JP2002289539A - 窒化物半導体素子及びその作製方法 - Google Patents

窒化物半導体素子及びその作製方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性が高く、かつ素子設計及び製作の自由
度が大きい構成を備えた窒化物半導体素子を提供するこ
とである。 【解決手段】 本窒化物半導体素子の要部は、サファイ
ア基板１０上に形成され、絶縁層１２を一方の側面に有
する凸部状種結晶層１１と、基板上及び種結晶層上に横
方向成長法により成長させたＧａＮ層１５とから構成さ
れている。横方向成長法によるＧａＮ層が種結晶層の絶
縁層で覆われていない露出した側面からのみ成長するた
めに、ＧａＮ層の横方向成長が非対称性になるので、会
合部３２は、種結晶層と絶縁層の境界付近からＧａＮ層
の厚さ方向に形成される。会合部は、種結晶層同士の中
央に存在する従来の構造例に対し、本例では、種結晶層
と絶縁層の境界付近に存在する。これにより、低欠陥密
度領域のＷL は、種結晶層のピッチをＷP 及び種結晶層
の幅をＷO とすると、ＷP ≒ＷO ＋ＷL で、かつＷL＞
ＷO 、よって、ＷL ＞０．５×ＷP の関係で示されるか
ら、従来の構造例に比べて、遙に大きな値のＷL を得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上にIII 族窒
化物系化合物半導体層を備えた窒化物半導体素子、及び
窒化物半導体素子の作製方法に関し、更に詳細には、信
頼性が高く、かつ素子設計及び素子作製の自由度が大き
い構成を備えた窒化物半導体素子、及びその作製方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、Ａｌ
ＧａＩｎＮ、ＡｌＢＧａＩｎＮなどのIII 族ナイトライ
ド化合物半導体（以下、窒化物系化合物半導体と言う）
は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系などのIII
−Ｖ族化合物半導体に比べて、バンドギャップエネルギ
ーＥｇが大きく、かつ直接遷移型半導体であるという特
徴を有している。この特徴により、これらの窒化物系化
合物半導体は、紫外線から緑色に至る短波長域の光を発
光する半導体レーザ素子や、紫外線から赤色まで広い波
長範囲の光を発光できる発光ダイオード（ＬＥＤ；Ligh
t Emitting Diode）などの半導体発光素子を作製する材
料として注目されている。これらの半導体発光素子は、
高密度光ディスクの記録／再生光ピックアップ用の光
源、フルカラーディスプレイの発光素子、その他、環境
・医療などの分野の発光デバイスとして、広く応用され
つつある。
【０００３】また、これらの窒化物系化合物半導体に
は、例えば高電界域でＧａＮの飽和速度が大きいこと、
或いはＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor ）構造
の作製に際し、半導体層として窒化物系化合物半導体
を、絶縁層として窒化アルミニウム（ＡＩＮ）を用い、
半導体層及び絶縁層を連続して結晶成長させることが出
来るというような特徴がある。この特徴により、窒化物
系化合物半導体は、高出力の高周波電子素子を作製する
材料としても注目されている。
【０００４】更に、窒化物系化合物半導体は、（１）熱
伝導性がＧａＡｓ系などより高いので、ＧａＡｓ系に比
べて高温下の高出力素子の材料として有利である、
（２）化学的に安定した材料であり、また硬度も高いの
で、信頼性の高い素子材料であると評価できる、（３）
ＡｌＧａＡｓ系の砒素、ＡｌＺｎＣｄＳｅ系のカドミウ
ムなどを構成材料として含まず、またアルシン（ＡｓＨ
3 ）等の原料ガスを必要としないので、環境汚染物質や
毒物を含まない、環境に対して負荷の小さい化合物半導
体材料である等の利点を有する。
【０００５】ところで、窒化物系化合物半導体を使って
高い信頼性の半導体素子を作製する上で障害になってい
ることは、適当な「基板材料」が無いということであ
る。言い換えれば、高品質結晶の窒化物系化合物半導体
層を得る上で、窒化物系化合物半導体や基板材料には、
以下の問題がある。 （１）ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ等の窒化物系化
合物半導体は、相互に格子定数の異なる全歪み系であ
る。そこで、基板上に窒化物系化合物半導体を成膜した
り、また窒化物系化合物半導体層同士を積層したりする
際、クラックなどの結晶欠陥の無い良質な結晶膜を得る
ためには、窒化物系化合物半導体層の組成や厚さなどに
対して厳しい制約がある。 （２）窒化物系化合物半導体として代表的なＧａＮに格
子整合する高品質基板が未だ開発されていない。例え
ば、ＧａＡｓ系、ＧａＩｎＰ系では、それらに格子整合
する高品質ＧａＡｓ基板が、ＧａＩｎＡｓ系では、高品
質ＩｎＰ基板が開発されているように、高品質なＧａＮ
基板が開発されていることが望ましいが、ＧａＮ基板は
開発途上である。 （３）窒化物系化合物半導体層の基板材料に対する必要
条件に、約１０００℃の高い結晶成長温度に耐え、かつ
窒化原料のアンモニア雰囲気中で、変質したり、腐食さ
れたりしないことが必要である。以上の事情から、窒化
物系化合物半導体、特にＧａＮに格子整合する適当な基
板が今のところ他に見当たらないので、サファイア基板
を基板材料として使用することが多い。
【０００６】サファイア基板は、高品質の２インチ基板
または３インチ基板が安定的に市場に供給されるという
生産管理上の優位性を有する一方、ＧａＮとの格子不整
合が１３％と大きいという技術的な問題を有する。例え
ば、サファイア基板とＧａＮ層の間に緩衝層を設けて不
整合を緩和し、良好な単結晶のＧａＮ層をエピタキシャ
ル成長させるようにしているものの、その欠陥密度は、
例えば１０8 〜１０9 ｃｍ-2程度にも達する。これで
は、長時間にわたって半導体素子の動作信頼性を維持す
ることは難しい。更に、サファイア基板には、以下のよ
うな課題がある。（１）サファイア基板には劈開性が無
く、鏡面性の高いレーザ端面を安定して形成することが
難しい、（２）サファイアが絶縁性のために、ＧａＡｓ
系半導体レーザ素子のように基板裏面に一方の電極を設
けることが難しく、ｐ側電極及びｎ側電極の双方を基板
上の窒化物系化合物半導体の積層構造側に設けることが
必須である、（３）サファイア基板とＧａＮ層との熱膨
張係数の差が大きいので、結晶成長膜が厚いと、室温で
も基板反りが大きくなって、クラックの発生が心配され
る等の素子形成プロセス上で制約が多い。
【０００７】以上の課題を克服して、サファイア基板上
に高品質の窒化物系化合物半導体結晶を成長させるため
に、横方向選択成長（Epitaxial Lateral Overgrowth＝
ＥＬＯ）法が開発されている。ここで、図１０から図１
５を参照して、横方向成長法を適用して形成したＧａＮ
層の従来の第１から第４の構造例を説明する。尚、第１
から第４の構造例は、ＧａＮ層に代えて、他のIII 族窒
化物系化合物半導体層を成膜する場合にも適用できる。
横方向成長法は、ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる
際、図１０から図１５の紙面の上方向に当たる＜０００
１＞方向（ｃ面に垂直な方向）より、紙面の左方向又は
右方向に当たる＜１１−２０＞、及び紙面に直交する＜
１−１００＞方向の横方向の成長速度が速いという結晶
成長速度の異方性を利用している。なお、第１から第４
の構造例では、図１０から図１５の紙面の左右方向＜１
１−２０＞方向に代えて＜１−１００＞方向に横方向成
長させても良い。
【０００８】第１の構造例は、図１０（ａ）に示すよう
に、ＧａＮ層１１を形成したサファイア基板１０の上
に、ＳｉＯ2 、ＳｉＮなどの絶縁膜で、又はこれらの複
数層積層膜でストライプ状パターン１１Ａを形成し、次
いで、図１０（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１１上にＧ
ａＮ層１５をＥＬＯ法によって横方向成長させてパター
ン１１Ａ上を埋めた構造である。尚、図１０（ｃ）は、
図１０（ａ）及び（ｂ）で、紙面の上方向が＜０００１
＞方向（ｃ面に垂直な方向）に、紙面の左右方向が＜１
１−２０＞方向に、紙面に直交する方向が＜１−１００
＞方向に対応することを表示している。これは、後述の
図１から図８、並びに図１１以下でも同様である。
【０００９】第２の構造例では、図１１（ａ）に示すよ
うに、サファイア基板１０上にＧａＮ種結晶層１１を成
膜した後、例えばＳｉＯ2 膜を成膜してストライプ状の
マスク１２をＧａＮ種結晶層１１上に形成し、マスク１
２を使ってＧａＮ種結晶層１１及びサファイア基板１０
の上部をエッチングして、サファイア基板１０の上部及
びＧａＮ種結晶層１１からなる凸部１３と、サファイア
基板１０のエッチング面を露出させた凹部１４とからな
るリッジ構造を形成する。次いで、図１１（ｂ）に示す
ように、リッジ側面からの横方向成長を用いて、ＧａＮ
層１５を成長させる。
【００１０】第２の構造例の変形例では、図１２（ａ）
に示すように、サファイア基板１０上に比較的膜厚の厚
いＧａＮ層１１を成膜し、次いで絶縁膜、例えばＳｉＯ
2 膜を成膜し、パターニングしてストライプ状のマスク
１２をＧａＮ層１１上に形成し、マスク１２を使ってＧ
ａＮ層１１をエッチングしてＧａＮ層１１からなる凸部
１３と、サファイア基板１０の基板面を露出させた凹部
１４とからなるリッジ構造を形成する。次いで、凸部１
３上にマスク１２を残したまま、図１２（ｂ）に示すよ
うに、リッジ側面からの横方向成長を用いて、ＧａＮ層
１５を成長させる。
【００１１】第３の構造例では、図１３（ａ）に示すよ
うに、第２の構造例と同様に、サファイア基板１０の上
部及びＧａＮ層１１からなる凸部１３と、サファイア基
板１０のエッチング面を露出させた凹部１４とを有する
リッジ構造を形成する。次いで、図１３（ｂ）に示すよ
うに、リッジ側面などからの横方向成長を用いて、Ｇａ
Ｎ層１５を成長させる。第３の構造例の変形例では、図
１４（ａ）に示すように、第２の構造例の変形例と同様
に、ＧａＮ層１１からなる凸部１３と、サファイア基板
１０の基板面を露出させた凹部１４とを有するリッジ構
造を形成する。次いで、図１４（ｂ）に示すように、リ
ッジ側面などからの横方向成長を用いて、ＧａＮ層１５
を成長させる。尚、第３の構造例及びその変形例では、
マスク１２を除去した後、横方向成長させている。
【００１２】第４の構造例では、図１５（ａ）に示すよ
うに、サファイア基板１０上に比較的膜厚の厚いＧａＮ
層１１を成膜し、次いでＧａＮ層１１をエッチングして
リッジ構造を形成した後、リッジ構造の側壁及びリッジ
構造脇の凹部壁に絶縁膜１１Ｂを成膜する。次いで、図
１５（ｂ）に示すように、リッジ上面からの横方向成長
を用いて、ＧａＮ層１５を成長させる。
【００１３】上述の第１から第４の構造例では、図１０
（ｂ）から図１５（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１５
は、領域２１、２２及び２３から構成されていて、例え
ば領域２１は良好な結晶成長域であるものの、領域２２
には、サファイア基板とＧａＮとの格子整合などに起因
して、１０8 ／ｃｍ2 以上の高い結晶欠陥密度になって
いるＧａＮ種結晶層１１から結晶欠陥が伝搬される。
【００１４】更に説明すると、横方向成長領域２１は、
ＧａＮ種結晶層１１から結晶欠陥（転位）が伝播しない
か、または結晶欠陥の伝播が僅少な領域なので、高品質
のＧａＮ層、つまり低欠陥密度領域となる。一方、Ｇａ
Ｎ種結晶層１１上の領域２２は、ＧａＮ種結晶層１１の
結晶欠陥をそのまま引き継いだ高欠陥密度領域となる。
また、領域２１及び領域２３であっても、左右から横方
向成長領域が合体する、破線で示す会合部３２の近傍領
域は、高欠陥密度領域となる。ＧａＮ種結晶層１１上の
領域２２や会合部３２の近傍領域の欠陥は、らせん転
位、混合転位、及び刃状転位等の結晶欠陥のうち、主
に、前２者であって、ほぼｃ軸方向（図の上向き）に伸
びる成分が大きい。
【００１５】例えば、第１から第４の構造例では、会合
部３２の近傍領域は、転位が存在する高欠陥密度領域と
なる。更に、第２の構造例及びその変形例では、ＧａＮ
層１５は、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）に示すよう
に、横方向成長領域２１と、マスク１２上の横方向成長
層の領域２３とで構成されていて、横方向成長領域２
１、２３自体は低欠陥密度領域であるものの、高欠陥密
度領域である会合部３２がそれぞれの領域に形成されて
いる。更に、パターン絶縁膜１２の端部付近３３から
も、破線で示すように、転位が発生することが多い。
【００１６】また、第３の構造例及びその変形例では、
図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）に示すように、低欠陥密
度領域の横方向成長領域２１と、ＧａＮ種結晶層１１上
の再成長層である高欠陥密度領域の領域２２とで構成さ
れる。なお、第２の構造例及び第３の構造例では、図１
１（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、サファイア基
板１０と横方向成長領域２１の間に、空隙３１が形成さ
れている。
【００１７】高欠陥密度領域を低減させるために、先
ず、第１回目の横方向成長を行い、継いで第１回目の横
方向成長から凹凸パターンを半周期ずらし、第２回目の
横方向成長をさせることにより、ＧａＮ種結晶層１１上
の高欠陥密度領域２２を低減する方法も提案されている
が、会合部３２の欠陥などが残るので、やはり基板全面
にわたって高品質のＧａＮ層を得ることはできない。こ
のように、第１から第４の構造例及びその組み合わせの
構造でも、基板全面にわたり低欠陥密度領域の基板を得
るのは難しい。
【００１８】半導体レーザ素子などの素子部分を含めた
結晶成長膜厚が、凹凸のリッジ構造の周期と同程度の場
合、ほぼ横方向成長時の欠陥分布が、素子部含めた積層
構造の最表面まで反映され、素子部に結晶欠陥が生成す
ると考えられる。従って、欠陥のない良好なＧａＮ層を
備える窒化物半導体素子を形成するためには、再成長領
域２２や、会合部３２の近傍の高欠陥密度領域を除いた
領域、つまり低欠陥密度領域２１上に半導体素子を形成
することが必要である。
【００１９】窒化物半導体素子の例として、ここで、図
１６を参照して、ＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を説
明する。図１６はＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示
す断面図である。ＧａＮ系半導体レーザ素子は、図１６
に示すように、サファイア基板１０に設けられたＧａＮ
種結晶層１１を介して、ＧａＮ層１５、ｎ側ＧａＮコン
タクト層４１、それぞれ、ＧａＮ系の化合物半導体層か
らなるｎ側クラッド層４２、活性層４３、ｐ側クラッド
層４４、及びｐ側コンタクト層４５を、順次、積層して
なる積層構造を有する。積層構造のうち、ｐ側クラッド
層４４の上層部及びｐ側コンタクト層４５は、一方向に
リッジストライプ状に延びるレーザストライプ部５０と
して形成されている。レーザストライプ部５０は、注入
電流が流れ、発光する素子主要部であるから、高欠陥密
度領域２２を避けて低欠陥密度領域２１上に位置するよ
うにレーザストライプ部５０が位置決めされている。ｎ
側コンタクト層４１の上層部、ｎ側クラッド層４２、活
性層４３、及びｐ側クラッド層４４の下層部は、レーザ
ストライプ部５０の延在する方向と同じ方向に延在する
メサ部として形成されている。更に、ＳｉＮ膜からなる
保護膜４９が全面に成膜され、保護膜４９に開けた窓を
介して、ｐ側コンタクト層４５上にｐ側電極４６及びｐ
側引き出し電極４６Ａが、ｎ側コンタクト層４１上にｎ
側電極４７及びｎ側コンタクト電極４７Ａが形成されて
いる。良好なレーザ特性と高い信頼性を有する半導体レ
ーザ素子を設計し、作製するためには、レーザストライ
プ部５０は、高欠陥密度領域２２及び会合部３２上を避
けて、低欠陥密度領域２１上に形成することが重要であ
る。
【００２０】ここで、従来の第３構造例を例にし、図１
３（ｂ）を参照して、低欠陥密度領域２１の領域幅ＷL
と種結晶層１１のピッチＷP との関係を説明する。種結
晶層１１の周期（紙面左右方向）のピッチＷP がＷP ＝
１５μｍ、種結晶層１１の幅ＷO がＷO ＝３μｍとすれ
ば、種結晶層１１の直上２２の領域は種結晶層１１の結
晶欠陥を引き継いで品質が悪いが、残る領域幅１５−３
＝１２μｍの横方向成長領域２１は、低欠陥密度領域、
つまり高品質領域になる。しかし、実際には、図１３
（ｂ）或いは図１４（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１５
は種結晶層１１のリッジ両側面から横方向成長するため
に、その会合部３２は、結晶が完全には接続せず、欠陥
が発生する。従って連続的な低欠陥密度領域の領域幅Ｗ
L は、横方向成長領域２１の１／２、即ちＷL ＝６μｍ
になる。
【００２１】高信頼性のＧａＮ系半導体レーザ素子を得
るには、前述のように、レーザストライプ部５０をスト
ライプ幅全幅にわたり、低欠陥密度領域２１上に位置さ
せることが必要である。例えばストライプ幅ＷT をＷT
＝２μｍ、及び、種結晶層１１上の高欠陥密度領域２２
の領域幅Ｗ0 を厚さ方向にＷO ＝３μｍとし、会合部３
２の幅は無視できるとすれば、ＷL ＝６μｍの中に、Ｗ
T ２μｍのレーザストライプ部５０を入れるためには、
±２μｍのアライメント精度が必要条件になる。
【００２２】なお、レーザストライプ部５０の周期は、
種結晶層１１の周期の整数倍に設計することで、ウエハ
全面に周期的な構造を作製できる。また、図１０から図
１５の構造で、紙面の奥行き方向のレーザの共振器長
は、例えば２００μｍ〜１０００μｍの長さ、或いはそ
れ以上の長さであって、レーザストライプ幅に比べて十
分に長く、同一断面形状にできるため、この方向への構
造形成には問題はない。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】例えば、基板材料と結
晶膜が共に透明な場合、埋め込まれた絶縁層１２や空隙
３１などによって基準となる位置を確認して、レーザス
トライプ部５０をアライメントするものの、しかし、会
合部３２を含まない高品質領域２１の直上に、上述の±
２μｍのアライメント精度でレーザストライプ部５０を
制御性よく確実に配置することは、実際は、以下に示す
複数の理由により、難しい場合が多い。すなわち、
（１）種結晶層１１上の高欠陥密度領域２２は、厚さ方
向（図の上向き方向）に拡がっていること、（２）会合
部３２の広がり幅もゼロではなく、例えば０．５μｍ〜
１μｍ程度あること、（３）低欠陥密度領域２１を広げ
ることは技術的に困難で、横方向成長の結晶品質制御性
から低欠陥密度領域２１の領域幅には上限があること、
（４）種結晶層の幅には、下限があって、例えば１〜２
μｍであること、（５）基板を透かしてみてレーザスト
ライプ部５０のアライメントを行うために、アライメン
ト精度は精々い１〜２μｍ程度であることなどの制約が
あるからである。
【００２４】これらより、例えば図１３（ｂ）で、ＷP
＝Ｗ0 ＋２×ＷL 、ＷP ＞２×ＷL、つまり低欠陥密度
領域２１の幅ＷL は、最大でも種結晶層１１のピッチＷ
P の１／２以下の幅でしか設計できない。また、ＷP の
値は、上述の結晶成長条件の制約事項（３）で説明した
ように、自由に大きくすることは出来ず、例えば１０μ
ｍ程度が上限であるために、ＷLの上限にも制約があ
る。
【００２５】この様に、高品質領域２１の中心の位置
に、結晶品質の悪い会合部３２があるため、レーザスト
ライプ５０を全幅にわたり高品質領域、つまり低欠陥密
度領域２１上に配置する領域として、低欠陥密度領域２
１の領域幅の合計が２×ＷL あるにもかかわらず、実質
的にはその半分のＷL しか使用できない。また、ＭＯＣ
ＶＤ法では、成長条件を平衡状態に維持しつつエピタキ
シャル成長させるので、例えば原料ガスの流れ方向を種
結晶層に交差させるようにしても、会合部３２はやはり
低欠陥密度領域２１の中心に近い位置に形成される。
【００２６】以上の説明では、ＧａＮ層を例にして問題
を説明しているが、これはIII 族窒化物系化合物半導体
層の積層構造を形成する場合に普遍的な問題である。本
発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は、信頼性が高く、かつ素子設計の自由度及び製作マ
ージンが大きい構成を備えた窒化物半導体素子、及びそ
の作製方法を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の構造
例では、種結晶層間のＧａＮ層の横方向成長が両側の種
結晶層から対称的に進行し、種結晶層間の中央で横方向
成長層が会合して高欠陥密度領域を形成することに注目
し、ＧａＮ層の横方向成長を非対称的に進行させ、種結
晶層間の中央から偏心させた位置で会合部を形成させる
ことにより、低欠陥密度領域の領域幅を広げることをを
着想し、これを実験により確認して、本発明を発明する
に到った。上記目的を達成するために、上述の知見に基
づいて、本発明に係る窒化物半導体素子は、下地層のス
トライプ状凸部の周期的パターンに従って、高欠陥密度
領域と、基板面に平行な領域幅が高欠陥密度領域より広
い低欠陥密度領域とが、交互に周期的に形成されている
III 族窒化物系化合物半導体層を基板上に備える窒化物
半導体素子において、下地層の凸部が、基板に直交する
凸部中心線に関して非対称に構成され、かつ高欠陥密度
領域が下地層の凸部間の中心線に関して基板面に平行な
方向に偏心した位置でIII 族窒化物系化合物半導体層の
厚さ方向に形成されていることを特徴としている。
【００２８】本発明では、下地層の凸部が基板に直交す
る凸部中心線に関して非対称に構成されているので、こ
れに起因して、III 族窒化物系化合物半導体の横方向成
長が非対称になるので、会合部を有する高欠陥密度領域
が下地層の凸部間の中心線に関して基板面に平行な方向
に偏心した位置に形成される。ここで、高欠陥密度領域
とは、主として横方向成長層が会合して形成する会合部
を言う。本発明に係る窒化物半導体素子では、下地層の
ストライプ状凸部に関し左右非対称に横方向成長するよ
うに、下地層の凸部が形成されているので、本発明で特
定した下地層上に横方向成長させることにより、従来の
構造に比べて、低欠陥密度領域のＷL を種結晶層のピッ
チＷP に対して広く取ることができる、すなわち、ＷL
／ＷP の値を大きい値に設定することができる。
【００２９】下地層の凸部を凸部中心線に対して非対称
に構成するやり方には制約はないが、例えば下地層が周
期的にストライプ状のリッジを有するＧａＮ種結晶層と
して形成され、ＧａＮ種結晶層の側面の一方が、又はＧ
ａＮ種結晶層の側面の一方及び上面が絶縁層で被覆され
ている。本態様では、絶縁層が種結晶層の両側面に形成
されていないので、下地層の凸部が基板に直交する凸部
中心線に関して非対称に構成されている。III 族窒化物
系化合物半導体層の横方向成長は、絶縁膜の無い露出し
た種結晶層の面から成長するので、両種結晶層から横方
向成長したIII 族窒化物系化合物半導体層が会合する会
合部が凸部間の中心線に関し偏心した位置に形成され
る。本発明の好適な実施態様では、高欠陥密度領域と低
欠陥密度領域との配置を規定する周期的パターンのピッ
チをＷP 、低欠陥密度領域の領域幅をＷL とするとき、
ＷL ≧０．５ＷP である。
【００３０】本発明に係る窒化物半導体素子の作製方法
は、高欠陥密度領域と、基板面に平行な領域幅が高欠陥
密度領域より広い低欠陥密度領域とが交互に周期的に形
成されているIII 族窒化物系化合物半導体層を基板上に
備える窒化物半導体素子の作製方法において、基板に直
交する凸部中心線に関して非対称に構成された凸部を周
期的に有する下地層を基板上に形成する下地層形成工程
と、III 族窒化物系化合物半導体層を横方向成長法によ
り下地層上に成長させる工程とを有することを特徴とし
ている。
【００３１】下地層形成工程で凸部を非対称に形成する
方法には制約はなく、例えば下地層形成工程では、スト
ライプ状凸部を周期的に有するＧａＮ種結晶層を基板上
に形成し、次いでＧａＮ種結晶層の凸部の側面の一方
を、又はＧａＮ種結晶層の凸部の側面の一方及び上面を
絶縁層で被覆する。
【００３２】好適には、横方向成長法として有機金属気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いる。また、ＭＯＣＶＤ
法の成長条件は、従来から既知の条件で良い。なお、結
晶成長方法として分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）を用
い、図１７（ａ）に示すように、基板面に極めて浅い角
度で分子線を入射させ、絶縁層１２を上面に載せた種結
晶層１１の側面から非対称でＧａＮ層１５を横方向成長
させる。更に、ＧａＮ層１５の成長を継続すると、図１
７（ｂ）に示すように、低欠陥密度領域２１が種結晶層
１１間の中心に関し非対称的に広がり、会合部３２の位
置を偏心させることもできる。しかし、ＭＢＥ法は、そ
の横方向制御性、成長層の品質、その他の観点から好ま
しくないので、用いないことが望ましい。
【００３３】本発明方法では、横方向成長させる種結晶
層の構成を左右「非対称」にして、これにより、III 族
窒化物系化合物半導体を「非対称」に横方向成長させ、
会合部の位置を種結晶層の凸部間の中心から偏心させる
ことにより、従来の構造に比べて、低欠陥密度領域の領
域幅ＷL を広げることができる。これにより、低欠陥密
度領域上に窒化物半導体素子を形成することが容易にな
り、素子サイズを大きくしたり、アライメント余裕を大
きくすることができる。更には、汎用的ウエハプロセス
や、従来と同等な結晶成長技術等の組み合わせにより本
発明方法を実施できるので、本発明方法の実施に当た
り、特段の制約を生じることはなく、結晶成長やその他
のウエハプロセスに影響を与えない、すなわち、結晶成
長の制御性を低下させたり、基板の凹凸、割れ、反りな
どを伴わずに窒化物半導体素子を作製することが出来る
ので、窒化物半導体素子の素子特性や、歩留まりなどに
は悪い影響を及ぼさない。
【００３４】本発明方法は、半導体素子の種類及び構成
に制約はなく適用でき、例えば半導体レーザ素子のレー
ザストライプの形成領域、半導体発光ダイオードの発光
構造の形成領域、及び半導体フォトディテクタの受光構
造の形成領域のいずれかを低欠陥密度領域上に位置決め
する。また、電界効果トランジスタのソース／ゲート／
ドレインの形成領域を、バイポーラトランジスタのエミ
ッタ／ベース／コレクタの形成領域を低欠陥密度領域上
に位置決めする。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の実施
形態の一例であって、図１は本実施形態例の窒化物半導
体素子の要部の構成を示す断面図である。本実施形態例
の窒化物半導体素子の要部は、図１に示すように、サフ
ァイア基板１０上に形成され、絶縁層１２を一方の側面
に有する凸部状種結晶層１１と、サファイア基板１０上
及び種結晶層１１上に横方向成長法により成長させたＧ
ａＮ層１５とから構成されている。この構造では、横方
向成長法によるＧａＮ層１５が種結晶層１１の絶縁層１
２で覆われていない露出した側面からのみ成長するため
に、ＧａＮ層１５の横方向成長が非対称性になるので、
会合部３２は、図１に示すように、種結晶層１１と絶縁
層１２の境界付近からＧａＮ層１５の厚さ方向に形成さ
れる。尚、図１中３１は、サファイア基板１０とＧａＮ
層１５との間隙である。
【００３６】会合部３２は、従来の構造例では、例えば
図１３（ｂ）では、種結晶層１１同士の中央に存在する
のに対して、本実施形態例では、種結晶層１１と絶縁層
１２の境界付近に存在する。これにより、低欠陥密度領
域のＷL は、種結晶層１１のピッチをＷP 及び種結晶層
１１の幅をＷO とすると、 ＷP ≒ＷO ＋ＷL で、かつＷL ＞ＷO 、 よって、ＷL ＞０．５×ＷP の関係で示されるから、従来の構造例に比べて、遙に大
きな値のＷL を得ることができる。
【００３７】本実施形態例の窒化物半導体素子をＧａＮ
系半導体レーザ素子に適用することにより、図２（ａ）
と（ｂ）の比較から容易に判るように、図１６に示すＧ
ａＮ系半導体レーザ素子のレーザストライプ部５０を低
欠陥密度領域２１上に配置することが、従来に比べて著
しく容易になる、つまりアライメント余裕が大きくな
る。尚、図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施形
態例のＧａＮ系半導体レーザ素子のレーザストライプ部
５０と低欠陥密度領域２１との配置関係、及び、従来の
ＧａＮ系半導体レーザ素子のレーザストライプ部５０と
低欠陥密度領域２１との配置関係を示す模式的斜視図で
あって、図２（ａ）の低欠陥密度領域２１は領域幅が図
２（ｂ）の低欠陥密度領域２１に比べて遙に広い。よっ
て、本実施形態例を適用することにより、結晶欠陥が少
なく信頼性の高いＧａＮ系半導体レーザ素子を実現する
ことができる。
【００３８】窒化物半導体素子の作製方法の実施形態例
１ 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の作製
方法を上述の窒化物半導体素子の作製に適用した実施形
態の一例であって、図３（ａ）から（ｄ）は、それぞ
れ、本実施形態例の方法に従って窒化物半導体素子を作
製する際の工程毎の断面図である。図３（ａ）に示すよ
うに、サファイア基板１０上にＧａＮ低温成長層を成長
させ、次いでＧａＮ低温成長層をエッチングして周期的
な凸部状種結晶層１１を形成し、次いでＣＶＤ法（化学
気相成長法）などによって絶縁層１２を基板全面に成膜
する。尚、サファイア基板に代えて、ＧａＮ基板に種結
晶層１１を形成しても良い。
【００３９】続いて、図３（ｂ）に示すように、ＲＩＥ
（リアクティブ・イオンエッチング）法などの異方性エ
ッチング法により絶縁層１２の上面を基板に直交する方
向にエッチングして種結晶層１１の側面だけに絶縁層１
２を残す。次いで、図３（ｃ）に示すように、異方性エ
ッチング法を斜め方向に適用して、種結晶層１１の一方
の側面の絶縁層１２を除去すると共に、図３（ｄ）に示
すように、他方の側面に絶縁層１２を残す。次に、ＭＯ
ＣＶＤ法を用いた横方向成長法を適用して、図１に示す
ように、ＧａＮ層１５を成長させると、ＧａＮ層１５の
横方向成長が絶縁層１２で覆われていない種結晶層１１
の露出した側面からのみ進行するために、ＧａＮ層１５
の横方向成長が非対称になり、会合部３２は、種結晶層
１１と絶縁層１２の境界付近からＧａＮ層１５の厚さ方
向に形成される。
【００４０】窒化物半導体素子の実施形態例２ 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の実施
形態の別の例であって、図４（ｂ）は本実施形態例の窒
化物半導体素子の要部の構成を示す断面図である。本実
施形態例の窒化物半導体素子の要部は、図４（ｂ）に示
すように、従来の第１の構造例を改良したものであっ
て、ＧａＮ低温成長層１１上に設けられ、端部１２ａの
厚さが他の領域より厚い絶縁層パターン１２と、絶縁層
パターン１２を覆ってＧａＮ低温成長層１１上に横方向
成長法により成長したＧａＮ層１５とを備えている。本
実施形態例の窒化物半導体素子では、ＧａＮ層１５の横
方向成長に際して、絶縁層パターン１２の厚さの違いか
ら、ＧａＮ層１５の横方向成長の開始に時間差が発生す
るために、横方向成長が絶縁層パターン１２に関し非対
称になり、会合部３２は、従来の第１の構造例のように
絶縁層パターン１２の中央でなく、端部１２ａ近傍の片
寄った位置に形成される。これにより、実施形態例１と
同様に、ＷL （図４（ｂ）では、ＬW1と図示）の値を大
きくとることができる、つまりＬW1＞１／２×Ｗo にな
り、素子設計、素子作製に当たり、マージンが増大する
ので、設計、作製が容易になり、歩留りが向上する。一
方、本実施形態例に対応する図１０に示す従来の第１の
構造例では、ＷL ＝ＬW2＝１／２×Ｗo であるから、同
じＷP 及びＷo であっても、本実施形態例の方が大きな
ＷL 、つまり広い低欠陥密度領域２１となる。
【００４１】窒化物半導体素子の作製方法の実施形態例
２ 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の作製
方法を実施形態例２の窒化物半導体素子の作製に適用し
た実施形態の一例であって、図４（ａ）及び（ｂ）は、
それぞれ、本実施形態例の方法に従って窒化物半導体素
子を作製する際の工程毎の断面図である。先ず、ＧａＮ
低温成長層１１上全面に絶縁層を成膜し、フォトリソグ
ラフィ処理及びエッチング加工により絶縁層パターンを
形成し、次いで絶縁層パターンの端部をマスクで覆い、
ドライエッチングで露出した絶縁層を途中まで除去する
ことにより、図４（ａ）に示すように、厚さの厚い端部
１２ａを有する絶縁層パターン１２をＧａＮ低温成長層
１１上に形成する。次いで、ＭＯＣＶＤ法を用いた横方
向成長法により、図４（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１
５を成長させる。本実施形態例では、横方向成長のエピ
タキシャル成長層が、図４（ａ）に示す斜線部のよう
に、先ず絶縁膜１２の膜厚の薄い側（１２ａとは反対
側）から隣の絶縁膜１２の膜厚の厚い側に向かって先ず
選択的に成長するので、図４（ｂ）に示すように、低欠
陥密度領域２１が広くなる。
【００４２】窒化物半導体素子の実施形態例３ 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の実施
形態の別の例であって、図５は本実施形態例の窒化物半
導体素子の要部の構成を示す断面図である。本実施形態
例の窒化物半導体素子の要部は、図５に示すように、サ
ファイア基板１０上に形成され、上面及び一方の側面に
絶縁層１２を有する凸部状（リッジ状）種結晶層１１
と、サファイア基板１０上及び種結晶層１１上に横方向
成長法により成長したＧａＮ層１５とから構成されてい
る。
【００４３】ＧａＮ層１５の横方向成長は、横方向成長
が絶縁層１２で覆われていない種結晶層１１の露出した
面からのみ成長するため、ＧａＮ層１５の横方向成長が
非対称になり、会合部３２は、図５に示すように、種結
晶層１１と側面の絶縁層１２の境界付近からＧａＮ層１
５の厚さ方向に形成されている。以上のように、会合部
３２が、種結晶層１１間の中心から偏心した位置に形成
されているので、実施形態例１及び２と同じ効果を有す
る。
【００４４】窒化物半導体素子の作製方法の実施形態例
３ 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の作製
方法を実施形態例３の窒化物半導体素子の作製に適用し
た実施形態の一例であって、図６（ａ）から（ｃ）は、
それぞれ、本実施形態例の方法に従って窒化物半導体素
子を作製する際の工程毎の断面図である。先ず、図６
（ａ）に示すように、サファイア基板１０上に、ＧａＮ
低温成長層１１Ａを成長させ、次いで絶縁層５１を成膜
し、続いてレジストマスク５２を形成する。次に、レジ
ストマスク５２を用いて、絶縁層５１をエッチングし、
更にＧａＮ低温成長層１１Ａをエッチングして、図６
（ｂ）に示すように、絶縁層５１を載せた凸部状種結晶
層１１を形成する。続いて、絶縁層マスク５１を除去す
ることなく、図示しないが、実施形態例１の方法と同様
にして、絶縁層１２を基板全面に成膜する。絶縁層１２
及び絶縁層５１の厚さと材料の選択、エッチング条件、
時間制御などを調整し、直交する方向の異方性エッチン
グ法により絶縁層１２の上面を基板にエッチングして種
結晶層１１の両側面だけに絶縁層１２を残す。更に、異
方性エッチング法を斜め方向に適用して、種結晶層１１
の一方の側面の絶縁層１２を除去し、他方の側面だけに
絶縁層１２を残す。
【００４５】これにより、図６（ｃ）に示すように、種
結晶層１１の上面及び一方の側面に絶縁層１２を形成す
ることができる。次に、ＭＯＣＶＤ法を用いた横方向成
長法を適用して、図５に示すように、ＧａＮ層１５を成
長させると、横方向成長が絶縁層１２で覆われていない
種結晶層１１の露出した面からのみ成長するため、Ｇａ
Ｎ層１５の横方向成長が非対称になるので、会合部３２
は、種結晶層１１と絶縁層１２の境界付近からＧａＮ層
１５の厚さ方向に形成される。尚、本実施形態例でも、
図６（ｄ）に示すように、膜厚の厚いＧａＮ層、即ちＧ
ａＮ低温成長層１１Ａを成膜し、種結晶層１１をＧａＮ
低温成長層１１Ａに設けてもよい。
【００４６】窒化物半導体素子の実施形態例４ 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の実施
形態の別の例であって、図７は本実施形態例の窒化物半
導体素子の要部の構成を示す断面図である。本実施形態
例の窒化物半導体素子の要部は、従来の第４の構造例を
改良したものであって、サファイア基板１０上に形成さ
れた凸部状種結晶層１１と、種結晶層１１の両側面、側
面の一方から連続する上面の一部領域、及び種結晶層１
１同士間の凹部に形成されている絶縁層１２と、絶縁層
１２上及び種結晶層１１上に横方向成長法に成長したＧ
ａＮ層１５とから構成されている。本実施形態例では、
実施形態例１から３と同様に、ＧａＮ層１５の横方向成
長が絶縁膜１２で覆われていない露出した種結晶層１１
の面から進行するため、ＧａＮ層１５の横方向成長が非
対称になり、会合部３２が低欠陥密度領域２１の中心か
ら偏在した位置に形成される。よって、実施形態例１か
ら３と同様に、ＷLの値が大きくなるので、素子設計、
素子作製に当たり、マージンが増大するので、設計、作
製が容易になり、歩留りが向上する。
【００４７】窒化物半導体素子の作製方法の実施形態例
４ 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の作製
方法を上述の窒化物半導体素子の作製に適用した実施形
態の一例であって、図８（ａ）から（ｅ）は、それぞ
れ、本実施形態例の方法に従って窒化物半導体素子を作
製する際の工程毎の断面図である。図８（ａ）に示すよ
うに、サファイア基板１０上にＧａＮ低温成長層を成膜
し、次いでＧａＮ低温成長層をエッチングして、周期的
なストライプ状凸部からなる種結晶層１１を形成し、次
いでＣＶＤ法（化学気相成長法）などによって絶縁層１
２をサファイア基板１０上及び種結晶層１１上に成膜す
る。
【００４８】次いで、図８（ｂ）に示すように、種結晶
層１１間の凹部を埋めるようにレジスト膜５２を塗布
し、続いて、図８（ｃ）に示すように、種結晶層１１の
上面及び側面の一方の絶縁膜１２を露出するように、レ
ジスト膜５２に開口５２Ａを設ける。次に、ＣＦ4 ガス
等を使ったＲＩＥ法によって、図８（ｄ）に示すよう
に、露出した絶縁膜１２をエッチングして除去し、種結
晶層１１を露出させる。続いて、図８（ｅ）に示すよう
に、レジスト膜を除去する。次いで、種結晶層１１上及
び絶縁層１２上にＧａＮ層１５を横方向成長させると、
図７に示す構造を得ることができる。
【００４９】本発明に係る窒化物半導体素子は、半導体
レーザ素子に限らず、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、フ
ォトディテクタ（ＰＤ）などの半導体光素子、電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）やバイポーラトランジスタなど
の半導体電子素子でも、実施形態例１と同様に信頼性の
高い素子を作製することができる。例えば、ＭＯＳＦＥ
Ｔの場合には、図９に示すように、ゲート領域７０、ソ
ース領域７１、及びドレイン領域７２を、それぞれ、低
欠陥密度領域２１上に、特にゲート領域７０及びチャネ
ル領域７３を低欠陥密度領域２１上に形成することがで
きる。
【００５０】上述の実施形態例１から４では、以下の技
術的思想が共通している。すなわち、横方向成長（ＥＬ
Ｏ）させる種結晶層の構成を「非対称」にすることによ
り、ＧａＮ層を「非対称」に横方向成長させ、会合部の
位置を「非対称」、つまり種結晶層間の中心から偏心さ
せることにより、従来の構造例に比べて、低欠陥密度領
域の領域幅ＷL を広げることができる。これにより、低
欠陥密度領域に窒化物半導体素子を形成することが容易
になり、素子サイズを大きくしたり、アライメント余裕
を大きくすることができる。本発明に係る窒化物半導体
素子は、また、低欠陥密度領域ＷL に素子の動作領域の
全部でなく、その一部分だけ入れる場合でも効果が得ら
れる場合がある。さらに、実施形態例１から４の窒化物
半導体素子の作製方法では、汎用的ウエハプロセスや、
従来と同等な結晶成長技術等の組み合わせを適用してい
るので、本発明方法の実施に当たり特段のプロセス的制
約が生じることはない。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
種結晶層を非対称な構成にすることにより、ＧａＮ層の
横方向成長を非対称的に進行させ、種結晶層間の中央か
ら偏心させた位置で会合部を形成させることにより、低
欠陥密度領域の領域幅を広げることができる。即ち、横
方向成長法を適用する種結晶層のピッチが結晶成長条件
等により、その上限が存在するにも関わらず、高結晶品
質領域、つまり低欠陥密度領域の領域幅ＷL を大きく、
例えば、従来の構造例で、ＷL ＜０．５ＷP であったの
に対し、ＷL ＞０．５ＷP を設定できることができる。
高品質領域ＷL を大きくできることにより、窒化物半導
体素子のサイズ（幅）を大きくできる、窒化物半導体素
子のアライメント余裕を大きくできるなどにより、設計
上及び作製上の自由度が増大し、素子特性の信頼性を向
上することが出来る。
【００５２】また、本発明方法では、汎用的なウエハプ
ロセスや、標準的な結晶成長条件を適用して、横方向成
長用の種結晶構造を形成できるので、本発明の実施に伴
い、プロセス工程の大幅な増加や、製品の歩留り低下を
生じない。さらに、本発明により形成された高品質領域
ＷL は、従来の構造例で得られた高品質領域に比較して
何ら品質を損なうことがなく、むしろ、種結晶層の影響
が無いか少ない領域、つまり会合部から離れた領域に窒
化物半導体素子を形成することができるので、より高品
質、高性能の窒化物半導体素子を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の窒化物半導体素子の要部の構成
を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施形態
例１のＧａＮ系半導体レーザ素子のレーザストライプ部
と低欠陥密度領域との配置関係、及び、従来のＧａＮ系
半導体レーザ素子のレーザストライプ部と低欠陥密度領
域との配置関係を示す模式的斜視図である。
【図３】図３（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、実施形態
例１の方法に従って窒化物半導体素子を作製する際の工
程毎の断面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施形態
例２の方法に従って窒化物半導体素子を作製する際の工
程毎の断面図である。
【図５】実施形態例３の窒化物半導体素子の要部の構成
を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、実施形態
例２の方法に従って窒化物半導体素子を作製する際の工
程毎の断面図である。
【図７】実施形態例４の窒化物半導体素子の要部の構成
を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）から（ｅ）は、それぞれ、実施形態
例４の方法に従って窒化物半導体素子を作製する際の工
程毎の断面図である。
【図９】半導体レーザ素子以外の窒化物半導体素子の実
施形態例１から４の低欠陥密度領域との配置関係を示す
斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１
の構造例を作製する際の工程毎の断面図である。図１０
（ｃ）は、図１０（ａ）及び（ｂ）で、紙面の上方向が
＜０００１＞方向（ｃ面に垂直な方向）に、紙面の左右
方向が＜１１−２０＞方向に、紙面に直交する方向が＜
１−１００＞方向に対応することを表示している。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第２
の構造例を作製する際の工程毎の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第２
の構造例の変形例を作製する際の工程毎の断面図であ
る。
【図１３】図１３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第３
の構造例を作製する際の工程毎の断面図である。
【図１４】図１４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第３
の構造例の変形例を作製する際の工程毎の断面図であ
る。
【図１５】図１５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第４
の構造例を作製する際の工程毎の断面図である。
【図１６】ＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面
図である。
【図１７】図１７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、分子
線結晶成長法（ＭＢＥ法）を用いて非対称な構成の種結
晶層を形成する際の工程毎の断面図である。
【符号の説明】
１０……基板、１１……種結晶層、１２……絶縁膜層、
２１……横方向成長層、低欠陥密度領域、２２……種結
晶層から縦方向（ｃ軸方向）への成長層、２３……絶縁
膜上の横方向成長層、３１……空隙、３２……横方向成
長の会合部、３３……絶縁層の端部からの結晶欠陥、４
０……バッファー層、４１……ｎ側コントクト層、４２
……ｎ側クラッド層、４３……活性層、４４……ｐ側ク
ラッド層、４５……ｐ側コンタクト層、４６……ｐ側電
極、４６Ａ……ｐ側コンタクト電極、４７……ｎ側電
極、４７Ａ……ｎ側コンタクト電極、４９……保護膜、
５０……レーザストライプ部、５１……種結晶層の凹凸
加工用絶縁層マスク、５２……フォトレジスト、７０…
…ゲート、７１……ソース、７２……ドレイン、７３…
…チャネル層。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｓ 5/22 ６１０ Ｈ０１Ｓ 5/343 ６１０ 5/343 ６１０ Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ (72)発明者 山口 恭司 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 中島 博 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA36 AA41 AA43 AA47 CA14 CA22 CA40 CA65 CA77 CB05 FF01 5F045 AA04 AA05 AF09 AF12 AF14 BB12 CA02 CA10 CA12 DA53 DB02 5F049 MA01 MB07 NA20 PA04 PA14 PA20 QA02 RA07 RA08 5F052 KA05 5F073 AA11 BA06 BA09 CA02 CB05 DA05 DA07 DA25 EA29

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下地層のストライプ状凸部の周期的パタ
    ーンに従って、高欠陥密度領域と、基板面に平行な領域
    幅が高欠陥密度領域より広い低欠陥密度領域とが、交互
    に周期的に形成されているIII 族窒化物系化合物半導体
    層を基板上に備える窒化物半導体素子において、 下地層の凸部が、基板に直交する凸部中心線に関して非
    対称に構成され、かつ高欠陥密度領域が下地層の凸部間
    の中心線に関して基板面に平行な方向に偏心した位置で
    III 族窒化物系化合物半導体層の厚さ方向に形成されて
    いることを特徴とする窒化物半導体素子。
  2. 【請求項２】 下地層が周期的にストライプ状のリッジ
    を有するＧａＮ種結晶層として形成され、ＧａＮ種結晶
    層の側面の一方が、又はＧａＮ種結晶層の側面の一方及
    び上面が絶縁層で被覆されていることを特徴とする請求
    項１に記載の窒化物半導体素子。
  3. 【請求項３】 高欠陥密度領域と低欠陥密度領域との配
    置を規定する周期的パターンのピッチをＷP 、低欠陥密
    度領域の領域幅をＷL とするとき、ＷL ≧０．５ＷP で
    あることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半
    導体素子。
  4. 【請求項４】 高欠陥密度領域と、基板面に平行な領域
    幅が高欠陥密度領域より広い低欠陥密度領域とが交互に
    周期的に形成されているIII 族窒化物系化合物半導体層
    を基板上に備える窒化物半導体素子の作製方法におい
    て、 基板に直交する凸部中心線に関して非対称に構成された
    凸部を周期的に有する下地層を基板上に形成する下地層
    形成工程と、 III 族窒化物系化合物半導体層を横方向成長法により下
    地層上に成長させる工程とを有することを特徴とする窒
    化物半導体素子の作製方法。
  5. 【請求項５】 下地層形成工程では、ストライプ状凸部
    を周期的に有するＧａＮ種結晶層を基板上に形成するス
    テップと、ＧａＮ種結晶層の凸部の側面の一方を、又は
    ＧａＮ種結晶層の凸部の側面の一方及び上面を絶縁層で
    被覆するステップとを行うことを特徴とする請求項４に
    記載の窒化物半導体素子の作製方法。
  6. 【請求項６】 横方向成長法として有機金属気相成長法
    （ＭＯＣＶＤ法）を用いることを特徴とする請求項４又
    は５に記載の窒化物半導体素子の作製方法。
  7. 【請求項７】 半導体レーザ素子のレーザストライプの
    形成領域、半導体発光ダイオードの発光構造の形成領
    域、及び半導体フォトディテクタの受光構造の形成領域
    のいずれかを低欠陥密度領域上に位置決めすることを特
    徴とする請求項６に記載の窒化物半導体素子の作製方
    法。
  8. 【請求項８】 電界効果トランジスタのソース／ゲート
    ／ドレインの形成領域を、バイポーラトランジスタのエ
    ミッタ／ベース／コレクタの形成領域を低欠陥密度領域
    上に位置決めすることを特徴とする請求項６に記載の窒
    化物半導体素子半導体素子の作製方法。
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