JP2003051636A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＧａＮ系半導体素子の製造工程において、各素
子を分離する場合、エッチングやダイシングによって素
子分離を行った場合、多大な労力がかかるとともに素子
分離面に損傷を与えることになり、素子の品質が低下し
てしまう場合があり、容易に素子分離を行うことがで
き、且つ高品質の素子を作製することが望まれていた。 【解決手段】本発明では、選択成長によって結晶層中に
内在する貫通転位などの欠陥を素子分離面とすることに
よって容易に、且つ平坦な素子分離面を形成された半導
体素子とその製造方法を提供する。貫通転位などの欠陥
を素子分離面とすることで容易に且つ損傷の少ない素子
端面を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
た下地成長層と、前記下地成長層上に形成され開口部が
形成された選択マスクと、前記選択マスクから選択成長
により形成される半導体層を前記選択マスク上の脆弱部
で分離して形成される分離面とを有することを特徴とす
る半導体素子とその製造方法に関する。特に、ここで本
明細書中、窒化物とはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＴａをＩ
ＩＩ族とし、Ｖ族にＮを含む化合物を指し、若干量の不
純物の混入を含むこともあるものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造方法では、エッチング
等様々の方法によって素子を分離し、半導体素子が製造
されている。特に、ＧａＮ系半導体で構成される半導体
素子は硬度が大きいため、ダイシングなどによって素子
を切り出す方法もとられている。

【０００３】例えば、特開平１１−１０３１３５号公報
に開示されているように、ＧａＮ系結晶成長基板上に、
ＧａＮ系半導体層を積層し、多数の素子を含む積層体を
形成した後、これを個々の素子に分断する際には、マス
ク層の上方を低転位とするならば、非マスク領域におい
て分断することが好ましい態様として挙げられている。
この場合、非マスク領域に形成されたＧａＮ系結晶層
は、上記したように欠陥が多く、結晶の品質が低いの
で、素子の形成には不向きな領域である。この領域を分
断するための領域として用いることは、分断時に高品質
の結晶部分を割るような無駄がなくなり、ベース基板面
の限られた面積及び横方向に成長する良質な結晶部分を
より効率良く利用できる、一つの好ましい態様としてい
るが、マスク領域の上方に存在する転位を素子分離面と
して積極的に利用することには言及していない。

【０００４】また、特開２０００−２２８５６５に開示
されているように、基板上に形成したマスク層の開口部
から選択成長されたＧａＮ系半導体層で隣り合った開口
部から横方向成長するＧａＮ系半導体層の会合部に、結
晶成長時の温度条件によって割れなどが生じ製造工程上
に不具合になることについては述べているが、転位密度
が高い領域を素子分離領域に積極的に利用することにつ
いては言及していない。

【０００５】さらに、ＭＲＳ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｊ．
Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ． Ｒｅｓ．４Ｓ
１，Ｇ３．３８（１９９９）に記載されるように、一旦
第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成した後に、
リアクティブイオンエッチング（以下、ＲＩＥ）装置な
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２の窒化ガリウム系化合物半導
体層を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。これらの技術を使用することで１０ ^６ｃｍ
^−２程度までの転位密度を有する結晶膜が得られ、半導
体レーザーの高寿命化などが実現されている。第１のＧ
ａＮ系化合物半導体層を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、それぞれ保護膜を
形成していない領域や除去後に残された結晶に残存する
貫通転位は第２のＧａＮ系化合物半導体層の結晶に伝播
し、低転位密度化には限界がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＧａＮ系半導体素子の
製造工程では、各素子の間を分離する場合に、例えばチ
ップをダイサーなどを用いて切り出さなければならない
ため、多大な労力がかかるとともに平面的に広がった電
極をなどを避けながら微小に切り出すことは極端に難し
くなっている。また、サファイア基板及びＧａＮなどの
窒化物は硬度が高く切り出しが難しいことから、ダイシ
ングの際に少なくとも２０μｍ程度の切りしろが必要に
なり、微小なチップの切り出しが更に困難になってい
る。

【０００７】また、素子分離の際ドライエッチングやダ
イシングを施す場合には、一般的に結晶面に対する損傷
を避けることが出来ず、基板側からの貫通転位などを抑
制しても逆にドライエッチングにより結晶の特性が劣化
する。また、ドライエッチングやダイシングを施す場合
では、その分だけ工程も増加してしまう。 特に、Ｇａ
Ｎ系半導体を用いた半導体レーザーでは、へき開やエッ
チングによって端面を形成した場合、六方晶であること
などから、従来の半導体レーザーに比較して平坦な端面
を形成することは容易でない。素子端面の傾きや凹凸に
よって反射率が低下し、レーザー発振に必要な電流の閾
値が増大する原因となる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、基体上に開口
部が形成された選択成長マスクから選択成長によって形
成される半導体層を有する半導体素子において、前記半
導体素子が前記選択成長マスク上の脆弱部で分離される
ことを特徴とする。

【０００９】選択成長（ＥＬＯ）において、開口部を形
成した選択マスクから選択成長を行うと、隣接する開口
部から成長するＧａＮ系半導体層は成長とともに会合
し、会合部は選択マスク上に形成される。この部分の結
晶層は下地の窒化ガリウム層とはマスクにより縦方向に
不連続になっており、開口部上に成長した部分よりも薄
く弱い。よって、何らかの機械的な力（例えば、レーザ
ーアブレーションでサファイア基板から素子を剥離する
ダメージ）などの衝撃で割れやすい。特に、選択マスク
の中央部に貫通転位が集中して形成されるため、特に弱
く、割りやすい。また、逆に選択マスク上のこの転位が
集中した領域を避けた部分は基本的に横方向成長により
転位密度が低く、上記の貫通転位で素子をへき開するよ
うにすると非常に平坦で且つ結晶の損傷が抑制された素
子端面を得ることが出来る。このとき、基板から素子を
剥離する工程と、素子を分離する工程を同時に行うこと
ができ、良好な素子端面を簡便に作製することもでき
る。

【００１０】また、基体上に形成した結晶成長種から選
択成長によって形成するＧａＮ系半導体層は、各結晶成
長種から成長するＧａＮ系半導体層の会合部で欠陥密度
が高くる。この欠陥密度が高い領域では機械的強度が低
いことから、この会合部で素子を分離することで容易に
素子分離することができる。さらに、この会合部の下側
には空隙が形成されることから素子分離をさらに容易な
ものとすることができ、結晶成長種を素子のサイズに応
じて形成しておくことで、基体上に複数の素子が形成さ
れた場合でも同時に素子を分離することができる。レー
ザーアブレーションによる素子を剥離する工程と素子を
分離する工程を同時に行うことも可能であり、製造工程
を簡略化することができ、高品質の半導体素子を製造す
ることができる。

【００１１】

【本発明の実施の形態】本発明の半導体素子は、開口部
が形成された選択成長マスクを用いて形成されるＧａＮ
系化合物半導体素子であって、前記選択マスク上の脆弱
部で分離されることを特徴とする。特に、選択マスク上
に集中して形成される貫通転位でへき開することによっ
て、平坦で結晶層の損傷が少ない端面を共振面とする半
導体レーザー素子を作製することができる。

【００１２】先ず、本発明で用いる基板は、ウルツ鉱型
の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限定さ
れず、種々のものを使用できる。例示すると、基体とし
て用いることができるのは、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３、
Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３
Ｃを含む。）、ＧａＮ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ａｌ
Ｎ、ＬｉＭｇＯ、ＬｉＧａＯ_２、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ_２
Ｏ_４、ＩｎＡｌＧａＮなどからなる基板などであり、好
ましくはこれらの材料からなる六方晶系基板又は立方晶
系基板であり、より好ましくはは六方晶系基板である。
例えば、サファイア基板を用いる場合では、窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に
多く利用されているＣ面を主面としたサファイア基板を
用いることが出来る。この場合の基板主面としてのＣ面
は、５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものであ
る。半導体デバイスの製造に広く使用されているシリコ
ン基板などを利用することも可能である。

【００１３】選択成長させる選択マスクの下層としての
基体は前記基板自身であっても良いが、選択時に良好な
結晶性を得るためにはバッファ層などの下地成長層を含
めることができる。この下地成長層としては、化合物半
導体層を選択することができ、後の工程でファセット構
造を形成する場合にはウルツ鉱型の化合物半導体を選ぶ
ことが好ましい。窒化物半導体からなる結晶層として
は、例えばＩＩＩ族系化合物半導体やＢｅＭｇＺｎＣｄ
Ｓ系化合物半導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体
を用いることができ、更には窒化インジウム（ＩｎＮ）
系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａ
Ｎ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ
ＧａＮ）系化合物半導体を好ましくは形成でき、特に窒
化ガリウム系化合物半導体などの窒化物半導体などが好
ましい。

【００１４】選択成長によって結晶成長する半導体層の
うち、基体上に形成される第１導電型層はｐ型又はｎ型
の導電型を有する半導体層であり、第２導電型層はその
反対の導電型である。例えば、ＧａＮ系半導体層で構成
される半導体発光素子を作製する場合、ｎ型クラッド層
としてシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層
を形成し、その上にＩｎＧａＮ層を活性層として形成
し、さらにその上にｐ型クラッド層としてマグネシウム
ドープの窒化ガリウム系化合物半導体層を形成してダブ
ルへテロ構造をとることができる。活性層であるＩｎＧ
ａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造とすることもでき、活
性層の片側にＡｌＧａＮ層を設けることも可能である。
また、活性層は単一のバルク活性層で構成することも可
能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井
戸（ＤＱＷ）、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子
井戸構造を形成するものであっても良い。量子井戸構造
には必要に応じて量子井戸を分離するための障壁層が併
用される。活性層をＩｎＧａＮ層とした場合には、特に
製造工程上も製造し易い構造となり、素子の発光特性を
良くすることが出来る。

【００１５】具体的な選択成長法としては、下地成長層
の上にマスク層を形成し、そのマスク層を選択的に開口
することにより開口部を有する選択マスクを形成した
後、選択成長することができる。マスク層は例えば酸化
シリコン層或いは窒化シリコン層によっても構成するこ
とができる。半導体素子が略六角錐台形状や略六角錐形
状が直線状に延在された形状である場合は、一方向を長
手方向とするような開口部を選択マスクに形成すればよ
い。また、半導体素子が、六角錐形上、六角錐台形形状
など底面が多角形状で複数の傾斜結晶面を有する形状で
ある場合には、選択マスクの開口部を六角形状にすれば
よい。選択成長法は開口部からの結晶成長に限定され
ず、基体表面に形成された結晶成長種から結晶成長を行
うこともできる。

【００１６】本発明で選択成長する化合物半導体層の成
長方法としては、種々の気相成長方法を上げることがで
き、例えば、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ
（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ
法）などの気相成長法や、ハイドライト気相成長法（Ｈ
ＶＰＥ法）を用いることができる。その中でもＭＯＶＰ
Ｅ法によると、迅速に結晶性の良いものが得られる。Ｍ
ＯＶＰＥ法では、ＧａソースとしてＴＭＧ（トリメチル
ガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、Ａｌソー
スとしてはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＡ
（トリエチルアルミニウム）、Ｉｎソースとしては、Ｔ
ＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＩ（トリエチルイ
ンジウム）などのアルキル金属化合物が多く使用され、
窒素源としてはアンモニア、ヒドラジンなどのガスが使
用される。また、不純物ソースとしてはＳｉであればシ
ランガス、Ｇｅであればゲルマンガス、ＭｇであればＣ
ｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）、Ｚｎ
であればＤＥＺ（ジエチルジンク）などのガスが使用さ
れる。ＭＯＶＰＥ法では、これらのガスを例えば６００
℃以上に加熱された基板の表面に供給して、ガスを分解
することにより、ＩｎＡｌＧａＮ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る。

【００１７】また、選択成長マスクを用いて選択成長す
る場合であって、選択マスク開口部の上だけに成長する
際には横方向成長が存在しないため、マイクロチャネル
エピタキシーを用いて横方向成長させ窓領域より拡大し
た形状にすることが可能である。このようなマイクロチ
ャネルエピタキシーを用いて横方向成長したほうが貫通
転位を避けやすくなり、転位が減ることがわかってい
る。また、このような横方向成長により発光領域も増大
し、さらに電流の均一化、電流集中の回避、及び電流密
度の低減を図ることができる。

【００１８】さらに、開口部から横方向成長によって結
晶成長を行った場合、下地成長層であるＧａＮ層と基板
の界面、若しくは基板上にバッファ層が形成されている
場合はバッファ層と下地成長層ＧａＮ層の界面で貫通転
位が発生することがわかっている。この貫通転位は、開
口部上方の成長層表面にまで伝播する。一方、選択マス
ク上に横方向成長した領域では、下地のＧａＮ層の転位
は選択マスク層でその伝播を阻害されるため、選択マス
ク層の上方の成長層の貫通転位は開口部上方の成長層に
比較して非常に少ない。例えば、マスク領域での転位密
度は５×１０^７ｃｍ^−２であり、開口部領域での３×１
０^８ｃｍ^−２より少ない。さらに、選択マスク領域上方
に形成される結晶層に内在する貫通転位は、隣り合う開
口部に挟まれた選択マスクの略中央付近に集中して伝播
する傾向がある。一方、開口部に挟まれた選択マスク上
の中央付近から開口部に至る選択マスク上の領域では比
較的転位密度が低くなっており、良好な結晶質を有して
いる。

【００１９】よって、本発明は、開口部に挟まれた選択
マスクの中央付近に形成され貫通転位が集中した部分
で、選択成長した半導体層を分離することにより容易に
分離面を形成することができる。さらに、選択成長した
半導体層のうち選択マスク上に横方向成長した半導体層
は、選択マスクにより下地成長層と縦方向に不連続にな
っており、機械的強度が低い領域でもある。特に、貫通
転位が集中した部分で半導体層をへき開することによっ
て容易に素子を分離することが可能となり、平坦で損傷
の少ない素子分離面を形成することができる。本発明
は、選択成長によって形成され結晶層を有していれば如
何なる半導体素子にも適用可能であるが、特に半導体レ
ーザー素子などの半導体発光素子に対しては分離した面
を共振面とすることにより高性能の半導体レーザー素子
を作製することができる。以下、本発明の実施形態につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２０】[第１の実施形態]先ず、図１乃至図８を参
照しながら、本実施形態では半導体素子の一例として半
導体レーザー素子について説明する。図１は基体上にマ
スク層を形成し、半導体層を選択成長させる開口部を形
成した状態を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）であ
る。本実施形態の選択成長前において、基板１２と下地
成長層１３との積層体である基体１１上に、シリコン酸
化膜からなる選択成長マスク１４が形成される。基体１
１は、具体的にはその主面をＣ面とするサファイア基板
１２上に、下地成長層１３として、アンドープＧａＮ層
１３を積層した積層構造体である。このとき、下地成長
層１３はシリコンドープのＧａＮ層であっても良い。選
択成長マスク１４にはストライプ状に開口した開口部１
５がレジストマスクの形成後フッ酸系のエッチングによ
り形成される。

【００２１】このように細長い帯状の開口部１５が形成
されたところで、図２に示すように、開口部１５を臨む
下地成長層１３からＧａＮ層１６が選択成長され、更に
ＧａＮ層１６が選択成長マスク１４の表面に沿って横方
向成長する。更に成長が進むと、隣り合った開口部１５
からそれぞれ横方向成長するＧａＮ層１６が開口部１５
に挟まれた選択成長マスク１４の略中央部で会合し、更
に横方向成長が進展し、図３に示すように下地成長層で
あるＧａＮ層１３の結晶面と平行な結晶面を有するＧａ
Ｎ層１６が形成される。このとき、ＧａＮ層１６の上側
の結晶面は平坦であり略Ｃ面を有するように形成され
る。

【００２２】図４は選択成長マスク１４近傍の拡大断面
図であって、貫通転位の分布状態を模式的に示した断面
図である。ＧａＮ層１６に形成される貫通転位１７は、
選択成長マスク１４の略中央部に形成されたＧａＮ層１
６ａに集中して形成される。選択マスク１４上であっ
て、選択マスク１４の中央部から開口部１５にかけての
領域であるＧａＮ層１６ｂでは貫通転位がほとんど形成
されない。一方、開口部１５上方のＧａＮ層１６ｃで
は、横方向成長しない場合と比べ貫通転位の密度は低く
なる傾向にあるが、ＧａＮ層１６ｂと比較すると貫通転
位密度は高くなる。下地成長層１３から伸びる貫通転位
１７は、開口部１５に臨む領域に形成されるＧａＮ層１
６ｃに伝播するが、選択成長マスク１４上に形成される
ＧａＮ層１６の領域ではその伝播が選択マスク１４で抑
制されることになる。ＧａＮ層１６は開口部１５から横
方向成長によって選択マスク１４の表面に沿って成長す
ることから、選択マスク１４の端部で貫通転位が曲げら
れ、選択マスク１４の表面にそって延びる貫通転位１７
はその反対側から伝播する貫通転位と選択マスク１４の
略中央付近で会合し、上方に伸びることになる。よっ
て、ＧａＮ層１６のうち選択マスク１４の略中央付近で
は転位密度が高い領域１６ａが形成されることになる。
ＧａＮ層１６ａを含み、図４の紙面に対して垂直な方向
に列状に貫通転位１７の密度が高い領域が形成され、Ｇ
ａＮ層１６中で転位密度が高い領域が面状に分布するこ
とになる。また、選択マスク１４上のＧａＮ層１６のう
ち、選択マスク１４の略中央領域から端部にかけての領
域１６ｂでは転位密度が非常に低く結晶質が高いＧａＮ
層１６が形成される。

【００２３】ＧａＮ層１６を形成した後、シリコンドー
プのＧａＮ層１８を形成し、その上にＩｎＧａＮ層を活
性層１９として形成し、更にその上にｐ型クラッド層と
してマグネシウムドープのＧａＮ層２０を形成してダブ
ルへテロ構造をとることができる。さらにその上にｐ型
クラッド層２０と電極層２２とのオーミック接触をとる
ためのコンタクト層２１をＮｉ、Ｐｄなどの金属材料で
形成した後、電極層２２を蒸着法などによって形成し、
図５に示すような積層構造体が形成される。電極層２２
は、Ｐｔ、Ａｕなどの金属材料若しくはこれらの積層構
造とすることができる。活性層１９は単一のバルク活性
層で構成することも可能であるが、障壁層を配置した多
重量子井戸構造にしてもよい。素子の機能に応じて、ｎ
型クラッド層１８及びｐ型クラッド層２０を多層構造に
することもできる。例えば、本実施形態のように半導体
レーザー素子を作製する場合、ＡｌＧａＮクラッド層及
びＧａＮガイド層を積層してｎ型半導体層１８を形成
し、さらにｐ型半導体層２０をＡｌＧａＮ層、ＧａＮガ
イド層及びＡｌＧａＮクラッド層からなる多層構造とす
ることも可能である。また、ＧａＮ層１６上に形成する
結晶層は本実施形態の構造に限らず、作製する素子に応
じて様々な構造をとることができる。

【００２４】次に、ｐ側電極２２が形成された該積層構
造体の上側からＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行
い、リッジ構造を形成する。このとき、ＧａＮ層１６上
に形成されたｐ側電極２２及び結晶層から成る該積層構
造体を選択マスク１４の中央部から隣り合う選択マスク
１４の端部の上方にかけて除去する。このとき、ｎ型ク
ラッド層１８が残るようにリッジ構造を形成する。この
ようにして、図６に示すように、ｎ型クラッド層１８、
活性層１９、ｐ型クラッド層２０、ｐ側電極２２を除去
してリッジ構造が形成されることになる。このとき、エ
ッチングにより除去したｎ型クラッド層１８の表面にｎ
電極２３を形成しておくことができる。ｎ電極２３は蒸
着方法によって、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属材
料を蒸着して形成することができ、これらの金属材料を
組み合わせて形成しても良い。

【００２５】ところで、すでに述べたように選択マスク
１４の中央付近のＧａＮ層１６には貫通転位１７が図６
の紙面に対して垂直な方向で列状に形成されている。こ
のため、選択マスク１４の中央付近のＧａＮ層１６は機
械的強度が低い脆弱部を有している。さらに、下地成長
層１３とＧａＮ層１６が選択マスク１４により縦方向に
不連続になっており、ＧａＮ層１６の厚みが薄くなって
いることにより選択マスク１４上は更に機械的強度が低
下している。また、選択マスク１４の中央部から端部に
かけてのＧａＮ層１６では転位密度が低く良好な結晶性
を有している。よって、ＧａＮ層１６の厚みが薄くなっ
ていることと、選択マスクの中央部の上で貫通転位１７
の密度が高くなっていることを利用して、選択マスク１
４中央部のＧａＮ層１６でへき開することにより容易に
素子を分離することができる。へき開はサファイア基板
１２とともに行っても良いが、サファイア基板１２は硬
度が高いので、へき開を容易にするためには一旦ＧａＮ
層１３をサファイア基板１２から剥離した後、へき開す
れば良い。このとき、エッチングやダイシングによって
素子の分離を行わないので、平坦で且つ結晶層の損傷が
小さい分離面を容易に形成することができる。さらに、
この分離面を半導体レーザー素子の共振面とすることに
より高性能の半導体レーザー素子を形成することができ
る。また、サファイア基板１２から素子を剥離しておく
ことで、繰り返しサファイア基板１２を使用することが
でき、製造コストの低減にもつながる。

【００２６】さらに、サファイア基板１２とＧａＮ層１
３を剥離する工程と、分離面を形成する工程を同時に行
うこともできる。例えば、図７に示すように、サファイ
ア基板１２の裏面からＧａＮ層１３とサファイア基板１
２の界面に、エキシマレーザー光Ｌなどのエネルギービ
ームを照射することによって、素子剥離と素子分離を同
時に行うことができる。サファイア基板１２の裏面から
エキシマレーザー光Ｌを照射すると、サファイア基板１
２近傍のＧａＮ層１３はエキシマレーザー光Ｌのエネル
ギーを吸収し、ＧａＮ層１３のうち基板１２との界面近
傍のＧａＮが金属ＧａとＮ_２ガスに分解され、基板１２
とＧａＮ層１３の接合力が低下する。このとき、ＧａＮ
が分解される際に発生する応力によって、該積層構造体
の内部に内部応力が発生し、その応力は選択成長マスク
１４上の貫通転位１７が集中している領域に加わり、Ｇ
ａＮ層１３がサファイア基板１２から剥離されると同時
に貫通転位１７でへき開されて、図８に示すように個々
の素子に分離されることになる。また、分解時にＮ_２ガ
スが発生した際の体積膨張による応力が貫通転位１７に
加わることによってへき開を行うこともできる。貫通転
位１７が高い密度で形成された部分でへき開することに
よって、平坦な分離面を素子端面とすることができ、エ
ッチングやダイシングによる素子分離と比較して、結晶
層の損傷を抑制することができる。

【００２７】［第２の実施形態］次に、図９乃至図１４
を参照しながら本実施形態の半導体レーザー素子につい
て詳細に説明する。図９は、基体４１上にマスク層４４
を形成し、半導体層を選択成長させる開口部を形成した
状態を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）、（ｃ）であ
って、断面図（ｂ）は平面図（ａ）のｂ−ｂ’線断面図
であり、断面図（ｃ）は平面図（ａ）のｃ−ｃ’線断面
図である。本実施形態の選択成長前において、サファイ
ア基板４２と下地成長層４３との積層体である基体４１
上に、シリコン酸化膜からなる選択マスク４４が形成さ
れる。基体４１は、具体的にはその主面をＣ面とするサ
ファイア基板４２上に、下地成長層４３としてＧａＮ層
４３を積層した積層構造体である。選択マスク４４には
ストライプ状に開口した開口部４５がレジストマスクの
形成後、フッ酸系のエッチングにより形成される。図９
（ａ）に示すように、ストライプ形状の開口部４５が縦
横にそれぞれ等間隔で規則的に形成され、同時に複数の
素子を形成できるようになっている。本実施形態ではス
トライプ状の開口部４５について説明するが、開口部４
５の形状は選択マスク４４上に横方向成長させた結晶成
長層を形成できれば良く、具体的には、円形、六角形、
三角形、その他多角形状及びそれらの変形形状とするこ
とができる。

【００２８】次に、図１０に示すように、開口部４５か
らＧａＮ層４６を成長させる。ＧａＮ層４６は開口部４
５から選択マスク４４の表面に沿って、ストライプ形状
の開口部４５の長手方向とその長手方向と垂直な方向に
向かって成長する。隣り合った開口部４５から成長した
ＧａＮ層４６が各開口部４５に挟まれた選択マスク４４
上の略中間領域で会合し、更に結晶成長を続けるとＧａ
Ｎ層４６は高さ方向にも成長し、上側の結晶面が略平坦
なＧａＮ層４６が形成される。更にＧａＮ層４６の上に
シリコンドープのｎ型ＧａＮ層４７、ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層４８、ｎ型ＧａＮガイド層４９を形成する。更
に、発光領域となる活性層５０としてＩｎＧａＮ層から
なる多重量子井戸構造を形成する。続いて、ｐ型ＡｌＧ
ａＮ層５１、ｐ型ＧａＮガイド層５２、及びｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層５３を順次形成し、最後にｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層５３とｐ側電極５５とのオーミック接触を
とるためのｐ側コンタクト層５４を形成し、その上にｐ
側電極５５を形成し、図１１に示すような積層構造体が
形成される。

【００２９】このとき、ストライプ形状の開口部４５の
長手方向と、長手方向と垂直な方向に沿って、ＧａＮ層
４６には貫通転位５６が集中して形成される。このと
き、開口部４５に挟まれた選択マスク４４の略中間領域
上のＧａＮ層４６に貫通転位５６が集中して形成され
る。貫通転位５６が並んで存在する貫通転位列５７は、
選択成長マスク４４に略垂直な面内に並んで形成され
る。貫通転位５６は機械的強度が低いことから、貫通転
位列５７を含む面状の領域はへき開され易い面となる。

【００３０】また、開口部４５から横方向成長させたＧ
ａＮ層４６では、横方向成長しない場合と比べて選択マ
スク４４上の貫通転位の密度が低くなる傾向にある。下
地結晶層４３から伸びる貫通転位５６は開口部４５領域
ではそのまま上方に成長されるＧａＮ層４６に伝播する
が、選択マスク４４上の領域ではその伝播が選択マスク
４４で遮られることになる。さらに、ＧａＮ層４６は開
口部４５から横方向成長によって選択マスク４４の表面
に沿って成長することから、選択マスク４４の端部で貫
通転位が曲げられ、マスク４４の表面にそって延びる貫
通転位はその反対側から延びる貫通転位とマスク４４の
中央付近で会合し、上方に延びることになる。よって、
選択マスク４４の中央付近では貫通転位の密度が高い領
域ができることになる。一方、選択マスク４４上のＧａ
Ｎ層４６のうち、その中央付近から開口部４５の端部に
かけての領域では転位密度が非常に低くなり、結晶質が
高いＧａＮ層４６が形成されることになる。また、この
貫通転位５６は列状に分布しており、貫通転位列５７を
形成する。この貫通転位列５７は各開口部４５を囲むよ
うに形成されるので、後述するように、各開口部４５毎
に一素子が形成されるようにした場合、貫通転位列５７
に沿ってへき開することによって一素子毎に素子を分離
することができ、同時に複数の素子を分離できることに
なる。

【００３１】次に、ｐ側電極５５を形成した側からＲＩ
Ｅなどのエッチングによりリッジ構造を形成する。図１
２に示すように、先ず、開口部４５の長手方向に沿っ
て、該積層構造体を除去する。長手方向と垂直な方向へ
のエッチング幅は、開口部４５の長辺から該開口部４５
の長辺と垂直な方向に形成され隣り合う開口部４５との
略中間までとり、長辺に平行に積層構造体の一部を除去
する。エッチングの深さは、ＧａＮ層４６が一定の厚さ
で残留するまで該積層構造体を除去すれば良い。開口部
４５上の該積層構造体は除去され、選択マスク４４の中
央付近に集中する貫通転位列５７を境界として、選択マ
スク４４上の貫通転位密度が低い領域の積層構造体は除
去されずに残ることになる。

【００３２】次に、貫通転位列５７を含む面が素子分離
面になるようにへき開し、個々の素子に分離する。貫通
転位列５７は、各開口部４５で挟まれた選択マスク４４
の略中間付近で、開口部４５から横方向成長してきたＧ
ａＮ層４６が会合し形成される。よって、貫通転位列５
７は任意の開口部４５を取り囲むように分布しており、
基板１２を含めその上に形成されている積層構造体に応
力を加えると、貫通転位列５７に沿ってへき開すること
ができる。一般にＧａＮ系半導体の硬度は高いが、貫通
転位列５７は、転位を含まない良質のＧａＮ層４６と比
較すると機械的強度は低い。よって、基板４２を含む該
積層構造体に応力が加わると、貫通転位列５７を境界と
してへき開される。へき開によって素子を分離した場
合、エッチングやダイシングによる素子分離と比較し
て、分離面の損傷を抑えることができるので、非常に平
坦な素子分離面を形成することができる。さらに、素子
分離面に近いＧａＮ層４６は、転位密度が非常に低い傾
向にある。よって、素子分離面が平坦なだけでなく、素
子分離面近傍の結晶質が非常に高い半導体素子を形成す
ることができる。特に、活性層で発生した光を共振面で
反射してレーザー発振させる半導体レーザー素子におい
ては、活性層と垂直な向きに形成された素子分離面を素
子端面することによって、平坦で且つ結晶層の損傷が少
ない共振面を形成することができ、高性能の半導体レー
ザー素子を作製することができる。

【００３３】一方、サファイア基板４２から素子を剥離
した後、素子を分離することもできる。例えば、サファ
イア基板４２の裏面からサファイア基板４２と下地結晶
層であるＧａＮ層４３の界面にエネルギービームを照射
することによって該界面でアブレーションが起こり、該
界面で素子を剥離すると同時に素子を分離することも出
来る。先ず、サファイア基板４２の裏面から、エキシマ
レーザー光などのエネルギービームを照射する。サファ
イア基板４２はエキシマレーザー光の波長域のエネルギ
ーを吸収しないので、エキシマレーザー光はサファイア
基板４２を透過し、サファイア基板４２と下地成長層で
あるＧａＮ層４３の界面に到達する。サファイア基板４
２の表面に結合していたＧａＮはエキシマレーザー光の
エネルギーを吸収し、金属ＧａとＮ_２に分解し、サファ
イア基板４２とＧａＮ層４３の結合力が低下する。この
とき、ＧａＮが分解するときに発生したガスによって、
基板４２及び基板４２上に形成された積層構造体に内部
応力が発生し、結合力が低下したサファイア基板４２と
ＧａＮ層４３との界面で素子の剥離を行うことが出来
る。このとき、貫通転位５６は他の正常な結晶層と比較
して機械的強度が低いので、貫通転位列５７に沿って選
択的に素子の分離が行われることになる。また、貫通転
位列５７は選択マスク４４の中央付近の上方に形成され
たＧａＮ層４６に集中して存在することから、貫通転位
５６が列状に並んだ領域をへき開面として非常に平坦な
素子分離面が形成されることになる。

【００３４】図１３に本実施形態における半導体レーザ
ー素子について、素子分離後の素子外形の斜視図を示
す。該素子はストライプ形状の開口部４５の長手方向に
平行に延在する結晶層を積層した構造を有している。ま
た、ｎ側電極５８は、積層構造体を除去し、ｎ型ＧａＮ
層４７が露出した領域に形成することができる。貫通転
位５６に沿ってへき開した素子端面は非常に平坦であ
り、結晶層の損傷も抑制される。さらに、活性層５０に
対して略垂直に形成されるので、高性能の半導体レーザ
ー素子を作製することができる。

【００３５】［第３の実施形態］次に、活性層を形成す
る半導体層が、基体の主面に対して傾斜した傾斜結晶層
を有する半導体レーザー素子について図１４乃至図１８
を参照しながら詳細に説明する。選択成長前において
は、図１４に示すように、サファイア基板８２と下地成
長層８３との積層体である基体８１上に、シリコン酸化
膜からなる選択マスク８４が形成される。基体８１は、
具体的にはその主面をＣ面とするサファイア基板８２上
に、例えばアンドープＧａＮ層若しくはシリコンドープ
のＧａＮ層を積層した構造体である。基体８１を構成す
る基板８２は、ウルツ鉱型の化合物半導体層を形成し得
るものであれば特に限定されず、種々のものを使用でき
る。例示すると、基体として用いることができるのは、
サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含
む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）、Ｇａ
Ｎ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、Ｌｉ
ＧａＯ_２、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＩｎＡｌＧａＮ
などからなる基板などであり、好ましくはこれらの材料
からなる六方晶系基板又は立方晶系基板であり、より好
ましくは六方晶系基板である。例えば、サファイア基板
を用いる場合では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半
導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面
を主面としたサファイア基板を用いることが出来る。こ
の場合の基板主面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲で
傾いた面方位を含むものである。半導体デバイスの製造
に広く使用されているシリコン基板などを利用すること
も可能である。

【００３６】選択マスク８４にはストライプ状に開口し
た開口部８５がレジストマスクの形成後フッ酸系のエッ
チングにより形成される。本実施形態のストライプ状の
開口部８５の長手方向に沿った稜線を有する結晶成長を
図るためには、該長手方向を[１−１００]方向若しくは
[１１−２０]方向とすればよい。また、これらの方向の
いずれかより０．２度以上で２０度以下の角度だけ傾い
た方向に結晶成長することもできる。

【００３７】このように細長い帯状の開口部８５が形成
されたところで、図１５に示すように、選択成長により
ＧａＮ層８６が形成される。更に結晶成長が進むと開口
部８５の短辺側から成長する傾斜結晶層は、隣り合う開
口部８５の短辺側から結晶成長した傾斜結晶層と会合す
る。また、長辺側から成長する傾斜結晶面は、長辺に垂
直な方向で隣り合う開口部との間隔を十分に取っておけ
ば会合することなく結晶成長を続ける。

【００３８】開口部８５の短辺側から成長する傾斜結晶
面の会合がさらに進むと、隣り合う開口部８５からそれ
ぞれ結晶成長してきた結晶層の稜線が長手方向に沿って
直線状になるようにＧａＮ層８６が会合し、図１６に示
すように、開口部８５の長手方向に沿って一つの稜線９
５を有し、且つ稜線９５から両側に延在する傾斜結晶面
を有するＧａＮ層８６が形成される。このとき、必ずし
も稜線を有するように結晶成長する必要はなく、温度や
結晶を構成する材料の濃度などの結晶成長条件を調整す
ることにより断面形状が略台形の結晶層を形成しても良
い。このとき、該傾斜結晶面は好ましくはＳ面{１−１
０１}面）若しくは{１１−２２}面であることが望まし
い。特に、ＧａＮ系半導体ではＳ面を形成するように結
晶成長することによって欠陥が抑制された結晶層を成長
させることができるとともに、その上に形成される結晶
層も安定してＳ面を有するように結晶成長させることが
可能ある。このＳ面は選択成長時には安定して形成され
る面である。

【００３９】次に、１つの稜線を有し、基板主面に対し
て傾斜した傾斜結晶層であるＧａＮ層８６上に、シリコ
ンドープのＧａＮ層８７を形成する。更にその上に、活
性層となるＩｎＧａＮ層８８が形成される。ＩｎＧａＮ
層８８の上にはｐ型クラッド層としてマグネシウムドー
プのＧａＮ層８９が形成される。基板８２の主面に対し
て傾斜した傾斜結晶層で構成され、この積層構造体が開
口部８５の長手方向に延在された断面上三角形の形状を
有する積層構造体が形成される。その上にｐ側電極９１
とｐ層８９とのオーミック接触をとるためのｐ側コンタ
クト層９０を形成し、さらにｐ側電極９１を形成する。
ｐ側電極９１は、蒸着法により、Ｐｔ、Ａｕ及びこれら
を積層することによって形成することができる。

【００４０】また、選択成長によって形成されるＧａＮ
層８６はｐ型又はｎ型のクラッド層にすることができ、
例えば、Ｓ面を構成する結晶層をシリコンドープの窒化
ガリウム系化合物半導体層によって構成した場合では、
本実施形態のようにｎ型クラッド層をシリコンドープの
窒化ガリウム系化合物半導体によって構成することがで
きる。尚、ＧａＮ系半導体はノンドープでも結晶中にで
きる窒素空孔のためにｎ型となる性質があるが、通常Ｓ
ｉ、Ｇｅ、Ｓｅなどのドナー不純物を結晶成長中にドー
プすることでキャリア濃度の好ましいｎ型とすることが
できる。活性層８８は、ｎ型クラッド層であるシリコン
ドープのＧａＮ層８７の上にＩｎＧａＮ層によって形成
される。活性層８８は断面上三角形の形状を有する傾斜
結晶面上にＳ面を有するように形成される。その上に後
述するｐ型クラッド層としてマグネシウムドープのＧａ
Ｎ系化合物半導体層を形成してダブルへテロ構造を形成
することができる。活性層であるＩｎＧａＮ層８８をＡ
ｌＧａＮ層で挟む構造や片側だけにＡｌＧａＮ層を形成
する構造とすることも可能である。例えば、Ｓ面を形成
するように選択成長されたｎ型ＧａＮ層の上にｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮガイド層を形成する。更
に、活性層としてＩｎＧａＮ層を形成し、続いてｐ型Ａ
ｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮガイド層及びｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層を積層した構造とすることもできる。

【００４１】また、活性層８８は単一のバルク活性層で
構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）
構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであって
も良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離
のための障壁層が併用される。活性層８８をＩｎＧａＮ
層とした場合には、特に製造工程上も製造し易い構造と
なり、発光素子の場合には発光特性を良くすることがで
きる。さらに、このＩｎＧａＮ層は、窒素原子の脱離し
難い構造であるＳ面の上での成長では特に結晶化し易く
しかも結晶性も良くなり、発光効率を上げることが出来
る。

【００４２】開口部８５の短辺側に形成された会合部は
開口部８５に挟まれた選択マスク８４の略中間領域で形
成される。下地成長層８３から伝播する貫通転位９２は
開口部８５の上方のＧａＮ層８６に伝播し，この領域の
ＧａＮ層８６の転位密度は高くなる。一方、選択マスク
上方に横方向成長して形成されるＧａＮ層８６は、選択
マスク８４で貫通転位９２が曲げられることによって転
位密度が低い領域となり、結晶質は良好である。下地成
長層８３から伸びる貫通転位９２は選択マスクで遮ら
れ、選択マスク上方の結晶層には伝播しないが、開口部
８５から伝播する貫通転位９２が選択マスクで曲げら
れ、選択マスク８４の上方の結晶層８６に伝播し、選択
マスク８４の中央付近に集中して伸びる。選択マスク８
４の中央付近に集中する貫通転位９２は列状に分布し、
貫通転位列９４を形成する。貫通転位列９４は機械的強
度が低いことから、基板８２を含めた該積層構造体に応
力を加えることによって、貫通転位列９４でへき開する
ことができ、容易に素子を分離することができる。この
素子分離面は平坦で且つ結晶の損傷が少なく、この面を
共振面とすることで高性能の半導体レーザー素子を作製
できる。また、基板としてバルクのＧａＮ半導体層を用
いることによってさらに容易にへき開が可能になる。

【００４３】また、図１７に示すように、アブレーショ
ンによって基板８２からＧａＮ層８３を剥離すると同時
に素子を分離することもできる。基板８２の裏面からエ
キシマレーザー光Ｌなどのエネルギービームを照射する
と、ＧａＮ層８３でエキシマレーザー光のエネルギーの
吸収が起こり、基板８２との界面でＧａＮが分解して基
板８２とＧａＮ層８３との接合力が低下して素子が剥離
される。このとき発生する熱やＧａＮの分解時に発生す
るＮ_２ガスによる応力が貫通転位列９４に加わり、貫通
転位列９４で素子を分離することができる。また、ｎ側
電極９３は、図１８に示すように、選択マスク８４の一
部をエッチングし、ＧａＮ層８３を露出させた後に、ｎ
側電極９３とｎ型ＧａＮ層８３がコンタクトするように
該傾斜結晶層と同じ側に形成してもよいが、基板８２か
ら素子を剥離した剥離面に形成することもできる。

【００４４】特に、本実施形態のように、Ｓ面を備える
ように形成された傾斜結晶層は、基板に対して平行な結
晶層から構成されるプレーナ−型の半導体レーザー素子
に比べて結晶性が良好であり、且つ活性層の実質的な面
積を大きくとることができるので高い発光効率の半導体
レーザー素子を作製できる。さらに、貫通転位列に沿っ
てへき開し、そのへき開面を素子端面とすることでレー
ザー発振させるための共振面を容易に形成することが可
能である。

【００４５】［第４の実施形態］本実施形態の半導体素
子について、図１９乃至図２４を参照しながら説明す
る。本実施形態は、基板上に形成されたＧａＮ層若しく
はバルクのＧａＮ層を選択的に除去することによって、
結晶成長種を形成し、該結晶成長種から成長される結晶
層の会合部に形成される転位などの欠陥に沿ってへき開
し、素子を分離することを特徴とする。

【００４６】本実施形態では、第１のＧａＮ系化合物半
導体層を選択的に除去し、エッチングなどによって形成
された凸部を結晶成長種として、第２の窒化ガリウム系
化合物半導体層を形成する。結晶成長種から成長する第
２のＧａＮ系半導体層は横方向に成長し、隣り合う結晶
成長種から成長してくる第２のＧａＮ系半導体層と会合
し、一体の結晶層を形成する。結晶成長種から横方向に
成長した第２のＧａＮ系半導体層の下側に空隙が形成さ
れ、下地成長層である第１のＧａＮ系半導体層と不連続
になっている。この不連続性によって第１のＧａＮ系半
導体層から第２のＧａＮ系半導体層への転位の伝播を防
止することができ、転位などの欠陥を殆ど含まないＧａ
Ｎ系半導体層を形成することができる。さらに、ＧａＮ
系半導体層の会合領域では欠陥密度が高いことから、そ
の領域でへき開することで容易にへき開が可能であり、
平坦な素子端面を形成することができる。

【００４７】先ず、図１９に示すように、本実施形態で
は基板１１２上に第１のＧａＮ系化合物半導体層として
ＧａＮ層１１３を形成した後、ＲＩＥ（反応性イオンエ
ッチング）を用いて、選択的にＧａＮ層１１３を除去
し、ＧａＮ層１１３の凸部１１４を形成する。本実施形
態で用いられる基板１１２は、一例として、基板主面を
Ｃ＋面若しくはＣ面とするサファイア基板が使用される
が、窒化物半導体の結晶成長で一般的に使用されるサフ
ァイア基板に限定されるものではなく、他の異種基板も
しくは他の窒化物半導体基板でも良い。また、凸部１１
４の側面は基板主面に対して垂直に形成されるだけでな
く、基板主面に対して傾斜した面にすることもできる。
本実施形態では凸部１１４の形状は、矩形状としている
が、円形状、楕円状、正方形状、六角形状、三角形状、
菱形、その他の多角形及びこれらの変形形状にすること
もできる。また、凸部１１４の上側の面と、エッチング
によって除去されたＧａＮ層１１３の底部１１５との高
低差が３０ｎｍ以上、若しくは高低１００ｎｍ以上であ
ることが望ましく、エッチングはＧａＮ層１１３の層内
だけで形成されるに限らず、ＧａＮ層１１３を除去した
領域で基板１１２の一部が臨んでいても良い。

【００４８】また、ＧａＮ層１１３の凸部１１４と底部
１１５からなる凹凸部を例えばエッチングで形成した際
に、大きく削れるようにすることで空隙を形成すること
ができる。ＧａＮ層１１３に内在する貫通転位上に空隙
を形成するには、貫通転位部を選択的に腐食するような
気相中や液相中でのエッチングを用いれば良い。凸部１
１４を結晶成長種として結晶層を選択成長した場合に
は、貫通転位上の凹部が空隙として残ることがあり、貫
通転位部が空隙で終端する構造にすることができる。

【００４９】このようにして作製した基体１１１を有機
金属気相成長装置のなかに導入し、窒素原料であるアン
モニアとキャリアガスとして水素と窒素を流しながら昇
温し、１０２０℃でＧａ原料であるトリメチルガリウム
を供給する。暫く成長すると凸部１１４からの横方向成
長が生じ、図２０に示すように、結晶成長が開始されて
シリコンドープのＧａＮ層１１６が形成される。このと
き、第１のＧａＮ層１１３がエッチングされた底部１１
５の上側は、そのまま空隙１１７となり、この空隙部分
はＧａＮ層１１６に対して下側から伸びる貫通転位を遮
断するように機能する。

【００５０】更に成長を続けると図２１に示すように凸
部１１４から成長したＧａＮ層１１６が１つの平面を形
成するように会合する。このようにして、基板１１２の
主面と平行な面を備えるＧａＮ層１１６が形成される。
ここで、隣り合う凸部１１４から横方向成長したＧａＮ
層１１６の会合部ではＧａＮ層の他の領域に比較して転
位１１８などの欠陥が集中して形成され、機械的強度が
低い。また、会合部の下側は空隙１１７になっており、
他のＧａＮ層１１６領域に比較して厚さが薄いので欠陥
の密度が低いＧａＮ層と比べ機械的強度は低い。

【００５１】次に、図２２に示すように、ｎ型ＧａＮ層
１１６の上には活性層１１９、及びマグネシウムドープ
のＧａＮ層１２０を形成し、ｐ側電極１２２とｐ型Ｇａ
Ｎ層１２０とのオーミック接触をとるためにコンタクト
層１２１を設け、その上にｐ側電極１２２を形成する。
特に、半導体レーザー素子を作製する場合には、ＧａＮ
層１１６の上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型Ｇａ
Ｎガイド層及び活性層としてＩｎＧａＮ層から構成され
る多重量子井戸構造が形成することもできる。多重量子
井戸構造はＩｎＧａＮのＩｎの組成比を変えることによ
ってエネルギーバンドギャップを変更したＩｎＧａＮ層
を障壁層とし、キャリアーを高い効率で発光領域に閉じ
込めることが可能となり、発光効率を高めることができ
る。

【００５２】次に、図２３に示すように、ＲＩＥなどに
よってｐ側電極１２２を形成した側からエッチングによ
ってリッジ構造を形成する。凸部１１４の略中央付近か
ら貫通転位列１１８が形成されるＧａＮ層１１６までを
除去する。除去する深さは、ｎ型ＧａＮ層１１６が一定
の厚さで残るようにすれば良い。このとき、凸部１１４
からは貫通転位が伝播し難いことから、凸部１１４から
選択成長されたＧａＮ層１１６は転位など少なく、非常
に良好な結晶質を有する。このとき、エッチングによっ
て除去したＧａＮ層１１６の露出した面にｎ側電極を形
成しておいてもよい。

【００５３】さらに、基板１１２の裏面からエキシマレ
ーザー光などのエネルギービームを照射し、アブレーシ
ョンによってＧａＮ層１１３と基板１１２を剥離すると
同時に素子分離を行うことができる。このとき、アブレ
ーションによって発生する熱やＧａＮの分解によって発
生するＮ_２ガスによる応力が貫通転位列１１８に加わ
り、容易に素子を分離することができる。貫通転位１１
８に沿って素子がへき開されて分離される。このとき、
素子分離面は平坦で、且つ素子分離面近傍の結晶質が非
常に良好なであることから高性能の半導体レーザー素子
を形成することができる。また、本実施形態では、選択
マスクを形成せずにＧａＮ層１１６の結晶成長を行った
が、下地成長層１１３若しくは基板１１２上に選択マス
クを形成した後、該選択マスクをエッチングなどにより
除去して開口部を形成し、該開口部に臨む下地成長層１
１３若しくは基板１１２に設けられた結晶成長種から選
択成長を行うことも出来る。このときは、選択成長マス
ク上の貫通転位列に沿ってへき開すれば容易に素子分離
することができ、結晶成長種上の良好な結晶層を利用し
た半導体素子を形成することができる。

【００５４】特に、素子分離面を共振面とする半導体レ
ーザー素子においては、平坦で且つ結晶層の損傷が抑制
された共振面を形成できとともに、素子の剥離と素子の
分離が同時に可能となり、素子の品質の向上と製造工程
の簡略化を図ることができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明の半導体素子とその製造方法によ
れば、選択成長によって形成された結晶層中に内在する
貫通転位でへき開し、素子分離することによって平滑性
の良好な素子分離面を形成することができる。また、エ
ッチングやダイシングによって素子分離を行わないの
で、素子分離面の結晶層への損傷を抑制することがで
き、高品質の素子を製造することができる。更に、基板
からの素子剥離と、素子の分離をアブレーションによっ
て同時に行うことができるので製造工程の簡略化が可能
となり、コストダウンにつながる。

【００５６】さらに、素子の端面を共振面とすることに
よってレーザー発振させる半導体レーザー素子では、貫
通転位列に沿ってへき開された素子分離面を素子端面に
することによって、活性層で発生した光を高い効率で活
性層に閉じ込めることができ、閾値電流を低減できる。
よって、高い性能の半導体レーザー素子を製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の半導体レーザー素子
にかかる、選択マスクを形成した場合の選択成長前の選
択マスクの形状を示す構造図であって、（ａ）は構造平
面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ’線構造断面図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施形態の半導体レーザー素子
にかかる、開口部から第１導電型層を形成過程を示す工
程図であって、（ａ）は工程平面図、（ｂ）は（ａ）の
ｂ−ｂ’線工程断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態の半導体レーザー素子
にかかる、第１導電型層を形成した形状を示す構造図で
あって、（ａ）は構造平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−
ｂ’線構造断面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態の半導体レーザー素子
にかかる、選択マスク近傍の転位の分布を示した模式断
面図である。

【図５】本発明の第１の実施形態の半導体レーザー素子
にかかる、素子分離前の積層構造体を示す構造断面図で
ある。

【図６】本発明の第１の実施形態の半導体レーザー素子
にかかる、リッジ構造を形成した構造を示す構造断面図
ある。

【図７】本発明の第１の実施形態の半導体レーザー素子
にかかる、素子剥離と同時に素子分離を行う工程断面図
である。

【図８】本発明の第１の実施形態の半導体レーザー素子
にかかる、素子分離後の素子構造を示す構造断面図であ
る。

【図９】本発明の第２の実施形態の半導体レーザー素子
にかかる、複数の開口部が形成された選択成長前の選択
マスクの形状を示す構造図であって、（ａ）は構造平面
図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ’線構造断面図、
（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ’線構造断面図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、開口部から第１導電型層を形成過程を示す
工程図であって、（ａ）は工程平面図、（ｂ）は（ａ）
のｂ−ｂ’線工程断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ’線
断面図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、素子分離前の積層構造体の構造を示す構造
図であって、（ａ）は構造平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ
−ｂ’線構造断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ’線断面
図である。

【図１２】本発明の第２の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、エッチング後の積層構造体の構造を示す構
造図であって、（ａ）は構造平面図、（ｂ）は（ａ）の
ｂ−ｂ’線構造断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ’線構
造断面図である。

【図１３】本発明の第２の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、素子分離後の素子の構造を示す斜視図であ
る。

【図１４】本発明の第３の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、開口部が形成された選択成長前の選択マス
クの形状を示す構造図であって、（ａ）は構造平面図で
あり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ’線構造断面図、（ｃ）
は（ａ）のｃ−ｃ’線構造断面図である。

【図１５】本発明の第３の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、開口部からＧａＮ層の形成過程を示す工程
図であって、（ａ）は工程平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ
−ｂ’線工程断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ’線工程
断面図である。

【図１６】本発明の第３の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、ＧａＮ層形成後の半導体レーザー素子の構
造を示す構造図であって、（ａ）は構造平面図、（ｂ）
は（ａ）のｂ−ｂ’線構造断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ
−ｃ’線構造断面図である。

【図１７】本発明の第３の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、素子分離前の素子構造を示す構造図であっ
て、（ａ）は構造平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ’線
構造断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ’線構造断面図で
ある。

【図１８】本発明の第３の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、素子の構造を示す構造斜視図である。

【図１９】本発明の第４の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、結晶成長種を形成した基体の構造を示す図
であって、（ａ）は構造平面図、（ｂ）はｂ−ｂ’線構
造断面図である。

【図２０】本発明の第４の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、結晶成長種からＧａＮ層を形成する過程を
示す工程図であって、（ａ）は工程平面図、（ｂ）は
（ａ）のｂ−ｂ’線工程断面図である。

【図２１】本発明の第４の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、第１導電型層が形成された構造を示す構造
図であって、（ａ）は構造断面図、（ｂ）はｂ−ｂ’線
構造断面図である。

【図２２】本発明の第４の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、積層構造体を形成した構造を示す図であっ
て、（ａ）は構造平面図であり、（ｂ）はｂ−ｂ’線構
造断面図である。

【図２３】本発明の第１の実施形態の半導体レーザー素
子にかかる、素子剥離と同時に素子分離を行う工程を示
す断面工程図である。

【符号の説明】

１２、４２、８２ 基板 １４、４４ 選択マスク １３、４３、８３ 下地結晶層 １９ 活性層 ２１ コンタクト層 ２２ 電極層 ４５ 開口部 ５７、９４ 貫通転位列 ８１ 基体 ８５ 開口部 １１４ 凸部 １１７ 空隙

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） 5F073 AA45 AA74 AA89 CA07 CB05 CB07 DA05 DA07 DA32 DA34 DA35

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成された下地成長層と、前記下
   地成長層上に形成され開口部が形成された選択成長マス
   クと、前記選択マスクから選択成長により形成される半
   導体層を前記選択マスク上の脆弱部で分離して形成され
   る分離面とを有することを特徴とする半導体素子。
2. 【請求項２】前記分離面は前記半導体層をへき開して形
   成されるへき開面であることを特徴とする請求項１記載
   の半導体素子。
3. 【請求項３】前記脆弱部は貫通転位が形成された領域で
   あることを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
4. 【請求項４】前記分離面は前記基板の裏面からエネルギ
   ービームを照射することにより形成されることを特徴と
   する請求項１記載の半導体素子。
5. 【請求項５】前記半導体層はＧａＮ系化合物半導体であ
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
6. 【請求項６】前記半導体素子は半導体レーザー素子であ
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
7. 【請求項７】前記開口部は多角形状であることを特徴と
   する請求項１記載の半導体素子。
8. 【請求項８】前記多角形状はストライプ形状であること
   を特徴とする請求項７記載の半導体素子。
9. 【請求項９】前記半導体上に第１導電型層、活性層及び
   第２導電型層が形成されることを特徴とする請求項１記
   載の半導体素子。
10. 【請求項１０】前記半導体層は基板の主面に対して傾斜
    した傾斜結晶面を有することを特徴とする請求項１記載
    の半導体素子。
11. 【請求項１１】前記活性層はＳ面若しくは{１１−２２}
    面を有することを特徴とする請求項９記載の半導体素
    子。
12. 【請求項１２】基体上に形成された結晶成長種と、前記
    結晶成長種から結晶成長される結晶層と、前記結晶層の
    会合部で前記結晶層を分離して形成される分離面とを有
    することを特徴とする半導体素子。
13. 【請求項１３】前記結晶層はＧａＮ系化合物半導体層で
    あることを特徴とする請求項１２記載の半導体素子。
14. 【請求項１４】前記半導体素子は半導体レーザー素子で
    あることを特徴とする請求項１２記載の半導体素子。
15. 【請求項１５】前記分離面は前記結晶層をへき開して形
    成されるへき開面であることを特徴とする請求項１２記
    載の半導体素子。
16. 【請求項１６】前記結晶層上に第１導電型層、活性層及
    び第２導電型層が形成されることを特徴とする請求項１
    ２記載の半導体素子。
17. 【請求項１７】前記結晶層は前記基体の主面に対して傾
    斜した傾斜結晶面を有することを特徴とする請求項１２
    記載の半導体素子。
18. 【請求項１８】前記活性層はＳ面若しくは{１１−２２}
    面を有することを特徴とする請求項１６記載の半導体素
    子。
19. 【請求項１９】基板上に形成された下地成長層を形成す
    る工程と、前記下地成長層上に形成され開口部を有する
    選択マスクを形成する工程と、前記選択マスクから選択
    成長により形成される半導体層を前記選択成長マスク上
    の脆弱部で分離することにより分離面を形成する工程と
    を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
20. 【請求項２０】基体上に結晶成長種を形成する工程と、
    前記結晶成長種から結晶層を形成する工程と、前記結晶
    層の会合部で前記結晶層を分離することにより分離面を
    形成する工程とを有することを特徴とする半導体素子の
    製造方法。