JP3346735B2

JP3346735B2 - 窒化物半導体発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP3346735B2
Application number: JP4990698A
Authority: JP
Inventors: 慎一長濱; 修二中村
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2002-11-18
Anticipated expiration: 2018-03-03
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤ（発光ダイ
オード）、ＬＤ（レーザダイオード）、あるいはスーパ
ルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の発光素子、太
陽電池、光センサー等の受光素子、あるいはトランジス
タ、パワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化
物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）を用いた窒化物半導体素子及びその製造方法に
関し、特に結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板上に素子
構造を形成し発光効率や寿命特性などが向上して成る窒
化物半導体素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物半導体から成る青色ＬＥＤ
及び緑色ＬＥＤは既に実用化されている。ＬＥＤは、サ
ファイア基板上にｎ型、ｐ型の窒化物半導体が積層され
たダブルへテロ構造を有し、活性層は量子井戸構造の窒
化物半導体層を有している。ＬＥＤを構成する窒化物半
導体発光素子は、このサファイア基板側を発光観測面側
とする場合と、窒化物半導体層側を発光観測面側とする
場合の２種類の形態に分けられる。まず、サファイア基
板側を発光観測面とした場合、正と負の電極を窒化物半
導体の同一面側に設けているため、例えばリードフレー
ムのような支持体に電極を接続する際に電極間でのショ
ート防止の点からチップサイズが大きくなり、ハンドリ
ング性も悪くなる欠点がある。その一方で、この場合
は、透明なサファイアの性質を積極的に利用しているの
で、光取り出し効率が良くなるという利点がある。次
に、窒化物半導体側を発光観測面とする場合、チップサ
イズを小さくすることができ、ハンドリング性も前者の
場合に比べて非常に優れている。その反面、窒化物半導
体側を発光観測面とする場合、サファイア基板側に漏れ
る光は、例えばリードフレームの接着剤に吸収されて光
取り出し効率が悪くなるという欠点がある。このような
大きく分けて２種の形態からなるＬＥＤは、それぞれ利
点と欠点とを有しているが、製造工程の簡素化等の点か
ら、ハンドリング性の良い後者が選択され、一般に市販
されている。更に後者の場合、サファイア基板側に光が
漏れ、光取り出し効率が低下するといった問題点を解決
するために、例えば特開平９−６４４２１号公報には、
基板の素子構造を有していない面に光反射膜を形成する
ことにより、基板側に漏れる光を窒化物半導体層側の発
光観測面側に反射して発光効率を向上させる技術が記載
されている。

【０００３】また、本発明者等は、連続発振が可能な窒
化物半導体のＬＤ素子として、ストライプ型の導波路を
有し活性層端面の劈開面又はエッチング面を共振面とす
るレーザ素子と、基板に対して垂直な方向でレーザ光が
出射される面発光レーザ素子を提案している。上記２種
類のレーザ素子において、面発光型レーザは、レーザ素
子の低閾値化、横モード、縦モード等を安定化させるた
めには有用である。そして、面発光レーザ素子は、レー
ザビーム径を小さくし易くＤＶＤ光源として非常に有利
であり、更に、単一横モードが得られ易く、単一横モー
ドが求められている光通信分野においても望ましい。本
発明者等が提案した面発光型の窒化物半導体レーザ素子
として、例えば特開平７−３３５９７５号、同８−２６
４８９１号、同８−３２１６６０号各公報に、サファイ
ア基板面とｐ側層の最上部に反射鏡を形成した面発光レ
ーザ素子、また基板面又は窒化物半導体の最上層に一方
の反射鏡を形成し、素子から離れた位置に他方の反射鏡
を形成した面発光レーザ素子、更に活性層のｎ側に反射
鏡の機能を有する半導体を積層形成し、他方の反射鏡を
基板面あるいは窒化物半導体の最上層に形成する面発光
レーザ素子が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｌ
ＥＤの後者（窒化物半導体側を発光観測面とする）の場
合、サファイア基板側に漏れる光を反射させるためにサ
ファイア基板表面に光反射膜を形成する技術では、発光
効率がある程度向上したものの十分満足できるものでは
ない。更に、上記公知の面発光レーザ素子は、活性層と
反射鏡との距離が長すぎて反射鏡を共振器とするのが難
しく、また活性層のｎ側に形成される反射鏡となる半導
体としてＡｌ_aＧａ_1-aＮ／Ａｌ_bＧａ_1-bＮの多層膜を活
性層を成長させる前に形成する技術では、活性層を結晶
性良く成長させ難くなる傾向がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、ＬＥＤにおいて
主として基板側に漏れる光を有効に反射させて、発光素
子の光取り出し効率を向上させることができ、また面発
光型レーザにおいて良好な共振器となる有効な反射鏡を
有することができる窒化物体素子及びその製造方法を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は下記
（１）〜（１３）の構成によって本発明の目的を達成す
ることができる。（１）窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上
に成長された第１の窒化物半導体層に凹凸を形成しその
凹凸部にある第１の窒化物半導体層の側面を露出して成
り、その凸部の上部平面に第１の保護膜及び凹部の下部
平面に第２の保護膜を有し、前記第１及び第２の保護膜
を形成していない凹凸部の側面から成長させた第１の窒
化物半導体層より結晶欠陥の少ない第２の窒化物半導体
層上に素子構造を有する窒化物半導体発光素子であっ
て、前記第１の保護膜及び第２の保護膜の少なくとも一
方が誘電体多層膜よりなる反射鏡であることを特徴とす
る窒化物半導体発光素子。（２）前記誘電体多層膜よりなる反射膜は、酸化ケイ
素、窒化ケイ素、酸化チタン、窒化チタン、酸化ジルコ
ニウム等の酸化物、窒化物からなることを特徴とする前
記（１）に記載の窒化物半導体発光素子。（３）前記保護膜は、保護膜材料をλ／４ｎ（λ：発光
波長、ｎ：誘電体の屈折率）となるよう積層された誘電
体多層膜であることを特徴とする前記（１）乃至（２）
に記載の窒化物半導体発光素子。（４）窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上
に成長された第１の窒化物半導体層に凹凸を形成しその
凹凸部にある第１の窒化物半導体層の側面を露出して成
り、その凸部の上部平面に第１の保護膜及び凹部の下部
平面に第２の保護膜を有し、前記第１及び第２の保護膜
を形成していない凹凸部の側面から成長させた第１の窒
化物半導体層より結晶欠陥の少ない第２の窒化物半導体
層上に素子構造を有する窒化物半導体発光素子であっ
て、前記第１の保護膜及び第２の保護膜の少なくとも一
方が、活性層の発光を反射して、表面に窒化物半導体が
成長しにくい性質を有する銀白色の金属からなることを
特徴とする窒化物半導体発光素子。（５）前記第１の保護膜及び第２の保護膜の少なくとも
一方が、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒ、又はＡｇからなることを特
徴とする前記（４）に記載の窒化物半導体発光素子。（６）前記窒化物半導体発光素子は、発光ダイオード、
レーザダイオード、又はスーパルミネッセントダイオー
ドであることを特徴とする前記（１）乃至（５）に記載
の窒化物半導体発光素子。（７）前記レーザダイオードは、ストライプ型の導波路
を有するレーザ素子、又は面発光型レーザであることを
特徴とする前記（６）に記載の窒化物半導体発光素子。（８）前記基板は、サファイア、スピネル、又は炭化ケ
イ素、であることを特徴とする前記（１）乃至（７）に
記載の窒化物半導体発光素子。（９）前記凹凸は、ランダムな窪み、ストライプ状、碁
盤面状、又はドット状に形成されていることを特徴とす
る前記（１）乃至（８）に記載の窒化物半導体発光素
子。（１０）前記凹凸のエッチング面は、異種基板に対して
側面がほぼ垂直となる形状、順メサ形状、逆メサ形状、
又は第１の窒化物半導体の側面が階段状になるよう形成
されたことを特徴とする前記（１）乃至（９）に記載の
窒化物半導体発光素子。（１１）前記第２の窒化物半導体層の結晶欠陥密度は１
０^６個／ｃｍ^２以下であることを特徴とする前記（１）
乃至（１０）に記載の窒化物半導体発光素子。（１２）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の窒化物半導体層を成長させる第１の工程
と、第１の工程後、前記第１の窒化物半導体層に凹凸を
形成して第１の窒化物半導体層の側面を露出させ、凸部
の上部平面に窒化物半導体が成長しない又は成長しにく
い第１の保護膜を形成し、凹部の下部平面に窒化物半導
体が成長しない又は成長しにくい第２の保護膜を形成す
る第２の工程と、第２の工程後、前記第１の窒化物半導
体層の露出された側面から第２の窒化物半導体層を成長
させて窒化物半導体基板とする第３の工程と、第３の工
程で得られた窒化物半導体基板の上に複数の窒化物半導
体層からなる素子構造を形成して窒化物半導体素子とす
る第４の工程を含み、更に第２の工程で形成する第１の
保護膜及び第２の保護膜のいずれか一方が誘電体多層膜
よりなる反射鏡であることを特徴とする窒化物半導体発
光素子の製造方法。（１３）前記第２の工程で、凹部の下部平面が第１の窒
化物半導体層面又は異種基板面であることを特徴とする
前記（１２）に記載の窒化物半導体発光素子の製造方
法。

【０００７】つまり、本発明は、結晶欠陥を減少させる
ことができる窒化物半導体の横方向の成長を利用して窒
化物半導体を成長させる（ｌａｔｅｒａｌｏｖｅｒ
ｇｒｏｗｔｈ：ラテラル成長）ことにより、結晶欠陥の
非常に少ない窒化物半導体が得られ、更にラテラル成長
の際に用いられる保護膜に光を反射する機能を持たせる
ことにより、上記従来の問題点を解決することができ
る。このように、本発明は、ラテラル成長によって結晶
欠陥の非常に少ない窒化物半導体を成長させ、その上に
素子構造を形成するので、結晶性の良好な素子構造が得
られ、これによって結晶欠陥の多い場合に比べ発光効率
が向上する。更に本発明は、ラテラル成長の際に用いら
れる保護膜に光を反射する機能を加えたこと、つまり保
護膜として誘電体多層膜よりなる反射鏡を用いることに
より、ＬＥＤでは基板側に漏れる光を保護膜で反射させ
ることができるので、発光効率がさらに向上し、又、面
発光レーザでは活性層と近距離に且つ素子構造の結晶性
を損なうことのない光を反射可能な保護膜が形成されて
いるので、面発光レーザの共振器となる良好な反射鏡を
得ることができる。このように、反射鏡が活性層に近い
と反射鏡間（共振器長）を小さくすることが可能となる
ので、吸収等からくる共振器の内部損失が小さくなり発
振しきい値が下がる傾向がある。

【０００８】従来、窒化物半導体を成長させるための基
板として、窒化物半導体と格子整合する基板が存在しな
いため、例えばサファイア、スピネル、炭化ケイ素等が
基板として用いられていた。このような格子整合しない
基板上に成長される窒化物半導体には、多くの結晶欠陥
が発生し良好な結晶として窒化物半導体を得ることがで
きない。結晶欠陥は素子構造となる窒化物半導体に転位
し素子の性能を低下させる一つの要因となる。この性能
低下の要因となる結晶欠陥を少なくする窒化物半導体の
成長方法を行いその上に素子構造を形成して成る素子と
して、例えば、本発明者等は、サファイア基板上にＧａ
Ｎ膜を約２μｍ成長させた後ＳｉＯ₂より成る保護膜を
レーザの共振方向に沿って幅８μｍ、保護膜と保護膜の
間を４μｍとなるようにストライプ状に形成し、保護膜
が形成されていない部分から縦方向に成長を開始させ、
続いて保護膜上で横方向に成長させ、１０μｍの膜厚の
ＧａＮ膜を成長させると、保護膜上に特に結晶欠陥が少
なく且つ全体的にも結晶欠陥が少ないＧａＮ単結晶膜が
得られ、この結晶欠陥の少ないＧａＮ単結晶膜上に素子
構造を成長させることで、波長約４００ｎｍ、光出力２
ｍＷで連続発振約１万時間を達成できる窒化物半導体レ
ーザ素子が得られることを発表している（例えば「Ｉｎ
ＧａＮ系多重量子井戸構造半導体レーザの現状」，第５
８回応用物理学会学術講演会，講演番号４ａＺＣ−２，
１９９７年１０月、”ＰｒｅｓｅｎｎｔＳｔａｔｕｓ
ｏｆＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮｂａｓｅｄＬａｓ
ｅｒＤｉｏｄｅｓ”，ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＩｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＮ
ｉｔｒｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（ＩＣ
ＮＳ’９７），講演番号Ｓ−１，１９９７年１０月など
に記載されている）。このような保護膜上に窒化物半導
体の横方向の成長を利用して窒化物半導体を成長させる
方法は、ｌａｔｅｒａｌｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ（ラ
テラル成長）と言われている。

【０００９】このような公知の技術に対し、本発明は、
サファイアなどの異種基板上に第１の窒化物半導体層を
成長させて、凹凸部を設け、凸部の上部平面に第１の保
護膜を、凹部の下部平面に第２の保護膜を形成した後、
第２の窒化物半導体を成長させることで、窒化物半導体
の縦方向への成長をいったん抑制し、まず横方向にのみ
成長させた後、横及び縦方向に成長させることにより結
晶欠陥の転位や発生が減少し、結晶性の良好な第２の窒
化物半導体層を得ることができるものである。上記従来
のラテラル成長では窒化物半導体の縦方向への成長を部
分的に抑制しているのみであるが、本発明は縦方向の成
長を実質的全て抑制し横方向の成長のみとし、その後縦
と横の両方向への成長をさせるものである。更に本発明
は、このようなラテラル成長に用いる保護膜として、窒
化物半導体が成長しにくい性質に加えて、光を反射でき
る機能を加えることにより、反射鏡として新たに製造工
程を増やすことなく良好な反射鏡が得られる。しかも従
来の反射鏡の形成位置に比べ活性層に近い位置に形成で
きるので反射鏡としての機能が良好となると共に、前記
従来の素子構造内に反射鏡として半導体を形成した場合
に比べ、本発明の反射鏡はラテラル成長に用いられる保
護膜であるので、素子構造の結晶性を損なうことがなく
結晶性を良好に保つことができる。従って、本発明は、
良好な反射鏡を有する発光効率の向上した発光ダイオー
ド、及び良好な共振器と成りうる反射鏡を有する面発光
レーザ素子を得ることができ、更にそれらを得ることが
できる製造方法を提供することができる。以下、明細書
内において、第２の窒化物半導体を単に窒化物半導体基
板、又は基板という場合がある。

【００１０】また、面発光レーザにおいて、反射鏡がフ
ァブリペロー型の平板反射鏡になるので、反射鏡が活性
層から遠いと共振する光の帰還率がなくなる可能性があ
り、本発明においては反射鏡が活性層に近い位置で形成
可能なので光りの帰還率が良好となる。

【００１１】本発明において、第１の保護膜及び第２の
保護膜のいずれか一方が誘電体多層膜より成る反射鏡で
あればよく、好ましくは両方が誘電体多層膜より成る反
射鏡であることが、ＬＥＤにおける発光効率の向上及び
面発光レーザの反射鏡としての有用性の向上が得られる
ので望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に図１、図２〜図５を用いて
本発明の窒化物半導体素子及びその製造方法を更に詳細
に説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施の形態である窒化
物半導体素子を示した模式的断面図である。図１には、
窒化物半導体と異なる異種基板１上に形成された第１の
窒化物半導体層２の表面上に凹凸部を形成して成り、そ
の凸部の上部平面に第１の保護膜３及び凹部の下部平面
に第２の保護膜４を有し、前記第１の保護膜３及び第２
の保護膜４が形成されていない凹凸部の側面から成長さ
れた第２の窒化物半導体層５を基板とし、その基板上に
素子構造を有してなる窒化物半導体素子が記載されてい
る。更に本発明において、第１の保護膜３及び／又は第
２の保護膜４は、誘電体多層膜である。

【００１４】本発明の第２の窒化物半導体層（窒化物半
導体基板）として、ラテラル成長を利用して窒化物半導
体を成長させる方法は、第１の窒化物半導体に部分的に
凹凸を設けた凸部の上部平面に第１の保護膜を形成し、
凹部の下部平面に第２の保護膜を形成することで、異種
基板の表面に発生する結晶欠陥が連続的に転位するのを
防止する。更に、このように第１及び第２の保護膜を形
成すると、窒化物半導体が保護膜上に成長しにくいこと
から、第２の窒化物半導体の成長が選択的に第１の窒化
物半導体の凹凸部の保護膜の形成されていない側面から
横方向に成長をはじめる。ここで、異種基板の表面に発
生する結晶欠陥は、窒化物半導体が横方向に成長する過
程では、縦方向に成長する場合に比べて、転位が極めて
少なくなる。更に横方向に転位した結晶欠陥は、窒化物
半導体が横から縦方向へも成長し始める際にほとんど転
位が起こらないと推定される。その結果、結晶欠陥のほ
とんどない、結晶性の非常に良好な第２の窒化物半導体
を厚膜で得ることができる。ここで、窒化物半導体は保
護膜上に成長しにくいが、第２の窒化物半導体が横方向
と縦方向の成長を続けることで、あたかも保護膜の上に
成長しているかのように保護膜を覆って成長する。

【００１５】更に、第２の窒化物半導体の表面の結晶欠
陥の現れている部分に新たに保護膜を形成し、その上に
新たな窒化物半導体を成長させてもよく、こうすること
により更に結晶欠陥を減少させることができる。この場
合、新たな保護膜は、反射機能を有していてもいなくて
もよいが、好ましくは発光効率が向上するので反射機能
を有する。また、面発光レーザの場合、素子構造の最上
層に設けられたもう一方の反射鏡（例えば図９ではｐ電
極２７が保護膜よりなる反射鏡と対になる。）と対面す
る位置に形成された新たな保護膜が少なくとも反射機能
を有していることが好ましい。新たな保護膜が反射機能
を有している場合、異種基板、第１及び第２の保護膜や
第２の窒化物半導体を除去し易くなり、新たな保護膜を
形成した上に成長された新たな窒化物半導体を基板とす
ることもできる。

【００１６】また、本発明の上記のラテラル成長を利用
した成長方法により得られる結晶欠陥の非常に少ない結
晶性の良好な第２の窒化物半導体を基板として用いて窒
化物半導体素子を作成すると、この上に積層成長させた
窒化物半導体素子も同様に、結晶欠陥のない結晶性の良
好な素子となり、結晶欠陥による劣化を著しく防止でき
ライフ時間が向上し、また、ＬＥＤでは逆耐圧が著しく
上昇し、寿命特性の良好な窒化物半導体素子を提供する
ことが可能となる。更に、このような結晶欠陥の低減に
よる素子の性能の向上に加え、ラテラル成長で用いられ
る保護膜に光反射機能を持たせることにより、発光効率
がより向上し、面発光レーザでの良好な反射鏡となる。

【００１７】また、本発明は、窒化物半導体と異なる異
種基板１上に形成した第１の窒化物半導体層２に凹凸部
を形成し、凸部の上部平面に第１の保護膜３及び凹部の
下部平面に第２の保護膜４をそれぞれ形成して、第２の
窒化物半導体層を成長させて窒化物半導体基板となした
後、この基板上に素子構造を形成する前に異種基板１を
除去してから素子構造を形成してもよい。

【００１８】以下に、図２〜図５に示された、本発明の
窒化物半導体基板となる第２の窒化物半導体層の成長方
法の一実施の形態を段階的に示した模式的断面図を用い
て、第２の窒化物半導体層の成長方法を更に詳細に説明
する。

【００１９】本発明の第２の窒化物半導体層の成長方法
の一実施の形態として、まず、図２の第１の工程におい
て、異種基板１上に第１の窒化物半導体層２を成長さ
せ、図３の第２の工程において、第１の窒化物半導体２
の側面を露出させるために第１の窒化物半導体２の表面
に凹凸を形成し、第１の窒化物半導体２の成長の方向を
コントロールするために、凸部の上部平面に第１の保護
膜３を形成し、凹部の下部平面に第２の保護膜４を形成
し、続いて図４の第３の工程において、成長の方向が制
御された第１の窒化物半導体２、つまり第１の窒化物半
導体２の側面から第２の窒化物半導体５を成長させ窒化
物半導体基板を形成する。

【００２０】以下に上記各工程ごとに図を用いて更に詳
細に説明する。図２は異種基板１上に、第１の窒化物半
導体２を成長させる第１の工程を行った模式的段面図で
ある。この第１の工程において、用いることのできる異
種基板１としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいず
れかの面を主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１
₂Ｏ₄）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。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネル
が挙げられる。

【００２１】また、第１の工程において、異種基板１上
に第１の窒化物半導体２を成長させる前に、異種基板１
上にバッファ層（図示されていない）を形成してもよ
い。バッファ層としては、Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦
１）よりなる組成のものを用いることができる。バッフ
ァ層は、２００℃〜９００℃の低温で成長され、膜厚と
しては１原子以上の膜厚であればよいが、例えば０．５
μｍ〜１０オングストロームの膜厚で成長される。この
ように異種基板１上にバッファ層を上記温度範囲で形成
すると、異種基板１と第１の窒化物半導体２との格子定
数不正を緩和し、第１の窒化物半導体２の結晶欠陥が少
なくなる傾向にある。また、バッファ層として例えばＺ
ｎＯ等の窒化物半導体と異なる半導体よりなる層をバッ
ファ層としてもよい。

【００２２】第１の工程において、異種基板１上に形成
される第１の窒化物半導体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、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、及びＳ等のｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いる
ことができる。ｎ型不純物濃度としては１×１０¹⁷／cm
³以下である。第１の窒化物半導体２は、高温、具体的
には９００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃で異
種基板１上に成長される。第１の窒化物半導体２の膜厚
は特に限定しないが、凹凸部を形成するためには１００
オングストローム以上、好ましくは１〜１０μｍ程度、
より好ましくは１〜５μｍの膜厚で形成することが望ま
しい。

【００２３】次に、図３は異種基板１上に第１の窒化物
半導体２を成長させた後、第１の窒化物半導体２に第１
の窒化物半導体２がわずかに残る程度の深さで凹凸部を
形成して、第１の窒化物半導体２の側面を露出させ、図
３のように凸部の上部平面に第１の保護膜３を形成し、
凹部の下部平面に第２の保護膜４を形成し、第１の窒化
物半導体２の縦方向の成長を抑制して横方向の成長のみ
にする第２の工程を行った模式的断面図である。第２の
工程において、凹凸部の形成と保護膜の形成の順は特に
限定されず、例えば後述の方法で行われる。

【００２４】第２の工程において、凹凸を形成すると
は、少なくとも第１の窒化物半導体２の側面が露出され
るように、第１の窒化物半導体２の表面から異種基板１
の方向に窪みを形成してあればよく、第１の窒化物半導
体２にいずれの形状で凹凸を設けてもよく、例えば、ラ
ンダムな窪み、ストライプ状、碁盤面状、ドット状に形
成できる。第１の窒化物半導体２に部分的に設けられた
凹凸部は、第１の窒化物半導体２の途中まで、又は異種
基板に達する深さで形成され、この凹凸部の窪みの深さ
は、第１の窒化物半導体２の膜厚や、凹部の下部に形成
される第２の保護膜４の膜厚等にも左右される値であ
り、第１の窒化物半導体２の側面から横方向に成長する
第２の窒化物半導体５が成長し易い形状の側面が得られ
るように凹凸部が形成されることが好ましい。凹凸部の
窪みの深さは、第１の窒化物半導体２が残る程度の深さ
が好ましい。例えば、凹凸部を形成する際に異種基板１
が露出されていると、第２の保護膜４の形成時に第１の
窒化物半導体２の側面付近に第２の保護膜４が形成しに
くいと考えられることから、第２の保護膜４が十分に異
種基板１の表面を覆ってない場合には、異種基板１の表
面に第２の窒化物半導体５が成長し、そこから結晶欠陥
が発生する可能性があるからである。凹凸部の窪みの具
体的な深さは、特に限定されないが、例えば５００オン
グストローム〜５μｍである。

【００２５】凹凸部の形状をストライプ状とする場合、
ストライプの具体的な形状として、例えばストライプ幅
１０〜２０μｍ、ストライプ間隔２〜５μｍのものを形
成することができる。

【００２６】第２の工程で凹凸部を設ける方法として
は、第１の窒化物半導体を一部分取り除くことができる
方法であればいずれの方法でもよく、例えばエッチン
グ、ダイシング等が挙げられる。エッチングにより、第
１の窒化物半導体２に凹凸を形成する場合は、フォトリ
ソグラフィー技術における種々の形状のマスクパターン
を用いて、ストライプ状、碁盤目状等のフォトマスクを
作製し、レジストパターンを第１の窒化物半導体２に形
成してエッチングすることにより形成できる。また、上
記形状のマスクを用いてオフトリフ法を行ってもよい。
また、ダイシングで行う場合は、例えば、ストライプ状
や碁盤目状に形成できる。

【００２７】第２の工程において窒化物半導体をエッチ
ングする方法には、ウエットエッチング、ドライエッチ
ング等の方法があり、平滑な面を形成するには、好まし
くはドライエッチングを用いる。ドライエッチングに
は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、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（ＥＣＲ）、イオンビームエッチング等
の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択する
ことにより、窒化物半導体をエッチングしてできる。例
えば、本出願人が先に出願した特開平８−１７８０３号
公報記載の窒化物半導体の具体的なエッチング手段を用
いることができる。また、エッチングによって段差を形
成する場合、エッチング面が、図３に示すように異種基
板に対して側面がほぼ垂直となる形状、又は順メサ形状
や逆メサ形状でもよく、あるいは第１の窒化物半導体２
の側面が階段状になるように形成された形状等がある。

【００２８】第２の工程で、第１の窒化物半導体２が縦
方向に成長するのを制御するために、例えば凹凸部の凸
部の上部平面に第１の保護膜３を形成し、凹部の下部平
面に第２の保護膜４を形成する。凹凸部の側面の形状が
階段状である場合は、階段の各段の異種基板にほぼ水平
な面に第２の保護膜４をそれぞれ形成する。第２の工程
で用いられる第１及び第２の保護膜としては、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
い性質を有し、更に第１の保護膜と第２の保護膜の少な
くとも一方が光を反射する機能を有する誘電体多層膜
（反射鏡）である材料が挙げられる。第１の保護膜及び
第２の保護膜の少なくとも一方が反射鏡となる誘電体多
層膜であると、ＬＥＤの場合、基板側に漏れる光を発光
面に反射することができ発光効率が向上し、ＬＤの場
合、面発光レーザの良好な反射鏡となる。ＬＥＤの場
合、好ましくは第１の保護膜及び第２の保護膜が反射鏡
であると上記効果がより良好となり好ましい。ＬＤの場
合は、素子構造の最上層に形成される他方の反射鏡（例
えば図８のｐ電極２７）と対向する位置に、第１又は第
２の保護膜を有し、その保護膜が少なくとも反射機能を
有していればよい。他方の反射鏡と対向する保護膜とし
ては第１の保護膜が好ましい。

【００２９】保護膜として、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ
₂）、窒化ケイ素（Ｓｉ_XＮ_Y）、酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）、窒化チタン（Ｔｉ_xＮ_y）、酸化ジルコニウム
（ＺｒＯ₂）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜
が挙げられる。保護膜が活性層で発光する光を反射可能
な機能を有する場合、保護膜の材料としたは、誘電体多
層膜であればよく、例えば前記の保護膜となる材料を用
いることができ、前記保護膜材料を例えばλ／４ｎ
（λ：発光波長、ｎ：誘電体の屈折率）となるように積
層することにより光を反射可能な誘電体多層膜（反射
鏡）とすることができる。また、光を反射可能な保護膜
としては、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ等のように、例えば
銀白色の金属で活性層の発光を反射して、表面に窒化物
半導体が成長しにくい性質を有する金属でもよい。な
お、保護膜（反射鏡の機能を兼ね備える場合を含む）
は、上記酸化物、窒化物、誘電体多層膜、金属等が第２
の窒化物半導体の成長温度に耐える融点を有している材
料を選択することが望ましい。また上記材料からなる反
射鏡において、好ましい反射鏡としては、例えば反射率
がほぼ１００％の高い反射率を有し、ＭＯＣＶＤ等の反
応条件に耐え得る化学的に安定した材料の誘電体多層膜
が挙げられる。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。

【００３０】また、第２の工程において、第１の保護膜
３及び第２の保護膜４は、凹凸部を第１の窒化物半導体
２に形成する方法が、エッチングである場合と、ダイシ
ングである場合とで、形成のされ方が多少異なる。まず
エッチングで凹凸部を形成する場合、第１の窒化物半導
体２上に第１の保護膜３となる保護膜材料を形成後、そ
の上にレジスト膜を形成しパターンを転写し露光、現像
して第１の窒化物半導体２に部分的に第１の保護膜３を
形成した後、第１の窒化物半導体２をエッチングするこ
とで凹凸部の形成を行う。続いて凹凸部を形成した第１
の窒化物半導体２上、つまり第１の保護膜３や凹凸部の
下部等に更に第２の保護膜４となる保護膜材料を形成
し、ＣＦ₄とＯ₂ガスによるドライエッチングにより、凹
凸部を形成し露出された第１の窒化物半導体２の側面部
分のみの保護膜をエッチングし、第２の保護膜４を形成
する。このように形成すると、例えば図３では、第１の
保護膜３は一層として図示されているが、第１の保護膜
３上に更に保護膜が形成され２層の保護膜が積層された
ような状態になっている。ここで第２の保護膜４を形成
する前に、凹凸部の上部平面に形成された第１の保護膜
３を取り除いてから、凸部の上部平面と凹部の下部平面
とに保護膜を形成してもよく、又は第１の保護膜３を取
り除かずに第２の保護膜４を形成してもよい。

【００３１】また、エッチングで凹凸部を形成する場
合、リフトオフ法を用いて保護膜を形成する方法を行っ
てもよい。まず、第１の窒化物半導体層の表面上に特定
の形状（例えば保護膜の形状がストライプ状となるよう
な形状のもの）のマスクを形成する。次に、マスクを形
成した第１の窒化物半導体の全面に、第１の保護膜を形
成した後、マスクをリフトオフ法により除去して、第１
の保護膜を特定の形状に形成する。次に、第１の保護膜
が形成されていない第１の窒化物半導体をエッチングに
より除去し、第１の窒化物半導体層に凹凸部を形成す
る。このように第１の保護膜を形成され且つ凹凸部を形
成された第１の窒化物半導体層の上にマスクを形成し、
凹部の下部のマスクを除去し、マスクが除去された凹部
の下部に第２の保護膜を形成し、第１の保護膜上のマス
クや凹凸部の露出された側面のマスク等のマスクを除去
する。こうすることによって、第１の窒化物に形成され
た凸部の上部平面に第１の保護膜を、凹部の下部平面に
第２の保護膜を形成できる。

【００３２】次に、ダイシングで凹凸部を形成する場
合、第１の窒化物半導体２を上面からダイシング・ソー
で第１の窒化物半導体２に凹凸部を形成し、その後、そ
の上に保護膜を形成し、ＣＦ₄とＯ₂ガスによるドライエ
ッチングにより端面部分の保護膜のみエッチングするこ
とで所望の形状及び位置に第１の保護膜３及び第２の保
護膜４を同時に形成する。

【００３３】第１の保護膜３及び第２の保護膜４の膜厚
は、特に限定せず、ドライエッチングにより凹凸部の側
面を露出させられる膜厚であり、且つ底面を被覆できる
膜厚にする必要がある。また、第１の保護膜３と第２の
保護膜４の膜厚は、第２の窒化物半導体５が横方向に成
長し易いように調整されていることが好ましく、場合に
よってはそれぞれの膜厚が異なってもよい。例えば、第
１の保護膜３は、薄く形成された方が、第３の工程で成
長させる第２の窒化物半導体５が第１の保護膜３と同程
度の膜厚となった時、隣接している第２の窒化物半導体
５同士が接合し易くなると考えられる。また第２の保護
膜４は、比較的厚く（但し、第１の窒化物半導体２の側
面が第２の窒化物半導体５が成長される程度に十分露出
されている範囲）形成された方が、第２の窒化物半導体
５の成長初期において、凹凸部の下部（第１の窒化物半
導体の平面又は異種基板面）を十分に覆うことができる
と共に熱による第２の保護膜４へのピンホールの発生を
防止できると考えられる。ピンホールが保護膜に発生す
ると、ピンホールから第２の窒化物半導体５が縦方向に
成長する恐れがあり、結晶欠陥の発生の原因となると考
えられる。

【００３４】次に、図４は、エッチングにより露出され
た第１の窒化物半導体２の側面から第２の窒化物半導体
５を成長させる第３の工程を行った模式的断面図であ
る。第３の工程においては、第１〜第２の工程により第
１の保護膜３及び第２の保護膜４を形成したことによ
り、第２の窒化物半導体５が成長可能な部分を、第１の
窒化物半導体２の側面のみとし、第１の窒化物半導体２
の凹凸部の側面から第２の窒化物半導体５が選択的に横
方向に成長し始める。そして、成長を続けるうちに、第
２の窒化物半導体５が横方向に加え縦方向にも成長をは
じめ、窒化物半導体が成長しにくい保護膜上にあたかも
成長したかのように、第２の窒化物半導体５は第１の保
護膜３及び第２の保護膜４を覆い成長を続ける。このよ
うに成長初期に成長方向を特定された第２の窒化物半導
体５は、厚膜に成長させても、結晶欠陥の少ない非常に
良好な結晶性を有する。

【００３５】第２の窒化物半導体５としては、前記第１
の窒化物半導体２と同様のものを用いることができる。
第２の窒化物半導体５は、成長の初期においては、保護
膜の形成されていない第１の窒化物半導体の側面に選択
的に成長し、向き合っている第１の窒化物半導体の側面
から横方向に成長した第２の窒化物半導体が第２の保護
膜４の上面を覆いながら、次第に横方向から縦方向に成
長し始め第１の保護膜３と同程度の膜厚に成長すると、
図４のように第２の窒化物半導体が第１の保護膜３の上
部に向かって横方向に成長し、そして図４のように隣接
している第２の窒化物半導体５同士でつながっていく。
その結果、図５に示すように、第２の窒化物半導体５が
あたかも第１の保護膜３及び第２の保護膜４上に成長し
たかのような状態となる。

【００３６】第２の窒化物半導体５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。
第２の窒化物半導体の膜厚は、特に限定されないが、１
００μｍ〜５００μｍ、好ましくは５０μｍ〜４００μ
ｍ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２の窒化物半導体５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。

【００３７】ラテラル成長において、３族源のガスに対
する窒素源のガスのモル比（Ｖ／III比を２０００より
大きくする場合は、窒化物半導体の

【００３８】

【外１】

【００３９】面が成長し易い面となり、成長が進行する
につれて、図６の窒化物半導体の成長状態を示す模式的
断面図に示されるように、保護膜上に成長していく窒化
物半導体の結晶体小面（Ｆａｃｅｔ：ファセット）が斜
めになり隣接する窒化物半導体同士が接合するまでほぼ
台形状に成長し易い傾向がある。また、ラテラル成長に
おいて、Ｖ／III比を２０００以下にする場合は、窒化
部物半導体の

【００４０】

【外２】

【００４１】面が成長し易い面となり、図４に示すよう
に、保護膜上に成長していく窒化物半導体のファセット
がほぼ垂直になり易い傾向がある。保護膜上に成長して
いく窒化物半導体の断面の形状が、斜めの場合に比べ、
垂直に成長をする場合の方が、結晶欠陥の転移がまっす
ぐ表面まで達しなく、転移が９０°曲がり易くなるよう
である。更にファセットが垂直に成長をする場合は、表
面透過型電子顕微鏡観察によると、窓部上部のみに転移
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。ファセットが垂直に成長をする場合、窓部上部の結
晶欠陥濃度は、ほぼ１０ ⁸個／ｃｍ²以下好ましくは１０
⁷個／ｃｍ²以下であり、保護膜上部では、ほぼ１０⁶個
／ｃｍ²以下、好ましくは１０⁵個／ｃｍ²以下である。
これに対しファセットが斜めに成長をする場合は、窓部
及び保護膜上部両方に渡って転移が１０⁷個／ｃｍ²以上
となる傾向がある。Ｖ／III比の好ましい値としては２
０００〜１００、１５００〜５００であり、この範囲で
あると、上記結晶欠陥の転移が表面まで転移しにくくな
り良好な結晶性を有する窒化物半導体を得られやすい。

【００４２】本発明において、第１の窒化物半導体２、
及び第２の窒化物半導体５を成長させる方法としては、
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
線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成
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。好ましい成長方法としては、
膜厚が１００μｍ以下ではＭＯＣＶＤ法を用いると成長
速度をコントロールし易い。また膜厚が１００μｍ以下
ではＨＶＰＥでは成長速度が速くてコントロールが難し
い。

【００４３】また本発明において、第２の窒化物半導体
５上には、素子構造となる窒化物半導体を形成すること
ができるので、明細書内において第２の窒化物半導体を
素子基板又は窒化物半導体基板と言う場合がある。

【００４４】また第１の工程における前記異種基板とな
る材料の主面をオフアングルさせた基板、さらにステッ
プ状にオフアングルさせた基板を用いることもできる。
更に好ましい異種基板としては、（０００１）面[Ｃ面]
を主面とするサファイア、（１１２−０）面[Ａ面]を主
面とするサファイア、又は（１１１）面を主面とするス
ピネルである。ここで異種基板が、（０００１）面[Ｃ
面]を主面とするサファイアであるとき、前記保護膜が
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していること［窒化物半導体の
（１０１−０）[Ｍ面]に平行方向にストライプを形成す
ること］が好ましく、また（１１２−０）面[Ａ面]を主
面とするサファイアであるとき、前記保護膜はそのサフ
ァイアの（１１−０２）面[Ｒ面]に対して垂直なストラ
イプ形状を有していることが好ましく、また（１１１）
面を主面とするスピネルであるとき、前記保護膜はその
スピネルの（１１０）面に対して垂直なストライプ形状
を有していることが好ましい。ここでは、保護膜がスト
ライプ形状の場合について記載したが、本発明において
サファイアのＡ面及びＲ面、スピネルの（１１０）面に
窒化物半導体が横方向に成長し易いので、これらの面に
第１の窒化物半導体２の側面が形成されるように第１の
窒化物半導体２に凹凸部を形成するために保護膜の形成
を考慮することが好ましい。

【００４５】本発明に用いられる異種基板について図を
用いて更に詳細に説明する。図７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。まず本発明の方法において、Ｃ面を主面とするサ
ファイアを用い、保護膜はサファイアＡ面に対して垂直
なストライプ形状とする場合について説明する。例え
ば、図８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８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５に示したよう
な結晶成長が容易に可能となる。

【００４６】次に、Ａ面を主面とするサファイア基板を
用いた場合、上記Ｃ面を主面とする場合と同様に、例え
ばオリフラ面をＲ面とすると、Ｒ面に対して垂直方向
に、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。

【００４７】また次に、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り、窒化物半
導体の成長面を（１１１）面とし、オリフラ面を（１１
０）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る。従って、（１１
０）面に対して垂直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。な
おスピネルは四方晶であるため特に図示していない。

【００４８】次に、第３の工程で得られた第２の窒化物
半導体５（窒化物半導体基板）の上に複数の窒化物半導
体層からなる素子構造を形成して窒化物半導体素子とす
る第４の工程について以下に説明する。第４の工程で
は、第２の窒化物半導体５（窒化物半導体基板）上に、
素子構造となる少なくともｎ型及びｐ型等の複数の窒化
物半導体層を成長させる。素子構造となる窒化物半導体
としては、特に限定されず、少なくともｎ型及びｐ型の
窒化物半導体が積層されていればよい。例えば、ｎ型窒
化物半導体層として、超格子構造を有するｎ型窒化物半
導体層を有し、この超格子構造のｎ型層にｎ電極を形成
することのできるｎ型窒化物半導体が形成されているも
の等が挙げられる。また、窒化物半導体素子構造を形成
するその他の構成、例えば電極、素子の形状等は、いず
れのものを適用させてもよい。本発明の窒化物半導体素
子の一実施の形態を実施例に示したが、本発明はこれに
限定されない。

【００４９】本発明の窒化物半導体素子構造となる窒化
物半導体を成長させる方法は、特に限定されないがＭＯ
ＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気
相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣ
ＶＤ（有機金属化学気相成長法）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、ＭＯＣＶＤ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、ＭＯＣＶＤ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。また使用目的によって種々の窒化
物半導体の成長方法を適宜選択し、窒化物半導体の成長
を行うことが好ましい。

【００５０】

【実施例】以下に本発明の一実施例を示すが、本発明は
これに限定されない。［実施例１］実施例１における窒化物半導体基板（第２
の窒化物半導体層５）の製造の各工程を図２〜図５を用
いて示す。また実施例１での窒化物半導体基板の製造
は、ＭＯＣＶＤ法を用いて行った。更に得られた窒化物
半導体基板上に図１に示すＬＥＤ素子の素子構造を形成
し窒化物半導体素子を得る。

【００５１】（第２の窒化物半導体層５＝窒化物半導体
基板の製造）異種基板１として、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（図示されていない）を約２００オン
グストロームの膜厚で成長させる。

【００５２】バッファ層を成長後、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、アンドープのＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層
２を２μｍの膜厚で成長させる（図２）。

【００５３】第１の窒化物半導体層２を成長後、スパッ
タ装置により、ＳｉＯ₂とＳｉＮとを単一膜厚がλ／４
ｎとなるように交互に１０対形成し、第１の保護膜３と
して誘電体多層膜を形成する。第１の保護膜３成長後、
その上にストライプ状のフォトマスクを形成し、露光、
現像して、ストライプ幅１５μｍ、ストライプ間隔３μ
ｍの（ＳｉＯ₂／ＳｉＮ）₁₀よりなる第１の保護膜３を
１μｍの膜厚で形成する。続いて、ＲＩＥ装置により第
１の保護膜３が形成されていない部分の第１の窒化物半
導体層２を途中までエッチングして第１の窒化物半導体
層２に凹凸部を形成し第１の窒化物半導体層２の側面を
露出させる（図３）。なお、ストライプ方向は、図８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。

【００５４】第１の窒化物半導体層２に、図４のように
凹凸部を形成した後、部分的に窪みを有する第１の窒化
物半導体２の表面に、第１の保護膜３と同様に、ＳｉＯ
₂とＳｉＮとからなる誘電体多層膜を形成し、ＣＦ₄とＯ
₂ガスにより、凹凸部を形成したことにより露出された
第１の窒化物半導体２の側面部分の誘電体多層膜のみを
エッチングすることにより、（ＳｉＯ₂／ＳｉＮ）₁₀の
第２の保護膜４を凹部の下部に形成する。

【００５５】第１の保護膜３及び第２の保護膜４を形成
後、反応容器内にセットし、温度を１０５０℃で、原料
ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、アンド
ープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層５を３０μ
ｍの膜厚で成長させる（図４及び図５）。

【００５６】第２の窒化物半導体層５を成長後、ウェー
ハを反応容器から取り出し、アンドープＧａＮよりなる
窒化物半導体基板を得る。

【００５７】（比較の窒化物半導体基板の製造例）一
方、比較のため、上記の製造方法において第１の保護膜
３及び第２の保護膜４を形成せず、上記製造方法と同様
にサファイア基板１上にバッファ層を成長させた後、そ
の上に第１の窒化物半導体層２を３０μｍの膜厚で形成
し、比較の窒化物半導体基板を得た。

【００５８】ここで上記製造された第２の窒化物半導体
層５（窒化物半導体基板５）、及び比較の窒化物半導体
基板上に、それぞれ１０×１５μｍの範囲を任意に９箇
所選び、単位面積あたりのエッチピットの数を光学顕微
鏡により観察し、エッチピットの数を測定した。なお、
エッチピットの測定方法は、まず上記のそれぞれのＧａ
Ｎ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、顕微鏡観察を行いエッチピットを数える。
エッチピットは、結晶欠陥の指標となり、エッチピット
の数が少ないと結晶欠陥のない結晶性の良好な結晶とい
える。その結果、エッチピットの数は、本発明の窒化物
半導体基板が５×１０⁶個／ｃｍ²であり、比較の窒化物
半導体基板が１×１０¹⁰個／ｃｍ²であり、本発明のも
のは比較のものに比べ非常に減少していた。

【００５９】（素子構造の形成）次に、上記得られた窒
化物半導体基板５上に、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープ
したｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ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の超格子構造のｎ側クラ
ッド層１１を形成する。ｎ側クラッド層１１を超格子層
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。

【００６０】次に、膜厚２０オングストロームの単一量
子井戸構造のＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなる活性層１２、膜
厚０．３μｍのＭｇを１×１０²⁰ドープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8
Ｎよりなるｐ側クラッド層１３、膜厚０．５μｍのＭｇ
を１×１０²⁰ドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１
４を順に成長させる。素子構造となるｎ側クラッド層１
１〜ｎ側コンタクト層１４成長後、ウエハを反応容器か
ら取り出して、窒素雰囲気中で７００℃でアニーリング
して、ｐ側クラッド層１３、ｐ側コンタクト層１４を低
抵抗にする。そしてｐ層側からエッチングを行いクラッ
ド層１１の表面を露出させて、Ｔｉ／Ａｌよりなるｎ電
極１７を０．５μｍの膜厚で形成し、一方ｐ側コンタク
ト層のほぼ全面には透光性のＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極
１５を２００オングストロームの膜厚で形成し、そのｐ
電極１５の上に、ボンディング用のパッド電極１６を
０．５μｍの膜厚で形成し、図１に示すような同一面側
からｎ電極１７とｐ電極１５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
チップに分離してＬＥＤ素子とする。

【００６１】得られたＬＥＤ素子は、結晶欠陥の少ない
結晶性の良好な第２の窒化物半導体層を窒化物半導体基
板とし、更にラテラル成長の際に保護膜に反射機能を持
たせて活性層で発光した光を活性層に近い位置で反射さ
せているので、従来のサファイア基板上に窒化物半導体
素子構造を成長させ更にサファイア基板面に反射鏡を設
けたものに比較して、出力が１．５倍以上、静電耐圧も
２倍以上と非常に優れた特性を示し、素子寿命も向上し
た。

【００６２】［実施例２］以下、図８に示される本発明
の一実施の形態である面発光レーザ素子の構造を示した
模式的断面図を用いて実施例２を以下に示す。

【００６３】実施例１と同様にして、サファイアよりな
る異種基板１の上に、ＧａＮよりなるバッファ層、アン
ドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２、光を反
射可能な誘電体多層膜よりなる第１の保護膜３及び第２
の保護膜５を形成し、更にこの上にアンドープＧａＮよ
りなる第２の窒化物半導体層５を順に積層させ、窒化物
半導体基板５を形成する。

【００６４】上記形成された窒化物半導体基板５上に、
Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層２１を
４μｍ成長させる。

【００６５】次に、４０オングストロームのアンドープ
Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなる障壁層と４０オングストロ
ームのアンドープＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる井戸層とを
交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚４４０オ
ングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層
２３を成長させる。ここで上記ようにｎ側コンタクト層
上に活性層を成長させたが、場合によってはｎ側コンタ
クト層上にｎ側クラッド層を形成しこの上に活性層を成
長させてもよい。ｎ側クラッド層としては特に限定され
ないが、例えば、膜厚２５オングストロームのアンドー
プＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層と、２５オングストロームのＳ
ｉドープＧａＮ層とを交互に積層して、総膜厚０．４μ
ｍの超格子層よりなるｎ側クラッド層が挙げられる。ｎ
側クラッド層が超格子層よりなる場合、ｎ型不純物はバ
ンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層のいず
れか一方の層に多くドープ（変調ドープ）するとしきい
値が低下し易い傾向があり好ましい。

【００６６】次に、ウェーハを反応容器から取り出し、
円形を有するＳｉＯ₂よりなるマスクを活性層の表面に
形成する。但し、そのマスクの位置は前記第２の保護膜
５よりも小さく、その第２の保護膜５の真上になるよう
に形成する。ここで上記のように活性層に直接マスクを
形成したが、場合によっては活性層上にｐ側クラッド層
を形成しこの上にマスクを形成してもよい。ｐ側クラッ
ド層としては特に限定されないが、例えば、２５オング
ストロームのアンドープＡｌ _0.15Ｇａ_0.85Ｎ層と、２５
オングストロームのＭｇドープＧａＮ層とを交互に積層
して、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッ
ド層２４が挙げられる。ｐ側クラッド層が超格子層より
なる場合、ｐ型不純物はバンドギャップエネルギーの大
きい層及び小さい層のいずれか一方の層に多くドープ
（変調ドープ）するとしきい値が低下し易い傾向があり
好ましい。

【００６７】ＳｉＯ₂よりなるマスクを形成後、再度、
ウェーハを反応容器内に移し、そのマスクが形成されて
いない活性層２３の表面にＳｉドープｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎよりなる電流阻止層２６を０．４μｍの膜厚で形
成する。なおこの電流阻止層２６はＺｎ、Ｃｄのような
ｐ型不純物をドープしてもｐ型になりにくいｐ型不純物
をドープして、高抵抗なｉ型の窒化物半導体層としても
よいし、またクラッド層を設ける場合はＡｌ混晶比をク
ラッド層よりも大きくして高抵抗なｉ型ＡｌＧａＮを形
成することもできる。

【００６８】電流阻止層２６形成後、ウェーハを反応容
器から取り出し、マスクを除去した後、再び反応容器内
において、その電流阻止層２６の上にＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ側コンタクト層２５を成長させる。

【００６９】反応終了後、アニーリングを行いｐ層をさ
らに低抵抗化し、実施例１と同じく、エッチングにより
ｎ側コンタクト層２２の一部を露出させ、露出したｎ側
コンタクト層２２にＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２８を形
成する一方、ｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕより
なるｐ電極２７を形成した後、ウェーハをチップに分離
して図９に示すような構造の面発光レーザ素子を得た。
その結果、結晶欠陥が少ない結晶性の良好な窒化物半導
体基板５上に素子構造を形成し、更にラテラル成長に用
いられる保護膜に光反射機能を持たせているので、活性
層に近い位置に反射鏡となる第２の保護膜５を有してい
るので良好な反射鏡が得られる。このように反射鏡が活
性層に近いと反射鏡間（共振器長）を小さくすることが
可能となるので、吸収等からくる共振器の内部損失が小
さくなり発振しきい値が下がる。更にラテラル成長の保
護膜に光反射機能を持たせているので、反射鏡を形成す
るための新たな製造工程を増やすことなく、且つ反射鏡
を形成したことによる素子構造の結晶性の低下がない。
そして、得られた面発光レーザは、４１０ｎｍのレーザ
光がサファイア基板側から観測された。

【００７０】［実施例３］実施例１において、成長させ
た第１の窒化物半導体層２にダイシングにより段差を形
成して第１の窒化物半導体層２の端面を露出させた後、
図２に示すように、保護膜３及び保護膜４を形成する他
は同様にして、第２の窒化物半導体層５の窒化物半導体
基板を得た。得られた窒化物半導体基板上に実施例１と
同様に素子構造を形成した結果、実施例１とほぼ同様の
結果が得られた。

【００７１】［実施例４］実施例１において、第１の窒
化物半導体層２をエッチングする際に、サファイア基板
１までエッチングする他は同様にして行った。その結
果、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。

【００７２】

【発明の効果】本発明は、新規なラテラル成長により結
晶欠陥の少ない窒化物半導体基板を形成し、更にラテラ
ル成長の際に用いられる保護膜に光反射機能を持たせる
ことで、発光効率の向上したＬＥＤ、更に保護膜が良好
な反射鏡となるので性能の向上した面発光レーザ素子の
窒化物半導体、及びそれらの製造方法を提供することが
できる。更に本発明は、結晶性の良好な窒化物半導体を
基板としてこの上に素子構造を構成する窒化物半導体を
成長させているので、ライフ時間の伸び、逆耐圧が上昇
し、寿命特性の良好な窒化物半導体素子を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明における光反射機能を有する保
護膜を用いて成長させた窒化物半導体基板上に形成され
た窒化物半導体ＬＥＤ素子の一実施の形態を示す模式的
断面図である。

【図２】図２は、本発明における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窒化物半導体ウェーハ
の構造を示す模式的断面図である。

【図３】図３は、本発明における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窒化物半導体ウェーハ
の構造を示す模式的断面図である。

【図４】図４は、本発明における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窒化物半導体ウェーハ
の構造を示す模式的断面図である。

【図５】図５は、本発明における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窒化物半導体ウェーハ
の構造を示す模式的断面図である。

【図６】図６は、本発明における窒化物半導体基板の製
造方法の一工程のその他の形態により得られる窒化物半
導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図７】図７は、サファイアの面方位を示すユニットセ
ル図である。

【図８】図８は、保護膜のストライプ方向を説明するた
めの基板主面側の平面図である。

【図９】図９は、本発明における光反射機能を有する保
護膜を用いて成長させた窒化物半導体基板上に形成され
た窒化物半導体ＬＤ素子の一実施の形態を示す模式的断
面図である。

【符号の説明】

１・・・異種基板２・・・第１の窒化物半導体３・・・第１の保護膜４・・・第２の保護膜５・・・第２の窒化物半導体（窒化物半導体基板）１１・・・ｎ側クラッド層１２、２３・・・活性層１３・・・ｐ側クラッド層１４、２５・・・ｐ側コンタクト層１５、２７・・・ｐ電極１６・・・パッド電極１７、２８・・・ｎ電極２１・・・ｎ側コンタクト層２０・・・クラック防止層２６・・・電流阻止層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/205 H01S 5/00 - 5/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化物半導体と異なる材料よりなる異種
基板の上に成長された第１の窒化物半導体層に凹凸を形
成しその凹凸部にある第１の窒化物半導体層の側面を露
出して成り、その凸部の上部平面に第１の保護膜及び凹
部の下部平面に第２の保護膜を有し、前記第１及び第２
の保護膜を形成していない凹凸部の側面から成長させた
第１の窒化物半導体層より結晶欠陥の少ない第２の窒化
物半導体層上に素子構造を有する窒化物半導体発光素子
であって、前記第１の保護膜及び第２の保護膜の少なく
とも一方が誘電体多層膜よりなる反射鏡であることを特
徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】前記誘電体多層膜よりなる反射膜は、酸
化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、窒化チタン、酸化
ジルコニウム等の酸化物、窒化物からなることを特徴と
する請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】前記保護膜は、保護膜材料をλ／４ｎ
（λ：発光波長、ｎ：誘電体の屈折率）となるよう積層
された誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１乃
至２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】窒化物半導体と異なる材料よりなる異種
基板の上に成長された第１の窒化物半導体層に凹凸を形
成しその凹凸部にある第１の窒化物半導体層の側面を露
出して成り、その凸部の上部平面に第１の保護膜及び凹
部の下部平面に第２の保護膜を有し、前記第１及び第２
の保護膜を形成していない凹凸部の側面から成長させた
第１の窒化物半導体層より結晶欠陥の少ない第２の窒化
物半導体層上に素子構造を有する窒化物半導体発光素子
であって、前記第１の保護膜及び第２の保護膜の少なく
とも一方が、活性層の発光を反射して、表面に窒化物半
導体が成長しにくい性質を有する銀白色の金属からなる
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項５】前記第１の保護膜及び第２の保護膜の少
なくとも一方が、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒ、又はＡｇからなる
ことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体発光素
子。
【請求項６】前記窒化物半導体発光素子は、発光ダイ
オード、レーザダイオード、又はスーパルミネッセント
ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５に記
載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】前記レーザダイオードは、ストライプ型
の導波路を有するレーザ素子、又は面発光型レーザであ
ることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体発光
素子。
【請求項８】前記基板は、サファイア、スピネル、又
は炭化ケイ素、であることを特徴とする請求項１乃至７
に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】前記凹凸は、ランダムな窪み、ストライ
プ状、碁盤面状、又はドット状に形成されていることを
特徴とする請求項１乃至８に記載の窒化物半導体発光素
子。
【請求項１０】前記凹凸のエッチング面は、異種基板
に対して側面がほぼ垂直となる形状、順メサ形状、逆メ
サ形状、又は第１の窒化物半導体の側面が階段状になる
よう形成されたことを特徴とする請求項１乃至９に記載
の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】前記第２の窒化物半導体層の結晶欠陥
密度は１０^６個／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請
求項１乃至１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】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の窒化物半導体層を成長させる第１
の工程と、第１の工程後、前記第１の窒化物半導体層に凹凸を形成
して第１の窒化物半導体層の側面を露出させ、凸部の上
部平面に窒化物半導体が成長しない又は成長しにくい第
１の保護膜を形成し、凹部の下部平面に窒化物半導体が
成長しない又は成長しにくい第２の保護膜を形成する第
２の工程と、第２の工程後、前記第１の窒化物半導体層の露出された
側面から第２の窒化物半導体層を成長させて窒化物半導
体基板とする第３の工程と、第３の工程で得られた窒化物半導体基板の上に複数の窒
化物半導体層からなる素子構造を形成して窒化物半導体
素子とする第４の工程を含み、更に第２の工程で形成する第１の保護膜及び第２の保護
膜のいずれか一方が誘電体多層膜よりなる反射鏡である
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】前記第２の工程で、凹部の下部平面が
第１の窒化物半導体層面又は異種基板面であることを特
徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子の製
造方法。