化するために、波長約２５０ｎｍ〜約２８０ｎｍの範囲
で感度を有する受光素子として動作させることができ
る。

【００６０】次に、電極８および電極９について説明す
る。ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮである半導体層６上に蒸着さ
れ、４００℃〜８００℃で約５分間の熱処理を経て完成
された電極８と半導体層６との金属−半導体界面はオー
ミック接触であり、その電極材料にはＴｉ／Ａｌ／Ａｕ
の３層構造でそれぞれの厚さがそれぞれ５ｎｍ／２０ｎ
ｍ／５０ｎｍのものを用いた。ｐ型ＧａＮ（過剰ドープ
層）である半導体層１３上に蒸着され、４００℃〜８０
０℃で約５分間の熱処理を経て完成された電極９と半導
体層１３との金属−半導体界面はオーミック接触であ
り、その電極材料にはＮｉ／Ａｕの２層構造でそれぞれ
の厚さがそれぞれ５ｎｍ／５０ｎｍのものを用いた。半
導体層１３にはＧａＮの他にＡｌＧａＮを用いることも
できる。

【００６１】上述した形態では電極９がｐ型ＧａＮの過
剰ドープ層上に形成されているために、その金属−半導
体界面をオーミック接触とすることができるが、電極９
が形成される下地の半導体層１３が過剰ドープ層でない
場合にはオーミック接触とすることができない。この場
合、以下のような方法を用いることで過剰ドープ層でな
い半導体層と電極との間の金属−半導体層界面をオーミ
ック接触とすることもできる。

【００６２】まず電極材料としてＮｉ、Ａｕ、Ｐｔ、ま
たはＷの単層金属膜、或いはＮｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗの内
の２種以上からなる多層金属膜または合金層からなる電
極９を蒸着形成し、その後、電極９と半導体層１３との
間に電流を流す通電処理を行うことにより、上述した高
抵抗の金属−半導体界面が局所的に発熱する。この局所
的な発熱さようにより電極９中のＡｕなどが半導体層１
３内部に拡散し、その結果、高抵抗であった金属−半導
体界面をオーミック接触とすることができる。

【００６３】以下に図３（ｃ）に示した光機能素子を受
光素子として機能させる場合、および発光素子として機
能させる場合の動作を説明する。ここで、ｐ型Ａｌ_xＧ
ａ_1-xＮである半導体層１３上に形成された電極９を正
極とし、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮである半導体層６上に形成
された電極８を負極としている。尚、Ａｌ_xＧａ_1-xＮの
代わりにＩｎ_yＡｌ_xＧａ_1-x-yＮを用いることもでき
る。

【００６４】受光素子として機能させる場合、電極８お
よび電極９の間には予め逆バイアス電圧が印加されてい
る。半導体層２側から光が入射し、活性層が光励起され
ることで電子正孔対が発生する。この電子正孔対は予め
印加されている逆バイアス電圧によって解離され、それ
ぞれ電極８または電極９の方向に加速される。電極８お
よび電極９に到達した電子および正孔は光電流として観
測され、その電流量の大小を解析することで光強度が判
定される。尚、半導体層２側から入射された光が活性層
で吸収されるためには、活性層よりも半導体層２側にあ
る層のバンドギャップエネルギが入射光の光エネルギよ
りも大きく、その結果、それらの層が入射光を透過させ
るような構成である必要がある。

【００６５】発光素子として機能させる場合、電極８お
よび電極９に順バイアス電圧を印加して素子内部に電子
および正孔を注入し、活性層で電子および正孔の再結合
発光を行わせることで活性層のバンドギャップエネルギ
に対応した波長の光が半導体層２側から放出される。
尚、活性層において発生した光が半導体層２側から放出
されるためには、活性層よりも半導体層２側にある層の
バンドギャップエネルギが、発生した光の光エネルギよ
りも大きく、その光を半導体層２を介して透過させるよ
うな構成である必要がある。

【００６６】また、凹部の形状は上述したストライプ形
状または格子形状に限定されず、結晶成長面に島を形成
するような凹部が設けられた形状をとり得る。その場
合、凹部を格子形状にして、その凹部の幅を広くし、隣
り合う凹部の間隔を狭くすることで、結晶成長面に島が
残されたような凸部を作ることができる。さらにこの場
合、残された島の部分を正方形や長方形などの四角形で
はなく、角を取った他の形状に変更してもよい。また、
規則正しい格子形状ではなく、島の部分が結晶成長面上
に不規則に並んでいてもよい。また、深さが段階的に変
わる凹部などを作製することもできる。

【００６７】また或いは、受光素子や発光素子といった
光機能素子に応用するだけでなく、ｐｎ接合ダイオー
ド、ｐｉｎ接合ダイオード、ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ、アバランシェフォトダイオードなどの半導体
素子に応用することもできる。

【００６８】また或いは上記実施形態では、第１凹部１
０、半導体層３、第２凹部１１、および半導体層４が順
次形成されたような、２段階で凹部を設けた構成の半導
体素子を説明した。しかし、必ずしもこのような多層構
造である必要はなく、第２凹部および半導体層４を設け
ない１段構造の半導体素子の上に図３に示したデバイス
層（半導体層５）を設けるような構成をとってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は半導体素子の断面図であり、（ｂ）は
基板のストライプ形状を示すための斜視図である。

【図２】半導体素子の作製工程を示す図である。

【図３】半導体素子の作製工程を示す図である。

【図４】太陽光、室内光、および火炎の光のスペクトル
を示すグラフである。

【図５】Ａｌ_xＧａ_1-xＮにおける、アルミニウムのガリ
ウムに対する組成比とバンドギャップエネルギとの関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 半導体層（ＡｌＮ） ３ 半導体層（ＡｌＧａＮ） ４ 半導体層（ＡｌＧａＮ） ５ 半導体層 ６ 半導体層（ｎ−ＡｌＧａＮ） ７ 半導体層（ｉ−ＡｌＧａＮ） ８ 電極 ９ 電極 １０ 第１凹部 １１ 第２凹部 １２ 半導体層（ｐ−ＡｌＧａＮ） １３ 半導体層（ｐ−ＧａＮ）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/861 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ ５Ｆ０４９ 33/00 27/14 Ｋ ５Ｆ０５２ // Ｈ０１Ｌ 21/20 29/91 Ｆ (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市天白区塩釜口１−501 名 城大学理工学部 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 BA02 BA08 BA38 CA04 DA08 FA10 JA01 LA14 4M104 AA04 BB05 BB07 BB09 BB14 BB18 CC01 DD79 FF17 FF31 GG02 GG04 GG05 GG06 4M118 AA10 AB10 BA06 CA03 CA05 CB01 CB14 EA01 GA10 5F041 CA33 CA40 CA65 CA74 CA75 CA77 5F045 AA04 AB14 AB17 AF03 AF04 BB12 CA02 CA13 HA03 5F049 MA02 MA03 MA04 MA07 MA13 MB07 NA10 NB10 PA04 PA20 SE05 SE12 SS03 WA03 5F052 GC01 GC03 JA10

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部分的に内部に後退した第１凹部が表面
   に形成された結晶成長面上に成長された窒化物半導体か
   らなる単層または複数層の第２半導体層を備えてなり、 前記結晶成長面において、前記結晶成長面の原子配列構
   造と前記半導体層の原子配列構造が同じであり、前記結
   晶成長面を有していた基板を除去してなることを特徴と
   する半導体素子。
2. 【請求項２】 部分的に内部に後退した第１凹部が表面
   に形成された結晶成長面上に成長された窒化物半導体か
   らなる第１半導体層と、 前記第１半導体層上に成長され、前記第１半導体層と同
   じ材料からなる単層または複数層の第２半導体層とを備
   えてなり、 前記結晶成長面に形成された隣り合う前記第１凹部の中
   間位置の上方の前記第１半導体層の表面に、部分的に内
   部に後退した第２凹部が形成され、 前記結晶成長面において、前記結晶成長面の原子配列構
   造と前記第１半導体層の原子配列構造が同じであり、前
   記結晶成長面を有していた基板を除去してなることを特
   徴とする半導体素子。
3. 【請求項３】 前記第１凹部は、前記第１凹部の内部に
   後退した深さが０．００３μｍ〜３００μｍであり、前
   記第１凹部の幅が０．５μｍ〜５０μｍであり、隣り合
   う前記第１凹部の間隔が０．５μｍ〜５０μｍであるよ
   うなストライプ状、または格子状であることを特徴とす
   る請求項１に記載の半導体素子。
4. 【請求項４】 前記第１凹部は、前記第１凹部の内部に
   後退した深さが０．００３μｍ〜３００μｍであり、前
   記第１凹部の幅が０．５μｍ〜５０μｍであり、隣り合
   う前記第１凹部の間隔が０．５μｍ〜５０μｍであるよ
   うなストライプ状、格子状、または穴状であって、 前記第２凹部は、前記第２凹部の内部に後退した深さが
   ０．００３μｍ〜３００μｍであり、前記第２凹部の幅
   が０．５μｍ〜５０μｍであり、隣り合う前記第２凹部
   の間隔が０．５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする
   請求項２に記載の半導体素子。
5. 【請求項５】 前記第２半導体層がＡｌ、Ｇａ、および
   Ｎを少なくとも含む窒化物半導体からなることを特徴と
   する請求項１から請求項４の何れかに記載の半導体素
   子。
6. 【請求項６】 前記第２半導体層がｎ型半導体層とｐ型
   半導体層とを少なくとも備えてなり、前記ｎ型半導体層
   を下方に、前記ｐ型半導体層を上方に配置した構造を含
   むことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記
   載の半導体素子。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６の何れかに記載の
   第２半導体層が、少なくとも感光性または発光性を有す
   る活性層を少なくとも備えてなることを特徴とする光機
   能素子。
8. 【請求項８】 前記活性層のバンドギャップエネルギが
   ３．６ｅＶ以上であり、且つ前記活性層より前記基板側
   にある層のバンドギャップエネルギが前記活性層のバン
   ドギャップエネルギよりも大きいことを特徴とする請求
   項７に記載の光機能素子。
9. 【請求項９】 前記活性層における吸収端波長が３２０
   ｎｍ以下にあることを特徴とする請求項８に記載の光機
   能素子。
10. 【請求項１０】 前記活性層における吸収端波長が２９
    ０ｎｍ以下にあることを特徴とする請求項９に記載の光
    機能素子。
11. 【請求項１１】 前記基板がＳｉ基板であることを特徴
    とする請求項７から請求項１０の何れかに記載の光機能
    素子。
12. 【請求項１２】 基板の表面に、部分的に内部に後退し
    た凹部が形成された結晶成長面を形成する工程と、 前記結晶成長面上に、前記結晶成長面の原子配列構造が
    前記結晶成長面の原子配列構造と同じである窒化物半導
    体からなる半導体層を成長させる工程と、 少なくとも前記半導体層が残るように前記基板をエッチ
    ングにより除去する工程とを含む半導体素子の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 基板の表面に、部分的に内部に後退し
    た第１凹部が形成された結晶成長面を形成する工程と、 前記結晶成長面上に、前記結晶成長面の原子配列構造が
    前記結晶成長面の原子配列構造と同じである窒化物半導
    体からなる第１半導体層を成長させる工程と、 前記第１半導体層の表面の隣り合う前記第１凹部の中間
    位置の上方の表面に、部分的に内部に後退した第２凹部
    を形成する工程と、 前記第１半導体層上に、前記第１半導体層と同じ材料か
    らなる単層または複数層の第２半導体層を堆積させる工
    程と、 少なくとも前記第１半導体層が残るように前記基板をエ
    ッチングにより除去する工程とを含む半導体素子の製造
    方法。