JP2003017420A - 窒化ガリウム系化合物半導体基板、及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体基板、及びその製造方法Info
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- JP2003017420A JP2003017420A JP2001203956A JP2001203956A JP2003017420A JP 2003017420 A JP2003017420 A JP 2003017420A JP 2001203956 A JP2001203956 A JP 2001203956A JP 2001203956 A JP2001203956 A JP 2001203956A JP 2003017420 A JP2003017420 A JP 2003017420A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板への窒化ガリウム系化合物半導体層の成長
において、横方向成長等のデバイス工程を無くし、さら
に低欠陥領域を均一に有する窒化ガリウム系化合物半導
体基板を提供する。 【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体基板の成長方
法であって、Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ
３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と、
該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層された
ノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／
ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層
とを備える。
において、横方向成長等のデバイス工程を無くし、さら
に低欠陥領域を均一に有する窒化ガリウム系化合物半導
体基板を提供する。 【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体基板の成長方
法であって、Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ
３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と、
該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層された
ノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／
ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層
とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体基板、及びその製造方法であって、特に貫通
転位密度を低減したｎ型導電性を有する窒化ガリウム系
化合物半導体基板に関するものである。
合物半導体基板、及びその製造方法であって、特に貫通
転位密度を低減したｎ型導電性を有する窒化ガリウム系
化合物半導体基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、発光波
長が４００ｎｍ付近の短波長領域であるため、紫外から
緑色までの発光光源とすることができ、半導体レーザダ
イオードとして用いた場合、従来の赤色レーザダイオー
ドに比べて数倍の大容量メディアの再生装置、又は記憶
装置として使用可能となる。さらに電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）のような電子デバイスへの応用も期待され
ている。
長が４００ｎｍ付近の短波長領域であるため、紫外から
緑色までの発光光源とすることができ、半導体レーザダ
イオードとして用いた場合、従来の赤色レーザダイオー
ドに比べて数倍の大容量メディアの再生装置、又は記憶
装置として使用可能となる。さらに電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）のような電子デバイスへの応用も期待され
ている。
【０００３】このような窒化ガリウム系化合物半導体デ
バイスを作成するには、バルク単結晶の窒化ガリウムや
窒化ガリウム系化合物半導体のホモエピタキシャル成長
が可能な基板が望まれるが、このような基板等の作成は
窒素の蒸気圧が高いために困難である。そのため、サフ
ァイアや炭化珪素、スピネル等の基板上に窒化ガリウム
系化合物半導体をヘテロエピタキシャル成長させる。こ
の窒化物半導体基板を基板として窒化ガリウム系化合物
半導体を成長させている。
バイスを作成するには、バルク単結晶の窒化ガリウムや
窒化ガリウム系化合物半導体のホモエピタキシャル成長
が可能な基板が望まれるが、このような基板等の作成は
窒素の蒸気圧が高いために困難である。そのため、サフ
ァイアや炭化珪素、スピネル等の基板上に窒化ガリウム
系化合物半導体をヘテロエピタキシャル成長させる。こ
の窒化物半導体基板を基板として窒化ガリウム系化合物
半導体を成長させている。
【０００４】基板と、基板上に積層される窒化ガリウム
系化合物半導体との格子定数差が大きければ、基板上に
積層される窒化ガリウム系化合物半導体層に貫通転位が
発生する。この貫通転位が多ければリーク電流が増大
し、半導体レーザダイオード等の発光素子において大幅
に寿命特性を低下させることになる。サファイア等の基
板上に窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる場合、
バッファー層を介することにより、貫通転位を低減させ
ることができる。例えば、特開平７−２０２２６５号公
報、特開平７−１６５４９８号公報にはＺｎＯから成る
バッファー層が報告されている。その他に、ＡｌＮやＧ
ａＮバッファー層もあるものの、貫通転位密度は、１０
８個／ｃｍ２〜１０１０個／ｃｍ２程度である。このよ
うなバッファー層を介して基板上に成長させた窒化ガリ
ウム系化合物半導体を素子とする半導体レーザダイオー
ドや高出力発光ダイオードでは長時間の連続発振は期待
できない。
系化合物半導体との格子定数差が大きければ、基板上に
積層される窒化ガリウム系化合物半導体層に貫通転位が
発生する。この貫通転位が多ければリーク電流が増大
し、半導体レーザダイオード等の発光素子において大幅
に寿命特性を低下させることになる。サファイア等の基
板上に窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる場合、
バッファー層を介することにより、貫通転位を低減させ
ることができる。例えば、特開平７−２０２２６５号公
報、特開平７−１６５４９８号公報にはＺｎＯから成る
バッファー層が報告されている。その他に、ＡｌＮやＧ
ａＮバッファー層もあるものの、貫通転位密度は、１０
８個／ｃｍ２〜１０１０個／ｃｍ２程度である。このよ
うなバッファー層を介して基板上に成長させた窒化ガリ
ウム系化合物半導体を素子とする半導体レーザダイオー
ドや高出力発光ダイオードでは長時間の連続発振は期待
できない。
【０００５】そのため、より貫通転位密度を低減できる
効果を有するＥＬＯ（Ｅpitaxial Lateral Overgrowt
h）法が報告されている。このＥＬＯ法とは、化合物半
導体の横方向成長を利用した転位の低減方法である。例
えば、下地層である窒化ガリウム系化合物半導体上に、
開口部（窓部）を有する保護膜を例えばストライプ形状
や島状に形成する。次に、この保護膜の開口部より露出
した下地層の窒化ガリウム系化合物半導体を核として窒
化ガリウム系化合物半導体を成長させる。下地層を核と
して成長させる窒化ガリウム系化合物半導体は開口部か
ら縦方向に成長後、横方向にも成長する。この横方向成
長とは、核からの連続成長であり保護膜上において横方
向に成長するものである。これより貫通転位は窒化ガリ
ウム系化合物半導体と同様に縦方向だけでなく横方向に
も成長する。そのため、この横方向成長した貫通転位
は、保護膜上で隣り合う核から成長した窒化ガリウム系
化合物半導体同士が接合する接合部に集中する。そのた
め、保護膜の開口部、及び保護膜上の接合部には貫通転
位は集中するものの、これらの領域を除いた横方向成長
領域の表面には、低転位領域を形成することができる。
効果を有するＥＬＯ（Ｅpitaxial Lateral Overgrowt
h）法が報告されている。このＥＬＯ法とは、化合物半
導体の横方向成長を利用した転位の低減方法である。例
えば、下地層である窒化ガリウム系化合物半導体上に、
開口部（窓部）を有する保護膜を例えばストライプ形状
や島状に形成する。次に、この保護膜の開口部より露出
した下地層の窒化ガリウム系化合物半導体を核として窒
化ガリウム系化合物半導体を成長させる。下地層を核と
して成長させる窒化ガリウム系化合物半導体は開口部か
ら縦方向に成長後、横方向にも成長する。この横方向成
長とは、核からの連続成長であり保護膜上において横方
向に成長するものである。これより貫通転位は窒化ガリ
ウム系化合物半導体と同様に縦方向だけでなく横方向に
も成長する。そのため、この横方向成長した貫通転位
は、保護膜上で隣り合う核から成長した窒化ガリウム系
化合物半導体同士が接合する接合部に集中する。そのた
め、保護膜の開口部、及び保護膜上の接合部には貫通転
位は集中するものの、これらの領域を除いた横方向成長
領域の表面には、低転位領域を形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記に
示すＥＬＯ法では保護膜のパターン形成等の工程が多
く、効率よく量産するのは困難である。さらに、ＥＬＯ
法では保護膜に開口部を設け、その開口部から露出した
窒化ガリウム系化合物半導体を核として窒化ガリウム系
化合物半導体を成長させるため、横方向成長領域には、
低転位領域が得られるものの、開口部である窓部上部、
及び保護膜上の窒化ガリウム系化合物半導体同士の接合
部には転位が多く集中する。そのため、表面に低転位領
域が均一となる基板を提供することは困難であり、低転
位領域内に選択的にリッジストライプを形成しなければ
ならない。よって、反りを有するウェハー上ではリッジ
ストライプを形成するフォトリソ工程で歩留まりを低下
させてしまう。その他に、ＥＬＯ法で得られる窒化物半
導体基板は絶縁性の異種基板を有するものが主流であ
り、例えばサファイア基板上に窒化物半導体を形成した
ものである。そのため、放熱性が悪く高出力での長時間
の連続発振は困難である。また、サファイア基板は絶縁
性であるため、ｎ型電極、ｐ型電極を表面上に形成しな
ければならず、素子を成長させた後に段差を形成する工
程が必要となる。これは対極面に電極を形成した素子と
比較してチップ面積の節減にも不利である。また、サフ
ァイア基板にはヘキカイ性がないため、チップの分離に
はダイシング工程が必要となりコスト高をまねく。
示すＥＬＯ法では保護膜のパターン形成等の工程が多
く、効率よく量産するのは困難である。さらに、ＥＬＯ
法では保護膜に開口部を設け、その開口部から露出した
窒化ガリウム系化合物半導体を核として窒化ガリウム系
化合物半導体を成長させるため、横方向成長領域には、
低転位領域が得られるものの、開口部である窓部上部、
及び保護膜上の窒化ガリウム系化合物半導体同士の接合
部には転位が多く集中する。そのため、表面に低転位領
域が均一となる基板を提供することは困難であり、低転
位領域内に選択的にリッジストライプを形成しなければ
ならない。よって、反りを有するウェハー上ではリッジ
ストライプを形成するフォトリソ工程で歩留まりを低下
させてしまう。その他に、ＥＬＯ法で得られる窒化物半
導体基板は絶縁性の異種基板を有するものが主流であ
り、例えばサファイア基板上に窒化物半導体を形成した
ものである。そのため、放熱性が悪く高出力での長時間
の連続発振は困難である。また、サファイア基板は絶縁
性であるため、ｎ型電極、ｐ型電極を表面上に形成しな
ければならず、素子を成長させた後に段差を形成する工
程が必要となる。これは対極面に電極を形成した素子と
比較してチップ面積の節減にも不利である。また、サフ
ァイア基板にはヘキカイ性がないため、チップの分離に
はダイシング工程が必要となりコスト高をまねく。
【０００７】本発明の課題は、窒化ガリウム系化合物半
導体基板表面に低転位領域を均等かつ広範囲で得ること
である。また、異種基板を除去したｎ型低抵抗単体基板
とすることで、量産効率を向上させた窒化ガリウム系化
合物半導体基板を提供することである。
導体基板表面に低転位領域を均等かつ広範囲で得ること
である。また、異種基板を除去したｎ型低抵抗単体基板
とすることで、量産効率を向上させた窒化ガリウム系化
合物半導体基板を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体基板は、Ｓｉドーピング濃度が１×１０
１９／ｃｍ３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半
導体層と、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に
積層されたノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×
１０１９／ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合
物半導体層と、を備えることを特徴とする。
化合物半導体基板は、Ｓｉドーピング濃度が１×１０
１９／ｃｍ３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半
導体層と、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に
積層されたノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×
１０１９／ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合
物半導体層と、を備えることを特徴とする。
【０００９】本発明における窒化ガリウム系化合物半導
体基板の製造方法は、基板上に気相成長法により窒化ガ
リウム系化合物半導体層を成長させることにより形成さ
れる窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法におい
て、基板上にＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ
３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を形
成する第１の工程と、第１の工程後、該第１の層上にＳ
ｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第
２の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第２の工
程とを備えることを特徴とする。
体基板の製造方法は、基板上に気相成長法により窒化ガ
リウム系化合物半導体層を成長させることにより形成さ
れる窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法におい
て、基板上にＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ
３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を形
成する第１の工程と、第１の工程後、該第１の層上にＳ
ｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第
２の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第２の工
程とを備えることを特徴とする。
【００１０】このようにＳｉドーピング濃度が１×１０
１９／ｃｍ３以上であるＳｉリッチ層と、このＳｉリッ
チ層上にＳｉドーピング濃度がノンドープ、又は１×１
０１９／ｃｍ３以下であるＳｉプアー層を成長させる構
成とすれば、転位の低減ができる。ここで、Ｓｉプアー
層とはＳｉのノンドープも含むものとする。以下に転位
の低減ができる理由を示す。Ｓｉリッチ層では、Ｓｉが
ドナーとしてだけではなく、コンタミナントとして成長
層に作用する。そのためＳｉ、又はその化合物の不着密
度の高い部位の成長が遅れることになる。つまり、基板
上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導体は成長速度
差を有する面内分布となる。その結果、表面全体におい
て成長速度の速い部分では選択的に核が生成され、窒化
ガリウム系化合物半導体の表面に窒化ガリウム系化合物
半導体の島の成長が起こる。次に成長させるＳｉプアー
層では、前記窒化ガリウム系化合物半導体の島同士での
合体が促進される。これは成長速度が速い結晶粒が隣接
する結晶粒を覆うように成長するためである。ここで、
前記窒化ガリウム系化合物半導体の島は基板と窒化ガリ
ウム系化合物半導体との成長界面から伸びた貫通転位を
有するものである。この貫通転位は島が成長することに
より、縦方向に伸びるだけでなく、島の表面が斜面形状
であるため、成長面である斜面に対して垂直に伸びるこ
ととなる。そのため、島が成長し、隣接する島同士で合
体する過程で貫通転位は屈曲し貫通転位同士がループを
形成することとなる。そのため、第１の窒化ガリウム系
化合物半導体層での縦方向以外に伸びた貫通転位は第２
の窒化ガリウム系化合物半導体層内において、ループを
形成し、低減させることができる。さらに、第１の窒化
ガリウム系化合物半導体層はＳｉドーピング濃度を５×
１０１９／ｃｍ３以上とすれば島同士の間隔をより大き
く形成することができるため第２の窒化ガリウム系化合
物半導体層を成長させた時に転位をより低減させること
ができる。より好ましくは第１の窒化ガリウム系化合物
半導体層のＳｉドーピング濃度を１×１０２ ０／ｃｍ３
以上とする。また、第２の窒化ガリウム系化合物半導体
層はＳｉドーピング濃度を１×１０１８／ｃｍ３以下と
すれば、移動度を向上することができ、さらに好ましく
はＳｉドーピング濃度を１×１０１７／ｃｍ３以下とす
る。具体的には、前記窒化ガリウム系化合物半導体基板
にバッファー層を介し、第１の窒化ガリウム系化合物半
導体層を成長させ、その上に成長させる第２の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層で貫通転位を低減させる。バッフ
ァー層を有するのみでは、貫通転位は単位面積あたり１
×１０８個／ｃｍ２〜１×１０１０個／ｃｍ２程度であ
るが、上記構成により前記第２の窒化ガリウム系化合物
半導体層の表面での貫通転位密度を均一に低減させるこ
とができ、１×１０８個／ｃｍ２以下、さらに好ましく
は１×１０６個／ｃｍ２以下とすることができる。
１９／ｃｍ３以上であるＳｉリッチ層と、このＳｉリッ
チ層上にＳｉドーピング濃度がノンドープ、又は１×１
０１９／ｃｍ３以下であるＳｉプアー層を成長させる構
成とすれば、転位の低減ができる。ここで、Ｓｉプアー
層とはＳｉのノンドープも含むものとする。以下に転位
の低減ができる理由を示す。Ｓｉリッチ層では、Ｓｉが
ドナーとしてだけではなく、コンタミナントとして成長
層に作用する。そのためＳｉ、又はその化合物の不着密
度の高い部位の成長が遅れることになる。つまり、基板
上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導体は成長速度
差を有する面内分布となる。その結果、表面全体におい
て成長速度の速い部分では選択的に核が生成され、窒化
ガリウム系化合物半導体の表面に窒化ガリウム系化合物
半導体の島の成長が起こる。次に成長させるＳｉプアー
層では、前記窒化ガリウム系化合物半導体の島同士での
合体が促進される。これは成長速度が速い結晶粒が隣接
する結晶粒を覆うように成長するためである。ここで、
前記窒化ガリウム系化合物半導体の島は基板と窒化ガリ
ウム系化合物半導体との成長界面から伸びた貫通転位を
有するものである。この貫通転位は島が成長することに
より、縦方向に伸びるだけでなく、島の表面が斜面形状
であるため、成長面である斜面に対して垂直に伸びるこ
ととなる。そのため、島が成長し、隣接する島同士で合
体する過程で貫通転位は屈曲し貫通転位同士がループを
形成することとなる。そのため、第１の窒化ガリウム系
化合物半導体層での縦方向以外に伸びた貫通転位は第２
の窒化ガリウム系化合物半導体層内において、ループを
形成し、低減させることができる。さらに、第１の窒化
ガリウム系化合物半導体層はＳｉドーピング濃度を５×
１０１９／ｃｍ３以上とすれば島同士の間隔をより大き
く形成することができるため第２の窒化ガリウム系化合
物半導体層を成長させた時に転位をより低減させること
ができる。より好ましくは第１の窒化ガリウム系化合物
半導体層のＳｉドーピング濃度を１×１０２ ０／ｃｍ３
以上とする。また、第２の窒化ガリウム系化合物半導体
層はＳｉドーピング濃度を１×１０１８／ｃｍ３以下と
すれば、移動度を向上することができ、さらに好ましく
はＳｉドーピング濃度を１×１０１７／ｃｍ３以下とす
る。具体的には、前記窒化ガリウム系化合物半導体基板
にバッファー層を介し、第１の窒化ガリウム系化合物半
導体層を成長させ、その上に成長させる第２の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層で貫通転位を低減させる。バッフ
ァー層を有するのみでは、貫通転位は単位面積あたり１
×１０８個／ｃｍ２〜１×１０１０個／ｃｍ２程度であ
るが、上記構成により前記第２の窒化ガリウム系化合物
半導体層の表面での貫通転位密度を均一に低減させるこ
とができ、１×１０８個／ｃｍ２以下、さらに好ましく
は１×１０６個／ｃｍ２以下とすることができる。
【００１１】さらに、第２の窒化ガリウム系化合物半導
体層上に、Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３
以上である第３の窒化ガリウム系化合物半導体層と、該
第３の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層されたノ
ンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃ
ｍ３以下である第４の窒化ガリウム系化合物半導体層
と、を備えることを特徴とする。
体層上に、Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３
以上である第３の窒化ガリウム系化合物半導体層と、該
第３の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層されたノ
ンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃ
ｍ３以下である第４の窒化ガリウム系化合物半導体層
と、を備えることを特徴とする。
【００１２】このように、Ｓｉリッチ層とＳｉプアー層
とを成長させる構成を２回以上繰り返せば、さらに貫通
転位同士がループを形成することにより、転位を低減さ
せることができる。また、ハロゲン輸送法による気相成
長法により厚膜成長をした場合には、サファイア等の異
種基板を研削やレーザ照射により除去した窒化ガリウム
系化合物半導体層のみから成る単体基板を形成すること
ができる。そのため、サファイア基板のような絶縁体上
に成長させた窒化物半導体基板であっても基板除去する
こと、及びＳｉリッチ層は高濃度でＳｉをドープするこ
とで低抵抗のｎ型基板とすることができるため、電極を
対極構造とすることが可能となる。ここで、異種基板の
除去工程は窒化物半導体素子の成長前であっても、窒化
物半導体素子の成長後であってもよい。
とを成長させる構成を２回以上繰り返せば、さらに貫通
転位同士がループを形成することにより、転位を低減さ
せることができる。また、ハロゲン輸送法による気相成
長法により厚膜成長をした場合には、サファイア等の異
種基板を研削やレーザ照射により除去した窒化ガリウム
系化合物半導体層のみから成る単体基板を形成すること
ができる。そのため、サファイア基板のような絶縁体上
に成長させた窒化物半導体基板であっても基板除去する
こと、及びＳｉリッチ層は高濃度でＳｉをドープするこ
とで低抵抗のｎ型基板とすることができるため、電極を
対極構造とすることが可能となる。ここで、異種基板の
除去工程は窒化物半導体素子の成長前であっても、窒化
物半導体素子の成長後であってもよい。
【００１３】また、前記窒化ガリウム系化合物半導体基
板における第１、及び／又は第２の窒化ガリウム系化合
物半導体層は、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ
（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で示すこ
とができる。さらに、GaNであれば２段階成長後の表面
においてピットを少なくできる効果を有する。
板における第１、及び／又は第２の窒化ガリウム系化合
物半導体層は、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ
（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で示すこ
とができる。さらに、GaNであれば２段階成長後の表面
においてピットを少なくできる効果を有する。
【００１４】また、Ｓｉドーピングの原料にはシラン系
化合物を用いる。このシラン系化合物はＳｉＨ４、Ｓｉ
２Ｈ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃ
ｌ、ＳｉＣｌ４から成る群から選ばれる少なくとも１つ
である。これらの原料を用いれば、Ｓｉまたはそれらの
化合物がコンタミナントだけではなく、効率よくドーパ
ントにもなるため好ましい。
化合物を用いる。このシラン系化合物はＳｉＨ４、Ｓｉ
２Ｈ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃ
ｌ、ＳｉＣｌ４から成る群から選ばれる少なくとも１つ
である。これらの原料を用いれば、Ｓｉまたはそれらの
化合物がコンタミナントだけではなく、効率よくドーパ
ントにもなるため好ましい。
【００１５】前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体は
例えばサファイアのような異種基板上に直接成長させる
のであれば、格子定数や熱膨張係数の違いから転位密度
は多くなる。そのため、下地層であるバッファー層を介
することにより基板上に直接に窒化ガリウム系化合物半
導体層を形成するよりも結晶性をより向上させることが
できる。具体的には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ
（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で示すこ
とができ、７００℃以下の低温成長で形成する。この下
地層のみを介して成長させた窒化ガリウム系化合物半導
体は単位面積あたりの貫通転位が１０８〜１０１０個／
ｃｍ２となる。そのため、下地層の上にＳｉリッチ層と
Ｓｉプアー層とを成長させることにより、より結晶性の
良好な窒化物半導体基板を形成することができる。
例えばサファイアのような異種基板上に直接成長させる
のであれば、格子定数や熱膨張係数の違いから転位密度
は多くなる。そのため、下地層であるバッファー層を介
することにより基板上に直接に窒化ガリウム系化合物半
導体層を形成するよりも結晶性をより向上させることが
できる。具体的には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ
（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で示すこ
とができ、７００℃以下の低温成長で形成する。この下
地層のみを介して成長させた窒化ガリウム系化合物半導
体は単位面積あたりの貫通転位が１０８〜１０１０個／
ｃｍ２となる。そのため、下地層の上にＳｉリッチ層と
Ｓｉプアー層とを成長させることにより、より結晶性の
良好な窒化物半導体基板を形成することができる。
【００１６】前記窒化ガリウム系化合物半導体基板の気
相成長法としてはハロゲン輸送法による気相成長法、有
機金属気相成長法、分子線エピタキシー法等がある。ハ
ロゲン輸送法による気相成長法は成長速度が速いため、
厚膜成長させることができ好ましい。また、薄膜で低欠
陥化を実現するには横方向成長を制御しやすい有機金属
気相成長法、分子線エピタキシー法などの他の気相成長
法を用いても良い。
相成長法としてはハロゲン輸送法による気相成長法、有
機金属気相成長法、分子線エピタキシー法等がある。ハ
ロゲン輸送法による気相成長法は成長速度が速いため、
厚膜成長させることができ好ましい。また、薄膜で低欠
陥化を実現するには横方向成長を制御しやすい有機金属
気相成長法、分子線エピタキシー法などの他の気相成長
法を用いても良い。
【００１７】また、窒化ガリウム系化合物半導体基 板
の製造方法において、基板には、サファイア、炭化珪
素、スピネル、又はシリコン等が挙げられる。これら
は、窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長
させることができ、また成長温度に対して耐熱性を有す
るものである。さらに、窒化ガリウム系化合物半導体層
を積層後、研削や電磁波照射等による基板の剥離除去を
可能とし、これにより窒化ガリウム系化合物半導体から
なる単体基板を形成することができる。本発明において
は、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層をＳｉリッチ
層とするため、基板除去面をｎ型窒化物半導体層とする
ことができる。そのため、貫通転位を低減した結晶性の
よい窒化物単体基板において、電極を対極形成した窒化
ガリウム系化合物半導体レーザ、または発光ダイオード
を提供することができる。
の製造方法において、基板には、サファイア、炭化珪
素、スピネル、又はシリコン等が挙げられる。これら
は、窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長
させることができ、また成長温度に対して耐熱性を有す
るものである。さらに、窒化ガリウム系化合物半導体層
を積層後、研削や電磁波照射等による基板の剥離除去を
可能とし、これにより窒化ガリウム系化合物半導体から
なる単体基板を形成することができる。本発明において
は、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層をＳｉリッチ
層とするため、基板除去面をｎ型窒化物半導体層とする
ことができる。そのため、貫通転位を低減した結晶性の
よい窒化物単体基板において、電極を対極形成した窒化
ガリウム系化合物半導体レーザ、または発光ダイオード
を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体基板は、Ｓｉドーピング濃度が１×
１０１９／ｃｍ３以上である第１の窒化ガリウム系化合
物半導体層３と、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体
層上に積層されたノンドープ、又はＳｉドーピング濃度
が１×１０１９／ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム
系化合物半導体層４と、を備える窒化ガリウム系化合物
半導体基板である。
ウム系化合物半導体基板は、Ｓｉドーピング濃度が１×
１０１９／ｃｍ３以上である第１の窒化ガリウム系化合
物半導体層３と、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体
層上に積層されたノンドープ、又はＳｉドーピング濃度
が１×１０１９／ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム
系化合物半導体層４と、を備える窒化ガリウム系化合物
半導体基板である。
【００１９】前記Ｓｉ原料にはシラン系化合物を用い、
これらのシラン系化合物はＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ
ＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ４
から成る群から選ばれる少なくとも１つである。
これらのシラン系化合物はＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ
ＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ４
から成る群から選ばれる少なくとも１つである。
【００２０】前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体、
及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体は一般式をＩｎ
ｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、
０≦Ｘ＋Ｙ＜１）とする。
及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体は一般式をＩｎ
ｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、
０≦Ｘ＋Ｙ＜１）とする。
【００２１】効果１
本実施形態における発明は、Ｓｉドープを窒化ガリウム
系化合物半導体の成長と同時に行うものであり、２段階
成長することで表面を平坦化し広範囲に低欠陥領域を有
する窒化ガリウム系化合物半導体基板を作製することが
できる。このような平坦化ができるのは、結晶の自然な
横方向成長する作用によるものである。また、本実施形
態に示す窒化ガリウム系化合物半導体基板において、転
位の低減方法としては、ファセットを埋め込まずに転位
を低減させるのではなく、ファセットを埋め込みながら
成長させ、転位を低減させるものである。以上より、表
面研磨等による平坦化をする必要もなく、効率よく窒化
ガリウム系化合物半導体基板を形成することができる。
系化合物半導体の成長と同時に行うものであり、２段階
成長することで表面を平坦化し広範囲に低欠陥領域を有
する窒化ガリウム系化合物半導体基板を作製することが
できる。このような平坦化ができるのは、結晶の自然な
横方向成長する作用によるものである。また、本実施形
態に示す窒化ガリウム系化合物半導体基板において、転
位の低減方法としては、ファセットを埋め込まずに転位
を低減させるのではなく、ファセットを埋め込みながら
成長させ、転位を低減させるものである。以上より、表
面研磨等による平坦化をする必要もなく、効率よく窒化
ガリウム系化合物半導体基板を形成することができる。
【００２２】効果２
本発明は、基板を除去することで、低抵抗のｎ型単体基
板を形成することができる。これは、転位の低減過程に
おいて、窒化ガリウム系化合物半導体層内に連続的にＳ
ｉをドーピングするため、低抵抗のｎ型半導体層を形成
することができるためである。このため、対極に電極を
形成した構造とすることができ、チップ面積の節減に有
利である。また、サファイア基板等異種基板がないた
め、チップの分離にダイシング工程が必要でなくなりコ
ストの低減にもつながる。また、窒化ガリウム系化合物
半導体から成る単体基板は劈開性を有し、半導体レーザ
を形成する場合には、劈開面を共振器ミラーとすること
ができ好ましい。また、基板を除去することにより、放
熱性も向上するため長寿命化が期待できる。
板を形成することができる。これは、転位の低減過程に
おいて、窒化ガリウム系化合物半導体層内に連続的にＳ
ｉをドーピングするため、低抵抗のｎ型半導体層を形成
することができるためである。このため、対極に電極を
形成した構造とすることができ、チップ面積の節減に有
利である。また、サファイア基板等異種基板がないた
め、チップの分離にダイシング工程が必要でなくなりコ
ストの低減にもつながる。また、窒化ガリウム系化合物
半導体から成る単体基板は劈開性を有し、半導体レーザ
を形成する場合には、劈開面を共振器ミラーとすること
ができ好ましい。また、基板を除去することにより、放
熱性も向上するため長寿命化が期待できる。
【００２３】以下に、本発明の一実施形態における窒化
ガリウム系化合物半導体基板の製造工程を示すが、これ
に限定されるものでない。
ガリウム系化合物半導体基板の製造工程を示すが、これ
に限定されるものでない。
【００２４】本発明において、基板とは窒化物半導体層
をエピタキシャル成長させることができる単結晶基板で
あればよく、基板の大きさや厚さ等は特に限定されな
い。この基板の具体例としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面
のいずれかを主面とし、好ましくはＣ軸配向の窒化物半
導体層を成長させるサファイア、スピネル、炭化珪素
（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓ
ｉＯ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ダイヤモンド、ＮｄＧａＯ
３、その他に窒化物半導体等が挙げられる。窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を積層後、サファイア等の基板を除
去してもよい。これらの基板は表面が平坦なものを使用
するが、窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長することができれば、特に限定しない。例えば基
板の裏面にエッチング加工等をすることにより細かい荒
れを形成する。この荒れにより基板除去を簡単にするこ
とができる。また、反りを緩和するために基板に凹凸、
斜面、階段形状、その他にはエアブリッジ構造を有する
ものであってもよい。
をエピタキシャル成長させることができる単結晶基板で
あればよく、基板の大きさや厚さ等は特に限定されな
い。この基板の具体例としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面
のいずれかを主面とし、好ましくはＣ軸配向の窒化物半
導体層を成長させるサファイア、スピネル、炭化珪素
（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓ
ｉＯ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ダイヤモンド、ＮｄＧａＯ
３、その他に窒化物半導体等が挙げられる。窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を積層後、サファイア等の基板を除
去してもよい。これらの基板は表面が平坦なものを使用
するが、窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長することができれば、特に限定しない。例えば基
板の裏面にエッチング加工等をすることにより細かい荒
れを形成する。この荒れにより基板除去を簡単にするこ
とができる。また、反りを緩和するために基板に凹凸、
斜面、階段形状、その他にはエアブリッジ構造を有する
ものであってもよい。
【００２５】下地層２
前記基板上に８００℃以下の低温でバッファー層として
ＩｎｘＡｌｙＧａ１− ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜
１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）層を介して第１の窒化ガリウム系
化合物半導体を成長させる。これは、基板と窒化ガリウ
ム系化合物半導体との格子定数不整合を緩和することで
欠陥や割れを抑制するためである。ここで、低温とは７
００℃以下、好ましくは４５０℃〜６５０℃の温度範囲
である。この範囲内の温度でバッファー層を成長すれ
ば、微細な核を均一性よく形成することができ好まし
い。８００℃以上でバッファー層を成長させれば、均一
な核生成が阻害され、その後、結晶が多結晶化するため
結晶性を低下させてしまう。膜厚は１０オングストロー
ム以上０．５μｍ以下で成長させる。さらに、下地層は
バッファー層のみならず、２層構造としてもよい。これ
は、バッファー層（第１の下地層）上に第２の下地層を
９５０℃以上の高温で成長させることにより、表面が鏡
面であり平坦化した下地層とするためである。これよ
り、後工程で成長させる窒化ガリウム系化合物半導体に
おけるピットの発生が抑制できる。また、この下地層は
基板によっては省略することもできる。
ＩｎｘＡｌｙＧａ１− ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜
１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）層を介して第１の窒化ガリウム系
化合物半導体を成長させる。これは、基板と窒化ガリウ
ム系化合物半導体との格子定数不整合を緩和することで
欠陥や割れを抑制するためである。ここで、低温とは７
００℃以下、好ましくは４５０℃〜６５０℃の温度範囲
である。この範囲内の温度でバッファー層を成長すれ
ば、微細な核を均一性よく形成することができ好まし
い。８００℃以上でバッファー層を成長させれば、均一
な核生成が阻害され、その後、結晶が多結晶化するため
結晶性を低下させてしまう。膜厚は１０オングストロー
ム以上０．５μｍ以下で成長させる。さらに、下地層は
バッファー層のみならず、２層構造としてもよい。これ
は、バッファー層（第１の下地層）上に第２の下地層を
９５０℃以上の高温で成長させることにより、表面が鏡
面であり平坦化した下地層とするためである。これよ
り、後工程で成長させる窒化ガリウム系化合物半導体に
おけるピットの発生が抑制できる。また、この下地層は
基板によっては省略することもできる。
【００２６】窒化ガリウム系化合物半導体
次に、前記基板１上に下地層２を形成後、第１の窒化ガ
リウム系化合物半導体及び第２の窒化ガリウム系化合物
半導体を成長させる。この窒化ガリウム系化合物半導体
は一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、
０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表すことができる。但
し、これらは互いに異なる組成であってもよい。また、
Ｓｉの他には、ドーパントとしてＯまたはＧｅやＳｎ及
びＳ等も用いることができ、これらにｐ型不純物をドー
プさせた窒化ガリウム系化合物半導体としてもよい。ｐ
型不純物はＭｇ、Ｂｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ等が挙
げられる。
リウム系化合物半導体及び第２の窒化ガリウム系化合物
半導体を成長させる。この窒化ガリウム系化合物半導体
は一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、
０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表すことができる。但
し、これらは互いに異なる組成であってもよい。また、
Ｓｉの他には、ドーパントとしてＯまたはＧｅやＳｎ及
びＳ等も用いることができ、これらにｐ型不純物をドー
プさせた窒化ガリウム系化合物半導体としてもよい。ｐ
型不純物はＭｇ、Ｂｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ等が挙
げられる。
【００２７】また、第１の窒化ガリウム系化合物半導体
層の膜厚は５μｍ以上とする。好ましくは１５μｍ以上
とする。これは、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層
の膜厚が５μｍ以下であれば、貫通転位を広範囲に屈曲
させることができないからである。この膜厚で第１の窒
化ガリウム系化合物半導体層を成長させることにより、
第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長後に貫通転
位の伸びる方向を屈曲させることができる。次に前記第
１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に成長させる第２
の窒化ガリウム系化合物半導体層を膜厚５μｍ以上、好
ましくは１５μｍ以上成長させれば、第２の窒化ガリウ
ム系化合物半導体層の成長時に貫通転位どうしでループ
を形成させることで貫通転位を低減させることができ
る。
層の膜厚は５μｍ以上とする。好ましくは１５μｍ以上
とする。これは、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層
の膜厚が５μｍ以下であれば、貫通転位を広範囲に屈曲
させることができないからである。この膜厚で第１の窒
化ガリウム系化合物半導体層を成長させることにより、
第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長後に貫通転
位の伸びる方向を屈曲させることができる。次に前記第
１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に成長させる第２
の窒化ガリウム系化合物半導体層を膜厚５μｍ以上、好
ましくは１５μｍ以上成長させれば、第２の窒化ガリウ
ム系化合物半導体層の成長時に貫通転位どうしでループ
を形成させることで貫通転位を低減させることができ
る。
【００２８】窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方
法として、基板上に下地層を介してハロゲン輸送法によ
る気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法により第１の
窒化ガリウム系化合物半導体と、第２の窒化ガリウム系
化合物半導体とを成長させる方法を以下に示す。ハライ
ド気相エピタキシャル成長法は、短時間で厚膜を成長さ
せることができるため、窒化物半導体の厚膜成長や、異
種基板を剥離した窒化物半導体の単体基板の形成に有効
である。以下に本発明で用いた成長手法、成長工程、及
び成長条件を示す。
法として、基板上に下地層を介してハロゲン輸送法によ
る気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法により第１の
窒化ガリウム系化合物半導体と、第２の窒化ガリウム系
化合物半導体とを成長させる方法を以下に示す。ハライ
ド気相エピタキシャル成長法は、短時間で厚膜を成長さ
せることができるため、窒化物半導体の厚膜成長や、異
種基板を剥離した窒化物半導体の単体基板の形成に有効
である。以下に本発明で用いた成長手法、成長工程、及
び成長条件を示す。
【００２９】本発明における、１気相成長手段としてII
I族元素のハロゲン化物とＶ族元素を含む化合物（本発
明では窒素を含む化合物）とを反応させ、基板上に気相
成長を行うハロゲン輸送法による気相成長（halogen-tr
ansport vapor phase epitaxy：HVPE）法があげられ
る。
I族元素のハロゲン化物とＶ族元素を含む化合物（本発
明では窒素を含む化合物）とを反応させ、基板上に気相
成長を行うハロゲン輸送法による気相成長（halogen-tr
ansport vapor phase epitaxy：HVPE）法があげられ
る。
【００３０】ハロゲンガスとしてはＨＣｌ等があり、キ
ャリアガスと共にハロゲンガス管より導入される。この
ハロゲンガスとＧａ等の金属が反応することにより３族
元素のハロゲン化物を生成させ、さらに、Ｎ源供給管よ
り流入したアンモニアガスとが反応することにより窒化
ガリウム系化合物半導体を基板上に成長させる。ＨＶＰ
Ｅ法において、還元ガス（例えば水素）を含む雰囲気で
は、反応管全体が抵抗加熱で熱せられているためにドー
パントガスであるシラン系ガスは分解して、基板領域に
到達する前に分解し、実効的なＳｉのドーピングは困難
である。そのため、ドーパントガスとＨＣｌとを同時に
導入することにより、シラン系ガスの分解を抑制して効
率よくドープが可能である。
ャリアガスと共にハロゲンガス管より導入される。この
ハロゲンガスとＧａ等の金属が反応することにより３族
元素のハロゲン化物を生成させ、さらに、Ｎ源供給管よ
り流入したアンモニアガスとが反応することにより窒化
ガリウム系化合物半導体を基板上に成長させる。ＨＶＰ
Ｅ法において、還元ガス（例えば水素）を含む雰囲気で
は、反応管全体が抵抗加熱で熱せられているためにドー
パントガスであるシラン系ガスは分解して、基板領域に
到達する前に分解し、実効的なＳｉのドーピングは困難
である。そのため、ドーパントガスとＨＣｌとを同時に
導入することにより、シラン系ガスの分解を抑制して効
率よくドープが可能である。
【００３１】第１の窒化ガリウム系化合物半導体の成長
条件としては、成長速度が５μｍ／ｈｏｕｒ以上であれ
ばよい。また、第１の窒化ガリウム系化合物半導体、及
び第２の窒化ガリウム系化合物半導体は成長速度を同じ
速度とすることができる。そのため、成長速度が異なる
ことにより生ずる結晶性の差異により界面に発生する歪
みが、緩和できる。ここで、第１の窒化ガリウム系化合
物半導体は、好ましくは常圧又は微減圧で成長させる。
条件としては、成長速度が５μｍ／ｈｏｕｒ以上であれ
ばよい。また、第１の窒化ガリウム系化合物半導体、及
び第２の窒化ガリウム系化合物半導体は成長速度を同じ
速度とすることができる。そのため、成長速度が異なる
ことにより生ずる結晶性の差異により界面に発生する歪
みが、緩和できる。ここで、第１の窒化ガリウム系化合
物半導体は、好ましくは常圧又は微減圧で成長させる。
【００３２】次に第１の窒化ガリウム系化合物半導体を
成長後、この上に第２の窒化ガリウム系化合物半導体を
以下の条件で成長させる。
成長後、この上に第２の窒化ガリウム系化合物半導体を
以下の条件で成長させる。
【００３３】第２の窒化ガリウム系化合物半導体は第１
の窒化ガリウム系化合物半導体と同温、又はそれ以上の
温度で成長させるのが好ましく、基板温度を９００℃以
上とする。ただし、第１の窒化ガリウム系化合物半導体
と第２の窒化ガリウム系化合物半導体との温度差が大き
ければ成長層界面に残留熱歪みが発生するため温度差が
少ない方が好ましい。また、第２の窒化ガリウム系化合
物半導体の膜厚としては、最上面が鏡面になれば特に限
定されず１５μｍ以上であればよい。そのため、第２の
窒化ガリウム系化合物半導体は膜厚を１５μｍ程度の成
長が可能な気相成長法であればＭＯＣＶＤ法や他の気相
成長法でも行うことができる。さらに、結晶の核密度の
均一性や配向特性、及び大きさ、層の厚みの制御にはＭ
ＯＣＶＤ法を用いるのが好ましい。
の窒化ガリウム系化合物半導体と同温、又はそれ以上の
温度で成長させるのが好ましく、基板温度を９００℃以
上とする。ただし、第１の窒化ガリウム系化合物半導体
と第２の窒化ガリウム系化合物半導体との温度差が大き
ければ成長層界面に残留熱歪みが発生するため温度差が
少ない方が好ましい。また、第２の窒化ガリウム系化合
物半導体の膜厚としては、最上面が鏡面になれば特に限
定されず１５μｍ以上であればよい。そのため、第２の
窒化ガリウム系化合物半導体は膜厚を１５μｍ程度の成
長が可能な気相成長法であればＭＯＣＶＤ法や他の気相
成長法でも行うことができる。さらに、結晶の核密度の
均一性や配向特性、及び大きさ、層の厚みの制御にはＭ
ＯＣＶＤ法を用いるのが好ましい。
【００３４】上記の成長方法により得られた窒化ガリウ
ム系化合物半導体基板は、最上面が平坦であり、且つ鏡
面となる低欠陥部分を広範囲で有する窒化ガリウム系化
合物半導体基板と成る。なお、本発明により得られた窒
化ガリウム系化合物半導体基板上に形成する素子は窒化
ガリウム系化合物半導体を用いたものであれば発光素子
や受光素子、又は電子デバイスでもよい。また、図３に
は本実施形態における発光素子として同一面上に電極を
形成した半導体レーザ素子を示す。図４には電極を対極
構造として形成した半導体レーザ素子を示す。
ム系化合物半導体基板は、最上面が平坦であり、且つ鏡
面となる低欠陥部分を広範囲で有する窒化ガリウム系化
合物半導体基板と成る。なお、本発明により得られた窒
化ガリウム系化合物半導体基板上に形成する素子は窒化
ガリウム系化合物半導体を用いたものであれば発光素子
や受光素子、又は電子デバイスでもよい。また、図３に
は本実施形態における発光素子として同一面上に電極を
形成した半導体レーザ素子を示す。図４には電極を対極
構造として形成した半導体レーザ素子を示す。
【００３５】以上より得られる窒化ガリウム系化合物半
導体基板は貫通転位密度が１×１０ ８／ｃｍ２以下、よ
り好ましくは１×１０７／ｃｍ２以下である第２の窒化
ガリウム系化合物半導体層を有するものとする。
導体基板は貫通転位密度が１×１０ ８／ｃｍ２以下、よ
り好ましくは１×１０７／ｃｍ２以下である第２の窒化
ガリウム系化合物半導体層を有するものとする。
【００３６】
【実施例】以下、本発明における実施例を説明する。
［実施例１］まず、基板１としてＣ面を主面とするサフ
ァイア基板を用い、ＭＯＣＶＤ装置にセットし、温度１
０５０℃で１０分間のサーマルクリーニングを行い水分
や表面の付着物を除去した。
ァイア基板を用い、ＭＯＣＶＤ装置にセットし、温度１
０５０℃で１０分間のサーマルクリーニングを行い水分
や表面の付着物を除去した。
【００３７】次に、下地層を２層構造で成長させた。ま
ず、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料
ガスにアンモニアとトリメチルガリウムを用い、ＧａＮ
より成るバッファー層を２００オングストロームの膜厚
で成長させた。次に、バッファー層上にＧａＮから成り
平坦性を有する層を成長温度１０５０℃において膜厚３
μｍで形成した。本実施例では、成長時のキャリアガス
として水素を２０．５Ｌ／分、原料ガスとしてアンモニ
アを５Ｌ／分、トリメチルガリウムを２５ｃｃ／分間、
流した。
ず、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料
ガスにアンモニアとトリメチルガリウムを用い、ＧａＮ
より成るバッファー層を２００オングストロームの膜厚
で成長させた。次に、バッファー層上にＧａＮから成り
平坦性を有する層を成長温度１０５０℃において膜厚３
μｍで形成した。本実施例では、成長時のキャリアガス
として水素を２０．５Ｌ／分、原料ガスとしてアンモニ
アを５Ｌ／分、トリメチルガリウムを２５ｃｃ／分間、
流した。
【００３８】基板上に下地層を成長後、第１の窒化ガリ
ウム系化合物半導体、及び第２の窒化ガリウム系化合物
半導体を成長させるためにＨＶＰＥ装置にセットする。
ウム系化合物半導体、及び第２の窒化ガリウム系化合物
半導体を成長させるためにＨＶＰＥ装置にセットする。
【００３９】まず、Ｇａ源として、Ｇａメタルをボート
に用意し、キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用い
てハロゲンガスであるＨＣｌガスを流すことによりＧａ
Ｃｌを生成する。キャリアガスに窒素、及び／又は水素
を用いてＮ源であるアンモニアガスを流すことによりＧ
ａＣｌとアンモニアガスとを反応させ基板領域にＧａＮ
を形成する。また、キャリアガスに窒素、及び／又は水
素を用いてＳｉＣｌ4を流すことでドーピングを行い、
ＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化ガリウム系化合物
半導体を基板上に成長させる。基板領域の温度は電気炉
で１０３０℃に設定した。第１の窒化ガリウム系化合物
半導体の成長速度を５０μｍ／ｈｏｕｒとして、ＧａＣ
ｌ分圧は１．２５×１０−３ａｔｍ、ＮＨ３分圧は０．
３７５ａｔｍとした。ＳｉＣｌ４分圧は２．８７×１０
−７ａｔｍとした。この第１の窒化ガリウム系化合物半
導体は膜厚５０μｍで成長させた。
に用意し、キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用い
てハロゲンガスであるＨＣｌガスを流すことによりＧａ
Ｃｌを生成する。キャリアガスに窒素、及び／又は水素
を用いてＮ源であるアンモニアガスを流すことによりＧ
ａＣｌとアンモニアガスとを反応させ基板領域にＧａＮ
を形成する。また、キャリアガスに窒素、及び／又は水
素を用いてＳｉＣｌ4を流すことでドーピングを行い、
ＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化ガリウム系化合物
半導体を基板上に成長させる。基板領域の温度は電気炉
で１０３０℃に設定した。第１の窒化ガリウム系化合物
半導体の成長速度を５０μｍ／ｈｏｕｒとして、ＧａＣ
ｌ分圧は１．２５×１０−３ａｔｍ、ＮＨ３分圧は０．
３７５ａｔｍとした。ＳｉＣｌ４分圧は２．８７×１０
−７ａｔｍとした。この第１の窒化ガリウム系化合物半
導体は膜厚５０μｍで成長させた。
【００４０】次に、第１の窒化ガリウム系化合物半導体
上に、第２の窒化ガリウム系化合物半導体をハロゲン輸
送法による気相エピタキシャル成長法装置において成長
させた。この時の成長条件としては、ＳｉＣｌ４分圧を
１．０×１０−８ａｔｍとした以外は成長条件を第１の
窒化ガリウム系化合物半導体と同様にして、第２の窒化
ガリウム系化合物半導体を成長速度５０μｍ／ｈｏｕｒ
で膜厚は１００μｍで成長させた。
上に、第２の窒化ガリウム系化合物半導体をハロゲン輸
送法による気相エピタキシャル成長法装置において成長
させた。この時の成長条件としては、ＳｉＣｌ４分圧を
１．０×１０−８ａｔｍとした以外は成長条件を第１の
窒化ガリウム系化合物半導体と同様にして、第２の窒化
ガリウム系化合物半導体を成長速度５０μｍ／ｈｏｕｒ
で膜厚は１００μｍで成長させた。
【００４１】以上により得られた第２の窒化ガリウム系
化合物半導体基板の表面は平坦かつ鏡面となり、ＳＩＭ
Ｓ分析ではＳｉ濃度は第１の窒化ガリウム系化合物半導
体層は２×１０１９／ｃｍ２であり、第２の窒化ガリウ
ム系化合物半導体層は２×１０１８／ｃｍ２であった。
また、図２に示すようにＣＬ観察によると貫通転位密度
は２×１０７ｃｍ−２程度であり、低欠陥である窒化ガ
リウム系化合物半導体基板を提供することができる。
化合物半導体基板の表面は平坦かつ鏡面となり、ＳＩＭ
Ｓ分析ではＳｉ濃度は第１の窒化ガリウム系化合物半導
体層は２×１０１９／ｃｍ２であり、第２の窒化ガリウ
ム系化合物半導体層は２×１０１８／ｃｍ２であった。
また、図２に示すようにＣＬ観察によると貫通転位密度
は２×１０７ｃｍ−２程度であり、低欠陥である窒化ガ
リウム系化合物半導体基板を提供することができる。
【００４２】［実施例２］上記実施例１で得られた窒化
ガリウム系化合物半導体基板上に第３の窒化ガリウム系
化合物半導体層、第４の窒化ガリウム系化合物半導体層
を成長させる。この第３の窒化ガリウム系化合物半導体
層は第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と成長条件を
同じとし、また第４の窒化ガリウム系化合物半導体層は
第２の窒化ガリウム系化合物半導体層と成長条件を同様
とする。
ガリウム系化合物半導体基板上に第３の窒化ガリウム系
化合物半導体層、第４の窒化ガリウム系化合物半導体層
を成長させる。この第３の窒化ガリウム系化合物半導体
層は第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と成長条件を
同じとし、また第４の窒化ガリウム系化合物半導体層は
第２の窒化ガリウム系化合物半導体層と成長条件を同様
とする。
【００４３】以上より得られた窒化ガリウム系化合物半
導体基板は厚膜成長した低転位の基板となるため、異種
基板を除去した単体基板とすることができる。
導体基板は厚膜成長した低転位の基板となるため、異種
基板を除去した単体基板とすることができる。
【００４４】［実施例３］実施例１により得られた窒化
ガリウム系化合物半導体基板より、研削によりサファイ
ア基板を除去し、ＧａＮの単体基板とする。この単体基
板上にレーザ素子を形成する。
ガリウム系化合物半導体基板より、研削によりサファイ
ア基板を除去し、ＧａＮの単体基板とする。この単体基
板上にレーザ素子を形成する。
【００４５】（ｎ型コンタクト層１０２）まず、ＧａＮ
の単体基板をMOCVD装置の反応容器にセットしＴＭＧ、
ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用
い、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌ０．０５Ｇａ
０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０２を４μｍの
膜厚で成長させる。
の単体基板をMOCVD装置の反応容器にセットしＴＭＧ、
ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用
い、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌ０．０５Ｇａ
０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０２を４μｍの
膜厚で成長させる。
【００４６】（クラック防止層１０３）次に、ＴＭＧ、
ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、
温度を９００℃にしてＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎより
なるクラック防止層１０３を０．１５μｍの膜厚で成長
させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、
温度を９００℃にしてＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎより
なるクラック防止層１０３を０．１５μｍの膜厚で成長
させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【００４７】（ｎ型クラッド層１０４）次に、温度を１
０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモ
ニアを用い、アンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ
よりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭ
Ａを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを
５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を
２５Åの膜厚で成長させる。この操作を２００回繰り返
しＡ層とＢ層との積層構造とし、総膜厚１μｍの多層膜
（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。
０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモ
ニアを用い、アンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ
よりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭ
Ａを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを
５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を
２５Åの膜厚で成長させる。この操作を２００回繰り返
しＡ層とＢ層との積層構造とし、総膜厚１μｍの多層膜
（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。
【００４８】（ｎ型ガイド層１０５）次に、同様の温度
で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドー
プのＧａＮよりなるｎ型ガイド層１０５を０．１５μｍ
の膜厚で成長させる。このｎ型ガイド層１０５は、ｎ型
不純物をドープしてもよい。
で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドー
プのＧａＮよりなるｎ型ガイド層１０５を０．１５μｍ
の膜厚で成長させる。このｎ型ガイド層１０５は、ｎ型
不純物をドープしてもよい。
【００４９】（活性層１０６）次に、温度を９００℃に
し、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭ
Ｇ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガス
を用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ
０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜
厚、シランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１３Ｇａ
０．８７Ｎよりなる井戸層を４０Åの膜厚で、障壁層／
井戸層／障壁層／井戸層の順に積層し、最後に障壁層と
して、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドー
プのＩｎ０ ．０５Ｇａ０．９５Ｎを成長させる。活性層
１０６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）となる。
し、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭ
Ｇ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガス
を用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ
０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜
厚、シランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１３Ｇａ
０．８７Ｎよりなる井戸層を４０Åの膜厚で、障壁層／
井戸層／障壁層／井戸層の順に積層し、最後に障壁層と
して、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドー
プのＩｎ０ ．０５Ｇａ０．９５Ｎを成長させる。活性層
１０６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）となる。
【００５０】（ｐ型電子閉じ込め層１０７）次に、活性
層と同じ温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモ
ニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペン
タジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９
／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｐ
型電子閉じ込め層１０７を１００Åの膜厚で成長させ
る。
層と同じ温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモ
ニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペン
タジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９
／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｐ
型電子閉じ込め層１０７を１００Åの膜厚で成長させ
る。
【００５１】（ｐ型ガイド層１０８）次に、温度を１０
５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用
い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層１０８を
０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層
は、ｐ型不純物をドープしてもよい。
５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用
い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層１０８を
０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層
は、ｐ型不純物をドープしてもよい。
【００５２】（ｐ型クラッド層１０９）次に、１０５０
℃でアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮよりなるＡ
層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃ
ｐ２Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなるＢ層を２
５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚
０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１０９
を成長させる。ｐ型クラッド層は、ＧａＮとＡｌＧａＮ
とを積層した超格子構造とする。ｐ型クラッド層１０９
を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡ
ｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の
屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギー
が大きくなるので、しきい値を低下させる上で非常に有
効である。
℃でアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮよりなるＡ
層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃ
ｐ２Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなるＢ層を２
５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚
０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１０９
を成長させる。ｐ型クラッド層は、ＧａＮとＡｌＧａＮ
とを積層した超格子構造とする。ｐ型クラッド層１０９
を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡ
ｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の
屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギー
が大きくなるので、しきい値を低下させる上で非常に有
効である。
【００５３】（ｐ型コンタクト層１１０）最後に、１０
５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アン
モニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ
３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１
０を１５０Åの膜厚で成長させる。反応終了後、反応容
器内において、ウェハーを窒素雰囲気中、７００℃でア
ニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アン
モニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ
３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１
０を１５０Åの膜厚で成長させる。反応終了後、反応容
器内において、ウェハーを窒素雰囲気中、７００℃でア
ニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００５４】アニーリング後、窒化物半導体レーザ素子
を積層させたＧａＮから成る単体基板を反応容器から取
り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ２よ
りなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチ
ング）を用いてＣＦ４ガスによりエッチングすることに
より、ストライプ状の導波路領域としてリッジストライ
プを形成する。
を積層させたＧａＮから成る単体基板を反応容器から取
り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ２よ
りなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチ
ング）を用いてＣＦ４ガスによりエッチングすることに
より、ストライプ状の導波路領域としてリッジストライ
プを形成する。
【００５５】次にリッジストライプ形成後、Ｚｒ酸化物
（主としてＺｒＯ２）よりなる絶縁保護膜を、エッチン
グにより露出したｐ型ガイド層１０８上に０．５μｍの
膜厚で形成する。
（主としてＺｒＯ２）よりなる絶縁保護膜を、エッチン
グにより露出したｐ型ガイド層１０８上に０．５μｍの
膜厚で形成する。
【００５６】ｐ型コンタクト層上にｐ型電極をＮｉとＡ
ｕより形成する。ここで、ｐ型電極の膜厚としてはＮｉ
を１００Å、Ａｕを１３００Åとする。また、ｐ型電極
と対極するように裏面となる第１の窒化ガリウム系化合
物半導体層にはＴｉとＡｌよりｎ型電極を形成する。Ｔ
ｉは２００Å、Ａｌを８０００Åの膜厚とする。このｐ
型電極は、リッジ上にストライプ形成されており、同じ
くストライプ形成されているｎ型電極とは対極であり平
行な方向で形成する。次に、ｐ型電極、ｎ型電極上にそ
れぞれパッド電極を形成する。ｐ型電極上にはｐ型パッ
ド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウム）／Ｐｔ／Ａｕを
（３０００Å−１５００Å−６０００Å）の膜厚で形成
する。また、ｎ型電極上にはｎ型パッド電極としてＮｉ
／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０００Å−８０００
Å）の膜厚で形成する。
ｕより形成する。ここで、ｐ型電極の膜厚としてはＮｉ
を１００Å、Ａｕを１３００Åとする。また、ｐ型電極
と対極するように裏面となる第１の窒化ガリウム系化合
物半導体層にはＴｉとＡｌよりｎ型電極を形成する。Ｔ
ｉは２００Å、Ａｌを８０００Åの膜厚とする。このｐ
型電極は、リッジ上にストライプ形成されており、同じ
くストライプ形成されているｎ型電極とは対極であり平
行な方向で形成する。次に、ｐ型電極、ｎ型電極上にそ
れぞれパッド電極を形成する。ｐ型電極上にはｐ型パッ
ド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウム）／Ｐｔ／Ａｕを
（３０００Å−１５００Å−６０００Å）の膜厚で形成
する。また、ｎ型電極上にはｎ型パッド電極としてＮｉ
／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０００Å−８０００
Å）の膜厚で形成する。
【００５７】電極形成後、ｎ型電極側をスクライブし
て、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、
劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共
振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプ
に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
て、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、
劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共
振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプ
に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
【００５８】以上のようにして得られたレーザ素子は、
室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃｍ２、５〜６０ｍ
Ｗの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振のレー
ザ素子が得られる。得られるレーザ素子の素子寿命は、
１０００〜３００００時間を示す。
室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃｍ２、５〜６０ｍ
Ｗの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振のレー
ザ素子が得られる。得られるレーザ素子の素子寿命は、
１０００〜３００００時間を示す。
【００５９】［実施例４］実施例１により得られた窒化
ガリウム系化合物半導体基板より、研削によりサファイ
ア基板を除去し、ＧａＮの単体基板とする。この単体基
板上の同一面上にｎ型電極とｐ型電極とを形成したレー
ザ素子を作成する。
ガリウム系化合物半導体基板より、研削によりサファイ
ア基板を除去し、ＧａＮの単体基板とする。この単体基
板上の同一面上にｎ型電極とｐ型電極とを形成したレー
ザ素子を作成する。
【００６０】まず、ＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置の反応
容器内にセットし、１０５０℃で窒化物半導体に、ＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミ
ニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ０．０５Ｇａ
０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０１
を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮからな
る窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとする
半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。た
だし、このアンドープｎ型コンタクト層は省略すること
もできる。
容器内にセットし、１０５０℃で窒化物半導体に、ＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミ
ニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ０．０５Ｇａ
０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０１
を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮからな
る窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとする
半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。た
だし、このアンドープｎ型コンタクト層は省略すること
もできる。
【００６１】次に、アンドープｎ型コンタクト層を成長
後に実施例３と同様の条件でさらにｎ型コンタクト層１
０２／クラック防止層１０３／ｎ型クラッド層１０４／
ｎ型ガイド層１０５／活性層１０６／ｐ型電子閉じ込め
層１０７／ｐ型ガイド層１０８／ｐ型クラッド層１０９
／ｐ型コンタクト層１１０を成長させる。
後に実施例３と同様の条件でさらにｎ型コンタクト層１
０２／クラック防止層１０３／ｎ型クラッド層１０４／
ｎ型ガイド層１０５／活性層１０６／ｐ型電子閉じ込め
層１０７／ｐ型ガイド層１０８／ｐ型クラッド層１０９
／ｐ型コンタクト層１１０を成長させる。
【００６２】その後、リッジ幅１．７μｍでリッジスト
ライプ形成する。次に、ｎ型コンタクト層をエッチング
により露出する。その後、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ
２）よりなる絶縁保護膜を、エッチングにより露出した
ｐ型ガイド層１０８上に膜厚を０．５μｍ以下で形成す
る。その後、ストライプ形状に露出したｐ型コンタクト
層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ
型電極の膜厚としてはＮｉ（１００Å）、Ａｕ（１３０
０Å）とする。また、ｐ型電極を形成した後に前記露出
したｎ型コンタクト層上にｎ型電極を形成する。このｎ
型電極はＴｉ／Ａｌを膜厚（２００Å−８０００Å）で
ｐ型電極と同一面上に平行に形成する。さらに、ｐ型電
極、ｎ型電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型
電極上にはｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウ
ム）／Ｐｔ／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６００
０Å）の膜厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パ
ッド電極としてＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０
００Å−８０００Å）の膜厚で形成する。
ライプ形成する。次に、ｎ型コンタクト層をエッチング
により露出する。その後、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ
２）よりなる絶縁保護膜を、エッチングにより露出した
ｐ型ガイド層１０８上に膜厚を０．５μｍ以下で形成す
る。その後、ストライプ形状に露出したｐ型コンタクト
層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ
型電極の膜厚としてはＮｉ（１００Å）、Ａｕ（１３０
０Å）とする。また、ｐ型電極を形成した後に前記露出
したｎ型コンタクト層上にｎ型電極を形成する。このｎ
型電極はＴｉ／Ａｌを膜厚（２００Å−８０００Å）で
ｐ型電極と同一面上に平行に形成する。さらに、ｐ型電
極、ｎ型電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型
電極上にはｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウ
ム）／Ｐｔ／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６００
０Å）の膜厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パ
ッド電極としてＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０
００Å−８０００Å）の膜厚で形成する。
【００６３】電極形成後、基板の裏面側をスクライブし
て、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、
劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共
振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプ
に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
て、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、
劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共
振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプ
に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
【００６４】以上のようにして得られたレーザ素子は、
室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃｍ２、５〜６０ｍ
Ｗの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振のレー
ザ素子が得られる。得られるレーザ素子の素子寿命は、
１０００〜３００００時間となる。
室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃｍ２、５〜６０ｍ
Ｗの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振のレー
ザ素子が得られる。得られるレーザ素子の素子寿命は、
１０００〜３００００時間となる。
【００６５】［実施例５］実施例１により得られたサフ
ァイア付きの窒化ガリウム系化合物半導体基板上にレー
ザ素子を形成する。まず、前記基板上にアンドープｎ型
コンタクト層１０１を成長させる。基板をＭＯＣＶＤ装
置の反応容器内にセットし、１０５０℃で窒化物半導体
に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチ
ルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ０．０５Ｇ
ａ０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０
１を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮから
なる窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとす
る半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。
ァイア付きの窒化ガリウム系化合物半導体基板上にレー
ザ素子を形成する。まず、前記基板上にアンドープｎ型
コンタクト層１０１を成長させる。基板をＭＯＣＶＤ装
置の反応容器内にセットし、１０５０℃で窒化物半導体
に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチ
ルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ０．０５Ｇ
ａ０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０
１を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮから
なる窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとす
る半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。
【００６６】次に実施例３と同様の条件で以下の順に素
子形成を行う。アンドープｎ型コンタクト層を成長させ
た基板上にｎ型コンタクト層１０２／クラック防止層１
０３／ｎ型クラッド層１０４／ｎ型ガイド層１０５／活
性層１０６／ｐ型電子閉じ込め層１０７／ｐ型ガイド層
１０８／ｐ型クラッド層１０９／ｐ型コンタクト層１１
０の順で成長させる。
子形成を行う。アンドープｎ型コンタクト層を成長させ
た基板上にｎ型コンタクト層１０２／クラック防止層１
０３／ｎ型クラッド層１０４／ｎ型ガイド層１０５／活
性層１０６／ｐ型電子閉じ込め層１０７／ｐ型ガイド層
１０８／ｐ型クラッド層１０９／ｐ型コンタクト層１１
０の順で成長させる。
【００６７】その後、リッジ幅１．７μｍでリッジスト
ライプ形成する。次に、ｎ型コンタクト層をエッチング
により露出する。その後、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ
２）よりなる絶縁保護膜を、エッチングにより露出した
ｐ型ガイド層１０８上に膜厚を０．５μｍ以下で形成す
る。その後、ストライプ形状に露出したｐ型コンタクト
層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ
型電極の膜厚としてはＮｉ（１００Å）、Ａｕ（１３０
０Å）とする。また、ｐ型電極を形成した後に前記露出
したｎ型コンタクト層上にｎ型電極を形成する。このｎ
型電極はＴｉ／Ａｌを膜厚（２００Å−８０００Å）で
ｐ型電極と同一面上に平行に形成する。さらに、ｐ型電
極、ｎ型電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型
電極上にはｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウ
ム）／Ｐｔ／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６００
０Å）の膜厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パ
ッド電極としてＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０
００Å−８０００Å）の膜厚で形成する。
ライプ形成する。次に、ｎ型コンタクト層をエッチング
により露出する。その後、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ
２）よりなる絶縁保護膜を、エッチングにより露出した
ｐ型ガイド層１０８上に膜厚を０．５μｍ以下で形成す
る。その後、ストライプ形状に露出したｐ型コンタクト
層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ
型電極の膜厚としてはＮｉ（１００Å）、Ａｕ（１３０
０Å）とする。また、ｐ型電極を形成した後に前記露出
したｎ型コンタクト層上にｎ型電極を形成する。このｎ
型電極はＴｉ／Ａｌを膜厚（２００Å−８０００Å）で
ｐ型電極と同一面上に平行に形成する。さらに、ｐ型電
極、ｎ型電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型
電極上にはｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウ
ム）／Ｐｔ／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６００
０Å）の膜厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パ
ッド電極としてＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０
００Å−８０００Å）の膜厚で形成する。
【００６８】電極形成後、基板の裏面側をダイシングし
て、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、
劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共
振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプ
に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
以上より得られたレーザ素子の素子寿命は、５００〜１
００００時間となる。
て、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、
劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共
振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプ
に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
以上より得られたレーザ素子の素子寿命は、５００〜１
００００時間となる。
【００６９】［実施例６］実施例１により得られたサフ
ァイア付きの窒化ガリウム系化合物半導体基板上にレー
ザ素子を形成する。まず、前記基板上にアンドープｎ型
コンタクト層１０１を成長させる。基板をＭＯＣＶＤ装
置の反応容器内にセットし、１０５０℃で窒化物半導体
に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチ
ルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ０．０５Ｇ
ａ０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０
１を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮから
なる窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとす
る半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。
ァイア付きの窒化ガリウム系化合物半導体基板上にレー
ザ素子を形成する。まず、前記基板上にアンドープｎ型
コンタクト層１０１を成長させる。基板をＭＯＣＶＤ装
置の反応容器内にセットし、１０５０℃で窒化物半導体
に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチ
ルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ０．０５Ｇ
ａ０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０
１を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮから
なる窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとす
る半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。
【００７０】前期アンドープｎ型コンタクト層１０１を
成長させた基板上に、実施例３と同条件でｎ型コンタク
ト層１０２／クラック防止層１０３／ｎ型クラッド層１
０４／ｎ型ガイド層１０５／活性層１０６／ｐ型電子閉
じ込め層１０７／ｐ型ガイド層１０８／ｐ型クラッド層
１０９／ｐ型コンタクト層１１０の順で半導体素子を成
長させる。
成長させた基板上に、実施例３と同条件でｎ型コンタク
ト層１０２／クラック防止層１０３／ｎ型クラッド層１
０４／ｎ型ガイド層１０５／活性層１０６／ｐ型電子閉
じ込め層１０７／ｐ型ガイド層１０８／ｐ型クラッド層
１０９／ｐ型コンタクト層１１０の順で半導体素子を成
長させる。
【００７１】次に、研削によりサファイア基板を除去
し、さらに、リッジ幅１．７μｍでリッジストライプ形
成する。次に、ｎ型コンタクト層をエッチングにより露
出する。その後、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ２）より
なる絶縁保護膜を、エッチングにより露出したｐ型ガイ
ド層１０８上に膜厚を０．５μｍ以下で形成する。その
後、ストライプ形状に露出したｐ型コンタクト層上にｐ
型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ型電極の
膜厚としてはＮｉ（１００Å）、Ａｕ（１３００Å）と
する。また、ｐ型電極を形成した後に前記露出したｎ型
コンタクト層上にｎ型電極を形成する。このｎ型電極は
Ｔｉ／Ａｌを膜厚（２００Å−８０００Å）でｐ型電極
と同一面上に平行に形成する。さらに、ｐ型電極、ｎ型
電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型電極上に
はｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウム）／Ｐｔ
／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６０００Å）の膜
厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パッド電極と
してＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０００Å−８
０００Å）の膜厚で形成する。
し、さらに、リッジ幅１．７μｍでリッジストライプ形
成する。次に、ｎ型コンタクト層をエッチングにより露
出する。その後、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ２）より
なる絶縁保護膜を、エッチングにより露出したｐ型ガイ
ド層１０８上に膜厚を０．５μｍ以下で形成する。その
後、ストライプ形状に露出したｐ型コンタクト層上にｐ
型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ型電極の
膜厚としてはＮｉ（１００Å）、Ａｕ（１３００Å）と
する。また、ｐ型電極を形成した後に前記露出したｎ型
コンタクト層上にｎ型電極を形成する。このｎ型電極は
Ｔｉ／Ａｌを膜厚（２００Å−８０００Å）でｐ型電極
と同一面上に平行に形成する。さらに、ｐ型電極、ｎ型
電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型電極上に
はｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウム）／Ｐｔ
／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６０００Å）の膜
厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パッド電極と
してＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０００Å−８
０００Å）の膜厚で形成する。
【００７２】電極形成後、基板の裏面側をスクライブし
て、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、
劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共
振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプ
に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
以上より得られたレーザ素子の素子寿命は、１０００〜
３００００時間となる。
て、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、
劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共
振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプ
に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
以上より得られたレーザ素子の素子寿命は、１０００〜
３００００時間となる。
【００７３】［実施例７］上記実施例３〜６において、
ｎ型電極をＴｉ／Ａｌ（２００Å−８０００Å）、ｐ型
電極をＮｉ／Ａｕ（１００Å−１５００Å）、ｎ型パッ
ド電極とｐ型パッド電極とをＮｉ／Ｔｉ／Ａｕ（１００
０Å−１０００Å−８０００Å）とする以外は同条件で
レーザ素子を形成する。ここで得られるレーザ素子の寿
命特性は５００〜１００００時間となる。
ｎ型電極をＴｉ／Ａｌ（２００Å−８０００Å）、ｐ型
電極をＮｉ／Ａｕ（１００Å−１５００Å）、ｎ型パッ
ド電極とｐ型パッド電極とをＮｉ／Ｔｉ／Ａｕ（１００
０Å−１０００Å−８０００Å）とする以外は同条件で
レーザ素子を形成する。ここで得られるレーザ素子の寿
命特性は５００〜１００００時間となる。
【００７４】［実施例８］Ｃ面を主面とし、オリフラ面
をＡ面とするサファイア基板を基板１に用い、基板１上
にＣＶＤ法によりＳｉＯ２よりなる保護膜を０．５μｍ
の膜厚で成膜し、ストライプ状のフォトマスクを形成
し、エッチングによりストライプ幅１４μｍ、窓部６μ
ｍのＳｉＯ２よりなる保護膜を形成する。なお、この保
護膜のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な
方向とする。
をＡ面とするサファイア基板を基板１に用い、基板１上
にＣＶＤ法によりＳｉＯ２よりなる保護膜を０．５μｍ
の膜厚で成膜し、ストライプ状のフォトマスクを形成
し、エッチングによりストライプ幅１４μｍ、窓部６μ
ｍのＳｉＯ２よりなる保護膜を形成する。なお、この保
護膜のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な
方向とする。
【００７５】次に、ＭＯＣＶＤ法により、温度を５１０
℃、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）とを用い、保護膜の開口部上
に窒化ガリウムよりなるバッファー層を２００オングス
トロームの膜厚で成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法に
より、減圧条件で温度を１０５０℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロ
ペンタジエニルマグネシウム）を用い、窒化ガリウムよ
りなる第１の窒化物半導体層を１０μｍの膜厚で成長さ
せる。この時、第１の窒化物半導体は、ＳｉＯ２より成
る保護膜の開口部を成長起点とし、第１の窒化物半導体
層の断面形状がＴ字形状となるように形成する。
℃、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）とを用い、保護膜の開口部上
に窒化ガリウムよりなるバッファー層を２００オングス
トロームの膜厚で成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法に
より、減圧条件で温度を１０５０℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロ
ペンタジエニルマグネシウム）を用い、窒化ガリウムよ
りなる第１の窒化物半導体層を１０μｍの膜厚で成長さ
せる。この時、第１の窒化物半導体は、ＳｉＯ２より成
る保護膜の開口部を成長起点とし、第１の窒化物半導体
層の断面形状がＴ字形状となるように形成する。
【００７６】次に、ドライエッチングである等方性エッ
チングにより、温度１２０℃で、エッチングガスに酸
素、ＣＦ４を用い、ＳｉＯ２保護膜を取り除く。さら
に、横方向成長させた第１の窒化物半導体の側面および
上面より、常圧でＭＯＣＶＤ法により、温度を１０５０
℃にし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、
Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用
い、窒化ガリウムよりなる第２の窒化物半導体層を１５
μｍの膜厚で成長させる。
チングにより、温度１２０℃で、エッチングガスに酸
素、ＣＦ４を用い、ＳｉＯ２保護膜を取り除く。さら
に、横方向成長させた第１の窒化物半導体の側面および
上面より、常圧でＭＯＣＶＤ法により、温度を１０５０
℃にし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、
Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用
い、窒化ガリウムよりなる第２の窒化物半導体層を１５
μｍの膜厚で成長させる。
【００７７】以上より得られた基板上に第１の窒化ガリ
ウム系化合物半導体、及び第２の窒化ガリウム系化合物
半導体を成長させるためにＨＶＰＥ装置にセットする。
Ｇａ源として、Ｇａメタルをボートに用意し、キャリア
ガスに窒素、及び／又は水素を用いてハロゲンガスであ
るＨＣｌガスを流すことによりＧａＣｌを生成する。キ
ャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてＮ源である
アンモニアガスを流すことによりＧａＣｌとアンモニア
ガスとを反応させ基板領域にＧａＮを形成する。また、
キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてＳｉＣｌ
4を流すことでドーピングを行い、ＳｉドープＧａＮよ
りなる第１の窒化ガリウム系化合物半導体を基板上に成
長させる。基板領域の温度は電気炉で１０３０℃に設定
する。第１の窒化ガリウム系化合物半導体の成長速度を
５０μｍ／ｈｏｕｒとして、ＧａＣｌ分圧は１．２５×
１０−３ａｔｍ、ＮＨ３分圧は０．３７５ａｔｍとす
る。ＳｉＣｌ４分圧は２．８７×１０−７ａｔｍとす
る。この第１の窒化ガリウム系化合物半導体は膜厚５０
μｍで成長させる。
ウム系化合物半導体、及び第２の窒化ガリウム系化合物
半導体を成長させるためにＨＶＰＥ装置にセットする。
Ｇａ源として、Ｇａメタルをボートに用意し、キャリア
ガスに窒素、及び／又は水素を用いてハロゲンガスであ
るＨＣｌガスを流すことによりＧａＣｌを生成する。キ
ャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてＮ源である
アンモニアガスを流すことによりＧａＣｌとアンモニア
ガスとを反応させ基板領域にＧａＮを形成する。また、
キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてＳｉＣｌ
4を流すことでドーピングを行い、ＳｉドープＧａＮよ
りなる第１の窒化ガリウム系化合物半導体を基板上に成
長させる。基板領域の温度は電気炉で１０３０℃に設定
する。第１の窒化ガリウム系化合物半導体の成長速度を
５０μｍ／ｈｏｕｒとして、ＧａＣｌ分圧は１．２５×
１０−３ａｔｍ、ＮＨ３分圧は０．３７５ａｔｍとす
る。ＳｉＣｌ４分圧は２．８７×１０−７ａｔｍとす
る。この第１の窒化ガリウム系化合物半導体は膜厚５０
μｍで成長させる。
【００７８】次に、第１の窒化ガリウム系化合物半導体
上に、第２の窒化ガリウム系化合物半導体をハロゲン輸
送法による気相エピタキシャル成長法装置において成長
させる。この時の成長条件としては、ＳｉＣｌ４分圧を
１．０×１０−８ａｔｍとした以外は成長条件を第１の
窒化ガリウム系化合物半導体と同様にして、第２の窒化
ガリウム系化合物半導体を成長速度５０μｍ／ｈｏｕｒ
で膜厚は１００μｍで成長させる。
上に、第２の窒化ガリウム系化合物半導体をハロゲン輸
送法による気相エピタキシャル成長法装置において成長
させる。この時の成長条件としては、ＳｉＣｌ４分圧を
１．０×１０−８ａｔｍとした以外は成長条件を第１の
窒化ガリウム系化合物半導体と同様にして、第２の窒化
ガリウム系化合物半導体を成長速度５０μｍ／ｈｏｕｒ
で膜厚は１００μｍで成長させる。
【００７９】以上により得られる第２の窒化ガリウム系
化合物半導体基板の表面は平坦かつ鏡面となり、貫通転
位密度が１×１０７ｃｍ−２以下となる低欠陥な窒化ガ
リウム系化合物半導体基板を提供することができる。
化合物半導体基板の表面は平坦かつ鏡面となり、貫通転
位密度が１×１０７ｃｍ−２以下となる低欠陥な窒化ガ
リウム系化合物半導体基板を提供することができる。
【００８０】［実施例９］上記実施例において、第１の
窒化ガリウム系化合物半導体の成長速度を５０μｍ／ｈ
ｏｕｒとして、第２の窒化ガリウム系化合物半導体を成
長速度１００μｍ／ｈｏｕｒで成長させる以外は同条件
で窒化ガリウム系化合物半導体基板を形成する。以上に
より得られる第２の窒化ガリウム系化合物半導体基板の
表面は平坦かつ鏡面となり、貫通転位密度が１×１０８
ｃｍ−２以下となる低欠陥な窒化ガリウム系化合物半導
体基板を提供することができる。
窒化ガリウム系化合物半導体の成長速度を５０μｍ／ｈ
ｏｕｒとして、第２の窒化ガリウム系化合物半導体を成
長速度１００μｍ／ｈｏｕｒで成長させる以外は同条件
で窒化ガリウム系化合物半導体基板を形成する。以上に
より得られる第２の窒化ガリウム系化合物半導体基板の
表面は平坦かつ鏡面となり、貫通転位密度が１×１０８
ｃｍ−２以下となる低欠陥な窒化ガリウム系化合物半導
体基板を提供することができる。
【００８１】
【発明の効果】以上より本発明では、保護膜等を用いた
横方向成長基板ではなく、基板全面の結晶欠陥を減らし
た低欠陥基板を提供することができる。そのため、ＥＬ
Ｏ法で得られた基板に比べてデバイス工程を簡略化する
ことができ、量産効率を向上させた窒化ガリウム系化合
物半導体基板を提供することが出来る。また、基板を除
去することにより窒化物から成る低抵抗の単体基板とす
ることもできるため、放熱性が向上し窒化物半導体素子
の寿命特性をよくすることができる。さらに、対極した
電極構造が可能となりチップ面積の節減にも有利とな
る。
横方向成長基板ではなく、基板全面の結晶欠陥を減らし
た低欠陥基板を提供することができる。そのため、ＥＬ
Ｏ法で得られた基板に比べてデバイス工程を簡略化する
ことができ、量産効率を向上させた窒化ガリウム系化合
物半導体基板を提供することが出来る。また、基板を除
去することにより窒化物から成る低抵抗の単体基板とす
ることもできるため、放熱性が向上し窒化物半導体素子
の寿命特性をよくすることができる。さらに、対極した
電極構造が可能となりチップ面積の節減にも有利とな
る。
【００８２】
【図１】本発明の一実施の形態を示す窒化物半導体の模
式断面図である。
式断面図である。
【図２】本発明の実施例１におけるＣＬ写真である。
【図３】本発明の一実施の形態における窒化物半導体レ
ーザ素子の模式断面図である。
ーザ素子の模式断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における窒化物半導体レ
ーザ素子の模式断面図である。
ーザ素子の模式断面図である。
１・・・基板
２・・・下地層
３・・・第１の窒化ガリウム系化合物半導体
４・・・第２の窒化ガリウム系化合物半導体
１０１・・・アンドープｎ型コンタクト層
１０２・・・ｎ型コンタクト層
１０３・・・クラック防止層
１０４・・・ｎ型クラッド層
１０５・・・ｎ型ガイド層
１０６・・・活性層
１０７・・・ｐ型電子閉じ込め層
１０８・・・ｐ型ガイド層
１０９・・・ｐ型クラッド層
１１０・・・ｐ型コンタクト層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F045 AA02 AA04 AB14 AB17 AC03
AC08 AC12 AC13 AD09 AD14
AF09 AF13 BB12 CA12 DA53
DA55 DA59 DB01 DQ08 EB13
GH09
5F073 AA74 AA83 CA07 CB02 CB05
CB19 CB22 DA05 DA16 DA25
DA32 DA35 EA28
Claims (13)
- 【請求項１】Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ
３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と、
該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層された
ノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／
ｃｍ３以下であり、貫通転位密度が１×１０８／ｃｍ２
以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層と、を
備えることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体基
板。 - 【請求項２】前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体層
の貫通転位密度が１×１０６／ｃｍ２以下である請求項
１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板。 - 【請求項３】前記第１、及び／又は第２の窒化ガリウム
系化合物半導体層は、窒化ガリウムからなる請求項１に
記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板。 - 【請求項４】前記第１、及び第２の窒化ガリウム系化合
物半導体層を積層した基板上に、Ｓｉドーピング濃度が
１×１０１９／ｃｍ３以上である第３の窒化ガリウム系
化合物半導体層と、該第３の窒化ガリウム系化合物半導
体層上に積層されノンドープ、又はＳｉドーピング濃度
が１×１０１９／ｃｍ３以下である第４の窒化ガリウム
系化合物半導体層とを備える請求項１乃至３に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体基板。 - 【請求項５】基板上に気相成長法により窒化ガリウム系
化合物半導体層を成長させることにより形成される窒化
ガリウム系化合物半導体基板の製造方法において、 基板上にＳｉのドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３
以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成
する第１の工程と、第１の工程後、該第１の層上にノン
ドープ、又はＳｉのドーピング濃度が１×１０１９／ｃ
ｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層を
形成する第２の工程とを備えることを特徴とする窒化ガ
リウム系化合物半導体基板の製造方法。 - 【請求項６】前記第１の工程において、基板上に窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる下地層を介して第１の窒
化ガリウム系化合物半導体層を形成する請求項５に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。 - 【請求項７】前記第１、及び／又は第２の窒化ガリウム
系化合物半導体層は、窒化ガリウムからなる請求項５に
記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。 - 【請求項８】前記第２の工程後、Ｓｉドーピング濃度が
１×１０１９／ｃｍ３以上である第３の窒化ガリウム系
化合物半導体層を形成する第３の工程と、 第３の工程後、該第３の窒化ガリウム系化合物半導体層
上にＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下で
ある第４の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第
４の工程とを備えることを特徴とする請求項５に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。 - 【請求項９】前記Ｓｉドーピングの原料にはシラン系化
合物を用いる請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体基板の製造方法。 - 【請求項１０】前記シラン系化合物はＳｉＨ４、Ｓｉ２
Ｈ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、
ＳｉＣｌ４から成る群から選ばれる少なくとも１つであ
る請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板の
製造方法。 - 【請求項１１】前記気相成長法はハロゲン輸送法による
気相成長法である請求項５又は８に記載の窒化ガリウム
系化合物半導体基板の製造方法。 - 【請求項１２】前記基板は、サファイア、炭化珪素、ス
ピネル、又はシリコンであることを特徴とする請求項５
に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。 - 【請求項１３】基板上に気相成長法により窒化ガリウム
系化合物半導体層を成長させることにより形成される窒
化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法において、 基板上にハロゲン輸送法による気相成長法によりＳｉド
ーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である第１の
窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第１の工程
と、 第１の工程後、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層
上にＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下で
ある第２の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第
２の工程とを有することを特徴とする窒化ガリウム系化
合物半導体基板の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005104251A1 (en) * | 2004-04-27 | 2005-11-03 | Showa Denko K.K. | N-type group i i i nitride semiconductor layered structure |
| JP2006066900A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-03-09 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 窒化物系化合物半導体およびその製造方法 |
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| JP2008516877A (ja) * | 2004-10-16 | 2008-05-22 | アズッロ セミコンダクターズ アクチエンゲゼルシャフト | ＧａＮ結晶またはＡｌＧａＮ結晶の製造法 |
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