JP3589185B2 - 窒化物半導体の成長方法と窒化物半導体基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）の成長方法と窒化物半導体基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体を用いたＬＥＤが実用化され、ＬＤが実用段階に入ってきている。一般に、この窒化物半導体素子では、窒化物半導体基板をバルク状の単結晶で得るのは困難であるため、窒化物半導体とは異なる異種基板を用い、その上に窒化物半導体を成長させることにより作製されている。
この異種基板上に窒化物半導体を成長させる場合、異種基板と窒化物半導体との格子定数不整や熱膨張係数差により窒化物半導体を異種基板上に成長させると、結晶欠陥が発生し易く、素子の性能を向上させるためには一定の限界がある。そのため、最近では、窒化物半導体を基板に対して横方向に成長させる方法（以下、ＥＬＯＧ成長法（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌ ＯｖｅｒＧｒｏｗｔｈ ＧａＮ）と言う。）が種々検討されている。このＥＬＯＧ成長方法は、縦方向の成長に比較して結晶欠陥を少なく成長させることが可能であると考えられる横方向の成長を利用したものであり、これにより結晶欠陥の少ない窒化物半導体の成長を可能としたものである。
【０００３】
具体的には、例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．Ｌ３０９−Ｌ３１２に示されているように、サファイア基板上に成長させた窒化ガリウムの上にＳｉＯ２等の保護膜を部分的に形成し、この上に窒化ガリウムをさらに成長させる。このようにすると、ＳｉＯ２の保護膜上には窒化ガリウムが直接成長しないため、保護膜が形成されていない部分から成長した窒化ガリウムがＳｉＯ２保護膜の上を横方向に成長するようになり、保護膜上に横方向成長させたより低欠陥密度の窒化ガリウムを成長できるというものである。
【０００４】
また、特開平１１−１４５５１６号公報には、ＳｉＯ２保護膜を形成する代わりに、シリコン基板上に成長したＡｌＧａＮ層をストライプ状にエッチングしてシリコン基板を部分的に露出させ、この上に窒化ガリウムを成長させる方法が開示されている。このようにしても窒化ガリウムはシリコン基板上にはエピタキシャル成長しないため、ＡｌＧａＮ層を核として、シリコン基板上に窒化ガリウムを横方向に成長させることができる。
【０００５】
これらのＥＬＯＧ成長によれば、従来の異種基板上にバッファ層を用いて縦方向に成長させた窒化物半導体に比べ、欠陥密度を２桁以上減少できることが確認され、これにより、より長時間の連続発振が可能な窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を実現することができると期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＥＬＯＧ成長方法では、保護膜上又はシリコン基板上にに横方向成長により形成された窒化物半導体は結晶欠陥を少なくできるが、窓部又は核とした窒化物半導体上に成長された窒化物半導体には結晶欠陥が多く発生するという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の従来例の問題点を解決し、窓部又は核とした窒化物半導体上に成長された窒化物半導体において結晶欠陥を減らすことができ、かつ従来例に比較してより結晶欠陥の少ない窒化物半導体の成長方法と窒化物半導体基板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の窒化物半導体の製造方法は、上記目的を達成するために、
基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程と、
前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、
前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記第１の窓部から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成する第３の工程と、
を有する窒化物半導体の成長方法において、
前記第２の窒化物半導体が接合された接合部とその両側に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体層を覆いかつ前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層を開口させる第２の窓部を有する第２の保護膜を形成する第４の工程と、
前記第２の保護膜の第２の窓部により開口させた第２の窒化物半導体層を、その第２の窒化物半導体層の一部が前記第１の保護膜上に残るようにエッチングにより除去することにより、第２の窒化物半導体層において凸部と凹部を形成する第５の工程と、
前記第２の窒化物半導体層の凸部を核として第３の窒化物半導体を成長させる第６の工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
即ち、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法では、ＥＬＯＧ成長において、第１の保護膜の第１の窓部の上方の結晶欠陥密度の多い領域をエッチングにより除去し、残った結晶性のいい低欠陥部分を核として前記第３の窒化物半導体を横方向成長させることにより、前記第３の窒化物半導体層の最上面は鏡面が得られ、第３の窒化物半導体層の最上面及び内部において低欠陥かつ欠陥均一である窒化物半導体を得ることができる。
【００１０】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法において、前記第６の工程の前にさらに、前記第２の保護膜を除去する工程を含むことが好ましく、このようにすることにより、後の高温で窒化物半導体層又は素子を成長させる工程において前記第２の保護膜が分解するのを防ぐことができる。
また、この場合、第３の窒化物半導体を成長させるために核となる第２の窒化物半導体は、第１の保護膜上に横方向成長により形成されているため結晶性がよく、第２の保護膜を除去したことにより該第２の窒化物半導体の最上面からの転位欠陥が発生することはない。
【００１１】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法においては、前記第１及び第２の保護膜を、ストライプ状、格子状又は島状に一定周期で形成するようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法においては、前記第１の保護膜は、中央部ほど厚くなるようにその断面形状が階段状又は中央に向かって傾斜を有するように形成することが好ましく、このように形成することにより、窒化物半導体の成長速度を制御することができ、保護膜上にできる窒化物半導体同士の接合部を規則的に一定の場所に形成することができる。
さらに、保護膜が階段形状等であると保護膜上に成長させる窒化物半導体は、ある程度横方向に成長した後は、縦方向に成長する。窒化物半導体と同様に結晶欠陥は方向を変えて成長するが、縦方向への成長時には、そのまま縦方向に欠陥は伸びるため、段差を形成することで段を上がることより結晶性の良い窒化物半導体を形成することができる。
また、保護膜の幅を広くし、うねりを抑制する効果も有する。
【００１３】
さらに、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法において、第１及び第２の保護膜には、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る群から選択された少なくとも１種を用いることができる。
これらの保護膜は窒化物半導体が成長しないかしにくいために、保護膜の窓部より成長した窒化物半導体を横方向成長させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体の成長方法は、基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半導体の成長方法において、
前記第２の窒化物半導体が接合された接合部とその両側に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体層を開口させる第２の窓部を有しかつ前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層を覆う第２の保護膜を形成する第４の工程と、前記第２の保護膜を選択成長マスクとして、前記第２の窓部に露出した第２の窒化物半導体層上に第３の窒化物半導体を成長させる第５の工程と、
前記第２の保護膜を除去する第６の工程と、
前記第３の窒化物半導体を核として第４の窒化物半導体層を成長させる第７の工程とを含むことを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る第２の窒化物半導体の成長方法は、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法と同様の作用効果を有する。
【００１５】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体の製造方法では、前記第１及び第２の保護膜を、ストライプ状、格子状又は島状に一定周期で形成するようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法において、第２の窒化物半導体をエッチングする工程において、第２の窒化物半導体は第１の保護膜を越えない深さまでエッチングされる。これにより、第１の保護膜の窓部上に成長した結晶欠陥の多い部分を除去することで、結晶性のいい部分だけを残し、その結晶性のいい第２の窒化物半導体を核として第３の窒化物半導体を成長させることができる。
さらに、エッチングを第１の保護膜上の深さまで行うことにより、第３の窒化物半導体の成長において、核となる第２の窒化物半導体の側面からの成長速度が、エッチングにより形成された凹部底面からの成長速度よりも速いため、凹部底面から窒化物半導体が成長するよりも先に第２の窒化物半導体側面からの横方向成長により接合部が合わさる。このため、該凹部上には空洞ができ、凹部底面からの結晶欠陥の転位を抑制することができる。
さらに、この空洞があるために基板の反りを緩和することもできる。
【００１７】
また、本発明に係る第３の窒化物半導体の製造方法は、 基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半導体の成長方法において、
前記第２の窒化物半導体層上であって、前記第２の窒化物半導体が接合された接合部の両側に位置する低欠陥領域上に、その低欠陥領域より欠陥密度の高い前記接合部と、前記低欠陥領域より欠陥密度の高い前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層とを開口させる第２の窓部を有する第２の保護膜を形成する第４の工程と、
前記第２の保護膜の第２の窓部により開口させた第２の窒化物半導体層をエッチングにより除去することにより、第２の窒化物半導体層において凸部と凹部を形成する第５の工程と、
前記第２の窒化物半導体層の凸部を核として第３の窒化物半導体を成長させる第６の工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
以上のように構成された本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法は、ＥＬＯＧ成長において、結晶性の最も良い部分のみを核として前記第３の窒化物半導体を横方向成長させているので、前記第３の窒化物半導体層の最上面は鏡面が得られ、第３の窒化物半導体層の最上面及び内部においてより低欠陥かつ欠陥均一である窒化物半導体を得ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法では、前記第６の工程の前にさらに、前記第２の保護膜を除去する工程を含むことが好ましく、このようにすることにより、後の高温で窒化物半導体層又は素子を成長させる工程において前記第２の保護膜が分解するのを防ぐことができる。
また、この場合、第３の窒化物半導体を成長させるために核となる第２の窒化物半導体は、第１の保護膜上に横方向成長により形成されているため結晶性がよく、第２の保護膜を除去したことにより該第２の窒化物半導体の最上面からの転位欠陥が発生することはない。
【００２０】
また、本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法においては、前記第１及び第２の保護膜を、ストライプ状、格子状又は島状に一定周期で形成するようにしてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法においては、前記第１の保護膜は、中央部ほど厚くなるようにその断面形状が階段状又は中央に向かって傾斜を有するように形成することが好ましく、このように形成することにより、窒化物半導体の成長速度を制御することができ、保護膜上にできる窒化物半導体同士の接合部を規則的に一定の場所に形成することができる。
さらに、保護膜が階段形状等であると保護膜上に成長させる窒化物半導体は、ある程度横方向に成長した後は、縦方向に成長する。窒化物半導体と同様に結晶欠陥は方向を変えて成長するが、縦方向への成長時には、そのまま縦方向に欠陥は伸びるため、段差を形成することで段を上がることより結晶性の良い窒化物半導体を形成することができる。
また、保護膜の幅を広くし、うねりを抑制する効果も有する。
【００２２】
さらに、本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法において、第１及び第２の保護膜には、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る群から選択された少なくとも１種を用いることができる。
これらの保護膜は窒化物半導体が成長しないかしにくいために、保護膜の窓部より成長した窒化物半導体を横方向成長させることができる。
【００２３】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体基板は、窒化物半導体からなる核部から成長された窒化物半導体からなる成長層とを有してなり、互いに対向する２つの主面を有する窒化物半導体基板であって、
前記核部は前記２つの主面の一方の面に周期的に配置され、かつその隣接する核部の間に窪みが形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体基板は、窒化物半導体からなる核部から成長された窒化物半導体からなる成長層とを有してなり、互いに対向する２つの主面を有する窒化物半導体基板であって、
前記核部は前記２つの主面のうちの一方の面の内側に周期的に配置され、かつその隣接する核部の間に空洞が形成されており、
前記一方の主面は、前記核部の一端を互いに連続的に繋げる窒化物半導体の表面により構成されていることを特徴とする窒化物半導体基板。
【００２５】
さらに、本発明に係る第２の窒化物半導体基板では、前記一方の主面である窒化物半導体の表面にさらに、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る群から選択された少なくとも１種よりなる層が周期的に配列されていてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の成長方法の概要を説明するための模式的な断面図である。
本実施の形態１の窒化物半導体の成長方法では、最初に基板１上に窒化物半導体からなるバッファ層（図示されていない。）を成長した後、第１の窒化物半導体層２をエピタキシャル成長させる。
次に、窒化物半導体層２の上に、窒化物半導体が成長しない、若しくは成長しにくい材料を用いて、例えば、所定の周期で窓部３ａを有するように第１の保護膜３を形成する。
次に、第１の保護膜３の窓部３ａにより開口された第１の窒化物半導体層２から第２の窒化物半導体４を成長させる。
この第２の窒化物半導体４は、成長するにしたがって、第１の保護膜３上に横方向に成長するようになり、第１の保護膜３の一端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４と第１の保護膜３の他端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４は、第１の保護膜３の上で接合して１つの層を成す。このようにして成長させた第２の窒化物半導体層４において、窓部３ａ上に成長された部分と、第１の保護膜３の上で両端から横方向に成長された第２の窒化物半導体が接合してできた接合部４ｂの近傍は、他の部分に比較して欠陥が多く形成される。その欠陥数の大小関係を示せば、（窓部３ａ上に成長された部分）＞（接合部４ｂの近傍）＞（他の部分、すなわち、窓部３ａ上に成長された部分と接合部４ｂとその近傍とを除いた部分）となる。
【００２７】
そして、第２の窒化物半導体４を成長させた後、第１の保護膜３上に横方向に成長された第２の窒化物半導体層４の上に第２の保護膜（図示せず）を形成して、その第２の保護膜をマスクとして、エッチングすることにより、第２の窒化物半導体層４のうち、比較的欠陥の多い窓部３ａ上に成長された部分を除去する。これにより、第２の窒化物半導体層４において、第１の保護膜３の上に、他の部分に比較して膜厚の厚い部分であって、次の第３の窒化物半導体を成長させるための核となる凸部（核部）４ｃが形成される。尚、隣接する凸部（核部）４ｃの間は、第１の保護膜３が露出するまでエッチングをするのではなく、図１に示すように第２の窒化物半導体層４の一部が残るように上述のエッチングを制御するが、後で成長させる第３の窒化物半導体の欠陥をより少なくするために、窓部３ａの幅より深くエッチングすることが好ましい。
尚、第２の保護膜５は、第１の保護膜と同様に窒化物半導体が成長しない、若しくは成長しにくい材料を用いて形成する。
次に、第２の保護膜を除去した後、第２の窒化物半導体層４の核部４ｃを核として第３の窒化物半導体を横方向に成長させる。
ここで、第１及び第２の保護膜は、窒化物半導体の横方向の成長を可能にするできる形状であればよく、例えば、ストライプ状、格子状又は島状に形成される。
【００２８】
また、第１の窒化物半導体２、第２の窒化物半導体４、及び第３の窒化物半導体６は、いずれも一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって表される組成を有する窒化物半導体であり、これらは互いに同一の組成であっても異なる組成であってもよい。
【００２９】
以上のようにして成長された第３の窒化物半導体６は、低欠陥でかつ欠陥を比較的均一にでき、最上面には鏡面又はそれに近い表面が得られる。
これは、第２の窒化物半導体４をＥＬＯＧ成長させ、第１の保護膜３の窓部３ａ上に成長した比較的欠陥の多い窒化物半導体をエッチング等により除去し、第１の保護膜３上に得られた結晶性のよい部分のみ残し、この第２の窒化物半導体４を核としてさらに、横方向に成長させることにより第３の窒化物半導体６を形成しているためである。このような理由で、第３の窒化物半導体６は、低欠陥で結晶性良くできる。
また、第３の窒化物半導体層６において、第２の窒化物半導体層４の核部４ｃの接合部４ｃから欠陥が伝播された欠陥伝播部６ａと、隣接する核部４ｃの間に位置形成される、一方の核部４ｃから横方向に成長された第３の窒化物半導体６とその核部に隣接する核部４ｃから横方向に成長された第３の窒化物半導体６とが接合された接合部６ｂの近傍には結晶欠陥が残るものの、最上面は鏡面又はそれに近い面を得ることができる。
また、第２の窒化物半導体の隣接する核部４ｃの間は窓部３ａの幅より深くエッチングされているので、エッチングにより得られるその凹部には、空洞ができるため、凹部底面からの結晶欠陥の伝播を防ぐことができるとともに、基板の反りも緩和することができる。
尚、本発明おける空洞は、凹部底面からの結晶欠陥の伝播を防ぐことができるという機能を有していればよく、例えば、面間の距離が１０Å程度で極めて体積の小さい空洞（体積が実質的にゼロ（０）の空洞）であってもよいし、さらに凹部底面から成長した窒化物半導体と核部４ｃから成長した窒化物半導体とが一般的には接していると認識できる場合であっても、凹部底面から成長した窒化物半導体の成長を止めることができれば限りなくゼロに近い隙間であってもよい。
【００３０】
本発明において、上述したように、第１の保護膜及び第２の保護膜の形状としては、ストライプ状、格子状等が挙げられるが、その際、断面形状さらに中央部を厚くし、周辺部を薄くする、又は断面形状を階段状にする等、厚さに変化を持たせても良い。
また第１の保護膜及び第２の保護膜は、窒化物半導体が成長しない、若しくは成長しにくい材料から形成されていればよく、その材料としては、例えば、ＳｉＯ２等が挙げられる。
【００３１】
図２（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態１として、図１に示す窒化物半導体の成長工程を示す模式断面図である。
以下に、本発明における実施の形態１の窒化物半導体の成長方法及び好適な材料について説明する。
【００３２】
［第１の工程］
まず、図２（ａ）に示すように、基板１上に、窒化物半導体からなるバッファー層（図示されていない。）を介して、第１の窒化物半導体２を成長させる。本発明において、基板１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（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）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接合する酸化物基板を用いることができる。
【００３３】
ここで、バッファ層（図示されていない。）は、基板１上に成長させる窒化物半導体との格子定数不整や熱膨張係数の違いを緩和するために用いられ、材料としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮが用いられる。また、このバッファ層は、９００℃以下３００℃以上の温度、０．５μｍ〜１０オングストロームの膜厚で成長される。尚、バッファ層は、窒化物半導体の成長方法や基板の種類によっては省略することもできる。
【００３４】
また、第１の窒化物半導体２としては、比較的結晶性良く成長させることが可能な、アンドープのＧａＮ又はｎ型不純物としてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＳ等の少なくとも１種類をドープしたＧａＮを用いることが好ましい。このＧａＮからなる第１の窒化物半導体２は、窒化物半導体よりも高温で、９００℃〜１１００℃の範囲、好ましくは、１０５０℃程度で基板１上に成長させる。また、窒化物半導体２の膜厚は、好ましくは、１〜３０μｍ、より好ましくは２〜２０μｍに設定する。
【００３５】
［第２の工程］
次に図２（ｂ）に示すように、第１の窒化物半導体２の表面に第１の保護膜３を形成する。この第１の保護膜３は、本実施の形態１では、ストライプ状に形成した例を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、ストライプ状以外に、格子状及び島状等の保護膜の窓部から窒化物半導体が横方向に成長させることができる形状であればよい。さらに、第１の保護膜３は、第１の保護膜３上に成長させる第２及び第３の窒化物半導体の結晶欠陥を減らし、横方向に成長した窒化物半導体の接合部が常に保護膜のほぼ中央に形成されるように、第１の保護膜３の中央部が厚くなるように形成することが好ましい。具体的には、例えば、第１の保護膜３の両側から中央部に向かって徐徐に厚さが厚くなるようにして中央が最も厚くなるようにし、その厚い部分の直上に接合部が形成されるようにする。
このように、結晶欠陥がやや多い窒化物半導体同士の接合部を、常に第１の保護膜３の中央部に規則的に形成されるように制御できれば、結晶性の良好な部分を最大限に利用することができる。また、結晶欠陥が規則的に形成されるように制御できれば、後の工程において量産性を向上させることができる。
尚、この場合、第１の保護膜３の両側から中央部に向かって階段状に徐徐に厚さが厚くなるようにしてもよい。
【００３６】
また、第１の保護膜３は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等の酸化物、窒化物、またはこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等のその保護膜表面に窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有する材料を選択してを用いることができる。
【００３７】
また、ストライプ状に第１の保護膜を形成する場合、第１の保護膜３の幅は、好ましくは５〜２００μｍに設定し、より好ましくは１０〜５０μｍに設定する。
また、隣接する第１の保護膜３の間隔である窓部３ａの幅は、第１の保護膜３のストライプ幅よりも狭くすることが望ましく、より好ましい窓部３ａの幅は２０μｍ以下、よりいっそう好ましくは０．５〜１０μｍに設定する。
【００３８】
また、第１の保護膜３の膜厚は、好ましくは、０．２〜３μｍ、より好ましくは０．３〜１μｍの範囲に設定する。第１の保護膜３の膜厚を厚くすると後の窒化物半導体を成長させる工程において窒化物半導体が埋まらず鏡面が得られないからである。
ここで、第１の保護膜３は、例えば、ＣＶＤ、蒸着又はスパッタ等を用いて成膜させることができる。また、この第１の保護膜３は所定形状のフォトレジストを用いて、所定の領域に選択的に形成することができる。
【００３９】
上述した形状に、第１の保護膜３を形成すると、異種基板と窒化物半導体の界面で生じる結晶欠陥の伝播が第１の保護膜３により抑制され、第１の保護膜３上部には横方向成長により、結晶性が良好でかつ上面が鏡面である第２の窒化物半導体４を成長させることができる。
【００４０】
［第３の工程］
次に、第１の保護膜３の窓部３ａにより開口された第１の窒化物半導体層２から第２の窒化物半導体４を成長させる。
この第２の窒化物半導体４は、成長するにしたがって、第１の保護膜３上に横方向に成長するようになり、第１の保護膜３の一端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４と第１の保護膜３の他端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４は、図２（ｃ）に示すように、第１の保護膜３の上で接合して１つの層を成す。
第１の保護膜３上に成長する第２の窒化物半導体４としては、例えば、アンドープＧａＮや、Ｓｉ等のｎ型不純物、又はｐ型不純物をドープしたＧａＮを用いることができる。第２の窒化物半導体４は、成長後の上面が鏡面になるように、好ましくは１〜５０μｍの範囲、より好ましくは５〜３０μｍの範囲の膜厚になるように成長させる。
【００４１】
［第４の工程］
第２の窒化物半導体４の最上面が鏡面になるまで成長した後、図２（ｄ）に示すように第２の窒化物半導体４の接合部４ｂ上にストライプ状の第２の保護膜５を形成する。
このストライプ状の第２の保護膜５は、第１の保護膜３の幅より狭くかつ接合部４ｂとその近傍の比較的欠陥の少ない部分を覆うように形成する。
すなわち、第２の保護膜５は、次の第５の工程において第２の窒化物半導体４をエッチングをした時に、そのエッチングで除去された部分の側面に結晶性が良好な窒化物半導体（窓部３ａ上に成長された結晶性が劣る部分と、接合部４ｂとその近傍の結晶性が劣る部分との間に位置する第２の窒化物半導体４）が露出するように形成される。
尚、本実施の形態１では、第１の保護膜３をストライプ状に形成していることから、第２の保護膜５も第１の保護膜３と同様にストライプ状に形成したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の保護膜３を、格子状又は島状などの他の形状とした場合には、第２の保護膜５もその形状に対応させて格子状又は島状に形成する。また、第２の保護膜５を除去した後次の窒化物半導体を成長させるようにしても良いし、第２の保護膜を残した状態で窒化物半導体を成長させてもよいが、第２の保護膜を残した状態で窒化物半導体を成長させる場合には、その断面形状を中央部に向かって徐徐に厚さが厚くなる階段型または傾斜を有する形状にすることができ、そのようにすると接合部が形成される位置をほぼ一定の場所にすることができる。
また、第２の保護膜の材料及び成長方法、膜厚、成長温度等は、第１の保護膜３と同様として成膜することができる。
【００４２】
［第５の工程］
次に、図２（ｅ）に示すように、第２の保護膜５をマスクとしてエッチングすることにより第２の窒化物半導体４にストライプ状の凹部４ａとストライプ状の凸部４ｃを交互に形成する。
この凹部４ａの深さ（エッチングの深さ）は、次に第３の窒化物半導体を成長させる時に、凹部４ａの側面からの横方向成長が凹部４ａの底面からの成長よりも速く進むように設定する。つまり、凹部４ａの深さは、凹部４ａの一方の側面から成長した第３の窒化物半導体と他方の側面から成長した第３の窒化物半導体とが接合して接合部６ｂを形成しはじめた時に、凹部４ａの内部に空洞が形成されるような深さに設定することが好ましい。
このように、凹部４ａ内に空洞が形成されると、凹部４ａの底面からの成長を止めることができ、凹部４ａの底面からの成長された窒化物半導体に含まれる結晶欠陥の伝播を抑制することができる。
また、このように凹部４ａ内に空洞が形成されると、その空洞により基板１に生じる応力を緩和することができるので、基板の反りを緩和することができる。
【００４３】
また、凹部４ａの幅（エッチング幅）は、第１の保護膜３の窓部３ａの上に成長された、第２の窒化物半導体層４の欠陥の多い窒化物半導体を取り除くことができる幅に設定される。すなわち、凹部４ａの幅（エッチング幅）は、第１の保護膜３の窓部３ａよりも広い幅に設定される。
具体的には、後の工程で鏡面状の窒化物半導体を成長させるためには、凹部４ａの幅（エッチング幅）は、５〜１５μｍであるのが好ましい。
【００４４】
［第６の工程］
次に、図２（ｆ）に示すように、第２の保護膜５を除去した後、第２の窒化物半導体４を核として第３の窒化物半導体６を成長させる。
この第３の窒化物半導体６を成長させる工程では、第２の窒化物半導体層４において交互に凹部４ａと凸部４ｃとが形成されていて凹部４ａの底面及びその近傍には窒化物半導体を成長させるための原料ガスが十分供給されないので、凹部４ａの底面及びその近傍からはほとんど第３の窒化物半導体６は成長されない。したがって、第３の窒化物半導体６は、主として凸部４ｃの上面および凹部４ａの側面の上部から成長され、凹部４ａの両側面から横方向に成長された第３の窒化物半導体６が、凹部４ａの上方において接合して接合部６ｂが形成される。
このようにして、１つの連続した第３の窒化物半導体層６が形成される。
尚、本実施の形態１では、第２の保護膜５を除去した後、第３の窒化物半導体６を成長させているが、第２の保護膜を残したまま、第３の窒化物半導体６を成長させるようにしてもよい。
【００４５】
第３の窒化物半導体６の膜厚は、好ましくは５〜３０μｍ、より好ましくは１０〜２０μｍに設定する。この範囲であると基板と窒化物半導体の熱膨張係数差によるウェハの反りが防止でき、この基板上に良好な窒化物半導体を成長させることができる。
【００４６】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について図３を参照しながら説明する。
【００４７】
まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように基板１上にバッファー層となる窒化物半導体層（図示されていない）を介して第１の窒化物半導体２を形成する。その後、ＥＬＯＧ成長させるための第１の保護膜３をストライプ形状等に形成する。
ここまでの工程は、実施の形態１と同様である。
【００４８】
次に図３（ｃ）に示すように第２の窒化物半導体４を、第１の保護膜３を覆い、且つ最上面に鏡面が得られる程度の厚さに成長させる。
次に、第２の保護膜５０を、図３（ｄ）に示すように第２の窒化物半導体４のうちの窓部３ａ上方に位置する比較的結晶欠陥が多い部分の上に形成する。
ここで、本実施の形態２では、窓部３ａはストライプ状に形成されているので、第２の保護膜５０もストライプ状に形成される。
【００４９】
次に、第２の保護膜５０を選択成長マスクとして、第２の保護膜５０の間に露出された第２の窒化物半導体４上に第４の窒化物半導体７を成長させ、その後、第２の保護膜を除去する。
ここで、図３（ｅ）において、７ａの符号を付して示す破線は、第４の窒化物半導体７のうち、結晶欠陥の多い部分を示す線であり、第２の窒化物半導体４の接合部分に形成される結晶欠陥を受け継いで形成されたものである。
そして、第４の窒化物半導体７を核として、図３（ｆ）に示すように第３の窒化物半導体６を成長させる。
この第３の窒化物半導体６を成長させる工程では、第４の窒化物半導体層７がストライプ状にかつ一定の間隔で形成されているので、隣接する第４の窒化物半導体層７の間には、実施の形態１の凹部４ａに対応する凹部７ｂが形成され、その凹部７ｂの底面及びその近傍には窒化物半導体を成長させるための原料ガスが十分供給されないので、凹部７ｂの底面及びその近傍からはほとんど第３の窒化物半導体６は成長されない。
したがって、第３の窒化物半導体６は、主として第４の窒化物半導体層７の上面および凹部７ｂの側面の上部から成長され、凹部７ｂの両側面から横方向に成長された第３の窒化物半導体６が、凹部７ｂの上方において接合して接合部６ｂが形成される。
このようにして、１つの連続した第３の窒化物半導体層６が形成される。
すなわち、本実施の形態２において、第４の窒化物半導体層７の厚さと隣接する第４の窒化物半導体層７の間の間隔は、凹部７ｂの底面及びその近傍に窒化物半導体を成長させるための原料ガスが十分供給されないように設定される。
また、第２の窒化物半導体４上に成長させる第４の窒化物半導体７の材料は、特に限定されるものではなく、第２の窒化物半導体４と異なる材料を用いることもできる。
【００５０】
このように、実施の形態２では、第３の窒化物半導体６は、第４の窒化物半導体７を核として成長されるが、この核となる第４の窒化物半導体７は、第１の保護膜３上に成長された結晶性のよい窒化物半導体であるため、ここから成長する第３の窒化物半導体６の結晶性は良好にできる。
このようにして得られた第３の窒化物半導体６の表面及び表面領域をカソードルミネッセンス（ＣＬ）により観測すると、窒化物半導体の接合部６ｂ以外は結晶欠陥が少ない結晶性が良好な窒化物半導体であることが確認された。
【００５１】
以上説明した本発明に係る実施の形態１及び２の窒化物半導体の成長方法において、窒化物半導体、第１の窒化物半導体、第２の窒化物半導体、及び第３の窒化物半導体等の窒化物半導体を成長させる具体的な方法としては、特に限定されるものではないが、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）等の方法を適用できる。
【００５２】
また、窒化物半導体に凹凸を形成する場合等のエッチング方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法があり、本発明ではいずれの方法を用いてもよいが、平滑な面を形成するためには、好ましくはドライエッチングを用いる。
ドライエッチングには、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）等の装置があるが、いずれの装置を用いてもエッチングガスを適宜選択することにより、本発明の成長方法における窒化物半導体のエッチングに適用することができる。
【００５３】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について図５を参照しながら説明する。
まず、図５（ａ）に示すように基板１上にバッファー層となる窒化物半導体層（図示されていない）を介して第１の窒化物半導体２を形成する。その後、図５（ｂ）に示すように、ＥＬＯＧ成長させるための第１の保護膜３をストライプ形状等に形成して、窓部３ａに露出された第１の窒化物半導体２を核として第２の窒化物半導体４を成長させる（図５（ｃ））。
ここまでの工程は、実施の形態１と同様である。
【００５４】
この第２の窒化物半導体４においては、上述したように、窓部３ａ上に成長された部分と、第１の保護膜３の上で両端から横方向に成長された第２の窒化物半導体４が接合してできた接合部４ｂの近傍は、他の部分に比較して欠陥が多く形成される。
そこで、本実施の形態３では、第２の窒化物半導体層４において、最も欠陥の多い部分である窓部３ａ上に成長された部分と、次に欠陥の多い部分である接合部４ｂの近傍とを除去するために、第２の窒化物半導体層４の表面に、窓部３ａ上に成長された部分と接合部４ｂとその近傍とを除いた部分とを開口させるように第２の保護膜５１を形成する（図５（ｄ））。
次に、第２の保護膜５１をマスクとしてエッチングすることにより、図５（ｅ）に示すように、第２の窒化物半導体層４に次の第３の窒化物半導体層を成長させる際の核となる凸部４ｅと凹部４ｆとを形成する。
【００５５】
ここで、凹部４ｆは、次の第３の窒化物半導体層を成長させる際にその凹部４ｆの底面からの成長が抑制できる（原料ガスの供給が抑制できる）ような深さに形成する。
次に、図５（ｆ）に示すように、第２の窒化物半導体層４の凸部４ｅを核として、第３の窒化物半導体層６０を成長させる。
尚、図５（ｆ）において、６０ａの符号で示す部分は、隣接する凸部４ｅから成長された第３の窒化物半導体が接合して形成された接合部である。
【００５６】
以上のようにして成長された第３の窒化物半導体層６０は、第２の窒化物半導体層４のうち、最も欠陥の多い部分である窓部３ａ上に成長された部分と、次に欠陥の多い部分である接合部４ｂの近傍とを除去して、結晶欠陥の最も少ない部分である凸部４ｅを核として成長されているので、接合部６０ａの近傍に結晶欠陥の若干多い部分が存在するものの極めて結晶欠陥を少なくできる。
【００５７】
また、以上説明した実施の形態１〜３の窒化物半導体の成長方法を用いて、以下のように窒化物半導体基板を作製することができる。
図６（ａ）は、実施の形態１の窒化物半導体の成長方法にしたがって第３の窒化物半導体層６まで成長させた後、基板１から第２の窒化物半導体層の凸部４ｃまで、例えば研磨することにより除去して、窒化物半導体基板としたものである。
このように作製された図６（ａ）の窒化物半導体基板は、その一方の主面に、凸部（核部）４ｃが周期的に配置され、かつその隣接する凸部４ｃの間には窪み４ｈが形成されている。
【００５８】
また、本発明に係る窒化物半導体基板では、図６（ｂ）に示すように、基板１から第１の窒化物半導体層２までを、例えば研磨することにより除去して、窒化物半導体基板としてもよい。
この場合、その窒化物半導体基板には、その一方の面の内側に周期的にする凸部４ｃが形成され、隣接する凸部４ｃ間に空洞４ｉが形成される。
また、一方の主面において、凸部４ｃは連続してつながっており、その一方の主面にはさらに、第１の保護膜３が周期的に存在する。
【００５９】
また、図６（ｃ）は、実施の形態３の窒化物半導体の成長方法にしたがって第３の窒化物半導体層６０まで成長させた後、基板１から第２の窒化物半導体層の凸部４ｅまでを、例えば研磨することにより除去して、窒化物半導体基板としたものである。
このように作製された図６（ｃ）の窒化物半導体基板は、その一方の主面に、凸部（核部）４ｅが周期的に配置され、かつその隣接する凸部４ｅの間には窪み４ｈが形成されている。
【００６０】
また、本発明に係る窒化物半導体基板では、図６（ｄ）に示すように、基板１のみを、例えば研磨することにより除去して、窒化物半導体基板としてもよい。この場合、その窒化物半導体基板には、その一方の面の内側に周期的にする凸部４ｅが形成され、隣接する凸部４ｅ間に空洞４ｉが形成される。
また、一方の主面は、第１の窒化物半導体層の表面となり、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層４の間に周期的に第１の保護膜３が存在する。
以上のようにして本実施の形態１〜３の窒化物半導体の成長方法を応用して、結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板を作製することができる。
【００６１】
【実施例】
［実施例１］
図２（ａ）〜（ｆ）は、第１の形態を示す各工程のウェーハの模式断面図である。
基板１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板を用い、反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮよりなる窒化物半導体（図示されていない）をバッファ層として２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００６２】
窒化物半導体成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体２を２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００６３】
第１の窒化物半導体２成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体２の表面に、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１４μｍ、ストライプ間隔（窓部）６μｍのＳｉＯ２よりなる第１の保護膜３を０．４μｍの膜厚で形成させる。
【００６４】
その後、ウェーハを再度、ＭＯＶＰＥの反応容器にセットし、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ（Ｖ／ＩＩＩ比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体４を２０μｍの膜厚で成長させる。
【００６５】
第２の窒化物半導体４を成長後、鏡面である最上面に第２の保護膜５を第２の窒化物半導体４の接合部上にストライプ形成する。この第２の保護膜は、膜厚０．４μｍ、ストライプ幅は１０μｍであり、窓部幅は１０μｍで形成する。
ここで、第２の保護膜をマスクとして、エッチングすることにより、第１の保護膜の窓部上に形成された結晶欠陥の多い窒化物半導体を除去することができる。第２の窒化物半導体４に凹凸を形成する。
【００６６】
次に、第２の保護膜５を除去後、ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、第２の窒化物半導体４を核として、ＧａＮよりなる第４の窒化物窒化物半導体６を５〜３０μｍの膜厚で成長させる。
【００６７】
得られた第３の窒化物半導体６の表面をＣＬにより観察すると、窒化物半導体同士の接合部以外はほとんど結晶欠陥が見られない。結晶欠陥は、１×１０４個／ｃｍ２程度観測されるが、低欠陥且つ欠陥均一である窒化物半導体を提供することができる。
【００６８】
［実施例２］
実施例１において、第１の保護膜をパターン形成する際にエッチングにより凸型にし、階段形状を有する保護膜とする。得られた第３の窒化物半導体６は、実施例１と同様に低欠陥且つ欠陥均一である窒化物半導体を得ることができる。
【００６９】
［実施例３］
実施例１において、第２の保護膜５をマスクとして、エッチングすることにより、第２の窒化物半導体に凹凸を形成後、凸形状とした第２の保護膜を残した状態で第３の窒化物半導体を成長させる他は同様にして窒化物半導体を成長させ、得られた第３の窒化物半導体は、実施例１と同様に低欠陥且つ欠陥均一である窒化物半導体である。
【００７０】
［実施例４］
実施例１において、第２の保護膜を除去後、温度１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、第３の窒化物半導体を成長させる。得られたＳｉドープのｎ型窒化物半導体は、実施例１同様の結果が得られた。
【００７１】
［実施例５］
図４は実施例１により得られた窒化物半導体を基板とするレーザ素子の構造を示す模式断面図である。以下、図４を元に実施例５について説明する。
【００７２】
（アンドープｎ型コンタクト層１０１）
実施例１で得られたウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器内にセットし、１０５０℃でこの窒化物半導体に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０１を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮからなる窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとする半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。
【００７３】
（ｎ型コンタクト層１０２）
次に得られたバッファ層１０１上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０２を４μｍの膜厚で成長させる。
【００７４】
（クラック防止層１０３）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を９００℃にしてＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなるクラック防止層１０３を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【００７５】
（ｎ型クラッド層１０４）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ２ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。この操作を２００回繰り返しＡ層とＢ層との積層構造とし、総膜厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層・を成長させる。
【００７６】
（ｎ型ガイド層１０５）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型ガイド層１０５を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型ガイド層１０５は、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【００７７】
（活性層１０６）
次に、温度を９００℃にし、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚、シランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる井戸層を４０Åの膜厚で、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層の順に積層し、最後に障壁層として、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎを成長させる。活性層１０６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００７８】
（ｐ型電子閉じ込め層１０７）
次に、活性層と同じ温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層１０７を１００Åの膜厚で成長させる。
【００７９】
（ｐ型ガイド層１０８）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層１０８を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層は、ｐ型不純物をドープしてもよい。
【００８０】
（ｐ型クラッド層１０９）
次に、１０５０℃でアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１０９を成長させる。ｐ型クラッド層は、ＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ型クラッド層１０９を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるので、しきい値を低下させる上で非常に有効である。
【００８１】
（ｐ型コンタクト層１１０）
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１０を１５０Åの膜厚で成長させる。
反応終了後、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００８２】
アニーリング後、窒化物半導体を積層させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ２よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ４ガスによりエッチングし、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層１０２の表面を露出させる。
【００８３】
次に、ＳｉＯ２保護膜を形成し、ＲＩＥを用いＣＦ４ガスによりエッチングすることにより、ストライプ状の導波路領域としてリッジストライプを形成する。
【００８４】
次にリッジストライプ形成後、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ２）よりなる絶縁保護膜を、エッチングにより露出したｐ型ガイド層１０８上に０．５μｍの膜厚で形成する。
【００８５】
ｐ型コンタクト層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成し、また、エッチングにより露出したｎ型コンタクト層上にはＴｉとＡｌよりｎ型電極を形成する。このｐ電極は、リッジ上にストライプ形成されており、同じくストライプ形成されているｎ電極とは平行な方向で形成する。
【００８６】
次に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜・を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなるパット電極をそれぞれ設けた。この時、共振器面（反射面側）にもＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜が設けられている。
【００８７】
以上のようにして得られたレーザ素子は、室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃｍ２、５〜３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振のレーザ素子が得られる。得られるレーザ素子の素子寿命は、３０００〜１００００時間であった。
【００８８】
【発明の効果】
本発明は、保護膜上部に限らず結晶欠陥の転位を減少させた欠陥均一である結晶性のよい窒化物半導体の成長方法を提供することができる。
また、本発明により得られた窒化物半導体を基板とし、素子構造を成長させることにより、寿命特性等の素子性能が良好な窒化物半導体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体の成長方法により製造された窒化物半導体の構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体の成長方法の流れを示す模式断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態２の窒化物半導体の成長方法の流れを示す模式断面図である。
【図４】本発明に係る実施例５の窒化物半導体を基板とするレーザ素子の構造を示す模式断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態３の窒化物半導体の成長方法の流れを示す模式断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１，３の窒化物半導体の成長方法を応用して作製された窒化物半導体基板の模式断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板、
２・・・第１の窒化物半導体、
３・・・第１の保護膜、
３ａ・・窓部、
４・・・第２の窒化物半導体、
４ａ・・凹部、
４ｂ，６ｂ・・接合部、
４ｃ・・凸部、
５，５１・・・第２の保護膜、
６，６０・・・第３の窒化物半導体、
７・・・第４の窒化物半導体、
１０１・・・アンドープｎ型コンタクト層、
１０２・・・ｎ型コンタクト層、
１０３・・・クラック防止層、
１０４・・・ｎ型クラッド層、
１０５・・・ｎ型ガイド層、
１０６・・・活性層、
１０７・・・ｐ型電子閉じ込め層、
１０８・・・ｐ型ガイド層、
１０９・・・ｐ型クラッド層、
１１０・・・ｐ型コンタクト層。
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）の成長方法と窒化物半導体基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体を用いたＬＥＤが実用化され、ＬＤが実用段階に入ってきている。一般に、この窒化物半導体素子では、窒化物半導体基板をバルク状の単結晶で得るのは困難であるため、窒化物半導体とは異なる異種基板を用い、その上に窒化物半導体を成長させることにより作製されている。
この異種基板上に窒化物半導体を成長させる場合、異種基板と窒化物半導体との格子定数不整や熱膨張係数差により窒化物半導体を異種基板上に成長させると、結晶欠陥が発生し易く、素子の性能を向上させるためには一定の限界がある。そのため、最近では、窒化物半導体を基板に対して横方向に成長させる方法（以下、ＥＬＯＧ成長法（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌ ＯｖｅｒＧｒｏｗｔｈ ＧａＮ）と言う。）が種々検討されている。このＥＬＯＧ成長方法は、縦方向の成長に比較して結晶欠陥を少なく成長させることが可能であると考えられる横方向の成長を利用したものであり、これにより結晶欠陥の少ない窒化物半導体の成長を可能としたものである。
【０００３】
具体的には、例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．Ｌ３０９−Ｌ３１２に示されているように、サファイア基板上に成長させた窒化ガリウムの上にＳｉＯ２等の保護膜を部分的に形成し、この上に窒化ガリウムをさらに成長させる。このようにすると、ＳｉＯ２の保護膜上には窒化ガリウムが直接成長しないため、保護膜が形成されていない部分から成長した窒化ガリウムがＳｉＯ２保護膜の上を横方向に成長するようになり、保護膜上に横方向成長させたより低欠陥密度の窒化ガリウムを成長できるというものである。
【０００４】
また、特開平１１−１４５５１６号公報には、ＳｉＯ２保護膜を形成する代わりに、シリコン基板上に成長したＡｌＧａＮ層をストライプ状にエッチングしてシリコン基板を部分的に露出させ、この上に窒化ガリウムを成長させる方法が開示されている。このようにしても窒化ガリウムはシリコン基板上にはエピタキシャル成長しないため、ＡｌＧａＮ層を核として、シリコン基板上に窒化ガリウムを横方向に成長させることができる。
【０００５】
これらのＥＬＯＧ成長によれば、従来の異種基板上にバッファ層を用いて縦方向に成長させた窒化物半導体に比べ、欠陥密度を２桁以上減少できることが確認され、これにより、より長時間の連続発振が可能な窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を実現することができると期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＥＬＯＧ成長方法では、保護膜上又はシリコン基板上にに横方向成長により形成された窒化物半導体は結晶欠陥を少なくできるが、窓部又は核とした窒化物半導体上に成長された窒化物半導体には結晶欠陥が多く発生するという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の従来例の問題点を解決し、窓部又は核とした窒化物半導体上に成長された窒化物半導体において結晶欠陥を減らすことができ、かつ従来例に比較してより結晶欠陥の少ない窒化物半導体の成長方法と窒化物半導体基板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の窒化物半導体の製造方法は、上記目的を達成するために、
基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程と、
前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、
前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記第１の窓部から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成する第３の工程と、
を有する窒化物半導体の成長方法において、
前記第２の窒化物半導体が接合された接合部とその両側に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体層を覆いかつ前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層を開口させる第２の窓部を有する第２の保護膜を形成する第４の工程と、
前記第２の保護膜の第２の窓部により開口させた第２の窒化物半導体層を、その第２の窒化物半導体層の一部が前記第１の保護膜上に残るようにエッチングにより除去することにより、第２の窒化物半導体層において凸部と凹部を形成する第５の工程と、
前記第２の窒化物半導体層の凸部を核として第３の窒化物半導体を成長させる第６の工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
即ち、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法では、ＥＬＯＧ成長において、第１の保護膜の第１の窓部の上方の結晶欠陥密度の多い領域をエッチングにより除去し、残った結晶性のいい低欠陥部分を核として前記第３の窒化物半導体を横方向成長させることにより、前記第３の窒化物半導体層の最上面は鏡面が得られ、第３の窒化物半導体層の最上面及び内部において低欠陥かつ欠陥均一である窒化物半導体を得ることができる。
【００１０】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法において、前記第６の工程の前にさらに、前記第２の保護膜を除去する工程を含むことが好ましく、このようにすることにより、後の高温で窒化物半導体層又は素子を成長させる工程において前記第２の保護膜が分解するのを防ぐことができる。
また、この場合、第３の窒化物半導体を成長させるために核となる第２の窒化物半導体は、第１の保護膜上に横方向成長により形成されているため結晶性がよく、第２の保護膜を除去したことにより該第２の窒化物半導体の最上面からの転位欠陥が発生することはない。
【００１１】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法においては、前記第１及び第２の保護膜を、ストライプ状、格子状又は島状に一定周期で形成するようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法においては、前記第１の保護膜は、中央部ほど厚くなるようにその断面形状が階段状又は中央に向かって傾斜を有するように形成することが好ましく、このように形成することにより、窒化物半導体の成長速度を制御することができ、保護膜上にできる窒化物半導体同士の接合部を規則的に一定の場所に形成することができる。
さらに、保護膜が階段形状等であると保護膜上に成長させる窒化物半導体は、ある程度横方向に成長した後は、縦方向に成長する。窒化物半導体と同様に結晶欠陥は方向を変えて成長するが、縦方向への成長時には、そのまま縦方向に欠陥は伸びるため、段差を形成することで段を上がることより結晶性の良い窒化物半導体を形成することができる。
また、保護膜の幅を広くし、うねりを抑制する効果も有する。
【００１３】
さらに、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法において、第１及び第２の保護膜には、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る群から選択された少なくとも１種を用いることができる。
これらの保護膜は窒化物半導体が成長しないかしにくいために、保護膜の窓部より成長した窒化物半導体を横方向成長させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体の成長方法は、基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半導体の成長方法において、
前記第２の窒化物半導体が接合された接合部とその両側に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体層を開口させる第２の窓部を有しかつ前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層を覆う第２の保護膜を形成する第４の工程と、前記第２の保護膜を選択成長マスクとして、前記第２の窓部に露出した第２の窒化物半導体層上に第３の窒化物半導体を成長させる第５の工程と、
前記第２の保護膜を除去する第６の工程と、
前記第３の窒化物半導体を核として第４の窒化物半導体層を成長させる第７の工程とを含むことを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る第２の窒化物半導体の成長方法は、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法と同様の作用効果を有する。
【００１５】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体の製造方法では、前記第１及び第２の保護膜を、ストライプ状、格子状又は島状に一定周期で形成するようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体の成長方法において、第２の窒化物半導体をエッチングする工程において、第２の窒化物半導体は第１の保護膜を越えない深さまでエッチングされる。これにより、第１の保護膜の窓部上に成長した結晶欠陥の多い部分を除去することで、結晶性のいい部分だけを残し、その結晶性のいい第２の窒化物半導体を核として第３の窒化物半導体を成長させることができる。
さらに、エッチングを第１の保護膜上の深さまで行うことにより、第３の窒化物半導体の成長において、核となる第２の窒化物半導体の側面からの成長速度が、エッチングにより形成された凹部底面からの成長速度よりも速いため、凹部底面から窒化物半導体が成長するよりも先に第２の窒化物半導体側面からの横方向成長により接合部が合わさる。このため、該凹部上には空洞ができ、凹部底面からの結晶欠陥の転位を抑制することができる。
さらに、この空洞があるために基板の反りを緩和することもできる。
【００１７】
また、本発明に係る第３の窒化物半導体の製造方法は、 基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半導体の成長方法において、
前記第２の窒化物半導体層上であって、前記第２の窒化物半導体が接合された接合部の両側に位置する低欠陥領域上に、その低欠陥領域より欠陥密度の高い前記接合部と、前記低欠陥領域より欠陥密度の高い前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層とを開口させる第２の窓部を有する第２の保護膜を形成する第４の工程と、
前記第２の保護膜の第２の窓部により開口させた第２の窒化物半導体層をエッチングにより除去することにより、第２の窒化物半導体層において凸部と凹部を形成する第５の工程と、
前記第２の窒化物半導体層の凸部を核として第３の窒化物半導体を成長させる第６の工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
以上のように構成された本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法は、ＥＬＯＧ成長において、結晶性の最も良い部分のみを核として前記第３の窒化物半導体を横方向成長させているので、前記第３の窒化物半導体層の最上面は鏡面が得られ、第３の窒化物半導体層の最上面及び内部においてより低欠陥かつ欠陥均一である窒化物半導体を得ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法では、前記第６の工程の前にさらに、前記第２の保護膜を除去する工程を含むことが好ましく、このようにすることにより、後の高温で窒化物半導体層又は素子を成長させる工程において前記第２の保護膜が分解するのを防ぐことができる。
また、この場合、第３の窒化物半導体を成長させるために核となる第２の窒化物半導体は、第１の保護膜上に横方向成長により形成されているため結晶性がよく、第２の保護膜を除去したことにより該第２の窒化物半導体の最上面からの転位欠陥が発生することはない。
【００２０】
また、本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法においては、前記第１及び第２の保護膜を、ストライプ状、格子状又は島状に一定周期で形成するようにしてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法においては、前記第１の保護膜は、中央部ほど厚くなるようにその断面形状が階段状又は中央に向かって傾斜を有するように形成することが好ましく、このように形成することにより、窒化物半導体の成長速度を制御することができ、保護膜上にできる窒化物半導体同士の接合部を規則的に一定の場所に形成することができる。
さらに、保護膜が階段形状等であると保護膜上に成長させる窒化物半導体は、ある程度横方向に成長した後は、縦方向に成長する。窒化物半導体と同様に結晶欠陥は方向を変えて成長するが、縦方向への成長時には、そのまま縦方向に欠陥は伸びるため、段差を形成することで段を上がることより結晶性の良い窒化物半導体を形成することができる。
また、保護膜の幅を広くし、うねりを抑制する効果も有する。
【００２２】
さらに、本発明に係る第３の窒化物半導体の成長方法において、第１及び第２の保護膜には、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る群から選択された少なくとも１種を用いることができる。
これらの保護膜は窒化物半導体が成長しないかしにくいために、保護膜の窓部より成長した窒化物半導体を横方向成長させることができる。
【００２３】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体基板は、窒化物半導体からなる核部から成長された窒化物半導体からなる成長層とを有してなり、互いに対向する２つの主面を有する窒化物半導体基板であって、
前記核部は前記２つの主面の一方の面に周期的に配置され、かつその隣接する核部の間に窪みが形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体基板は、窒化物半導体からなる核部から成長された窒化物半導体からなる成長層とを有してなり、互いに対向する２つの主面を有する窒化物半導体基板であって、
前記核部は前記２つの主面のうちの一方の面の内側に周期的に配置され、かつその隣接する核部の間に空洞が形成されており、
前記一方の主面は、前記核部の一端を互いに連続的に繋げる窒化物半導体の表面により構成されていることを特徴とする窒化物半導体基板。
【００２５】
さらに、本発明に係る第２の窒化物半導体基板では、前記一方の主面である窒化物半導体の表面にさらに、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る群から選択された少なくとも１種よりなる層が周期的に配列されていてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の成長方法の概要を説明するための模式的な断面図である。
本実施の形態１の窒化物半導体の成長方法では、最初に基板１上に窒化物半導体からなるバッファ層（図示されていない。）を成長した後、第１の窒化物半導体層２をエピタキシャル成長させる。
次に、窒化物半導体層２の上に、窒化物半導体が成長しない、若しくは成長しにくい材料を用いて、例えば、所定の周期で窓部３ａを有するように第１の保護膜３を形成する。
次に、第１の保護膜３の窓部３ａにより開口された第１の窒化物半導体層２から第２の窒化物半導体４を成長させる。
この第２の窒化物半導体４は、成長するにしたがって、第１の保護膜３上に横方向に成長するようになり、第１の保護膜３の一端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４と第１の保護膜３の他端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４は、第１の保護膜３の上で接合して１つの層を成す。このようにして成長させた第２の窒化物半導体層４において、窓部３ａ上に成長された部分と、第１の保護膜３の上で両端から横方向に成長された第２の窒化物半導体が接合してできた接合部４ｂの近傍は、他の部分に比較して欠陥が多く形成される。その欠陥数の大小関係を示せば、（窓部３ａ上に成長された部分）＞（接合部４ｂの近傍）＞（他の部分、すなわち、窓部３ａ上に成長された部分と接合部４ｂとその近傍とを除いた部分）となる。
【００２７】
そして、第２の窒化物半導体４を成長させた後、第１の保護膜３上に横方向に成長された第２の窒化物半導体層４の上に第２の保護膜（図示せず）を形成して、その第２の保護膜をマスクとして、エッチングすることにより、第２の窒化物半導体層４のうち、比較的欠陥の多い窓部３ａ上に成長された部分を除去する。これにより、第２の窒化物半導体層４において、第１の保護膜３の上に、他の部分に比較して膜厚の厚い部分であって、次の第３の窒化物半導体を成長させるための核となる凸部（核部）４ｃが形成される。尚、隣接する凸部（核部）４ｃの間は、第１の保護膜３が露出するまでエッチングをするのではなく、図１に示すように第２の窒化物半導体層４の一部が残るように上述のエッチングを制御するが、後で成長させる第３の窒化物半導体の欠陥をより少なくするために、窓部３ａの幅より深くエッチングすることが好ましい。
尚、第２の保護膜５は、第１の保護膜と同様に窒化物半導体が成長しない、若しくは成長しにくい材料を用いて形成する。
次に、第２の保護膜を除去した後、第２の窒化物半導体層４の核部４ｃを核として第３の窒化物半導体を横方向に成長させる。
ここで、第１及び第２の保護膜は、窒化物半導体の横方向の成長を可能にするできる形状であればよく、例えば、ストライプ状、格子状又は島状に形成される。
【００２８】
また、第１の窒化物半導体２、第２の窒化物半導体４、及び第３の窒化物半導体６は、いずれも一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって表される組成を有する窒化物半導体であり、これらは互いに同一の組成であっても異なる組成であってもよい。
【００２９】
以上のようにして成長された第３の窒化物半導体６は、低欠陥でかつ欠陥を比較的均一にでき、最上面には鏡面又はそれに近い表面が得られる。
これは、第２の窒化物半導体４をＥＬＯＧ成長させ、第１の保護膜３の窓部３ａ上に成長した比較的欠陥の多い窒化物半導体をエッチング等により除去し、第１の保護膜３上に得られた結晶性のよい部分のみ残し、この第２の窒化物半導体４を核としてさらに、横方向に成長させることにより第３の窒化物半導体６を形成しているためである。このような理由で、第３の窒化物半導体６は、低欠陥で結晶性良くできる。
また、第３の窒化物半導体層６において、第２の窒化物半導体層４の核部４ｃの接合部４ｃから欠陥が伝播された欠陥伝播部６ａと、隣接する核部４ｃの間に位置形成される、一方の核部４ｃから横方向に成長された第３の窒化物半導体６とその核部に隣接する核部４ｃから横方向に成長された第３の窒化物半導体６とが接合された接合部６ｂの近傍には結晶欠陥が残るものの、最上面は鏡面又はそれに近い面を得ることができる。
また、第２の窒化物半導体の隣接する核部４ｃの間は窓部３ａの幅より深くエッチングされているので、エッチングにより得られるその凹部には、空洞ができるため、凹部底面からの結晶欠陥の伝播を防ぐことができるとともに、基板の反りも緩和することができる。
尚、本発明おける空洞は、凹部底面からの結晶欠陥の伝播を防ぐことができるという機能を有していればよく、例えば、面間の距離が１０Å程度で極めて体積の小さい空洞（体積が実質的にゼロ（０）の空洞）であってもよいし、さらに凹部底面から成長した窒化物半導体と核部４ｃから成長した窒化物半導体とが一般的には接していると認識できる場合であっても、凹部底面から成長した窒化物半導体の成長を止めることができれば限りなくゼロに近い隙間であってもよい。
【００３０】
本発明において、上述したように、第１の保護膜及び第２の保護膜の形状としては、ストライプ状、格子状等が挙げられるが、その際、断面形状さらに中央部を厚くし、周辺部を薄くする、又は断面形状を階段状にする等、厚さに変化を持たせても良い。
また第１の保護膜及び第２の保護膜は、窒化物半導体が成長しない、若しくは成長しにくい材料から形成されていればよく、その材料としては、例えば、ＳｉＯ２等が挙げられる。
【００３１】
図２（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態１として、図１に示す窒化物半導体の成長工程を示す模式断面図である。
以下に、本発明における実施の形態１の窒化物半導体の成長方法及び好適な材料について説明する。
【００３２】
［第１の工程］
まず、図２（ａ）に示すように、基板１上に、窒化物半導体からなるバッファー層（図示されていない。）を介して、第１の窒化物半導体２を成長させる。本発明において、基板１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（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）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接合する酸化物基板を用いることができる。
【００３３】
ここで、バッファ層（図示されていない。）は、基板１上に成長させる窒化物半導体との格子定数不整や熱膨張係数の違いを緩和するために用いられ、材料としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮが用いられる。また、このバッファ層は、９００℃以下３００℃以上の温度、０．５μｍ〜１０オングストロームの膜厚で成長される。尚、バッファ層は、窒化物半導体の成長方法や基板の種類によっては省略することもできる。
【００３４】
また、第１の窒化物半導体２としては、比較的結晶性良く成長させることが可能な、アンドープのＧａＮ又はｎ型不純物としてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＳ等の少なくとも１種類をドープしたＧａＮを用いることが好ましい。このＧａＮからなる第１の窒化物半導体２は、窒化物半導体よりも高温で、９００℃〜１１００℃の範囲、好ましくは、１０５０℃程度で基板１上に成長させる。また、窒化物半導体２の膜厚は、好ましくは、１〜３０μｍ、より好ましくは２〜２０μｍに設定する。
【００３５】
［第２の工程］
次に図２（ｂ）に示すように、第１の窒化物半導体２の表面に第１の保護膜３を形成する。この第１の保護膜３は、本実施の形態１では、ストライプ状に形成した例を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、ストライプ状以外に、格子状及び島状等の保護膜の窓部から窒化物半導体が横方向に成長させることができる形状であればよい。さらに、第１の保護膜３は、第１の保護膜３上に成長させる第２及び第３の窒化物半導体の結晶欠陥を減らし、横方向に成長した窒化物半導体の接合部が常に保護膜のほぼ中央に形成されるように、第１の保護膜３の中央部が厚くなるように形成することが好ましい。具体的には、例えば、第１の保護膜３の両側から中央部に向かって徐徐に厚さが厚くなるようにして中央が最も厚くなるようにし、その厚い部分の直上に接合部が形成されるようにする。
このように、結晶欠陥がやや多い窒化物半導体同士の接合部を、常に第１の保護膜３の中央部に規則的に形成されるように制御できれば、結晶性の良好な部分を最大限に利用することができる。また、結晶欠陥が規則的に形成されるように制御できれば、後の工程において量産性を向上させることができる。
尚、この場合、第１の保護膜３の両側から中央部に向かって階段状に徐徐に厚さが厚くなるようにしてもよい。
【００３６】
また、第１の保護膜３は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等の酸化物、窒化物、またはこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等のその保護膜表面に窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有する材料を選択してを用いることができる。
【００３７】
また、ストライプ状に第１の保護膜を形成する場合、第１の保護膜３の幅は、好ましくは５〜２００μｍに設定し、より好ましくは１０〜５０μｍに設定する。
また、隣接する第１の保護膜３の間隔である窓部３ａの幅は、第１の保護膜３のストライプ幅よりも狭くすることが望ましく、より好ましい窓部３ａの幅は２０μｍ以下、よりいっそう好ましくは０．５〜１０μｍに設定する。
【００３８】
また、第１の保護膜３の膜厚は、好ましくは、０．２〜３μｍ、より好ましくは０．３〜１μｍの範囲に設定する。第１の保護膜３の膜厚を厚くすると後の窒化物半導体を成長させる工程において窒化物半導体が埋まらず鏡面が得られないからである。
ここで、第１の保護膜３は、例えば、ＣＶＤ、蒸着又はスパッタ等を用いて成膜させることができる。また、この第１の保護膜３は所定形状のフォトレジストを用いて、所定の領域に選択的に形成することができる。
【００３９】
上述した形状に、第１の保護膜３を形成すると、異種基板と窒化物半導体の界面で生じる結晶欠陥の伝播が第１の保護膜３により抑制され、第１の保護膜３上部には横方向成長により、結晶性が良好でかつ上面が鏡面である第２の窒化物半導体４を成長させることができる。
【００４０】
［第３の工程］
次に、第１の保護膜３の窓部３ａにより開口された第１の窒化物半導体層２から第２の窒化物半導体４を成長させる。
この第２の窒化物半導体４は、成長するにしたがって、第１の保護膜３上に横方向に成長するようになり、第１の保護膜３の一端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４と第１の保護膜３の他端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４は、図２（ｃ）に示すように、第１の保護膜３の上で接合して１つの層を成す。
第１の保護膜３上に成長する第２の窒化物半導体４としては、例えば、アンドープＧａＮや、Ｓｉ等のｎ型不純物、又はｐ型不純物をドープしたＧａＮを用いることができる。第２の窒化物半導体４は、成長後の上面が鏡面になるように、好ましくは１〜５０μｍの範囲、より好ましくは５〜３０μｍの範囲の膜厚になるように成長させる。
【００４１】
［第４の工程］
第２の窒化物半導体４の最上面が鏡面になるまで成長した後、図２（ｄ）に示すように第２の窒化物半導体４の接合部４ｂ上にストライプ状の第２の保護膜５を形成する。
このストライプ状の第２の保護膜５は、第１の保護膜３の幅より狭くかつ接合部４ｂとその近傍の比較的欠陥の少ない部分を覆うように形成する。
すなわち、第２の保護膜５は、次の第５の工程において第２の窒化物半導体４をエッチングをした時に、そのエッチングで除去された部分の側面に結晶性が良好な窒化物半導体（窓部３ａ上に成長された結晶性が劣る部分と、接合部４ｂとその近傍の結晶性が劣る部分との間に位置する第２の窒化物半導体４）が露出するように形成される。
尚、本実施の形態１では、第１の保護膜３をストライプ状に形成していることから、第２の保護膜５も第１の保護膜３と同様にストライプ状に形成したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の保護膜３を、格子状又は島状などの他の形状とした場合には、第２の保護膜５もその形状に対応させて格子状又は島状に形成する。また、第２の保護膜５を除去した後次の窒化物半導体を成長させるようにしても良いし、第２の保護膜を残した状態で窒化物半導体を成長させてもよいが、第２の保護膜を残した状態で窒化物半導体を成長させる場合には、その断面形状を中央部に向かって徐徐に厚さが厚くなる階段型または傾斜を有する形状にすることができ、そのようにすると接合部が形成される位置をほぼ一定の場所にすることができる。
また、第２の保護膜の材料及び成長方法、膜厚、成長温度等は、第１の保護膜３と同様として成膜することができる。
【００４２】
［第５の工程］
次に、図２（ｅ）に示すように、第２の保護膜５をマスクとしてエッチングすることにより第２の窒化物半導体４にストライプ状の凹部４ａとストライプ状の凸部４ｃを交互に形成する。
この凹部４ａの深さ（エッチングの深さ）は、次に第３の窒化物半導体を成長させる時に、凹部４ａの側面からの横方向成長が凹部４ａの底面からの成長よりも速く進むように設定する。つまり、凹部４ａの深さは、凹部４ａの一方の側面から成長した第３の窒化物半導体と他方の側面から成長した第３の窒化物半導体とが接合して接合部６ｂを形成しはじめた時に、凹部４ａの内部に空洞が形成されるような深さに設定することが好ましい。
このように、凹部４ａ内に空洞が形成されると、凹部４ａの底面からの成長を止めることができ、凹部４ａの底面からの成長された窒化物半導体に含まれる結晶欠陥の伝播を抑制することができる。
また、このように凹部４ａ内に空洞が形成されると、その空洞により基板１に生じる応力を緩和することができるので、基板の反りを緩和することができる。
【００４３】
また、凹部４ａの幅（エッチング幅）は、第１の保護膜３の窓部３ａの上に成長された、第２の窒化物半導体層４の欠陥の多い窒化物半導体を取り除くことができる幅に設定される。すなわち、凹部４ａの幅（エッチング幅）は、第１の保護膜３の窓部３ａよりも広い幅に設定される。
具体的には、後の工程で鏡面状の窒化物半導体を成長させるためには、凹部４ａの幅（エッチング幅）は、５〜１５μｍであるのが好ましい。
【００４４】
［第６の工程］
次に、図２（ｆ）に示すように、第２の保護膜５を除去した後、第２の窒化物半導体４を核として第３の窒化物半導体６を成長させる。
この第３の窒化物半導体６を成長させる工程では、第２の窒化物半導体層４において交互に凹部４ａと凸部４ｃとが形成されていて凹部４ａの底面及びその近傍には窒化物半導体を成長させるための原料ガスが十分供給されないので、凹部４ａの底面及びその近傍からはほとんど第３の窒化物半導体６は成長されない。したがって、第３の窒化物半導体６は、主として凸部４ｃの上面および凹部４ａの側面の上部から成長され、凹部４ａの両側面から横方向に成長された第３の窒化物半導体６が、凹部４ａの上方において接合して接合部６ｂが形成される。
このようにして、１つの連続した第３の窒化物半導体層６が形成される。
尚、本実施の形態１では、第２の保護膜５を除去した後、第３の窒化物半導体６を成長させているが、第２の保護膜を残したまま、第３の窒化物半導体６を成長させるようにしてもよい。
【００４５】
第３の窒化物半導体６の膜厚は、好ましくは５〜３０μｍ、より好ましくは１０〜２０μｍに設定する。この範囲であると基板と窒化物半導体の熱膨張係数差によるウェハの反りが防止でき、この基板上に良好な窒化物半導体を成長させることができる。
【００４６】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について図３を参照しながら説明する。
【００４７】
まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように基板１上にバッファー層となる窒化物半導体層（図示されていない）を介して第１の窒化物半導体２を形成する。その後、ＥＬＯＧ成長させるための第１の保護膜３をストライプ形状等に形成する。
ここまでの工程は、実施の形態１と同様である。
【００４８】
次に図３（ｃ）に示すように第２の窒化物半導体４を、第１の保護膜３を覆い、且つ最上面に鏡面が得られる程度の厚さに成長させる。
次に、第２の保護膜５０を、図３（ｄ）に示すように第２の窒化物半導体４のうちの窓部３ａ上方に位置する比較的結晶欠陥が多い部分の上に形成する。
ここで、本実施の形態２では、窓部３ａはストライプ状に形成されているので、第２の保護膜５０もストライプ状に形成される。
【００４９】
次に、第２の保護膜５０を選択成長マスクとして、第２の保護膜５０の間に露出された第２の窒化物半導体４上に第４の窒化物半導体７を成長させ、その後、第２の保護膜を除去する。
ここで、図３（ｅ）において、７ａの符号を付して示す破線は、第４の窒化物半導体７のうち、結晶欠陥の多い部分を示す線であり、第２の窒化物半導体４の接合部分に形成される結晶欠陥を受け継いで形成されたものである。
そして、第４の窒化物半導体７を核として、図３（ｆ）に示すように第３の窒化物半導体６を成長させる。
この第３の窒化物半導体６を成長させる工程では、第４の窒化物半導体層７がストライプ状にかつ一定の間隔で形成されているので、隣接する第４の窒化物半導体層７の間には、実施の形態１の凹部４ａに対応する凹部７ｂが形成され、その凹部７ｂの底面及びその近傍には窒化物半導体を成長させるための原料ガスが十分供給されないので、凹部７ｂの底面及びその近傍からはほとんど第３の窒化物半導体６は成長されない。
したがって、第３の窒化物半導体６は、主として第４の窒化物半導体層７の上面および凹部７ｂの側面の上部から成長され、凹部７ｂの両側面から横方向に成長された第３の窒化物半導体６が、凹部７ｂの上方において接合して接合部６ｂが形成される。
このようにして、１つの連続した第３の窒化物半導体層６が形成される。
すなわち、本実施の形態２において、第４の窒化物半導体層７の厚さと隣接する第４の窒化物半導体層７の間の間隔は、凹部７ｂの底面及びその近傍に窒化物半導体を成長させるための原料ガスが十分供給されないように設定される。
また、第２の窒化物半導体４上に成長させる第４の窒化物半導体７の材料は、特に限定されるものではなく、第２の窒化物半導体４と異なる材料を用いることもできる。
【００５０】
このように、実施の形態２では、第３の窒化物半導体６は、第４の窒化物半導体７を核として成長されるが、この核となる第４の窒化物半導体７は、第１の保護膜３上に成長された結晶性のよい窒化物半導体であるため、ここから成長する第３の窒化物半導体６の結晶性は良好にできる。
このようにして得られた第３の窒化物半導体６の表面及び表面領域をカソードルミネッセンス（ＣＬ）により観測すると、窒化物半導体の接合部６ｂ以外は結晶欠陥が少ない結晶性が良好な窒化物半導体であることが確認された。
【００５１】
以上説明した本発明に係る実施の形態１及び２の窒化物半導体の成長方法において、窒化物半導体、第１の窒化物半導体、第２の窒化物半導体、及び第３の窒化物半導体等の窒化物半導体を成長させる具体的な方法としては、特に限定されるものではないが、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）等の方法を適用できる。
【００５２】
また、窒化物半導体に凹凸を形成する場合等のエッチング方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法があり、本発明ではいずれの方法を用いてもよいが、平滑な面を形成するためには、好ましくはドライエッチングを用いる。
ドライエッチングには、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）等の装置があるが、いずれの装置を用いてもエッチングガスを適宜選択することにより、本発明の成長方法における窒化物半導体のエッチングに適用することができる。
【００５３】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について図５を参照しながら説明する。
まず、図５（ａ）に示すように基板１上にバッファー層となる窒化物半導体層（図示されていない）を介して第１の窒化物半導体２を形成する。その後、図５（ｂ）に示すように、ＥＬＯＧ成長させるための第１の保護膜３をストライプ形状等に形成して、窓部３ａに露出された第１の窒化物半導体２を核として第２の窒化物半導体４を成長させる（図５（ｃ））。
ここまでの工程は、実施の形態１と同様である。
【００５４】
この第２の窒化物半導体４においては、上述したように、窓部３ａ上に成長された部分と、第１の保護膜３の上で両端から横方向に成長された第２の窒化物半導体４が接合してできた接合部４ｂの近傍は、他の部分に比較して欠陥が多く形成される。
そこで、本実施の形態３では、第２の窒化物半導体層４において、最も欠陥の多い部分である窓部３ａ上に成長された部分と、次に欠陥の多い部分である接合部４ｂの近傍とを除去するために、第２の窒化物半導体層４の表面に、窓部３ａ上に成長された部分と接合部４ｂとその近傍とを除いた部分とを開口させるように第２の保護膜５１を形成する（図５（ｄ））。
次に、第２の保護膜５１をマスクとしてエッチングすることにより、図５（ｅ）に示すように、第２の窒化物半導体層４に次の第３の窒化物半導体層を成長させる際の核となる凸部４ｅと凹部４ｆとを形成する。
【００５５】
ここで、凹部４ｆは、次の第３の窒化物半導体層を成長させる際にその凹部４ｆの底面からの成長が抑制できる（原料ガスの供給が抑制できる）ような深さに形成する。
次に、図５（ｆ）に示すように、第２の窒化物半導体層４の凸部４ｅを核として、第３の窒化物半導体層６０を成長させる。
尚、図５（ｆ）において、６０ａの符号で示す部分は、隣接する凸部４ｅから成長された第３の窒化物半導体が接合して形成された接合部である。
【００５６】
以上のようにして成長された第３の窒化物半導体層６０は、第２の窒化物半導体層４のうち、最も欠陥の多い部分である窓部３ａ上に成長された部分と、次に欠陥の多い部分である接合部４ｂの近傍とを除去して、結晶欠陥の最も少ない部分である凸部４ｅを核として成長されているので、接合部６０ａの近傍に結晶欠陥の若干多い部分が存在するものの極めて結晶欠陥を少なくできる。
【００５７】
また、以上説明した実施の形態１〜３の窒化物半導体の成長方法を用いて、以下のように窒化物半導体基板を作製することができる。
図６（ａ）は、実施の形態１の窒化物半導体の成長方法にしたがって第３の窒化物半導体層６まで成長させた後、基板１から第２の窒化物半導体層の凸部４ｃまで、例えば研磨することにより除去して、窒化物半導体基板としたものである。
このように作製された図６（ａ）の窒化物半導体基板は、その一方の主面に、凸部（核部）４ｃが周期的に配置され、かつその隣接する凸部４ｃの間には窪み４ｈが形成されている。
【００５８】
また、本発明に係る窒化物半導体基板では、図６（ｂ）に示すように、基板１から第１の窒化物半導体層２までを、例えば研磨することにより除去して、窒化物半導体基板としてもよい。
この場合、その窒化物半導体基板には、その一方の面の内側に周期的にする凸部４ｃが形成され、隣接する凸部４ｃ間に空洞４ｉが形成される。
また、一方の主面において、凸部４ｃは連続してつながっており、その一方の主面にはさらに、第１の保護膜３が周期的に存在する。
【００５９】
また、図６（ｃ）は、実施の形態３の窒化物半導体の成長方法にしたがって第３の窒化物半導体層６０まで成長させた後、基板１から第２の窒化物半導体層の凸部４ｅまでを、例えば研磨することにより除去して、窒化物半導体基板としたものである。
このように作製された図６（ｃ）の窒化物半導体基板は、その一方の主面に、凸部（核部）４ｅが周期的に配置され、かつその隣接する凸部４ｅの間には窪み４ｈが形成されている。
【００６０】
また、本発明に係る窒化物半導体基板では、図６（ｄ）に示すように、基板１のみを、例えば研磨することにより除去して、窒化物半導体基板としてもよい。この場合、その窒化物半導体基板には、その一方の面の内側に周期的にする凸部４ｅが形成され、隣接する凸部４ｅ間に空洞４ｉが形成される。
また、一方の主面は、第１の窒化物半導体層の表面となり、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層４の間に周期的に第１の保護膜３が存在する。
以上のようにして本実施の形態１〜３の窒化物半導体の成長方法を応用して、結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板を作製することができる。
【００６１】
【実施例】
［実施例１］
図２（ａ）〜（ｆ）は、第１の形態を示す各工程のウェーハの模式断面図である。
基板１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板を用い、反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮよりなる窒化物半導体（図示されていない）をバッファ層として２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００６２】
窒化物半導体成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体２を２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００６３】
第１の窒化物半導体２成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体２の表面に、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１４μｍ、ストライプ間隔（窓部）６μｍのＳｉＯ２よりなる第１の保護膜３を０．４μｍの膜厚で形成させる。
【００６４】
その後、ウェーハを再度、ＭＯＶＰＥの反応容器にセットし、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ（Ｖ／ＩＩＩ比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体４を２０μｍの膜厚で成長させる。
【００６５】
第２の窒化物半導体４を成長後、鏡面である最上面に第２の保護膜５を第２の窒化物半導体４の接合部上にストライプ形成する。この第２の保護膜は、膜厚０．４μｍ、ストライプ幅は１０μｍであり、窓部幅は１０μｍで形成する。
ここで、第２の保護膜をマスクとして、エッチングすることにより、第１の保護膜の窓部上に形成された結晶欠陥の多い窒化物半導体を除去することができる。第２の窒化物半導体４に凹凸を形成する。
【００６６】
次に、第２の保護膜５を除去後、ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、第２の窒化物半導体４を核として、ＧａＮよりなる第４の窒化物窒化物半導体６を５〜３０μｍの膜厚で成長させる。
【００６７】
得られた第３の窒化物半導体６の表面をＣＬにより観察すると、窒化物半導体同士の接合部以外はほとんど結晶欠陥が見られない。結晶欠陥は、１×１０４個／ｃｍ２程度観測されるが、低欠陥且つ欠陥均一である窒化物半導体を提供することができる。
【００６８】
［実施例２］
実施例１において、第１の保護膜をパターン形成する際にエッチングにより凸型にし、階段形状を有する保護膜とする。得られた第３の窒化物半導体６は、実施例１と同様に低欠陥且つ欠陥均一である窒化物半導体を得ることができる。
【００６９】
［実施例３］
実施例１において、第２の保護膜５をマスクとして、エッチングすることにより、第２の窒化物半導体に凹凸を形成後、凸形状とした第２の保護膜を残した状態で第３の窒化物半導体を成長させる他は同様にして窒化物半導体を成長させ、得られた第３の窒化物半導体は、実施例１と同様に低欠陥且つ欠陥均一である窒化物半導体である。
【００７０】
［実施例４］
実施例１において、第２の保護膜を除去後、温度１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、第３の窒化物半導体を成長させる。得られたＳｉドープのｎ型窒化物半導体は、実施例１同様の結果が得られた。
【００７１】
［実施例５］
図４は実施例１により得られた窒化物半導体を基板とするレーザ素子の構造を示す模式断面図である。以下、図４を元に実施例５について説明する。
【００７２】
（アンドープｎ型コンタクト層１０１）
実施例１で得られたウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器内にセットし、１０５０℃でこの窒化物半導体に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０１を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮからなる窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとする半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。
【００７３】
（ｎ型コンタクト層１０２）
次に得られたバッファ層１０１上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０２を４μｍの膜厚で成長させる。
【００７４】
（クラック防止層１０３）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を９００℃にしてＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなるクラック防止層１０３を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【００７５】
（ｎ型クラッド層１０４）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ２ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。この操作を２００回繰り返しＡ層とＢ層との積層構造とし、総膜厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層・を成長させる。
【００７６】
（ｎ型ガイド層１０５）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型ガイド層１０５を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型ガイド層１０５は、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【００７７】
（活性層１０６）
次に、温度を９００℃にし、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚、シランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる井戸層を４０Åの膜厚で、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層の順に積層し、最後に障壁層として、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎを成長させる。活性層１０６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００７８】
（ｐ型電子閉じ込め層１０７）
次に、活性層と同じ温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層１０７を１００Åの膜厚で成長させる。
【００７９】
（ｐ型ガイド層１０８）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層１０８を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層は、ｐ型不純物をドープしてもよい。
【００８０】
（ｐ型クラッド層１０９）
次に、１０５０℃でアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１０９を成長させる。ｐ型クラッド層は、ＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ型クラッド層１０９を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるので、しきい値を低下させる上で非常に有効である。
【００８１】
（ｐ型コンタクト層１１０）
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１０を１５０Åの膜厚で成長させる。
反応終了後、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００８２】
アニーリング後、窒化物半導体を積層させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ２よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ４ガスによりエッチングし、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層１０２の表面を露出させる。
【００８３】
次に、ＳｉＯ２保護膜を形成し、ＲＩＥを用いＣＦ４ガスによりエッチングすることにより、ストライプ状の導波路領域としてリッジストライプを形成する。
【００８４】
次にリッジストライプ形成後、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ２）よりなる絶縁保護膜を、エッチングにより露出したｐ型ガイド層１０８上に０．５μｍの膜厚で形成する。
【００８５】
ｐ型コンタクト層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成し、また、エッチングにより露出したｎ型コンタクト層上にはＴｉとＡｌよりｎ型電極を形成する。このｐ電極は、リッジ上にストライプ形成されており、同じくストライプ形成されているｎ電極とは平行な方向で形成する。
【００８６】
次に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜・を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなるパット電極をそれぞれ設けた。この時、共振器面（反射面側）にもＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜が設けられている。
【００８７】
以上のようにして得られたレーザ素子は、室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃｍ２、５〜３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振のレーザ素子が得られる。得られるレーザ素子の素子寿命は、３０００〜１００００時間であった。
【００８８】
【発明の効果】
本発明は、保護膜上部に限らず結晶欠陥の転位を減少させた欠陥均一である結晶性のよい窒化物半導体の成長方法を提供することができる。
また、本発明により得られた窒化物半導体を基板とし、素子構造を成長させることにより、寿命特性等の素子性能が良好な窒化物半導体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体の成長方法により製造された窒化物半導体の構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体の成長方法の流れを示す模式断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態２の窒化物半導体の成長方法の流れを示す模式断面図である。
【図４】本発明に係る実施例５の窒化物半導体を基板とするレーザ素子の構造を示す模式断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態３の窒化物半導体の成長方法の流れを示す模式断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１，３の窒化物半導体の成長方法を応用して作製された窒化物半導体基板の模式断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板、
２・・・第１の窒化物半導体、
３・・・第１の保護膜、
３ａ・・窓部、
４・・・第２の窒化物半導体、
４ａ・・凹部、
４ｂ，６ｂ・・接合部、
４ｃ・・凸部、
５，５１・・・第２の保護膜、
６，６０・・・第３の窒化物半導体、
７・・・第４の窒化物半導体、
１０１・・・アンドープｎ型コンタクト層、
１０２・・・ｎ型コンタクト層、
１０３・・・クラック防止層、
１０４・・・ｎ型クラッド層、
１０５・・・ｎ型ガイド層、
１０６・・・活性層、
１０７・・・ｐ型電子閉じ込め層、
１０８・・・ｐ型ガイド層、
１０９・・・ｐ型クラッド層、
１１０・・・ｐ型コンタクト層。
Claims (12)
- 基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程と、
前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、
前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記第１の窓部から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成する第３の工程と、
を有する窒化物半導体の成長方法において、
前記第２の窒化物半導体が接合された接合部とその両側に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体層を覆いかつ前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層を開口させる第２の窓部を有する第２の保護膜を形成する第４の工程と、
前記第２の保護膜の第２の窓部により開口させた第２の窒化物半導体層を、その第２の窒化物半導体層の一部が前記第１の保護膜上に残るようにエッチングにより除去することにより、第２の窒化物半導体層において凸部と凹部を形成する第５の工程と、
前記第２の窒化物半導体層の凸部を核として第３の窒化物半導体を成長させる第６の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 - 前記第６の工程の前にさらに、前記第２の保護膜を除去する工程を含む請求項１に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記第１及び第２の保護膜が、ストライプ状、格子状又は島状のいずれかの形状でかつ一定周期で形成されている請求項１又は２に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記第１の保護膜は、中央部ほど厚くなるようにその断面形状が階段状又は中央に向かって傾斜を有するように形成されている請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記第１及び第２の保護膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る群から選択された少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体の成長方法。
- 基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半導体の成長方法において、
前記第２の窒化物半導体が接合された接合部とその両側に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体層を開口させる第２の窓部を有しかつ前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層を覆う第２の保護膜を形成する第４の工程と、
前記第２の保護膜を選択成長マスクとして、前記第２の窓部に露出した第２の窒化物半導体層上に第３の窒化物半導体を成長させる第５の工程と、
前記第２の保護膜を除去する第６の工程と、
前記第３の窒化物半導体を核として第４の窒化物半導体層を成長させる第７の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 - 前記第１及び第２の保護膜が、ストライプ状、格子状又は島状のいずれかの形状でかつ一定周期で形成されている請求項６に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半導体の成長方法において、
前記第２の窒化物半導体層上であって、前記第２の窒化物半導体が接合された接合部の両側に位置する低欠陥領域上に、その低欠陥領域より欠陥密度の高い前記接合部と、前記低欠陥領域より欠陥密度の高い前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層とを開口させる第２の窓部を有する第２の保護膜を形成する第４の工程と、
前記第２の保護膜の第２の窓部により開口させた第２の窒化物半導体層をエッチングにより除去することにより、第２の窒化物半導体層において凸部と凹部を形成する第５の工程と、
前記第２の窒化物半導体層の凸部を核として第３の窒化物半導体を成長させる第６の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 - 前記第６の工程の前にさらに、前記第２の保護膜を除去する工程を含む請求項８に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記第１及び第２の保護膜が、ストライプ状、格子状又は島状のいずれかの形状でかつ一定周期で形成されている請求項８又は９に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記第１の保護膜は、中央部ほど厚くなるようにその断面形状が階段状又は中央に向かって傾斜を有するように形成されている特徴とする請求項８〜１０のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体の成長方法。
- 前記第１及び第２の保護膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る群から選択された少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項８〜１１のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体の成長方法。
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