JP2003110197A - 窒化物半導体発光装置、窒化物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程数、製造時間、基板の反り、結晶欠
陥、等を低減して、特性と歩留まりが高く高性能な窒化
物半導体発光装置、窒化物半導体装置、およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】 基板と、前記基板上に形成され、表面に
複数の溝を有し、ＧａＮからなる第１のバッファー層
と、前記第１のバッファー層上に形成され、前記複数の
溝を埋め込んで平坦な表面を有し、Ｍｇがドープされた
ＧａＮからなる第２のバッファー層と、を備えることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体発光
装置、窒化物半導体装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、光ディスクの読み出し書き込み手
段として、半導体レーザ装置が用いられている。現在、
この半導体レーザ装置として波長約６５０ｎｍのＩｎＧ
ａＡｌＰ系半導体レーザ装置が開発されており、ＤＶＤ
等の光ディスクシステムが実現されている。

【０００３】最近では、光ディスクの記録密度を高める
ために、さらに短波長の窒化物半導体レーザ装置の開発
が進められている。この窒化物半導体レーザ装置は、約
４００ｎｍの短波長を有し、数千時間以上の室温連続発
振が確認されている。

【０００４】窒化物半導体レーザ装置は、主に、サファ
イア基板またはＳｉＣ基板上に窒化物半導体層を堆積し
て製造されている。このサファイア基板またはＳｉＣ基
板と、窒化物半導体と、は格子定数や熱膨張係数が大き
く異なる。この様な異種基板上に窒化物半導体を成長す
ると、成長初期には平坦な膜が得られず、３次元の島状
の成長になる。また、この様な異種基板上に窒化物半導
体を成長すると、成長初期には結晶欠陥が生じやすい。
このため、従来、窒化物半導体レーザ装置では、厚膜の
下地層を形成することによって平坦で転位が少ない層を
形成し、その層の上に活性層を形成している。

【０００５】この従来の窒化物半導体レーザ装置を、図
５を参照にして簡単に説明する。サファイア基板５０１
上には、低温成長ＧａＮからなる膜厚２０ｎｍの低温バ
ッファー層５０２、ＧａＮからなる膜厚３μｍのバッフ
ァー層５０３が形成されている。このバッファー層５０
３上にはストライプ状の開口を持つＳｉＯ_２マスクＳが
形成されている。そして、ストライプ状の開口からＧａ
Ｎが横方向に成長され、このＳｉＯ_２マスクＳ上および
開口上に、膜厚８μｍの横方向成長層５０４が形成され
る。図５のレーザでは、この横方向成長層５０４、及び
上記のバッファー層５０３が下地層となり、この下地層
５０３、５０４によって、転位が少なく平坦な膜を得
る。横方向成長層５０４の上には、ｎ型ＧａＮからなる
膜厚３μｍのｎ型コンタクト層５０５、ＡｌＧａＮ／Ｇ
ａＮ超格子構造からなるｎ型クラッド層５０６、ｎ型Ｇ
ａＮからなる膜厚０．１μｍのｎ型ガイド層５０７、Ｉ
ｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造からなる活性層
５０８、ｐ型ＡｌＧａＮからなる膜厚５ｎｍのｐ型キャ
ップ層５０９、ｐ型ＧａＮからなる膜厚０．１μｍのｐ
型ガイド層５１０、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造から
なるｐ型クラッド層５１１、ｐ型ＧａＮからなる膜厚
０．２μｍのｐ型コンタクト層５１２、が順次形成され
ている。一方側の電極であるｎ側電極は、エッチングに
よりｎ型コンタクト層５０５の一部を露出させて形成さ
れている。他方側の電極であるｐ側電極は、ｐ型コンタ
クト層５１２上に形成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
窒化物半導体レーザ装置では、下地層として、膜厚が厚
いバッファー層５０３と、膜厚が厚い横方向成長層５０
４と、を用いている。しかし、前述のように、サファイ
ア基板５０１と、窒化物半導体からなる下地層５０３、
５０４と、は格子定数と熱膨張係数が大きく異なる。こ
のため、従来の窒化物半導体レーザ装置では、基板５０
１の反りが生じてしまった。このように基板５０１に反
りが生じると、フォトリソグラフィーを用いたパターン
形成の精度が大きく低下し、電極等を高精度で形成する
ことが困難になる。上記の窒化物半導体レーザ装置の製
造では、２インチ程度のサファイア基板５０１上に数千
個の素子を形成するが、電極を高精度で形成できるのは
基板中心付近の狭い領域しかなかった。このため、歩留
まりが悪いという問題があった。また、下地層５０３、
５０４の製造に要する工程数が多く、製造時間（リード
タイム）が長いために、生産性が悪いという問題もあっ
た。さらに、この基板の反りの増加、製造工程数の増
加、製造時間の増加、を防ぐために横方向成長層５０４
を用いないようにすると、貫通転位等の結晶欠陥が増え
てしまい、レーザ発振が得られなくなってしまった。

【０００７】近時では、サファイア基板５０１やＳｉＣ
基板に替えて、ＧａＮ基板を用いる方法も検討されてい
る。しかし、ＧａＮ基板を用いた場合でも、程度の差は
あるが、同様の問題があった。

【０００８】以上のような、製造工程数の増加、製造時
間の増加、基板の反りの増加、結晶欠陥の増加、等は窒
化物半導体レーザ装置のみならず、他の窒化物半導体発
光装置や窒化物半導体装置においても、同様に、問題で
あった。

【０００９】本発明は、上述した課題の認識に基づいて
なされたものであり、その目的は、製造工程数、製造時
間、基板の反り、結晶欠陥、等を低減して、歩留まりと
生産性が高く高性能な窒化物半導体発光装置、窒化物半
導体装置、およびその製造方法を提供する点にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体発
光装置は、基板と、前記基板上に形成され、表面に複数
の溝を有し、ＧａＮからなる第１のバッファー層と、前
記第１のバッファー層上に形成され、前記複数の溝を埋
め込んで平坦な表面を有し、ＭｇがドープされたＧａＮ
からなる第２のバッファー層と、前記第２のバッファー
層上に形成されｎ型の窒化物半導体からなるｎ型クラッ
ド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成され窒化物半導体
からなり電流注入により光を放射する活性層と、前記活
性層上に形成されｐ型の窒化物半導体からなるｐ型クラ
ッド層と、を備えることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の窒化物半導体発光装置は、
基板と、前記基板上に互いに離間して形成された複数の
島状のＧａＮ層からなる第１のバッファー層と、前記第
１のバッファー層上に形成され、前記複数の島状のＧａ
Ｎ層を覆うと共に当該ＧａＮ層の間を埋め込んで平坦な
表面を有する、ＭｇがドープされたＧａＮからなる第２
のバッファー層と、前記第２のバッファー層上に形成さ
れｎ型の窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と、前記
ｎ型クラッド層上に形成され窒化物半導体からなり電流
注入により光を放射する活性層と、前記活性層上に形成
されｐ型の窒化物半導体からなるｐ型クラッド層と、を
備えることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の窒化物半導体装置は、基板
と、前記基板上に形成され、表面に複数の溝を有し、Ｇ
ａＮからなる第１のバッファー層と、前記第１のバッフ
ァー層上に形成され、前記複数の溝を埋め込んで平坦な
表面を有し、ＭｇがドープされたＧａＮからなる第２の
バッファー層と、を備えることを特徴とする。また、本
発明の窒化物半導体装置は、基板と、前記基板上に互い
に離間して形成された複数の島状のＧａＮ層からなる第
１のバッファー層と、前記第１のバッファー層上に形成
され、前記複数の島状のＧａＮ層を覆うと共に当該Ｇａ
Ｎ層の間を埋め込んで平坦な表面を有する、Ｍｇがドー
プされたＧａＮからなる第２のバッファー層と、を備え
ることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の電界効果トランジスタは、
基板と、前記基板上に形成され、表面に複数の溝を有
し、ＧａＮからなる第１のバッファー層と、前記第１の
バッファー層上に形成され、前記複数の溝を埋め込んで
平坦な表面を有し、ＭｇがドープされたＧａＮからなる
第２のバッファー層と、前記第２のバッファー層上に形
成され、窒化物半導体からなるチャネル層と、前記チャ
ネル層上に形成され、ｎ型の窒化物半導体からなる電子
供給層と、を備えることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の窒化物半導体受光素子は、
基板と、前記基板上に形成され、表面に複数の溝を有
し、ＧａＮからなる第１のバッファー層と、前記第１の
バッファー層上に形成され、前記複数の溝を埋め込んで
平坦な表面を有し、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮから
なる第２のバッファー層と、前記第２のバッファー層上
に形成され、i型の窒化物半導体からなる受光層と、前
記受光層上に形成され、ｎ型の窒化物半導体からなるｎ
型層と、を備えることを特徴とする。

【００１５】また、本発明の窒化物半導体装置の製造方
法は、基板上に、表面に複数の溝を有しＧａＮからなる
第１のバッファー層を形成する工程と、前記第１のバッ
ファー層上に、前記複数の溝を埋め込んで表面が平坦に
なるように、ＭｇがドープされたＧａＮからなる第２の
バッファー層を形成する工程と、を備えることを特徴と
する。

【００１６】また、本発明の窒化物半導体装置の製造方
法は、基板上に、複数の島状のＧａＮ層からなる第１の
バッファー層を互いに離間して形成する工程と、前記第
１のバッファー層上に、前記複数の島状のＧａＮ層を覆
うと共に当該ＧａＮ層の間を埋め込んで表面が平坦にな
るように、ＭｇがドープされたＧａＮからなる第２のバ
ッファー層を形成する工程と、を備えることを特徴とす
る。

【００１７】表面に複数の溝を有する第１のバッファー
層を形成するためには、サファイア基板を用いた場合
は、その第１のバッファー層の膜厚を約２．０μｍ以下
にすると良い。また、ＧａＮ基板を用いた場合は、第１
のバッファー層の膜厚を約１．０μｍ以下にすると良
い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照にしつつ本発明
の実施の形態に形態について説明する。以下、第１の実
施の形態では図１を参照にしてサファイア基板を用いた
窒化物半導体レーザ装置について説明し、第２の実施の
形態では図２を用いてＧａＮ基板を用いた窒化物半導体
レーザ装置について説明し、第３の実施の形態では図３
を参照にして高電子移動度トランジスタについて説明
し、第４の実施の形態では図４を参照にして受光装置に
ついて説明する。

【００１９】（第１の実施の形態）第１の実施の形態の
窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体レーザであり、
図１から分かるように、互いに離間して形成された複数
の島状のＧａＮ層からなる第１のバッファー層と、この
複数の島状のＧａＮ層を覆うと共に当該ＧａＮ層の間を
埋め込んで平坦な表面を有しＭｇがドープされたＧａＮ
からなる第２のバッファー層と、を備えることを特徴の
１つとする。

【００２０】図１は、本発明の第１の実施の形態の窒化
物半導体レーザの概念断面図である。図１は概念図であ
り、説明をしやすくするため、各層の倍率を変えて示し
ている。サファイア基板１０１のＣ面上には、低温成長
ＧａＮからなる膜厚２０ｎｍの低温バッファー層１０２
が形成され、この低温バッファー層１０２上には、互い
に離間して形成された複数の島状のＧａＮ層からなる第
１のバッファー層１０３が形成されている。第１のバッ
ファー層の膜厚は０．５μｍである。ここで、膜厚と
は、島の高さを意味する。島の直径は、ばらつきはある
が、約２μｍである。島の間（溝）の幅は、ばらつきが
あるが、膜厚の３０％〜１５０％、つまり０．１５μｍ
〜０．７５μｍである。第１のバッファー層１０３上に
は、濃度１×１０^１９／ｃｍ^３のMｇがドープされたＧ
ａＮからなる第２のバッファー層１０４が形成されてい
る。図１の窒化物半導体レーザでは、この第２のバッフ
ァー層１０４により、第１のバッファー層１０３の溝が
埋め込まれ平坦な表面が得られる。第２のバッファー層
１０４の膜厚（第１のバッファー層１０３の島の頂点よ
り上側の部分の膜厚）は０．３μｍである。第２のバッ
ファー層１０４上には、ｎ型ＧａＮからなる膜厚３μｍ
のｎ型コンタクト層１０５、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子
構造からなるｎ型クラッド層１０６、ｎ型ＧａＮからな
る膜厚０．１μｍのｎ型ガイド層１０７、ＩｎＧａＮ／
ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造からなる活性層１０８、ｐ
型ＡｌＧａＮからなる膜厚５ｎｍのｐ型キャップ層１０
９、ｐ型ＧａＮからなる膜厚０．１μｍのｐ型ガイド層
１１０、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造からなるｐ型ク
ラッド層１１１、ｐ型ＧａＮからなる膜厚０．２μｍの
ｐ型コンタクト層１１２、が順次形成されている。一方
側の電極であるｎ側電極１２０は、エッチングによりｎ
型コンタクト層１０５の一部を露出させて形成されてい
る。他方側の電極であるｐ側電極１３０は、ｐ型コンタ
クト層１１２上に形成されている。そして、このｐ側電
極１３０とｎ側電極１２０から活性層１０８に電流が注
入され、活性層１０８から光が放射される。

【００２１】次に、図１の窒化物半導体レーザの製造方
法について説明する。以下では、ＭＯＣＶＤ法により窒
化物半導体層を形成してレーザを製造する例について説
明する。 （１）まず、直径約５ｃｍのサファイア基板１０１のC
面上に、基板温度５００℃で、TMG（トリメチルガリウ
ム）、NH_３（アンモニア）を用い、低温成長GaNからな
る低温バッファー層１０２を２０nmの膜厚で成長させ
る。 （２）次に、基板温度を１０８０℃まで上げ、TMG、NH
_３を用いてＧａＮからなる第１のバッファー層１０３を
島状に３次元成長させる。島の高さは、０．５μｍであ
る。この島の側面は、｛１−１０１｝面で構成されてい
ることが好ましい。島の直径は、ばらつきがあるが、約
２μｍである。島の間（溝）の幅は、ばらつきがある
が、０．１５μｍ〜０．７５μｍである。なお、第１の
バッファー層１０３を徐々に厚膜にすると、それぞれの
島が大きくなり、やがてそれぞれの島の底部が連結し、
その後平坦な膜になる。 （３）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、Cp_２Mg（シク
ロペンタジエニルマグネシウム）を用いて、Mgドープし
たＧａＮからなる第２のバッファー層１０４を０．３μ
ｍの膜厚で成長させる。Ｍｇの濃度は１×１０^１９／ｃ
ｍ^３である。この第２のバッファー層１０４により、第
１のバッファー層１０３の間が埋められ、平坦な表面が
得られる。 （４）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、SiH_４（シラ
ン）を用いて、Ｓｉドープしたn型ＧａＮからなるn型コ
ンタクト層１０５を3μｍの膜厚で成長させる。 （５）次に、１０８０℃で、TMG、TMA（トリメチルアル
ミニウム）、NH_３、SiH _４を用いて、ＡｌＧａＮと、Ｓ
ｉをドープしたｎ型ＧａＮと、の多層構造（超格子）か
らなるn型クラッド層１０６を成長させる。 （６）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、SiH_４を用い
て、Siドープしたn型ＧａＮからなるn型ガイド層１０７
を０．１μｍの膜厚で成長させる。 （７）次に、基板温度を８５０℃に下げ、TMI（トリメ
チルインジウム）、TMG、NH_３、SiH_４を用いて、Ｉｎ_ｂ
Ｇａ_１−ｂＮからなる井戸層と、ＳｉをドープしたＩｎ
_ｃＧａ_１−ｃＮ（ｂ＞ｃ）からなる障壁層と、を積層し
た活性層（多重量子井戸層）１０８を成長させる。 （８）次に、基板温度を１０８０℃に上げ、TMG、TMA、
NH_３、Cp_２Mgを用いて、MgをドープしたＡｌＧａＮから
なるp型キャップ層１０９を５nmの膜厚で成長させる。 （９）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、Cp_２Mgを用い
て、Mgドープしたp型GaNからなるp型ガイド層１１０を
０．１μｍの膜厚で成長させる。 （１０）次に、１０８０℃で、TMG、TMA、NH_３、Cp_２Mg
を用いて、ＡｌＧａＮとMgをドープしたp型GaNの多層構
造（超格子）からなるp型クラッド層１１１を成長させ
る。 （１１）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、Cp_２Mgを用
いて、Mgドープしたp型ＧａＮからなるp型コンタクト層
１１２を０．２μｍの膜厚で成長させる。 （１２）次に、基板を窒素雰囲気中８００℃で熱処理
し、p型層を低抵抗化する。続いて、p型コンタクト層１
１２の表面にマスクを形成し、図１のごとくn型コンタ
クト層１０５が露出するようエッチングを行う。その
後、n型コンタクト層１０５の該露出面に負電極１２
０、p型コンタクト層１１２の表面に正電極１３０を形
成する。 （１３）次に、直径約５ｃｍの基板１０１を、一辺が５
００μｍ程度の複数のチップに分離し、図１の半導体レ
ーザー素子が完成する。

【００２２】以上説明した製造方法により得られる図１
の窒化物半導体レーザの特徴の１つは、互いに離間して
形成された島状の複数のＧａＮ層からなる第１のバッフ
ァー層と、前記複数の島状のＧａＮ層を覆うと共に当該
ＧａＮ層の間を埋め込んで平坦な表面を有しＭｇがドー
プされたＧａＮからなる第２のバッファー層と、を備え
る点である。これにより、バッファー層１０３、１０４
が薄いにもかかわらず、従来と同程度以上の特性のレー
ザを得ることができる。即ち、図１のレーザでは、第１
のバッファー層１０３の膜厚が０．３μｍで第２のバッ
ファー層１０４の膜厚が０．５μｍであり、バッファー
層１０３、１０４の膜厚は０．８μｍである。そして、
このようにバッファー層１０３、１０４が薄いにもかか
わらず、このバッファー層１０３、１０４の結晶欠陥は
従来のレーザ（図５）と比べて同程度以下で、平坦性も
従来のレーザと同程度以上である。このため、バッファ
ー層１０３、１０４の膜厚が０．８μｍと薄いにもかか
わらず、従来と同程度以上の特性のレーザを得ることが
できる。これに対し、従来のレーザ（図５）の下地層５
０３、５０４の膜厚は１１μｍと厚かった。

【００２３】このように、図１のレーザでは、従来のレ
ーザと同程度以上の特性を保ちつつ、バッファー層１０
３、１０４の膜厚を０．８μｍと薄くすることができる
ので、基板の反りを低減し、電極形成等を容易にして、
歩留まりを高くすることができる。

【００２４】また、図１のレーザ装置では、厚膜の横方
向成長層５０４（図５）をなくすことができるので、劈
開がしやすくなり、劈開面の荒れが低減できる。従っ
て、この観点からも、歩留まりを高くすることができ
る。

【００２５】また、図１のレーザ装置では、クラックの
発生を減らすことができる。本発明者の実験によれば、
これは、ＭｇがドープされたＧａＮからなる第２のバッ
ファー層１０４の結晶が柔らかいからであると解析され
る。従って、この観点からも、歩留まりを高くすること
ができる。

【００２６】また、図１のレーザでは、ＳｉＯ_２マスク
Ｓ（図５）を用いずに、薄膜の第１のバッファー層１０
３と、薄膜の第２のバッファー層１０４と、を連続して
形成することができる。このため、製造工程数と製造時
間を減らし、生産性を向上させることができる。

【００２７】また、図１のレーザでは、エッチング等の
工程を行わずに第１のバッファー層を島状に形成できる
ので、この観点からも、生産性を向上させることができ
る。

【００２８】以上のように、ＭｇがドープされたＧａＮ
からなる薄膜の第２のバッファー層１０４で、第１のバ
ッファー層１０３の島の間を埋め込むことにより、歩留
まりおよび生産性を向上させることができる。

【００２９】もっとも、このようにＭｇがドープされた
ＧａＮをバッファー層１０４に用いることは、通常の技
術者にとって思いもよらないことである。なぜなら、一
般にＧａＮにＭｇをドープすると結晶特性が悪化するか
らである。このため、ＭｇがドープされたＧａＮをバッ
ファー層に用いれば、逆に、結晶欠陥が増え、平坦性も
悪くなる考えられていた。しかし本発明者の実験によれ
ば、従来の技術常識に反し、第１のバッファー層１０３
上に、Ｍｇを積極的にドープした第２のバッファー層１
０４を設けることにより、結晶欠陥を減らし、平坦性を
良くし、バッファー層１０３、１０４の膜厚を薄くする
ことができた。この理由について、本発明者は、以下の
ように考えている。

【００３０】まず、ＧａＮにＭｇをドープすると、縦方
向の成長速度に比べ、横方向の成長速度が速くなるから
であると考えている。ノンドープのＧａＮでは、縦方向
と横方向の成長速度はほぼ同程度である。これに対し、
適量のＭｇをドープしたＧａＮでは、横方向の成長速度
が速くなり、横方向の成長速度が縦方向に比べ２倍以上
になる。このように横方向の成長速度が速くなると、第
１のバッファー層１０３の底面から縦方向に発生した貫
通転位が、第２のバッファー層１０４中で横方向に曲が
る。この結果、第２のバッファー層１０４の膜厚が薄く
ても、第２のバッファー層１０４の表面では、貫通転位
や結晶欠陥が減少する。また、このように横方向の成長
速度が速くなると、第１のバッファー層１０３の溝が埋
まりやすくなり、表面が平坦になる。

【００３１】次に、ＭｇをドープしたＧａＮからなる第
２のバッファー層１０４の結晶が柔らかいからであると
考えている。ＭｇをドープしたＧａＮは、ノンドープの
ＧａＮやＳｉドープのＧａＮに比べて結晶が柔らかい。
このため、図１のレーザでは、第１のバッファー層１０
３およびｎ型コンタクト層１０５に比べ、第２のバッフ
ァー層１０４の結晶が柔らかい。このように、柔らかい
結晶を用いることにより、結晶のひずみを緩和し、結晶
欠陥を効果的に減らすことができると考えられる。

【００３２】次に、ＭｇをドープしたＧａＮからなる第
２のバッファー層１０４の下地として、ノンドープのＧ
ａＮからなる薄膜の第１のバッファー層１０３を設ける
ことにより、結晶特性の悪化が起こりにくくなるからで
あると考えている。本発明者の実験によれば、低温バッ
ファー層１０２上に直接第２のバッファー層１０４を形
成した場合には、結晶特性が悪化してしまった。しか
し、図１のように、まずノンドープのＧａＮからなる第
１のバッファー層１０３を形成してからＭｇドープのＧ
ａＮからなる第２のバッファー層１０４を形成すれば、
結晶特性の悪化は少なかった。これは、結晶特性は結晶
成長の初期過程に影響されやすいからであると考えられ
る。すなわち、図１のレーザでは、結晶成長の初期過程
として、まず結晶特性の悪化が起こりにくいノンドープ
のＧａＮ層１０３を形成している。このため、一般的に
結晶特性の悪化が起こりやすいＭｇドープのＧａＮ層１
０４を形成しても、図１のレーザでは結晶特性の悪化が
起こりにくくなると考えられる。

【００３３】以上のようにして、第２のバッファー層１
０４にＭｇを積極的にドープすることにより、結晶欠陥
を減らし、平坦性を良くし、バッファー層１０３、１０
４の膜厚を薄くすることができる。なお、図１のレーザ
では、第１のバッファー層１０３をノンドープにした
が、これをＳｉドープにしても、同様の結果が得られ
た。

【００３４】次に、図１のレーザの第２のバッファー層
１０４のＭｇ濃度、第１のバッファー層１０３の膜厚、
および第２のバッファー層１０４の膜厚について検討す
る。即ち、図１のレーザでは、これらの値を変えて形成
することも可能であるので、この範囲について検討す
る。

【００３５】まず、図１のレーザでは、第２のバッファ
ー層１０４のＭｇ濃度を１×１０^{１ ９}／ｃｍ^３とした
が、本発明者の実験によれば、この濃度を５×１０^１７
／ｃｍ ^３以上５×１０^２０／ｃｍ^３以下、好ましくは５
×１０^１８／ｃｍ^３以上５×１０^１９／ｃｍ^３以下、さ
らに好ましくは約１×１０^１９／ｃｍ^３にした場合に
は、レーザの特性が高くなった。これは、Ｍｇの濃度を
低くしすぎると、前述した横方向の成長速度が速くなる
効果が減ってしまうからであると解析される。また、Ｍ
ｇの濃度を高くしすぎると、結晶特性が悪くなるからで
あると解析される。Ｍｇの濃度が上記の範囲の場合は、
この第２のバッファー層１０４の横方向の成長速度は、
縦方向の成長速度の２倍以上であった。

【００３６】次に、図１のレーザでは、第１のバッファ
ー層１０３の膜厚を０．５μｍとしたが、本発明者の実
験によれば、この膜厚を０．１μｍ以上、好ましくは
０．３μｍ以上、さらに好ましくは約１．０μｍにする
と、レーザの特性が高くなった。これは、膜厚を薄くし
すぎると、前述したような第１のバッファー層１０３に
より結晶特性の悪化を防ぐ効果が得られなくなるからで
あると解析される。また、本発明者の実験によれば、第
１のバッファー層１０３の膜厚を２．０μｍ以下、好ま
しくは１．５μｍ以下にすると、レーザの特性が高くな
った。これは、膜厚を厚くしすぎると、第２のバッファ
ー層で結晶欠陥を十分に低減できなくなってしまうから
であると考えられる。即ち、第１のバッファー層１０３
は、膜厚が厚くなると、各島が連結され、徐々に表面が
平坦に近づく。そして、図２のようにサファイア基板１
０１を用いた場合は、膜厚が約２．０μｍになると、表
面がほぼ平坦になる。しかし、このように表面がほぼ平
坦になると、第２のバッファー層１０４で結晶欠陥を十
分に低減できなくなってしまう。このため、第２のバッ
ファー層１０４の膜厚を厚くしすぎると、第２のバッフ
ァー層で結晶欠陥を十分に低減できなくなってしまうと
考えられる。また、膜厚を厚くした場合は、基板１０１
に反りが生じやすくなり、レーザの歩留まりが低下し
た。以上のように、本発明者の実験によれば、第１のバ
ッファー層１０４の膜厚を０．１μｍ以上２．０μｍ以
下、好ましくは０．３μｍ以上１．５μｍ以下、さらに
好ましくは約１．０μｍにすると、レーザの特性が高く
なった。ここで、第１のバッファー層１０３は、膜厚が
薄い場合は、図１に示すような島状になりやすかった。
また、膜厚が厚い場合は、後述の図２に示すように、島
状の底部が連結されて表面に溝を有する形状になりやす
かった。

【００３７】次に、図１のレーザでは、第２のバッファ
ー層１０４の膜厚を０．３μｍとしたが、本発明者の実
験によれば、この膜厚を０．１μｍ以上、好ましくは
０．２μｍ以上、さらに好ましくは約０．２５μｍ以上
にすると、レーザ特性が高くなった。さらに、本発明者
は、第１のバッファー層１０３の膜厚を０．１μｍ〜
２．０μｍの範囲で変化させて実験を繰り返した結果、
第２のバッファー層１０４の膜厚を、第１のバッファー
層１０３の膜厚の２０％以上、好ましくは４０％以上、
さらに好ましくは約５０％以上にすると、レーザ特性が
高くなった。これは、膜厚を薄くしすぎると、結晶欠陥
を低減する効果が十分に得られないからであると解析さ
れる。また、本発明者の実験によれば、この膜厚を０．
５μｍ以下、好ましくは０．３５μｍ以下、さらに好ま
しくは約０．２５μｍ以下にすると、基板の反りが減少
し、歩留まりが高くなった。さらに、本発明者は、第１
のバッファー層１０３の膜厚を０．１μｍ〜２．０μｍ
の範囲で変化させて実験を繰り返した結果、第２のバッ
ファー層１０４の膜厚を、第１のバッファー層１０３の
膜厚の１００％以下、好ましくは７０％以下、さらに好
ましくは約５０％以下にすると、歩留まりが高くなっ
た。これらの実験から、第２のバッファー層１０４の膜
厚は、第１のバッファー層１０３の膜厚の２０％以上１
００％以下、好ましくは４０％以上７０％以下、さらに
好ましくは約５０％にすると良いことが分かった。

【００３８】以上のように、本発明者は、第２のバッフ
ァー層１０４のＭｇ濃度、第１のバッファー層１０３の
膜厚、および第２のバッファー層１０４の膜厚、を適切
な値にすることにより、製造工程数、製造時間、基板の
反り、結晶欠陥、等を低減して、歩留まりと生産性が高
い高性能なレーザを提供することができることを独自に
知得した。

【００３９】以上説明した第１の実施の形態では、低温
バッファー層１０２を用いたが、これを用いないことも
できる。

【００４０】（第２の実施の形態）第２の実施の形態の
窒化物半導体発光装置は、図２から分かるように、Ｇａ
Ｎ基板２０１を用いた窒化物半導体レーザである。

【００４１】図２は、本発明の第２の実施の形態の窒化
物半導体レーザの概念断面図である。図２は概念図であ
り、説明をしやすくするため、各層の倍率を変えて示し
ている。ｎ型ＧａＮ基板２０１のＣ面上には、Ｓｉドー
プされたＧａＮからなる第１のバッファー層２０３が形
成されている。この第１のバッファー層２０３は、図２
から分かるように、複数の島の底部が連結された形状で
ある。第１のバッファー層２０３の膜厚は０．３μｍで
ある。ここで、膜厚とは、島の部分の高さを意味する。
第１のバッファー層２０３は、表面に溝を有するものと
把握することもできる。この溝は、図２から分かるよう
に、基板２０１に達していない。溝の深さは、ばらつき
があるが、大部分が膜厚の約３０％以上、つまり約０．
０９μｍ以上である。また、溝の数は、場所によるばら
つきがあるが、約１×１０^７〜１×１０^１１個／ｃｍ^２
である。また、溝の幅は、ばらつきがあるが、膜厚の３
０％〜１５０％、つまり０．０９μｍ〜０．４５μｍで
ある。この第１のバッファー層２０３上には、濃度１×
１０^１９／ｃｍ^３のＭｇがドープされたＧａＮからなる
膜厚０．１μｍの第２のバッファー層２０４が形成され
ている。図２の窒化物半導体レーザでは、この第２のバ
ッファー層２０４により、第１のバッファー層２０３の
溝が埋め込まれ平坦な表面が得られる。第２のバッファ
ー層２０４上には、ｎ型ＧａＮからなる膜厚１μｍのｎ
型コンタクト層２０５が形成されている。ｎ型コンタク
ト層２０５上には、ｎ型クラッド層２０６〜ｐ型コンタ
クト層２１２が形成されており、この構造は、第１の実
施の形態（図１）のｎ型クラッド層１０６〜ｐ型コンタ
クト層１１２と同様である。ｎ側電極２２０、ｐ側電極
２３０も、第１の実施の形態と同様にした。

【００４２】次に、図２の窒化物半導体レーザの製造方
法について説明する。以下では、ＭＯＣＶＤ法により窒
化物半導体層を形成してレーザを製造する例について説
明する。

【００４３】（１）まず、ｎ型ＧａＮ基板２０１のC面
上に、基板温度１０８０℃で、TMG、NH _３、ＳｉＨ_４を
用い、ＳｉがドープされたＧａＮからなる第１のバッフ
ァー層２０３を０．３μｍの膜厚で成長させる。この第
１のバッファー層は、成長初期は島状であるが、成長を
続けると、各島が徐々に大きくなり、やがて、図２に示
すように、各島が底部で連結される。図２のようにＧａ
Ｎ基板２０１を用いた場合は、サファイア基板１０１を
用いた場合（図１）に比べ、膜厚が薄くても、各島が連
結されやすい。成長初期に島が形成されない部分、即ち
溝の部分は、基板２０１の結晶欠陥や表面のスクラッチ
などが核となっている。溝の深さは、ばらつきがある
が、大部分が約０．０９μｍ以上である。また、溝の数
は、ばらつきがあるが、約１×１０^７〜１×１０^１１個
／ｃｍ^２である。また、溝の幅は、ばらつきがあるが、
０．０９μｍ〜０．４５μｍである。この溝の側面は、
｛１−１０１｝面で構成されていることが好ましい。 （２）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、Cp_２Mgを用い
て、MgドープしたＧａＮからなる第２のバッファー層２
０４を０．１μｍの膜厚で成長させる。Ｍｇの濃度は１
×１０^１９／ｃｍ^３である。この第２のＧａＮ層２０４
により、第１のバッファー層２０３の溝が埋められ平坦
な表面が得られる。 （３）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、SiH_４を用い
て、Ｓｉドープしたn型ＧａＮからなるn型コンタクト層
１０５を１μｍの膜厚で成長させる。以下の製造方法
は、第１の実施の形態と同様に行う。

【００４４】以上説明した製造方法により得られる図２
の窒化物半導体レーザでは、第１の実施の形態（図１）
よりもさらにバッファー層２０３、２０４の膜厚を薄く
することができる。即ち、図２のレーザでは、第１のバ
ッファー層２０３の膜厚が０．３μｍで第２のバッファ
ー層１０４の膜厚が０．１μｍであり、バッファー層１
０３、１０４の膜厚は０．４μｍである。これは、ｎ型
ＧａＮ基板２０１を用いた場合は、サファイア基板１０
１を用いた場合よりも、さらに結晶欠陥が少ない膜が得
られやすいからである。

【００４５】このように、図１のレーザでは、バッファ
ー層２０３、２０４の膜厚を第１の実施の形態よりもさ
らに薄くすることができるので、基板の反りをさらに低
減し、電極形成等をさらに容易にすることができる。ま
た、劈開をしやすくして劈開面の荒れを低減できる。ま
た、クラックの発生を減らすことができる。その結果、
歩留まりを高くすることができる。

【００４６】もっとも、従来、図２のレーザのようにｎ
型ＧａＮ基板２０１を用いた場合には、基板の特性が不
十分で、スクラッチなどの基板表面構造の影響を受ける
という問題があった。しかし、第２のレーザでは、第２
のバッファー層２０４により、スクラッチなどの基板表
面構造の影響をなくし、平坦な表面が得られる。これに
より、窒化物半導体層２０５〜２１２の平坦性の悪化を
防止し、製造歩留まりの低下を抑えることができる。

【００４７】また、図２のレーザでは、第１の実施の形
態と同様に、製造工程数と製造時間を減らし、生産性を
向上させることができる。

【００４８】また、図２のレーザでは、エッチング等の
工程を行わずに第１のバッファー層２０３に溝を形成で
きるので、この観点からも、生産性を向上させることが
できる。

【００４９】以上説明した図２のレーザでは、第１の実
施の形態（図１）と同様に、第２のバッファー層２０４
のＭｇ濃度を５×１０^１７／ｃｍ^３以上５×１０^２０／
ｃｍ ^３以下、好ましくは５×１０^１８／ｃｍ^３以上５×
１０^１９／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは約１×１０
^１９／ｃｍ^３にした場合には、レーザの特性が高くなる
ことが分かった。

【００５０】また、図２のレーザでは、第１のバッファ
ー層２０３の膜厚を０．１μｍ以上１．０μｍ以下、好
ましくは０．２μｍ以上０．７μｍ以下、さらに好まし
くは０．３μｍ以上０．５μｍ以下にすると、レーザの
特性が高くなることが分かった。つまり、サファイア基
板１０１（図１）を用いた場合に比べて第１のバッファ
ー層２０３の膜厚を薄くした方が、レーザの特性が高く
なることが分かった。この理由は、次のように解析され
る。すなわち、前述のように、ＧａＮ基板２０１を用い
た場合は、第１のバッファー層２０３の膜厚が薄くて
も、各島が連結されやすい。つまり、第１のバッファー
層２０１は平坦になりやすい。このため、第１のバッフ
ァー層２０１は、膜厚が１．０μｍ程度になるとほぼ平
坦になる。しかし、このように第１のバッファー層２０
３が平坦になると、前述のように、第２のバッファー層
２０４で結晶欠陥を十分に低減出来なくなってしまう。
この結果、ＧａＮ基板２０１を用いた場合は、サファイ
ア基板１０１（図１）を用いた場合に比べて膜厚を薄く
した方がレーザ特性を高くすることができると解析され
る。

【００５１】また、図２のレーザでは、第１の実施の形
態（図１）と同様に、第２のバッファー層２０４の膜厚
を、第１のバッファー層２０３の膜厚の２０％以上１０
０％以下、好ましくは４０％以上７０％以下、さらに好
ましくは約５０％にすると良いことが分かった。

【００５２】以上説明した図２のレーザでは、ｎ側電極
２２０を、ｎ型コンタクト層２０５上に形成したが、ｎ
型ＧａＮ基板２０１の図中下側に形成することも可能で
ある。この場合、第２のバッファー層２０４を空乏化
し、薄膜にすることによって、動作電圧の上昇を抑える
ことができる。

【００５３】また、以上説明した図２のレーザでは、低
温バッファー層１０２（図１）を用いなかったが、必要
に応じて低温バッファー層を用いることもできる。

【００５４】（第３の実施の形態）第３の実施の形態の
窒化物半導体装置は、図３から分かるように、窒化物半
導体を用いた高電子移動度トランジスタ(Ｈｉｇｈ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ、ＨＥＭＴ)である。

【００５５】図３は、本発明の第３の実施の形態の高電
子移動度トランジスタの概念断面図である。サファイア
基板３０１のＣ面上には、低温成長ＧａＮからなる膜厚
２０ｎｍの低温バッファー層３０２が形成され、この低
温バッファー層３０２上には多数の島状ＧａＮからなる
膜厚０．５μｍの第１のバッファー層３０３が形成され
ている。島が形成されていない部分は溝となっている。
島および溝の大きさは、第１の実施の形態（図１）と同
様にした。第１のバッファー層３０３上には、濃度１×
１０^１９／ｃｍ^３のMｇがドープされたｐ型ＧａＮから
なる第２のバッファー層３０４が形成されている。第２
のバッファー層３０４の膜厚は２μｍである。図３の高
電子移動度トランジスタでは、この第２のバッファー層
３０４により、第１のバッファー層３０３の溝が埋め込
まれ平坦な表面が得られる。第２のバッファー層３０４
上には、ノンドープのＧａＮからなる膜厚２μｍのチャ
ネル層３０５、ノンドープのＡｌＧａＮからなるスペー
サ層３０６、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧａＮからなる電子
供給層３０７、ノンドープのＡｌＧａＮからなるバリア
層３０８、が順次形成されている。バリア層３０８の表
面には、Ｔｕ／Ａｌからなるソース電極３２０、Ｔｉ／
Ａｌからなるドレイン電極３３０、Ｎｉ／Ａｕからなる
ゲート電極３４０が形成されており、これらの電極上に
はＳｉＯ_２からなる保護膜３１０が形成されている。こ
の保護膜３１０の配線部分には開口が形成され、この開
口を用いて、ソース配線およびパッド部分３２１、ドレ
イン配線およびパッド部分３３１、が形成されている。
また、素子分離領域３０９には、窒素がイオン注入され
ている。

【００５６】次に、図３の高電子移動度トランジスタの
製造方法について説明する。以下では、ＭＯＣＶＤ法を
用いて製造する例について説明する。 （１）まず、サファイア基板３０１のC面上に、基板温
度５００℃で、TMG、NH_３を用い、低温成長GaNからなる
低温バッファー層３０２を２０nmの膜厚で成長させる。 （２）次に、基板温度を１０８０℃まで上げ、TMG、NH
_３を用いてＧａＮからなる第１のバッファー層３０３を
島状に３次元成長させる。島の高さは、０．５μｍであ
る。また、島の直径は、ばらつきがあるが、約２μｍで
ある。島が形成されていない部分は溝となっている。 （３）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、Cp_２Mgを用い
て、MgドープしたＧａＮからなる第２のバッファー層３
０４を２μｍの膜厚で成長させる。この第２のバッファ
ー層３０４により、第１のバッファー層３０３の溝が埋
められ平坦な表面が得られる。 （４）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３を用いて、ノン
ドープＧａＮからなるチャネル層３０５を２μｍの膜厚
で成長させる。 （５）次に、１０８０℃で、TMG、TMA、NH_３を用いて、
ノンドープＡｌＧａＮからなるスペーサ層３０６を成長
させる。 （６）次に、１０８０℃で、TMG、ＴＭＡ、NH_３、SiH_４
を用いて、Siドープしたn型ＡｌＧａＮからなる電子供
給層３０７を成長させる。 （７）次に、１０８０℃で、TMG、TMA、NH_３を用いて、
ノンドープＡｌＧａＮからなるバリア層３０８を成長さ
せる。 （８）次に、以上の成長の後、積層体を８００℃で熱処
理し、第２のバッファー層３０４を低抵抗化する。 （９）次に、バリア層３０８の表面にＴｉ／Ａｌからな
るソース電極３２０およびドレイン電極３３０を形成す
る。その後、素子分離領域３０９にイオン注入し、バリ
ア層３０８の表面にＴｉ／Ａｌからなるゲート電極３４
０を形成する。そして、ＳｉＯ_２からなる保護膜３１０
を形成し、この保護膜３１０の配線部分を開口し、この
配線部分に、ソース配線およびパッド部分３２１、ドレ
イン配線およびパッド部分３３１を金メッキにより形成
する。最後に、基板３０１をチップに分離し、図３の高
電子移動度トランジスタが完成する。

【００５７】以上説明した製造方法で形成される図３の
高電子移動度トランジスタでは、リーク電流を減少して
耐圧を向上させることができる。すなわち、図３の高電
子移動度トランジスタでは、第２のバッファー層３０４
としてｐ型層を用いているため、ｎ型のチャネルとして
動作するチャネル層３０５と、ｐ型の第２のバッファー
層３０４と、の間に空乏層が形成され、リーク電流が減
少する。また、図３の高電子移動度は、第２のバッファ
ー層３０４内で貫通転位を代表とする結晶欠陥が少ない
ので、リーク電流がさらに減少する。この結果、リーク
電流を減少して、耐圧を向上させることができる。

【００５８】これに対し、従来の高電子移動度トランジ
スタでは、バッファー層３０３、３０４がｉ型もしくは
弱いｎ型であっため、チャネル層３０５と導電性が近
く、リーク電流が生じた。また、結晶欠陥に起因する深
い順位を介したリーク電流が生じやすかった。このた
め、耐圧が低くなるという問題があった。

【００５９】また、図３の高電子移動度トランジスタで
は、第２のバッファー層３０４において表面が平坦化で
き、また、貫通転位を少なくできるため、この第２のバ
ッファー層３０４の図中上側の窒化物半導体層３０５〜
３０８においても、表面を平坦化でき、貫通転位を少な
くすることができる。この結果、電子の移動度を速くす
ることができ、高性能な高電子移動度トランジスタが実
現できる。

【００６０】また、図３の高電子移動度トランジスタで
は、従来のような横方向成長層（図５の５０４層参
照。）を用いていないので、基板３０１の反りを減ら
し、歩留まりを高くすることができる。

【００６１】また、図３の高電子移動度トランジスタで
は、ＳｉＯ_２マスクＳ（図５参照。）を用いずに、薄膜
の第１のバッファー層３０３と、第２のバッファー層３
０４と、を連続して形成することができる。このため、
製造工程数と製造時間を減らし、生産性を向上させるこ
とができる。

【００６２】以上説明した図３の高電子移動度トランジ
スタでも、第１の実施の形態（図１）と同様に、第２の
バッファー層３０４のＭｇ濃度を５×１０^１７／ｃｍ^３
以上５×１０^２０／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０
^１８／ｃｍ^３以上５×１０^１９／ｃｍ^３以下、さらに好
ましくは約１×１０^１９／ｃｍ^３にした場合には、特性
が高くなることが分かった。また、第１のバッファー層
３０３の膜厚を０．１μｍ以上２．０μｍ以下、好まし
くは０．３μｍ以上１．５μｍ以下、さらに好ましくは
約１．０μｍにすると、特性が高くなることが分かっ
た。なお、図３の高電子移動度トランジスタの第２のバ
ッファー層３０４の膜厚は２．０μｍであり、第１の実
施の形態（図１）の第２のバッファー層１０４に比べれ
ば厚いが、チャネル層３０５〜バリア層３０８の膜厚が
薄いため、基板３０１の反りの増加は少ない。

【００６３】（第４の実施の形態）第４の実施の形態の
窒化物半導体装置は、図４から分かるように、窒化物半
導体を用いた受光素子であり、ｐ−ｉ−ｎフォトダイオ
ードである。

【００６４】図４は、本発明の第４の実施の形態の受光
素子の概念断面図である。サファイア基板４０１のＣ面
上には、低温成長ＧａＮからなる膜厚２０ｎｍの低温バ
ッファー層４０２が形成され、この低温バッファー層４
０２上には多数の島状ＧａＮからなる膜厚０．５μｍの
第１のバッファー層４０３が形成されている。島が形成
されていない部分は溝となっている。島および溝の大き
さは、第１の実施の形態（図１）と同様にした。第１の
バッファー層４０３上には、濃度１×１０^１９／ｃｍ^３
のMｇがドープされたｐ型ＧａＮからなる第２のバッフ
ァー層４０４が形成されている。この第２のバッファー
層４０４は、ダイオードのｐ型層を兼ねている。ｐ型層
４０４の膜厚は２μｍである。図４の受光素子では、こ
のｐ型層４０４により、第１のバッファー層４０３の溝
が埋め込まれ平坦な表面が得られる。ｐ型層４０４上に
は、ノンドープのＧａＮからなるｉ型層４０５、Ｓｉド
ープのｎ型ＧａＮからなるｎ型層４０６、が順次形成さ
れている。ｉ型層４０５は、受光層となる。一方側の電
極であるｐ側電極４３０は、エッチングによりｐ型層４
０４の一部を露出させて形成されている。他方側の電極
であるｎ側電極４２０は、ｎ型層４０６上に形成されて
いる。また、ｎ型層４０６表面には、反射防止膜４１０
が形成されている。

【００６５】次に、図４の受光素子の製造方法について
説明する。以下では、ＭＯＣＶＤ法を用いて製造する例
について説明する。 （１）まず、サファイア基板４０１のC面上に、基板温
度５００℃で、TMG、NH_３を用い、低温成長GaNからなる
低温バッファー層４０２を２０nmの膜厚で成長させる。 （２）次に、基板温度を１０８０℃まで上げ、TMG、NH
_３を用いてＧａＮからなる第１のバッファー層４０３を
島状に３次元成長させる。島の高さは、０．５μｍであ
る。また、島の直径は、ばらつきがあるが、約２μｍで
ある。島が形成されていない部分は溝となっている。 （３）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、Cp_２Mgを用い
て、MgドープしたＧａＮからなる第２のバッファー層
（ｐ型層）４０４を２μｍの膜厚で成長させる。このｐ
型層４０４により、第１のバッファー層４０３の溝が埋
められ平坦な表面が得られる。 （４）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３を用いて、ノン
ドープＧａＮからなるｉ型層（受光層）４０５を成長さ
せる。 （５）次に、１０８０℃で、TMG、NH_３、SiH_４を用い
て、Siドープしたn型ＧａＮからなるｎ型層４０６を成
長させる。 （６）次に、以上の成長の後、積層体を８００℃で熱処
理し、ｐ型層４０４を低抵抗化する。 （７）次に、ｎ型層４０６の表面にマスクを形成し、図
４から分かるようにｐ型層４０４が露出するようにエッ
チングを行う。その後、ｐ型層４０４の該露出面にｐ側
電極４３０を、ｎ型層４０６の表面にｎ側電極４２０お
よび反射防止膜４１０を形成する。最後に、基板をチッ
プに分離し、受光素子とする。

【００６６】以上説明した方法によって製造される図４
の受光素子では、ｐ型層４０４の表面の平坦性を向上で
きるため、ヘテロ界面の平坦性を向上できる。さらに、
ｐ型層４０４内で結晶欠陥を少なくできるため、ｉ型層
４０５、ｎ型層４０６の結晶欠陥も少なくできる。この
結果。量子効率と応答速度を向上できる。

【００６７】また、図４の受光素子では、従来のような
横方向成長層（図５の５０４層参照）を用いていないの
で、基板４０１の反りを減らし、歩留まりを高くするこ
とができる。

【００６８】また、図４の受光素子では、ＳｉＯ_２マス
クＳ（図５参照）を用いずに、薄膜の第１のバッファー
層４０３と、第２のバッファー層（ｐ型層）４０４と、
を連続して形成することができる。このため、製造工程
数と製造時間を減らし、生産性を向上させることができ
る。

【００６９】以上説明した図４の受光素子でも、第１の
実施の形態（図１）と同様に、第２のバッファー層４０
４のＭｇ濃度を５×１０^１７／ｃｍ^３以上５×１０^２０
／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１８／ｃｍ^３以上５
×１０^１９／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは約１×１０
^１９／ｃｍ^３にした場合には、特性が高くなることが分
かった。また、第１のバッファー層４０３の膜厚を０．
１μｍ以上２．０μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以上
１．５μｍ以下、さらに好ましくは約１．０μｍにする
と、特性が高くなることが分かった。

【００７０】以上説明した実施の形態では、基板とし
て、サファイアおよびGaNを用いたが、ＳｉＣ、スピネ
ル、ガラス、ＺｎＯ、Ｓｉなどの他の基板でも良い。ま
た、窒化物半導体層の成長にＭＯＣＶＤ法を用いたが、
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハイドライド気相成
長（ＨＶＰＥ）法など他の気相成長法を用いても良い。
また、半導体発光装置として半導体レーザについて説明
したが、発光ダイオードなどの他の発光装置にも適用で
きる。また、半導体装置として高電子移動度トランジス
タと受光素子について説明したが、他の電子デバイスに
も適用できる。

【００７１】また、以上説明した実施の形態では、第１
のバッファー層と、第２のバッファー層と、からなるバ
ッファー層を１組形成した場合について説明したが、こ
の第１のバッファー層と、第２のバッファー層と、を交
互に積層して複数組のバッファー層を形成することもで
きる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、製造工程数、製造時
間、基板の反り、結晶欠陥、等を低減して、歩留まりと
生産性が高く高性能な窒化物半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の窒化物半導体発光
装置の概念断面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の窒化物半導体発光
装置の概念断面図。

【図３】本発明の第３の実施の形態の窒化物半導体装置
の概念断面図。

【図４】本発明の第４の実施の形態の窒化物半導体装置
の概念断面図。

【図５】従来の窒化物半導体レーザの概念断面図。

【符号の説明】

１０１ サファイア基板 １０３ 第１のバッファー層 １０４ 第２のバッファー層 １０６ ｎ型クラッド層 １０８ 活性層 １１１ ｐ型クラッド層 ２０１ ＧａＮ基板 ２０３ 第１のバッファー層 ２０４ 第２のバッファー層 ２０６ ｎ型クラッド層 ２０８ 活性層 ２１１ ｐ型クラッド層 ３０１ サファイア基板 ３０３ 第１のバッファー層 ３０４ 第2のバッファー層 ４０１ サファイア基板 ４０３ 第１のバッファー層 ４０４ 第２のバッファー層（ｐ型層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/812 31/10 (72)発明者 布 上 真 也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 4M118 AA01 AA10 CA05 CB01 EA01 5F045 AA04 AB14 AB17 AC08 AC12 AC19 AD09 AD12 AD14 AF04 AF05 AF09 BB08 BB12 BB16 CA12 DA53 DA63 5F049 MA04 MB07 MB11 NA08 NA18 PA04 PA14 PA18 QA18 QA20 SS01 SZ01 5F073 AA04 AA45 AA74 CA07 CB05 CB07 DA05 DA35 5F102 FA01 GB01 GC01 GD01 GJ10 GK04 GK08 GL04 GL08 GM04 GM07 GM08 GQ01 GV05 HC01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、 前記基板上に形成され、表面に複数の溝を有し、ＧａＮ
   からなる第１のバッファー層と、 前記第１のバッファー層上に形成され、前記複数の溝を
   埋め込んで平坦な表面を有し、ＭｇがドープされたＧａ
   Ｎからなる第２のバッファー層と、 前記第２のバッファー層上に形成されｎ型の窒化物半導
   体からなるｎ型クラッド層と、 前記ｎ型クラッド層上に形成され窒化物半導体からなり
   電流注入により光を放射する活性層と、 前記活性層上に形成されｐ型の窒化物半導体からなるｐ
   型クラッド層と、 を備えることを特徴とする窒化物半導体発光装置。
2. 【請求項２】基板と、 前記基板上に互いに離間して形成された複数の島状のＧ
   ａＮ層からなる第１のバッファー層と、 前記第１のバッファー層上に形成され、前記複数の島状
   のＧａＮ層を覆うと共に当該ＧａＮ層の間を埋め込んで
   平坦な表面を有する、ＭｇがドープされたＧａＮからな
   る第２のバッファー層と、 前記第２のバッファー層上に形成されｎ型の窒化物半導
   体からなるｎ型クラッド層と、 前記ｎ型クラッド層上に形成され窒化物半導体からなり
   電流注入により光を放射する活性層と、 前記活性層上に形成されｐ型の窒化物半導体からなるｐ
   型クラッド層と、 を備えることを特徴とする窒化物半導体発光装置。
3. 【請求項３】前記第２のバッファー層のＭｇの濃度が５
   ×１０^１７／ｃｍ^３以上５×１０^{２ ０}／ｃｍ^３以下であ
   ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の窒化
   物半導体発光装置。
4. 【請求項４】基板と、 前記基板上に形成され、表面に複数の溝を有し、ＧａＮ
   からなる第１のバッファー層と、 前記第１のバッファー層上に形成され、前記複数の溝を
   埋め込んで平坦な表面を有し、ＭｇがドープされたＧａ
   Ｎからなる第２のバッファー層と、 を備えることを特徴とする窒化物半導体装置。
5. 【請求項５】基板と、 前記基板上に互いに離間して形成された複数の島状のＧ
   ａＮ層からなる第１のバッファー層と、 前記第１のバッファー層上に形成され、前記複数の島状
   のＧａＮ層を覆うと共に当該ＧａＮ層の間を埋め込んで
   平坦な表面を有する、ＭｇがドープされたＧａＮからな
   る第２のバッファー層と、 を備えることを特徴とする窒化物半導体装置。
6. 【請求項６】前記第２のバッファー層のＭｇの濃度が５
   ×１０^１７／ｃｍ^３以上５×１０^{２ ０}／ｃｍ^３以下であ
   ることを特徴とする請求項４または請求項５記載の窒化
   物半導体装置。
7. 【請求項７】基板上に、表面に複数の溝を有しＧａＮか
   らなる第１のバッファー層を形成する工程と、 前記第１のバッファー層上に、前記複数の溝を埋め込ん
   で表面が平坦になるように、ＭｇがドープされたＧａＮ
   からなる第２のバッファー層を形成する工程と、 を備えることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方
   法。
8. 【請求項８】基板上に、複数の島状のＧａＮ層からなる
   第１のバッファー層を互いに離間して形成する工程と、 前記第１のバッファー層上に、前記複数の島状のＧａＮ
   層を覆うと共に当該ＧａＮ層の間を埋め込んで表面が平
   坦になるように、ＭｇがドープされたＧａＮからなる第
   ２のバッファー層を形成する工程と、 を備えることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方
   法。
9. 【請求項９】前記第２のバッファー層のＭｇの濃度が５
   ×１０^１７／ｃｍ^３以上５×１０^{２ ０}／ｃｍ^３以下であ
   ることを特徴とする請求項７または請求項８記載の窒化
   物半導体装置の製造方法。