JP2003229623A

JP2003229623A - 窒化物系化合物半導体素子及びその作製方法

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Publication number: JP2003229623A
Application number: JP2002027985A
Authority: JP
Inventors: Koji Tamamura; 好司玉村; Kensaku Motoki; 健作元木
Original assignee: Sony Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sony Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-15
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP4072352B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高密度欠陥領域を周期的に有するという半導
体基板の特質を利用した窒化物系化合物半導体素子及び
その作製方法を提供する。【解決手段】本ＧａＮ系半導体レーザ素子１０は、ｎ
型ＧａＮ基板１２上に、ｎ型ＧａＮ層１４、ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層１６、活性層２０、Ｍｇドープｐ型Ｇａ
Ｎ光導波層２２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４、及び
ｐ型ＧａＮコンタクト層２６の積層構造を備えている。
ＧａＮ基板の高密度欠陥領域のコア部１２ａには、直径
５０μｍの貫通孔３２が設けられ、高抵抗層３４、例え
ばＳｉＯ₂層又はＳｉＮ_X層で埋め込まれている。ｎ側
電極３０は、貫通孔３２の間に位置するように設けてあ
り、また、ｐ側電極２８は、ｎ側電極３０の丁度真上に
設けてある。高抵抗層３４が電流ブロック層となって、
電流注入領域を高抵抗層３４で挟まれた領域に制限す
る。また、ＧａＮ系半導体レーザ素子１０の活性領域
は、活性層２０のうち高抵抗層３４の延長方向線で挟ま
れた領域である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系化合物半
導体レーザ素子、窒化物系化合物半導体発光ダイオー
ド、窒化物系化合物半導体電子素子等の窒化物系化合物
半導体素子及びその作製方法に関し、更に詳細には、作
製容易な構成の電流狭窄構造を備える窒化物系化合物半
導体素子及びその作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、Ａｌ
ＧａＩｎＮ、ＡｌＢＧａＩｎＮなどのナイトライド化合
物半導体（以下、窒化物系化合物半導体と言う）は、Ａ
ｌＧａＩｎＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系などのIII −Ｖ族
化合物半導体に比べて、一般に、バンドギャップエネル
ギーＥｇが大きく、かつ直接遷移型半導体であるという
特徴を有している。この特徴により、これらの窒化物系
化合物半導体は、紫外線から赤色に至る広い波長領域に
おいて発光する半導体レーザ素子や、発光ダイオード
（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）などの半導体発光素
子を作製する材料として注目されている。そして、これ
らの半導体発光素子は、高密度光ディスクの記録／再生
光ピックアップ用の光源、フルカラー・ディスプレイの
発光素子、その他、環境・医療などの分野の発光デバイ
スとして、広く応用されつつある。

【０００３】また、これらの窒化物系化合物半導体に
は、例えば高電界域でＧａＮの飽和速度が大きいこと、
或いはＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor ）構造
の作製に際し、半導体層として窒化物系化合物半導体
を、絶縁層として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用い、
半導体層及び絶縁層を連続して結晶成長させることが出
来るというような特徴がある。この特徴により、窒化物
系化合物半導体素子は、飽和ドリフト速度や静電破壊電
圧が大きく、高速動作性、高速スイッチング性、大電流
動作性などに優れた電子素子として注目されている。

【０００４】更に、窒化物系化合物半導体は、（１）熱
伝導性がＧａＡｓ系などより高いので、ＧａＡｓ系に比
べて高温下の高出力素子の材料として有利である、
（２）化学的に安定した材料であり、また硬度も高いの
で、信頼性の高い素子材料であると評価できる。

【０００５】一般に、半導体膜を基板上に成長させる時
には、成長膜と同類あるいは格子定数の近いバルク基板
を基板として用いる。従って、窒化物系半導体素子の場
合には、例えば同じ窒化物系半導体からなるＧａＮ基板
等が望ましいが、ＧａＮ基板の作製は超高圧、超高温の
もとで小さなサイズの基板ができているに過ぎず、実用
的に大きなサイズの基板を作製することは極めて困難で
ある。窒化物系半導体素子の基板としてＳｉＣ基板、Ｚ
ｎＯ基板、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄基板も使用されてきたが、一
般的には、窒化物系半導体素子はサファイア基板上に作
製されることが最も多い。

【０００６】サファイア基板は、高品質かつ安価で２イ
ンチ以上のサイズのものが供給されているが、窒化物系
半導体の典型であるＧａＮとは、格子不整合と熱膨張係
数差が大きいという問題を有する。また、サファイア基
板は、劈開性がなく、電気伝導性が小さく電気的に絶縁
である。例えば、サファイアとＧａＮとの格子不整合は
約１３％であって大きいので、サファイア基板とＧａＮ
層の間に緩衝層を設けて不整合を緩和し、良好な単結晶
のＧａＮ層をエピタキシャル成長させるようにしている
ものの、その欠陥密度は、例えば１０⁸〜１０⁹ｃｍ^-2
程度にも達していて、半導体素子の動作信頼性にとって
悪影響を与えている。

【０００７】更に、（１）サファイア基板とＧａＮ層と
の熱膨張係数の差が大きいので、結晶成長膜が厚いと、
室温でも基板反りが大きくなって、クラックの発生が心
配される等の素子形成プロセス上で制約が多く、また、
（２）サファイア基板には劈開性が無く、鏡面性の高い
レーザ端面を安定して形成することが難しい、更には、
（３）サファイアが絶縁性のために、ＧａＡｓ系半導体
レーザ素子のように基板裏面に一方の電極を設けること
が難しく、ｐ側電極及びｎ側電極の双方を基板上の窒化
物系化合物半導体の積層構造側に設けることが必要とな
り、素子面積が広くなり、工程が複雑になる。

【０００８】そこで、窒化物系化合物半導体、特にＧａ
Ｎ系化合物半導体と格子整合するＧａＮ単結晶基板を工
業的に容易な方法で作製する研究が盛んに行われてい
る。その一つとして、例えば、特開２００１−１０２３
０７号公報は、気相成長の成長表面が平面状態でなく、
三次元的なファセット構造を持つようにし、ファセット
構造を持ったまま、ファセット構造を埋め込まないで成
長させることにより転位を低減するようにした単結晶窒
化ガリウムの結晶成長方法を開示している。本方法によ
れば、窓付きマスクを介してＧａＡｓ基板上にＧａＮ単
結晶層を成長させ、成長させたＧａＮ単結晶層をスライ
シングすることにより、ＧａＮ単結晶基板を作製するこ
とができる。

【０００９】ところで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レー
ザ素子、あるいはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体レーザ素子
等の半導体レーザ素子８０は、図９に示すように、第１
導電型、例えばｎ型の化合物半導体基板８２上に、順
次、少なくともｎ型の第１クラッド層８４、ノンドープ
あるいは低不純物濃度の第１導電型もしくは第２導電型
つまりｐ型の活性層８６、第２導電型、即ちｐ型の第２
クラッド層８８、及びｐ型の高不純物濃度のキャップ層
９０の積層構造を有する。一方の電極（ｐ側電極）９２
がキャップ層９０上にオーミックに接続され、半導体基
板８２の裏面には、他方の電極、すなわちｎ側電極９４
がオーミックに接続されている。

【００１０】半導体レーザ素子から出射されるレーザ光
を光源として使用するとき、横モードが単一モード（単
峰性）であることが要求されるものの、上述の積層構造
のままでは、発光層中のキャリア濃度の変化が利得や屈
折率に大きな変化を及ぼして横モードの単一モード性を
実現することが難しい。そこで、発光層の一部のみに光
を閉じ込めて横モードを制御するために、ストライプ構
造を形成して、ストライプ構造に光を閉じ込めることが
多い。光閉じ込めのためのストライプ構造には、利得導
波型と屈折率導波型の２種類がある。

【００１１】そして、利得導波型のストライプ構造は、
図１０（ａ）に示すように、ｐ型層９６及びｎ型層９８
からなるｐｎ接合分離を適用して注入電流を狭窄する電
流狭窄構造を形成している。また、屈折率導波型のスト
ライプ構造は、積層構造を部分的に、例えば図１０
（ｂ）に示すように、キャップ層９０及び第２クラッド
層８８の上部を除去して横方向の実効屈折率が異なるリ
ッジ構造１００を形成し、実効屈折率差により横方向の
光閉じ込めを行っている。図１０（ｂ）中、１０２はＳ
ｉＯ₂膜等の絶縁膜である。このような利得導波型及び
屈折率導波型の半導体レーザ素子を形成するには、例え
ば、複数回の結晶成長とエッチングプロセスの組み合わ
せ、あるいはイオン注入などのプロセス工程により作製
されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エッチング
に際し、窒化物系化合物半導体は、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ
系等の化合物半導体に比べて、耐薬品性が著しく強いた
めに、ウエットエッチングを適用することが難しい。例
えば、典型的な窒化物系化合物半導体である窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）などは、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ：Reactive Ion Etching）などのスパッタエッチング
が一般的である。この方法では、エッチングガスに含ま
れている反応種が活性ラジカルやイオンに解離し、これ
らの化学反応及び基板への衝突によってエッチングが進
行する。このためダメージが残り素子特性を悪化させる
要因となることが危惧されてきた。また、窒化物系化合
物半導体は、一般に、結晶結合が強く、イオン注入を円
滑に行うことが難しい。

【００１３】そこで、窒化物系化合物半導体の横モード
を制御する電流狭窄構造を容易に作製できる方法が望ま
れている。以上の説明では、窒化物系化合物半導体レー
ザ素子を例にして説明したが、これは、窒化物系化合物
半導体素子全般に該当することである。

【００１４】よって、本発明の目的は、半導体基板の特
質を利用して、窒化物系化合物半導体の横モードを制御
する電流狭窄構造を有し、作製容易な構成の窒化物系化
合物半導体素子及びその作製方法を提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の課題
を解決する研究の過程で、低密度欠陥領域中に高密度欠
陥領域が規則的、例えば周期的に配列されている、新規
な構成の半導体基板として開発されたＧａＮ単結晶基板
に注目した。このＧａＮ単結晶基板は、特開２００１−
１０２３０７号公報に開示された技術を改良し、低密度
欠陥領域中に発生する高密度欠陥領域の位置を制御する
ことにより、開発されたものである。

【００１６】開発された半導体基板の高密度欠陥領域の
配列パターンは、自在であって、例えば、図８に示すよ
うな正方形格子状の配列、図１１（ａ）に示すような長
方形格子状の配列、図１１（ｂ）に示すように六方格子
状の配列等がある。図８（ａ）及び（ｂ）は、高密度欠
陥領域を説明するＧａＮ基板の平面図及び断面図であ
る。また、高密度欠陥領域の配列パターンは、上述のよ
うな分散型パターンだけではなく、例えば図１２（ａ）
に示すように、点状の高密度欠陥領域が断続して線状に
配置されたもの、更には図１２（ｂ）に示すように、高
密度欠陥領域が線状に連続しているものも作製可能であ
る。

【００１７】ここで、ＧａＮ単結晶基板の作製方法を説
明する。ＧａＮ単結晶の基本的な結晶成長メカニズム
は、ファセット面からなる斜面を有して成長し、そのフ
ァセット面斜面を維持して、成長することで、転位を伝
播させ、所定の位置に転位を集合させる。このファセッ
ト面により成長した領域は、転位の移動により、低欠陥
領域となる。一方、そのファセット面斜面下部には、明
確な境界を持った高密度の欠陥領域を有して成長が行わ
れ、転位は、高密度の欠陥領域の境界あるいはその内部
に集合し、ここで消滅あるいは蓄積する。

【００１８】この高密度の欠陥領域の形状によって、フ
ァセット面の形状も異なる。欠陥領域が、ドット状の場
合は、そのドットを底として、ファセット面が取り巻
き、ファセット面からなるピットを形成する。また、欠
陥領域が、ストライプ状の場合は、ストライプを谷底と
して、その両側にファセット面傾斜面を有し、横に倒し
た３角形のプリズム状のファセット面となる。

【００１９】この高密度の欠陥領域は、いくつかの状態
があり得る。例えば、多結晶からなる場合がある。ま
た、単結晶であるが、周りの低欠陥領域に対して、微傾
斜している場合もある。また、周りの低欠陥領域に対し
て、Ｃ軸が反転している場合もある。こうして、この高
密度の欠陥領域は、明確な、境界を有しており、周りと
区別される。この高欠陥密度領域を有して成長すること
により、その周りの、ファセット面を埋め込むことな
く、ファセット面を維持して成長を進行することができ
る。その後、ＧａＮ成長層の表面を研削、研磨を施すこ
とにより、表面を平坦化し、基板として、使用できる形
態とすることができる。

【００２０】この高密度の欠陥領域を形成する方法は、
下地基板上に、ＧａＮを結晶成長する際に、高密度欠陥
領域を形成する場所に、種を予め形成しておくことによ
り、発生させることができる。その種としては、種とな
る微小領域に非晶質、あるいは多結晶の層を形成する。
その上から、ＧａＮを成長することで、丁度その種の領
域に、高密度の欠陥領域を形成することが出来る。

【００２１】ＧａＮ単結晶基板の具体的な製造方法とし
ては、次の通りである。まず、ＧａＮ層を成長させる下
地基板を用いる。下地基板は、必ずしも特定せず、一般
的なサファイア基板でも良いが、後工程で下地基板を除
去することを考慮すると、ＧａＡｓ基板等が好ましい。
下地基板の上に、例えば、ＳｉＯ₂層からなる種を規則
的に、例えば周期的に形成する。種の形状は、高密度欠
陥領域の配列、形状に従って、ドット状、あるいはスト
ライプ状である。その後、Hydride Vapor Phase Epitax
y(ＨＶＰＥ)にて、ＧａＮを厚膜成長する。成長後、表
面には、種のパターン形状に応じた、ファセット面が形
成される。例えば、種がドット状のパターンの場合は、
ファセット面からなるピットが規則正しく形成され、種
がストライプ状の場合は、プリズム状のファセット面が
形成される。

【００２２】ＧａＮ層を成長させた後、下地基板を除去
し、さらに、ＧａＮの厚膜層を、研削加工、研磨加工し
て表面を平坦化する。それによって、ＧａＮ基板を製造
することができる。ＧａＮ基板の厚さは、自由に設定出
来る。この様にして作製された、ＧａＮ基板は、Ｃ面が
主面であり、その中に、所定のサイズのドット状あるい
はストライプ状の高欠陥密度領域が規則正しく、形成さ
れた基板となっている。高欠陥密度領域以外の単結晶領
域は、高欠陥密度領域に比べ、転位密度が著しく低い低
転位密度領域となっている。

【００２３】本発明者は、上述のようにして作製された
ＧａＮ基板上に積層された窒化物系化合物半導体の積層
構造は、高密度欠陥領域の結晶欠陥が直上の積層構造に
伝搬するので、ＧａＮ基板の高密度欠陥領域の直上部分
の積層構造は、結晶欠陥密度が高い領域となっているこ
と、従って高密度欠陥領域上の積層構造部分は、本来、
レーザ構造の一部として取り扱えない部分であることに
注目した。そこで、本発明者は、ＧａＮ基板の高密度欠
陥領域を電流狭窄領域とすることを着想し、実験の末
に、本発明を発明するに到った。

【００２４】上記目的を達成するために、上述の知見に
基づいて、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子（以
下、第１の発明と言う）は、結晶欠陥密度が周囲より高
い領域として、周期的な基板面上配列で基板を貫通して
いる高密度欠陥領域を有する半導体結晶基板上に、窒化
物系化合物半導体の積層構造を備える窒化物系化合物半
導体素子であって、基板が、高密度欠陥領域内で欠陥密
度が最も高いコア領域を貫通する、又は未貫通するよう
に基板に設けられた孔と、高電気抵抗物質で孔を埋め込
んでなる高抵抗部とを備え、窒化物系化合物半導体素子
の注入電流領域は、基板に設けられた高抵抗部により狭
窄されていることを特徴としている。

【００２５】本発明で、孔は貫通孔でも、基板の途中ま
で開孔されている未貫通の孔でも良い。本発明の窒化物
系化合物半導体素子は、窒化物系半導体レーザ素子、窒
化物系半導体発光ダイオード、窒化物系半導体電子素子
等を含む概念である。また、半導体結晶基板とは、結晶
欠陥密度が周囲より高い領域として、周期的な基板面上
配列で基板を貫通している高密度欠陥領域を有する限
り、その組成に制約はない。窒化物系化合物半導体と
は、Ａｌ_aＢ_bＧａ_cＩｎ_dＮ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、
０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１）を言う。第１の発明の好適な
実施態様では、一方の電極が基板裏面の高抵抗部間に設
けられ、能動領域及び他方の電極が、それぞれ、高抵抗
部の延長方向線間の窒化物系化合物半導体の積層構造内
及び積層構造上に設けられている。

【００２６】また、本発明に係る別の窒化物系化合物半
導体素子（以下、第２の発明と言う）は、結晶欠陥密度
が周囲より高い領域として、周期的な基板面上配列で基
板を貫通している高密度欠陥領域を有する半導体結晶基
板上に、窒化物系化合物半導体の積層構造を備える窒化
物系化合物半導体素子であって、基板が、高密度欠陥領
域内で欠陥密度が最も高いコア領域を貫通する、又は未
貫通するように基板に設けられた孔と、基板の導電型と
異なる導電型の材料で孔を埋め込んでなる異種導電型部
を備え、窒化物系化合物半導体素子の注入電流領域は、
基板に設けられた異種導電型部により狭窄されているこ
とを特徴としている。

【００２７】第２の発明の好適な実施態様では、一方の
電極が基板裏面の異種導電型部間に設けられ、能動領域
及び他方の電極が、それぞれ、異種導電型部の延長方向
線間の窒化物系化合物半導体の積層構造内及び積層構造
上に設けられている。

【００２８】また、本発明に係る更に別の窒化物系化合
物半導体素子（以下、第３の発明と言う）は、結晶欠陥
密度が周囲より高い領域として、周期的な基板面上配列
で基板を貫通している高密度欠陥領域を有する半導体結
晶基板上に、窒化物系化合物半導体の積層構造を備える
窒化物系化合物半導体素子であって、基板が、高密度欠
陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域を貫通する、又
は未貫通するように基板に設けられた孔とを備え、孔の
延長方向線上の積層構造の少なくとも上部が、イオン注
入により結晶が変質し、電気抵抗が高くなったイオン注
入領域として形成され、窒化物系化合物半導体素子の注
入電流領域は、積層構造の少なくとも上部に設けられた
イオン注入領域により狭窄されていることを特徴として
いる。

【００２９】第３の発明の好適な実施態様では、一方の
電極が基板裏面の孔間に設けられ、能動領域及び他方の
電極が、それぞれ、孔の延長方向線間の窒化物系化合物
半導体の積層構造内及び積層構造上に設けられている。

【００３０】本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の
作製方法（以下、第１の発明方法と言う）は、結晶欠陥
密度が周囲より高い領域として、周期的な基板面上配列
で基板を貫通している高密度欠陥領域を有する半導体結
晶基板上に、窒化物系化合物半導体の積層構造を備える
窒化物系化合物半導体素子を作製する方法であって、高
密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域を貫通す
る孔又は未貫通する孔を基板に設ける工程と、孔を高抵
抗物質で埋め込んで基板内に高抵抗部を設ける工程と、
基板上に窒化物系化合物半導体の積層構造を形成する工
程とを有することを特徴としている。

【００３１】本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の
作製方法（以下、第２の発明方法と言う）は、結晶欠陥
密度が周囲より高い領域として、周期的な基板面上配列
で基板を貫通している高密度欠陥領域を有する半導体結
晶基板上に、窒化物系化合物半導体の積層構造を備える
窒化物系化合物半導体素子を作製する方法であって、高
密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域を貫通す
る孔又は未貫通する孔を基板に設ける工程と、基板の導
電型と異なる導電型の材料で孔を埋め込んで基板内に異
種導電型部を設ける工程と、基板上に窒化物系化合物半
導体の積層構造を形成する工程とを有することを特徴と
している。

【００３２】本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の
作製方法（以下、第３の発明方法と言う）は、結晶欠陥
密度が周囲より高い領域として、周期的な基板面上配列
で基板を貫通している高密度欠陥領域を有する半導体結
晶基板上に、窒化物系化合物半導体の積層構造を備える
窒化物系化合物半導体素子を作製する方法であって、高
密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域を貫通す
る孔又は未貫通する孔を基板に設ける工程と、基板上に
窒化物系化合物半導体の積層構造を形成する工程と、孔
の延長方向線上の積層構造の少なくとも上部にイオン注
入して結晶を変質させ、電気抵抗の高いイオン注入領域
を形成する工程とを有することを特徴としている。

【００３３】窒化物半導体の結晶が良好な領域は、極め
て堅固で、結晶間結合が強く、イオンを注入することが
容易でない。一方、高密度欠陥領域は結晶間結合が弱
く、イオン注入され易い。これを利用して、自己整合的
に、高密度欠陥領域にイオン注入することができる。つ
まり、イオン注入領域を形成する工程では、イオン注入
領域を制限するマスクを設けることなく、基板全面にイ
オン注入することもできる。尚、高密度欠陥領域は、基
板に貫通する柱状又は柱が横方向に連続して繋がってい
る板状の領域であり、高密度欠陥領域の断面形状は任意
である。第１から第３の発明方法によるときは、１回の
エピタキシャル成長によって横モードを制御できる窒化
物系化合物半導体素子を作製することができるから、そ
の作製工程を従来に比べて著しく簡略化することができ
る。

【００３４】本発明及び本発明方法で、高密度欠陥領域
の配列パターンは自在であって、具体的には、高密度欠
陥領域が、半導体結晶基板の基板面上で周期的に、例え
ば正方形格子状、長方形格子状、及び六方格子状のいず
れかの配置で点在していても良い。また、高密度欠陥領
域が、半導体結晶基板の基板面上で相互に離隔して平行
に、かつ周期的に配置された線状の高密度欠陥領域であ
って、点状の高密度欠陥領域が相互に接して、又は断続
して線状に配置されてなる高密度欠陥領域、又は高密度
欠陥領域が連続して線状に延在してなる高密度欠陥領域
であっても良い。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示した膜種、膜厚、
成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を容易にする
ための例示であって、本発明はこれら例示に限定される
ものではない。窒化物系化合物半導体素子の実施形態例１本実施形態例は、第１の発明に係わる窒化物系化合物半
導体素子をＧａＮ系半導体レーザ素子に適用した実施形
態の一例であって、図１は本実施形態例のＧａＮ系半導
体レーザ素子の要部の構成を示す断面図である。図８
（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施形態例のＧａＮ
系半導体レーザ素子のＧａＮ基板の高密度欠陥領域の配
置を示す平面図及び断面図である。

【００３６】本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子
１０が形成されるＧａＮ基板７６は、図８（ａ）及び
（ｂ）に示すように、結晶欠陥密度が周囲の領域より高
い、いわゆる高密度欠陥領域７８がＧａＮ基板７６を貫
通して、かつ、平面的には基板面上で周期的な正方形格
子状配列で存在しているという特質を有している。本実
施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子１０のＧａＮ基板
１２は、ＧａＮ基板７６上で、図１３（ａ）に示すよう
な配置で区画されている。図１３（ａ）中、１１０はＧ
ａＮ系半導体レーザ素子１０のレーザストライプを示し
ている。

【００３７】本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子
１０は、例えば、図１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１
２上に、膜厚３．０μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層１
４、膜厚０．５μｍのＳｉドープｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層１６、膜厚０．１μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ光導
波層１８、Ｇａ_1-xＩｎ_xＮ（井戸層）およびＧａ_1-yＩ
ｎ_yＮ（障壁層）よりなる多重量子井戸構造を有する膜
厚４０ｎｍの活性層２０、膜厚０．１μｍのＭｇドープ
ｐ型ＧａＮ光導波層２２、膜厚０．５μｍのＭｇドープ
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４、及び膜厚０．５μｍの
Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２６の積層構造を備
えている。

【００３８】Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２６上
には、例えば、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ａ
ｕ（金）を順次蒸着させてなる多層金属膜のｐ側電極２
８、及びｎ型ＧａＮ基板１２の裏面には、例えば、Ｔｉ
（チタン）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）を順次蒸着させ
てなる多層金属膜のｎ側電極３０が設けてある。

【００３９】ところで、本実施形態例では、ｎ型ＧａＮ
基板１２の高密度欠陥領域のコア部１２ａには、図１に
示すように、直径５０μｍの貫通孔３２が設けられ、高
抵抗層３４、例えばＳｉＯ₂層又はＳｉＮ_X層で埋め込
まれている。コア部１２ａは、高密度欠陥領域のなかで
も、特に結晶欠陥密度が高い部位であり、コア部１２ａ
と隣のコア部１２ａとの間の領域は、低密度欠陥領域で
ある。そして、ｎ側電極３０は、コア部１２ａと隣のコ
ア部１２ａとの間に位置するように設けてあり、また、
ｐ側電極２８は、ｎ側電極３０のほぼ真上に設けてあ
る。

【００４０】以上の構成により、高抵抗層３４が電流ブ
ロック層となって、電流注入領域を高抵抗層３４で挟ま
れた領域に制限する。また、ＧａＮ系半導体レーザ素子
１０の発光領域は、活性層２０のうち高抵抗層３４の延
長方向線で挟まれた領域である。本実施形態例のＧａＮ
系半導体レーザ素子１０の電流狭窄構造は、リッジによ
る横方向光閉じ込め構造の形成、或いは従来のイオン注
入法による高抵抗層の形成、ｐｎ接合分離法による電流
ブロック層の形成に比べて、著しく構造が簡単である。

【００４１】窒化物系化合物半導体素子の作製方法の実
施形態例１本実施形態例は、第１の発明方法に係わる窒化物系化合
物半導体素子の作製方法を上述のＧａＮ系半導体レーザ
素子の作製に適用した実施形態の一例であって、図２
（ａ）から（ｃ）及び図３（ｄ）と（ｅ）は、それぞ
れ、本実施形態例の方法によりＧａＮ系半導体レーザ素
子を作製する際の工程毎の断面図又は斜視図である。先
ず、図２（ａ）に示すように、結晶欠陥密度が周囲の領
域より高い高密度欠陥領域を周期的に有するｎ型ＧａＮ
基板１２の高密度欠陥領域のコア部１２ａに貫通孔３２
を設ける。コア部１２ａは、高密度欠陥領域内でも特に
結晶欠陥密度が高い部分であり、コア部１２ａとコア部
１２ａとの間の領域は結晶欠陥密度が低い低密度欠陥領
域である。貫通孔３２を開孔するに当たっては、結晶欠
陥密度の大小を利用して、例えばＫＯＨ又はリン酸をエ
ッチャントとして用いたウエットエッチングによりコア
部１２ａを貫通する直径５０μｍの貫通孔３２を容易に
形成することができる。

【００４２】貫通孔３２を開孔する際のエッチング方法
は、ＫＯＨ又はリン酸をエッチャントとして用いたウエ
ットエッチング法に限らず、ドライエッチング法或いは
サーマルエッチング法を適用することができる。

【００４３】次に、図２（ｂ）に示すように、ＣＶＤ
法、蒸着法、スパッタ法などを使って、例えばＳｉＯ₂
膜又はＳｉＮ_x膜等の高抵抗膜３６をｎ型ＧａＮ基板１
２の裏面に成膜する。次に、図２（ｃ）に示すように、
フッ酸とフッ化アンモニウムの混合液などによるウエッ
トエッチングあるいはＣＦ₄ガスなどによるドライエッ
チングにより高抵抗膜３６を除去するとともに、貫通孔
３２をＳｉＯ₂あるいはＳｉＮ_xで埋めて高抵抗層３４に
したｎ型ＧａＮ基板１２を容易に作製することができ
る。

【００４４】次に、ｎ型ＧａＮ基板１２上に、図３
（ｄ）のように、例えばＭＯＣＶＤ法（Metalorganic C
hemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長法）
により、例えば成長温度１０００℃で、順次、Ｓｉドー
プｎ型ＧａＮ層１４を膜厚３．０μｍ、Ｓｉドープｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層１６を膜厚０．５μｍ、Ｓｉドー
プｎ型ＧａＮ光導波層１８を膜厚０．１μｍ成長させ
る。続いて、成長温度８００℃で、例えばＧａ_1-xＩｎ
_xＮ（井戸層）およびＧａ₁ _-yＩｎ_yＮ（障壁層）よりな
る多重量子井戸構造を有する活性層２０を膜厚４０ｎｍ
成長させる。更に、成長温度１０００℃で、順次、Ｍｇ
ドープｐ型ＧａＮ光導波層２２を０．１μｍ、Ｍｇドー
プｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４を膜厚０．５μｍ、及
びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２６を膜厚０．５
μｍ成長させる。

【００４５】上述のＧａＮ系化合物半導体層の成長工程
では、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の原料ガスとし
て、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、ガリ
ウム（Ｇａ）の原料ガスとして、トリメチルガリウム
（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）またはトリエチルガリウム（（Ｃ₂
Ｈ₅）₃Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）の原材料ガスとし
て、トリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）をそれぞ
れ用いることができる。また、窒素の原料ガスとして、
アンモニアガス（ＮＨ₃）、ケイ素の原料ガスとして、
モノシランガス（ＳｉＨ₄）、及び、マグネシウムの原
料ガスとして、メチルビス＝シクロペンタジエニルマグ
ネシウム（ＭｅＣＰ₂Ｍｇ）、またはビス＝シクロペン
タジエニルマグネシウム（ＣＰ₂Ｍｇ）をそれぞれ用い
ることができる。

【００４６】次に、図３（ｅ）に示すように、ｐ型コン
タクト層２６の上に例えばパラジウム、白金、金を順次
蒸着して、ｐ側電極２８を形成する。次いで、ｎ型Ｇａ
Ｎ基板１２の裏面を研磨して薄くし、続いて基板裏面
に、例えばチタン、白金、金を順次蒸着してｎ側電極３
０を形成する。所定の大きさに劈開して、共振器端面に
端面反射膜（図示せず）を成膜し、これにより、図１に
示す半導体レーザ素子１０を完成することができる。な
お、劈開する際には、２個の高抵抗層３４からなる電流
狭窄構造をｎ型ＧａＮ基板１２に備えるように、劈開又
はスクライプしてチップを作製する。

【００４７】本実施形態例の方法によるときは、１回の
エピタキシャル成長によって横モードを制御できるＧａ
Ｎ系半導体レーザ素子を作製することができるから、そ
の作製工程を著しく簡略化することができる。さらに、
化合物半導体層のエピタキシャル成長は、ＭＯＣＶＤ法
によらず、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法等によ
って形成することもできるなど、種々の変更を行うこと
ができる。

【００４８】窒化物系化合物半導体素子の実施形態例２本実施形態例は、第２の発明に係わる窒化物系化合物半
導体素子をＧａＮ系半導体レーザ素子に適用した実施形
態の別の例であって、図４は本実施形態例のＧａＮ系半
導体レーザ素子の要部の構成を示す断面図である。本実
施形態例の半導体レーザ素子４０は、図４に示すよう
に、実施形態例１の高抵抗層３４に代えて、ｎ型ＧａＮ
基板１２と異なる導電型の材料、例えばｐ型ＧａＮ層で
貫通孔３２を埋め込んでなる異種導電型部４２を備えて
いる。尚、ｎ型ＧａＮ基板１２と異なる伝導型である半
導体層は、必ずしもＧａＮ層である必要はなく、ＡｌＧ
ａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層などであって
もよい。

【００４９】以上の構成により、異種導電型層４２がｐ
ｎ接合分離による電流ブロック層となって、電流注入領
域を異種導電型層４２で挟まれた領域に制限する。ま
た、ＧａＮ系半導体レーザ素子４０の活性領域は、活性
層２０のうち異種導電型層４２の延長方向線で挟まれた
領域である。本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子
４０の電流狭窄構造は、リッジによる横方向光閉じ込め
構造の形成、或いは従来のイオン注入法による高抵抗層
の形成、ｐｎ接合分離法による電流ブロック層の形成に
比べて、著しく構造が簡単である。

【００５０】窒化物系化合物半導体素子の実施形態例３本実施形態例は、第３の発明に係わる窒化物系化合物半
導体素子をＧａＮ系半導体レーザ素子に適用した実施形
態の一例であって、図５は本実施形態例のＧａＮ系半導
体レーザ素子の要部の構成を示す断面図である。本実施
形態例の半導体レーザ素子５０は、図５に示すように、
貫通孔３２が高抵抗層とか異種導電型層で埋め込まれて
いないこと、及び電流ブロック層の構成が実施形態例１
及び実施形態例２の電流ブロック層の構成と異なること
を除いて、実施形態例１及び実施形態例２の構成と同じ
構成を備えている。

【００５１】つまり、本実施形態例の半導体レーザ素子
５０は、ｎ型ＧａＮ基板１２の高密度欠陥領域のコア部
１２ａに直径５０μｍの貫通孔３２を備えている。更
に、半導体レーザ素子５０は、ｎ型ＧａＮ基板１２上
に、ｎ型ＧａＮ層１４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１
６、ｎ型ＧａＮ光導波層１８、活性層２０、ｐ型ＧａＮ
光導波層２２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４、及びｐ
型ＧａＮコンタクト層２６の積層構造を備えている。

【００５２】そして、積層構造のうちの少なくともｐ型
ＧａＮコンタクト層２６内であって、貫通孔３２の上方
位置のｐ型ＧａＮコンタクト層部分が、イオン注入によ
り、結晶が変質し、電気抵抗が高くなったイオン注入領
域５２となっている。イオン注入領域５２は、ボロン
（Ｂ）、窒素（Ｎ）、プロトン（Ｈ）等をイオン注入す
ることにより結晶が変質し、電気抵抗が高くなり、電流
ブロック層として機能する。本実施形態例のＧａＮ系半
導体レーザ素子５０の電流狭窄構造は、リッジによる横
方向光閉じ込め構造の形成、或いは従来のイオン注入法
による高抵抗層の形成、ｐｎ接合分離法による電流ブロ
ック層の形成に比べて、著しく構造が簡単である。

【００５３】窒化物系化合物半導体素子の作製方法の実
施形態例２本実施形態例は、第３の発明方法に係わる窒化物系化合
物半導体素子の作製方法を上述のＧａＮ系半導体レーザ
素子５０の作製に適用した実施形態の一例であって、図
６（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本実施形態例の方法
によりＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する際の工程毎
の断面図又は斜視図である。先ず、実施形態例１と同様
にして、結晶欠陥密度が周囲の領域より高い高密度欠陥
領域を周期的に有するｎ型ＧａＮ基板１２の高密度欠陥
領域のコア部１２ａに貫通孔３２を設ける。次いで、実
施形態例１と同様に、図６（ａ）に示すように、ｎ型Ｇ
ａＮ基板１２上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば
成長温度１０００℃で、順次、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
１４を膜厚３．０μｍ、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層１６を膜厚０．５μｍ、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ光
導波層１８を膜厚０．１μｍ成長させる。

【００５４】続いて、成長温度８００℃で、例えばＧａ
_1-xＩｎ_xＮ（井戸層）およびＧａ₁ _-yＩｎ_yＮ（障壁
層）よりなる多重量子井戸構造を有する活性層２０を膜
厚４０ｎｍ成長させる。更に、成長温度１０００℃で、
順次、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ光導波層２２を膜厚０．１
μｍ、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４を膜厚
つ０．５μｍ、及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層
２６を膜厚０．５μｍ成長させる。

【００５５】次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に
ＳｉＯ₂膜又はＳｉＮ_X膜を成膜し、図６（ｂ）に示す
ように、次いでフォトリソグラフィ及びエッチングによ
り貫通孔３２の上方に貫通孔３２とほぼ同じ形状、寸法
の開口を有するパターンマスク５４を形成する。続い
て、図６（ｃ）に示すように、パターンマスク５４上か
らボロン（Ｂ）、窒素（Ｎ）、プロトン（Ｈ）等をイオ
ン注入して、少なくともｐ型ＧａＮコンタクト層２６内
の貫通孔３２の上方位置部分を、結晶が変質したイオン
注入領域５２として形成する。

【００５６】貫通孔３２の上方の積層構造は、コア部１
２ａの結晶欠陥の影響により結晶欠陥密度が高い。そこ
で、元来、結晶構造が堅固で結晶結合の強い窒化物系化
合物半導体層であっても、貫通孔３２の上方の結晶欠陥
密度が高いｐ型ＧａＮコンタクト層２６部分は、イオン
注入により結晶変質が進行して、結晶変質層５２とな
り、電流ブロック層を形成する。

【００５７】以上の構成により、結晶変質層５２が電流
ブロック層となって、電流注入領域をイオン注入領域５
２で挟まれた領域に制限する。また、ＧａＮ系半導体レ
ーザ素子５０の活性領域は、活性層２０のうち結晶変質
層５２の延長方向線で挟まれた領域である。

【００５８】所定の大きさに劈開し、共振器端面に端面
反射膜（図示せず）をコーティングすることにより、半
導体レーザチップが完成する。なお、チップ化する際、
最初に作製した高抵抗層が埋まった穴を電流の流れない
領域として、電流狭窄をさせるように劈開或いはスクラ
イプしてチップを作製する。本実施形態例の方法による
ときは、１回のエピタキシャル成長によって横モードを
制御できるＧａＮ系半導体レーザ素子を作製することが
できるから、その作製工程を著しく簡略化することがで
きる。

【００５９】尚、上述の実施形態例３では、図６（ｃ）
に示すように、貫通孔３２の上方領域を除く結晶欠陥密
度の小さな領域をマスク５４で覆い、貫通孔３２の上方
領域にボロンや窒素やプロトンなどでイオン注入して、
イオン注入領域５２を形成している。ところで、窒化物
系化合物半導体は、結晶が極めて堅固で、かつ結晶結合
が強く、容易にイオン注入されないことを逆に利用し
て、イオン注入のマスクを形成することなく、図７に示
すように全面にイオン注入するようにしても良い。この
時、イオン注入領域５２を除く、結晶欠陥密度の小さな
領域では、材料特有の結晶堅固さのために結晶性に特段
の変化はないが、結晶欠陥の大きい貫通孔３２の上方領
域、その周辺領域の結晶だけが選択的に変質して、イオ
ン注入領域５２となる。

【００６０】また、実施形態例１から実施形態例３の半
導体レーザ素子では、ＧａＮ基板１２が、結晶欠陥密度
が周囲より大きい領域を貫通する貫通孔３２を有する
が、必ずしも孔は貫通孔である必要はなく、成長した窒
化物系化合物半導体層の孔上の部分が、高密度欠陥領域
となる限り、孔は基板途中で止まる未貫通の孔でも良
い。

【００６１】実施形態例を上げて本発明を説明したが、
本発明は上述した実施形態例の数値例に限られるもので
はなく、本発明の技術思想の範囲内である限り、種々の
変更を行うことができる。例えば、窒化物系化合物半導
体層のエピタキシャル成長は、ＭＯＣＶＤ法によらず、
ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法等によって形成す
ることもできるなど、種々の変形変更を採用することが
できる。

【００６２】上述の実施形態例では、ＧａＮ基板とし
て、高密度欠陥領域が正方形格子状に配列されているＧ
ａＮ基板７６を用いているが、これに限らず、例えば図
１３（ｂ）に示すように、高密度欠陥領域が長方形格子
状に配置されているＧａＮ基板１１２、また、図１３
（ｃ）に示すように、高密度欠陥領域が六方格子状に配
置されているＧａＮ基板１１４を用いることができる。
更には、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、高密度
欠陥領域が線状に配置されているＧａＮ基板１１６、１
１８を用いることができる。図１３及び図１４は高密度
欠陥領域とレーザストライプとの位置関係を示してい
る。尚、図１３及び図１４中、１１０はレーザストライ
プである。

【００６３】

【発明の効果】第１の発明によれば、結晶欠陥密度が周
囲より大きい高密度欠陥領域を周期的構造として有する
半導体基板上に窒化物系化合物半導体の積層構造を形成
する際、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領
域を貫通する、又は未貫通する孔を基板に設け、高電気
抵抗物質で孔を埋め込んで高抵抗部を形成している。こ
れにより、窒化物系化合物半導体素子の注入電流領域を
高抵抗部により狭窄する電流狭窄構造を備えた窒化物系
化合物半導体素子を実現している。

【００６４】第２の発明によれば、結晶欠陥密度が周囲
より大きい高密度欠陥領域を周期的構造として有する半
導体基板上に窒化物系化合物半導体の積層構造を形成す
る際、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域
を貫通する、又は未貫通する孔を基板に設け、基板の導
電型と異なる導電型の材料で孔を埋め込んで異種導電型
部を形成する。これにより、窒化物系化合物半導体素子
の注入電流領域を異種導電部により狭窄する電流狭窄構
造を備えた窒化物系化合物半導体素子を実現している。

【００６５】第３の発明によれば、結晶欠陥密度が周囲
より大きい高密度欠陥領域を周期的構造として有する半
導体基板上に窒化物系化合物半導体の積層構造を形成す
る際、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域
を貫通する、又は未貫通する孔を基板に設け、孔の延長
方向線上の積層構造の少なくとも上部にイオン注入して
イオン注入領域を形成している。これにより、窒化物系
化合物半導体素子の注入電流領域をイオン注入領域によ
り狭窄する電流狭窄構造を備えた窒化物系化合物半導体
素子を実現している。

【００６６】第１から第３の発明方法は、第１から第３
の発明に係る窒化物系化合物半導体素子を作製する好適
な方法を実現している。第１から第３の発明に係る窒化
物系化合物半導体素子は、横モードの制御が可能な利得
導波型あるいは屈折率導波型素子を１回のエピタキシャ
ル成長によって容易にかつ経済的に作製することができ
る。また、作製工程は極めて簡略化され、製品の歩留向
上やコスト低減が図れるなど、工業的に多大な利益をも
たらすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。

【図２】図２（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例１の方法によりＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する
際の工程毎の断面図又は斜視図である。

【図３】図３（ｄ）と（ｅ）は、それぞれ、図２（ｃ）
に続いて、実施形態例１の方法によりＧａＮ系半導体レ
ーザ素子を作製する際の工程毎の断面図又は斜視図であ
る。

【図４】実施形態例２のＧａＮ系半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。

【図５】実施形態例３のＧａＮ系半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。

【図６】図６（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例２の方法によりＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する
際の工程毎の断面図又は斜視図である。

【図７】実施形態例２の方法でイオン注入する際の別の
態様を示す断面図である。

【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、高密度欠陥領域を説
明するＧａＮ基板の平面図及び断面図である。

【図９】半導体レーザ素子のレーザ積層構造の構成を示
す断面図である。

【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、利得
導波型及び屈折率導波型の半導体レーザ素子を示す断面
図である。

【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、高密
度欠陥領域の長方形格子状の配列、及び六方格子状の配
列を示す図である。

【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、点状
の高密度欠陥領域が断続して線状に配置された配列、高
密度欠陥領域が線状に連続して配列を示す図である。

【図１３】図１３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、高密
度欠陥領域が、正方形格子状配置、長方形格子状配置、
及び六方格子状配置のＧａＮ基板でのＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の区画を示す図である。

【図１４】図１４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、高密
度欠陥領域が線状に配置されているＧａＮ基板でのＧａ
Ｎ系半導体レーザ素子の区画を示す図である。

【符号の説明】

１０……実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子、１
２……ｎ型ＧａＮ基板、１２ａ……コア部、１４……Ｓ
ｉドープｎ型ＧａＮ層、１６……Ｓｉドープｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層、１８……Ｓｉドープｎ型ＧａＮ光導波
層、２０……Ｇａ_1-xＩｎ_xＮ（井戸層）およびＧａ_1-y
Ｉｎ_yＮ（障壁層）よりなる多重量子井戸構造を有する
活性層、２２……Ｍｇドープｐ型ＧａＮ光導波層、２４
……Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２６……Ｍ
ｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層、２８……ｐ側電極、
３０……ｎ側電極、３２……貫通孔、３４……高抵抗
層、３６……高抵抗膜、４０……実施形態例２の半導体
レーザ素子、４２……異種導電型部、５０……実施形態
例３の半導体レーザ素子、５２……イオン注入領域、５
４……パターンマスク、７６……ＧａＮ基板、７８……
高密度欠陥領域、８０……半導体レーザ素子、８２……
ｎ型の化合物半導体基板、８４……ｎ型の第１クラッド
層、８６……活性層、８８……ｐ型の第２クラッド層、
９０……ｐ型のキャップ層、９２……ｐ側電極、９４…
…ｎ側電極、９６……ｐ型層、９８……ｎ型層、１００
……リッジ構造、１０２……絶縁膜、１１０……レーザ
ストライプ、１１２……高密度欠陥領域が長方形格子状
に配置されているＧａＮ基板、１１４……高密度欠陥領
域が六方格子状に配置されているＧａＮ基板、１１６、
１１８……高密度欠陥領域が線状に配置されているＧａ
Ｎ基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者元木健作大阪府大阪市中央区北浜四丁目５番33号住友電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 CA40 CA65 CA71 CA74 CA82 CA92 CB02 CB11 5F045 AA04 AA05 AB14 CA12 DA52 DC68 5F073 AA04 AA45 AA74 CA07 CB02 DA05 DA14 DA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶欠陥密度が周囲より高い領域とし
て、周期的な基板面上配列で基板を貫通している高密度
欠陥領域を有する半導体結晶基板上に、窒化物系化合物
半導体の積層構造を備える窒化物系化合物半導体素子で
あって、基板が、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領
域を貫通する、又は未貫通するように基板に設けられた
孔と、高電気抵抗物質で孔を埋め込んでなる高抵抗部と
を備え、窒化物系化合物半導体素子の注入電流領域は、基板に設
けられた高抵抗部により狭窄されていることを特徴とす
る窒化物系化合物半導体素子。
【請求項２】一方の電極が基板裏面の高抵抗部間に設
けられ、能動領域及び他方の電極が、それぞれ、高抵抗
部の延長方向線間の窒化物系化合物半導体の積層構造内
及び積層構造上に設けられていることを特徴とする請求
項１に記載の窒化物系化合物半導体素子。
【請求項３】結晶欠陥密度が周囲より高い領域とし
て、周期的な基板面上配列で基板を貫通している高密度
欠陥領域を有する半導体結晶基板上に、窒化物系化合物
半導体の積層構造を備える窒化物系化合物半導体素子で
あって、基板が、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領
域を貫通する、又は未貫通するように基板に設けられた
孔と、基板の導電型と異なる導電型の材料で孔を埋め込
んでなる異種導電型部を備え、窒化物系化合物半導体素子の注入電流領域は、基板に設
けられた異種導電型部により狭窄されていることを特徴
とする窒化物系化合物半導体素子。
【請求項４】一方の電極が基板裏面の異種導電型部間
に設けられ、能動領域及び他方の電極が、それぞれ、異
種導電型部の延長方向線間の窒化物系化合物半導体の積
層構造内及び積層構造上に設けられていることを特徴と
する請求項３に記載の窒化物系化合物半導体素子。
【請求項５】結晶欠陥密度が周囲より高い領域とし
て、周期的な基板面上配列で基板を貫通している高密度
欠陥領域を有する半導体結晶基板上に、窒化物系化合物
半導体の積層構造を備える窒化物系化合物半導体素子で
あって、基板が、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領
域を貫通する、又は未貫通するように基板に設けられた
孔とを備え、孔の延長方向線上の積層構造の少なくとも上部が、イオ
ン注入により結晶が変質し、電気抵抗が高くなったイオ
ン注入領域として形成され、窒化物系化合物半導体素子の注入電流領域は、積層構造
の少なくとも上部に設けられたイオン注入領域により狭
窄されていることを特徴とする窒化物系化合物半導体素
子。
【請求項６】一方の電極が基板裏面の孔間に設けら
れ、能動領域及び他方の電極が、それぞれ、孔の延長方
向線間の窒化物系化合物半導体の積層構造内及び積層構
造上に設けられていることを特徴とする請求項５に記載
の窒化物系化合物半導体素子。
【請求項７】高密度欠陥領域が、半導体結晶基板の基
板面上で周期的に点在していることを特徴とする請求項
１から６のいずれか１項に記載の窒化物系化合物半導体
素子。
【請求項８】高密度欠陥領域が、半導体結晶基板の基
板面上で正方形格子状、長方形格子状、及び六方格子状
のいずれかの配置で点在していることを特徴とする請求
項７に記載の窒化物系化合物半導体素子。
【請求項９】高密度欠陥領域が、半導体結晶基板の基
板面上で相互に離隔して平行に、かつ周期的に配置され
た線状の高密度欠陥領域であることを特徴とする請求項
１から６のいずれか１項に記載の窒化物系化合物半導体
素子。
【請求項１０】線状の高密度欠陥領域は、点状の高密
度欠陥領域が相互に接して、又は断続して線状に配置さ
れてなる高密度欠陥領域、又は高密度欠陥領域が連続し
て線状に延在してなる高密度欠陥領域であることを特徴
とする請求項１０に記載の窒化物系化合物半導体素子。
【請求項１１】結晶欠陥密度が周囲より高い領域とし
て、周期的な基板面上配列で基板を貫通している高密度
欠陥領域を有する半導体結晶基板上に、窒化物系化合物
半導体の積層構造を備える窒化物系化合物半導体素子を
作製する方法であって、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域を貫通
する孔又は未貫通する孔を基板に設ける工程と、孔を高抵抗物質で埋め込んで基板内に高抵抗部を設ける
工程と、基板上に窒化物系化合物半導体の積層構造を形成する工
程とを有することを特徴とする窒化物系化合物半導体素
子の作製方法。
【請求項１２】結晶欠陥密度が周囲より高い領域とし
て、周期的な基板面上配列で基板を貫通している高密度
欠陥領域を有する半導体結晶基板上に、窒化物系化合物
半導体の積層構造を備える窒化物系化合物半導体素子を
作製する方法であって、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域を貫通
する孔又は未貫通する孔を基板に設ける工程と、基板の導電型と異なる導電型の材料で孔を埋め込んで基
板内に異種導電型部を設ける工程と、基板上に窒化物系化合物半導体の積層構造を形成する工
程とを有することを特徴とする窒化物系化合物半導体素
子の作製方法。
【請求項１３】結晶欠陥密度が周囲より高い領域とし
て、周期的な基板面上配列で基板を貫通している高密度
欠陥領域を有する半導体結晶基板上に、窒化物系化合物
半導体の積層構造を備える窒化物系化合物半導体素子を
作製する方法であって、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域を貫通
する孔又は未貫通する孔を基板に設ける工程と、基板上に窒化物系化合物半導体の積層構造を形成する工
程と、孔の延長方向線上の積層構造の少なくとも上部にイオン
注入して結晶を変質させ、電気抵抗の高いイオン注入領
域を形成する工程とを有することを特徴とする窒化物系
化合物半導体素子の作製方法。
【請求項１４】イオン注入領域を形成する工程では、
イオン注入領域を制限するマスクを設けることなく、基
板全面にイオン注入することを特徴とする請求項１３に
記載の窒化物系化合物半導体素子の作製方法。
【請求項１５】高密度欠陥領域が、半導体結晶基板の
基板面上で周期的に点在していることを特徴とする請求
項１１から１４のいずれか１項に記載の窒化物系化合物
半導体素子の作製方法。
【請求項１６】高密度欠陥領域が、半導体結晶基板の
基板面上で正方形格子状、長方形格子状、及び六方格子
状のいずれかの配置で点在していることを特徴とする請
求項１５に記載の窒化物系化合物半導体素子の作製方
法。
【請求項１７】高密度欠陥領域が、半導体結晶基板の
基板面上で相互に離隔して平行に、かつ周期的に配置さ
れた線状の高密度欠陥領域であることを特徴とする請求
項１１から１４のいずれか１項に記載の窒化物系化合物
半導体素子の作製方法。