JP3562478B2 - 窒化物半導体の成長方法及びそれを用いた素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、窒化物半導体の成長方法及びそれを用いた窒化物半導体素子に係り、特に窒化物半導体基板及びそれを用いた素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体を用いたレーザ素子は、主に青色〜紫色の短い波長のレーザ光を発振するものであり、光ディスク装置などその特性を活かして様々な用途が検討されている。このレーザ素子の連続発振は、近年実現され、実用化されているが、その応用において素子の特性が十分満足のいくものではなく、さらなる素子特性の向上が求められている。また、窒化物半導体素子を用いたＬＥＤでは、紫外域〜赤色の発光色が得られ、その他にも受光素子、トランジスタなどの様々な素子にも用いることができる。
【０００３】
このような窒化物半導体素子は、主に窒化物半導体と異なる材料の異種基板において、低温成長バッファ層を形成しその上に、その温度よりも高温で成長させた窒化物半導体などの下地層を介して素子構造が形成される。しかし、上記素子の中でも大電流、高出力での駆動が必要なＬＤ、高出力タイプのＬＥＤなどでは、結晶欠陥、特に貫通転位などの転位密度が素子特性を決定する大きな要因となっている。これは、転位密度が大きくなると、上記大電流、高出力駆動下で、素子特性が悪化し、実用に足る素子が得られ難いことにある。このため、このような窒化物半導体素子には、ＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）などの横方向の成長を用いて成膜される窒化物半導体層を下地層とし、その下地層の上に素子構造を形成することで、転位密度の良好な基板を用いることとなり、上記問題を解決できる。また、異種基板上に、ＥＬＯＧなどの横方向成長を用いた窒化物半導体基板を形成後、異種基板を除去して、窒化物半導体の単体基板とすることもできる。このような下地層、窒化物半導体基板は、上述した他の素子にも適用できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＥＬＯＧなどの横方向成長を伴って成膜された窒化物半導体として知られた方法に、窒化物半導体の上に選択的にＳｉＯ２などのマスクを表面に形成し、マスク開口部から窒化物半導体を成長させ、マスク上部でマスクを覆うように横方向成長させて、成膜させる方法がある。しかし、この方法では、マスク材料が、窒化物半導体内部に残されることになり、素子構造によっては、マスクにより電流の流れが阻害されるものとなるため、素子構造が制限される場合がある。また、図６に示すように、横方向の成長で、隣接する各々の横方向成長の窒化物半導体同士と接合することで成膜されるが、このような方法では、接合する前までは、異なるマスク開口部から成長した各々の窒化物半導体は、分離して成長される状態にあることから、各窒化物半導体の成長速度の違いにより、図に示す接合部の位置が変化し、各々の窒化物半導体が個々に成長することからこれを制御することは困難である。このことで、図に示す接合の不良を招いたり、場所により接合されない部分が存在したり、接合位置にばらつきを発生させ、窒化物半導体基板として、取り扱いの困難なものとなる。このように分離して成長させる段階を経る窒化物半導体の成長方法では、マスク材料を用いない方法でも存在し、例えばエッチングなどにより島状若しくは、凹凸を形成した窒化物半導体から成長させる方法でも、接合するまでは、個々の窒化物半導体は、互いに干渉せずに横方向成長することから、横方向成長速度の僅かな差でも、接合位置のばらつき、接合不良を生み出す原因となる。
【０００５】
従って、結晶性に優れた窒化物半導体の成長方法において、制御性に優れ、得られる窒化物半導体の結晶性にばらつきの少ない方法が、量産などにおいて、必要となる。
【０００６】
さらに、図６に示すように、横方向に成長させる場合でも、膜厚方向への成長も発現し、このことから、マスク領域、若しくは隣り合う窒化物半導体の成長表面の距離、すなわち横方向成長させる距離が長くなれば、必然的に厚膜になる傾向にある。窒化物半導体の膜厚が大きくなるとコストが増大し、また、異種基板上に成長させた場合には基板が反る問題も、膜厚が大きくなるに従って、反りも大きくなるため、反りの大きな窒化物半導体は、素子構造の形成などにおいて、取り扱いを困難なものとする。このため、窒化物半導体の膜厚は、できるだけ薄く形成することが好ましいものとなる。一方で、横方向成長領域を大きくすると、横方向成長により形成された領域では、貫通転位が窒化物半導体の成長と共に進行して、膜厚方向に転位が進行しないことから、横方向成長領域では、貫通転位の少ない領域となり、ＬＤ、ＬＥＤなどではこの低転位欠陥密度領域を利得領域、電流注入領域、若しくは発光再結合領域として、利用することから、広い低転位欠陥密度領域であれば素子の特性に有利なものとなる。従って、従来の窒化物半導体の成長方法では、貫通転位などの欠陥密度が低い領域を形成しようとすると、横方向成長させる距離もしくは面積を大きくする必要があり、横方向成長領域を大きくすると、必然的に窒化物半導体の膜厚が大きくなり、窒化物半導体素子に用いるのに不利なものとなる。また、横方向成長距離が長くなると、上述した各々の窒化物半導体の成長速度の差に起因する接合不良の発生率も増大し、ついには良好な接合が困難となる。すなわち、この問題も、横方向成長時に、各窒化物半導体が分離されて、個々に成長することに起因する問題であるとも考えられる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであり、特に転位密度を低減し、且つその制御に優れた窒化物半導体の成長方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の（１）〜（６）の構成により、課題を解決するものである。
（１）第１の窒化物半導体表面に、熱処理により、選択的に熱分解された第１の表面と、該第１の表面よりも窒化物半導体の成長速度の大きい第２の表面とを形成する工程と、該第１の窒化物半導体の第１の表面及び第２の表面に第２の窒化物半導体を成長させる工程と、を具備してなることを特徴とする窒化物半導体の成長方法。この方法により、第２の窒化物半導体層は、第１の表面、第２の表面から異なる成長速度で成長され、このことにより各表面上で異なる成長形態が実現され、結果として、第１の表面上の第２の窒化物半導体層には、貫通転位が低減された低欠陥密度領域が形成される。さらに、第１の表面、第２の表面から、窒化物半導体が成長するため、従来のように独立して成長させることがなく、互いに影響されながら窒化物半導体が成長することで、膜厚を小さくして貫通転位の低減、鏡面の表面が得られ、さらにその成長を容易に制御可能である。この時、第１の表面、第２の表面は、第１の窒化物半導体層にそれぞれ複数設けられ、好ましくは交互に設けられることで、互いに影響した成長が可能である。また、第１の表面、第２の表面の形状は、特に限定されないが、好ましくはストライプ状として、交互に形成されることで、良好な第２の窒化物半導体層の成長が可能となる。また、このように熱処理により、第１の表面、第２の表面を形成することで、容易に成長速度に差が設けられる表面が形成され、また上述した第２の窒化物半導体層に伝搬する貫通転位を低減する凹凸を呈した表面が容易に形成することができる。
（２）前記第１の表面が、第２の表面よりも大きな凹凸を有していることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体の成長方法。このことにより、上述したような成長速度の差が発生し、転位欠陥密度の低減に寄与するものとなる。また、表面に凹凸を呈していることで、凹凸を有する第１の表面では、成長初期において２次元成長、３次元成長が混在した複雑な成長形態が起こると考えられ、これにより第１の窒化物半導体層から第２の窒化物
半導体層に伝搬する貫通転位の数を低減することができる。
（３）前記第１の表面及び第２の表面を形成する工程が、前記第１の窒化物半導体表面に選択的にマスクを形成して、ＭＯＣＶＤ装置内において、少なくともキャリアガスの供給下で熱処理することで、マスクが形成されていない非マスク領域の第１の窒化物半導体を熱分解により一部を除去して第１の表面を形成し、該マスクを除去して第２の表面を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導体の成長方法。
（４）前記熱処理が、窒化物半導体のＶ族元素のソースガスを供給することを具備してなる請求項３記載の窒化物半導体の成長方法。
（５）前記第２の窒化物半導体を下地層とし、該下地層の上に、窒化物半導体を有する素子構造が設けられた窒化物半導体素子。第２の窒化物半導体層を成長基板として用いることで、結晶性に優れた素子構造が形成され、さらにその低欠陥密度領域Ｂ内に、活性層に電流が流れる電流領域を選択的に設けることで、高出力、長寿命の窒化物半導体素子が得られる。
（６）前記第２の窒化物半導体が、窒化物半導体を有する素子構造内に設けられていることを特徴とする窒化物半導体素子。本発明の第２の窒化物半導体層は、従来の横方向成長法と異なり、薄膜で良好な鏡面有する層が形成できるため、この第２の窒化物半導体層を素子構造内に設けることも可能となり、素子構造設計の自由度が大きくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる窒化物半導体は、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に窒化物半導体を形成したものを用いても良く、また、ＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体の単体基板、若しくは後述する単体化された窒化物半導体基板を用いても良い。具体的には、第１の窒化物半導体層としては、異種基板の上に形成した窒化物半導体、他の窒化物半導体若しくは窒化物半導体基板の上に形成した窒化物半導体、を用いることができる。また、本発明における窒化物半導体の組成は、特に限定されるものではないが、具体的には、ＩＩＩ−Ｖ族窒化ガリウム系化合物半導体として知られている材料を用いることができ、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）、さらにはＢ、Ｐ等を加えたＩｎＡｌＧａＢＮ、ＩｎＡｌＧａＮＰなどにも適用できる。好ましくは、Ｉｎを含まない、すなわちＩｎ混晶比が０の窒化物半導体を用いることで、分解温度が低く、分解しやすく、結晶成長温度が低く制限されるＩｎを含まないことで、良好な結晶性で成長させることができる。また、構成元素がすくない方が、良好な結晶性が得られる傾向にあり、１μｍを超えるような膜厚での成長においては、３元混晶、２元混晶の窒化物半導体を用いることが良好な結晶性の窒化物半導体が得られ、なおかつ、結晶成長の制御にも有利である。このため、比較的厚膜で形成される第２の窒化物半導体には、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮが好ましく用いられ、特に、ＡｌＧａＮは、Ａｌの混晶比ｙを、例えばｙ≦０．３と低く抑えることで結晶性の良好な窒化物半導体を形成でき、ＧａＮであるとその中でも特に優れた結晶性の窒化物半導体となるため好ましい。また、このような基板となる窒化物半導体には、ｐ型不純物、ｎ型不純物がドープされていても良く、アンドープで形成すると結晶性に優れたものとなる。
【００１０】
また、第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体の組成は、特に限定されず、同じ組成の窒化物半導体を用いても良く、異なる組成であってもよい。好ましくは、格子不整合が小さくなるように、両者の組成を決定することであり、このため、組成をなるべく近いものを選択するか、更に好ましくは、両者を同一の組成とすることで、格子不整合の問題が解決される。また、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層には、ｎ型不純物、ｐ型不純物がドープされていても良く、アンドープで成長させても良い。結晶性を良くするには、不純物濃度を１×１０１８／ｃｍ３以下として低濃度でドープすることで、キャリアを保持して結晶性も維持された窒化物半導体となり、更に好ましくは５×１０１６／ｃｍ３未満となるドープ量とすることで、結晶性に更に優れ、アンドープとすることで、結晶性に最も優れた窒化物半導体を成長させることが可能となる。
【００１１】
また、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層の膜厚は、本発明において、特に限定されず、第２の窒化物半導体層は、平坦な表面が形成される膜厚で形成する。第１の窒化物半導体層の膜厚は、第１の表面、第２の表面が形成される膜厚であればよい。
【００１２】
本発明の窒化物半導体の成長に用いる異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルした基板を用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長する傾向にあるため好ましい。この時、オフ角としては、０．１°〜０．５°、好ましくは０．１°〜０．２°とすることで、良好な窒化物半導体の結晶成長が可能となる。例えば、サファイアＣ面の基板で、上記範囲内にオフアングルした基板を用いることができる。また、以上に加えて、本発明では、窒化物半導体の単体基板を用いることもできる。単体基板を得るには、上述した異種基板の上に、厚膜の窒化物半導体（第３の窒化物半導体層）を成長させ、異種基板を除去する方法がある。この場合、窒化物半導体の膜厚として、具体的には５０μｍ以上で形成し、異種基板を除去することができ、好ましくは１００μｍ以上とすることで、異種基板の除去を効率的にできる。また、前記異種基板上に、低温成長バッファ層を介して、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成した後、第３の窒化物半導体層を成長させる場合には、基板との格子不整合、熱膨張係数差により基板に反りが発生するが、この素子を低く抑えるには、８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。この単体基板を第１の窒化物半導体層としても良く、単体基板上に成長させた窒化物半導体層を第１の窒化物半導体層としても良い。
【００１３】
本発明の第１の窒化物半導体は、上述したように、異種基板上に形成しても良く、窒化物半導体基板の上に形成しても良い。異種基板の上に、第１の窒化物半導体を形成する場合には、異種基板と第１の窒化物半導体との間に、下地層を設けると良い。この時、異種基板と第１の窒化物半導体との間に設けられる下地層としては、好ましくはＡｌＧａＮ、ＧａＮを用いることで、良好な結晶性の第１の窒化物半導体を形成することができる。更に好ましくは、Ａｌ混晶比が０．３以下のＡｌＧａＮ若しくはＧａＮを用いることで良好な結晶性でもって、第１の窒化物半導体を形成できる。下地層（基板）として具体的には、アンドープ（不純物をドープしない状態、ｕｎｄｏｐｅ）、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳ等のｎ型不純物をドープしたＡｌＧａＮ、ＧａＮを用いることができ、好ましくはアンドープのものを用いることで、その他の組成の窒化物半導体を用いた場合に比べて、良好な結晶性を有し、成長基板として優れた表面モフォロジーを形成できる。窒化物半導体基板と、第１の窒化物半導体との間に下地層を設ける場合にもこれと同様な下地層を用いることができる。
【００１４】
さらに、この下地層、第１の窒化物半導体層を形成する場合において、それよりも低温で成長させたバッファ層を、異種基板若しくは窒化物半導体基板と、下地層との間に設けることで、好ましい窒化物半導体の成長、すなわち良好な下地層の形成を実現できる。このバッファ層とは、上述した下地層、第１の窒化物半導体層の成長温度よりも低温で成長させた低温成長バッファ層であり、具体的にはＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）が用いられ、３００℃以上９００℃以下の温度で、膜厚０．５μｍ以下１０Å（オングストローム）以上で形成される。この時、好ましい組成としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）とすることで、良好なバッファ層として機能し、更にはＡｌ混晶比ｘを０．５以下としたＡｌＧａＮ、ＧａＮが好ましいバッファ層として用いることができる。このバッファ層には、不純物がドープされていても、アンドープであってもどちらでも良い。特にこのようなバッファ層を異種基板上に接して形成することで、優れたバッファの機能を利用することができ、その上に上記下地層若しくは、第１の窒化物半導体層を形成することで良好な結晶性で、異種基板上に窒化物半導体を成長させることが可能となる。すなわち、異種基板上に、第１の窒化物半導体層を形成する場合には、第１の窒化物半導体層と異種基板との間に少なくとも上記低温成長バッファ層を設けることで、第１の窒化物半導体層の結晶性を良好なものとでき、これに加えて、第１の窒化物半導体層と低温成長バッファ層との間に下地層を設けることで、更に結晶性を良好なものとできる。この時、下地層、第１の窒化物半導体層の成長温度は、低温成長バッファ層よりも高温で、具体的には８００℃以上１２００℃以下の温度範囲で成長させる。
【００１５】
本発明の窒化物半導体の成長方法において、窒化物半導体を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚が５０μｍ以下ではＭＯＣＶＤ法を用いると成長速度の制御が容易である。また膜厚が５０μｍ以下ではＨＶＰＥでは成長速度が速くてコントロールが難しい傾向にあるが、５０μｍ以上の膜厚では、成長速度の大きなＨＶＰＥを用いることが好ましい。
【００１６】
本発明の第１の窒化物半導体層の表面には、第１の表面と第２の表面を形成する。第１の表面は、第２の表面よりも第２の窒化物半導体の成長速度が小さい表面を有している。具体的には、図２（ａ）に矢印の長さで、成長速度の大きさを示すように、第１の窒化物半導体表面に、成長速度の小さい領域を第１の表面とし、第１の表面よりも成長速度の大きい領域を第２の表面とを有する。ここで、図２（ａ）中の矢印は、矢印が長いほど、窒化物半導体の成長速度が大きいことを示すものであり、図２（ｂ）〜（ｄ）は、第２の窒化物半導体層が成長する様子を模式的に示す断面図である。本発明の製造方法では、このように、第１の窒化物半導体層１１表面に、第１の表面１と、第１の表面１より窒化物半導体の成長速度の大きい第２の表面２を設けて（図２（ａ））、第１の窒化物半導体層表面に第２の窒化物半導体層を成長させる（図２（ｂ）〜（ｄ））ものである。このように、本発明では、成長速度の異なる第１の窒化物半導体層１１表面に、第２の窒化物半導体層１２を成長させることで、第２の表面からの窒化物半導体は、膜厚方向への成長と、図２に示すように、それとは異なる方向への成長、横方向への成長（図２（ｂ）中の矢印方向）が実現されていると考えられる。このため、第１の表面１から成長した窒化物半導体は、その成長が妨げられ、第１の表面１から窒化物半導体の膜厚方向への成長と伴に延びてきた貫通転位は、それが膜厚方向へ伝播するのを妨げると考えられ、結果として第１の表面１上部の第２の窒化物半導体層１２表面には、転位欠陥密度の低い領域Ｂが形成されると思われる。以下、そのことについて詳しく述べる。
＜第２の窒化物半導体の成長形態＞
本発明の第２の窒化物半導体１２は、図６に示す従来の横方向成長させる方法に比べて、横方向に成長させる領域にも、膜厚方向に成長する窒化物半導体が存在することにある。従来の代表的な横方向成長方法は、図６の模式断面図にしめすように、下地層４１２の窒化物半導体層表面にマスク４１８を設けて（図６（ａ））、マスク４１８開口部から窒化物半導体４１３ａを成長させ（図６（ｂ））、マスク４１８上部で横方向の成長をさせ、そして、それぞれのマスク開口部から成長した窒化物半導体４１３ａがマスク４１８上部で接合して（図６（ｃ））、成膜される。また、別の方法では、図６（ｘ）〜（ｚ）に示すように、窒化物半導体の下地層４１２に凹凸を設けるか、若しくは島状に異種基板４１０上に点在させて、凸部若しくは島部の窒化物半導体４１２から選択的に成長させることで、図６（ｙ）の矢印に示すように横方向への成長をさせて、それらが、接合することで成膜されるものとなる。いずれの方法でも、面内で、選択的に窒化物半導体を成長させる領域と、成長させない領域とを設けて、窒化物半導体を成長させる領域から窒化物半導体が、個々に成長させることとなる。また、横方向に成長した領域では貫通転位が低減できるため、横方向成長領域を大きくすること、図６において、マスク４１８の幅を大きくすること、隣り合う凸部若しくは島部の間隔を大きくすることが好ましいが、横方向への成長を長くすると接合不良を招いたり、異常成長、接合位置のばらつき、膜厚方向への成長もあることから窒化物半導体膜が厚くなる。
【００１７】
本発明の第２の窒化物半導体１２は、図２に示すように、異なる成長速度で成長する表面を有する第１の窒化物半導体層１１上に成長させることで、従来の問題が解決される。これは、選択的に設けられた第１の表面１と第２の表面２とから窒化物半導体を成長させると、図２（ｂ）に示すように、成長途中では、第１の窒化物半導体表面には、膜厚の異なる第２の窒化物半導体層１２が形成される。この状態から更に成長が進むと、図２（ｂ）の点線と矢印で示すように、第２の表面２から成長した窒化物半導体は、凸部を形成し、膜厚方向への成長と共に、横方向への成長も始まると考えられる。そのため、図２（ｃ）に示すように、第２の表面２から成長した窒化物半導体が、第１の表面１を覆うような成長が加わるため、次の段階では、第２の窒化物半導体１２は、点線部から実線部に成長し、第１の表面１からの成長は、第２の表面２からの成長によりじゃまされる形態となると考えられる。このようになることで、第１の表面１からの成長は、その面積が収縮する傾向となり、一方で、第２の表面２からの成長は、その面積が拡大する傾向となる。すなわち、第２の表面２からの窒化物半導体の成長が、第１の表面からの窒化物半導体の成長に優先される形態をとると考えられる。
【００１８】
最後に、更に第２の窒化物半導体１２の成長が進むことで、第１の表面１からの成長はそのほとんどが遮断され、第２の表面２から成長した窒化物半導体が、第２の窒化物半導体１２の成長の殆どを担う形態をとると考えられる。このような成長形態で形成された第２の窒化物半導体１２は、第２の表面２の上部の領域Ａでは、第２の表面２からの膜厚方向への成長で形成されるものとなり、一方で、第１の表面１の上部の領域Ｂでは、第１の表面１からの膜厚方向への成長と、その上を覆うような第２の表面２からの横方向成長により形成されるものと考えられる。結果として、第２の窒化物半導体１２の表面では、領域Ａでは、その成長形態の殆どが、膜厚方向への成長となり貫通転位密度の大きい領域（高欠陥密度領域）となり、領域Ｂでは横方向成長が成長途中に含まれると思われるため、転位密度の小さい領域（低欠陥密度領域）となる。このため、本発明では、第２の窒化物半導体層の成長により、第１の表面上の貫通転位を低減させ、選択的に第２の表面上に貫通転位を分布させることができる。
【００１９】
図３は、図２の一部を拡大して示すもので、第２の窒化物半導体１２の成長形態を点線で示し、貫通転位１４が伝搬する様子を示すものである。これからわかるように、本発明では、第１の窒化物半導体１１の表面から第２の窒化物半導体１２を成長させることで、貫通転位を低減させることができる。すなわち、成長が進むに従って、第１の表面１から延びる貫通転位は、成長途中で止まり、一方でその情報には、第２の表面２から成長した横方向への成長により、第１の表面１を覆うように、横方向に貫通転位が延びている。本発明は、従来の方法とは異なり、横方向成長がなされている領域でも、窒化物半導体が成長しているため、その成長を制御しやすく、また隣接する第１の表面１、第２の表面２から共に成長することから、第２の窒化物半導体１２は、従来の膜厚方向だけの成長方法と同様に、表面全体に成膜されることから、従来の成長方法と同様に制御が容易となる。さらに、第１の表面１と第２の表面２とから同時に第２の窒化物半導体１２が成長することから、平坦な表面が得られるための膜厚も、従来の横方向成長法より薄くなる。具体的には、図６（ａ）〜（ｃ）に示す方法では、マスクパターンにもよるが、少なくとも５μｍ以上の選択成長領域（横方向成長領域）４１３ａの膜厚が必要であり、マスク幅を広げて横方向への成長領域を大きくすると１０μｍ以上の膜厚が必要となるが、本発明の方法では、第１の表面１、第２の表面２の面積、形状、パターンにより異なるが、従来の方法よりも、膜厚が薄くても、良好な表面が得られる傾向にある。具体的には、後述の実施例１及び比較例１を比べて明らかなように、第１の表面、第２の表面のピッチと比較例１におけるマスクのピッチとを同じ条件とした場合に、実施例１では平坦な表面が約５μｍの膜厚で得られ、比較例１では約１０μｍの膜厚で成長させることで平坦な表面が得られることから、本発明の方法では、従来の１／３〜１／２の膜厚で、欠陥密度の低減が可能となる。また、実施例４で示すように、第２の窒化物半導体層表面を良好な鏡面として、窒化物半導体層の良好な成長が可能となる表面モフォロジーを得るために、更に３μｍの膜厚で成長させる。このように、本発明の第２の窒化物半導体層を成長させて平坦な表面が得られた後、更に成長させることで下地層の効果が得られ、表面モフォロジーを良好なものとし、鏡面の表面を得る。
【００２０】
本発明の窒化物半導体に用いるｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いることで、良好なキャリアを生成することができる。また、ｐ型不純物としては、特に限定されないが、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。
＜第１の窒化物半導体層の第１の表面、第２の表面＞
本発明の第１の窒化物半導体層には、第１の表面と第２の表面が選択的に形成される。これら第１の表面、第２の表面の形状、パターンとしては、特に限定されないが、ストライプ状、島状、格子状、また窒化物半導体の結晶方位に合わせた六角形状のパターン、ハニカム状として、形成しても良い。この時、このような第１の表面、第２の表面のパターンは、規則的なもの、周期的なものとしても良く、不規則的なもの、周期性を持たないものとしても良い。また、第１の表面、第２の表面のパターンは、これらの中から、成長を制御が容易な方法を適宜選択することができる。この中で好ましくは、ストライプ状とすることであり、なぜなら、他のパターンに比べて、比較的窒化物半導体の成長の制御が容易であり、製造工程も簡略化される傾向にあるためである。ストライプ状に、第１の表面、第２の表面を形成するには、別の表面を間に儲けて様々な周期で形成しても良いが、好ましくはそれぞれの表面を交互に設けることで、上述したように互いに成長が影響されながら成長することができ、好ましい。すなわち、どのようなパターンの第１の表面、第２の表面を形成する場合においても、第１の表面と第２の表面が隣接して設けられるようにすることで、互いに影響を及ぼし合うような、例えば図２に示すような、第２の窒化物半導体の成長が可能となるため好ましく、さらには、第１の表面、第２の表面が交互に、また周期的に繰り返されて設けられるようにすることで、このような成長形態を最大限に利用することが可能となる。
【００２１】
第１の窒化物半導体層表面に、第１の表面、第２の表面をストライプ状に形成する場合に、その周期、ピッチなどは特に限定されず、第２の窒化物半導体の組成、成長条件により適宜選択すればよい。具体的には、上述したように第１の表面上方の第２の窒化物半導体領域Ｂに低欠陥密度の領域が形成されるため、第１の表面を大きくすることで、第２の窒化物半導体層表面全体に占める低欠陥密度領域Ｂが増すため好ましい。例えば第１の表面の幅を１μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは１以上１０μｍ以下であり、第２の表面の幅を３μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１９μｍ以下であるものを形成することで、第２の窒化物半導体の良好な結晶成長が実現され、好ましい。更に、この条件下であると、第２の窒化物半導体層は、膜厚１０μｍ以下で平坦な表面を有する膜が形成され、更に上記好ましい条件でストライプ状の第１の表面、第２の表面を形成すると、５μｍ以下での成膜が可能となる。これは、図６に示す従来の成長方法に比べて、本発明の方法では、図２に示すように第１の表面、第２の表面から同時に成長されて、個々の成長は互いに影響を及ぼしあいながら成長することで、小さい膜厚での成膜が可能となると考えられる。
【００２２】
また、第１の窒化物半導体層表面に、第１の表面、第２の表面をストライプ状に形成する場合には、Ｃ面を主面とするサファイア、Ａ面を主面とするサファイア、又は（１１１）面を主面とするスピネルを異種基板の成長基板として用いることが好ましい。以下、それぞれの異種基板を用いる場合について説明すると、Ｃ面を主面とするサファイアであるとき、第１、２の表面のストライプが、そのサファイアのＡ面に対してほぼ垂直な方向にストライプ方向を有していることが好ましく、また、主面がサファイアＣ面からオフアングルしている場合にはオフ角を０．１°以上０．５°以下の範囲、好ましくは０．１°以上０．２°以下の範囲とする。また、ここで、主面がサファイアＣ面である場合には、Ａ面に垂直な方向から僅かにθだけ傾けた方向をストライプ方向としても良く、この時θとしては、０．１〜０．４°の範囲とすることが好ましい。また、第１、２の表面をストライプ状に形成する場合には、Ａ面を主面とするサファイアであるとき、第１、２の表面のストライプが、そのサファイアのＲ面に対してほぼ垂直な方向にストライプ方向を有していることが好ましく、また（１１１）面を主面とするスピネルであるとき、第１、２の表面のストライプが、そのスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）の（１１０）面に対してほぼ垂直な方向にストライプ方向を有していること、若しくは図５（ａ）に示すように、これらの垂直な方向からθだけ傾いた方向とすること、が好ましい。なぜなら、異種基板と第１、２の表面のストライプ方向が上記組み合わせであると、基板面内（異種基板の第１の主面に平行な面内）において、窒化物半導体の成長が異方性を有し、選択成長層の横方向の成長（ストライプ方向に垂直な方向）が窒化物半導体の成長容易な方向となり、好ましい横方向成長が実現される傾向にあるからである。以上は、異種基板を成長基板として、第１の窒化物半導体層を成長させることについて述べたが、同様に異種基板上に成長させた窒化物半導体を、異種基板を除去して得られた単体基板にも適用できる。この場合には、窒化物半導体基板形成時の各異種基板の方向に対応して、ストライプ方向を決定する。
【００２３】
本発明における第１の表面、第２の表面は、上述したように、第１の表面の窒化物半導体の成長速度が、第２の表面より小さくなるような表面である。以下、これら第１の表面、第２の表面について説明する。第２の表面は、通常の窒化物半導体が成長可能な表面を有していれば良く、第１の窒化物半導体の成長表面をそのまま用いることができる。第１の表面は、第２の表面よりも成長速度が小さくなるような表面処理を施す必要がある。また、第１の表面、第２の表面ともに、その表面に何らかの処理を施すことも可能であるが、第１の表面だけに表面処理を施す方が、製造工程が短縮され好ましい。
【００２４】
通常の窒化物半導体表面よりも、成長速度の小さい窒化物半導体表面を形成するには、様々な方法があるものと考えられる。例えば、窒化物半導体表面を熱分解させる方法、エッチングによる方法、不純物イオンを注入する方法、結晶性の悪い表面を形成させる方法、等様々な方法でもって、結晶表面に損傷を加えるか、変質させることで実現可能である。エッチングにより結晶表面に損傷を加えるには、ドライエッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチングなどにより、結晶に損傷が加えられた表面を形成すると良い。この時、エッチングガスは、従来知られている窒化物半導体のエッチングガスを適宜選択すると良い。不純物をイオン注入する方法では、上述のｎ型不純物、ｐ型不純物、Ｂ、Ａｌなどを注入することで、結晶表面に損傷を加えると良い。また、これら不純物を高濃度でドープした窒化物半導体層を成長させた表面も、結晶が損傷しているため利用可能である。これらの方法のいずれでも、選択的に、マスクを形成して、マスク開口部、すなわち窓部にこれらの表面処理を施すことで、第１の表面、第２の表面を選択的に形成することとなる。
【００２５】
以上の方法の中で、最も好ましくは、熱分解を利用することであり、それにより、簡略な製造工程でもって第１の表面、第２の表面を形成でき、第２の窒化物半導体の成長を再現性良く、また容易に制御でき、貫通転位を低減することが可能となる。以下、熱分解により、第１の表面を形成する方法について、図１を基に説明する。
【００２６】
図１に示すように、第１の窒化物半導体層１１表面に、選択的にマスク２０を形成し、熱処理、加熱することで、図１（ｂ）に示すように、マスク２０開口部に、表面の一部が熱分解された第１の表面を、第１の窒化物半導体層に形成する。続いて、マスク２０を除去して（図１（ｃ））、第２の窒化物半導体層を成長させる（図２（ｄ））。上述したような成長形態でもって、第２の窒化物半導体層が成長されると、図２（ｄ）に示すように、低欠陥密度の領域Ｂの表面１２ｂと、高欠陥密度の領域Ａの表面１２ａを有する第２の窒化物半導体基板が形成される。この低欠陥密度領域は、転位密度が１×１０１０／ｃｍ２以下であり、好ましくは１×１０８／ｃｍ２以下となるものである。また、高欠陥密度領域では、転位密度が１×１０１０／ｃｍ２以上となり、欠陥が多い場合には１×１０１３／ｃｍ２以上となるものである。また、図４に示すように、第１、２の窒化物半導体層の成長工程、を２回以上繰り返す、若しくは図５に示すように、１回目の第１、２の窒化物半導体層の成長工程の後、第３の窒化物半導体層の成長工程（厚膜化工程）を経て、２回目の第１、２の窒化物半導体層の成長工程を実施、更に第１、２の窒化物半導体層の成長工程、厚膜化工程を繰り返すことにより、低欠陥密度領域Ｂの転位密度をさらに低減化することも可能となり、１０６のオーダーの第２の窒化物半導体層表面を得ることが可能となる。
＜マスク材料＞
本発明で、第１の窒化物半導体層表面にマスクを形成して、選択的に、マスク開口部の表面を熱分解させて、第１の表面を形成する場合に、マスク材料は、熱処理時に、マスクで覆われた領域の第１の窒化物半導体層表面を保護できれば良い。具体的には、熱処理条件、マスク材料などにより、マスクで覆われた第１の窒化物半導体層表面に、影響が及ぼされる場合があっても、第２の表面が第１の表面の成長速度より大きくなるような表面が形成されればよいため、そのような保護機能を果たす保護膜材料を適宜選択する。すなわち、第２の表面を覆うマスクでもって、マスク開口部の第１の表面よりも、熱分解されないようなマスク材料を選択するものであり、好ましくは、マスクで覆われた第２の表面が、熱分解の殆どない面となるようなマスクとすることである。具体的なマスク材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯＸ）、窒化ケイ素（ＳｉＸＮＹ）、酸化チタン（ＴｉＯＸ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯＸ）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜、金属、合金等を用いることができる。金属、合金材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ等を挙げることができ、他の金属材料である場合には第１の表面が形成されるように、ミクロンオーダーのマスクパターン形成が可能な材料を選択する。このような材料を用いることで、熱処理時に窒化物半導体を保護し、また窒化物半導体内部へマスク材料が拡散されることがない。これらの保護膜を形成する方法としては、従来知られている蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相成膜技術を用いることができる。
【００２７】
本発明において、第１の窒化物半導体層を熱処理により、熱分解させて、第１の表面を形成する方法としては、第１の窒化物半導体が熱分解可能な温度、温度領域で、熱処理することで、熱分解でき、図１に示すように、凹凸を呈した表面が形成される。以下その方法について、一実施形態を説明する。
【００２８】
第１の窒化物半導体層を形成後、その表面に選択的にマスクを形成し、続いて、上述した窒化物半導体を成長するのに知られた成長装置の反応容器内に入れる。ここでは、ＭＯＣＶＤ装置の反応容器内に、第１の窒化物半導体を形成したウエハをセットする。続いて、反応容器内を窒化物半導体の成長温度域として、キャリアガスなどを供給しながら、一定時間保持する。このようにして、図２（ｃ）に示すように、マスク開口部を熱分解させる。この時、熱処理温度としては、上述したように、第１の窒化物半導体が選択的に熱分解されるような温度とすることであり、またヒーター・反応容器などの形状、位置にもよるが、具体的には基板温度３００℃〜１３００℃の範囲、好ましくは８００〜１２００℃の範囲とすることである。
【００２９】
また、反応容器内にガスを供給することで、マスク開口部が選択的に熱分解される効果もあることから、そのような作用に適したガスを適宜選択するほうが良い。これは、マスク開口部において、反応容器内の雰囲気ガス、フローガスが開口部で露出した第１の窒化物半導体層に直接接することによる熱分解作用が働くことにある。この時、反応容器内の雰囲気温度は特に限定されないが、具体的には７００℃以上９００℃以下の範囲に設定することで熱処理が可能で、好ましくは７５０℃以上８５０℃の範囲とすることで、マスク下の窒化物半導体層が熱分解されずに、マスク開口部だけが選択的に熱処理される熱処理形態を実現できる。また、反応容器内の雰囲気ガス、フローガスとして具体的には、ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素などのソースガス、導電型不純物のソースガスは、反応容器内に供給せずに、キャリアガスなどの雰囲気ガスを用いる方が好ましい。これは、窒化物半導体の原料となるソースガスを供給すると、上述したような第１の表面に適した熱分解が得られにくい傾向にあるためである。また、ＩＩＩ族のソースガスを用いると、ＩＩＩ族元素のＧａ，Ａｌ等は、メタルドロップとして第１の窒化物半導体層に付着する傾向にあるため、反応容器内に供給しない方が好ましい。このため、好ましくはＶ族のソースガスとキャリアガスとすることで、成長速度を低くする第１の表面が形成される。ソースガスとキャリアガスとを組み合わせる場合には、上記キャリアガスとアンモニアガスとを組み合わせて用いることで好ましい熱処理が実現される。更に好ましくは、ソースガスを供給せずに、キャリアガスだけを供給することで、成長速度をより低くさせる第１の表面が得られ、またＶ族元素のソースガスのＮＨ３を供給する場合と供給しない場合とで比較すると、供給しない方が低い温度での熱処理で熱分解が実現され好ましい。この時、キャリアガスは、特に限定されないが、Ｎ２などの不活性ガス、Ｈ２などを用いることができる。ここでは、ＭＯＣＶＤ装置を用いた熱処理方法について述べたが、反応装置に応じて、キャリアガス（雰囲気）、ソースガスなどを適宜選択することは言うまでもない。また、このように、反応容器内にガスを供給する場合には、これらのガスにも耐えうるマスク材料を選択する。また、反応容器内の気圧については、特にその違いによる熱処理の変化はみられないため、減圧下、大気圧下（常圧下）、加圧下のいずれでも良い。
【００３０】
この時、上述したガスを用いた熱処理により、第１の窒化物半導体層中の窒素原子が、主に熱分解され、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる第１の窒化物半導体層を用いた場合には、熱処理により、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａなどが、分解されずに第１の表面に付着することとなる。この場合、マスク除去時に、残留したＡｌ、Ｉｎ、Ｇａを溶解除去若しくは洗浄できるような溶液を用いて、除去すればよい。熱処理により第１の窒化物半導体層表面に、第１の表面、第２の表面を形成する場合には、ＧａＮを用いることで、第２の窒化物半導体層の成長に優れた第１の表面を形成することができる。これは、Ａｌを含む窒化物半導体、例えばＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）、を第１の窒化物半導体層に用いると、熱処理温度がＡｌを含まない場合に比べて、高くなるため、マスク材料が熱分解され易くなり、利用できるマスク材料が限定され、またマスクで覆われた第２の表面にも熱分解が発生するため、熱処理の制御が困難な傾向にある。その結果、得られる第１の表面と第２の表面との成長速度差が小さくなり、上述した第２の窒化物半導体層の成長形態が得られにくくなる。また、Ｉｎを含む窒化物半導体、例えばＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）、を第１の窒化物半導体層に用いると、Ｉｎが熱分解しやすいために、マスクで覆われた第２の表面にも熱処理の影響が及び、選択的に第１の表面を形成し、それを制御することが困難な傾向にある。
【００３１】
また、本発明の第１の表面を上述した熱処理により形成すると、図３に示すように、第１の表面１上に成長した第２の窒化物半導体層１２に、第１の窒化物半導体層１１から伝搬する貫通転位の数を低減させる効果がある。これは、詳しいことは不明であるが、熱処理による適度な凹凸の形成が原因でないかと考えられる。さらに、上述したように、熱処理時に、反応容器内にガスを供給して熱処理することで貫通転位の低減効果が選られやすく、更にキャリアがだけを用いた場合に、その低減効果が最も得られ易い傾向にある。
＜本発明の窒化物半導体基板の応用＞
また、本発明では、第２の窒化物半導体層を複数形成することも可能である。具体的には、図４に示すように、第２の窒化物半導体層１２を成長させた後、第２の窒化物半導体に第１の表面１２ａ、第２の表面１２ｂを形成して、別の窒化物半導体層１３を形成することもできる。このように、２回以上第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体を成長させることもできる。この時、１回目で形成された第２の窒化物半導体層１２には、第１の表面１上に形成された低欠陥密度領域１２ａと、第２の表面２上に形成された高欠陥密度１２ｂが形成されるため、この高欠陥密度領域１２ｂの貫通転位を減らすように、次の層１３を成長させる。このようにすることで、表面のほぼ全面が低欠陥密度の窒化物半導体層を形成することができる。図４を用いて説明すると、１回目の第２の窒化物半導体層１２を成長させた後、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、選択的に熱分解させて凹凸を設けて、２回目の第１の表面１（１２ｂ）、第２の表面２（１２ａ）を形成する。このように、１回目の成長時の第１の表面１の上に、２回目の成長の第２の表面１２ａを、１回目の第２の表面２の上に２回目の成長の第１の表面１２ｂが設けられるようにする。この時、１回目の第２の表面２を覆うように、２回目の第２の表面１２ａを形成することで、図３に示すように、１回目の第２の表面２から延びた貫通転位を２回目の成長時に、低減することが可能となるからである。続いて、２回目の第２の窒化物半導体層となる窒化物半導体層１３を成長させることで、窒化物半導体層１３の表面には、領域Ａ、領域Ｂとも欠陥が低減された窒化物半導体が得られる。これとは逆に、２回目の成長において、１回目の成長により形成された低欠陥密度領域Ｂの欠陥密度を更に低減化させるように、２回目の第１の表面、第２の表面を図とは逆のパターンとし、１回目の第１の表面上に、２回目の第１の表面を形成して、低欠陥密度領域Ｂのさらなる低欠陥化を図ることもできる。
【００３２】
また、本発明の第２の窒化物半導体は、図７に示すように、素子構造１０４〜１１２と基板１０１との間に設けて、下地層として利用することができ、また図８に示すように、素子構造の内部にも設けることができる。
【００３３】
また、図５（ａ）に示すように、第２の窒化物半導体層１２の上に、成長させた窒化物半導体層は、図中でハッチングを施して示すように、低欠陥密度領域１２ａ、高欠陥密度領域１２ａは、その上に成長させた窒化物半導体にもそのような欠陥密度の分布は、領域Ａ、Ｂとして引き継がれる傾向にある。第２の窒化物半導体層１２の上に、厚膜の第３の窒化物半導体層１５を積層して、下地層となる第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２、第３の窒化物半導体層１５の一部を除去して、窒化物半導体の単体結晶とすることもできる。これは、図５（ａ）、（ｃ）に示すように、除去領域Ｃの矢印で示すように、異種基板１０側から除去するものであり、少なくとも、異種基板と、第１の窒化物半導体層１１との間を除去すること、すなわち、少なくとも第１の窒化物半導体層１１を除去することで、窒化物半導体の単体化を実現する。これにより、第１の表面１、第２の表面２を有する第１の窒化物半導体層が除去されることで、結晶性の低い領域が除かれた単体基板となり、裏面からの電極形成が良好な基板となる。更に好ましくは、第２の窒化物半導体層を除去することで、上述した第２の窒化物半導体の成長形態は横方向の成長を伴って形成されることから、それを残した単体基板では、反りの原因となり、また図３に示すように、第２の窒化物半導体層中には多くの欠陥が設けられることから、欠陥の伝播の原因となる。更に好ましくは、図５（ｂ）の除去領域Ｃとして示すように、第３の窒化物半導体層の一部が除去されるように、単体基板を形成することであり、これにより、結晶性に優れ、反りの低減された単体基板となる。
【００３４】
単体基板を得る場合、上述したように、厚膜の第３の窒化物半導体層１５の膜厚若しくは、異種基板上に成長させた窒化物半導体の総膜厚を、少なくとも５０μｍ以上とすることで、単体基板とでき、好ましくは１００μｍ以上で、単体基板を取り出す際の取り扱いが容易となり、単体基板の取り出しの歩留まりも向上する。また、除去する前の基板の反りを考慮すると、上述したように、８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。このような厚膜の第３の窒化物半導体層１５を形成するには、成長速度の大きいＨＶＰＥが好ましく用いられるが、厚膜の第３の窒化物半導体層１５をＨＶＰＥで形成すると、生成された核から核成長したドメインが膜厚方向に成長するに伴って各ドメインが結合して成膜される３次元の成長形態となる傾向にあり、このような場合には、核成長に伴って貫通転位も伝搬するため、貫通転位が分散される傾向にある。例えば、図５（ａ）に示すように、低欠陥密度領域１２ｂ、高欠陥密度領域１２ａの上に、第３の窒化物半導体層１５成長させると、貫通転位が分散されて、第２の窒化物半導体の各領域に対応する領域Ａ、Ｂで、欠陥密度差が小さくなったり、平均化されて一様な分布を示すものとなる。このような成長形態は、ＨＶＰＥの成長速度を大きくすることで、得られる傾向にあり、具体的には、１０μｍ／ｈｒ以上の成長速度で成長させると、この貫通転位の分散が確認される傾向にある。また、第２の窒化物半導体層１２を厚膜化して、第３の窒化物半導体層としてもよいことは言うまでもない。
【００３５】
本発明ではまた、図５に示すように、第２の窒化物半導体層１２、若しくはその上に成長させた第３の窒化物半導体層１５を形成した後、成長基板とした異種基板、第１の表面を有する第１の窒化物半導体層を除去するなどして、図５（ｂ）に示すように、窒化物半導体単体基板とした後、更に、成長表面、除去面に、別の窒化物半導体層１６ａ、１６ｂを成長させることもできる。この方法を用いると、異種基板の上に第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を成長させて、さらに第３の窒化物半導体層を厚膜化すると異種基板と窒化物半導体との格子不整合による基板の反りが大きくなるため、異種基板を除去した第３の窒化物半導体単体基板１５ａとした後、単体基板に第４の窒化物半導体層１６を成長させて厚膜化することで基板の反りも軽減できる。この時、単体基板の上に、成長させる窒化物半導体層の膜厚として具体的には、１００μｍ以上４００μｍ以下とすることで反りが軽減され好ましい。また、単体基板の上に、窒化物半導体を成長させる際にＨＶＰＥを用いると、上述した貫通転位の分散化が進み、貫通転位密度の分布がなくなる傾向にある。第３の窒化物半導体の窒化物半導体の組成は、上述したＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される組成の窒化物半導体を用いることができ、好ましくはＩｎを含まないＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を用いることで結晶性の良好な厚膜を形成することができる。さらに、第３の窒化物半導体層の下地層となる第２の窒化物半導体層と、同一組成とすることで、格子不整合のない結晶成長が可能となり好ましい。また、第３の窒化物半導体層の形成にＨＶＰＥを用いて成長させる場合には、Ｉｎを含まない窒化物半導体層とすることで良好な成長が可能であり、さらにＡｌＧａＮで表される３元混晶よりも、ＡｌＮ、ＧａＮの２元混晶とすることで良好な結晶成長がなされるため、好ましい。
【００３６】
このように、本発明は、単体基板の形成にも用いることができ、異種基板上に、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成して貫通転位を低減する第１の工程、第１の工程後、厚膜の第３の窒化物半導体層を成長するなどして厚膜化する第２の工程、第２の工程後、成長に用いた異種基板、第１の窒化物半導体層、及び第２の窒化物半導体層の一部若しくは全部、さらには第３の窒化物半導体層の一部を除去して窒化物半導体の単体基板を得る第３の工程を経て、単体基板を形成することができる。更にまた、第３の工程後に、単体基板を第１の窒化物半導体層、若しくは単体基板の上に第１の窒化物半導体層を形成して、第２の窒化物半導体層を形成する２回目の第１の工程を具備して、更に第２の工程を経て、厚膜化しても良い。さらに、２回目の第１の工程、若しくは２回目の第２の工程の後、第３の工程で、窒化物半導体基板の一部を除去して、膜厚を小さく調整することもでき、この時に基板の反りを緩和させると良い。また、第１の工程、第２の工程の後、素子構造を積層する積層工程を経て、第３の工程を具備しても良い。すなわち、第２の工程で、単体基板を取り出せる厚膜の窒化物半導体を形成して、その上に素子構造を形成して、その後異種基板を除去すること（第３の工程）で、チップの取り出しに窒化物半導体の劈開でもって、ウエハを分割することができる。さらにまた、別の形態として、上述したように、第１、２、３の工程の後、２回目の第２の工程で、第４の窒化物半導体層１６を成長させて単体基板を更に厚膜化でき、こうすることで上述したように基板の反りが軽減される。２回以上第２の工程による厚膜化を実施するには、少なくとも、１回目の第２の工程後、第３の工程を経て、異種基板を取り除いて窒化物半導体を単体化する必要があり、こうすることで、厚膜化の際の基板の割れを防ぐことができる。従って、第１、２、３の工程を経た後、第１の工程と第２の工程とを様々に組み合わせて、第１の工程での貫通転位の低減、第２の工程での厚膜化及び反り軽減を、繰り返し実施することが可能であるが、２回以上の第２の工程では、基板表面に、大きな段差が形成されるなど表面モフォロジーが悪化する傾向が観られる。このため、第１、２、３の工程を経た後、得られた窒化物半導体単体基板は、１度だけの厚膜化工程（２回目の第２の工程）で留めておくことが好ましく、これにより表面モフォロジーに優れ、貫通転位及び反りの軽減された窒化物半導体単体基板が得られる。
【００３７】
また、本発明の第２の窒化物半導体層を窒化物半導体素子に用いる形態としては、図７に示すように素子構造１０３〜１１２と基板１０１との間に設けて、下地層として用いても良く、また図８に示すように、素子構造中に第２の窒化物半導体層１２を設けても良い。また、第２の窒化物半導体層１２には、第１の表面上に低欠陥密度領域と、第１の表面上に高欠陥密度領域と、が形成されることから、これを利用して素子構造を形成しても良い。具体的には、図７に示すように、第２の窒化物半導体層１２に設けられた低欠陥密度領域１２ｂの上に、レーザ素子のストライプ状の導波路領域が形成されるように、リッジを設けたり、さらにそれを応用して、図９に示すように、複数の導波路領域を低欠陥密度領域１２ｂ上に設けたレーザ素子を形成するほか、図１０に示すように、低欠陥密度領域１２ｂ上に、選択的に電流が流れる構造として、発光素子とすることができる。このような構造の窒化物半導体素子では、いずれにも共通して、第２の窒化物半導体層１２に設けられた低欠陥密度領域１２ｂ上の活性層に電流が流れる構造となっている。このような構造とすることで、図９，１０中でハッチングを施して低欠陥密度領域が素子構造内にも引き継がれるため、活性層中の低欠陥密度領域に電流が選択的に流されて、高出力の窒化物半導体素子が得られる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３９】
［実施例１］
窒化物半導体を成長させる異種基板として、厚さが４２５μｍ、２インチφ、主面がＣ面、オリエンテーションフラット面（以下、オリフラ面と記す）がＡ面のサファイア基板を用意し、ＭＯＣＶＤの反応容器内にそのウエハをセットする。次に、第１の窒化物半導体層を成長させる下地層として、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮよりなる低温成長バッファ層を約２００Å（オングストローム）の膜厚で成長させ、さらに温度を１０５０℃とし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる下地層を２．５μｍの膜厚で成長させる。この下地層を、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成する。図１に示すように、第１の窒化物半導体層１１の上に、サファイア基板のオリフラ面（Ａ面）に垂直な方向からθ＝０．３°だけ傾けたストライプ状のＳｉＯ２からなるマスク２０を、幅１４μｍ、間隔（開口部の幅）６μｍの条件で、形成する。続いて、ウエハをＭＯＣＶＤ反応容器内に移し、反応容器内の温度を７６０℃とし、Ｈ２、Ｎ２をそれぞれ５ｌ（リットル）／ｍｉｎ供給しながら２０分保持した。この熱処理により図１（ｂ）に示すように、マスク２０開口部が熱分解され、表面があれた第１の表面が形成される。続いて、バッファードフッ酸に浸漬して、ストライプを除去することで、熱処理により析出された第１の表面上のＧａも同時に洗浄除去される。この時、マスク２０を除去する方法として、熱処理後に反応容器内を急冷して、マスク２０と第１の窒化物半導体層１１との熱膨張係数差を利用して剥離し、反応容器からウエハを取り出すことなくマスク２０を除去して、次の第２の窒化物半導体１２を成長させることもできる。
【００４０】
熱処理したことで、第１の窒化物半導体層１１には、マスク領域の第２の表面２と、熱分解された第１の表面１が形成され、この上に第２の窒化物半導体層として、アンドープＧａＮを５μｍの膜厚で形成する。この第２の窒化物半導体層１２を成長させることで、図１（ｃ）に示すように、第１の表面１から成長した凹凸を呈した成長領域は収縮して、第２の表面２から成長した窒化物半導体が広がり、成長する。得られる第２の窒化物半導体層１２は、第１の表面１上に低欠陥密度領域Ｂ、第２の表面２上に高欠陥密度領域Ａ、が表面に形成される。これは、第１の表面１から成長した窒化物半導体は、図３に示すように、第１の窒化物半導体層１１に内在する貫通転位を大幅に減少させる一方で、第２の表面２からの成長領域が広がり、第１の表面１からの成長領域が狭まるようにして、第２の窒化物半導体層１２が成長することで、第１の表面１からの貫通転位が更に減少し、また、第２の表面２の第１の表面１近傍の領域の貫通転位も減少する。ここで、第２の窒化物半導体層１２を５μｍの膜厚で成長させたが、実施例４でも示すように、５μｍの膜厚で成長させることでは表面が平坦化されるにとどまるため、更に結晶性、表面モフォロジーを向上させる下地層の効果を引き出すために、さらに３μｍの膜厚で、合計８μｍで成長させた後、素子構造を形成すると良い。
【００４１】
このようにして第２の窒化物半導体層１２は、素子構造の形成に好適な窒化物半導体基板となる。図１に示すように、成長させた第２の窒化物半導体層１２には、低欠陥密度領域Ｂ（１２ｂ）と高欠陥密度領域Ａ（１２ａ）が第１の表面に第２の表面に対応してストライプ状に形成され、それぞれ、幅約６μｍ、１４μｍで、欠陥密度約１０８、１０１０／ｃｍ２である。
【００４２】
［実施例２］
実施例１において、熱処理時に、反応容器内に供給するガスを、Ｈ２のみとした他は、実施例１と同様にして、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成する。得られる第２の窒化物半導体層は、実施例１と同様に、欠陥密度がストライプ状に分布し、第１の表面上部では、大幅に貫通転位が減少した窒化物半導体となる。更に、熱処理条件を、Ｎ２とＮＨ３とした場合には、実施例１に比べて、第１の表面上に成長した第２の窒化物半導体層に多くの貫通転位が発生する傾向にあり、このため、キャリアガスだけを熱処理に用いた場合に比べて、貫通転位の低減が小さなものとなる。
【００４３】
［実施例３］
実施例１の熱処理条件において、反応容器内の温度を８００℃として、熱分解させると、マスクで保護された第２の表面でも、表面の一部で熱分解が観察され、マスク開口部の第１の表面に比べて僅かな表面の凹凸を呈するものである。続いて、実施例１と同様に第２の窒化物半導体層を成長させると、実施例１ほど、第１の表面、第２の表面との成長速度差が観られず、第１の表面からの成長領域が狭まり、第２の表面からの成長領域が広がる傾向が弱まり、第１の表面からの貫通転位が表面に到達するものがある一方で、第２の表面の一部にも熱分解が施されていることから、第２の表面上の貫通転位が減少する傾向にある。これにより、実施例１と比べて、第２の窒化物半導体層は、欠陥密度差が小さくなり、ストライプ状の欠陥密度の分布が弱まり、貫通転位が分散された表面となるものの、表面全体では、貫通転位の減少された窒化物半導体となる。しかし、一方で、第１の表面と第２の表面との間で、成長速度差が小さくなるため、第２の表面から成長した窒化物半導体の横方向成長が減少し、そのために第１の表面上の第２の窒化物半導体層表面の領域では、実施例１に比べて、貫通転位の低減効果が小さいものとなり、選択的に形成された低欠陥密度領域を素子構造に利用する場合には、実施例１よりも欠陥が多いものとなる。
【００４４】
［実施例４］
以下、実施例４として図７に示す模式断面図のレーザ素子構造について、順を追って説明する。
【００４５】
実施例１と同様にして、サファイアの基板１０１上に、低温成長バッファ層１０２、第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を形成した後、第２の窒化物半導体層の上にバッファ層１０３として、Ａｌ混晶比が０．０１のアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層１０３を形成する。この時、第２の窒化物半導体層１２は、実施例１で示したように、８μｍの膜厚で成長させ、また図に示すように、第１の表面上部の低欠陥密度領域１２ｂと、第２の表面上部の低欠陥密度領域１２ａとが形成されている。このバッファ層１０３は省略可能であるが、第２の窒化物半導体層がＧａＮである場合に、それよりも熱膨張係数の小さい窒化物半導体、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ≦１）からなるバッファ層１０３を用いることで、ピットを低減させることができるため、第２の窒化物半導体層の上にバッファ層１０３を形成することが好ましい。このバッファ層１０３は、第２の窒化物半導体層１２のように、膜厚方向の成長と横方向成長とを伴って成膜された窒化物半導体層に、ピットが発生しやすい傾向があるが、それを防ぐ効果がある。
【００４６】
更にバッファ層１０３のＡｌ混晶比ａが、０＜ａ＜０．３であると、結晶性を良好なものとしてバッファ層を形成することができる。このバッファ層をｎ側コンタクト層として形成しても良く、バッファ層１０３を形成した後、前記バッファ層の組成式で表されるｎ側コンタクト層を形成して、バッファ層１０３とその上のｎ側コンタクト層１０４にもバッファ効果を持たせる形態でも良い。すなわち、このバッファ層１０３は、第２の窒化物半導体層と素子構造との間、又は素子構造中の活性層と第２の窒化物半導体層との間に設けること、さらに好ましくは素子構造中の基板側、下部クラッド層と第２の窒化物半導体層との間に、少なくとも１層以上設けることで、ピットを低減し、素子特性を向上させることができる。また、ｎ側コンタクト層をバッファ層とする場合には、電極との良好なオーミックコンタクトが得られるように、ｎ側コンタクト層のＡｌ混晶比ａを０．１以下とすることが好ましい。この第２の窒化物半導体層の上に設けるバッファ層は、上述した異種基板上に設けるバッファ層と同様に３００℃以上９００℃以下の低温で成長させても良く、８００℃以上１２００℃以下の温度で成長させても良く、好ましくは８００℃以上１２００℃以下の温度で単結晶成長させると、上述したピット低減効果が得られる傾向にある。このバッファ層は、ｎ型、ｐ型不純物をドープしても良く、アンドープでも良いが、結晶性を良好なものとするためにはアンドープで形成することが好ましい。２層以上のバッファ層を設ける場合には、ｎ型、ｐ型不純物濃度、Ａｌ混晶比を変化させて設けることができる。
【００４７】
ＡｌＧａＮからなるバッファ層１０３の上に、以下の素子構造を形成する。
【００４８】
ｎ側コンタクト層１０４：膜厚４μｍ、Ｓｉを３×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ若しくはＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ
クラック防止層１０５：膜厚０．１５μｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ（省略してもよい）
ｎ側クラッド層１０６：総膜厚１．２μｍの超格子構造 膜厚２５ÅのアンドープＡｌ０．０５ １６Ｇａ０．９５Ｎと、膜厚２５Å、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＧａＮと、を交互に積層する。
【００４９】
ｎ側光ガイド層１０７：膜厚０．１５μｍのアンドープＧａＮ
活性層１０８：総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造 Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープした膜厚１４０ÅのＳｉドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層（Ｂ）と、膜厚５０ÅのアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる井戸層（Ｗ）とを、（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）の順に積層する。
【００５０】
ｐ側電子閉込め層１０９：膜厚１００Å、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ
ｐ側光ガイド層１１０：膜厚０．１５μｍのＭｇを１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮ
ｐ側クラッド層１１１：総膜厚０．４５μｍの超格子構造 膜厚２５ÅのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎと、膜厚２５ÅでＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮと、を交互に積層する。
【００５１】
ｐ側コンタクト層１１２：膜厚１５０Å、Ｍｇを２×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮ
素子構造を形成した後、ＭＯＣＶＤ装置からウエハを取り出し、次に、積層した半導体層を、エッチングにより微細加工し、レーザ素子としての共振器構造を形成する。図７に示すように、取り出したウエハ表面（ｐ側コンタクト層１１２表面）に所望のパターン状のＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィー技術により形成し、前記ｎ側コンタクト層１０４が露出するまでエッチングして、ｎ電極形成面を設ける。次に、以下のようにして、ｎ側コンタクト層１０３を露出させなかった領域に、図７に示すリッジストライプを形成する。先ず、ｐ側コンタクト層１１２表面に、ＳｉＯ２よりなるマスクを形成し、フォトリソグラフィー技術により幅１．８μｍのストライプ状のＳｉＯ２よりなるマスクとする。ＳｉＣｌ４ガスを用いてＲＩＥにより、ｐ側コンタクト層１１２、およびｐ側クラッド層１１１、ｐ側光ガイド層１１０の一部をエッチングして除去し、リッジストライプを形成後、さらにＰＶＤ装置にウエハを搬送してＳｉＯ２からなるマスクの上から形成したリッジストライプの露出した表面にかけて、Ｚｒ（主としてＺｒＯ２）よりなる保護膜１６２（埋込層）を０．５μｍ厚さで形成し、ウエハをフッ酸に浸漬し、ＳｉＯ２のマスクをリフトオフ法により除去する。このようにして、図７に示すようなストライプ状の導波路領域として、幅１．８μｍのリッジストライプが形成され、この時リッジストライプはｐ側光ガイド層が０．１μｍの膜厚となる深さまで形成されている。この時、埋込層は、Ｚｒの酸化物に限らず、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮの少なくとも一種、若しくはそれらを組み合わせたもの、上部クラッド層１１１と逆導電型のｎ型、半絶縁性、ｉ型の窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１））を用いることができる。また、図７に示すように、リッジストライプは、第２の窒化物半導体層１２の低欠陥密度領域１２ｂ内に設けられるように、その上方に配置にする。
【００５２】
最後に、前記エッチングにより露出したｎ側コンタクト層１０４、ｐ側コンタクト層１１２表面にそれぞれＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極１２１、Ｎｉ／Ａｕよりなるｐ電極１２０（図７に示すようにリッジストライプ表面に設けられた保護膜１６２にわたって形成される）を形成する。次に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜の反射膜１６４を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなる取り出し（パット）電極１２２，１２３をそれぞれ設けた。共振器反射面とするエッチング端面側から約６００μｍの長さで、各電極に電気的に接合する取り出し電極１２２，１２３を絶縁膜である反射膜１６４を介して形成する。この時、活性層１０８の幅は、２００μｍの幅（共振器方向に垂直な方向の幅）であり、ｎ側コンタクト層１０４露出時に設けられたエッチング端面（活性層端面を含む）にもＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜１６４が設けられ、共振器面とした場合に反射膜となる。ｎ電極とｐ電極とを形成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化物半導体のＭ面（六方晶系のＭ面、｛１ １− ０ ０｝）でバー状に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ素子を得る。この時、共振器長は、６５０μｍである。この時、バー状にする際に、エッチング端面に挟まれた導波路領域内で劈開して、得られた劈開面を共振器面としても良く、導波路領域の外で劈開してエッチング端面を共振器面としても良く、一方をエッチング端面、他方を劈開面とした１対の共振器面を形成しても良い。また、上記エッチング端面の共振面には誘電体多層膜からなる反射膜が設けられるが、劈開面の共振器面にも、劈開後に反射膜を設けても良い。この時、反射膜としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ポリイミドからなる群の少なくとも一種用いることであり、λ／４ｎ（λは波長、ｎは材料の屈折率）の膜厚で積層した多層膜としても良く、１層だけ用いても良く、反射膜と同時に共振器端面の露出を防ぐ表面保護膜としても機能させても良い。また、窒化物半導体の劈開面は、上記Ｍ面の他に、六方晶系に近似したＡ面｛１ １ ２− ０｝を用いることができる。
【００５３】
得られるレーザ素子は、室温で閾値電流密度２．５ｋＡ／ｃｍ２、閾値電圧４．５Ｖで、発振波長４０５ｎｍ、３０ｍＷの連続発振で、１０００時間を超える長寿命、高出力のレーザ素子が得られる。ここで、本実施例では、上述したように、第２の窒化物半導体層１２に形成された低欠陥密度領域１２ｂと高欠陥密度領域１２ａとに対応させて素子構造を形成することで、高出力の窒化物半導体発光素子を得ることができる。具体的には、第２の窒化物半導体層１２の低欠陥密度領域１２ｂの上方に、リッジストライプを配置して、その領域でも低欠陥密度領域が形成されているため、低欠陥密度領域１２ｂ内の活性層に電流が主に流れるようにすることで、高出力化、長寿命化が可能となる。
【００５４】
［実施例５］
実施例４と同様に、サファイアからなる基板１０１上に、低温成長バッファ層１０２、第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を形成し、図８に示すように、この第２の窒化物半導体層１２を、Ｓｉドープで形成してｎ側コンタクト層１０４とし、続いて、実施例４と同様に、クラック防止層１０５〜ｐ側コンタクト層１１２を積層して、その他も実施例４と同様にしてレーザ素子を得る。この時、ｎ側コンタクト層１０４とクラック防止層１０５との間に、実施例１と同様にバッファ層１０３を設けると、ピットが低減するため好ましい。得られるレーザ素子は、実施例４とほぼ同等な高出力、長寿命のレーザ素子となる。
【００５５】
［実施例６］
実施例５において、第２の窒化物半導体層１２を、ＳｉドープＡｌＧａＮ（Ａｌ混晶比０．０１）とする他は、実施例５と同様にしてレーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例５とほぼ同等な高出力、長寿命のレーザ素子となる。この実施例では、第１の窒化物半導体層１１と第２の窒化物半導体層１２との組成を、ＧａＮとＡｌＧａＮとして、異なるようにしたが、得られる第２の窒化物半導体層の結晶性に大きな変化は現れない。
【００５６】
［実施例７］
実施例１において、サファイアからなる基板の上に、低温成長バッファ層、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成した後、続いて、図５に示すように、第２の窒化物半導体層１２の上に、厚膜の第３の窒化物半導体層１５を形成して厚膜化工程を経た後、図４に示すように、２回目の第２の窒化物半導体層１３を成長させる。この時、２回目の第１の窒化物半導体層１４、第２の窒化物半導体層１３は、１回目と同一組成のアンドープＧａＮを用い、２回目の第２の窒化物半導体層１３の形成は、厚膜の第３の窒化物半導体層１５の上に、２回目の第１の窒化物半導体層１４を１回目と同一条件で形成し、熱処理して、第１の表面、第２の表面を形成する。その第３の窒化物半導体層１５は、ＨＶＰＥを用いて１００μｍの膜厚でアンドープＧａＮを成長させることで、第３の窒化物半導体層１５の表面は、ほぼ全面が１０９／ｃｍ２となる。さらに２回目の第２の窒化物半導体層を、１回目と同じ条件で形成することで、２回目の第２の窒化物半導体層の表面には、欠陥密度５×１０６／ｃｍ２の低欠陥密度領域と、欠陥密度１０９／ｃｍ２の高欠陥密度領域と、がそれぞれ幅６μｍ、１４μｍでストライプ状に形成される。
【００５７】
このようにして得られた２回目の第２の窒化物半導体層１３を、成長基板として、実施例１と同様に図７に示すレーザ素子を作製する。この時、図５に示すように、２回目の第２の窒化物半導体層１３の下地である、サファイアからなる異種基板、低温成長バッファ層、１回目の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２、厚膜の第３の窒化物半導体層１５の一部は、研磨などによる除去工程により除去した窒化物半導体基板の単体化を実施するが、この除去工程は、素子構造形成後、リッジストライプ形成後、電極形成後のいずれの段階でも、また素子構造形成前に単体化しても良い。ここでは、電極形成後に除去工程を実施して単体化する。
【００５８】
２回目の第２の窒化物半導体層１３の上に、実施例４と同様に、バッファ層１０３〜ｐ側コンタクト層１１２の素子構造を積層し、リッジストライプ、電極を形成する。続いて、図５（ｃ）に示すように、サファイアの異種基板１０、低温成長バッファ層（図示せず）、１回目の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２、及び厚膜の第３の窒化物半導体層１５の一部を、研磨により除去して（図中の除去領域Ｃ）、窒化物半導体の劈開により、チップを得る。この時、図７に示すレーザ素子が得られるが、実施例４と異なり、基板１０１は、除去工程により一部が除去されて膜厚８０μｍとした第３の窒化物半導体層１３からなる単体基板であり、バッファ層１０２は形成されずに、第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２は、共に２回目に形成されたものとなる。また、ウエハを分割してチップを取り出す際には、実施例４と同じ方法であっても良いが、窒化物半導体のＭ面でバー状に劈開して、共振器面の一方を劈開端面とし、基板１０１に窒化物半導体単体基板を用いているため、バー状のウエハを更に窒化物半導体のＡ面（六方晶系に近似した場合の｛１ １ ２− ０｝面）で共振器方向にほぼ垂直に劈開して、チップを取り出す。このように、窒化物半導体の単体基板を用いると、チップ切断時に、窒化物半導体の劈開面、劈開容易面を利用することができる。
【００５９】
得られるレーザ素子は、実施例４に比べて、低欠陥密度領域の欠陥密度が低減されたため、出力、素子寿命とも向上する。
【００６０】
［実施例８］
図１１に示す対向電極構造のレーザ素子を作製する。実施例７と同様にして、図４に示すように、サファイアからなる基板１０上に、低温成長バッファ層、１回目の第１の窒化物半導体層１１，第２の窒化物半導体層１２、厚膜の第３の窒化物半導体層１５、２回目の第１の窒化物半導体層１４、第２の窒化物半導体層１３を形成するが、実施例７と異なり、第３の窒化物半導体層１５（一部が単体基板２０１）、２回目の第１の窒化物半導体層１４、第２の窒化物半導体層１３に、それぞれ、ｎ型不純物をドープし、ｎ導電型とし、ここではＳｉをドープする。続いて、２回目の第２の窒化物半導体層１３の上に、実施例４と同様に、バッファ層２０３，その上に素子構造として、クラック防止層２０５、ｎ側クラッド層２０６、ｎ側光ガイド層２０７、活性層２０８、ｐ側電子閉込め層２０９、ｐ側光ガイド層２１０、ｐ側クラッド層２１１、ｐ側コンタクト層２１２を積層する。実施例１と異なり、ｎ側コンタクト層は形成せず、第３の窒化物半導体層を基板２０１とすると同時に、ｎ側コンタクト層とし、バッファ層２０３にもｎ型不純物としてＳｉをドープする。続いて、実施例７と同様に、リッジストライプ、埋込層２６２、ｐ電極２２０を形成して、図４に除去領域Ｃとして示すように、基板１０、１回目の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２、第３の窒化物半導体層１５の一部を除去して、約８０μｍの第３の窒化物半導体層１５を単体基板として、基板２０１に用いる。続いて、窒化物半導体基板２０１の裏面側、素子構造が積層された面と対向する面側、に図１１に示すように、ｎ電極２２１を形成し、その後、実施例４と同様に、窒化物半導体のＭ面で劈開して、リッジストライプ方向にほぼ垂直な劈開でバー状とし、更にその劈開面に垂直な窒化物半導体のＡ面で劈開してチップを得る。この後、実施例４と同様に、反射膜、絶縁膜などを活性層の側面（導波路に垂直でない面）、導波路に垂直な活性層端面に、形成し、更に、ｐ電極、ｎ電極に電気的に接続する取り出し電極を設けて、レーザ素子を得る。
【００６１】
このようにして得られるレーザ素子は、電極が対向配置され、また、下地層である第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２には、従来の横方向成長のようにマスク材料を含有しないので、電流の流れが阻害されず、良好な電流注入を実現する。このため、対向配置された電極構造を有するＬＤ、ＬＥＤなどにおいても、本発明の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を用いて、欠陥密度の低減が可能となる。特に、本実施例のように、転位欠陥を有する窒化物半導体単体基板を用いる場合に有効である。
【００６２】
［実施例９］
実施例７と同様にして、バッファ層１０３と同じバッファ層２０３、ｎ側層２３０としてｎ側コンタクト層１０４〜ｎ側ガイド層１０７、活性層２０８、ｐ側層２３１として電子閉込め層１０９〜ｐ側コンタクト層１１２、とを積層して素子構造を積層してレーザ素子を作製するが、ストライプ状の導波路を図９に示すように、複数設けたレーザ素子とする。図中で、ハッチングを施した領域は、第１の窒化物半導体層１１の第１の表面１上に形成された低欠陥密度領域Ｂを示すものである。ここで、図９（ａ）は、素子構造を示す模式断面図であり、図９（ｂ）は上面から、電極配置、ｐ側層、リッジストライプの配置を示す模式図である。低欠陥密度領域Ｂの幅は約６μｍで、素子構造の最上層であるｐ側コンタクト層まで、領域Ｂは形成される。そのため、ストライプ状に形成された第１の表面１のほぼ中央部にリッジストライプ２４０を形成し、各リッジストライプ２４０は、１つの第１の表面１に対して１つのリッジストライプ２４０を配置し、図に示すように各リッジストライプ２４０は、それぞれ１つの第２の表面を挟んで、配置する。複数のリッジストライプを形成して、複数の導波路領域を形成する方法は、これに限らず、例えば、１つの第１の表面上の低欠陥密度領域Ｂ内に、複数の導波路領域が形成されるように、複数のリッジストライプを配置しても良く、隣接するリッジストライプの間に、２つ以上の第２の表面２上部の高欠陥密度領域Ａ（図中でハッチングを施していない領域）を設けても良い。従って、少なくとも１つの素子中に、複数の低欠陥密度領域Ｂが設けられ、複数の導波路領域が設けられるように、低欠陥密度領域Ｂの一部、好ましくは全部に重なるようにリッジストライプが複数形成された構造とすることである。好ましくは、１つの低欠陥密度領域Ｂに１つの導波路領域が設けられるように、領域Ｂ内に１つのリッジストライプを形成することである。このようにすることで、活性層及びその上部のｐ側層２３１に電流が流れる領域（電流領域）の少なくとも一部、好ましくは全部が、低欠陥密度領域Ｂに重なって配置され、活性層の結晶欠陥の少ない場所に選択的に電流が流れて素子が駆動することから、出力の向上、素子寿命の向上が図れる。また、本実施例のように、複数の導波路を設けたアレイ構造のレーザ素子とすることで、高出力化と共に、選択的に低欠陥密度領域Ｂに導波路領域を複数配置することで、更に高出力化、長寿命化が可能となる。
【００６３】
図９に示すように、３つのリッジストライプ２４０を、第２の表面２上部を介してストライプ状に配置された低欠陥密度領域Ｂのほぼ中央部にそれぞれ配置し、ｎ電極２２１は、リッジストライプ２４０の外側、両側に、リッジストライプとほぼ平行なストライプ状の電極として配置し、ｐ電極２２０は各リッジストライプ２４０の上部に形成される。また、埋込層は、実施例７と同様に、リッジストライプ側面、リッジストライプが形成されている露出面に形成する。また、複数のｐ電極２２０、複数のｎ電極２２１は、互いに電気的に絶縁され独立して配置されても良く、電気的に接続されコモン電極としても良い。コモン電極とするには、例えば、図９（ｂ）に示すように、ｎ電極２２１が形成されるｎ側コンタクト層２０４の露出面（ハッチングの施されていない領域）を、ｐ側層２３１を含む凸部領域を囲むように形成して、ｎ電極２２２を、活性層端面（共振器端面）の外側を囲むように、図中では「コ」の字型、導波路領域にほぼ平行で活性層の両側に配置したストライプ状ののｎ電極２２２を延在して形成する。この時、ｎ電極は、活性層端面の四方を囲むように配置しても良いが、出射端面側に、ｎ側コンタクト層２０３露出面を形成すると、出射光を遮る場合があるので、それを回避できる大きさでｎ側コンタクト層２０３露出面を形成すると良い。この時、ｎ側コンタクト層２０３とオーミック接続するオーミック電極を、ストライプ状とし、導波路とほぼ平行に、活性層の外側に、電極を形成して、その上に形成した取り出し電極（パッド電極）で、各電極を電気的に接続しても良く、オーミック電極間をメタル配線して電気的に接続しても良い。ｐ電極２２０をコモン電極にするには、リッジストライプの側面、及びそれに連続したｐ側層２３１の露出面に設ける埋込層をまたがり、各リッジストライプに設けられたｐ電極２２０と電気的に接続する取り出し電極を設けることで可能である。また、ｎ電極２２２と同様に、リッジストライプの少なくとも一方の端部で、各リッジを接合する凸部をリッジストライプ形成時に設けて、そのｐ側コンタクト層表面に各リッジと共通のｐ電極を設けることも、例えば図１０（ｃ）に示すｐ側層３３１とｐ電極３１０のようにすることも、可能である。ここでは、各リッジストライプ表面のｐ側コンタクト層表面に、ストライプ状のｐ電極を形成して、それらと電気的に接続し、埋込層表面にまたがって取り出し電極を形成する。
【００６４】
このようにして得られるアレイレーザ素子は、図９に示すように、図中でハッチングを施した低欠陥密度領域Ｂ内に、選択的に各リッジストライプが設けられ、このことにより、低欠陥密度領域Ｂ内にストライプ状の導波路領域、特に低欠陥密度領域Ｂ内の活性層に選択的に電流が流れることで、大電流での駆動に適し、また高出力での発光、レーザ発振が可能となる。
【００６５】
［実施例１０］
実施例１と同様にして、サファイアからなる基板３０１上に、低温成長バッファ層３０２、第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を形成し、第２の窒化物半導体層３１２上に、図７（ａ）に示すように、以下のＬＥＤ素子構造を形成する。
ｎ側コンタクト層３０４：Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ ２．２５μｍ
ｎ側第１多層膜層３０５：アンドープＧａＮ ２００ｎｍ／Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ ３０ｎｍ／アンドープＧａＮ ５ｎｍを積層した多層膜
ｎ側第２多層膜層３０６：アンドープＧａＮ、４ｎｍの第１の層とアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ、２ｎｍの第２の層とを、１対として、交互に１０層ずつ、１０対積層して、最後に第１の層を積層した多層膜
活性層３０７：アンドープＧａＮ、膜厚２０ｎｍよりなる障壁層（Ｂ）と、アンドープＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎ、膜厚３ｎｍよりなる井戸層（Ｗ）を交互に、（Ｂ）／（Ｗ）／（Ｂ）・・・（Ｂ）の順で積層して、障壁層５層、井戸層４層からなる多重量子井戸構造の活性層
ｐ側クラッド層３０８：Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ、膜厚４ｎｍの第３の層、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ、膜厚２．５ｎｍの第４の層とを、１対として、交互に５層ずつ、５対積層して、最後に第３の層を積層した超格子構造の多層膜
ｐ側コンタクト層３０９：Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮ
以上の素子構造を積層した後、窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。続いて、ｎ側コンタクト層３０４が露出するまで一部をエッチングし、最上層にあるｐ側コンタクト層３０９のほぼ全面に膜厚２０ｎｍのＮｉとＡｕを含む透光性のｐ電極３１０、ｐ電極３１０の上に部分的にボンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極３１１を０．５μｍの膜厚で形成し、ｎ側コンタクト層４の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極１２を形成してＬＥＤ素子とする。このＬＥＤ素子は順方向電流２０ｍＡにおいて、５２０ｎｍの純緑色発光を示す。また、このＬＥＤ素子は、従来の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を用いずに、１．５μｍのアンドープＧａＮ層を下地層として形成したＬＥＤ素子に比べて、出力が２０ｍＷで飽和していたものが、その出力よりも向上する。これは、活性層面内で、第２の窒化物半導体層１２ｂ上の低欠陥密度領域Ｂが導入されたことにより、発光効率が向上したものによるものと考えられる。
【００６６】
［実施例１１］
実施例１０と同様にして、ｎ側層３３０となるｎ側コンタクト層３０４〜ｎ側第２のコンタクト層３０６、活性層３０７、ｐ側層３３１となるｐ側クラッド層３０８〜ｐ側コンタクト層３０９、とを積層して素子構造を形成した後、エッチングによりｎ側コンタクト層３０４を露出する際に、図１０（ｂ）に示すように、第１の表面１上に形成された低欠陥密度領域Ｂにｐ側層を残すようにする。具体的には、低欠陥密度領域Ｂ内のｐ側層３３１、活性層３０７に選択的に電流が流れるように、低欠陥密度領域Ｂの一部、好ましくは全部と、ｐ側層に電流が流れる電流領域とを重ねることである。この時、低欠陥密度領域Ｂ内の電流領域は、素子内に複数設けるものであり、ここでは図１０（ｂ）に示すように、３つ設ける。
【００６７】
すなわち、実施例９のレーザアレイ素子と同様に、低欠陥密度領域Ｂ内の活性層に選択的に電流が流れる構造とし、高欠陥密度領域Ａ（図１０（ｂ）中でハッチングを施していない領域）の活性層を除去した構造とする。ここでは、ｎ側コンタクト層３０４が露出する深さで、ｐ側層３３１領域内に、溝を設けてｎ電極を形成しているが、このほかにも、図９のレーザアレイ素子と同様に、活性層３０７に達しない深さで高欠陥密度領域Ａを除くように溝を設けて、選択的に複数の電流領域を低欠陥密度領域Ｂ内に配置した構造とすることもできる。また、ｎ側層３３０が露出する深さで溝を形成し、ｎ電極を設けない構造とすることもできる。ここでは、図１０（ｂ）に示すように、低欠陥密度領域Ｂに挟まれた１つ若しくは複数の高欠陥密度領域Ａ内のｐ側層、活性層、及びｎ側層の一部となる深さで除去し、各低欠陥密度領域Ｂ内で突出したｐ側層３３１との間に溝が形成され、この溝内にｎ電極を形成する。この時、ｎ側コンタクト層３０４上に設けられるｐ側層３３１を含む突出部は、図１０（ｃ）に示すように、櫛形とし、すなわち、低欠陥密度領域Ｂ内に設けられたストライプ状の各電流領域、すなわちｐ側層の各突出部が、少なくとも一方の端部で接合された凸部形状であり、逆にいうと、突出部形成時の溝が、各ストライプ状のｐ側層の突出部を離間・分離しないように形成されている。このようにｐ側層３３１の各凸部が、離間されずに接合されることで、その表面のｐ側コンタクト層３０９にｐ電極３１０のコモン電極を形成でき、ワイヤボンディングに有利な電極構造が形成される。更に、ｎ電極３１２も図１０（ｃ）に示すように、コモン電極とすることで同様な効果が得られる電極構造となる。このｎ電極３１２は、少なくとも、突出したｐ側層３３１を間に挟むように、対向配置されたｎ電極、図中では最も外側で、ストライプ状のｐ側層の凸部にほぼ平行な１対のｎ電極、を設けることで、各電流領域への電流の注入が良好なものとなり、さらにまた、その１対のｎ電極をコモン電極となるように、各電極を接合するように延在されたｎ電極を形成する。ここでは、ｐ側層３３１の突出部の三方を囲むようにｎ電極が形成されているが、このように、突出部のｐ側層の周囲を一部が欠けたｎ電極で囲む構造でも良く、周囲をほぼ完全に囲むｎ電極を形成しても良い。また、これら外側のｎ電極の他に、ｐ側層３３１の各突出部の間に、ｎ電極を形成しても良く、こうすることで各突出部に良好に電流が注入され好ましい。ここでは、図１０（ｃ）に示すように、ｐ側層３３１の突出部の外側に、その突出部のストライプ方向にほぼ平行で、対向して配置された外側のｎ電極と、ｐ側層３３１の各突出部の間に、同じくほぼ平行に配置された内側のｎ電極と、をコモン電極となるように、櫛形に形成しｐ側層３３１の突出部の櫛形とｎ電極の櫛形とを、凹凸が嵌合するように、対向して配置された電極構造とする。
【００６８】
このようにして得られる発光素子は、実施例１０に比べて、さらに高出力の発光が得られる。これは、低欠陥密度領域Ｂ内に選択的に電流領域を配置した構造とすることで、低欠陥密度領域Ｂを有効に利用でき、出力の飽和を抑えた発光素子となるからである。
【００６９】
ここで、実施例９及び１１は、図１１（実施例８）に示すように、ｐ電極、ｎ電極とを、基板２０１を挟んで対向は位置した構造とすることも可能である。この場合には、基板２０１の裏面に形成するｎ電極は、ｐ電極の形状に対応して、同様な形状で電極を形成しても良く、すなわち、ｐ電極の形状を基板２０１裏面に投影した形状のｎ電極として、正負一対の電極間を効率的に電流が流れるようにしても良く、低欠陥密度領域Ｂの形状とほぼ同じとして、低欠陥密度領域Ｂ内に一部、好ましくは全部が重なるように形成しても良く、複数設けられた電流領域の一部、好ましくはほぼ全てを覆うようにｎ電極を形成して、電流を効率的に注入することが好ましい。
【００７０】
［比較例１］
図６に示すように、異種基板４１０として、厚さが４２５μｍ、２インチφ、主面がＣ面、オリエンテーションフラット面（以下、オリフラ面と記す）がＡ面のサファイア基板を用意し、ＭＯＣＶＤの反応容器内にそのウエハをセットする。次に、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板４１０上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を約２００Å（オングストローム）の膜厚で成長させ、さらに温度を１０５０℃とし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる下地層４１２を２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００７１】
下地層１０２形成後に、その上に、さらに窒化ガリウムからなる選択成長層４１３ａを形成して、これも窒化ガリウムからなる下地層とする。選択成長層としては図６（ａ）〜（ｃ）に示す順序に沿って形成する。下地層４１３ａを形成後、ウエハを反応容器から取り出し、ＣＶＤ装置に載置して、下地層４１３ａの上に選択成長させるためマスク領域として保護膜４１８を形成する（図１２（ａ））。この時、マスク領域となる保護膜４１８は、サファイア基板のオリフラ面（Ａ面）に垂直なストライプ状のＳｉＯ２膜を、幅６μｍ、間隔（開口部の幅）１４μｍで、ウエハのほぼ全面の前記下地層４１３ａ上に形成する。続いて、ウエハをＭＯＣＶＤ反応容器内に戻し、温度１０５０℃、原料ガスＴＭＧ、アンモニアを用いて、保護膜４１８の設けられていない非マスク領域表面、すなわち前記下地層４１３ａが露出している表面に、アンドープのＧａＮを１５μｍの膜厚で成長させ（図６（ｂ），（ｃ））、平坦な表面有する窒化物半導体基板４１３ａとする（図６（ｃ））。この窒化物半導体基板の成長は、初期段階において、選択的に前記非マスク領域だけに窒化物半導体が成長するが、ある程度の膜厚で成長すると、厚さ方向への成長に加えて、マスク領域の保護膜４１８に向かう横方向（基板面内）に成長して、マスク領域の上部が横方向成長した窒化物半導体によりふさがれた結果、下地層４１３ａの上に膜厚１５μｍの窒化物半導体基板４１３ａが形成される。この時、実施例１に比較して、横方向の成長が成される選択成長層４１３ａが、接合されるために約１０μｍの膜厚を必要とし、これにより平坦化され、良好な鏡面を得るためにさらに成長させて、約１５μｍの膜厚となる。このようにして得られた選択成長層４１３ａは、マスク４１８上部での接合位置にばらつきがあり、接合不良が発生するものもある。すなわち、実施例１に比較して、厚膜の成長が必要とされ、さらにその成長も制御が困難なものである。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の製造方法による窒化物半導体の成長では、従来と異なり、第１の表面、第二の表面上の異なる成長領域が、表面に分布されて、成長させることで、各成長領域が互いに影響されながら成長することから、その成長を制御することが容易で、且つ、従来よりも薄い膜厚で、表面モフォロジーに優れた窒化物半導体表面が得られる。また、そのようにして得られた窒化物半導体層を、素子構造の成長基板、若しくは、素子構造中に用いることで、優れた特性の窒化物半導体素子が得られる。また、本発明の第２の窒化物半導体層、及びその上に積層した素子構造には、低欠陥密度領域Ｂと高欠陥密度領域Ａとが分布したものとなり、その低欠陥密度領域Ｂに、電流領域、導波路領域、活性層領域を選択的に配置することで、優れた素子特性の窒化物半導体素子が得られる。
【００７３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する模式断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する模式断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体を説明する模式断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する模式断面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する模式断面図。
【図６】従来の成長方法を説明する模式断面図。
【図７】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【図８】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【図９】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【図１０】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【符号の説明】
１・・・第１の表面、２・・・第２の表面、１０・・・異種基板、１１・・・第１の窒化物半導体層、１２・・・第２の窒化物半導体層、１３、１４・・・窒化物半導体層、１５・・・第３の窒化物半導体層層、１００・・・結晶欠陥、１０１，２０１，３０１・・・基板、１０２・・・窒化物半導体基板、１０３，２０３，３０３・・・バッファ層、１０４，３０４・・・ｎ型コンタクト層、１０５，２０５・・・クラック防止層、１０６，２０６・・・ｎ型クラッド層、１０７，２０７・・・ｎ型光ガイド層、１０８，２０８，３０８・・・活性層、１０９，２０９・・・ｐ型電子閉込め層、１１０，２１０・・・ｐ型光ガイド層、１１１，２１１・・・ｐ型クラッド層、１１２，２１２・・・ｐ型コンタクト層、１２０，２２０，３１０・・・ｐ電極、１２１，２２２，３１２・・・ｎ電極、１２２，３１１・・・ｐパッド電極、１２３・・・ｎパッド電極、１６２，２６２・・・第２の保護膜（埋込層）、１６４・・・絶縁膜、２３０，３３０・・・ｎ側層、２３１，３３１・・・ｐ側層
【産業上の利用分野】
本発明は、窒化物半導体の成長方法及びそれを用いた窒化物半導体素子に係り、特に窒化物半導体基板及びそれを用いた素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体を用いたレーザ素子は、主に青色〜紫色の短い波長のレーザ光を発振するものであり、光ディスク装置などその特性を活かして様々な用途が検討されている。このレーザ素子の連続発振は、近年実現され、実用化されているが、その応用において素子の特性が十分満足のいくものではなく、さらなる素子特性の向上が求められている。また、窒化物半導体素子を用いたＬＥＤでは、紫外域〜赤色の発光色が得られ、その他にも受光素子、トランジスタなどの様々な素子にも用いることができる。
【０００３】
このような窒化物半導体素子は、主に窒化物半導体と異なる材料の異種基板において、低温成長バッファ層を形成しその上に、その温度よりも高温で成長させた窒化物半導体などの下地層を介して素子構造が形成される。しかし、上記素子の中でも大電流、高出力での駆動が必要なＬＤ、高出力タイプのＬＥＤなどでは、結晶欠陥、特に貫通転位などの転位密度が素子特性を決定する大きな要因となっている。これは、転位密度が大きくなると、上記大電流、高出力駆動下で、素子特性が悪化し、実用に足る素子が得られ難いことにある。このため、このような窒化物半導体素子には、ＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）などの横方向の成長を用いて成膜される窒化物半導体層を下地層とし、その下地層の上に素子構造を形成することで、転位密度の良好な基板を用いることとなり、上記問題を解決できる。また、異種基板上に、ＥＬＯＧなどの横方向成長を用いた窒化物半導体基板を形成後、異種基板を除去して、窒化物半導体の単体基板とすることもできる。このような下地層、窒化物半導体基板は、上述した他の素子にも適用できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＥＬＯＧなどの横方向成長を伴って成膜された窒化物半導体として知られた方法に、窒化物半導体の上に選択的にＳｉＯ２などのマスクを表面に形成し、マスク開口部から窒化物半導体を成長させ、マスク上部でマスクを覆うように横方向成長させて、成膜させる方法がある。しかし、この方法では、マスク材料が、窒化物半導体内部に残されることになり、素子構造によっては、マスクにより電流の流れが阻害されるものとなるため、素子構造が制限される場合がある。また、図６に示すように、横方向の成長で、隣接する各々の横方向成長の窒化物半導体同士と接合することで成膜されるが、このような方法では、接合する前までは、異なるマスク開口部から成長した各々の窒化物半導体は、分離して成長される状態にあることから、各窒化物半導体の成長速度の違いにより、図に示す接合部の位置が変化し、各々の窒化物半導体が個々に成長することからこれを制御することは困難である。このことで、図に示す接合の不良を招いたり、場所により接合されない部分が存在したり、接合位置にばらつきを発生させ、窒化物半導体基板として、取り扱いの困難なものとなる。このように分離して成長させる段階を経る窒化物半導体の成長方法では、マスク材料を用いない方法でも存在し、例えばエッチングなどにより島状若しくは、凹凸を形成した窒化物半導体から成長させる方法でも、接合するまでは、個々の窒化物半導体は、互いに干渉せずに横方向成長することから、横方向成長速度の僅かな差でも、接合位置のばらつき、接合不良を生み出す原因となる。
【０００５】
従って、結晶性に優れた窒化物半導体の成長方法において、制御性に優れ、得られる窒化物半導体の結晶性にばらつきの少ない方法が、量産などにおいて、必要となる。
【０００６】
さらに、図６に示すように、横方向に成長させる場合でも、膜厚方向への成長も発現し、このことから、マスク領域、若しくは隣り合う窒化物半導体の成長表面の距離、すなわち横方向成長させる距離が長くなれば、必然的に厚膜になる傾向にある。窒化物半導体の膜厚が大きくなるとコストが増大し、また、異種基板上に成長させた場合には基板が反る問題も、膜厚が大きくなるに従って、反りも大きくなるため、反りの大きな窒化物半導体は、素子構造の形成などにおいて、取り扱いを困難なものとする。このため、窒化物半導体の膜厚は、できるだけ薄く形成することが好ましいものとなる。一方で、横方向成長領域を大きくすると、横方向成長により形成された領域では、貫通転位が窒化物半導体の成長と共に進行して、膜厚方向に転位が進行しないことから、横方向成長領域では、貫通転位の少ない領域となり、ＬＤ、ＬＥＤなどではこの低転位欠陥密度領域を利得領域、電流注入領域、若しくは発光再結合領域として、利用することから、広い低転位欠陥密度領域であれば素子の特性に有利なものとなる。従って、従来の窒化物半導体の成長方法では、貫通転位などの欠陥密度が低い領域を形成しようとすると、横方向成長させる距離もしくは面積を大きくする必要があり、横方向成長領域を大きくすると、必然的に窒化物半導体の膜厚が大きくなり、窒化物半導体素子に用いるのに不利なものとなる。また、横方向成長距離が長くなると、上述した各々の窒化物半導体の成長速度の差に起因する接合不良の発生率も増大し、ついには良好な接合が困難となる。すなわち、この問題も、横方向成長時に、各窒化物半導体が分離されて、個々に成長することに起因する問題であるとも考えられる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであり、特に転位密度を低減し、且つその制御に優れた窒化物半導体の成長方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の（１）〜（６）の構成により、課題を解決するものである。
（１）第１の窒化物半導体表面に、熱処理により、選択的に熱分解された第１の表面と、該第１の表面よりも窒化物半導体の成長速度の大きい第２の表面とを形成する工程と、該第１の窒化物半導体の第１の表面及び第２の表面に第２の窒化物半導体を成長させる工程と、を具備してなることを特徴とする窒化物半導体の成長方法。この方法により、第２の窒化物半導体層は、第１の表面、第２の表面から異なる成長速度で成長され、このことにより各表面上で異なる成長形態が実現され、結果として、第１の表面上の第２の窒化物半導体層には、貫通転位が低減された低欠陥密度領域が形成される。さらに、第１の表面、第２の表面から、窒化物半導体が成長するため、従来のように独立して成長させることがなく、互いに影響されながら窒化物半導体が成長することで、膜厚を小さくして貫通転位の低減、鏡面の表面が得られ、さらにその成長を容易に制御可能である。この時、第１の表面、第２の表面は、第１の窒化物半導体層にそれぞれ複数設けられ、好ましくは交互に設けられることで、互いに影響した成長が可能である。また、第１の表面、第２の表面の形状は、特に限定されないが、好ましくはストライプ状として、交互に形成されることで、良好な第２の窒化物半導体層の成長が可能となる。また、このように熱処理により、第１の表面、第２の表面を形成することで、容易に成長速度に差が設けられる表面が形成され、また上述した第２の窒化物半導体層に伝搬する貫通転位を低減する凹凸を呈した表面が容易に形成することができる。
（２）前記第１の表面が、第２の表面よりも大きな凹凸を有していることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体の成長方法。このことにより、上述したような成長速度の差が発生し、転位欠陥密度の低減に寄与するものとなる。また、表面に凹凸を呈していることで、凹凸を有する第１の表面では、成長初期において２次元成長、３次元成長が混在した複雑な成長形態が起こると考えられ、これにより第１の窒化物半導体層から第２の窒化物
半導体層に伝搬する貫通転位の数を低減することができる。
（３）前記第１の表面及び第２の表面を形成する工程が、前記第１の窒化物半導体表面に選択的にマスクを形成して、ＭＯＣＶＤ装置内において、少なくともキャリアガスの供給下で熱処理することで、マスクが形成されていない非マスク領域の第１の窒化物半導体を熱分解により一部を除去して第１の表面を形成し、該マスクを除去して第２の表面を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導体の成長方法。
（４）前記熱処理が、窒化物半導体のＶ族元素のソースガスを供給することを具備してなる請求項３記載の窒化物半導体の成長方法。
（５）前記第２の窒化物半導体を下地層とし、該下地層の上に、窒化物半導体を有する素子構造が設けられた窒化物半導体素子。第２の窒化物半導体層を成長基板として用いることで、結晶性に優れた素子構造が形成され、さらにその低欠陥密度領域Ｂ内に、活性層に電流が流れる電流領域を選択的に設けることで、高出力、長寿命の窒化物半導体素子が得られる。
（６）前記第２の窒化物半導体が、窒化物半導体を有する素子構造内に設けられていることを特徴とする窒化物半導体素子。本発明の第２の窒化物半導体層は、従来の横方向成長法と異なり、薄膜で良好な鏡面有する層が形成できるため、この第２の窒化物半導体層を素子構造内に設けることも可能となり、素子構造設計の自由度が大きくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる窒化物半導体は、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に窒化物半導体を形成したものを用いても良く、また、ＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体の単体基板、若しくは後述する単体化された窒化物半導体基板を用いても良い。具体的には、第１の窒化物半導体層としては、異種基板の上に形成した窒化物半導体、他の窒化物半導体若しくは窒化物半導体基板の上に形成した窒化物半導体、を用いることができる。また、本発明における窒化物半導体の組成は、特に限定されるものではないが、具体的には、ＩＩＩ−Ｖ族窒化ガリウム系化合物半導体として知られている材料を用いることができ、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）、さらにはＢ、Ｐ等を加えたＩｎＡｌＧａＢＮ、ＩｎＡｌＧａＮＰなどにも適用できる。好ましくは、Ｉｎを含まない、すなわちＩｎ混晶比が０の窒化物半導体を用いることで、分解温度が低く、分解しやすく、結晶成長温度が低く制限されるＩｎを含まないことで、良好な結晶性で成長させることができる。また、構成元素がすくない方が、良好な結晶性が得られる傾向にあり、１μｍを超えるような膜厚での成長においては、３元混晶、２元混晶の窒化物半導体を用いることが良好な結晶性の窒化物半導体が得られ、なおかつ、結晶成長の制御にも有利である。このため、比較的厚膜で形成される第２の窒化物半導体には、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮが好ましく用いられ、特に、ＡｌＧａＮは、Ａｌの混晶比ｙを、例えばｙ≦０．３と低く抑えることで結晶性の良好な窒化物半導体を形成でき、ＧａＮであるとその中でも特に優れた結晶性の窒化物半導体となるため好ましい。また、このような基板となる窒化物半導体には、ｐ型不純物、ｎ型不純物がドープされていても良く、アンドープで形成すると結晶性に優れたものとなる。
【００１０】
また、第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体の組成は、特に限定されず、同じ組成の窒化物半導体を用いても良く、異なる組成であってもよい。好ましくは、格子不整合が小さくなるように、両者の組成を決定することであり、このため、組成をなるべく近いものを選択するか、更に好ましくは、両者を同一の組成とすることで、格子不整合の問題が解決される。また、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層には、ｎ型不純物、ｐ型不純物がドープされていても良く、アンドープで成長させても良い。結晶性を良くするには、不純物濃度を１×１０１８／ｃｍ３以下として低濃度でドープすることで、キャリアを保持して結晶性も維持された窒化物半導体となり、更に好ましくは５×１０１６／ｃｍ３未満となるドープ量とすることで、結晶性に更に優れ、アンドープとすることで、結晶性に最も優れた窒化物半導体を成長させることが可能となる。
【００１１】
また、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層の膜厚は、本発明において、特に限定されず、第２の窒化物半導体層は、平坦な表面が形成される膜厚で形成する。第１の窒化物半導体層の膜厚は、第１の表面、第２の表面が形成される膜厚であればよい。
【００１２】
本発明の窒化物半導体の成長に用いる異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルした基板を用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長する傾向にあるため好ましい。この時、オフ角としては、０．１°〜０．５°、好ましくは０．１°〜０．２°とすることで、良好な窒化物半導体の結晶成長が可能となる。例えば、サファイアＣ面の基板で、上記範囲内にオフアングルした基板を用いることができる。また、以上に加えて、本発明では、窒化物半導体の単体基板を用いることもできる。単体基板を得るには、上述した異種基板の上に、厚膜の窒化物半導体（第３の窒化物半導体層）を成長させ、異種基板を除去する方法がある。この場合、窒化物半導体の膜厚として、具体的には５０μｍ以上で形成し、異種基板を除去することができ、好ましくは１００μｍ以上とすることで、異種基板の除去を効率的にできる。また、前記異種基板上に、低温成長バッファ層を介して、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成した後、第３の窒化物半導体層を成長させる場合には、基板との格子不整合、熱膨張係数差により基板に反りが発生するが、この素子を低く抑えるには、８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。この単体基板を第１の窒化物半導体層としても良く、単体基板上に成長させた窒化物半導体層を第１の窒化物半導体層としても良い。
【００１３】
本発明の第１の窒化物半導体は、上述したように、異種基板上に形成しても良く、窒化物半導体基板の上に形成しても良い。異種基板の上に、第１の窒化物半導体を形成する場合には、異種基板と第１の窒化物半導体との間に、下地層を設けると良い。この時、異種基板と第１の窒化物半導体との間に設けられる下地層としては、好ましくはＡｌＧａＮ、ＧａＮを用いることで、良好な結晶性の第１の窒化物半導体を形成することができる。更に好ましくは、Ａｌ混晶比が０．３以下のＡｌＧａＮ若しくはＧａＮを用いることで良好な結晶性でもって、第１の窒化物半導体を形成できる。下地層（基板）として具体的には、アンドープ（不純物をドープしない状態、ｕｎｄｏｐｅ）、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳ等のｎ型不純物をドープしたＡｌＧａＮ、ＧａＮを用いることができ、好ましくはアンドープのものを用いることで、その他の組成の窒化物半導体を用いた場合に比べて、良好な結晶性を有し、成長基板として優れた表面モフォロジーを形成できる。窒化物半導体基板と、第１の窒化物半導体との間に下地層を設ける場合にもこれと同様な下地層を用いることができる。
【００１４】
さらに、この下地層、第１の窒化物半導体層を形成する場合において、それよりも低温で成長させたバッファ層を、異種基板若しくは窒化物半導体基板と、下地層との間に設けることで、好ましい窒化物半導体の成長、すなわち良好な下地層の形成を実現できる。このバッファ層とは、上述した下地層、第１の窒化物半導体層の成長温度よりも低温で成長させた低温成長バッファ層であり、具体的にはＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）が用いられ、３００℃以上９００℃以下の温度で、膜厚０．５μｍ以下１０Å（オングストローム）以上で形成される。この時、好ましい組成としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）とすることで、良好なバッファ層として機能し、更にはＡｌ混晶比ｘを０．５以下としたＡｌＧａＮ、ＧａＮが好ましいバッファ層として用いることができる。このバッファ層には、不純物がドープされていても、アンドープであってもどちらでも良い。特にこのようなバッファ層を異種基板上に接して形成することで、優れたバッファの機能を利用することができ、その上に上記下地層若しくは、第１の窒化物半導体層を形成することで良好な結晶性で、異種基板上に窒化物半導体を成長させることが可能となる。すなわち、異種基板上に、第１の窒化物半導体層を形成する場合には、第１の窒化物半導体層と異種基板との間に少なくとも上記低温成長バッファ層を設けることで、第１の窒化物半導体層の結晶性を良好なものとでき、これに加えて、第１の窒化物半導体層と低温成長バッファ層との間に下地層を設けることで、更に結晶性を良好なものとできる。この時、下地層、第１の窒化物半導体層の成長温度は、低温成長バッファ層よりも高温で、具体的には８００℃以上１２００℃以下の温度範囲で成長させる。
【００１５】
本発明の窒化物半導体の成長方法において、窒化物半導体を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚が５０μｍ以下ではＭＯＣＶＤ法を用いると成長速度の制御が容易である。また膜厚が５０μｍ以下ではＨＶＰＥでは成長速度が速くてコントロールが難しい傾向にあるが、５０μｍ以上の膜厚では、成長速度の大きなＨＶＰＥを用いることが好ましい。
【００１６】
本発明の第１の窒化物半導体層の表面には、第１の表面と第２の表面を形成する。第１の表面は、第２の表面よりも第２の窒化物半導体の成長速度が小さい表面を有している。具体的には、図２（ａ）に矢印の長さで、成長速度の大きさを示すように、第１の窒化物半導体表面に、成長速度の小さい領域を第１の表面とし、第１の表面よりも成長速度の大きい領域を第２の表面とを有する。ここで、図２（ａ）中の矢印は、矢印が長いほど、窒化物半導体の成長速度が大きいことを示すものであり、図２（ｂ）〜（ｄ）は、第２の窒化物半導体層が成長する様子を模式的に示す断面図である。本発明の製造方法では、このように、第１の窒化物半導体層１１表面に、第１の表面１と、第１の表面１より窒化物半導体の成長速度の大きい第２の表面２を設けて（図２（ａ））、第１の窒化物半導体層表面に第２の窒化物半導体層を成長させる（図２（ｂ）〜（ｄ））ものである。このように、本発明では、成長速度の異なる第１の窒化物半導体層１１表面に、第２の窒化物半導体層１２を成長させることで、第２の表面からの窒化物半導体は、膜厚方向への成長と、図２に示すように、それとは異なる方向への成長、横方向への成長（図２（ｂ）中の矢印方向）が実現されていると考えられる。このため、第１の表面１から成長した窒化物半導体は、その成長が妨げられ、第１の表面１から窒化物半導体の膜厚方向への成長と伴に延びてきた貫通転位は、それが膜厚方向へ伝播するのを妨げると考えられ、結果として第１の表面１上部の第２の窒化物半導体層１２表面には、転位欠陥密度の低い領域Ｂが形成されると思われる。以下、そのことについて詳しく述べる。
＜第２の窒化物半導体の成長形態＞
本発明の第２の窒化物半導体１２は、図６に示す従来の横方向成長させる方法に比べて、横方向に成長させる領域にも、膜厚方向に成長する窒化物半導体が存在することにある。従来の代表的な横方向成長方法は、図６の模式断面図にしめすように、下地層４１２の窒化物半導体層表面にマスク４１８を設けて（図６（ａ））、マスク４１８開口部から窒化物半導体４１３ａを成長させ（図６（ｂ））、マスク４１８上部で横方向の成長をさせ、そして、それぞれのマスク開口部から成長した窒化物半導体４１３ａがマスク４１８上部で接合して（図６（ｃ））、成膜される。また、別の方法では、図６（ｘ）〜（ｚ）に示すように、窒化物半導体の下地層４１２に凹凸を設けるか、若しくは島状に異種基板４１０上に点在させて、凸部若しくは島部の窒化物半導体４１２から選択的に成長させることで、図６（ｙ）の矢印に示すように横方向への成長をさせて、それらが、接合することで成膜されるものとなる。いずれの方法でも、面内で、選択的に窒化物半導体を成長させる領域と、成長させない領域とを設けて、窒化物半導体を成長させる領域から窒化物半導体が、個々に成長させることとなる。また、横方向に成長した領域では貫通転位が低減できるため、横方向成長領域を大きくすること、図６において、マスク４１８の幅を大きくすること、隣り合う凸部若しくは島部の間隔を大きくすることが好ましいが、横方向への成長を長くすると接合不良を招いたり、異常成長、接合位置のばらつき、膜厚方向への成長もあることから窒化物半導体膜が厚くなる。
【００１７】
本発明の第２の窒化物半導体１２は、図２に示すように、異なる成長速度で成長する表面を有する第１の窒化物半導体層１１上に成長させることで、従来の問題が解決される。これは、選択的に設けられた第１の表面１と第２の表面２とから窒化物半導体を成長させると、図２（ｂ）に示すように、成長途中では、第１の窒化物半導体表面には、膜厚の異なる第２の窒化物半導体層１２が形成される。この状態から更に成長が進むと、図２（ｂ）の点線と矢印で示すように、第２の表面２から成長した窒化物半導体は、凸部を形成し、膜厚方向への成長と共に、横方向への成長も始まると考えられる。そのため、図２（ｃ）に示すように、第２の表面２から成長した窒化物半導体が、第１の表面１を覆うような成長が加わるため、次の段階では、第２の窒化物半導体１２は、点線部から実線部に成長し、第１の表面１からの成長は、第２の表面２からの成長によりじゃまされる形態となると考えられる。このようになることで、第１の表面１からの成長は、その面積が収縮する傾向となり、一方で、第２の表面２からの成長は、その面積が拡大する傾向となる。すなわち、第２の表面２からの窒化物半導体の成長が、第１の表面からの窒化物半導体の成長に優先される形態をとると考えられる。
【００１８】
最後に、更に第２の窒化物半導体１２の成長が進むことで、第１の表面１からの成長はそのほとんどが遮断され、第２の表面２から成長した窒化物半導体が、第２の窒化物半導体１２の成長の殆どを担う形態をとると考えられる。このような成長形態で形成された第２の窒化物半導体１２は、第２の表面２の上部の領域Ａでは、第２の表面２からの膜厚方向への成長で形成されるものとなり、一方で、第１の表面１の上部の領域Ｂでは、第１の表面１からの膜厚方向への成長と、その上を覆うような第２の表面２からの横方向成長により形成されるものと考えられる。結果として、第２の窒化物半導体１２の表面では、領域Ａでは、その成長形態の殆どが、膜厚方向への成長となり貫通転位密度の大きい領域（高欠陥密度領域）となり、領域Ｂでは横方向成長が成長途中に含まれると思われるため、転位密度の小さい領域（低欠陥密度領域）となる。このため、本発明では、第２の窒化物半導体層の成長により、第１の表面上の貫通転位を低減させ、選択的に第２の表面上に貫通転位を分布させることができる。
【００１９】
図３は、図２の一部を拡大して示すもので、第２の窒化物半導体１２の成長形態を点線で示し、貫通転位１４が伝搬する様子を示すものである。これからわかるように、本発明では、第１の窒化物半導体１１の表面から第２の窒化物半導体１２を成長させることで、貫通転位を低減させることができる。すなわち、成長が進むに従って、第１の表面１から延びる貫通転位は、成長途中で止まり、一方でその情報には、第２の表面２から成長した横方向への成長により、第１の表面１を覆うように、横方向に貫通転位が延びている。本発明は、従来の方法とは異なり、横方向成長がなされている領域でも、窒化物半導体が成長しているため、その成長を制御しやすく、また隣接する第１の表面１、第２の表面２から共に成長することから、第２の窒化物半導体１２は、従来の膜厚方向だけの成長方法と同様に、表面全体に成膜されることから、従来の成長方法と同様に制御が容易となる。さらに、第１の表面１と第２の表面２とから同時に第２の窒化物半導体１２が成長することから、平坦な表面が得られるための膜厚も、従来の横方向成長法より薄くなる。具体的には、図６（ａ）〜（ｃ）に示す方法では、マスクパターンにもよるが、少なくとも５μｍ以上の選択成長領域（横方向成長領域）４１３ａの膜厚が必要であり、マスク幅を広げて横方向への成長領域を大きくすると１０μｍ以上の膜厚が必要となるが、本発明の方法では、第１の表面１、第２の表面２の面積、形状、パターンにより異なるが、従来の方法よりも、膜厚が薄くても、良好な表面が得られる傾向にある。具体的には、後述の実施例１及び比較例１を比べて明らかなように、第１の表面、第２の表面のピッチと比較例１におけるマスクのピッチとを同じ条件とした場合に、実施例１では平坦な表面が約５μｍの膜厚で得られ、比較例１では約１０μｍの膜厚で成長させることで平坦な表面が得られることから、本発明の方法では、従来の１／３〜１／２の膜厚で、欠陥密度の低減が可能となる。また、実施例４で示すように、第２の窒化物半導体層表面を良好な鏡面として、窒化物半導体層の良好な成長が可能となる表面モフォロジーを得るために、更に３μｍの膜厚で成長させる。このように、本発明の第２の窒化物半導体層を成長させて平坦な表面が得られた後、更に成長させることで下地層の効果が得られ、表面モフォロジーを良好なものとし、鏡面の表面を得る。
【００２０】
本発明の窒化物半導体に用いるｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いることで、良好なキャリアを生成することができる。また、ｐ型不純物としては、特に限定されないが、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。
＜第１の窒化物半導体層の第１の表面、第２の表面＞
本発明の第１の窒化物半導体層には、第１の表面と第２の表面が選択的に形成される。これら第１の表面、第２の表面の形状、パターンとしては、特に限定されないが、ストライプ状、島状、格子状、また窒化物半導体の結晶方位に合わせた六角形状のパターン、ハニカム状として、形成しても良い。この時、このような第１の表面、第２の表面のパターンは、規則的なもの、周期的なものとしても良く、不規則的なもの、周期性を持たないものとしても良い。また、第１の表面、第２の表面のパターンは、これらの中から、成長を制御が容易な方法を適宜選択することができる。この中で好ましくは、ストライプ状とすることであり、なぜなら、他のパターンに比べて、比較的窒化物半導体の成長の制御が容易であり、製造工程も簡略化される傾向にあるためである。ストライプ状に、第１の表面、第２の表面を形成するには、別の表面を間に儲けて様々な周期で形成しても良いが、好ましくはそれぞれの表面を交互に設けることで、上述したように互いに成長が影響されながら成長することができ、好ましい。すなわち、どのようなパターンの第１の表面、第２の表面を形成する場合においても、第１の表面と第２の表面が隣接して設けられるようにすることで、互いに影響を及ぼし合うような、例えば図２に示すような、第２の窒化物半導体の成長が可能となるため好ましく、さらには、第１の表面、第２の表面が交互に、また周期的に繰り返されて設けられるようにすることで、このような成長形態を最大限に利用することが可能となる。
【００２１】
第１の窒化物半導体層表面に、第１の表面、第２の表面をストライプ状に形成する場合に、その周期、ピッチなどは特に限定されず、第２の窒化物半導体の組成、成長条件により適宜選択すればよい。具体的には、上述したように第１の表面上方の第２の窒化物半導体領域Ｂに低欠陥密度の領域が形成されるため、第１の表面を大きくすることで、第２の窒化物半導体層表面全体に占める低欠陥密度領域Ｂが増すため好ましい。例えば第１の表面の幅を１μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは１以上１０μｍ以下であり、第２の表面の幅を３μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１９μｍ以下であるものを形成することで、第２の窒化物半導体の良好な結晶成長が実現され、好ましい。更に、この条件下であると、第２の窒化物半導体層は、膜厚１０μｍ以下で平坦な表面を有する膜が形成され、更に上記好ましい条件でストライプ状の第１の表面、第２の表面を形成すると、５μｍ以下での成膜が可能となる。これは、図６に示す従来の成長方法に比べて、本発明の方法では、図２に示すように第１の表面、第２の表面から同時に成長されて、個々の成長は互いに影響を及ぼしあいながら成長することで、小さい膜厚での成膜が可能となると考えられる。
【００２２】
また、第１の窒化物半導体層表面に、第１の表面、第２の表面をストライプ状に形成する場合には、Ｃ面を主面とするサファイア、Ａ面を主面とするサファイア、又は（１１１）面を主面とするスピネルを異種基板の成長基板として用いることが好ましい。以下、それぞれの異種基板を用いる場合について説明すると、Ｃ面を主面とするサファイアであるとき、第１、２の表面のストライプが、そのサファイアのＡ面に対してほぼ垂直な方向にストライプ方向を有していることが好ましく、また、主面がサファイアＣ面からオフアングルしている場合にはオフ角を０．１°以上０．５°以下の範囲、好ましくは０．１°以上０．２°以下の範囲とする。また、ここで、主面がサファイアＣ面である場合には、Ａ面に垂直な方向から僅かにθだけ傾けた方向をストライプ方向としても良く、この時θとしては、０．１〜０．４°の範囲とすることが好ましい。また、第１、２の表面をストライプ状に形成する場合には、Ａ面を主面とするサファイアであるとき、第１、２の表面のストライプが、そのサファイアのＲ面に対してほぼ垂直な方向にストライプ方向を有していることが好ましく、また（１１１）面を主面とするスピネルであるとき、第１、２の表面のストライプが、そのスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）の（１１０）面に対してほぼ垂直な方向にストライプ方向を有していること、若しくは図５（ａ）に示すように、これらの垂直な方向からθだけ傾いた方向とすること、が好ましい。なぜなら、異種基板と第１、２の表面のストライプ方向が上記組み合わせであると、基板面内（異種基板の第１の主面に平行な面内）において、窒化物半導体の成長が異方性を有し、選択成長層の横方向の成長（ストライプ方向に垂直な方向）が窒化物半導体の成長容易な方向となり、好ましい横方向成長が実現される傾向にあるからである。以上は、異種基板を成長基板として、第１の窒化物半導体層を成長させることについて述べたが、同様に異種基板上に成長させた窒化物半導体を、異種基板を除去して得られた単体基板にも適用できる。この場合には、窒化物半導体基板形成時の各異種基板の方向に対応して、ストライプ方向を決定する。
【００２３】
本発明における第１の表面、第２の表面は、上述したように、第１の表面の窒化物半導体の成長速度が、第２の表面より小さくなるような表面である。以下、これら第１の表面、第２の表面について説明する。第２の表面は、通常の窒化物半導体が成長可能な表面を有していれば良く、第１の窒化物半導体の成長表面をそのまま用いることができる。第１の表面は、第２の表面よりも成長速度が小さくなるような表面処理を施す必要がある。また、第１の表面、第２の表面ともに、その表面に何らかの処理を施すことも可能であるが、第１の表面だけに表面処理を施す方が、製造工程が短縮され好ましい。
【００２４】
通常の窒化物半導体表面よりも、成長速度の小さい窒化物半導体表面を形成するには、様々な方法があるものと考えられる。例えば、窒化物半導体表面を熱分解させる方法、エッチングによる方法、不純物イオンを注入する方法、結晶性の悪い表面を形成させる方法、等様々な方法でもって、結晶表面に損傷を加えるか、変質させることで実現可能である。エッチングにより結晶表面に損傷を加えるには、ドライエッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチングなどにより、結晶に損傷が加えられた表面を形成すると良い。この時、エッチングガスは、従来知られている窒化物半導体のエッチングガスを適宜選択すると良い。不純物をイオン注入する方法では、上述のｎ型不純物、ｐ型不純物、Ｂ、Ａｌなどを注入することで、結晶表面に損傷を加えると良い。また、これら不純物を高濃度でドープした窒化物半導体層を成長させた表面も、結晶が損傷しているため利用可能である。これらの方法のいずれでも、選択的に、マスクを形成して、マスク開口部、すなわち窓部にこれらの表面処理を施すことで、第１の表面、第２の表面を選択的に形成することとなる。
【００２５】
以上の方法の中で、最も好ましくは、熱分解を利用することであり、それにより、簡略な製造工程でもって第１の表面、第２の表面を形成でき、第２の窒化物半導体の成長を再現性良く、また容易に制御でき、貫通転位を低減することが可能となる。以下、熱分解により、第１の表面を形成する方法について、図１を基に説明する。
【００２６】
図１に示すように、第１の窒化物半導体層１１表面に、選択的にマスク２０を形成し、熱処理、加熱することで、図１（ｂ）に示すように、マスク２０開口部に、表面の一部が熱分解された第１の表面を、第１の窒化物半導体層に形成する。続いて、マスク２０を除去して（図１（ｃ））、第２の窒化物半導体層を成長させる（図２（ｄ））。上述したような成長形態でもって、第２の窒化物半導体層が成長されると、図２（ｄ）に示すように、低欠陥密度の領域Ｂの表面１２ｂと、高欠陥密度の領域Ａの表面１２ａを有する第２の窒化物半導体基板が形成される。この低欠陥密度領域は、転位密度が１×１０１０／ｃｍ２以下であり、好ましくは１×１０８／ｃｍ２以下となるものである。また、高欠陥密度領域では、転位密度が１×１０１０／ｃｍ２以上となり、欠陥が多い場合には１×１０１３／ｃｍ２以上となるものである。また、図４に示すように、第１、２の窒化物半導体層の成長工程、を２回以上繰り返す、若しくは図５に示すように、１回目の第１、２の窒化物半導体層の成長工程の後、第３の窒化物半導体層の成長工程（厚膜化工程）を経て、２回目の第１、２の窒化物半導体層の成長工程を実施、更に第１、２の窒化物半導体層の成長工程、厚膜化工程を繰り返すことにより、低欠陥密度領域Ｂの転位密度をさらに低減化することも可能となり、１０６のオーダーの第２の窒化物半導体層表面を得ることが可能となる。
＜マスク材料＞
本発明で、第１の窒化物半導体層表面にマスクを形成して、選択的に、マスク開口部の表面を熱分解させて、第１の表面を形成する場合に、マスク材料は、熱処理時に、マスクで覆われた領域の第１の窒化物半導体層表面を保護できれば良い。具体的には、熱処理条件、マスク材料などにより、マスクで覆われた第１の窒化物半導体層表面に、影響が及ぼされる場合があっても、第２の表面が第１の表面の成長速度より大きくなるような表面が形成されればよいため、そのような保護機能を果たす保護膜材料を適宜選択する。すなわち、第２の表面を覆うマスクでもって、マスク開口部の第１の表面よりも、熱分解されないようなマスク材料を選択するものであり、好ましくは、マスクで覆われた第２の表面が、熱分解の殆どない面となるようなマスクとすることである。具体的なマスク材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯＸ）、窒化ケイ素（ＳｉＸＮＹ）、酸化チタン（ＴｉＯＸ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯＸ）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜、金属、合金等を用いることができる。金属、合金材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ等を挙げることができ、他の金属材料である場合には第１の表面が形成されるように、ミクロンオーダーのマスクパターン形成が可能な材料を選択する。このような材料を用いることで、熱処理時に窒化物半導体を保護し、また窒化物半導体内部へマスク材料が拡散されることがない。これらの保護膜を形成する方法としては、従来知られている蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相成膜技術を用いることができる。
【００２７】
本発明において、第１の窒化物半導体層を熱処理により、熱分解させて、第１の表面を形成する方法としては、第１の窒化物半導体が熱分解可能な温度、温度領域で、熱処理することで、熱分解でき、図１に示すように、凹凸を呈した表面が形成される。以下その方法について、一実施形態を説明する。
【００２８】
第１の窒化物半導体層を形成後、その表面に選択的にマスクを形成し、続いて、上述した窒化物半導体を成長するのに知られた成長装置の反応容器内に入れる。ここでは、ＭＯＣＶＤ装置の反応容器内に、第１の窒化物半導体を形成したウエハをセットする。続いて、反応容器内を窒化物半導体の成長温度域として、キャリアガスなどを供給しながら、一定時間保持する。このようにして、図２（ｃ）に示すように、マスク開口部を熱分解させる。この時、熱処理温度としては、上述したように、第１の窒化物半導体が選択的に熱分解されるような温度とすることであり、またヒーター・反応容器などの形状、位置にもよるが、具体的には基板温度３００℃〜１３００℃の範囲、好ましくは８００〜１２００℃の範囲とすることである。
【００２９】
また、反応容器内にガスを供給することで、マスク開口部が選択的に熱分解される効果もあることから、そのような作用に適したガスを適宜選択するほうが良い。これは、マスク開口部において、反応容器内の雰囲気ガス、フローガスが開口部で露出した第１の窒化物半導体層に直接接することによる熱分解作用が働くことにある。この時、反応容器内の雰囲気温度は特に限定されないが、具体的には７００℃以上９００℃以下の範囲に設定することで熱処理が可能で、好ましくは７５０℃以上８５０℃の範囲とすることで、マスク下の窒化物半導体層が熱分解されずに、マスク開口部だけが選択的に熱処理される熱処理形態を実現できる。また、反応容器内の雰囲気ガス、フローガスとして具体的には、ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素などのソースガス、導電型不純物のソースガスは、反応容器内に供給せずに、キャリアガスなどの雰囲気ガスを用いる方が好ましい。これは、窒化物半導体の原料となるソースガスを供給すると、上述したような第１の表面に適した熱分解が得られにくい傾向にあるためである。また、ＩＩＩ族のソースガスを用いると、ＩＩＩ族元素のＧａ，Ａｌ等は、メタルドロップとして第１の窒化物半導体層に付着する傾向にあるため、反応容器内に供給しない方が好ましい。このため、好ましくはＶ族のソースガスとキャリアガスとすることで、成長速度を低くする第１の表面が形成される。ソースガスとキャリアガスとを組み合わせる場合には、上記キャリアガスとアンモニアガスとを組み合わせて用いることで好ましい熱処理が実現される。更に好ましくは、ソースガスを供給せずに、キャリアガスだけを供給することで、成長速度をより低くさせる第１の表面が得られ、またＶ族元素のソースガスのＮＨ３を供給する場合と供給しない場合とで比較すると、供給しない方が低い温度での熱処理で熱分解が実現され好ましい。この時、キャリアガスは、特に限定されないが、Ｎ２などの不活性ガス、Ｈ２などを用いることができる。ここでは、ＭＯＣＶＤ装置を用いた熱処理方法について述べたが、反応装置に応じて、キャリアガス（雰囲気）、ソースガスなどを適宜選択することは言うまでもない。また、このように、反応容器内にガスを供給する場合には、これらのガスにも耐えうるマスク材料を選択する。また、反応容器内の気圧については、特にその違いによる熱処理の変化はみられないため、減圧下、大気圧下（常圧下）、加圧下のいずれでも良い。
【００３０】
この時、上述したガスを用いた熱処理により、第１の窒化物半導体層中の窒素原子が、主に熱分解され、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる第１の窒化物半導体層を用いた場合には、熱処理により、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａなどが、分解されずに第１の表面に付着することとなる。この場合、マスク除去時に、残留したＡｌ、Ｉｎ、Ｇａを溶解除去若しくは洗浄できるような溶液を用いて、除去すればよい。熱処理により第１の窒化物半導体層表面に、第１の表面、第２の表面を形成する場合には、ＧａＮを用いることで、第２の窒化物半導体層の成長に優れた第１の表面を形成することができる。これは、Ａｌを含む窒化物半導体、例えばＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）、を第１の窒化物半導体層に用いると、熱処理温度がＡｌを含まない場合に比べて、高くなるため、マスク材料が熱分解され易くなり、利用できるマスク材料が限定され、またマスクで覆われた第２の表面にも熱分解が発生するため、熱処理の制御が困難な傾向にある。その結果、得られる第１の表面と第２の表面との成長速度差が小さくなり、上述した第２の窒化物半導体層の成長形態が得られにくくなる。また、Ｉｎを含む窒化物半導体、例えばＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）、を第１の窒化物半導体層に用いると、Ｉｎが熱分解しやすいために、マスクで覆われた第２の表面にも熱処理の影響が及び、選択的に第１の表面を形成し、それを制御することが困難な傾向にある。
【００３１】
また、本発明の第１の表面を上述した熱処理により形成すると、図３に示すように、第１の表面１上に成長した第２の窒化物半導体層１２に、第１の窒化物半導体層１１から伝搬する貫通転位の数を低減させる効果がある。これは、詳しいことは不明であるが、熱処理による適度な凹凸の形成が原因でないかと考えられる。さらに、上述したように、熱処理時に、反応容器内にガスを供給して熱処理することで貫通転位の低減効果が選られやすく、更にキャリアがだけを用いた場合に、その低減効果が最も得られ易い傾向にある。
＜本発明の窒化物半導体基板の応用＞
また、本発明では、第２の窒化物半導体層を複数形成することも可能である。具体的には、図４に示すように、第２の窒化物半導体層１２を成長させた後、第２の窒化物半導体に第１の表面１２ａ、第２の表面１２ｂを形成して、別の窒化物半導体層１３を形成することもできる。このように、２回以上第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体を成長させることもできる。この時、１回目で形成された第２の窒化物半導体層１２には、第１の表面１上に形成された低欠陥密度領域１２ａと、第２の表面２上に形成された高欠陥密度１２ｂが形成されるため、この高欠陥密度領域１２ｂの貫通転位を減らすように、次の層１３を成長させる。このようにすることで、表面のほぼ全面が低欠陥密度の窒化物半導体層を形成することができる。図４を用いて説明すると、１回目の第２の窒化物半導体層１２を成長させた後、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、選択的に熱分解させて凹凸を設けて、２回目の第１の表面１（１２ｂ）、第２の表面２（１２ａ）を形成する。このように、１回目の成長時の第１の表面１の上に、２回目の成長の第２の表面１２ａを、１回目の第２の表面２の上に２回目の成長の第１の表面１２ｂが設けられるようにする。この時、１回目の第２の表面２を覆うように、２回目の第２の表面１２ａを形成することで、図３に示すように、１回目の第２の表面２から延びた貫通転位を２回目の成長時に、低減することが可能となるからである。続いて、２回目の第２の窒化物半導体層となる窒化物半導体層１３を成長させることで、窒化物半導体層１３の表面には、領域Ａ、領域Ｂとも欠陥が低減された窒化物半導体が得られる。これとは逆に、２回目の成長において、１回目の成長により形成された低欠陥密度領域Ｂの欠陥密度を更に低減化させるように、２回目の第１の表面、第２の表面を図とは逆のパターンとし、１回目の第１の表面上に、２回目の第１の表面を形成して、低欠陥密度領域Ｂのさらなる低欠陥化を図ることもできる。
【００３２】
また、本発明の第２の窒化物半導体は、図７に示すように、素子構造１０４〜１１２と基板１０１との間に設けて、下地層として利用することができ、また図８に示すように、素子構造の内部にも設けることができる。
【００３３】
また、図５（ａ）に示すように、第２の窒化物半導体層１２の上に、成長させた窒化物半導体層は、図中でハッチングを施して示すように、低欠陥密度領域１２ａ、高欠陥密度領域１２ａは、その上に成長させた窒化物半導体にもそのような欠陥密度の分布は、領域Ａ、Ｂとして引き継がれる傾向にある。第２の窒化物半導体層１２の上に、厚膜の第３の窒化物半導体層１５を積層して、下地層となる第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２、第３の窒化物半導体層１５の一部を除去して、窒化物半導体の単体結晶とすることもできる。これは、図５（ａ）、（ｃ）に示すように、除去領域Ｃの矢印で示すように、異種基板１０側から除去するものであり、少なくとも、異種基板と、第１の窒化物半導体層１１との間を除去すること、すなわち、少なくとも第１の窒化物半導体層１１を除去することで、窒化物半導体の単体化を実現する。これにより、第１の表面１、第２の表面２を有する第１の窒化物半導体層が除去されることで、結晶性の低い領域が除かれた単体基板となり、裏面からの電極形成が良好な基板となる。更に好ましくは、第２の窒化物半導体層を除去することで、上述した第２の窒化物半導体の成長形態は横方向の成長を伴って形成されることから、それを残した単体基板では、反りの原因となり、また図３に示すように、第２の窒化物半導体層中には多くの欠陥が設けられることから、欠陥の伝播の原因となる。更に好ましくは、図５（ｂ）の除去領域Ｃとして示すように、第３の窒化物半導体層の一部が除去されるように、単体基板を形成することであり、これにより、結晶性に優れ、反りの低減された単体基板となる。
【００３４】
単体基板を得る場合、上述したように、厚膜の第３の窒化物半導体層１５の膜厚若しくは、異種基板上に成長させた窒化物半導体の総膜厚を、少なくとも５０μｍ以上とすることで、単体基板とでき、好ましくは１００μｍ以上で、単体基板を取り出す際の取り扱いが容易となり、単体基板の取り出しの歩留まりも向上する。また、除去する前の基板の反りを考慮すると、上述したように、８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。このような厚膜の第３の窒化物半導体層１５を形成するには、成長速度の大きいＨＶＰＥが好ましく用いられるが、厚膜の第３の窒化物半導体層１５をＨＶＰＥで形成すると、生成された核から核成長したドメインが膜厚方向に成長するに伴って各ドメインが結合して成膜される３次元の成長形態となる傾向にあり、このような場合には、核成長に伴って貫通転位も伝搬するため、貫通転位が分散される傾向にある。例えば、図５（ａ）に示すように、低欠陥密度領域１２ｂ、高欠陥密度領域１２ａの上に、第３の窒化物半導体層１５成長させると、貫通転位が分散されて、第２の窒化物半導体の各領域に対応する領域Ａ、Ｂで、欠陥密度差が小さくなったり、平均化されて一様な分布を示すものとなる。このような成長形態は、ＨＶＰＥの成長速度を大きくすることで、得られる傾向にあり、具体的には、１０μｍ／ｈｒ以上の成長速度で成長させると、この貫通転位の分散が確認される傾向にある。また、第２の窒化物半導体層１２を厚膜化して、第３の窒化物半導体層としてもよいことは言うまでもない。
【００３５】
本発明ではまた、図５に示すように、第２の窒化物半導体層１２、若しくはその上に成長させた第３の窒化物半導体層１５を形成した後、成長基板とした異種基板、第１の表面を有する第１の窒化物半導体層を除去するなどして、図５（ｂ）に示すように、窒化物半導体単体基板とした後、更に、成長表面、除去面に、別の窒化物半導体層１６ａ、１６ｂを成長させることもできる。この方法を用いると、異種基板の上に第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を成長させて、さらに第３の窒化物半導体層を厚膜化すると異種基板と窒化物半導体との格子不整合による基板の反りが大きくなるため、異種基板を除去した第３の窒化物半導体単体基板１５ａとした後、単体基板に第４の窒化物半導体層１６を成長させて厚膜化することで基板の反りも軽減できる。この時、単体基板の上に、成長させる窒化物半導体層の膜厚として具体的には、１００μｍ以上４００μｍ以下とすることで反りが軽減され好ましい。また、単体基板の上に、窒化物半導体を成長させる際にＨＶＰＥを用いると、上述した貫通転位の分散化が進み、貫通転位密度の分布がなくなる傾向にある。第３の窒化物半導体の窒化物半導体の組成は、上述したＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される組成の窒化物半導体を用いることができ、好ましくはＩｎを含まないＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を用いることで結晶性の良好な厚膜を形成することができる。さらに、第３の窒化物半導体層の下地層となる第２の窒化物半導体層と、同一組成とすることで、格子不整合のない結晶成長が可能となり好ましい。また、第３の窒化物半導体層の形成にＨＶＰＥを用いて成長させる場合には、Ｉｎを含まない窒化物半導体層とすることで良好な成長が可能であり、さらにＡｌＧａＮで表される３元混晶よりも、ＡｌＮ、ＧａＮの２元混晶とすることで良好な結晶成長がなされるため、好ましい。
【００３６】
このように、本発明は、単体基板の形成にも用いることができ、異種基板上に、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成して貫通転位を低減する第１の工程、第１の工程後、厚膜の第３の窒化物半導体層を成長するなどして厚膜化する第２の工程、第２の工程後、成長に用いた異種基板、第１の窒化物半導体層、及び第２の窒化物半導体層の一部若しくは全部、さらには第３の窒化物半導体層の一部を除去して窒化物半導体の単体基板を得る第３の工程を経て、単体基板を形成することができる。更にまた、第３の工程後に、単体基板を第１の窒化物半導体層、若しくは単体基板の上に第１の窒化物半導体層を形成して、第２の窒化物半導体層を形成する２回目の第１の工程を具備して、更に第２の工程を経て、厚膜化しても良い。さらに、２回目の第１の工程、若しくは２回目の第２の工程の後、第３の工程で、窒化物半導体基板の一部を除去して、膜厚を小さく調整することもでき、この時に基板の反りを緩和させると良い。また、第１の工程、第２の工程の後、素子構造を積層する積層工程を経て、第３の工程を具備しても良い。すなわち、第２の工程で、単体基板を取り出せる厚膜の窒化物半導体を形成して、その上に素子構造を形成して、その後異種基板を除去すること（第３の工程）で、チップの取り出しに窒化物半導体の劈開でもって、ウエハを分割することができる。さらにまた、別の形態として、上述したように、第１、２、３の工程の後、２回目の第２の工程で、第４の窒化物半導体層１６を成長させて単体基板を更に厚膜化でき、こうすることで上述したように基板の反りが軽減される。２回以上第２の工程による厚膜化を実施するには、少なくとも、１回目の第２の工程後、第３の工程を経て、異種基板を取り除いて窒化物半導体を単体化する必要があり、こうすることで、厚膜化の際の基板の割れを防ぐことができる。従って、第１、２、３の工程を経た後、第１の工程と第２の工程とを様々に組み合わせて、第１の工程での貫通転位の低減、第２の工程での厚膜化及び反り軽減を、繰り返し実施することが可能であるが、２回以上の第２の工程では、基板表面に、大きな段差が形成されるなど表面モフォロジーが悪化する傾向が観られる。このため、第１、２、３の工程を経た後、得られた窒化物半導体単体基板は、１度だけの厚膜化工程（２回目の第２の工程）で留めておくことが好ましく、これにより表面モフォロジーに優れ、貫通転位及び反りの軽減された窒化物半導体単体基板が得られる。
【００３７】
また、本発明の第２の窒化物半導体層を窒化物半導体素子に用いる形態としては、図７に示すように素子構造１０３〜１１２と基板１０１との間に設けて、下地層として用いても良く、また図８に示すように、素子構造中に第２の窒化物半導体層１２を設けても良い。また、第２の窒化物半導体層１２には、第１の表面上に低欠陥密度領域と、第１の表面上に高欠陥密度領域と、が形成されることから、これを利用して素子構造を形成しても良い。具体的には、図７に示すように、第２の窒化物半導体層１２に設けられた低欠陥密度領域１２ｂの上に、レーザ素子のストライプ状の導波路領域が形成されるように、リッジを設けたり、さらにそれを応用して、図９に示すように、複数の導波路領域を低欠陥密度領域１２ｂ上に設けたレーザ素子を形成するほか、図１０に示すように、低欠陥密度領域１２ｂ上に、選択的に電流が流れる構造として、発光素子とすることができる。このような構造の窒化物半導体素子では、いずれにも共通して、第２の窒化物半導体層１２に設けられた低欠陥密度領域１２ｂ上の活性層に電流が流れる構造となっている。このような構造とすることで、図９，１０中でハッチングを施して低欠陥密度領域が素子構造内にも引き継がれるため、活性層中の低欠陥密度領域に電流が選択的に流されて、高出力の窒化物半導体素子が得られる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３９】
［実施例１］
窒化物半導体を成長させる異種基板として、厚さが４２５μｍ、２インチφ、主面がＣ面、オリエンテーションフラット面（以下、オリフラ面と記す）がＡ面のサファイア基板を用意し、ＭＯＣＶＤの反応容器内にそのウエハをセットする。次に、第１の窒化物半導体層を成長させる下地層として、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮよりなる低温成長バッファ層を約２００Å（オングストローム）の膜厚で成長させ、さらに温度を１０５０℃とし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる下地層を２．５μｍの膜厚で成長させる。この下地層を、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成する。図１に示すように、第１の窒化物半導体層１１の上に、サファイア基板のオリフラ面（Ａ面）に垂直な方向からθ＝０．３°だけ傾けたストライプ状のＳｉＯ２からなるマスク２０を、幅１４μｍ、間隔（開口部の幅）６μｍの条件で、形成する。続いて、ウエハをＭＯＣＶＤ反応容器内に移し、反応容器内の温度を７６０℃とし、Ｈ２、Ｎ２をそれぞれ５ｌ（リットル）／ｍｉｎ供給しながら２０分保持した。この熱処理により図１（ｂ）に示すように、マスク２０開口部が熱分解され、表面があれた第１の表面が形成される。続いて、バッファードフッ酸に浸漬して、ストライプを除去することで、熱処理により析出された第１の表面上のＧａも同時に洗浄除去される。この時、マスク２０を除去する方法として、熱処理後に反応容器内を急冷して、マスク２０と第１の窒化物半導体層１１との熱膨張係数差を利用して剥離し、反応容器からウエハを取り出すことなくマスク２０を除去して、次の第２の窒化物半導体１２を成長させることもできる。
【００４０】
熱処理したことで、第１の窒化物半導体層１１には、マスク領域の第２の表面２と、熱分解された第１の表面１が形成され、この上に第２の窒化物半導体層として、アンドープＧａＮを５μｍの膜厚で形成する。この第２の窒化物半導体層１２を成長させることで、図１（ｃ）に示すように、第１の表面１から成長した凹凸を呈した成長領域は収縮して、第２の表面２から成長した窒化物半導体が広がり、成長する。得られる第２の窒化物半導体層１２は、第１の表面１上に低欠陥密度領域Ｂ、第２の表面２上に高欠陥密度領域Ａ、が表面に形成される。これは、第１の表面１から成長した窒化物半導体は、図３に示すように、第１の窒化物半導体層１１に内在する貫通転位を大幅に減少させる一方で、第２の表面２からの成長領域が広がり、第１の表面１からの成長領域が狭まるようにして、第２の窒化物半導体層１２が成長することで、第１の表面１からの貫通転位が更に減少し、また、第２の表面２の第１の表面１近傍の領域の貫通転位も減少する。ここで、第２の窒化物半導体層１２を５μｍの膜厚で成長させたが、実施例４でも示すように、５μｍの膜厚で成長させることでは表面が平坦化されるにとどまるため、更に結晶性、表面モフォロジーを向上させる下地層の効果を引き出すために、さらに３μｍの膜厚で、合計８μｍで成長させた後、素子構造を形成すると良い。
【００４１】
このようにして第２の窒化物半導体層１２は、素子構造の形成に好適な窒化物半導体基板となる。図１に示すように、成長させた第２の窒化物半導体層１２には、低欠陥密度領域Ｂ（１２ｂ）と高欠陥密度領域Ａ（１２ａ）が第１の表面に第２の表面に対応してストライプ状に形成され、それぞれ、幅約６μｍ、１４μｍで、欠陥密度約１０８、１０１０／ｃｍ２である。
【００４２】
［実施例２］
実施例１において、熱処理時に、反応容器内に供給するガスを、Ｈ２のみとした他は、実施例１と同様にして、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成する。得られる第２の窒化物半導体層は、実施例１と同様に、欠陥密度がストライプ状に分布し、第１の表面上部では、大幅に貫通転位が減少した窒化物半導体となる。更に、熱処理条件を、Ｎ２とＮＨ３とした場合には、実施例１に比べて、第１の表面上に成長した第２の窒化物半導体層に多くの貫通転位が発生する傾向にあり、このため、キャリアガスだけを熱処理に用いた場合に比べて、貫通転位の低減が小さなものとなる。
【００４３】
［実施例３］
実施例１の熱処理条件において、反応容器内の温度を８００℃として、熱分解させると、マスクで保護された第２の表面でも、表面の一部で熱分解が観察され、マスク開口部の第１の表面に比べて僅かな表面の凹凸を呈するものである。続いて、実施例１と同様に第２の窒化物半導体層を成長させると、実施例１ほど、第１の表面、第２の表面との成長速度差が観られず、第１の表面からの成長領域が狭まり、第２の表面からの成長領域が広がる傾向が弱まり、第１の表面からの貫通転位が表面に到達するものがある一方で、第２の表面の一部にも熱分解が施されていることから、第２の表面上の貫通転位が減少する傾向にある。これにより、実施例１と比べて、第２の窒化物半導体層は、欠陥密度差が小さくなり、ストライプ状の欠陥密度の分布が弱まり、貫通転位が分散された表面となるものの、表面全体では、貫通転位の減少された窒化物半導体となる。しかし、一方で、第１の表面と第２の表面との間で、成長速度差が小さくなるため、第２の表面から成長した窒化物半導体の横方向成長が減少し、そのために第１の表面上の第２の窒化物半導体層表面の領域では、実施例１に比べて、貫通転位の低減効果が小さいものとなり、選択的に形成された低欠陥密度領域を素子構造に利用する場合には、実施例１よりも欠陥が多いものとなる。
【００４４】
［実施例４］
以下、実施例４として図７に示す模式断面図のレーザ素子構造について、順を追って説明する。
【００４５】
実施例１と同様にして、サファイアの基板１０１上に、低温成長バッファ層１０２、第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を形成した後、第２の窒化物半導体層の上にバッファ層１０３として、Ａｌ混晶比が０．０１のアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層１０３を形成する。この時、第２の窒化物半導体層１２は、実施例１で示したように、８μｍの膜厚で成長させ、また図に示すように、第１の表面上部の低欠陥密度領域１２ｂと、第２の表面上部の低欠陥密度領域１２ａとが形成されている。このバッファ層１０３は省略可能であるが、第２の窒化物半導体層がＧａＮである場合に、それよりも熱膨張係数の小さい窒化物半導体、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ≦１）からなるバッファ層１０３を用いることで、ピットを低減させることができるため、第２の窒化物半導体層の上にバッファ層１０３を形成することが好ましい。このバッファ層１０３は、第２の窒化物半導体層１２のように、膜厚方向の成長と横方向成長とを伴って成膜された窒化物半導体層に、ピットが発生しやすい傾向があるが、それを防ぐ効果がある。
【００４６】
更にバッファ層１０３のＡｌ混晶比ａが、０＜ａ＜０．３であると、結晶性を良好なものとしてバッファ層を形成することができる。このバッファ層をｎ側コンタクト層として形成しても良く、バッファ層１０３を形成した後、前記バッファ層の組成式で表されるｎ側コンタクト層を形成して、バッファ層１０３とその上のｎ側コンタクト層１０４にもバッファ効果を持たせる形態でも良い。すなわち、このバッファ層１０３は、第２の窒化物半導体層と素子構造との間、又は素子構造中の活性層と第２の窒化物半導体層との間に設けること、さらに好ましくは素子構造中の基板側、下部クラッド層と第２の窒化物半導体層との間に、少なくとも１層以上設けることで、ピットを低減し、素子特性を向上させることができる。また、ｎ側コンタクト層をバッファ層とする場合には、電極との良好なオーミックコンタクトが得られるように、ｎ側コンタクト層のＡｌ混晶比ａを０．１以下とすることが好ましい。この第２の窒化物半導体層の上に設けるバッファ層は、上述した異種基板上に設けるバッファ層と同様に３００℃以上９００℃以下の低温で成長させても良く、８００℃以上１２００℃以下の温度で成長させても良く、好ましくは８００℃以上１２００℃以下の温度で単結晶成長させると、上述したピット低減効果が得られる傾向にある。このバッファ層は、ｎ型、ｐ型不純物をドープしても良く、アンドープでも良いが、結晶性を良好なものとするためにはアンドープで形成することが好ましい。２層以上のバッファ層を設ける場合には、ｎ型、ｐ型不純物濃度、Ａｌ混晶比を変化させて設けることができる。
【００４７】
ＡｌＧａＮからなるバッファ層１０３の上に、以下の素子構造を形成する。
【００４８】
ｎ側コンタクト層１０４：膜厚４μｍ、Ｓｉを３×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ若しくはＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ
クラック防止層１０５：膜厚０．１５μｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ（省略してもよい）
ｎ側クラッド層１０６：総膜厚１．２μｍの超格子構造 膜厚２５ÅのアンドープＡｌ０．０５ １６Ｇａ０．９５Ｎと、膜厚２５Å、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＧａＮと、を交互に積層する。
【００４９】
ｎ側光ガイド層１０７：膜厚０．１５μｍのアンドープＧａＮ
活性層１０８：総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造 Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープした膜厚１４０ÅのＳｉドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層（Ｂ）と、膜厚５０ÅのアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる井戸層（Ｗ）とを、（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）の順に積層する。
【００５０】
ｐ側電子閉込め層１０９：膜厚１００Å、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ
ｐ側光ガイド層１１０：膜厚０．１５μｍのＭｇを１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮ
ｐ側クラッド層１１１：総膜厚０．４５μｍの超格子構造 膜厚２５ÅのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎと、膜厚２５ÅでＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮと、を交互に積層する。
【００５１】
ｐ側コンタクト層１１２：膜厚１５０Å、Ｍｇを２×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮ
素子構造を形成した後、ＭＯＣＶＤ装置からウエハを取り出し、次に、積層した半導体層を、エッチングにより微細加工し、レーザ素子としての共振器構造を形成する。図７に示すように、取り出したウエハ表面（ｐ側コンタクト層１１２表面）に所望のパターン状のＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィー技術により形成し、前記ｎ側コンタクト層１０４が露出するまでエッチングして、ｎ電極形成面を設ける。次に、以下のようにして、ｎ側コンタクト層１０３を露出させなかった領域に、図７に示すリッジストライプを形成する。先ず、ｐ側コンタクト層１１２表面に、ＳｉＯ２よりなるマスクを形成し、フォトリソグラフィー技術により幅１．８μｍのストライプ状のＳｉＯ２よりなるマスクとする。ＳｉＣｌ４ガスを用いてＲＩＥにより、ｐ側コンタクト層１１２、およびｐ側クラッド層１１１、ｐ側光ガイド層１１０の一部をエッチングして除去し、リッジストライプを形成後、さらにＰＶＤ装置にウエハを搬送してＳｉＯ２からなるマスクの上から形成したリッジストライプの露出した表面にかけて、Ｚｒ（主としてＺｒＯ２）よりなる保護膜１６２（埋込層）を０．５μｍ厚さで形成し、ウエハをフッ酸に浸漬し、ＳｉＯ２のマスクをリフトオフ法により除去する。このようにして、図７に示すようなストライプ状の導波路領域として、幅１．８μｍのリッジストライプが形成され、この時リッジストライプはｐ側光ガイド層が０．１μｍの膜厚となる深さまで形成されている。この時、埋込層は、Ｚｒの酸化物に限らず、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮの少なくとも一種、若しくはそれらを組み合わせたもの、上部クラッド層１１１と逆導電型のｎ型、半絶縁性、ｉ型の窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１））を用いることができる。また、図７に示すように、リッジストライプは、第２の窒化物半導体層１２の低欠陥密度領域１２ｂ内に設けられるように、その上方に配置にする。
【００５２】
最後に、前記エッチングにより露出したｎ側コンタクト層１０４、ｐ側コンタクト層１１２表面にそれぞれＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極１２１、Ｎｉ／Ａｕよりなるｐ電極１２０（図７に示すようにリッジストライプ表面に設けられた保護膜１６２にわたって形成される）を形成する。次に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜の反射膜１６４を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなる取り出し（パット）電極１２２，１２３をそれぞれ設けた。共振器反射面とするエッチング端面側から約６００μｍの長さで、各電極に電気的に接合する取り出し電極１２２，１２３を絶縁膜である反射膜１６４を介して形成する。この時、活性層１０８の幅は、２００μｍの幅（共振器方向に垂直な方向の幅）であり、ｎ側コンタクト層１０４露出時に設けられたエッチング端面（活性層端面を含む）にもＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜１６４が設けられ、共振器面とした場合に反射膜となる。ｎ電極とｐ電極とを形成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化物半導体のＭ面（六方晶系のＭ面、｛１ １− ０ ０｝）でバー状に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ素子を得る。この時、共振器長は、６５０μｍである。この時、バー状にする際に、エッチング端面に挟まれた導波路領域内で劈開して、得られた劈開面を共振器面としても良く、導波路領域の外で劈開してエッチング端面を共振器面としても良く、一方をエッチング端面、他方を劈開面とした１対の共振器面を形成しても良い。また、上記エッチング端面の共振面には誘電体多層膜からなる反射膜が設けられるが、劈開面の共振器面にも、劈開後に反射膜を設けても良い。この時、反射膜としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ポリイミドからなる群の少なくとも一種用いることであり、λ／４ｎ（λは波長、ｎは材料の屈折率）の膜厚で積層した多層膜としても良く、１層だけ用いても良く、反射膜と同時に共振器端面の露出を防ぐ表面保護膜としても機能させても良い。また、窒化物半導体の劈開面は、上記Ｍ面の他に、六方晶系に近似したＡ面｛１ １ ２− ０｝を用いることができる。
【００５３】
得られるレーザ素子は、室温で閾値電流密度２．５ｋＡ／ｃｍ２、閾値電圧４．５Ｖで、発振波長４０５ｎｍ、３０ｍＷの連続発振で、１０００時間を超える長寿命、高出力のレーザ素子が得られる。ここで、本実施例では、上述したように、第２の窒化物半導体層１２に形成された低欠陥密度領域１２ｂと高欠陥密度領域１２ａとに対応させて素子構造を形成することで、高出力の窒化物半導体発光素子を得ることができる。具体的には、第２の窒化物半導体層１２の低欠陥密度領域１２ｂの上方に、リッジストライプを配置して、その領域でも低欠陥密度領域が形成されているため、低欠陥密度領域１２ｂ内の活性層に電流が主に流れるようにすることで、高出力化、長寿命化が可能となる。
【００５４】
［実施例５］
実施例４と同様に、サファイアからなる基板１０１上に、低温成長バッファ層１０２、第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を形成し、図８に示すように、この第２の窒化物半導体層１２を、Ｓｉドープで形成してｎ側コンタクト層１０４とし、続いて、実施例４と同様に、クラック防止層１０５〜ｐ側コンタクト層１１２を積層して、その他も実施例４と同様にしてレーザ素子を得る。この時、ｎ側コンタクト層１０４とクラック防止層１０５との間に、実施例１と同様にバッファ層１０３を設けると、ピットが低減するため好ましい。得られるレーザ素子は、実施例４とほぼ同等な高出力、長寿命のレーザ素子となる。
【００５５】
［実施例６］
実施例５において、第２の窒化物半導体層１２を、ＳｉドープＡｌＧａＮ（Ａｌ混晶比０．０１）とする他は、実施例５と同様にしてレーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例５とほぼ同等な高出力、長寿命のレーザ素子となる。この実施例では、第１の窒化物半導体層１１と第２の窒化物半導体層１２との組成を、ＧａＮとＡｌＧａＮとして、異なるようにしたが、得られる第２の窒化物半導体層の結晶性に大きな変化は現れない。
【００５６】
［実施例７］
実施例１において、サファイアからなる基板の上に、低温成長バッファ層、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を形成した後、続いて、図５に示すように、第２の窒化物半導体層１２の上に、厚膜の第３の窒化物半導体層１５を形成して厚膜化工程を経た後、図４に示すように、２回目の第２の窒化物半導体層１３を成長させる。この時、２回目の第１の窒化物半導体層１４、第２の窒化物半導体層１３は、１回目と同一組成のアンドープＧａＮを用い、２回目の第２の窒化物半導体層１３の形成は、厚膜の第３の窒化物半導体層１５の上に、２回目の第１の窒化物半導体層１４を１回目と同一条件で形成し、熱処理して、第１の表面、第２の表面を形成する。その第３の窒化物半導体層１５は、ＨＶＰＥを用いて１００μｍの膜厚でアンドープＧａＮを成長させることで、第３の窒化物半導体層１５の表面は、ほぼ全面が１０９／ｃｍ２となる。さらに２回目の第２の窒化物半導体層を、１回目と同じ条件で形成することで、２回目の第２の窒化物半導体層の表面には、欠陥密度５×１０６／ｃｍ２の低欠陥密度領域と、欠陥密度１０９／ｃｍ２の高欠陥密度領域と、がそれぞれ幅６μｍ、１４μｍでストライプ状に形成される。
【００５７】
このようにして得られた２回目の第２の窒化物半導体層１３を、成長基板として、実施例１と同様に図７に示すレーザ素子を作製する。この時、図５に示すように、２回目の第２の窒化物半導体層１３の下地である、サファイアからなる異種基板、低温成長バッファ層、１回目の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２、厚膜の第３の窒化物半導体層１５の一部は、研磨などによる除去工程により除去した窒化物半導体基板の単体化を実施するが、この除去工程は、素子構造形成後、リッジストライプ形成後、電極形成後のいずれの段階でも、また素子構造形成前に単体化しても良い。ここでは、電極形成後に除去工程を実施して単体化する。
【００５８】
２回目の第２の窒化物半導体層１３の上に、実施例４と同様に、バッファ層１０３〜ｐ側コンタクト層１１２の素子構造を積層し、リッジストライプ、電極を形成する。続いて、図５（ｃ）に示すように、サファイアの異種基板１０、低温成長バッファ層（図示せず）、１回目の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２、及び厚膜の第３の窒化物半導体層１５の一部を、研磨により除去して（図中の除去領域Ｃ）、窒化物半導体の劈開により、チップを得る。この時、図７に示すレーザ素子が得られるが、実施例４と異なり、基板１０１は、除去工程により一部が除去されて膜厚８０μｍとした第３の窒化物半導体層１３からなる単体基板であり、バッファ層１０２は形成されずに、第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２は、共に２回目に形成されたものとなる。また、ウエハを分割してチップを取り出す際には、実施例４と同じ方法であっても良いが、窒化物半導体のＭ面でバー状に劈開して、共振器面の一方を劈開端面とし、基板１０１に窒化物半導体単体基板を用いているため、バー状のウエハを更に窒化物半導体のＡ面（六方晶系に近似した場合の｛１ １ ２− ０｝面）で共振器方向にほぼ垂直に劈開して、チップを取り出す。このように、窒化物半導体の単体基板を用いると、チップ切断時に、窒化物半導体の劈開面、劈開容易面を利用することができる。
【００５９】
得られるレーザ素子は、実施例４に比べて、低欠陥密度領域の欠陥密度が低減されたため、出力、素子寿命とも向上する。
【００６０】
［実施例８］
図１１に示す対向電極構造のレーザ素子を作製する。実施例７と同様にして、図４に示すように、サファイアからなる基板１０上に、低温成長バッファ層、１回目の第１の窒化物半導体層１１，第２の窒化物半導体層１２、厚膜の第３の窒化物半導体層１５、２回目の第１の窒化物半導体層１４、第２の窒化物半導体層１３を形成するが、実施例７と異なり、第３の窒化物半導体層１５（一部が単体基板２０１）、２回目の第１の窒化物半導体層１４、第２の窒化物半導体層１３に、それぞれ、ｎ型不純物をドープし、ｎ導電型とし、ここではＳｉをドープする。続いて、２回目の第２の窒化物半導体層１３の上に、実施例４と同様に、バッファ層２０３，その上に素子構造として、クラック防止層２０５、ｎ側クラッド層２０６、ｎ側光ガイド層２０７、活性層２０８、ｐ側電子閉込め層２０９、ｐ側光ガイド層２１０、ｐ側クラッド層２１１、ｐ側コンタクト層２１２を積層する。実施例１と異なり、ｎ側コンタクト層は形成せず、第３の窒化物半導体層を基板２０１とすると同時に、ｎ側コンタクト層とし、バッファ層２０３にもｎ型不純物としてＳｉをドープする。続いて、実施例７と同様に、リッジストライプ、埋込層２６２、ｐ電極２２０を形成して、図４に除去領域Ｃとして示すように、基板１０、１回目の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２、第３の窒化物半導体層１５の一部を除去して、約８０μｍの第３の窒化物半導体層１５を単体基板として、基板２０１に用いる。続いて、窒化物半導体基板２０１の裏面側、素子構造が積層された面と対向する面側、に図１１に示すように、ｎ電極２２１を形成し、その後、実施例４と同様に、窒化物半導体のＭ面で劈開して、リッジストライプ方向にほぼ垂直な劈開でバー状とし、更にその劈開面に垂直な窒化物半導体のＡ面で劈開してチップを得る。この後、実施例４と同様に、反射膜、絶縁膜などを活性層の側面（導波路に垂直でない面）、導波路に垂直な活性層端面に、形成し、更に、ｐ電極、ｎ電極に電気的に接続する取り出し電極を設けて、レーザ素子を得る。
【００６１】
このようにして得られるレーザ素子は、電極が対向配置され、また、下地層である第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２には、従来の横方向成長のようにマスク材料を含有しないので、電流の流れが阻害されず、良好な電流注入を実現する。このため、対向配置された電極構造を有するＬＤ、ＬＥＤなどにおいても、本発明の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を用いて、欠陥密度の低減が可能となる。特に、本実施例のように、転位欠陥を有する窒化物半導体単体基板を用いる場合に有効である。
【００６２】
［実施例９］
実施例７と同様にして、バッファ層１０３と同じバッファ層２０３、ｎ側層２３０としてｎ側コンタクト層１０４〜ｎ側ガイド層１０７、活性層２０８、ｐ側層２３１として電子閉込め層１０９〜ｐ側コンタクト層１１２、とを積層して素子構造を積層してレーザ素子を作製するが、ストライプ状の導波路を図９に示すように、複数設けたレーザ素子とする。図中で、ハッチングを施した領域は、第１の窒化物半導体層１１の第１の表面１上に形成された低欠陥密度領域Ｂを示すものである。ここで、図９（ａ）は、素子構造を示す模式断面図であり、図９（ｂ）は上面から、電極配置、ｐ側層、リッジストライプの配置を示す模式図である。低欠陥密度領域Ｂの幅は約６μｍで、素子構造の最上層であるｐ側コンタクト層まで、領域Ｂは形成される。そのため、ストライプ状に形成された第１の表面１のほぼ中央部にリッジストライプ２４０を形成し、各リッジストライプ２４０は、１つの第１の表面１に対して１つのリッジストライプ２４０を配置し、図に示すように各リッジストライプ２４０は、それぞれ１つの第２の表面を挟んで、配置する。複数のリッジストライプを形成して、複数の導波路領域を形成する方法は、これに限らず、例えば、１つの第１の表面上の低欠陥密度領域Ｂ内に、複数の導波路領域が形成されるように、複数のリッジストライプを配置しても良く、隣接するリッジストライプの間に、２つ以上の第２の表面２上部の高欠陥密度領域Ａ（図中でハッチングを施していない領域）を設けても良い。従って、少なくとも１つの素子中に、複数の低欠陥密度領域Ｂが設けられ、複数の導波路領域が設けられるように、低欠陥密度領域Ｂの一部、好ましくは全部に重なるようにリッジストライプが複数形成された構造とすることである。好ましくは、１つの低欠陥密度領域Ｂに１つの導波路領域が設けられるように、領域Ｂ内に１つのリッジストライプを形成することである。このようにすることで、活性層及びその上部のｐ側層２３１に電流が流れる領域（電流領域）の少なくとも一部、好ましくは全部が、低欠陥密度領域Ｂに重なって配置され、活性層の結晶欠陥の少ない場所に選択的に電流が流れて素子が駆動することから、出力の向上、素子寿命の向上が図れる。また、本実施例のように、複数の導波路を設けたアレイ構造のレーザ素子とすることで、高出力化と共に、選択的に低欠陥密度領域Ｂに導波路領域を複数配置することで、更に高出力化、長寿命化が可能となる。
【００６３】
図９に示すように、３つのリッジストライプ２４０を、第２の表面２上部を介してストライプ状に配置された低欠陥密度領域Ｂのほぼ中央部にそれぞれ配置し、ｎ電極２２１は、リッジストライプ２４０の外側、両側に、リッジストライプとほぼ平行なストライプ状の電極として配置し、ｐ電極２２０は各リッジストライプ２４０の上部に形成される。また、埋込層は、実施例７と同様に、リッジストライプ側面、リッジストライプが形成されている露出面に形成する。また、複数のｐ電極２２０、複数のｎ電極２２１は、互いに電気的に絶縁され独立して配置されても良く、電気的に接続されコモン電極としても良い。コモン電極とするには、例えば、図９（ｂ）に示すように、ｎ電極２２１が形成されるｎ側コンタクト層２０４の露出面（ハッチングの施されていない領域）を、ｐ側層２３１を含む凸部領域を囲むように形成して、ｎ電極２２２を、活性層端面（共振器端面）の外側を囲むように、図中では「コ」の字型、導波路領域にほぼ平行で活性層の両側に配置したストライプ状ののｎ電極２２２を延在して形成する。この時、ｎ電極は、活性層端面の四方を囲むように配置しても良いが、出射端面側に、ｎ側コンタクト層２０３露出面を形成すると、出射光を遮る場合があるので、それを回避できる大きさでｎ側コンタクト層２０３露出面を形成すると良い。この時、ｎ側コンタクト層２０３とオーミック接続するオーミック電極を、ストライプ状とし、導波路とほぼ平行に、活性層の外側に、電極を形成して、その上に形成した取り出し電極（パッド電極）で、各電極を電気的に接続しても良く、オーミック電極間をメタル配線して電気的に接続しても良い。ｐ電極２２０をコモン電極にするには、リッジストライプの側面、及びそれに連続したｐ側層２３１の露出面に設ける埋込層をまたがり、各リッジストライプに設けられたｐ電極２２０と電気的に接続する取り出し電極を設けることで可能である。また、ｎ電極２２２と同様に、リッジストライプの少なくとも一方の端部で、各リッジを接合する凸部をリッジストライプ形成時に設けて、そのｐ側コンタクト層表面に各リッジと共通のｐ電極を設けることも、例えば図１０（ｃ）に示すｐ側層３３１とｐ電極３１０のようにすることも、可能である。ここでは、各リッジストライプ表面のｐ側コンタクト層表面に、ストライプ状のｐ電極を形成して、それらと電気的に接続し、埋込層表面にまたがって取り出し電極を形成する。
【００６４】
このようにして得られるアレイレーザ素子は、図９に示すように、図中でハッチングを施した低欠陥密度領域Ｂ内に、選択的に各リッジストライプが設けられ、このことにより、低欠陥密度領域Ｂ内にストライプ状の導波路領域、特に低欠陥密度領域Ｂ内の活性層に選択的に電流が流れることで、大電流での駆動に適し、また高出力での発光、レーザ発振が可能となる。
【００６５】
［実施例１０］
実施例１と同様にして、サファイアからなる基板３０１上に、低温成長バッファ層３０２、第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を形成し、第２の窒化物半導体層３１２上に、図７（ａ）に示すように、以下のＬＥＤ素子構造を形成する。
ｎ側コンタクト層３０４：Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ ２．２５μｍ
ｎ側第１多層膜層３０５：アンドープＧａＮ ２００ｎｍ／Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ ３０ｎｍ／アンドープＧａＮ ５ｎｍを積層した多層膜
ｎ側第２多層膜層３０６：アンドープＧａＮ、４ｎｍの第１の層とアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ、２ｎｍの第２の層とを、１対として、交互に１０層ずつ、１０対積層して、最後に第１の層を積層した多層膜
活性層３０７：アンドープＧａＮ、膜厚２０ｎｍよりなる障壁層（Ｂ）と、アンドープＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎ、膜厚３ｎｍよりなる井戸層（Ｗ）を交互に、（Ｂ）／（Ｗ）／（Ｂ）・・・（Ｂ）の順で積層して、障壁層５層、井戸層４層からなる多重量子井戸構造の活性層
ｐ側クラッド層３０８：Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ、膜厚４ｎｍの第３の層、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ、膜厚２．５ｎｍの第４の層とを、１対として、交互に５層ずつ、５対積層して、最後に第３の層を積層した超格子構造の多層膜
ｐ側コンタクト層３０９：Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮ
以上の素子構造を積層した後、窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。続いて、ｎ側コンタクト層３０４が露出するまで一部をエッチングし、最上層にあるｐ側コンタクト層３０９のほぼ全面に膜厚２０ｎｍのＮｉとＡｕを含む透光性のｐ電極３１０、ｐ電極３１０の上に部分的にボンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極３１１を０．５μｍの膜厚で形成し、ｎ側コンタクト層４の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極１２を形成してＬＥＤ素子とする。このＬＥＤ素子は順方向電流２０ｍＡにおいて、５２０ｎｍの純緑色発光を示す。また、このＬＥＤ素子は、従来の第１の窒化物半導体層１１、第２の窒化物半導体層１２を用いずに、１．５μｍのアンドープＧａＮ層を下地層として形成したＬＥＤ素子に比べて、出力が２０ｍＷで飽和していたものが、その出力よりも向上する。これは、活性層面内で、第２の窒化物半導体層１２ｂ上の低欠陥密度領域Ｂが導入されたことにより、発光効率が向上したものによるものと考えられる。
【００６６】
［実施例１１］
実施例１０と同様にして、ｎ側層３３０となるｎ側コンタクト層３０４〜ｎ側第２のコンタクト層３０６、活性層３０７、ｐ側層３３１となるｐ側クラッド層３０８〜ｐ側コンタクト層３０９、とを積層して素子構造を形成した後、エッチングによりｎ側コンタクト層３０４を露出する際に、図１０（ｂ）に示すように、第１の表面１上に形成された低欠陥密度領域Ｂにｐ側層を残すようにする。具体的には、低欠陥密度領域Ｂ内のｐ側層３３１、活性層３０７に選択的に電流が流れるように、低欠陥密度領域Ｂの一部、好ましくは全部と、ｐ側層に電流が流れる電流領域とを重ねることである。この時、低欠陥密度領域Ｂ内の電流領域は、素子内に複数設けるものであり、ここでは図１０（ｂ）に示すように、３つ設ける。
【００６７】
すなわち、実施例９のレーザアレイ素子と同様に、低欠陥密度領域Ｂ内の活性層に選択的に電流が流れる構造とし、高欠陥密度領域Ａ（図１０（ｂ）中でハッチングを施していない領域）の活性層を除去した構造とする。ここでは、ｎ側コンタクト層３０４が露出する深さで、ｐ側層３３１領域内に、溝を設けてｎ電極を形成しているが、このほかにも、図９のレーザアレイ素子と同様に、活性層３０７に達しない深さで高欠陥密度領域Ａを除くように溝を設けて、選択的に複数の電流領域を低欠陥密度領域Ｂ内に配置した構造とすることもできる。また、ｎ側層３３０が露出する深さで溝を形成し、ｎ電極を設けない構造とすることもできる。ここでは、図１０（ｂ）に示すように、低欠陥密度領域Ｂに挟まれた１つ若しくは複数の高欠陥密度領域Ａ内のｐ側層、活性層、及びｎ側層の一部となる深さで除去し、各低欠陥密度領域Ｂ内で突出したｐ側層３３１との間に溝が形成され、この溝内にｎ電極を形成する。この時、ｎ側コンタクト層３０４上に設けられるｐ側層３３１を含む突出部は、図１０（ｃ）に示すように、櫛形とし、すなわち、低欠陥密度領域Ｂ内に設けられたストライプ状の各電流領域、すなわちｐ側層の各突出部が、少なくとも一方の端部で接合された凸部形状であり、逆にいうと、突出部形成時の溝が、各ストライプ状のｐ側層の突出部を離間・分離しないように形成されている。このようにｐ側層３３１の各凸部が、離間されずに接合されることで、その表面のｐ側コンタクト層３０９にｐ電極３１０のコモン電極を形成でき、ワイヤボンディングに有利な電極構造が形成される。更に、ｎ電極３１２も図１０（ｃ）に示すように、コモン電極とすることで同様な効果が得られる電極構造となる。このｎ電極３１２は、少なくとも、突出したｐ側層３３１を間に挟むように、対向配置されたｎ電極、図中では最も外側で、ストライプ状のｐ側層の凸部にほぼ平行な１対のｎ電極、を設けることで、各電流領域への電流の注入が良好なものとなり、さらにまた、その１対のｎ電極をコモン電極となるように、各電極を接合するように延在されたｎ電極を形成する。ここでは、ｐ側層３３１の突出部の三方を囲むようにｎ電極が形成されているが、このように、突出部のｐ側層の周囲を一部が欠けたｎ電極で囲む構造でも良く、周囲をほぼ完全に囲むｎ電極を形成しても良い。また、これら外側のｎ電極の他に、ｐ側層３３１の各突出部の間に、ｎ電極を形成しても良く、こうすることで各突出部に良好に電流が注入され好ましい。ここでは、図１０（ｃ）に示すように、ｐ側層３３１の突出部の外側に、その突出部のストライプ方向にほぼ平行で、対向して配置された外側のｎ電極と、ｐ側層３３１の各突出部の間に、同じくほぼ平行に配置された内側のｎ電極と、をコモン電極となるように、櫛形に形成しｐ側層３３１の突出部の櫛形とｎ電極の櫛形とを、凹凸が嵌合するように、対向して配置された電極構造とする。
【００６８】
このようにして得られる発光素子は、実施例１０に比べて、さらに高出力の発光が得られる。これは、低欠陥密度領域Ｂ内に選択的に電流領域を配置した構造とすることで、低欠陥密度領域Ｂを有効に利用でき、出力の飽和を抑えた発光素子となるからである。
【００６９】
ここで、実施例９及び１１は、図１１（実施例８）に示すように、ｐ電極、ｎ電極とを、基板２０１を挟んで対向は位置した構造とすることも可能である。この場合には、基板２０１の裏面に形成するｎ電極は、ｐ電極の形状に対応して、同様な形状で電極を形成しても良く、すなわち、ｐ電極の形状を基板２０１裏面に投影した形状のｎ電極として、正負一対の電極間を効率的に電流が流れるようにしても良く、低欠陥密度領域Ｂの形状とほぼ同じとして、低欠陥密度領域Ｂ内に一部、好ましくは全部が重なるように形成しても良く、複数設けられた電流領域の一部、好ましくはほぼ全てを覆うようにｎ電極を形成して、電流を効率的に注入することが好ましい。
【００７０】
［比較例１］
図６に示すように、異種基板４１０として、厚さが４２５μｍ、２インチφ、主面がＣ面、オリエンテーションフラット面（以下、オリフラ面と記す）がＡ面のサファイア基板を用意し、ＭＯＣＶＤの反応容器内にそのウエハをセットする。次に、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板４１０上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を約２００Å（オングストローム）の膜厚で成長させ、さらに温度を１０５０℃とし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる下地層４１２を２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００７１】
下地層１０２形成後に、その上に、さらに窒化ガリウムからなる選択成長層４１３ａを形成して、これも窒化ガリウムからなる下地層とする。選択成長層としては図６（ａ）〜（ｃ）に示す順序に沿って形成する。下地層４１３ａを形成後、ウエハを反応容器から取り出し、ＣＶＤ装置に載置して、下地層４１３ａの上に選択成長させるためマスク領域として保護膜４１８を形成する（図１２（ａ））。この時、マスク領域となる保護膜４１８は、サファイア基板のオリフラ面（Ａ面）に垂直なストライプ状のＳｉＯ２膜を、幅６μｍ、間隔（開口部の幅）１４μｍで、ウエハのほぼ全面の前記下地層４１３ａ上に形成する。続いて、ウエハをＭＯＣＶＤ反応容器内に戻し、温度１０５０℃、原料ガスＴＭＧ、アンモニアを用いて、保護膜４１８の設けられていない非マスク領域表面、すなわち前記下地層４１３ａが露出している表面に、アンドープのＧａＮを１５μｍの膜厚で成長させ（図６（ｂ），（ｃ））、平坦な表面有する窒化物半導体基板４１３ａとする（図６（ｃ））。この窒化物半導体基板の成長は、初期段階において、選択的に前記非マスク領域だけに窒化物半導体が成長するが、ある程度の膜厚で成長すると、厚さ方向への成長に加えて、マスク領域の保護膜４１８に向かう横方向（基板面内）に成長して、マスク領域の上部が横方向成長した窒化物半導体によりふさがれた結果、下地層４１３ａの上に膜厚１５μｍの窒化物半導体基板４１３ａが形成される。この時、実施例１に比較して、横方向の成長が成される選択成長層４１３ａが、接合されるために約１０μｍの膜厚を必要とし、これにより平坦化され、良好な鏡面を得るためにさらに成長させて、約１５μｍの膜厚となる。このようにして得られた選択成長層４１３ａは、マスク４１８上部での接合位置にばらつきがあり、接合不良が発生するものもある。すなわち、実施例１に比較して、厚膜の成長が必要とされ、さらにその成長も制御が困難なものである。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の製造方法による窒化物半導体の成長では、従来と異なり、第１の表面、第二の表面上の異なる成長領域が、表面に分布されて、成長させることで、各成長領域が互いに影響されながら成長することから、その成長を制御することが容易で、且つ、従来よりも薄い膜厚で、表面モフォロジーに優れた窒化物半導体表面が得られる。また、そのようにして得られた窒化物半導体層を、素子構造の成長基板、若しくは、素子構造中に用いることで、優れた特性の窒化物半導体素子が得られる。また、本発明の第２の窒化物半導体層、及びその上に積層した素子構造には、低欠陥密度領域Ｂと高欠陥密度領域Ａとが分布したものとなり、その低欠陥密度領域Ｂに、電流領域、導波路領域、活性層領域を選択的に配置することで、優れた素子特性の窒化物半導体素子が得られる。
【００７３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する模式断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する模式断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体を説明する模式断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する模式断面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する模式断面図。
【図６】従来の成長方法を説明する模式断面図。
【図７】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【図８】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【図９】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【図１０】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を説明する模式断面図。
【符号の説明】
１・・・第１の表面、２・・・第２の表面、１０・・・異種基板、１１・・・第１の窒化物半導体層、１２・・・第２の窒化物半導体層、１３、１４・・・窒化物半導体層、１５・・・第３の窒化物半導体層層、１００・・・結晶欠陥、１０１，２０１，３０１・・・基板、１０２・・・窒化物半導体基板、１０３，２０３，３０３・・・バッファ層、１０４，３０４・・・ｎ型コンタクト層、１０５，２０５・・・クラック防止層、１０６，２０６・・・ｎ型クラッド層、１０７，２０７・・・ｎ型光ガイド層、１０８，２０８，３０８・・・活性層、１０９，２０９・・・ｐ型電子閉込め層、１１０，２１０・・・ｐ型光ガイド層、１１１，２１１・・・ｐ型クラッド層、１１２，２１２・・・ｐ型コンタクト層、１２０，２２０，３１０・・・ｐ電極、１２１，２２２，３１２・・・ｎ電極、１２２，３１１・・・ｐパッド電極、１２３・・・ｎパッド電極、１６２，２６２・・・第２の保護膜（埋込層）、１６４・・・絶縁膜、２３０，３３０・・・ｎ側層、２３１，３３１・・・ｐ側層
Claims (6)
- 第１の窒化物半導体表面に、熱処理により、選択的に熱分解された第１の表面と、該第１の表面よりも窒化物半導体の成長速度の大きい第２の表面とを形成する工程と、
該第１の窒化物半導体の第１の表面及び第２の表面に第２の窒化物半導体を成長させる工程と、
を具備してなることを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 - 前記第１の表面が、第２の表面よりも大きな凹凸を有していることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記第１の表面及び第２の表面を形成する工程が、前記第１の窒化物半導体表面に選択的にマスクを形成して、ＭＯＣＶＤ装置内において、少なくともキャリアガスの供給下で熱処理することで、マスクが形成されていない非マスク領域の第１の窒化物半導体を熱分解により一部を除去して第１の表面を形成し、該マスクを除去して第２の表面を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記熱処理が、窒化物半導体のＶ族元素のソースガスを供給することを具備してなる請求項３記載の窒化物半導体の成長方法。
- 請求項１乃至４記載の前記第２の窒化物半導体を下地層とし、該下地層の上に、窒化物半導体を有する素子構造が設けられた窒化物半導体素子。
- 請求項１乃至４記載の前記第２の窒化物半導体が、窒化物半導体を有する素子構造内に設けられていることを特徴とする窒化物半導体素子。
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