JP2002313733A - 窒化物半導体の結晶成長方法及び半導体素子の形成方法 - Google Patents

窒化物半導体の結晶成長方法及び半導体素子の形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 転位密度を低減して、形成する半導体デバイ
スの性能や寿命を向上させるような窒化物半導体の結晶
成長方法を提供する。 【解決手段】 気相成長によって基体上に複数の窒化物
半導体の島状結晶領域を形成させる第１の結晶成長工程
と、前記島状結晶領域の境界同士を結合させながら前記
島状結晶領域を更に成長させる第２の結晶成長工程を有
する窒化物半導体の結晶成長方法において、第２の結晶
成長工程の結晶成長速度を第１の結晶成長工程の結晶成
長速度より高く設定し、或いは第２の結晶成長工程の結
晶成長温度を第１の結晶成長工程の結晶成長温度より低
く設定する。転位が境界の結合部分で曲げられ、転位密
度を下げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系化合
物半導体などの窒化物半導体を基体上に結晶成長させる
窒化物半導体の結晶成長方法及び半導体素子の形成方法
に関し、特に半導体発光ダイオードや半導体レーザーな
どの半導体発光素子やその他の半導体素子及び半導体装
置を製造する場合に適用できる窒化物半導体の結晶成長
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体などの窒化
物半導体の気相成長技術においては格子整合する基板や
低転位密度の基板が存在しないために、従来よりサファ
イアなどの基板表面上に９００℃以下の低温でＡｌＮも
しくはＡｌxＧａ1-xＮ (0≦x<1) 低温バッファ層を堆積
し、その後に窒化ガリウム系化合物半導体を成長し格子
不整合に起因する転位を低減する技術がある。このよう
な技術は、例えば、特開昭６３−１８８９３８号公報や
特公平８−８２１７号公報に開示されるものがあり、こ
れらの技術を使用することで窒化ガリウム系化合物半導
体層の結晶性およびモフォロジーを改善できる特徴があ
る。
【０００３】さらに低転位密度の高品質結晶を得る技術
としては、一旦第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を
堆積した後に酸化珪素や窒化珪素などからなる窒化ガリ
ウム系化合物半導体の成長を阻害する材料で保護膜を形
成し、その保護膜で覆われていない領域から第２の窒化
ガリウム系化合物半導体層を面内方向（横方向）に成長
することで、基板界面から垂直に伸びる貫通転位の伝播
を妨げる技術がある（例えば、特開平１０−３１２９７
１号公報、特開平１１−２５１２５３号公報参照。）。
また、同様な技術としては一旦第１の窒化ガリウム系化
合物半導体を成長した後に、リアクティブイオンエッチ
ング装置（以下、RIE）などを用いてその膜を選択的に
除去し、その後成長装置内で残された結晶から第二の窒
化ガリウム系化合物半導体選択的に成長することで貫通
転位密度を低減する技術がある（例えば、MRS Internet
J. Nitride Semicond. Res. 4S1， G3. 38 (1999)。
これらの技術を使用することで１０6ｃｍ-2程度までの
転位密度を有する結晶膜が得られ、半導体レーザの高寿
命化などが実現されている。
【０００４】図１３の（ａ）から（ｄ）は、従来の窒化
ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法の一例を示す。
サファイア基板１００のＣ面１０１上に低温バッファ層
を形成したところでアンモニアを供給しながらトリメチ
ルガリウムの供給を止めたところ、数十nmのグレイン状
の窒化ガリウム層１０２が形成され（図１３の
（ａ））、再びトリメチルガリウムの供給を開始すると
図１３の（ｂ）に示すように島状領域がＣ面１０１上に
横方向に広がるように形成される。この結晶成長を例え
ば平面成長の成長速度に換算しておよそ４μｍ／ｈの速
度で進めた場合では、島状領域の境界部同士が結合し
（図１３の（ｃ））、さらに窒化ガリウム層１０２の層
厚が増大され（図１３の（ｄ））、所要の結晶層がサフ
ァイア基板１００上に形成される。
【０００５】また、図１４の（ａ）から（ｄ）は図１３
の工程と同様な工程を示しているが、成長速度を平面成
長の成長速度に換算しておよそ１μｍ／ｈの速度に遅く
した場合の従来の結晶成長方法のそれぞれ工程断面図で
ある。低温バッファ層の形成後にサファイア基板１１０
のＣ面１１１上に図１３の場合と同様なガス供給から数
十nmのグレイン状の窒化ガリウム層１１２が形成され
（図１４の（ａ））、再びトリメチルガリウムの供給を
開始すると図１４の（ｂ）に示すように島状領域がｃ面
１１１上に横方向に広がるように形成される。この結晶
成長を例えば平面成長の成長速度に換算しておよそ１μ
ｍ／ｈの速度で進めた場合では、島状領域の境界部同士
が結合し（図１４の（ｃ））、さらに窒化ガリウム層１
０２の層厚が増大される（図１４の（ｄ））。特に図１
３の工程と比べて成長が遅いことから、横方向の結晶成
長が支配的な成長となり、図１３の工程と比べて転位の
密度は減少する。
【０００６】また、図１５及び図１６に示す工程は、選
択成長によって転位を低減させる従来の結晶成長方法の
一例である。先ず、図１５の（ａ）に示すように、サフ
ァイア基板１２０上に窒化ガリウム層１２２が形成さ
れ、その窒化ガリウム層１２２上に酸化珪素膜１２３が
成長阻害膜として形成され、その一部を開口した開口部
１２４が酸化珪素膜１２３に形成される。次いで、図１
５の（ｂ）に示すように選択成長によって開口部１２４
に島状領域を構成する窒化ガリウム層１２５が形成さ
れ、図１５の（ｃ）から図１６の（ｄ）、（ｅ）と結晶
成長が進むにつれて島状領域の境界同士が接し、これら
が結合して窒化ガリウム層１０２が所要の膜厚で形成さ
れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記低温バッファ層を
用いる技術においては、図１３及び図１４に示すよう
に、低温バッファにより形成される結晶成長核を中心と
して擬２次元成長するためその横方向成長部分で螺旋転
位１０３、１１３などの転位密度は減少するが、、結晶
同士の境界の結合部分である会合部で刃状転位１０４、
１１４が発生し、単にこの技術を使用するだけでは貫通
転位を１０９cm-2程度までしか低減することができな
い。一方、上記第１の窒化ガリウム系化合物半導体上に
保護膜材料を形成もしくは第１の窒化ガリウム系化合物
半導体をRIEなどにより選択的に除去した後に再成長す
る技術においては、図１５及び図１６に示すように横方
向に成長した領域では低転位密度となるが、横方向成長
した膜同士が会合する領域では貫通転位１２６が発生し
て低転位密度を実現するのは困難である。
【０００８】また、窒化ガリウム化合物半導体膜成長時
に成長阻害物質であるシリコン原料を供給することで転
位密度を低減する技術（例えば、Journal of Crystal G
rowth 205、245 (1999)）があるが、この場合もいった
ん島状の３次元的形状から擬２次元成長による横方向成
長を経て結晶が会合する過程で、会合部に転位が発生す
る。
【０００９】すなわち、以上のような技術それぞれ単独
では低転位密度化の限界があり、転位によって作製され
る半導体デバイスの性能や寿命が悪化することから、さ
らに転位密度を低減することが要求されている。
【００１０】特開平９−９７９２１号公報に記載される
３−５族化合物半導体の製造方法においては、バッファ
層の形成後にＧａＮ層を成長速度１０００Å／分で形成
し、次いでノンドープのＧａＮ層を成長速度２００Å／
分で形成することが開示されており、このような低速成
長層を形成することで発光効率を高めることが記載され
ている。この発明では、低速成長層によって結晶の品質
を高めることが可能であるが、この発明は基板からの貫
通転位や刀状転位、螺旋転位などを抑える方法を示すも
のではなく、依然として転位密度を低減することが要求
されることに他ならない。
【００１１】そこで、上述の技術的な課題を解決するた
め、本発明は、転位密度を低減して、形成する半導体デ
バイスの性能や寿命を向上させるような窒化物半導体の
結晶成長方法を提供することを目的とし、さらにその窒
化物半導体の結晶成長方法を用いた素子の形成方法を提
供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体の
結晶成長方法は、気相成長によって基体上に複数の窒化
物半導体の島状結晶領域を形成させる第１の結晶成長工
程と、前記島状結晶領域の境界同士を結合させながら前
記島状結晶領域を更に成長させる第２の結晶成長工程を
有し、前記第２の結晶成長工程の結晶成長速度は前記第
１の結晶成長工程の結晶成長速度より高くされることを
特徴とする。
【００１３】基体上に複数の窒化物半導体の島状結晶領
域を形成させる第１の結晶成長工程では、窒化物半導体
の島状結晶領域が横方向に広がる擬２次元成長が生じて
おり、基板に平行な面での脱離が支配的な成長速度の遅
い条件で成長させることでより広い横方向成長が生ず
る。島状結晶領域が横方向に広がっていくことで、次第
に島状結晶領域同士が互いの境界を結合させるようにし
て結合する。この第１の結晶成長工程から第２結晶成長
工程に移行する際に、その成長条件を変調し、脱離が少
ない条件にすなわち成長速度を急に増大することで、結
晶自体はそれぞれの条件に対する安定状態になろうとす
るために、結晶の成長方向が変化することが発生して結
晶の隣接ドメインを埋め込むように成長し、その結果、
転位の方向が屈曲することになり、境界同士の結合時に
発生する転位の密度を下げることが実現される。
【００１４】また、本発明の他の窒化物半導体の結晶成
長方法は、気相成長によって基体上に複数の窒化物半導
体の島状結晶領域を形成させる第１の結晶成長工程と、
前記島状結晶領域の境界同士を結合させながら前記島状
結晶領域を更に成長させる第２の結晶成長工程を有し、
前記第２の結晶成長工程の結晶成長温度は前記第１の結
晶成長工程の結晶成長温度より低くされることを特徴と
する。
【００１５】第１の結晶成長工程から第２結晶成長工程
に移行する際に、前述のように、その成長条件の変調は
成長速度を高くすることでも可能であるが、成長温度を
下げることでも可能である。当該結晶成長方法では、第
２結晶成長工程で結晶成長温度を低くすることで脱離が
少ない条件に移行し、結晶層内で成長方向を変化させ
て、結晶の隣接ドメインを埋め込むように成長させる。
その結果、転位の方向が屈曲することになり、境界同士
の結合時に発生する転位の密度を下げることが実現され
る。
【００１６】本発明のさらに他の窒化物半導体の結晶成
長方法は、気相成長によって基体上に複数の窒化物半導
体の島状結晶領域を形成させる第１の結晶成長工程と、
前記島状結晶領域の境界同士を結合させながら前記島状
結晶領域を更に成長させる第２の結晶成長工程を有し、
前記第２の結晶成長工程の結晶成長速度は前記第１の結
晶成長工程の結晶成長速度より高くされ若しくは前記第
２の結晶成長工程の結晶成長温度は前記第１の結晶成長
工程の結晶成長温度より低くされると共に前記基体表面
の凹凸状態を観測しながらその凹凸状態に応じて前記第
１の結晶成長工程から前記第１の結晶成長工程に移行す
ることを特徴とする。
【００１７】成長条件を変調し、すなわち結晶成長速度
を増大させ、或いは結晶成長温度を低下させることによ
り、成長方向が変化することが発生して結晶の隣接ドメ
インを埋め込むように成長し、その結果、転位の方向が
屈曲することになり、境界同士の結合時に発生する転位
の密度を下げることが実現される。当該窒化物半導体の
結晶成長方法では、基体表面の凹凸状態を観測すること
で、結晶成長過程における境界同士の結合タイミングを
計り、転位の方向の屈曲を効率良く発生させ、境界同士
の結合時に発生する転位の密度を更に低減する。
【００１８】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法は、
半導体素子を形成する場合に適用することで、特性の優
れた半導体素子を形成することができる。すなわち、本
発明の半導体素子の形成方法は、気相成長によって基体
上に複数の窒化物半導体の島状結晶領域を形成させる第
１の結晶成長工程と、前記島状結晶領域の境界同士を結
合させながら前記第１の結晶成長工程の結晶成長速度よ
り高い成長速度で若しくは前記第１の結晶成長工程の結
晶成長温度より低い成長温度で前記島状結晶領域を更に
成長させる第２の結晶成長工程と、前記境界同士が結合
された窒化物半導体層に半導体素子を形成することを特
徴とする。半導体素子は、例えば半導体発光素子または
半導体トランジスタ素子などであり、半導体発光素子と
しては半導体発光ダイオードまたは半導体レーザー素子
を形成することが可能である。
【００１９】本発明の半導体素子の形成方法では、第２
の結晶成長工程において第１の結晶成長工程の高い成長
速度で若しくは第１の結晶成長工程の結晶成長温度より
低い成長温度で成長が行われることから、転位の方向が
屈曲することになり、境界同士の結合時に発生する転位
の密度を下げることが実現される。このように転位密度
を低下させた結晶層に半導体素子を形成することで、そ
の結晶性の良好さを反映した特性の優れた半導体素子を
製造することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態について
図面を参照しながら説明する。本発明の窒化物半導体の
結晶成長方法及び半導体素子の形成方法では、低温バッ
ファを用いた方法（第１の実施形態）、選択的に成長阻
害マスクを形成する方法（第２の実施形態）、選択的に
結晶を除去する方法（第３の実施形態）、成長阻害物質
を供給する方法（第４の実施形態）をそれぞれ適用お
り、これらの方法ではいずれも島状結晶領域（ストライ
プ状、網目状、その他形状も含む。）が３次元的形状か
ら擬２次元成長をしながら横方向に成長し、それら島状
結晶領域同士が会合して結果として低転位密度を実現す
る。ここで３次元とは平坦膜ではなく凹凸形状を有して
いることを意味し、擬２次元成長とは縦方向への成長の
ない単なる横方向だけへの成長(２次元成長)に対して縦
方向への成長も含んだ横方向への成長を意味する。ま
た、本明細書において、島状結晶領域が会合する、すな
わち結晶領域の境界同士が結合する過程若しくはタイミ
ングとは、結合する瞬間だけに限定されるものではな
く、同様な効果を得られるような前後の時間も含むもの
とする。また、基体とは基板を含むものであって更には
通常のウエハ状の基板に結晶成長に好適な薄膜などが形
成されていても良く、板状の形状を有しないもの並びに
板状の形状を有するものの双方が含まれる。
【００２１】［第１の実施形態］本発明の実施形態の窒
化物半導体の結晶成長方法は、低温バッファを用いた結
晶成長技術に基づいており、図１乃至図４を参照しなが
ら説明する。
【００２２】図１の（a）に示すように、先ず、C面を基
板主面とするサファイア基板１０を図示しない有機金属
成長装置内に載置する。このサファイア基板１０は１０
５０℃で水素と窒素の混合雰囲気(キャリアガス)中での
クリーニングを経て、５００℃に降温される。この温度
で窒素原料としてアンモニアの供給が開始され、図１の
（ｂ）に示すように、Ｇａ原料であるトリメチルガリウ
ムを供給することで約３０ｎｍのＧａＮからなるアモル
ファス状の低温バッファ層１１をサファイア基板１０の
主面全面に堆積する。
【００２３】アモルファス状の低温バッファ層１１が堆
積されたところで、一旦トリメチルガリウムの供給を停
止して、アンモニアを供給しながら１０２０℃まで昇温
する。この条件によって、図１の（ｃ）に示すように、
結晶化し数１０ｎｍのグレイン状の不連続膜からなる窒
化ガリウム層１２の島状結晶領域の核部分が形成され
る。
【００２４】再びトリメチルガリウムの供給を開始した
ところ、上記グレインを核として擬２次元成長し島状結
晶領域が成長する。この時の成長速度は毎時１μｍであ
り、核密度が低く横方向成長部が広くなるように結晶成
長が進められる。図１の（ｄ）に示すように、螺旋転位
１３も生ずるが、成長速度が毎時１μｍと遅いためＣ面
方向の成長速度は遅くなり、縦方向の成長の少ない横方
向への成長が支配的な成長となる。また、C面での脱離
が支配的なため、図１の（ｃ）で形成されていた核の一
部は脱離し、核の密度は減少する。このような結晶成長
によって、生じる転位の密度が減少し貫通転位密度５ｘ
１０8〜１ｘ１０9 cm-2程度の窒化ガリウム層１２の島
状結晶領域が得られる。
【００２５】図２の（ｅ）に示すように、擬２次元成長
によって窒化ガリウム層１２の島状結晶領域同士が会合
する瞬間すなわち島状結晶領域の境界部１５が結合する
タイミングで、第１の結晶成長工程から第２の結晶成長
工程に移行する。島状結晶領域の境界部１５同士が結合
するタイミングは複数の島状結晶領域で必ずしも同じタ
イミングではないが、平均的な境界部１５同士の結合の
タイミングの前後であれば良い。
【００２６】第２の結晶成長工程では結晶成長速度が高
くされ、第１の結晶成長工程で毎時１μｍであったもの
が、急に成長速度毎時約１０μmに増大される。この条
件下ではC面からの脱離はC面への成長に比べて小さくな
り、それぞれの島状結晶領域は縦方向にも急速に成長
し、図２の（ｆ）に示すように、小さな島状結晶領域は
隣接した島状結晶領域の成長にのみこまれる。その結
果、結合部１６に発生した転位は別の大きな島との結合
部まで曲げられる、もしくは適当なバーガーズベクトル
を有する別の転位と終端し、残留する転位は減少するこ
とになる。その後成長速度を通常の毎時４μmで成長し
たところ、図２の（ｇ）に示すように表面モホロジーの
よい貫通転位密度の低減された窒化ガリウム層１２が形
成され、本件発明者らが行った実験例からは２〜５ｘ１
０8 cm-2程度に貫通転位が抑制された窒化ガリウム層が
得られている。
【００２７】このような成長速度の急な増大によって貫
通転位が抑制された窒化ガリウム層１２は、そのまま半
導体素子の下地部分として使用することができ、図２の
（ｈ）に示すように、次いでシリコンドープなどのｎ型
窒化ガリウム層１７、ＩｎＧａＮなどからなる活性層１
８、マグネシウムドープのｐ型窒化ガリウム層１９の各
層を積層し、ｎ型窒化ガリウム層１７の一部を露出する
ように活性層１８とｐ型窒化ガリウム層１９を共に除去
したところで、ｎ側電極８とｐ側電極９をそれぞれｎ型
窒化ガリウム層１７とｐ型窒化ガリウム層１９に蒸着法
などにより形成し、半導体発光ダイオード素子を形成す
る。下地層とした窒化ガリウム層１２は貫通転位が抑制
されているために、半導体発光ダイオード素子の特性は
良好であり、特に発光特性に優れた素子となる。本実施
形態では、窒化ガリウム系の化合物による半導体発光ダ
イオード素子が形成されるが、本実施形態を用いて半導
体レーザー素子を形成することもでき、他の半導体素子
として電界効果型トランジスタやその他の能動素子を形
成することも可能である。また、窒化ガリウム層１２上
に形成される素子はプレナー型の素子に限定されず、Ｓ
面などのファセットを利用して活性層を形成した六角錐
状などのピラミッド構造を有する半導体発光ダイオード
素子などであっても良い。
【００２８】本実施形態の窒化物半導体の結晶成長方法
は、島状結晶領域の境界部１５が結合するタイミングで
成長速度が毎時１μmから毎時１０μｍに大きく増大さ
せ、結合部に発生した転位が別の大きな島状結晶領域と
の結合部まで曲げられたり、もしくは適当なバーガーズ
ベクトルを有する別の転位と終端し、残留する転位は減
少することになる。従って、結晶全体としての転位を大
きく減らすことができ、半導体発光ダイオード素子など
の半導体素子を形成した場合では、その素子特性を大き
く改善することができる。
【００２９】図１４の従来の結晶成長方法では、１０２
０℃に昇温後毎時1μmで成長しており、核の密度は減少
することで貫通転位密度を下げる効果がある反面、C面
での脱離が激しいため、表面モホロジーが悪いという問
題も発生していた。しかし、本実施形態では当初、成長
速度が遅いために核の密度が減少することで貫通転位密
度を下げる効果が得られ、さらに第２の結晶成長工程で
は成長速度が高いために、C面での脱離も有る程度抑え
ることができ、表面モホロジーも良好な層を形成できる
ことになる。
【００３０】図３は成長速度を制御して結晶を成長させ
る場合の時間に対する成長速度の大きさを示すグラフで
ある。図中島衝突Ｉｃで示すタイミングが、島状結晶領
域の境界部１５同士が結合するタイミングである。第１
の結晶成長工程として例えば毎時1μmで低速成長され、
島衝突Ｉｃで示すタイミングと前後して高速成長に移行
する。高速成長は例えば毎時１０μmである。上述の実
施形態では、毎時１０μmの後、毎時４μｍで結晶成長
させる。グラフ中、成長速度は折れ線状に変化している
が、曲線をもって変化するような制御であっても良い。
【００３１】上述の如き転位低減の効果を実現するには
成長速度において少なくとも２倍以上の差が必要とさ
れ、２倍以内では成長条件の差が小さく、瞬間的な成長
速度の増大や転位の屈曲を期待できないことになる。よ
り好ましくは５倍以上の成長速度の差があることが好ま
しい。また、第１の結晶成長工程において、横方向成長
時の成長速度を毎時３μm以下にしないと脱離の支配的
な条件を実現することが困難となり、より好ましくは毎
時１．５μm以下である。なお、島状結晶領域の成長時
は単純な成長速度の定義が出来ないため、その体積増加
率を膜状成長時の成長速度に換算した値として、結晶成
長速度を平面成長の成長速度に換算した場合という表現
で、成長速度の値を定義づけている。第２の結晶成長工
程の結晶成長速度が毎時２μｍ以上であれば、会合過程
での成長速度は脱離の少ない条件となり、それより低い
と、脱離の少ない条件脱離の支配的な条件から急峻な成
長条件の変調にはならず、瞬間的に成長速度が増大した
り転位が屈曲するような効果は期待できない。より好ま
しくは第２の結晶成長工程の結晶成長速度は毎時４μｍ
以上である。成長速度を変える場合、成長温度は第一と
第二の過程で変える必要がない。変えないことで成長方
法は単純化する。また、成長速度と成長温度を同時に切
り替えると再現性も低くなることがあり、あえて変えな
い方法を意図的に使用することも可能である。
【００３２】上述の実施形態では、成長速度を第１の結
晶成長工程から第２の結晶成長工程に移行する場合に、
低速成長から高速成長に変化させているが、成長温度を
高温から低温に変化させることでも、同様な貫通転位低
減の効果を得ることができる。これは成長温度を例えば
９８０℃の低温にした場合では、成長面からの結晶原子
の脱離が少ない状態になり、島状結晶領域の境界部同士
が結合する結合部近傍での転位は別の大きな島状結晶領
域との結合部まで曲げられ若しくは適当なバーガーズベ
クトルを有する別の転位と終端し、その結果、残留する
転位は減少することになる。
【００３３】図４は第１の結晶成長工程から第２の結晶
成長工程に移行する際に成長温度を高温から低温に変化
させる例である。低温バッファ層の形成時には成長温度
は５００℃であるが、成長速度を毎時３μmとしてそれ
ぞれ第１の結晶成長工程では１０５０℃の高温成長を行
い、島状結晶領域の境界部１５同士が結合する島衝突Ｉ
ｃのタイミングで９８０℃の低温成長に変化させる。こ
の９８０℃の低温成長で結合部近傍での転位は大きく曲
げられることになり、島状結晶領域同士が会合した後は
１０２０℃で成長を継続して、転位密度もモホロジーも
よい膜を形成することができる。
【００３４】第１の結晶成長工程ではある程度成長温度
が高くないと成長速度を下げても脱離の支配的な条件を
実現できない。このため脱離の支配的な条件を得るため
の最低温度が窒化ガリウムの場合、第１の結晶成長工程
での成長温度は９８０℃ぐらいであり、１０００℃以上
であることが好ましい。高温成長と低温成長の温度差と
して２０℃以上が必要であり、好ましくは４０℃以上が
必要である。それより小さい場合、成長条件の差が小さ
く、瞬間的な成長速度の増大や転位の屈曲を期待できな
いことになる。また、横方向成長時の成長速度を９８０
℃以上にしないと脱離の支配的な条件を実現できず、好
ましくは１０００℃以上である。第２の結晶成長工程で
の成長速度は脱離の少ない条件であることが必要であ
り、それが１０５０℃以下とされ、好ましくは１０２０
℃以下である。
【００３５】本実施形態のように島状結晶領域同士の結
合時を見計らって成長速度や成長温度を変調するには、
表面粗さを光学的に観測する方法がある。例えば図１及
び図２の方法で、結晶成長中にもっとも表面粗さが大き
くなる時間を測定しておき、その時間にあわせて成長速
度又は成長温度を急峻に増大させると効果的である。光
学的測定法には、表面からの反射光を観測する方法、ウ
ェハを通してサセプタなどからの放射光の透過を観測す
る方法などが挙げられる。
【００３６】なお、上述の実施形態では、第１の結晶成
長工程から第２の結晶成長工程に移行する際に成長速度
を変調させる例と、その変形例として成長温度を変調す
る例について説明したが、成長速度と成長温度の両方を
変調するような制御を行っても良い。また、化合物半導
体層としては、窒化ガリウム層についてだけ説明をして
いるが、後の工程でファセット構造を形成することから
ウルツ鉱型の化合物半導体であっても良く、他のウルツ
鉱型の化合物半導体を用いても同様の効果を得ることが
できる。ここで化合物半導体層としてはウルツ鉱型の結
晶構造を有する窒化物半導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化
合物半導体、およびＢｅＭｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体
などが好ましい。
【００３７】窒化物半導体からなる結晶層としては、例
えばＩＩＩ族系化合物半導体を用いることができ、更に
は窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（Ｉ
ｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（Ｉｎ
ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム
（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体を好ましくは用いること
ができ、特に窒化ガリウム系化合物半導体が好ましい。
なお、本発明において、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、Ｇａ
Ｎなどは必ずしも、３元混晶のみ、２元混晶のみの窒化
物半導体を指すのではなく、例えばＩｎＧａＮでは、Ｉ
ｎＧａＮの作用を変化させない範囲での微量のＡｌ、そ
の他の不純物を含んでいても本発明の範囲であることは
言うまでもない。
【００３８】［第２の実施形態］本実施形態の選択成長
マスクを用いた窒化ガリウム系の結晶成長方法であり、
選択成長マスクによる転位密度の低減効果に加えて成長
速度の変調による転位密度の低減も得られる方法であ
る。
【００３９】図５及び図６に本実施形態の工程を示す。
先ず、図５の（ａ）に示すように、C面を主面とするサ
ファイア基板２０上に有機金属気相成長法によって低温
バッファ技術を使用して窒化ガリウム層２１を２μm成
長する。窒素原料はアンモニア、ガリウム原料はトリメ
チルガリウム、キャリアガスは水素と窒素である。この
窒化ガリウム層２１には貫通転位２２が１〜２ｘ１０９
cm-2の密度で存在する。
【００４０】次いで、図５の（ｂ）に示すように、成長
阻害膜である酸化珪素膜２３を窒化ガリウム層２１上に
形成し、フォトリソグラフィにより酸化珪素膜２３に、
窒化ガリウム層２１の{１、−１、０、０}方向に延在さ
れるストライプ状の開口部２４を形成する、この酸化珪
素膜２３は例えば厚み２００ｎｍであり、開口部２４は
開口幅３μｍ、間隔１０μｍで形成する。なお、開口幅
３μｍや間隔１０μｍは例示であり、他のサイズであっ
ても良い。
【００４１】酸化珪素膜２３にこのような開口部２４を
形成した後、再び有機金属気相成長装置に導入し、水
素、窒素及びアンモニアを流しながら１０２０℃に昇温
し、トリメチルガリウムの供給を開始することで、図５
の（ｃ）に示すように、開口部２４から断面が六角台形
状の窒化ガリウムからなる選択成長層２５を形成する。
このときトリメチルガリウムの供給量は平坦膜として成
長した場合、例えば毎時４μmに相当する量を供給す
る。このままの成長速度で選択成長を続けることも可能
であるが、成長速度を４分の１に減少させることで、C
面での脱離が支配的となり横方向成分の速い成長が得ら
れる。これは成長膜厚を薄くし反りを小さく抑えるのに
役立つ。その結果、図６の（ｄ）に示すように、マスク
である酸化珪素膜２３上に横方向・縦方向に島状の選択
成長層２５が成長し、隣接する開口部２４からの成長に
より境界部２６同士が会合して結合部２７が生ずる。
【００４２】この結合部２７が生ずるタイミングと同時
若しくは多少前後して、成長速度を毎時２０μｍまで急
に増大させる。この第２の結晶成長工程での成長速度で
はC面での成長速度が速くなり、まず縦方向に瞬間的に
成長し、そのまま相似的に縦横にすばやく成長するた
め、結合部２７には原料が供給されず、図６の（ｅ）に
示すように結晶のない空隙部(void)２８が残されること
になる。開口部２４から屈曲し結合部２７まで伝播した
転位２２ａはその空隙部２８で終端される。次に図６の
（ｆ）に示すように、成長速度を毎時4μmに戻して成長
させる。本件発明者らが行った実験例では、マスク中央
部での転位密度は図１５、図１６の従来例の方法と比較
して半減することが分かり、これにより成長膜厚も薄
く、マスク中央部での転位密度も低い膜が得られた。
【００４３】本実施形態の窒化物半導体の結晶成長方法
では、第２の結晶成長工程で成長速度を毎時２０μｍま
で急に増大させて、転位を空隙部２８で終端させるよう
にすることができる。従って、選択成長による転位低減
効果と相まって更に結晶の転位を低減することができ
る。なお、本実施形態では、第１の結晶成長工程から第
２の結晶成長工程に移行する際に成長速度を増加させて
いるが、第１の実施形態に説明されるように成長温度を
下げるように制御しても良い。また、島状結晶領域同士
の結合時を見計らって成長速度や成長温度を変調するに
は、窒化物化合物の表面粗さを光学的に観測する手段を
用いることができる。
【００４４】本実施形態も第１の実施形態と同様に、半
導体素子の製造に適用することができ、例えば窒化ガリ
ウム系の化合物による半導体発光ダイオード素子が形成
されるが、本実施形態を用いて半導体レーザー素子を形
成することもでき、他の半導体素子として電界効果型ト
ランジスタやその他の能動素子を形成することも可能で
ある。また、窒化ガリウム層上に形成される素子はプレ
ナー型の素子に限定されず、Ｓ面などのファセットを利
用して活性層を形成した六角錐状などのピラミッド構造
を有する半導体発光ダイオード素子などであっても良
い。また、化合物半導体層としては、窒化ガリウム層に
ついてだけ説明をしているが、後の工程でファセット構
造を形成することから他のウルツ鉱型の化合物半導体で
あっても良く、他のウルツ鉱型の化合物半導体を用いて
も同様の効果を得ることができる。ここで化合物半導体
層としてはウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化物半導
体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体、およびＢｅＭ
ｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体などが好ましい。
【００４５】［第３の実施形態］本発明の実施形態の窒
化物半導体の結晶成長方法では、選択的に窒化ガリウム
層を除去し、残された結晶から横方向に成長することで
転位密度を低減する技術に基づいており、図７及び図８
を参照しながら説明する。
【００４６】先ず、図７の（ａ）に示すように、有機金
属気相成長法により低温バッファ層を用いてC面を主面
とするサファイア基板３０上に窒化ガリウム層３１を1
μm成長する。この時点で窒化ガリウム層３１には貫通
転位３２が存在する。
【００４７】次いで、フォトリソグラフィとRIEを用い
て{１、−１、０、０}方向のストライプ状に幅３μm、
間隔１０μmの窒化ガリウム層３１が部分的に残るよう
に結晶を除去し、図７の（ｂ）に示すように、サファイ
ア基板３０の表面が若干削られるまでエッチングを行
う。再び有機金属気相成長装置に導入し、キャリアガス
として水素と窒素、窒素原料としてアンモニアを供給し
ながら１０２０℃まで昇温し、ガリウム原料であるトリ
メチルガリウムの供給を開始して成長を開始する。従来
の方法では平坦膜上の成長に換算して毎時４μmですべ
て成長していたが、本実施形態では成長速度毎時１μm
で成長を開始する。成長を開始すると矩形の窒化ガリウ
ム層３１は、図８の（ｄ）に示すように安定面である
(１、１、−２、２)面を形成しながら横方向に成長す
る。この段階では第２の実施形態の場合と同様に成長速
度を下げたことで横方向に支配的な成長を示し、サファ
イア基板３０の表面には凹部３３が残されることにな
る。
【００４８】横方向に成長した窒化ガリウム層３１の境
界部３４同士が結合する結合部３５が生ずるタイミング
と同時若しくは多少前後して、成長速度を毎時２０μｍ
まで急に増大させる。この第２の結晶成長工程での成長
速度ではC面での成長速度が速くなり、まず縦方向に瞬
間的に成長し、そのまま相似的に縦横にすばやく成長す
るため、結合部３５には原料が供給されず、図８の
（ｅ）に示すように結晶のない空隙部(void)３６が残さ
れることになる。窒化ガリウム層３１内で屈曲し結合部
３５まで伝播した転位３２ａはその空隙部３６で終端さ
れる。次に図８の（ｆ）に示すように、成長速度を毎時
4μmに戻して成長させる。以降、半導体素子として、半
導体発光ダイオードを形成する場合は、ｎ型窒化ガリウ
ム層、活性層、ｐ型窒化ガリウム層を順次積層し、各電
極を形成することで素子が形成される。
【００４９】本実施形態の窒化物半導体の結晶成長方法
では、第２の実施形態と同様に、第２の結晶成長工程で
成長速度を毎時２０μｍまで急に増大させて、転位を空
隙部３６で終端させるようにすることができる。従っ
て、選択成長による転位低減効果と相まって更に結晶の
転位を低減することができる。なお、本実施形態では、
第１の結晶成長工程から第２の結晶成長工程に移行する
際に成長速度を増加させているが、第１の実施形態に説
明されるように成長温度を下げるように制御しても良
い。また、島状結晶領域同士の結合時を見計らって成長
速度や成長温度を変調するには、窒化物化合物の表面粗
さを光学的に観測する手段を用いることができる。
【００５０】また、本実施形態も第１の実施形態と同様
に、半導体素子の製造に適用することができ、例えば窒
化ガリウム系の化合物による半導体発光ダイオード素子
が形成されるが、本実施形態を用いて半導体レーザー素
子を形成することもでき、他の半導体素子として電界効
果型トランジスタやその他の能動素子を形成することも
可能である。また、窒化ガリウム層上に形成される素子
はプレナー型の素子に限定されず、Ｓ面などのファセッ
トを利用して活性層を形成した六角錐状などのピラミッ
ド構造を有する半導体発光ダイオード素子などであって
も良い。また、化合物半導体層としては、窒化ガリウム
層についてだけ説明をしているが、後の工程でファセッ
ト構造を形成することから他のウルツ鉱型の化合物半導
体であっても良く、他のウルツ鉱型の化合物半導体を用
いても同様の効果を得ることができる。ここで化合物半
導体層としてはウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化物半
導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体、およびＢｅ
ＭｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体などが好ましい。
【００５１】［第４の実施形態］本発明の第４の実施形
態の窒化物半導体の結晶成長方法は、成長阻害物質を窒
化ガリウム系化合物半導体層表面に供給し、島状成長か
ら横方向成長させることで転位密度を低減する技術に基
づいており、図９及び図１０を参照しながら説明する。
【００５２】先ず、図９の（ａ）に示すように、有機金
属気相成長法により低温バッファ層を用いて基板主面を
Ｃ面とするサファイア基板４０上に窒化ガリウム層４１
を1μm成長させる。この段階では、窒化ガリウム層４１
に螺旋転位４３や刃状転位４２などが含まれる。
【００５３】次いで、トリメチルガリウムの供給を停止
してシリコン原料であるシランガスを５分間供給する。
シリコンは成長阻害物質(アンチサーファクタント)とし
て働き、表面は窒化ガリウム膜の成長しにくい状態とな
る。再びトリメチルガリウムを毎時４μmで供給を開始
すると、シリコンで終端されていないピンホール状に露
出した窒化ガリウム層４１表面から成長を開始し、図９
の（ｂ）に示すように窒化ガリウム層４１表面には島状
結晶領域４４が形成される。従来はこのまま毎時４μm
で成長を継続したが、本実施形態では島状結晶領域４４
に成長したところから成長速度を毎時１μmとし、図９
の（ｃ）及び図１０の（ｄ）に示すように島状結晶領域
４４に成長した領域の境界部４５同士が会合して結合部
４６が生ずる際に、成長速度を毎時１０μmに増大させ
る。このような成長速度の急激な増大によって、結合部
４６付近の転位は曲げられて、転位密度は低減されるこ
とになる。
【００５４】その後は毎時４μmに戻し図１０の（ｅ）
に示すように平坦化させる。上記実施例と同様に成長速
度を低減した部分では横方向に支配的な成長をすること
で成長膜厚を薄くでき、また成長速度を急峻に増大する
ことで従来よりも会合部に発生する転位密度を低減でき
る。なお、本実施形態においても、第１の結晶成長工程
から第２の結晶成長工程に移行する際に成長速度を増加
させているが、第１の実施形態に説明されるように成長
温度を下げるように制御しても良い。また、島状結晶領
域同士の結合時を見計らって成長速度や成長温度を変調
するには、窒化物化合物の表面粗さを光学的に観測する
手段を用いることができる。
【００５５】また、本実施形態も第１の実施形態と同様
に、半導体素子の製造に適用することができ、例えば窒
化ガリウム系の化合物による半導体発光ダイオード素子
が形成されるが、本実施形態を用いて半導体レーザー素
子を形成することもでき、他の半導体素子として電界効
果型トランジスタやその他の能動素子を形成することも
可能である。また、窒化ガリウム層上に形成される素子
はプレナー型の素子に限定されず、Ｓ面などのファセッ
トを利用して活性層を形成した六角錐状などのピラミッ
ド構造を有する半導体発光ダイオード素子などであって
も良い。また、化合物半導体層としては、窒化ガリウム
層についてだけ説明をしているが、後の工程でファセッ
ト構造を形成することから他のウルツ鉱型の化合物半導
体に適用することも可能である。
【００５６】［第５の実施形態］本発明の第５の実施形
態の窒化物半導体の結晶成長方法は、窒化ガリウム層を
一旦凹凸の有る形状に加工し、島状結晶成長から横方向
成長させることで転位密度を低減する技術に基づいてお
り、図１１及び図１２を参照しながら説明する。
【００５７】先ず、図１１の（ａ）に示すように、有機
金属気相成長法により低温バッファ層を用いて基板主面
をＣ面とするサファイア基板５０上に窒化ガリウム層５
１を1μm成長させ、次いで、エッチングその他の方法に
よって窒化ガリウム層５１の表面に凹凸を形成する。こ
の段階では、窒化ガリウム層５１に螺旋転位５３や刃状
転位５２などが含まれる。
【００５８】次いで、トリメチルガリウムを毎時４μm
で供給を開始すると、図１１の（ｂ）に示すように窒化
ガリウム層５１表面には島状結晶領域５４が形成され
る。窒化ガリウム層５１の表面の凹凸で一部の転位は終
端することから、多くの螺旋転位５３や刃状転位５２な
どは該表面の凹凸で終端し、転位密度は低減される。本
実施形態では島状結晶領域５４に成長したところから成
長速度を毎時１μmとし、図１１の（ｃ）及び図１２の
（ｄ）に示すように島状結晶領域５４に成長した領域の
境界部５５同士が会合して結合部５６が生ずる際に、成
長速度を毎時１０μmに増大させる。このような成長速
度の急激な増大によって、結合部５６付近の転位は曲げ
られて、転位密度は更に低減されることになる。
【００５９】その後は毎時４μmに戻し図１１の（ｅ）
に示すように平坦化させる。上記実施例と同様に成長速
度を低減した部分では横方向に支配的な成長をすること
で成長膜厚を薄くでき、また成長速度を急峻に増大する
ことで従来よりも会合部に発生する転位密度を低減でき
る。なお、本実施形態においても、第１の結晶成長工程
から第２の結晶成長工程に移行する際に成長速度を増加
させているが、第１の実施形態に説明されるように成長
温度を下げるように制御しても良い。また、島状結晶領
域同士の結合時を見計らって成長速度や成長温度を変調
するには、窒化物化合物の表面粗さを光学的に観測する
手段を用いることができる。
【００６０】また、本実施形態も第１の実施形態と同様
に、半導体素子の製造に適用することができ、例えば窒
化ガリウム系の化合物による半導体発光ダイオード素子
が形成されるが、本実施形態を用いて半導体レーザー素
子を形成することもでき、他の半導体素子として電界効
果型トランジスタやその他の能動素子を形成することも
可能である。また、窒化ガリウム層上に形成される素子
はプレナー型の素子に限定されず、Ｓ面などのファセッ
トを利用して活性層を形成した六角錐状などのピラミッ
ド構造を有する半導体発光ダイオード素子などであって
も良い。また、化合物半導体層としては、窒化ガリウム
層についてだけ説明をしているが、後の工程でファセッ
ト構造を形成することから他のウルツ鉱型の化合物半導
体に適用することも可能である。
【００６１】
【発明の効果】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法に
おいては、第１の結晶成長工程から第２の結晶成長工程
に移行する場合に、成長速度や成長温度を変調される。
このため結晶中に存在する転位は、結合部に近傍で別の
大きな島状結晶領域との結合部まで曲げられたり、若し
くは別の転位や空隙部などで終端し、転位密度は大幅に
低減されることになる。また、従来の各種転位低減技術
を組み合わせることで、さらに島状結晶領域の境界部近
くの転位や貫通転位などの転位を低減できる。
【００６２】また、本発明の半導体素子の形成方法で
は、前述の結晶転位密度の低減された結晶を素子形成に
利用できるため、素子に特性を大幅に改善することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第１の
実施形態の工程断面図であって、（ａ）はサファイア基
板を示す工程断面図、（ｂ）は低温バッファ層の形成工
程までの工程断面図、（ｃ）は窒化ガリウム層の形成工
程までの工程断面図、（ｄ）は島状結晶領域の形成工程
までの工程断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第１の
実施形態の工程断面図であって、（e）は横方向成長を
示す工程断面図、（ｆ）は窒化ガリウム層の結合部が生
ずる工程までの工程断面図、（ｇ）は窒化ガリウム層の
平坦化工程までの工程断面図、（ｈ）は半導体発光素子
の形成工程までの工程断面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第１の
実施形態での成長速度を変調する場合の制御を示すグラ
フである。
【図４】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第１の
実施形態での成長温度を変調する場合の制御を示すグラ
フである。
【図５】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第２の
実施形態の工程断面図であって、（ａ）は低温バッファ
層の形成工程までの工程断面図、（ｂ）は開口部の形成
工程までの工程断面図、（ｃ）は窒化ガリウム層の選択
成長層の形成工程までの工程断面図である。
【図６】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第２の
実施形態の工程断面図であって、（ｄ）は横方向成長を
示す工程断面図、（e）は窒化ガリウム層の結合部に空
隙部が生ずる工程までの工程断面図、（ｇ）は窒化ガリ
ウム層の平坦化工程までの工程断面図である。
【図７】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第３の
実施形態の工程断面図であって、（ａ）は窒化ガリウム
層の形成工程までの工程断面図、（ｂ）は凹部の形成工
程までの工程断面図、（ｃ）は窒化ガリウム層の選択成
長工程までの工程断面図である。
【図８】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第３の
実施形態の工程断面図であって、（ｄ）は横方向成長を
示す工程断面図、（e）は窒化ガリウム層の結合部に空
隙部が生ずる工程までの工程断面図、（ｇ）は窒化ガリ
ウム層の平坦化工程までの工程断面図である。
【図９】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第４の
実施形態の工程断面図であって、（ａ）は窒化ガリウム
層の形成工程までの工程断面図、（ｂ）は窒化ガリウム
層の選択成長工程までの工程断面図、（ｃ）は窒化ガリ
ウム層の横方向成長工程までの工程断面図である。
【図１０】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第４
の実施形態の工程断面図であって、（ｄ）は窒化ガリウ
ム層の結合部が生ずる工程までの工程断面図、（e）は
窒化ガリウム層の平坦化工程までの工程断面図である。
【図１１】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第５
の実施形態の工程断面図であって、（ａ）は窒化ガリウ
ム層の表面に凹凸を形成する工程までの工程断面図、
（ｂ）は窒化ガリウム層の選択成長工程までの工程断面
図、（ｃ）は窒化ガリウム層の横方向成長工程までの工
程断面図である。
【図１２】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法の第５
の実施形態の工程断面図であって、（ｄ）は窒化ガリウ
ム層の結合部が生ずる工程までの工程断面図、（e）は
窒化ガリウム層の平坦化工程までの工程断面図である。
【図１３】従来の窒化物半導体の結晶成長方法の一例の
工程断面図であって、（ａ）は窒化ガリウム層の形成工
程までの工程断面図、（ｂ）は島状結晶領域の形成工程
までの工程断面図、（ｃ）は横方向成長を示す工程断面
図、（ｄ）は窒化ガリウム層の結合部が生ずる工程まで
の工程断面図である。
【図１４】従来の窒化物半導体の結晶成長方法の他の一
例の工程断面図であって、（ａ）は窒化ガリウム層の形
成工程までの工程断面図、（ｂ）は島状結晶領域の形成
工程までの工程断面図、（ｃ）は横方向成長を示す工程
断面図、（ｄ）は窒化ガリウム層の結合部が生ずる工程
までの工程断面図である。
【図１５】従来の窒化物半導体の結晶成長方法の一例の
工程断面図であって、（ａ）は選択マスクの形成工程ま
での工程断面図、（ｂ）は島状結晶領域の形成工程まで
の工程断面図、（ｃ）は横方向成長を示す工程断面図で
ある。
【図１６】前記従来の窒化物半導体の結晶成長方法の一
例の工程断面図であって、（ｄ）は窒化ガリウム層の結
合部が生ずる工程までの工程断面図、（e）は窒化ガリ
ウム層の平坦化工程までの工程断面図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０ サファイア基板 １１ 低温バッファ層 １２、２１、３１、４１、５１ 窒化ガリウム層 １５、２６、３４、４５、５５ 境界部 ２４ 開口部 ２５ 選択成長層 ４４ 島状結晶領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土居 正人 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 大畑 豊治 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） 4K030 AA06 AA11 AA13 AA17 AA18 BA38 BB12 BB14 CA05 DA03 DA04 DA05 FA10 JA10 JA12 LA14 5F041 AA40 CA34 CA40 CA46 CA65 CA67 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AD14 AF04 AF05 AF07 BB12 CA11 CA12 DA53 DA63 5F073 CA02 CA07 CB05 DA05 DA07 DA35 EA29

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 気相成長によって基体上に複数の窒化物
    半導体の島状結晶領域を形成させる第１の結晶成長工程
    と、前記島状結晶領域の境界同士を結合させながら前記
    島状結晶領域を更に成長させる第２の結晶成長工程を有
    し、前記第２の結晶成長工程の結晶成長速度は前記第１
    の結晶成長工程の結晶成長速度より高くされることを特
    徴とする窒化物半導体の結晶成長方法。
  2. 【請求項２】 前記第２の結晶成長工程の結晶成長速度
    は前記第１の結晶成長工程の結晶成長速度の２倍若しく
    はそれ以上であることを特徴とする請求項１記載の窒化
    物半導体の結晶成長方法。
  3. 【請求項３】 前記結晶成長速度を平面成長の成長速度
    に換算した場合、前記第１の結晶成長工程の結晶成長速
    度が毎時３μｍ以下であることを特徴とする請求項１記
    載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  4. 【請求項４】 前記結晶成長速度を平面成長の成長速度
    に換算した場合、前記第２の結晶成長工程の結晶成長速
    度が毎時２μｍ以上であることを特徴とする請求項１記
    載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  5. 【請求項５】 前記第１の結晶成長工程における結晶成
    長は９８０℃以上で行われることを特徴とする請求項１
    記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  6. 【請求項６】 前記第１の結晶成長工程及び前記第２の
    結晶成長工程の各結晶成長は実質的に同等の成長温度で
    行われることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体
    の結晶成長方法。
  7. 【請求項７】 前記第１の結晶成長工程の前に、低温バ
    ッファ層が前記基体上に形成されることを特徴とする請
    求項１記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  8. 【請求項８】 前記第１の結晶成長工程の前に、成長阻
    害膜が選択的に形成され若しくは成長阻害物質が前記基
    体上に供給されることを特徴とする請求項１記載の窒化
    物半導体の結晶成長方法。
  9. 【請求項９】 前記第１の結晶成長工程の前に、前記基
    体表面が選択的に除去されることを特徴とする請求項１
    記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  10. 【請求項１０】 前記第１の結晶成長工程の前に、前記
    基体表面に凹凸が形成されることを特徴とする請求項１
    記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  11. 【請求項１１】 前記第１の結晶成長工程では島状の３
    次元的形状から擬２次元成長をしながら横方向に成長す
    ることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体の結晶
    成長方法。
  12. 【請求項１２】 気相成長によって基体上に複数の窒化
    物半導体の島状結晶領域を形成させ、前記島状結晶領域
    の境界同士が結合される前後で結晶成長速度を増加させ
    ることを特徴とする窒化物半導体の結晶成長方法。
  13. 【請求項１３】 気相成長によって基体上に複数の窒化
    物半導体の島状結晶領域を形成させる第１の結晶成長工
    程と、前記島状結晶領域の境界同士を結合させながら前
    記島状結晶領域を更に成長させる第２の結晶成長工程を
    有し、前記第２の結晶成長工程の結晶成長温度は前記第
    １の結晶成長工程の結晶成長温度より低くされることを
    特徴とする窒化物半導体の結晶成長方法。
  14. 【請求項１４】 前記第１の結晶成長工程における結晶
    成長は前記第２の結晶成長工程における結晶成長よりも
    ２０℃以上高い温度で行われることを特徴とする請求項
    １３記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  15. 【請求項１５】 前記第１の結晶成長工程における結晶
    成長は前記第２の結晶成長工程における結晶成長よりも
    ４０℃以上高い温度で行われることを特徴とする請求項
    １３記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  16. 【請求項１６】 前記第１の結晶成長工程における結晶
    成長は９８０℃以上で行われることを特徴とする請求項
    １３記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  17. 【請求項１７】 前記第２の結晶成長工程における結晶
    成長は１０５０℃以下で行われることを特徴とする請求
    項１３記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  18. 【請求項１８】 前記結晶成長速度を平面成長の成長速
    度に換算した場合、前記第１の結晶成長工程の結晶成長
    速度が毎時３μｍ以下であることを特徴とする請求項１
    ３記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  19. 【請求項１９】 前記第１の結晶成長工程及び前記第２
    の結晶成長工程の各結晶成長は実質的に同等の成長速度
    で行われることを特徴とする請求項１３記載の窒化物半
    導体の結晶成長方法。
  20. 【請求項２０】 前記第１の結晶成長工程の前に、低温
    バッファ層が前記基体上に形成されることを特徴とする
    請求項１３記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  21. 【請求項２１】 前記第１の結晶成長工程の前に、成長
    阻害膜が選択的に形成され若しくは成長阻害物質が前記
    基体上に供給されることを特徴とする請求項１３記載の
    窒化物半導体の結晶成長方法。
  22. 【請求項２２】 前記第１の結晶成長工程の前に、前記
    基体表面が選択的に除去されることを特徴とする請求項
    １３記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  23. 【請求項２３】 前記第１の結晶成長工程の前に、前記
    基体表面に凹凸が形成されることを特徴とする請求項１
    ３記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
  24. 【請求項２４】 前記第１の結晶成長工程では島状の３
    次元的形状から擬２次元成長をしながら横方向に成長す
    ることを特徴とする請求項１３記載の窒化物半導体の結
    晶成長方法。
  25. 【請求項２５】 気相成長によって基体上に複数の窒化
    物半導体の島状結晶領域を形成させる第１の結晶成長工
    程と、前記島状結晶領域の境界同士を結合させながら前
    記島状結晶領域を更に成長させる第２の結晶成長工程を
    有し、前記第２の結晶成長工程の結晶成長速度は前記第
    １の結晶成長工程の結晶成長速度より高くされ若しくは
    前記第２の結晶成長工程の結晶成長温度は前記第１の結
    晶成長工程の結晶成長温度より低くされると共に前記基
    体表面の凹凸状態を観測しながらその凹凸状態に応じて
    前記第１の結晶成長工程から前記第１の結晶成長工程に
    移行することを特徴とする窒化物半導体の結晶成長方
    法。
  26. 【請求項２６】 気相成長によって基体上に複数の窒化
    物半導体の島状結晶領域を形成させる第１の結晶成長工
    程と、前記島状結晶領域の境界同士を結合させながら前
    記第１の結晶成長工程の結晶成長速度より高い成長速度
    で前記島状結晶領域を更に成長させる第２の結晶成長工
    程と、前記境界同士が結合された窒化物半導体層に半導
    体素子を形成することを特徴とする半導体素子の形成方
    法。
  27. 【請求項２７】 前記半導体素子は半導体発光素子また
    は半導体トランジスタ素子から選ばれた素子であること
    を特徴とする請求項２６記載の半導体素子の形成方法。
  28. 【請求項２８】 前記半導体発光素子は半導体発光ダイ
    オードまたは半導体レーザー素子であることを特徴とす
    る請求項２７記載の半導体素子の形成方法。
  29. 【請求項２９】 気相成長によって基体上に複数の窒化
    物半導体の島状結晶領域を形成させる第１の結晶成長工
    程と、前記島状結晶領域の境界同士を結合させながら前
    記第１の結晶成長工程の結晶成長温度より低い成長温度
    で前記島状結晶領域を更に成長させる第２の結晶成長工
    程と、前記境界同士が結合された窒化物半導体層に半導
    体素子を形成することを特徴とする半導体素子の形成方
    法。
  30. 【請求項３０】 前記半導体素子は半導体発光素子また
    は半導体トランジスタ素子から選ばれた素子であること
    を特徴とする請求項２９記載の半導体素子の形成方法。
  31. 【請求項３１】 前記半導体発光素子は半導体発光ダイ
    オードまたは半導体レーザー素子であることを特徴とす
    る請求項３０記載の半導体素子の形成方法。
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