JP2003249463A - 窒化物半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶欠陥が少なく、かつ電極を形成するのに
十分なキャリア濃度を有する窒化物半導体基板と、その
基板を有して、結晶欠陥が少なく窒化物半導体を積層で
きる新規な窒化物半導体素子の構造を提供する。 【構成】 第１の主面と第２の主面とを有し、ｎ型不純
物がドープされた窒化物半導体を有し、かつ少なくとも
一方の主面側に窒化物半導体が露出している窒化物半導
体基板であって、その窒化物半導体基板には、前記第１
の主面、もしくは第２の主面のいずれか一方に接近する
に従って、ｎ型不純物濃度が小さくなっている濃度勾配
領域を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（例えばＩ
ｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）より
なる基板と、その基板の上に窒化物半導体を積層して得
られた、ＬＥＤ、ＬＤ、太陽電池、受光素子等の電子デ
バイスに使用される窒化物半導体素子に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に半導体を基板上に成長させる際、
成長させる半導体と格子整合した基板を用いると半導体
の結晶欠陥が少なくなって結晶性が向上することが知ら
れている。しかし、窒化物半導体は格子整合する基板が
現在世の中に存在しないことから、一般にサファイア、
スピネル、炭化ケイ素のような窒化物半導体と格子整合
しない異種基板の上に成長されている。 【０００３】一方、完全に格子整合する窒化物半導体基
板を得るため、ＧａＮバルク結晶を作製する試みが、様
々な研究機関において成されているが、未だに数ミリ程
度のものしか得られたという報告しかされておらず、実
用化には程遠い状態である。 【０００４】窒化物半導体基板を作製する技術として、
例えば特開平７−２０２２６５号、特開平７−１６５４
９８号に、サファイア基板の上にＺｎＯよりなるバッフ
ァ層を形成して、そのバッファ層の上に窒化物半導体を
成長させた後、バッファ層を溶解除去する技術が記載さ
れている。しかしながらサファイア基板の上に成長され
るＺｎＯバッファ層の結晶性は悪く、そのバッファ層の
上に厚膜で窒化物半導体を成長させても、結晶全体の結
晶欠陥が１０8個／cm2以上もあり、良質の窒化物半導体
基板を得ることはほとんど不可能である。さらに、薄膜
のＺｎＯよりなるバッファ層の上に、基板となるような
厚膜の窒化物半導体を連続して成長させることも、成長
途中でＺｎＯが分解するため非常に難しい。 【０００５】本出願人は、サファイア基板上に窒化物半
導体が成長しにくい性質を有する保護膜をストライプ状
に形成して、この保護膜の上に横方向に成長させたアン
ドープＧａＮを基板としたレーザ素子を発表した（ICN
S'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及びJpn.
J.Appl.Phys.Vol.36(1997）pp.L1568-1571,Part2,No.12
A,1 December 1997）。この横方向の窒化物半導体の成
長によると、従来の成長方法による窒化物半導体基板に
比べて結晶欠陥が少ないＧａＮ基板が得られやすい傾向
にある。このレーザ素子はアンドープＧａＮ基板の上に
ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層が積層さ
れ、そのコンタクト層の上に分離閉じ込め型のレーザ素
子構造が形成された構造を有する。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかし、アンドープの
ＧａＮ基板は結晶欠陥が非常に少ないという利点はある
ものの、抵抗率が高く、十分なキャリア濃度が得られな
いという欠点がある。そのため、前記レーザ素子のよう
にアンドープＧａＮ基板の上にＳｉをドープした高キャ
リア濃度のＧａＮ層をコンタクト層として設けている。 【０００７】窒化物半導体を基板として用いる場合、基
板の結晶欠陥を少なくすることと、基板に電極を設ける
ために十分なキャリア濃度を付与すること、および窒化
物半導体基板を用いた場合にその上に積層する窒化物半
導体の結晶欠陥を少なくするることは非常に重要であ
る。従って、本発明はこのような事情を鑑みて成された
ものであって、その目的とするところは、結晶欠陥が少
なく、かつ電極を形成するのに十分なキャリア濃度を有
する窒化物半導体基板と、その基板を有して、結晶欠陥
が少なく窒化物半導体を積層できる新規な窒化物半導体
素子の構造を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体基
板は、第１の主面と第２の主面とを有し、ｎ型不純物が
ドープされた窒化物半導体基板であって、その窒化物半
導体基板には、前記第１の主面、若しくは第２の主面の
いずれか一方に接近するに従って、ｎ型不純物濃度が小
さくなっている濃度勾配領域を有することを特徴とす
る。なお、第１の主面および第２の主面は両方とも窒化
物半導体が露出していなくても良く、窒化物半導体はい
ずれか一方の面が露出した状態でも請求項１の範囲内で
ある。例えば、サファイアのような異種基板上に窒化物
半導体が厚膜で成長されて、異種基板が除去されずに残
っている窒化物半導体基板では、サファイア側が一方の
主面、窒化物半導体側がもう一方の主面となる。好まし
くは異種基板を除去した状態で、窒化物半導体の主面が
両方に露出している窒化物半導体を基板とする。但し、
最も好ましい態様としては、窒化物半導体の第１の主面
と第２の主面とが露出しており、そのいずれかの面に接
近するに従って、ｎ型不純物が小さくなっている濃度勾
配領域を有する窒化物半導体基板である。 【０００９】さらに、前記第１の主面および第２の主面
に窒化物半導体が露出しており、さらに前記濃度勾配領
域が、一方の主面から、もう一方の主面に渡って形成さ
れていることを特徴とする。 【００１０】また本発明の窒化物半導体基板ではｎ型不
純物濃度が小さくなっている側の主面が、次の半導体の
成長面とされていることを特徴とする。次の半導体と
は、この基板を用いて、例えばレーザ素子、ＬＥＤ素子
等発光デバイス、太陽電池、受光素子等の受光デバイス
等の電子デバイスの構造となる半導体層を指す。 【００１１】さらに、主面表面から５μｍ以内の領域の
ｎ型不純物濃度が、アンドープ〜５×１０18／cm3の範
囲にあることを特徴とする。これはｎ型不純物濃度が小
さくなっている側の主面を次の半導体成長面とする場合
に、その主面表面のｎ型不純物濃度が前記範囲内に調整
されていると、結晶欠陥が少なくなって、その上に成長
する半導体層に結晶欠陥が転位しにくくなるからであ
る。 【００１２】本発明の窒化物半導体素子は、第１の主面
と第２の主面とを有し、ｎ型不純物がドープされた窒化
物半導体を有し、かつ少なくとも一方の主面側に窒化物
半導体が露出している窒化物半導体基板の上に、素子構
造となる窒化物半導体層が積層成長された窒化物半導体
素子であって、前記窒化物半導体基板は、第１の主面、
若しくは第２の主面のいずれか一方に接近するに従っ
て、ｎ型不純物濃度が小さくなっている濃度勾配領域を
有し、ｎ型不純物濃度の小さい方の主面側の窒化物半導
体基板の上に、素子構造となる窒化物半導体層が積層成
長され、ｎ型不純物濃度が大きい方の主面側の窒化物半
導体基板に、ｎ電極が形成されてなることを特徴とす
る。なお素子構造とは、少なくともｎ層とｐ層とが積層
されて活性領域を有する構造を指すものとする。 【００１３】 【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体基板におい
て、窒化物半導体の組成は特に問わないが、Ａｌ、Ｉｎ
を実質的に含まないＧａＮとすると、最も結晶欠陥の少
ない基板となる。但し、窒化物半導体基板中に例えばバ
ッファ層としてＩｎＧａＮ層を介在させることも本発明
の窒化物半導体基板の範疇に含まれる。ＩｎＧａＮは結
晶欠陥を吸収する作用がある。窒化物半導体基板にドー
プするｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ
等のIV族、VI族元素が用いられるが、その中でもＳｉ、
Ｓｎが窒化物半導体層中での活性化率が高く、高キャリ
ア濃度が得られる。 【００１４】本発明の窒化物半導体基板では、第１若し
くは第２の主面のいずれか一方の主面に接近するに従っ
て、ｎ型不純物濃度が小さくなるように調整された濃度
勾配領域を有する。濃度勾配領域は、不純物濃度が主面
に近づくに従って小さくなるようにしてあれば、連続的
（グラデーション）でもステップ状でも良い。例えば、
ある一定の膜厚まではほぼ一定の不純物濃度を保ち、あ
る境界を超えると急激にｎ型不純物濃度が減少するよう
な濃度分布を有していても、本発明の範囲内である。好
ましくは連続的、あるいは例えば少なくとも３層以上に
ステップ状に細かく不純物濃度が減少するようにされて
いることが望ましい。なぜなら、窒化物半導体基板から
電極を取り出す際に、主面側に積層された半導体層に対
して、基板にｎ電極を設ける際、濃度勾配領域におい
て、どの基板面を露出させても、その基板面はｎ＋とな
り、基板面から素子構造側の基板のキャリア濃度がｎ−
となるため、ｎ＋側に電極を形成すると、ｎ電極とオー
ミック接触が得られすく、しかもキャリアが均一に拡散
しやすくなって、素子の効率が向上するからである。さ
らに、ｎ型不純物濃度が主面側に接近するに従って小さ
くなるように調整してあれば、窒化物半導体の結晶性が
良くなり、結晶欠陥が減少する傾向にある。また本発明
の濃度勾配領域は窒化物半導体基板全体に渡って設けら
れているわけではなく、部分的に形成されていても良
い。 【００１５】好ましい態様として、第１の主面および第
２の主面に窒化物半導体が露出した窒化物半導体基板に
おいて、濃度勾配領域が一方の主面から、もう一方の主
面に渡って形成されている。即ち、一方の主面側のｎ型
不純物濃度が大きく、もう一方の主面のｎ型不純物濃度
が小さくなるように調整されている。この窒化物半導体
基板であれば、ｎ型不純物濃度の小さい方に素子構造と
なる窒化物半導体を成長させ、基板側から電極を取り出
す構造とすれば、同一面側にｎ電極とｐ電極とを露出さ
せる構造、およびｎ電極とｐ電極とが対向した構造にお
いて、ｎ電極をいずれの基板面を露出させても、該露出
面は高キャリア濃度となり、ｎ電極とオーミックが取り
やすくなる。また、抵抗率が低抵抗から高抵抗へと変わ
っているので、キャリアが素子側に拡散しやすくなり、
素子の効率が向上する。 【００１６】ｎ型不純物濃度が小さくなっている側の主
面は、その主面表面から５μｍ以内の領域のｎ型不純物
濃度が、アンドープ〜５×１０18／cm3の範囲とするこ
とが望ましい。その範囲に調整することにより、例えば
主面から５μｍ以内の結晶欠陥が１×１０5／cm2以下と
なり非常に好ましい。好ましくは１×１０18／cm3以
下、最も好ましくは８×１０17／cm3以下にする。５×
１０18／cm3を超えると結晶欠陥が多くなって、その上
に素子構造を作製した場合に素子の寿命が短くなりやす
い傾向にあるからである。アンドープにする場合にはア
ンドープの領域は１μｍ以下、さらに好ましくは０．５
μｍ以下、最も好ましくは０．２μｍ以下とする。アン
ドープの領域が１μｍを超えると、直列方向の動作電圧
が高くなって動作電圧が上昇しやすい傾向にある。なお
素子寿命が短くなると言っても、従来のサファイア基板
上に直接素子構造を成長させたものと比較すれば、圧倒
的に本発明の方が長いことは言うまでもない。 【００１７】 【実施例】［実施例１］図１（ａ）〜（ｅ）は窒化物半
導体基板の製造方法の各工程において得られるそれぞれ
のウェーハの構造を模式的に示す断面図である。また、
図２は本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す
模式断面図である。以下、これらの図面を元に本発明を
詳説する。なお、窒化物半導体基板の製造方法は、最も
好ましい態様を示すものであって、本発明の窒化物半導
体基板は必ずしもこの方法に限定されるものではない。 【００１８】ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）装置の
反応容器内に２インチφのサファイアよりなる異種基板
１のウェーハを設置し、図１（ａ）に示すように、その
異種基板１の上に５００℃においてＧａＮよりなるバッ
ファ層（図示せず）を２００オングストローム成長さ
せ、その上に下地層よりも高温（例えば１０５０℃）で
アンドープＧａＮよりなる下地層２を６μｍの膜厚で成
長させる。 【００１９】異種基板１は窒化物半導体と異なる材料よ
りなる基板であればどのようなものでも良く、例えば、
サファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイ
ア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、Ｓ
ｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｇ
ａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物
基板等、従来知られている窒化物半導体と異なる基板材
料を用いることができる。さらに前記基板材料の主面を
オフアングルさせた基板も用いることもできる。また、
下地層２の成長方法は特に問うものではなく、ＭＯＶＰ
Ｅ、ＭＢＥ（分子線気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドラ
イド気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知
られている従来の方法で成長できる。この下地層２は異
種基板１と材料が異なるために、結晶欠陥が非常に多
く、通常１０8個／cm2以上あり、いくら厚膜で成長させ
ても、異種基板と窒化物半導体との格子不整合、熱膨張
係数等の要因による結晶欠陥が、窒化物半導体と異種基
板との界面から縦方向に伸びるため、窒化物半導体基板
とはならない。下地層にはアンドープのＧａＮを成長さ
せることが最も好ましい。なお本発明における結晶欠陥
の数はＴＥＭ観察において、写真上で計測できる結晶欠
陥の数を指すものとする。 【００２０】下地層２成長後、ウェーハを反応容器から
取り出し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置を用
い、図１（ｂ）に示すように下地層２をストライプ状の
凹凸を有する形状でエッチングする。ストライプの凹部
の幅は５μｍ、凸部の幅は５μｍとする。このエッチン
グは凹部が窒化物半導体面が露出するようにしたが、凹
部は異種基板の表面が露出するまでエッチングして形成
しても良い。図１（ｂ）はストライプに垂直な方向での
断面図を示している。 【００２１】凹凸形成後、図１（ｃ）に示すように、凸
部の最表面と凹部の底部とにＳｉＯ2よりなる保護膜３
を０．１μｍの膜厚で形成して、凹凸の側面にある窒化
物半導体層が露出するようにする。保護膜はその表面に
窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性
質を有する材料を選択し、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ
X）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯ
X）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化
物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を
有する金属等を用いることができる。これらの保護膜材
料は、窒化物半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の
温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しない
か、成長しにくい性質を有している。このように窒化物
半導体の表面に部分的に保護膜を形成して、その保護膜
の上に横方向に窒化物半導体を成長するようにすると、
窒化物半導体の結晶欠陥が縦方向に伸びなくなって、保
護膜上に成長される窒化物半導体の結晶欠陥が激減し、
窒化物半導体基板が成長できる。特に、本実施例によう
に異種基板上に成長させた窒化物半導体層の上面に保護
膜を形成して、側面を露出させ、その側面から成長を行
うことにより、結晶欠陥が１×１０5個／cm2以下の窒化
物半導体基板が得られる。 【００２２】保護膜３形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰ
Ｅの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、
図１（ｄ）に示すように、アンドープＧａＮよりなる第
１の窒化物半導体層４を２０μｍの膜厚で成長させる。
この第１の窒化物半導体層は４は凹凸が設けられた下地
層２の側面から成長しだし、保護膜の上においては横方
向に成長しながら縦方向に成長する。下地層２には異種
基板との格子不整合に起因する結晶欠陥が多数発生して
いるが、保護膜３の上に横方向に成長させる第１の窒化
物半導体は結晶欠陥が表面まで貫通しにくく、例えば結
晶欠陥が１×１０5個／cm2以下、好ましい条件において
は１×１０4個／cm2以下の窒化物半導体基板となる。 【００２３】さらに第１の窒化物半導体４成長後、ウェ
ーハをＨＶＰＥ装置に移送し、原料ガスに塩化ガリウ
ム、アンモニア、不純物ガスとしてシランガス（ＳｉＨ
4）を用い、最初にＳｉを１×１０20／cm3ドープしたＧ
ａＮを５０オングストローム成長させる。ｎ側不純物を
最初に高濃度にドープする場合、ｎ型不純物濃度は１×
１０17／cm3以上、５×１０21／cm3以下、好ましくは１
×１０18／cm3〜１×１０21／cm3に調整することが望ま
しい。５×１０21／cm3よりも多いと結晶性が悪くな
り、逆にｎ型不純物により結晶欠陥が増加し、その結晶
欠陥が転位しやすい傾向にある。また１×１０17／cm2
よりも少ないと、十分なキャリア濃度が得られずに、ｎ
電極とのオーミック性が悪くなる傾向にある。Ｓｉを高
濃度で成長させた後、徐々にシランガスの流量を少なく
していき、Ｓｉ濃度が異種基板から離れるに従って、少
なくなくなって行くような濃度勾配を有するＳｉドープ
ＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４’を３００μｍ
の膜厚で成長させ、その３００μｍの内の少なくとも最
後の５μｍ部分のＳｉ濃度を１×１０18／cm3以下と
し、最終の０．１μｍ部分をアンドープとする。 【００２４】第２の窒化物半導体層成長後、異種基板
１、下地層２、保護膜３、第１の窒化物半導体層４、お
よび第２の窒化物半導体層４’の一部を異種基板側から
研磨して除去し、膜厚２００μｍの窒化物半導体基板と
する。 【００２５】このように、異種基板１上に直接成長させ
た窒化物半導体よりなる下地層２の表面に凹凸を形成し
て、その下地層の側面を露出させ、さらに凸部の表面に
保護膜３を形成して、側面から保護膜の上部に至るまで
第１の窒化物半導体層４を成長させ、その上にｎ型不純
物をドープした第２の窒化物半導体層４’を成長させ
て、濃度勾配を有する窒化物半導体基板を得ることは、
結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板を得る上で非常に重
要である。さらに第１の窒化物半導体層をＭＯＶＰＥ、
その上に成長させる第２の窒化物半導体層をＨＶＰＥで
成長させ、ＭＯＶＰＥで成長させた第１の窒化物半導体
層４よりも第２の窒化物半導体層４’の膜厚を厚膜で成
長させることにより、結晶欠陥が非常に少ない窒化物半
導体基板が得られる。なお、前記方法により得られた第
２の窒化物半導体層の表面から５μｍ以内の結晶欠陥を
ＴＥＭで観察したところ、１×１０4個／cm2以下と、非
常に良好な基板が得られていることが判明した。 【００２６】この窒化物半導体基板４’をＭＯＶＰＥ装
置に移送し、アンドープＧａＮ（拡散によりＳｉが微量
含まれている。）層の上に、以下のようにして、図２に
示す構造を有するレーザ素子を作製する。 【００２７】（クラック防止層２２）ＴＭＧ、ＴＭＩ
（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を
８００℃にしてＳｉを１×１０18／cm3ドープしたＩｎ
0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるクラック防止層２２を０．１５
μｍの膜厚で成長させる。クラック防止層はＩｎＧａＮ
若しくはＧａＮ層で形成でき、この層にｎ型不純物をド
ープして、０．１〜３μｍの膜厚で形成することが望ま
しい。なおこのクラック防止層は省略可能である。 【００２８】（ｎ側クラッド層２３）続いて、１０５０
℃でＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＡ
ｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの
膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを
流し、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよ
りなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。
それらの層を交互に積層して超格子層を構成し、総膜厚
１．２μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層２３を成長
させる。超格子層のｎ型不純物はＧａＮ、ＡｌＧａＮい
ずれか一方、若しくはその両方にドープすることができ
る。 【００２９】（ｎ側光ガイド層２４）続いて、シランガ
スを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側
光ガイド層８を０．１μｍの膜厚で成長させる。またこ
のｎ側光ガイド層２４にｎ型不純物をドープしても良
い。 【００３０】（活性層２５）次に、温度を８００℃にし
て、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.9
5Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で
成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎよりなる井戸層を４０オングストロームの膜厚で
成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最
後に障壁層で終わり、総膜厚３８０オングストロームの
多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。活
性層は本実施例のようにアンドープでもよいし、またｎ
型不純物及び／又はｐ型不純物をドープしても良い。不
純物は井戸層、障壁層両方にドープしても良く、いずれ
か一方にドープしてもよい。さらに積層順としては、井
戸層から積層して井戸層で終わっても、井戸層から積層
して障壁層で終わっても、あるいは障壁層から積層して
井戸層で終わっても良い。 【００３１】（ｐ側キャップ層２６）次に、温度を１０
５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇ
を１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよ
りなるｐ側キャップ層２６を３００オングストロームの
膜厚で成長させる。 【００３２】（ｐ側光ガイド層２７）Ｃｐ2Ｍｇ、ＴＭ
Ａを止め、Ｍｇを５×１０16／cm3ドープしたＧａＮよ
りなるｐ側光ガイド層２７を０．１μｍの膜厚で成長さ
せる。 【００３３】（ｐ側クラッド層２８）続いて、アンドー
プＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロー
ムの膜厚で成長させ、続いてＭｇを１×１０19／cm3ド
ープしたＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜
厚で成長させ、それらを交互に積層し、総膜厚０．６μ
ｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層２８を成長させ
る。 【００３４】（ｐ側コンタクト層２９）最後に、Ｍｇを
１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コ
ンタクト層２９を１５０オングストロームの膜厚で成長
させる。 【００３５】以上のようにして窒化物半導体基板の上
に、レーザ素子構造となる窒化物半導体層を積層成長さ
せたウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コ
ンタクト層２９の表面にＳｉＯ2よりなる保護膜を形成
して、ｐ側コンタクト層２９、およびｐ側クラッド層２
８をエッチングして、１．５μｍの幅を有するリッジス
トライプを形成後、リッジの側面にＺｒＯ2よりなる絶
縁膜３０を形成する。 【００３６】次に、図２に示すように、その絶縁膜３０
を介してｐ側コンタクト層２９とオーミック接触するｐ
電極３１を形成し、さらにｐ電極３１のほぼ全面にボン
ディング用のｐパッド電極３２を形成する。そして、ｐ
電極と対向した面にある窒化物半導体基板側にｎ電極３
３を形成する。 【００３７】最後に、窒化物半導体基板を劈開してその
劈開面にレーザ素子の共振面を形成する。レーザ素子の
劈開面は窒化物半導体基板を（１１−００）面、即ち窒
化物半導体の結晶構造を六角柱で表した際に、その側面
（Ｍ面）に相当する部分とする。劈開後、一方の劈開面
にのみミラーとなる誘電体多層膜を形成し、共振面の反
射率を変え、ミラーを形成していない方をレーザ光の出
射面とする。最後にチップ状に分離して、窒化物半導体
基板側をヒートシンクに設置し、レーザ素子としたとこ
ろ、室温でレーザ発振を示し、閾値電流密度１．５ｋＡ
／cm2において室温連続発振を示し、２０ｍＷの出力に
おいて１０００時間以上の寿命を示した。 【００３８】窒化物半導体基板を用いてｐ層側にストラ
イプ状のリッジを有するレーザ素子を作製する場合、最
上層にあるｐ側コンタクト層にオーミック用のｐ電極を
設ける必要がある。そのｐ電極のほぼ全面に、図２に示
すように、ボンディング用のｐパッド電極を形成するこ
とにより放熱性が高まる。さらにそのｐパッド電極の上
にワイヤーボンディングする際、ボンディング位置をリ
ッジストライプと重ならないようにすることにより、レ
ーザ素子の信頼性が向上する。これはボンディング時
に、応力が直接リッジ部に係らないようになるので、リ
ッジ下部にある活性層に衝撃が加わらないようになり、
素子が痛みにくくなって信頼性が向上すると推察され
る。 【００３９】このように本発明の窒化物半導体基板を用
いて、素子構造を作製すると、異種基板を除去した際
に、どこの面が露出しても、その面が常に高キャリア濃
度となる。そのため、この露出面にｎ電極を設けると、
基板全体にキャリアが広がりやすくなって、閾値が低下
し、出力が向上する。さらにまた、ｎ電極を形成すべき
基板面側からイオンインプランテーションによりｎ型不
純物を打ち込んで、打ち込み深さ分だけ高キャリア濃度
とすることもできる。 【００４０】［実施例２］実施例１において、第２の窒
化物半導体層４’を成長させる際、アンドープＧａＮを
３０μｍの膜厚で成長させる。続いて、Ｓｉを１×１０
19／cm3ドープしたＧａＮ層を８０μｍの膜厚で成長さ
せ、次にＳｉを５×１０18／cm3ドープしたＧａＮ層を
２０μｍの膜厚で成長させ、次にＳｉを１×１０18／cm
3ドープしたＧａＮ層を２０μｍの膜厚で成長させ、最
後にＳｉを５×１０17／cm3ドープしたＧａＮ層を２μ
ｍの膜厚で成長させる。成長後、異種基板を研磨する際
に、第２の窒化物半導体４’のアンドープＧａＮ層まで
研磨して除去し、Ｓｉが１×１０19／cm3ドープされて
いるＧａＮ面を露出させて、窒化物半導体基板とする。
その他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したと
ころ、実施例１とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が
得られた。 【００４１】［実施例３］図３は本発明の他の実施例に
係るレーザ素子の構造を示す模式断面図である。以下、
図３を元に実施例３を詳説する。 【００４２】実施例１において、第１の窒化物半導体層
４を２０μｍの膜厚で成長させた後、実施例１と同様に
ＨＶＰＥ装置を用いて、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープ
したＧａＮ層を１５０オングストローム成長させる。そ
して徐々にＳｉガスの量を少なくして、ＳｉドープＧａ
Ｎ層を１５０μｍの膜厚で成長させ、１５０μｍの最後
の２μｍを、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープしたＧａＮ
として、３００μｍの膜厚を有する第２の窒化物半導体
層４’を成長させる。 【００４３】反応終了後、異種基板、下地層、保護膜、
第１の窒化物半導体層の一部を除去し、窒化物半導体基
板とする。後は、実施例１と同様にして続いて、ウェー
ハをＭＯＶＰＥ装置に設置し、同様にして、クラック防
止層２２〜ｐ側コンタクト層２９までを積層してレーザ
素子構造とする。 【００４４】成長後、ウェーハを反応容器から取り出
し、最上層のｐ側コンタクト層２９の表面にマスクを形
成して、図３に示すように、第２の窒化物半導体層４’
のＳｉを１×１０19／cm3ドープしたＧａＮ層を露出さ
せて、この層をコンタクト層とする。 【００４５】次に、ｐ側コンタクト層２９に所定の形状
のマスクをかけ、ｐ側コンタクト層２９、およびｐ側ク
ラッド層２８をエッチングして、１μｍの幅を有するリ
ッジストライプを形成後、リッジ側面にＺｒＯ2よりな
る絶縁膜３０を形成し、その絶縁膜３０を介して、ｐ側
コンタクト層２９とオーミック接触したｐ電極３１と、
ｐ電極と電気的に接続したｐパッド電極３２を形成し、
先ほど露出させたｎ側のコンタクト層の表面にはオーミ
ック接触したｎ電極３３を形成する。 【００４６】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成した後、実施例１と同様に劈開して、窒化物半導体の
劈開面にレーザ素子の共振面を形成する。劈開後、チッ
プ状に分離して、図３に示すようなレーザ素子としたと
ころ、実施例１とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が
得られた。 【００４７】なお、図３に示すように同一面側にｎ電極
とｐ電極とを形成したレーザ素子においても、ｐパッド
電極を形成して、ボンディング位置をリッジからずらす
ことにより、素子が長寿命となりやすい。さらに、ｐ層
側にリッジを有し、同一面側からｎ電極と、ｐ電極とを
取り出したレーザ素子では、図３のように、リッジを中
央部からｎ電極に接近にした位置にした方が閾値が低下
しやすい。 【００４８】［実施例４］図４は本発明の他の実施例に
係るＬＥＤ素子の構造を示す模式断面図である。以下、
図４を元に実施例４を説明する。 【００４９】実施例１において、第１の窒化物半導体層
４を２０μｍの膜厚で成長させた後、同じくＭＯＶＰＥ
装置を用いて、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＧａ
Ｎ層を２０オングストローム成長させる。そして徐々に
Ｓｉガスの量を少なくして、ＳｉドープＧａＮ層を２０
μｍの膜厚で成長させ、その２０μｍの最後の１μｍ
を、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープしたＧａＮ層とし
て、４０μｍの膜厚を有する第２の窒化物半導体層４’
とし、異種基板上に、成長面主面から５μｍ以内の結晶
欠陥が１×１０5／cm2以下の窒化物半導体層を有する窒
化物半導体基板を得る。 【００５０】（バッファ層４１）続いて、ウェーハを反
応容器においたまま、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープし
たＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなるバッファ層４１を０．１
μｍの膜厚で成長させる。このバッファ層はクラック防
止層と同じ作用をし、活性層の上に成長させるＡｌＧａ
Ｎ層にクラックを入りにくくして結晶性良く成長させ、
素子の出力を向上させる。なおこのバッファ層はＧａＮ
でも良く、またアンドープにしても良い。アンドープに
する場合には、その膜厚を１μｍ以下、好ましくは０．
５μｍ以下にする。 【００５１】（活性層４２）次に、１５０オングストロ
ームのＧａＮよりなる障壁層と、３０オングストローム
のＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる井戸層とをそれぞれ３層づ
つ積層し、最後に障壁層を積層した、多重量子井戸構造
の活性層を成長させる。 【００５２】（ｐ側クラッド層４３）次に、Ｍｇを５×
１０19／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる
ｐ側クラッド層を５００オングストロームの膜厚で成長
させる。 【００５３】（ｐ側コンタクト層４４）最後にＭｇ１×
１０20／cm3ドープしたＧａＮよりなるｐ側コンタクト
層を０．１μｍの膜厚で成長させる。 【００５４】反応終了後、最上層のｐ側コンタクト層４
４の表面に所定の形状のマスクを形成し、図４に示すよ
うに第２の窒化物半導体層４’のＳｉを１×１０19／cm
3ドープしたＧａＮ層を露出させて、この層をコンタク
ト層とする。 【００５５】エッチング後、最上層にあるｐ側コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉと
Ａｕを含む透光性のｐ電極４５と、そのｐ電極４５の上
にボンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極４６を
０．５μｍの膜厚で形成する。一方、ｎ側コンタクト層
４の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極４７を形成してＬＥ
Ｄ素子とする。 【００５６】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、５２０ｎｍの純緑色発光を示し、Ｖｆは３．２Ｖ
と従来のＬＥＤよりも低く、さらに逆方向の耐圧が２倍
以上向上していた。逆方向の耐圧が向上したのは結晶欠
陥が少ない窒化物半導体基板の上にＬＥＤ素子を成長さ
せたことによるものである。 【００５７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化物半
導体基板を用いると、どこの層においてもｎ電極を形成
することができるため、窒化物半導体基板上にＬＥＤ素
子、ＬＤ素子等の素子構造を形成すると、非常にｎ電極
形成用基板として非常に有用である。また異種基板を除
去して窒化物半導体基板のみにすることにより、例えば
発光素子のような発熱を伴う素子において、基板からの
放熱性が良くなり、寿命が長くなって信頼性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の窒化物半導体基板を得るための製造
方法において、それぞれの工程において得られるウェー
ハの構造を順に説明する模式断面図。 【図２】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。 【図３】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式断面図。 【図４】 本発明の他の実施例に係るＬＥＤ素子の構造
を示す模式断面図。 【符号の説明】 １・・・異種基板 ２・・・下地層 ３・・・保護膜 ４・・・第１の窒化物半導体層 ４’・・第２の窒化物半導体層 ２２、４１・・・クラック防止層（バッファ層） ２３・・・ｎ側クラッド層 ２４・・・ｎ側光ガイド層 ２５、４２・・・活性層 ２６・・・ｐ側キャップ層 ２７・・・ｐ側光ガイド層 ２８、４３・・・ｐ側クラッド層 ２９、４４・・・ｐ側コンタクト層 ３０・・・絶縁膜 ３１、４５・・・ｐ電極 ３２、４６・・・ｐパッド電極 ３３、４７・・・ｎ電極

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 AA04 BB05 BB18 CC01 DD08 DD09 DD26 EE06 EE16 GG04 5F041 AA24 AA40 CA03 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA58 CA65 CA67 CA71 CB11 5F073 AA13 AA45 AA47 AA74 CA07 CB02 CB05 DA05 DA14 EA29

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 第１の主面と第２の主面とを有し、ｎ型
   不純物がドープされた窒化物半導体を有し、かつ少なく
   とも一方の主面側に窒化物半導体が露出している窒化物
   半導体基板の製造方法であって、 ｎ電極を形成すべき基板面側からイオンインプランテー
   ションによりｎ型不純物を打ち込んで、打ち込み深さ分
   だけ高キャリア濃度とすることを特徴とする窒化物半導
   体基板の製造方法。