JP3349506B2 - 窒化物系半導体層の形成方法 - Google Patents
窒化物系半導体層の形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＮ（窒化ホウ
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれら
の混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系
半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する窒化物
系半導体層の形成方法に関する。
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれら
の混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系
半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する窒化物
系半導体層の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色または紫色の光を発する発光
ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子とし
て、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。ＧａＮ系半導体発光素子の製造の際には、ＧａＮか
らなる基板が存在しないため、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）
等の絶縁性基板上に各層をエピタキシャル成長させてい
る。
ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子とし
て、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。ＧａＮ系半導体発光素子の製造の際には、ＧａＮか
らなる基板が存在しないため、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）
等の絶縁性基板上に各層をエピタキシャル成長させてい
る。
【０００３】図１８は従来のＧａＮ系発光ダイオードの
構造を示す断面図である。図１８の発光ダイオードは日
経マイクロデバイス１９９４年２月号の第９２頁〜第９
３頁に開示されている。
構造を示す断面図である。図１８の発光ダイオードは日
経マイクロデバイス１９９４年２月号の第９２頁〜第９
３頁に開示されている。
【０００４】図１８において、サファイア基板６１上
に、ＧａＮバッファ層６２、ｎ−ＧａＮ層６３、ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層６４、ＩｎＧａＮ発光層６５、ｐ−
ＡｌＧａＮクラッド層６６およびｐ−ＧａＮ層６７が順
に形成されている。ｐ−ＧａＮ層６７からｎ−ＧａＮ層
６３までの一部領域がエッチングにより除去されてい
る。ｐ−ＧａＮ層６７の上面にｐ電極６８が形成され、
ｎ−ＧａＮ層６３の露出した上面にｎ電極６９が形成さ
れている。このような発光ダイオードの構造はラテラル
構造と呼ばれている。
に、ＧａＮバッファ層６２、ｎ−ＧａＮ層６３、ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層６４、ＩｎＧａＮ発光層６５、ｐ−
ＡｌＧａＮクラッド層６６およびｐ−ＧａＮ層６７が順
に形成されている。ｐ−ＧａＮ層６７からｎ−ＧａＮ層
６３までの一部領域がエッチングにより除去されてい
る。ｐ−ＧａＮ層６７の上面にｐ電極６８が形成され、
ｎ−ＧａＮ層６３の露出した上面にｎ電極６９が形成さ
れている。このような発光ダイオードの構造はラテラル
構造と呼ばれている。
【０００５】図１８の発光ダイオードは、ＩｎＧａＮ発
光層６５をｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６４およびｐ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層６６で挟んだダブルヘテロ構造のｐ
ｎ接合を有し、青色の光を発生することができる。
光層６５をｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６４およびｐ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層６６で挟んだダブルヘテロ構造のｐ
ｎ接合を有し、青色の光を発生することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１８
に示したような従来のＧａＮ系半導体発光素子では、Ｇ
ａＮおよびサファイア基板の格子定数の違いから、サフ
ァイア基板上に成長したＧａＮ系半導体結晶には、通常
１０9個／ｃｍ2程度の格子欠陥が存在する。このような
格子欠陥はサファイア基板の表面からＧａＮ系半導体層
へと伝搬している。この格子欠陥のために、サファイア
基板上のＧａＮ系半導体層からなる半導体発光素子で
は、素子特性および信頼性の劣化が生じる。
に示したような従来のＧａＮ系半導体発光素子では、Ｇ
ａＮおよびサファイア基板の格子定数の違いから、サフ
ァイア基板上に成長したＧａＮ系半導体結晶には、通常
１０9個／ｃｍ2程度の格子欠陥が存在する。このような
格子欠陥はサファイア基板の表面からＧａＮ系半導体層
へと伝搬している。この格子欠陥のために、サファイア
基板上のＧａＮ系半導体層からなる半導体発光素子で
は、素子特性および信頼性の劣化が生じる。
【０００７】格子欠陥による素子特性および信頼性の劣
化の問題を解決する方法として、横方向成長技術が提案
されている。この横方向成長技術は、例えばProceeding
s ofThe Second International Conference on Nitride
Semiconductors, October27-31, 1997, Tokushima, Ja
pan, pp.444-446 に報告されている。図１９は従来の横
方向成長技術を説明するための模式的工程断面図であ
る。
化の問題を解決する方法として、横方向成長技術が提案
されている。この横方向成長技術は、例えばProceeding
s ofThe Second International Conference on Nitride
Semiconductors, October27-31, 1997, Tokushima, Ja
pan, pp.444-446 に報告されている。図１９は従来の横
方向成長技術を説明するための模式的工程断面図であ
る。
【０００８】図１９（ａ）に示すように、サファイア基
板８１上にＡｌＧａＮバッファ層８２を成長させ、Ａｌ
ＧａＮバッファ層８２上にＧａＮ層８３を成長させる。
ＧａＮ層８３には上下方向に延びる格子欠陥９１が存在
する。このＧａＮ層８３上に、ストライプ状のＳｉＯ2
膜９０を形成する。
板８１上にＡｌＧａＮバッファ層８２を成長させ、Ａｌ
ＧａＮバッファ層８２上にＧａＮ層８３を成長させる。
ＧａＮ層８３には上下方向に延びる格子欠陥９１が存在
する。このＧａＮ層８３上に、ストライプ状のＳｉＯ2
膜９０を形成する。
【０００９】次に、図１９（ｂ）に示すように、ストラ
イプ状のＳｉＯ2膜９０間に露出したＧａＮ層８３上に
ＧａＮ層８４を再成長させる。この場合にも再成長した
ＧａＮ層８４に上下方向の格子欠陥９１が延びる。
イプ状のＳｉＯ2膜９０間に露出したＧａＮ層８３上に
ＧａＮ層８４を再成長させる。この場合にも再成長した
ＧａＮ層８４に上下方向の格子欠陥９１が延びる。
【００１０】図１９（ｃ）に示すように、ＧａＮ層８４
をさらに成長させると、ＧａＮ層８４が横方向にも成長
し、ＳｉＯ2膜９０上にもＧａＮ層８４が形成される。
ＳｉＯ2膜９０上のＧａＮ層８４には格子欠陥が存在し
ない。
をさらに成長させると、ＧａＮ層８４が横方向にも成長
し、ＳｉＯ2膜９０上にもＧａＮ層８４が形成される。
ＳｉＯ2膜９０上のＧａＮ層８４には格子欠陥が存在し
ない。
【００１１】図１９（ｄ）に示すように、ＧａＮ層８４
をさらに成長させると、ＳｉＯ2膜９０上およびＳｉＯ2
膜９０間のＧａＮ層８３上にＧａＮ層８４が形成され
る。
をさらに成長させると、ＳｉＯ2膜９０上およびＳｉＯ2
膜９０間のＧａＮ層８３上にＧａＮ層８４が形成され
る。
【００１２】このような横方向成長技術を用いると、Ｓ
ｉＯ2膜９０上に、格子欠陥の存在しない高品質なＧａ
Ｎ結晶を形成することができる。
ｉＯ2膜９０上に、格子欠陥の存在しない高品質なＧａ
Ｎ結晶を形成することができる。
【００１３】しかしながら、ＳｉＯ2膜９０が存在しな
い領域では、下地のＧａＮ層８３からの格子欠陥９１が
再成長したＧａＮ層８４の表面まで延びるため、ＧａＮ
層８４の表面の格子欠陥はなくならない。したがって、
半導体発光素子の作製時には、発光領域をＳｉＯ2膜上
に限定する必要がある。そのため、発光領域の大きさを
大きくすることができない。
い領域では、下地のＧａＮ層８３からの格子欠陥９１が
再成長したＧａＮ層８４の表面まで延びるため、ＧａＮ
層８４の表面の格子欠陥はなくならない。したがって、
半導体発光素子の作製時には、発光領域をＳｉＯ2膜上
に限定する必要がある。そのため、発光領域の大きさを
大きくすることができない。
【００１４】また、高品質なＧａＮ層の面積を広げるた
めにＳｉＯ2膜の面積を広くすると、横方向に成長する
ＧａＮ層の表面を平坦にすることができなくなる。
めにＳｉＯ2膜の面積を広くすると、横方向に成長する
ＧａＮ層の表面を平坦にすることができなくなる。
【００１５】図１８に示した従来のＧａＮ系発光ダイオ
ードでは、サファイア基板６１が絶縁性基板であるた
め、ｎ電極６９をサファイア基板６１の裏面に設けるこ
とができず、ｎ電極６９をｎ−ＧａＮ層６３の露出した
表面に設ける必要がある。そのため、ｎ電極を導電性基
板の裏面に設ける場合に比べて、ｐ電極６８とｎ電極６
９との間の電流経路が長くなり、動作電圧が高くなる。
ードでは、サファイア基板６１が絶縁性基板であるた
め、ｎ電極６９をサファイア基板６１の裏面に設けるこ
とができず、ｎ電極６９をｎ−ＧａＮ層６３の露出した
表面に設ける必要がある。そのため、ｎ電極を導電性基
板の裏面に設ける場合に比べて、ｐ電極６８とｎ電極６
９との間の電流経路が長くなり、動作電圧が高くなる。
【００１６】さらに、ＧａＮ系半導体レーザ素子を作製
する場合、ＧａＡｓ基板を用いた赤色光または赤外光を
発生する半導体レーザ素子のようにへき開法により共振
器面を形成することが困難である。
する場合、ＧａＡｓ基板を用いた赤色光または赤外光を
発生する半導体レーザ素子のようにへき開法により共振
器面を形成することが困難である。
【００１７】図２０はサファイア基板およびＧａＮ系半
導体層の結晶方位の関係を示す図である。図２０におい
て、実線の矢印はサファイア基板の結晶方位を示し、破
線の矢印はＧａＮ系半導体層の結晶方位を示す。
導体層の結晶方位の関係を示す図である。図２０におい
て、実線の矢印はサファイア基板の結晶方位を示し、破
線の矢印はＧａＮ系半導体層の結晶方位を示す。
【００１８】図２０に示すように、サファイア基板上に
形成されたＧａＮ系半導体層のａ軸およびｂ軸はサファ
イア基板のａ軸およびｂ軸に対して３０度ずれている。
形成されたＧａＮ系半導体層のａ軸およびｂ軸はサファ
イア基板のａ軸およびｂ軸に対して３０度ずれている。
【００１９】図２０はサファイア基板上に形成されたＧ
ａＮ系半導体層からなる半導体レーザ素子の概略斜視図
である。
ａＮ系半導体層からなる半導体レーザ素子の概略斜視図
である。
【００２０】図２１において、サファイア基板６１の
（0 0 0 1）面上にＧａＮ系半導体層７０が形成されて
いる。ストライプ状の電流注入領域７１は、ＧａＮ系半
導体層７０の＜1 1 -2 0＞方向に平行となっている。こ
の場合、ＧａＮ系半導体層７０の｛1 -1 0 0｝面はサフ
ァイア基板６１の｛1 -1 0 0｝面に対して３０度傾いて
いる。サファイア基板６１およびＧａＮ系半導体層７０
ともに｛1 -1 0 0｝面でへき開しやすい。
（0 0 0 1）面上にＧａＮ系半導体層７０が形成されて
いる。ストライプ状の電流注入領域７１は、ＧａＮ系半
導体層７０の＜1 1 -2 0＞方向に平行となっている。こ
の場合、ＧａＮ系半導体層７０の｛1 -1 0 0｝面はサフ
ァイア基板６１の｛1 -1 0 0｝面に対して３０度傾いて
いる。サファイア基板６１およびＧａＮ系半導体層７０
ともに｛1 -1 0 0｝面でへき開しやすい。
【００２１】このように、サファイア基板６１とＧａＮ
系半導体層７０とでへき開方向がずれているため、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザ素子を製造する場合に、ＧａＡｓ基板
上に形成される赤色光または赤外光を発生する半導体レ
ーザ素子のようにへき開法により共振器面を形成するこ
とが困難となる。この場合、エッチングにより共振器面
を形成する必要が生じる。しかしながら、エッチングに
より共振器面を形成した場合には、基板に対して垂直に
端面を形成することが困難であるため、半導体レーザ素
子の動作電流を低減することができない。
系半導体層７０とでへき開方向がずれているため、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザ素子を製造する場合に、ＧａＡｓ基板
上に形成される赤色光または赤外光を発生する半導体レ
ーザ素子のようにへき開法により共振器面を形成するこ
とが困難となる。この場合、エッチングにより共振器面
を形成する必要が生じる。しかしながら、エッチングに
より共振器面を形成した場合には、基板に対して垂直に
端面を形成することが困難であるため、半導体レーザ素
子の動作電流を低減することができない。
【００２２】一方、ＧａＮ系半導体レーザ素子の横モー
ドの制御方法に関して種々の報告および提案がされてい
る。これらの横モードの制御方法のほとんどは、従来の
赤色光または赤外光を発生する半導体レーザ素子で採用
されているリッジ導波構造およびセルフアライン構造の
２種である。
ドの制御方法に関して種々の報告および提案がされてい
る。これらの横モードの制御方法のほとんどは、従来の
赤色光または赤外光を発生する半導体レーザ素子で採用
されているリッジ導波構造およびセルフアライン構造の
２種である。
【００２３】しかし、ＧａＮ系半導体層は化学的に安定
であるため、従来の赤色光または赤外光を発生する半導
体レーザ素子に用いられるＡｌＧａＡｓ系半導体層等の
ように、ウエットエッチングによりパターニングするこ
とができず、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）、
ＲＩＢＥ法（反応性イオンビームエッチング法）等のド
ライエッチングによりパターニングする必要がある。
であるため、従来の赤色光または赤外光を発生する半導
体レーザ素子に用いられるＡｌＧａＡｓ系半導体層等の
ように、ウエットエッチングによりパターニングするこ
とができず、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）、
ＲＩＢＥ法（反応性イオンビームエッチング法）等のド
ライエッチングによりパターニングする必要がある。
【００２４】そのため、ＧａＮ系半導体レーザ素子にお
いて、リッジ導波構造またはセルフアライン構造を作製
するためのパターニングを容易にかつ再現性よく行うこ
とができない。しかも、ドライエッチングの精度により
素子特性が大きく変化する。
いて、リッジ導波構造またはセルフアライン構造を作製
するためのパターニングを容易にかつ再現性よく行うこ
とができない。しかも、ドライエッチングの精度により
素子特性が大きく変化する。
【００２５】本発明の目的は、基板上の広い領域におい
て格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体層を形
成する方法を提供することである。
て格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体層を形
成する方法を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る窒化物
系半導体層の形成方法は、絶縁性基板上にホウ素、ガリ
ウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つ
を含む第１の窒化物系半導体層を形成する工程と、前記
第１の窒化物系半導体層をマスク幅および窓幅が夫々１
０μｍ以下であるストライプ状マスクを用いてエッチン
グすることにより、前記第１の窒化物系半導体層の表面
に、凹部の底面に前記第１の窒化物系半導体層が露出す
る凹凸パターンを形成する工程と、前記凹凸パターンの
凹部の底面に及び凸部の上面に絶縁膜を形成する工程
と、横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系半導体
層からの成長により前記絶縁膜上にホウ素、ガリウム、
アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む
第２の窒化物系半導体層を形成する工程とを備えたもの
である。
系半導体層の形成方法は、絶縁性基板上にホウ素、ガリ
ウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つ
を含む第１の窒化物系半導体層を形成する工程と、前記
第１の窒化物系半導体層をマスク幅および窓幅が夫々１
０μｍ以下であるストライプ状マスクを用いてエッチン
グすることにより、前記第１の窒化物系半導体層の表面
に、凹部の底面に前記第１の窒化物系半導体層が露出す
る凹凸パターンを形成する工程と、前記凹凸パターンの
凹部の底面に及び凸部の上面に絶縁膜を形成する工程
と、横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系半導体
層からの成長により前記絶縁膜上にホウ素、ガリウム、
アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む
第２の窒化物系半導体層を形成する工程とを備えたもの
である。
【００２７】第２の発明に係る窒化物系半導体層の形成
方法は、絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウ
ムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化
物系半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物系半
導体層に膜幅および窓幅が夫々１０μｍ以下であるスト
ライプ状の絶縁膜を形成し、且つ前記絶縁膜の領域を除
いて前記第１の窒化物系半導体を除去することにより、
前記第１の窒化物系半導体層の表面に、凹部の底面に前
記絶縁性基板が露出する凹凸パターンを形成する工程
と、横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系半導体
層からの成長により前記絶縁膜上にホウ素、ガリウム、
アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む
第２の窒化物系半導体層を形成する工程とを備えたもの
である。
方法は、絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アルミニウ
ムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１の窒化
物系半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物系半
導体層に膜幅および窓幅が夫々１０μｍ以下であるスト
ライプ状の絶縁膜を形成し、且つ前記絶縁膜の領域を除
いて前記第１の窒化物系半導体を除去することにより、
前記第１の窒化物系半導体層の表面に、凹部の底面に前
記絶縁性基板が露出する凹凸パターンを形成する工程
と、横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系半導体
層からの成長により前記絶縁膜上にホウ素、ガリウム、
アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む
第２の窒化物系半導体層を形成する工程とを備えたもの
である。
【００２８】第１、第２の発明に係る窒化物系半導体層
の形成方法においては、第１の窒化物系半導体層の表面
に形成された凹凸パターンの凹部の底面および凸部の上
面に絶縁体が形成されているので、凹凸パターンの側面
のみに第１の窒化物系半導体層が露出している。そのた
め、窒化物系半導体層の横方向の成長により絶縁体上に
第２の窒化物系半導体層が形成される。したがって、第
２の窒化物系半導体層に第１の窒化物系半導体層から格
子欠陥が伝搬しない。その結果、基板上の広い領域にお
いて格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体層が
形成される。
の形成方法においては、第１の窒化物系半導体層の表面
に形成された凹凸パターンの凹部の底面および凸部の上
面に絶縁体が形成されているので、凹凸パターンの側面
のみに第１の窒化物系半導体層が露出している。そのた
め、窒化物系半導体層の横方向の成長により絶縁体上に
第２の窒化物系半導体層が形成される。したがって、第
２の窒化物系半導体層に第１の窒化物系半導体層から格
子欠陥が伝搬しない。その結果、基板上の広い領域にお
いて格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導体層が
形成される。
【００２９】特に、凹凸パターンは、第１の窒化物系半
導体層の〈１１-2０〉方向に沿って延びるストライプ状
の凹部および凸部からなることが好ましい。それによ
り、窒化物系半導体層の横方向の成長が生じやすくな
る。
導体層の〈１１-2０〉方向に沿って延びるストライプ状
の凹部および凸部からなることが好ましい。それによ
り、窒化物系半導体層の横方向の成長が生じやすくな
る。
【００３０】また、凹凸パターンの凸部の断面形状は垂
直な側面を有する矩形状または逆メサ形状であることが
好ましい。それにより、凹凸パターン上に絶縁膜を堆積
させた場合に、凹凸パターンの凹部の底面および凸部の
上面のみに絶縁膜を形成することができる。したがっ
て、凹凸パターンの側面の絶縁膜を除去する工程を省略
することが可能となる。
直な側面を有する矩形状または逆メサ形状であることが
好ましい。それにより、凹凸パターン上に絶縁膜を堆積
させた場合に、凹凸パターンの凹部の底面および凸部の
上面のみに絶縁膜を形成することができる。したがっ
て、凹凸パターンの側面の絶縁膜を除去する工程を省略
することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１〜図６は本発明の第１の参考
例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工
程断面図である。
例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工
程断面図である。
【００３２】まず、図１に示すように、サファイア基板
１上に、ＡｌＧａＮバッファ層２を形成し、ＡｌＧａＮ
バッファ層２上にアンドープのＧａＮ層３を成長させ
る。ＧａＮ層３上に所定幅のＳｉＯ2膜４を形成した
後、横方向成長技術を用いてＧａＮ層３上およびＳｉＯ
2膜４上にｎ−ＧａＮ層５を成長させる。
１上に、ＡｌＧａＮバッファ層２を形成し、ＡｌＧａＮ
バッファ層２上にアンドープのＧａＮ層３を成長させ
る。ＧａＮ層３上に所定幅のＳｉＯ2膜４を形成した
後、横方向成長技術を用いてＧａＮ層３上およびＳｉＯ
2膜４上にｎ−ＧａＮ層５を成長させる。
【００３３】次に、ｎ−ＧａＮ層５上に、厚さ０．１μ
ｍのｎ−ＩｎPＧａ1-PＮ（Ｐ＝０．１）クラック防止層
６、厚さ１．０μｍのｎ−ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．
７）クラッド層７、後述する多重量子井戸発光層（以
下、ＭＱＷ発光層と呼ぶ）８、厚さ０．１５μｍのｐ−
ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．０７）クラッド層９、および
厚さ０．２０μｍのｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ（Ｚ＝０．１
２）電流ブロック層１０を順に形成する。
ｍのｎ−ＩｎPＧａ1-PＮ（Ｐ＝０．１）クラック防止層
６、厚さ１．０μｍのｎ−ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．
７）クラッド層７、後述する多重量子井戸発光層（以
下、ＭＱＷ発光層と呼ぶ）８、厚さ０．１５μｍのｐ−
ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．０７）クラッド層９、および
厚さ０．２０μｍのｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ（Ｚ＝０．１
２）電流ブロック層１０を順に形成する。
【００３４】図７はＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド
構造図である。図７に示すように、ＭＱＷ発光層８は、
厚さ６０Åの６つのＩｎXＧａ1-XＮ（Ｘ＝０．０３）量
子障壁層８１と厚さ３０Åの５つのＩｎXＧａ1-XＮ（Ｘ
＝０．１０）量子井戸層８２とが交互に積層されてなる
多重量子井戸構造を含む。その多重量子井戸構造の両面
は厚さ０．１μｍのＧａＮ光ガイド層８３で挟まれてい
る。
構造図である。図７に示すように、ＭＱＷ発光層８は、
厚さ６０Åの６つのＩｎXＧａ1-XＮ（Ｘ＝０．０３）量
子障壁層８１と厚さ３０Åの５つのＩｎXＧａ1-XＮ（Ｘ
＝０．１０）量子井戸層８２とが交互に積層されてなる
多重量子井戸構造を含む。その多重量子井戸構造の両面
は厚さ０．１μｍのＧａＮ光ガイド層８３で挟まれてい
る。
【００３５】続いて、ｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ電流ブロック
層１０の中央部の幅Ｗ０のストライプ状の領域をエッチ
ングにより除去する。この場合、ｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ電
流ブロック層１０間のストライプ状の領域が電流注入領
域１９となる。電流注入領域１９の幅Ｗ０は例えば２μ
ｍである。この電流注入領域１９は、ＧａＮの〈１１-2
０〉方向に沿って形成する。
層１０の中央部の幅Ｗ０のストライプ状の領域をエッチ
ングにより除去する。この場合、ｎ−ＡｌZＧａ1-ZＮ電
流ブロック層１０間のストライプ状の領域が電流注入領
域１９となる。電流注入領域１９の幅Ｗ０は例えば２μ
ｍである。この電流注入領域１９は、ＧａＮの〈１１-2
０〉方向に沿って形成する。
【００３６】さらに、ｎ−ＡｌZＧａ1-Z Ｎ電流ブロッ
ク層１０上およびｐ−ＡｌYＧａ1-YＮクラッド層９上に
厚さ０．４μｍのｐ−ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．０７）
クラッド層１１、および厚さ０．１μｍのｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１２を順に形成する。
ク層１０上およびｐ−ＡｌYＧａ1-YＮクラッド層９上に
厚さ０．４μｍのｐ−ＡｌYＧａ1-YＮ（Ｙ＝０．０７）
クラッド層１１、および厚さ０．１μｍのｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１２を順に形成する。
【００３７】なお、ｎ型ドーパントとしてはＳｉを用
い、ｐ型ドーパントとしてはＭｇを用いる。また、各層
の成長方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属
化学的気相成長法）またはＨＶＰＥ法（ハイドライド気
相成長法）を用いる。
い、ｐ型ドーパントとしてはＭｇを用いる。また、各層
の成長方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属
化学的気相成長法）またはＨＶＰＥ法（ハイドライド気
相成長法）を用いる。
【００３８】この場合、ＳｉＯ2膜４が存在しない領域
では、ＧａＮ層３からｐ−ＧａＮコンタクト層１２まで
格子欠陥が上下方向に延びている。ＳｉＯ2膜４上のｎ
−ＧａＮ層５からｐ−ＧａＮコンタクト層１２には格子
欠陥が存在しない。
では、ＧａＮ層３からｐ−ＧａＮコンタクト層１２まで
格子欠陥が上下方向に延びている。ＳｉＯ2膜４上のｎ
−ＧａＮ層５からｐ−ＧａＮコンタクト層１２には格子
欠陥が存在しない。
【００３９】次に、図２に示すようにＳｉＯ2膜４が存
在しない領域のｐ−ＧａＮコンタクト層１２からｎ−Ｇ
ａＮ層５までをＲＩＥ法、ＲＩＢＥ法等のドライエッチ
ングにより除去する。それにより、ＧａＮ層３上に格子
欠陥の存在しないＧａＮ系半導体層１８が残る。
在しない領域のｐ−ＧａＮコンタクト層１２からｎ−Ｇ
ａＮ層５までをＲＩＥ法、ＲＩＢＥ法等のドライエッチ
ングにより除去する。それにより、ＧａＮ層３上に格子
欠陥の存在しないＧａＮ系半導体層１８が残る。
【００４０】さらに、ｐ型ドーパントを活性化するため
に、６００℃以上、例えば８００℃で３０分間のアニー
ルを行った後、図３に示すように、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層１２上に厚さ５０００ÅのＮｉ、厚さ１００ÅのＰ
ｔおよび厚さ１μｍのＡｕからなるｐ電極１３を形成す
る。
に、６００℃以上、例えば８００℃で３０分間のアニー
ルを行った後、図３に示すように、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層１２上に厚さ５０００ÅのＮｉ、厚さ１００ÅのＰ
ｔおよび厚さ１μｍのＡｕからなるｐ電極１３を形成す
る。
【００４１】次に、図４に示すように、表裏の（００
１）面にオーミック電極１５ａ，１５ｂが形成された厚
み１００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１４を用意する。この
ｎ−ＧａＡｓ基板１４のオーミック電極１５ａ上に、サ
ファイア基板１上のＧａＮ系半導体層１８上に形成され
たｐ電極１３の上面を熱圧着または融着により接合す
る。
１）面にオーミック電極１５ａ，１５ｂが形成された厚
み１００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１４を用意する。この
ｎ−ＧａＡｓ基板１４のオーミック電極１５ａ上に、サ
ファイア基板１上のＧａＮ系半導体層１８上に形成され
たｐ電極１３の上面を熱圧着または融着により接合す
る。
【００４２】熱圧着を用いる場合、ｐ電極１３の表面お
よびオーミック電極１５ａの表面は、蒸着直後の状態の
Ａｕで覆われていることが望ましい。また、融着を用い
る場合には、ｎ−ＧａＡｓ基板１４上に厚さ３μｍ程度
のＡｕ−Ｓｎ膜を形成することが望ましい。
よびオーミック電極１５ａの表面は、蒸着直後の状態の
Ａｕで覆われていることが望ましい。また、融着を用い
る場合には、ｎ−ＧａＡｓ基板１４上に厚さ３μｍ程度
のＡｕ−Ｓｎ膜を形成することが望ましい。
【００４３】ｐ電極１３とオーミック電極１５ａとの接
合の際には、ｎ−ＧａＡｓ基板１４とＧａＮ系半導体層
１８とが図８の関係を有するようにＧａＡｓ基板１４と
ＧａＮ系半導体層１８との結晶方位を合わせる。
合の際には、ｎ−ＧａＡｓ基板１４とＧａＮ系半導体層
１８とが図８の関係を有するようにＧａＡｓ基板１４と
ＧａＮ系半導体層１８との結晶方位を合わせる。
【００４４】図８において、ｎ−ＧａＡｓ基板１４の
（００１）面上にＧａＮ系半導体層１８が形成される。
ストライプ状の電流注入領域１９は、図４のｎ−ＡｌZ
Ｇａ1-ZＮ電流ブロック層１０間の領域に対応し、電流
注入領域１９に発光部２０が形成される。この電流注入
領域１９は〈1 -1 0 0〉方向に沿って設けられる。この
場合，ＧａＮ系半導体層１８の電流注入領域１９がｎ−
ＧａＡｓ基板１４の〈１１０〉方向または〈１-1０〉方
向と平行になるようにＧａＮ系半導体層１８をｎ−Ｇａ
Ａｓ基板１４上に接合する。
（００１）面上にＧａＮ系半導体層１８が形成される。
ストライプ状の電流注入領域１９は、図４のｎ−ＡｌZ
Ｇａ1-ZＮ電流ブロック層１０間の領域に対応し、電流
注入領域１９に発光部２０が形成される。この電流注入
領域１９は〈1 -1 0 0〉方向に沿って設けられる。この
場合，ＧａＮ系半導体層１８の電流注入領域１９がｎ−
ＧａＡｓ基板１４の〈１１０〉方向または〈１-1０〉方
向と平行になるようにＧａＮ系半導体層１８をｎ−Ｇａ
Ａｓ基板１４上に接合する。
【００４５】次に、図４のサファイア基板１およびｎ−
ＧａＡｓ基板１４をフッ酸原液に浸漬することによりＳ
ｉＯ2膜４を除去し、サファイア基板１およびその上の
格子欠陥を有するＡｌＧａＮバッファ層２およびＧａＮ
層３をリフトオフ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１４上のＧ
ａＮ系半導体層１８から取り外す。それにより、図５に
示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１４上に格子欠陥を有さ
ないＧａＮ系半導体層１８が残る。この場合、ＳｉＯ2
膜４のサイドエッチングが進行しやすくなるように、界
面活性化入りのフッ酸原液を用いることが望ましい。
ＧａＡｓ基板１４をフッ酸原液に浸漬することによりＳ
ｉＯ2膜４を除去し、サファイア基板１およびその上の
格子欠陥を有するＡｌＧａＮバッファ層２およびＧａＮ
層３をリフトオフ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１４上のＧ
ａＮ系半導体層１８から取り外す。それにより、図５に
示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１４上に格子欠陥を有さ
ないＧａＮ系半導体層１８が残る。この場合、ＳｉＯ2
膜４のサイドエッチングが進行しやすくなるように、界
面活性化入りのフッ酸原液を用いることが望ましい。
【００４６】最後に、図６に示すように、ｎ−ＧａＮ層
５上の中央部の領域を除いてＧａＮ系半導体層１８の上
面および側面ならびにオーミック電極１５ａの表面に、
短絡防止用のＳｉＯ2膜１６を形成した後、ｎ−ＧａＮ
層５上およびＳｉＯ2膜１６上に厚さ１００ÅのＴｉお
よび厚さ２０００ÅのＡｌからなるｎ電極１７を形成す
る。
５上の中央部の領域を除いてＧａＮ系半導体層１８の上
面および側面ならびにオーミック電極１５ａの表面に、
短絡防止用のＳｉＯ2膜１６を形成した後、ｎ−ＧａＮ
層５上およびＳｉＯ2膜１６上に厚さ１００ÅのＴｉお
よび厚さ２０００ÅのＡｌからなるｎ電極１７を形成す
る。
【００４７】その後、一対の共振器面をへき開法により
形成する。この場合、図８に示すように、ＧａＮ系半導
体層１８の｛１-1００｝面およびｎ−ＧａＡｓ基板１４
の｛１１０｝面または｛１-1０｝面がへき開面となる。
形成する。この場合、図８に示すように、ＧａＮ系半導
体層１８の｛１-1００｝面およびｎ−ＧａＡｓ基板１４
の｛１１０｝面または｛１-1０｝面がへき開面となる。
【００４８】本実施例の半導体レーザ素子においては、
ＧａＮ系半導体層１８の裏面および表面にそれぞれｐ電
極１３およびｎ電極１７が形成されるので、ｐ電極１３
とｎ電極１７との間の電流経路が短くなる。また、Ｇａ
Ｎ系半導体層１８にほとんど格子欠陥が存在しない。し
たがって、低電圧動作および低電流動作が可能となる。
ＧａＮ系半導体層１８の裏面および表面にそれぞれｐ電
極１３およびｎ電極１７が形成されるので、ｐ電極１３
とｎ電極１７との間の電流経路が短くなる。また、Ｇａ
Ｎ系半導体層１８にほとんど格子欠陥が存在しない。し
たがって、低電圧動作および低電流動作が可能となる。
【００４９】また、ＧａＮ系半導体層１８のへき開方向
とｎ−ＧａＡｓ基板１４のへき開方向とを一致させるこ
とができるので、共振器面をへき開法により容易に形成
することができる。
とｎ−ＧａＡｓ基板１４のへき開方向とを一致させるこ
とができるので、共振器面をへき開法により容易に形成
することができる。
【００５０】なお、本参考例では、半導体レーザ素子に
適用した場合を説明したが、発光ダイオード等のその他
の半導体発光素子や、その他の半導体素子にも適用可能
である。
適用した場合を説明したが、発光ダイオード等のその他
の半導体発光素子や、その他の半導体素子にも適用可能
である。
【００５１】図９および図１０は本発明の第１の実施例
におけるＧａＮ系半導体層の形成方法を示す模式的工程
断面図である。
におけるＧａＮ系半導体層の形成方法を示す模式的工程
断面図である。
【００５２】図９（ａ）に示すサファイア基板２１の端
面は（０００１）面（ｃ面）を有する。図９（ｂ）に示
すように、サファイア基板２１の（０００１）面上に、
ＡｌＧａＮバッファ層２２およびアンドープのＧａＮ層
２３を順に成長させる。ＧａＮ層２３には上下方向に延
びる格子欠陥３７が存在する。
面は（０００１）面（ｃ面）を有する。図９（ｂ）に示
すように、サファイア基板２１の（０００１）面上に、
ＡｌＧａＮバッファ層２２およびアンドープのＧａＮ層
２３を順に成長させる。ＧａＮ層２３には上下方向に延
びる格子欠陥３７が存在する。
【００５３】次に、図９（ｃ）に示すように、Ｎｉから
なるストライプ状マスク２９を用いてＧａＮ層２３をＲ
ＩＥ法によりエッチングし、ＧａＮ層２３の表面にスト
ライプ状の凹凸パターンを形成する。凹凸パターンにお
ける凹部および凸部の幅Ｄはいずれも例えば５μｍとす
る。
なるストライプ状マスク２９を用いてＧａＮ層２３をＲ
ＩＥ法によりエッチングし、ＧａＮ層２３の表面にスト
ライプ状の凹凸パターンを形成する。凹凸パターンにお
ける凹部および凸部の幅Ｄはいずれも例えば５μｍとす
る。
【００５４】ストライプ状マスク２９を除去した後、図
９（ｄ）に示すように、ＧａＮ層２３上にＳｉＯ2膜３
０を形成する。
９（ｄ）に示すように、ＧａＮ層２３上にＳｉＯ2膜３
０を形成する。
【００５５】次に、図１０（ｅ）に示すように、ＧａＮ
層２３の凹凸パターンの側面に形成されたＳｉＯ2膜３
０をエッチングにより除去する。
層２３の凹凸パターンの側面に形成されたＳｉＯ2膜３
０をエッチングにより除去する。
【００５６】その後、図１０（ｆ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長を行う。このとき、凹凸パターンの側
面のみに下地のＧａＮ層２３が露出しているので、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長の開始時には、ＧａＮ層２４は縦方向
へ成長せず、横方向のみに成長する。ＳｉＯ2膜３０上
で横方向に成長するＧａＮ層２４には下地のＧａＮ層２
３の格子欠陥３７が伝搬しない。
Ｎ層２４の再成長を行う。このとき、凹凸パターンの側
面のみに下地のＧａＮ層２３が露出しているので、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長の開始時には、ＧａＮ層２４は縦方向
へ成長せず、横方向のみに成長する。ＳｉＯ2膜３０上
で横方向に成長するＧａＮ層２４には下地のＧａＮ層２
３の格子欠陥３７が伝搬しない。
【００５７】そして、図１０（ｇ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長が進むにつれて、凹凸パターンの下段
のＳｉＯ2膜３０がＧａＮ層２４により埋め込まれ、Ｇ
ａＮ層２４が縦方向へ成長する。
Ｎ層２４の再成長が進むにつれて、凹凸パターンの下段
のＳｉＯ2膜３０がＧａＮ層２４により埋め込まれ、Ｇ
ａＮ層２４が縦方向へ成長する。
【００５８】その後、図１０（ｈ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４が凹凸パターンの上段のＳｉＯ2膜３０上にお
いて横方向へ成長するとともに縦方向にも成長し、Ｇａ
Ｎ層２４の表面が平坦化される。それにより、凹凸パタ
ーンのＳｉＯ2膜３０上に格子欠陥が存在しない高品質
のＧａＮ層２４が形成される。
Ｎ層２４が凹凸パターンの上段のＳｉＯ2膜３０上にお
いて横方向へ成長するとともに縦方向にも成長し、Ｇａ
Ｎ層２４の表面が平坦化される。それにより、凹凸パタ
ーンのＳｉＯ2膜３０上に格子欠陥が存在しない高品質
のＧａＮ層２４が形成される。
【００５９】再成長させるＧａＮ層２４の表面を平坦に
するためには、ＧａＮ層２４がある程度の厚みを有する
ことが必要である。ＧａＮ層２４の表面を平坦にするた
めに必要な厚みは、下地のＧａＮ層２３の凹凸パターン
の幅、ＧａＮ層２４の成長時の基板温度等の成長条件に
よって異なる。例えば、凹凸パターンの凹部および凸部
の幅がそれぞれ５μｍ程度の場合、ＧａＮ層２４の厚み
は１０〜２０μｍ程度必要となる。
するためには、ＧａＮ層２４がある程度の厚みを有する
ことが必要である。ＧａＮ層２４の表面を平坦にするた
めに必要な厚みは、下地のＧａＮ層２３の凹凸パターン
の幅、ＧａＮ層２４の成長時の基板温度等の成長条件に
よって異なる。例えば、凹凸パターンの凹部および凸部
の幅がそれぞれ５μｍ程度の場合、ＧａＮ層２４の厚み
は１０〜２０μｍ程度必要となる。
【００６０】ＧａＮは〈１-1００〉方向に成長しやすい
ので、図１０（ｆ），（ｇ），（ｈ）の工程でＧａＮ層
２４の横方向への成長が生じやすくするために、図９
（ｃ）の工程でＮｉからなるストライプ状マスク２９を
ＧａＮ層２３の〈１-1００〉方向と垂直な〈１１-2０〉
方向に沿って形成することが望ましい。
ので、図１０（ｆ），（ｇ），（ｈ）の工程でＧａＮ層
２４の横方向への成長が生じやすくするために、図９
（ｃ）の工程でＮｉからなるストライプ状マスク２９を
ＧａＮ層２３の〈１-1００〉方向と垂直な〈１１-2０〉
方向に沿って形成することが望ましい。
【００６１】また、図１０（ｈ）の工程で再成長するＧ
ａＮ層２４の表面が平坦になりやすくするために、図９
（ｃ）の工程で用いるＮｉからなるストライプ状マスク
２９のマスク幅およびストライプ状マスク２９の窓幅
（Ｎｉが存在しない領域の幅）はそれぞれ１０μｍ以下
と小さいことが好ましく、１〜５μｍとすることがより
好ましい。
ａＮ層２４の表面が平坦になりやすくするために、図９
（ｃ）の工程で用いるＮｉからなるストライプ状マスク
２９のマスク幅およびストライプ状マスク２９の窓幅
（Ｎｉが存在しない領域の幅）はそれぞれ１０μｍ以下
と小さいことが好ましく、１〜５μｍとすることがより
好ましい。
【００６２】さらに、下地のＧａＮ層２３の凹凸パター
ンの凸部の断面形状は、順メサ形状（台形状）とするよ
りも垂直な側面を有する矩形状または逆メサ形状（逆台
形状）とすることが好ましい。
ンの凸部の断面形状は、順メサ形状（台形状）とするよ
りも垂直な側面を有する矩形状または逆メサ形状（逆台
形状）とすることが好ましい。
【００６３】図１１に示すように、ＧａＮ層２３の凹凸
パターンの断面形状を逆メサ形状にし、ステップカバレ
ッジの悪い電子ビーム蒸着等の堆積方法でＳｉＯ2膜３
０をＧａＮ層２３上に形成することにより、凹凸パター
ンの側面へＳｉＯ2膜が堆積することを防止できる。そ
れにより、凹凸パターンの側面のＳｉＯ2膜をエッチン
グにより除去する工程を省略することができる。
パターンの断面形状を逆メサ形状にし、ステップカバレ
ッジの悪い電子ビーム蒸着等の堆積方法でＳｉＯ2膜３
０をＧａＮ層２３上に形成することにより、凹凸パター
ンの側面へＳｉＯ2膜が堆積することを防止できる。そ
れにより、凹凸パターンの側面のＳｉＯ2膜をエッチン
グにより除去する工程を省略することができる。
【００６４】図１２（ａ），（ｂ）は下地のＧａＮ層２
３の表面に逆メサ形状の凹凸パターンを形成する方法を
示す模式的断面図である。
３の表面に逆メサ形状の凹凸パターンを形成する方法を
示す模式的断面図である。
【００６５】まず、図１２（ａ）に示すように、ＧａＮ
層２３上にＮｉからなるストライプ状マスク２９を形成
した後、ドライエッチング時に、サファイア基板２１を
傾けてエッチング装置に装着する。この状態で、ＧａＮ
層２３をＲＩＥ法等のドライエッチングによりエッチン
グする。
層２３上にＮｉからなるストライプ状マスク２９を形成
した後、ドライエッチング時に、サファイア基板２１を
傾けてエッチング装置に装着する。この状態で、ＧａＮ
層２３をＲＩＥ法等のドライエッチングによりエッチン
グする。
【００６６】次に、図１２（ｂ）に示すように、サファ
イア基板２１を逆方向に傾ける。この状態で、ＧａＮ層
２３をＲＩＥ法等のドライエッチングによりエッチング
する。このようにして、ＧａＮ層２３の表面に逆メサ形
状の凹凸パターンを形成することができる。
イア基板２１を逆方向に傾ける。この状態で、ＧａＮ層
２３をＲＩＥ法等のドライエッチングによりエッチング
する。このようにして、ＧａＮ層２３の表面に逆メサ形
状の凹凸パターンを形成することができる。
【００６７】本実施例のＧａＮ系半導体層の製造方法に
よれば、ＧａＮと格子定数の異なるサファイア基板２１
を用いても、サファイア基板２１の全面において格子欠
陥が存在しない高品質のＧａＮ層２４を成長させること
が可能となる。
よれば、ＧａＮと格子定数の異なるサファイア基板２１
を用いても、サファイア基板２１の全面において格子欠
陥が存在しない高品質のＧａＮ層２４を成長させること
が可能となる。
【００６８】したがって、ＧａＮ層２４上にＧａＮ系半
導体層からなる発光ダイオード、半導体レーザ素子等の
半導体発光素子を作製した場合、発光効率および信頼性
の向上を図ることが可能となる。
導体層からなる発光ダイオード、半導体レーザ素子等の
半導体発光素子を作製した場合、発光効率および信頼性
の向上を図ることが可能となる。
【００６９】図１３は図９および図１０の方法により形
成されたＧａＮ層上に作製された半導体レーザ素子の一
例を示す模式的断面図である。
成されたＧａＮ層上に作製された半導体レーザ素子の一
例を示す模式的断面図である。
【００７０】図１３において、図９および図１０の方法
により形成されたＧａＮ層２４上に、ｎ−ＧａＮ層２
５、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層２６、ｎ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２７、ＭＱＷ発光層２８およびｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９が順に形成されている。ｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９上のストライプ状の領域を除いてｎ
−ＡｌＧａＮ電流ブロック層３１が形成されている。ｐ
−ＡｌＧａＮクラッド層２９上およびｎ−ＡｌＧａＮ電
流ブロック層３１上に、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３２
およびｐ−ＧａＮコンタクト層３３が順に形成されてい
る。ｐ−ＧａＮコンタクト層３３からｎ−ＧａＮ層２５
までの一部領域がエッチングにより除去されている。ｐ
−ＧａＮコンタクト層３３上にｐ電極３４が形成され、
ｎ−ＧａＮ層２５の露出した表面にｎ電極３５が形成さ
れている。
により形成されたＧａＮ層２４上に、ｎ−ＧａＮ層２
５、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層２６、ｎ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２７、ＭＱＷ発光層２８およびｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９が順に形成されている。ｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９上のストライプ状の領域を除いてｎ
−ＡｌＧａＮ電流ブロック層３１が形成されている。ｐ
−ＡｌＧａＮクラッド層２９上およびｎ−ＡｌＧａＮ電
流ブロック層３１上に、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３２
およびｐ−ＧａＮコンタクト層３３が順に形成されてい
る。ｐ−ＧａＮコンタクト層３３からｎ−ＧａＮ層２５
までの一部領域がエッチングにより除去されている。ｐ
−ＧａＮコンタクト層３３上にｐ電極３４が形成され、
ｎ−ＧａＮ層２５の露出した表面にｎ電極３５が形成さ
れている。
【００７１】図１３の半導体レーザ素子においては、ｎ
−ＧａＮ層２５からｐ−ＧａＮコンタクト層３３までの
ＧａＮ系半導体層３６が格子欠陥のないＧａＮ層２４上
に形成されているので、ＧａＮ系半導体層３６にほとん
ど格子欠陥が存在しない。したがって、低電流および低
電圧動作が可能な半導体レーザ素子が得られる。
−ＧａＮ層２５からｐ−ＧａＮコンタクト層３３までの
ＧａＮ系半導体層３６が格子欠陥のないＧａＮ層２４上
に形成されているので、ＧａＮ系半導体層３６にほとん
ど格子欠陥が存在しない。したがって、低電流および低
電圧動作が可能な半導体レーザ素子が得られる。
【００７２】なお、本実施例では、本発明に係る窒化物
系半導体層の形成方法を半導体レーザ素子に適用した場
合を説明したが、本発明に係る窒化物系半導体層の形成
方法は、発光ダイオード等のその他の半導体発光素子
や、その他の半導体素子にも適用可能である。
系半導体層の形成方法を半導体レーザ素子に適用した場
合を説明したが、本発明に係る窒化物系半導体層の形成
方法は、発光ダイオード等のその他の半導体発光素子
や、その他の半導体素子にも適用可能である。
【００７３】尚、図９及び図１０の例では、図９（ｃ）
に示したように、ＧａＮ層２３の表面にストライプ状の
凹凸パターンを形成する際に、凹部の底面にＧａＮ層２
３が残るようにＧａＮ層２３をエッチングしているが、
ＧａＮ層２３の表面に凹凸パターンを形成する際に、図
１４および図１５に示すように凹部の底面にサファイア
基板２１が露出するまでＧａＮ層２３をエッチングして
もよい。
に示したように、ＧａＮ層２３の表面にストライプ状の
凹凸パターンを形成する際に、凹部の底面にＧａＮ層２
３が残るようにＧａＮ層２３をエッチングしているが、
ＧａＮ層２３の表面に凹凸パターンを形成する際に、図
１４および図１５に示すように凹部の底面にサファイア
基板２１が露出するまでＧａＮ層２３をエッチングして
もよい。
【００７４】図１４（ａ），（ｂ）に示すように、図１
９（ａ），（ｂ）と同様にして、サファイア基板２１の
（0 0 0 1）面上に、ＡｌＧａＮバッファ層２２および
アンドープのＧａＮ層２３を順に成長させる。なお、Ｇ
ａＮ層２３の厚さは例えば０．５μｍ〜５μｍ程度であ
る。この場合にも、ＧａＮ層２３には上下方向に延びる
格子欠陥３７が存在する。
９（ａ），（ｂ）と同様にして、サファイア基板２１の
（0 0 0 1）面上に、ＡｌＧａＮバッファ層２２および
アンドープのＧａＮ層２３を順に成長させる。なお、Ｇ
ａＮ層２３の厚さは例えば０．５μｍ〜５μｍ程度であ
る。この場合にも、ＧａＮ層２３には上下方向に延びる
格子欠陥３７が存在する。
【００７５】次に、ＧａＮ層２３の全面にＳｉＯ2膜を
形成し、ＳｉＯ2膜上にフォトレジストからなるストラ
イプ状マスクを形成し、図１４（ｃ）に示すように、フ
ッ酸を用いてＳｉＯ2膜をエッチングすることにより、
ストライプ状のＳｉＯ2膜３０を形成する。
形成し、ＳｉＯ2膜上にフォトレジストからなるストラ
イプ状マスクを形成し、図１４（ｃ）に示すように、フ
ッ酸を用いてＳｉＯ2膜をエッチングすることにより、
ストライプ状のＳｉＯ2膜３０を形成する。
【００７６】その後、図１４（ｄ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ2膜３０をマスクとして用い、塩素ガスを用いたＲＩ
Ｅ法により、ＧａＮ層２３およびＡｌＧａＮバッファ層
２２をサファイア基板２１が露出するまでエッチング
し、ＧａＮ層２３の表面にストライプ状の凹凸パターン
を形成する。凹凸パターンにおける凹部および凸部の幅
Ｄはいずれも例えば５μｍとする。
Ｏ2膜３０をマスクとして用い、塩素ガスを用いたＲＩ
Ｅ法により、ＧａＮ層２３およびＡｌＧａＮバッファ層
２２をサファイア基板２１が露出するまでエッチング
し、ＧａＮ層２３の表面にストライプ状の凹凸パターン
を形成する。凹凸パターンにおける凹部および凸部の幅
Ｄはいずれも例えば５μｍとする。
【００７７】その後、図１５（ｅ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長を行う。このとき、凹凸パターンの側
面のみに下地のＧａＮ層２３が露出しているので、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長の開始時には、ＧａＮ層２４は縦方向
には成長せず、横方向のみに成長する。サファイア基板
２１上で横方向に成長するＧａＮ層２４には格子欠陥が
存在しない。
Ｎ層２４の再成長を行う。このとき、凹凸パターンの側
面のみに下地のＧａＮ層２３が露出しているので、Ｇａ
Ｎ層２４の再成長の開始時には、ＧａＮ層２４は縦方向
には成長せず、横方向のみに成長する。サファイア基板
２１上で横方向に成長するＧａＮ層２４には格子欠陥が
存在しない。
【００７８】図１５（ｆ）に示すように、ＧａＮ層２４
の再成長が進むにつれて、凹凸パターンの凹部がＧａＮ
層２４により埋め込まれ、ＧａＮ層２４が縦方向に成長
する。
の再成長が進むにつれて、凹凸パターンの凹部がＧａＮ
層２４により埋め込まれ、ＧａＮ層２４が縦方向に成長
する。
【００７９】その後、図１５（ｇ）に示すように、Ｇａ
Ｎ層２４が凹凸パターンの凸部の上面のＳｉＯ2膜３０
において横方向に成長するとともに縦方向にも成長し、
ＧａＮ層２４の表面が平坦化される。それにより、凹凸
パターンのＳｉＯ2膜３０上およびサファイア基板２１
上に格子欠陥が存在しない高品質のＧａＮ層２４が形成
される。
Ｎ層２４が凹凸パターンの凸部の上面のＳｉＯ2膜３０
において横方向に成長するとともに縦方向にも成長し、
ＧａＮ層２４の表面が平坦化される。それにより、凹凸
パターンのＳｉＯ2膜３０上およびサファイア基板２１
上に格子欠陥が存在しない高品質のＧａＮ層２４が形成
される。
【００８０】図９および図１０の例と同様に、再成長さ
せるＧａＮ層２４の表面を平坦にするためには、ＧａＮ
層２４がある程度の厚みを有することが必要である。Ｇ
ａＮ層２４の表面を平坦にするために必要な厚みは、下
地のＧａＮ層２３の凹凸パターンの幅、ＧａＮ層２４の
成長時の基板温度等の成長条件によって異なる。例え
ば、凹凸パターンの凹部および凸部の幅がそれぞれ５μ
ｍの場合、ＧａＮ層２４の厚みは１０〜２０μｍ程度必
要となる。
せるＧａＮ層２４の表面を平坦にするためには、ＧａＮ
層２４がある程度の厚みを有することが必要である。Ｇ
ａＮ層２４の表面を平坦にするために必要な厚みは、下
地のＧａＮ層２３の凹凸パターンの幅、ＧａＮ層２４の
成長時の基板温度等の成長条件によって異なる。例え
ば、凹凸パターンの凹部および凸部の幅がそれぞれ５μ
ｍの場合、ＧａＮ層２４の厚みは１０〜２０μｍ程度必
要となる。
【００８１】また、ＧａＮは＜1 -1 0 0＞方向に成長し
やすいので、図１５（ｅ），（ｆ），（ｇ）の工程でＧ
ａＮ層２４の横方向への成長が生じやすくするために、
図１４（ｃ）の工程でストライプ状のＳｉＯ2膜３０を
ＧａＮ層２３の＜1 -1 0 0＞方向と垂直な＜1 1 -2 0＞
方向に沿って形成することが望ましい。
やすいので、図１５（ｅ），（ｆ），（ｇ）の工程でＧ
ａＮ層２４の横方向への成長が生じやすくするために、
図１４（ｃ）の工程でストライプ状のＳｉＯ2膜３０を
ＧａＮ層２３の＜1 -1 0 0＞方向と垂直な＜1 1 -2 0＞
方向に沿って形成することが望ましい。
【００８２】さらに、図１５（ｇ）の工程で再成長する
ＧａＮ層２４の表面が平坦になりやすくなるために、図
１４（ｃ）の工程で形成するストライプ状のＳｉＯ2膜
３０の幅およびストライプ状のＳｉＯ2膜の窓幅（Ｓｉ
Ｏ2膜が存在しない領域の幅）はそれぞれ１０μｍ以下
と小さいことが好ましく、１〜５μｍ以下とすることが
より好ましい。
ＧａＮ層２４の表面が平坦になりやすくなるために、図
１４（ｃ）の工程で形成するストライプ状のＳｉＯ2膜
３０の幅およびストライプ状のＳｉＯ2膜の窓幅（Ｓｉ
Ｏ2膜が存在しない領域の幅）はそれぞれ１０μｍ以下
と小さいことが好ましく、１〜５μｍ以下とすることが
より好ましい。
【００８３】また、ＧａＮ層２３の凹凸パターンの凸部
の断面形状は、図９および図１０の例と同様に、順メサ
形状とするよりも垂直な側面を有する矩形状または逆メ
サ形状とすることが好ましい。
の断面形状は、図９および図１０の例と同様に、順メサ
形状とするよりも垂直な側面を有する矩形状または逆メ
サ形状とすることが好ましい。
【００８４】尚、図１４及び図１５の例では、絶縁性基
板としてサファイア基板２１を用いているが、サファイ
ア基板２１の代わりにスピネル基板等の他の絶縁性基板
を用いることも出来る。
板としてサファイア基板２１を用いているが、サファイ
ア基板２１の代わりにスピネル基板等の他の絶縁性基板
を用いることも出来る。
【００８５】図１６および図１７は本発明の第２の参考
例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工
程断面図である。
例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工
程断面図である。
【００８６】まず、図１６（ａ）に示すように、サファ
イア基板４１の（０００１）面上に、厚さ３０ÅのＡｌ
ＧａＮバッファ層４２、厚さ２μｍのアンドープのＧａ
Ｎ層４３および厚さ３μｍのＳｉドープのｎ−ＧａＮ層
４４ａを順に成長させる。
イア基板４１の（０００１）面上に、厚さ３０ÅのＡｌ
ＧａＮバッファ層４２、厚さ２μｍのアンドープのＧａ
Ｎ層４３および厚さ３μｍのＳｉドープのｎ−ＧａＮ層
４４ａを順に成長させる。
【００８７】次に、図１６（ｂ）に示すように、ｎ−Ｇ
ａＮ層４４ａ上に厚さ約１０００ÅのＳｉＯ2膜を形成
した後、エッチングにより発光部を除く領域のＳｉＯ2
膜を除去するとともに発光部に対応する領域のＳｉＯ2
膜をストライプ状にパターニングし、複数本のストライ
プ状ＳｉＯ2膜４５を形成する。この場合、次の工程で
ＧａＮが横方向に成長しやすいようにストライプ状Ｓｉ
Ｏ2膜４５をｎ−ＧａＮ層４４ａの〈１-1２０〉方向に
沿って形成する。
ａＮ層４４ａ上に厚さ約１０００ÅのＳｉＯ2膜を形成
した後、エッチングにより発光部を除く領域のＳｉＯ2
膜を除去するとともに発光部に対応する領域のＳｉＯ2
膜をストライプ状にパターニングし、複数本のストライ
プ状ＳｉＯ2膜４５を形成する。この場合、次の工程で
ＧａＮが横方向に成長しやすいようにストライプ状Ｓｉ
Ｏ2膜４５をｎ−ＧａＮ層４４ａの〈１-1２０〉方向に
沿って形成する。
【００８８】各ストライプ状ＳｉＯ2膜４５の幅は０．
５μｍ程度であり、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５のピッ
チは１μｍ程度である。基本横モード発振を実現するた
めには、発光部の幅Ｗ１を２〜５μｍ程度とすることが
好ましく、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５の本数は３〜５
本程度必要となる。
５μｍ程度であり、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５のピッ
チは１μｍ程度である。基本横モード発振を実現するた
めには、発光部の幅Ｗ１を２〜５μｍ程度とすることが
好ましく、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５の本数は３〜５
本程度必要となる。
【００８９】その後、図１６（ｃ）に示すように、ｎ−
ＧａＮ層４４ａ上に、厚さ５μｍのＳｉドープのｎ−Ｇ
ａＮ層４４ｂ、厚さ０．１μｍのＳｉドープのｎ−Ｉｎ
ＧａＮクラック防止層４６および厚さ１μｍのＳｉドー
プのｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７を順に成長させる。
さらに、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７上に、図７に示
した構造を有するＭＱＷ発光層４８、厚さ１μｍのＭｇ
ドープのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４９および厚さ０．
１μｍのＭｇドープのｐ−ＧａＮコンタクト層５０を順
に成長させる。
ＧａＮ層４４ａ上に、厚さ５μｍのＳｉドープのｎ−Ｇ
ａＮ層４４ｂ、厚さ０．１μｍのＳｉドープのｎ−Ｉｎ
ＧａＮクラック防止層４６および厚さ１μｍのＳｉドー
プのｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７を順に成長させる。
さらに、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７上に、図７に示
した構造を有するＭＱＷ発光層４８、厚さ１μｍのＭｇ
ドープのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４９および厚さ０．
１μｍのＭｇドープのｐ−ＧａＮコンタクト層５０を順
に成長させる。
【００９０】この場合、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が
存在する領域では、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５間で下
地のｎ−ＧａＮ層４４ａから縦方向にＧａＮが成長した
後、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５上で横方向にＧａＮが
成長する。一方、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在し
ない領域では、下地のｎ−ＧａＮ層４４ａから縦方向に
ＧａＮが成長する。それにより、ストライプ状ＳｉＯ2
膜４５が存在する領域とストライプ状ＳｉＯ2膜４５が
存在しない領域とでは、実質的にＧａＮの成長速度に差
が生じる。すなわち、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存
在する領域では、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在し
ない領域と比べてＧａＮの成長速度が実質的に遅くな
る。この成長速度の差は、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５
が完全にＧａＮで埋め込まれて横方向の成長が完了する
まで続く。
存在する領域では、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５間で下
地のｎ−ＧａＮ層４４ａから縦方向にＧａＮが成長した
後、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５上で横方向にＧａＮが
成長する。一方、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在し
ない領域では、下地のｎ−ＧａＮ層４４ａから縦方向に
ＧａＮが成長する。それにより、ストライプ状ＳｉＯ2
膜４５が存在する領域とストライプ状ＳｉＯ2膜４５が
存在しない領域とでは、実質的にＧａＮの成長速度に差
が生じる。すなわち、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存
在する領域では、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在し
ない領域と比べてＧａＮの成長速度が実質的に遅くな
る。この成長速度の差は、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５
が完全にＧａＮで埋め込まれて横方向の成長が完了する
まで続く。
【００９１】その結果、ｎ−ＧａＮ層４４ｂの表面が凹
状に形成され、さらにｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層４
６、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７、ＭＱＷ発光層４
８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４９およびｐ−ＧａＮコ
ンタクト層５０が凹状に形成される。ＭＱＷ発光層４８
の凹状の部分が素子の能動領域である発光部となる。ま
た、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在する領域上のＧ
ａＮ系半導体層５６にはほとんど結晶欠陥が存在しな
い。
状に形成され、さらにｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層４
６、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４７、ＭＱＷ発光層４
８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４９およびｐ−ＧａＮコ
ンタクト層５０が凹状に形成される。ＭＱＷ発光層４８
の凹状の部分が素子の能動領域である発光部となる。ま
た、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在する領域上のＧ
ａＮ系半導体層５６にはほとんど結晶欠陥が存在しな
い。
【００９２】その後、図１７（ｄ）に示すように、ｐ−
ＧａＮコンタクト層５０からｎ−ＧａＮ層４４ｂまでの
一部領域をエッチングにより除去し、ｎ−ＧａＮ層４４
ａを露出させる。
ＧａＮコンタクト層５０からｎ−ＧａＮ層４４ｂまでの
一部領域をエッチングにより除去し、ｎ−ＧａＮ層４４
ａを露出させる。
【００９３】さらに、図１７（ｅ）に示すように、発光
部の上部の領域およびｎ−ＧａＮ層４４ａの電極形成領
域を除いて、電流狭窄を行うためおよびｐｎ接合の露出
部を保護するためにｐ−ＧａＮコンタクト層５０の上面
および側面ならびにｎ−ＧａＮ層４４ａの上面にＳｉＯ
2膜５１を形成する。
部の上部の領域およびｎ−ＧａＮ層４４ａの電極形成領
域を除いて、電流狭窄を行うためおよびｐｎ接合の露出
部を保護するためにｐ−ＧａＮコンタクト層５０の上面
および側面ならびにｎ−ＧａＮ層４４ａの上面にＳｉＯ
2膜５１を形成する。
【００９４】最後に、図１７（ｆ）に示すように、ｐ−
ＧａＮコンタクト層５０の露出した表面にｐ電極５２を
形成し、ｎ−ＧａＮ層４４ａの露出した表面にｎ電極５
３を形成する。
ＧａＮコンタクト層５０の露出した表面にｐ電極５２を
形成し、ｎ−ＧａＮ層４４ａの露出した表面にｎ電極５
３を形成する。
【００９５】発光部に無駄なく電流が注入されるよう
に、電流注入領域となるＳｉＯ2膜５１の窓の幅Ｗ２
は、発光部の幅Ｗ１と同じか発光部の幅Ｗ１よりもやや
狭くすることが好ましい。
に、電流注入領域となるＳｉＯ2膜５１の窓の幅Ｗ２
は、発光部の幅Ｗ１と同じか発光部の幅Ｗ１よりもやや
狭くすることが好ましい。
【００９６】本参考例の半導体レーザ素子の製造方法に
よれば、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在する領域上
のＧａＮ系半導体層５６の結晶性が向上するとともに、
ＧａＮの横方向の成長中に生じる成長速度の差により発
光部におけるＭＱＷ発光層８が凹状に形成される。
よれば、ストライプ状ＳｉＯ2膜４５が存在する領域上
のＧａＮ系半導体層５６の結晶性が向上するとともに、
ＧａＮの横方向の成長中に生じる成長速度の差により発
光部におけるＭＱＷ発光層８が凹状に形成される。
【００９７】それにより、サファイア基板４１の垂直方
向のみならず水平方向にも屈折率差が現れる。その結
果、エッチング工程を行うことなく２回の結晶成長で屈
折率導波構造を容易に作製することができる。したがっ
て、素子特性のばらつきがなく、かつ再現性の高い屈折
率導波型の半導体レーザ素子が実現される。
向のみならず水平方向にも屈折率差が現れる。その結
果、エッチング工程を行うことなく２回の結晶成長で屈
折率導波構造を容易に作製することができる。したがっ
て、素子特性のばらつきがなく、かつ再現性の高い屈折
率導波型の半導体レーザ素子が実現される。
【００９８】なお、本参考例では、半導体レーザ素子に
適用した場合を説明したが、発光ダイオード等のその他
の半導体発光素子や、その他の半導体素子にも適用可能
である。
適用した場合を説明したが、発光ダイオード等のその他
の半導体発光素子や、その他の半導体素子にも適用可能
である。
【００９９】上記第２の参考例では、サファイア基板４
１を用いた半導体レーザ素子について説明したが、サフ
ァイア基板４１の代わりにＳｉＣ基板、スピネル（Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4）基板等の他の基板を用いることもできる。
１を用いた半導体レーザ素子について説明したが、サフ
ァイア基板４１の代わりにＳｉＣ基板、スピネル（Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4）基板等の他の基板を用いることもできる。
【０１００】なお、上記第１、第２の参考例および実施
例では、横方向成長技術を行うための絶縁膜としてＳｉ
Ｏ2膜４，３０，４５を用いているが、ＳｉＯ2膜の代わ
りにＡｌ2Ｏ3膜、ＴｉＯ2膜等の他の絶縁膜を用いても
よい。
例では、横方向成長技術を行うための絶縁膜としてＳｉ
Ｏ2膜４，３０，４５を用いているが、ＳｉＯ2膜の代わ
りにＡｌ2Ｏ3膜、ＴｉＯ2膜等の他の絶縁膜を用いても
よい。
【０１０１】
【発明の効果】また、本発明によれば、基板上の広い領
域において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導
体層を形成する方法を提供し得る。
域において格子欠陥の存在しない高品質な窒化物系半導
体層を形成する方法を提供し得る。
【図１】本発明の第１の参考例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図２】本発明の第１の参考例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図３】本発明の第１の参考例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図４】本発明の第１の参考例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図５】本発明の第１の参考例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図６】本発明の第１の参考例における半導体レーザ素
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図７】図１〜図６の半導体レーザ素子におけるＭＱＷ
発光層のエネルギーバンド構造図である。
発光層のエネルギーバンド構造図である。
【図８】図１〜図６の半導体レーザ素子におけるサファ
イア基板およびＧａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示
す斜視図である。
イア基板およびＧａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示
す斜視図である。
【図９】本発明の実施例におけるＧａＮ系半導体層の形
成方法を示す模式的工程断面図である。
成方法を示す模式的工程断面図である。
【図１０】本発明の実施例におけるＧａＮ系半導体層の
形成方法を示す模式的工程断面図である。
形成方法を示す模式的工程断面図である。
【図１１】ＧａＮ層の表面に形成された逆メサ形状の凹
凸パターンを示す模式的断面図である。
凸パターンを示す模式的断面図である。
【図１２】ＧａＮ層の表面に逆メサ形状の凹凸パターン
を形成する方法を示す模式的断面図である。
を形成する方法を示す模式的断面図である。
【図１３】図９および図１０の方法により形成されたＧ
ａＮ層上に作製された半導体レーザ素子の一例を示す模
式的断面図である。
ａＮ層上に作製された半導体レーザ素子の一例を示す模
式的断面図である。
【図１４】ＧａＮ系半導体層の形成方法の他の例を示す
模式的工程断面図である。
模式的工程断面図である。
【図１５】ＧａＮ系半導体層の形成方法の他の例を示す
模式的工程断面図である。
模式的工程断面図である。
【図１６】本発明の第２の参考例における半導体レーザ
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図１７】本発明の第２の参考例における半導体レーザ
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図１８】従来のＧａＮ系発光ダイオードの模式的断面
図である。
図である。
【図１９】従来の横方向成長技術を用いたＧａＮ系半導
体層の形成方法を示す模式的工程断面図である。
体層の形成方法を示す模式的工程断面図である。
【図２０】サファイア基板およびその上に形成されたＧ
ａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示す図である。
ａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示す図である。
【図２１】サファイア基板およびその上に形成されたＧ
ａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示す斜視図である。
ａＮ系半導体層の結晶方位の関係を示す斜視図である。
１，２１，４１ サファイア基板 ２，２２，４２ ＡｌＧａＮバッファ層 ３，２３，２４，４３ ＧａＮ層 ４，１６，３０，４５，５１ ＳｉＯ2膜 ５，２５，４４ａ，４４ｂ ｎ−ＧａＮ層 ７ ｎ−ＡｌY Ｇａ1-Y Ｎクラッド層 ８，２８，４８ ＭＱＷ発光層 ９，１１ ｐ−ＡｌY Ｇａ1-Y Ｎクラッド層 １２，３３，５０ ｐ−ＧａＮコンタクト層 １４ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２７，４７ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ２９，３２，４９ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−191658（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−312825（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−343741（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−274411（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−255932（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−330555（ＪＰ，Ａ) 特開2000−21771（ＪＰ，Ａ) 特表2002−505519（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/205 H01L 33/00
Claims (3)
- 【請求項１】 絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１
の窒化物系半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物系半導体層をマスク幅および窓幅が夫
々１０μｍ以下であるストライプ状マスクを用いてエッ
チングすることにより、前記第１の窒化物系半導体層の
表面に、凹部の底面に前記第１の窒化物系半導体層が露
出する凹凸パターンを形成する工程と、 前記凹凸パターンの凹部の底面に及び凸部の上面に絶縁
膜を形成する工程と、 横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系半導体層か
らの成長により前記絶縁膜上にホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第２
の窒化物系半導体層を形成する工程とを備えたことを特
徴とする窒化物系半導体層の形成方法。 - 【請求項２】 絶縁性基板上にホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第１
の窒化物系半導体層を形成する工程と、 前記第１の窒化物系半導体層に膜幅および窓幅が夫々１
０μｍ以下であるストライプ状の絶縁膜を形成し、且つ
前記絶縁膜の領域を除いて前記第１の窒化物系半導体を
除去することにより、前記第１の窒化物系半導体層の表
面に、凹部の底面に前記絶縁性基板が露出する凹凸パタ
ーンを形成する工程と、 横方向成長技術を用いて前記第１の窒化物系半導体層か
らの成長により前記絶縁膜上にホウ素、ガリウム、アル
ミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む第２
の窒化物系半導体層を形成する工程とを備えたことを特
徴とする窒化物系半導体層の形成方法。 - 【請求項３】 前記凹凸パターンの凸部の断面形状は垂
直な側面を有する矩形状または逆メサ形状であることを
特徴とする請求項１または２記載の窒化物系半導体層の
形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001329079A JP3349506B2 (ja) | 1998-07-29 | 2001-10-26 | 窒化物系半導体層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-213970 | 1998-07-29 | ||
| JP21397098 | 1998-07-29 | ||
| JP2001329079A JP3349506B2 (ja) | 1998-07-29 | 2001-10-26 | 窒化物系半導体層の形成方法 |
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|---|---|---|---|
| JP21086299A Division JP3316479B2 (ja) | 1998-07-29 | 1999-07-26 | 半導体素子、半導体発光素子および半導体素子の製造方法 |
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