JP2002252422A

JP2002252422A - 窒化物系半導体素子および窒化物半導体の形成方法

Info

Publication number: JP2002252422A
Application number: JP2001051955A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hata; 雅幸畑
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-09-06

Abstract

(57)【要約】【課題】刃状転位、らせん転位および混合転位のすべて
の転位密度が低減された窒化物系半導体層を歩留まり良
く形成することによって、良好な素子特性を有する窒化
物系半導体素子を容易に提供する。【解決手段】サファイア基板１上に形成され、７×１０
⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2
以下の密度のらせん転位および混合転位とを有する下地
層３と、下地層３上に形成されたマスク層４と、下地層
３上およびマスク層４上に形成されたアンドープＧａＮ
層５と、アンドープＧａＮ層５上に形成され、素子領域
を有する窒化物系半導体素子層を構成する各層６〜１４
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系半導体
素子および窒化物系半導体の形成方法に関し、より特定
的には、選択横方向成長を用いて形成した窒化物系半導
体層を含む窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の
形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発光ダイオード素子および半導体
レーザ素子などの半導体発光素子やトランジスタなどの
電子素子に用いられる半導体素子として、III族窒化物
系半導体を利用した窒化物系半導体素子の開発が盛んに
行われている。このような窒化物系半導体素子の製造の
際には、サファイアなどからなる基板上に、窒化物系半
導体層をエピタキシャル成長させている。

【０００３】この場合、サファイアなどの基板と窒化物
系半導体層とでは、格子定数が異なるため、サファイア
などの基板上に成長させた窒化物系半導体層では、基板
から上下方向に延びる転位（格子欠陥）が存在してい
る。このような窒化物系半導体層における転位は、半導
体素子の素子特性の劣化および信頼性の低下を招く。

【０００４】そこで、上記のような窒化物系半導体層に
おける転位を低減する方法として、従来、選択横方向成
長が提案されている。この選択横方向成長については、
たとえば、応用電子物性分科会誌、第４巻（１９９
８）、ｐ．５３などに開示されている。

【０００５】従来の選択横方向成長を用いた窒化物系半
導体の形成方法では、まず、基板（図示せず）上に、Ｇ
ａＮなどからなる下地層（図示せず）を形成する。その
下地層上に、ＳｉＯ₂などからなる選択成長マスク（図
示せず）を形成した後、選択成長マスクが形成されてい
ない領域下の下地層を種結晶として、窒化物系半導体層
（図示せず）を選択横方向成長させる。このようにし
て、従来の格子欠陥の低減された窒化物系半導体層が形
成される。そして、この格子欠陥の低減された窒化物系
半導体層上に、窒化物系半導体素子層（図示せず）を形
成すれば、従来の格子欠陥の低減された窒化物系半導体
素子を形成することができる。

【０００６】ここで、窒化物系半導体層を形成する際に
問題となる格子欠陥として、結晶中の歪みに起因する線
欠陥の一種である転位が知られている。転位には、刃状
転位、らせん転位および混合転位などがある。刃状転位
とは、転位線がすべり方向と直交する転位である。ま
た、らせん転位は、転位線がすべり方向と一致する転位
であり、混合転位は、転位線がすべり方向と斜めに交錯
する転位である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の選択横
方向成長を用いる窒化物系半導体の形成方法では、選択
横方向成長によって形成される窒化物系半導体層におい
て、刃状転位は大幅に低減されるが、らせん転位および
混合転位はあまり低減されない。そのため、従来の選択
横方向成長を用いて形成した窒化物系半導体層には、高
い密度のらせん転位および混合転位が含まれるという問
題点があった。

【０００８】この場合、選択横方向成長の下地層とし
て、刃状転位、らせん転位および混合転位のすべての転
位密度が少ない下地層を用いれば、選択横方向成長によ
って形成される窒化物系半導体層において、刃状転位、
らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低減さ
れる。しかしながら、従来では、このようなすべての転
位密度が低減された下地層を形成するのは困難であっ
た。このため、従来では、刃状転位、らせん転位および
混合転位のすべての転位密度が低減された窒化物系半導
体層を歩留まり良く形成するのは困難であるという問題
点があった。

【０００９】この発明の１つの目的は、刃状転位、らせ
ん転位および混合転位のすべての転位密度が低減された
窒化物系半導体層を歩留まり良く形成することによっ
て、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を容易
に提供することである。

【００１０】この発明のもう１つの目的は、刃状転位、
らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低減さ
れた窒化物系半導体層を歩留まり良く形成することが可
能な窒化物系半導体の形成方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の局面に
よる窒化物系半導体素子は、基板上に形成され、７×１
０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ
^-2以下の密度のらせん転位および混合転位とを有する第
１窒化物系半導体層と、第１窒化物系半導体層上に形成
されたマスク層と、第１窒化物系半導体層上およびマス
ク層上に形成された第２窒化物系半導体層と、第２窒化
物系半導体層上に形成され、素子領域を有する窒化物系
半導体素子層とを備えている。

【００１２】この第１の局面による窒化物系半導体素子
では、上記のように、第２窒化物系半導体層の下地層と
して、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、５×
１０⁸ｃｍ^-2以下の合計密度のらせん転位および混合転
位とを有する第１窒化物系半導体層を用いることによっ
て、このような高い密度の刃状転位と低い密度のらせん
転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体層
は、比較的容易に再現性よく得ることができるので、歩
留まりを向上させることができる。また、このような高
い密度の刃状転位と低い密度のらせん転位および混合転
位とを有する第１窒化物系半導体層を用いたとしても、
この第１窒化物系半導体層上にマスク層を用いて選択横
方向成長により第２窒化物系半導体層を形成すれば、刃
状転位を大幅に減少させることができる。これにより、
刃状転位、らせん転位および混合転位のすべての転位密
度が低減された第２窒化物系半導体層を歩留まり良く形
成することができる。そして、その第２窒化物系半導体
層上に、素子領域を有する窒化物系半導体素子層を形成
すれば、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を
容易に得ることができる。

【００１３】この発明の第２の局面による窒化物系半導
体素子は、基板上に形成され、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の
密度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度の
らせん転位および混合転位とを有するとともに、凹凸形
状の表面を有する第１窒化物系半導体層と、第１窒化物
系半導体層上に形成された第２窒化物系半導体層と、第
２窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有する窒
化物系半導体素子層とを備えている。

【００１４】この第２の局面による窒化物系半導体素子
では、上記のように、第２窒化物系半導体層の下地層と
して、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、５×
１０⁸ｃｍ^-2以下の合計密度のらせん転位および混合転
位とを有する第１窒化物系半導体層を用いることによっ
て、このような高い密度の刃状転位と低い密度のらせん
転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体層
は、比較的容易に再現性よく得ることができるので、歩
留まりを向上させることができる。また、このような高
い密度の刃状転位と低い密度のらせん転位および混合転
位とを有する第１窒化物系半導体層を用いたとしても、
この第１窒化物系半導体層の凹凸形状を用いて選択横方
向成長により第２窒化物系半導体層を形成すれば、刃状
転位を大幅に減少させることができる。これにより、刃
状転位、らせん転位および混合転位のすべての転位密度
が低減された第２窒化物系半導体層を歩留まり良く形成
することができる。そして、その第２窒化物系半導体層
上に、素子領域を有する窒化物系半導体素子層を形成す
れば、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を容
易に得ることができる。

【００１５】この発明の第３の局面による窒化物系半導
体素子は、凹凸形状の表面を有する基板の凸部上に形成
され、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、合計
５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせん転位および混合転
位とを有する第１窒化物系半導体層と、第１窒化物系半
導体層上に形成された第２窒化物系半導体層と、第２窒
化物系半導体層上に形成され、素子領域を有する窒化物
系半導体素子層とを備えている。

【００１６】この第３の局面による窒化物系半導体素子
では、上記のように、第２窒化物系半導体層の下地層と
して、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、５×
１０⁸ｃｍ^-2以下の合計密度のらせん転位および混合転
位とを有する第１窒化物系半導体層を用いることによっ
て、このような高い密度の刃状転位と低い密度のらせん
転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体層
は、比較的容易に再現性よく得ることができるので、歩
留まりを向上させることができる。また、このような高
い密度の刃状転位と低い密度のらせん転位および混合転
位とを有する第１窒化物系半導体層を用いたとしても、
この第１窒化物系半導体層の凸部を用いて選択横方向成
長により第２窒化物系半導体層を形成すれば、刃状転位
を大幅に減少させることができる。これにより、刃状転
位、らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低
減された第２窒化物系半導体層を歩留まり良く形成する
ことができる。そして、その第２窒化物系半導体層上
に、素子領域を有する窒化物系半導体素子層を形成すれ
ば、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を容易
に得ることができる。

【００１７】上記の場合、好ましくは、第２窒化物系半
導体層は、５×１０⁷ｃｍ^-2以下の密度の刃状転位を有
する。

【００１８】この発明の第４の局面による窒化物系半導
体素子は、基板上に形成され、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の
密度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度の
らせん転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導
体層と、第１窒化物系半導体層上に形成され、５×１０
⁷ｃｍ^-2以下の密度の刃状転位を有する第２窒化物系半
導体層と、第２窒化物系半導体層上に形成され、素子領
域を有する窒化物系半導体素子層とを備えている。

【００１９】この第４の局面による窒化物系半導体素子
では、上記のように、第２窒化物系半導体層の下地層と
して、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、５×
１０⁸ｃｍ^-2以下の合計密度のらせん転位および混合転
位とを有する第１窒化物系半導体層を用いることによっ
て、このような高い密度の刃状転位と低い密度のらせん
転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体層
は、比較的容易に再現性よく得ることができるので、歩
留まりを向上させることができる。また、このような高
い密度の刃状転位と低い密度のらせん転位および混合転
位とを有する第１窒化物系半導体層を用いたとしても、
この第１窒化物系半導体層上にマスク層を用いて選択横
方向成長により第２窒化物系半導体層を形成すれば、刃
状転位が大幅に減少された５×１０⁷ｃｍ^-2以下の密度
の刃状転位を有する第２窒化物系半導体を容易に得るこ
とができる。これにより、刃状転位、らせん転位および
混合転位のすべての転位密度が低減された第２窒化物系
半導体層を歩留まり良く形成することができる。そし
て、その第２窒化物系半導体層上に、素子領域を有する
窒化物系半導体素子層を形成すれば、良好な素子特性を
有する窒化物系半導体素子を容易に得ることができる。

【００２０】上記の場合、好ましくは、基板と第１窒化
物系半導体層との間に形成されたバッファ層をさらに備
える。このように構成すれば、基板上に直接第１窒化物
系半導体層を形成する場合に比べて、より低転位の第１
窒化物系半導体層を形成することができる。これによ
り、低転位の第１窒化物系半導体層上に、より低転位の
第２窒化物系半導体層を形成することができる。また、
基板は、サファイア基板、スピネル基板、Ｓｉ基板、Ｓ
ｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板およ
び水晶基板からなるグループより選択される１つの基板
を含むのが好ましい。

【００２１】この発明の第５の局面による窒化物系半導
体の形成方法は、基板上に、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密
度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のら
せん転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体
層を形成する工程と、第１窒化物系半導体層上にマスク
層を形成する工程と、マスク層をマスクとして、第１窒
化物系半導体層上およびマスク層上に第２窒化物系半導
体層を成長させる工程とを備えている。

【００２２】この第５の局面による窒化物系半導体の形
成方法では、上記のように、基板上に、７×１０⁸ｃｍ
^-2以上の密度の刃状転位と、５×１０⁸ｃｍ^-2以下の合
計密度のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化
物系半導体層を形成することによって、このような高い
密度の刃状転位と低い密度のらせん転位および混合転位
とを有する第１窒化物系半導体層は、比較的容易に再現
性よく得ることができるので、歩留まりを向上させるこ
とができる。また、このような高い密度の刃状転位と低
い密度のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化
物系半導体層を用いたとしても、この第１窒化物系半導
体層上にマスク層を用いて選択横方向成長により第２窒
化物系半導体層を形成することによって、刃状転位を大
幅に減少させることができる。これにより、刃状転位、
らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低減さ
れた第２窒化物系半導体層を歩留まり良く形成すること
ができる。

【００２３】この発明の第６の局面による窒化物系半導
体の形成方法は、基板上に、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密
度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のら
せん転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体
層を形成する工程と、第１窒化物系半導体層をエッチン
グすることによって、第１窒化物系半導体層の表面に凹
凸形状を形成する工程と、第１窒化物系半導体層上に、
第２窒化物系半導体層を成長させる工程とを備えてい
る。

【００２４】この第６の局面による窒化物系半導体の形
成方法では、上記のように、基板上に、７×１０⁸ｃｍ
^-2以上の密度の刃状転位と、５×１０⁸ｃｍ^-2以下の合
計密度のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化
物系半導体層を形成することによって、このような高い
密度の刃状転位と低い密度のらせん転位および混合転位
とを有する第１窒化物系半導体層は、比較的容易に再現
性よく得ることができるので、歩留まりを向上させるこ
とができる。また、このような高い密度の刃状転位と低
い密度のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化
物系半導体層を用いたとしても、この第１窒化物系半導
体層の凸部を用いて選択横方向成長により第２窒化物系
半導体層を形成することによって、刃状転位を大幅に減
少させることができる。これにより、刃状転位、らせん
転位および混合転位のすべての転位密度が低減された第
２窒化物系半導体層を歩留まり良く形成することができ
る。

【００２５】この発明の第７の局面による窒化物系半導
体の形成方法は、基板上に、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密
度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のら
せん転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体
層を形成する工程と、第１窒化物系半導体層および基板
をエッチングすることによって、第１窒化物系半導体層
から前記基板に達する凹凸形状を形成する工程と、基板
上および第１窒化物系半導体層上に、第２窒化物系半導
体層を成長させる工程とを備えている。

【００２６】この第７の局面による窒化物系半導体の形
成方法では、上記のように、基板上に、７×１０⁸ｃｍ
^-2以上の密度の刃状転位と、５×１０⁸ｃｍ^-2以下の合
計密度のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化
物系半導体層を形成することによって、このような高い
密度の刃状転位と低い密度のらせん転位および混合転位
とを有する第１窒化物系半導体層は、比較的容易に再現
性よく得ることができるので、歩留まりを向上させるこ
とができる。また、このような高い密度の刃状転位と低
い密度のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化
物系半導体層を用いたとしても、この第１窒化物系半導
体層上に凹凸形状を用いて選択横方向成長により第２窒
化物系半導体層を形成することによって、刃状転位を大
幅に減少させることができる。これにより、刃状転位、
らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低減さ
れた第２窒化物系半導体層を歩留まり良く形成すること
ができる。

【００２７】上記第６または第７の局面において、好ま
しくは、凹凸形状を形成する工程は、第１窒化物系半導
体層上に形成したマスク層を用いてエッチングすること
によって、凹凸形状を形成する工程を含み、第２窒化物
系半導体層を成長させる工程は、凹凸形状の凸部の上面
上にマスク層を残した状態で、前記第２窒化物系半導体
層を成長させる工程を含む。このように構成すれば、凹
凸形状の凸部の上面上のマスク層により、凹凸形状の凸
部の上面の転位が第２窒化物系半導体層に反映されない
ので、第２窒化物系半導体層の転位をより低減すること
ができる。

【００２８】上記の場合、第２窒化物系半導体層は、５
×１０⁷ｃｍ^-2以下の密度の刃状転位を有するのが好ま
しい。

【００２９】この発明の第８の局面による窒化物系半導
体の形成方法は、基板上に、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密
度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のら
せん転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体
層を形成する工程と、第１窒化物系半導体層上に、５×
１０⁷ｃｍ^-2以下の密度の刃状転位を有する第２窒化物
系半導体層を成長させる工程とを備えている。

【００３０】この第８の局面による窒化物系半導体の形
成方法では、上記のように、基板上に、７×１０⁸ｃｍ
^-2以上の密度の刃状転位と、５×１０⁸ｃｍ^-2以下の合
計密度のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化
物系半導体層を形成することによって、このような高い
密度の刃状転位と低い密度のらせん転位および混合転位
とを有する第１窒化物系半導体層は、比較的容易に再現
性よく得ることができるので、歩留まりを向上させるこ
とができる。また、このような高い密度の刃状転位と低
い密度のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化
物系半導体層を用いたとしても、この第１窒化物系半導
体層上に凹凸形状を用いて選択横方向成長により第２窒
化物系半導体層を形成することによって、刃状転位が大
幅に減少された５×１０⁷ｃｍ^-2以下の密度の刃状転位
を有する第２窒化物系半導体層を容易に形成することが
できる。これにより、刃状転位、らせん転位および混合
転位のすべての転位密度が低減された第２窒化物系半導
体層を歩留まり良く形成することができる。

【００３１】上記の場合、好ましくは、第１窒化物系半
導体層を形成する工程は、基板上にバッファ層を介して
前記第１窒化物系半導体層を形成する工程を含む。この
ように構成すれば、基板上に直接第１窒化物系半導体層
を形成する場合に比べて、より低転位の第１窒化物系半
導体層を形成することができる。これにより、低転位の
第１窒化物系半導体層上に、より低転位の第２窒化物系
半導体層を形成することができる。また、基板は、サフ
ァイア基板、スピネル基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、Ｇ
ａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板および水晶基板か
らなるグループより選択される１つの基板を含むのが好
ましい。

【００３２】

【発明の実施形態】以下、本発明を具体化した実施形態
を図面に基づいて説明する。

【００３３】（第１実施形態）図１〜図３は、本発明の
第１実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説明す
るための断面図である。図１〜図３を参照して、第１実
施形態による窒化物系半導体の形成方法について説明す
る。

【００３４】まず、図１に示すように、ＭＯＶＰＥ法
（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒＰｈａｓ
ｅＥｐｉｔａｘｙ：有機金属気相成長法）などの結晶
成長法を用いて、サファイア（０００１）面基板１（以
下、「サファイア基板１」という）上に、約１０ｎｍ〜
約２００ｎｍの膜厚を有するＡｌ_xＧａ_1-xＮからなる低
温バッファ層２を形成する。低温バッファ層２のＡｌ組
成は、たとえば、０．５＜ｘ≦１である。また、低温バ
ッファ層２は、成長温度：６００℃、および、成長速
度：１．５〜５ｎｍ／ｓで成長させる。なお、サファイ
ア基板１が、本発明の「基板」の一例である。また、低
温バッファ層２が、本発明の「バッファ層」の一例であ
る。

【００３５】次に、低温バッファ層２上に、ＭＯＶＰＥ
法などの結晶成長法を用いて、アンドープＧａＮからな
る下地層３を形成する。この下地層３は、７×１０⁸ｃ
ｍ^-2以上の密度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以
下の密度のらせん転位および混合転位とを有する。この
ような密度を有する下地層３の成長条件は、たとえば、
成長温度：９００℃〜１１５０℃、成長速度：１０〜２
０μｍ／時間、および、ガス流量：ＴＭＧａ（トリメチ
ルガリウム）；１００〜２００μｍｏｌ／分，アンモニ
ア；１０ｌｉｔｔｅｒ／分である。なお、下地層３が、
本発明の「第１窒化物系半導体層」の一例である。

【００３６】この下地層３上に、図２に示すように、約
０．５μｍの膜厚を有するストライプ状のＳｉＯ₂から
なるマスク層４を形成する。マスク層４のストライプパ
ターンは、マスク層４の幅が約５μｍで、隣接するマス
ク層４間の間隔（マスク開口部の幅）が約２μｍとなる
ように、約７μｍの周期で形成する。また、ストライプ
状のマスク層４は、下地層３のＧａＮの［１１−２０］
方向と平行な方向に形成する。

【００３７】次に、このマスク層４をマスクとして、Ｈ
ＶＰＥ法（ハライド気相成長法）などを用いて、上記し
た転位密度を有するアンドープＧａＮからなる下地層３
を下地として、アンドープＧａＮ層５を選択横方向成長
させる。この場合、マスク層４上を横方向成長したアン
ドープＧａＮ層５は、合体して、連続的なアンドープＧ
ａＮ層５となり、図３に示すように、表面が平坦化され
た約５μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層５が形成
される。この選択横方向成長されたアンドープＧａＮ層
５は、５×１０⁷ｃｍ^-2以下の密度の刃状転位と、合計
５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせん転位および混合転
位とを有する。なお、このアンドープＧａＮ層５が、本
発明の「第２窒化物系半導体層」の一例である。

【００３８】第１実施形態による窒化物系半導体の形成
方法では、上記のように、アンドープＧａＮ層５の下地
として、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、５
×１０⁸ｃｍ^-2以下の合計密度のらせん転位および混合
転位とを有する、アンドープＧａＮからなる下地層３を
用いることによって、このような高い密度の刃状転位
と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有する下
地層３は、刃状転位、らせん転位および混合転位のすべ
ての転位密度が低い下地層３を形成する場合に比べて、
比較的容易に再現性良く得ることができる。その結果、
下地層３の歩留まりを向上させることができる。

【００３９】また、第１実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、上記のように、高い密度の刃状転位
と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有する下
地層３を用いたとしても、この下地層３上にマスク層４
を用いて選択横方向成長によりアンドープＧａＮ層５を
形成すれば、アンドープＧａＮ層５の刃状転位を大幅に
減少させることができる。これにより、刃状転位、らせ
ん転位および混合転位のすべての転位密度が低減された
アンドープＧａＮ層５を歩留まり良く形成することがで
きる。

【００４０】また、第１実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、サファイア基板１上に設けた低温バッ
ファ層２上に、下地層３を成長させて、その下地層３を
種結晶としてアンドープＧａＮ層５を成長させることに
よって、サファイア基板１上に直接下地層３を成長させ
る場合に比べて、より低転位の下地層３を成長させるこ
とができる。これにより、低転位の下地層３を種結晶と
して、より低転位のアンドープＧａＮ層５を成長させる
ことができる。

【００４１】ここで、以下の表１および表２を参照し
て、第１実施形態の効果を確認するために行った実験に
ついて説明する。

【００４２】

【表１】

【表２】表１には、第１実施形態によるＮｏ．１〜Ｎｏ．４と、
比較例によるＮｏ．５〜Ｎｏ．９とにおける低温バッフ
ァ層２の組成および膜厚と、各低温バッファ層２上に形
成した下地層３の成長条件とが示されている。また、表
２には、表１の成長条件で形成した各下地層３と、下地
層３上に選択横方向成長により形成されたアンドープＧ
ａＮ層５との刃状転位の密度およびらせん転位と混合転
位との合計密度が示されている。なお、転位密度は、透
過電子顕微鏡を用いて測定した。

【００４３】表１において、第１実施形態によるＮｏ．
１〜Ｎｏ．４のＡｌ_xＧａ_1-xＮからなる各低温バッファ
層２は、上記した第１実施形態の条件（膜厚：約１０ｎ
ｍ〜約２００ｎｍ、および、組成：０．５≦ｘ≦１）で
形成した。また、第１実施形態によるＮｏ．１〜Ｎｏ．
４の下地層３は、上記した第１実施形態の成長条件（成
長温度：９００℃〜１１５０℃、成長速度：１０〜２０
μｍ／時間、および、ＴＭＧａのガス流量：１００〜２
００μｍｏｌ／分）で形成した。また、比較例によるＮ
ｏ．５〜Ｎｏ．９の低温バッファ層２と下地層３とを形
成する際の成長条件は、上記した第１実施形態のＮｏ．
１〜Ｎｏ．４の低温バッファ層２および下地層３の成長
条件のいずれかを満たしていない条件とした。なお、Ｎ
ｏ．１〜Ｎｏ．９のすべてにおいて、低温バッファ層２
の成長速度は、１．５〜５ｎｍ／ｓであるとともに、下
地層３のアンモニアガス流量は、１０ｌｉｔｔｅｒ／分
である。

【００４４】上記した条件で形成された第１実施形態に
よるＮｏ．１〜Ｎｏ．４の下地層３は、表２に示すよう
に、５×１０⁸ｃｍ^-2以下の低い密度のらせん転位およ
び混合転位を有する。一方、上記した第１実施形態によ
るＮｏ．１〜Ｎｏ．４の条件のいずれかを満たさない条
件で形成された比較例によるＮｏ．５〜Ｎｏ．９の下地
層３は、８×１０⁸ｃｍ^-2以上の高い密度のらせん転位
および混合転位を有する。したがって、上記した条件を
用いて形成された第１実施形態のＮｏ．１〜Ｎｏ．４の
下地層３は、比較例のＮｏ．５〜Ｎｏ．９の下地層３に
比べて、低い密度のらせん転位および混合転位を有する
ことがわかる。

【００４５】また、表２に示すように、第１実施形態に
よるＮｏ．１〜Ｎｏ．４の下地層３上に成長されたアン
ドープＧａＮ層５は、３×１０⁷ｃｍ^-2以下の低い密度
のらせん転位および混合転位を有する。一方、比較例に
よるＮｏ．５〜Ｎｏ．９の下地層３を種結晶として成長
されたアンドープＧａＮ層５は、７×１０⁷ｃｍ^-2以上
の高い密度のらせん転位および混合転位を有する。した
がって、低い密度のらせん転位および混合転位を有する
第１実施形態のＮｏ．１〜Ｎｏ．４の下地層３を種結晶
として成長された第１実施形態のＮｏ．１〜Ｎｏ．４の
アンドープＧａＮ層５は、比較例のＮｏ．５〜Ｎｏ．９
のアンドープＧａＮ層５に比べて、低い密度のらせん転
位および混合転位を有することがわかる。

【００４６】また、第１実施形態によるＮｏ．１〜Ｎ
ｏ．４の下地層３と、その下地層３を種結晶として選択
横方向成長により形成された第１実施形態によるＮｏ．
１〜Ｎｏ．４のアンドープＧａＮ層５との刃状転位の密
度を比較すると、表２に示すように、７×１０⁸ｃｍ^-2
以上の高い密度の刃状転位を有する下地層３に比べて、
アンドープＧａＮ層５は、５×１０⁷ｃｍ^-2以下の低い
密度の刃状転位を有することがわかる。したがって、下
地層３の刃状転位の密度は、下地層３上に形成されたア
ンドープＧａＮ層５において大幅に低減されていること
がわかる。

【００４７】なお、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９の窒化物系半導
体上に、後述する窒化物系半導体素子層を形成すること
により得られる半導体レーザ素子において、低温（１０
Ｋ）のフォトルミネッセンス測定を行ったところ、低い
密度の刃状転位、らせん転位および混合転位を有する第
１実施形態によるＮｏ．１〜Ｎｏ．４のアンドープＧａ
Ｎ層５を用いて形成された半導体レーザ素子において、
良好な発光特性が得られた。

【００４８】上記のような実験結果から、条件を調整す
れば、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の高い密度の刃状転位と、
合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の低い密度のらせん転位およ
び混合転位とを有するアンドープＧａＮからなる下地層
３を容易に歩留まり良く形成可能であることが判明し
た。そして、そのような高い密度の刃状転位と、低い密
度のらせん転位および混合転位とを有する下地層３上
に、アンドープＧａＮ層５を選択横方向成長させれば、
刃状転位、らせん転位および混合転位のすべての転位密
度が低減されたアンドープＧａＮ層５を容易に歩留まり
良く形成可能であることが判明した。

【００４９】図４は、上記した第１実施形態の窒化物系
半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を
示した斜視図である。次に、図４を参照して、第１実施
形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した
半導体レーザ素子の構造について説明する。

【００５０】第１実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図３に示した第１実施形態のアンドープＧａＮ
層５上に、図４に示すように、約４μｍの膜厚を有する
ｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層６が形成されてい
る。ｎ型コンタクト層６上には、約０．１μｍの膜厚を
有するｎ型ＡｌＧａＩｎＮからなるクラック防止層７、
約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなる
ｎ型第２クラッド層８、約５０ｎｍ（約０．０５μｍ）
の膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型第１クラッド層
９、および、ＧａＩｎＮからなる多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）発光層１０が順次形成されている。このＭＱＷ発光
層１０は、約４ｎｍの厚みを有する５つのアンドープＧ
ａＮ障壁層と、約４ｎｍの厚みを有する４つの圧縮歪み
のアンドープＧａＩｎＮ井戸層とが交互に積層された構
造を有する。

【００５１】ＭＱＷ発光層１０上には、約４０ｎｍ（約
０．０４μｍ）の膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型
第１クラッド層１１が形成されている。ｐ型第１クラッ
ド層１１上には、約０．４５μｍの高さを有するメサ形
状（台形状）のｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型第２クラッ
ド層１２が形成されている。また、ｐ型第１クラッド層
１１上の、ｐ型第２クラッド層１２が形成されている領
域以外の領域と、メサ形状のｐ型第２クラッド層１２の
側面とを覆うとともに、ｐ型第２クラッド層１２の上面
を露出させるように、約０．２μｍの膜厚を有するｎ型
ＧａＮからなる電流阻止層１３が形成されている。電流
阻止層１３上には、露出されたｐ型第２クラッド層１２
の上面と接触するように、約３μｍ〜約５μｍの膜厚を
有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１４が形成
されている。

【００５２】また、ｐ型コンタクト層１４からｎ型コン
タクト層６までの一部領域が除去されている。そのｎ型
コンタクト層６の露出した表面の一部と、クラック防止
層７、ｎ型第２クラッド層８、ｎ型第１クラッド層９、
ＭＱＷ発光層１０、ｐ型第１クラッド層１１、電流阻止
層１３およびｐ型コンタクト層１４の露出した側面とを
覆うように、ＳｉＯ₂またはＳｉＮなどの絶縁膜からな
る保護膜１５が形成されている。

【００５３】また、ｐ型コンタクト層１４の上面上に
は、ｐ型電極１６が形成されるとともに、一部領域が除
去されて露出されたｎ型コンタクト層６の表面には、ｎ
型電極１７が形成されている。

【００５４】なお、ｎ型コンタクト層６、クラック防止
層７、ｎ型第２クラッド層８、ｎ型第１クラッド層９、
ＭＱＷ発光層１０、ｐ型第１クラッド層１１、ｐ型第２
クラッド層１２、電流阻止層１３およびｐ型コンタクト
層１４は、本発明の「素子領域を有する窒化物系半導体
素子層」の一例である。

【００５５】第１実施形態の半導体レーザ素子では、上
記のように、図１〜図３に示した第１実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて形成された、刃状転位、ら
せん転位および混合転位のすべての転位密度が低減され
たアンドープＧａＮ層５を下地として、その上に各層６
〜１４を形成することによって、各層６〜１４において
良好な結晶性を実現することができる。その結果、第１
実施形態では、良好な素子特性を有する半導体レーザ素
子を容易に得ることができる。

【００５６】（第２実施形態）図５〜図７は、本発明の
第２実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説明す
るための断面図である。この第２実施形態では、第１実
施形態の絶縁性のサファイア基板１の代わりに、導電性
を有するｎ型Ｓｉまたはｎ型ＳｉＣからなる基板２１を
用いている。図５〜図７を参照して、第２実施形態によ
る窒化物系半導体の形成方法について説明する。

【００５７】まず、この第２実施形態では、図５に示す
ように、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板２１上に、約５０
ｎｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎからなるバ
ッファ層２２を１１５０℃の成長温度で形成する。

【００５８】次に、バッファ層２２上に、ＭＯＶＰＥ法
などの結晶成長法を用いて、ｎ型ＧａＮからなる下地層
２３を形成する。この下地層２３は、７×１０⁸ｃｍ^-2
以上の密度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の
密度のらせん転位および混合転位とを有する。このよう
な密度を有する下地層２３の成長条件は、たとえば、成
長温度：１１５０℃、成長速度：２０μｍ／時間、ガス
流量：ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）；２００μｍｏ
ｌ／分，アンモニア；１０ｌｉｔｔｅｒ／分であり、上
記した第１実施形態の下地層３の成長条件を満たしてい
る。なお、下地層２３が、本発明の「第１窒化物系半導
体層」の一例である。

【００５９】この下地層２３上に、図６に示すように、
約０．５μｍの膜厚を有するストライプ状のＳｉＯ₂か
らなるマスク層２４を形成する。マスク層２４のストラ
イプパターンは、マスク層２４の幅が約５μｍで、隣接
するマスク層２４間の間隔（マスク開口部の幅）が約２
μｍとなるように、約７μｍの周期で形成する。また、
ストライプ状のマスク層２４は、下地層２３のＧａＮの
［１１−２０］方向と平行な方向に形成する。

【００６０】次に、このマスク層２４をマスクとしてＭ
ＯＶＰＥ法などを用いて、上記した転位密度を有するｎ
型ＧａＮからなる下地層２３を下地として、ｎ型ＧａＮ
層２５を選択横方向成長させる。この場合、マスク層２
４上を横方向成長したｎ型ＧａＮ層２５は、合体して、
連続的なｎ型ＧａＮ層２５となり、図７に示すように、
表面が平坦化された約５μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮ
層２５が形成される。この選択横方向成長されたｎ型Ｇ
ａＮ層２５は、５×１０⁷ｃｍ^-2以下の密度の刃状転位
と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせん転位およ
び混合転位とを有する。なお、このｎ型ＧａＮ層２５
が、本発明の「第２窒化物系半導体層」の一例である。

【００６１】第２実施形態による窒化物系半導体の形成
方法では、上記のように、ｎ型ＧａＮ層２５の下地とし
て、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、５×１
０⁸ｃｍ^-2以下の合計密度のらせん転位および混合転位
とを有する下地層２３を用いることによって、このよう
な高い密度の刃状転位と、低い密度のらせん転位および
混合転位とを有する下地層２３は、刃状転位、らせん転
位および混合転位のすべての転位密度が低い下地層２３
を形成する場合に比べて、比較的容易に再現性良く得る
ことができる。その結果、下地層２３の歩留まりを向上
させることができる。

【００６２】また、第２実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、上記のように、高い密度の刃状転位
と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有する下
地層２３を用いたとしても、この下地層２３上にマスク
層２４を用いて選択横方向成長によりｎ型ＧａＮ層２５
を形成すれば、ｎ型ＧａＮ層２５の刃状転位を大幅に減
少させることができる。これにより、第１実施形態と同
様、刃状転位、らせん転位および混合転位のすべての転
位密度低減されたｎ型ＧａＮ層２５を歩留まり良く形成
することができる。

【００６３】また、第２実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、基板２１上に設けたバッファ層２２上
に、下地層２３を成長させることによって、基板２１上
に直接下地層２３を成長させる場合に比べて、より低転
位の下地層２３を成長させることができる。これによ
り、第１実施形態と同様、低転位の下地層２３を種結晶
として、より低転位のｎ型ＧａＮ層２５を成長させるこ
とができる。

【００６４】図８は、上記した第２実施形態の窒化物系
半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を
示した斜視図である。次に、図８を参照して、第２実施
形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した
半導体レーザ素子の構造について説明する。

【００６５】第２実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図７に示した第２実施形態のｎ型ＧａＮ層２５
上に、図８に示すように、約０．１μｍの膜厚を有する
ｎ型ＡｌＧａＩｎＮからなるクラック防止層２６、約
０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ
型第２クラッド層２７、約５０ｎｍ（約０．０５）μｍ
の膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型第１クラッド層
２８、および、ＧａＩｎＮからなる多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）発光層２９が順次形成されている。このＭＱＷ発光
層２９は、約４ｎｍの厚みを有する５つのアンドープＧ
ａＮ障壁層と、約４ｎｍの厚みを有する４つの圧縮歪み
のアンドープＧａＩｎＮ井戸層とが交互に積層された構
造を有する。

【００６６】ＭＱＷ発光層２９上には、約４０ｎｍ（約
０．０４μｍ）の膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型
第１クラッド層３０が形成されている。ｐ型第１クラッ
ド層３０上には、約０．４５μｍの高さを有するメサ形
状（台形状）のｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型第２クラッ
ド層３１が形成されている。また、ｐ型第１クラッド層
３０上の、ｐ型第２クラッド層３１が形成されている領
域以外の領域と、メサ形状のｐ型第２クラッド層３１の
側面とを覆うとともに、ｐ型第２クラッド層３１の上面
を露出させるように、約０．２μｍの膜厚を有するｎ型
ＧａＮからなる電流阻止層３２が形成されている。電流
阻止層３２上には、露出されたｐ型第２クラッド層３１
の上面と接触するように、約３μｍ〜約５μｍの膜厚を
有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層３３が形成
されている。

【００６７】また、ｐ型第２クラッド層３１のメサ形状
を反映したｐ型コンタクト層３３の凸部上には、ｐ型電
極３４が形成されている。また、この第２実施形態で
は、第１実施形態のサファイア基板１と異なり、ｎ型Ｓ
ｉまたはｎ型ＳｉＣからなる基板２１は導電性を有する
ので、基板２１の裏面に、ｎ型電極３５が形成されてい
る。

【００６８】なお、クラック防止層２６、ｎ型第２クラ
ッド層２７、ｎ型第１クラッド層２８、ＭＱＷ発光層２
９、ｐ型第１クラッド層３０、ｐ型第２クラッド層３
１、電流阻止層３２およびｐ型コンタクト層３３は、本
発明の「素子領域を有する窒化物系半導体素子層」の一
例である。

【００６９】第２実施形態の半導体レーザ素子では、上
記のように、図５〜図７に示した第２実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて形成された、刃状転位、ら
せん転位および混合転位のすべての転位密度が低減され
たｎ型ＧａＮ層２５を下地として、その上に各層２６〜
３３を形成することによって、各層２６〜３３において
良好な結晶性を実現することができる。その結果、良好
な素子特性を有する半導体レーザ素子を容易に得ること
ができる。

【００７０】（第３実施形態）図９〜図１３は、本発明
の第３実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説明
するための断面図である。この第３実施形態では、サフ
ァイア（０００１）面基板４１（以下、「サファイア基
板４１」という）上に形成した凹凸形状を有する下地層
４３を用いて選択横方向成長を行う例を示している。以
下、図９〜図１３を参照して、第３実施形態による窒化
物系半導体の形成方法について詳細に説明する。

【００７１】まず、この第３実施形態では、図９に示す
ように、第１実施形態と同じ形成条件を用いて、サファ
イア基板４１上に、約１５ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａ
Ｎからなる低温バッファ層４２、および、約２μｍの膜
厚を有するアンドープＧａＮからなる下地層４３を形成
する。これにより、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状
転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせん転位
および混合転位とを有する下地層４３を形成する。な
お、サファイア基板４１が、本発明の「基板」の一例で
ある。また、この低温バッファ層４２が、本発明の「バ
ッファ層」の一例であり、下地層４３が、本発明の「第
１窒化物系半導体層」の一例である。

【００７２】下地層４３上に、マスク層（図示せず）を
形成した後、このマスク層をマスクとして、ＲＩＥ法な
どを用いて、下地層４３の表面を約１μｍの厚み分だけ
エッチングする。その後、マスク層を除去する。これに
より、図１０に示すように、下地層４３の表面にストラ
イプ状の凹凸形状を形成する。下地層４３の凹凸形状
は、凹部の底面の幅が約１μｍ、凸部の高さが約１μ
ｍ、および、凸部の底部の幅が約１μｍになるように形
成するとともに、アンドープＧａＮからなる下地層４３
の［１１−２０］方向と平行な方向に形成される。

【００７３】次に、図１１に示すように、アンドープＧ
ａＮからなる下地層４３の全面を種結晶として、アンド
ープＧａＮ層４４を選択横方向成長させる。なお、この
アンドープＧａＮ層４４が、本発明の「第２窒化物系半
導体層」の一例である。このアンドープＧａＮ層４４の
選択横方向成長は、図１１〜図１３の順序で進む。すな
わち、アンドープＧａＮ層４４は、下地層４３の凸部の
上面および側面と凹部の底面とから縦方向（上方向）お
よび横方向に成長するとともに、途中から横方向成長が
支配的となる。これにより、図１３に示すように、表面
が平坦化された約５μｍの膜厚を有するアンドープＧａ
Ｎ層４４が形成される。この場合、アンドープＧａＮ層
４４の転位は、横方向成長する際に、横方向に折れ曲が
るので、表面付近の転位が下地層４３に比べて低減され
た低転位のアンドープＧａＮ層４４が得られる。特に、
刃状転位は大幅に低減される。

【００７４】第３実施形態による窒化物系半導体の形成
方法では、上記のように、低温バッファ層４２と下地層
４３とを、上記した第１実施形態の低温バッファ層２お
よび下地層３の成長条件を満たすように形成することに
よって、第１実施形態と同様、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の
密度の刃状転位と、５×１０⁸ｃｍ^-2以下の合計密度の
らせん転位および混合転位とを有する下地層４３を形成
することができる。そして、このような高い密度の刃状
転位と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有す
る下地層４３は、刃状転位、らせん転位および混合転位
のすべての転位密度が低い下地層４３を形成する場合に
比べて、比較的容易に再現性良く得ることができる。そ
の結果、下地層４３の歩留まりを向上させることができ
る。

【００７５】また、第３実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、上記のように、高い密度の刃状転位
と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有する下
地層４３を用いたとしても、この下地層４３の凹凸形状
を用いて選択横方向成長によりアンドープＧａＮ層４４
を形成すれば、アンドープＧａＮ層４４の刃状転位を大
幅に減少させることができる。これにより、刃状転位、
らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低減さ
れたアンドープＧａＮ層４４を歩留まり良く形成するこ
とができる。

【００７６】また、第３実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、サファイア基板４１上に設けた低温バ
ッファ層４２上に、下地層４３を成長させることによっ
て、サファイア基板４１上に直接下地層４３を成長させ
る場合に比べて、より低転位の下地層４３を成長させる
ことができる。これにより、第１実施形態と同様、低転
位の下地層４３を種結晶として、より低転位のアンドー
プＧａＮ層４４を成長させることができる。

【００７７】図１４は、上記した第３実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子
を示した斜視図である。次に、図１４を参照して、第３
実施形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
した半導体レーザ素子の構造について説明する。

【００７８】第３実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図１３に示したアンドープＧａＮ層４４上に、
第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層６、クラック防
止層７、ｎ型第２クラッド層８、ｎ型第１クラッド層
９、ＭＱＷ発光層１０、ｐ型第１クラッド層１１、ｐ型
第２クラッド層１２、電流阻止層１３、ｐ型コンタクト
層１４および保護膜１５が形成されている。なお、各層
６〜１４および保護膜１５の組成および膜厚は、第１実
施形態と同様である。

【００７９】また、ｐ型コンタクト層１４の上面上に
は、ｐ型電極１６が形成されるとともに、一部領域が除
去されて露出されたｎ型コンタクト層６の表面には、ｎ
型電極１７が形成されている。

【００８０】第３実施形態の半導体レーザ素子では、上
記のように、図９〜図１３に示した第３実施形態の窒化
物系半導体の形成方法を用いて形成された刃状転位、ら
せん転位および混合転位のすべての転位密度が低減され
たアンドープＧａＮ層４４を下地として、その上に各層
６〜１４を形成することによって、各層６〜１４におい
て良好な結晶性を実現することができる。その結果、良
好な素子特性を有する半導体レーザ素子を容易に得るこ
とができる。

【００８１】（第４実施形態）図１５〜図１９は、本発
明の第４実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説
明するための断面図である。この第４実施形態では、凹
凸形状を有するサファイア（０００１）面基板５１（以
下、「サファイア基板５１」という）の凸部の上面上に
形成した下地層５３を用いて選択横方向成長を行う例を
示している。図１５〜図１９を参照して、第４実施形態
による窒化物系半導体の形成方法について説明する。

【００８２】まず、この第４実施形態では、図１５に示
すように、第１実施形態と同じ形成条件を用いて、サフ
ァイア基板５１上に、約１５ｎｍの膜厚を有するＡｌＧ
ａＮからなる低温バッファ層５２、および、約１．５μ
ｍの膜厚を有するアンドープＧａＮからなる下地層５３
を形成する。これにより、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度
の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせ
ん転位および混合転位とを有する下地層５３を形成す
る。なお、サファイア基板５１が、本発明の「基板」の
一例である。また、この低温バッファ層５２が、本発明
の「バッファ層」の一例であり、下地層５３が、本発明
の「第１窒化物系半導体層」の一例である。

【００８３】下地層５３上に、マスク層（図示せず）を
形成した後、このマスク層をマスクとして、ＲＩＥ法な
どを用いて、マスク層が形成されていない領域下の部分
の下地層５３および低温バッファ層５２をエッチングに
より除去するとともに、サファイア基板５１をサファイ
ア基板５１の底面に達しない範囲の厚み分だけエッチン
グする。その後、マスク層を除去する。これにより、図
１６に示すように、サファイア基板５１を凹凸形状に形
成するとともに、サファイア基板５１の凸部の上面のほ
ぼ全面に接触するようにパターニングされた低温バッフ
ァ層５２、および、低温バッファ層５２の上面のほぼ全
面に接触するようにパターニングされた下地層５３を形
成する。サファイア基板５１の凹凸形状は、凹部の底面
の幅が約１０μｍ、凸部の高さが約１μｍ、および、凸
部の底部の幅が約１μｍになるように形成するととも
に、アンドープＧａＮからなる下地層５３の［１１−２
０］方向と平行な方向に形成される。

【００８４】次に、図１７〜図１９に示すように、アン
ドープＧａＮからなる下地層５３の露出された上面およ
び側面を種結晶として、アンドープＧａＮ層５４を選択
横方向成長させる。なお、このアンドープＧａＮ層５４
が、本発明の「第２窒化物系半導体層」の一例である。
このアンドープＧａＮ層５４の選択横方向成長は、図１
７〜図１９の順序で進む。すなわち、下地層５３の上面
および側面から縦方向（上方向）および横方向に成長す
るとともに、途中から横方向成長が支配的となる。これ
により、図１９に示すように、表面が平坦化された約５
μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層５４が形成され
る。なお、アンドープＧａＮ層５４と、サファイア基板
５１の凹部の底面との間には、空洞部５５が形成されて
いる。この場合、アンドープＧａＮ層５４の転位は、横
方向成長する際に、横方向に折れ曲がる。これにより、
表面付近の転位が下地層５３に比べて低減された低転位
のアンドープＧａＮ層５４が得られる。特に、刃状転位
は大幅に低減される。

【００８５】第４実施形態による窒化物系半導体の形成
方法では、上記のように、低温バッファ層５２と下地層
５３とを、上記した第１実施形態の低温バッファ層２お
よび下地層３の成長条件を満たすように形成することに
よって、第１実施形態と同様、高い密度の刃状転位と、
低い密度のらせん転位および混合転位とを有する下地層
５３を形成することができる。その結果、下地層５３の
歩留まりを向上させることができる。

【００８６】また、第４実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、上記のように、高い密度の刃状転位
と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有する下
地層５３を用いたとしても、この下地層５３の露出され
た上面および側面を用いて選択横方向成長によりアンド
ープＧａＮ層５４を形成すれば、アンドープＧａＮ層５
４の刃状転位を大幅に減少させることができる。これに
より、刃状転位、らせん転位および混合転位のすべての
転位密度が低減されたアンドープＧａＮ層５４を歩留ま
り良く形成することができる。

【００８７】また、第４実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、サファイア基板５１上に設けた低温バ
ッファ層５２上に、下地層５３を成長させることによっ
て、サファイア基板５１上に直接下地層５３を成長させ
る場合に比べて、より低転位の下地層５３を成長させる
ことができる。これにより、第１実施形態と同様、低転
位の下地層５３を種結晶として、より低転位のアンドー
プＧａＮ層５４を成長させることができる。

【００８８】図２０は、上記した第４実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子
を示した斜視図である。次に、図２０を参照して、第４
実施形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
した半導体レーザ素子の構造について説明する。

【００８９】第４実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図１９に示したアンドープＧａＮ層５４上に、
第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層６、クラック防
止層７、ｎ型第２クラッド層８、ｎ型第１クラッド層
９、ＭＱＷ発光層１０、ｐ型第１クラッド層１１、ｐ型
第２クラッド層１２、電流阻止層１３、ｐ型コンタクト
層１４および保護膜１５が形成されている。なお、各層
６〜１４および保護膜１５の組成および膜厚は、第１実
施形態と同様である。

【００９０】また、ｐ型コンタクト層１４の上面上に
は、ｐ型電極１６が形成されるとともに、一部領域が除
去されて露出されたｎ型コンタクト層６の表面には、ｎ
型電極１７が形成されている。

【００９１】第４実施形態の半導体レーザ素子では、上
記のように、図１５〜図１９に示した第４実施形態の窒
化物系半導体の形成方法を用いて形成された刃状転位、
らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低減さ
れたアンドープＧａＮ層５４を下地として、その上に各
層６〜１４を形成することによって、各層６〜１４にお
いて良好な結晶性を実現することができる。その結果、
良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を容易に得る
ことができる。

【００９２】（第５実施形態）図２１〜図２６は、本発
明の第５実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説
明するための断面図である。この第５実施形態では、図
９〜図１３に示した第３実施形態の凹凸形状を有する下
地層の凸部の上面上に、マスク層を残した状態で、選択
横方向成長を行う例を示している。以下、図２１〜図２
６を参照して、第５実施形態による窒化物系半導体の形
成方法について詳細に説明する。

【００９３】まず、この第５実施形態では、図２１に示
すように、第１実施形態と同じ形成条件を用いて、サフ
ァイア（０００１）面基板６１（以下、「サファイア基
板６１」という）上に、約１５ｎｍの膜厚を有するＡｌ
ＧａＮからなる低温バッファ層６２、および、約２μｍ
の膜厚を有するアンドープＧａＮからなる下地層６３を
形成する。これにより、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の
刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせん
転位および混合転位とを有する下地層６３を形成する。
なお、サファイア基板６１が、本発明の「基板」の一例
である。また、この低温バッファ層６２が、本発明の
「バッファ層」の一例であり、下地層６３が、本発明の
「第１窒化物系半導体層」の一例である。

【００９４】下地層６３上に、約０．５μｍの膜厚を有
するストライプ状のＳｉＯ₂からなるマスク層６４を形
成する。マスク層６４のストライプパターンは、マスク
層６４の幅が約５μｍで、隣接するマスク層６４間の間
隔（マスク開口部の幅）が約２μｍとなるように、約７
μｍの周期で形成する。また、ストライプ状のマスク層
６４は、下地層６３のＧａＮの［１１−２０］方向と平
行な方向に形成する。

【００９５】このマスク層６４をマスクとして、ＲＩＥ
法などを用いて、下地層６３の表面を約１μｍの厚み分
だけエッチングする。これにより、図１０に示すよう
に、下地層６３の表面にストライプ状の凹凸形状を形成
する。この場合、下地層６３のエッチングされた凸部の
側面が、下地層６３の表面に対して斜めに形成されるこ
とにより、下地層６３の凸部はメサ形状（台形状）にな
る。また、下地層６３の凹凸形状は、約１μｍの高さを
有するとともに、アンドープＧａＮからなる下地層６３
の［１１−２０］方向と平行な方向に形成される。

【００９６】次に、この第５実施形態では、図２３に示
すように、下地層６３の凸部の上面上にマスク層６４を
残した状態で、アンドープＧａＮからなる下地層６３の
露出された凹部の底面および凸部の側面を種結晶とし
て、アンドープＧａＮ層６５を選択横方向成長させる。
なお、このアンドープＧａＮ層６５が、本発明の「第２
窒化物系半導体層」の一例である。このアンドープＧａ
Ｎ層６５の選択横方向成長は、図２３〜図２６の順序で
進む。すなわち、アンドープＧａＮ層６５は、下地層６
３の凹部の底面と凸部の側面とから縦方向（上方向）お
よび横方向に成長するとともに、途中から横方向成長が
支配的となる。これにより、図２６に示すように、表面
が平坦化された約５μｍの膜厚を有するアンドープＧａ
Ｎ層６５が形成される。この場合、アンドープＧａＮ層
６５の転位は、横方向成長する際に、横方向に折れ曲が
るので、表面付近の転位が下地層６３に比べて低減され
た低転位のアンドープＧａＮ層６５が得られる。特に、
刃状転位は大幅に低減される。

【００９７】第５実施形態による窒化物系半導体の形成
方法では、上記のように、下地層６３の凸部の上面上に
マスク層６４を残した状態で、下地層６３を下地として
選択横方向成長によってアンドープＧａＮ層６５を形成
することによって、マスク層６４によって、下地層６３
の凸部の上面の転位がアンドープＧａＮ層６５に反映さ
れない。その結果、アンドープＧａＮ層６５の転位を第
３実施形態に比べて、より低減することができる。

【００９８】また、第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、上記のように、低温バッファ層６２と
下地層６３とを、上記した第１実施形態の低温バッファ
層２および下地層３の成長条件を満たすように形成する
ことによって、第１実施形態と同様、高い密度の刃状転
位と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有する
下地層６３を形成することができる。その結果、下地層
６３の歩留まりを向上させることができる。

【００９９】また、第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、上記のように、高い密度の刃状転位
と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有する下
地層６３を用いたとしても、この下地層６３の凹凸形状
を用いて選択横方向成長によりアンドープＧａＮ層６５
を形成すれば、アンドープＧａＮ層６５の刃状転位を大
幅に減少させることができる。これにより、刃状転位、
らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低減さ
れたアンドープＧａＮ層６５を歩留まり良く形成するこ
とができる。

【０１００】また、第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、サファイア基板６１上に設けた低温バ
ッファ層６２上に、下地層６３を成長させることによっ
て、サファイア基板６１上に直接下地層６３を成長させ
る場合に比べて、より低転位の下地層６３を成長させる
ことができる。これにより、低転位の下地層６３を種結
晶として、より低転位のアンドープＧａＮ層６５を成長
させることができる。

【０１０１】図２７は、上記した第５実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子
を示した斜視図である。次に、図２７を参照して、第５
実施形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
した半導体レーザ素子の構造について説明する。

【０１０２】第５実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図２６に示したアンドープＧａＮ層６５上に、
第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層６、クラック防
止層７、ｎ型第２クラッド層８、ｎ型第１クラッド層
９、ＭＱＷ発光層１０、ｐ型第１クラッド層１１、ｐ型
第２クラッド層１２、電流阻止層１３、ｐ型コンタクト
層１４および保護膜１５が形成されている。なお、各層
６〜１４および保護膜１５の組成および膜厚は、第１実
施形態と同様である。

【０１０３】また、ｐ型コンタクト層１４の上面上に
は、ｐ型電極１６が形成されるとともに、一部領域が除
去されて露出されたｎ型コンタクト層６の表面には、ｎ
型電極１７が形成されている。

【０１０４】第５実施形態の半導体レーザ素子では、上
記のように、図２１〜図２６に示した第５実施形態の窒
化物系半導体の形成方法を用いて形成された刃状転位、
らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低減さ
れたアンドープＧａＮ層６５を下地として、その上に各
層６〜１４を形成することによって、各層６〜１４にお
いて良好な結晶性を実現することができる。その結果、
良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を容易に得る
ことができる。

【０１０５】（第６実施形態）図２８〜図３３は、本発
明の第６実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説
明するための断面図である。この第６実施形態では、図
１５〜図１９に示した第４実施形態において、下地層の
上面上に、マスク層を残した状態で、選択横方向成長を
行う例を示している。図２８〜図３３を参照して、第６
実施形態による窒化物系半導体の形成方法について説明
する。

【０１０６】まず、この第６実施形態では、図２８に示
すように、第１実施形態と同じ形成条件を用いて、サフ
ァイア（０００１）面基板７１（以下、「サファイア基
板７１」という）上に、約１５ｎｍの膜厚を有するＡｌ
ＧａＮからなる低温バッファ層７２、および、約１．５
μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮからなる下地層７
３を形成する。これにより、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密
度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のら
せん転位および混合転位とを有する下地層７３を形成す
る。なお、サファイア基板７１が、本発明の「基板」の
一例である。また、この低温バッファ層７２が、本発明
の「バッファ層」の一例であり、下地層７３が、本発明
の「第１窒化物系半導体層」の一例である。

【０１０７】下地層７３上に、約０．５μｍの膜厚を有
するストライプ状のＳｉＯ₂からなるマスク層７４を形
成する。マスク層７４のストライプパターンは、マスク
層７４の幅が約５μｍで、隣接するマスク層７４間の間
隔（マスク開口部の幅）が約２μｍとなるように、約７
μｍの周期で形成する。また、ストライプ状のマスク層
７４は、下地層７３のＧａＮの［１１−２０］方向と平
行な方向に形成する。

【０１０８】このマスク層７４をマスクとして、ＲＩＥ
法などを用いて、マスク層が形成されていない領域下の
部分の下地層７３および低温バッファ層７２をエッチン
グにより除去するとともに、サファイア基板７１をサフ
ァイア基板７１の底面に達しない範囲の厚み分だけエッ
チングする。これにより、図２９に示すように、サファ
イア基板７１を凹凸形状に形成するとともに、サファイ
ア基板７１の凸部の上面のほぼ全面に接触するようにパ
ターニングされた低温バッファ層７２、および、低温バ
ッファ層７２の上面のほぼ全面に接触するようにパター
ニングされた下地層７３を形成する。サファイア基板７
１の凹凸形状は、凹部の底面の幅が約１０μｍ、凸部の
高さが約１μｍ、および、凸部の底部の幅が約１μｍに
なるように形成するとともに、アンドープＧａＮからな
る下地層７３の［１１−２０］方向と平行な方向に形成
される。

【０１０９】次に、図３０に示すように、アンドープＧ
ａＮからなる下地層７３の露出された上面および側面を
種結晶として、アンドープＧａＮ層７５を選択横方向成
長させる。なお、このアンドープＧａＮ層７５が、本発
明の「第２窒化物系半導体層」の一例である。このアン
ドープＧａＮ層７５の選択横方向成長は、図３０〜図３
３の順序で進む。すなわち、アンドープＧａＮ層７５
は、下地層７３の側面から縦方向（上方向）および横方
向に成長するとともに、途中から横方向成長が支配的と
なる。これにより、図３３に示すように、表面が平坦化
された約５μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層７５
が形成される。この場合、アンドープＧａＮ層７５の転
位は、横方向成長する際に、横方向に折れ曲がるので、
表面付近の転位が下地層７３に比べて低減された低転位
のアンドープＧａＮ層７５が得られる。特に、刃状転位
は大幅に低減される。

【０１１０】第６実施形態による窒化物系半導体の形成
方法では、上記のように、下地層７３のパターニングさ
れた下地層７３の上面上にマスク層７４を残した状態
で、下地層７３を下地として選択横方向成長によってア
ンドープＧａＮ層７５を形成することによって、マスク
層７４によって、下地層７３の上面の転位がアンドープ
ＧａＮ層７５に反映されない。その結果、アンドープＧ
ａＮ層７５の転位を第４実施形態に比べて、より低減す
ることができる。

【０１１１】また、第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、上記のように、低温バッファ層７２と
下地層７３とを、上記した第１実施形態の低温バッファ
層２および下地層３の成長条件を満たすように形成する
ことによって、第１実施形態と同様、高い密度の刃状転
位と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有する
下地層７３を形成することができる。その結果、下地層
７３の歩留まりを向上させることができる。

【０１１２】また、第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、上記のように、高い密度の刃状転位
と、低い密度のらせん転位および混合転位とを有する下
地層７３を用いたとしても、この下地層７３の露出され
た上面および側面を用いて選択横方向成長によりアンド
ープＧａＮ層７５を形成すれば、アンドープＧａＮ層７
５の刃状転位を大幅に減少させることができる。これに
より、刃状転位、らせん転位および混合転位のすべての
転位密度が低減されたアンドープＧａＮ層７５を歩留ま
り良く形成することができる。

【０１１３】また、第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法では、サファイア基板７１上に設けた低温バ
ッファ層７２上に、下地層７３を成長させて、その下地
層７３を種結晶としてアンドープＧａＮ層７５を成長さ
せることによって、サファイア基板７１上に直接下地層
７３を成長させる場合に比べて、より低転位の下地層７
３を成長させることができる。これにより、第１実施形
態と同様、低転位の下地層７３を種結晶として、より低
転位のアンドープＧａＮ層７４を成長させることができ
る。

【０１１４】図３４は、上記した第６実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子
を示した斜視図である。次に、図３４を参照して、第６
実施形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
した半導体レーザ素子の構造について説明する。

【０１１５】第６実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図３３に示したアンドープＧａＮ層７５上に、
第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層６、クラック防
止層７、ｎ型第２クラッド層８、ｎ型第１クラッド層
９、ＭＱＷ発光層１０、ｐ型第１クラッド層１１、ｐ型
第２クラッド層１２、電流阻止層１３、ｐ型コンタクト
層１４および保護膜１５が形成されている。なお、各層
６〜１４および保護膜１５の組成および膜厚は、第１実
施形態と同様である。

【０１１６】また、ｐ型コンタクト層１４の上面上に
は、ｐ型電極１６が形成されるとともに、一部領域が除
去されて露出されたｎ型コンタクト層６の表面には、ｎ
型電極１７が形成されている。

【０１１７】第６実施形態の半導体レーザ素子では、上
記のように、図２８〜図３３に示した第６実施形態の窒
化物系半導体の形成方法を用いて形成された刃状転位、
らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低減さ
れたアンドープＧａＮ層７５を下地として、その上に各
層６〜１４を形成することによって、各層６〜１４にお
いて良好な結晶性を実現することができる。その結果、
良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を容易に得る
ことができる。

【０１１８】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって、制限的なものではないと考えられ
るべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説
明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許
請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更
が含まれる。

【０１１９】たとえば、上記第１〜第６実施形態では、
基板として、サファイア基板１、４１、５１、６１、７
１、および、ＳｉまたはＳｉＣからなる基板２１を用い
たが、本発明はこれに限らず、スピネル基板、ＧａＡｓ
基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板および水晶基板などを用
いてもよい。

【０１２０】また、上記第３〜第６実施形態では、下地
層４３、６３、および、サファイア基板５１、７１に、
エッチングにより凹凸形状を形成する際に、凹部の高さ
を約１μｍに形成したが、本発明はこれに限らず、下地
層４３、６３、および、サファイア基板５１、７１の底
面に達しない範囲で、下地層４３の凹部の高さを数十ｎ
ｍ〜数μｍの範囲で形成するのが好ましく、下地層６３
およびサファイア基板５１、７１の凹部の高さを数十ｎ
ｍ以上に形成するのが好ましい。

【０１２１】また、第３〜第６実施形態において、下地
層４３、６３、および、サファイア基板５１、７１の表
面に形成された凹凸形状の凹部の底面の幅を、数百ｎｍ
〜数十μｍの範囲で形成するのが好ましい。

【０１２２】また、上記第３〜第６実施形態では、下地
層４３、６３、および、サファイア基板５１、７１の表
面の凹凸形状を、下地層４３、５３、６３および７３の
ＧａＮの［１１−２０］方向に平行に形成したが、本発
明はこれに限らず、上記した方向と異なる方向に凹凸形
状を形成してもよい。たとえば、第３〜第６実施形態の
下地層４３、６３、および、サファイア基板５１、７１
の凹凸形状を、下地層４３、５３、６３および７３のＧ
ａＮの［１−１００］方向に平行に形成してもよい。

【０１２３】また、上記第３〜第６実施形態では、下地
層４３、６３、および、サファイア基板５１、７１の表
面の凹部および凸部をストライプ状に形成したが、本発
明はこれに限らず、下地層４３、６３、および、サファ
イア基板５１、７１の表面の凹部の形状を、円形、六角
形または三角形などの形状で形成してもよく、また、凸
部の形状を、円形、六角形または三角形などの形状で形
成してもよい。凹部または凸部の形状を、六角形または
三角形に形成する場合、六角形または三角形の各辺の方
向は、どの結晶方位と一致するように形成してもよい。

【０１２４】また、上記第３〜第６実施形態では、図面
上では、凸部の側面を所定の角度を有する斜め形状に形
成するように示したが、本発明はこれに限らず、凸部の
側面を、基板表面に対してほぼ垂直または図示以外の角
度を有する斜め形状に形成してもよい。

【０１２５】また、上記第１〜第６実施形態では、窒化
物系半導体を用いて半導体レーザ素子を作製したが、本
発明はこれに限らず、発光ダイオード素子またはトラン
ジスタなどの窒化物系半導体を用いる他の素子にも適用
可能である。

【０１２６】また、上記第１〜第６実施形態において、
窒化物系半導体の結晶構造は、ウルツ鉱型構造であって
もよいし、閃亜鉛鉱型構造であってもよい。

【０１２７】また、上記第１〜第６実施形態では、窒化
物系半導体各層の結晶成長を、ＭＯＶＰＥ法またはＨＶ
ＰＥ法などを用いて行ったが、本発明はこれに限らず、
ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＮＨ₃、ＳｉＨ₄および
Ｃｐ₂Ｍｇなどを原料ガスとして用いるガスソースＭＢ
Ｅ法などを用いて結晶成長を行ってもよい。

【０１２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、刃状転
位、らせん転位および混合転位のすべての転位密度が低
減された窒化物系半導体を歩留まり良く形成することに
よって、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を
容易に得ることができる。また、刃状転位、らせん転位
および混合転位のすべての転位密度が低減された窒化物
系半導体層を歩留まり良く形成することが可能な窒化物
系半導体の形成方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した斜
視図である。

【図５】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。

【図６】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。

【図７】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。

【図８】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した斜
視図である。

【図９】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。

【図１０】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図１１】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図１２】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図１３】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図１４】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した
斜視図である。

【図１５】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図１６】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図１７】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図１８】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図１９】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図２０】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した
斜視図である。

【図２１】本発明の第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図２２】本発明の第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図２３】本発明の第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図２４】本発明の第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図２５】本発明の第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図２６】本発明の第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図２７】本発明の第５実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した
斜視図である。

【図２８】本発明の第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図２９】本発明の第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図３０】本発明の第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図３１】本発明の第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図３２】本発明の第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図３３】本発明の第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図３４】本発明の第６実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した
斜視図である。

【符号の説明】

１、４１、５１、６１、７１サファイア基板（基板）２、４２、５２、６２、７２低温バッファ層（バッフ
ァ層）３、２３、４３、５３、６３、７３下地層（第１窒化
物系半導体層）４、２４、６４、７４マスク層５、４４、５４、６５、７５アンドープＧａＮ層（第
２窒化物系半導体層）６ｎ型コンタクト層（窒化物系半導体素子層）７、２６クラック防止層（窒化物系半導体素子層）８、２７ｎ型第２クラッド層（窒化物系半導体素子
層）９、２８ｎ型第１クラッド層（窒化物系半導体素子
層）１０、２９ＭＱＷ発光層（窒化物系半導体素子層）１１、３０ｐ型第１クラッド層（窒化物系半導体素子
層）１２、３１ｐ型第２クラッド層（窒化物系半導体素子
層）１３、３２電流阻止層（窒化物系半導体素子層）１４、３３ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体素子
層）２１基板２２バッファ層２５ｎ型ＧａＮ層（第２窒化物系半導体層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成され、７×１０⁸ｃｍ^-2以上
の密度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度
のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化物系半
導体層と、前記第１窒化物系半導体層上に形成されたマスク層と、前記第１窒化物系半導体層上および前記マスク層上に形
成された第２窒化物系半導体層と、前記第２窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有
する窒化物系半導体素子層とを備えた、窒化物系半導体
素子。
【請求項２】基板上に形成され、７×１０⁸ｃｍ^-2以上
の密度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度
のらせん転位および混合転位とを有するとともに、凹凸
形状の表面を有する第１窒化物系半導体層と、前記第１窒化物系半導体層上に形成された第２窒化物系
半導体層と、前記第２窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有
する窒化物系半導体素子層とを備えた、窒化物系半導体
素子。
【請求項３】凹凸形状の表面を有する基板の凸部上に形
成され、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の刃状転位と、合
計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせん転位および混合
転位とを有する第１窒化物系半導体層と、前記第１窒化物系半導体層上に形成された第２窒化物系
半導体層と、前記第２窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有
する窒化物系半導体素子層とを備えた、窒化物系半導体
素子。
【請求項４】前記第２窒化物系半導体層は、５×１０⁷
ｃｍ^-2以下の密度の刃状転位を有する、請求項１〜３の
いずれか１項に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項５】基板上に形成され、７×１０⁸ｃｍ^-2以上
の密度の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度
のらせん転位および混合転位とを有する第１窒化物系半
導体層と、前記第１窒化物系半導体層上に形成され、５×１０⁷ｃ
ｍ^-2以下の密度の刃状転位を有する第２窒化物系半導体
層と、前記第２窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有
する窒化物系半導体素子層とを備えた、窒化物系半導体
素子。
【請求項６】前記基板と前記第１窒化物系半導体層との
間に形成されたバッファ層をさらに備える、請求項１〜
５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項７】前記基板は、サファイア基板、スピネル基
板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基
板、ＩｎＰ基板および水晶基板からなるグループより選
択される１つの基板を含む、請求項１〜６のいずれか１
項に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項８】基板上に、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の
刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせん
転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体層を
形成する工程と、前記第１窒化物系半導体層上にマスク層を形成する工程
と、前記マスク層をマスクとして、前記第１窒化物系半導体
層上および前記マスク層上に第２窒化物系半導体層を成
長させる工程とを備えた、窒化物系半導体の形成方法。
【請求項９】基板上に、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度の
刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせん
転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体層を
形成する工程と、前記第１窒化物系半導体層をエッチングすることによっ
て、前記第１窒化物系半導体層の表面に凹凸形状を形成
する工程と、前記第１窒化物系半導体層上に、第２窒化物系半導体層
を成長させる工程とを備えた、窒化物系半導体の形成方
法。
【請求項１０】基板上に、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度
の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせ
ん転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体層
を形成する工程と、前記第１窒化物系半導体層および前記基板をエッチング
することによって、前記第１窒化物系半導体層から前記
基板に達する凹凸形状を形成する工程と、前記基板上および前記第１窒化物系半導体層上に、第２
窒化物系半導体層を成長させる工程とを備えた、窒化物
系半導体の形成方法。
【請求項１１】前記凹凸形状を形成する工程は、前記第
１窒化物系半導体層上に形成したマスク層を用いてエッ
チングすることによって、凹凸形状を形成する工程を含
み、第２窒化物系半導体層を成長させる工程は、前記凹凸形
状の凸部の上面に前記マスク層を残した状態で、前記第
２窒化物系半導体層を成長させる工程を含む、請求項９
または１０に記載の窒化物系半導体の形成方法。
【請求項１２】前記第２窒化物系半導体層は、５×１０
⁷ｃｍ^-2以下の密度の刃状転位を有する、請求項８〜１
１のいずれか１項に記載の窒化物系半導体の形成方法。
【請求項１３】基板上に、７×１０⁸ｃｍ^-2以上の密度
の刃状転位と、合計５×１０⁸ｃｍ^-2以下の密度のらせ
ん転位および混合転位とを有する第１窒化物系半導体層
を形成する工程と、前記第１窒化物系半導体層上に、５×１０⁷ｃｍ^-2以下
の密度の刃状転位を有する第２窒化物系半導体層を成長
させる工程とを備えた、窒化物系半導体の形成方法。
【請求項１４】前記第１窒化物系半導体層を形成する工
程は、前記基板上にバッファ層を介して前記第１窒化物系半導
体層を形成する工程を含む、請求項８〜１３のいずれか
１項に記載の窒化物系半導体の形成方法。
【請求項１５】前記基板は、サファイア基板、スピネル
基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基
板、ＩｎＰ基板および水晶基板からなるグループより選
択される１つの基板を含む、請求項８〜１４のいずれか
１項に記載の窒化物系半導体の形成方法。