JP2002305356A - 窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】短時間で、かつ、薄い厚みで形成することが可
能な窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体素子を提供
する。 【解決手段】サファイア基板１の上面上に形成されたバ
ッファ層２と、バッファ層２の上面の一部が露出するよ
うに、バッファ層２の上面上に接触するように形成さ
れ、所定のマスク幅ｂ₁と所定のマスク開口幅ｗ₁とを有
するマスク層３と、露出されたバッファ層２の上面上お
よびマスク層３の上面上に形成されたアンドープＧａＮ
層４と、アンドープＧａＮ層４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５〜１３
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た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（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏ
ｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）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（１９９８）、ｐ．５３〜ｐ．５８およびｐ．２
１０〜ｐ．２１５などに開示されている。

【０００５】図２７〜図３０は、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を説明するための断
面図である。図２７〜図３０を参照して、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について説
明する。

【０００６】まず、図２７に示すように、サファイア基
板１０１の（０００１）Ｃ面上に、ＭＯＶＰＥ法（Ｍｅ
ｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅ
ｐｉｔａｘｙ：有機金属化学的気相成長法）を用いて、
低温バッファ層１０２、および、約１μｍの膜厚を有す
るＧａＮ層１０３を順次形成する。なお、低温バッファ
層１０２は、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０３と
の格子定数の差を緩和するために形成する。そのＧａＮ
層１０３上に、ＳｉＯ₂からなるストライプ状の選択成
長用のマスク層１０４を形成する。

【０００７】次に、図２８に示すように、ＨＶＰＥ法
（ハライド気相成長法）を用いて、ＧａＮ層１０３の露
出された表面部分から、再成長ＧａＮ層１０５を成長さ
せる。この場合、露出されたＧａＮ層１０３の上面上に
おいて、再成長ＧａＮ層１０５は、まず、上方向（ｃ軸
方向）に成長する。これにより、露出されたＧａＮ層１
０３の上面上に、断面が三角形状のファセット構造を有
する再成長ＧａＮ層１０５が成長される。この場合、フ
ァセット構造の三角形状の先端付近には、ＧａＮ層１０
３から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在す
る。

【０００８】さらに、ＧａＮ層１０３の上面上における
再成長ＧａＮ層１０５の成長が進むと、図２９に示すよ
うに、再成長ＧａＮ層１０５は、横方向にも成長する。
この再成長ＧａＮ層１０５の横方向成長によって、マス
ク層１０４上にも再成長ＧａＮ層１０５が形成される。
この場合、ＧａＮ層１０３から上方向（ｃ軸方向）に伝
播された転位は、再成長ＧａＮ層１０５が横方向成長す
る際に、横方向（サファイア基板１０１のＣ面と平行な
方向）に折れ曲がる。

【０００９】さらに、再成長ＧａＮ層１０５を横方向成
長させると、図３０に示すように、ファセット構造の各
再成長ＧａＮ層１０５が合体して連続膜となる。これに
より、平坦な上面を有するとともに、ＧａＮ層１０３に
比べて転位が低減された再成長ＧａＮ層１０５が形成さ
れる。そして、この転位の低減された再成長ＧａＮ層１
０５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。

【００１０】

【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、サフ
ァイア基板１０１上に、低温バッファ層１０２を介して
形成されたＧａＮ層１０３を下地として、選択横方向成
長によって転位の低減された再成長ＧａＮ層１０５を形
成していた。この下地となる窒化物系半導体のＧａＮ層
１０３を形成する際には、表面をある程度平坦にするた
めに、ＧａＮ層１０３を大きな厚み（約１μｍ）で形成
する必要があった。このため、下地となるＧａＮ層１０
３を形成するのに、長時間を要していた。その結果、再
成長ＧａＮ層１０５を形成するまでの時間が長くなると
いう問題点があった。また、ＧａＮ層１０３を大きな厚
みで形成するため、従来の再成長ＧａＮ層１０５を含む
窒化物系半導体全体の厚みが大きくなるという問題点が
あった。

【００１１】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
短時間で、かつ、薄い厚みで形成することが可能な窒化
物系半導体層を含む窒化物系半導体素子を提供すること
である。

【００１２】この発明のもう１つの目的は、短時間で、
かつ、薄い厚みで窒化物系半導体を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。

【００１３】

【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、基板の上面上に形成された
バッファ層と、バッファ層の上面の一部が露出するよう
に、バッファ層の上面上に接触するように形成されたマ
スク層と、露出されたバッファ層の上面上およびマスク
層の上面上に形成された窒化物系半導体層と、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１の局面による窒化物系半導体素子
では、上記のように、基板上に形成したバッファ層上に
直接マスク層を形成することによって、マスク層を形成
する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時
間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、か
つ、薄い厚みで窒化物系半導体層を形成することができ
る。また、バッファ層上のマスク層をマスクとして選択
横方向成長させることによって、転位が低減された窒化
物系半導体層を形成することができる。そして、このよ
うな転位が低減された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成長させれば、容易
に、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得る
ことができる。

【００１５】上記第１の局面による窒化物系半導体素子
において、好ましくは、マスク層のマスク幅をｂ₁と
し、マスク層のマスク開口部の幅をｗ₁とした場合、マ
スク幅ｂ ₁およびマスク開口部の幅ｗ₁は、以下の式
（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定され
ている。

【００１６】 ｂ₁［μｍ］＋ｗ₁［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１） ｂ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２） ｗ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３） このように構成すれば、上記式（１）を満たすように、
マスク幅ｂ₁およびマスク開口部の幅ｗ₁を設定すること
によって、マスク層を選択成長マスクとして成長される
窒化物系半導体層の上面の平坦化が可能となる。また、
上記式（２）および式（３）を満たすように、マスク幅
ｂ₁およびマスク開口部の幅ｗ₁を設定することによっ
て、マスク層のパターニングを容易に行うことができ
る。

【００１７】上記第１の局面において、好ましくは、基
板は、絶縁体、III-V族半導体、IV族半導体、IV- IV族
半導体およびII-VI族半導体からなるグループより選択
される１つの材料からなる。また、マスク層は、酸化シ
リコン、窒化物および高融点金属からなるグループより
選択される１つを含んでいてもよい。このように構成す
れば、基板上のバッファ層上に、窒化物系半導体層を容
易に選択横方向成長させることができる。

【００１８】この発明の第２の局面による窒化物系半導
体の形成方法は、基板の上面上にバッファ層を形成する
工程と、バッファ層の上面の一部が露出するように、バ
ッファ層の上面上に接触するように、マスク層を形成す
る工程と、マスク層を選択成長マスクとして、バッファ
層の上面上およびマスク層の上面上に窒化物系半導体層
を成長させる工程とを備えている。

【００１９】この第２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、基板上に形成したバッファ
層上に直接マスク層を形成することによって、マスク層
を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚み
で長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間
で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体層を形成すること
ができる。また、バッファ層上のマスク層をマスクとし
て選択横方向成長させることによって、転位が低減され
た窒化物系半導体層を形成することができる。

【００２０】上記第２の局面による窒化物系半導体の形
成方法において、好ましくは、マスク層のマスク幅をｂ
₁とし、マスク層のマスク開口部の幅をｗ₁とした場合、
マスク幅ｂ₁およびマスク開口部の幅ｗ₁は、以下の式
（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定され
ている。

【００２１】 ｂ₁［μｍ］＋ｗ₁［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１） ｂ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２） ｗ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３） このように構成すれば、上記式（１）を満たすように、
マスク幅ｂ₁およびマスク開口部の幅ｗ₁を設定すること
によって、マスク層を選択成長マスクとして成長される
窒化物系半導体層の上面の平坦化が可能となる。すなわ
ち、マスク幅ｂ₁とマスク開口部の幅ｗ₁との和（マスク
層の周期）が４０μｍ以下になるように、マスク幅ｂ₁
とマスク開口部の幅ｗ₁とを設定することによって、そ
のように設定されたマスク層を用いて窒化物系半導体層
を選択成長させれば、容易に上面が平坦化された窒化物
系半導体層を形成することができる。また、上記式
（２）および式（３）を満たすように、マスク幅ｂ₁お
よびマスク開口部の幅ｗ₁を設定することによって、マ
スク層のパターニングを容易に行うことができる。

【００２２】この発明の第３の局面による窒化物系半導
体の形成方法は、基板の上面上の全面にバッファ層を成
長させた後、バッファ層をパターニングすることによっ
て、基板の上面の一部が露出するように、所定の間隔を
隔てて複数のバッファ層を形成する工程と、バッファ層
間に露出された基板の上面上にマスク層を成長させる工
程と、マスク層を選択成長マスクとして、バッファ層の
上面上およびマスク層の上面上に窒化物系半導体層を成
長させる工程とを備えている。

【００２３】この第３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、基板上にパターニングされ
たバッファ層を形成した後に、バッファ層間に露出され
た基板の上面上にマスク層を成長させることによって、
マスク層を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大
きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結
果、短時間で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体層を形
成することができる。また、バッファ層上のマスク層を
マスクとして選択横方向成長させることによって、転位
が低減された窒化物系半導体層を形成することができ
る。

【００２４】上記第３の局面による窒化物系半導体の形
成方法において、好ましくは、バッファ層の幅をｗ₂と
し、バッファ層の開口部の幅をｂ₂とした場合、バッフ
ァ層の幅ｗ₂およびバッファ層の開口部の幅ｂ₂は、以下
の式（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定
されている。

【００２５】 ｂ₂［μｍ］＋ｗ₂［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１） ｂ₂［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２） ｗ₂［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３） このように構成すれば、上記式（１）を満たすように、
バッファ層の幅ｗ₂およびバッファ層の開口部の幅ｂ₂を
設定することによって、バッファ層の開口部に形成され
たマスク層を選択成長マスクとして成長される窒化物系
半導体層の上面の平坦化が可能となる。すなわち、バッ
ファ層の幅ｗ₂とバッファ層の開口部の幅ｂ₂との和（マ
スク層の周期）が４０μｍ以下になるように、バッファ
層の幅ｗ₂とバッファ層の開口部の幅ｂ₂とを設定するこ
とによって、そのように設定されたバッファ層の開口部
に形成されたマスク層を用いて窒化物系半導体層を選択
成長させれば、容易に上面が平坦化された窒化物系半導
体層を形成することができる。また、上記式（２）およ
び式（３）を満たすように、バッファ層の幅ｗ ₂および
バッファ層の開口部の幅ｂ₂を設定することによって、
マスク層のパターニングを容易に行うことができる。

【００２６】上記第２または第３の局面において、好ま
しくは、窒化物系半導体層上に素子領域を有する半導体
素子層を形成する工程をさらに備える。このように構成
すれば、容易に、良好な素子特性を有する窒化物系半導
体素子を得ることができる。

【００２７】上記第２または第３の局面において、好ま
しくは、基板は、絶縁体、III-V族半導体、IV族半導
体、IV- IV族半導体およびII-VI族半導体からなるグル
ープより選択される１つの材料からなる。また、マスク
層は、酸化シリコン、窒化物および高融点金属からなる
グループより選択される１つを含んでいてもよい。この
ように構成すれば、基板上のバッファ層上に、窒化物系
半導体層を容易に選択横方向成長させることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２９】（第１実施形態）図１〜図５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５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。

【００３０】まず、図１に示すように、サファイア基板
１のＣ（０００１）面上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基
板温度を約６００℃に保持した状態で、約１５μｍの膜
厚を有するアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層２
を形成する。なお、バッファ層２は、サファイア基板１
と、後の工程でバッファ層２上に形成する窒化物系半導
体層（アンドープＧａＮ層４）との格子定数の差を緩和
するために設ける。このバッファ層２上に、プラズマＣ
ＶＤ法などを用いて、約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜
厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ₂からなるマスク層３を
形成する。なお、サファイア基板１が、本発明の「基
板」の一例である。

【００３１】次に、マスク層３をウェットエッチングな
どを用いてパターニングすることによって、図２に示さ
れるような、ストライプ形状のマスク層３を形成する。
このマスク層３のストライプ形状は、マスク層３のマス
ク幅をｂ₁とし、マスク層３の開口部の幅をｗ₁とした場
合、マスク幅ｂ₁およびマスク開口部の幅ｗ₁が、以下の
式（１）と式（２）と式（３）とを満たすように形成す
ることが好ましい。

【００３２】 ｂ₁［μｍ］＋ｗ₁［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１） ｂ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２） ｗ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３） なお、上記式（１）は、マスク幅ｂ₁とマスク開口部の
幅ｗ₁との和（マスク層３の周期）が４０μｍ以下であ
るという条件を示している。ここで、図７は、マスク幅
ｂ₁とマスク開口部の幅ｗ₁との関係を示した相関図であ
る。図７を参照して、第１実施形態では、マスク幅ｂ₁
およびマスク開口部の幅ｗ₁が上記式（２）および式
（３）を満たすように、すなわち、マスク幅ｂ₁および
マスク開口部の幅ｗ₁の両方が１μｍ以上の幅を有する
ように、マスク層３を形成することによって、マスク層
３をエッチングにより容易にパターニングすることがで
きる。それによって、容易にパターニングされたマスク
層３を形成することができる。

【００３３】また、マスク幅ｂ₁およびマスク開口部の
幅ｗ₁が、上記式（１）を満たすように、すなわち、４
０μｍ以下の周期で、マスク層３を形成することによっ
て、後の工程でマスク層３を選択成長マスクとして成長
されるアンドープＧａＮ層４（図５参照）の上面の平坦
化が可能となる。

【００３４】次に、図３に示すように、ＭＯＶＰＥ法を
用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、マ
スク層３を選択成長マスクとして、バッファ層２の露出
された表面部分から、アンドープＧａＮ層４を成長させ
る。このアンドープＧａＮ層４が、本発明の「窒化物系
半導体層」の一例である。この場合、露出されたバッフ
ァ層２の上面上において、まず、アンドープＧａＮ層４
のファセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。
このアンドープＧａＮ層４のファセット構造には、バッ
ファ層２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存
在する。

【００３５】さらに、バッファ層２の上面上におけるア
ンドープＧａＮ層４の成長が進むと、図４に示すよう
に、アンドープＧａＮ層４は、横方向にも成長する。こ
のアンドープＧａＮ層４の横方向成長によって、マスク
層３上にもアンドープＧａＮ層４が形成される。この場
合、バッファ層２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された
転位は、アンドープＧａＮ層４が横方向成長する際に、
横方向（サファイア基板１のＣ面と平行な方向）に折れ
曲がる。

【００３６】さらに、アンドープＧａＮ層４を横方向成
長させると、図５に示すように、ファセット構造の各ア
ンドープＧａＮ層４が合体して連続膜となる。これによ
り、平坦な上面を有するとともに、バッファ層２に比べ
て転位が低減されたアンドープＧａＮ層４が形成され
る。特に、アンドープＧａＮ層４のマスク層３上の領域
において、転位密度が低減される。

【００３７】ただし、アンドープＧａＮ層４では、マス
ク層３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が
形成される。このため、アンドープＧａＮ層４を用いて
窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層
３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減
されたアンドープＧａＮ層４上に、素子領域を形成する
のが好ましい。

【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、バッファ層２上に直接マスク
層３を形成することによって、マスク層３を形成する前
に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけ
て形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄
い厚みでアンドープＧａＮ層４を形成することができ
る。

【００３９】図６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窒化物系半導体レー
ザ素子を示した斜視図である。次に、図６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
製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明
する。

【００４０】第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
の構造としては、図５に示した第１実施形態のアンドー
プＧａＮ層４上に、図６に示すように、ＭＯＶＰＥ法、
ＨＶＰＥ法、または、トリメチルアルミニウム、トリメ
チルガリウム、トリメチルインジウム、ＮＨ₃、ＳｉＨ₄
（シランガス）およびＣｐＭｇ（シクロペンタジエニル
マグネシウム）などを原料ガスとして用いるガスソース
ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘ
ｙ）法などを用いて、約４μｍの膜厚を有するｎ型Ｇａ
Ｎからなるｎ型コンタクト層５が形成されている。ｎ型
コンタクト層５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６、約０．４
５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型第２
クラッド層７、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８、およ
び、ＧａＩｎＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）発光層
９が順次形成されている。このＭＱＷ発光層９は、約４
ｎｍの厚みを有する５つのアンドープＧａＮ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Ｇ
ａＩｎＮ井戸層とが交互に積層された構造を有する。

【００４１】ＭＱＷ発光層９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１０が形成されている。ｐ型第１クラッ
ド層１０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１１が形成されている。また、ｐ型第１クラッド層
１０上の、ｐ型第２クラッド層１１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１１の
側面とを覆うとともに、ｐ型第２クラッド層１１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１２が形成されている。電流
阻止層１２上には、露出されたｐ型第２クラッド層１１
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１３が形成
されている。

【００４２】また、ｐ型コンタクト層１３からｎ型コン
タクト層５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５の露出した表面の一部と、クラック防止
層６、ｎ型第２クラッド層７、ｎ型第１クラッド層８、
ＭＱＷ発光層９、ｐ型第１クラッド層１０、電流阻止層
１２およびｐ型コンタクト層１３の露出した側面とを覆
うように、ＳｉＯ₂からなる保護膜１４が形成されてい
る。

【００４３】また、ｐ型コンタクト層１３の上面上に
は、ｐ側電極１５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５の表面には、ｎ
側電極１６が形成されている。

【００４４】なお、ｎ型コンタクト層５、クラック防止
層６、ｎ型第２クラッド層７、ｎ型第１クラッド層８、
ＭＱＷ発光層９、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２ク
ラッド層１１、電流阻止層１２およびｐ型コンタクト層
１３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。

【００４５】第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
では、上記のように、図１〜図５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、薄い
厚みで、かつ、低転位のアンドープＧａＮ層４を下地と
して、その上に各層５〜１３を形成することによって、
各層５〜１３において良好な結晶性を実現することがで
きるとともに、全体の膜厚を小さくすることができる。
その結果、第１実施形態では、全体として薄い厚みで、
かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得
ることができる。

【００４６】（第２実施形態）図８〜図１２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。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型のＳｉＣ
またはＳｉなどからなる基板２１を用いている。図８〜
図１２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。

【００４７】まず、図８に示すように、基板２１上に、
ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持
した状態で、約０．０５μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ
_0.09Ｇａ_0.91Ｎからなるバッファ層２２を形成する。な
お、バッファ層２２は、基板２１と、後の工程でバッフ
ァ層２２上に形成する窒化物系半導体層（ｎ型ＧａＮ層
２４）との格子定数の差を緩和するために設ける。この
バッファ層２２上に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、
約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまた
はＳｉＯ₂からなるマスク層２３を形成する。

【００４８】次に、マスク層２３をウェットエッチング
などを用いてパターニングすることによって、図９に示
されるような、ストライプ形状のマスク層２３を形成す
る。このマスク層２３のストライプ形状は、第１実施形
態の図７に示したように、マスク層２３のマスク幅をｂ
₁とし、マスク層３の開口部の幅をｗ₁とした場合、マス
ク幅ｂ₁およびマスク開口部の幅ｗ₁が、第１実施形態で
示した式（１）と式（２）と式（３）とを満たすように
形成することが好ましい。

【００４９】第２実施形態では、第１実施形態と同様、
式（２）と式（３）とを満たすように、すなわち、マス
ク幅ｂ₁およびマスク開口部の幅ｗ₁の両方が１μｍ以上
の幅を有するように、マスク層２３を形成することによ
って、マスク層２３をエッチングにより容易にパターニ
ングすることができる。それによって、容易にパターニ
ングされたマスク層２３を形成することができる。

【００５０】また、マスク幅ｂ₁およびマスク開口部の
幅ｗ₁が、上記式（１）を満たすように、すなわち、４
０μｍ以下の周期で、マスク層２３を形成することによ
って、後の工程でマスク層２３を選択成長マスクとして
成長されるｎ型ＧａＮ層２４（図１２参照）の上面の平
坦化が可能となる。

【００５１】次に、図１０に示すように、ＭＯＶＰＥ法
を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、
マスク層２３を選択成長マスクとして、バッファ層２２
の露出された表面部分から、ｎ型ＧａＮ層２４を成長さ
せる。このｎ型ＧａＮ層２４が、本発明の「窒化物系半
導体層」の一例である。この場合、露出されたバッファ
層２２の上面上において、まず、ｎ型ＧａＮ層２４のフ
ァセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。この
ｎ型ＧａＮ層２４のファセット構造には、バッファ層２
２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在す
る。

【００５２】さらに、バッファ層２２の上面上における
ｎ型ＧａＮ層２４の成長が進むと、図１１に示すよう
に、ｎ型ＧａＮ層２４は、横方向にも成長する。このｎ
型ＧａＮ層２４の横方向成長によって、マスク層２３上
にもｎ型ＧａＮ層２４が形成される。この場合、バッフ
ァ層２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、ｎ
型ＧａＮ層２４が横方向成長する際に、横方向に折れ曲
がる。

【００５３】さらに、ｎ型ＧａＮ層２４を横方向成長さ
せると、図１２に示すように、ファセット構造の各ｎ型
ＧａＮ層２４が合体して連続膜となる。これにより、平
坦な上面を有するとともに、バッファ層２に比べて転位
が低減された約１０μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮ層２
４が形成される。特に、ｎ型ＧａＮ層２４のマスク層２
３上の領域において、転位密度が低減される。

【００５４】ただし、ｎ型ＧａＮ層２４では、マスク層
２３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形
成される。このため、ｎ型ＧａＮ層２４を用いて窒化物
系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層２３の
中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減され
たｎ型ＧａＮ２層２４上に、素子領域を形成するのが好
ましい。

【００５５】第２実施形態による窒化物系半導体の形成
方法では、上記第１実施形態と同様、バッファ層２２上
に直接マスク層２３を形成することによって、マスク層
２３を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな
厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短
時間で、かつ、薄い厚みで、ｎ型ＧａＮ層２４を薄い厚
みで形成することができる。

【００５６】図１３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窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した斜視図である。次に、図１３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
いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について
説明する。

【００５７】第２実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図１２に示した第２実施形態のｎ型ＧａＮ層２
４上に、図１３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２５、
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２６、約５０ｎｍ（約０．０５）μ
ｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型第１クラッド
層２７、および、ＧａＩｎＮからなる多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）発光層２８が順次形成されている。このＭＱＷ発
光層２８は、約４ｎｍの厚みを有する５つのアンドープ
ＧａＮ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。

【００５８】ＭＱＷ発光層２８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２９が形成されている。ｐ型第１クラッ
ド層２９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３０が形成されている。また、ｐ型第１クラッド層
２９上の、ｐ型第２クラッド層３０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３０の
側面とを覆うとともに、ｐ型第２クラッド層３０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３１が形成されている。電流
阻止層３１上には、露出されたｐ型第２クラッド層３０
の上面と接触するように、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コン
タクト層３２が形成されている。

【００５９】また、ｐ型第２クラッド層３０のメサ形状
を反映したｐ型コンタクト層３２の凸部上には、ｐ側電
極３３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、基板２
１が導電性を有するので、基板２１の裏面に、ｎ側電極
３４が形成されている。

【００６０】なお、クラック防止層２５、ｎ型第２クラ
ッド層２６、ｎ型第１クラッド層２７、ＭＱＷ発光層２
８、ｐ型第１クラッド層２９、ｐ型第２クラッド層３
０、電流阻止層３１およびｐ型コンタクト層３２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。

【００６１】第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
では、上記のように、図８〜図１２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、薄
い厚みで、かつ、低転位のｎ型ＧａＮ層２４を下地とし
て、その上に各層２５〜３２を形成することによって、
各層２５〜３２において良好な結晶性を実現することが
できるとともに、全体の膜厚を小さくすることができ
る。その結果、第２実施形態では、全体として薄い厚み
で、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子
を得ることができる。

【００６２】なお、第１および第２実施形態において、
バッファ層上にバッファ層の上面の一部が露出するよう
にマスク層を形成する方法は、前述したようにマスク層
をエッチングによりパターニングする方法に限られるも
のではない。たとえば、ＳｉＮまたはＳｉＯ₂からなる
マスク層の堆積時間を短くすると、ＳｉＮまたはＳｉＯ
₂からなるマスク層は、バッファ層の表面を不完全に覆
うことがある。すなわち、ナノメートルサイズの穴が自
動的に形成されるので、この方法を用いてもバッファ層
の上面の一部が露出するようにマスク層を形成すること
が可能となる。

【００６３】（第３実施形態）図１４〜図１８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、第
１実施形態のバッファ層２上に形成されたマスク層３の
代わりに、パターニングされたバッファ層４２間の露出
されたサファイア基板４１の上面上にマスク層４３を形
成する。図１４〜図１８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説明する。

【００６４】まず、図１４に示すように、サファイア基
板４１のＣ面上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を
約６００℃に保持した状態で、約１５μｍの膜厚を有す
るアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層４２を形成
する。なお、このサファイア基板４１が、本発明の「基
板」の一例である。

【００６５】次に、このバッファ層の所定領域をＲＩＥ
（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法など
を用いて、パターニングすることによって、ストライプ
形状のバッファ層４２を形成する。なお、バッファ層４
２は、サファイア基板４１と、後の工程でバッファ層４
２上に形成する窒化物系半導体層（アンドープＧａＮ層
４４）との格子定数の差を緩和するために設ける。この
バッファ層４２のストライプ形状は、バッファ層４２の
幅をｗ₂とし、バッファ層４２の開口部の幅をｂ₂とした
場合、バッファ層４２の幅ｗ₂およびバッファ層４２の
開口部の幅ｂ₂が、以下の式（４）と式（５）と式
（６）とを満たすように形成することが好ましい。

【００６６】 ｂ₂［μｍ］＋ｗ₂［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（４） ｂ₂［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（５） ｗ₂［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（６） なお、上記式（４）は、バッファ層４２の幅ｗ₂とバッ
ファ層４２の開口部の幅ｂ₂との和（バッファ層４２の
周期）が４０μｍ以下であるという条件を示している。
ここで、図２０は、バッファ層４２の幅ｗ₂とバッファ
層４２の開口部の幅ｂ₂との関係を示した相関図であ
る。図２０を参照して、第３実施形態では、バッファ層
４２の幅ｗ₂およびバッファ層４２の開口部の幅ｂ₂が上
記式（５）および式（６）を満たすように、すなわち、
バッファ層４２の幅ｗ₂およびバッファ層４２の開口部
の幅ｂ₂の両方が１μｍ以上の幅を有するように、バッ
ファ層４２を形成することによって、バッファ層４２を
エッチングにより容易にパターニングすることができ
る。それによって、容易にパターニングされたバッファ
層４２を形成することができる。

【００６７】また、バッファ層４２の幅ｗ₂およびバッ
ファ層４２の開口部の幅ｂ₂が、上記式（４）を満たす
ように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、バッファ層
４２を形成することによって、後の工程でバッファ層４
２から成長されるアンドープＧａＮ層４４（図１８参
照）の上面の平坦化が可能となる。

【００６８】次に、バッファ層４２上およびバッファ層
４２間に露出されたサファイア基板４１の上面上に、約
１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたは
ＳｉＯ₂からなるマスク層を形成した後、バッファ層４
２上のマスク層をウェットエッチングなどを用いて除去
することによって、バッファ層４２間に露出されたサフ
ァイア基板４１の上面上のみに、図１５に示されるよう
な、マスク層４３を形成する。

【００６９】次に、図１６に示すように、ＭＯＶＰＥ法
を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、
マスク層４３を選択成長マスクとして、バッファ層４２
の表面部分から、アンドープＧａＮ層４４を成長させ
る。このアンドープＧａＮ層４４が、本発明の「窒化物
系半導体層」の一例である。この場合、バッファ層４２
の上面上において、まず、アンドープＧａＮ層４４のフ
ァセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。この
アンドープＧａＮ層４４のファセット構造には、バッフ
ァ層４２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存
在する。

【００７０】さらに、バッファ層４２の上面上における
アンドープＧａＮ層４４の成長が進むと、図１６に示す
ように、アンドープＧａＮ層４４は、横方向にも成長す
る。このアンドープＧａＮ層４４の横方向成長によっ
て、マスク層４３上にもアンドープＧａＮ層４４が形成
される。この場合、バッファ層４２から上方向（ｃ軸方
向）に伝播された転位は、アンドープＧａＮ層４４が横
方向成長する際に、横方向（サファイア基板１のＣ面と
平行な方向）に折れ曲がる。

【００７１】さらに、アンドープＧａＮ層４４を横方向
成長させると、図１８に示すように、ファセット構造の
各アンドープＧａＮ層４４が合体して連続膜となる。こ
れにより、平坦な上面を有するとともに、バッファ層４
２に比べて転位が低減されたアンドープＧａＮ層４４が
形成される。特に、アンドープＧａＮ層４４のマスク層
４３上の領域において、転位密度が低減される。

【００７２】ただし、アンドープＧａＮ層４４では、マ
スク層４３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部
分が形成される。このため、アンドープＧａＮ層４４を
用いて窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マ
スク層４３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密
度の低減されたアンドープＧａＮ層４４上に、素子領域
を形成するのが好ましい。

【００７３】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、サファイア基板４１上にパタ
ーニングされたバッファ層４２を形成した後に、バッフ
ァ層４２間に露出されたサファイア基板４１の上面上に
マスク層４３を成長させることによって、マスク層４３
を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚み
で長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間
で、かつ、薄い厚みでアンドープＧａＮ層４４を形成す
ることができる。

【００７４】図１９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窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した斜視図である。次に、図１９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
いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について
説明する。

【００７５】第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
の構造としては、図１８に示したアンドープＧａＮ層４
４上に、第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層５、ク
ラック防止層６、ｎ型第２クラッド層７、ｎ型第１クラ
ッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ型第１クラッド層１０、
ｐ型第２クラッド層１１、電流阻止層１２、ｐ型コンタ
クト層１３および保護膜１４が形成されている。なお、
各層５〜１３および保護膜１４の組成および膜厚は、第
１実施形態と同様である。

【００７６】また、ｐ型コンタクト層１３の上面上に
は、ｐ側電極１５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５の表面には、ｎ
側電極１６が形成されている。

【００７７】第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
では、上記のように、図１４〜図１８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、
薄い厚みで、かつ、低転位のアンドープＧａＮ層４４を
下地として、その上に各層５〜１３を形成することによ
って、各層５〜１３において良好な結晶性を実現するこ
とができるとともに、全体の膜厚を小さくすることがで
きる。その結果、第３実施形態では、全体として薄い厚
みで、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素
子を得ることができる。

【００７８】（第４実施形態）図２１〜図２５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、第
３実施形態の絶縁性のサファイア基板４１の代わりに、
導電性を有するｎ型のＳｉＣまたはＳｉなどからなる基
板５１を用いている。図２１〜図２５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。

【００７９】まず、基板５１上に、ＭＯＶＰＥ法を用い
て、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、約０．
０５μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎからな
るバッファ層５２を形成する。

【００８０】次に、図２１に示すように、このバッファ
層５２の所定領域をＲＩＥ法などを用いて、パターニン
グすることによって、ストライプ形状のバッファ層５２
を形成する。なお、バッファ層５２は、基板５１と、後
に工程でバッファ層５２上に形成する窒化物系半導体層
（ｎ型ＧａＮ層５４）との格子定数の差を緩和するため
に設ける。このバッファ層５２のストライプ形状は、第
３実施形態の図２０に示したように、バッファ層５２の
幅をｗ₂とし、バッファ層５２の開口部の幅をｂ₂とした
場合、バッファ層５２の幅ｗ₂およびバッファ層５２の
開口部の幅ｂ₂が、上記した第３実施形態の式（４）と
式（５）と式（６）とを満たすように形成することが好
ましい。

【００８１】第４実施形態では、第３実施形態と同様、
式（５）と式（６）とを満たすように、すなわち、バッ
ファ層５２の幅ｗ₂およびバッファ層５２の開口部の幅
ｂ₂の両方が１μｍ以上の幅を有するように、バッファ
層５２を形成することによって、バッファ層５２をエッ
チングにより容易にパターニングすることができる。そ
れによって、容易にパターニングされたバッファ層５２
を形成することができる。

【００８２】また、バッファ層５２の幅ｗ₂およびバッ
ファ層５２の開口部の幅ｂ₂が、上記式（４）を満たす
ように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、バッファ層
５２を形成することによって、後の工程でバッファ層５
２から成長されるｎ型ＧａＮ層５４（図２５参照）の上
面の平坦化が可能となる。

【００８３】次に、バッファ層５２上およびバッファ層
５２間に露出された基板５１の上面上に、約１００ｎｍ
〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ₂か
らなるマスク層を形成した後、バッファ層５２上のマス
ク層をウェットエッチングなどを用いて除去することに
よって、バッファ層５２間に露出された基板５１の上面
上のみに、図２２に示されるような、マスク層５３を形
成する。

【００８４】次に、図２３に示すように、ＭＯＶＰＥ法
を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、
マスク層５３を選択成長マスクとして、バッファ層５２
の表面部分から、ｎ型ＧａＮ層５４を成長させる。この
ｎ型ＧａＮ層５４が、本発明の「窒化物系半導体層」の
一例である。この場合、バッファ層５２の上面上におい
て、まず、ｎ型ＧａＮ層５４のファセット構造が、上方
向（ｃ軸方向）に成長する。このｎ型ＧａＮ層５４のフ
ァセット構造には、バッファ層５２から上方向（ｃ軸方
向）に伝播された転位が存在する。

【００８５】さらに、バッファ層５２の上面上における
ｎ型ＧａＮ層５４の成長が進むと、図２４に示すよう
に、ｎ型ＧａＮ層５４は、横方向にも成長する。このｎ
型ＧａＮ層５４の横方向成長によって、マスク層５３上
にもｎ型ＧａＮ層５４が形成される。この場合、バッフ
ァ層５２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、
ｎ型ＧａＮ層５４が横方向成長する際に、横方向に折れ
曲がる。

【００８６】さらに、ｎ型ＧａＮ層５４を横方向成長さ
せると、図２５に示すように、ファセット構造の各ｎ型
ＧａＮ層５４が合体して連続膜となる。これにより、平
坦な上面を有するとともに、バッファ層５２に比べて転
位が低減されたｎ型ＧａＮ層５４が形成される。特に、
ｎ型ＧａＮ層５４のマスク層５３上の領域において、転
位密度が低減される。

【００８７】ただし、ｎ型ＧａＮ層５４では、マスク層
５３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形
成される。このため、ｎ型ＧａＮ層５４を用いて窒化物
系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層５３の
中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減され
たｎ型ＧａＮ層５４上に、素子領域を形成するのが好ま
しい。

【００８８】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、基板５１上にパターニングさ
れたバッファ層５２を形成した後に、バッファ層５２間
に露出された基板５１の上面上にマスク層５３を成長さ
せることによって、マスク層５３を形成する前に下地と
なる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成す
る必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みで
ｎ型ＧａＮ層５４を形成することができる。

【００８９】図２６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窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した斜視図である。次に、図２６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
いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について
説明する。

【００９０】第４実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図２５に示したｎ型ＧａＮ層５４上に、第２実
施形態と同様、クラック防止層２５、ｎ型第２クラッド
層２６、ｎ型第１クラッド層２７、ＭＱＷ発光層２８、
ｐ型第１クラッド層２９、ｐ型第２クラッド層３０、電
流阻止層３１およびｐ型コンタクト層３２が形成されて
いる。なお、各層２５〜３２の組成および膜厚は、第２
実施形態と同様である。

【００９１】また、ｐ型第２クラッド層３０のメサ形状
を反映したｐ型コンタクト層３２の凸部上には、ｐ側電
極３３が形成されている。また、基板５１が導電性を有
するので、基板５１の裏面に、ｎ側電極３４が形成され
ている。

【００９２】第４実施形態の半導体レーザ素子では、上
記のように、図２１〜図２５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、薄い厚み
で、かつ、低転位のｎ型ＧａＮ層５４を下地として、そ
の上に各層２５〜３２を形成することによって、各層２
５〜３２において良好な結晶性を実現することができる
とともに、全体の膜厚を小さくすることができる。その
結果、第４実施形態では、全体として薄い厚みで、か
つ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得る
ことができる。

【００９３】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。

【００９４】たとえば、上記第１〜第４実施形態では、
基板として、サファイア基板、ＳｉＣ（IV−IV族半導
体）基板またはＳｉ（IV族半導体）基板を用いたが、本
発明はこれに限らず、スピネルなどの絶縁体、ＧａＮま
たはＧａＡｓなどのIII−V族半導体、Ｓｉ以外のＧｅな
どのIV族半導体、ＳｉＣ以外のIV−IV族半導体、およ
び、ＺｎＳｅなどのII−VI族半導体などからなる基板を
用いてもよい。この場合、基板として、基板の格子定数
が窒化物系半導体層の格子定数と異なる、サファイア、
スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰまたはＧａ
Ｐなどの基板を用いると、大きな効果が得られる。

【００９５】また、上記第１〜第４実施形態では、マス
ク層をＳｉＯ₂などの酸化膜またはＳｉＮなどの窒化物
を用いて形成したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ₂
以外のＴｉＯ₂などの他の酸化膜、ＳｉＮ以外の他の窒
化物および高融点金属などの材料を用いてマスク層を形
成してもよい。

【００９６】また、上記第１および第２実施形態では、
マスク層およびマスク層の開口部を、ストライプ状に形
成したが、本発明はこれに限らず、マスク層を、円形、
六角形または三角形などのアイランド形状や、他のアイ
ランド形状で形成してもよく、また、マスク層の開口部
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。

【００９７】また、上記第３および第４実施形態では、
バッファ層およびバッファ層の開口部をストライプ状に
形成したが、本発明はこれに限らず、バッファ層を、円
形、六角形または三角形などのアイランド形状や、他の
アイランド形状で形成してもよく、また、バッファ層の
開口部を、円形、六角形または三角形などの形状で形成
してもよい。

【００９８】また、上記第１〜第４実施形態では、窒化
物系半導体を用いて窒化物系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。

【００９９】また、上記第１〜第４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。

【０１００】また、上記第１〜第４実施形態では、窒化
物系半導体層上の、素子領域を有する窒化物系半導体素
子層をｎ型半導体層およびｐ型半導体層の順に形成した
が、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体素子層をｐ
型半導体層およびｎ型半導体層の順に形成してもよい。

【０１０１】また、バッファ層、バッファ層上の窒化物
系半導体層（アンドープＧａＮ層およびｎ型ＧａＮ層）
および窒化物系半導体素子層を構成する各層を、ＧａＮ
（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｉｎ
Ｎ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）およびＴｌ
Ｎ（窒化タリウム）、または、これらの混晶などのIII
−V族窒化物系半導体およびこれらの混晶にＡｓ、Ｐお
よびＳｂのうち少なくとも１つの元素を含む混晶などの
III−V族窒化物系半導体から構成してもよい。

【０１０２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、短時間
で、かつ、薄い厚みで形成することが可能な窒化物系半
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
形成方法を説明するための断面図である。

【図５】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６】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窒化物系半導体レーザ素子を
示した斜視図である。

【図７】本発明の第１実施形態によるマスク幅ｂ₁とマ
スク開口部の幅ｗ₁との関係を示した相関図である。

【図８】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。

【図９】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１０】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１１】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１２】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１３】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窒化物系半導体レーザ素子
を示した斜視図である。

【図１４】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。

【図１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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窒化物系半導体レーザ素子
を示した斜視図である。

【図２０】本発明の第３実施形態によるバッファ層４２
の幅ｗ₂とバッファ層４２の開口部の幅ｂ₂との関係を示
した相関図である。

【図２１】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２２】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２３】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２４】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２５】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２６】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窒化物系半導体レーザ素子
を示した斜視図である。

【図２７】従来の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２８】従来の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】従来の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】従来の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。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB09 AB14 AC01 AC07 AC12 BB12 CA09 CA12 DA53 DB02 DB06 5F073 CA02 CB02 CB04 CB05 CB06 DA05 DA07

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の上面上に形成されたバッファ層と、 前記バッファ層の上面の一部が露出するように、前記バ
   ッファ層の上面上に接触するように形成されたマスク層
   と、 前記露出されたバッファ層の上面上および前記マスク層
   の上面上に形成された窒化物系半導体層と、 前記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。
2. 【請求項２】前記マスク層のマスク幅をｂ₁とし、前記
   マスク層のマスク開口部の幅をｗ₁とした場合、前記マ
   スク幅ｂ₁および前記マスク開口部の幅ｗ₁は、以下の式
   （１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定され
   ている、請求項１に記載の窒化物系半導体素子。 ｂ₁［μｍ］＋ｗ₁［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１） ｂ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２） ｗ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
3. 【請求項３】前記基板は、絶縁体、III-V族半導体、IV
   族半導体、IV- IV族半導体およびII-VI族半導体からな
   るグループより選択される１つの材料からなる、請求項
   １または２に記載の窒化物系半導体素子。
4. 【請求項４】前記マスク層は、酸化物、窒化物および高
   融点金属からなるグループより選択される１つを含む、
   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。
5. 【請求項５】基板の上面上にバッファ層を形成する工程
   と、 前記バッファ層の上面の一部が露出するように、前記バ
   ッファ層の上面上に接触するように、マスク層を形成す
   る工程と、 前記マスク層を選択成長マスクとして、前記バッファ層
   の上面上および前記マスク層の上面上に窒化物系半導体
   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。
6. 【請求項６】前記マスク層のマスク幅をｂ₁とし、前記
   マスク層のマスク開口部の幅をｗ₁とした場合、前記マ
   スク幅ｂ₁および前記マスク開口部の幅ｗ₁は、以下の式
   （１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定され
   ている、請求項５に記載の窒化物系半導体の形成方法。 ｂ₁［μｍ］＋ｗ₁［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１） ｂ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２） ｗ₁［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
7. 【請求項７】基板の上面上の全面にバッファ層を成長さ
   せた後、前記バッファ層をパターニングすることによっ
   て、前記基板の上面の一部が露出するように、所定の間
   隔を隔てて複数のバッファ層を形成する工程と、前記バ
   ッファ層間に露出された基板の上面上にマスク層を成長
   させる工程と、前記マスク層を選択成長マスクとして、
   前記バッファ層の上面上および前記マスク層の上面上に
   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。
8. 【請求項８】前記バッファ層の幅をｗ₂とし、前記バッ
   ファ層の開口部の幅をｂ₂とした場合、前記バッファ層
   の幅ｗ₂および前記バッファ層の開口部の幅ｂ ₂は、以下
   の式（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定
   されている、請求項７に記載の窒化物系半導体の形成方
   法。 ｂ₂［μｍ］＋ｗ₂［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１） ｂ₂［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２） ｗ₂［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
9. 【請求項９】前記窒化物系半導体層上に素子領域を有す
   る半導体素子層を形成する工程をさらに備える、請求項
   ５〜８のいずれか１項に記載の窒化物系半導体の形成方
   法。
10. 【請求項１０】前記基板は、絶縁体、III-V族半導体、I
    V族半導体、IV- IV族半導体およびII-VI族半導体からな
    るグループより選択される１つの材料からなる、請求項
    ５〜９のいずれか１項に記載の窒化物系半導体の形成方
    法。
11. 【請求項１１】前記マスク層は、酸化シリコン、窒化物
    および高融点金属からなるグループより選択される１つ
    を含む、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の窒化物
    系半導体の形成方法。