JP2004253817A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
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Abstract
【目的】 基板となる窒化物半導体の成長方法と、窒化物半導体基板を有する新規な構造の素子を提供する。
【構成】 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板１あるいは異種基板１上に成長された窒化物半導体層２の表面に、第１の保護膜１１を部分的に形成し、その保護膜を介して第１の窒化物半導体３を成長させる。第１の窒化物半導体３は保護膜上に最初は選択成長されるが、成長を続けるに従って、保護膜上で隣接する窒化物半導体がつながる。第１の保護膜１１上の第１の窒化物半導体３は格子欠陥が少ないので、保護膜を介して窒化物半導体を厚膜で成長させると、非常に結晶性の良い窒化物半導体基板が得られる。窒化物半導体基板を特定膜厚で成長させ、この上に素子構造を形成すると、特性の向上した良好な素子が得られる。
【選択図】 図６
【構成】 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板１あるいは異種基板１上に成長された窒化物半導体層２の表面に、第１の保護膜１１を部分的に形成し、その保護膜を介して第１の窒化物半導体３を成長させる。第１の窒化物半導体３は保護膜上に最初は選択成長されるが、成長を続けるに従って、保護膜上で隣接する窒化物半導体がつながる。第１の保護膜１１上の第１の窒化物半導体３は格子欠陥が少ないので、保護膜を介して窒化物半導体を厚膜で成長させると、非常に結晶性の良い窒化物半導体基板が得られる。窒化物半導体基板を特定膜厚で成長させ、この上に素子構造を形成すると、特性の向上した良好な素子が得られる。
【選択図】 図６
Description
本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）を用いた窒化物半導体レーザ素子に関する。
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。
一方、窒化物半導体と格子整合するＧａＮバルク結晶を作製する試みは、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。
ＧａＮ基板を作製する技術として、例えば特開平７−２０２２６５号公報、特開平７−１６５４９８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窒化物半導体を成長させても良質の窒化物半導体結晶を得ることは難しい。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難しい。
ＬＤ素子を作製する際、窒化物半導体よりなる基板を作製することができれば、その基板の上に新たな窒化物半導体を成長させて、格子欠陥が少ない窒化物半導体が成長できるので、それら素子の結晶性が飛躍的に良くなり、従来実現されていなかった素子が実現できるようになる。
従って本発明の目的とするところは、そのような結晶性の良い窒化物半導体を成長可能な成長方法に基づき、新たな窒化物半導体レーザ素子の構造を提供することにある。
従って本発明の目的とするところは、そのような結晶性の良い窒化物半導体を成長可能な成長方法に基づき、新たな窒化物半導体レーザ素子の構造を提供することにある。
即ち、本件発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上に形成された、リッジストライプを有するレーザ素子構造と、前記窒化物半導体基板の裏面に形成された電極と、前記レーザ素子構造の共振面に形成された誘電体膜とを有する窒化物半導体レーザ素子であって、前記窒化物半導体基板は、異種基板上を横方向に成長しながら形成された窒化物半導体層を有し、該窒化物半導体層の（１１−００）面が前記共振面とされたことを特徴とする。
本発明の窒化物半導体素子は、横方向成長により得られる結晶欠陥の少ない第１の窒化物半導体上に素子構造となる窒化物半導体を積層することにより形成されているので、素子構造の結晶性が向上し良好な性能を有する窒化物半導体レーザ素子となる。
これまで窒化物半導体は理想の半導体として現在評価されているにもかかわらず、窒化物半導体基板が存在しないために、異種基板の上に成長された格子欠陥の多い窒化物半導体デバイスで実用化されていた。そのためレーザ素子のような結晶欠陥が即寿命に影響するデバイスを実現すると、数十時間で素子がダメになっていた。ところが、本発明によると、従来成長できなかった窒化物半導体基板を横方向成長によって実現し、こ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を積層するため、格子欠陥の非常に少ない窒化物半導体レーザ素子が実現でき、ほぼ実用化レベルまで達した素子ができる。このように従来できなかった窒化物半導体レーザ素子が本発明により得られることは、非常に産業上の利用価値が大きい。
図１３に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一実施の形態を具体的に示してある。図１３に示すように、本件発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板４と、窒化物半導体基板４上に形成された、リッジストライプを有するレーザ素子構造４３−４９と、窒化物半導体基板４の裏面に形成された電極５３と、レーザ素子構造の共振面に形成された誘電体膜とを有する窒化物半導体レーザ素子であって、窒化物半導体基板４は、異種基板上を横方向に成長しながら形成された窒化物半導体層を有し、窒化物半導体層の（１１−００）面が共振面とされている。
本実施の形態において、レーザ素子構造を形成するための窒化物半導体基板に関して、特に下記の（１）〜（８）の構成を有することが好ましい。
（１） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に成長された窒化物半導体の上に、第１の保護膜が部分的に形成されており、その第１の保護膜の上に第１の窒化物半導体が成長され、その第１の窒化物半導体の上に素子構造となる窒化物半導体が積層されてなること。
（２） 前記第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して形成されること。
（３） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に、第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して部分的に形成されており、その第１の保護膜の上に第１の窒化物半導体が成長され、その第１の窒化物半導体の上に素子構造となる窒化物半導体が積層されてなること。
（４） 前記第１の窒化物半導体が、総膜厚７０μｍ以上の膜厚を有し、前記異種基板が除去されてなること。
（５） 前記第１の窒化物半導体が、窓部の幅が５μｍ以下のストライプ状の形状の第１の保護膜を形成した上に成長されたものであること。
（６） 上記素子構造となる窒化物半導体が、超格子構造を有するｎ側窒化物半導体を有していること。
（７） 前記超格子構造を有するｎ側窒化物半導体にｎ電極が形成されていること。
（８） 前記窓部の幅（Ｗｗ）と保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗが、１〜２０であること。
（１） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に成長された窒化物半導体の上に、第１の保護膜が部分的に形成されており、その第１の保護膜の上に第１の窒化物半導体が成長され、その第１の窒化物半導体の上に素子構造となる窒化物半導体が積層されてなること。
（２） 前記第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して形成されること。
（３） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に、第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して部分的に形成されており、その第１の保護膜の上に第１の窒化物半導体が成長され、その第１の窒化物半導体の上に素子構造となる窒化物半導体が積層されてなること。
（４） 前記第１の窒化物半導体が、総膜厚７０μｍ以上の膜厚を有し、前記異種基板が除去されてなること。
（５） 前記第１の窒化物半導体が、窓部の幅が５μｍ以下のストライプ状の形状の第１の保護膜を形成した上に成長されたものであること。
（６） 上記素子構造となる窒化物半導体が、超格子構造を有するｎ側窒化物半導体を有していること。
（７） 前記超格子構造を有するｎ側窒化物半導体にｎ電極が形成されていること。
（８） 前記窓部の幅（Ｗｗ）と保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗが、１〜２０であること。
第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して形成された第１の窒化物半導体上に素子構造を積層されたものであると、第１の窒化物半導体の表面に現れている結晶欠陥が少ないので更に良好な性能を有する窒化物半導体レーザ素子を得ることができ好ましい。
更に、第１の保護膜が、窓部の幅が５μｍ以下のストライプ状であると、第１の窒化物半導体の結晶欠陥がより少なくなり、素子性能が更に向上し好ましい。また、素子構造となる窒化物半導体として、超格子構造を有するｎ側窒化物半導体が形成され、またこの超格子構造のｎ側窒化物半導体にｎ電極が形成され、また窓部の幅（Ｗｗ）と保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗが１〜２０であると本発明の効果をより良好に得られ易くなる。
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板４上に下記の構造を有する。
（バッファ層３）
後述する横方向成長方法で製造された第２の窒化物半導体層４をサファイア基板から研磨除去し、第２の窒化物半導体層４（ＳｉドープＧａＮ）を主面とするウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器内にセットし、サファイア基板１等を除去して露出した面とは反対の面上に、ＳｉをドープしたＧａＮよりなる第３のバッファ層４１が成長させてある。この第３のバッファ層４１は膜厚１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オングストローム以下の互いに組成が異なる窒化物半導体を積層してなる歪超格子層とすることが好ましい。歪超格子層とすると、単一窒化物半導体層の結晶性が良くなるため、高出力なレーザ素子が実現できる。
（バッファ層３）
後述する横方向成長方法で製造された第２の窒化物半導体層４をサファイア基板から研磨除去し、第２の窒化物半導体層４（ＳｉドープＧａＮ）を主面とするウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器内にセットし、サファイア基板１等を除去して露出した面とは反対の面上に、ＳｉをドープしたＧａＮよりなる第３のバッファ層４１が成長させてある。この第３のバッファ層４１は膜厚１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オングストローム以下の互いに組成が異なる窒化物半導体を積層してなる歪超格子層とすることが好ましい。歪超格子層とすると、単一窒化物半導体層の結晶性が良くなるため、高出力なレーザ素子が実現できる。
（クラック防止層４２）
次にＳｉをドープしたＩｎＧａＮよりなるクラック防止層４２を成長させてある。このクラック防止層４２はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防止することができる。クラック防止層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層４２は省略することもできる。
次にＳｉをドープしたＩｎＧａＮよりなるクラック防止層４２を成長させてある。このクラック防止層４２はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防止することができる。クラック防止層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層４２は省略することもできる。
（ｎ側クラッド層４３）
次に、ｎ側クラッド層４３は、キャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを含む超格子層とすることが望ましい。超格子層全体の膜厚を１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。超格子層にするとクラックのない結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。
次に、ｎ側クラッド層４３は、キャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを含む超格子層とすることが望ましい。超格子層全体の膜厚を１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。超格子層にするとクラックのない結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。
（ｎ側光ガイド層４４）
次に、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層４４を成長させてある。このｎ側光ガイド層４４は、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。このｎ側光ガイド層４４は通常はＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープしてｎ型の導電型とするが、特にアンドープにすることもできる。超格子とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｎ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
次に、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層４４を成長させてある。このｎ側光ガイド層４４は、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。このｎ側光ガイド層４４は通常はＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープしてｎ型の導電型とするが、特にアンドープにすることもできる。超格子とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｎ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
（活性層４５）
次に、アンドープのＩｎ 0.2 Ｇａ 0.8 Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、アンドープＩｎ 0.01 Ｇａ 0.95 Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させてある。また、井戸層及び／または障壁層にＳｉをドープしてもよく、Ｓｉをドープするとしきい値が低下し好ましい。
次に、アンドープのＩｎ 0.2 Ｇａ 0.8 Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、アンドープＩｎ 0.01 Ｇａ 0.95 Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させてある。また、井戸層及び／または障壁層にＳｉをドープしてもよく、Ｓｉをドープするとしきい値が低下し好ましい。
（ｐ側キャップ層４６）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、かつ活性層４５よりも大きい、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ 0.3 Ｇａ 0.9 Ｎよりなるｐ側キャップ層４６を成長させてある。このｐ側キャップ層４６はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償されたｉ型、若しくはアンドープとしても良く、最も好ましくはｐ型不純物をドープした層とする。ｐ側キャップ層１７の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは３００オングストローム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ型キャップ層４６中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからである。Ａｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌ Y Ｇａ 1-Y Ｎであれば５００オングストローム以下に調整することが望ましい。ｐ側キャップ層４６の膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、かつ活性層４５よりも大きい、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ 0.3 Ｇａ 0.9 Ｎよりなるｐ側キャップ層４６を成長させてある。このｐ側キャップ層４６はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償されたｉ型、若しくはアンドープとしても良く、最も好ましくはｐ型不純物をドープした層とする。ｐ側キャップ層１７の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは３００オングストローム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ型キャップ層４６中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからである。Ａｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌ Y Ｇａ 1-Y Ｎであれば５００オングストローム以下に調整することが望ましい。ｐ側キャップ層４６の膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。
（ｐ側光ガイド層４７）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層４７を成長させてある。この層は、活性層の光ガイド層として作用し、ｎ側光ガイド層４４と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ましい。また、この層はｐ側クラッド層４８を成長させる際のバッファ層としても作用し、１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることにより、好ましい光ガイド層として作用する。このｐ側光ガイド層は通常はＭｇ等のｐ型不純物をドープしてｐ型の導電型とするが、特に不純物をドープしなくても良い。なお、このｐ型光ガイド層を超格子層とすることもできる。超格子層とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｐ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層４７を成長させてある。この層は、活性層の光ガイド層として作用し、ｎ側光ガイド層４４と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ましい。また、この層はｐ側クラッド層４８を成長させる際のバッファ層としても作用し、１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることにより、好ましい光ガイド層として作用する。このｐ側光ガイド層は通常はＭｇ等のｐ型不純物をドープしてｐ型の導電型とするが、特に不純物をドープしなくても良い。なお、このｐ型光ガイド層を超格子層とすることもできる。超格子層とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｐ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
（ｐ側クラッド層４８）
次に、超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。この層はｎ側クラッド層４３と同じくキャリア閉じ込め層として作用し、超格子構造とすることによりｐ型層側の抵抗率を低下させるための層として作用する。このｐ側クラッド層４８の膜厚も特に限定しないが、１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。なおここでは超格子層をｎ側クラッド層側にも設けたが、ｎ側クラッド層側よりもｐ側層側に超格子層を設けた方が、ｐ層の抵抗値が減少する傾向にあるため、Ｖｆを低下させる上で好ましい。
次に、超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。この層はｎ側クラッド層４３と同じくキャリア閉じ込め層として作用し、超格子構造とすることによりｐ型層側の抵抗率を低下させるための層として作用する。このｐ側クラッド層４８の膜厚も特に限定しないが、１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。なおここでは超格子層をｎ側クラッド層側にも設けたが、ｎ側クラッド層側よりもｐ側層側に超格子層を設けた方が、ｐ層の抵抗値が減少する傾向にあるため、Ｖｆを低下させる上で好ましい。
量子構造の井戸層を有する活性層４５を有するダブルへテロ構造の窒化物半導体素子の場合、活性層４５に接して、活性層４５よりもバンドギャップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含む窒化物半導体よりなるキャップ層４６を設け、そのキャップ層４６よりも活性層から離れた位置に、キャップ層４６よりもバッドギャップエネルギーが小さいｐ側光ガイド層４７を設け、そのｐ側光ガイド層４７よりも活性層から離れた位置に、ｐ側光ガイド層４７よりもバンドギャップが大きいＡｌを含む窒化物半導体を含む超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を設けることは非常に好ましい。しかもｐ側キャップ層４６のバンドギャップエネルギーが大きくしてある、ｎ層から注入された電子がこのキャップ層４６で阻止されるため、電子が活性層をオーバーフローしないために、素子のリーク電流が少なくなる。
（ｐ側コンタクト層４９）
最後に、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層４９を成長させてある。ｐ側コンタクト層は５００オングストローム以下、さらに好ましくは４００オングストローム以下、２０オングストローム以上に膜厚を調整する。
最後に、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層４９を成長させてある。ｐ側コンタクト層は５００オングストローム以下、さらに好ましくは４００オングストローム以下、２０オングストローム以上に膜厚を調整する。
図１３に示すように、最上層のｐ型コンタクト層２０と、ｐ型クラッド層１９とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状としてあり、リッジ表面の全面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極５１を形成してある。また、図１３に示すようにｐ電極５１を除くｐ側クラッド層４８、コンタクト層４９の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜５０を形成し、この絶縁膜５０を介してｐ電極５１と電気的に接続したｐパッド電極５２を形成してある。
また、ウェーハのサファイア基板１等を研磨、除去し露出された素子構造を有していない第２の窒化物半導体層４の表面全面に、Ｔｉ／Ａｌよりなるｎ電極５３を０．５μｍの膜厚で形成し、その上にヒートシンクとのメタライゼーション用にＡｕ／Ｓｎよりなる薄膜を形成してある。
そして、ｎ電極側５３からスクライブし、第２の窒化物半導体層４のＭ面（１１−００、図９の六角柱の側面に相当する面）で第２の窒化物半導体層４を劈開し、共振面を作製してある。共振面にはＳｉＯ
2
とＴｉＯ
2
よりなる誘電体多層膜が形成してあり、ｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとしてある。このチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシンクに設置し、ｐパッド電極５２をワイヤーボンディングすれば、室温でレーザ連続発振が得られ、１０００時間以上の寿命を示す。
尚、本発明の窒化物半導体素子の素子構造は、図１３に示した層構成、形状、電極等、特に限定されず、いずれのものを組み合わせて用いてもよい。素子構造のｎ側窒化物半導体として超格子構造を有するｎ側窒化物半導体が形成されていることが好ましい。このように超格子層とすると、素子性能を向上させることができ好ましい。また、ｎ電極を超格子層に形成することが好ましく、ｎ電極との接触抵抗を低下させるために超格子層にｎ型不純物をドープしても、超格子層とすると結晶性がよくなる等の点で好ましい。
更に、窒化物半導体素子を構成する素子の好ましい層構成として、例えばＩｎを含む量子井戸構造の活性層、バンドギャップエネルギーの異なるクラッド層に挟まれた活性層を有することが発光効率、寿命特性など素子の性能を向上させる点で好ましい。
このような層構成を有する素子構造を、横方向成長方法により得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体上に形成すると素子性能がより向上し好ましい。
更に、窒化物半導体素子を構成する素子の好ましい層構成として、例えばＩｎを含む量子井戸構造の活性層、バンドギャップエネルギーの異なるクラッド層に挟まれた活性層を有することが発光効率、寿命特性など素子の性能を向上させる点で好ましい。
このような層構成を有する素子構造を、横方向成長方法により得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体上に形成すると素子性能がより向上し好ましい。
次に、本件発明のレーザ素子において、窒化物半導体層を横方向に成長させた窒化物半導体基板を得るには、下記の（１）〜（１３）の構成によることが好ましい。
（１） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に成長された窒化物半導体の上に、第１の保護膜を部分的に形成する第１の工程と、
第１の工程後、第１の窒化物半導体を、前記窒化物半導体の上に成長させると共に、第１の保護膜の上にまで成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
（２） 前記第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して形成されることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（３） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に、第１の保護膜を、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して部分的に形成する第１の工程と、
第１の工程後、第１の窒化物半導体を、前記異種基板の上に成長させると共に、第１の保護膜の上にまで成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
（４） 前記第１の保護膜が、ストライプ状であり、更に隣接するストライプ状の第１の保護膜の形成されていない部分（窓部）の幅が５μｍ以下として形成されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（５） 前記窓部の幅（Ｗｗ）とストライプ状の第１の保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗが、１〜２０であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に成長された窒化物半導体の上に、第１の保護膜を部分的に形成する第１の工程と、
第１の工程後、第１の窒化物半導体を、前記窒化物半導体の上に成長させると共に、第１の保護膜の上にまで成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
（２） 前記第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して形成されることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（３） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に、第１の保護膜を、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して部分的に形成する第１の工程と、
第１の工程後、第１の窒化物半導体を、前記異種基板の上に成長させると共に、第１の保護膜の上にまで成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
（４） 前記第１の保護膜が、ストライプ状であり、更に隣接するストライプ状の第１の保護膜の形成されていない部分（窓部）の幅が５μｍ以下として形成されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（５） 前記窓部の幅（Ｗｗ）とストライプ状の第１の保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗが、１〜２０であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（６） 前記異種基板はその基板の主面からオフアングルした主面を有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（７） 前記異種基板はステップ状にオフアングルしていることを特徴とする前記（６）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（８） 前記異種基板が（０００１）面＝（Ｃ面）を主面とするサファイアであり、前記第１の保護膜はそのサファイアの（１１２−０）面＝（Ａ面）に対して垂直なストライプ形状を有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（９） 前記異種基板が（１１２−０）面＝（Ａ面）を主面とするサファイアであり、前記第１の保護膜はそのサファイアの（１１−０２）面＝（Ｒ面）に対して垂直なストライプ形状を有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１０） 前記異種基板が（１１１）面を主面とするスピネルであり、前記第１の保護膜は、そのスピネルの（１１０）面に対して垂直なストライプ形状を有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（７） 前記異種基板はステップ状にオフアングルしていることを特徴とする前記（６）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（８） 前記異種基板が（０００１）面＝（Ｃ面）を主面とするサファイアであり、前記第１の保護膜はそのサファイアの（１１２−０）面＝（Ａ面）に対して垂直なストライプ形状を有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（９） 前記異種基板が（１１２−０）面＝（Ａ面）を主面とするサファイアであり、前記第１の保護膜はそのサファイアの（１１−０２）面＝（Ｒ面）に対して垂直なストライプ形状を有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１０） 前記異種基板が（１１１）面を主面とするスピネルであり、前記第１の保護膜は、そのスピネルの（１１０）面に対して垂直なストライプ形状を有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１１） 前記第２の工程後、第１の窒化物半導体の上に第２の保護膜を部分的に形成する第３の工程と、
第３の工程後、第２の窒化物半導体を前記第１の窒化物半導体の上に成長させると共に、第２の保護膜の上にまで成長させる第４の工程とを含むことを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれ１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１２） 前記第２の保護膜は、第１の窒化物半導体の表面に現れた結晶欠陥上に形成されることを特徴とする前記（１１）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１３） 前記第２の保護膜は、前記第１の保護膜と平行なストライプ形状を有することを特徴とする前記（１１）または（１２）に記載の窒化物半導体の成長方法。
第３の工程後、第２の窒化物半導体を前記第１の窒化物半導体の上に成長させると共に、第２の保護膜の上にまで成長させる第４の工程とを含むことを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれ１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１２） 前記第２の保護膜は、第１の窒化物半導体の表面に現れた結晶欠陥上に形成されることを特徴とする前記（１１）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１３） 前記第２の保護膜は、前記第１の保護膜と平行なストライプ形状を有することを特徴とする前記（１１）または（１２）に記載の窒化物半導体の成長方法。
異種基板上に成長された窒化物半導体の上に第１の保護膜を形成し（第１の形態の方法）、第１の窒化物半導体を成長させることにより、結晶欠陥の少ない結晶性の良好な窒化物半導体を得ることができる。更に、窒化物半導体の上に成長される第１の保護膜が、第１の保護膜が形成されていない部分（窓部）の表面積より大きいの表面積を有して形成されることにより、より結晶欠陥が少なくなり、さらに第１の窒化物半導体が成長し易くなり好ましい。
また、その他の成長方法は、異種基板の上に、第１の保護膜を形成し（第２の形態の方法）、且つ第１の保護膜の表面積が保護膜が形成されていない窓部の表面積より大きい表面積を有し、この第１の保護膜上に第１の窒化物半導体を成長させることにより、結晶欠陥の少ない結晶性の良好な窒化物半導体を得ることができる。この成長方法において、異種基板上に直接第１の保護膜を形成し、露出している異種基板面（保護膜の形成されていない窓部）から第１の窒化物半導体層を成長させると比較的多くの結晶欠陥が発生するが、第１の保護膜の表面積と窓部の表面積とを調整することにより結晶欠陥の少ない第１の窒化物半導体層を得ることができる。更に表面積を調整すると第１の窒化物半導体が良好に窓部に選択成長を始める。
また、その他の成長方法は、異種基板の上に、第１の保護膜を形成し（第２の形態の方法）、且つ第１の保護膜の表面積が保護膜が形成されていない窓部の表面積より大きい表面積を有し、この第１の保護膜上に第１の窒化物半導体を成長させることにより、結晶欠陥の少ない結晶性の良好な窒化物半導体を得ることができる。この成長方法において、異種基板上に直接第１の保護膜を形成し、露出している異種基板面（保護膜の形成されていない窓部）から第１の窒化物半導体層を成長させると比較的多くの結晶欠陥が発生するが、第１の保護膜の表面積と窓部の表面積とを調整することにより結晶欠陥の少ない第１の窒化物半導体層を得ることができる。更に表面積を調整すると第１の窒化物半導体が良好に窓部に選択成長を始める。
更に、異種基板が、その異種基板の主面からオフアングル（傾斜）した主面を有することにより、結晶欠陥の数の少ない窒化物半導体が得られやすくなり、更にオフアングルが連続的に形成されているよりも、ステップ状に形成されているほうが結晶欠陥が少なくなり好ましい。
更に、異種基板の面方位及び／又は第１の保護膜の形状などを特定して行うことにより、結晶欠陥の数をより減少させることができ好ましい。
更に、第１の保護膜が、窓部の幅（保護膜と保護膜との距離）が５μｍ以下のストライプ状として形成されていると、異種基板と窒化物半導体との界面で発生する結晶欠陥が第１の窒化物半導体の表面方向に転位しにくくなり、第１の窒化物半導体の表面に現れる結晶欠陥が少なくなり好ましい。更に窓部の幅（Ｗｗ）と保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗを、１〜２０となるように調整することにより、結晶欠陥の転位がさらに減少する傾向が見られ、第１の窒化物半導体の表面に現れる結晶欠陥がより減少し好ましい。
また、好ましくは、前記第２の工程後、第１の窒化物半導体の上に第２の保護膜を部分的に形成し、この上に第２の窒化物半導体を第２の保護膜の上にまで成長させることにより、結晶欠陥の転位を更に良好に抑えられ、第２の窒化物半導体の表面に現れる結晶欠陥がより一層減少し好ましい。更に、第２の保護膜が、第１の窒化物半導体の表面に現れた結晶欠陥上に、結晶欠陥を覆うように形成されると、結晶欠陥の転位をさらに良好に防止でき好ましい。
さらにまた、第２の保護膜が、第１の保護膜と平行なストライプ形状を有して形成されていると、本発明の効果を得るのに好ましい。これは、例えば第１の保護膜をサファイアＡ面に対して垂直な方向に設けた場合、サファイアＲ面に対して垂直な方向で設けた場合、及びスピネル（１１０）面に対して垂直な方向で設けた場合、第１の保護膜のストライプと、第２の保護膜のストライプとが、同じ平行方向で設けられていることを意味する。
以下に本発明に用いる横方向成長方法の第１の形態の具体的な模式図を例にとって、本発明で用いる成長方法について更に詳細に説明する。
本発明に用いる横方向成長方法の第１の形態の成長方法と、第２の形態の成長方法とは、第１の工程で第１の保護膜の形成面が、異種基板上に窒化物半導体層（例えばバッファ層、ＧａＮ層等）を成長させた面（第１の形態）であるか、異種基板面（第２の形態）であるかが異なり、更に、第２の形態で異種基板面に保護膜を形成する場合には第１の窒化物半導体層が成長し易いように、予め第１の保護膜の表面積と窓部の表面積の大きさを調整して行う点が相違するが、他はほぼ同様である。第１の形態においても、第１の保護膜の表面積と窓部の幅を調整して行うとより良好に第１の窒化物半導体が成長できる。
まず、本発明に用いる横方向成長方法の第１の形態について説明し、次に第２の形態の成長方法について説明する。
本発明に用いる横方向成長方法の第１の形態の成長方法と、第２の形態の成長方法とは、第１の工程で第１の保護膜の形成面が、異種基板上に窒化物半導体層（例えばバッファ層、ＧａＮ層等）を成長させた面（第１の形態）であるか、異種基板面（第２の形態）であるかが異なり、更に、第２の形態で異種基板面に保護膜を形成する場合には第１の窒化物半導体層が成長し易いように、予め第１の保護膜の表面積と窓部の表面積の大きさを調整して行う点が相違するが、他はほぼ同様である。第１の形態においても、第１の保護膜の表面積と窓部の幅を調整して行うとより良好に第１の窒化物半導体が成長できる。
まず、本発明に用いる横方向成長方法の第１の形態について説明し、次に第２の形態の成長方法について説明する。
図１乃至図６は、本発明に用いる横方向成長方法の第１の形態の各工程において得られる窒化物半導体ウェーハの構造を示す模式的な断面図である。なお図において、１は異種基板、２は窒化物半導体層、３は第１の窒化物半導体層、４は第２の窒化物半導体層、１１は第１の保護膜、１２は第２の保護膜を示す。
本発明に用いる横方向成長方法の第１の形態では、第１の工程において、図１に示すように異種基板１上に成長させたバッファ層の上に、窒化物半導体層２を成長させ、この窒化物半導体層２上に第１の保護膜１１を部分的に形成する。
本発明で用いることのできる異種基板１としては、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、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、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、さらに好ましくはステップ状にオフアングルさせた基板を用いることもできる。このように異種基板の主面がオフアングルされていると結晶欠陥がより少なくなり好ましい。
本発明で用いることのできる異種基板１としては、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、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、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、さらに好ましくはステップ状にオフアングルさせた基板を用いることもできる。このように異種基板の主面がオフアングルされていると結晶欠陥がより少なくなり好ましい。
図１に示される異種基板１上に形成されているバッファ層２としては、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を９００℃以下の温度で、膜厚数十オングストローム〜数百オングストロームで成長させてなるものである。このバッファ層は、異種基板１と窒化物半導体層２との格子定数不正を緩和するために形成されるが、窒化物半導体の成長方法、基板の種類等によっては省略することも可能である。またバッファ層は、異種基板と窒化物半導体層２との格子定数不正を緩和し結晶欠陥の発生を防止するのに好ましい。
本発明に用いる横方向成長方法の第１の形態において、第１の工程後に成長される窒化物半導体層２としては、アンドープ（不純物をドープしない状態、ｕｎｄｏｐｅ）のＧａＮ、ｎ型不純物をドープしたＧａＮ、またＳｉをドープしたＧａＮを用いることができる。
また窒化物半導体２は、高温、具体的には９００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃で異種基板上に成長され、膜厚は特に限定されないが、例えば１〜２０μｍ、好ましくは２〜１０μｍである。窒化物半導体層２の膜厚が上記範囲であると窒化物半導体層２と第１の窒化物半導体の総膜厚が抑えられウエハの反り（異種基板を有する状態での反り）が防止でき好ましい。
また窒化物半導体２は、高温、具体的には９００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃で異種基板上に成長され、膜厚は特に限定されないが、例えば１〜２０μｍ、好ましくは２〜１０μｍである。窒化物半導体層２の膜厚が上記範囲であると窒化物半導体層２と第１の窒化物半導体の総膜厚が抑えられウエハの反り（異種基板を有する状態での反り）が防止でき好ましい。
第１の保護膜１１の材料としては、保護膜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好ましく選択し、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、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。保護膜材料を窒化物半導体表面に形成するには、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術を用いることができる。また、部分的（選択的）に形成するためには、フォトリソグラフィー技術を用いて、所定の形状を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を気相製膜することにより、所定の形状を有する第１の保護膜１１を形成できる。第１の保護膜１１の形状は特に問うものではなく、例えばドット、ストライプ、碁盤面状の形状で形成できるが、後に述べるように、ストライプ状の形状で特定の面方位に形成することが望ましい。また第１の保護膜１１の表面積は窓部の表面積よりも大きくした方が格子欠陥の少ない第１の窒化物半導体３が得られ易くなり好ましい。
第１の保護膜の表面積が、第１の保護膜が形成されていない部分（窓部）の表面積より大きくなるように、第１の保護膜１１が形成されることが好ましい。このように第１の保護膜の表面積を大きくすると、異種基板と窒化物半導体の界面で生じる結晶欠陥の転位が第１の保護膜により抑制され、更に窓部から転位した結晶欠陥が途中で転位を中断しやすくなり好ましい。第１の保護膜の表面積及び窓部の表面積の調整は、保護膜の形状によっても異なるが、例えば保護膜がストライプ状の形状の場合、保護膜のストライプの幅と窓部の幅を調整することにより行うことができる。
第１の保護膜１１の大きさは特に限定しないが、例えばストライプで形成した場合、好ましいストライプ幅は０．５〜１００μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜５０μｍ程度の幅で形成することが望ましく、またストライプピッチは、ストライプ幅よりも狭くすることが望ましい。つまり保護膜の表面積を窓よりも大きくする方が、結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られる。
第１の保護膜１１の大きさは特に限定しないが、例えばストライプで形成した場合、好ましいストライプ幅は０．５〜１００μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜５０μｍ程度の幅で形成することが望ましく、またストライプピッチは、ストライプ幅よりも狭くすることが望ましい。つまり保護膜の表面積を窓よりも大きくする方が、結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られる。
更に、保護膜と窓部の表面積を調整する好ましい形態としては、第１の保護膜１１をストライプ状とし、窓部の幅を５μｍ以下に調整することが好ましく、さらに好ましくは窓部の幅（Ｗｗ）とストライプ状の第１の保護膜の幅（Ｗｓ）の比、Ｗｓ／Ｗｗを１〜２０となるように調整して行う。このように第１の保護膜１１と窓部の幅やＷｓ／Ｗｗを調整して第１の窒化物半導体を成長させると、非常に結晶欠陥の少ない結晶性の良好な窒化物半導体を得ることができる。
窓部の幅の好ましい値は、３μｍ以下であり、より好ましくは、１μｍ以下であり、下限値は０．１μｍ以上である。このように窓部の幅を調整すると、より結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られる。
ストライプ状の保護膜の幅は、上記範囲があげられるが特に窓部の幅を５μｍ以下とする場合は、２〜３０μｍであり、好ましくは５〜２０μｍであり、より好ましくは５〜１５μｍである。この範囲であると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られ好ましい。また、ストライプ状の保護膜の膜厚は、特に限定されないが、例えば０．０１〜５μｍであり、好ましくは０．１〜３μｍであり、より好ましくは０．１〜２μｍである。この範囲であると効果を得るのに好ましい。また、窓部の幅（Ｗｗ）と保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗは、１〜２０であり、好ましくは１〜１０である。１以下であると窓部と保護膜上に結晶欠陥が発生し易くなり、２０以上であると保護膜上に成長する第１の窒化物半導体が完全にくっつかず保護膜上に空洞部ができ易くなる。
窓部の幅の好ましい値は、３μｍ以下であり、より好ましくは、１μｍ以下であり、下限値は０．１μｍ以上である。このように窓部の幅を調整すると、より結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られる。
ストライプ状の保護膜の幅は、上記範囲があげられるが特に窓部の幅を５μｍ以下とする場合は、２〜３０μｍであり、好ましくは５〜２０μｍであり、より好ましくは５〜１５μｍである。この範囲であると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られ好ましい。また、ストライプ状の保護膜の膜厚は、特に限定されないが、例えば０．０１〜５μｍであり、好ましくは０．１〜３μｍであり、より好ましくは０．１〜２μｍである。この範囲であると効果を得るのに好ましい。また、窓部の幅（Ｗｗ）と保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗは、１〜２０であり、好ましくは１〜１０である。１以下であると窓部と保護膜上に結晶欠陥が発生し易くなり、２０以上であると保護膜上に成長する第１の窒化物半導体が完全にくっつかず保護膜上に空洞部ができ易くなる。
次に、第２の工程では、図２に示すように、第１の保護膜１１を形成した窒化物半導体層２上に第１の窒化物半導体３を成長させる。
窒化物半導体層２の上に成長させる第１の窒化物半導体３としては、特に限定されないが、好ましくはアンドープ（不純物をドープしない状態、undope）のＧａＮ、若しくはｎ型不純物をドープしたＧａＮが挙げられる。
窒化物半導体層２の上に成長させる第１の窒化物半導体３としては、特に限定されないが、好ましくはアンドープ（不純物をドープしない状態、undope）のＧａＮ、若しくはｎ型不純物をドープしたＧａＮが挙げられる。
図２に示すように、第１の保護膜１１を形成した窒化物半導体層２の上に第１の窒化物半導体層３を成長させると、第１の保護膜１１の上には第１の窒化物半導体層３が成長せず、露出した窒化物半導体層２上に、第１の窒化物半導体層３が選択成長される。さらに成長を続けると、第１の窒化物半導体層３が第１の保護膜１１の上で横方向に成長し、隣接した第１の窒化物半導体層３同士でつながって、図３に示すように、あたかも第１の保護膜１１の上に第１の窒化物半導体層３が成長したかのような状態となる。
このように成長した第１の窒化物半導体層３の表面に現れる結晶欠陥（貫通転位）は、従来のものに比べ非常に少なくなる。しかし、第１の窒化物半導体層３の成長初期における窓部の上部と第１の保護膜１１の上部のそれぞれの結晶欠陥の数は著しく異なる。つまり、異種基板１上部の第１の保護膜１１が形成されていない部分（窓部）に成長されている成長初期の第１の窒化物半導体層３には、異種基板１と窒化物半導体層（例えば図２の場合はバッファ層）との界面から結晶欠陥が発生し縦方向に転位し易い傾向があるが、第１の保護膜１１の上部に成長されている成長初期の第１の窒化物半導体層３には、縦方向へ転位している結晶欠陥はほとんどない。
例えば、図３に示すウエハの窒化物半導体結晶の結晶欠陥による貫通転位の模式的な図のように、異種基板１から第１の窒化物半導体層３の表面方向に向かう複数の細線により示されるような結晶欠陥が発生、転位していると考えられる。図３に示される窓部の結晶欠陥は、異種基板１と窒化物半導体との格子定数のミスマッチにより、異種基板１と窒化物半導体との界面に、非常に多く発生する。そして、この窓部の結晶欠陥のほとんどは、第１の窒化物半導体層３を成長中、異種基板１と窒化物半導体との界面から表面方向に向かって転位をする。しかし、この窓部から発生した結晶欠陥は、図３に示すように、第１の窒化物半導体層３の成長初期には転位し続けているが、第１の窒化物半導体層３が成長を続けるうちに、途中で表面方向に転位する結晶欠陥の数が激減する傾向にあり、第１の窒化物半導体層３の表面まで転位する結晶欠陥が非常に少なくなる。また、第１の保護膜１１上部に形成された第１の窒化物半導体層３は、異種基板１から成長したものではなく隣接する第１の窒化物半導体層３が成長中につながったものであるため、基板から成長した窒化物半導体層２上部に成長した第１の窒化物半導体層３の部分に比べて、成長のはじめから結晶欠陥が非常に少ない。この結果、成長終了後の第１の窒化物半導体層３の表面（保護膜上部及び窓部上部）には、転位した結晶欠陥が非常に少なく、あるいは透過型電子顕微鏡観察によると保護膜上部にはほとんど見られなくなる。この結晶欠陥の非常に少ない第１の窒化物半導体層３を、素子構造となる窒化物半導体の成長基板に用いることにより、従来よりも結晶性に優れた窒化物半導体素子を実現できる。また、上記のような本発明のＧａＮの成長による結晶欠陥の発生や、転位の傾向が見られることから、窓部の表面積を保護膜の表面積に比較して小さくすることが好ましい。
また、第１の窒化物半導体層３の表面の窓部及び保護膜の上部共に結晶欠陥が少なくなるが、成長初期に結晶欠陥が多かった窓部の上部に成長した第１の窒化物半導体層３の表面には、保護膜上部に成長したものに比べやや結晶欠陥が多い傾向がある。このことは、恐らく第１の窒化物半導体層３の成長の途中で、多くの結晶欠陥の転位が止まったものの、わずかに転位を続ける結晶欠陥が窓部のほぼ直上部に転位し易い傾向があるのではないかと考えられる。
このような結晶欠陥の転位の違いによる結晶欠陥の数を断面ＴＥＭにより観察すると、窓部上部のみに転位が観測され保護膜上部にはほとんど欠陥が見られなくなる。好ましい形態においては、窓部上部の結晶欠陥密度が、ほぼ１０6個／ｃｍ2以下、好ましい条件においては１０5個／ｃｍ2以下であり、保護膜上部では、ほぼ１０5個／ｃｍ2以下、好ましい条件においては１０4個／ｃｍ2以下である。結晶欠陥は、例えば窒化物半導体をドライエッチングした際、そのエッチング面に表出するエッチピットの数を計測することにより測定できる。
第１の窒化物半導体層３の膜厚としては、先に形成した第１の保護膜の膜厚、大きさによっても異なるが、保護膜の表面を覆うように第１の窒化物半導体層を成長させるために、保護膜の膜厚に対して少なくとも１０倍以上、さらに好ましくは５０倍以上の膜厚で成長させることが望ましい。更に、第１の窒化物半導体の膜厚は、前記したように結晶欠陥の転位が第１の窒化物半導体の成長の途中で激減する傾向があるので、結晶欠陥の転位が減少し易い膜厚以上に調整することが好ましい。
また更に、第１の窒化物半導体は、この上に素子構造となる窒化物半導体を成長させるための基板となるが、素子構造を形成するには異種基板や保護膜等を予め除去して第１の窒化物半導体のみとしてから行う場合と、異種基板等を残して行う場合がある。また異種基板などの除去は素子構造を形成した後に除去してもよい。第１の窒化物半導体上に素子構造を形成する際に、異種基板の有無により第１の窒化物半導体の膜厚が素子構造の形成のし易さに影響を与えることから、第１の窒化物半導体の膜厚は、第１の保護膜を覆い、結晶欠陥の転位を減らすことに、さらに異種基板等を除去してまたは除去せずに素子構造を形成する等の製造工程の違い等を加味して調整されることが望ましい。
また更に、第１の窒化物半導体は、この上に素子構造となる窒化物半導体を成長させるための基板となるが、素子構造を形成するには異種基板や保護膜等を予め除去して第１の窒化物半導体のみとしてから行う場合と、異種基板等を残して行う場合がある。また異種基板などの除去は素子構造を形成した後に除去してもよい。第１の窒化物半導体上に素子構造を形成する際に、異種基板の有無により第１の窒化物半導体の膜厚が素子構造の形成のし易さに影響を与えることから、第１の窒化物半導体の膜厚は、第１の保護膜を覆い、結晶欠陥の転位を減らすことに、さらに異種基板等を除去してまたは除去せずに素子構造を形成する等の製造工程の違い等を加味して調整されることが望ましい。
異種基板や保護膜等を除去する場合、第１の窒化物半導体の膜厚は５０μｍより厚く１ｍｍ以下程度の膜厚に成長され、例えば、好ましくは７０〜５００μｍ、より好ましくは１００〜３００μｍ、更に好ましくは１００〜２５０μｍである。この範囲であると素子構造となる窒化物半導体の成長の点で好ましく、また研磨して下地層及び保護膜を除去しても、第１の窒化物半導体にクラックが入りにくくハンドリングが容易となり好ましい。また、異種基板を除去すると、素子構造を形成する際に窒化物半導体基板に反りがなくなり、結晶性の良好な素子構造が得られ易くなり好ましい。
また異種基板や保護膜等を残して行う場合、第１の窒化物半導体の膜厚は１〜５０μｍ、好ましくは２〜４０μｍ、より好ましくは５〜３０μｍ、もっとも好ましくは１０〜２０μｍである。この範囲であると異種基板と窒化物半導体の熱膨張係数差によるウエハの反りが防止でき、更に素子基板となる第１の窒化物半導体の上に素子構造となる窒化物半導体を良好に成長させることができる。
また異種基板や保護膜等を残して行う場合、第１の窒化物半導体の膜厚は１〜５０μｍ、好ましくは２〜４０μｍ、より好ましくは５〜３０μｍ、もっとも好ましくは１０〜２０μｍである。この範囲であると異種基板と窒化物半導体の熱膨張係数差によるウエハの反りが防止でき、更に素子基板となる第１の窒化物半導体の上に素子構造となる窒化物半導体を良好に成長させることができる。
異種基板上に窒化物半導体を成長させると、異種基板の種類によっても異なるが、異種基板との熱膨張係数差により、成長後にウェーハ全体が反り易くなり、その反りは窒化物半導体を厚膜で成長させるほど大きくなる傾向にある。異種基板を有するウェーハの窒化物半導体層に数々の加工を施して、動作する構造とする際に、ウェーハが反ってしまった状態では、窒化物半導体を加工するのは難しい傾向にある。従って、異種基板を有する窒化物半導体素子とする場合、第１の窒化物半導体層の膜厚は、ウェーハが反り返っても異種基板をつけたままで加工し易い膜厚、即ち５０μｍ以下の膜厚が望ましい。なお、１μｍは保護膜の上に窒化物半導体が成長できる限界値を示している。異種基板をそのまま残して素子構造を形成してなる窒化物半導体素子の場合、保護膜上に成長させる第１の窒化物半導体層は１×１０16／cm3〜５×１０19／cm3の範囲でｎ型不純物をドープしたＧａＮとすることが最も好ましい。
異種基板を除去してなる窒化物半導体素子の場合、異種基板の除去の際の第１の窒化物半導体への割れや欠け等の発生の防止、及びデバイス工程でのハンドリング性の向上のために、第１の窒化物半導体層の膜厚は、５０μｍより大きい膜厚であることが好ましい。このような膜厚を第１の窒化物半導体が有していると、上記したようにウエハの反りが大きくなる傾向がより強くなるので、異種基板を除去してから第１の窒化物半導体層上に素子構造を形成することが好ましい。このように異種基板を除去すると、素子構造を形成するための基板となる第１の窒化物半導体の反りがなくなり、素子構造となる窒化物半導体を良好に形成し易くなる。また、第１の窒化物半導体層の膜厚の上限は、特に限定されないが、あまりにも厚過ぎると、成長時間がかかり過ぎる等の点から１ｍｍ以下の膜厚が好ましい。
異種基板等を除去してなる窒化物半導体素子において、異種基板の除去は、第１の窒化物半導体上に素子構造を形成する前でも形成した後でもよく、好ましくは、異種基板を除去して第１の窒化物半導体層を窒化物半導体基板（ＧａＮ基板）として素子構造を形成する。異種基板を除去する方法としては、研磨、エッチング等が用いられる。また、第２の保護膜を形成する場合には、異種基板を除去する際に第２の保護膜までを除去して第２の窒化物半導体のみとしてこの第２の窒化物半導体上に素子構造を形成してもよく、また第２の保護膜を除去せずに、第１の窒化物半導体及び第２の窒化物半導体をＧａＮ基板として素子構造を形成してもよい。また、異種基板等を除去された窒化物半導体基板に素子構造となる窒化物半導体を成長させる際に、異種基板などを除去して露出された面とは反対側の面に素子構造を成長させることが結晶性のよい素子を得ることができ好ましい。
異種基板等を除去してなる窒化物半導体素子において、異種基板の除去は、第１の窒化物半導体上に素子構造を形成する前でも形成した後でもよく、好ましくは、異種基板を除去して第１の窒化物半導体層を窒化物半導体基板（ＧａＮ基板）として素子構造を形成する。異種基板を除去する方法としては、研磨、エッチング等が用いられる。また、第２の保護膜を形成する場合には、異種基板を除去する際に第２の保護膜までを除去して第２の窒化物半導体のみとしてこの第２の窒化物半導体上に素子構造を形成してもよく、また第２の保護膜を除去せずに、第１の窒化物半導体及び第２の窒化物半導体をＧａＮ基板として素子構造を形成してもよい。また、異種基板等を除去された窒化物半導体基板に素子構造となる窒化物半導体を成長させる際に、異種基板などを除去して露出された面とは反対側の面に素子構造を成長させることが結晶性のよい素子を得ることができ好ましい。
また、本発明において、第１の窒化物半導体層の膜厚は、図６や図８に示す第１の窒化物半導体層３単独層の膜厚、若しくは第１の窒化物半導体層３及び第２の窒化物半導体層４の総膜厚を指す。即ち、基板上部に最初に成長された第１の保護膜１１上に成長されている窒化物半導体層の膜厚を指すものとする。
次に、好ましい工程として、第２の工程後に、第３の工程及び第４の工程を行うことにより素子構造の窒化物半導体基板を結晶性よく得ることができる。
まず、本発明の第３の工程において、図４に示すように、第１の窒化物半導体層３の表面に結晶欠陥が現れ易いと思われる部分、例えば窓部の上部に、また表面に現れた結晶欠陥を覆うように、新たな保護膜（第２の保護膜１２）を設ける。本発明において、第２の保護膜１２の形成位置は特に限定されず、第１の窒化物半導体層３の表面に部分的に、好ましくは第１の窒化物半導体層３の表面に現れている結晶欠陥を覆うように形成され、更に好ましくは第１の窒化物半導体層３の成長初期に結晶欠陥が存在する窓部の上部である。
このように第２の保護膜１２を設けると、第１の窒化物半導体層３の表面まで転位した結晶欠陥の更なる転位が防止でき、更に素子構造を形成した後で窓部上部の転位を中断した結晶欠陥がレーザ素子等を作動中に活性層等へ再転位する恐れが考えられるがこれを防止でき好ましい。
まず、本発明の第３の工程において、図４に示すように、第１の窒化物半導体層３の表面に結晶欠陥が現れ易いと思われる部分、例えば窓部の上部に、また表面に現れた結晶欠陥を覆うように、新たな保護膜（第２の保護膜１２）を設ける。本発明において、第２の保護膜１２の形成位置は特に限定されず、第１の窒化物半導体層３の表面に部分的に、好ましくは第１の窒化物半導体層３の表面に現れている結晶欠陥を覆うように形成され、更に好ましくは第１の窒化物半導体層３の成長初期に結晶欠陥が存在する窓部の上部である。
このように第２の保護膜１２を設けると、第１の窒化物半導体層３の表面まで転位した結晶欠陥の更なる転位が防止でき、更に素子構造を形成した後で窓部上部の転位を中断した結晶欠陥がレーザ素子等を作動中に活性層等へ再転位する恐れが考えられるがこれを防止でき好ましい。
なお、図４では図３で成長させた第１の窒化物半導体層３表面の凹凸を少なくするため、研磨してフラットな面としているが、特に研磨せず、そのまま第１の窒化物半導体層３の表面に第２の保護膜１２を形成しても良い。
好ましくは第２の保護膜１２の表面積は特に問われないが、第２の保護膜で第１の窒化物半導体の表面に現れている結晶欠陥を覆うように形成されていることが望ましい。例えば第１の保護膜１１がストライプ状のとき、窓部の幅より大きい幅のストライプ状の第２の保護膜１２を窓部上部に形成する。第２の保護膜１２の材料としては、第１の保護膜と同様のものを用いることができる。
次に、本発明の第４の工程において、第２の保護膜１２が形成された第１の窒化物半導体層３上に第２の窒化物半導体層４を成長させる。図５に示すように、最初は第１の窒化物半導体層３の場合と同様に、第２の保護膜１２の上には第２の窒化物半導体層４は成長せず、第１の窒化物半導体層３の上にのみ選択成長する。そして、第１の窒化物半導体層３の上に成長させる第２の窒化物半導体層４は、同じ窒化物半導体であり、しかも結晶欠陥の少ない第１の窒化物半導体層３の上に成長させているので、格子定数のミスマッチによる結晶欠陥が発生しにくい。さらに、第２の窒化物半導体層４の下地層となる第１の窒化物半導体層３には結晶欠陥が少ないため、第２の窒化物半導体層４の成長初期において転位する結晶欠陥も少なくなる。
さらに成長を続けていくと、図６に示すように、隣接する第２の窒化物半導体層４同士が第２の保護膜１２の上部でつながり、第２の保護膜１２を覆うように成長する。このように成長する第２の窒化物半導体層４は、結晶欠陥の少ない第１の窒化物半導体層３を下地層として成長するので、結晶欠陥の非常に少ない窒化物半導体となる。この第２の窒化物半導体４を素子構造となる窒化物半導体の成長基板に用いることにより、非常に結晶性に優れた窒化物半導体素子を実現できる。
第２の保護膜１２は、第１の窒化物半導体３の表面に現れた結晶欠陥を覆うように形成されているので結晶欠陥の転位を抑えることができる。また、仮にわずかな結晶欠陥が第２の窒化物半導体４の成長の初期に転位を続けたとしても、第１の窒化物半導体３の成長の場合と同様に、第２の窒化物半導体４の成長を続けるうちに結晶欠陥の転位が止まる傾向があり、第２の窒化物半導体４の表面に現れる結晶欠陥が少なくなる。
このようにして得られた第２の窒化物半導体層４は第１の窒化物半導体層３より結晶欠陥が少なくなるので、第２の窒化物半導体層４上に素子構造を形成すると結晶性の良い素子がより得られやすくなる。
第２の保護膜１２は、第１の窒化物半導体３の表面に現れた結晶欠陥を覆うように形成されているので結晶欠陥の転位を抑えることができる。また、仮にわずかな結晶欠陥が第２の窒化物半導体４の成長の初期に転位を続けたとしても、第１の窒化物半導体３の成長の場合と同様に、第２の窒化物半導体４の成長を続けるうちに結晶欠陥の転位が止まる傾向があり、第２の窒化物半導体４の表面に現れる結晶欠陥が少なくなる。
このようにして得られた第２の窒化物半導体層４は第１の窒化物半導体層３より結晶欠陥が少なくなるので、第２の窒化物半導体層４上に素子構造を形成すると結晶性の良い素子がより得られやすくなる。
次に、本発明に用いる横方向成長方法の第２の形態について説明する。図７、図８は本発明に用いる横方向成長方法の第２の形態による一部の工程のウェーハの構造を示す模式的な断面図である。
本発明に用いる横方向成長方法の第２の形態は、図７に示すように、第１の工程で、異種基板１上に、第１の保護膜１１を、第１の保護膜１１の形成されていない部分（窓部）の表面積よりも大きい表面積を有して部分的に形成し、続いて第２の工程で、窓部の露出している異種基板１上にバッファ層を形成し、この上から図８に示すように第１の窒化物半導体層３を成長させる。第２の形態の成長方法において、バッファ層は場合によっては省略してもよい。
第２の形態の成長方法において、第１の窒化物半導体層３は、前記第１の形態の成長方法と同様に、窓部から成長を選択的にはじめ、第１の保護膜１１上を覆っていき、図８に示すように第１の窒化物半導体層３が形成される。また、図８に示すように、異種基板１と窒化物半導体（上記第２の形態の成長方法においてはバッファ層）との界面で発生した結晶欠陥は、前記第１の形態の成長方法と同様に、窓部から転位するが、第１の窒化物半導体層３の成長を続けるうちに転位が激減し、更に第１の保護膜１１上部にはほとんど結晶欠陥が発生せず、成長された第１の窒化物半導体層３の表面には結晶欠陥が少なくなる。
更に第２の形態の成長方法において、第１の形態の成長方法の場合と同様に、保護膜の幅と窓部の幅の調整や異種基板の面方位などを特定すると、より良好な第１の窒化物半導体が得られる。
第２の形態の成長方法で用いられる異種基板、保護膜、バッファ層、第１の窒化物半導体層３は、前記第１の形態の成長方法で用いられるものと同様のものが挙げられる。
第２の形態の成長方法において、第１の窒化物半導体層３は、前記第１の形態の成長方法と同様に、窓部から成長を選択的にはじめ、第１の保護膜１１上を覆っていき、図８に示すように第１の窒化物半導体層３が形成される。また、図８に示すように、異種基板１と窒化物半導体（上記第２の形態の成長方法においてはバッファ層）との界面で発生した結晶欠陥は、前記第１の形態の成長方法と同様に、窓部から転位するが、第１の窒化物半導体層３の成長を続けるうちに転位が激減し、更に第１の保護膜１１上部にはほとんど結晶欠陥が発生せず、成長された第１の窒化物半導体層３の表面には結晶欠陥が少なくなる。
更に第２の形態の成長方法において、第１の形態の成長方法の場合と同様に、保護膜の幅と窓部の幅の調整や異種基板の面方位などを特定すると、より良好な第１の窒化物半導体が得られる。
第２の形態の成長方法で用いられる異種基板、保護膜、バッファ層、第１の窒化物半導体層３は、前記第１の形態の成長方法で用いられるものと同様のものが挙げられる。
なお、本発明に用いる横方向成長方法の第２の形態においては、バッファ層、及びバッファ層の上に成長させる第１の窒化物半導体層３も、第１の窒化物半導体層という。つまり、請求項３の第２の工程において、異種基板１の表面と連続して、若しくは異種基板の上に成長させた窒化物半導体と連続して成長させて、第１の保護膜１１上部にまで成長させる窒化物半導体は全て第１の窒化物半導体層３と定義する。
更に、本発明に用いる横方向成長方法の第２の形態において、好ましくは、前記第１の形態の成長方法の場合と同様に、第３の工程として、第１の窒化物半導体層３の表面に現れた結晶欠陥を覆うように、結晶欠陥が現れやすい部分に、また第１の窒化物半導体層３の成長の初期に結晶欠陥が転位している窓部の上部等に、第２の保護膜１２を形成し、続いて第４の工程として、第２の保護膜１２を形成した第１の窒化物半導体層３の上に第２の窒化物半導体層４を成長させる。
このように第２の保護膜１２を形成すると、第１の形態の成長方法と同様に、第１の窒化物半導体層３の表面に現れている結晶欠陥の更なる転位の抑制、転位の中断した結晶欠陥の再転位の防止等が可能となり、結晶性の良好な信頼性の高い素子を形成できる窒化物半導体基板として、第２の窒化物半導体４を得ることができる。例えば、図８に示すように、第１の窒化物半導体層３の成長初期に結晶欠陥が転位している窓部上部に第２の保護膜を形成すると、転位の中断した結晶欠陥の再転位が生じても第２の保護膜１２で第２の窒化物半導体層４への転位が防止できる。
このように第２の保護膜１２を形成すると、第１の形態の成長方法と同様に、第１の窒化物半導体層３の表面に現れている結晶欠陥の更なる転位の抑制、転位の中断した結晶欠陥の再転位の防止等が可能となり、結晶性の良好な信頼性の高い素子を形成できる窒化物半導体基板として、第２の窒化物半導体４を得ることができる。例えば、図８に示すように、第１の窒化物半導体層３の成長初期に結晶欠陥が転位している窓部上部に第２の保護膜を形成すると、転位の中断した結晶欠陥の再転位が生じても第２の保護膜１２で第２の窒化物半導体層４への転位が防止できる。
なお、本発明の第１の形態、及び第２の形態の成長方法において、第３の工程と、第４の工程とは繰り返して行うこともできる。即ち、結晶欠陥の表出している窒化物半導体層の部分に、さらに新たな保護膜を形成し、その保護膜の上に、新たな窒化物半導体を成長させることが好ましい。
次に、本発明で用いられる異種基板の好ましい形態について説明する。
図９は窒化物半導体の結晶構造を示すユニットセル図である。窒化物半導体は正確には菱面体構造であるが、このように六方晶系で近似できる。本発明の方法では、好ましくはＣ面＝（０００１）面を主面とするサファイアを用い、第１の保護膜はサファイアＡ面＝（１１２−０）面に対して垂直なストライプ形状とする。例えば、図１０は主面側のサファイア基板の平面図である。この図はサファイアＣ面を主面とし、オリエンテーションフラット（オリフラ）面をＡ面としている。この図に示すように第１の保護膜のストライプをＡ面に対して垂直方向で、互いに平行なストライプを形成する。図１０に示すように、サファイアＣ面上に窒化物半導体を選択成長させた場合、窒化物半導体は面内ではＡ面に対して平行な方向で成長しやすく、垂直な方向では成長しにくい傾向にある。従ってＡ面に対して垂直な方向でストライプを設けると、ストライプとストライプの間の窒化物半導体がつながって成長しやすくなり、図２〜図８等に示したような結晶成長が容易に可能となる。
図９は窒化物半導体の結晶構造を示すユニットセル図である。窒化物半導体は正確には菱面体構造であるが、このように六方晶系で近似できる。本発明の方法では、好ましくはＣ面＝（０００１）面を主面とするサファイアを用い、第１の保護膜はサファイアＡ面＝（１１２−０）面に対して垂直なストライプ形状とする。例えば、図１０は主面側のサファイア基板の平面図である。この図はサファイアＣ面を主面とし、オリエンテーションフラット（オリフラ）面をＡ面としている。この図に示すように第１の保護膜のストライプをＡ面に対して垂直方向で、互いに平行なストライプを形成する。図１０に示すように、サファイアＣ面上に窒化物半導体を選択成長させた場合、窒化物半導体は面内ではＡ面に対して平行な方向で成長しやすく、垂直な方向では成長しにくい傾向にある。従ってＡ面に対して垂直な方向でストライプを設けると、ストライプとストライプの間の窒化物半導体がつながって成長しやすくなり、図２〜図８等に示したような結晶成長が容易に可能となる。
同様に、Ａ面を主面とするサファイア基板を用いた場合についても、例えばオリフラ面をＲ面＝（１１−０２）面とすると、Ｒ面に垂直方向に対して、互いに平行なストライプを形成することにより、ストライプ幅方向に対して窒化物半導体が成長しやすい傾向にあるため、結晶欠陥の少ない窒化物半導体層を成長させることができる。
またスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）に対しても、窒化物半導体の成長は異方性がああり、窒化物半導体の成長面を（１１１）面とし、オリフラ面を（１１０）面とすると、窒化物半導体は（１１０）面に対して平行方向に成長しやすい傾向があある。従って（１１０）面に対して垂直は方向にストライプを形成すると窒化物半導体層と隣接する窒化物半導体同士が保護膜の上部でつながって、結晶欠陥の少ない結晶を成長できる。上記説明は第１の保護膜についてであるが、第２の保護膜を形成する場合も同様に、第１の保護膜と平行方向のストライプを第２の窒化物半導体層表面に形成することが望ましい。なおスピネルは四方晶であるため特に図示していない。
次に、異種基板の主面からオフアングルした主面を有する異種基板について図１５を用いて説明する。図１５はこのサファイア基板の断面を拡大して示す模式図である。図１５に示すステップ状にオフアングルした基板は、ほぼ水平なテラス部分Ａと、段差部分Ｂとを有している。テラス部分Ａの表面凹凸は平均でおよそ０．５オングストローム、最大でおよそ２オングストローム程度に調整され、ほぼ規則正しく形成されている。一方、段差部分の高さはおよそ１５オングストローム程度に調整されている。なおオフ角θは誇張して示しているが、成長面の水平面に対して、０．１３゜しか傾斜していない。このようなオフ角を有するステップ状部分は、基板全体に渡って連続して形成されていることが望ましいが、特に部分的に形成されていても良い。オフ角θとは、図１５に示すように、複数の段差の底部を結んだ直線と、最上層のステップの水平面との角度を指すものとする。ステップ段差は３０オングストローム以下、さらに好ましくは２５オングストローム以下、最も好ましくは２０オングストローム以下にする。下限は２オングストローム以上が望ましい。特に基板にサファイアＣ面を用いた場合、Ｃ面からのオフ角θは１度以内、好ましくは０．８度以下、さらに好ましくは０．６度以下に調整する。なお本実施例ではステップ状のオフ基板を用いたが、特にステップ状でなくても、通常のオフ基板でも良い。適当にオフアングルした異種基板を用いることにより、窒化物半導体と異種基板との原子間距離が接近して、さらに結晶欠陥の少ないＧａＮ基板が得られる。
尚、本発明において、窒化物半導体を成長させる方法は、特に限定されないがＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法は、ＭＯＶＰＥ法であり、結晶をきれいに成長させることができる。しかし、ＭＯＶＰＥ法は時間がかかるため、膜厚が厚い場合には時間の短い方法で行うことが好ましい。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例１］（第１の形態の成長方法）
本実施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）について示すものであるが、ＭＯＶＰＥ法に限るものではなく、例えばＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
本実施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）について示すものであるが、ＭＯＶＰＥ法に限るものではなく、例えばＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
図１〜６は第１の形態を示す各工程のウェーハの模式断面図である。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を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、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、サファイア基板１上にＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、アンドープＧａＮ層２を５μｍの膜厚で成長させる。バッファ層とＧａＮ層２とを積層したウェーハの、そのＧａＮ層２の上にストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、窓部８μｍのＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１１を０．１μｍの膜厚で形成する（図１）。なお、第１の保護膜１１のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な方向とする。
第１の保護膜１１形成後、ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層を１００μｍの膜厚で成長させる（図２、図３）。
次に、ウェーハを反応容器から取り出し、第１の窒化物半導体層３の表面をラッピングして鏡面状とし、第１の保護膜１１の形成と同様にして、第１の窒化物半導体層３の表面に、ストライプ幅１２μｍ、間隔６μｍのＳｉ3Ｎ4よりなる第２の保護膜１２を０．１μｍの膜厚で、結晶欠陥を覆うように形成する（図４）。
第２の保護膜１２形成後、再度ウェーハを反応容器に戻し、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４を１５０μｍの膜厚で成長させる。第２の窒化物半導体層４成長後、ウエハを反応容器から取り出し、表面を鏡面研磨した。
（比較例）
一方、比較のため、Ｃ面を主面としＡ面をオリフラ面とするサファイア基板上に、第１の保護膜１１を形成せず、直接２００オングストロームのＧａＮバッファ層を成長させ、その上にＳｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮを１００μｍ成長させる。
一方、比較のため、Ｃ面を主面としＡ面をオリフラ面とするサファイア基板上に、第１の保護膜１１を形成せず、直接２００オングストロームのＧａＮバッファ層を成長させ、その上にＳｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮを１００μｍ成長させる。
上記実施例１で得られた第２の窒化物半導体層４と、比較例で得られたＧａＮ層の単位面積当たりの格子欠陥の数を断面ＴＥＭにより観察し比較すると、本発明の窒化物半導体は比較例のものと比べて１／２００以下に減少していた。
また、第２の保護膜１２及び第２の窒化物半導体層４を成長させない状態で、第１の窒化物半導体層３の表面を鏡面研磨して結晶欠陥の数を観測したところ、第１の窒化物半導体層３の結晶欠陥の数は、比較例のＧａＮ層の結晶欠陥の数に対して１／１００以下に減少していた。
また、第２の保護膜１２及び第２の窒化物半導体層４を成長させない状態で、第１の窒化物半導体層３の表面を鏡面研磨して結晶欠陥の数を観測したところ、第１の窒化物半導体層３の結晶欠陥の数は、比較例のＧａＮ層の結晶欠陥の数に対して１／１００以下に減少していた。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例２］（第２の形態の成長方法）
２インチφ、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上にストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）６μｍのＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１１を０．１μｍの膜厚で形成する（図７）。なお、ストライプ方向は図１０に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向で形成する。
２インチφ、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上にストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）６μｍのＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１１を０．１μｍの膜厚で形成する（図７）。なお、ストライプ方向は図１０に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向で形成する。
保護膜形成後、基板を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、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、第１の保護膜１１を形成した基板１上にＧａＮよりなるバッファ層を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。（図７）
バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３を１００μｍの膜厚で成長させる（図８参照）。
第１の窒化物半導体層３成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、第１の窒化物半導体層３の表面をラッピングして鏡面状とし、ＳｉドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板を得る。
実施例２で得られたＧａＮ層と、前記実施例１で示した比較例で得られたＧａＮ層の単位面積当たりの格子欠陥の数を断面ＴＥＭにより観察、比較すると、本発明の窒化物半導体層は比較例のものと比べて１／１０以下に減少していた。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例３］
実施例２で得られた第１の窒化物半導体層３の表面に、ストライプ状のマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、窓部６μｍのＳｉ3Ｎ4よりなる第２の保護膜１２を０．１μｍの膜厚で形成する（図８）。なお、第２の保護膜１２の位置は、図８に示すように、結晶欠陥を覆うように結晶欠陥上に、第２の保護膜１２の１０μｍのストライプがくるようにマスク合わせをしていると共に、第１の保護膜１１と平行なストライプを形成している。
第２の保護膜１２形成後、再度ウェーハを反応容器に戻し、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４を１５０μｍの膜厚で成長させる（図８）。第２の窒化物半導体層４成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、実施例２と同様にして、表面を鏡面研磨して、単位面積あたりの格子欠陥の数を、前記比較例のＧａＮ層と比較したところ、本発明のものは１／１００以下に減少していた。
実施例２で得られた第１の窒化物半導体層３の表面に、ストライプ状のマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、窓部６μｍのＳｉ3Ｎ4よりなる第２の保護膜１２を０．１μｍの膜厚で形成する（図８）。なお、第２の保護膜１２の位置は、図８に示すように、結晶欠陥を覆うように結晶欠陥上に、第２の保護膜１２の１０μｍのストライプがくるようにマスク合わせをしていると共に、第１の保護膜１１と平行なストライプを形成している。
第２の保護膜１２形成後、再度ウェーハを反応容器に戻し、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４を１５０μｍの膜厚で成長させる（図８）。第２の窒化物半導体層４成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、実施例２と同様にして、表面を鏡面研磨して、単位面積あたりの格子欠陥の数を、前記比較例のＧａＮ層と比較したところ、本発明のものは１／１００以下に減少していた。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例４］
実施例２において、基板１にＡ面を主面とし、オリフラ面をＲ面とするサファイアを用いる。このサファイア基板１の上に実施例２と同一の第１の保護膜１１を形成する。なお、第１の保護膜１１の形状はＲ面に対して垂直なストライプとする。後は実施例２と同様にしてＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３を１００μｍの膜厚で成長させたところ、実施例２とほぼ同等の結晶欠陥を有する窒化物半導体層が成長できた。
実施例２において、基板１にＡ面を主面とし、オリフラ面をＲ面とするサファイアを用いる。このサファイア基板１の上に実施例２と同一の第１の保護膜１１を形成する。なお、第１の保護膜１１の形状はＲ面に対して垂直なストライプとする。後は実施例２と同様にしてＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３を１００μｍの膜厚で成長させたところ、実施例２とほぼ同等の結晶欠陥を有する窒化物半導体層が成長できた。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例５］
実施例５はＨＶＰＥ法により第１の窒化物半導体層３を成長させる。まず、（１１１）面を主面とし、オリフラ面を（１１０）面とする、１インチφのスピネルよりなる基板１を用意する。このスピネル基板１の表面に実施例２と同様にして、フォトマスクを形成し、ＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１１を、オリフラ面に対して垂直なストライプ形状で形成する。なおストライプ幅は１２μｍ、ストライプ間隔は６μｍとする。
実施例５はＨＶＰＥ法により第１の窒化物半導体層３を成長させる。まず、（１１１）面を主面とし、オリフラ面を（１１０）面とする、１インチφのスピネルよりなる基板１を用意する。このスピネル基板１の表面に実施例２と同様にして、フォトマスクを形成し、ＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１１を、オリフラ面に対して垂直なストライプ形状で形成する。なおストライプ幅は１２μｍ、ストライプ間隔は６μｍとする。
ＨＶＰＥ装置では、石英よりなる反応容器管の内部にＧａメタルを入れた石英ボートを設置する。さらに石英ボートから離れた位置に、斜めに傾けた前述の基板１を設置する。なお、反応容器内のＧａメタルに接近した位置にはハロゲンガス供給管が設けられ、ハロゲンガス供給管とは別に、基板に接近した位置にはＮ源供給管が設けられている。
ハロゲンガス管より窒素キャリアガスと主に、ＨＣｌガスを導入する。この際Ｇａメタルのボートは９００℃に加熱し、スピネル基板側は１０５０℃に加熱してある。そして、ＨＣｌガスとＧａを反応させてＧａＣｌ3を生成させ、スピネル基板側に接近したＮ源供給管からはアンモニアガスを同じく窒素キャリアガスと主に供給し、さらに、ハロゲンガスと共にシランガスを供給し、成長速度５０μｍ／hrで３時間成長を行い、厚さ１５０μｍのＳｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮを成長させる。
成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、ＧａＮ層をラッピングして表面の凹凸を除去し、格子欠陥を測定したところ、実施例２のものとほぼ同等の窒化物半導体層が得られた。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例６］
実施例２において、サファイア基板１上にストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）５μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜１１を１μｍの膜厚で形成する他は同様にして、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３を１００μｍの膜厚で成長させる。第１の窒化物半導体層３成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、第１の窒化物半導体層３の表面をラッピングして鏡面状とし、ＳｉドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板を得る。
実施例２において、サファイア基板１上にストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）５μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜１１を１μｍの膜厚で形成する他は同様にして、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３を１００μｍの膜厚で成長させる。第１の窒化物半導体層３成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、第１の窒化物半導体層３の表面をラッピングして鏡面状とし、ＳｉドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板を得る。
実施例６で得られたＧａＮ層と、前記実施例１で示した比較例で得られたＧａＮ層のウエハ上に１０×１５μｍの範囲を任意に９箇所選び、単位面積あたりの結晶欠陥の数を断面ＴＥＭにより観察し、結晶欠陥の数を測定した。なお、結晶欠陥の測定方法は、まず上記ＧａＮ基板をドライエッチングにより約１μｍエッチングし、その後断面ＴＥＭにより観察を行い結晶欠陥を数える。
その結果、本発明は、結晶欠陥の数が約１．３×１０6個／ｃｍ2であり、前記比較例は約２．４×１０7個／ｃｍ2であり、本発明のものは比較例に比べ１／１０以下に減少していた。また、実施例２と比較すると結晶欠陥の数がさらに減少した。
その結果、本発明は、結晶欠陥の数が約１．３×１０6個／ｃｍ2であり、前記比較例は約２．４×１０7個／ｃｍ2であり、本発明のものは比較例に比べ１／１０以下に減少していた。また、実施例２と比較すると結晶欠陥の数がさらに減少した。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例７］
実施例１において、アンドープＧａＮ層２上にストライプ幅１０μｍ、窓部３μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜１１を１μｍの膜厚で形成する他は同様にして第１の窒化物半導体層３を１００μｍの膜厚で成長させる。第１の窒化物半導体層３成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、第１の窒化物半導体層３の裏面をラッピングしてサファイア基板を除去して鏡面状とし、ＳｉドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板を得る。
実施例６と同様に単位面積当たりの結晶欠陥の数を測定したところ、実施例６よりすくなく１×１０3個／ｃｍ2であり、結晶欠陥のほとんどない非常に良好な結晶性を有する素子基板となる窒化物半導体基板を得ることができた。
また、本実施例７は、実施例１の第１の窒化物半導体層３と比較しても、結晶欠陥の数がさらに減少していた。
実施例１において、アンドープＧａＮ層２上にストライプ幅１０μｍ、窓部３μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜１１を１μｍの膜厚で形成する他は同様にして第１の窒化物半導体層３を１００μｍの膜厚で成長させる。第１の窒化物半導体層３成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、第１の窒化物半導体層３の裏面をラッピングしてサファイア基板を除去して鏡面状とし、ＳｉドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板を得る。
実施例６と同様に単位面積当たりの結晶欠陥の数を測定したところ、実施例６よりすくなく１×１０3個／ｃｍ2であり、結晶欠陥のほとんどない非常に良好な結晶性を有する素子基板となる窒化物半導体基板を得ることができた。
また、本実施例７は、実施例１の第１の窒化物半導体層３と比較しても、結晶欠陥の数がさらに減少していた。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例８］
実施例６において、基板１にＡ面を主面とし、オリフラ面をＲ面とするサファイアを用いる他は同様にして、サファイア基板１の上に第１の保護膜１１を形成し、続いて、ＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３を１００μｍの膜厚で成長させる。なお、第１の保護膜１１の形状はＲ面に対して垂直なストライプとする。この結果、実施例６とほぼ同等の結晶欠陥の非常に少ない窒化物半導体層が成長できた。
実施例６において、基板１にＡ面を主面とし、オリフラ面をＲ面とするサファイアを用いる他は同様にして、サファイア基板１の上に第１の保護膜１１を形成し、続いて、ＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３を１００μｍの膜厚で成長させる。なお、第１の保護膜１１の形状はＲ面に対して垂直なストライプとする。この結果、実施例６とほぼ同等の結晶欠陥の非常に少ない窒化物半導体層が成長できた。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例９］
実施例５において、ＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１１を、ストライプ幅を１０μｍ、窓部を３μｍ、厚みを１μｍとして形成する他は同様にして、厚さ１５０μｍのＳｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮを成長させる。成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、スピネル基板をラッピングして除去し、結晶欠陥の数を測定したところ、実施例５のものとほぼ同等あるいはそれ以上の結晶欠陥の非常に少ない窒化物半導体層が得られた。
実施例５において、ＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１１を、ストライプ幅を１０μｍ、窓部を３μｍ、厚みを１μｍとして形成する他は同様にして、厚さ１５０μｍのＳｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮを成長させる。成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、スピネル基板をラッピングして除去し、結晶欠陥の数を測定したところ、実施例５のものとほぼ同等あるいはそれ以上の結晶欠陥の非常に少ない窒化物半導体層が得られた。
［実施例１０：参考例］
図１１は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体層を基板とする一ＬＥＤ素子の構造を示す模式断面図である。以下、図１１を元に実施例１０について説明する。
図１１は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体層を基板とする一ＬＥＤ素子の構造を示す模式断面図である。以下、図１１を元に実施例１０について説明する。
実施例２で得られたウエハのサファイア基板１、バッファ層、第１の保護膜１１、一部の第１の窒化物半導体層３を研磨、除去し、第１の窒化物半導体層３の表面を露出させ第１の窒化物半導体層３のみにする。第１の窒化物半導体層３（ＳｉドープＧａＮ）を主面とするウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器内にセットし、１０５０℃でこの第１の窒化物半導体層３の異種基板１等を除去して露出した面とは反対の面上に、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２のバッファ層３１を成長させる。この第２のバッファ層３１は通常９００℃以上の高温で成長させる窒化物半導体単結晶層であり、先の基板との格子不整合を緩和するための低温で成長させるバッファ層２とは区別される。
さらに、第２のバッファ層３１の上に膜厚２０オングストローム、単一量子井戸構造のＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる活性層３２、膜厚０．３μｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ側クラッド層３３、膜厚０．５μｍのＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層３４を順に成長させる。
素子構造となる第２のバッファ層３１〜ｐ側コンタクト層３４成長後、ウェーハを反応容器から取出し、窒素雰囲気中で６００℃アニーリングして、ｐ側クラッド層３３、ｐ側コンタクト層３４を低抵抗にする。その後、ｐ側コンタクト層３４側からエッチングを行い、第１の窒化物半導体層３の表面を露出させる。このように、活性層から下の窒化物半導体層をエッチングにより露出させ、チップ切断時の「切りしろ」を設けることにより、切断時にｐ−ｎ接合面に衝撃を与えにくくなるため、歩留も向上し、信頼性の高い素子が得られる。
エッチング後、ｐ側コンタクト層３４の表面のほぼ全面にＮｉ／Ａｕよりなる透光性のｐ電極３５を２００オングストロームの膜厚で形成し、そのｐ電極３５の上に、ボンディング用のパッド電極３６を０．５μｍの膜厚で形成する。ｐ電極形成後のチップの平面図（パッド電極３６側から見た図）を図１２に示す。
ｐ側の電極形成後、サファイア基板１等を除去して露出した第１の窒化物半導体層３層の表面全面に、ｎ電極３７を０．５μｍの膜厚で形成する。
その後、ｎ電極側からスクライブし、第１の窒化物半導体層３のＭ面（１０１−０）と、そのＭ面に垂直な面で劈開し、３００μｍ角のＬＥＤチップを得る。このＬＥＤは２０ｍＡにおいて、５２０ｎｍの緑色発光を示し、出力は従来のサファイア基板上に窒化物半導体素子構造を成長されたものに比較して２倍以上、静電耐圧も２倍以上と、非常に優れた特性を示した。
［実施例１１：本件実施例］
図１３は本発明の一レーザ素子の構造を示す模式断面図である。以下、図１３を元に実施例１１について説明する。
図１３は本発明の一レーザ素子の構造を示す模式断面図である。以下、図１３を元に実施例１１について説明する。
実施例３で得られたウエハのサファイア基板１、バッファ層、第１の保護膜１１、第１の窒化物半導体層３、第２の保護膜１２、第２の窒化物半導体層４の一部を研磨除去し、第２の窒化物半導体層４（ＳｉドープＧａＮ）を主面とするウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器内にセットし、１０５０℃でこの第２の窒化物半導体層のサファイア基板１等を除去して露出した面とは反対の面上に、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第３のバッファ層４１を成長させる。第３のバッファ層４１は実施例１０と同じく、９００℃以上の高温で成長させる窒化物半導体単結晶層であり、従来より成長される基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和するための低温で成長させるバッファ層とは区別される。レーザ素子を作製する場合、この第３のバッファ層４１は膜厚１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オングストローム以下の互いに組成が異なる窒化物半導体を積層してなる歪超格子層とすることが好ましい。歪超格子層とすると、単一窒化物半導体層の結晶性が良くなるため、高出力なレーザ素子が実現できる。またＬＥＤ素子のクラッド層に歪超格子層を適用しても良い。
（クラック防止層４２）
次にＳｉを５×１０18／cm3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層４２を５００オングストロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層４２はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防止することができる。クラック防止層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層４２は省略することもできる。
次にＳｉを５×１０18／cm3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層４２を５００オングストロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層４２はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防止することができる。クラック防止層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層４２は省略することもできる。
（ｎ側クラッド層４３）
次に、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。ｎ側クラッド層４３はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを含む超格子層とすることが望ましく、超格子層全体の膜厚を１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。超格子層にするとクラックのない結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。
次に、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。ｎ側クラッド層４３はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを含む超格子層とすることが望ましく、超格子層全体の膜厚を１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。超格子層にするとクラックのない結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。
（ｎ側光ガイド層４４）
続いて、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層４４を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層４４は、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。このｎ側光ガイド層４４は通常はＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープしてｎ型の導電型とするが、特にアンドープにすることもできる。超格子とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｎ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
続いて、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層４４を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層４４は、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。このｎ側光ガイド層４４は通常はＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープしてｎ型の導電型とするが、特にアンドープにすることもできる。超格子とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｎ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
（活性層４５）
次に、アンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、アンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させる。また、井戸層及び／または障壁層にＳｉをドープしてもよく、Ｓｉをドープするとしきい値が低下し好ましい。
次に、アンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、アンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させる。また、井戸層及び／または障壁層にＳｉをドープしてもよく、Ｓｉをドープするとしきい値が低下し好ましい。
（ｐ側キャップ層４６）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、かつ活性層４５よりも大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ側キャップ層４６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。このｐ側キャップ層４６はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償されたｉ型、若しくはアンドープとしても良く、最も好ましくはｐ型不純物をドープした層とする。ｐ側キャップ層１７の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは３００オングストローム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ型キャップ層４６中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからである。Ａｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌYＧａ1-YＮであれば５００オングストローム以下に調整することが望ましい。ｐ側キャップ層４６の膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、かつ活性層４５よりも大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ側キャップ層４６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。このｐ側キャップ層４６はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償されたｉ型、若しくはアンドープとしても良く、最も好ましくはｐ型不純物をドープした層とする。ｐ側キャップ層１７の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは３００オングストローム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ型キャップ層４６中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからである。Ａｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌYＧａ1-YＮであれば５００オングストローム以下に調整することが望ましい。ｐ側キャップ層４６の膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。
（ｐ側光ガイド層４７）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層４７を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として作用し、ｎ側光ガイド層４４と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ましい。また、この層はｐ側クラッド層４８を成長させる際のバッファ層としても作用し、１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることにより、好ましい光ガイド層として作用する。このｐ側光ガイド層は通常はＭｇ等のｐ型不純物をドープしてｐ型の導電型とするが、特に不純物をドープしなくても良い。なお、このｐ型光ガイド層を超格子層とすることもできる。超格子層とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｐ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層４７を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として作用し、ｎ側光ガイド層４４と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ましい。また、この層はｐ側クラッド層４８を成長させる際のバッファ層としても作用し、１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることにより、好ましい光ガイド層として作用する。このｐ側光ガイド層は通常はＭｇ等のｐ型不純物をドープしてｐ型の導電型とするが、特に不純物をドープしなくても良い。なお、このｐ型光ガイド層を超格子層とすることもできる。超格子層とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｐ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
（ｐ側クラッド層４８）
次に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。この層はｎ側クラッド層４３と同じくキャリア閉じ込め層として作用し、超格子構造とすることによりｐ型層側の抵抗率を低下させるための層として作用する。このｐ側クラッド層４８の膜厚も特に限定しないが、１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。なお本実施例では超格子層をｎ側クラッド層側にも設けたが、ｎ側クラッド層側よりもｐ側層側に超格子層を設けた方が、ｐ層の抵抗値が減少する傾向にあるため、Ｖｆを低下させる上で好ましい。
次に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。この層はｎ側クラッド層４３と同じくキャリア閉じ込め層として作用し、超格子構造とすることによりｐ型層側の抵抗率を低下させるための層として作用する。このｐ側クラッド層４８の膜厚も特に限定しないが、１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。なお本実施例では超格子層をｎ側クラッド層側にも設けたが、ｎ側クラッド層側よりもｐ側層側に超格子層を設けた方が、ｐ層の抵抗値が減少する傾向にあるため、Ｖｆを低下させる上で好ましい。
量子構造の井戸層を有する活性層４５を有するダブルへテロ構造の窒化物半導体素子の場合、活性層４５に接して、活性層４５よりもバンドギャップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含む窒化物半導体よりなるキャップ層４６を設け、そのキャップ層４６よりも活性層から離れた位置に、キャップ層４６よりもバッドギャップエネルギーが小さいｐ側光ガイド層４７を設け、そのｐ側光ガイド層４７よりも活性層から離れた位置に、ｐ側光ガイド層４７よりもバンドギャップが大きいＡｌを含む窒化物半導体を含む超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を設けることは非常に好ましい。しかもｐ側キャップ層４６のバンドギャップエネルギーが大きくしてある、ｎ層から注入された電子がこのキャップ層４６で阻止されるため、電子が活性層をオーバーフローしないために、素子のリーク電流が少なくなる。
（ｐ側コンタクト層４９）
最後に、Ｍｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層４９を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層は５００オングストローム以下、さらに好ましくは４００オングストローム以下、２０オングストローム以上に膜厚を調整する。
最後に、Ｍｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層４９を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層は５００オングストローム以下、さらに好ましくは４００オングストローム以下、２０オングストローム以上に膜厚を調整する。
反応終了後、反応容器内において、ウェーハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、図１３に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ型コンタクト層２０と、ｐ型クラッド層１９とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とし、リッジ表面の全面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極５１を形成する。次に、図１３に示すようにｐ電極５１を除くｐ側クラッド層４８、コンタクト層４９の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜５０を形成し、この絶縁膜５０を介してｐ電極５１と電気的に接続したｐパッド電極５２を形成する。
ｐ側電極形成後、ウェーハのサファイア基板１等を研磨、除去し露出された素子構造を有していない第２の窒化物半導体層４の表面全面に、Ｔｉ／Ａｌよりなるｎ電極５３を０．５μｍの膜厚で形成し、その上にヒートシンクとのメタライゼーション用にＡｕ／Ｓｎよりなる薄膜を形成する。
その後、ｎ電極側５３からスクライブし、第２の窒化物半導体層４のＭ面（１１−００、図９の六角柱の側面に相当する面）で第２の窒化物半導体層４を劈開し、共振面を作製する。共振面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとした。次にチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシンクに設置し、ｐパッド電極５２をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、閾値電流密度２．０ｋＡ／cm2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。
［実施例１２：参考例］
図１４は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体層を基板とする一ＬＥＤ素子の構造を示す模式断面図であり、第２の窒化物半導体層４よりなる基板より上の素子構造としては、実施例１０のＬＥＤ素子と同様の構造を有する。
また、実施例１２のＬＥＤ素子の窒化物半導体基板としては、実施例３においてＳｉをドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３の膜厚を２５μｍ、第２の窒化物半導体層４をアンドープのＧａＮとしての膜厚を２５μｍとした他は同様にして形成されたものを用いる。
このようにして得られたアンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４の上に、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２のバッファ層３１、膜厚２０オングストローム、単一量子井戸構造のＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる活性層３２、膜厚０．３μｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ側クラッド層３３、膜厚０．５μｍのＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層３４が順に積層された構造を有しており、ｐ側コンタクト層３４のほぼ全面には透光性のｐ電極３５と、そのｐ電極３５の上に、ボンディング用のパッド電極３６が形成されている。
なお、基板１、バッファ層２、第１の窒化物半導体層３、第１の保護膜１１、第２の保護膜１２の全て、及び第２の窒化物半導体層４の一部は実施例１０と同様にして除去して、本実施例のように同一面側にｎ電極とｐ電極とを設けた構造とすることもできる。
図１４は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体層を基板とする一ＬＥＤ素子の構造を示す模式断面図であり、第２の窒化物半導体層４よりなる基板より上の素子構造としては、実施例１０のＬＥＤ素子と同様の構造を有する。
また、実施例１２のＬＥＤ素子の窒化物半導体基板としては、実施例３においてＳｉをドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３の膜厚を２５μｍ、第２の窒化物半導体層４をアンドープのＧａＮとしての膜厚を２５μｍとした他は同様にして形成されたものを用いる。
このようにして得られたアンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４の上に、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２のバッファ層３１、膜厚２０オングストローム、単一量子井戸構造のＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる活性層３２、膜厚０．３μｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ側クラッド層３３、膜厚０．５μｍのＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層３４が順に積層された構造を有しており、ｐ側コンタクト層３４のほぼ全面には透光性のｐ電極３５と、そのｐ電極３５の上に、ボンディング用のパッド電極３６が形成されている。
なお、基板１、バッファ層２、第１の窒化物半導体層３、第１の保護膜１１、第２の保護膜１２の全て、及び第２の窒化物半導体層４の一部は実施例１０と同様にして除去して、本実施例のように同一面側にｎ電極とｐ電極とを設けた構造とすることもできる。
この素子が実施例１０の素子と異なる点は、実施例１０で窒化物半導体基板として用いられる第１の窒化物半導体層３よりも結晶性の良い第２の窒化物半導体層４の上に素子構造が形成されており、さらに同一面側にｐ電極３５と負電極３７とを設けていることである。
アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４の上に、ｎ型不純物をドープした窒化物半導体層（第２のバッファ層３１）を積層した構造の窒化物半導体素子においてｎ型層側にｎ電極を設ける場合、ｎ型不純物をドープした窒化物半導体層の方にｎ電極を設ける方が、Ｖｆが低く、発光効率の高いＬＥＤ素子が得られやすい傾向にある。なお、このＬＥＤ素子は実施例１０のＬＥＤ素子に比較して、出力は約１．５倍、静電耐圧も約１．５倍に向上した。
アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４の上に、ｎ型不純物をドープした窒化物半導体層（第２のバッファ層３１）を積層した構造の窒化物半導体素子においてｎ型層側にｎ電極を設ける場合、ｎ型不純物をドープした窒化物半導体層の方にｎ電極を設ける方が、Ｖｆが低く、発光効率の高いＬＥＤ素子が得られやすい傾向にある。なお、このＬＥＤ素子は実施例１０のＬＥＤ素子に比較して、出力は約１．５倍、静電耐圧も約１．５倍に向上した。
［実施例１３：参考例］
実施例１と同様に、サファイアＣ面を主面として、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームと、アンドープＧａＮ層２を４μｍ成長させたウェーハを用意し、ＣＶＤ装置を用いて、このアンドープＧａＮ層２の上にストライプ幅２０μｍ、窓部５μｍのＳｉＯ2よりなる第１の保護膜を０．１μｍの膜厚で形成してなるウェーハを、ＭＯＶＰＥ装置に移送し、アンドープＧａＮ層２及び第１の保護膜の上に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させ、素子構造を成長させるための窒化物半導体基板を形成する。
実施例１と同様に、サファイアＣ面を主面として、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームと、アンドープＧａＮ層２を４μｍ成長させたウェーハを用意し、ＣＶＤ装置を用いて、このアンドープＧａＮ層２の上にストライプ幅２０μｍ、窓部５μｍのＳｉＯ2よりなる第１の保護膜を０．１μｍの膜厚で形成してなるウェーハを、ＭＯＶＰＥ装置に移送し、アンドープＧａＮ層２及び第１の保護膜の上に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させ、素子構造を成長させるための窒化物半導体基板を形成する。
後は実施例１２と同様にして、第１の窒化物半導体層の上に、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２のバッファ層、膜厚２０オングストローム、単一量子井戸構造のＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる活性層、膜厚０．３μｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ側クラッド層、膜厚０．５μｍのＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を順に積層する。そしてｐ層側からエッチングを行い不純物濃度の大きい第１の窒化物半導体層３の表面を露出させてｎ電極を形成し、一方ｐ側コンタクト層のほぼ全面には透光性のｐ電極と、そのｐ電極の上に、ボンディング用のパッド電極を形成し、図１４に示すような同一面側からｎ電極とｐ電極とを設けた構造とする。最後にサファイア基板の厚さを５０μｍ程度まで研磨して薄くした後、研磨面側をスクライブして３５０μｍ角の素子とする。このＬＥＤ素子は、第１の保護膜がＧａＮ層上に形成され、更に第１の保護膜の窓部を５μｍとして第１の窒化物半導体層が形成されており、異種基板上に第１の保護膜を形成して窓部を６μｍとして第１の窒化物半導体層を形成して行った実施例１０のＬＥＤ素子に比べ、より良好な特性を示した。
［実施例１４：参考例］
Ｃ面からのオフアングル角θ＝０．１３゜、ステップ段差およそ１５オングストローム、テラス幅Ｗおよそ５６オングストロームのステップを有し、オリフラ面をＡ面とする２インチφのサファイア基板を用意する。図１５はこのサファイア基板の断面を拡大して示す模式図である。図１５に示すステップ状にオフアングルした基板は、ほぼ水平なテラス部分Ａと、段差部分Ｂとを有している。テラス部分Ａの表面凹凸は平均でおよそ０．５オングストローム、最大でおよそ２オングストローム程度に調整され、ほぼ規則正しく形成されている。一方、段差部分の高さはおよそ１５オングストローム程度に調整されている。なおオフ角θは誇張して示しているが、成長面の水平面に対して、０．１３゜しか傾斜していない。このようなオフ角を有するステップ状部分は、基板全体に渡って連続して形成されていることが望ましいが、特に部分的に形成されていても良い。オフ角θとは、図１５に示すように、複数の段差の底部を結んだ直線と、最上層のステップの水平面との角度を指すものとする。ステップ段差は３０オングストローム以下、さらに好ましくは２５オングストローム以下、最も好ましくは２０オングストローム以下にする。下限は２オングストローム以上が望ましい。特に基板にサファイアＣ面を用いた場合、Ｃ面からのオフ角θは１度以内、好ましくは０．８度以下、さらに好ましくは０．６度以下に調整する。なお本実施例ではステップ状のオフ基板を用いたが、特にステップ状でなくても、通常のオフ基板でも良い。適当にオフアングルした異種基板を用いることにより、窒化物半導体と異種基板との原子間距離が接近し、ステップ成長が可能となり、より一層結晶欠陥の少ないＧａＮ基板が得られる。
Ｃ面からのオフアングル角θ＝０．１３゜、ステップ段差およそ１５オングストローム、テラス幅Ｗおよそ５６オングストロームのステップを有し、オリフラ面をＡ面とする２インチφのサファイア基板を用意する。図１５はこのサファイア基板の断面を拡大して示す模式図である。図１５に示すステップ状にオフアングルした基板は、ほぼ水平なテラス部分Ａと、段差部分Ｂとを有している。テラス部分Ａの表面凹凸は平均でおよそ０．５オングストローム、最大でおよそ２オングストローム程度に調整され、ほぼ規則正しく形成されている。一方、段差部分の高さはおよそ１５オングストローム程度に調整されている。なおオフ角θは誇張して示しているが、成長面の水平面に対して、０．１３゜しか傾斜していない。このようなオフ角を有するステップ状部分は、基板全体に渡って連続して形成されていることが望ましいが、特に部分的に形成されていても良い。オフ角θとは、図１５に示すように、複数の段差の底部を結んだ直線と、最上層のステップの水平面との角度を指すものとする。ステップ段差は３０オングストローム以下、さらに好ましくは２５オングストローム以下、最も好ましくは２０オングストローム以下にする。下限は２オングストローム以上が望ましい。特に基板にサファイアＣ面を用いた場合、Ｃ面からのオフ角θは１度以内、好ましくは０．８度以下、さらに好ましくは０．６度以下に調整する。なお本実施例ではステップ状のオフ基板を用いたが、特にステップ状でなくても、通常のオフ基板でも良い。適当にオフアングルした異種基板を用いることにより、窒化物半導体と異種基板との原子間距離が接近し、ステップ成長が可能となり、より一層結晶欠陥の少ないＧａＮ基板が得られる。
前記サファイア基板のオフアングル面に実施例１３と同様に、ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームと、アンドープＧａＮ層を４μｍ成長させた後、ＣＶＤ装置を用いて、このアンドープＧａＮ層の上にストライプ幅２５μｍ、窓部５μｍのＳｉＯ2よりなる第１の保護膜を０．１μｍの膜厚で形成する。同様に第１の保護膜のストライプ方向はＡ面に対して垂直とする。
次に、このウェーハをＭＯＶＰＥ装置に移送し、アンドープＧａＮ層及び第１の保護膜の上に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層を１０μｍの膜厚で成長させ、その第１の窒化物半導体層の上に、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２のバッファ層、膜厚２０オングストローム、単一量子井戸構造のＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる活性層、膜厚０．３μｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ側クラッド層、膜厚０．５μｍのＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を順に積層する。後は実施例１３と同様にして、エッチングにより第１の窒化物半導体層の表面を露出させて、図１４に示すような同一面側からｎ電極とｐ電極とを設けた構造とする。そして、サファイア基板の厚さを５０μｍ程度まで研磨して薄くした後、３５０μｍ角の素子とする。このＬＥＤ素子は実施例１３のＬＥＤ素子と比較して、出力でおよそ５％向上した。
［実施例１５：参考例］
実施例１３において、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層１０μｍ成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、その第１の保護膜の窓部に相当する位置に、ストライプ幅１５μｍの第２の保護膜を０．１μｍの厚さで形成する。そして再度ウェーハをＭＯＶＰＥ装置に移送し、第１の窒化物半導体層と、第２の保護膜の上に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させる。
実施例１３において、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層１０μｍ成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、その第１の保護膜の窓部に相当する位置に、ストライプ幅１５μｍの第２の保護膜を０．１μｍの厚さで形成する。そして再度ウェーハをＭＯＶＰＥ装置に移送し、第１の窒化物半導体層と、第２の保護膜の上に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させる。
後は実施例１３と同様にして、第２の窒化物半導体層の上に、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２のバッファ層、膜厚２０オングストローム、単一量子井戸構造のＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる活性層、膜厚０．３μｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ側クラッド層、膜厚０．５μｍのＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を順に積層し、第２の窒化物半導体層の表面を露出させてｎ電極を形成し、ｐ側コンタクト層のほぼ全面には透光性のｐ電極、パッド電極を形成し、同一面側からｎ電極とｐ電極とを設けた構造とする。最後にサファイア基板の厚さを５０μｍ程度まで研磨して薄くした後、研磨面側をスクライブして３５０μｍ角の素子とする。このＬＥＤ素子は実施例１２のＬＥＤ素子より良好の特性を示した。
［実施例１６：参考例］
実施例１０において、素子構造を形成する窒化物半導体基板を、実施例６と同様にして第１の窒化物半導体層３を成長させ、このウェーハのサファイア基板１、バッファ層、保護膜１１等を研磨、除去し、第１の窒化物半導体層３の表面を露出させ、第１の窒化物半導体層３のみにして窒化物半導体基板とする他は同様にしてＬＥＤチップを得る。
このＬＥＤは、実施例１０と同様に非常に優れた特性を示したが、本発明の実施例１０と比較すると実施例１６のほうがより良好であった。
実施例１０において、素子構造を形成する窒化物半導体基板を、実施例６と同様にして第１の窒化物半導体層３を成長させ、このウェーハのサファイア基板１、バッファ層、保護膜１１等を研磨、除去し、第１の窒化物半導体層３の表面を露出させ、第１の窒化物半導体層３のみにして窒化物半導体基板とする他は同様にしてＬＥＤチップを得る。
このＬＥＤは、実施例１０と同様に非常に優れた特性を示したが、本発明の実施例１０と比較すると実施例１６のほうがより良好であった。
［実施例１７：本件実施例］
以下、図１６を元に実施例１７について説明する。図１６は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体層を基板とする一レーザ素子の構造を示す模式断面図である。
以下、図１６を元に実施例１７について説明する。図１６は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体層を基板とする一レーザ素子の構造を示す模式断面図である。
実施例６で得られたウェーハのサファイア基板１、バッファ層２、保護膜１１を研磨、除去し、第１の窒化物半導体層３の表面を露出させ、第１の窒化物半導体層３のみにする。
次に、第１の窒化物半導体層３（ＳｉドープＧａＮ）を主面とするウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器内にセットし、この第１の窒化物半導体層３の異種基板等を除去して露出された面とは反対の面上に下記各層を形成する。
（ｎ側クラッド層４３）
次に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。
次に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。
（ｎ側光ガイド層４４）
続いて、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層４４を０．１μｍの膜厚で成長させる。
続いて、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層４４を０．１μｍの膜厚で成長させる。
（活性層４５）
次に、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させる。
次に、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させる。
（ｐ側キャップ層４６）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、かつ活性層４５よりも大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ側キャップ層４６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、かつ活性層４５よりも大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ側キャップ層４６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
（ｐ側光ガイド層４７）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇを１×１０18／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層４７を０．１μｍの膜厚で成長させる。
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇを１×１０18／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層４７を０．１μｍの膜厚で成長させる。
（ｐ側クラッド層４８）
次に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。
次に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。
（ｐ側コンタクト層４９）
最後に、Ｍｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層４９を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
最後に、Ｍｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層４９を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
反応終了後、反応容器内において、ウェーハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、図１６に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ型コンタクト層２０と、ｐ型クラッド層１９とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とし、リッジ表面の全面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極５１を形成する。次に、図１６に示すようにｐ電極５１を除くｐ側クラッド層４８、コンタクト層４９の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜５０を形成し、この絶縁膜５０を介してｐ電極５１と電気的に接続したｐパッド電極５２を形成する。
ｐ側電極形成後、第１の窒化物半導体層３の素子構造が形成されていない表面全面に、Ｔｉ／Ａｌよりなるｎ電極５３を０．５μｍの膜厚で形成し、その上にヒートシンクとのメタライゼーション用にＡｕ／Ｓｎよりなる薄膜を形成する。
その後、ｎ電極側５３からスクライブし、第１の窒化物半導体層３のＭ面（１１−００、図９の六角柱の側面に相当する面）で第１の窒化物半導体層３を劈開し、共振面を作製する。共振面の両方あるいはどちらか一方にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとした。次にチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシンクに設置し、ｐパッド電極５２をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、閾値電流密度２．０ｋＡ／cm2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。
［実施例１８：参考例］
図１７は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体層を基板とする一ＬＥＤ素子の構造を示す模式断面図である。活性層３２から上の素子構造としては、実施例１６のＬＥＤ素子と同様の構造を有する。また実施例１８のＬＥＤ素子の窒化物半導体基板としては、実施例７と同様にしてアンドープのＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３成長させ、このウエハのサファイア基板１、バッファ層、窒化物半導体層２、第１の保護膜１１等を除去して第１の窒化物半導体層３のみにしたものを用いる。この第１の窒化物半導体層３のサファイア基板１や第１の保護膜１１を除去して露出された面とは反対側の面上に、下記の超格子層を有するｎ側クラッド層５１を成長させる。
（ｎ側クラッド層５１）
Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。超格子層にするとクラックのない結晶性の良いキャリア閉じ込めのクラッド層が形成できる。
図１７は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体層を基板とする一ＬＥＤ素子の構造を示す模式断面図である。活性層３２から上の素子構造としては、実施例１６のＬＥＤ素子と同様の構造を有する。また実施例１８のＬＥＤ素子の窒化物半導体基板としては、実施例７と同様にしてアンドープのＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３成長させ、このウエハのサファイア基板１、バッファ層、窒化物半導体層２、第１の保護膜１１等を除去して第１の窒化物半導体層３のみにしたものを用いる。この第１の窒化物半導体層３のサファイア基板１や第１の保護膜１１を除去して露出された面とは反対側の面上に、下記の超格子層を有するｎ側クラッド層５１を成長させる。
（ｎ側クラッド層５１）
Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。超格子層にするとクラックのない結晶性の良いキャリア閉じ込めのクラッド層が形成できる。
次に、形成されたクラッド層５１上に、実施例１６と同様の、活性層３２、ｐ側クラッド層３３、ｐ側コンタクト層３４が順に積層された構造を有する。そしてｐ層側からエッチングを行い不純物濃度の大きいｎ側クラッド層５１の表面を露出させてｎ電極を形成し、一方ｐ側コンタクト層のほぼ全面には透光性のｐ電極と、そのｐ電極の上に、ボンディング用のパッド電極を形成し、図１７に示すような同一面側からｎ電極とｐ電極とを設けた構造とする。最後にサファイア基板の厚さを５０μｍ程度まで研磨して薄くした後、研磨面側をスクライブして３５０μｍ角の素子とする。
得られたＬＥＤ素子は、良好な特性を示し、更に実施例１６のＬＥＤ素子に比較して、出力が約１．５倍、静電耐圧も約１．５倍に向上した。
［実施例１９：参考例］
実施例７において、アンドープのＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３の膜厚を１５μｍとする他は同様にして窒化物半導体基板となる第１の窒化物半導体層３を成長させる。この第１の窒化物半導体層３の上に、実施例１８と同様にして素子構造を形成し、ＬＥＤ素子を得る。
得られたＬＥＤ素子は、実施例１８のＬＥＤ素子と同様に、良好な特性を示した。
実施例７において、アンドープのＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層３の膜厚を１５μｍとする他は同様にして窒化物半導体基板となる第１の窒化物半導体層３を成長させる。この第１の窒化物半導体層３の上に、実施例１８と同様にして素子構造を形成し、ＬＥＤ素子を得る。
得られたＬＥＤ素子は、実施例１８のＬＥＤ素子と同様に、良好な特性を示した。
［実施例２０：参考例］
実施例１９において、異種基板として、実施例１４と同様にステップ状にオフアングルしているサファイア基板を用いる他は同様にしてＬＥＤ素子を得る。
このＬＥＤ素子は実施例１９のＬＥＤ素子と比較して、出力でおよそ５％向上した。
実施例１９において、異種基板として、実施例１４と同様にステップ状にオフアングルしているサファイア基板を用いる他は同様にしてＬＥＤ素子を得る。
このＬＥＤ素子は実施例１９のＬＥＤ素子と比較して、出力でおよそ５％向上した。
［窒化物半導体基板の成長に関する実施例２１］
実施例７において窓部の幅を５μｍ、３μｍ、１μｍにして行った他は同様にして３種類の窒化物半導体基板を形成し、実施例７と同様にして結晶欠陥の数を測定し相対的にその数を比較した結果、窓部の幅が５μｍである場合に比べ、３μｍ、及び１μｍである場合のほうが結晶欠陥の数が約２割り減少した。
実施例７において窓部の幅を５μｍ、３μｍ、１μｍにして行った他は同様にして３種類の窒化物半導体基板を形成し、実施例７と同様にして結晶欠陥の数を測定し相対的にその数を比較した結果、窓部の幅が５μｍである場合に比べ、３μｍ、及び１μｍである場合のほうが結晶欠陥の数が約２割り減少した。
１・・・・基板
２・・・・バッファ層
３・・・・第１の窒化物半導体層
４・・・・第２の窒化物半導体層
１１・・・・第１の保護膜
１２・・・・第２の保護膜
２・・・・バッファ層
３・・・・第１の窒化物半導体層
４・・・・第２の窒化物半導体層
１１・・・・第１の保護膜
１２・・・・第２の保護膜
Claims (22)
- 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に成長された窒化物半導体の上に、第１の保護膜を部分的に形成する第１の工程と、
第１の工程後、第１の窒化物半導体を、前記窒化物半導体の上に成長させると共に、第１の保護膜の上にまで成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 - 前記第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して形成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の成長方法。
- 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に、第１の保護膜を、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して部分的に形成する第１の工程と、
第１の工程後、第１の窒化物半導体を、前記異種基板の上に成長させると共に、第１の保護膜の上にまで成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 - 前記第１の保護膜が、ストライプ状であり、更に隣接するストライプ状の第１の保護膜の形成されていない部分（窓部）の幅が５μｍ以下として形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記窓部の幅（Ｗｗ）とストライプ状の第１の保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗが、１〜２０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記異種基板はその基板の主面からオフアングルした主面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記異種基板はステップ状にオフアングルしていることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記異種基板が（０００１）面を主面とするサファイアであり、前記第１の保護膜はそのサファイアの（１１２−０）面に対して垂直なストライプ形状を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記異種基板が（１１２−０）面を主面とするサファイアであり、前記第１の保護膜はそのサファイアの（１１−０２）面に対して垂直なストライプ形状を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記異種基板が（１１１）面を主面とするスピネルであり、前記第１の保護膜は、そのスピネルの（１１０）面に対して垂直なストライプ形状を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記第２の工程後、第１の窒化物半導体の上に第２の保護膜を部分的に形成する第３の工程と、
第３の工程後、第２の窒化物半導体を前記第１の窒化物半導体の上に成長させると共に、第２の保護膜の上にまで成長させる第４の工程とを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれ１項に記載の窒化物半導体の成長方法。 - 前記第２の保護膜は、第１の窒化物半導体の表面に現れた結晶欠陥上に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記第２の保護膜は、前記第１の保護膜と平行なストライプ形状を有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に成長された窒化物半導体の上に、第１の保護膜が部分的に形成されており、その第１の保護膜の上に第１の窒化物半導体が成長され、その第１の窒化物半導体の上に素子構造となる窒化物半導体が積層されてなることを特徴とする窒化物半導体素子。
- 前記第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して形成されることを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体素子。
- 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に、第１の保護膜が、第１の保護膜の形成されていない部分の表面積よりも大きい表面積を有して部分的に形成されており、その第１の保護膜の上に第１の窒化物半導体が成長され、その第１の窒化物半導体の上に素子構造となる窒化物半導体が積層されてなることを特徴とする窒化物半導体素子。
- 前記第１の窒化物半導体が、総膜厚１μｍ以上、５０μｍ以下の膜厚を有し、前記異種基板を有していることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
- 前記第１の窒化物半導体が、総膜厚７０μｍ以上の膜厚を有し、前記異種基板が除去されてなることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
- 前記第１の窒化物半導体が、窓部の幅が５μｍ以下のストライプ状の形状の第１の保護膜を形成した上に成長されたものであることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
- 上記素子構造となる窒化物半導体が、超格子構造を有するｎ側窒化物半導体を有していることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
- 前記超格子構造を有するｎ側窒化物半導体にｎ電極が形成されていることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
- 前記窓部の幅（Ｗｗ）と保護膜の幅（Ｗｓ）の比Ｗｓ／Ｗｗが、１〜２０であることを特徴とする請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
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