JP2003332244A - 窒化物半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】窒化物半導体の成長において、結晶性がよく、
かつ貫通転位を低減させた窒化物半導体基板を得ること
を目的とする。 【解決手段】基板上に剥離膜を成膜して少なくとも該剥
離膜の１分子層を前記基板の表面で化学結合させる第１
の工程と、前記基板表面と化学結合した剥離膜をパター
ン形成する第２の工程と、前記剥離膜のパターン形成さ
れた基板上に第１の窒化物半導体を成長後、前記化学結
合した剥離膜上の第１の窒化物半導体をリフトオフによ
り除去し、その後、前記第１の窒化物半導体を成長核と
して第２の窒化物半導体をラテラル成長させる第３の工
程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般式がＩｎ_ｘＡｌ
_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で
示される窒化物半導体基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、サファイア、炭化ケイ素、スピネ
ルのような窒化物半導体と異なる異種基板上に、窒化物
半導体を成長させる研究が種々検討されている。これは
発光素子等に利用可能な結晶性のよい窒化物半導体のバ
ルク単結晶を得るのが困難だからである。前記異種基板
上に窒化物半導体を成長すれば格子定数や熱膨張係数差
から窒化物半導体の結晶性を低下させてしまう。

【０００３】転位欠陥を低減させる方法として、ラテラ
ル成長を利用して窒化物半導体基板を形成する方法が特
開平１０−３１２９７１号公報に示されている。これ
は、ＳｉＯ_２等のマスク材料を保護膜として用いて基板
上にパターニングし、ラテラル成長により保護膜を埋め
込むまで成長させることにより保護膜上における結晶成
長過程で転位の伝播方向が曲げられることにより転位密
度の低減がなされるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の方
法では、窒化物半導体のラテラル成長をさせて保護膜を
埋め込む際に、保護膜上を成長面に対して結晶の横方向
成長が進むにつれ結晶軸が傾くことになる。そのためチ
ルトが発生する。このチルトした結晶同士が合体するこ
とにより新たな転位欠陥が発生する。また、保護膜を有
する状態で窒化物半導体を成長させれば、窒化物半導体
を埋めて表面を平坦化させるのに保護膜を有しない場合
に比べて厚膜成長をさせる必要がある。異種基板上に窒
化物半導体を厚膜成長すれば窒化物半導体基板の反りは
大きくなりクラックが発生しやすくなる。また、窒化物
半導体の成長時に保護膜の分解による汚染が発生し、窒
化物半導体の結晶性が劣化してしまう。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上記に示すよう
に保護膜上に窒化物半導体をラテラル成長させることな
く、つまり保護膜を覆うことなく転位欠陥を低減させた
結晶性の良い窒化物半導体基板の製造方法を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明における窒化物半
導体基板の製造方法は、ラテラル成長を利用したもので
あって、基板上に剥離膜を成膜して少なくとも該剥離膜
の１分子層を前記基板の表面で化学結合させる第１の工
程と、前記基板表面と化学結合した剥離膜をパターン形
成する第２の工程と、前記剥離膜のパターン形成された
基板上に第１の窒化物半導体を成長後、前記化学結合し
た剥離膜上の第１の窒化物半導体をリフトオフにより除
去し、その後、前記第１の窒化物半導体を成長核として
第２の窒化物半導体をラテラル成長させる第３の工程と
を備えたことを特徴とする。

【０００７】このように、本発明における窒化物半導体
基板の製造方法では、剥離膜を成膜し、パターン形成を
行うが該剥離膜は窒化物半導体のラテラル成長時には除
去されている。本発明における剥離膜とは窒化物半導体
をリフトオフにより除去することを目的としており、該
剥離膜上に窒化物半導体をラテラル成長させるものでは
ない。そのため、従来技術のように保護膜上に窒化物半
導体をラテラル成長させると発生していたチルトは本発
明では抑制される。また、本発明は保護膜を覆い窒化物
半導体基板を平坦化させるものではないため、窒化物半
導体基板を薄膜で形成することができ、基板の反りが緩
和されることでクラックの発生を防止することもでき
る。ここで、本発明におけるラテラル成長とは、横方向
成長だけではなく縦方向成長も含んだ意味であり、転位
欠陥を横方向に曲げる作用効果を有する。

【０００８】本発明は、基板表面と化学結合した剥離膜
をパターン形成後、その基板上に第３の工程で第１の窒
化物半導体を成長させるが、この第１の窒化物半導体は
剥離膜上をラテラル成長するものではない。これに対し
て、第２の窒化物半導体は前記化学結合した剥離膜上の
窒化物半導体をリフトオフにより除去した後、リフトオ
フ領域以外の第１の窒化物半導体を成長核としてラテラ
ル成長させるものである。前記剥離膜上の第１の窒化物
半導体は第２の窒化物半導体の成長時には該化学結合し
た剥離膜とともに除去されている。このリフトオフは前
記化学結合した剥離膜の化学結合をも切断除去するもの
である。前記基板表面と剥離膜界面との化学結合を切断
するリフトオフ条件は後述する。本発明において、第３
の工程は連続反応とすることができるため、反応装置か
ら取り出して別の装置で反応させる等の工程の簡略化も
できる。また、基板上に埃やゴミが付着した状態で窒化
物半導体を反応させることもなくなる。第３の工程は、
まずパターン形成された前記剥離膜を有する基板上に第
１の窒化物半導体を成長させる。次に、リフトオフを用
いて選択的にパターン形成された前記剥離膜上の窒化物
半導体を除去する。この剥離膜が形成されていない領域
には第１の窒化物半導体が成長核として残ることにな
る。この成長核を有することで、次に成長させる第２の
窒化物半導体のラテラル成長が可能となる。基板上に窒
化物半導体を成長させるには、まず窒化物半導体を成長
させるための成長核を形成する必要がある。その理由を
以下に示す。この成長核がなければ窒化物半導体は成長
速度が遅く、また成長したとしても結晶性が悪く多結晶
となる。そのため、成長核を基板上に部分的に形成して
おく。この成長核より窒化物半導体が選択的に成長すれ
ば単結晶となる。前記剥離膜がリフトオフにより除去さ
れた領域には第１の窒化物半導体が成長核として形成さ
れておらず、この領域では第２の窒化物半導体は成長せ
ずに、第２の窒化物半導体は前記成長核から選択的に成
長する。この成長核から第２の窒化物半導体を連続して
成長させることで第２の窒化物半導体はラテラル成長を
して、表面が平坦かつ鏡面である窒化物半導体基板を得
ることができる。

【０００９】前記剥離膜の成膜方法は、少なくとも剥離
膜の１分子層が基板表面で化学結合していればよいが、
好ましくはプラズマＣＶＤ法、又はＥＣＲスパッタ法を
用いる。この条件としては、例えばプラズマＣＶＤ法に
おいては、圧力２０Ｐａ、ＲＦを１２０Ｗ、ＳｉＨ_４を
５ｓｃｃｍ、Ｎ_２Ｏを２００ｓｃｃｍ、温度を３６０℃
とする。ＥＣＲスパッタ法においては、Ａｒを２０ｓｃ
ｃｍ、Ｎ_２を５ｓｃｃｍ、ＲＦを５００Ｗ、マイクロ波
５００Ｗ、ターゲットをＳｉ、温度を常温とする。

【００１０】前記化学結合した剥離膜のパターン形成
は、該剥離膜を基板表面における化学結合を切断するこ
とができるエネルギーでエッチングを行うことにより形
成する。ここで、剥離膜をエッチングする方法とは基板
上に成膜された剥離膜を取り除くだけでなく、基板表面
で化学結合した剥離膜をも取り除くことを条件とする。
前記化学結合を切断することができるエネルギーでのエ
ッチングとは、プラズマを用いたドライエッチングであ
る。また、ウェットエッチングや加熱との組み合わせで
もよい。

【００１１】前記第２の工程において、前記基板表面は
露出又は、凹部形成されていることを特徴とする。これ
は、剥離膜をパターン形成したことで、剥離膜が除去さ
れた領域の基板表面が露出されるためである。このよう
に部分的に剥離膜を除去することで、後工程において成
長させる窒化物半導体の成長核の形成領域を設けること
ができる。さらに前記エッチングを長時間行うか、また
は基板表面を露出後、基板と剥離膜とのエッチング選択
比が大きいエッチング法によって基板のエッチングを優
先的に行えば基板に凹部を形成することができる。この
凹部に第１の窒化物半導体を成長核として形成してもよ
い。

【００１２】以下に第３の工程を図２に示す。基板表面
と化学結合した剥離膜をパターン形成した基板を準備す
る（図２−ａ）。ここで、前記剥離膜は化学結合した１
分子層のみを基板表面に残すのが好ましい。これは、連
続反応で行う第３の工程でリフトオフを容易にするため
である。そのため、前記剥離膜はウェットエッチング等
で１分子層に調整する。以上が第２の工程である。次
に、第３の工程を装置内で連続反応として行う。まず、
前記剥離膜がパターン形成された基板上に第１の窒化物
半導体を成長させる。ここで、第１の窒化物半導体の成
長温度は前記化学結合を切断しない程度であって、好ま
しくは９００℃以下、より好ましくは７００℃以下の低
温成長とする。ここでは基板表面には前記剥離膜を有し
ない領域（Ａ領域）、及び剥離膜上（Ｂ領域）に第１の
窒化物半導体が成長している（図２−ｂ）。次に、リフ
トオフにより前記剥離膜上の第１の窒化物半導体を除去
する。このリフトオフは、第２の窒化物半導体を前記第
１の窒化物半導体より高温で成長させるだけでよい。こ
うすれば、反応時間の短縮になる。ここで高温とは、基
板表面での１分子層の剥離膜の化学結合を切断すること
ができる温度である。具体的には９００℃以上、好まし
くは１０００℃以上である。第２の窒化物半導体の成長
時には前記化学結合された剥離膜及び該保護膜上の第１
の窒化物半導体は取り除かれるため、リフトオフ後、Ａ
領域にのみ第１の窒化物半導体が成長核を形成する（図
２−ｃ）。また、前記第１の窒化物半導体を成長させた
後、窒化物半導体基板の雰囲気温度を上昇させてもよ
い。その後、第２の窒化物半導体を成長させる。これに
より、第２の窒化物半導体を成長させる時には前記剥離
膜は完全に除去されているため、第２の窒化物半導体成
長中にたとえ１分子層の剥離膜であっても不純物として
混入することはない。また、前記第１の窒化物半導体と
第２の窒化物半導体との成長温度を同じとすることも可
能である。その上に窒化物半導体を成長させれば結晶性
は向上する。さらに、第２の窒化物半導体は部分的に形
成された第１の窒化物半導体を成長核として選択的に成
長することでラテラル成長が行われる（図２−ｄ）。さ
らにラテラル成長を続ければ、平坦化し、且つ鏡面であ
る窒化物半導体から成る窒化物半導体基板となる（図２
−ｅ）。前記化学結合を切断するのに必要な温度は長時
間の加熱を行えば３００℃程度であっても効果がある。
しかし、このような低温で長時間かけて剥離膜を除去さ
せるのは産業用途として望ましくない。

【００１３】以上より、本発明では転位欠陥は大幅に低
減され、第２の窒化物半導体を成長後の窒化物半導体基
板表面における単位面積あたりの転位密度は１０^７個／
ｃｍ ^２以下とすることができる。この転位欠陥を低減さ
せた窒化物半導体基板は、保護膜上に窒化物半導体を横
方向成長させた場合に窒化物半導体同士の接合部分に発
生するチルトや段差、その他の応力も抑制することがで
きる。さらに、窒化物半導体を保護膜上にラテラル成長
させるものではないため、窒化物半導体基板を薄膜化す
ることもできる。上記理由としては、窒化物半導体の成
長を保護膜上で強引に横方向成長させるのではなく、成
長核よりストレスを有さずラテラル成長させるためであ
る。そのため、窒化物半導体の表面形状は平坦かつ鏡面
とすることができ、この窒化物半導体基板上に形成され
るＬＥＤ素子、ＬＤ素子等の歩留まりや信頼性は向上す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本実施形態における窒化物半導体
基板は、ラテラル成長を利用して製造されるものであっ
て、保護膜を有さず形成されているためチルトも存在し
ない。窒化物半導体を成長核として形成し、該成長核よ
り窒化物半導体の再成長を行うことで、窒化物半導体は
縦方向、及び横方向に成長する。そのため、転位欠陥も
ラテラル成長により屈曲させることができ低転位領域を
形成することができる。このラテラル成長をさらに続け
れば、ラテラル成長した窒化物半導体同士が接合して表
面が平坦かつ鏡面である窒化物半導体基板となる。

【００１５】上記窒化物半導体基板の転位欠陥数を以下
に示す。ＣＬ（カソード・ルミネッセンス）法により、
窒化物半導体の表面における単位面積あたりの転位欠陥
はＢ領域は１×１０^７個／ｃｍ^２以下、さらに好ましく
は１×１０^６個／ｃｍ^２以下となる。また、Ａ領域は縦
方向に進む貫通転位が残るため、転位数は１×１０^８〜
１×１０^１０個／ｃｍ^２程度となる。

【００１６】［実施形態１］本発明の実施形態における
窒化物半導体基板の製造工程は、基板上に剥離膜を成膜
して少なくとも該剥離膜の１分子層を前記基板の表面で
化学結合させる第１の工程と、前記基板表面に化学結合
した剥離膜をパターン形成する第２の工程と、前記剥離
膜のパターン形成された基板上に第１の第１の窒化物半
導体を成長後、前記化学結合した剥離膜上の第１の窒化
物半導体をリフトオフにより除去し、その後、前記第１
の窒化物半導体を成長核として第２の窒化物半導体をラ
テラル成長させる第３の工程とから成る。

【００１７】以下、図１を用いて上記の各工程を詳細に
説明する。まず、第１の工程では基板１上に剥離膜２を
成膜する（図１−１）。この成膜は基板１表面におい
て、少なくとも剥離膜の１分子層が化学結合している。
これは、剥離膜の成膜時に基板表面で化学結合させるも
の、又は剥離膜を成膜後に前記化学結合できる程度のエ
ネルギーを新たに与えるものであってもよい。

【００１８】前記剥離膜の成膜時に化学結合させるに
は、プラズマを利用した成膜法が好ましくプラズマＣＶ
Ｄ法やＥＣＲスパッタ法がある。プラズマＣＶＤ法の簡
単な原理としては、エネルギーの高いガスのプラズマ状
態で原料ガスを励起し、あるいは化学結合を分解し、原
子あるいは分子のラジカルをつくり出し、活性な粒子間
の反応により薄膜を堆積する方法である。ＥＣＲスパッ
タ法の簡単な原理としては、プラズマ生成室で電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）を起こし、プラズマ室から発
散する磁界に沿って導き出されたプラズマにより、ＤＣ
またはＲＦを印加したターゲットをスパッタリングして
試料室の基板上に薄膜を成膜する技術であり、プラズマ
生成室と試料室との間にリング状ターゲットを設置す
る。その他の方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及
び、蒸着法も考えられる。

【００１９】前記剥離膜を成膜後に新たに該剥離膜と基
板が化学結合できる程度のエネルギー（少なくとも該剥
離膜の１分子層が基板表面で化学結合できるエネルギ
ー）を与える方法には、具体的にアニールがある。

【００２０】前記基板１としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ
面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（Ｍｇ
Ａｌ_２Ｏ_４）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４
Ｈ、３Ｃ）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒
化物半導体と格子接合する酸化物基板等を用いることが
できる。これらの基板にはオフ角が形成されていてもよ
い。

【００２１】前記剥離膜２としては、基板表面で化学結
合するものであればよい。この剥離膜２の具体例として
は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、窒化ケイ素（Ｓｉ
_ｘＮ_ｙ）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）、酸化チタ
ン（ＴｉＯ_ｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）等の酸
化物、窒化物、または１２００℃以上の融点を有する金
属がある。また剥離膜の膜厚は、少なくとも剥離膜の１
分子層が化学結合していれば、特に限定する必要はない
が、後工程で前記化学結合を切断するには、ある程度薄
膜であることが好ましく、膜厚は１分子層以上３０μｍ
以下、好ましくは１分子層以上３μｍ以下とする。この
範囲で成膜すれば、後工程での剥離膜の除去（化学結合
を切断）も容易にすることができる。

【００２２】次に、第２の工程として前記基板表面で化
学結合した剥離膜３をパターン形成する（図１−３）。
このパターン形成とは、前記剥離膜の除去領域をつくる
ことである。前記剥離膜２をパターン形成する（図１−
２）。その後、基板表面に１分子層が化学結合した剥離
膜３を残し、他の剥離膜を除去する（図１−３）。ここ
で、剥離膜の除去領域とは、基板表面における化学結合
を切断して、基板表面を露出している領域である。この
領域はエッチングによって形成されるが、基板表面を露
出後、さらにエッチングを続けることで基板表面の断面
形状を凹部に形成してもよい。また、このパターン形成
された剥離膜は基板表面で１分子層が化学結合していれ
ばよい。１分子層とすることで、後工程でリフトオフを
行う時に該剥離膜を除去しやすい。さらに、該剥離膜の
分解による汚染も抑制される。そのため、基板表面に剥
離膜を化学結合した１分子層のみ残すにはバッファード
フッ酸（ＢＨＦ）等を用いたウェットエッチングを行
う。

【００２３】このパターン形成する具体的方法として
は、ドライエッチング方法があり、反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）、ＩＣＰ、反応性イオンビームエッチン
グ（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣ
Ｒ）、アッシャー等の装置を用いる。

【００２４】また剥離膜のパターン形成された平面形状
はストライプ形状や格子状、その他に島状、円形、又は
多角形等を用いることができる。さらには円形や多角形
の開口部を有するものがある。この剥離膜２の開口部に
は、後工程において窒化物半導体の成長核が形成され
る。例えば剥離膜２をストライプ形状にパターン形成し
た場合、剥離膜の存在領域は後工程で窒化物半導体がラ
テラル成長する領域となる。この領域が広ければ低転位
領域を広く形成することができる。剥離膜の存在領域幅
としては１〜１００μｍ、好ましくは５〜１５μｍであ
る。

【００２５】また、剥離膜２をストライプ状に形成する
場合に、基板１をサファイア基板とすれば、オリフラ面
をサファイアのＡ面とし、このオリフラ面の垂直軸に対
して左右どちらかにずらして剥離膜２を形成してもよ
い。具体的には、このオリフラ面の垂直軸に対して左右
にθ＝０°〜５°、好ましくはθ＝０．００１°〜０．
５°の範囲とすることで、窒化物半導体を成長させた後
の表面をより平坦化させることができる。

【００２６】次に第３の工程として、前記基板の剥離膜
のパターン形成面に少なくとも２層から成る窒化物半導
体を成長させる（図１−６）。この第３の工程は連続反
応であって、そのうち１層はラテラル成長させることで
表面を平坦化させた窒化物半導体基板を形成する。前記
窒化物半導体は成長核を形成する第１の窒化物半導体と
ラテラル成長させる第２の窒化物半導体とを備える。第
１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体の間に第３の窒
化物半導体を単層又は複数層で成長させてもよい。また
前記第１の窒化物半導体は単結晶と多結晶が混在するバ
ッファ層としてもよい。

【００２７】前記第１の窒化物半導体は成長温度を９０
０℃以下の低温とする（図１−４）。好ましくは７００
℃以下とし、膜厚１０オングストローム以上０．５μｍ
以下で成長される。これは基板１との格子定数不整を緩
和するためであり、転位欠陥を低減させる緩衝層として
の効果を有する。この第１の窒化物半導体を成長後、リ
フトオフを行うことで前記剥離膜の基板表面での化学結
合を切断し、剥離膜を除去することでＡ領域に成長核を
パターン形成する。このリフトオフは窒化物半導体基板
の雰囲気温度を上昇させるものである。前記剥離膜の基
板表面での化学結合を切断する条件としては、雰囲気温
度を７００℃以上とし、Ｈ_２雰囲気を１０分以上保持す
る。また、ＮＨ_３を１．０リットル／ｍｉｎ以下、好ま
しくは０．５リットル／ｍｉｎ以下で０．１リットル／
ｍｉｎ程度加えてもよい。以上より、基板表面で化学結
合した剥離膜が除去される（図１−５）。その後、第２
の窒化物半導体を成長させる。これは、前記第１の窒化
物半導体を成長核として剥離膜の除去領域でラテラル成
長をして窒化物半導体基板を形成する（図１−６）。ま
た、下記に示す温度条件等で第２の窒化物半導体を成長
させることでリフトオフ作用を有する。

【００２８】前記第２の窒化物半導体の成長条件として
は、成長温度を９００℃以上とし、膜厚は３μｍ以上で
あれば表面が平坦な窒化物半導体基板を形成できる。こ
のラテラル成長を選択的に行い平坦化させることで窒化
物半導体基板を形成することもできる。ラテラル成長を
優先させることで更に窒化物半導体基板の薄膜化ができ
る。その条件としては、Ｖ族（窒素）原料とＩＩＩ族原
料との比であるＶ／ＩＩＩ比を小さくする、又は圧力条
件を減圧条件とする、その他にＭｇを高濃度ドープさせ
る等である。

【００２９】前記窒化物半導体としては、アンドープの
窒化物半導体、及びＳｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＳ等のｎ型
不純物をドープした窒化物半導体、その他にＭｇやＺｎ
等のｐ型不純物をドープした窒化物半導体、又はｎ型不
純物とｐ型不純物とを同時ドーピングした窒化物半導体
を用いることができる。前記窒化物半導体は、いずれも
一般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦
ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって表される組成を有する。但
し、これらは互いに異なる組成であってもよい。また、
窒化物半導体の成長方法としては、ＭＯＶＰＥ（有機金
属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、Ｍ
ＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属
化学気相成長法）等の気相成長方法を適用することがで
きる。

【００３０】また、前記窒化物半導体基板上に窒化物半
導体を厚膜成長させ、この厚膜成長時に転位欠陥を収束
させることで転位欠陥をより低減することができる。通
常、ラテラル成長させた窒化物半導体基板上に窒化物半
導体を厚膜成長すればチルトの影響を受けて厚膜成長後
の表面が平坦にならない。しかし、本件の窒化物半導体
基板では、チルトやラテラル成長による応力や窒化物半
導体同士の接合部に段差がないため、厚膜成長させた後
も表面が平坦かつ鏡面となる。この厚膜成長をＨＶＰＥ
法で行う場合、例えばＧａＮであれば、ＨＣｌガスとＧ
ａ金属が反応することでＧａＣｌやＧａＣｌ_３を形成
し、さらにこのＧａ塩化物がアンモニアと反応すること
で低転位であり１００μｍ以上のＧａＮを基板上に堆積
させるものである。窒化物半導体と異なる異種基板上に
窒化物半導体を厚膜成長させた場合には、この厚膜の窒
化物半導体基板から異種基板を除去することにより窒化
物半導体のみから成る単体基板を形成することができ
る。窒化物半導体から成る単体基板は、裏面電極構造と
するＬＥＤやＬＤ等を形成することができる。

【００３１】［実施形態２］次に、前記窒化物半導体基
板上に形成する窒化物半導体レーザ素子を示す（図
３）。前記実施形態１で形成した窒化物半導体基板（基
板１上に窒化物半導体１０を形成）上にｎ側コンタクト
層１０１としてｎ型不純物をドープしたＡｌ_ｘＧａ
_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を５μｍ程度で成長させる。こ
のｎ側コンタクト層上にクラック防止層（図示されてい
ない）としてｎ型不純物ドープＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０
≦Ｘ＜１）を０．２μｍ程度で成長させる。なお、この
クラック防止層は省略可能である。続いて、クラック防
止層上にｎ側クラッド層１０２を成長させる。このｎ側
クラッド層としては、超格子構造であるのが好ましく、
アンドープＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）よりなる
層と、ｎ型不純物をドープしたｎ型ＧａＮよりなる層と
を交互に積層して総膜厚１．２μｍ程度の超格子構造よ
りなるｎ側クラッド層を成長させる。続いて、アンドー
プＧａＮよりなるｎ側光ガイド層１０３を０．１μｍ程
度の膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層はｎ型不純
物をドープしてもよい。

【００３２】次に、障壁層にノンドープＩｎ_ｘＧａ
_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）と井戸層にｎ型不純物ドープＩ
ｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）とからなる単一量子井
戸構造、又は多重量子井戸構造である活性層１０４を成
長させる。多重量子井戸構造であれば、障壁層と井戸層
とを同一温度で２〜５回程度で交互に積層し、最後に障
壁層とし総膜厚を２００〜５００Åとする。

【００３３】次に、活性層上にｐ側キャップ層（図示さ
れていない）としてｐ型不純物をドープしたｐ型Ａｌ_ｘ
Ｇａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を成長させる。このｐ側キ
ャップ層は膜厚を５０〜５００Å程度で成長させる。続
いて、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１０５
を０．０５〜０．５μｍ程度の膜厚で成長させる。この
ｐ側光ガイド層１０５は、ｐ型不純物をドープしてもよ
い。次に、ｐ側光ガイド層上にｐ側クラッド層１０６を
成長させる。このｐ側クラッド層としては、ｎ側クラッ
ド層と同様に超格子構造であるのが好ましく、アンドー
プＡｌ_ｘＧａ_{１ −ｘ}Ｎ（０≦Ｘ＜１）よりなる層と、ｐ
型不純物をドープしたｐ型ＧａＮよりなる層とを交互に
積層して総膜厚０．３〜０．８μｍ程度の超格子構造よ
りなるｐ側クラッド層を成長させる。最後に、ｐ側クラ
ッド層の上に、ｐ型不純物をドープしたＡｌ_ｘＧａ
_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなるｐ側コンタクト層１０
７を成長させる。

【００３４】ここで、不純物濃度としては、特に限定す
る必要はないが、好ましくはｎ型不純物、及びｐ型不純
物は１×１０^１８／ｃｍ^３〜１×１０^２０／ｃｍ^３とす
る。また、前記ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、
Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、ｐ型不純物と
してはＢｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げら
れる。

【００３５】次に、前記窒化物半導体基板上に窒化物半
導体レーザ素子を形成後、ｐ電極とｎ電極とを同一面側
に形成する場合には、ｎ電極を形成するためにｎ側コン
タクト層をエッチングにより露出させる。次に、ストラ
イプ状の光導波路領域を形成するためにエッチングする
ことによりリッジを形成する。ここで、エッチングはリ
ッジを形成するには異方性エッチングであるのが好まし
く、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置等を
使用する。ここで形成されるリッジ幅としては本発明に
おいては後工程で形成する埋め込み層や出力にもよる
が、リッジ幅は１．０〜３．０μｍと広くすることがで
きる。また、エッチング深さとしては窒化物半導体素子
内の少なくともｐ側クラッド層までエッチングするもの
とする。さらに、リッジ形状は、順メサ型、逆メサ型、
垂直型から成り、これらの形状であれば横方向の光閉じ
込めができ好ましい。

【００３６】リッジを形成後、露出したリッジの側壁部
からリッジの両側表面の窒化物半導体層上に絶縁体であ
る絶縁体から成る埋め込み膜（例えば、ＺｒＯやダイヤ
モンドライクカーボン、ガラス等）をスパッタ法等によ
り形成する。この埋め込み膜の効果としては、電流狭
窄、及び横方向の光閉じ込めである。横方向の光閉じ込
めをするためには窒化物半導体層との間に屈折率差を設
ける必要があり、またコア領域内に光を閉じ込めるには
窒化物半導体よりも屈折率の小さい材料を埋め込み層に
用いる。また、縦方向の光閉じ込めは屈折率の高いコア
領域と、屈折率の低いｐ、ｎ側クラッド層とで屈折率差
をつけることでコア内に光を閉じ込めている。

【００３７】その後、ｐ電極２０１を形成するためにリ
ッジ最上面に成膜された埋め込み層をリフトオフ等によ
り除去する。次に、除去後、露出したｐ側コンタクト層
の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極をストライプ状に形
成し、ｐ電極を形成後、ｎ側コンタクト層の表面にＴｉ
／Ａｌよりなるｎ電極２０２をリッジストライプと平行
に形成する。次に取り出し電極であるパッド電極２０３
をｐ電極、及びｎ電極上に形成する。

【００３８】また、ｐ電極をＮｉ／Ａｕ／ＲｈＯとし、
ｐ側パッド電極をＲｈＯ／Ｐｔ／Ａｕとする組み合わせ
とすることもできる。パッド電極を形成する前に、Ｓｉ
Ｏ_２、ＴｉＯ_２等から成る誘電体多層膜を共振器面（光
出射端面側）に形成してもよい。この誘電体多層膜を有
することにより高出力時における光出射端面の端面劣化
を抑制することができる。また、埋め込み膜３０１、ダ
メージ保護膜３０２を形成する。

【００３９】さらに、共振器面を形成した後、該共振器
面に誘電体多層膜を形成し、電極に平行な方向で切断し
てチップ化して窒化物半導体レーザ素子とする。この窒
化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、ワイヤ
ーボンディングし、キャップで封止することで窒化物半
導体レーザダイオードとする。

【００４０】以上により得られた窒化物半導体レーザダ
イオードを用いて室温でレーザ発振を試みたところ、発
振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／
ｃｍ ^２において連続発振を示し、５ｍＷ程度の低出力時
だけでなく３０ｍＷ以上、好ましくは５０ｍＷ程度の光
出力時でもキンクが発生せず、３０００時間以上の寿命
特性を示す。

【００４１】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれ
に限定されない。 ［実施例１］Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とする
サファイア基板１を用い、プラズマＣＶＤ装置を用い、
圧力２０Ｐａ、ＲＦを１２０Ｗ、ＳｉＨ_４を５ｓｃｃ
ｍ、Ｎ _２Ｏを２００ｓｃｃｍ、温度を３６０℃としてＳ
ｉＯ_２から成る剥離膜を膜厚０．１μｍで成膜する。そ
の後、パターン幅をＡ領域６μｍ、Ｂ領域１４μｍに形
成する。次に該剥離膜を基板表面で化学結合した１分子
層のみとするためにＢＨＦでウェットエッチングを行
う。この時、エッチングレートはＳｉＯ_２を０．３μｍ
／ｍｉｎでエッチングするものとする。

【００４２】次に、ＭＯＣＶＤ装置を用い、温度を５０
０℃、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴ
ＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板
１上にＧａＮよりなる第１の窒化物半導体を２００オン
グストロームの膜厚で成長させる。

【００４３】さらに、連続反応でＭＯＣＶＤ装置内の雰
囲気温度を１０６０℃とし、リフトオフを行う。その
後、雰囲気温度を１０７０℃、キャリアガスを水素、原
料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）と
を用いて第２の窒化物半導体を第１の窒化物半導体（Ａ
領域）を成長核としてラテラル成長させる。

【００４４】以上より得られた窒化物半導体基板は窒化
物半導体のトータル膜厚が５μｍであり、表面は鏡面か
つ平坦化しておりチルトがなく、表面における単位面積
あたりの転位数が１×１０^７個／ｃｍ^２以下である窒化
物半導体基板とすることができる。

【００４５】［実施例２］実施例１において、窒化物半
導体の成長条件にシランガスを加える他は、実施例１と
同様に成長させる。得られる窒化物半導体基板は低転位
欠陥であってＳｉドープのｎ型窒化物半導体基板を得る
ことができる。

【００４６】［実施例３］実施例１において、基板にＳ
ｉＣを用いる他は、実施例１と同様に窒化物半導体を成
長させる。得られる窒化物半導体基板は実施例１とほぼ
同様の作用効果を有する窒化物半導体基板となる。

【００４７】

【発明の効果】上記に示すように、本発明の窒化物半導
体基板の製造方法によれば、応力を有する状態で保護膜
上に窒化物半導体を成長させずに低転位欠陥の窒化物半
導体基板を提供することができる。また、この窒化物半
導体基板を用いて特性のよい発光素子や受光素子、電子
デバイスが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における各工程において得られる窒化物
半導体基板の構造を示す模式的断面図である。

【図２】本発明における各工程において得られる窒化物
半導体基板の構造を示す模式的断面図である。

【図３】本発明における一実施形態における窒化物半導
体レーザ基板を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・基板 ２・・・剥離膜 ３・・・基板表面で化学結合した剥離膜 ４・・・第１の窒化物半導体 ５・・・第２の窒化物半導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 DB01 EA02 EE01 FJ03 SC10 TB03 TB05 TC14 TC17 TK11 5F045 AA04 AB09 AB14 AC08 AC12 AF02 AF09 BB12 DB06 HA01 HA22 5F073 AA13 AA73 AA74 CA07 CB05 DA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ラテラル成長を利用した窒化物半導体基板
   の製造方法であって、 基板上に剥離膜を成膜して少なくとも該剥離膜の１分子
   層を前記基板の表面で化学結合させる第１の工程と、前
   記基板表面と化学結合した剥離膜をパターン形成する第
   ２の工程と、前記剥離膜のパターン形成された基板上に
   第１の窒化物半導体を成長後、前記化学結合した剥離膜
   上の第１の窒化物半導体をリフトオフにより除去し、そ
   の後、前記第１の窒化物半導体を成長核として第２の窒
   化物半導体をラテラル成長させる第３の工程とを備えた
   ことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
2. 【請求項２】前記化学結合した剥離膜の成膜方法は、プ
   ラズマＣＶＤ法、又はＥＣＲスパッタ法であることを特
   徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方
   法。
3. 【請求項３】前記化学結合した剥離膜のパターン形成
   は、該剥離膜を基板表面における化学結合を切断するこ
   とができるエネルギーでエッチングを行うことにより形
   成することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体
   基板の製造方法。
4. 【請求項４】前記化学結合を切断するエネルギーでエッ
   チングを行った基板表面は露出又は、凹部形成されてい
   ることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体基板
   の製造方法。
5. 【請求項５】前記第２の窒化物半導体は、第１の窒化物
   半導体より高温で成長されることを特徴とする請求項１
   に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
6. 【請求項６】前記リフトオフは、前記窒化物半導体基板
   の雰囲気温度を上昇させることを特徴とする請求項１に
   記載の窒化物半導体基板の製造方法。