JP3427047B2 - 窒化物系半導体素子、窒化物系半導体の形成方法および窒化物系半導体素子の製造方法 - Google Patents
窒化物系半導体素子、窒化物系半導体の形成方法および窒化物系半導体素子の製造方法Info
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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、ＧａＮ（窒化ガリ
ウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化イ
ンジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくはＴｌＮ（窒化
タリウム）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）およびこれら混
晶にＡｓ、ＰおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素を
含む混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体からなる化合物
半導体層を有する窒化物系半導体素子、窒化物系半導体
の形成方法および窒化物系半導体素子の製造方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】今日、ＧａＮ系半導体を利用した半導体
素子、例えば、発光ダイオード素子等の半導体発光素
子、あるいはトランジスタ等の電子素子の開発が盛んに
行われている。このようなＧａＮ系半導体素子の製造の
際には、ＧａＮからなる基板の製造が困難であるため、
サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等からなる基板上にＧａＮ系
半導体層をエピタキシャル成長させている。 【０００３】この場合、サファイア等の基板とＧａＮと
では格子定数が異なるため、サファイア等の基板上に成
長させたＧａＮ系半導体層においては、基板から上下方
向に延びる転位（格子欠陥）が存在しており、その転位
密度は１０9 ｃｍ-2程度である。このようなＧａＮ系半
導体層における転位は、半導体素子の素子特性の劣化お
よび信頼性の低下を招く。 【０００４】上記のようなＧａＮ系半導体層における転
位を低減する方法として、応用電子物性分科会誌第４巻
（１９９８）の第５３頁〜第５８頁および第２１０頁〜
第２１５頁等に選択横方向成長（ＥＬＯ：Epitaxial La
teral Overgrowth）が示されている。 【０００５】図１３は従来の選択横方向成長を用いた窒
化物系半導体の形成方法の例を示す模式的な工程断面図
である。 【０００６】図１３（ａ）に示すように、サファイア基
板２０１のＣ（０００１）面上に、ＭＯＶＰＥ法（有機
金属化学的気相成長法）により、膜厚約１μｍのＧａＮ
層２０２を形成する。さらに、ＧａＮ層２０２上に、選
択成長マスクとして複数のストライプ状ＳｉＯ2 膜２１
０を形成する。なお、ＧａＮ層２０２中にはｃ軸方向に
伝播する転位が多数存在する。 【０００７】図１３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 膜２
１０の形成後、ＨＶＰＥ法（ハライド気相成長法）によ
り、再成長ＧａＮ層２０３を成長させる。ここで、Ｓｉ
Ｏ2膜２１０上においてはＧａＮが成長しにくいため、
成長初期の再成長ＧａＮ層２０３は、ストライプ状Ｓｉ
Ｏ2 膜２１０の間で露出したＧａＮ層２０２上に選択的
に成長する。この場合、ＧａＮ層２０２上において、再
成長ＧａＮ層２０３は、図中の矢印Ｙの方向（ｃ軸方
向）に成長する。このような成長においては、ＧａＮ層
２０２からｃ軸方向に転位が伝播する。 【０００８】以上のようにして、露出したＧａＮ層２０
２上に、三角形のファセット構造を有する再成長ＧａＮ
層２０３を成長させる。 【０００９】図１３（ｃ）に示すように、上記のＧａＮ
層２０２上における再成長ＧａＮ層２０３の成長が進む
と、再成長ＧａＮ層２０３は、さらに図中の矢印Ｘの方
向（横方向）にも成長する。このような再成長ＧａＮ層
２０３の横方向成長により、ＳｉＯ2 膜２１０上に再成
長ＧａＮ層２０３が形成される。また、再成長ＧａＮ層
２０３の表面のＣ面上の成長においては、ステップフロ
ーモードで成長が起こる。このため、再成長ＧａＮ層２
０３の横方向成長に伴い、ＧａＮ層２０２からｃ軸方向
に伝播した転位は、横方向すなわちサファイア基板２０
１のＣ面と平行な方向に折れ曲がる。 【００１０】それにより、再成長ＧａＮ層２０３におい
て、ｃ軸方向に伝播する転位を低減することが可能とな
る。 【００１１】図１３（ｄ）に示すように、さらに再成長
ＧａＮ層２０３を横方向成長させると、ファセット構造
の各再成長ＧａＮ層２０３が合体して連続膜となる。こ
のようにして、平坦な再成長ＧａＮ層２０３が形成され
る。この場合、平坦化された再成長ＧａＮ層２０３の表
面付近においては転位が低減されている。 【００１２】以上のように、上記の窒化物系半導体の形
成方法においては、再成長ＧａＮ層２０３の選択横方向
成長を行うことにより、再成長ＧａＮ層２０３において
転位の低減を図ることが可能となる。このような転位が
低減された再成長ＧａＮ層２０３上に窒化物系半導体層
を形成することにより、サファイア基板２０１上に良好
な結晶性を有する窒化物系半導体層を形成することがで
きる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】上記の窒化物系半導体
の形成方法においては、再成長ＧａＮ層２０３を横方向
成長させるため、選択成長マスクとして複数のストライ
プ状ＳｉＯ2 膜２１０を形成する。 【００１４】ここで、ＳｉＯ2 膜２１０とＧａＮとでは
熱膨張係数が異なる。このため、再成長ＧａＮ層２０３
中に複数のＳｉＯ2 膜２１０を形成した場合、再成長Ｇ
ａＮ層２０３においてクラックが発生しやすくなる。な
お、ＳｉＯ2 膜２１０の代わりに、選択成長マスクとし
てＴｉＯ2 膜等の絶縁膜やＷ等の高融点金属の薄膜を用
いた場合においても、ＳｉＯ2 膜２１０を用いた場合と
同様、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の違いか
ら、再成長ＧａＮ層２０３においてクラックが発生しや
すくなる。 【００１５】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
おいては、図１３（ｄ）に示すように、横方向成長した
ファセット構造の各再成長ＧａＮ層２０３が合体する
際、合体部においてボイド２１５が発生し、このような
ボイド２１５により、再成長ＧａＮ層２０３においてク
ラックが発生しやすくなる場合もある。 【００１６】以上のことから、上記の窒化物系半導体の
形成方法により形成した再成長ＧａＮ層２０３上に、素
子領域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を
製造する場合、素子を分離する工程等においてクラック
が発生しやすくなる。このようなクラックの発生は、半
導体素子において、素子特性の劣化および信頼性の低下
を招くとともに、歩留りの低下を招く。 【００１７】また、より良好な素子特性および高い信頼
性を有する半導体素子を実現するためには、窒化物系半
導体においてさらなる格子欠陥の低減を図ることが望ま
れる。 【００１８】本発明の目的は、選択成長マスクを用いる
ことなく、より転位の低減を図ることが可能な窒化物系
半導体の形成方法を提供することである。 【００１９】本発明の他の目的は、選択成長マスクを用
いることなく、より転位の低減が図られかつクラックの
発生が防止された半導体素子を提供することである。 【００２０】 【課題を解決するための手段および発明の効果】（１）
第１の発明 第１の発明に係る窒化物系半導体の形成方法は、基板の
Ｃ面上に第１の窒化物系半導体層を成長させ、第１の窒
化物系半導体層においてＣ面から所定の方向に所定の角
度傾斜した面を露出させ、第１の窒化物系半導体層の傾
斜した面上に第１の窒化物系半導体層よりも単結晶に近
い第２の窒化物系半導体層を成長させるものである。こ
こで、第２の窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００２１】第１の発明に係る窒化物系半導体の形成方
法において、第１の窒化物系半導体層の傾斜した面にお
いては、原子オーダの段差が形成されている。 【００２２】このような原子オーダの段差を有する第１
の窒化物系半導体層の傾斜した面に第２の窒化物系半導
体層を成長させると、主として、ステップフローモード
で成長が起こる。このため、第１の窒化物系半導体層か
ら縦方向に伝播した転位は、第２の窒化物系半導体層の
ステップフロー成長に伴って横方向に折れ曲がる。それ
により、第２の窒化物系半導体層において縦方向に伝播
する転位を低減することが可能となる。したがって、第
２の窒化物系半導体層の表面において良好な結晶性が実
現される。 【００２３】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
よれば、選択成長マスクを用いることなく第２の窒化物
系半導体層をステップフロー成長させることができる。
このため、第２の窒化物系半導体層においては、選択成
長マスクと窒化物系半導体との熱膨張係数の差によるク
ラックの発生が防止されるとともに、ボイドの発生が防
止される。 【００２４】第１の窒化物系半導体層の表面を研磨する
ことによりＣ面から所定の方向に所定の角度傾斜した面
を露出させてもよい。この場合、研磨により露出させた
第１の窒化物系半導体層の傾斜した面においては、所定
の方向にストライプ状に延びる微小な階段状の段差が形
成される。 【００２５】また、基板上に第１の窒化物系半導体層を
成長させる過程でＣ面から所定の方向に所定の角度傾斜
した面を露出させてもよい。この場合、例えば膜厚の不
均一な第１の窒化物系半導体層を成長させることによ
り、Ｃ面から所定の方向に所定の角度傾斜した面を第１
の窒化物系半導体層において露出させることができる。
このようにして露出させた第１の窒化物系半導体層の表
面においては、所定の方向にストライプ状に延びる微小
な階段状の段差が形成されている。 【００２６】（２）第２の発明 第２の発明の一局面に係る窒化物系半導体の形成方法
は、半導体基板上に窒化物系半導体層を成長させる窒化
物系半導体の形成方法において、半導体基板は、IV族半
導体、IV−IV族半導体またはII−VI族半導体からなる半
導体基板であり、半導体基板の表面に凹凸パターンを形
成し、凹凸パターン上に窒化物系半導体層を成長させる
ものである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶であ
る。 【００２７】第２の発明の他の局面に係る窒化物系半導
体の形成方法は、半導体基板上に窒化物系半導体層を成
長させる窒化物系半導体の形成方法において、半導体基
板は、格子定数が窒化物系半導体層の格子定数と異なる
III −Ｖ族半導体からなる半導体基板であり、半導体基
板の表面に凹凸パターンを形成し、凹凸パターン上に窒
化物系半導体層を成長させるものである。ここで、窒化
物系半導体層は略単結晶である。 【００２８】第２の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体の形成方法は、絶縁体基板上に窒化物系半導体
層を成長させる窒化物系半導体の形成方法において、絶
縁体基板の表面に凹凸パターンを形成し、凹凸パターン
上に窒化物系半導体層を成長させるものである。ここ
で、窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００２９】第２の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体の形成方法は、基板の表面に凹凸パターンを形
成し、凹凸パターン上にバッファ層を成長させ、凹凸パ
ターン上およびバッファ層上に窒化物系半導体層を表面
がほぼ平坦になるまで成長させるものである。ここで、
窒化物系半導体層は略単結晶であり、バッファ層は非単
結晶である。 【００３０】第２の発明に係る窒化物系半導体の形成方
法においては、成長初期段階で、基板の段差を起源とし
て、基板の段差の付近に窒化物系半導体層の段差が形成
される。 【００３１】さらに窒化物系半導体層の成長が進むと、
段差側面の窒化物系半導体層における横方向の成長が支
配的となる。それにより、窒化物系半導体層において凹
部が徐々に埋められ、平坦な表面を有する窒化物系半導
体層が形成される。なお、このような窒化物系半導体層
の横方向成長においては、ボイドの発生を抑制すること
も可能である。 【００３２】ここで、上記のように窒化物系半導体層が
横方向に成長するため、基板付近で発生した縦方向に伝
播する転位は、窒化物系半導体層の横方向成長に伴って
横方向に折れ曲がる。それにより、窒化物系半導体層に
おいて、縦方向に伝播する転位を低減することが可能と
なる。したがって、窒化物系半導体層の表面において良
好な結晶性が実現される。 【００３３】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
よれば、選択成長マスクを用いることなく窒化物系半導
体層を横方向成長させることができる。このため、窒化
物系半導体層においては、選択成長マスクと窒化物系半
導体との熱膨張係数の差によるクラックの発生が防止さ
れる。また、場合によってはボイドの発生を防止するこ
とも可能である。 【００３４】さらに、上記の窒化物系半導体の形成方法
によれば、１回の窒化物系半導体の成長により、転位が
低減された窒化物系半導体層を容易に形成することがで
きる。 【００３５】特に、表面の加工が容易である基板を上記
の窒化物系半導体の形成方法に用いた場合においては、
基板の表面に容易に凹凸パターンを形成することができ
るため、転位が低減された窒化物系半導体層をさらに容
易に形成することができる。 【００３６】凹凸パターンは、ストライプ状に延びる凹
部および凸部を有してもよい。この場合、基板に形成さ
れた凹部上の窒化物系半導体層において、横方向成長を
行うことができる。 【００３７】また、凹凸パターンは、２次元的に分散配
置された複数の凹部または凸部を有してもよい。基板の
表面に複数の凹部を分散配置した場合においては、基板
の凹部上の窒化物系半導体層において、横方向成長を行
うことができる。一方、基板の表面に複数の凸部を分散
配置した場合においては、基板の凸部の間の領域上の窒
化物系半導体層において、横方向成長を行うことができ
る。 【００３８】 【００３９】（３）第３の発明 第３の発明の一局面に係る窒化物系半導体の形成方法
は、半導体基板上に窒化物系半導体層を成長させる窒化
物系半導体の形成方法において、半導体基板は、IV族半
導体、IV−IV族半導体、またはII−VI族半導体からなる
半導体基板であり、半導体基板上にエッチングにより間
隔Ｘで分散的に幅Ｙの複数のバッファ層を形成し、間隔
Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μ
ｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ
［μｍ］≧１［μｍ］の関係を満足し、半導体基板上お
よび複数のバッファ層上に窒化物系半導体層を成長させ
るものである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶で
ある。 【００４０】第３の発明の他の局面に係る窒化物系半導
体の形成方法は、半導体基板上に窒化物系半導体層を成
長させる窒化物系半導体の形成方法において、半導体基
板は、格子定数が窒化物系半導体層の格子定数と異なる
III −Ｖ族半導体からなる半導体基板であり、半導体基
板上にエッチングにより間隔Ｘで分散的に幅Ｙの複数の
バッファ層を形成し、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μ
ｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］かつＹ
［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］の関
係を満足し、半導体基板上および複数のバッファ層上に
窒化物系半導体層を成長させるものである。ここで、窒
化物系半導体層は略単結晶である。 【００４１】第３の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体の形成方法は、絶縁体基板上に窒化物系半導体
層を成長させる窒化物系半導体の形成方法において、絶
縁体基板上にエッチングにより間隔Ｘで分散的に幅Ｙの
複数のバッファ層を形成し、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ
［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］か
つＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］
の関係を満足し、絶縁体基板上および複数のバッファ層
上に窒化物系半導体層を成長させるものである。ここ
で、窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００４２】第３の発明に係る窒化物系半導体の形成方
法においては、基板と窒化物系半導体とでは格子定数が
異なるため、バッファ層を介することなく窒化物系半導
体層を基板上に成長させるのは困難である。このため、
窒化物系半導体層は、成長初期において、複数のバッフ
ァ層上に選択的に成長する。この場合、窒化物系半導体
層は、バッファ層上において縦方向に成長する。 【００４３】上記の窒化物系半導体層の縦方向の成長が
進むと、バッファ層上に成長した窒化物系半導体層はさ
らに横方向に成長する。それにより、複数のバッファ層
の間で露出した基板上に、窒化物系半導体層が形成され
る。このような窒化物系半導体層の横方向成長により、
平坦な表面を有する連続膜の窒化物系半導体層が形成さ
れる。なお、このような窒化物系半導体層の横方向成長
においては、ボイドの発生を抑制することも可能であ
る。 【００４４】ここで、上記のように窒化物系半導体層が
横方向に成長するため、基板付近で発生した縦方向に伝
播する転位は、窒化物系半導体層の横方向成長に伴って
横方向に折れ曲がる。それにより、窒化物系半導体層に
おいて、縦方向に伝播する転位を低減することが可能と
なる。したがって、窒化物系半導体層の表面において良
好な結晶性が実現される。 【００４５】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
よれば、選択成長マスクを用いることなく窒化物系半導
体層を横方向成長させることができる。このため、窒化
物系半導体層においては、選択成長マスクと窒化物系半
導体との熱膨張係数の差によるクラックの発生が防止さ
れる。また、場合によってはボイドの発生を防止するこ
とも可能である。 【００４６】さらに、上記の窒化物系半導体の形成方法
によれば、１回の窒化物系半導体の成長により、転位の
低減された窒化物系半導体層を容易に形成することがで
きる。 【００４７】また、非単結晶のバッファ層は加工が容易
であることから、上記の窒化物系半導体の形成方法にお
いては、複数のバッファ層を容易に形成することができ
る。したがって、転位の低減された窒化物系半導体層を
さらに容易に形成することができる。 【００４８】また、この場合、バッファ層の間隔Ｘおよ
び幅Ｙが上記の関係を満足するため、エッチングにより
容易にバッファ層のパターニングを行うことができると
ともに、バッファ層上に形成する窒化物系半導体層の平
坦化を容易に行うことが可能となる。したがって、この
場合においては、容易に窒化物系半導体層を形成するこ
とが可能となる。 【００４９】複数のバッファ層は、ストライプ状に配置
されてもよい。この場合、複数のストライプ状のバッフ
ァ層の間で露出した基板上の窒化物系半導体層におい
て、横方向成長を行うことができる。 【００５０】また、複数のバッファ層は、２次元的に分
散配置されてもよい。この場合、２次元的に分散配置さ
れた複数のバッファ層の間で露出した基板上の窒化物系
半導体層において、横方向成長を行うことができる。 【００５１】（４）第４の発明 第４の発明に係る窒化物系半導体素子は、基板のＣ面上
に第１の窒化物系半導体層が形成され、第１の窒化物系
半導体層のＣ面から所定の方向に所定の角度傾斜した面
上に、第１の窒化物系半導体層よりも単結晶に近い第２
の窒化物系半導体層が形成され、第２の窒化物系半導体
層上に、素子領域を含む窒化物系半導体層が形成された
ものである。ここで、第２の窒化物系半導体層は略単結
晶であり、素子領域を含む窒化物系半導体層は略単結晶
である。 【００５２】第４の発明に係る窒化物系半導体素子の第
１の窒化物系半導体層の傾斜した面は、原子オーダの段
差を有する。このような原子オーダの段差を有する第１
の窒化物系半導体層の傾斜した面に第２の窒化物系半導
体層を成長させると、主として、ステップフローモード
で成長が起こる。このため、基板から縦方向に伝播した
転位は、第２の窒化物系半導体層のステップフロー成長
に伴って横方向に折れ曲がる。それにより、第２の窒化
物系半導体層においては、縦方向に伝播する転位が低減
される。したがって、第２の窒化物系半導体層の表面に
おいては、良好な結晶性が実現される。 【００５３】上記の窒化物系半導体素子においては、こ
のように転位が低減された第２の窒化物系半導体層上
に、素子領域を含む窒化物系半導体層が形成されてい
る。このため、窒化物系半導体層においては、良好な結
晶性が実現される。それにより、窒化物系半導体素子に
おいて、素子特性および信頼性の向上が図られる。 【００５４】また、上記の窒化物系半導体素子の第２の
窒化物系半導体層においては、選択成長マスクを用いる
ことなくステップフロー成長が行われるため、選択成長
マスクと窒化物系半導体との熱膨張係数の差によるクラ
ックの発生が防止されるとともに、ボイドの発生が防止
される。それにより、上記の窒化物系半導体素子におい
ては、製造時の素子分離工程等におけるクラックの発生
が防止され、高い歩留りが実現される。 【００５５】（５）第５の発明 第５の発明の一局面に係る窒化物系半導体素子は、半導
体基板上に窒化物系半導体層が形成された窒化物系半導
体素子において、半導体基板は、IV族半導体、IV−IV族
半導体またはII−IV族半導体からなる半導体基板であ
り、半導体基板の表面に凹凸パターンが形成され、凹凸
パターン上に素子領域を含む窒化物系半導体層が形成さ
れたものである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶
である。 【００５６】第５の発明の他の局面に係る窒化物系半導
体素子は、半導体基板上に窒化物系半導体層が形成され
た窒化物系半導体素子において、半導体基板は、格子定
数が窒化物系半導体層の格子定数と異なるIII −Ｖ族半
導体からなる半導体基板であり、半導体基板の表面に凹
凸パターンが形成され、凹凸パターン上に素子領域を含
む窒化物系半導体層が形成されたものである。ここで、
窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００５７】第５の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体素子は、絶縁体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、絶縁体基板の表
面に凹凸パターンが形成され、凹凸パターン上に素子領
域を含む窒化物系半導体層が形成されたものである。こ
こで、窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００５８】第５の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体素子は、基板の表面に凹凸パターンが形成さ
れ、凹凸パターン上にバッファ層が形成され、凹凸パタ
ーン上およびバッファ層上に少なくとも部分的にほぼ平
坦な表面を有する第１の窒化物系半導体層が形成され、
第１の窒化物系半導体層の平坦な表面に、素子領域を含
む第２の窒化物系半導体層が形成されたものである。こ
こで、第１の窒化物系半導体層および第２の窒化物系半
導体層は略単結晶であり、バッファ層は非単結晶であ
る。 【００５９】第５の発明に係る窒化物系半導体素子にお
いては、成長初期段階で、基板の段差を起源として、基
板の段差の付近に窒化物系半導体層の段差が形成され
る。 【００６０】さらに窒化物系半導体層の成長が進むと、
段差側面の窒化物系半導体層における横方向の成長が支
配的となる。それにより、窒化物系半導体層において凹
部が徐々に埋められ、平坦な表面を有する窒化物系半導
体層が形成される。 【００６１】ここで、上記のように窒化物系半導体層が
横方向に成長するため、基板付近で発生した縦方向に伝
播する転位は、窒化物系半導体層の横方向成長に伴って
横方向に折れ曲がる。それにより、窒化物系半導体層に
おいては、縦方向に伝播する転位が低減される。したが
って、窒化物系半導体層の表面においては、良好な結晶
性が実現される。 【００６２】上記の窒化物系半導体素子においては、こ
のように転位が低減された窒化物系半導体層上に、素子
領域を含む窒化物系半導体層が形成されている。このた
め、窒化物系半導体層においては、良好な結晶性が実現
される。それにより、窒化物系半導体素子において、素
子特性および信頼性の向上が図られる。 【００６３】また、上記の窒化物系半導体素子の窒化物
系半導体層においては、選択成長マスクを用いることな
く横方向成長が行われるため、選択成長マスクと窒化物
系半導体との熱膨張係数の差によるクラックの発生が防
止される。また、場合によってはボイドの発生を防止す
ることが可能である。それにより、上記の窒化物系半導
体素子においては、製造時の素子分離工程等におけるク
ラックの発生が防止され、高い歩留りが実現される。 【００６４】さらに、上記の窒化物系半導体素子におい
ては、１回の窒化物系半導体の成長により転位の低減さ
れた窒化物系半導体層が容易に形成される。したがっ
て、このような窒化物系半導体素子は製造が容易であ
る。 【００６５】特に、表面の加工が容易である基板が用い
られている場合においては、基板の表面に容易に凹凸パ
ターンが形成されるため、窒化物系半導体素子の製造は
さらに容易である。 【００６６】また、凹凸パターンの凹部の中央を除く領
域に素子領域を含む第２の窒化物系半導体層が形成され
ることが好ましい。この場合においては、素子領域を含
む第２の窒化物系半導体層において、より良好な結晶性
が実現できる。それにより、窒化物系半導体素子におい
て、素子特性および信頼性の向上がさらに図られる。 【００６７】（６）第６の発明 第６の発明の一局面に係る窒化物系半導体素子は、半導
体基板上に窒化物系半導体層が形成された窒化物系半導
体素子において、半導体基板は、IV族半導体、IV−IV族
半導体またはII−VI族半導体からなる半導体基板であ
り、半導体基板上に間隔Ｘで分散的に幅Ｙの複数のバッ
ファ層が形成され、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］
がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μ
ｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］の関係を
満足し、半導体基板上および複数のバッファ層上に窒化
物系半導体層が形成されたものである。ここで、窒化物
系半導体層は略単結晶である。 【００６８】第６の発明の他の局面に係る窒化物系半導
体素子は、半導体基板上に窒化物系半導体層が形成され
た窒化物系半導体素子において、半導体基板は、格子定
数が窒化物系半導体層の格子定数と異なるIII −Ｖ族半
導体からなる半導体基板であり、半導体基板上に間隔Ｘ
で分散的に幅Ｙのバッファ層が形成され、間隔Ｘ［μ
ｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋
４０［μｍ］かつＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μ
ｍ］≧１［μｍ］の関係を満足し、半導体基板上および
複数のバッファ層上に窒化物系半導体層が形成されたも
のである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶であ
る。 【００６９】第６の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体素子は、絶縁体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、絶縁体基板上に
間隔Ｘで分散的に幅Ｙのバッファ層が形成され、間隔Ｘ
［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μ
ｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ
［μｍ］≧１［μｍ］の関係を満足し、絶縁体基板上お
よび複数のバッファ層上に窒化物系半導体層が形成され
たものである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶で
ある。 【００７０】第６の発明に係る窒化物系半導体素子にお
いては、基板上に複数のバッファ層が分散配置されてい
る。ここで、基板と窒化物系半導体とでは格子定数が異
なるため、バッファ層の間で露出した基板上に窒化物系
半導体を成長させることは困難である。このため、成長
初期の窒化物系半導体層は、複数のバッファ層上に選択
的に成長する。この場合、窒化物系半導体層は、バッフ
ァ層上において縦方向に成長する。 【００７１】上記の窒化物系半導体層の縦方向の成長が
進むと、バッファ層上に成長した窒化物系半導体層は、
さらに横方向に成長する。それにより、バッファ層の間
で露出した基板上に窒化物系半導体層が形成される。こ
のようにして、平坦な表面を有する連続膜の窒化物系半
導体層が形成される。なお、このような窒化物系半導体
層の横方向成長においては、ボイドの発生を抑制するこ
とも可能である。 【００７２】ここで、上記のように窒化物系半導体層が
横方向に成長するため、基板付近で発生した縦方向に伝
播する転位は、窒化物系半導体層の横方向成長に伴って
横方向に折れ曲がる。それにより、窒化物系半導体層に
おいて、縦方向に伝播する転位が低減される。したがっ
て、窒化物系半導体層の表面においては、良好な結晶性
が実現される。 【００７３】上記の窒化物系半導体素子においては、こ
のように転位が低減された窒化物系半導体層上に、素子
領域を含む窒化物系半導体層が形成されている。このた
め、窒化物系半導体層においては、良好な結晶性が実現
される。それにより、窒化物系半導体素子において、素
子特性および信頼性の向上が図られる。 【００７４】また、上記の窒化物系半導体素子の窒化物
系半導体層においては、選択成長マスクを用いることな
く横方向成長が行われるため、選択成長マスクと窒化物
系半導体との熱膨張係数の差によるクラックの発生が防
止される。また、場合によってはボイドの発生を防止す
ることも可能である。 【００７５】それにより、上記の窒化物系半導体素子に
おいては、製造時の素子分離工程等におけるクラックの
発生が防止され、高い歩留りが実現される。 【００７６】さらに、上記の窒化物系半導体素子におい
ては、１回の窒化物系半導体の成長により転位の低減さ
れた窒化物系半導体層が容易に形成される。また、低温
で成長した結晶性の悪いバッファ層の加工が容易である
ことから、複数のバッファ層は容易に形成される。した
がって、このような窒化物系半導体素子は、製造が容易
である。 【００７７】また、この場合においては、バッファ層の
間隔Ｘおよび幅Ｙが上記の関係を満足するため、バッフ
ァ層のパターニングの際にエッチングを容易に行うこと
ができるとともに、バッファ層上に形成される窒化物系
半導体層を容易に平坦化することが可能となる。したが
って、このような窒化物系半導体素子は製造が容易であ
る。 【００７８】 【発明の実施の形態】図１および図２は、第１の発明の
一実施例における窒化物系半導体の形成方法を示す模式
的工程断面図である。 【００７９】図１（ａ）に示すように、基板温度を６０
０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法（有機金属化学的気相
成長法）により、直径５０．８ｍｍのサファイア基板１
のＣ面上に、アンドープのＡｌＧａＮからなる膜厚約１
５ｎｍのＡｌＧａＮ第１バッファ層２を形成する。さら
に、基板温度を１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法
により、アンドープのＧａＮからなる膜厚約０．５μｍ
のＧａＮ第２バッファ層３を形成する。 【００８０】続いて、図１（ｂ）に示すように、基板温
度を１１５０℃に保った状態でＨＶＰＥ法（ハライド気
相成長法）により、アンドープのＧａＮからなる膜厚約
６００μｍの第１ＧａＮ層４を形成する。第１ＧａＮ層
４の形成時においては、サファイア基板１を回転させな
がらアンドープのＧａＮを成長させる。それにより、全
体にわたって均一な膜厚を有する第１ＧａＮ層４を形成
することが可能となる。 【００８１】上記のように第１ＧａＮ層４を成長させた
後、図中のＡ−Ａ線上の第１ＧａＮ層４を研磨して除去
する。それにより、第１ＧａＮ層４において、サファイ
ア基板１のＣ面から所定の方向（以下、オフ方向と呼
ぶ）に所定の角度（以下、オフ角度と呼ぶ）Ｂだけ傾斜
した面（以下、オフ面と呼ぶ）を露出させる。 【００８２】以上のようにして、図１（ｃ）に示すよう
に、第１ＧａＮ層４にオフ面が形成されたＧａＮオフ基
板２５を作製する。この場合、ＧａＮオフ基板２５の表
面、すなわち第１ＧａＮ層４のオフ面は、原子オーダの
段差が形成されている。なお、図１（ｃ）、図２
（ｄ），（ｅ）は原子オーダの段差を高さ方向に誇張し
て描いた模式図である。また、ＧａＮ第２バッファ層３
におけるサファイア基板１付近で発生した転位が、Ｇａ
Ｎ第２バッファ層３と第１ＧａＮ層４をｃ軸方向に伝播
している。 【００８３】続いて、図２（ｄ）から（ｅ）に示すよう
に、基板温度を１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法
により、第１ＧａＮ層４のオフ面に、アンドープのＧａ
Ｎからなる第２ＧａＮ層５を成長させる。この場合、主
として、ステップフローモードで成長が起こる。このた
め、サファイア基板１からｃ軸方向に伝播した転位は、
第２ＧａＮ層５のステップフロー成長に伴って、横方向
（矢印Ｘの方向）すなわち第２ＧａＮ層５の（０００
１）面に平行な方向に折れ曲がる。それにより、第２Ｇ
ａＮ層５において、ｃ軸方向に伝播する転位が低減され
る。 【００８４】このようにして形成された第２ＧａＮ層５
の表面においては、転位が低減されており、良好な結晶
性が得られる。 【００８５】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、第１ＧａＮ層４のオフ面の原子オーダの段差を
利用することにより、ＳｉＯ2 膜等の選択成長マスクを
用いることなく第２ＧａＮ層５を横方向成長させ、転位
を低減することが可能となる。したがって、ＧａＮオフ
基板２５上に、良好な結晶性を有する第２ＧａＮ層５を
形成することができる。 【００８６】上記の窒化物系半導体の形成方法において
は、選択成長マスクを用いないため、選択成長マスクと
ＧａＮとの熱膨張係数の差によるクラックの発生を防止
できる。また、第２ＧａＮ層５におけるボイドの発生を
防止することができる。 【００８７】以上のことから、第２ＧａＮ層５上に素子
領域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を製
造した場合、第２ＧａＮ層５上に形成した窒化物系半導
体層において良好な結晶性が得られるとともに、素子の
分離工程等におけるクラックの発生を防止することがで
きる。それにより、良好な素子特性を有しかつ高い信頼
性を有する半導体素子が得られる。 【００８８】上記の窒化物系半導体の形成方法におい
て、第１ＧａＮ層４のオフ面のオフ角度Ｂは、特に限定
されるものではない。 【００８９】ここで、例えば第１ＧａＮ層４のオフ面の
オフ角度Ｂを、０．０２°、０．０５°、０．１°、
０．２°、０．５°、１°、２°および５°とした場合
の各第２ＧａＮ層５について、Ｘ線回折ロッキングカー
ブの半値幅等により結晶性を評価すると、第１ＧａＮ層
４のオフ面のオフ角度Ｂが大きい程、オフ面に形成した
第２ＧａＮ層５の結晶性が向上するという結果が示され
る。 【００９０】また、第１ＧａＮ層４のオフ面の傾斜方向
すなわちオフ方向は、特に限定されるものではない。 【００９１】ここで、例えば第１ＧａＮ層４のオフ方向
を、［１-1００］方向、［１-1００］方向から［１-2１
０］方向側に１０°ずれた方向、［１-2１０］方向から
［１-1００］方向側に１０°ずれた方向、および［１-2
１０］方向とした場合の各第２ＧａＮ層５について、上
記と同様の方法により結晶性を評価すると、第１ＧａＮ
層４のオフ方向が［１-1００］方向に近い程、オフ面に
形成した第２ＧａＮ層５の結晶性が向上するという結果
が示される。 【００９２】なお、上記においては、第１ＧａＮ層４の
成長時に基板を回転させて均一な膜厚の第１ＧａＮ層４
を形成した後、第１ＧａＮ層４を研磨してオフ面を形成
しているが、成長時に基板を回転させずに第１ＧａＮ層
４を成長させて膜厚の不均一な第１ＧａＮ層４を形成
し、この膜厚の不均一な第１ＧａＮ層４の表面をオフ面
としてもよい。 【００９３】このようにして形成した第１ＧａＮ層４に
おいては、最も厚い部分の膜厚が例えば約７００μｍと
なり、最も薄い部分の膜厚が例えば約５００μｍとな
る。したがって、このような第１ＧａＮ層４の表面は、
第１ＧａＮ層４の（０００１）面に対して平均して約
０．２°傾斜している。それにより、第１ＧａＮ層４に
おいて、表面を研磨することなくオフ面を形成すること
ができる。 【００９４】また、この第１ＧａＮ層４上に、基板を回
転させて均一な膜厚の窒化物系半導体層を形成すること
ができるので、成長を中断することなく、１回の窒化物
系半導体層の成長により、転位が低減された窒化物系半
導体層を容易に形成することができる。 【００９５】さらに、上記においてはサファイア基板１
を用いているが、スピネル等の絶縁体の基板を用いても
よい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等の
IV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体か
らなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物系
半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いても
よい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のいず
れの基板を用いてもよい。上記のように基板の格子定数
が窒化物系半導体層の格子定数と異なる基板を用いた場
合には、基板付近で窒化物系半導体層に転位が多数発生
し、この転位を低減する本発明の効果は大きい。 【００９６】さらに、上記の窒化物系半導体層の形成方
法に、選択成長マスクを用いた従来の選択横方向成長を
適用してもよい。この場合について以下に説明する。 【００９７】図３は第１の発明の他の実施例における窒
化物系半導体の形成方法を示す模式的工程断面図であ
る。 【００９８】この場合、図３（ａ）に示すように、図１
および図２に示す窒化物系半導体の形成方法と同様の方
法により、サファイア基板１のＣ面上に、膜厚１５ｎｍ
のＡｌＧａＮ第１バッファ層２および膜厚０．５μｍの
ＧａＮ第２バッファ層３を順に成長させる。 【００９９】その後、ＧａＮ第２バッファ層３上の所定
領域に、ＧａＮの［１１-2０］方向に延びる膜厚約０．
５μｍのストライプ状ＳｉＯ2 膜１５を選択成長マスク
として形成する。なお、この場合のＳｉＯ2 膜１５の間
隔は、後述するように、図１２に示す従来の選択横方向
成長におけるＳｉＯ2 膜２１０の間隔に比べて大きくし
てもよい。したがって、ＧａＮ第２バッファ層３上に形
成されるＳｉＯ2 膜１５の数は、従来の選択横方向成長
におけるＳｉＯ2 膜２１０の数に比べて少なくしてもよ
い。 【０１００】続いて、図３（ｂ）に示すように、基板温
度を１１５０℃に保った状態でサファイア基板１を回転
させながら、ＨＶＰＥ法により、ＧａＮ第２バッファ層
３上およびＳｉＯ2 膜１５上にアンドープのＧａＮから
なる第１ＧａＮ層４を成長させる。 【０１０１】ここで、ＳｉＯ2 膜１５上においてはＧａ
Ｎが成長しにくいため、成長初期の第１ＧａＮ層４ａ
は、ＳｉＯ2 膜間で露出したＧａＮ第２バッファ層３上
に選択的に成長する。このとき、第１ＧａＮ層４ａは、
図中の矢印Ｙの方向（ｃ軸方向）に成長する。このよう
な第１ＧａＮ層４ａの成長においては、ＧａＮ第２バッ
ファ層３からｃ軸方向に転位が伝播する。 【０１０２】上記のＧａＮ第２バッファ層３上における
第１ＧａＮ層４ａの成長が進むにつれて、ＧａＮ第２バ
ッファ層３上に形成した第１ＧａＮ層４ａは、さらに矢
印Ｘの方向（横方向）にも成長する。それにより、Ｓｉ
Ｏ2 膜１５上に第１ＧａＮ層４ａが形成される。 【０１０３】ここで、ＳｉＯ2 膜１５上における第１Ｇ
ａＮ層４ａが横方向に成長するため、サファイア基板１
付近で発生したｃ軸方向に伝播する転位は、第１ＧａＮ
層４ａの横方向成長に伴い、横方向（矢印Ｘの方向）す
なわち第１ＧａＮ層４ａの（０００１）面に平行な方向
に折れ曲がる。それにより、第１ＧａＮ層４ａにおい
て、ｃ軸方向に伝播する転位の低減が図られる。 【０１０４】さらに、図３（ｃ）に示すように、平坦化
するまで第１ＧａＮ層４ａを成長させ、膜厚６００μｍ
の第１ＧａＮ層４ａを形成する。その後、図１および図
２の窒化物系半導体層の形成方法と同様の方法により、
図中のＡ−Ａ線上の第１ＧａＮ層４ａを研磨して除去す
る。 【０１０５】以上のようにして、図３（ｄ）に示すよう
に、所定のオフ方向で所定のオフ角度Ｂを有するオフ面
が第１ＧａＮ層４ａに形成されてなるＧａＮオフ基板２
６を作製する。 【０１０６】また、ＧａＮオフ基板２６においては、第
１ＧａＮ層４ａが選択横方向成長により形成されてい
る。このため、ＧａＮオフ基板２６の第１ＧａＮ層４ａ
は、ＧａＮオフ基板２５の第１ＧａＮ層４に比べて転位
が低減されており、結晶性の向上が図られている。 【０１０７】上記の第１ＧａＮ層４ａのオフ面に、Ｇａ
Ｎオフ基板２５の場合と同様の方法により、アンドープ
のＧａＮからなる第２ＧａＮ層５ａを成長させる。この
場合、ＧａＮオフ基板２５の第１ＧａＮ層４上における
第２ＧａＮ層５の成長過程と同様の過程を経て、第１Ｇ
ａＮ層４ａ上に第２ＧａＮ層５ａが形成される。このよ
うにして形成された第２ＧａＮ層５ａの表面において
は、さらに転位が低減されており、良好な結晶性が得ら
れる。 【０１０８】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、ＧａＮオフ基板２６のオフ面の原子オーダの段
差を利用することにより、選択成長マスクを用いること
なく第２ＧａＮ層５ａを横方向成長させ、転位を低減す
ることが可能となる。したがって、ＧａＮオフ基板２６
上に、さらに良好な結晶性を有する第２ＧａＮ層５ａを
形成することができる。 【０１０９】また、このようにして形成した第２ＧａＮ
層５ａにおいては、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張
係数の差によるクラックの発生が防止されるとともに、
ボイドの発生が防止される。 【０１１０】ここで、ＧａＮオフ基板２６においては、
前述のようなＳｉＯ2 膜１５を用いた選択横方向成長に
より、第１ＧａＮ層４ａの転位が低減されている。この
ため、このような第１ＧａＮ層４ａ上に形成した第２Ｇ
ａＮ層５ａにおいては、ＧａＮオフ基板２５の第１Ｇａ
Ｎ層４上に形成した第２ＧａＮ層５に比べて、より転位
が低減されており、より良好な結晶性が実現される。 【０１１１】上記の窒化物系半導体の形成方法において
は、ＳｉＯ2 膜１５を用いた第１ＧａＮ層４ａの選択横
方向成長、および第１ＧａＮ層４ａにおけるオフ面の形
成の２段階により、第２ＧａＮ層５ａにおいて転位の低
減が図られる。このため、上記の窒化物系半導体の形成
方法においては、第１ＧａＮ層４ａの選択横方向成長に
よる転位の低減効果が小さくてもよい。したがって、前
述のように、本例においてはＳｉＯ2 膜１５の数を、従
来の選択横方向成長時に形成するＳｉＯ2 膜の数よりも
少なくすることが可能となる。それにより、第１ＧａＮ
層４ａにおいて、ＳｉＯ2 膜１５とＧａＮとの熱膨張係
数の差によるクラックの発生を防止できるとともに、Ｓ
ｉＯ2 膜１５上におけるボイドの発生を防止することが
できる。 【０１１２】以上のことから、第２ＧａＮ層５ａ上に素
子領域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を
製造した場合、第２ＧａＮ層５ａ上に形成した窒化物系
半導体層においてより良好な結晶性が得られるととも
に、素子の分離工程等におけるクラックの発生を防止す
ることができる。それにより、より良好な素子特性およ
び高い信頼性を有する半導体素子が得られる。 【０１１３】なお、上記においては、選択成長マスクと
してＳｉＯ2 膜１５を用いているが、ＴｉＯ2 膜等の絶
縁膜、またはＷ等の高融点金属からなる薄膜を選択成長
マスクとして用いてもよい。 【０１１４】また、上記においては、ＧａＮオフ基板２
６として選択成長により、転位を低減した基板を用いた
が、転位の少ないバルクのＧａＮ基板を研磨等によりオ
フ基板とし、これを基板として用いた場合においても、
さらなる結晶性の向上が図れる。 【０１１５】加えて、第１の発明において、窒化物系半
導体のオフ基板の裏面のサファイア等の基板は、オフ基
板上に窒化物系半導体を形成する前に、除去してももち
ろんよく、同様の効果が得られる。 【０１１６】図４および図５は、第２の発明の一実施例
における窒化物系半導体の形成方法を示す模式的工程断
面図である。 【０１１７】まず、図４（ａ）に示すように、Ｃ面を基
板表面とするサファイア基板１１の所定領域を、ＲＩＥ
法（反応性イオンエッチング法）等によりエッチングす
る。このようにして、所定の方向に延びる複数のストラ
イプ状の凹部が形成されたサファイア基板１１を作製す
る。 【０１１８】この場合、凹部の幅ｗは、数μｍ〜数十μ
ｍとするのが好ましく、凸部の幅ｂは数百ｎｍ〜数十μ
ｍとするのが好ましく、凹部の深さｄは、数ｎｍ〜数μ
ｍとするのが好ましい。例えば、本例においては凹部の
幅ｗを約２９μｍとし、凸部の幅ｂを２μｍとし、凹部
の深さｄを約１μｍとしている。 【０１１９】また、サファイア基板１１のＣ面に対する
凹部側面の角度は、特に限定されるものではない。例え
ば、本例においては凹部側面がサファイア基板１１のＣ
面に対してほぼ垂直である。 【０１２０】さらに、ストライプ状の凹部を形成する方
向は、特に限定されるものではない。例えば、本例にお
いては［１-1００］方向にストライプ状の凹部を形成す
る。なお、これ以外に、例えば［１１-2０］方向にスト
ライプ状の凹部を形成してもよい。 【０１２１】続いて、図４（ｂ）に示すように、基板温
度を６００℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、サフ
ァイア基板１１の凸部上面、凹部底面および凹部側面
に、アンドープのＡｌＧａＮからなる膜厚約１５ｎｍの
ＡｌＧａＮバッファ層１２を成長させる。この場合、Ａ
ｌＧａＮバッファ層１２は、サファイア基板１１の凸部
上面、凹部底面および凹部側面において、図中の矢印Ｙ
の方向（ｃ軸方向）および矢印Ｘの方向（横方向）に成
長する。このようにして形成されたＡｌＧａＮバッファ
層１２の表面には、サファイア基板１１と同様の凹凸パ
ターンが形成される。 【０１２２】続いて、図５（ｃ）に示すように、基板温
度を１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、Ａ
ｌＧａＮバッファ層１２上に、アンドープのＧａＮから
なるＧａＮ層１３を成長させる。この場合、成長初期の
ＧａＮ層１３は、ＡｌＧａＮバッファ層１２の凸部上
面、凹部底面および凹部側面において、図中の矢印Ｙの
方向（ｃ軸方向）に成長し、その後矢印Ｘの方向（横方
向）にも成長する。このような成長初期のＧａＮ層１３
の表面には、ＡｌＧａＮバッファ層１２と同様の凹凸パ
ターンが形成される。 【０１２３】図５（ｄ）に示すように、矢印Ｙの方向に
おけるＧａＮ層１３の成長が進むにつれて、矢印Ｘの方
向におけるＧａＮ層１３の成長が支配的となる。この場
合、凹部底面のＧａＮ層１３上において、凸部上面およ
び凹部側面のＧａＮ層１３がさらに横方向に成長する。
それにより、ＧａＮ層１３の凹部が徐々に埋められてい
く。 【０１２４】ここで、上記のようなＧａＮ層１３が横方
向に成長するため、サファイア基板１１付近で発生した
ｃ軸方向に伝播した転位は、ＧａＮ層１３の横方向成長
に伴って、横方向（矢印Ｘの方向）すなわちサファイア
基板１１のＣ面に平行な方向に折れ曲がる。それによ
り、ＧａＮ層１３において、ｃ軸方向に伝播する転位が
一様に低減される。さらに、中央部を除く凹部上に転位
密度の特に低減された領域が形成される。なお、この場
合においては、サファイア基板１１の凹部上に形成され
たＧａＮ層１３の中央部の領域において、転位が集中す
る部分が線状に発生し、比較的転位密度の高い領域が形
成される。 【０１２５】図５（ｅ）に示すように、平坦化するまで
ＧａＮ層１３を成長させ、膜厚１０μｍのＧａＮ層１３
を形成する。このようにして形成したＧａＮ層１３の表
面においては、転位が低減されており、良好な結晶性が
得られる。また、このようなＧａＮ層１３においてはボ
イドが発生しにくい。 【０１２６】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、ストライプ状の凹部が形成されたサファイア基
板１１を用いることにより、選択成長マスクを用いるこ
となくＧａＮ層１３を横方向成長させ、転位を低減する
ことが可能となる。したがって、良好な結晶性を有する
ＧａＮ層１３を形成することができる。 【０１２７】この場合、ＧａＮを成長させる工程は、Ｇ
ａＮ層１３を形成する際の１回のみである。このよう
に、上記の窒化物系半導体の形成方法によれば、１回の
ＧａＮの成長により、転位が低減されたＧａＮ層１３が
容易に得られる。 【０１２８】上記の窒化物系半導体の形成方法において
は、選択成長マスクを用いないため、ＧａＮ層１３にお
いて、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の差によ
るクラックの発生を防止できる。また、ＧａＮ層１３に
おけるボイドの発生を防止することができる。なお、ボ
イドが残っていてもよい。 【０１２９】以上のことから、ＧａＮ層１３上に素子領
域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を製造
した場合、ＧａＮ層１３上に形成した窒化物系半導体層
において良好な結晶性が得られるとともに、素子の分離
工程等におけるクラックの発生を防止することができ
る。それにより、良好な素子特性および高い信頼性を有
する半導体素子が得られる。 【０１３０】なお、前述のように、ＧａＮ層１３の転位
は一様に低減されるが、サファイア基板１１の凹部上の
ＧａＮ層１３の中央部の領域において、比較的転位密度
の高い領域が形成される。このため半導体素子の製造の
際には、サファイア基板１１の凹部上の中央部を除く領
域に素子領域を形成することが好ましい。さらに、中央
部を除く凹部上に転位密度の特に低減された領域が形成
されるため、サファイア基板１１の凹部上の中央部を除
く凹部上の領域に素子領域を形成することがさらに好ま
しい。 【０１３１】また、上記においてはサファイア基板１１
を用いているが、スピネル等の絶縁体の基板を用いても
よい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等の
IV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体か
らなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物系
半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いても
よい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のいず
れの基板を用いてもよい。特に、Ｓｉ、ＧａＡｓまたは
ＳｉＣからなる基板は、ＧａＮに比べてエッチングが容
易である。したがって、Ｓｉ、ＧａＡｓまたはＳｉＣか
らなる基板を用いた場合、エッチングにより基板に容易
にストライプ状の凹部を形成することができる。それに
より、転位が低減されたＧａＮ層１３を容易に形成する
ことが可能となる。 【０１３２】例えば、（０００１）面を基板表面とする
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板の表面の所定領域をＲＩＥ法等に
よりエッチングし、幅が約１４μｍ、高さが約１μｍで
ありかつ［１１-2０］方向に延びるストライプ状の凹部
を形成する。それにより、表面にストライプ状の凹部を
有するｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板を作製する。あるいは、
（１１１）面を基板表面とするｎ型Ｓｉ基板の表面の所
定領域をウエットエッチング等により除去し、幅が約２
２μｍ、高さが約２μｍでありかつ［１-1０］方向に延
びるストライプ状の凹部を形成する。この場合、凹部側
面は、（１１０）面および（００１）面から構成され
る。それにより、表面にストライプ状凹部を有するｎ型
Ｓｉ基板を作製する。 【０１３３】さらに、上記においては基板上にストライ
プ状の凹凸パターンを形成しているが、基板上に形成す
る凹凸パターンは、ストライプ状以外であってもよい。 【０１３４】上記のようなストライプ状の凹部を有する
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板またはｎ型Ｓｉ基板上に、図４お
よび図５に示す窒化物系半導体の形成方法によりＡｌＧ
ａＮバッファ層１２およびＧａＮ層１３を形成する場
合、まず、基板温度１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰ
Ｅ法により、基板上にｎ−Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎからなる
膜厚約０．０５μｍの単結晶のＡｌＧａＮバッファ層１
２を形成する。さらに、基板温度を１１５０℃に保った
状態でＭＯＶＰＥ法により、ＡｌＧａＮバッファ層１２
上にｎ−ＧａＮからなる膜厚約１０μｍのＧａＮ層１３
を形成する。 【０１３５】以上のように、図４および図５に示す窒化
物系半導体の形成方法においてｎ型６Ｈ−Ｓｉ基板また
はｎ型Ｓｉ基板を用いた場合、サファイア基板１１を用
いた場合において前述した効果と同様の効果が得られ
る。 【０１３６】なお、Ｓｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ
等のIV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導
体からなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化
物系半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＧａＰ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板の場
合、上記のようにＡｌＧａＮバッファ層１２として単結
晶のバッファ層を形成してもよいが、例えば、約６００
℃で非単結晶のバッファ層を形成しても同様の効果があ
る。 【０１３７】さらに、凹凸の形状は上記の形状に限られ
るものではない。図６（ａ）は、図４および図５に示す
窒化物系半導体の形成方法に用いる基板の他の例を示す
模式的断面図である。 【０１３８】図６（ａ）に示すように、基板２１におい
ては、表面に鋸歯状の凹凸パターンが形成されている。
例えば、鋸歯状の凹凸パターンを有するサファイアから
なる基板２１においては、凹部側面がＲ面すなわち（１
-1０１）面と等価な面から構成される。 【０１３９】このような基板２１を用いた場合において
は、前述のストライプ状の凹凸パターンを有するサファ
イア基板１１を用いた場合と同様の効果が得られる。な
お、この場合において、基板２１の凹部上に形成された
ＧａＮ層１３の領域において、転位が集中する部分が線
状に発生する。 【０１４０】また、円形、六角形、三角形等の形状を有
する複数の凹部または凸部が分散配置された基板であっ
てもよい。この場合について、以下に説明する。 【０１４１】図６（ｂ）は、図４および図５に示す窒化
物系半導体の形成方法に用いる基板のさらに他の例を示
す平面図である。 【０１４２】図６（ｂ）に示すように、基板３１におい
ては、表面に六角形の凹部または凸部が形成されてい
る。 【０１４３】このような基板３１を用いた場合において
は、前述のストライプ状の凹凸パターンを有するサファ
イア基板１１を用いた場合と同様に、ＧａＮ層の転位が
一様に低減されるという効果が得られる。 【０１４４】さらに、六角形の凹部が形成された基板３
１を用いた場合においては、中央部を除く凹部上に転位
密度の特に低減された領域が形成される。なお、この場
合においては、基板３１の六角形の凹部上に形成された
ＧａＮ層の中央部において、転位が集中する部分が発生
し、比較的転位密度の高い領域が形成される。 【０１４５】一方、六角形の凸部が形成された基板３１
を用いた場合においては、凸部間の凹部上の中央部を除
いて、凹部上に転位密度の特に低減された領域が形成さ
れる。なお、この場合においては、基板３１の六角形の
凸部の間の凹部上に形成されたＧａＮ層の中心部の領域
において、転位が集中する部分が線状に発生し、比較的
転位密度の高い領域が形成される。 【０１４６】なお、前述のように、ＧａＮ層の転位は一
様に低減されるが、基板３１の六角形の凹部上に形成さ
れたＧａＮ層の中央部の領域または基板３１の六角形の
凸部間の凹部上に形成されたＧａＮ層の中心部の領域に
おいて、比較的転位密度の高い領域が形成される。この
ため、半導体素子の製造の際には、基板３１の六角形の
凹部上の中央部を除く領域または基板３１の六角形の凸
部間の凹部上の中心部を除く領域に素子領域を形成する
ことが好ましい。さらに、中央部を除く六角形の凹部上
または六角形の凸部間の中心部を除く凹部上に転位密度
の特に低減された領域が形成されるため、基板３１の六
角形の凹部上の中央部を除く凹部上の領域または基板３
１の六角形の凸部間の凹部上の中心部を除く凹部上の領
域に素子領域を形成することがさらに好ましい。 【０１４７】また、基板３１としては、サファイア基板
を用いてもよいが、スピネル等の絶縁体の基板を用いて
もよい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等
のIV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体
からなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物
系半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇ
ａＰ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いて
もよい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のい
ずれの基板を用いてもよい。特に、Ｓｉ、ＧａＡｓまた
はＳｉＣからなる基板は、ＧａＮに比べてエッチングが
容易である。したがって、Ｓｉ、ＧａＡｓまたはＳｉＣ
からなる基板を用いた場合、エッチングにより基板に容
易にストライプ状の凹部を形成することができる。それ
により、転位が低減されたＧａＮ層１３を容易に形成す
ることが可能となる。 【０１４８】なお、円形、三角形等の六角形以外の凹部
または凸部が形成された基板を用いた場合においても、
六角形の凹部または凸部を有する基板３１を用いた場合
と同様に、転位の集中する部分がＧａＮ層において発生
する。 【０１４９】なお、図６（ｂ）に示すような六角形の凹
凸パターンを有する基板３１を作製する場合、あるいは
三角形の凹凸パターンを有する基板を作製する場合にお
いて、六角形または三角形の各辺を形成する方向は、基
板のいかなる結晶方位と一致してもよい。 【０１５０】なお、（０００１）面を基板表面とするサ
ファイア基板またはＳｉＣ基板に六角形または三角形の
凹凸パターンを形成する場合、各辺が［１-1００］方向
または［１１-2０］方向と等価な方向に一致するように
六角形または三角形の凹凸パターンを形成することが好
ましい。一方、（１１１）面を基板表面とするＳｉ基板
に六角形または三角形の凹凸パターンを形成する場合、
各辺が［１-1０］方向または［１１-2］方向と等価な方
向に一致するように六角形または三角形の凹凸パターン
を形成することが好ましい。 【０１５１】図７および図８は、第２の発明の参考例を
示す窒化物系半導体の形成方法を示す模式的工程断面図
である。 【０１５２】図７（ａ）に示すように、サファイア基板
４１のＣ面から所定の方向に所定の角度傾斜したオフ面
を、ＲＩＥ法等によりエッチングする。それにより、サ
ファイア基板４１のオフ面に所定の方向にストライプ状
に延びる階段状の段差を形成する。この場合、サファイ
ア基板４１の段差の底面においては、Ｃ面が露出してい
る。 【０１５３】エッチングにより形成された段差は、サフ
ァイア基板４１のオフ面に本来的に存在する原子オーダ
の段差に比べて大きなサイズを有する。サファイア基板
４１において、段差の底面の幅は数μｍ〜数十μｍとす
ることが好ましく、段差の高さは数ｎｍ〜数μｍとする
ことが好ましい。例えば、本例においては段差の底面の
幅を約２９μｍとし、段差の高さを約１μｍとする。 【０１５４】また、段差を形成する方向は、特に限定さ
れるものではない。例えば、本例においては、Ｃ面から
［１１-2０］方向に２°傾斜したサファイア基板のオフ
面をエッチングすることにより、［１-1００］方向にス
トライプ状に延びる階段状の段差を形成する。なお、こ
れ以外に、例えば［１１-2０］方向にストライプ状に延
びる階段状の段差を形成してもよい。 【０１５５】図７（ｂ）に示すように、サファイア基板
４１の段差の底面および側面に、基板温度を６００℃に
保った状態でＭＯＶＰＥ法により、アンドープのＡｌＧ
ａＮからなる膜厚１５ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層４２
を形成する。この場合、ＡｌＧａＮバッファ層４２は、
サファイア基板４１の段差の底面および側面において、
図中の矢印Ｙの方向（ｃ軸方向）および矢印Ｘの方向
（横方向）に成長する。このようにして成長したＡｌＧ
ａＮバッファ層４２の表面は、サファイア基板４１と同
様のストライプ状に延びる階段状の段差を有する。 【０１５６】続いて、図７（ｃ）に示すように、基板温
度１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、Ａｌ
ＧａＮバッファ層４２の段差の底面および側面に、アン
ドープのＧａＮからなるＧａＮ層４３を成長させる。こ
の場合、成長初期のＧａＮ層４３は、ＡｌＧａＮバッフ
ァ層４２の段差の底面および側面において、矢印Ｙの方
向に成長し、その後矢印Ｘの方向にも成長する。このよ
うな成長初期のＧａＮ層４３の表面は、ＡｌＧａＮバッ
ファ層４２と同様のストライプ状に延びる階段状の段差
を有する。 【０１５７】図８（ｄ）に示すように、図中の矢印Ｙの
方向におけるＧａＮ層４３の成長が進むにつれて、矢印
Ｘの方向におけるＧａＮ層４３の成長が支配的となる。
この場合、段差の各段の底面のＧａＮ層４３上におい
て、上段の底面および上段の側面のＧａＮ層４３が横方
向成長する。それにより、ＧａＮ層４３の表面の段差は
徐々に埋められていく。なお、このようなＧａＮ層４３
の成長においては、ボイドが発生しにくい。なお、ボイ
ドが残っていてもよい。 【０１５８】ここで、上記のＧａＮ層４３が横方向に成
長するため、サファイア基板４１付近で発生したｃ軸方
向に伝播した転位は、ＧａＮ層４３の横方向成長に伴っ
て、横方向（矢印Ｘの方向）すなわちＧａＮ層４３の
（０００１）面に平行な方向に折れ曲がる。それによ
り、ＧａＮ層４３において、ｃ軸方向に伝播する転位が
低減される。 【０１５９】図８（ｅ）に示すように、さらにＧａＮ層
４３の成長が進むと、ＧａＮ層４３の表面が平坦化され
る。このようにして形成されたＧａＮ層４３の表面にお
いては、転位が低減され、良好な結晶性が得られる。 【０１６０】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、サファイア基板４１に形成した階段状の段差を
利用することにより、選択成長マスクを用いることなく
ＧａＮ層４３を横方向成長させ、転位を低減することが
可能となる。したがって、良好な結晶性を有するＧａＮ
層４３を形成することができる。 【０１６１】上記の窒化物系半導体の形成方法において
は、選択成長マスクを用いないため、ＧａＮ層４３にお
いて、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の差によ
るクラックの発生を防止することができる。また、場合
によってはボイドの発生を防止することも可能である。 【０１６２】以上のことから、ＧａＮ層４３上に素子領
域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を製造
した場合、ＧａＮ層４３上に形成した窒化物系半導体層
において良好な結晶性が得られるとともに、素子の分離
工程等におけるクラックの発生を防止することができ
る。それにより、良好な素子特性および高い信頼性を有
する半導体素子が得られる。 【０１６３】なお、上記においては、サファイア基板４
１を用いているが、スピネル等の絶縁体の基板を用いて
もよい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等
のIV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体
からなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物
系半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇ
ａＰ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いて
もよい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のい
ずれの基板を用いてもよい。特にＳｉ、ＧａＡｓ、Ｓｉ
Ｃからなる基板は、ＧａＮに比べて容易にエッチングさ
れる。したがって、上記のような階段状の段差を有する
基板を容易に作製することができる。 【０１６４】例えば、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板の（０００
１）面から［１-1００］方向に４°傾斜したオフ面をＲ
ＩＥ法によりエッチングする。このようにして、ｎ型６
Ｈ−ＳｉＣ基板のオフ面に、底面の幅が約１４μｍであ
り段差の高さが約１μｍでありかつ［１１-2０］方向に
ストライプ状に延びる階段状の段差を形成してもよい。
あるいは、［１１-0０］方向にストライプ状に延びる階
段状の段差をｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板に形成してもよい。 【０１６５】さらに、ｎ型Ｓｉ基板の（１１１）面から
［１１-2］方向に５°傾斜したオフ面をウェットエッチ
ングする。このようにして、ｎ型ＳｉＣ基板のオフ面
に、底面の幅が約２２μｍであり段差の高さが約２μｍ
でありかつ［１-1０］方向にストライプ状に延びる階段
状の段差を形成してもよい。あるいは、［１１-2］方向
にストライプ状に延びる階段状の段差をｎ型Ｓｉ基板に
形成してもよい。 【０１６６】上記のようなストライプ状の凹部を有する
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板またはｎ型Ｓｉ基板上に、図７お
よび図８に示す窒化物系半導体の形成方法によりＡｌＧ
ａＮバッファ層４２およびＧａＮ層４３を形成する場
合、まず、基板温度１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰ
Ｅ法により、基板上にｎ−Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎからなる
膜厚約０．０５μｍのＡｌＧａＮバッファ層４２を形成
する。さらに、基板温度を１１５０℃に保った状態でＭ
ＯＶＰＥ法により、ＡｌＧａＮバッファ層４２上にｎ−
ＧａＮからなる膜厚約１０μｍのＧａＮ層４３を形成す
る。 【０１６７】このようにｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板またはｎ
型ＳｉＣ基板を図７および図８に示す窒化物系半導体の
形成方法に用いた場合、サファイア基板４１を用いた場
合において前述した効果と同様の効果が得られる。 【０１６８】図９は第３の発明の一実施例における窒化
物系半導体の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【０１６９】図９（ａ）に示すように、サファイア基板
５１のＣ面上に、基板温度を６００℃に保った状態でＭ
ＯＶＰＥ法により、アンドープのＡｌＧａＮからなる膜
厚１５ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層５２を形成する。 【０１７０】続いて、図９（ｂ）に示すように、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２の所定領域をＲＩＥ法等によりエッ
チングする。ＡｌＧａＮバッファ層５２をエッチングす
る幅ｗ［μｍ］は１〜４０μｍ程度が好ましく、エッチ
ングをぜすに残すＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｂ［μ
ｍ］は１〜４０μｍ程度が好ましい。例えば、本実施例
においてはｗ［μｍ］＝８μｍ、ｂ［μｍ］＝４μｍと
する。それにより、所定間隔で複数のストライプ状のＡ
ｌＧａＮバッファ層５２ａを形成するとともに、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２ａの間にサファイア基板５１を露出
させる。 【０１７１】ここで、特に図１０に示すように、エッチ
ングするＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｗおよび残すＡ
ｌＧａＮバッファ層５２の幅ｂ［μｍ］はｂ［μｍ］≦
−ｗ［μｍ］＋４０［μｍ］とｂ［μｍ］≧１［μｍ］
とｗ［μｍ］≧１［μｍ］とで囲まれた範囲内の値であ
ることが好ましい。エッチングするＡｌＧａＮバッファ
層５２の幅ｗ［μｍ］が１μｍより小さい場合および残
すＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｂ［μｍ］が１μｍよ
り小さい場合においては、エッチングによるＡｌＧａＮ
バッファ層５２のパターニングが困難となる。一方、エ
ッチングするＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｗ［μｍ］
および残すＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｂ［μｍ］が
ｂ［μｍ］＞−ｗ［μｍ］＋４０［μｍ］の関係を満足
する場合においては、パターニングにより形成されたＡ
ｌＧａＮバッファ層５２ａ上に成長させる後述のＧａＮ
層５３の平坦化が困難となる傾向にある。 【０１７２】上記のようにＡｌＧａＮバッファ層５２ａ
を形成した後、図９（ｃ）に示すように、基板温度を１
１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、アンドー
プのＧａＮからなるＧａＮ層５３を成長させる。ここ
で、ＧａＮとサファイア基板５１とでは格子定数が異な
るため、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａを介さなければ、
ＧａＮはサファイア基板５１上に成長しにくい。したが
って、成長初期において、ＧａＮ層５３はＡｌＧａＮバ
ッファ層５２ａ上に選択的に成長する。この場合、Ｇａ
Ｎ層５３は図中の矢印Ｙの方向（ｃ軸方向）に成長し、
ファセット構造となる。この部分には、サファイア基板
５１の付近で発生した転位が多数存在する。 【０１７３】図９（ｄ）に示すように、矢印Ｙの方向の
ＧａＮ層５３の成長が進むにつれて、ＡｌＧａＮバッフ
ァ層５２ａ上に成長したＧａＮ層５３は、矢印Ｘの方向
（横方向）にも成長する。それにより、ＡｌＧａＮバッ
ファ層５２ａの間で露出したサファイア基板５１上に、
ＧａＮ層５３が形成される。 【０１７４】ここで、上記のようなＧａＮ層５３が横方
向に成長するため、図９（ｃ）のＡｌＧａＮバッファ層
５２ａ上に発生したＧａＮ層５３中の転位は、ＧａＮ層
５３の横方向に伴って、横方向（矢印Ｘの方向）すなわ
ちＧａＮ層５３の（０００１）面に平行な方向に折れ曲
がる。それにより、ＧａＮ層５３において、ｃ軸方向に
伝播する転位が一様に低減される。さらに、露出したサ
ファイア基板５１上に形成されたＧａＮ層５３の中央部
を除く領域において転位密度の特に低減された領域が形
成される。なお、この場合においては、露出したサファ
イア基板５１上に形成されたＧａＮ層５３の中央部の領
域において、転位が集中する部分が線状に発生し、比較
的転位密度の高い領域が形成される。 【０１７５】図９（ｅ）に示すように、ＧａＮ層５３が
さらに成長すると、ファセット構造の各ＧａＮ層５３が
合体して連続膜となり、平坦化された膜厚約１０μｍの
ＧａＮ層５３が形成される。このようにして形成された
ＧａＮ層５３の表面においては、転位が低減されてお
り、良好な結晶性が得られる。また、この場合において
は、横方向から成長してきたＧａＮ層５３の合体部にお
いてボイドが発生しにくい。なお、ボイドが残っていて
もよい。 【０１７６】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、サファイア基板５１上に形成した複数のストラ
イプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａを用いることによ
り、選択成長マスクを用いることなくＧａＮ層５３を横
方向成長させ、転位を低減することが可能となる。した
がって、良好な結晶性を有するＧａＮ層５３を形成する
ことができる。 【０１７７】この場合、ＡｌＧａＮバッファ層５２は低
温で成長するため非単結晶である。したがって、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２は、ＧａＮに比べて容易にエッチン
グできる。また、上記の窒化物系半導体の形成方法にお
いては、ＧａＮを成長させる工程はＧａＮ層５３を形成
する際の１回のみである。したがって、上記の窒化物系
半導体の形成方法によれば、転位が低減されたＧａＮ層
５３を容易に形成することができる。 【０１７８】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
おいては、選択成長マスクを用いないため、ＧａＮ層５
３において、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の
差によるクラックの発生を防止することができるととも
に、ボイドの発生を防止することができる。なお、ボイ
ドが残っていてもよい。 【０１７９】以上のことから、ＧａＮ層５３上に素子領
域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を製造
した場合、ＧａＮ層５３上に形成した窒化物系半導体層
において良好な結晶性が得られるとともに、素子の分離
工程等におけるクラックの発生を防止することができ
る。それにより、良好な素子特性および高い信頼性を有
する半導体素子が得られる。 【０１８０】なお、前述のように、ＧａＮ層５３の転位
は一様に低減されるが、サファイア基板５１の露出した
領域上のＧａＮ層５３の中央部の領域において、比較的
転位密度の高い領域が形成される。このため半導体素子
の製造の際には、サファイア基板５１の露出した領域上
の中央部を除く領域に素子領域を形成することが好まし
い。さらに、サファイア基板５１の露出した領域のうち
中央部を除く領域上に転位密度の特に低減された領域が
形成されるため、サファイア基板１１の露出した領域上
の領域のうち中央部を除く領域に素子領域を形成するこ
とがさらに好ましい。 【０１８１】また、上記においてはサファイア基板５１
を用いているが、スピネル等の絶縁体の基板を用いても
よい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等の
IV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体か
らなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物系
半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いても
よい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のいず
れの基板を用いてもよい。 【０１８２】例えば、ＳｉＣ基板またはＳｉ基板を図９
に示す窒化物系半導体の形成方法に用いた場合、基板温
度１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、Ｓｉ
Ｃ基板またはＳｉ基板上にｎ−Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎから
なる膜厚約０．０５μｍのＡｌＧａＮバッファ層５２を
形成する。続いて、サファイア基板５１を用いた場合と
同様の方法によりＡｌＧａＮバッファ層５２をエッチン
グし、複数のストライプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２
ａを形成する。そして、基板温度を１１５０℃に保った
状態でＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＮ層からなるＧａ
Ｎ層５３をＡｌＧａＮバッファ層５２ａ上に成長させる
とともに、ＧａＮ層５３を横方向成長させて露出したＳ
ｉＣ基板またはＳｉ基板上にＧａＮ層５３を成長させ
る。このようにして、平坦化された膜厚約１０μｍのＧ
ａＮ層５３を形成する。 【０１８３】このようにＳｉＣ基板またはＳｉ基板を図
９に示す窒化物系半導体の形成方法に用いた場合、サフ
ァイア基板５１を用いた場合において前述した効果と同
様の効果が得られる。 【０１８４】なお、Ｓｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ
等のIV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導
体からなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化
物系半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＧａＰ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板の場
合、上記のようにＡｌＧａＮバッファ層５２として単結
晶のバッファ層を形成してもよいが、例えば、約６００
℃で非単結晶のバッファ層を形成しても同様の効果があ
る。 【０１８５】また、上記においては基板上に所定間隔で
複数のストライプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａを形
成しているが、基板上に形成するＡｌＧａＮバッファ層
５２ａのパターンは、ストライプ状に限定されるもので
はない。 【０１８６】例えば、基板上に、円形、六角形、三角形
等の形状を有する複数のＡｌＧａＮバッファ層５２ａを
形成してもよい。それにより、ＧａＮ層５３において、
ｃ軸方向に伝播する転位が一様に低減される。さらに、
ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ間の露出した基板上の中央
部を除いて、露出した基板上に転位密度の特に低減され
た領域が形成される。なお、この場合、ＡｌＧａＮバッ
ファ層５２ａ間の露出した基板上の中央部上に形成され
たＧａＮ層５３の領域において、転位が集中する部分が
線状に発生し、比較的転位密度の高い領域が形成され
る。 【０１８７】なお、前述のように、ＧａＮ層５３の転位
は一様に低減されるが、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ間
の露出した基板上の中央部上に形成されたＧａＮ層５３
の領域において、比較的転位密度の高い領域が形成され
る。このため、半導体素子製造の際には、ＡｌＧａＮバ
ッファ層５２ａ間の露出した基板上の中央部を除く領域
に素子領域を形成することが好ましい。さらに、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２ａ間の露出した基板上の中央部を除
いて、露出した基板上に転位密度の特に低減された領域
が形成されるため、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ間の露
出した基板上の中央部を除いた、露出した基板上の領域
に素子領域を形成することが好ましい。 【０１８８】あるいは、基板上に形成したＡｌＧａＮバ
ッファ層５２において、円形、六角形、三角形等の形状
を有する複数の領域をエッチングにより除去し、円形、
六角形、三角形等の形状を有する複数の開口部をＡｌＧ
ａＮバッファ層５２に形成してもよい。なお、この場
合、円形、六角形、三角形等の形状を有する複数の開口
部内で露出した基板の中央部上に形成したＧａＮ層５３
の領域において、転位が集中する部分が発生し、比較的
転位密度の高い領域が形成される。 【０１８９】なお、前述のように、ＧａＮ層５３の転位
は一様に低減されるが、基板の露出した領域上のＧａＮ
層５３の中央部の領域において、比較的転位密度の高い
領域が形成される。このため半導体素子の製造の際に
は、基板の露出した領域上の中央部を除く領域に素子領
域を形成することが好ましい。さらに、基板の露出した
領域のうち中央部を除く領域上に転位密度の特に低減さ
れた領域が形成されるため、基板の露出した領域上の領
域のうち中央部を除く領域に素子領域を形成することが
さらに好ましい。 【０１９０】また、基板としてサファイア基板を用いる
ことができるが、スピネル等の絶縁体の基板を用いても
よい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等の
IV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体か
らなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物系
半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いても
よい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のいず
れの基板を用いてもよい。 【０１９１】続いて、第１〜第３の発明に係る窒化物系
半導体の形成方法を用いて製造した半導体素子について
説明する。なお、この場合においては、半導体素子の例
として半導体レーザ素子について説明する。 【０１９２】第４の発明に係る半導体レーザ素子は、第
１の発明に係る窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
した半導体レーザ素子である。 【０１９３】図１１は第４の発明の一実施例における半
導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。 【０１９４】図１１に示すように、半導体レーザ素子５
００においては、図１および図２に示す窒化物系半導体
の形成方法により、サファイア基板１上にＡｌＧａＮ第
１バッファ層２、アンドープのＧａＮからなるＧａＮ第
２バッファ層３、アンドープのＧａＮからなる第１Ｇａ
Ｎ層４およびアンドープのＧａＮからなる第２ＧａＮ層
５が順に形成されている。 【０１９５】さらに、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、また
はトリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリ
メチルインジウム、ＮＨ3 、ＳｉＨ4 （シランガス）、
ＣｐＭｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を原料
ガスとして用いるガスソースＭＢＥ法等により、第２Ｇ
ａＮ層５上に、ｎ−ＧａＮからなる膜厚４μｍのｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層１０４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮからなる
膜厚約０．１μｍのｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層
１０５、ｎ−ＡｌＧａＮからなる膜厚０．４５μｍのｎ
−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１０６、ｎ−ＧａＮからな
る膜厚約５０ｎｍのｎ−ＧａＮ第１クラッド層１０７、
ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）発光層１０
８、ｐ−ＧａＮからなる膜厚約４０ｎｍのｐ−ＧａＮ第
１クラッド層１０９が順に積層されている。ｐ−ＧａＮ
第１クラッド層１０９上のストライプ状の領域にｐ−Ａ
ｌＧａＮからなる膜厚０．４５μｍのｐ−ＡｌＧａＮ第
２クラッド層１１０が形成されている。それにより、ｐ
−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１０からなるリッジ部が
形成されるとともに、ｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０９
からなる平坦部が形成される。 【０１９６】なお、リッジの延伸する方向は、第１Ｇａ
Ｎ層４のオフ方向と垂直方向に形成することが好まし
い。 【０１９７】なお、この場合のＭＱＷ発光層１０８は、
膜厚約４ｎｍの５つのアンドープＧａＮ障壁層と膜厚約
４ｎｍの４つの圧縮歪みのアンドープＩｎＧａＮ井戸層
とが交互に積層された多重量子井戸構造を有する。 【０１９８】ｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０９上および
ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１０の側面に、ｎ−Ｇ
ａＮからなる膜厚約０．２μｍのｎ−ＧａＮ電流狭窄層
１１１が形成されている。この場合、ｐ−ＡｌＧａＮ第
２クラッド層１１０の上面にｎ−ＧａＮ電流狭窄層１１
１のストライプ状の開口部が形成されている。ｎ−Ｇａ
Ｎ電流狭窄層１１１の上面および側面、ならびにｐ−Ａ
ｌＧａＮ第２クラッド層１１０上に、ｐ−ＧａＮからな
る膜厚３〜５μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層１１２が形
成されている。 【０１９９】ｐ−ＧａＮコンタクト層１１２からｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層１０４までの一部領域がエッチングさ
れ、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０４の所定領域が露出し
ている。この露出したｎ−ＧａＮコンタクト層４の所定
領域上にｎ電極１１３が形成されている。また、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層１１２上の所定領域にｐ電極１１４が
形成されている。なお、露出したｐ−ＧａＮコンタクト
層１１２からｎ−ＧａＮ第１コンタクト層１０４までの
側面およびｎ−ＧａＮコンタクト層１０４の上面に、Ｓ
ｉＯ2 膜１１５が形成されている。 【０２００】上記の半導体レーザ素子５００において
は、図１および図２に示す窒化物系半導体の形成方法に
より形成された第２ＧａＮ層５上に、各層１０４〜１１
２が形成されている。ここで、図１および図２において
前述したように、第２ＧａＮ層５の表面においては転位
が低減されているため、第２ＧａＮ層５上に形成された
各層１０４〜１１５においては、良好な結晶性が実現さ
れる。それにより、半導体レーザ素子５００は、良好な
素子特性を有するとともに高い信頼性を有する。 【０２０１】また、この場合においては、前述のように
選択成長マスクを用いることなく第２ＧａＮ層５におい
て転位の低減を図ることができるため、第２ＧａＮ層５
において、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の差
によるクラックの発生が防止されるとともに、ボイドの
発生が防止される。 【０２０２】したがって、半導体レーザ素子５００の製
造時において、素子の分離工程等におけるクラックの発
生が防止される。それにより、高い歩留りが実現でき
る。 【０２０３】なお、上記において、サファイア基板１の
代わりに、サファイア以外の絶縁体からなる基板を用い
てもよい。 【０２０４】図１２は第４の発明の他の実施例における
半導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。 【０２０５】図１２に示すように、半導体レーザ素子５
０１は、以下の点を除いて、図１１の半導体レーザ素子
５００と同様の構造を有する。 【０２０６】この場合においては、サファイア基板１に
代えて、ｎ−Ｓｉ基板１Ａ上に、図１および図２に示す
窒化物系半導体の形成方法により、ｎ−ＡｌＧａＮから
なるＡｌＧａＮ第１バッファ層２、ｎ−ＧａＮからなる
ＧａＮ第２バッファ層３、ｎ−ＧａＮからなる第１Ｇａ
Ｎ層４およびｎ−ＧａＮからなる第２ＧａＮ層５が順に
形成されている。 【０２０７】また、この場合においては、ｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１１２がｎ−ＧａＮ電流狭窄層１１１および
ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１０上に形成されてい
る。ｎ−Ｓｉ基板１Ａの裏面にｎ電極１１３が形成さ
れ、ｐ−ＧａＮコンタクト層１１２のリッジ部の上面に
ｐ電極１１４が形成されている。 【０２０８】このような半導体レーザ素子５０１におい
ては、図１および図２に示す窒化物系半導体の形成方法
により形成された第２ＧａＮ層５において、転位の低減
が図られるとともに、クラックの発生およびボイドの発
生が防止される。このため、半導体レーザ素子５０１に
おいては、半導体レーザ素子５００において前述した効
果と同様の効果が得られる。 【０２０９】なお、上記において、ｎ−Ｓｉ基板１Ａの
代わりに、Ｓｉ以外の半導体からなる基板を用いてもよ
い。 【０２１０】さらに、半導体レーザ素子５００，５０１
においては、基板１，１Ａ上にｎ型半導体層およびｐ型
半導体層が順に形成されているが、基板１，１Ａ上にｐ
型半導体層およびｎ型半導体層を順に形成してもよい。 【０２１１】さらに、半導体レーザ素子５００，５０１
においては、図１および図２に示す窒化物系半導体の形
成方法により基板１，１Ａ上に各層２〜５を形成してい
るが、図３に示す窒化物系半導体の形成方法により基板
１，１Ａ上に各層２，３，４ａ，５ａを形成してもよ
い。この場合、製造された半導体レーザ素子において
は、半導体レーザ素子５００，５０１において前述した
効果と同様の効果が得られる。 【０２１２】ここで、図３に示す窒化物系半導体の形成
方法により形成された図３の第２ＧａＮ層５ａにおいて
は、ＳｉＯ2 膜１５を用いた図３の第１ＧａＮ層４ａの
選択横方向成長により、さらに転位の低減が図られてい
る。したがって、このような図３の第２ＧａＮ層５ａ上
に形成された図１１または図１２の各層１０４〜１１２
においては、より結晶性の向上が図られる。それによ
り、この場合の半導体レーザ素子においては、さらに素
子特性および信頼性の向上が図られる。 【０２１３】第５の発明に係る半導体レーザ素子は、第
２の発明に係る窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
された半導体レーザ素子である。この場合について以下
に説明する。 【０２１４】第５の発明の一実施例における半導体レー
ザ素子は、以下の点を除いて、図１１の半導体レーザ素
子５００と同様の構造を有する。 【０２１５】この場合、図４および図５に示す窒化物系
半導体の形成方法により、図４および図５に示すよう
に、サファイア基板１１上に、アンドープのＡｌＧａＮ
からなるＡｌＧａＮバッファ層１２およびアンドープの
ＧａＮからなるＧａＮ層１３が順に形成されている。こ
のＧａＮ層１３上に、図１１の各層１０４〜１１２が形
成されている。なお、サファイア基板１１の代わりに、
サファイア以外の絶縁体からなる基板を用いてもよい。 【０２１６】本例の半導体レーザ素子において、図４お
よび図５に示す窒化物系半導体の形成方法により形成さ
れた図５のＧａＮ層１３は、転位の低減が図られており
かつクラックの発生およびボイドの発生が防止されてい
る。このため、図５のＧａＮ層１３上に図１１の各層１
０４〜１１２が形成された本例の半導体素子において
は、半導体レーザ素子５００において前述した効果と同
様の効果が得られる。なお、ボイドが残っていてもよ
い。 【０２１７】ここで、本例においては、図４および図５
に示すように、ＡｌＧａＮバッファ層１２上に１回Ｇａ
Ｎを成長させることにより、転位の低減されたＧａＮ層
１３が形成される。したがって、本例の半導体レーザ素
子は製造が容易である。 【０２１８】第５の発明の他の実施例における半導体レ
ーザ素子は、以下の点を除いて、図１２の半導体レーザ
素子５０１と同様の構造を有する。 【０２１９】この場合、図４および図５に示す窒化物系
半導体の形成方法により、ｎ−Ｓｉ基板上に、図４およ
び図５に示すように、ｎ−ＡｌＧａＮからなるＡｌＧａ
Ｎバッファ層１２およびｎ−ＧａＮからなるＧａＮ層１
３が形成されている。この図５のＧａＮ層１３上に図１
２の各層１０５〜１１２が形成されている。なお、ｎ−
Ｓｉ基板の代わりに、Ｓｉ以外の半導体からなる基板を
用いてもよい。 【０２２０】本例の半導体レーザ素子において、図４お
よび図５に示す窒化物系半導体の形成方法により形成さ
れた図５のＧａＮ層１３は、転位の低減が図られており
かつクラックの発生およびボイドの発生が防止されてい
る。このため、図５のＧａＮ層１３上に図１２の各層１
０５〜１１２が形成された本例の半導体レーザ素子にお
いては、半導体レーザ素子５０１において前述した効果
と同様の効果が得られる。なお、ボイドが残っていても
よい。 【０２２１】ここで、本例においては、図４および図５
に示すように、ＡｌＧａＮバッファ層１２上に１回Ｇａ
Ｎを成長させることにより、転位の低減されたＧａＮ層
１３が形成される。したがって、本例の半導体レーザ素
子は製造が容易である。 【０２２２】特に、本例においては、エッチングの容易
なｎ−Ｓｉ基板が用いられているため、図４に示すよう
な凹部をエッチングにより容易に形成することができ
る。したがって、本例の半導体レーザ素子は、より製造
が容易である。 【０２２３】上記の第５の発明の２つの実施例における
半導体レーザ素子においては、図４および図５で前述し
たように、転位が一様に低減されるので、基板上の窒化
物系半導体層のいかなる部分に素子領域（発光部）を形
成しても前述した効果が得られる。しかしながら、基板
の凹部上の窒化物系半導体層の中央部の領域において、
比較的転位密度の高い領域が形成される。このため、半
導体レーザ素子において、基板の凹部上の中央部を除く
領域に素子領域（発光部）を形成することが好ましい。
さらに、中央部を除く凹部上に転位密度の特に低減され
た領域が形成されるため、基板の凹部上の中央部を除い
た、凹部上の領域に素子領域（発光部）を形成すること
が好ましい。 【０２２４】また、上記の第５の発明のさらに他の実施
例における半導体レーザ素子として、図７および図８に
示す窒化物系半導体の形成方法により、図７および図８
に示すように基板上にＡｌＧａＮバッファ層４２および
ＧａＮ層４３が順に形成され、この図８のＧａＮ層４３
上に図１１または図１２の各層１０４〜１１２が形成さ
れた半導体レーザ素子であってもよい。このような半導
体レーザ素子においても、図４および図５に示す窒化物
系半導体の形成方法により図４および図５に示すＡｌＧ
ａＮバッファ層１２およびＧａＮ層１３が形成された上
記の２つの実施例の半導体レーザ素子において前述した
効果と同様の効果が得られる。 【０２２５】第６の発明に係る半導体レーザ素子は、第
３の発明に係る窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
した半導体レーザ素子である。この場合について以下に
説明する。 【０２２６】第６の発明の一実施例における半導体レー
ザ素子は、以下の点を除いて、図１１の半導体レーザ素
子５００と同様の構造を有する。 【０２２７】この場合、図９に示す窒化物系半導体の形
成方法により、図９に示すように、サファイア基板５１
上に、アンドープのＡｌＧａＮからなる複数のストライ
プ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａが形成されている。
さらに、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ上およびＡｌＧａ
Ｎバッファ層５２ａの間で露出したサファイア基板５１
上に、アンドープのＧａＮからなるＧａＮ層５３が形成
されている。この図９のＧａＮ層５３上に、図１０の各
層１０４〜１１２が形成されている。なお、サファイア
基板５１の代わりに、サファイア以外の絶縁体からなる
基板を用いてもよい。 【０２２８】本例の半導体レーザ素子において、図９に
示す窒化物系半導体の形成方法により形成された図９の
ＧａＮ層５３は、転位の低減が図られるとともにクラッ
クの発生およびボイドの発生が防止されている。このた
め、図９のＧａＮ層５３上に図１１の各層１０４〜１１
２が形成された本例の半導体レーザ素子においては、半
導体レーザ素子５００において前述した効果と同様の効
果が得られる。なお、ボイドが残っていてもよい。 【０２２９】ここで、本例においては、図９に示すよう
に、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ上に１回ＧａＮを成長
させることにより、転位の低減されたＧａＮ層５３が得
られる。また、本例においては、低温で成長させたＡｌ
ＧａＮバッファ層５２のエッチングが容易であることか
ら、複数のストライプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａ
を容易に形成することができる。したがって、本例の半
導体レーザ素子は、製造が容易である。 【０２３０】第６の発明の他の実施例における半導体レ
ーザ素子は、以下の点を除いて、図１２の半導体レーザ
素子５０１と同様の構造を有する。 【０２３１】この場合、図９に示す窒化物系半導体の形
成方法により、図９に示すように、ｎ−Ｓｉ基板上に、
ｎ−ＡｌＧａＮからなる複数のストライプ状のＡｌＧａ
Ｎバッファ層５２ａが形成されている。さらに、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２ａ上およびＡｌＧａＮバッファ層５
２ａの間で露出したｎ−Ｓｉ基板上に、ｎ−ＧａＮから
なるＧａＮ層５３が形成されている。この図９のＧａＮ
層５３上に、図１２の各層１０５〜１１２が形成されて
いる。なお、Ｓｉ基板の代わりに、Ｓｉ以外の半導体か
らなる基板を用いてもよい。 【０２３２】本例の半導体レーザ素子において、図９に
示す窒化物系半導体の形成方法により形成された図９の
ＧａＮ層５３は、転位の低減が図られるとともにクラッ
クの発生およびボイドの発生が防止されている。このた
め、図９のＧａＮ層５３上に図１２の各層１０５〜１１
２が形成された本例の半導体レーザ素子においては、半
導体レーザ素子５０１において前述した効果と同様の効
果が得られる。なお、ボイドが残っていてもよい。 【０２３３】ここで、本例においては、図９に示すよう
に、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ上に１回ＧａＮを成長
させることにより、転位の低減されたＧａＮ層５３が得
られる。また、本例においては、低温で成長させたＡｌ
ＧａＮバッファ層５２のエッチングが容易であることか
ら、複数のストライプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａ
を容易に形成することができる。したがって、本例の半
導体レーザ素子は、製造が容易である。 【０２３４】上記の第６の発明の２つの実施例における
半導体レーザ素子においては、図９で前述したように、
転位は一様に低減されるので、基板上の窒化物系半導体
層のいかなる部分に素子領域（発光部）を形成しても前
述した効果が得られる。しかしながら、基板の露出した
領域上の窒化物系半導体層の中央部の領域において、比
較的転位密度の高い領域が形成される。このため、半導
体レーザ素子において、基板の露出した領域上の中央部
を除く領域に素子領域（発光部）を形成することが好ま
しい。さらに、中央部を除く基板の露出した領域上に転
位密度の特に低減された領域が形成されるため、基板の
露出した領域上の中央部を除いた、基板の露出した領域
上の領域に素子領域（発光部）を形成することが好まし
い。 【０２３５】上記においては、第１〜第３の発明に係る
窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レー
ザ素子について説明したが、第１〜第３の発明に係る窒
化物系半導体の形成方法は、半導体レーザ素子以外の半
導体素子、例えば発光ダイオード等の半導体発素子、フ
ォトダイオード等の受光素子、トランジスタ等の電子素
子の製造に適用することも可能である。 【０２３６】第１〜第６の発明において、各層は、Ｇａ
Ｎ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｉ
ｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくは
ＴｌＮ（窒化タリウム）またはこれらの混晶等のIII −
Ｖ族窒化物系半導体およびこれら混晶にＡｓ、Ｐおよび
Ｓｂのうち少なくとも１つの元素を含む混晶等のIII−
Ｖ族窒化物系半導体から構成されていればよい。 【０２３７】また、第２、３、５および６の発明におい
て、半導体の結晶構造はウルツ鉱型であってもよく、あ
るいは閃亜鉛鉱型であってもよい。
ウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化イ
ンジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくはＴｌＮ（窒化
タリウム）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）およびこれら混
晶にＡｓ、ＰおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素を
含む混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体からなる化合物
半導体層を有する窒化物系半導体素子、窒化物系半導体
の形成方法および窒化物系半導体素子の製造方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】今日、ＧａＮ系半導体を利用した半導体
素子、例えば、発光ダイオード素子等の半導体発光素
子、あるいはトランジスタ等の電子素子の開発が盛んに
行われている。このようなＧａＮ系半導体素子の製造の
際には、ＧａＮからなる基板の製造が困難であるため、
サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等からなる基板上にＧａＮ系
半導体層をエピタキシャル成長させている。 【０００３】この場合、サファイア等の基板とＧａＮと
では格子定数が異なるため、サファイア等の基板上に成
長させたＧａＮ系半導体層においては、基板から上下方
向に延びる転位（格子欠陥）が存在しており、その転位
密度は１０9 ｃｍ-2程度である。このようなＧａＮ系半
導体層における転位は、半導体素子の素子特性の劣化お
よび信頼性の低下を招く。 【０００４】上記のようなＧａＮ系半導体層における転
位を低減する方法として、応用電子物性分科会誌第４巻
（１９９８）の第５３頁〜第５８頁および第２１０頁〜
第２１５頁等に選択横方向成長（ＥＬＯ：Epitaxial La
teral Overgrowth）が示されている。 【０００５】図１３は従来の選択横方向成長を用いた窒
化物系半導体の形成方法の例を示す模式的な工程断面図
である。 【０００６】図１３（ａ）に示すように、サファイア基
板２０１のＣ（０００１）面上に、ＭＯＶＰＥ法（有機
金属化学的気相成長法）により、膜厚約１μｍのＧａＮ
層２０２を形成する。さらに、ＧａＮ層２０２上に、選
択成長マスクとして複数のストライプ状ＳｉＯ2 膜２１
０を形成する。なお、ＧａＮ層２０２中にはｃ軸方向に
伝播する転位が多数存在する。 【０００７】図１３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 膜２
１０の形成後、ＨＶＰＥ法（ハライド気相成長法）によ
り、再成長ＧａＮ層２０３を成長させる。ここで、Ｓｉ
Ｏ2膜２１０上においてはＧａＮが成長しにくいため、
成長初期の再成長ＧａＮ層２０３は、ストライプ状Ｓｉ
Ｏ2 膜２１０の間で露出したＧａＮ層２０２上に選択的
に成長する。この場合、ＧａＮ層２０２上において、再
成長ＧａＮ層２０３は、図中の矢印Ｙの方向（ｃ軸方
向）に成長する。このような成長においては、ＧａＮ層
２０２からｃ軸方向に転位が伝播する。 【０００８】以上のようにして、露出したＧａＮ層２０
２上に、三角形のファセット構造を有する再成長ＧａＮ
層２０３を成長させる。 【０００９】図１３（ｃ）に示すように、上記のＧａＮ
層２０２上における再成長ＧａＮ層２０３の成長が進む
と、再成長ＧａＮ層２０３は、さらに図中の矢印Ｘの方
向（横方向）にも成長する。このような再成長ＧａＮ層
２０３の横方向成長により、ＳｉＯ2 膜２１０上に再成
長ＧａＮ層２０３が形成される。また、再成長ＧａＮ層
２０３の表面のＣ面上の成長においては、ステップフロ
ーモードで成長が起こる。このため、再成長ＧａＮ層２
０３の横方向成長に伴い、ＧａＮ層２０２からｃ軸方向
に伝播した転位は、横方向すなわちサファイア基板２０
１のＣ面と平行な方向に折れ曲がる。 【００１０】それにより、再成長ＧａＮ層２０３におい
て、ｃ軸方向に伝播する転位を低減することが可能とな
る。 【００１１】図１３（ｄ）に示すように、さらに再成長
ＧａＮ層２０３を横方向成長させると、ファセット構造
の各再成長ＧａＮ層２０３が合体して連続膜となる。こ
のようにして、平坦な再成長ＧａＮ層２０３が形成され
る。この場合、平坦化された再成長ＧａＮ層２０３の表
面付近においては転位が低減されている。 【００１２】以上のように、上記の窒化物系半導体の形
成方法においては、再成長ＧａＮ層２０３の選択横方向
成長を行うことにより、再成長ＧａＮ層２０３において
転位の低減を図ることが可能となる。このような転位が
低減された再成長ＧａＮ層２０３上に窒化物系半導体層
を形成することにより、サファイア基板２０１上に良好
な結晶性を有する窒化物系半導体層を形成することがで
きる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】上記の窒化物系半導体
の形成方法においては、再成長ＧａＮ層２０３を横方向
成長させるため、選択成長マスクとして複数のストライ
プ状ＳｉＯ2 膜２１０を形成する。 【００１４】ここで、ＳｉＯ2 膜２１０とＧａＮとでは
熱膨張係数が異なる。このため、再成長ＧａＮ層２０３
中に複数のＳｉＯ2 膜２１０を形成した場合、再成長Ｇ
ａＮ層２０３においてクラックが発生しやすくなる。な
お、ＳｉＯ2 膜２１０の代わりに、選択成長マスクとし
てＴｉＯ2 膜等の絶縁膜やＷ等の高融点金属の薄膜を用
いた場合においても、ＳｉＯ2 膜２１０を用いた場合と
同様、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の違いか
ら、再成長ＧａＮ層２０３においてクラックが発生しや
すくなる。 【００１５】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
おいては、図１３（ｄ）に示すように、横方向成長した
ファセット構造の各再成長ＧａＮ層２０３が合体する
際、合体部においてボイド２１５が発生し、このような
ボイド２１５により、再成長ＧａＮ層２０３においてク
ラックが発生しやすくなる場合もある。 【００１６】以上のことから、上記の窒化物系半導体の
形成方法により形成した再成長ＧａＮ層２０３上に、素
子領域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を
製造する場合、素子を分離する工程等においてクラック
が発生しやすくなる。このようなクラックの発生は、半
導体素子において、素子特性の劣化および信頼性の低下
を招くとともに、歩留りの低下を招く。 【００１７】また、より良好な素子特性および高い信頼
性を有する半導体素子を実現するためには、窒化物系半
導体においてさらなる格子欠陥の低減を図ることが望ま
れる。 【００１８】本発明の目的は、選択成長マスクを用いる
ことなく、より転位の低減を図ることが可能な窒化物系
半導体の形成方法を提供することである。 【００１９】本発明の他の目的は、選択成長マスクを用
いることなく、より転位の低減が図られかつクラックの
発生が防止された半導体素子を提供することである。 【００２０】 【課題を解決するための手段および発明の効果】（１）
第１の発明 第１の発明に係る窒化物系半導体の形成方法は、基板の
Ｃ面上に第１の窒化物系半導体層を成長させ、第１の窒
化物系半導体層においてＣ面から所定の方向に所定の角
度傾斜した面を露出させ、第１の窒化物系半導体層の傾
斜した面上に第１の窒化物系半導体層よりも単結晶に近
い第２の窒化物系半導体層を成長させるものである。こ
こで、第２の窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００２１】第１の発明に係る窒化物系半導体の形成方
法において、第１の窒化物系半導体層の傾斜した面にお
いては、原子オーダの段差が形成されている。 【００２２】このような原子オーダの段差を有する第１
の窒化物系半導体層の傾斜した面に第２の窒化物系半導
体層を成長させると、主として、ステップフローモード
で成長が起こる。このため、第１の窒化物系半導体層か
ら縦方向に伝播した転位は、第２の窒化物系半導体層の
ステップフロー成長に伴って横方向に折れ曲がる。それ
により、第２の窒化物系半導体層において縦方向に伝播
する転位を低減することが可能となる。したがって、第
２の窒化物系半導体層の表面において良好な結晶性が実
現される。 【００２３】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
よれば、選択成長マスクを用いることなく第２の窒化物
系半導体層をステップフロー成長させることができる。
このため、第２の窒化物系半導体層においては、選択成
長マスクと窒化物系半導体との熱膨張係数の差によるク
ラックの発生が防止されるとともに、ボイドの発生が防
止される。 【００２４】第１の窒化物系半導体層の表面を研磨する
ことによりＣ面から所定の方向に所定の角度傾斜した面
を露出させてもよい。この場合、研磨により露出させた
第１の窒化物系半導体層の傾斜した面においては、所定
の方向にストライプ状に延びる微小な階段状の段差が形
成される。 【００２５】また、基板上に第１の窒化物系半導体層を
成長させる過程でＣ面から所定の方向に所定の角度傾斜
した面を露出させてもよい。この場合、例えば膜厚の不
均一な第１の窒化物系半導体層を成長させることによ
り、Ｃ面から所定の方向に所定の角度傾斜した面を第１
の窒化物系半導体層において露出させることができる。
このようにして露出させた第１の窒化物系半導体層の表
面においては、所定の方向にストライプ状に延びる微小
な階段状の段差が形成されている。 【００２６】（２）第２の発明 第２の発明の一局面に係る窒化物系半導体の形成方法
は、半導体基板上に窒化物系半導体層を成長させる窒化
物系半導体の形成方法において、半導体基板は、IV族半
導体、IV−IV族半導体またはII−VI族半導体からなる半
導体基板であり、半導体基板の表面に凹凸パターンを形
成し、凹凸パターン上に窒化物系半導体層を成長させる
ものである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶であ
る。 【００２７】第２の発明の他の局面に係る窒化物系半導
体の形成方法は、半導体基板上に窒化物系半導体層を成
長させる窒化物系半導体の形成方法において、半導体基
板は、格子定数が窒化物系半導体層の格子定数と異なる
III −Ｖ族半導体からなる半導体基板であり、半導体基
板の表面に凹凸パターンを形成し、凹凸パターン上に窒
化物系半導体層を成長させるものである。ここで、窒化
物系半導体層は略単結晶である。 【００２８】第２の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体の形成方法は、絶縁体基板上に窒化物系半導体
層を成長させる窒化物系半導体の形成方法において、絶
縁体基板の表面に凹凸パターンを形成し、凹凸パターン
上に窒化物系半導体層を成長させるものである。ここ
で、窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００２９】第２の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体の形成方法は、基板の表面に凹凸パターンを形
成し、凹凸パターン上にバッファ層を成長させ、凹凸パ
ターン上およびバッファ層上に窒化物系半導体層を表面
がほぼ平坦になるまで成長させるものである。ここで、
窒化物系半導体層は略単結晶であり、バッファ層は非単
結晶である。 【００３０】第２の発明に係る窒化物系半導体の形成方
法においては、成長初期段階で、基板の段差を起源とし
て、基板の段差の付近に窒化物系半導体層の段差が形成
される。 【００３１】さらに窒化物系半導体層の成長が進むと、
段差側面の窒化物系半導体層における横方向の成長が支
配的となる。それにより、窒化物系半導体層において凹
部が徐々に埋められ、平坦な表面を有する窒化物系半導
体層が形成される。なお、このような窒化物系半導体層
の横方向成長においては、ボイドの発生を抑制すること
も可能である。 【００３２】ここで、上記のように窒化物系半導体層が
横方向に成長するため、基板付近で発生した縦方向に伝
播する転位は、窒化物系半導体層の横方向成長に伴って
横方向に折れ曲がる。それにより、窒化物系半導体層に
おいて、縦方向に伝播する転位を低減することが可能と
なる。したがって、窒化物系半導体層の表面において良
好な結晶性が実現される。 【００３３】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
よれば、選択成長マスクを用いることなく窒化物系半導
体層を横方向成長させることができる。このため、窒化
物系半導体層においては、選択成長マスクと窒化物系半
導体との熱膨張係数の差によるクラックの発生が防止さ
れる。また、場合によってはボイドの発生を防止するこ
とも可能である。 【００３４】さらに、上記の窒化物系半導体の形成方法
によれば、１回の窒化物系半導体の成長により、転位が
低減された窒化物系半導体層を容易に形成することがで
きる。 【００３５】特に、表面の加工が容易である基板を上記
の窒化物系半導体の形成方法に用いた場合においては、
基板の表面に容易に凹凸パターンを形成することができ
るため、転位が低減された窒化物系半導体層をさらに容
易に形成することができる。 【００３６】凹凸パターンは、ストライプ状に延びる凹
部および凸部を有してもよい。この場合、基板に形成さ
れた凹部上の窒化物系半導体層において、横方向成長を
行うことができる。 【００３７】また、凹凸パターンは、２次元的に分散配
置された複数の凹部または凸部を有してもよい。基板の
表面に複数の凹部を分散配置した場合においては、基板
の凹部上の窒化物系半導体層において、横方向成長を行
うことができる。一方、基板の表面に複数の凸部を分散
配置した場合においては、基板の凸部の間の領域上の窒
化物系半導体層において、横方向成長を行うことができ
る。 【００３８】 【００３９】（３）第３の発明 第３の発明の一局面に係る窒化物系半導体の形成方法
は、半導体基板上に窒化物系半導体層を成長させる窒化
物系半導体の形成方法において、半導体基板は、IV族半
導体、IV−IV族半導体、またはII−VI族半導体からなる
半導体基板であり、半導体基板上にエッチングにより間
隔Ｘで分散的に幅Ｙの複数のバッファ層を形成し、間隔
Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μ
ｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ
［μｍ］≧１［μｍ］の関係を満足し、半導体基板上お
よび複数のバッファ層上に窒化物系半導体層を成長させ
るものである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶で
ある。 【００４０】第３の発明の他の局面に係る窒化物系半導
体の形成方法は、半導体基板上に窒化物系半導体層を成
長させる窒化物系半導体の形成方法において、半導体基
板は、格子定数が窒化物系半導体層の格子定数と異なる
III −Ｖ族半導体からなる半導体基板であり、半導体基
板上にエッチングにより間隔Ｘで分散的に幅Ｙの複数の
バッファ層を形成し、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μ
ｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］かつＹ
［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］の関
係を満足し、半導体基板上および複数のバッファ層上に
窒化物系半導体層を成長させるものである。ここで、窒
化物系半導体層は略単結晶である。 【００４１】第３の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体の形成方法は、絶縁体基板上に窒化物系半導体
層を成長させる窒化物系半導体の形成方法において、絶
縁体基板上にエッチングにより間隔Ｘで分散的に幅Ｙの
複数のバッファ層を形成し、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ
［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］か
つＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］
の関係を満足し、絶縁体基板上および複数のバッファ層
上に窒化物系半導体層を成長させるものである。ここ
で、窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００４２】第３の発明に係る窒化物系半導体の形成方
法においては、基板と窒化物系半導体とでは格子定数が
異なるため、バッファ層を介することなく窒化物系半導
体層を基板上に成長させるのは困難である。このため、
窒化物系半導体層は、成長初期において、複数のバッフ
ァ層上に選択的に成長する。この場合、窒化物系半導体
層は、バッファ層上において縦方向に成長する。 【００４３】上記の窒化物系半導体層の縦方向の成長が
進むと、バッファ層上に成長した窒化物系半導体層はさ
らに横方向に成長する。それにより、複数のバッファ層
の間で露出した基板上に、窒化物系半導体層が形成され
る。このような窒化物系半導体層の横方向成長により、
平坦な表面を有する連続膜の窒化物系半導体層が形成さ
れる。なお、このような窒化物系半導体層の横方向成長
においては、ボイドの発生を抑制することも可能であ
る。 【００４４】ここで、上記のように窒化物系半導体層が
横方向に成長するため、基板付近で発生した縦方向に伝
播する転位は、窒化物系半導体層の横方向成長に伴って
横方向に折れ曲がる。それにより、窒化物系半導体層に
おいて、縦方向に伝播する転位を低減することが可能と
なる。したがって、窒化物系半導体層の表面において良
好な結晶性が実現される。 【００４５】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
よれば、選択成長マスクを用いることなく窒化物系半導
体層を横方向成長させることができる。このため、窒化
物系半導体層においては、選択成長マスクと窒化物系半
導体との熱膨張係数の差によるクラックの発生が防止さ
れる。また、場合によってはボイドの発生を防止するこ
とも可能である。 【００４６】さらに、上記の窒化物系半導体の形成方法
によれば、１回の窒化物系半導体の成長により、転位の
低減された窒化物系半導体層を容易に形成することがで
きる。 【００４７】また、非単結晶のバッファ層は加工が容易
であることから、上記の窒化物系半導体の形成方法にお
いては、複数のバッファ層を容易に形成することができ
る。したがって、転位の低減された窒化物系半導体層を
さらに容易に形成することができる。 【００４８】また、この場合、バッファ層の間隔Ｘおよ
び幅Ｙが上記の関係を満足するため、エッチングにより
容易にバッファ層のパターニングを行うことができると
ともに、バッファ層上に形成する窒化物系半導体層の平
坦化を容易に行うことが可能となる。したがって、この
場合においては、容易に窒化物系半導体層を形成するこ
とが可能となる。 【００４９】複数のバッファ層は、ストライプ状に配置
されてもよい。この場合、複数のストライプ状のバッフ
ァ層の間で露出した基板上の窒化物系半導体層におい
て、横方向成長を行うことができる。 【００５０】また、複数のバッファ層は、２次元的に分
散配置されてもよい。この場合、２次元的に分散配置さ
れた複数のバッファ層の間で露出した基板上の窒化物系
半導体層において、横方向成長を行うことができる。 【００５１】（４）第４の発明 第４の発明に係る窒化物系半導体素子は、基板のＣ面上
に第１の窒化物系半導体層が形成され、第１の窒化物系
半導体層のＣ面から所定の方向に所定の角度傾斜した面
上に、第１の窒化物系半導体層よりも単結晶に近い第２
の窒化物系半導体層が形成され、第２の窒化物系半導体
層上に、素子領域を含む窒化物系半導体層が形成された
ものである。ここで、第２の窒化物系半導体層は略単結
晶であり、素子領域を含む窒化物系半導体層は略単結晶
である。 【００５２】第４の発明に係る窒化物系半導体素子の第
１の窒化物系半導体層の傾斜した面は、原子オーダの段
差を有する。このような原子オーダの段差を有する第１
の窒化物系半導体層の傾斜した面に第２の窒化物系半導
体層を成長させると、主として、ステップフローモード
で成長が起こる。このため、基板から縦方向に伝播した
転位は、第２の窒化物系半導体層のステップフロー成長
に伴って横方向に折れ曲がる。それにより、第２の窒化
物系半導体層においては、縦方向に伝播する転位が低減
される。したがって、第２の窒化物系半導体層の表面に
おいては、良好な結晶性が実現される。 【００５３】上記の窒化物系半導体素子においては、こ
のように転位が低減された第２の窒化物系半導体層上
に、素子領域を含む窒化物系半導体層が形成されてい
る。このため、窒化物系半導体層においては、良好な結
晶性が実現される。それにより、窒化物系半導体素子に
おいて、素子特性および信頼性の向上が図られる。 【００５４】また、上記の窒化物系半導体素子の第２の
窒化物系半導体層においては、選択成長マスクを用いる
ことなくステップフロー成長が行われるため、選択成長
マスクと窒化物系半導体との熱膨張係数の差によるクラ
ックの発生が防止されるとともに、ボイドの発生が防止
される。それにより、上記の窒化物系半導体素子におい
ては、製造時の素子分離工程等におけるクラックの発生
が防止され、高い歩留りが実現される。 【００５５】（５）第５の発明 第５の発明の一局面に係る窒化物系半導体素子は、半導
体基板上に窒化物系半導体層が形成された窒化物系半導
体素子において、半導体基板は、IV族半導体、IV−IV族
半導体またはII−IV族半導体からなる半導体基板であ
り、半導体基板の表面に凹凸パターンが形成され、凹凸
パターン上に素子領域を含む窒化物系半導体層が形成さ
れたものである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶
である。 【００５６】第５の発明の他の局面に係る窒化物系半導
体素子は、半導体基板上に窒化物系半導体層が形成され
た窒化物系半導体素子において、半導体基板は、格子定
数が窒化物系半導体層の格子定数と異なるIII −Ｖ族半
導体からなる半導体基板であり、半導体基板の表面に凹
凸パターンが形成され、凹凸パターン上に素子領域を含
む窒化物系半導体層が形成されたものである。ここで、
窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００５７】第５の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体素子は、絶縁体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、絶縁体基板の表
面に凹凸パターンが形成され、凹凸パターン上に素子領
域を含む窒化物系半導体層が形成されたものである。こ
こで、窒化物系半導体層は略単結晶である。 【００５８】第５の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体素子は、基板の表面に凹凸パターンが形成さ
れ、凹凸パターン上にバッファ層が形成され、凹凸パタ
ーン上およびバッファ層上に少なくとも部分的にほぼ平
坦な表面を有する第１の窒化物系半導体層が形成され、
第１の窒化物系半導体層の平坦な表面に、素子領域を含
む第２の窒化物系半導体層が形成されたものである。こ
こで、第１の窒化物系半導体層および第２の窒化物系半
導体層は略単結晶であり、バッファ層は非単結晶であ
る。 【００５９】第５の発明に係る窒化物系半導体素子にお
いては、成長初期段階で、基板の段差を起源として、基
板の段差の付近に窒化物系半導体層の段差が形成され
る。 【００６０】さらに窒化物系半導体層の成長が進むと、
段差側面の窒化物系半導体層における横方向の成長が支
配的となる。それにより、窒化物系半導体層において凹
部が徐々に埋められ、平坦な表面を有する窒化物系半導
体層が形成される。 【００６１】ここで、上記のように窒化物系半導体層が
横方向に成長するため、基板付近で発生した縦方向に伝
播する転位は、窒化物系半導体層の横方向成長に伴って
横方向に折れ曲がる。それにより、窒化物系半導体層に
おいては、縦方向に伝播する転位が低減される。したが
って、窒化物系半導体層の表面においては、良好な結晶
性が実現される。 【００６２】上記の窒化物系半導体素子においては、こ
のように転位が低減された窒化物系半導体層上に、素子
領域を含む窒化物系半導体層が形成されている。このた
め、窒化物系半導体層においては、良好な結晶性が実現
される。それにより、窒化物系半導体素子において、素
子特性および信頼性の向上が図られる。 【００６３】また、上記の窒化物系半導体素子の窒化物
系半導体層においては、選択成長マスクを用いることな
く横方向成長が行われるため、選択成長マスクと窒化物
系半導体との熱膨張係数の差によるクラックの発生が防
止される。また、場合によってはボイドの発生を防止す
ることが可能である。それにより、上記の窒化物系半導
体素子においては、製造時の素子分離工程等におけるク
ラックの発生が防止され、高い歩留りが実現される。 【００６４】さらに、上記の窒化物系半導体素子におい
ては、１回の窒化物系半導体の成長により転位の低減さ
れた窒化物系半導体層が容易に形成される。したがっ
て、このような窒化物系半導体素子は製造が容易であ
る。 【００６５】特に、表面の加工が容易である基板が用い
られている場合においては、基板の表面に容易に凹凸パ
ターンが形成されるため、窒化物系半導体素子の製造は
さらに容易である。 【００６６】また、凹凸パターンの凹部の中央を除く領
域に素子領域を含む第２の窒化物系半導体層が形成され
ることが好ましい。この場合においては、素子領域を含
む第２の窒化物系半導体層において、より良好な結晶性
が実現できる。それにより、窒化物系半導体素子におい
て、素子特性および信頼性の向上がさらに図られる。 【００６７】（６）第６の発明 第６の発明の一局面に係る窒化物系半導体素子は、半導
体基板上に窒化物系半導体層が形成された窒化物系半導
体素子において、半導体基板は、IV族半導体、IV−IV族
半導体またはII−VI族半導体からなる半導体基板であ
り、半導体基板上に間隔Ｘで分散的に幅Ｙの複数のバッ
ファ層が形成され、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］
がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μ
ｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］の関係を
満足し、半導体基板上および複数のバッファ層上に窒化
物系半導体層が形成されたものである。ここで、窒化物
系半導体層は略単結晶である。 【００６８】第６の発明の他の局面に係る窒化物系半導
体素子は、半導体基板上に窒化物系半導体層が形成され
た窒化物系半導体素子において、半導体基板は、格子定
数が窒化物系半導体層の格子定数と異なるIII −Ｖ族半
導体からなる半導体基板であり、半導体基板上に間隔Ｘ
で分散的に幅Ｙのバッファ層が形成され、間隔Ｘ［μ
ｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋
４０［μｍ］かつＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μ
ｍ］≧１［μｍ］の関係を満足し、半導体基板上および
複数のバッファ層上に窒化物系半導体層が形成されたも
のである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶であ
る。 【００６９】第６の発明のさらに他の局面に係る窒化物
系半導体素子は、絶縁体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、絶縁体基板上に
間隔Ｘで分散的に幅Ｙのバッファ層が形成され、間隔Ｘ
［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μ
ｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ
［μｍ］≧１［μｍ］の関係を満足し、絶縁体基板上お
よび複数のバッファ層上に窒化物系半導体層が形成され
たものである。ここで、窒化物系半導体層は略単結晶で
ある。 【００７０】第６の発明に係る窒化物系半導体素子にお
いては、基板上に複数のバッファ層が分散配置されてい
る。ここで、基板と窒化物系半導体とでは格子定数が異
なるため、バッファ層の間で露出した基板上に窒化物系
半導体を成長させることは困難である。このため、成長
初期の窒化物系半導体層は、複数のバッファ層上に選択
的に成長する。この場合、窒化物系半導体層は、バッフ
ァ層上において縦方向に成長する。 【００７１】上記の窒化物系半導体層の縦方向の成長が
進むと、バッファ層上に成長した窒化物系半導体層は、
さらに横方向に成長する。それにより、バッファ層の間
で露出した基板上に窒化物系半導体層が形成される。こ
のようにして、平坦な表面を有する連続膜の窒化物系半
導体層が形成される。なお、このような窒化物系半導体
層の横方向成長においては、ボイドの発生を抑制するこ
とも可能である。 【００７２】ここで、上記のように窒化物系半導体層が
横方向に成長するため、基板付近で発生した縦方向に伝
播する転位は、窒化物系半導体層の横方向成長に伴って
横方向に折れ曲がる。それにより、窒化物系半導体層に
おいて、縦方向に伝播する転位が低減される。したがっ
て、窒化物系半導体層の表面においては、良好な結晶性
が実現される。 【００７３】上記の窒化物系半導体素子においては、こ
のように転位が低減された窒化物系半導体層上に、素子
領域を含む窒化物系半導体層が形成されている。このた
め、窒化物系半導体層においては、良好な結晶性が実現
される。それにより、窒化物系半導体素子において、素
子特性および信頼性の向上が図られる。 【００７４】また、上記の窒化物系半導体素子の窒化物
系半導体層においては、選択成長マスクを用いることな
く横方向成長が行われるため、選択成長マスクと窒化物
系半導体との熱膨張係数の差によるクラックの発生が防
止される。また、場合によってはボイドの発生を防止す
ることも可能である。 【００７５】それにより、上記の窒化物系半導体素子に
おいては、製造時の素子分離工程等におけるクラックの
発生が防止され、高い歩留りが実現される。 【００７６】さらに、上記の窒化物系半導体素子におい
ては、１回の窒化物系半導体の成長により転位の低減さ
れた窒化物系半導体層が容易に形成される。また、低温
で成長した結晶性の悪いバッファ層の加工が容易である
ことから、複数のバッファ層は容易に形成される。した
がって、このような窒化物系半導体素子は、製造が容易
である。 【００７７】また、この場合においては、バッファ層の
間隔Ｘおよび幅Ｙが上記の関係を満足するため、バッフ
ァ層のパターニングの際にエッチングを容易に行うこと
ができるとともに、バッファ層上に形成される窒化物系
半導体層を容易に平坦化することが可能となる。したが
って、このような窒化物系半導体素子は製造が容易であ
る。 【００７８】 【発明の実施の形態】図１および図２は、第１の発明の
一実施例における窒化物系半導体の形成方法を示す模式
的工程断面図である。 【００７９】図１（ａ）に示すように、基板温度を６０
０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法（有機金属化学的気相
成長法）により、直径５０．８ｍｍのサファイア基板１
のＣ面上に、アンドープのＡｌＧａＮからなる膜厚約１
５ｎｍのＡｌＧａＮ第１バッファ層２を形成する。さら
に、基板温度を１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法
により、アンドープのＧａＮからなる膜厚約０．５μｍ
のＧａＮ第２バッファ層３を形成する。 【００８０】続いて、図１（ｂ）に示すように、基板温
度を１１５０℃に保った状態でＨＶＰＥ法（ハライド気
相成長法）により、アンドープのＧａＮからなる膜厚約
６００μｍの第１ＧａＮ層４を形成する。第１ＧａＮ層
４の形成時においては、サファイア基板１を回転させな
がらアンドープのＧａＮを成長させる。それにより、全
体にわたって均一な膜厚を有する第１ＧａＮ層４を形成
することが可能となる。 【００８１】上記のように第１ＧａＮ層４を成長させた
後、図中のＡ−Ａ線上の第１ＧａＮ層４を研磨して除去
する。それにより、第１ＧａＮ層４において、サファイ
ア基板１のＣ面から所定の方向（以下、オフ方向と呼
ぶ）に所定の角度（以下、オフ角度と呼ぶ）Ｂだけ傾斜
した面（以下、オフ面と呼ぶ）を露出させる。 【００８２】以上のようにして、図１（ｃ）に示すよう
に、第１ＧａＮ層４にオフ面が形成されたＧａＮオフ基
板２５を作製する。この場合、ＧａＮオフ基板２５の表
面、すなわち第１ＧａＮ層４のオフ面は、原子オーダの
段差が形成されている。なお、図１（ｃ）、図２
（ｄ），（ｅ）は原子オーダの段差を高さ方向に誇張し
て描いた模式図である。また、ＧａＮ第２バッファ層３
におけるサファイア基板１付近で発生した転位が、Ｇａ
Ｎ第２バッファ層３と第１ＧａＮ層４をｃ軸方向に伝播
している。 【００８３】続いて、図２（ｄ）から（ｅ）に示すよう
に、基板温度を１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法
により、第１ＧａＮ層４のオフ面に、アンドープのＧａ
Ｎからなる第２ＧａＮ層５を成長させる。この場合、主
として、ステップフローモードで成長が起こる。このた
め、サファイア基板１からｃ軸方向に伝播した転位は、
第２ＧａＮ層５のステップフロー成長に伴って、横方向
（矢印Ｘの方向）すなわち第２ＧａＮ層５の（０００
１）面に平行な方向に折れ曲がる。それにより、第２Ｇ
ａＮ層５において、ｃ軸方向に伝播する転位が低減され
る。 【００８４】このようにして形成された第２ＧａＮ層５
の表面においては、転位が低減されており、良好な結晶
性が得られる。 【００８５】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、第１ＧａＮ層４のオフ面の原子オーダの段差を
利用することにより、ＳｉＯ2 膜等の選択成長マスクを
用いることなく第２ＧａＮ層５を横方向成長させ、転位
を低減することが可能となる。したがって、ＧａＮオフ
基板２５上に、良好な結晶性を有する第２ＧａＮ層５を
形成することができる。 【００８６】上記の窒化物系半導体の形成方法において
は、選択成長マスクを用いないため、選択成長マスクと
ＧａＮとの熱膨張係数の差によるクラックの発生を防止
できる。また、第２ＧａＮ層５におけるボイドの発生を
防止することができる。 【００８７】以上のことから、第２ＧａＮ層５上に素子
領域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を製
造した場合、第２ＧａＮ層５上に形成した窒化物系半導
体層において良好な結晶性が得られるとともに、素子の
分離工程等におけるクラックの発生を防止することがで
きる。それにより、良好な素子特性を有しかつ高い信頼
性を有する半導体素子が得られる。 【００８８】上記の窒化物系半導体の形成方法におい
て、第１ＧａＮ層４のオフ面のオフ角度Ｂは、特に限定
されるものではない。 【００８９】ここで、例えば第１ＧａＮ層４のオフ面の
オフ角度Ｂを、０．０２°、０．０５°、０．１°、
０．２°、０．５°、１°、２°および５°とした場合
の各第２ＧａＮ層５について、Ｘ線回折ロッキングカー
ブの半値幅等により結晶性を評価すると、第１ＧａＮ層
４のオフ面のオフ角度Ｂが大きい程、オフ面に形成した
第２ＧａＮ層５の結晶性が向上するという結果が示され
る。 【００９０】また、第１ＧａＮ層４のオフ面の傾斜方向
すなわちオフ方向は、特に限定されるものではない。 【００９１】ここで、例えば第１ＧａＮ層４のオフ方向
を、［１-1００］方向、［１-1００］方向から［１-2１
０］方向側に１０°ずれた方向、［１-2１０］方向から
［１-1００］方向側に１０°ずれた方向、および［１-2
１０］方向とした場合の各第２ＧａＮ層５について、上
記と同様の方法により結晶性を評価すると、第１ＧａＮ
層４のオフ方向が［１-1００］方向に近い程、オフ面に
形成した第２ＧａＮ層５の結晶性が向上するという結果
が示される。 【００９２】なお、上記においては、第１ＧａＮ層４の
成長時に基板を回転させて均一な膜厚の第１ＧａＮ層４
を形成した後、第１ＧａＮ層４を研磨してオフ面を形成
しているが、成長時に基板を回転させずに第１ＧａＮ層
４を成長させて膜厚の不均一な第１ＧａＮ層４を形成
し、この膜厚の不均一な第１ＧａＮ層４の表面をオフ面
としてもよい。 【００９３】このようにして形成した第１ＧａＮ層４に
おいては、最も厚い部分の膜厚が例えば約７００μｍと
なり、最も薄い部分の膜厚が例えば約５００μｍとな
る。したがって、このような第１ＧａＮ層４の表面は、
第１ＧａＮ層４の（０００１）面に対して平均して約
０．２°傾斜している。それにより、第１ＧａＮ層４に
おいて、表面を研磨することなくオフ面を形成すること
ができる。 【００９４】また、この第１ＧａＮ層４上に、基板を回
転させて均一な膜厚の窒化物系半導体層を形成すること
ができるので、成長を中断することなく、１回の窒化物
系半導体層の成長により、転位が低減された窒化物系半
導体層を容易に形成することができる。 【００９５】さらに、上記においてはサファイア基板１
を用いているが、スピネル等の絶縁体の基板を用いても
よい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等の
IV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体か
らなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物系
半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いても
よい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のいず
れの基板を用いてもよい。上記のように基板の格子定数
が窒化物系半導体層の格子定数と異なる基板を用いた場
合には、基板付近で窒化物系半導体層に転位が多数発生
し、この転位を低減する本発明の効果は大きい。 【００９６】さらに、上記の窒化物系半導体層の形成方
法に、選択成長マスクを用いた従来の選択横方向成長を
適用してもよい。この場合について以下に説明する。 【００９７】図３は第１の発明の他の実施例における窒
化物系半導体の形成方法を示す模式的工程断面図であ
る。 【００９８】この場合、図３（ａ）に示すように、図１
および図２に示す窒化物系半導体の形成方法と同様の方
法により、サファイア基板１のＣ面上に、膜厚１５ｎｍ
のＡｌＧａＮ第１バッファ層２および膜厚０．５μｍの
ＧａＮ第２バッファ層３を順に成長させる。 【００９９】その後、ＧａＮ第２バッファ層３上の所定
領域に、ＧａＮの［１１-2０］方向に延びる膜厚約０．
５μｍのストライプ状ＳｉＯ2 膜１５を選択成長マスク
として形成する。なお、この場合のＳｉＯ2 膜１５の間
隔は、後述するように、図１２に示す従来の選択横方向
成長におけるＳｉＯ2 膜２１０の間隔に比べて大きくし
てもよい。したがって、ＧａＮ第２バッファ層３上に形
成されるＳｉＯ2 膜１５の数は、従来の選択横方向成長
におけるＳｉＯ2 膜２１０の数に比べて少なくしてもよ
い。 【０１００】続いて、図３（ｂ）に示すように、基板温
度を１１５０℃に保った状態でサファイア基板１を回転
させながら、ＨＶＰＥ法により、ＧａＮ第２バッファ層
３上およびＳｉＯ2 膜１５上にアンドープのＧａＮから
なる第１ＧａＮ層４を成長させる。 【０１０１】ここで、ＳｉＯ2 膜１５上においてはＧａ
Ｎが成長しにくいため、成長初期の第１ＧａＮ層４ａ
は、ＳｉＯ2 膜間で露出したＧａＮ第２バッファ層３上
に選択的に成長する。このとき、第１ＧａＮ層４ａは、
図中の矢印Ｙの方向（ｃ軸方向）に成長する。このよう
な第１ＧａＮ層４ａの成長においては、ＧａＮ第２バッ
ファ層３からｃ軸方向に転位が伝播する。 【０１０２】上記のＧａＮ第２バッファ層３上における
第１ＧａＮ層４ａの成長が進むにつれて、ＧａＮ第２バ
ッファ層３上に形成した第１ＧａＮ層４ａは、さらに矢
印Ｘの方向（横方向）にも成長する。それにより、Ｓｉ
Ｏ2 膜１５上に第１ＧａＮ層４ａが形成される。 【０１０３】ここで、ＳｉＯ2 膜１５上における第１Ｇ
ａＮ層４ａが横方向に成長するため、サファイア基板１
付近で発生したｃ軸方向に伝播する転位は、第１ＧａＮ
層４ａの横方向成長に伴い、横方向（矢印Ｘの方向）す
なわち第１ＧａＮ層４ａの（０００１）面に平行な方向
に折れ曲がる。それにより、第１ＧａＮ層４ａにおい
て、ｃ軸方向に伝播する転位の低減が図られる。 【０１０４】さらに、図３（ｃ）に示すように、平坦化
するまで第１ＧａＮ層４ａを成長させ、膜厚６００μｍ
の第１ＧａＮ層４ａを形成する。その後、図１および図
２の窒化物系半導体層の形成方法と同様の方法により、
図中のＡ−Ａ線上の第１ＧａＮ層４ａを研磨して除去す
る。 【０１０５】以上のようにして、図３（ｄ）に示すよう
に、所定のオフ方向で所定のオフ角度Ｂを有するオフ面
が第１ＧａＮ層４ａに形成されてなるＧａＮオフ基板２
６を作製する。 【０１０６】また、ＧａＮオフ基板２６においては、第
１ＧａＮ層４ａが選択横方向成長により形成されてい
る。このため、ＧａＮオフ基板２６の第１ＧａＮ層４ａ
は、ＧａＮオフ基板２５の第１ＧａＮ層４に比べて転位
が低減されており、結晶性の向上が図られている。 【０１０７】上記の第１ＧａＮ層４ａのオフ面に、Ｇａ
Ｎオフ基板２５の場合と同様の方法により、アンドープ
のＧａＮからなる第２ＧａＮ層５ａを成長させる。この
場合、ＧａＮオフ基板２５の第１ＧａＮ層４上における
第２ＧａＮ層５の成長過程と同様の過程を経て、第１Ｇ
ａＮ層４ａ上に第２ＧａＮ層５ａが形成される。このよ
うにして形成された第２ＧａＮ層５ａの表面において
は、さらに転位が低減されており、良好な結晶性が得ら
れる。 【０１０８】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、ＧａＮオフ基板２６のオフ面の原子オーダの段
差を利用することにより、選択成長マスクを用いること
なく第２ＧａＮ層５ａを横方向成長させ、転位を低減す
ることが可能となる。したがって、ＧａＮオフ基板２６
上に、さらに良好な結晶性を有する第２ＧａＮ層５ａを
形成することができる。 【０１０９】また、このようにして形成した第２ＧａＮ
層５ａにおいては、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張
係数の差によるクラックの発生が防止されるとともに、
ボイドの発生が防止される。 【０１１０】ここで、ＧａＮオフ基板２６においては、
前述のようなＳｉＯ2 膜１５を用いた選択横方向成長に
より、第１ＧａＮ層４ａの転位が低減されている。この
ため、このような第１ＧａＮ層４ａ上に形成した第２Ｇ
ａＮ層５ａにおいては、ＧａＮオフ基板２５の第１Ｇａ
Ｎ層４上に形成した第２ＧａＮ層５に比べて、より転位
が低減されており、より良好な結晶性が実現される。 【０１１１】上記の窒化物系半導体の形成方法において
は、ＳｉＯ2 膜１５を用いた第１ＧａＮ層４ａの選択横
方向成長、および第１ＧａＮ層４ａにおけるオフ面の形
成の２段階により、第２ＧａＮ層５ａにおいて転位の低
減が図られる。このため、上記の窒化物系半導体の形成
方法においては、第１ＧａＮ層４ａの選択横方向成長に
よる転位の低減効果が小さくてもよい。したがって、前
述のように、本例においてはＳｉＯ2 膜１５の数を、従
来の選択横方向成長時に形成するＳｉＯ2 膜の数よりも
少なくすることが可能となる。それにより、第１ＧａＮ
層４ａにおいて、ＳｉＯ2 膜１５とＧａＮとの熱膨張係
数の差によるクラックの発生を防止できるとともに、Ｓ
ｉＯ2 膜１５上におけるボイドの発生を防止することが
できる。 【０１１２】以上のことから、第２ＧａＮ層５ａ上に素
子領域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を
製造した場合、第２ＧａＮ層５ａ上に形成した窒化物系
半導体層においてより良好な結晶性が得られるととも
に、素子の分離工程等におけるクラックの発生を防止す
ることができる。それにより、より良好な素子特性およ
び高い信頼性を有する半導体素子が得られる。 【０１１３】なお、上記においては、選択成長マスクと
してＳｉＯ2 膜１５を用いているが、ＴｉＯ2 膜等の絶
縁膜、またはＷ等の高融点金属からなる薄膜を選択成長
マスクとして用いてもよい。 【０１１４】また、上記においては、ＧａＮオフ基板２
６として選択成長により、転位を低減した基板を用いた
が、転位の少ないバルクのＧａＮ基板を研磨等によりオ
フ基板とし、これを基板として用いた場合においても、
さらなる結晶性の向上が図れる。 【０１１５】加えて、第１の発明において、窒化物系半
導体のオフ基板の裏面のサファイア等の基板は、オフ基
板上に窒化物系半導体を形成する前に、除去してももち
ろんよく、同様の効果が得られる。 【０１１６】図４および図５は、第２の発明の一実施例
における窒化物系半導体の形成方法を示す模式的工程断
面図である。 【０１１７】まず、図４（ａ）に示すように、Ｃ面を基
板表面とするサファイア基板１１の所定領域を、ＲＩＥ
法（反応性イオンエッチング法）等によりエッチングす
る。このようにして、所定の方向に延びる複数のストラ
イプ状の凹部が形成されたサファイア基板１１を作製す
る。 【０１１８】この場合、凹部の幅ｗは、数μｍ〜数十μ
ｍとするのが好ましく、凸部の幅ｂは数百ｎｍ〜数十μ
ｍとするのが好ましく、凹部の深さｄは、数ｎｍ〜数μ
ｍとするのが好ましい。例えば、本例においては凹部の
幅ｗを約２９μｍとし、凸部の幅ｂを２μｍとし、凹部
の深さｄを約１μｍとしている。 【０１１９】また、サファイア基板１１のＣ面に対する
凹部側面の角度は、特に限定されるものではない。例え
ば、本例においては凹部側面がサファイア基板１１のＣ
面に対してほぼ垂直である。 【０１２０】さらに、ストライプ状の凹部を形成する方
向は、特に限定されるものではない。例えば、本例にお
いては［１-1００］方向にストライプ状の凹部を形成す
る。なお、これ以外に、例えば［１１-2０］方向にスト
ライプ状の凹部を形成してもよい。 【０１２１】続いて、図４（ｂ）に示すように、基板温
度を６００℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、サフ
ァイア基板１１の凸部上面、凹部底面および凹部側面
に、アンドープのＡｌＧａＮからなる膜厚約１５ｎｍの
ＡｌＧａＮバッファ層１２を成長させる。この場合、Ａ
ｌＧａＮバッファ層１２は、サファイア基板１１の凸部
上面、凹部底面および凹部側面において、図中の矢印Ｙ
の方向（ｃ軸方向）および矢印Ｘの方向（横方向）に成
長する。このようにして形成されたＡｌＧａＮバッファ
層１２の表面には、サファイア基板１１と同様の凹凸パ
ターンが形成される。 【０１２２】続いて、図５（ｃ）に示すように、基板温
度を１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、Ａ
ｌＧａＮバッファ層１２上に、アンドープのＧａＮから
なるＧａＮ層１３を成長させる。この場合、成長初期の
ＧａＮ層１３は、ＡｌＧａＮバッファ層１２の凸部上
面、凹部底面および凹部側面において、図中の矢印Ｙの
方向（ｃ軸方向）に成長し、その後矢印Ｘの方向（横方
向）にも成長する。このような成長初期のＧａＮ層１３
の表面には、ＡｌＧａＮバッファ層１２と同様の凹凸パ
ターンが形成される。 【０１２３】図５（ｄ）に示すように、矢印Ｙの方向に
おけるＧａＮ層１３の成長が進むにつれて、矢印Ｘの方
向におけるＧａＮ層１３の成長が支配的となる。この場
合、凹部底面のＧａＮ層１３上において、凸部上面およ
び凹部側面のＧａＮ層１３がさらに横方向に成長する。
それにより、ＧａＮ層１３の凹部が徐々に埋められてい
く。 【０１２４】ここで、上記のようなＧａＮ層１３が横方
向に成長するため、サファイア基板１１付近で発生した
ｃ軸方向に伝播した転位は、ＧａＮ層１３の横方向成長
に伴って、横方向（矢印Ｘの方向）すなわちサファイア
基板１１のＣ面に平行な方向に折れ曲がる。それによ
り、ＧａＮ層１３において、ｃ軸方向に伝播する転位が
一様に低減される。さらに、中央部を除く凹部上に転位
密度の特に低減された領域が形成される。なお、この場
合においては、サファイア基板１１の凹部上に形成され
たＧａＮ層１３の中央部の領域において、転位が集中す
る部分が線状に発生し、比較的転位密度の高い領域が形
成される。 【０１２５】図５（ｅ）に示すように、平坦化するまで
ＧａＮ層１３を成長させ、膜厚１０μｍのＧａＮ層１３
を形成する。このようにして形成したＧａＮ層１３の表
面においては、転位が低減されており、良好な結晶性が
得られる。また、このようなＧａＮ層１３においてはボ
イドが発生しにくい。 【０１２６】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、ストライプ状の凹部が形成されたサファイア基
板１１を用いることにより、選択成長マスクを用いるこ
となくＧａＮ層１３を横方向成長させ、転位を低減する
ことが可能となる。したがって、良好な結晶性を有する
ＧａＮ層１３を形成することができる。 【０１２７】この場合、ＧａＮを成長させる工程は、Ｇ
ａＮ層１３を形成する際の１回のみである。このよう
に、上記の窒化物系半導体の形成方法によれば、１回の
ＧａＮの成長により、転位が低減されたＧａＮ層１３が
容易に得られる。 【０１２８】上記の窒化物系半導体の形成方法において
は、選択成長マスクを用いないため、ＧａＮ層１３にお
いて、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の差によ
るクラックの発生を防止できる。また、ＧａＮ層１３に
おけるボイドの発生を防止することができる。なお、ボ
イドが残っていてもよい。 【０１２９】以上のことから、ＧａＮ層１３上に素子領
域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を製造
した場合、ＧａＮ層１３上に形成した窒化物系半導体層
において良好な結晶性が得られるとともに、素子の分離
工程等におけるクラックの発生を防止することができ
る。それにより、良好な素子特性および高い信頼性を有
する半導体素子が得られる。 【０１３０】なお、前述のように、ＧａＮ層１３の転位
は一様に低減されるが、サファイア基板１１の凹部上の
ＧａＮ層１３の中央部の領域において、比較的転位密度
の高い領域が形成される。このため半導体素子の製造の
際には、サファイア基板１１の凹部上の中央部を除く領
域に素子領域を形成することが好ましい。さらに、中央
部を除く凹部上に転位密度の特に低減された領域が形成
されるため、サファイア基板１１の凹部上の中央部を除
く凹部上の領域に素子領域を形成することがさらに好ま
しい。 【０１３１】また、上記においてはサファイア基板１１
を用いているが、スピネル等の絶縁体の基板を用いても
よい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等の
IV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体か
らなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物系
半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いても
よい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のいず
れの基板を用いてもよい。特に、Ｓｉ、ＧａＡｓまたは
ＳｉＣからなる基板は、ＧａＮに比べてエッチングが容
易である。したがって、Ｓｉ、ＧａＡｓまたはＳｉＣか
らなる基板を用いた場合、エッチングにより基板に容易
にストライプ状の凹部を形成することができる。それに
より、転位が低減されたＧａＮ層１３を容易に形成する
ことが可能となる。 【０１３２】例えば、（０００１）面を基板表面とする
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板の表面の所定領域をＲＩＥ法等に
よりエッチングし、幅が約１４μｍ、高さが約１μｍで
ありかつ［１１-2０］方向に延びるストライプ状の凹部
を形成する。それにより、表面にストライプ状の凹部を
有するｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板を作製する。あるいは、
（１１１）面を基板表面とするｎ型Ｓｉ基板の表面の所
定領域をウエットエッチング等により除去し、幅が約２
２μｍ、高さが約２μｍでありかつ［１-1０］方向に延
びるストライプ状の凹部を形成する。この場合、凹部側
面は、（１１０）面および（００１）面から構成され
る。それにより、表面にストライプ状凹部を有するｎ型
Ｓｉ基板を作製する。 【０１３３】さらに、上記においては基板上にストライ
プ状の凹凸パターンを形成しているが、基板上に形成す
る凹凸パターンは、ストライプ状以外であってもよい。 【０１３４】上記のようなストライプ状の凹部を有する
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板またはｎ型Ｓｉ基板上に、図４お
よび図５に示す窒化物系半導体の形成方法によりＡｌＧ
ａＮバッファ層１２およびＧａＮ層１３を形成する場
合、まず、基板温度１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰ
Ｅ法により、基板上にｎ−Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎからなる
膜厚約０．０５μｍの単結晶のＡｌＧａＮバッファ層１
２を形成する。さらに、基板温度を１１５０℃に保った
状態でＭＯＶＰＥ法により、ＡｌＧａＮバッファ層１２
上にｎ−ＧａＮからなる膜厚約１０μｍのＧａＮ層１３
を形成する。 【０１３５】以上のように、図４および図５に示す窒化
物系半導体の形成方法においてｎ型６Ｈ−Ｓｉ基板また
はｎ型Ｓｉ基板を用いた場合、サファイア基板１１を用
いた場合において前述した効果と同様の効果が得られ
る。 【０１３６】なお、Ｓｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ
等のIV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導
体からなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化
物系半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＧａＰ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板の場
合、上記のようにＡｌＧａＮバッファ層１２として単結
晶のバッファ層を形成してもよいが、例えば、約６００
℃で非単結晶のバッファ層を形成しても同様の効果があ
る。 【０１３７】さらに、凹凸の形状は上記の形状に限られ
るものではない。図６（ａ）は、図４および図５に示す
窒化物系半導体の形成方法に用いる基板の他の例を示す
模式的断面図である。 【０１３８】図６（ａ）に示すように、基板２１におい
ては、表面に鋸歯状の凹凸パターンが形成されている。
例えば、鋸歯状の凹凸パターンを有するサファイアから
なる基板２１においては、凹部側面がＲ面すなわち（１
-1０１）面と等価な面から構成される。 【０１３９】このような基板２１を用いた場合において
は、前述のストライプ状の凹凸パターンを有するサファ
イア基板１１を用いた場合と同様の効果が得られる。な
お、この場合において、基板２１の凹部上に形成された
ＧａＮ層１３の領域において、転位が集中する部分が線
状に発生する。 【０１４０】また、円形、六角形、三角形等の形状を有
する複数の凹部または凸部が分散配置された基板であっ
てもよい。この場合について、以下に説明する。 【０１４１】図６（ｂ）は、図４および図５に示す窒化
物系半導体の形成方法に用いる基板のさらに他の例を示
す平面図である。 【０１４２】図６（ｂ）に示すように、基板３１におい
ては、表面に六角形の凹部または凸部が形成されてい
る。 【０１４３】このような基板３１を用いた場合において
は、前述のストライプ状の凹凸パターンを有するサファ
イア基板１１を用いた場合と同様に、ＧａＮ層の転位が
一様に低減されるという効果が得られる。 【０１４４】さらに、六角形の凹部が形成された基板３
１を用いた場合においては、中央部を除く凹部上に転位
密度の特に低減された領域が形成される。なお、この場
合においては、基板３１の六角形の凹部上に形成された
ＧａＮ層の中央部において、転位が集中する部分が発生
し、比較的転位密度の高い領域が形成される。 【０１４５】一方、六角形の凸部が形成された基板３１
を用いた場合においては、凸部間の凹部上の中央部を除
いて、凹部上に転位密度の特に低減された領域が形成さ
れる。なお、この場合においては、基板３１の六角形の
凸部の間の凹部上に形成されたＧａＮ層の中心部の領域
において、転位が集中する部分が線状に発生し、比較的
転位密度の高い領域が形成される。 【０１４６】なお、前述のように、ＧａＮ層の転位は一
様に低減されるが、基板３１の六角形の凹部上に形成さ
れたＧａＮ層の中央部の領域または基板３１の六角形の
凸部間の凹部上に形成されたＧａＮ層の中心部の領域に
おいて、比較的転位密度の高い領域が形成される。この
ため、半導体素子の製造の際には、基板３１の六角形の
凹部上の中央部を除く領域または基板３１の六角形の凸
部間の凹部上の中心部を除く領域に素子領域を形成する
ことが好ましい。さらに、中央部を除く六角形の凹部上
または六角形の凸部間の中心部を除く凹部上に転位密度
の特に低減された領域が形成されるため、基板３１の六
角形の凹部上の中央部を除く凹部上の領域または基板３
１の六角形の凸部間の凹部上の中心部を除く凹部上の領
域に素子領域を形成することがさらに好ましい。 【０１４７】また、基板３１としては、サファイア基板
を用いてもよいが、スピネル等の絶縁体の基板を用いて
もよい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等
のIV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体
からなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物
系半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇ
ａＰ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いて
もよい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のい
ずれの基板を用いてもよい。特に、Ｓｉ、ＧａＡｓまた
はＳｉＣからなる基板は、ＧａＮに比べてエッチングが
容易である。したがって、Ｓｉ、ＧａＡｓまたはＳｉＣ
からなる基板を用いた場合、エッチングにより基板に容
易にストライプ状の凹部を形成することができる。それ
により、転位が低減されたＧａＮ層１３を容易に形成す
ることが可能となる。 【０１４８】なお、円形、三角形等の六角形以外の凹部
または凸部が形成された基板を用いた場合においても、
六角形の凹部または凸部を有する基板３１を用いた場合
と同様に、転位の集中する部分がＧａＮ層において発生
する。 【０１４９】なお、図６（ｂ）に示すような六角形の凹
凸パターンを有する基板３１を作製する場合、あるいは
三角形の凹凸パターンを有する基板を作製する場合にお
いて、六角形または三角形の各辺を形成する方向は、基
板のいかなる結晶方位と一致してもよい。 【０１５０】なお、（０００１）面を基板表面とするサ
ファイア基板またはＳｉＣ基板に六角形または三角形の
凹凸パターンを形成する場合、各辺が［１-1００］方向
または［１１-2０］方向と等価な方向に一致するように
六角形または三角形の凹凸パターンを形成することが好
ましい。一方、（１１１）面を基板表面とするＳｉ基板
に六角形または三角形の凹凸パターンを形成する場合、
各辺が［１-1０］方向または［１１-2］方向と等価な方
向に一致するように六角形または三角形の凹凸パターン
を形成することが好ましい。 【０１５１】図７および図８は、第２の発明の参考例を
示す窒化物系半導体の形成方法を示す模式的工程断面図
である。 【０１５２】図７（ａ）に示すように、サファイア基板
４１のＣ面から所定の方向に所定の角度傾斜したオフ面
を、ＲＩＥ法等によりエッチングする。それにより、サ
ファイア基板４１のオフ面に所定の方向にストライプ状
に延びる階段状の段差を形成する。この場合、サファイ
ア基板４１の段差の底面においては、Ｃ面が露出してい
る。 【０１５３】エッチングにより形成された段差は、サフ
ァイア基板４１のオフ面に本来的に存在する原子オーダ
の段差に比べて大きなサイズを有する。サファイア基板
４１において、段差の底面の幅は数μｍ〜数十μｍとす
ることが好ましく、段差の高さは数ｎｍ〜数μｍとする
ことが好ましい。例えば、本例においては段差の底面の
幅を約２９μｍとし、段差の高さを約１μｍとする。 【０１５４】また、段差を形成する方向は、特に限定さ
れるものではない。例えば、本例においては、Ｃ面から
［１１-2０］方向に２°傾斜したサファイア基板のオフ
面をエッチングすることにより、［１-1００］方向にス
トライプ状に延びる階段状の段差を形成する。なお、こ
れ以外に、例えば［１１-2０］方向にストライプ状に延
びる階段状の段差を形成してもよい。 【０１５５】図７（ｂ）に示すように、サファイア基板
４１の段差の底面および側面に、基板温度を６００℃に
保った状態でＭＯＶＰＥ法により、アンドープのＡｌＧ
ａＮからなる膜厚１５ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層４２
を形成する。この場合、ＡｌＧａＮバッファ層４２は、
サファイア基板４１の段差の底面および側面において、
図中の矢印Ｙの方向（ｃ軸方向）および矢印Ｘの方向
（横方向）に成長する。このようにして成長したＡｌＧ
ａＮバッファ層４２の表面は、サファイア基板４１と同
様のストライプ状に延びる階段状の段差を有する。 【０１５６】続いて、図７（ｃ）に示すように、基板温
度１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、Ａｌ
ＧａＮバッファ層４２の段差の底面および側面に、アン
ドープのＧａＮからなるＧａＮ層４３を成長させる。こ
の場合、成長初期のＧａＮ層４３は、ＡｌＧａＮバッフ
ァ層４２の段差の底面および側面において、矢印Ｙの方
向に成長し、その後矢印Ｘの方向にも成長する。このよ
うな成長初期のＧａＮ層４３の表面は、ＡｌＧａＮバッ
ファ層４２と同様のストライプ状に延びる階段状の段差
を有する。 【０１５７】図８（ｄ）に示すように、図中の矢印Ｙの
方向におけるＧａＮ層４３の成長が進むにつれて、矢印
Ｘの方向におけるＧａＮ層４３の成長が支配的となる。
この場合、段差の各段の底面のＧａＮ層４３上におい
て、上段の底面および上段の側面のＧａＮ層４３が横方
向成長する。それにより、ＧａＮ層４３の表面の段差は
徐々に埋められていく。なお、このようなＧａＮ層４３
の成長においては、ボイドが発生しにくい。なお、ボイ
ドが残っていてもよい。 【０１５８】ここで、上記のＧａＮ層４３が横方向に成
長するため、サファイア基板４１付近で発生したｃ軸方
向に伝播した転位は、ＧａＮ層４３の横方向成長に伴っ
て、横方向（矢印Ｘの方向）すなわちＧａＮ層４３の
（０００１）面に平行な方向に折れ曲がる。それによ
り、ＧａＮ層４３において、ｃ軸方向に伝播する転位が
低減される。 【０１５９】図８（ｅ）に示すように、さらにＧａＮ層
４３の成長が進むと、ＧａＮ層４３の表面が平坦化され
る。このようにして形成されたＧａＮ層４３の表面にお
いては、転位が低減され、良好な結晶性が得られる。 【０１６０】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、サファイア基板４１に形成した階段状の段差を
利用することにより、選択成長マスクを用いることなく
ＧａＮ層４３を横方向成長させ、転位を低減することが
可能となる。したがって、良好な結晶性を有するＧａＮ
層４３を形成することができる。 【０１６１】上記の窒化物系半導体の形成方法において
は、選択成長マスクを用いないため、ＧａＮ層４３にお
いて、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の差によ
るクラックの発生を防止することができる。また、場合
によってはボイドの発生を防止することも可能である。 【０１６２】以上のことから、ＧａＮ層４３上に素子領
域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を製造
した場合、ＧａＮ層４３上に形成した窒化物系半導体層
において良好な結晶性が得られるとともに、素子の分離
工程等におけるクラックの発生を防止することができ
る。それにより、良好な素子特性および高い信頼性を有
する半導体素子が得られる。 【０１６３】なお、上記においては、サファイア基板４
１を用いているが、スピネル等の絶縁体の基板を用いて
もよい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等
のIV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体
からなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物
系半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇ
ａＰ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いて
もよい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のい
ずれの基板を用いてもよい。特にＳｉ、ＧａＡｓ、Ｓｉ
Ｃからなる基板は、ＧａＮに比べて容易にエッチングさ
れる。したがって、上記のような階段状の段差を有する
基板を容易に作製することができる。 【０１６４】例えば、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板の（０００
１）面から［１-1００］方向に４°傾斜したオフ面をＲ
ＩＥ法によりエッチングする。このようにして、ｎ型６
Ｈ−ＳｉＣ基板のオフ面に、底面の幅が約１４μｍであ
り段差の高さが約１μｍでありかつ［１１-2０］方向に
ストライプ状に延びる階段状の段差を形成してもよい。
あるいは、［１１-0０］方向にストライプ状に延びる階
段状の段差をｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板に形成してもよい。 【０１６５】さらに、ｎ型Ｓｉ基板の（１１１）面から
［１１-2］方向に５°傾斜したオフ面をウェットエッチ
ングする。このようにして、ｎ型ＳｉＣ基板のオフ面
に、底面の幅が約２２μｍであり段差の高さが約２μｍ
でありかつ［１-1０］方向にストライプ状に延びる階段
状の段差を形成してもよい。あるいは、［１１-2］方向
にストライプ状に延びる階段状の段差をｎ型Ｓｉ基板に
形成してもよい。 【０１６６】上記のようなストライプ状の凹部を有する
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板またはｎ型Ｓｉ基板上に、図７お
よび図８に示す窒化物系半導体の形成方法によりＡｌＧ
ａＮバッファ層４２およびＧａＮ層４３を形成する場
合、まず、基板温度１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰ
Ｅ法により、基板上にｎ−Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎからなる
膜厚約０．０５μｍのＡｌＧａＮバッファ層４２を形成
する。さらに、基板温度を１１５０℃に保った状態でＭ
ＯＶＰＥ法により、ＡｌＧａＮバッファ層４２上にｎ−
ＧａＮからなる膜厚約１０μｍのＧａＮ層４３を形成す
る。 【０１６７】このようにｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板またはｎ
型ＳｉＣ基板を図７および図８に示す窒化物系半導体の
形成方法に用いた場合、サファイア基板４１を用いた場
合において前述した効果と同様の効果が得られる。 【０１６８】図９は第３の発明の一実施例における窒化
物系半導体の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【０１６９】図９（ａ）に示すように、サファイア基板
５１のＣ面上に、基板温度を６００℃に保った状態でＭ
ＯＶＰＥ法により、アンドープのＡｌＧａＮからなる膜
厚１５ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層５２を形成する。 【０１７０】続いて、図９（ｂ）に示すように、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２の所定領域をＲＩＥ法等によりエッ
チングする。ＡｌＧａＮバッファ層５２をエッチングす
る幅ｗ［μｍ］は１〜４０μｍ程度が好ましく、エッチ
ングをぜすに残すＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｂ［μ
ｍ］は１〜４０μｍ程度が好ましい。例えば、本実施例
においてはｗ［μｍ］＝８μｍ、ｂ［μｍ］＝４μｍと
する。それにより、所定間隔で複数のストライプ状のＡ
ｌＧａＮバッファ層５２ａを形成するとともに、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２ａの間にサファイア基板５１を露出
させる。 【０１７１】ここで、特に図１０に示すように、エッチ
ングするＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｗおよび残すＡ
ｌＧａＮバッファ層５２の幅ｂ［μｍ］はｂ［μｍ］≦
−ｗ［μｍ］＋４０［μｍ］とｂ［μｍ］≧１［μｍ］
とｗ［μｍ］≧１［μｍ］とで囲まれた範囲内の値であ
ることが好ましい。エッチングするＡｌＧａＮバッファ
層５２の幅ｗ［μｍ］が１μｍより小さい場合および残
すＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｂ［μｍ］が１μｍよ
り小さい場合においては、エッチングによるＡｌＧａＮ
バッファ層５２のパターニングが困難となる。一方、エ
ッチングするＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｗ［μｍ］
および残すＡｌＧａＮバッファ層５２の幅ｂ［μｍ］が
ｂ［μｍ］＞−ｗ［μｍ］＋４０［μｍ］の関係を満足
する場合においては、パターニングにより形成されたＡ
ｌＧａＮバッファ層５２ａ上に成長させる後述のＧａＮ
層５３の平坦化が困難となる傾向にある。 【０１７２】上記のようにＡｌＧａＮバッファ層５２ａ
を形成した後、図９（ｃ）に示すように、基板温度を１
１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、アンドー
プのＧａＮからなるＧａＮ層５３を成長させる。ここ
で、ＧａＮとサファイア基板５１とでは格子定数が異な
るため、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａを介さなければ、
ＧａＮはサファイア基板５１上に成長しにくい。したが
って、成長初期において、ＧａＮ層５３はＡｌＧａＮバ
ッファ層５２ａ上に選択的に成長する。この場合、Ｇａ
Ｎ層５３は図中の矢印Ｙの方向（ｃ軸方向）に成長し、
ファセット構造となる。この部分には、サファイア基板
５１の付近で発生した転位が多数存在する。 【０１７３】図９（ｄ）に示すように、矢印Ｙの方向の
ＧａＮ層５３の成長が進むにつれて、ＡｌＧａＮバッフ
ァ層５２ａ上に成長したＧａＮ層５３は、矢印Ｘの方向
（横方向）にも成長する。それにより、ＡｌＧａＮバッ
ファ層５２ａの間で露出したサファイア基板５１上に、
ＧａＮ層５３が形成される。 【０１７４】ここで、上記のようなＧａＮ層５３が横方
向に成長するため、図９（ｃ）のＡｌＧａＮバッファ層
５２ａ上に発生したＧａＮ層５３中の転位は、ＧａＮ層
５３の横方向に伴って、横方向（矢印Ｘの方向）すなわ
ちＧａＮ層５３の（０００１）面に平行な方向に折れ曲
がる。それにより、ＧａＮ層５３において、ｃ軸方向に
伝播する転位が一様に低減される。さらに、露出したサ
ファイア基板５１上に形成されたＧａＮ層５３の中央部
を除く領域において転位密度の特に低減された領域が形
成される。なお、この場合においては、露出したサファ
イア基板５１上に形成されたＧａＮ層５３の中央部の領
域において、転位が集中する部分が線状に発生し、比較
的転位密度の高い領域が形成される。 【０１７５】図９（ｅ）に示すように、ＧａＮ層５３が
さらに成長すると、ファセット構造の各ＧａＮ層５３が
合体して連続膜となり、平坦化された膜厚約１０μｍの
ＧａＮ層５３が形成される。このようにして形成された
ＧａＮ層５３の表面においては、転位が低減されてお
り、良好な結晶性が得られる。また、この場合において
は、横方向から成長してきたＧａＮ層５３の合体部にお
いてボイドが発生しにくい。なお、ボイドが残っていて
もよい。 【０１７６】以上のような窒化物系半導体の形成方法に
よれば、サファイア基板５１上に形成した複数のストラ
イプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａを用いることによ
り、選択成長マスクを用いることなくＧａＮ層５３を横
方向成長させ、転位を低減することが可能となる。した
がって、良好な結晶性を有するＧａＮ層５３を形成する
ことができる。 【０１７７】この場合、ＡｌＧａＮバッファ層５２は低
温で成長するため非単結晶である。したがって、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２は、ＧａＮに比べて容易にエッチン
グできる。また、上記の窒化物系半導体の形成方法にお
いては、ＧａＮを成長させる工程はＧａＮ層５３を形成
する際の１回のみである。したがって、上記の窒化物系
半導体の形成方法によれば、転位が低減されたＧａＮ層
５３を容易に形成することができる。 【０１７８】また、上記の窒化物系半導体の形成方法に
おいては、選択成長マスクを用いないため、ＧａＮ層５
３において、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の
差によるクラックの発生を防止することができるととも
に、ボイドの発生を防止することができる。なお、ボイ
ドが残っていてもよい。 【０１７９】以上のことから、ＧａＮ層５３上に素子領
域を含む窒化物系半導体層を形成して半導体素子を製造
した場合、ＧａＮ層５３上に形成した窒化物系半導体層
において良好な結晶性が得られるとともに、素子の分離
工程等におけるクラックの発生を防止することができ
る。それにより、良好な素子特性および高い信頼性を有
する半導体素子が得られる。 【０１８０】なお、前述のように、ＧａＮ層５３の転位
は一様に低減されるが、サファイア基板５１の露出した
領域上のＧａＮ層５３の中央部の領域において、比較的
転位密度の高い領域が形成される。このため半導体素子
の製造の際には、サファイア基板５１の露出した領域上
の中央部を除く領域に素子領域を形成することが好まし
い。さらに、サファイア基板５１の露出した領域のうち
中央部を除く領域上に転位密度の特に低減された領域が
形成されるため、サファイア基板１１の露出した領域上
の領域のうち中央部を除く領域に素子領域を形成するこ
とがさらに好ましい。 【０１８１】また、上記においてはサファイア基板５１
を用いているが、スピネル等の絶縁体の基板を用いても
よい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等の
IV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体か
らなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物系
半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いても
よい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のいず
れの基板を用いてもよい。 【０１８２】例えば、ＳｉＣ基板またはＳｉ基板を図９
に示す窒化物系半導体の形成方法に用いた場合、基板温
度１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法により、Ｓｉ
Ｃ基板またはＳｉ基板上にｎ−Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎから
なる膜厚約０．０５μｍのＡｌＧａＮバッファ層５２を
形成する。続いて、サファイア基板５１を用いた場合と
同様の方法によりＡｌＧａＮバッファ層５２をエッチン
グし、複数のストライプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２
ａを形成する。そして、基板温度を１１５０℃に保った
状態でＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＮ層からなるＧａ
Ｎ層５３をＡｌＧａＮバッファ層５２ａ上に成長させる
とともに、ＧａＮ層５３を横方向成長させて露出したＳ
ｉＣ基板またはＳｉ基板上にＧａＮ層５３を成長させ
る。このようにして、平坦化された膜厚約１０μｍのＧ
ａＮ層５３を形成する。 【０１８３】このようにＳｉＣ基板またはＳｉ基板を図
９に示す窒化物系半導体の形成方法に用いた場合、サフ
ァイア基板５１を用いた場合において前述した効果と同
様の効果が得られる。 【０１８４】なお、Ｓｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ
等のIV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導
体からなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化
物系半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＧａＰ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板の場
合、上記のようにＡｌＧａＮバッファ層５２として単結
晶のバッファ層を形成してもよいが、例えば、約６００
℃で非単結晶のバッファ層を形成しても同様の効果があ
る。 【０１８５】また、上記においては基板上に所定間隔で
複数のストライプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａを形
成しているが、基板上に形成するＡｌＧａＮバッファ層
５２ａのパターンは、ストライプ状に限定されるもので
はない。 【０１８６】例えば、基板上に、円形、六角形、三角形
等の形状を有する複数のＡｌＧａＮバッファ層５２ａを
形成してもよい。それにより、ＧａＮ層５３において、
ｃ軸方向に伝播する転位が一様に低減される。さらに、
ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ間の露出した基板上の中央
部を除いて、露出した基板上に転位密度の特に低減され
た領域が形成される。なお、この場合、ＡｌＧａＮバッ
ファ層５２ａ間の露出した基板上の中央部上に形成され
たＧａＮ層５３の領域において、転位が集中する部分が
線状に発生し、比較的転位密度の高い領域が形成され
る。 【０１８７】なお、前述のように、ＧａＮ層５３の転位
は一様に低減されるが、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ間
の露出した基板上の中央部上に形成されたＧａＮ層５３
の領域において、比較的転位密度の高い領域が形成され
る。このため、半導体素子製造の際には、ＡｌＧａＮバ
ッファ層５２ａ間の露出した基板上の中央部を除く領域
に素子領域を形成することが好ましい。さらに、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２ａ間の露出した基板上の中央部を除
いて、露出した基板上に転位密度の特に低減された領域
が形成されるため、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ間の露
出した基板上の中央部を除いた、露出した基板上の領域
に素子領域を形成することが好ましい。 【０１８８】あるいは、基板上に形成したＡｌＧａＮバ
ッファ層５２において、円形、六角形、三角形等の形状
を有する複数の領域をエッチングにより除去し、円形、
六角形、三角形等の形状を有する複数の開口部をＡｌＧ
ａＮバッファ層５２に形成してもよい。なお、この場
合、円形、六角形、三角形等の形状を有する複数の開口
部内で露出した基板の中央部上に形成したＧａＮ層５３
の領域において、転位が集中する部分が発生し、比較的
転位密度の高い領域が形成される。 【０１８９】なお、前述のように、ＧａＮ層５３の転位
は一様に低減されるが、基板の露出した領域上のＧａＮ
層５３の中央部の領域において、比較的転位密度の高い
領域が形成される。このため半導体素子の製造の際に
は、基板の露出した領域上の中央部を除く領域に素子領
域を形成することが好ましい。さらに、基板の露出した
領域のうち中央部を除く領域上に転位密度の特に低減さ
れた領域が形成されるため、基板の露出した領域上の領
域のうち中央部を除く領域に素子領域を形成することが
さらに好ましい。 【０１９０】また、基板としてサファイア基板を用いる
ことができるが、スピネル等の絶縁体の基板を用いても
よい。あるいはＳｉ、Ｇｅ等のIV族半導体、ＳｉＣ等の
IV−IV族半導体あるいはＺｎＳｅ等のII−VI族半導体か
らなる半導体基板や、半導体基板の格子定数が窒化物系
半導体層の格子定数と異なる、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ等のIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板を用いても
よい。半導体基板としては、絶縁性、ｎ型、ｐ型のいず
れの基板を用いてもよい。 【０１９１】続いて、第１〜第３の発明に係る窒化物系
半導体の形成方法を用いて製造した半導体素子について
説明する。なお、この場合においては、半導体素子の例
として半導体レーザ素子について説明する。 【０１９２】第４の発明に係る半導体レーザ素子は、第
１の発明に係る窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
した半導体レーザ素子である。 【０１９３】図１１は第４の発明の一実施例における半
導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。 【０１９４】図１１に示すように、半導体レーザ素子５
００においては、図１および図２に示す窒化物系半導体
の形成方法により、サファイア基板１上にＡｌＧａＮ第
１バッファ層２、アンドープのＧａＮからなるＧａＮ第
２バッファ層３、アンドープのＧａＮからなる第１Ｇａ
Ｎ層４およびアンドープのＧａＮからなる第２ＧａＮ層
５が順に形成されている。 【０１９５】さらに、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、また
はトリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリ
メチルインジウム、ＮＨ3 、ＳｉＨ4 （シランガス）、
ＣｐＭｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を原料
ガスとして用いるガスソースＭＢＥ法等により、第２Ｇ
ａＮ層５上に、ｎ−ＧａＮからなる膜厚４μｍのｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層１０４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮからなる
膜厚約０．１μｍのｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層
１０５、ｎ−ＡｌＧａＮからなる膜厚０．４５μｍのｎ
−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１０６、ｎ−ＧａＮからな
る膜厚約５０ｎｍのｎ−ＧａＮ第１クラッド層１０７、
ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）発光層１０
８、ｐ−ＧａＮからなる膜厚約４０ｎｍのｐ−ＧａＮ第
１クラッド層１０９が順に積層されている。ｐ−ＧａＮ
第１クラッド層１０９上のストライプ状の領域にｐ−Ａ
ｌＧａＮからなる膜厚０．４５μｍのｐ−ＡｌＧａＮ第
２クラッド層１１０が形成されている。それにより、ｐ
−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１０からなるリッジ部が
形成されるとともに、ｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０９
からなる平坦部が形成される。 【０１９６】なお、リッジの延伸する方向は、第１Ｇａ
Ｎ層４のオフ方向と垂直方向に形成することが好まし
い。 【０１９７】なお、この場合のＭＱＷ発光層１０８は、
膜厚約４ｎｍの５つのアンドープＧａＮ障壁層と膜厚約
４ｎｍの４つの圧縮歪みのアンドープＩｎＧａＮ井戸層
とが交互に積層された多重量子井戸構造を有する。 【０１９８】ｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０９上および
ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１０の側面に、ｎ−Ｇ
ａＮからなる膜厚約０．２μｍのｎ−ＧａＮ電流狭窄層
１１１が形成されている。この場合、ｐ−ＡｌＧａＮ第
２クラッド層１１０の上面にｎ−ＧａＮ電流狭窄層１１
１のストライプ状の開口部が形成されている。ｎ−Ｇａ
Ｎ電流狭窄層１１１の上面および側面、ならびにｐ−Ａ
ｌＧａＮ第２クラッド層１１０上に、ｐ−ＧａＮからな
る膜厚３〜５μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層１１２が形
成されている。 【０１９９】ｐ−ＧａＮコンタクト層１１２からｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層１０４までの一部領域がエッチングさ
れ、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０４の所定領域が露出し
ている。この露出したｎ−ＧａＮコンタクト層４の所定
領域上にｎ電極１１３が形成されている。また、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層１１２上の所定領域にｐ電極１１４が
形成されている。なお、露出したｐ−ＧａＮコンタクト
層１１２からｎ−ＧａＮ第１コンタクト層１０４までの
側面およびｎ−ＧａＮコンタクト層１０４の上面に、Ｓ
ｉＯ2 膜１１５が形成されている。 【０２００】上記の半導体レーザ素子５００において
は、図１および図２に示す窒化物系半導体の形成方法に
より形成された第２ＧａＮ層５上に、各層１０４〜１１
２が形成されている。ここで、図１および図２において
前述したように、第２ＧａＮ層５の表面においては転位
が低減されているため、第２ＧａＮ層５上に形成された
各層１０４〜１１５においては、良好な結晶性が実現さ
れる。それにより、半導体レーザ素子５００は、良好な
素子特性を有するとともに高い信頼性を有する。 【０２０１】また、この場合においては、前述のように
選択成長マスクを用いることなく第２ＧａＮ層５におい
て転位の低減を図ることができるため、第２ＧａＮ層５
において、選択成長マスクとＧａＮとの熱膨張係数の差
によるクラックの発生が防止されるとともに、ボイドの
発生が防止される。 【０２０２】したがって、半導体レーザ素子５００の製
造時において、素子の分離工程等におけるクラックの発
生が防止される。それにより、高い歩留りが実現でき
る。 【０２０３】なお、上記において、サファイア基板１の
代わりに、サファイア以外の絶縁体からなる基板を用い
てもよい。 【０２０４】図１２は第４の発明の他の実施例における
半導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。 【０２０５】図１２に示すように、半導体レーザ素子５
０１は、以下の点を除いて、図１１の半導体レーザ素子
５００と同様の構造を有する。 【０２０６】この場合においては、サファイア基板１に
代えて、ｎ−Ｓｉ基板１Ａ上に、図１および図２に示す
窒化物系半導体の形成方法により、ｎ−ＡｌＧａＮから
なるＡｌＧａＮ第１バッファ層２、ｎ−ＧａＮからなる
ＧａＮ第２バッファ層３、ｎ−ＧａＮからなる第１Ｇａ
Ｎ層４およびｎ−ＧａＮからなる第２ＧａＮ層５が順に
形成されている。 【０２０７】また、この場合においては、ｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１１２がｎ−ＧａＮ電流狭窄層１１１および
ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１０上に形成されてい
る。ｎ−Ｓｉ基板１Ａの裏面にｎ電極１１３が形成さ
れ、ｐ−ＧａＮコンタクト層１１２のリッジ部の上面に
ｐ電極１１４が形成されている。 【０２０８】このような半導体レーザ素子５０１におい
ては、図１および図２に示す窒化物系半導体の形成方法
により形成された第２ＧａＮ層５において、転位の低減
が図られるとともに、クラックの発生およびボイドの発
生が防止される。このため、半導体レーザ素子５０１に
おいては、半導体レーザ素子５００において前述した効
果と同様の効果が得られる。 【０２０９】なお、上記において、ｎ−Ｓｉ基板１Ａの
代わりに、Ｓｉ以外の半導体からなる基板を用いてもよ
い。 【０２１０】さらに、半導体レーザ素子５００，５０１
においては、基板１，１Ａ上にｎ型半導体層およびｐ型
半導体層が順に形成されているが、基板１，１Ａ上にｐ
型半導体層およびｎ型半導体層を順に形成してもよい。 【０２１１】さらに、半導体レーザ素子５００，５０１
においては、図１および図２に示す窒化物系半導体の形
成方法により基板１，１Ａ上に各層２〜５を形成してい
るが、図３に示す窒化物系半導体の形成方法により基板
１，１Ａ上に各層２，３，４ａ，５ａを形成してもよ
い。この場合、製造された半導体レーザ素子において
は、半導体レーザ素子５００，５０１において前述した
効果と同様の効果が得られる。 【０２１２】ここで、図３に示す窒化物系半導体の形成
方法により形成された図３の第２ＧａＮ層５ａにおいて
は、ＳｉＯ2 膜１５を用いた図３の第１ＧａＮ層４ａの
選択横方向成長により、さらに転位の低減が図られてい
る。したがって、このような図３の第２ＧａＮ層５ａ上
に形成された図１１または図１２の各層１０４〜１１２
においては、より結晶性の向上が図られる。それによ
り、この場合の半導体レーザ素子においては、さらに素
子特性および信頼性の向上が図られる。 【０２１３】第５の発明に係る半導体レーザ素子は、第
２の発明に係る窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
された半導体レーザ素子である。この場合について以下
に説明する。 【０２１４】第５の発明の一実施例における半導体レー
ザ素子は、以下の点を除いて、図１１の半導体レーザ素
子５００と同様の構造を有する。 【０２１５】この場合、図４および図５に示す窒化物系
半導体の形成方法により、図４および図５に示すよう
に、サファイア基板１１上に、アンドープのＡｌＧａＮ
からなるＡｌＧａＮバッファ層１２およびアンドープの
ＧａＮからなるＧａＮ層１３が順に形成されている。こ
のＧａＮ層１３上に、図１１の各層１０４〜１１２が形
成されている。なお、サファイア基板１１の代わりに、
サファイア以外の絶縁体からなる基板を用いてもよい。 【０２１６】本例の半導体レーザ素子において、図４お
よび図５に示す窒化物系半導体の形成方法により形成さ
れた図５のＧａＮ層１３は、転位の低減が図られており
かつクラックの発生およびボイドの発生が防止されてい
る。このため、図５のＧａＮ層１３上に図１１の各層１
０４〜１１２が形成された本例の半導体素子において
は、半導体レーザ素子５００において前述した効果と同
様の効果が得られる。なお、ボイドが残っていてもよ
い。 【０２１７】ここで、本例においては、図４および図５
に示すように、ＡｌＧａＮバッファ層１２上に１回Ｇａ
Ｎを成長させることにより、転位の低減されたＧａＮ層
１３が形成される。したがって、本例の半導体レーザ素
子は製造が容易である。 【０２１８】第５の発明の他の実施例における半導体レ
ーザ素子は、以下の点を除いて、図１２の半導体レーザ
素子５０１と同様の構造を有する。 【０２１９】この場合、図４および図５に示す窒化物系
半導体の形成方法により、ｎ−Ｓｉ基板上に、図４およ
び図５に示すように、ｎ−ＡｌＧａＮからなるＡｌＧａ
Ｎバッファ層１２およびｎ−ＧａＮからなるＧａＮ層１
３が形成されている。この図５のＧａＮ層１３上に図１
２の各層１０５〜１１２が形成されている。なお、ｎ−
Ｓｉ基板の代わりに、Ｓｉ以外の半導体からなる基板を
用いてもよい。 【０２２０】本例の半導体レーザ素子において、図４お
よび図５に示す窒化物系半導体の形成方法により形成さ
れた図５のＧａＮ層１３は、転位の低減が図られており
かつクラックの発生およびボイドの発生が防止されてい
る。このため、図５のＧａＮ層１３上に図１２の各層１
０５〜１１２が形成された本例の半導体レーザ素子にお
いては、半導体レーザ素子５０１において前述した効果
と同様の効果が得られる。なお、ボイドが残っていても
よい。 【０２２１】ここで、本例においては、図４および図５
に示すように、ＡｌＧａＮバッファ層１２上に１回Ｇａ
Ｎを成長させることにより、転位の低減されたＧａＮ層
１３が形成される。したがって、本例の半導体レーザ素
子は製造が容易である。 【０２２２】特に、本例においては、エッチングの容易
なｎ−Ｓｉ基板が用いられているため、図４に示すよう
な凹部をエッチングにより容易に形成することができ
る。したがって、本例の半導体レーザ素子は、より製造
が容易である。 【０２２３】上記の第５の発明の２つの実施例における
半導体レーザ素子においては、図４および図５で前述し
たように、転位が一様に低減されるので、基板上の窒化
物系半導体層のいかなる部分に素子領域（発光部）を形
成しても前述した効果が得られる。しかしながら、基板
の凹部上の窒化物系半導体層の中央部の領域において、
比較的転位密度の高い領域が形成される。このため、半
導体レーザ素子において、基板の凹部上の中央部を除く
領域に素子領域（発光部）を形成することが好ましい。
さらに、中央部を除く凹部上に転位密度の特に低減され
た領域が形成されるため、基板の凹部上の中央部を除い
た、凹部上の領域に素子領域（発光部）を形成すること
が好ましい。 【０２２４】また、上記の第５の発明のさらに他の実施
例における半導体レーザ素子として、図７および図８に
示す窒化物系半導体の形成方法により、図７および図８
に示すように基板上にＡｌＧａＮバッファ層４２および
ＧａＮ層４３が順に形成され、この図８のＧａＮ層４３
上に図１１または図１２の各層１０４〜１１２が形成さ
れた半導体レーザ素子であってもよい。このような半導
体レーザ素子においても、図４および図５に示す窒化物
系半導体の形成方法により図４および図５に示すＡｌＧ
ａＮバッファ層１２およびＧａＮ層１３が形成された上
記の２つの実施例の半導体レーザ素子において前述した
効果と同様の効果が得られる。 【０２２５】第６の発明に係る半導体レーザ素子は、第
３の発明に係る窒化物系半導体の形成方法を用いて製造
した半導体レーザ素子である。この場合について以下に
説明する。 【０２２６】第６の発明の一実施例における半導体レー
ザ素子は、以下の点を除いて、図１１の半導体レーザ素
子５００と同様の構造を有する。 【０２２７】この場合、図９に示す窒化物系半導体の形
成方法により、図９に示すように、サファイア基板５１
上に、アンドープのＡｌＧａＮからなる複数のストライ
プ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａが形成されている。
さらに、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ上およびＡｌＧａ
Ｎバッファ層５２ａの間で露出したサファイア基板５１
上に、アンドープのＧａＮからなるＧａＮ層５３が形成
されている。この図９のＧａＮ層５３上に、図１０の各
層１０４〜１１２が形成されている。なお、サファイア
基板５１の代わりに、サファイア以外の絶縁体からなる
基板を用いてもよい。 【０２２８】本例の半導体レーザ素子において、図９に
示す窒化物系半導体の形成方法により形成された図９の
ＧａＮ層５３は、転位の低減が図られるとともにクラッ
クの発生およびボイドの発生が防止されている。このた
め、図９のＧａＮ層５３上に図１１の各層１０４〜１１
２が形成された本例の半導体レーザ素子においては、半
導体レーザ素子５００において前述した効果と同様の効
果が得られる。なお、ボイドが残っていてもよい。 【０２２９】ここで、本例においては、図９に示すよう
に、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ上に１回ＧａＮを成長
させることにより、転位の低減されたＧａＮ層５３が得
られる。また、本例においては、低温で成長させたＡｌ
ＧａＮバッファ層５２のエッチングが容易であることか
ら、複数のストライプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａ
を容易に形成することができる。したがって、本例の半
導体レーザ素子は、製造が容易である。 【０２３０】第６の発明の他の実施例における半導体レ
ーザ素子は、以下の点を除いて、図１２の半導体レーザ
素子５０１と同様の構造を有する。 【０２３１】この場合、図９に示す窒化物系半導体の形
成方法により、図９に示すように、ｎ−Ｓｉ基板上に、
ｎ−ＡｌＧａＮからなる複数のストライプ状のＡｌＧａ
Ｎバッファ層５２ａが形成されている。さらに、ＡｌＧ
ａＮバッファ層５２ａ上およびＡｌＧａＮバッファ層５
２ａの間で露出したｎ−Ｓｉ基板上に、ｎ−ＧａＮから
なるＧａＮ層５３が形成されている。この図９のＧａＮ
層５３上に、図１２の各層１０５〜１１２が形成されて
いる。なお、Ｓｉ基板の代わりに、Ｓｉ以外の半導体か
らなる基板を用いてもよい。 【０２３２】本例の半導体レーザ素子において、図９に
示す窒化物系半導体の形成方法により形成された図９の
ＧａＮ層５３は、転位の低減が図られるとともにクラッ
クの発生およびボイドの発生が防止されている。このた
め、図９のＧａＮ層５３上に図１２の各層１０５〜１１
２が形成された本例の半導体レーザ素子においては、半
導体レーザ素子５０１において前述した効果と同様の効
果が得られる。なお、ボイドが残っていてもよい。 【０２３３】ここで、本例においては、図９に示すよう
に、ＡｌＧａＮバッファ層５２ａ上に１回ＧａＮを成長
させることにより、転位の低減されたＧａＮ層５３が得
られる。また、本例においては、低温で成長させたＡｌ
ＧａＮバッファ層５２のエッチングが容易であることか
ら、複数のストライプ状のＡｌＧａＮバッファ層５２ａ
を容易に形成することができる。したがって、本例の半
導体レーザ素子は、製造が容易である。 【０２３４】上記の第６の発明の２つの実施例における
半導体レーザ素子においては、図９で前述したように、
転位は一様に低減されるので、基板上の窒化物系半導体
層のいかなる部分に素子領域（発光部）を形成しても前
述した効果が得られる。しかしながら、基板の露出した
領域上の窒化物系半導体層の中央部の領域において、比
較的転位密度の高い領域が形成される。このため、半導
体レーザ素子において、基板の露出した領域上の中央部
を除く領域に素子領域（発光部）を形成することが好ま
しい。さらに、中央部を除く基板の露出した領域上に転
位密度の特に低減された領域が形成されるため、基板の
露出した領域上の中央部を除いた、基板の露出した領域
上の領域に素子領域（発光部）を形成することが好まし
い。 【０２３５】上記においては、第１〜第３の発明に係る
窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レー
ザ素子について説明したが、第１〜第３の発明に係る窒
化物系半導体の形成方法は、半導体レーザ素子以外の半
導体素子、例えば発光ダイオード等の半導体発素子、フ
ォトダイオード等の受光素子、トランジスタ等の電子素
子の製造に適用することも可能である。 【０２３６】第１〜第６の発明において、各層は、Ｇａ
Ｎ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｉ
ｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくは
ＴｌＮ（窒化タリウム）またはこれらの混晶等のIII −
Ｖ族窒化物系半導体およびこれら混晶にＡｓ、Ｐおよび
Ｓｂのうち少なくとも１つの元素を含む混晶等のIII−
Ｖ族窒化物系半導体から構成されていればよい。 【０２３７】また、第２、３、５および６の発明におい
て、半導体の結晶構造はウルツ鉱型であってもよく、あ
るいは閃亜鉛鉱型であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の一実施例における窒化物系半導体
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図２】第１の発明の一実施例における窒化物系半導体
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図３】第１の発明の他の実施例における窒化物系半導
体の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図４】第２の発明の一実施例における窒化物系半導体
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図５】第２の発明の一実施例における窒化物系半導体
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図６】図４および図５に示す窒化物系半導体の形成方
法に用いる基板の他の例を示す図である。 【図７】第２の発明の参考例における窒化物系半導体の
形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図８】第２の発明の参考例における窒化物系半導体の
形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図９】第３の発明の一実施例における窒化物系半導体
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図１０】図９の実施例におけるエッチングするバッフ
ァ層の幅ｗと残すバッファ層の幅ｂとの好ましい範囲を
示す図である。 【図１１】第４の発明の一実施例における半導体レーザ
素子を示す模式的斜視図である。 【図１２】第４の発明の他の実施例における半導体レー
ザ素子を示す模式的斜視図である。 【図１３】従来の選択横方向成長を用いた窒化物系半導
体の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【符号の説明】 １，１１，２１，３１，５１，２０１ サファイア基板 ２，１２，４２，５２，５２ａ ＡｌＧａＮバッファ層 ４，４ａ 第１ＧａＮ層 ５，５ａ 第２ＧａＮ層 １３，４３，５３ ＧａＮ層 １０４ ｎ−ＧａＮコンタクト層 １０５ ｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層 １０６ ｎ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層 １０７ ｎ−ＧａＮ第１クラッド層 １０８ ＭＱＷ発光層 １０９ ｐ−ＧａＮ第１クラッド層 １１０ ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層 １１１ ｎ−ＧａＮ電流狭窄層 １１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ５００，５０１ 半導体レーザ素子
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図２】第１の発明の一実施例における窒化物系半導体
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図３】第１の発明の他の実施例における窒化物系半導
体の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図４】第２の発明の一実施例における窒化物系半導体
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図５】第２の発明の一実施例における窒化物系半導体
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図６】図４および図５に示す窒化物系半導体の形成方
法に用いる基板の他の例を示す図である。 【図７】第２の発明の参考例における窒化物系半導体の
形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図８】第２の発明の参考例における窒化物系半導体の
形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図９】第３の発明の一実施例における窒化物系半導体
の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【図１０】図９の実施例におけるエッチングするバッフ
ァ層の幅ｗと残すバッファ層の幅ｂとの好ましい範囲を
示す図である。 【図１１】第４の発明の一実施例における半導体レーザ
素子を示す模式的斜視図である。 【図１２】第４の発明の他の実施例における半導体レー
ザ素子を示す模式的斜視図である。 【図１３】従来の選択横方向成長を用いた窒化物系半導
体の形成方法を示す模式的工程断面図である。 【符号の説明】 １，１１，２１，３１，５１，２０１ サファイア基板 ２，１２，４２，５２，５２ａ ＡｌＧａＮバッファ層 ４，４ａ 第１ＧａＮ層 ５，５ａ 第２ＧａＮ層 １３，４３，５３ ＧａＮ層 １０４ ｎ−ＧａＮコンタクト層 １０５ ｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層 １０６ ｎ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層 １０７ ｎ−ＧａＮ第１クラッド層 １０８ ＭＱＷ発光層 １０９ ｐ−ＧａＮ第１クラッド層 １１０ ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層 １１１ ｎ−ＧａＮ電流狭窄層 １１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ５００，５０１ 半導体レーザ素子
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平11−145516（ＪＰ，Ａ)
特開2000−156524（ＪＰ，Ａ)
特開2000−331937（ＪＰ，Ａ)
特開2000−106455（ＪＰ，Ａ)
特開2000−164929（ＪＰ，Ａ)
特開2000−124500（ＪＰ，Ａ)
特開2000−244061（ＪＰ，Ａ)
特開2000−299497（ＪＰ，Ａ)
特開2001−93837（ＪＰ，Ａ)
特開2001−60719（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−131068（ＪＰ，Ａ)
特開2001−53012（ＪＰ，Ａ)
特開2000−156348（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−343741（ＪＰ，Ａ)
ＴＳＶＥＴＡＮＫＡ Ｓ．ＺＨＥＬＥ
ＶＡ，Ｐｅｎｄｅｏ−Ｅｐｉｔａｘｙ：
Ａ Ｎｅｗ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ
Ｌａｔｅｒａｌ Ｇｒｏｗｔｈｏｆ
Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｆｉ
ｌｍｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＥＬＥ
ＣＴＲＯＮＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ,
1999年 ４月，Ｖｏｌｕｍｅ 28，Ｎ
ｏ．４，Ｌ５−Ｌ８
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/205
H01L 33/00
H01S 5/323
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板のＣ面上に第１の窒化物系半導体層
を成長させ、前記第１の窒化物系半導体層の表面を研磨
することにより前記第１の窒化物系半導体層においてＣ
面から所定の方向に所定の角度傾斜した面を露出させ、
前記第１の窒化物系半導体層の前記傾斜した面上に前記
第１の窒化物系半導体層よりも単結晶に近い第２の窒化
物系半導体層を成長させることを特徴とする窒化物系半
導体の形成方法。 【請求項２】 基板のＣ面上に選択成長マスクを用いた
選択横方向成長により第１の窒化物系半導体層を平坦化
するまで成長させ、前記第１の窒化物系半導体層におい
てＣ面から所定の方向に所定の角度傾斜した面を露出さ
せ、前記第１の窒化物系半導体層の前記傾斜した面上に
前記第１の窒化物系半導体層よりも単結晶に近い第２の
窒化物系半導体層を成長させることを特徴とする窒化物
系半導体の形成方法。 【請求項３】 前記第１の窒化物系半導体層の表面を研
磨することにより前記Ｃ面から所定の方向に所定の角度
傾斜した面を露出させることを特徴とする請求項２記載
の窒化物系半導体の形成方法。 【請求項４】 前記第１の窒化物系半導体層を成長させ
る過程で前記Ｃ面から所定の方向に所定の角度傾斜した
面を露出させることを特徴とする請求項２記載の窒化物
系半導体の形成方法。 【請求項５】 半導体基板上に窒化物系半導体層を成長
させる窒化物系半導体の形成方法において、前記半導体
基板は、IV族半導体、IV−IV族半導体またはII−VI族半
導体からなる半導体基板であり、前記半導体基板の表面
に凹凸パターンを形成し、前記凹凸パターン上の凸部上
面、凹部底面および凹部側面に該凹凸パターンと同様の
パターンを表面に有するバッファ層を成長させ、前記バ
ッファ層上に前記窒化物系半導体層を成長させることを
特徴とする窒化物系半導体の形成方法。 【請求項６】 半導体基板上に窒化物系半導体層を成長
させる窒化物系半導体の形成方法において、前記半導体
基板は、格子定数が前記窒化物系半導体層の格子定数と
異なるIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板であり、前
記半導体基板 の表面に凹凸パターンを形成し、前記凹凸
パターン上の凸部上面、凹部底面および凹部側面に該凹
凸パターンと同様のパターンを表面に有するバッファ層
を成長させ、前記バッファ層上に前記窒化物系半導体層
を成長させることを特徴とする窒化物系半導体の形成方
法。 【請求項７】 絶縁体基板上に窒化物系半導体層を成長
させる窒化物系半導体の形成方法において、前記絶縁体
基板の表面に凹凸パターンを形成し、前記凹凸パターン
上の凸部上面、凹部底面および凹部側面に該凹凸パター
ンと同様のパターンを表面に有するバッファ層を成長さ
せ、前記バッファ層上に前記窒化物系半導体層を成長さ
せることを特徴とする窒化物系半導体の形成方法。 【請求項８】 基板の表面に凹凸パターンを形成し、前
記凹凸パターン上の凸部上面、凹部底面および凹部側面
に該凹凸パターンと同様のパターンを表面に有するバッ
ファ層を成長させ、前記バッファ層上に窒化物系半導体
層を表面がほぼ平坦になるまで成長させることを特徴と
する窒化物系半導体の形成方法。 【請求項９】 前記凹凸パターンは、ストライプ状に延
びる凹部および凸部を有することを特徴とする請求項５
〜８のいずれかに記載の窒化物系半導体の形成方法。 【請求項１０】 前記凹凸パターンは、２次元的に分散
配置された複数の凹部または凸部を有することを特徴と
する請求項５〜８のいずれかに記載の窒化物系半導体の
形成方法。 【請求項１１】 半導体基板上に窒化物系半導体層を成
長させ、該窒化物系半導体層上に素子領域を形成する窒
化物系半導体素子の製造方法において、前記半導体基板
は、IV族半導体、IV−IV族半導体、またはII−VI族半導
体からなる半導体基板であり、前記半導体基板上にエッ
チングにより間隔Ｘで分散的に幅Ｙの複数のバッファ層
を形成して該複数のバッファ層の間に前記半導体基板を
露出させ、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ［μ
ｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μｍ］≧１
［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］の関係を満足し、
前記半導体基板の露出した領域上および前記複数のバッ
ファ層上に窒化物系半導体層を形成し、前記窒化物系半
導体層上の前記半導体基板の露出した領域上のうち中央
部を除く領域に素子領域を形成することを特徴とする窒
化物系半導体素子 の製造方法。 【請求項１２】 半導体基板上に窒化物系半導体層を成
長させ、該窒化物系半導体層上に素子領域を形成する窒
化物系半導体素子の製造方法において、前記半導体基板
は、格子定数が前記窒化物系半導体層の格子定数と異な
るIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板であり、前記半
導体基板上にエッチングにより間隔Ｘで分散的に幅Ｙの
複数のバッファ層を形成して該複数のバッファ層の間に
前記半導体基板を露出させ、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ
［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］か
つＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］
の関係を満足し、前記半導体基板の露出した領域上およ
び前記複数のバッファ層上に窒化物系半導体層を形成
し、前記窒化物系半導体層上の前記半導体基板の露出し
た領域上のうち中央部を除く領域に素子領域を形成する
ことを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。 【請求項１３】 絶縁体基板に窒化物系半導体層を成長
させ、該窒化物系半導体層上に素子領域を形成する窒化
物系半導体素子の製造方法において、前記絶縁体基板上
にエッチングにより間隔Ｘで分散的に幅Ｙの複数のバッ
ファ層を形成して該複数のバッファ層の間に前記絶縁体
基板を露出させ、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］が
Ｙ［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μ
ｍ］≧１［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］の関係を
満足し、前記絶縁体基板の露出した領域上および前記複
数のバッファ層上に窒化物系半導体層を形成し、前記窒
化物系半導体層上の前記絶縁体基板の露出した領域上の
うち中央部を除く領域に素子領域を形成することを特徴
とする窒化物系半導体素子の製造方法。 【請求項１４】 前記複数のバッファ層は、ストライプ
状に配置されることを特徴とする請求項１１〜１３のい
ずれかに記載の窒化物系半導体素子の製造方法。 【請求項１５】 前記複数のバッファ層は、２次元的に
分散配置されることを特徴とする請求項１１〜１３のい
ずれかに記載の窒化物系半導体素子の製造方法。 【請求項１６】 基板のＣ面上に選択成長マスクを用い
た横方向成長により第１の窒化物系半導体層が形成さ
れ、前記第１の窒化物系半導体層のＣ面から所定の方向
に所定の角度傾斜した面上に、前記第１の窒化物系半導
体層よりも単結晶に近い第２の窒化物系半導体層が形成
され、前記第２の窒化物系半導体層上に、素子領域を含
む窒化物系半導体層が形成されたことを特徴とする窒化
物系半導体素子。 【請求項１７】 半導体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、前記半導体基板
は、IV族半導体、IV−IV族半導体またはII−IV族半導体
からなる半導体基板であり、前記半導体基板の表面に凹
凸パターンが形成され、前記凹凸パターンの凸部上面、
凹部底面および凹部側面に該凹凸パターンと同様のパタ
ーンを表面に有するバッファ層が形成され、前記バッフ
ァ層上に素子領域を含む窒化物系半導体層が形成された
ことを特徴とする窒化物系半導体素子。 【請求項１８】 半導体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、前記半導体基板
は、格子定数が前記窒化物系半導体層の格子定数と異な
るIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板であり、前記半
導体基板の表面に凹凸パターンが形成され、前記凹凸パ
ターンの凸部上面、凹部底面および凹部側面に該凹凸パ
ターンと同様のパターンを表面に有するバッファ層が形
成され、前記バッファ層上に素子領域を含む窒化物系半
導体層が形成されたことを特徴とする窒化物系半導体素
子。 【請求項１９】 絶縁体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、前記絶縁体基板
の表面に凹凸パターンが形成され、前記凹凸パターンの
凸部上面、凹部底面および凹部側面に該凹凸パターンと
同様のパターンを表面に有するバッファ層が形成され、
前記バッファ層上に素子領域を含む窒化物系半導体層が
形成されたことを特徴とする窒化物系半導体素子。 【請求項２０】 基板の表面に凹凸パターンが形成さ
れ、前記凹凸パターンの凸部上面、凹部底面および凹部
側面に該凹凸パターンと同様のパターンを表面に有する
バッファ層が形成され、前記バッファ層上に少なくとも
部分的にほぼ平坦な表面を有する第１の窒化物系半導体
層が形成され、前記第１の窒化物系半導体層の前記平坦
な表面に、素子領域を含む第２の窒化物系半導体層が形
成されたことを特徴とする窒化物系半導体素子。 【請求項２１】 半導体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、前記半導体基板
は、IV族半導体、IV−IV族半導体またはII−VI族半導体
からなる半導体基板であり、前記半導体基板上に間隔Ｘ
で分散的に幅Ｙの複数のバッファ層が形成され、該複数
のバッファ層の間で前記半導体基板が露出され、間隔Ｘ
［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ［μｍ］≦−Ｘ［μ
ｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μｍ］≧１［μｍ］かつＸ
［μｍ］≧１［μｍ］の関係を満足し、前記半導体基板
の露出した領域上および前記複数のバッファ層上に窒化
物系半導体層が形成され、前記窒化物系半導体層上の前
記半導体基板の露出した領域上のうち中央部を除く領域
に素子領域が形成されたことを特徴とする窒化物系半導
体素子。 【請求項２３】 半導体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、前記半導体基板
は、格子定数が前記窒化物系半導体層の格子定数と異な
るIII −Ｖ族半導体からなる半導体基板であり、前記半
導体基板上に間隔Ｘで分散的に幅Ｙの複数のバッファ層
が形成され、該複数のバッファ層の間で前記半導体基板
が露出され、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ
［μｍ］≦−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μｍ］
≧１［μｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］の関係を満足
し、前記半導体基板の露出した領域上および前記複数の
バッファ層上に窒化物系半導体層が形成され、前記窒化
物系半導体層上の前記半導体基板の露出した領域上のう
ち中央部を除く領域に素子領域が形成されたことを特徴
とする窒化物系半導体素子。 【請求項２４】 絶縁体基板上に窒化物系半導体層が形
成された窒化物系半導体素子において、前記絶縁体基板
基板上に間隔Ｘで分散的に幅Ｙのバッファ層が形成さ
れ、該複数のバッファ層の間で前記半導体基板が露出さ
れ、間隔Ｘ［μｍ］および幅Ｙ［μｍ］がＹ［μｍ］≦
−Ｘ［μｍ］＋４０［μｍ］かつＹ［μｍ］≧１［μ
ｍ］かつＸ［μｍ］≧１［μｍ］の関係を満足し、前記
絶縁体基板の露出した領域上および前記複数のバッファ
層上に窒化物系半導体層が形成され、前記窒化物系半導
体層上の前記半導体基板の露出した領域上のうち中央部
を除く領域に素子領域が形成されたことを特徴とする窒
化物系半導体素子。
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