JP2003022973A - 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
窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法Info
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- JP2003022973A JP2003022973A JP2001206301A JP2001206301A JP2003022973A JP 2003022973 A JP2003022973 A JP 2003022973A JP 2001206301 A JP2001206301 A JP 2001206301A JP 2001206301 A JP2001206301 A JP 2001206301A JP 2003022973 A JP2003022973 A JP 2003022973A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】窒化物系半導体層の平坦性および結晶性を向上
させることが可能な窒化物系半導体の形成方法を提供す
る。 【解決手段】この窒化物系半導体の形成方法は、Ｓｉ基
板１の上面を加工することによって、Ｓｉ基板１の上面
に、Ｓｉからなる複数の円柱状部１ａを形成する工程
と、その複数の円柱状部１ａ上に、ｎ型ＧａＮ層５を成
長させる工程とを備えている。
させることが可能な窒化物系半導体の形成方法を提供す
る。 【解決手段】この窒化物系半導体の形成方法は、Ｓｉ基
板１の上面を加工することによって、Ｓｉ基板１の上面
に、Ｓｉからなる複数の円柱状部１ａを形成する工程
と、その複数の円柱状部１ａ上に、ｎ型ＧａＮ層５を成
長させる工程とを備えている。
Description
【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、基板上に形成された窒化物系半導体層を含む窒
化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法に関
する。
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、基板上に形成された窒化物系半導体層を含む窒
化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、発光ダイオード素子などの半導体
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、ＧａＮ系化合物半導体を利用した半導
体素子の開発が盛んに行われている。このようなＧａＮ
系半導体素子の製造の際には、ＧａＮからなる基板の製
造が困難であるため、サファイア、ＳｉＣまたはＳｉな
どからなる基板上に、ＧａＮ系半導体層を成長させてい
る。
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、ＧａＮ系化合物半導体を利用した半導
体素子の開発が盛んに行われている。このようなＧａＮ
系半導体素子の製造の際には、ＧａＮからなる基板の製
造が困難であるため、サファイア、ＳｉＣまたはＳｉな
どからなる基板上に、ＧａＮ系半導体層を成長させてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面を加工していないサファイア基板上に、ＧａＮ層を
厚く成長させる場合、サファイア基板とＧａＮとの熱膨
張係数の差に起因して、サファイア基板およびＧａＮ層
に歪みが生じる。この場合、ＧａＮ層に比べてサファイ
ア基板が大きく縮むため、サファイア基板およびＧａＮ
層に、互いに凸状になる反りが生じる。このため、サフ
ァイア基板およびＧａＮ層が割れたり、サファイア基板
とＧａＮ層とが分離するという問題点があった。
表面を加工していないサファイア基板上に、ＧａＮ層を
厚く成長させる場合、サファイア基板とＧａＮとの熱膨
張係数の差に起因して、サファイア基板およびＧａＮ層
に歪みが生じる。この場合、ＧａＮ層に比べてサファイ
ア基板が大きく縮むため、サファイア基板およびＧａＮ
層に、互いに凸状になる反りが生じる。このため、サフ
ァイア基板およびＧａＮ層が割れたり、サファイア基板
とＧａＮ層とが分離するという問題点があった。
【０００４】また、表面を加工していないＳｉ（１１
１）基板上またはＳｉＣ（０００１）基板などの基板上
に、ＧａＮ層を成長させる場合、基板とＧａＮとの熱膨
張係数の差に起因して、基板およびＧａＮ層に歪みが生
じる。そして、この場合には、基板に比べてＧａＮ層が
大きく縮むため、基板およびＧａＮ層に、互いに凹状に
なる反りが生じる。このため、約１μｍの薄い厚みでＧ
ａＮ層を成長させたとしても、ＧａＮ層に多数のクラッ
クが発生するという問題点があった。また、このような
多数のクラックを有するＧａＮ層を半導体素子に利用す
ることは困難であった。
１）基板上またはＳｉＣ（０００１）基板などの基板上
に、ＧａＮ層を成長させる場合、基板とＧａＮとの熱膨
張係数の差に起因して、基板およびＧａＮ層に歪みが生
じる。そして、この場合には、基板に比べてＧａＮ層が
大きく縮むため、基板およびＧａＮ層に、互いに凹状に
なる反りが生じる。このため、約１μｍの薄い厚みでＧ
ａＮ層を成長させたとしても、ＧａＮ層に多数のクラッ
クが発生するという問題点があった。また、このような
多数のクラックを有するＧａＮ層を半導体素子に利用す
ることは困難であった。
【０００５】そこで、上記のような基板とＧａＮ層との
熱膨張係数の差に起因して発生する基板およびＧａＮ層
の歪みを低減する方法として、従来、表面をストライプ
形状（細長状）に加工した基板を用いる方法が提案され
ている。
熱膨張係数の差に起因して発生する基板およびＧａＮ層
の歪みを低減する方法として、従来、表面をストライプ
形状（細長状）に加工した基板を用いる方法が提案され
ている。
【０００６】図３３は、上記提案された従来の表面がス
トライプ状に加工された基板を示した斜視図である。図
３３に示すように、従来の基板１０１の表面は、ストラ
イプ状（細長状）の凹凸形状に加工されている。このよ
うに表面がストライプ状の凹凸形状に加工された基板１
０１上に、ＧａＮ層（図示せず）を成長させる場合、ス
トライプ形状と垂直な方向（図３３のＡの方向）では、
基板１０１とＧａＮ層との間に、ストライプ形状の凹部
による空間が存在する。この空間によって、ＧａＮ層を
成長させる際に、ストライプ形状の凸部が撓むことが可
能になるので、基板１０１のストライプ形状と垂直な方
向（図３３のＡの方向）では、基板１０１とＧａＮ層と
の熱膨張係数の差に起因する歪みを緩和することができ
る。
トライプ状に加工された基板を示した斜視図である。図
３３に示すように、従来の基板１０１の表面は、ストラ
イプ状（細長状）の凹凸形状に加工されている。このよ
うに表面がストライプ状の凹凸形状に加工された基板１
０１上に、ＧａＮ層（図示せず）を成長させる場合、ス
トライプ形状と垂直な方向（図３３のＡの方向）では、
基板１０１とＧａＮ層との間に、ストライプ形状の凹部
による空間が存在する。この空間によって、ＧａＮ層を
成長させる際に、ストライプ形状の凸部が撓むことが可
能になるので、基板１０１のストライプ形状と垂直な方
向（図３３のＡの方向）では、基板１０１とＧａＮ層と
の熱膨張係数の差に起因する歪みを緩和することができ
る。
【０００７】しかしながら、この従来の表面がストライ
プ形状に加工された基板１０１では、ストライプ形状と
平行な方向（図３３のＢの方向）には、ストライプ形状
の凸部が延びるように連続的に形成されているので、空
間が存在しない。このため、従来では、基板１０１と平
行な方向（図３３のＢの方向）において、基板１０１と
ＧａＮ層との熱膨張係数の差に起因する歪みを緩和する
ことは困難であった。
プ形状に加工された基板１０１では、ストライプ形状と
平行な方向（図３３のＢの方向）には、ストライプ形状
の凸部が延びるように連続的に形成されているので、空
間が存在しない。このため、従来では、基板１０１と平
行な方向（図３３のＢの方向）において、基板１０１と
ＧａＮ層との熱膨張係数の差に起因する歪みを緩和する
ことは困難であった。
【０００８】また、基板とＧａＮ層との熱膨張係数の差
に起因して発生する、基板およびＧａＮ層の歪みを低減
する他の方法として、たとえば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４０（２００１）ｐｐ．Ｌ１９
２−Ｌ１９４，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．３Ａ，１ Ｍａｒｃ
ｈ ２００１には、サファイア基板表面に成長された柱
状のＧａＮ（この文献ではナノコラムＧａＮと呼ばれて
いる）上にＧａＮ層を形成する方法が提案されている。
に起因して発生する、基板およびＧａＮ層の歪みを低減
する他の方法として、たとえば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４０（２００１）ｐｐ．Ｌ１９
２−Ｌ１９４，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．３Ａ，１ Ｍａｒｃ
ｈ ２００１には、サファイア基板表面に成長された柱
状のＧａＮ（この文献ではナノコラムＧａＮと呼ばれて
いる）上にＧａＮ層を形成する方法が提案されている。
【０００９】図３４は、上記文献に開示された従来の窒
化物系半導体の形成方法を説明するための斜視図であ
る。図３４を参照して、サファイア基板２０１の表面上
には、自然核発生により結晶成長された六角柱状のナノ
コラムＧａＮ２０２が形成されている。このナノコラム
ＧａＮ２０２は、１００ｎｍ以下の直径を有するととも
に、ナノコラムＧａＮ２０２間の間隔は、５０ｎｍ以下
である。また、ナノコラムＧａＮ２０２は、自然核発生
により成長されるため、サファイア基板２０１の表面上
に不規則に配列されるとともに、全てのナノコラムＧａ
Ｎ２０２の形状が一致することはないので、ナノコラム
ＧａＮ２０２の直径、高さおよび間隔は、それぞれ異な
る。
化物系半導体の形成方法を説明するための斜視図であ
る。図３４を参照して、サファイア基板２０１の表面上
には、自然核発生により結晶成長された六角柱状のナノ
コラムＧａＮ２０２が形成されている。このナノコラム
ＧａＮ２０２は、１００ｎｍ以下の直径を有するととも
に、ナノコラムＧａＮ２０２間の間隔は、５０ｎｍ以下
である。また、ナノコラムＧａＮ２０２は、自然核発生
により成長されるため、サファイア基板２０１の表面上
に不規則に配列されるとともに、全てのナノコラムＧａ
Ｎ２０２の形状が一致することはないので、ナノコラム
ＧａＮ２０２の直径、高さおよび間隔は、それぞれ異な
る。
【００１０】このナノコラムＧａＮ２０２上にＧａＮ層
を形成する場合、六角柱状のナノコラムＧａＮ２０２の
周囲には空間が存在するので、ナノコラムＧａＮ２０２
を周囲の全ての方向に撓ませることができる。これによ
り、サファイア基板２０１の表面と平行な方向の全体に
渡ってサファイア基板２０１とＧａＮ層との熱膨張係数
の差に起因する歪みを緩和することが可能である。
を形成する場合、六角柱状のナノコラムＧａＮ２０２の
周囲には空間が存在するので、ナノコラムＧａＮ２０２
を周囲の全ての方向に撓ませることができる。これによ
り、サファイア基板２０１の表面と平行な方向の全体に
渡ってサファイア基板２０１とＧａＮ層との熱膨張係数
の差に起因する歪みを緩和することが可能である。
【００１１】しかしながら、従来のナノコラムＧａＮ２
０２上にＧａＮ層を形成する場合、不規則に配列され
た、直径および高さの異なるナノコラムＧａＮ２０２上
にＧａＮ層を形成するため、ＧａＮ層にボイド（穴）が
発生するという不都合があった。このため、ＧａＮ層
（窒化物系半導体層）の上面の平坦性を向上させるのが
困難であるという問題点があった。
０２上にＧａＮ層を形成する場合、不規則に配列され
た、直径および高さの異なるナノコラムＧａＮ２０２上
にＧａＮ層を形成するため、ＧａＮ層にボイド（穴）が
発生するという不都合があった。このため、ＧａＮ層
（窒化物系半導体層）の上面の平坦性を向上させるのが
困難であるという問題点があった。
【００１２】また、従来のナノコラムＧａＮ２０２は、
自然核発生により形成されるため、その配向性（原子配
列）は、不規則である。このため、その不規則な配向性
を有するナノコラムＧａＮ２０２上にＧａＮ層を形成す
ると、ＧａＮ層の配向性が不規則になるので、ＧａＮ層
（窒化物系半導体層）の結晶性が低下するという問題点
があった。
自然核発生により形成されるため、その配向性（原子配
列）は、不規則である。このため、その不規則な配向性
を有するナノコラムＧａＮ２０２上にＧａＮ層を形成す
ると、ＧａＮ層の配向性が不規則になるので、ＧａＮ層
（窒化物系半導体層）の結晶性が低下するという問題点
があった。
【００１３】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、
窒化物系半導体層の平坦性および結晶性を向上させるこ
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。
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
窒化物系半導体層の平坦性および結晶性を向上させるこ
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。
【００１４】この発明のもう１つの目的は、平坦性およ
び結晶性が向上された窒化物系半導体層を含む良好な素
子特性を有する窒化物系半導体素子を提供することであ
る。
び結晶性が向上された窒化物系半導体層を含む良好な素
子特性を有する窒化物系半導体素子を提供することであ
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の一の局面による窒化物系半導体の形成方
法は、基板の上面を加工することによって、基板の上面
に、複数の島状部を形成する工程と、複数の島状部上
に、窒化物系半導体層を成長させる工程とを備えてい
る。
に、この発明の一の局面による窒化物系半導体の形成方
法は、基板の上面を加工することによって、基板の上面
に、複数の島状部を形成する工程と、複数の島状部上
に、窒化物系半導体層を成長させる工程とを備えてい
る。
【００１６】この一の局面による窒化物系半導体の形成
方法では、基板の上面を加工することにより基板の上面
に複数の島状部を形成することによって、基板の上面に
島状部を結晶成長により形成する場合と異なり、平坦で
かつ配列に規則性を持たせた島状部を容易に形成するこ
とができる。これにより、そのような平坦でかつ配列に
規則性を持たせた複数の島状部上に、窒化物系半導体層
を成長させることによって、窒化物系半導体層にボイド
（穴）が発生するのが抑制されるので、窒化物系半導体
層の上面の平坦性を向上させることができる。また、島
状部は、良好な配向性（原子配列）を有する基板の上面
を加工することにより形成されるので、島状部も良好な
配向性（原子配列）を有することになる。これにより、
その良好な配向性（原子配列）を有する島状部上に、窒
化物系半導体層を成長させることによって、良好な配向
性（原子配列）を有する窒化物系半導体層を形成するこ
とができる。
方法では、基板の上面を加工することにより基板の上面
に複数の島状部を形成することによって、基板の上面に
島状部を結晶成長により形成する場合と異なり、平坦で
かつ配列に規則性を持たせた島状部を容易に形成するこ
とができる。これにより、そのような平坦でかつ配列に
規則性を持たせた複数の島状部上に、窒化物系半導体層
を成長させることによって、窒化物系半導体層にボイド
（穴）が発生するのが抑制されるので、窒化物系半導体
層の上面の平坦性を向上させることができる。また、島
状部は、良好な配向性（原子配列）を有する基板の上面
を加工することにより形成されるので、島状部も良好な
配向性（原子配列）を有することになる。これにより、
その良好な配向性（原子配列）を有する島状部上に、窒
化物系半導体層を成長させることによって、良好な配向
性（原子配列）を有する窒化物系半導体層を形成するこ
とができる。
【００１７】また、複数の島状部上に、窒化物系半導体
層を成長させることによって、島状部の周囲の空間によ
って、基板表面と平行な方向の全体に渡って基板と窒化
物系半導体層との熱膨張差に起因する歪みを緩和するこ
とができる。これにより、基板上に直接窒化物系半導体
層を形成する場合にも、基板および窒化物系半導体層の
反りや窒化物系半導体層のクラックを防止することがで
きる。その結果、基板上に直接窒化物系半導体層を形成
する場合にも、窒化物系半導体層の結晶性をより向上さ
せることができる。
層を成長させることによって、島状部の周囲の空間によ
って、基板表面と平行な方向の全体に渡って基板と窒化
物系半導体層との熱膨張差に起因する歪みを緩和するこ
とができる。これにより、基板上に直接窒化物系半導体
層を形成する場合にも、基板および窒化物系半導体層の
反りや窒化物系半導体層のクラックを防止することがで
きる。その結果、基板上に直接窒化物系半導体層を形成
する場合にも、窒化物系半導体層の結晶性をより向上さ
せることができる。
【００１８】上記一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、複数の島状部を形成する工
程は、基板の上面をエッチングすることによって、基板
の上面に、複数の島状部を形成する工程を含む。このよ
うに構成すれば、容易に、基板の上面に、平坦で、か
つ、配列に規則性を持たせた複数の島状部を形成するこ
とができる。
方法において、好ましくは、複数の島状部を形成する工
程は、基板の上面をエッチングすることによって、基板
の上面に、複数の島状部を形成する工程を含む。このよ
うに構成すれば、容易に、基板の上面に、平坦で、か
つ、配列に規則性を持たせた複数の島状部を形成するこ
とができる。
【００１９】上記の窒化物系半導体の形成方法におい
て、好ましくは、島状部は、円柱状、三角柱状、四角柱
状および六角柱状のいずれかの柱状部を含む。この場
合、柱状部は円柱状であるのが好ましい。このように円
柱状にすれば、多角形状に形成する場合のように回転方
向のずれを考慮する必要がない。これにより、柱状部の
形成時の精度余裕を広げることができる。その結果、製
造プロセスの精度余裕を広げることができるので、比較
的容易に円柱状の柱状部を形成することができる。
て、好ましくは、島状部は、円柱状、三角柱状、四角柱
状および六角柱状のいずれかの柱状部を含む。この場
合、柱状部は円柱状であるのが好ましい。このように円
柱状にすれば、多角形状に形成する場合のように回転方
向のずれを考慮する必要がない。これにより、柱状部の
形成時の精度余裕を広げることができる。その結果、製
造プロセスの精度余裕を広げることができるので、比較
的容易に円柱状の柱状部を形成することができる。
【００２０】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
おいて、好ましくは、複数の島状部を形成する工程は、
複数の島状部の上面の面積が実質的に等しくなるよう
に、複数の島状部を形成する工程を含む。このように構
成すれば、その複数の島状部上に窒化物系半導体層を成
長させる際に、より均一に窒化物系半導体層を成長させ
ることができる。これにより、平坦性および結晶性が向
上された窒化物系半導体層を容易に形成することができ
る。
おいて、好ましくは、複数の島状部を形成する工程は、
複数の島状部の上面の面積が実質的に等しくなるよう
に、複数の島状部を形成する工程を含む。このように構
成すれば、その複数の島状部上に窒化物系半導体層を成
長させる際に、より均一に窒化物系半導体層を成長させ
ることができる。これにより、平坦性および結晶性が向
上された窒化物系半導体層を容易に形成することができ
る。
【００２１】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
おいて、好ましくは、複数の島状部を形成する工程は、
複数の島状部の高さが幅よりも大きくなるように、複数
の島状部を形成する工程を含む。このように構成すれ
ば、島状部が細長形状になるので、島状部が変形しやす
くなる。これにより、島状部が歪みを緩和する能力を向
上させることができる。
おいて、好ましくは、複数の島状部を形成する工程は、
複数の島状部の高さが幅よりも大きくなるように、複数
の島状部を形成する工程を含む。このように構成すれ
ば、島状部が細長形状になるので、島状部が変形しやす
くなる。これにより、島状部が歪みを緩和する能力を向
上させることができる。
【００２２】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
おいて、好ましくは、複数の島状部を形成する工程は、
配列に規則性を持つように、複数の島状部を形成する工
程を含む。この場合、好ましくは、複数の島状部を形成
する工程は、正六角形配列、正四角形配列および正三角
形配列のいずれかを有するように、複数の島状部を形成
する工程を含む。このように構成すれば、容易に均一な
密度で複数の島状部を形成することができるので、その
複数の島状部の周囲の空間により、基板と平行な方向の
全体に渡って、均一に基板と窒化物系半導体層との熱膨
張差に起因する歪みを緩和することができる。その結
果、より平坦で、かつ、結晶性の良好な窒化物系半導体
層を形成することができる。
おいて、好ましくは、複数の島状部を形成する工程は、
配列に規則性を持つように、複数の島状部を形成する工
程を含む。この場合、好ましくは、複数の島状部を形成
する工程は、正六角形配列、正四角形配列および正三角
形配列のいずれかを有するように、複数の島状部を形成
する工程を含む。このように構成すれば、容易に均一な
密度で複数の島状部を形成することができるので、その
複数の島状部の周囲の空間により、基板と平行な方向の
全体に渡って、均一に基板と窒化物系半導体層との熱膨
張差に起因する歪みを緩和することができる。その結
果、より平坦で、かつ、結晶性の良好な窒化物系半導体
層を形成することができる。
【００２３】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
おいて、好ましくは、窒化物系半導体層上に、素子領域
を有する窒化物系半導体素子層を成長させる工程をさら
に備える。このように構成すれば、平坦性および結晶性
が向上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ることができるので、良
好な素子特性を有する窒化物系半導体素子層を容易に形
成することができる。その結果、良好な素子特性を有す
る窒化物系半導体素子を形成することができる。
おいて、好ましくは、窒化物系半導体層上に、素子領域
を有する窒化物系半導体素子層を成長させる工程をさら
に備える。このように構成すれば、平坦性および結晶性
が向上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ることができるので、良
好な素子特性を有する窒化物系半導体素子層を容易に形
成することができる。その結果、良好な素子特性を有す
る窒化物系半導体素子を形成することができる。
【００２４】この発明の他の局面による窒化物系半導体
素子は、基板の上面に形成され、基板と同じ材料からな
る複数の島状部と、複数の島状部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。
素子は、基板の上面に形成され、基板と同じ材料からな
る複数の島状部と、複数の島状部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。
【００２５】この他の局面による窒化物系半導体素子で
は、上記のように、基板の上面に、基板と同じ材料から
なる複数の島状部を形成することによって、基板の上面
に島状部を結晶成長により形成する場合と異なり、平坦
でかつ配列に規則性を持たせた島状部を容易に形成する
ことができる。これにより、そのような平坦でかつ配列
に規則性を持たせた複数の島状部上に、窒化物系半導体
層を成長させることによって、窒化物系半導体層にボイ
ド（穴）が発生するのが抑制されるので、窒化物系半導
体層の上面の平坦性を向上させることができる。また、
島状部は、良好な配向性（原子配列）を有する基板の上
面を加工することにより形成されるので、島状部も良好
な配向性（原子配列）を有することになる。これによ
り、その良好な配向性（原子配列）を有する島状部上
に、窒化物系半導体層を成長させることによって、良好
な配向性（原子配列）を有する窒化物系半導体層を形成
することができる。
は、上記のように、基板の上面に、基板と同じ材料から
なる複数の島状部を形成することによって、基板の上面
に島状部を結晶成長により形成する場合と異なり、平坦
でかつ配列に規則性を持たせた島状部を容易に形成する
ことができる。これにより、そのような平坦でかつ配列
に規則性を持たせた複数の島状部上に、窒化物系半導体
層を成長させることによって、窒化物系半導体層にボイ
ド（穴）が発生するのが抑制されるので、窒化物系半導
体層の上面の平坦性を向上させることができる。また、
島状部は、良好な配向性（原子配列）を有する基板の上
面を加工することにより形成されるので、島状部も良好
な配向性（原子配列）を有することになる。これによ
り、その良好な配向性（原子配列）を有する島状部上
に、窒化物系半導体層を成長させることによって、良好
な配向性（原子配列）を有する窒化物系半導体層を形成
することができる。
【００２６】また、複数の島状部上に、窒化物系半導体
層を成長させることによって、島状部の周囲の空間によ
って、基板表面と平行な方向の全体に渡って基板と窒化
物系半導体層との熱膨張差に起因する歪みを緩和するこ
とができる。これにより、基板上に直接窒化物系半導体
層を形成する場合にも、基板および窒化物系半導体層の
反りや窒化物系半導体層のクラックを防止することがで
きる。その結果、基板上に直接窒化物系半導体層を形成
する場合にも、窒化物系半導体層の結晶性をより向上さ
せることができる。
層を成長させることによって、島状部の周囲の空間によ
って、基板表面と平行な方向の全体に渡って基板と窒化
物系半導体層との熱膨張差に起因する歪みを緩和するこ
とができる。これにより、基板上に直接窒化物系半導体
層を形成する場合にも、基板および窒化物系半導体層の
反りや窒化物系半導体層のクラックを防止することがで
きる。その結果、基板上に直接窒化物系半導体層を形成
する場合にも、窒化物系半導体層の結晶性をより向上さ
せることができる。
【００２７】上記他の局面による窒化物系半導体素子に
おいて、好ましくは、島状部は、円柱状、三角柱状、四
角柱状および六角柱状のいずれかの柱状部を含む。この
場合、柱状部は円柱状であるのが好ましい。このように
円柱状にすれば、多角形状に形成する場合のように回転
方向のずれを考慮する必要がない。これにより、柱状部
の形成時の精度余裕を広げることができる。その結果、
製造プロセスの精度余裕を広げることができるので、比
較的容易に円柱状の柱状部を形成することができる。
おいて、好ましくは、島状部は、円柱状、三角柱状、四
角柱状および六角柱状のいずれかの柱状部を含む。この
場合、柱状部は円柱状であるのが好ましい。このように
円柱状にすれば、多角形状に形成する場合のように回転
方向のずれを考慮する必要がない。これにより、柱状部
の形成時の精度余裕を広げることができる。その結果、
製造プロセスの精度余裕を広げることができるので、比
較的容易に円柱状の柱状部を形成することができる。
【００２８】また、上記他の局面による窒化物系半導体
素子において、好ましくは、複数の島状部の上面の面積
は、実質的に等しい。このように構成すれば、その複数
の島状部上に窒化物系半導体層を成長させる際に、より
均一に窒化物系半導体層を成長させることができる。こ
れにより、平坦性および結晶性が向上された窒化物系半
導体層を容易に形成することができる。
素子において、好ましくは、複数の島状部の上面の面積
は、実質的に等しい。このように構成すれば、その複数
の島状部上に窒化物系半導体層を成長させる際に、より
均一に窒化物系半導体層を成長させることができる。こ
れにより、平坦性および結晶性が向上された窒化物系半
導体層を容易に形成することができる。
【００２９】また、上記他の局面による窒化物系半導体
素子において、好ましくは、複数の島状部の高さは、幅
よりも大きくなるように形成されている。このように構
成すれば、島状部が細長形状になるので、島状部が変形
しやすくなる。これにより、島状部が歪みを緩和する能
力を向上させることができる。
素子において、好ましくは、複数の島状部の高さは、幅
よりも大きくなるように形成されている。このように構
成すれば、島状部が細長形状になるので、島状部が変形
しやすくなる。これにより、島状部が歪みを緩和する能
力を向上させることができる。
【００３０】また、上記他の局面による窒化物系半導体
素子において、好ましくは、複数の島状部は、配列に規
則性を有する。この場合、好ましくは、複数の島状部
は、正六角形配列、正四角形配列および正三角形配列の
いずれかを有するように形成されている。このように構
成すれば、容易に均一な密度で複数の島状部を形成する
ことができるので、その複数の島状部の周囲の空間によ
り、基板と平行な方向の全体に渡って、均一に基板と窒
化物系半導体層との熱膨張差に起因する歪みを緩和する
ことができる。その結果、より平坦で、かつ、結晶性の
良好な窒化物系半導体層を形成することができる。
素子において、好ましくは、複数の島状部は、配列に規
則性を有する。この場合、好ましくは、複数の島状部
は、正六角形配列、正四角形配列および正三角形配列の
いずれかを有するように形成されている。このように構
成すれば、容易に均一な密度で複数の島状部を形成する
ことができるので、その複数の島状部の周囲の空間によ
り、基板と平行な方向の全体に渡って、均一に基板と窒
化物系半導体層との熱膨張差に起因する歪みを緩和する
ことができる。その結果、より平坦で、かつ、結晶性の
良好な窒化物系半導体層を形成することができる。
【００３１】また、上記他の局面による窒化物系半導体
素子において、好ましくは、基板は、Ｓｉ基板およびＳ
ｉＣ基板のうちのいずれかを含む。このように構成すれ
ば、Ｓｉ基板およびＳｉＣ基板は、窒化物系半導体層に
比べてより弾性のある（塑性の低い、または、折れにく
い）材料であるので、それらの基板と同じ材料からなる
島状部によって、基板と窒化物系半導体層との熱膨張差
に起因する歪みをより緩和することができる。
素子において、好ましくは、基板は、Ｓｉ基板およびＳ
ｉＣ基板のうちのいずれかを含む。このように構成すれ
ば、Ｓｉ基板およびＳｉＣ基板は、窒化物系半導体層に
比べてより弾性のある（塑性の低い、または、折れにく
い）材料であるので、それらの基板と同じ材料からなる
島状部によって、基板と窒化物系半導体層との熱膨張差
に起因する歪みをより緩和することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。
態を図面に基づいて説明する。
【００３３】（第１実施形態）図１〜図４、図６、図７
および図９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５
は、図４に示した工程における上面図であり、図８は、
図７に示した工程における斜視図である。図１〜図９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。
および図９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５
は、図４に示した工程における上面図であり、図８は、
図７に示した工程における斜視図である。図１〜図９を
参照して、第１実施形態による窒化物系半導体の形成方
法について説明する。
【００３４】まず、図１に示すように、ｎ型Ｓｉ（１１
１）面基板１（以下、「Ｓｉ基板１」という）上に、Ｓ
ｉＮからなるマスク層２を形成する。そして、図２に示
すように、マスク層２の上面上の所定領域に、ほぼ同じ
直径を有する複数の円柱状のレジスト３を正六角形配列
を有するように形成する。なお、Ｓｉ基板１は、本発明
の「基板」の一例である。
１）面基板１（以下、「Ｓｉ基板１」という）上に、Ｓ
ｉＮからなるマスク層２を形成する。そして、図２に示
すように、マスク層２の上面上の所定領域に、ほぼ同じ
直径を有する複数の円柱状のレジスト３を正六角形配列
を有するように形成する。なお、Ｓｉ基板１は、本発明
の「基板」の一例である。
【００３５】次に、図３に示すように、レジスト３をマ
スクとして、マスク層２をエッチングした後、レジスト
３を除去する。これにより、図４および図５に示される
ような、Ｓｉ基板１上に、ほぼ同じ直径を有する複数の
円柱状のマスク層２が、正六角形配列を有するように形
成される。ここで、正六角形配列とは、円柱状のマスク
層２の中心と、図５の点線で示した最密に配列された正
六角形の中心とが重なるように配列された配列のことを
いう。また、正六角形配列は、ある１つのマスク層２の
中心と、そのマスク層２の左斜め下のマスク層２および
右斜め下のマスク層２の中心とが正三角形の頂点に配列
されているため、正三角形配列ともいう。
スクとして、マスク層２をエッチングした後、レジスト
３を除去する。これにより、図４および図５に示される
ような、Ｓｉ基板１上に、ほぼ同じ直径を有する複数の
円柱状のマスク層２が、正六角形配列を有するように形
成される。ここで、正六角形配列とは、円柱状のマスク
層２の中心と、図５の点線で示した最密に配列された正
六角形の中心とが重なるように配列された配列のことを
いう。また、正六角形配列は、ある１つのマスク層２の
中心と、そのマスク層２の左斜め下のマスク層２および
右斜め下のマスク層２の中心とが正三角形の頂点に配列
されているため、正三角形配列ともいう。
【００３６】次に、図６に示すように、このマスク層２
をマスクとして、プラズマエッチング装置内において、
Ｓｉ基板１の上面を約１．０μｍの深さ分だけ異方性エ
ッチングする。このＳｉ基板１の異方性エッチングは、
使用ガス：ＣＦ4，Ｎ2，Ｏ2、および、エッチング圧
力：約７Ｐａの条件で行った。この後、Ｓｉ基板１上の
マスク層２を除去する。これにより、図７および図８に
示すように、Ｓｉ基板１の上面に、Ｓｉからなる複数の
円柱状部１ａが正六角形配列を有するように形成され
る。これらの複数の円柱状部１ａは、それぞれ、約０．
５μｍの幅と約１．０μｍの高さとを有するように形成
する。また、各円柱状部１ａ間の間隔が約０．５μｍに
なるように形成する。すなわち、この第１実施形態で
は、複数の円柱状部１ａは、同じ幅および同じ高さを有
するとともに、規則性を有するように配列されている。
また、第１実施形態では、複数の円柱上部１ａの高さ
（約１．０μｍ）が幅（約０．５μｍ）よりも大きくな
るように形成されている。なお、円柱状部１ａは、本発
明の「島状部」の一例である。
をマスクとして、プラズマエッチング装置内において、
Ｓｉ基板１の上面を約１．０μｍの深さ分だけ異方性エ
ッチングする。このＳｉ基板１の異方性エッチングは、
使用ガス：ＣＦ4，Ｎ2，Ｏ2、および、エッチング圧
力：約７Ｐａの条件で行った。この後、Ｓｉ基板１上の
マスク層２を除去する。これにより、図７および図８に
示すように、Ｓｉ基板１の上面に、Ｓｉからなる複数の
円柱状部１ａが正六角形配列を有するように形成され
る。これらの複数の円柱状部１ａは、それぞれ、約０．
５μｍの幅と約１．０μｍの高さとを有するように形成
する。また、各円柱状部１ａ間の間隔が約０．５μｍに
なるように形成する。すなわち、この第１実施形態で
は、複数の円柱状部１ａは、同じ幅および同じ高さを有
するとともに、規則性を有するように配列されている。
また、第１実施形態では、複数の円柱上部１ａの高さ
（約１．０μｍ）が幅（約０．５μｍ）よりも大きくな
るように形成されている。なお、円柱状部１ａは、本発
明の「島状部」の一例である。
【００３７】次に、Ｓｉ基板１および円柱状部１ａの表
面を、フッ酸などの薬品を用いて清浄化した後、ＭＯＣ
ＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属気相成
長法）を用いて、Ｓｉ基板１を約１２００℃に加熱した
状態で、Ｈ2雰囲気で約１０分間処理することによっ
て、Ｓｉ基板１および円柱状部１ａの表面の自然酸化膜
を除去する。次に、Ｓｉ基板１を約１１５０℃に保持し
た状態で、Ｈ2雰囲気でＮＨ3（アンモニア）、ＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリ
ウム）およびＳｉＨ4（モノシラン）を投入する。これ
により、Ｓｉ基板１の上面の円柱状部１ａが形成されて
いない領域上および円柱状部１ａの上面上に、図９に示
されるような、約３００ｎｍの膜厚を有するｎ型高温Ａ
ｌＧａＮバッファ層４が成長される。
面を、フッ酸などの薬品を用いて清浄化した後、ＭＯＣ
ＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属気相成
長法）を用いて、Ｓｉ基板１を約１２００℃に加熱した
状態で、Ｈ2雰囲気で約１０分間処理することによっ
て、Ｓｉ基板１および円柱状部１ａの表面の自然酸化膜
を除去する。次に、Ｓｉ基板１を約１１５０℃に保持し
た状態で、Ｈ2雰囲気でＮＨ3（アンモニア）、ＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリ
ウム）およびＳｉＨ4（モノシラン）を投入する。これ
により、Ｓｉ基板１の上面の円柱状部１ａが形成されて
いない領域上および円柱状部１ａの上面上に、図９に示
されるような、約３００ｎｍの膜厚を有するｎ型高温Ａ
ｌＧａＮバッファ層４が成長される。
【００３８】この後、Ｓｉ基板１の温度を約１０８０℃
に保持した状態で、Ｈ2雰囲気でＮＨ3（アンモニア）、
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＳｉＨ4（モノシ
ラン）を投入する。これにより、Ｓｉ基板１上の円柱状
部１ａ上に、ｎ型高温ＡｌＧａＮバッファ層４を介し
て、平坦な上面を有するｎ型ＧａＮ層５が形成される。
また、ｎ型ＧａＮ層５とＳｉ基板１の凹部との間には、
空間部１６が形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ層５
は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
に保持した状態で、Ｈ2雰囲気でＮＨ3（アンモニア）、
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＳｉＨ4（モノシ
ラン）を投入する。これにより、Ｓｉ基板１上の円柱状
部１ａ上に、ｎ型高温ＡｌＧａＮバッファ層４を介し
て、平坦な上面を有するｎ型ＧａＮ層５が形成される。
また、ｎ型ＧａＮ層５とＳｉ基板１の凹部との間には、
空間部１６が形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ層５
は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００３９】第１実施形態では、上記のように、Ｓｉ基
板１の上面をエッチング加工することによりＳｉ基板１
の上面に、正六角形配列を有する複数の円柱状部１ａを
形成することによって、Ｓｉ基板１の上面に柱状部を結
晶成長により形成する場合と異なり、平坦でかつ配列に
規則性を持たせた円柱状部１ａを容易に形成することが
できる。これにより、そのような平坦でかつ配列に規則
性を持たせた複数の円柱状部１ａ上に、ｎ型ＧａＮ層５
を成長させることによって、ｎ型ＧａＮ層５にボイド
（穴）が発生するのが抑制されるので、ｎ型ＧａＮ層５
の上面の平坦性を向上させることができる。
板１の上面をエッチング加工することによりＳｉ基板１
の上面に、正六角形配列を有する複数の円柱状部１ａを
形成することによって、Ｓｉ基板１の上面に柱状部を結
晶成長により形成する場合と異なり、平坦でかつ配列に
規則性を持たせた円柱状部１ａを容易に形成することが
できる。これにより、そのような平坦でかつ配列に規則
性を持たせた複数の円柱状部１ａ上に、ｎ型ＧａＮ層５
を成長させることによって、ｎ型ＧａＮ層５にボイド
（穴）が発生するのが抑制されるので、ｎ型ＧａＮ層５
の上面の平坦性を向上させることができる。
【００４０】また、第１実施形態では、上記のように、
円柱状部１ａは、良好な配向性（原子配列）を有するＳ
ｉ基板１の上面を加工することにより形成されるので、
円柱状部１ａも良好な配向性（原子配列）を有すること
になる。これにより、その良好な配向性（原子配列）を
有する円柱状部１ａ上に、ｎ型ＧａＮ層５を成長させる
ことによって、良好な配向性（原子配列）を有するｎ型
ＧａＮ層５を形成することができる。
円柱状部１ａは、良好な配向性（原子配列）を有するＳ
ｉ基板１の上面を加工することにより形成されるので、
円柱状部１ａも良好な配向性（原子配列）を有すること
になる。これにより、その良好な配向性（原子配列）を
有する円柱状部１ａ上に、ｎ型ＧａＮ層５を成長させる
ことによって、良好な配向性（原子配列）を有するｎ型
ＧａＮ層５を形成することができる。
【００４１】また、第１実施形態では、上記のように、
複数の円柱状部１ａ上に、ｎ型ＧａＮ層５を成長させる
ことによって、円柱状部１ａの周囲の空間部１６によっ
て、円柱状部１ａは周囲の全ての方向に変形可能とな
る。それによって、Ｓｉ基板１と平行な方向の全体に渡
ってＳｉ基板１とｎ型ＧａＮ層５との熱膨張差に起因す
る歪みを緩和することができる。これにより、Ｓｉ基板
１上に直接ｎ型ＧａＮ層５を形成する場合にも、Ｓｉ基
板１およびｎ型ＧａＮ層５の反りやクラックを防止する
ことができる。その結果、Ｓｉ基板１上に直接ｎ型Ｇａ
Ｎ層５を形成する場合にも、ｎ型ＧａＮ層５の結晶性を
より向上させることができる。
複数の円柱状部１ａ上に、ｎ型ＧａＮ層５を成長させる
ことによって、円柱状部１ａの周囲の空間部１６によっ
て、円柱状部１ａは周囲の全ての方向に変形可能とな
る。それによって、Ｓｉ基板１と平行な方向の全体に渡
ってＳｉ基板１とｎ型ＧａＮ層５との熱膨張差に起因す
る歪みを緩和することができる。これにより、Ｓｉ基板
１上に直接ｎ型ＧａＮ層５を形成する場合にも、Ｓｉ基
板１およびｎ型ＧａＮ層５の反りやクラックを防止する
ことができる。その結果、Ｓｉ基板１上に直接ｎ型Ｇａ
Ｎ層５を形成する場合にも、ｎ型ＧａＮ層５の結晶性を
より向上させることができる。
【００４２】また、第１実施形態では、Ｓｉ基板１が、
ｎ型ＧａＮ層５に比べてより弾性のある（塑性の低い、
または、折れにくい）材料であるので、Ｓｉ基板１と同
じ材料からなる円柱状部１ａによって、Ｓｉ基板１とｎ
型ＧａＮ層５との熱膨張差に起因する歪みをより緩和す
ることができる。
ｎ型ＧａＮ層５に比べてより弾性のある（塑性の低い、
または、折れにくい）材料であるので、Ｓｉ基板１と同
じ材料からなる円柱状部１ａによって、Ｓｉ基板１とｎ
型ＧａＮ層５との熱膨張差に起因する歪みをより緩和す
ることができる。
【００４３】また、第１実施形態では、上記のように、
Ｓｉ基板１の上面を、複数の円柱状部１ａが規則的に配
列されるように加工することによって、複数の多角形状
の柱状部を形成する場合のように回転方向のずれを考慮
する必要がない。これにより、円柱状部１ａの形成時の
精度余裕を広げることができる。その結果、製造プロセ
スの精度余裕を広げることができるので、比較的容易に
円柱状の柱状部を形成することができる。
Ｓｉ基板１の上面を、複数の円柱状部１ａが規則的に配
列されるように加工することによって、複数の多角形状
の柱状部を形成する場合のように回転方向のずれを考慮
する必要がない。これにより、円柱状部１ａの形成時の
精度余裕を広げることができる。その結果、製造プロセ
スの精度余裕を広げることができるので、比較的容易に
円柱状の柱状部を形成することができる。
【００４４】また、第１実施形態では、上記のように、
複数の円柱上部１ａの高さ（約１．０μｍ）が幅（約
０．５μｍ）よりも大きくなるように形成することによ
って、円柱状部１ａが細長形状になるので、円柱状部１
ａが変形しやすくなる。これにより、円柱状部１ａが歪
みを緩和する能力を向上させることができる。
複数の円柱上部１ａの高さ（約１．０μｍ）が幅（約
０．５μｍ）よりも大きくなるように形成することによ
って、円柱状部１ａが細長形状になるので、円柱状部１
ａが変形しやすくなる。これにより、円柱状部１ａが歪
みを緩和する能力を向上させることができる。
【００４５】図１０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形成した窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した断面図である。次に、図１０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
いて形成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。
系半導体の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した断面図である。次に、図１０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
いて形成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。
【００４６】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９に示した第１実施形態のｎ型Ｇａ
Ｎ層５上に、図１０に示すように、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮ
からなるクラック防止層６、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ
型第２クラッド層７、ｎ型ＧａＮからなるｎ型第１クラ
ッド層８および発光層９が順次形成されている。
の構造としては、図９に示した第１実施形態のｎ型Ｇａ
Ｎ層５上に、図１０に示すように、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮ
からなるクラック防止層６、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ
型第２クラッド層７、ｎ型ＧａＮからなるｎ型第１クラ
ッド層８および発光層９が順次形成されている。
【００４７】発光層９上には、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、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上の上面と、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、ｎ型Ａｌ
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、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コン
タクト層１３が形成されている。
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、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上の上面と、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、ｎ型Ａｌ
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、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コン
タクト層１３が形成されている。
【００４８】また、ｐ型第２クラッド層１１のメサ形状
を反映したｐ型コンタクト層１３の凸部上には、ｐ側電
極１４が形成されている。また、この第１実施形態で
は、Ｓｉ基板１が導電性を有するので、Ｓｉ基板１の裏
面に、ｎ側電極１５が形成されている。
を反映したｐ型コンタクト層１３の凸部上には、ｐ側電
極１４が形成されている。また、この第１実施形態で
は、Ｓｉ基板１が導電性を有するので、Ｓｉ基板１の裏
面に、ｎ側電極１５が形成されている。
【００４９】なお、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、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１
２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。
ド層７、ｎ型第１クラッド層８、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１
２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。
【００５０】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９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、平坦
性および結晶性の良好なｎ型ＧａＮ層５を下地として、
その上に各層６〜１３を形成することによって、各層６
〜１３において良好な結晶性を実現することができる。
その結果、良好な素子特性を有する窒化物系半導体レー
ザ素子を得ることができる。
では、上記のように、図１〜図９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、平坦
性および結晶性の良好なｎ型ＧａＮ層５を下地として、
その上に各層６〜１３を形成することによって、各層６
〜１３において良好な結晶性を実現することができる。
その結果、良好な素子特性を有する窒化物系半導体レー
ザ素子を得ることができる。
【００５１】（第２実施形態）図１１〜図１４、図１
６、図１７および図１９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。図１５は、図１４に示した工程における上面図で
あり、図１８は、図１７に示した工程における斜視図で
ある。この第２実施形態では、サファイア基板２１の表
面をＮｉからなるマスク層２２をマスクとしてエッチン
グ加工した例を示している。図１１〜図１９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。
６、図１７および図１９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。図１５は、図１４に示した工程における上面図で
あり、図１８は、図１７に示した工程における斜視図で
ある。この第２実施形態では、サファイア基板２１の表
面をＮｉからなるマスク層２２をマスクとしてエッチン
グ加工した例を示している。図１１〜図１９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。
【００５２】まず、図１１に示すように、サファイア
（０００１）基板２１（以下、「サファイア基板２１」
という）上に、Ｎｉからなるマスク層２２を形成する。
そして、図１２に示すように、マスク層２２の上面上の
所定領域に、ほぼ同じ直径を有する複数の円柱状のレジ
スト２３を正六角形配列を有するように形成する。な
お、サファイア基板２１は、本発明の「基板」の一例で
ある。
（０００１）基板２１（以下、「サファイア基板２１」
という）上に、Ｎｉからなるマスク層２２を形成する。
そして、図１２に示すように、マスク層２２の上面上の
所定領域に、ほぼ同じ直径を有する複数の円柱状のレジ
スト２３を正六角形配列を有するように形成する。な
お、サファイア基板２１は、本発明の「基板」の一例で
ある。
【００５３】次に、図１３に示すように、リン酸、硝
酸、過酸化水素および水を１０：１：１：１の割合で混
合した混合液（エッチング液）を用いて、約６０℃の温
度で、レジスト２３をマスクとして、マスク層２２をウ
ェットエッチングした後、レジスト２３を除去する。こ
れにより、図１４および図１５に示されるような、サフ
ァイア基板２１上に、ほぼ同じ直径を有する複数の円柱
状のマスク層２２が、正六角形配列を有するように形成
される。
酸、過酸化水素および水を１０：１：１：１の割合で混
合した混合液（エッチング液）を用いて、約６０℃の温
度で、レジスト２３をマスクとして、マスク層２２をウ
ェットエッチングした後、レジスト２３を除去する。こ
れにより、図１４および図１５に示されるような、サフ
ァイア基板２１上に、ほぼ同じ直径を有する複数の円柱
状のマスク層２２が、正六角形配列を有するように形成
される。
【００５４】次に、図１６に示すように、このマスク層
２２をマスクとして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏ
ｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置内において、サファイア基板
２１の上面を約１．０μｍの深さ分だけ異方性エッチン
グする。このサファイア基板２１の異方性エッチング
は、使用ガス：ＣＦ4，Ｈ2、および、エッチング圧力：
約７Ｐａの条件で行った。この後、サファイア基板２１
上のマスク層２２を除去する。これにより、図１７およ
び図１８に示すように、サファイア基板２１の上面に、
サファイアからなる複数の円柱状部２１ａが正六角形配
列を有するように形成される。これらの複数の円柱状部
２１ａは、それぞれ、約０．５μｍの幅と約１．０μｍ
の高さとを有するように形成する。また、各円柱状部２
１ａ間の間隔が約０．５μｍになるように形成する。す
なわち、この第２実施形態では、複数の円柱状部２１ａ
は、同じ幅および同じ高さを有するとともに、規則性を
有するように配列されている。また、第２実施形態で
は、複数の円柱状部２１ａの高さ（約１．０μｍ）が幅
（約０．５μｍ）よりも大きくなるように形成されてい
る。なお、円柱状部２１ａは、本発明の「島状部」の一
例である。
２２をマスクとして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏ
ｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置内において、サファイア基板
２１の上面を約１．０μｍの深さ分だけ異方性エッチン
グする。このサファイア基板２１の異方性エッチング
は、使用ガス：ＣＦ4，Ｈ2、および、エッチング圧力：
約７Ｐａの条件で行った。この後、サファイア基板２１
上のマスク層２２を除去する。これにより、図１７およ
び図１８に示すように、サファイア基板２１の上面に、
サファイアからなる複数の円柱状部２１ａが正六角形配
列を有するように形成される。これらの複数の円柱状部
２１ａは、それぞれ、約０．５μｍの幅と約１．０μｍ
の高さとを有するように形成する。また、各円柱状部２
１ａ間の間隔が約０．５μｍになるように形成する。す
なわち、この第２実施形態では、複数の円柱状部２１ａ
は、同じ幅および同じ高さを有するとともに、規則性を
有するように配列されている。また、第２実施形態で
は、複数の円柱状部２１ａの高さ（約１．０μｍ）が幅
（約０．５μｍ）よりも大きくなるように形成されてい
る。なお、円柱状部２１ａは、本発明の「島状部」の一
例である。
【００５５】次に、サファイア基板２１および円柱状部
２１ａの表面を、フッ酸などの薬品を用いて清浄化した
後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板２１を約１
２００℃に加熱した状態で、Ｈ2雰囲気で約１０分間処
理することによって、サファイア基板２１および円柱状
部２１ａの表面の自然酸化膜を除去する。次に、サファ
イア基板２１を約５５０℃に保持した状態で、Ｈ2雰囲
気でＮＨ3（アンモニア）、ＴＭＡ（トリメチルアルミ
ニウム）およびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を投入す
る。これにより、サファイア基板２１の上面の円柱状部
２１ａが形成されていない領域上および円柱状部２１ａ
の上面上に、図１９に示すされるような、約２０ｎｍの
膜厚を有する低温ＡｌＧａＮバッファ層２４が成長され
る。
２１ａの表面を、フッ酸などの薬品を用いて清浄化した
後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板２１を約１
２００℃に加熱した状態で、Ｈ2雰囲気で約１０分間処
理することによって、サファイア基板２１および円柱状
部２１ａの表面の自然酸化膜を除去する。次に、サファ
イア基板２１を約５５０℃に保持した状態で、Ｈ2雰囲
気でＮＨ3（アンモニア）、ＴＭＡ（トリメチルアルミ
ニウム）およびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を投入す
る。これにより、サファイア基板２１の上面の円柱状部
２１ａが形成されていない領域上および円柱状部２１ａ
の上面上に、図１９に示すされるような、約２０ｎｍの
膜厚を有する低温ＡｌＧａＮバッファ層２４が成長され
る。
【００５６】この後、サファイア基板２１の温度を約１
０８０℃に保持した状態で、Ｈ2雰囲気でＮＨ3（アンモ
ニア）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＳｉＨ4
（モノシラン）を投入する。これにより、サファイア基
板２１の円柱状部２１ａ上に、低温ＡｌＧａＮバッファ
層２４を介して、平坦な上面を有するＧａＮ層２５が形
成される。また、ＧａＮ層２５とサファイア基板２１の
凹部との間には、空間部３３が形成されている。なお、
ＧａＮ層２５は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例
である。
０８０℃に保持した状態で、Ｈ2雰囲気でＮＨ3（アンモ
ニア）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＳｉＨ4
（モノシラン）を投入する。これにより、サファイア基
板２１の円柱状部２１ａ上に、低温ＡｌＧａＮバッファ
層２４を介して、平坦な上面を有するＧａＮ層２５が形
成される。また、ＧａＮ層２５とサファイア基板２１の
凹部との間には、空間部３３が形成されている。なお、
ＧａＮ層２５は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例
である。
【００５７】第２実施形態では、上記のように、サファ
イア基板２１の上面をエッチング加工することによりサ
ファイア基板２１の上面に複数の円柱状部２１ａを形成
することによって、サファイア基板２１の上面に柱状部
を結晶成長により形成する場合と異なり、平坦でかつ配
列に規則性を持たせた円柱状部２１ａを容易に形成する
ことができる。これにより、そのような平坦でかつ配列
に規則性を持たせた複数の円柱状部２１ａ上に、ＧａＮ
層２５を成長させることによって、ボイド（穴）が発生
するのが抑制されるので、ＧａＮ層２５の上面の平坦性
を向上させることができる。
イア基板２１の上面をエッチング加工することによりサ
ファイア基板２１の上面に複数の円柱状部２１ａを形成
することによって、サファイア基板２１の上面に柱状部
を結晶成長により形成する場合と異なり、平坦でかつ配
列に規則性を持たせた円柱状部２１ａを容易に形成する
ことができる。これにより、そのような平坦でかつ配列
に規則性を持たせた複数の円柱状部２１ａ上に、ＧａＮ
層２５を成長させることによって、ボイド（穴）が発生
するのが抑制されるので、ＧａＮ層２５の上面の平坦性
を向上させることができる。
【００５８】また、第２実施形態では、上記のように、
円柱状部２１ａは、良好な配向性（原子配列）を有する
サファイア基板２１の上面を加工することにより形成さ
れるので、円柱状部２１ａも良好な配向性（原子配列）
を有することになる。これにより、その良好な配向性
（原子配列）を有する円柱状部２１ａ上に、ＧａＮ層２
５を成長させることによって、良好な配向性（原子配
列）を有するＧａＮ層２５を形成することができる。
円柱状部２１ａは、良好な配向性（原子配列）を有する
サファイア基板２１の上面を加工することにより形成さ
れるので、円柱状部２１ａも良好な配向性（原子配列）
を有することになる。これにより、その良好な配向性
（原子配列）を有する円柱状部２１ａ上に、ＧａＮ層２
５を成長させることによって、良好な配向性（原子配
列）を有するＧａＮ層２５を形成することができる。
【００５９】また、第２実施形態では、上記のように、
複数の円柱状部２１ａ上に、ＧａＮ層２５を成長させる
ことによって、円柱状部２１ａの周囲の空間部３３によ
って、円柱状部２１ａは周囲の全ての方向に変形可能と
なる。それによって、サファイア基板２１と平行な方向
の全体に渡ってサファイア基板２１とＧａＮ層２５との
熱膨張差に起因する歪みを緩和することができる。これ
により、サファイア基板２１上に直接ＧａＮ層２５を形
成する場合にも、サファイア基板２１およびＧａＮ層２
５の反りやクラックを防止することができる。その結
果、サファイア基板２１上に直接ＧａＮ層２５を形成す
る場合にも、ＧａＮ層２５の結晶性をより向上させるこ
とができる。
複数の円柱状部２１ａ上に、ＧａＮ層２５を成長させる
ことによって、円柱状部２１ａの周囲の空間部３３によ
って、円柱状部２１ａは周囲の全ての方向に変形可能と
なる。それによって、サファイア基板２１と平行な方向
の全体に渡ってサファイア基板２１とＧａＮ層２５との
熱膨張差に起因する歪みを緩和することができる。これ
により、サファイア基板２１上に直接ＧａＮ層２５を形
成する場合にも、サファイア基板２１およびＧａＮ層２
５の反りやクラックを防止することができる。その結
果、サファイア基板２１上に直接ＧａＮ層２５を形成す
る場合にも、ＧａＮ層２５の結晶性をより向上させるこ
とができる。
【００６０】また、第２実施形態では、第１実施形態と
同様、サファイア基板２１の上面を、複数の円柱状部２
１ａが規則的に配列されるように加工することによっ
て、複数の多角形状の柱状部を形成する場合のように回
転方向のずれを考慮する必要がない。これにより、円柱
状部２１ａの形成時の精度余裕を広げることができる。
その結果、製造プロセスの精度余裕を広げることができ
るので、比較的容易に円柱状の柱状部を形成することが
できる。
同様、サファイア基板２１の上面を、複数の円柱状部２
１ａが規則的に配列されるように加工することによっ
て、複数の多角形状の柱状部を形成する場合のように回
転方向のずれを考慮する必要がない。これにより、円柱
状部２１ａの形成時の精度余裕を広げることができる。
その結果、製造プロセスの精度余裕を広げることができ
るので、比較的容易に円柱状の柱状部を形成することが
できる。
【００６１】また、第２実施形態では、上記のように、
複数の円柱上部２１ａの高さ（約１．０μｍ）が幅（約
０．５μｍ）よりも大きくなるように形成することによ
って、円柱状部２１ａが細長形状になるので、円柱状部
２１ａが変形しやすくなる。これにより、円柱状部２１
ａが歪みを緩和する能力を向上させることができる。
複数の円柱上部２１ａの高さ（約１．０μｍ）が幅（約
０．５μｍ）よりも大きくなるように形成することによ
って、円柱状部２１ａが細長形状になるので、円柱状部
２１ａが変形しやすくなる。これにより、円柱状部２１
ａが歪みを緩和する能力を向上させることができる。
【００６２】図２０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形成した窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した断面図である。次に、図２０を参照し
て、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。
系半導体の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した断面図である。次に、図２０を参照し
て、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。
【００６３】第２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１９に示した第２実施形態によるＧ
ａＮ層２５上に、図２０に示すように、ｎ型ＧａＮから
なるｎ型コンタクト層２６、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ
型クラッド層２７および発光層２８が形成されている。
発光層２８上には、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッ
ド層２９が凸部を有するように形成されている。ｐ型ク
ラッド層２９の凸部の上面上の全面と接触するように、
ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層３０が形成されて
いる。また、ｐ型コンタクト層３０の露出された上面上
には、ｐ側電極３１が形成されている。また、ｐ型クラ
ッド層２９からｎ型コンタクト層２６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２６の露出した
表面には、ｎ側電極３２が形成されている。
の構造としては、図１９に示した第２実施形態によるＧ
ａＮ層２５上に、図２０に示すように、ｎ型ＧａＮから
なるｎ型コンタクト層２６、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ
型クラッド層２７および発光層２８が形成されている。
発光層２８上には、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッ
ド層２９が凸部を有するように形成されている。ｐ型ク
ラッド層２９の凸部の上面上の全面と接触するように、
ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層３０が形成されて
いる。また、ｐ型コンタクト層３０の露出された上面上
には、ｐ側電極３１が形成されている。また、ｐ型クラ
ッド層２９からｎ型コンタクト層２６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２６の露出した
表面には、ｎ側電極３２が形成されている。
【００６４】なお、ｎ型コンタクト層２６、ｎ型クラッ
ド層２７、発光層２８、ｐ型クラッド層２９およびｐ型
コンタクト層３０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。
ド層２７、発光層２８、ｐ型クラッド層２９およびｐ型
コンタクト層３０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。
【００６５】上記した第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１１〜図１９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、平坦性および結晶性の良好なＧａＮ層２５を下
地層として、その上に各層２６〜３０を形成することに
よって、各層２６〜３０において良好な結晶性を実現す
ることができる。これにより、第２実施形態では、良好
な素子特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を得るこ
とができる。
ーザ素子では、上記のように、図１１〜図１９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、平坦性および結晶性の良好なＧａＮ層２５を下
地層として、その上に各層２６〜３０を形成することに
よって、各層２６〜３０において良好な結晶性を実現す
ることができる。これにより、第２実施形態では、良好
な素子特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を得るこ
とができる。
【００６６】（第３実施形態）図２１〜図２３、図２
５、図２６および図２８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。図２４は、図２３に示した工程における上面図で
あり、図２７は、図２６に示した工程における斜視図で
ある。この第３実施形態では、ＳｉＣ基板４１の表面を
ＳｉＯ2からなるマスク層４２をマスクとしてエッチン
グ加工した例を示している。図２１〜図２８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。
５、図２６および図２８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。図２４は、図２３に示した工程における上面図で
あり、図２７は、図２６に示した工程における斜視図で
ある。この第３実施形態では、ＳｉＣ基板４１の表面を
ＳｉＯ2からなるマスク層４２をマスクとしてエッチン
グ加工した例を示している。図２１〜図２８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。
【００６７】まず、図２１に示すように、ＳｉＣ（００
０１）基板４１（以下、「ＳｉＣ基板４１」という）上
に、ＳｉＯ2からなるマスク層４２を形成する。そし
て、マスク層４２の上面上の所定領域に、ほぼ同じ直径
を有する複数の円柱状のレジスト４３を正六角形配列を
有するように形成する。なお、ＳｉＣ基板４１は、本発
明の「基板」の一例である。
０１）基板４１（以下、「ＳｉＣ基板４１」という）上
に、ＳｉＯ2からなるマスク層４２を形成する。そし
て、マスク層４２の上面上の所定領域に、ほぼ同じ直径
を有する複数の円柱状のレジスト４３を正六角形配列を
有するように形成する。なお、ＳｉＣ基板４１は、本発
明の「基板」の一例である。
【００６８】次に、図２２に示すように、バッファード
フッ酸を用いて、レジスト４３をマスクとして、マスク
層４２をウェットエッチングした後、レジスト４３を除
去する。これにより、図２３および図２４に示されるよ
うな、ＳｉＣ基板４１上に、ほぼ同じ直径を有する複数
の円柱状のマスク層４２が、正六角形配列を有するよう
に形成される。
フッ酸を用いて、レジスト４３をマスクとして、マスク
層４２をウェットエッチングした後、レジスト４３を除
去する。これにより、図２３および図２４に示されるよ
うな、ＳｉＣ基板４１上に、ほぼ同じ直径を有する複数
の円柱状のマスク層４２が、正六角形配列を有するよう
に形成される。
【００６９】次に、図２５に示すように、このマスク層
４２をマスクとして、ＲＩＥ装置内において、ＳｉＣ基
板４１の上面を約１．０μｍの深さ分だけ異方性エッチ
ングする。このＳｉＣ基板４１の異方性エッチングは、
使用ガス：Ｃｌ2、および、エッチング圧力：約７Ｐａ
の条件で行った。この後、ＳｉＣ基板４１上のマスク層
４２を除去する。これにより、図２６および図２７に示
すように、ＳｉＣ基板４１の上面に、ＳｉＣからなる複
数の円柱状部４１ａが正六角形配列を有するように形成
される。これらの複数の円柱状部４１ａは、それぞれ、
約０．５μｍの幅と約１．０μｍの高さとを有するよう
に形成する。また、各円柱状部４１ａ間の間隔が約０．
５μｍになるように形成する。すなわち、この第３実施
形態では、複数の円柱状部４１ａは、同じ幅および同じ
高さを有するとともに、規則性を有するように配列され
ている。また、第３実施形態では、複数の円柱状部４１
ａの高さ（約１．０μｍ）が幅（約０．５μｍ）よりも
大きくなるように形成されている。なお、円柱状部４１
ａは、本発明の「島状部」の一例である。
４２をマスクとして、ＲＩＥ装置内において、ＳｉＣ基
板４１の上面を約１．０μｍの深さ分だけ異方性エッチ
ングする。このＳｉＣ基板４１の異方性エッチングは、
使用ガス：Ｃｌ2、および、エッチング圧力：約７Ｐａ
の条件で行った。この後、ＳｉＣ基板４１上のマスク層
４２を除去する。これにより、図２６および図２７に示
すように、ＳｉＣ基板４１の上面に、ＳｉＣからなる複
数の円柱状部４１ａが正六角形配列を有するように形成
される。これらの複数の円柱状部４１ａは、それぞれ、
約０．５μｍの幅と約１．０μｍの高さとを有するよう
に形成する。また、各円柱状部４１ａ間の間隔が約０．
５μｍになるように形成する。すなわち、この第３実施
形態では、複数の円柱状部４１ａは、同じ幅および同じ
高さを有するとともに、規則性を有するように配列され
ている。また、第３実施形態では、複数の円柱状部４１
ａの高さ（約１．０μｍ）が幅（約０．５μｍ）よりも
大きくなるように形成されている。なお、円柱状部４１
ａは、本発明の「島状部」の一例である。
【００７０】次に、第２実施形態の図１９において説明
した手順と同様の手順を用いて、図２８に示すように、
ＳｉＣ基板４１の上面の円柱状部４１ａが形成されてい
ない領域上および円柱状部４１ａの上面上に、約２０ｎ
ｍの膜厚を有する高温ＡｌＧａＮバッファ層４４を成長
させる。この後、ＳｉＣ基板４１の円柱状部４１ａ上
に、高温ＡｌＧａＮバッファ層４４を介して、平坦な上
面を有するＧａＮ層４５を形成する。また、ＧａＮ層４
５とＳｉＣ基板４１の凹部との間には、空間部４６が形
成されている。なお、ＧａＮ層４５は、本発明の「窒化
物系半導体層」の一例である。
した手順と同様の手順を用いて、図２８に示すように、
ＳｉＣ基板４１の上面の円柱状部４１ａが形成されてい
ない領域上および円柱状部４１ａの上面上に、約２０ｎ
ｍの膜厚を有する高温ＡｌＧａＮバッファ層４４を成長
させる。この後、ＳｉＣ基板４１の円柱状部４１ａ上
に、高温ＡｌＧａＮバッファ層４４を介して、平坦な上
面を有するＧａＮ層４５を形成する。また、ＧａＮ層４
５とＳｉＣ基板４１の凹部との間には、空間部４６が形
成されている。なお、ＧａＮ層４５は、本発明の「窒化
物系半導体層」の一例である。
【００７１】第３実施形態では、上記のように、ＳｉＣ
基板４１の上面をエッチング加工することによりＳｉＣ
基板４１の上面に複数の円柱状部４１ａを形成すること
によって、ＳｉＣ基板４１の上面に柱状部を結晶成長に
より形成する場合と異なり、平坦でかつ配列に規則性を
持たせた円柱状部４１ａを容易に形成することができ
る。これにより、そのような平坦でかつ配列に規則性を
持たせた複数の円柱状部４１ａ上に、ＧａＮ層４５を成
長させることによって、ボイド（穴）が発生するのが抑
制されるので、ＧａＮ層４５の上面の平坦性を向上させ
ることができる。
基板４１の上面をエッチング加工することによりＳｉＣ
基板４１の上面に複数の円柱状部４１ａを形成すること
によって、ＳｉＣ基板４１の上面に柱状部を結晶成長に
より形成する場合と異なり、平坦でかつ配列に規則性を
持たせた円柱状部４１ａを容易に形成することができ
る。これにより、そのような平坦でかつ配列に規則性を
持たせた複数の円柱状部４１ａ上に、ＧａＮ層４５を成
長させることによって、ボイド（穴）が発生するのが抑
制されるので、ＧａＮ層４５の上面の平坦性を向上させ
ることができる。
【００７２】また、第３実施形態では、上記のように、
円柱状部４１ａは、良好な配向性（原子配列）を有する
ＳｉＣ基板４１の上面を加工することにより形成される
ので、円柱状部４１ａも良好な配向性（原子配列）を有
することになる。これにより、その良好な配向性（原子
配列）を有する円柱状部４１ａ上に、ＧａＮ層４５を成
長させることによって、良好な配向性（原子配列）を有
するＧａＮ層４５を形成することができる。
円柱状部４１ａは、良好な配向性（原子配列）を有する
ＳｉＣ基板４１の上面を加工することにより形成される
ので、円柱状部４１ａも良好な配向性（原子配列）を有
することになる。これにより、その良好な配向性（原子
配列）を有する円柱状部４１ａ上に、ＧａＮ層４５を成
長させることによって、良好な配向性（原子配列）を有
するＧａＮ層４５を形成することができる。
【００７３】また、第３実施形態では、上記のように、
複数の円柱状部４１ａ上に、ＧａＮ層４５を成長させる
ことによって、円柱状部４１ａの周囲の空間部４６によ
って、円柱状部４１ａは周囲の全ての方向に変形可能と
なる。それによって、ＳｉＣ基板４１と平行な方向の全
体に渡ってＳｉＣ基板４１とＧａＮ層４５との熱膨張差
に起因する歪みを緩和することができる。これにより、
ＳｉＣ基板４１上に直接ＧａＮ層４５を形成する場合に
も、ＳｉＣ基板４１およびＧａＮ層４５の反りやクラッ
クを防止することができる。その結果、ＳｉＣ基板４１
上に直接ＧａＮ層４５を形成する場合にも、ＧａＮ層４
５の結晶性をより向上させることができる。
複数の円柱状部４１ａ上に、ＧａＮ層４５を成長させる
ことによって、円柱状部４１ａの周囲の空間部４６によ
って、円柱状部４１ａは周囲の全ての方向に変形可能と
なる。それによって、ＳｉＣ基板４１と平行な方向の全
体に渡ってＳｉＣ基板４１とＧａＮ層４５との熱膨張差
に起因する歪みを緩和することができる。これにより、
ＳｉＣ基板４１上に直接ＧａＮ層４５を形成する場合に
も、ＳｉＣ基板４１およびＧａＮ層４５の反りやクラッ
クを防止することができる。その結果、ＳｉＣ基板４１
上に直接ＧａＮ層４５を形成する場合にも、ＧａＮ層４
５の結晶性をより向上させることができる。
【００７４】また、第３実施形態では、ＳｉＣ基板４１
が、ＧａＮ層４５に比べてより弾性のある（塑性の低
い、または、折れにくい）材料であるので、ＳｉＣ基板
４１と同じ材料からなる円柱状部４１ａによって、Ｓｉ
Ｃ基板４１とＧａＮ層４５との熱膨張差に起因する歪み
をより緩和することができる。
が、ＧａＮ層４５に比べてより弾性のある（塑性の低
い、または、折れにくい）材料であるので、ＳｉＣ基板
４１と同じ材料からなる円柱状部４１ａによって、Ｓｉ
Ｃ基板４１とＧａＮ層４５との熱膨張差に起因する歪み
をより緩和することができる。
【００７５】また、第３実施形態では、第１および第２
実施形態と同様、ＳｉＣ基板４１の上面を、複数の円柱
状部４１ａが規則的に配列されるように加工することに
よって、複数の多角形状の柱状部を形成する場合のよう
に回転方向のずれを考慮する必要がない。これにより、
円柱状部４１ａの形成時の精度余裕を広げることができ
る。その結果、製造プロセスの精度余裕を広げることが
できるので、比較的容易に円柱状の柱状部を形成するこ
とができる。
実施形態と同様、ＳｉＣ基板４１の上面を、複数の円柱
状部４１ａが規則的に配列されるように加工することに
よって、複数の多角形状の柱状部を形成する場合のよう
に回転方向のずれを考慮する必要がない。これにより、
円柱状部４１ａの形成時の精度余裕を広げることができ
る。その結果、製造プロセスの精度余裕を広げることが
できるので、比較的容易に円柱状の柱状部を形成するこ
とができる。
【００７６】また、第３実施形態では、上記のように、
複数の円柱上部４１ａの高さ（約１．０μｍ）が幅（約
０．５μｍ）よりも大きくなるように形成することによ
って、円柱状部４１ａが細長形状になるので、円柱状部
４１ａが変形しやすくなる。これにより、円柱状部４１
ａが歪みを緩和する能力を向上させることができる。
複数の円柱上部４１ａの高さ（約１．０μｍ）が幅（約
０．５μｍ）よりも大きくなるように形成することによ
って、円柱状部４１ａが細長形状になるので、円柱状部
４１ａが変形しやすくなる。これにより、円柱状部４１
ａが歪みを緩和する能力を向上させることができる。
【００７７】図２９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形成した窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した断面図である。次に、図２９を参照し
て、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。
系半導体の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した断面図である。次に、図２９を参照し
て、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。
【００７８】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２８に示した第３実施形態によるＧ
ａＮ層４５上に、第１実施形態と同様、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、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が形
成されている。なお、各層６〜１３の組成は、第１実施
形態と同様である。
の構造としては、図２８に示した第３実施形態によるＧ
ａＮ層４５上に、第１実施形態と同様、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、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が形
成されている。なお、各層６〜１３の組成は、第１実施
形態と同様である。
【００７９】また、ｐ型コンタクト層１３の凸部上に
は、ｐ側電極１４が形成されている。また、この第３実
施形態では、ＳｉＣ基板４１が導電性を有するので、Ｓ
ｉＣ基板４１の裏面に、ｎ側電極１５が形成されてい
る。
は、ｐ側電極１４が形成されている。また、この第３実
施形態では、ＳｉＣ基板４１が導電性を有するので、Ｓ
ｉＣ基板４１の裏面に、ｎ側電極１５が形成されてい
る。
【００８０】上記した第３実施形態の窒化物系半導体レ
ーザ素子では、図２１〜図２８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、平坦性
および結晶性の良好なＧａＮ層４５を下地層として、そ
の上に各層６〜１３を形成することによって、各層６〜
１３において良好な結晶性を実現することができる。こ
れにより、第３実施形態では、良好な素子特性を有する
窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
ーザ素子では、図２１〜図２８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、平坦性
および結晶性の良好なＧａＮ層４５を下地層として、そ
の上に各層６〜１３を形成することによって、各層６〜
１３において良好な結晶性を実現することができる。こ
れにより、第３実施形態では、良好な素子特性を有する
窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
【００８１】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。
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。
【００８２】たとえば、基板の表面をエッチングするこ
とにより形成される基板の上面の島状部（柱状部）の形
状としては、上記した第１〜第３実施形態の正六角形配
列を有する複数の円柱状部の他に、種々の形状が考えら
れる。具体的には、図８、図１８および図２７に示した
第１〜第３実施形態の変形例として、図３０に示すよう
に、基板５１の上面に、正六角形配列（正三角形配列）
を有する複数の三角柱状部５１ａを形成してもよいし、
図３１に示すように、基板６１の上面に、正四角形配列
を有する複数の四角柱状部６１ａを形成してもよい。ま
た、図３２に示すように、基板７１の上面に、正四角形
配列を有する複数の六角柱状部７１ａを形成してもよ
い。また、これらの種々の形状の柱状部は、正六角形配
列、正四角形配列および正三角形配列以外の規則性を有
する配列で形成してもよい。なお、正四角形配列とは、
柱状部の中心を正四角形の頂点に配置することである。
また、正三角形配列とは、柱状部の中心を正三角形の頂
点に配置することであり、正六角形配列と同様の配列と
なる。
とにより形成される基板の上面の島状部（柱状部）の形
状としては、上記した第１〜第３実施形態の正六角形配
列を有する複数の円柱状部の他に、種々の形状が考えら
れる。具体的には、図８、図１８および図２７に示した
第１〜第３実施形態の変形例として、図３０に示すよう
に、基板５１の上面に、正六角形配列（正三角形配列）
を有する複数の三角柱状部５１ａを形成してもよいし、
図３１に示すように、基板６１の上面に、正四角形配列
を有する複数の四角柱状部６１ａを形成してもよい。ま
た、図３２に示すように、基板７１の上面に、正四角形
配列を有する複数の六角柱状部７１ａを形成してもよ
い。また、これらの種々の形状の柱状部は、正六角形配
列、正四角形配列および正三角形配列以外の規則性を有
する配列で形成してもよい。なお、正四角形配列とは、
柱状部の中心を正四角形の頂点に配置することである。
また、正三角形配列とは、柱状部の中心を正三角形の頂
点に配置することであり、正六角形配列と同様の配列と
なる。
【００８３】また、上記第２実施形態では、Ｎｉからな
るマスク層２２を用いてサファイア基板２１をエッチン
グすることによって、円柱状部２１ａを形成したが、本
発明はこれに限らず、第２実施形態において、サファイ
ア基板２１の代わりにＳｉＣ基板を用いるとともに、Ｎ
ｉからなるマスク層を用いてＳｉＣ基板の表面をエッチ
ングしてもよい。なお、この場合のＳｉＣ基板のエッチ
ング条件は、第２実施形態と同様である。
るマスク層２２を用いてサファイア基板２１をエッチン
グすることによって、円柱状部２１ａを形成したが、本
発明はこれに限らず、第２実施形態において、サファイ
ア基板２１の代わりにＳｉＣ基板を用いるとともに、Ｎ
ｉからなるマスク層を用いてＳｉＣ基板の表面をエッチ
ングしてもよい。なお、この場合のＳｉＣ基板のエッチ
ング条件は、第２実施形態と同様である。
【００８４】また、上記第３実施形態では、ＳｉＯ2か
らなるマスク層４２を用いてＳｉＣ基板４１をエッチン
グすることによって、円柱状部４１ａを形成したが、本
発明はこれに限らず、第３実施形態において、ＳｉＣ基
板４１の代わりにサファイア基板を用いるとともに、Ｓ
ｉＯ2からなるマスク層を用いてサファイア基板の表面
をエッチングしてもよい。なお、この場合のサファイア
基板のエッチング条件は、第３実施形態と同様である。
らなるマスク層４２を用いてＳｉＣ基板４１をエッチン
グすることによって、円柱状部４１ａを形成したが、本
発明はこれに限らず、第３実施形態において、ＳｉＣ基
板４１の代わりにサファイア基板を用いるとともに、Ｓ
ｉＯ2からなるマスク層を用いてサファイア基板の表面
をエッチングしてもよい。なお、この場合のサファイア
基板のエッチング条件は、第３実施形態と同様である。
【００８５】また、上記第１〜第３実施形態では、複数
の円柱状部は、それぞれ、約０．５μｍの幅と約１．０
μｍの高さとを有するように形成したが、本発明はこれ
に限らず、複数の円柱状部を、円柱状部の高さが幅より
も大きくなるような細長形状に形成すればよい。
の円柱状部は、それぞれ、約０．５μｍの幅と約１．０
μｍの高さとを有するように形成したが、本発明はこれ
に限らず、複数の円柱状部を、円柱状部の高さが幅より
も大きくなるような細長形状に形成すればよい。
【００８６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、窒化物
系半導体層の平坦性および結晶性を向上させることが可
能な窒化物系半導体の形成方法を提供することができ
る。また、平坦性および結晶性が向上された窒化物系半
導体層を含む良好な素子特性を有する窒化物系半導体素
子を提供することができる。
系半導体層の平坦性および結晶性を向上させることが可
能な窒化物系半導体の形成方法を提供することができ
る。また、平坦性および結晶性が向上された窒化物系半
導体層を含む良好な素子特性を有する窒化物系半導体素
子を提供することができる。
【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。
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。
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。
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。
形成方法を説明するための断面図である。
【図５】図４に示した工程における上面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。
形成方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第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。
形成方法を説明するための断面図である。
【図８】図７に示した工程における斜視図である。
【図９】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。
形成方法を説明するための断面図である。
【図１０】図１〜図９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した窒化物系半導体レー
ザ素子を示した断面図である。
半導体の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体レー
ザ素子を示した断面図である。
【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。
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。
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
の形成方法を説明するための断面図である。
の形成方法を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の第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。
の形成方法を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に示した工程における上面図である。
【図１６】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。
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。
の形成方法を説明するための断面図である。
【図１８】図１７に示した工程における斜視図である。
【図１９】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。
の形成方法を説明するための断面図である。
【図２０】図１１〜図１９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した窒化物系半導体
レーザ素子を示した断面図である。
物系半導体の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体
レーザ素子を示した断面図である。
【図２１】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。
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。
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。
の形成方法を説明するための断面図である。
【図２４】図２３に示した工程における上面図である。
【図２５】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。
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
の形成方法を説明するための断面図である。
の形成方法を説明するための断面図である。
【図２７】図２６に示した工程における斜視図である。
【図２８】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。
の形成方法を説明するための断面図である。
【図２９】図２１〜図２８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した窒化物系半導体
レーザ素子を示した断面図である。
物系半導体の形成方法を用いて形成した窒化物系半導体
レーザ素子を示した断面図である。
【図３０】本発明の変形例による基板を示した斜視図で
ある。
ある。
【図３１】本発明の変形例による基板を示した斜視図で
ある。
ある。
【図３２】本発明の変形例による基板を示した斜視図で
ある。
ある。
【図３３】従来の基板を示した斜視図である。
【図３４】従来の窒化物系半導体の形成方法を説明する
ための斜視図である。
ための斜視図である。
１ Ｓｉ基板（基板）
１ａ、２１ａ、４１ａ 円柱状部（島状部）
５ ｎ型ＧａＮ層（窒化物系半導体層）
６ クラック防止層（窒化物系半導体素子層）
７ ｎ型第２クラッド層（窒化物系半導体素子層）
８ ｎ型第１クラッド層（窒化物系半導体素子層）
９、２８ 発光層（窒化物系半導体素子層）
１０ ｐ型第１クラッド層（窒化物系半導体素子層）
１１ ｐ型第２クラッド層（窒化物系半導体素子層）
１２ 電流阻止層（窒化物系半導体素子層）
１３ ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体素子層）
２１ サファイア基板（基板）
２５、４５ ＧａＮ層（窒化物系半導体層）
２６ ｎ型コンタクト層（窒化物系半導体素子層）
２７ ｎ型クラッド層（窒化物系半導体素子層）
２９ ｐ型クラッド層（窒化物系半導体素子層）
３０ ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体素子層）
４１ ＳｉＣ基板（基板）
５１、６１、７１ 基板
５１ａ 三角柱状部（島状部）
６１ａ 四角柱状部（島状部）
７１ａ 六角柱状部（島状部）
フロントページの続き
(72)発明者 國里 竜也
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三
洋電機株式会社内
(72)発明者 大保 広樹
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三
洋電機株式会社内
Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB14 AB17 AB18 AC01
AC08 AC12 AD09 AD14 AD15
AF02 AF03 AF09 AF12 AF13
BB12 BB13 BB19 CA12 DA53
EB13 EB15 HA02
Claims (17)
- 【請求項１】 基板の上面を加工することによって、前
記基板の上面に、複数の島状部を形成する工程と、 前記複数の島状部上に、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。 - 【請求項２】 前記複数の島状部を形成する工程は、 前記基板の上面をエッチングすることによって、前記基
板の上面に、複数の島状部を形成する工程を含む、請求
項１に記載の窒化物系半導体の形成方法。 - 【請求項３】 前記島状部は、円柱状、三角柱状、四角
柱状および六角柱状のいずれかの柱状部を含む、請求項
１または２に記載の窒化物系半導体の形成方法。 - 【請求項４】 前記柱状部は、円柱状である、請求項３
に記載の窒化物系半導体の形成方法。 - 【請求項５】 前記複数の島状部を形成する工程は、 前記複数の島状部の上面の面積が実質的に等しくなるよ
うに、前記複数の島状部を形成する工程を含む、請求項
１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体の形成方
法。 - 【請求項６】 前記複数の島状部を形成する工程は、 前記複数の島状部の高さが幅よりも大きくなるように、
前記複数の島状部を形成する工程を含む、請求項１〜５
のいずれか１項に記載の窒化物系半導体の形成方法。 - 【請求項７】 前記複数の島状部を形成する工程は、 配列に規則性を持つように、前記複数の島状部を形成す
る工程を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒
化物系半導体の形成方法。 - 【請求項８】 前記複数の島状部を形成する工程は、 正六角形配列、正四角形配列および正三角形配列のいず
れかを有するように、前記複数の島状部を形成する工程
を含む、請求項７に記載の窒化物系半導体の形成方法。 - 【請求項９】 前記窒化物系半導体層上に、素子領域を
有する窒化物系半導体素子層を形成する工程をさらに備
える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物系半
導体の形成方法。 - 【請求項１０】 基板の上面に形成され、前記基板と同
じ材料からなる複数の島状部と、 前記複数の島状部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。 - 【請求項１１】 前記島状部は、円柱状、三角柱状、四
角柱状および六角柱状のいずれかの柱状部を含む、請求
項１０に記載の窒化物系半導体素子。 - 【請求項１２】 前記柱状部は、円柱状である、請求項
１１に記載の窒化物系半導体素子。 - 【請求項１３】 前記複数の島状部の上面の面積は、実
質的に等しい、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載
の窒化物系半導素子。 - 【請求項１４】 前記複数の島状部の高さは、幅よりも
大きくなるように形成されている、請求項１０〜１３の
いずれか１項に記載の窒化物系半導体素子。 - 【請求項１５】 前記複数の島状部は、配列に規則性を
有する、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の窒化
物系半導体素子。 - 【請求項１６】 前記複数の島状部は、正六角形配列、
正四角形配列および正三角形配列のいずれかを有するよ
うに形成されている、請求項１５に記載の窒化物系半導
体素子。 - 【請求項１７】 前記基板は、Ｓｉ基板およびＳｉＣ基
板のうちのいずれかを含む、請求項１０〜１６のいずれ
か１項に記載の窒化物系半導体素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001206301A JP2003022973A (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | 窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2001206301A JP2003022973A (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | 窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003022973A true JP2003022973A (ja) | 2003-01-24 |
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ID=19042460
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|---|---|---|---|
| JP2001206301A Pending JP2003022973A (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | 窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2003022973A (ja) |
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