JP4288743B2 - Nitride semiconductor growth method - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

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）の成長方法に係り、特に転位の少ない窒化物半導体の成長方法に関する。また、本発明は、前記窒化物半導体よりなる基板を用い発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子、あるいは太陽電池、光センサー等の受光素子に使用される窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる窒化物半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体からなる青色、青緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）が実用化されたり実用可能になっている。
【０００３】
例えば、本発明者等は、Aplide Physics Letters. Vol.73, Number6 (1998) pp.832-834 に、サファイア上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により２μｍの膜厚で成長させたＧａＮ層上に、０．１μｍの膜厚のＳｉＯ2よりなる保護膜を部分的に形成し、その後、保護膜を有する面上に再度ＧａＮをＭＯＣＶＤにより２０μｍの膜厚で成長（ＥＬＯＧ成長）させ、続いて、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）により２００μｍの膜厚のＧａＮを成長させ、その後サファイア基板を研磨により除去して、ほぼ１５０μｍの膜厚のＧａＮの基板を得て、このＧａＮ基板上にデバイス構造を形成し、ＧａＮ基板のＭ面［六方晶系の側面；例えば｛１−１００｝等］で劈開して共振面を形成してなる窒化物半導体素子を報告している。
そして、報告されたレーザ素子は、劈開により形成された共振面からのレーザ光のファーフィールドパターンが良好で、また出力５ｍＷとなるように動作電流を調整し５０℃の条件下でほぼ１８０時間の連続発振が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記Appl.Phys.Lett.に報告されている窒化物半導体素子は、レーザ素子の実用化の可能性を有しているものの、実用化のためには寿命特性が十分満足できるものではない。上記報告されているレーザ素子は、高温でかなりの長時間、連続発振できるが、連続発振が１８０時間を過ぎると、動作電流が急激に増加することから、素子の劣化がかなり進行していると推測できる。
【０００５】
本発明者等は、寿命特性のさらなる向上のために種々検討した結果、デバイス構造を成長させる窒化物半導体基板の表面に、表面透過型電子顕微鏡（表面ＴＥＭ）観察によると、ほぼ均一に１×１０7個／ｃｍ2程度の転位が確認され、この転位により寿命特性が低下するのではないかと考えた。上記転位密度は、従来のサファイア基板上にＧａＮを成長させていく場合に比べれば、かなり低減されているが、実用化に際しての素子の信頼性を十分にするには、寿命特性をさらに向上させる必要がある。
【０００６】
窒化物半導体基板の表面にほぼ均一に転位が見られる原因として、劈開の際の物理的強度を向上させ欠けや割れを防止するため、ＨＶＰＥで膜厚２００μｍの厚さに窒化物半導体を成長させる過程で、保護膜の形成されていない部分（窓部）上部に見られる転位が、窒化物半導体の成長と共に均一に広がっているためと推測できる。
【０００７】
ちなみに、保護膜を形成後、ＭＯＣＶＤで２０μｍの膜厚で窒化物半導体を成長させた時点では、窓部上部にはほぼ１×１０9個／ｃｍ2程度の転位が見られるが、一方、保護膜上部にはほとんど転位が見られない。仮に、この転位のない保護膜上部にデバイス構造、特にリッジ形状のストライプを形成すると、寿命特性が向上する。しかし、２０μｍの膜厚の窒化物半導体からサファイアを除去して、劈開により共振面を形成するには、２０μｍの膜厚の窒化物半導体基板では物理的強度が十分でなく、欠けや割れが生じ歩留まりが低下する。さらに、デバイス構造を形成する際にも窒化物半導体基板の物理的強度が必要である。
このように、サファイアを除去して窒化物半導体のみの基板上に、デバイス構造を形成することは、鏡面状の共振面を得ることができる劈開という簡易な方法を可能にするものの、劈開時及びデバイス工程時の物理的強度が十分となる程度の膜厚に成長させなければならず、このため、ＥＬＯＧ成長で得られた転位のほとんどない部分が窒化物半導体基板表面から失われてしまう。
以上のように、レーザ素子の寿命特性の向上には、デバイス構造を形成するための窒化物半導体基板の転位密度をより一層低下させることが望まれる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、窒化物半導体を基板とした場合、デバイス構造を形成しても、劈開により共振面を形成しても、基板に欠けやクラックの発生が生じず、更に、寿命特性を良好にでき、実用化に際しての素子の信頼性が向上するような転位の低減される窒化物半導体基板の得られる窒化物半導体の成長方法を提供することである。
更に、本発明の目的は、本発明の窒化物半導体の成長方法により得られる窒化物半導体を基板とし、寿命特性など素子特性の良好な窒化物半導体素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、下記（１）〜（１３）の構成により、本発明の目的を達成することができる。
（１） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に成長された窒化物半導体上に、露出された凹凸を形成する工程と、前記露出された凹凸を有する面上に、前記凹凸の凸部上面及び凹部側面からの横方向の成長を利用して第１の窒化物半導体を成長させる工程と、その後、少なくとも前記異種基板を除去することにより、窒化物半導体基板とする工程と、前記窒化物半導体基板の異種基板を除去した面とは反対の面上に、第２の窒化物半導体を成長させる工程とを有することを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
（２） 前記窒化物半導体基板は、反りを有することを特徴とする（１）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（３） 前記第１の窒化物半導体は、１０μｍ／時間以下０．５μｍ／時間以上の成長速度で成長させ、前記第２の窒化物半導体は、５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上の成長速度で成長させることを特徴とする（１）又は（２）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（４） 前記第１の窒化物半導体は有機金属化学気相成長法により成長させ、前記第２の窒化物半導体はハイドライド気相成長法により成長させることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（５） 前記凹凸の凹部底部からの縦方向成長に比べ前記凹部側面からの横方向の成長を促進させて、前記第１の窒化物半導体を成長させることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（６） 前記凹部内部で前記凹部側面からの成長を接合させて前記凹部底部からの成長を遮り、前記第１の窒化物半導体を成長させることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（７） ｐ型不純物及び／又はｎ型不純物をドープすることにより横方向の成長を促進させて、前記第１の窒化物半導体を成長させることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（８） 前記第１及び第２の窒化物半導体はアンドープのＧａＮからなることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（９） 前記凹凸が、前記窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されたストライプ形状であることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（１０） 前記第１の窒化物半導体を成長させた後、該第１の窒化物半導体上に、第３の窒化物半導体を成長させる工程を有し、前記窒化物半導体基板が、少なくとも第３の窒化物半導体からなることを特徴とする（１）〜（９）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（１１） 前記異種基板を除去する工程において、異種基板から第３の窒化物半導体の一部までを除去することを特徴とする（１０）に記載の窒化物半導体の成長方法。
（１２） 前記窒化物半導体基板が、その表面の転位密度が１０10個／ｃｍ2以下であることを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
（１３） 前記窒化物半導体基板が、５０〜１０００μｍの膜厚を有することを特徴とする請求項（１）〜（１２）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。
また、本発明は、下記（１４）〜（１６）の構成とすることができる。
（１４） 前記（１）〜（１３）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法により得られた転位の低減された窒化物半導体を基板として、この窒化物半導体基板上に、少なくとｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体を有するデバイス構造が形成されてなることを特徴とする窒化物半導体素子。
（１５） 前記窒化物半導体素子が、ストライプ形状の保護膜又はストライプ形状の凹凸の、ストライプ方向に平行に形成されたリッジ形状のストライプを有することを特徴する（１４）に記載の窒化物半導体素子。
（１６） 前記窒化物半導体素子のリッジ形状のストライプが、ストライプ形状の保護膜の上部、又はストライプ形状の凹凸の凹部上部に形成されていることを特徴とする（１４）又は（１５）に記載の窒化物半導体素子。
【００１０】
つまり、本発明の成長方法は、デバイス構造を形成可能な程度の厚膜の窒化物半導体基板上に、上記の如く、第５の工程においてＥＬＯＧ成長させることにより、表面の転位を低減し、特に表面にほとんど転位の見られない部分を有する第４の窒化物半導体を成長させることにより、劈開しても欠けや割れが発生し難く、且つ転位のほとんどない部分を有しているので素子の劣化を防止でき寿命特性を向上できる良好な基板を提供することができる。
上記基板は、デバイス構造を形成するための基板であり、本発明においては、第５の工程における窒化物半導体基板と転位の低減された第４の窒化物半導体とからなるものが、デバイス構造を形成するための基板となる。以下単に本発明の基板とする場合がある。
【００１１】
従来、前記課題で示したように、転位を低減する試みは、デバイス構造を形成するための基板として、窒化物半導体を厚膜に成長させる工程の前段階で転位の伝播を抑制したり止めたりする試みが種々行われている。
【００１２】
これに対して、本発明は、デバイス構造を形成可能な程度に厚膜に成長された窒化物半導体基板上に、従来の知見から考えると一見製造工程を複雑化、長時間化しているように思われるようなＥＬＯＧ成長を行うことにより、前記課題を解決することができる。
窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長をすることで得られる第４の窒化物半導体は、転位密度が低減され、さらには転位がほとんどない部分を有している。この窒化物半導体基板と第４の窒化物半導体とからなる本発明の基板は、厚膜の窒化物半導体基板により物理的強度が得られ、さらに本発明の基板の第４の窒化物半導体上にデバイス構造を形成すると、寿命特性の向上が可能となる。
本発明の方法は、前記したように一見製造工程を煩雑にしてしているように思われるが、本発明の基板を用いることで寿命特性の向上が可能となると共に、割れや欠けが防止され歩留まりの向上が可能となり、製造工程を総合的に考慮した場合、製造効率の向上につながる。
【００１３】
本発明の課題は、上記Appl.Phys.Lett.での報告のように、転位の低減された厚膜の窒化物半導体を基板とし、この上にデバイス構造を形成してなるレーザ素子が、かなりの長時間の連続発振を達成できたことによって、実用化の達成や信頼性の向上のために解決しなければならない問題点として新たに見出されたものである。
このことから、たとえ、窒化物半導体基板上にデバイス構造を形成してなる窒化物半導体素子であっても、得られた素子が長時間の連続発振をすることができないような素子からは、基板の転位が寿命特性へどのように影響するかといったような本発明の課題を新たに見出すことは困難である。
【００１４】
また更に、本発明において、第５の工程における窒化物半導体の横方向の成長を利用して転位の低減される方法（以下、第５の工程のＥＬＯＧ成長と言う場合がある。）が、窒化物半導体基板上に第２の保護膜を部分的に形成し、その後、第２の保護膜の形成面上に第４の窒化物半導体を成長させてなると、転位の進行を防止するのに好ましい。
また更に、本発明において、第２の保護膜が、窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向に形成されたストライプ形状であると、窒化物半導体の横方向の成長を促進でき転位の伝播を抑制するのに好ましい。更に第２の保護膜が、後述のストライプ形状の第１の保護膜又はストライプ形状の第１の凹凸と平行に形成されていると、第４の窒化物半導体の横方向の成長がより良好となり、第４の窒化物半導体上を良好に得ることができ、転位の低減でも好ましい。
【００１５】
また更に、本発明において、第５の工程のＥＬＯＧ成長が、窒化物半導体基板の表面に第２の凹凸を形成するのみで、その第２の凹凸を有する面上に第４の窒化物半導体を成長させると、転位の伝播を抑制する点で好ましい。この場合は、上記のような第２の保護膜を用いない。
また更に、本発明において、第２の凹凸が、窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向に形成されたストライプ形状であると、窒化物半導体の横方向の成長を促進でき転位の伝播を抑制するのに好ましい。
【００１６】
また更に、本発明において、第５の工程で用いられる窒化物半導体基板が、その表面の転位密度が１０10個／ｃｍ2以下のものであると、窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長させて得られる第４の窒化物半導体の表面に現れる転位を低減するのに好ましい。
また更に、本発明において、前記窒化物半導体基板が、５０μｍ〜１０００μｍの膜厚を有すると、デバイス工程や劈開工程での物理的強度が良好となり、窒化物半導体基板の欠けや割れ等が防止され、素子を量産する場合の歩留まりの向上の点で好ましい。
【００１７】
更に本発明において、窒化物半導体基板が、上記第１の工程〜第３の工程から得られる少なくとも第３の窒化物半導体からなるものであると、第３の窒化物半導体の表面には既に転位がある程度低減されているので、この第３の窒化物半導体の上にＥＬＯＧ成長させて得られる第４の窒化物半導体の表面には更に転位が低減され好ましい。また、第３の窒化物半導体を成長させる際に、成長速度の速い方法により成長させると、第３の窒化物半導体を厚膜に成長させても異常成長の発生が起こりにくい。
ここで、第５の工程における、第４の窒化物半導体は、第３の窒化物半導体の異種基板を除去した面とは反対の面上に成長させる。
【００１８】
更に、本発明において、窒化物半導体基板が、前記第３の工程後に、第４の工程を経て得られる第３の窒化物半導体とその上に成長された第２の窒化物半導体とからなるものであると、反りが軽減され、第５の工程のＥＬＯＧ成長を行うのに好ましい。つまり、異種基板を除去すると、第３の窒化物半導体の成長面と除去面との面状態が異なるため、第３の窒化物半導体に反りが発生する傾向が見られる場合があるが、第３の窒化物半導体の成長面（異種基板の除去面とは反対の面）に第２の窒化物半導体を成長させると、第３の窒化物半導体の反りが軽減される。また異種基板を除去後に第２の窒化物半導体を成長させることで、窒化物半導体基板の物理的強度を補強することができる。
【００１９】
更に本発明において、第１の工程でのＥＬＯＧ成長が、異種基板上に成長された窒化物半導体上に、第１の保護膜を部分的に形成して第１の窒化物半導体を成長させる工程、又は異種基板上に成長された窒化物半導体上に、第１の凹凸を形成して第１の窒化物半導体を成長させる工程、であると窒化物半導体基板の転位が低減でき、転位の少ない第４の窒化物半導体を成長させるのに好ましい。
更に本発明において、第１の工程で形成される第１の保護膜又は第１の凹凸が、前記窒化物半導体基板の＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されたストライプ形状であり、且つ、第５の工程で形成される第２の保護膜又は第２の凹凸と平行となるように形成されていると、窒化物半導体の横方向の成長がより促進され窒化物半導体基板の転位を低減するのに好ましいと共に、第５の工程で窒化物半導体基板上に成長される第４の窒化物半導体の横方向の成長がより良好となり、転位の低減の点で好ましい。
【００２０】
ここで、第２の保護膜などを形成する際には、既に第１の保護膜などは除去されているが、窒化物半導体基板の異種基板を除去した面には、転位分布がストライプ状に観測され、このストライプ状の転位分布に沿って第１の保護等を形成する。このように形成することにより、第２の保護膜と第１の保護膜、あるは第２の保護膜と第１の凹凸、第２の凹凸と第１の保護膜、第２の凹凸と第１の凹凸等がそれぞれ窒化物半導体のＭ軸方向に平行となる。
またオリエンテーションフラット面（オリフラ面）が窒化物半導体のＭ軸方向に垂直となるようにし、このオリフラ面を基準にすることで、第５の工程と第１の工程で用いられる保護膜や凹凸が平行方向のストライプ形状として形成可能である。
【００２１】
また、本発明において、上記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られる転位の低減された窒化物半導体（窒化物半導体基板と第４の窒化物半導体とからなる）を基板として、この基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体を有するデバイス構造が形成されてなると、寿命特性などの素子特性が良好な窒化物半導体素子を提供することができる。
また更に、本発明において、窒化物半導体素子が、ストライプ形状の第２の保護膜又はストライプ形状の第２の凹凸の、ストライプ方向に平行に形成されたリッジ形状のストライプを有すると、窒化物半導体基板のＭ軸方向に垂直な面での劈開により良好な鏡面状の共振面が得られファーフィールドパターンが良好となり好ましい。
また更に、本発明において、窒化物半導体素子のリッジ形状のストライプが、第２の保護膜の上部、又は第２の凹凸の凹部上部に形成されていると、これらの部分には第４の窒化物半導体の表面での転位が最も少なくなる傾向があるため、素子の劣化が防止され、寿命特性の向上の点で好ましい。
【００２２】
本発明において、後述の説明の中のアンドープとは、意図的に不純物をドープしないで形成した層を示し、隣接する層からの不純物の拡散、原料又は装置からのコンタミネーションにより不純物が混入した層であっても、意図的に不純物をドープしていない場合はアンドープ層とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜５を用いて本発明を詳細に説明する。
まず図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の窒化物半導体の成長方法により得られるデバイス構造を形成するための基板の模式的断面図を示している。この図１を用いて、本発明の第５の工程を有する窒化物半導体の成長方法を説明する。
【００２４】
本発明の窒化物半導体の成長方法は、第５の工程により、窒化物半導体基板１上に、窒化物半導体の横方向の成長を利用して転位の低減される方法（第５の工程のＥＬＯＧ成長）により、転位の低減された第４の窒化物半導体２を得ることができる。
第５の工程において、第４の窒化物半導体２を成長させる第５の工程のＥＬＯＧ成長としては、窒化物半導体の横方向の成長を利用して転位を低減させる方法であれば特に限定されず、成長のいずれかの段階で、窒化物半導体の縦方向の成長速度に対して、窒化物半導体の横方向の成長速度が促進され、転位の伝播が抑制されるような方法が挙げられる。
転位がどのように伝播するかは定かではないが、転位は窒化物半導体の成長の方向に沿って伝播する傾向があり、窒化物半導体の横方向の成長が促進されると横方向に伝播し、一旦横方向に伝播した転位は再び縦方向に伝播しにくくなる傾向があると思われる。その結果、転位の低減された第４の窒化物半導体を成長させることができると推測される。
【００２５】
第５の工程のＥＬＯＧ成長としては、従来公知の厚膜の窒化物半導体基板を成長させる前工程で行われるＥＬＯＧ成長などを用いてもよく、また本出願人が出願した例えば特願平１０−７７２４５、同１０−２７５８２６、同１０−１１９３７７、同１０−１３２８３１、同１１−３７８２７、同１１−３７８２６、同１０−１４６４３１各号の明細書等に記載されているＥＬＯＧ成長などを用いることができる。但し、これらのＥＬＯＧ成長は、異種基板上で行われているのに対し、本発明の第５の工程のＥＬＯＧ成長は、厚膜の窒化物半導体基板上で行われる点が異なっているが、ほぼ同様に行うことができる。
【００２６】
本発明の第５の工程のＥＬＯＧ成長の好ましい具体例としては、窒化物半導体基板上に窒化物半導体が成長しにくいか、又は成長しない材料からなる第２の保護膜１１を用いる方法、又は、窒化物半導体基板に第２の凹凸１３を形成して行う方法などがあげられる。このように第２の保護膜１１や第２の凹凸１３を形成し、この形成面に第４の窒化物半導体２を成長させると、第４の窒化物半導体２の成長過程のいずれかの段階で、窒化物半導体の縦方向の成長に対して、窒化物半導体の横方向の成長が促進され、転位が窒化物半導体の横方向の成長と共に横方向へ進行し、再び縦方向に進行しにくくなり、その結果、転位の低減された第４の窒化物半導体２を得ることができると考えられる。
【００２７】
このようにして得られた第４の窒化物半導体２表面の平均の転位密度は、窒化物半導体基板表面の平均の転位密度に対して、ほぼ１／１００以下程度に減少し、好ましい条件では、第４の窒化物半導体２の表面にはほとんど転位が見られなくなる。
また、第４の窒化物半導体２表面の転位の分布は、第２の保護膜１１上部又は第２の凹凸１３の凹部上部が、その他の部分（窓部上部又は凸部上部）に比べ極めて転位が少なくなり、表面ＴＥＭやカソードルミネッセンス（ＣＬ）などの観察によるとほとんど転位が見られなくなる。
このように第４の窒化物半導体２の平均の転位密度が減少すれば、第４の窒化物半導体２上に形成させる素子の寿命特性の向上が可能となり、更に、ほとんど転位のない部分に、素子のリッジ形状のストライプを形成すると、素子の寿命特性の飛躍的な向上が可能となる。
第４の窒化物半導体２の表面の転位密度は、第５の工程で行われるＥＬＯＧ成長の種類にもよるが、平均の転位密度としては１×１０5個／ｃｍ3以下、好ましい条件では１×１０4個／ｃｍ3以下、より好ましい条件では１×１０3個／ｃｍ3以下となる。また、第２の保護膜１１上部の転位密度、及び第２の凹凸１３の凹部上部の転位は、ほとんど見られなくなる傾向がある。また窓部上部、及び第２の凹凸１３の凸部上部の転位密度は、１×１０7個／ｃｍ3以下、好ましい条件では１×１０6個／ｃｍ3以下、より好ましい条件では１×１０5個／ｃｍ3以下となる。
本発明において、転位密度の測定は、表面ＴＥＭ又はＣＬ等により観察する。
【００２８】
以下にＥＬＯＧ成長が第２の保護膜１１を用いて行われる場合と、第２の凹凸１３を形成して行われる場合の、それぞれの一実施の形態により得られる窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２とからなるデバイス構造を形成する基板の模式的断面図である図１（ａ）〜（ｄ）を用いてさらに詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は第２の保護膜１１を用いて行う形態であり、図１（ｄ）は第２の凹凸１３を形成して行う形態である。また、第２の保護膜１１を用いる形態で、凹凸を形成しこの凹部底部及び／又は凸部上部に保護膜を形成する場合があるが、このような形態も第２の保護膜を形成して行う場合として以下に説明する。
まず図１（ａ）は、窒化物半導体基板１上に第２の保護膜１１を形成し、この形成面上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｂ）は、窒化物半導体基板１に凹凸を形成し、この凹部底部及び凸部上部に第２の保護膜１１を形成し、この形成面上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｃ）は、窒化物半導体基板１に凹凸を形成し、この凸部上部にのみ第２の保護膜１１を形成し、この形成面上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｄ）は、窒化物半導体基板１に第２の凹凸１３を形成し、この形成面上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる模式的断面図である。図１（ｄ）では、保護膜を用いずに行う形態である。
【００２９】
上記ＥＬＯＧ成長により得られる第４の窒化物半導体２としては、特に限定されないが、好ましくはＧａＮからなる窒化物半導体である。第４の窒化物半導体２は、アンドープでも不純物をドープされてもよい。アンドープであると結晶性の点で好ましく、またＥＬＯＧ成長の際にｐ型不純物（Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｇ）、及びｎ型不純物（Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎ）のいずれか１種以上、好ましくはｐ型不純物の少なくとも１種以上、より好ましくはｐ型不純物の少なくとも１種以上とｎ型不純物の少なくとも１種以上、最も好ましくはＭｇとＳｉとをドープすると、窒化物半導体の横方向の成長が促進され、転位の低減及び空隙発生の防止の点で好ましい。不純物のドープ量としては、好ましくは１×１０17／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3、より好ましくは１×１０17／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3、更に好ましくは５×１０17／ｃｍ3〜５×１０19／ｃｍ3である。不純物の濃度が上記範囲であると窒化物半導体の横方向の成長を縦方向の成長に比べ良好に促進でき、結晶欠陥の伝播の抑制及び空隙の発生の防止の点で好ましい。ｐ型不純物とｎ型不純物とをドープする場合は、両者の濃度の和が上記範囲のドープ量となるように適宜調整してドープされる。この場合ｐ型不純物とｎ型不純物の濃度の比は、用いる不純物の種類により、空隙や転位を良好に防止できるように適宜調整される。
また、第４の窒化物半導体２にｎ電極を形成する場合には、ｎ型不純物をドープする、ｎ型不純物をｐ型不純物より多めにドープする等、ｎ型不純物とｐ型不純物のドープ量を調整する。
【００３０】
第４の窒化物半導体２の膜厚としては、特に限定されないが、好ましくは５μｍ〜５０μｍであり、より好ましくは１０μｍ〜３５μｍである。第４の窒化物半導体２の膜厚が上記範囲であると、窒化物半導体基板１に形成された第２の保護膜１１や第２の凹凸１３を良好に覆うことができ、窒化物半導体基板１の表面の転位密度より第４の窒化物半導体２の表面の転位密度が少なくなり、更に第４の窒化物半導体２の表面の転位分布で、特に第２の保護膜１１上部及び第２の凹凸１３の凹部上部にはほとんど転位が見られなくなる。
【００３１】
図１（ａ）〜（ｃ）の第２の保護膜１１の材料としては、第２の保護膜１１表面に窒化物半導体が成長しないか、又は成長しにくい性質を有する材料が好ましく、例えば酸化ケイ素（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の他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用いることができる。これらの保護膜材料は、窒化物半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しないか、成長しにくい性質を有している。保護膜材料を窒化物半導体表面に形成するには、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術を用いることができる。
【００３２】
まず、図１（ａ）の場合の第２の保護膜１１の形成方法や形状等について説明する。
第２の保護膜１１を窒化物半導体基板１上に部分的（選択的）に形成するには、フォトリソグラフィー技術を用いて、所定の形状を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を気相製膜することにより、所定の形状を有する第２の保護膜１１を形成できる。第２の保護膜１１の形状は特に問うものではなく、例えばドット、ストライプ、碁盤目状の形状のいずれかの形状、好ましくはストライプの形状が挙げられる。第２の保護膜１１がストライプ形状であると、転位の低減された第４の窒化物半導体２を良好に形成することができ好ましい。
【００３３】
また、第２の保護膜１１は、第２の保護膜１１が形成されていない部分（窓部）の表面積より大きくなるように、第２の保護膜１１の表面積を調整して形成されることが好ましい。第２の保護膜１１の表面積及び窓部の表面積の調整は、保護膜の形状によっても異なるが、例えば保護膜がストライプ状の形状の場合、保護膜のストライプの幅と窓部の幅を調整することにより行うことができる。
【００３４】
第２の保護膜１１の大きさは、特に限定されないが、例えばストライプで形成した場合、好ましいストライプ幅は０．５〜１００μｍ、より好ましくは１μｍ〜５０μｍ、更に好ましくは２〜２５μｍである。
また、ストライプピッチ（第２の保護膜１１が形成されていない窓部の幅）は、ストライプ幅よりも狭くすることが望ましく、例えば具体的には５μｍ以下、好ましくは０．１〜３μｍ、より好ましくは０．８〜２μｍである。
【００３５】
上記のように、第２の保護膜１１の表面積を大きくすると、転位の伝播が、第２の保護膜１１により抑制され、更に窓部から伝播している転位の伝播が横方向に進行して再び縦方向に伝播しにくくなる傾向があり、第２の保護膜１１上部の第４の窒化物半導体２の表面領域（表面から表面付近）の転位のほとんど見られない部分を広範囲で得ることができ好ましい。更に第４の窒化物半導体２の表面が鏡面状となる傾向があり好ましい。
【００３６】
また、第２の保護膜１１の膜厚は、特に限定されないが、薄い方がより短時間で表面が鏡面状の転位の少ない第４の窒化物半導体２が得られる傾向があり好ましく、具体的には保護膜の材質にも左右されるが例えば０．０１〜５μｍであり、好ましくは０．０２〜３μｍであり、より好ましくは０．０５〜２μｍである。この範囲であると転位の縦方向の伝播を良好に防止でき転位を低減できると共に、第４の窒化物半導体２の表面を鏡面状にするのに好ましい。また、保護膜の膜厚は、保護膜の材質にもよるが、膜厚を薄くしてもピンホール等の膜質むらが生じなければ、薄ければ薄いほど、短時間で第４の窒化物半導体２が保護膜を覆うことができ鏡面状の第４の窒化物半導体２を得るには好ましい。
【００３７】
次に、図（ｂ）に示すように、第５の工程において、窒化物半導体基板１に凹凸を形成し、この凹部底部と凸部上部に第２の保護膜１１を形成する場合について説明する。
【００３８】
窒化物半導体基板１に凹凸の形状を設ける方法としては、窒化物半導体基板１を一部分取り除くことができる方法であればいずれの方法でもよく、例えばエッチング、ダイシング等が挙げられ、好ましくはエッチングである。
エッチングにより、窒化物半導体基板１に部分的（選択的）に凹凸を形成する場合は、フォトリソグラフィー技術における種々の形状のマスクパターンを用いて、ストライプ状、碁盤目状等のフォトマスクを作製し、レジストパターンを窒化物半導体基板１に形成してエッチングすることにより形成できる。
また、ダイシングで行う場合は、例えば、ストライプ状や碁盤目状に形成できる。
【００３９】
また、窒化物半導体基板１に、凹凸の形状をエッチングにて行う場合のエッチング方法としては、ウエットエッチング、ドライエッチング等の方法があり、平滑な面を形成するには、好ましくはドライエッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチング等の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択することにより、窒化物半導体をエッチングしてできる。例えば、本出願人が先に出願した特開平８−１７８０３号公報記載の窒化物半導体の具体的なエッチング手段を用いることができる。
【００４０】
また、エッチングによって凹凸を形成する場合、エッチング面が、図１（ｂ）に示すように窒化物半導体基板１に対して凹部側面がほぼ垂直となる形状、又は順メサ形状や逆メサ形状でもよく、あるいは窒化物半導体基板１の凹部側面が階段状になるように形成された形状でもよい。図１（ｂ）のように凹凸の凸部上部と凹部底部に第２の保護膜１１を形成する場合、凹部側面が順メサ形状であると、凹部底部を良好に第２の保護膜１１で覆い易くなり、さらに凹部側面の保護膜材料を良好に除去し易くなり好ましい。
図１（ｂ）の場合、ＥＬＯＧ成長の最初から、窒化物半導体の成長が実質的に全て横方向の成長から始まるように、凹部底部と凸部上部に第２の保護膜１１を形成し、凹部側面のみから第４の窒化物半導体２を成長させるものである。このような成長方向の調整による転位の低減は、転位が一旦横方向に伝播すると再び縦方向に伝播しにくくなる傾向があるからである。
【００４１】
また、図１（ｂ）の場合の凹凸の形状、つまり凹部の深さや幅等について以下に示す。
凹部の深さは、特に限定されないが、５００オングストローム以上、好ましくは０．５〜５μｍ程度である。凹部の深さが上記範囲であると、ＥＬＯＧ成長が安定し、第４の窒化物半導体２の表面が鏡面状になり易い。
凹凸をストライプ状の形状とする場合、ストライプの形状として、例えば凸部上部の幅は凹凸を形成しない場合の第２の保護膜の幅と同様であり、凹部開口部：窓部）の幅は、特に限定されないが、２〜５μｍである。
【００４２】
第２の保護膜１１を凹部底部と凸部上部に形成する方法としては、凹凸を形成する方法がエッチングである場合とダイシングである場合とで、多少異なる。
まずエッチングで凹凸を形成する場合、窒化物半導体基板１上に保護膜材料を形成後、その上にレジスト膜を形成しパターンを転写し露光、現像して部分的に第２の保護膜１１を形成した後、窒化物半導体基板１をエッチングすることで凹凸の形状を形成する。続いて凹凸を形成した窒化物半導体基板１上、つまり第２の保護膜１１上及び凹部底部等に更に保護膜材料を形成し、ＣＦ4とＯ2ガスによるドライエッチングにより、窒化物半導体基板１の凹部側面の保護膜をエッチングして除去し凹部側面を露出させ、図１（ｂ）に示すように第２の保護膜１１を凹部底部と凸部上部に形成する。このように形成すると、例えば図１（ｂ）では、第２の保護膜１１は一層として図示されているが、凸部上部の第２の保護膜１１上に更に保護膜が形成され２層の保護膜が積層されたような状態になっている。
ここで凹部底部に第２の保護膜１１を形成する前に、凸部上部の第２の保護膜１１を取り除いてから、凸部上部と凹部底部とに同時に保護膜材料を形成してもよい。
【００４３】
次に、ダイシングで凹凸を形成する場合、窒化物半導体基板１を上面からダイシング・ソーで窒化物半導体基板１に凹凸を形成し、その後、その上に保護膜を形成し、ＣＦ4とＯ2ガスによるドライエッチングにより凹部側面が露出されるように保護膜をエッチングにより除去することで所望の形状及び位置に第２の保護膜１１を形成する。
【００４４】
凹凸の凸部上部と凹部底部に形成される第２の保護膜１１の膜厚は、特に限定されないが、凹部側面にも同時に形成されるので、ドライエッチングにより凹部側面の保護膜材料を除去して側面を露出することのできる膜厚であり、且つ凹部底面を被覆できる膜厚にすることが好ましい。また、第２の保護膜１１の膜厚は、第４の窒化物半導体２が横方向に成長し易いように調整されていることが好ましく、場合によっては凹部底部と凸部上部の第２の保護膜１１の膜厚が異なってもよい。
【００４５】
図１（ｂ）の場合のＥＬＯＧ成長による第４の窒化物半導体２の様子を説明する。まず、第２の保護膜１１の形成されていない露出されている凹部側面から第４の窒化物半導体２が横方向の成長により成長を開始する。そして隣接している凹部側面から成長した第４の窒化物半導体２が凹部底部の第２の保護膜１１を覆うように接合しながら成長を続け、第２の保護膜１１とほぼ同じ高さに成長すると、第２の保護膜１１上に横方向に成長して、第２の保護膜１１を覆い、図１（ｂ）に示すような第４の窒化物半導体２を成長させることができる。このＥＬＯＧ成長の過程で、転位は窒化物半導体の横方向の成長と共に横方向に伝播するので、縦方向に伝播する転位が激減し、第４の窒化物半導体２の表面付近には転位がほとんど見られなくなる。
【００４６】
次に、図１（ｃ）に示すように、窒化物半導体基板１に形成された凹凸の凸部上部のみに第２の保護膜１１が形成される場合について説明する。
この場合、凹凸の形成の方法は上記の図１（ｂ）の場合と同様に、ダイシング又はエッチングにより形成され、凹部側面の形状も上記と同様である。
【００４７】
図１（ｃ）に示すように、窒化物半導体基板１の凹部側面と凹部底部が成長可能な面として露出され、凸部上面には、第２の保護膜１１が形成され凸部上部からの窒化物半導体の成長を抑制している。このような状態で第４の窒化物半導体２を成長させると、成長開始時には、凹部側面と凹部底部とから成長が始まると考えられる。しかし、成長するに従い、凹部側面から横方向に成長した窒化物半導体により凹部底部から縦方向に成長を始めた窒化物半導体の成長が遮られる。その結果、第２の保護膜１１上に横方向に成長し第２の保護膜１１を覆うのは、凹部側面から横方向に成長を開始した窒化物半導体であり、図１（ｃ）に示すように、厚膜の第４の窒化物半導体２が得られる。得られる第４の窒化物半導体２は、上記と同様に転位の伝播が良好に抑制される。
【００４８】
図１（ｃ）に示す凹部底部に第２の保護膜１１を形成しない場合の凹凸の形状のサイズは、窒化物半導体基板１の凹部側面での窒化物半導体の成長が、凹部底部での成長に対して優先されるように調整して形成されている。
具体的な図１（ｃ）の凹凸の形状としては、好ましくは凹部側面の窒化物半導体基板１の側面の長さ［図１（ｃ）のｄ］と、凹部の開口部の幅［図１（ｃ）のｗ］を調整して形成されてなるもの、より好ましくは、凹凸の形状が、露出された窒化物半導体基板１の凹部側面の長さ（ｄ）と凹部の開口部の幅（ｗ）との関係、ｗ／ｄが、０＜ｗ／ｄ≦５、更に好ましくは０＜ｗ／ｄ≦３、最も好ましくは０＜ｗ／ｄ≦１を示すように調整して形成されていると、成長速度を良好にコントロールでき窒化物半導体基板１の凹部側面からの成長をより促進でき、凹部底部からの窒化物半導体の成長を中断し易くなり、転位の少ない第４の窒化物半導体２が得られ易くなる。
【００４９】
また、形成された凹凸の凸部上部に形成される第２の保護膜１１の形成面の形状は、特に限定されないが、例えば、上記ｗ／ｄの関係に加えて更に、凹凸を形成された窒化物半導体基板１を上から見た形状がランダムな窪み、ストライプ状、碁盤面状、ドット状等に形成してもよく、好ましくはストライプ形状である。 例えば凹凸をストライプ状の形状とする場合、ストライプの形状として、例えば凸部上部のストライプ幅を１０〜２０μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）を２〜５μｍとしてもよい。
【００５０】
次に、図１（ｄ）に示すように、第２の凹凸１３を形成するのみで第２の保護膜１１を形成しない場合について説明する。
図１（ｄ）の第２の凹凸１３の形成の方法としては、上記の図１（ｂ）、（ｃ）の凹凸を形成する場合と同様に、ドライエッチングやダイシングなどで形成され、また、凹部側面の形状も上記と同様である。
但し、図１（ｄ）の場合は保護膜を形成してない点で上記と異なり、その点について以下に示す。
まず、エッチングにより第２の凹凸１３を形成する場合、フォトリソグラフィー技術における種々の形状のマスクパターンを用いて、ストライプ状、碁盤目状等のフォトマスクを作製し、レジストパターンを第４の窒化物半導体２に形成してエッチングすることにより形成できる。そして、エッチングして凹凸を形成後に、凸部上部のフォトマスクが除去され、第２の凹凸１３のみを窒化物半導体基板１に形成することができる。
また、ダイシングで行う場合は、エッチングの場合のようにフォトマスクを用いないので、上記図１（ｂ）等と同様に凹凸を形成することができる。
【００５１】
第２の凹凸１３の形状は、特に限定されず、上記図１（ｂ）や（ｃ）と同様に、ランダムな窪み、ストライプ形状、碁盤目状、ドット状等の形状が挙げられ、窒化物半導体の横方向の成長を促進させ転位を低減させるのにストライプ形状であることが好ましい。
第２の凹凸１３の形状のサイズ、つまり凹部側面の長さや、凸部上部の幅と凹部底部の幅などは、特に限定されないが、少なくとも凹部内での縦方向の成長が抑制され、凹部開口部から厚膜に成長する第４の窒化物半導体２が凹部側面から横方向に成長したものとなるように調整されていることが好ましい。
第２の凹凸１３の形状をストライプ状とする場合、ストライプの形状として、例えばストライプ幅（凸部上部の幅）を３〜２０μｍ、ストライプ間隔（凹部底部の幅）を３〜２０μｍのものを形成することができる。
凹部開口部から成長する第４の窒化物半導体２の部分を多くするには、凹部底部の幅を広くし、凸部上部の幅を狭くすることで可能となり、このようにすると転位の低減された部分を多くすることができる。凹部底部の幅を広くした場合には、凹部の深さを深めにすることが、凹部底部から成長する可能性のある縦方向の成長を防止するのに好ましい。
【００５２】
図１（ｄ）の場合、第４の窒化物半導体２は、第２の凹凸１３の凸部上部及び凹部底部から成長を始めるが、凹部底部からの縦方向からの縦方向の成長に比べ、凹部側面からの横方向の成長が促進されるので、凹部内部で側面から成長したものが接合し、底部からの成長を抑制する。その結果、凹部開口部上部には転位がほとんど見られなくなる。一方、凸部上部から成長する第４の窒化物半導体２は、縦方向の成長と、凹部開口部に向う横方向の成長をする傾向がある。この縦方向の成長では転位の伝播は抑制されにくいが、凹部開口部に向う成長では転位が横方向に伝播するので転位の伝播を抑制される傾向がある。その結果、凸部上部の第４の窒化物半導体２も転位が低減される。
また図１（ｄ）の場合、凹部上部にはほとんど転位が見られないが、凸部上部には条件（例えば窒化物半導体基板１の転位密度や反応条件等の成長の条件）によってはやや多めに転位が見られるので、凹部開口部の上部にリッジ形状のストライプを形成することが寿命特性の点で好ましい。あるいは、図１（ｄ）でのＥＬＯＧ成長を第４の窒化物半導体２上に再び行い、その場合、窒化物半導体基板１上に形成された凹部上部には凸部が来るように第４の窒化物半導体２上に凹凸を形成することが転位の低減の点で好ましい。
【００５３】
また、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のＥＬＯＧ成長の場合も、第４の窒化物半導体２上に再びＥＬＯＧ成長させてもよい。再びＥＬＯＧ成長する場合、新たな保護膜の形成位置としては、第４の窒化物半導体２の表面に転位が現れている場合には、その部分、例えば、第２の保護膜１１の形成されていない窓部上部の表面等、に形成すると転位の低減の点で好ましい。
このようなＥＬＯＧ成長の繰り返しは、２回以上行ってもよい。転位は、ＥＬＯＧ成長を繰り返して行うことにより、より転位の伝播を抑制できる傾向がある。
【００５４】
第５の工程において、第４の窒化物半導体２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（ハイドライド気相成長法）、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をコントロールし易い。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。
【００５５】
上記第５の工程で得られる窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなるデバイス構造を形成するための基板は、転位が少なく、特に第２の保護膜１１上部及び第２の凹凸１３の凹部上部にはほとんど見られなくなり、素子の寿命特性を向上できる。更に、窒化物半導体のＭ軸方向に対して垂直に劈開すると良好な劈開面が得られると共に、劈開の際に基板の欠けや割れが発生しにくく歩留まりの向上も可能となる。
【００５６】
また更に、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）における第２の保護膜１１及び第２の凹凸１３は、その形状がストライプ形状であって、このストライプが窒化物半導体基板１のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向に形成されていると、窒化物半導体の横方向の成長を促進でき転位の伝播を抑制するのに好ましい。
また、第２の保護膜１１上部、及び第２の凹凸１３の凹部上部の第４の窒化物半導体表面には、上記したようにほとんど転位が見られなくなることから、これらの転位のほとんど見られない部分に、リッジ形状のストライプを形成すると寿命特性を向上させるのに好ましい。また、このようにリッジ形状のストライプが形成されていると、共振面を劈開により形成する際にも、窒化物半導体基板１のＭ軸方向に垂直に劈開することができ、良好な鏡面状の共振面が得られ易くなり好ましい。
【００５７】
次に、第５の工程のＥＬＯＧ成長により第４の窒化物半導体２を成長させるための窒化物半導体基板１について説明する。
本発明において、窒化物半導体基板１としては、特に限定されないが、第４の窒化物半導体２を形成後、この形成面にデバイス構造を形成する際、及び劈開により共振面を形成する際等に、物理的強度があり欠けや割れ等の発生しにくい程度の膜厚を有し、第５の工程で得られる第４の窒化物半導体２の転位を低減し易いものが好ましい。
具体的に、好ましい窒化物半導体基板１として、第４の窒化物半導体を成長させる面上の転位密度が１０10／ｃｍ3以下、より好ましくは１０9／ｃｍ3以下であるものが挙げられる。転位密度が上記範囲であると、窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長により成長させる第４の窒化物半導体２の転位を低減させるのに好ましい。また、転位が少ないと、物理的強度も向上し、欠けや割れなどの防止の点でも好ましい。
また窒化物半導体基板１として、好ましくは膜厚が５０μｍ〜１０００μｍであり、より好ましくは８０μｍ〜５００μｍである。このような膜厚であると、窒化物半導体基板１の物理的強度が向上し、歩留まり等の点で好ましい。
また、窒化物半導体基板１を構成する組成としては、特に限定されないが、ＧａＮよりなる窒化物半導体が挙げられる。窒化物半導体基板１は、アンドープでも、不純物がドープされていてもよい。窒化物半導体基板１にｎ電極を形成する場合には、窒化物半導体基板１にｎ型不純物をドープしてオーミック接触を有するようにする。また、窒化物半導体基板１の結晶性の点からはアンドープであることが好ましい。
【００５８】
本発明において、窒化物半導体基板１の形成方法としては、特に限定されないが、窒化物半導体の横方向の成長を利用し転位の低減される方法を含む方法が好ましい。例えば具体的な方法としては、好ましくは第２〜第３の工程により得られる少なくとも第３の窒化物半導体を有する基板を得る方法が挙げられ、より好ましくは第２〜第４の工程により得られる少なくとも第３の窒化物半導体及び第２の窒化物半導体を有する基板を得る方法が挙げられる。異種基板を除去する際に、バッファ層から第１の窒化物半導体は除去されても、残っていてもよいが、好ましくは反りや劈開性の点から除去されていることが好ましい。
【００５９】
本発明の窒化物半導体基板１が、第３の窒化物半導体であると転位の低減された結晶性の良好な窒化物半導体基板１となるので、第４の窒化物半導体２の転位の低減及び結晶性の向上の点で好ましい。また、窒化物半導体基板１が第３及び第２の窒化物半導体であると、第３の窒化物半導体の除去面と成長面との面状態が異なるため反りが生じる傾向があるが、第３の窒化物半導体上に第２の窒化物半導体を成長させることにより反りを軽減させることができ、第５の工程でのＥＬＯＧ成長を良好に行う点で好ましい。
また、第４の工程後に、第３の窒化物半導体の除去面側から研磨して、窒化物半導体基板１を第２の窒化物半導体のみとしてもよく、第２の窒化物半導体のみからなると、第３と第２の窒化物半導体との境目に生じている可能性のある酸化膜等による素子特性へ及ぼす可能性のある悪影響の原因を除去できるので、素子特性の向上の点で好ましい。
【００６０】
以下に図２〜図５を用いて、第１の工程から順に説明する。
第１の工程は、図２に示すように、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板２１上に成長速度を１０μｍ／時間以下０．５μｍ／時間以上で、窒化物半導体の横方向の成長を利用し転位の低減される方法（第１の工程のＥＬＯＧ成長）により第１の窒化物半導体２２を成長させる工程である。
上記第１の窒化物半導体２２を成長させる成長速度は、上記のように１０μｍ／時間以下０．５μｍ／時間以上、好ましくは７μｍ／時間以下１μｍ／時間以上、より好ましくは５μｍ／時間以下１．５μｍ／時間以上である。成長速度が上記範囲であると、第１の工程のＥＬＯＧ成長の際に、転位の伝播を良好に抑制でき、また第１の窒化物半導体２２の膜厚を調整するのに好ましい。このような成長速度を有する具体的な成長方法として、例えばＭＯＣＶＤが挙げられる。
【００６１】
第１の工程において、異種基板２１としては、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板であればどのようなものでも良く、例えば、Ｃ面、Ｒ面、又はＡ面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、従来知られている窒化物半導体を成長させることができる基板材料を用いることができる。
また、前記異種基板２１の主面をオフアングルさせた基板、さらに好ましくはステップ状にオフアングルさせた基板を用いることもできる。このように異種基板の主面がオフアングルされていると転位がより少なくなる。
【００６２】
第１の窒化物半導体２２としては、特に限定されないが、ＧａＮよりなる窒化物半導体が好ましい。また、第１の窒化物半導体２２は、アンドープでも、不純物をドープされてもよい。第１の窒化物半導体２２が、アンドープであると結晶性の点で好ましい。また、第１の工程でのＥＬＯＧ成長の際に、前記第５の工程のＥＬＯＧ成長の場合と同様に、ｐ型不純物及び／またはｎ型不純物をドープすると、窒化物半導体の横方向の成長が促進され、転位の低減及び隣接の窒化物半導体同士の接合部分での空隙発生の防止の点で好ましい。
第１の窒化物半導体２２の膜厚は、特に限定されず、少なくとも第２の保護膜１１や第２の凹凸１３を覆うことのできる膜厚以上であり、例えば具体的な膜厚としては、好ましくは１〜５０μｍ、より好ましくは２〜４０μｍ、さらに好ましくは７〜２０μｍである。上記範囲の膜厚であると、第２の保護膜１１等を良好に覆うことができ、転位の伝播の抑制の点で好ましい。
【００６３】
第１の工程において、第１の窒化物半導体２２を成長させる第１の工程のＥＬＯＧ成長としては、特に限定されず、窒化物半導体の縦方向の成長速度に対して、窒化物半導体の横方向の成長速度が促進されるような方法であればよい。例えば従来公知のＥＬＯＧ成長や、既に本出願人が出願した明細書に記載の窒化物半導体の成長方法が挙げられる。本出願人が出願したものとしては、例えば特願平１０−７７２４５、同１０−２７５８２６、同１０−１１９３７７、同１０−１３２８３１、同１１−３７８２７、同１１−３７８２６、同１０−１４６４３１各号の明細書等に記載されているＥＬＯＧ成長などを用いることができる。
【００６４】
第１の工程において、ＥＬＯＧ成長の具体例の一実施の形態としては上記の各号明細書に記載されているが、例えば図２に示す、第１の保護膜１２を用いる場合と、第１の凹凸１４を形成する場合を挙げて第１の工程のＥＬＯＧ成長の一実施の形態を以下に説明する。
図２の（ａ）〜（ｄ）に、第１の工程における、異種基板２１上に、第１の保護膜１２又は第１の凹凸１４を用いて行うＥＬＯＧ成長により得られる第１の窒化物半導体２２等を示す一実施の形態である模式的断面図を示す。
まず、図２（ａ）は、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させ、この表面上に第１の保護膜１２を部分的に形成し、第１の保護膜１２を形成した面上に第１の窒化物半導体２２を成長させてなる模式的断面図である。図２（ａ）では、異種基板２１上に薄膜の窒化物半導体２５を成長させているが、薄膜の窒化物半導体２５を省略してもよい。転位の低減のためには、薄膜の窒化物半導体２５を形成することが好ましい。
図２（ｂ）は、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させ、この薄膜の窒化物半導体２５に凹凸を形成し、凹部底部及び凸部上部に、第１の保護膜１２を形成し、この第１の保護膜１２を形成した面上に第１の窒化物半導体２２を成長させてなる模式的断面図である。
図２（ｃ）は、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させ、この薄膜の窒化物半導体２５に凹凸を形成し、凸部上部にのみ第１の保護膜１２を形成し、この上から第１の窒化物半導体２２を成長させてなる模式的断面図である。
図２（ｄ）は、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させ、この薄膜の窒化物半導体２５に第１の凹凸１４を形成し、この第１の凹凸１４を形成した面上に第１の窒化物半導体２２を成長させてなる模式的断面図である。
【００６５】
上記薄膜の窒化物半導体２５としては、特に限定されないが、ＧａＮよりなる窒化物半導体が挙げられる。また薄膜の窒化物半導体２５は、アンドープでも、不純物をドープされていてもよいが、結晶性の点からアンドープが好ましい。
薄膜の窒化物半導体２５は、高温、具体的には約９００℃程度〜１１００℃、好ましくは１０５０℃で異種基板２１上に成長される。薄膜の窒化物半導体２５の膜厚は特に限定しないが、例えば１００オングストローム以上、好ましくは１〜１０μｍ程度、より好ましくは１〜５μｍの膜厚で形成することが望ましい。薄膜の窒化物半導体２５の膜厚は、第１の保護膜１２や第１の凹凸１４を形成するための下地層となるので、保護膜や凹凸の形成されたかにより適宜調整させるものであり、上記範囲の膜厚であると、調整がし易くなる。
【００６６】
また、第１の工程において、図２（ａ）には示されているが、異種基板２１上に、薄膜の窒化物半導体２５を成長させる前（薄膜の窒化物半導体２５を成長させない場合は第１の保護膜１２を形成させる前）に、低温成長バッファ層を成長させてもよい。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等が用いられる。バッファ層は、９００℃以下３００℃以上の温度で、膜厚０．５μｍ〜１０オングストロームで成長される。このように異種基板２１上にバッファ層を９００℃以下の温度で形成すると、異種基板２１に接して成長される窒化物半導体と異種基板２１との格子定数不正を緩和し第１の窒化物半導体２２の転位が少なくなる傾向にある。
【００６７】
第１の工程において、第１の保護膜１２の形成方法、形状及びサイズ、また第１の凹凸１４の形成方法、形状及びサイズの詳細は、上記第５の工程の窒化物半導体基板１に形成される第２の保護膜１１や第２の凹凸１３の形成方法、形状及びサイズなどと同様である。但し、第５の工程では窒化物半導体基板１上に第２の保護膜１１又は第２の凹凸１３を形成するのに対して、第１の工程では異種基板２１上に成長された薄膜の窒化物半導体２５上等に形成される点が相違する。
【００６８】
ここで、第１の工程のＥＬＯＧ成長により得られた窒化物半導体基板１上に、第５の工程のＥＬＯＧ成長が行われるが、第５の工程のＥＬＯＧ成長と第１の工程のＥＬＯＧ成長とは、同一でも異なっていてもよい。例えば、第１の工程のＥＬＯＧ成長が図２の（ｂ）の方法であり、第５の工程のＥＬＯＧ成長が図１の（ｄ）の方法である、または第１の工程では図２（ａ）の方法で、第５の工程が図１の（ａ）の方法である等の種々の組み合わせで行ってもよい。このような第５の工程と第１の工程でのＥＬＯＧ成長の選択は、転位の低減されやすいような条件や、量産する際に歩留まりの低下しにくい条件などを考慮して選択される。
また、第２の保護膜１１又は第２の凹凸１３と、第１の保護膜１２又は第１の凹凸１４との形状がストライプ形状である場合、第５の工程で形成されるストライプ形状の第２の保護膜１１や第２の凹凸１３と、第１の工程で形成されるストライプ形状の第１の保護膜１２や第１の凹凸１４とが、平行に形成され、且つそれらは窒化物半導体基板１のＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されることが好ましい。
第５の工程と第１の工程での保護膜などが上記のように窒化物半導体基板１の３種あるＭ軸方向のうち、同一のＭ軸方向に対して平行方向に形成されていると、第５の工程でＥＬＯＧ成長により成長される第４の窒化物半導体２の横方向の成長が良好に促進され、転位の低減及び空隙の発生の防止の点で好ましい。
【００６９】
窒化物半導体基板１を構成するＧａＮ結晶は、点対称であるので、劈開が容易となる３種のＭ軸方向のいずれかの方向に平行となるように第５の工程でストライプ形状の保護膜などを形成しても、同様の結果が得られるのではないかと推測される。しかし、実際に行って見ると、窒化物半導体基板１の３種あるＭ軸方向のうち、同一のＭ軸方向に平行となるように、第５の工程と第１の工程とで保護膜や凹凸などを形成すると、第５の工程のＥＬＯＧ成長が良好となり転位の低減された第４の窒化物半導体２の成長が良好となる傾向がある。
【００７０】
第２の保護膜又は第２の凹凸と、第１の保護膜又は第１の凹凸とが、窒化物半導体基板１の同一のＭ軸方向に対して平行方向となるようにする方法としては、窒化物半導体基板１の異種基板２１等を除去した面には、ＣＬ等による転位分布の観察によると転位分布がストライプ状に観測され、このストライプ状の転位分布に沿って第１の保護等を形成したり、又はオリエンテーションフラット面（オリフラ面）が窒化物半導体のＭ軸方向に垂直となるようにし、このオリフラ面を基準にし、第５の工程と第１の工程で用いられる保護膜や凹凸を平行方向のストライプ形状として形成する。このように形成することにより、第２の保護膜と第１の保護膜、あるは第２の保護膜と第１の凹凸、第２の凹凸と第１の保護膜、第２の凹凸と第１の凹凸等がそれぞれ窒化物半導体のＭ軸方向に平行となる。
【００７１】
また、前記したように、第１の工程で用いられる異種基板２１としては、異種基板となる材料の主面をオフアングルさせた基板、さらにステップ状にオフアングルさせた基板を用いたほうが好ましい。オフアングルさせた基板を用いると、表面に３次元成長が見られず、ステップ成長があらわれ表面が平坦になり易い。更にステップ状にオフアングルされているサファイア基板のステップに沿う方向（段差方向）が、サファイアのＡ面に対して垂直に形成されていると、窒化物半導体のステップ面がレーザの共振器方向と一致し、レーザ光が表面粗さにより乱反射されることが少なくなり好ましい。
【００７２】
更に好ましい異種基板としては、（０００１）面[Ｃ面]を主面とするサファイア、（１１２−０）面[Ａ面]を主面とするサファイア、又は（１１１）面を主面とするスピネルである。ここで異種基板が、（０００１）面[Ｃ面]を主面とするサファイアであるとき、前記薄膜の窒化物半導体２５等に形成される保護膜や凹凸のストライプ形状が、そのサファイアの（１１２−０）面[Ａ面]に対して垂直なストライプ形状を有していること［窒化物半導体の（１０１−０）[Ｍ面]に平行方向にストライプを形成すること］が好ましく、また、オフアングルのオフ角θ（図８に示すθ）は好ましくは０．１°〜０．５°、より好ましくは０．１°〜０．２°である。
【００７３】
また（１１２−０）面[Ａ面]を主面とするサファイアであるとき、前記保護膜や凹凸のストライプ形状はそのサファイアの（１１−０２）面[Ｒ面]に対して垂直なストライプ形状を有していることが好ましく、また（１１１）面を主面とするスピネルであるとき、前記凹凸のストライプ形状はそのスピネルの（１１０）面に対して垂直なストライプ形状を有していることが好ましい。
ここでは、保護膜や凹凸がストライプ形状の場合について記載したが、本発明においてサファイアのＡ面及びＲ面、スピネルの（１１０）面に窒化物半導体が横方向に成長し易いので、これらの面に第４の窒化物半導体の端面が形成されるように保護膜や凹凸の形成を考慮することが好ましい。
【００７４】
本発明において用いられる異種基板２１について図を用いて更に詳細に説明する。図６はサファイアの結晶構造を示すユニットセル図である。
まず、Ｃ面を主面とするサファイアを用い、凹凸はサファイアＡ面に対して垂直なストライプ形状とする場合について説明する。例えば、図７は主面側のサファイア基板の平面図である。この図はサファイアＣ面を主面とし、オリエンテーションフラット（オリフラ）面をＡ面としている。この図に示すように保護膜や凹凸のストライプをＡ面に対して垂直方向で、互いに平行なストライプを形成する。図７に示すように、サファイアＣ面上に窒化物半導体を選択成長させた場合、窒化物半導体は面内ではＡ面に対して平行な方向で成長しやすく、垂直な方向では成長しにくい傾向にある。従ってＡ面に対して垂直な方向でストライプを設けると、ストライプとストライプの間の窒化物半導体がつながって成長しやすくなり、ＥＬＯＧ成長が容易に可能となると考えられるが詳細は定かではない。
【００７５】
次に、Ａ面を主面とするサファイア基板を用いた場合、上記Ｃ面を主面とする場合と同様に、例えばオリフラ面をＲ面とすると、Ｒ面に対して垂直方向に、互いに平行なストライプを形成することにより、ストライプ幅方向に対して窒化物半導体が成長しやすい傾向にあるため、転位の少ない窒化物半導体層を成長させることができる。
【００７６】
また次に、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）に対しても、窒化物半導体の成長は異方性があり、窒化物半導体の成長面を（１１１）面とし、オリフラ面を（１１０）面とすると、窒化物半導体は（１１０）面に対して平行方向に成長しやすい傾向がある。従って、（１１０）面に対して垂直方向にストライプを形成すると窒化物半導体層と隣接する窒化物半導体同士が保護膜の上部でつながって、転位の少ない結晶を成長できる。なおスピネルは四方晶であるため特に図示していない。
【００７７】
次に、本発明の成長方法において、図３に示すように、第２の工程では、上記第１の工程のＥＬＯＧ成長により形成された第１の窒化物半導体２２上に、成長速度を５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上で、第３の窒化物半導体２３を成長させる。
第２の工程で、第３の窒化物半導体２３を成長させる成長速度は、上記のように５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上、好ましくは１００μｍ／時間以下５０μｍ／時間以上である。第３の窒化物半導体２３を成長させる速度が、上記範囲であると、第３の窒化物半導体２３を上記の膜厚に成長させる際に、異常成長が防止でき、更に第３の窒化物半導体２３の成長面がきれいとなり好ましい。例えば成長速度が上記範囲となる具体的な方法としては、例えばＨＶＰＥ等が挙げられる。
【００７８】
第２の工程で成長される第３の窒化物半導体２３としては、特に限定されないが、ＧａＮからなる窒化物半導体が結晶性の点などから好ましい。また、第３の窒化物半導体２３は、アンドープでも不純物をドープされてもよいが、アンドープであると結晶性の点で好ましい。
【００７９】
第３の窒化物半導体２３の膜厚は、前記第１の窒化物半導体２２の膜厚より厚く成長される。第３の窒化物半導体２３の膜厚としては、特に限定されないが、後述の第３の工程で少なくとも異種基板２１を除去された後、第５の工程を行う際やデバイス構造を形成する際等の物理的強度に耐えられ、欠けや割れ等の生じにくい膜厚以上で、装置の大きさや操作がし易い範囲の膜厚が望ましい。
例えば、第３の窒化物半導体２３の具体的な膜厚としては、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍ、より好ましくは８０μｍ〜５００μｍである。このような範囲の膜厚であると、第３の窒化物半導体２３を窒化物半導体基板１とした場合に、操作性よく、また欠けや割れ等の発生が防止でき好ましい。
【００８０】
次に、図４に示すように、第３の工程では、第２の工程で第３の窒化物半導体２３を成長後に、少なくとも異種基板２１を除去して、少なくとも第３の窒化物半導体２３を有する第５の工程で用いられる窒化物半導体基板１とする。第３の工程で除去される部分としては、少なくとも異種基板２１が除去されていればよく、図２のバッファ層、薄膜の窒化物半導体２５、又は第１の保護膜１３等を有していても、劈開により共振面を形成できる。好ましくは異種基板２１〜第１の窒化物半導体２２までが除去されていると、第３の窒化物半導体２３の反りの軽減の点で好ましく、更に保護膜上の空隙の発生の可能性のある第１の窒化物半導体２２を除去すると劈開性がより良好となる。
また、第３の工程で除去される部分は、製造工程での操作性のし易さや、反り等を考慮して、第３の窒化物半導体の一部までを除去してもよい。
第３の窒化物半導体２３から異種基板２１等を除去する方法としては、例えば研磨等の方法が挙げられる。
また、第３の窒化物半導体２３を第５の工程での窒化物半導体基板１とする場合、第３の窒化物半導体２３の異種基板２１等を除去した面とは反対の面上に第５の工程のＥＬＯＧ成長を行う。
【００８１】
次に、第４の工程を有する場合について説明する。
図５に示すように、上記第３の工程後に、第４の工程において、第３の窒化物半導体２３の異種基板２１等を除去した面とは反対の面上に、成長速度を５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上で、第２の窒化物半導体を成長させる。第４の工程を有する場合は、第５の工程での窒化物半導体基板１は、少なくとも第３の窒化物半導体と第２の窒化物半導体とからなり、好ましくは第３と第２の窒化物半導体のみからなる。
【００８２】
また、本発明の成長方法において、第４の工程を有する場合、第２の窒化物半導体２４を成長後に第３の窒化物半導体を除去し、第５の工程で用いられる窒化物半導体基板１として、第２の窒化物半導体２４のみからなるものを用いてもよい。第４の工程後に、第３の窒化物半導体２３を除去して、第２の窒化物半導体２４のみにすると、第３と第２の窒化物半導体との境界部分が除去されるので、境界部分に生じると思われる酸化膜を除去でき素子特性（寿命特性等）の向上の点で好ましい。第２の窒化物半導体のみを第５の工程で用いる窒化物半導体基板１とする場合、第２の窒化物半導体の膜厚は、特に限定されないが、例えば８０〜５００μｍの膜厚を有することが物理的強度の点で好ましい。
【００８３】
第２の窒化物半導体２４としては、特に限定されないが、上記第３の窒化物半導体２３と同様の窒化物半導体を挙げることができる。
第２の窒化物半導体の成長速度は、上記のように５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上であり、好ましくは上記第３の窒化物半導体２３を成長させる場合と同様である。
このように異種基板２１を除去した後で、第３の窒化物半導体２３の成長面に第２の窒化物半導体２４を成長させると、第３の窒化物半導体２３の反りが軽減され、第５の工程やデバイス工程等を良好に行える。また、第２の窒化物半導体２４を成長させるとより結晶性が向上し、第２の窒化物半導体２４上に上記第５の工程を行うと、第４の窒化物半導体２の転位の低減及び結晶性の向上の点で好ましい。
【００８４】
第２の窒化物半導体２４の膜厚は、特に限定されず、第２の窒化物半導体２４の膜厚が厚いほど反りが軽減され結晶性の向上の点で好ましいが、あまり厚膜にすると操作性等が低下する場合や装置の大きさに限りがあるので、第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４の膜厚の合計が１０００μｍ以下、好ましくは８００μｍ以下、好ましくは４００μｍ以下となることが好ましく、少なくとも第３と第２の窒化物半導体の膜厚が共に８０μｍ以上であることが好ましい。膜厚がこの範囲であると物理的強度及び操作性等の点で好ましい。この場合、第３の窒化物半導体２３の膜厚は、上記の膜厚の範囲で且つ第３と第２の窒化物半導体の膜厚の合計が１０００μｍ以下となるように調整される。
【００８５】
次に、上記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られる本発明の基板上に、デバイス構造を形成してなる窒化物半導体素子について説明する。
本発明の窒化物半導体素子は、上記本発明の方法により得られる窒化物半導体の基板上（窒化物半導体基板１上に成長された第４の窒化物半導体２上）に、少なくともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体を有するデバイス構造が形成されてなる素子が挙げられる。
上記素子を構成するｎ型窒化物半導体などは、特に限定されず、従来公知のデバイス構造を適宜用いることができる。デバイス構造の一実施の形態としては、後述の実施例に示されるものが挙げられる。しかし、本発明はこれに限定されない。また、電極や素子の形状なども特に限定されず、公知の種々のものを用いることができる。
つまり、前記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られる基板が転位の低減された良好な基板であるので、デバイス構造の種類により差あるものの、寿命特性を良好にすることができるものである。また、基板は窒化物半導体からなるので窒化物半導体のＭ軸方向に垂直な面で良好に劈開できる。
【００８６】
また本発明において、好ましい窒化物半導体素子としては、例えばレーザ素子において、発光領域がリッジ形状のストライプであるのもが寿命特性などの素子特性の点から挙げられる。
より好ましい素子としては、リッジ形状のストライプが、上記第５の工程で形成されるストライプ形状の第２の保護膜１１及び第２の凹凸１３のストライプ方向に平行に形成され、さらに好ましくはストライプ形状の第２の保護膜１１の保護膜上部及び第２の凹凸１３の凹部上部に形成されることが寿命特性を向上させる点で好ましい。
第５の工程のＥＬＯＧ成長の種類によって、第４の窒化物半導体２表面の平均の転位密度に差はあるが、第２の保護膜１１上部及び第２の凹凸１３の凹部上部には転位がほとんど見られなくなることから、この部分に発光領域、例えば上記のようなリッジ形状のストライプを形成すると、レーザ素子などを作動中に転位の伝播を防止でき素子劣化を抑制し寿命特性の向上が可能となる。
【００８７】
【実施例】
以下に本発明の一実施の形態である実施例を示し、更に本発明を詳細に説明する。しかし本発明はこれに限定されない。
【００８８】
［実施例１］
以下に図１（ａ）に示される窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなる窒化物半導体の基板を製造させる工程を示す。（第１の工程から第３の工程は図２〜図４を参照）
【００８９】
［窒化物半導体基板１の製造］
（第１の工程）
異種基板２１として、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板２１を用い、このサファイア基板２１をＭＯＣＶＤの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２１上にＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９０】
バッファ層成長後、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、シランガスを用い、アンドープＧａＮよりなる薄膜の窒化物半導体２５を５μｍの膜厚で成長させる。
バッファ層と薄膜の窒化物半導体２５とを積層したウェーハの、その薄膜の窒化物半導体２５の上にストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１８μｍ、窓部２μｍのＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１２を０．５μｍの膜厚で形成する。なお、第１の保護膜１２のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な方向、つまり図７に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向でとする。このように形成すると、サファイアのＡ面に垂直な方向が、窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向となる。
【００９１】
第１の保護膜１２を形成後、ウェーハをＭＯＣＶＤの反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ＳｉとＭｇの不純物を５×１０17／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体２２をＭＯＣＶＤ装置により１５μｍの膜厚で成長させる。ＳｉとＭｇの不純物は第１の窒化物半導体２２の成長と同時にドープされる。但し、第１の窒化物半導体２２の成長速度は、３μｍ／時間とした。
【００９２】
得られた第１の窒化物半導体２２の表面をＣＬ（カソードルミネッセンス）により観察すると、第１の保護膜１２上部はほとんど結晶欠陥が見られず、窓部上部は８×１０5個／ｃｍ2程度観測された。転位密度は、観測される部分によりやや差が生じる場合がある。
【００９３】
（第２の工程）
次に、第１の窒化物半導体２２上に、アンドープのＧａＮからなる第３の窒化物半導体２３をＨＶＰＥ装置により２００μｍの膜厚で成長させる。但し、第３の窒化物半導体２３の成長速度は、５０μｍ／時間とした。
【００９４】
（第３の工程）
次に、第３の窒化物半導体２３を成長後に、サファイア基板２１から第１の窒化物半導体２２までを研磨により除去して第３の窒化物半導体２４のみの窒化物半導体基板１が得られる。
得られた第３の窒化物半導体２４のサファイア基板などを除去した面には、ストライプ状に転位のほとんどない部分とやや転位の多い部分とが存在している。一方、第３の窒化物半導体２４の成長面は、平均的に転位密度が１×１０7個／ｃｍ2程度存在している。
【００９５】
［本発明の基板の製造］
（第５の工程）
上記の第３の窒化物半導体２３からなる窒化物半導体基板１上に、第３の窒化物半導体２３の除去面のストライプ状の転位分布と平行となるような窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向に、第２の保護膜１１を第３の窒化物半導体２３の成長面（除去面とは反対の面）に、上記第１の工程で形成した第１の保護膜１２と同様に形成する。
第２の保護膜１１を形成後、第４の窒化物半導体２をＭＯＣＶＤ装置で１５μｍの膜厚で成長させる。
第４の窒化物半導体２の表面の転位密度は、窓部上部の表面にはわずかな転位が見られるが、第２の保護膜１１上部の第４の窒化物半導体２の表面にはほとんど転位が見られない。
【００９６】
［実施例２］
実施例１において、第２の工程で成長される第３の窒化物半導体２３の膜厚を１５０μｍとし、更に第３の工程後に下記第４の工程を追加する他は同様にしてデバイス構造を形成するための基板を製造する。
（第４の工程）
サファイア基板等を除去された第３の窒化物半導体２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体２４を、ＨＶＰＥ装置により、２００μｍの膜厚で成長させる（図５）。
【００９７】
得られた第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１上に第５の工程のＥＬＯＧ成長をさせる。第３の窒化物半導体２３の成長面に第２の窒化物半導体２４を成長させると反りが軽減され、第５の工程でのＥＬＯＧ成長が実施例１より良好となり、転位の良好に低減された第４の窒化物半導体２を得ることができる。
【００９８】
［実施例３］
以下に図１（ｂ）に示される窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなる窒化物半導体の基板を製造させる工程を示す。（第１の工程から第４の工程は図２〜図５を参照）
【００９９】
（第１の工程）
異種基板２１として、２インチφ、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板２１をＭＯＣＶＤの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２１上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１００】
バッファ層を成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる薄膜の窒化物半導体２５を２μｍの膜厚で成長させる。
【０１０１】
薄膜の窒化物半導体２５を成長後、ストライプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装置によりストライプ幅１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）３μｍのＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１２を０．５μｍの膜厚で形成し、続いて、ＲＩＥ装置により薄膜の窒化物半導体２５の途中までエッチングして凹凸を形成することにより薄膜の窒化物半導体２５の凹部側面を露出させる。なお、ストライプ方向は、図７に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向で形成する。このようにオリフラ面に垂直な方向で成長させると、オリフラ面に垂直な方向が窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向となる。
【０１０２】
薄膜の窒化物半導体２５に、凹凸を形成した後、凹凸を形成した薄膜の窒化物半導体２５の表面にスパッタ装置により保護膜材料を形成し、ＣＦ4とＯ2ガスにより、凹凸を形成したことにより形成された第１の窒化物半導体２２の凹部側面の保護膜をエッチングにより除去して凹部側面を露出させ、凸部上部及び凹部底部に第１の保護膜１２を形成する。
【０１０３】
第１の保護膜１２を形成後、ＭＯＣＶＤの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ2Ｍｇを用い、成長と同時にＳｉとＭｇの不純物を５×１０17／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体２２をＭＯＣＶＤ装置により１５μｍの膜厚で成長させる。但し、第１の窒化物半導体２２の成長速度は、２μｍ／時間として行った。
【０１０４】
得られた第１の窒化物半導体２２の表面をＣＬ（カソードルミネッセンス）により観察すると、転位は非常に低減されている。但し、第１の窒化物半導体２２の表面には、第１の保護膜１２のストライプ方向と平行に転位の分布がわずかに見られる。この転位の分布は、他のほとんど転位の見られない部分とを相対的に比較した場合である。
【０１０５】
（第２の工程）
次に、第１の窒化物半導体２２上に、アンドープのＧａＮからなる第３の窒化物半導体２３をＨＶＰＥ装置により１００μｍの膜厚で成長させる。但し、第３の窒化物半導体２３の成長速度は、５０μｍ／時間とした。
【０１０６】
（第３の工程）
次に、第３の窒化物半導体２３を成長後に、サファイア基板２１から第１の窒化物半導体２２までを研磨により除去して第３の窒化物半導体２３のみとする。第３の窒化物半導体２３の除去面には、第１の窒化物半導体２３の表面にわずかに分布していた転位分布とほぼ同様のものが見られる。
【０１０７】
（第４の工程）
次に、第３の窒化物半導体２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体２４を、ＨＶＰＥ装置により、２５０μｍの膜厚で成長させる。
得られた第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板［図２（ｂ）］の表面には、わずかな転位がほぼ均一に見られる。
【０１０８】
（第５の工程）
上記の第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１上に、第３の窒化物半導体２３の除去面のストライプ状の非常にわずかな転位分布と平行となるような窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向に、第２の保護膜１１を第２の窒化物半導体２４の成長面に、上記第１の工程で形成したように、凹凸を形成後に第１の保護膜１２を形成したのと同様に、凹部底部と凸部上部に第２の保護膜１１を形成する。
第２の保護膜１１を形成後、第４の窒化物半導体２をＭＯＣＶＤ装置で１５μｍの膜厚で成長させる。
第４の窒化物半導体２の表面の転位は、全体的にほとんど見られない。そして、窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなる基板１［図１（ｂ）］は、転位がほとんど見られず、欠けや割れが発生しにくい。
【０１０９】
［実施例４］
以下に図１（ｃ）の基板を製造する方法について記載する。
（第１の工程）
異種基板１として、２インチφ、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板１を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板１上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１１０】
バッファ層を成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる薄膜の窒化物半導体２５を２μｍの膜厚で成長させる。
【０１１１】
薄膜の窒化物半導体２５を成長後、ストライプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装置によりストライプ幅１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）２μｍのＳｉＯ2よりなる第１の保護膜１１を０．５μｍの膜厚で形成し、続いて、ＲＩＥ装置によりサファイア基板１が露出するまで薄膜の窒化物半導体２５をエッチングして凹凸を形成することにより薄膜の窒化物半導体２５の凹部側面を露出させることにより凸部上部のみに第１の保護膜１２を形成する。凹部側面の幅ｄはほぼ２μｍである。なお、ストライプ方向は、図７に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向であり、窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向となる。
【０１１２】
第１の保護膜１２を形成後、反応容器内にセットし、温度を１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ2Ｍｇを用い、成長と同時にＳｉとＭｇの不純物を５×１０17／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体２２を、ＭＯＣＶＤ装置により、１５μｍの膜厚で成長させる。第１の窒化物半導体２２の成長速度は、２μｍ／時間である。
【０１１３】
（第２の工程）
次に第１の窒化物半導体２２上に、アンドープのＧａＮからなる第３の窒化物半導体２３を、ＨＶＰＥ装置により、１５０μｍの膜厚に成長させる。成長速度は、５０μｍ／時間である。
【０１１４】
（第３の工程）
第３の窒化物半導体２３を成長後、サファイア基板から第１の窒化物半導体２２までを除去し、第３の窒化物半導体２３のみとする。第３の窒化物半導体２３の除去面には、わずかな転位が第１の保護膜１２と平行にストライプ状に分布している。
【０１１５】
（第４の工程）
第３の窒化物半導体２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体２４を、ＨＶＰＥ装置により、２００μｍの膜厚に成長させる。成長速度は、５０μｍ／時間である。
以上の工程を経ることにより、第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１［図２（ｃ）］を得ることができる。得られた窒化物半導体基板１の表面には１×１０7個／ｃｍ2程度の転位が見られる。
【０１１６】
（第５の工程）
次に、上記の第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装置によりストライプ幅１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部の幅ｗ）２μｍのＳｉＯ2よりなる第２の保護膜１１を０．５μｍの膜厚で形成し、続いて、ＲＩＥ装置により凹部側面の幅ｄがほぼ２μｍの深さにエッチングして凹凸を形成することにより、凸部上部にのみ第２の保護膜１１を形成する。形成された第２の保護膜１１のストライプ方向は、第１の保護膜１２のストライプ方向と平行となるように、窒化物半導体基板１の３種あるＭ軸方向のうち同一のＭ軸方向に対して平行方向である。
【０１１７】
上記のように凸部上部のみに第２の保護膜１１を形成した後、第４の窒化物半導体２を、３０μｍの膜厚で成長させる。
第４の窒化物半導体２の表面の転位は、窓部上部の表面にわずかにストライプ状に分布しているが、全体的に転位が非常に低減された窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２からなる基板［図１（ｃ）］を得ることができる。
【０１１８】
［実施例５］
以下に、図１（ｄ）に示される基板を製造する方法についての一実施の形態である。（第１の工程から第４の工程は図２（ｄ）〜図５を参照）
（第１の工程）
異種基板２１として、２インチφ、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板２１を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板２１上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１１９】
バッファ層を成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる薄膜の窒化物半導体層２５を２μｍの膜厚で成長させる。
【０１２０】
薄膜の窒化物半導体層２５を成長後、ストライプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装置によりストライプ幅（凸部の上部になる部）５μｍ、ストライプ間隔（凹部底部となる部分）１０μｍにパターニングされたＳｉＯ2膜を形成し、続いて、ＲＩＥ装置によりＳｉＯ2膜の形成されていない部分の薄膜の窒化物半導体層２５を薄膜の窒化物半導体２５が残る程度に途中までエッチングして凹凸を形成することにより、凹部側面に薄膜の窒化物半導体２５を露出させる。凹凸を形成した後、凸部上部のＳｉＯ2を除去することにより第１の凹凸１４を形成する。なお、第１の凹凸１４のストライプ方向は、図７に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向で形成する。
【０１２１】
次に、反応容器内にセットし、温度を１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、アンドープのＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２２を、ＭＯＣＶＤ装置により、１５μｍの膜厚で成長させる。成長速度は、２μｍ／時間である。
【０１２２】
（第２の工程）
上記第１の窒化物半導体２２上に、アンドープのＧａＮからなる第３の窒化物半導体２３を、ＨＶＰＥ装置により、１００μｍの膜厚で成長させる。成長速度は、５０μｍ／時間である。
【０１２３】
（第３の工程）
第３の窒化物半導体２３を成長後に、サファイア基板１から第１の窒化物半導体までを除去して、単独の第３の窒化物半導体２３とする。
【０１２４】
（第４の工程）
第３の工程で得られた第３の窒化物半導体２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体２４を、ＨＶＰＥ装置により、２００μｍの膜厚で成長させる。成長速度は、５０μｍ／時間である。
【０１２５】
上記の工程を経ることにより、第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板が得られる。得られた第２の窒化物半導体２４表面には、５×１０6個／ｃｍ2程度の転位が見られた。また、第３の窒化物半導体２３の除去面には転位の分布が、凹部開口部から成長した部分にはほとんど転位が見られないが、凸部上部から成長した部分には１×１０7個／ｃｍ2程度の転位が第１の凹凸１３のストライプ方向に平行に分布している。
【０１２６】
（第５の工程）
次に、図１（ｃ）の基板を成長させる。
上記の第３の窒化物半導体２３と第２の窒化物半導体２４からなる窒化物半導体基板１上に、上記第１の工程で形成した第１の凹凸１４と同様に、第２の凹凸１３を形成する。但し、第２の凹凸１３のストライプ方向は、第１の凹凸１４のストライプ方向と平行となるように、上記第３の窒化物半導体２３の除去面に分布しているストライプ状の転位と平行となるように形成することで、窒化物半導体のＭ軸方向に対して平行方向となる。この第２の凹凸１３を有する上にアンドープのＧａＮからなる第４の窒化物半導体２を２０μｍの膜厚で成長させる。
得られた窒化物半導体基板１と第４の窒化物半導体２とからなる基板の表面は、凹部開口部から成長した部分には転位がほとんど見られず、凸部上部から成長した部分には転位がわずかに見られる程度である。また基板は欠け等の防止される程度の膜厚を有している。
【０１２７】
［実施例６］
実施例５において、第４の工程で第２の窒化物半導体２４を３００μｍの膜厚で成長させ、その後第３の窒化物半導体２３を研磨して除去し、ほぼ２５０μｍの膜厚の第２の窒化物半導体２４を第５の工程で用いられる窒化物半導体基板１とする他は同様にして本発明の基板を製造する。
得られた本発明の基板は、実施例５と同様に、転位が低減され、特に凹部上部の表面には、転位がほとんど見られない。
【０１２８】
以下に、上記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られた本発明の基板を用いてなる、本発明の窒化物半導体素子の一実施の形態である窒化物半導体素子の実施例を示す。しかし本発明はこれに限定されない。
［実施例７］
実施例１により得られた第３の窒化物半導体２３からなる窒化物半導体の基板上に第４の窒化物半導体２を成長させてなる基板上に、以下のデバイス構造を順に成長させる。
【０１２９】
（アンドープｎ型コンタクト層）［図９には図示されていない］
窒化物半導体の基板上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなるｎ型コンタクト層を１μｍの膜厚で成長させる。
（ｎ型コンタクト層７２）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを用い、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ4）を用い、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなるｎ型コンタクト層７２を３μｍの膜厚で成長させる。
【０１３０】
（クラック防止層７３）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなるクラック防止層７３を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【０１３１】
（ｎ型クラッド層７４）
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Ａｌ0.14Ｇａ0.86ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、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／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層７４を成長させる。
【０１３２】
（ｎ型ガイド層７５）
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７５を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
【０１３３】
（活性層７６）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、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Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.11Ｇａ0.89Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層した総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層７６を成長させる。
【０１３４】
（ｐ型電子閉じ込め層７７）
次に、同様の温度で、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Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層７７を１００オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１３５】
（ｐ型ガイド層７８）
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７８を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
このｐ型ガイド層７８は、アンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層７７からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０16／ｃｍ3となりｐ型を示す。
【０１３６】
（ｐ型クラッド層７９）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.1Ｇａ0.9ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ１００回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚５０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｐ型クラッド層７９を成長させる。
【０１３７】
（ｐ型コンタクト層８０）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層８０を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１３８】
反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側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、図１０に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コンタクト層２の表面を露出させる。
次に図１０（ａ）に示すように、最上層のｐ側コンタクト層８０のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ2）よりなる第２の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第２の保護膜６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅１．８μｍ、厚さ１μｍで形成する。
次に、図１０（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ4ガスを用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第２の保護膜をエッチングして、ストライプ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジストのみを除去することにより、図１０（ｃ）に示すようにｐ側コンタクト層８０の上にストライプ幅１．８μｍの第２の保護膜６１が形成できる。
【０１３９】
さらに、図１０（ｄ）に示すように、ストライプ状の第２の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳｉＣｌ4ガスを用いて、ｐ側コンタクト層１０、およびｐ側クラッド層８９をエッチングして、ストライプ幅１．８μｍのリッジ形状のストライプを形成する。但し、リッジ形状のストライプは、図９に示すように、ＥＬＯＧ成長を行う際に形成した第２の保護膜１１の上部で且つ第２の保護膜１１の中心部分を避けるように形成される。
リッジストライプ形成後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図１０（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ2）よりなる第１の保護膜６２を、第２の保護膜６１の上と、エッチングにより露出されたｐ側クラッド層７９の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。このようにＺｒ酸化物を形成すると、ｐ−ｎ面の絶縁をとるためと、横モードの安定を図ることができ好ましい。
次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図１０（ｆ）に示すように、第２の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【０１４０】
次に図１０（ｇ）に示すように、ｐ側コンタクト層８０の上の第２の保護膜６１が除去されて露出したそのｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのストライプ幅として、この図に示すように、第１の保護膜６２の上に渡って形成する。
第１の保護膜６２形成後、図９に示されるように露出させたｎ側コンタクト層７２の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと平行な方向で形成する。
【０１４１】
以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形成したウェーハを、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図９に示すようなレーザ素子とする。
得られたレーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。
その結果、室温においてしきい値２．５ｋＡ／ｃｍ2、しきい値電圧５Ｖで、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認され、室温で１万時間以上の寿命を示す。更に、デバイス構造の形成時や共振面を劈開により形成する際等に欠けや割れが防止され、良好な共振面が得られ更に歩留まりが向上する。
【０１４２】
［実施例８］
実施例７において、窒化物半導体の基板として、実施例２〜実施例６の基板をそれぞれ用いる他は同様にして、レーザ素子を作製した。得られた５種のレーザ素子は、実施例７とほぼ同様に、デバイス構造を形成するための基板の表面には転位が非常に低減され、更には転位のほとんど見られない部分を有しているので、寿命特性が良好であり、デバイス構造の形成時や共振面を劈開により形成する時等に欠けや割れが防止され良好な結果を得ることができる。
【０１４３】
【発明の効果】
本発明は、窒化物半導体を基板としてデバイス構造を形成したり、劈開により共振面を形成しても、基板に欠けやクラックの発生が生じず、更に窒化物半導体の基板の表面部分の転位を低減し、特に成長面の表面にほとんど転位のない部分を有しており、寿命特性等の素子特性を良好にすることができ、実用化に際しての信頼性の向上が達成できるような窒化物半導体からなる基板の得られる窒化物半導体の成長方法を提供することができる。
更に、本発明は、本発明の窒化物半導体の成長方法により得られる窒化物半導体を基板とし、寿命特性など素子特性の良好な窒化物半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明のデバイス構造を形成するための窒化物半導体の基板の一実施の形態である基板の模式的断面図である。
【図２】 図２は、本発明の第５の工程での窒化物半導体基板となる窒化物半導体を成長させる工程の一実施の形態であるウエハの模式的断面図である。
【図３】 図３は、本発明の第５の工程での窒化物半導体基板となる窒化物半導体を成長させる工程の一実施の形態であるウエハの模式的断面図である。
【図４】 図４は、本発明の第５の工程での窒化物半導体基板となる窒化物半導体を成長させる工程の一実施の形態であるウエハの模式的断面図である。
【図５】 図５は、本発明の第５の工程での窒化物半導体基板となる窒化物半導体を成長させる工程の一実施の形態であるウエハの模式的断面図である。
【図６】 図６は、サファイアの面方位を示すユニットセル図である。
【図７】 図７は、保護膜のストライプ方向を説明するための基板主面側の平面図である。
【図８】 図８は、オフアングルした異種基板の部分的な形状を示す模式的断面図である。
【図９】 図９は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図１０】 図１０は、リッジ形状のストライプを形成する一実施の形態である方法の各工程におけるウエハの部分的な構造を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１・・・窒化物半導体基板
２・・・第４の窒化物半導体
１１・・・第２の保護膜
１２・・・第１の保護膜
１３・・・第２の凹凸
１４・・・第１の凹凸
２１・・・異種基板
２２・・・第１の窒化物半導体
２３・・・第３の窒化物半導体
２４・・・第２の窒化物半導体
２５・・・薄膜の窒化物半導体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a nitride semiconductor (InXAlYGa1-XYN, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and more particularly, to a nitride semiconductor growth method with few dislocations. The present invention also provides a nitride semiconductor (In) used in a light-emitting element such as a light-emitting diode or a laser diode, or a light-receiving element such as a solar cell or an optical sensor, using the substrate made of the nitride semiconductor.XAlYGa1-XYN, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1).
[0002]
[Prior art]
  In recent years, blue and blue-green light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) made of nitride semiconductors have been put into practical use.
[0003]
  For example, the present inventors have grown a film thickness of 2 μm on sapphire by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) in Aplide Physics Letters. Vol. 73, Number 6 (1998) pp. 832-834. On the GaN layer, SiO film with a thickness of 0.1 μm2Then, GaN is again grown on the surface having the protective film to a thickness of 20 μm by MOCVD (ELOG growth), followed by 200 μm by hydride vapor phase epitaxy (HVPE). The sapphire substrate is removed by polishing to obtain a GaN substrate having a thickness of about 150 μm, and a device structure is formed on the GaN substrate. A nitride semiconductor device is reported which is formed by cleaving at a crystal side face; for example, {1-100} etc. to form a resonance face.
  The reported laser element has a good far-field pattern of laser light from the resonance surface formed by cleavage, and the operating current is adjusted so that the output is 5 mW, and the condition is approximately 180 hours under the condition of 50 ° C. Continuous oscillation is possible.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the nitride semiconductor device reported in the above Appl. Phys. Lett. Has the possibility of practical use of the laser device, but the life characteristics are not sufficiently satisfactory for practical use. . The laser element reported above can continuously oscillate at a high temperature for a considerably long time. However, if the continuous oscillation exceeds 180 hours, the operating current increases rapidly, so that the deterioration of the element has progressed considerably. I can guess.
[0005]
  As a result of various studies for further improvement of the lifetime characteristics, the present inventors have found that the surface of the nitride semiconductor substrate on which the device structure is grown is almost uniformly 1 × according to observation with a surface transmission electron microscope (surface TEM). 107Piece / cm2A certain degree of dislocation was confirmed, and it was thought that this dislocation would reduce the life characteristics. The dislocation density is considerably reduced compared to the case where GaN is grown on a conventional sapphire substrate, but in order to ensure the reliability of the device in practical use, the life characteristics are further improved. There is a need.
[0006]
  The reason why dislocations are found almost uniformly on the surface of the nitride semiconductor substrate is to grow the nitride semiconductor to a thickness of 200 μm with HVPE in order to improve the physical strength during cleavage and prevent chipping and cracking. In the process, it can be assumed that the dislocations seen in the upper part of the portion (window) where the protective film is not formed are uniformly spread with the growth of the nitride semiconductor.
[0007]
  By the way, when a nitride semiconductor is grown to a thickness of 20 μm by MOCVD after forming the protective film, the upper portion of the window is almost 1 × 109Piece / cm2On the other hand, almost no dislocation is observed on the upper part of the protective film. If a device structure, particularly a ridge-shaped stripe, is formed on the protective film without dislocations, the life characteristics are improved. However, in order to remove sapphire from a nitride semiconductor having a thickness of 20 μm and form a resonance surface by cleavage, the nitride semiconductor substrate having a thickness of 20 μm does not have sufficient physical strength, resulting in chipping and cracking. Yield decreases. Furthermore, the physical strength of the nitride semiconductor substrate is also required when forming the device structure.
  Thus, removing sapphire and forming a device structure on a nitride semiconductor-only substrate enables a simple method of cleaving to obtain a mirror-like resonant surface, but at the time of cleavage and The film must be grown to such a thickness that the physical strength at the time of the device process is sufficient. For this reason, a portion having almost no dislocations obtained by the ELOG growth is lost from the surface of the nitride semiconductor substrate.
  As described above, in order to improve the lifetime characteristics of the laser element, it is desired to further reduce the dislocation density of the nitride semiconductor substrate for forming the device structure.
[0008]
  Therefore, the object of the present invention is that when a nitride semiconductor is used as a substrate, even if a device structure is formed or a resonance surface is formed by cleavage, no cracks or cracks are generated in the substrate. It is an object of the present invention to provide a nitride semiconductor growth method for obtaining a nitride semiconductor substrate in which dislocations are reduced so that the reliability of the device in practical use can be improved and the reliability of the device is improved.
  Furthermore, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device having good device characteristics such as life characteristics, using a nitride semiconductor obtained by the nitride semiconductor growth method of the present invention as a substrate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  That is, the object of the present invention can be achieved by the following configurations (1) to (13).
(1) On a heterogeneous substrate made of a material different from nitride semiconductorForming exposed irregularities on the grown nitride semiconductor; and,On the surface having the exposed unevenness, the upper surface of the uneven surface and the side surface of the recessed surfaceGrowing a first nitride semiconductor using lateral growth;afterwards,Removing at least the heterogeneous substrate to form a nitride semiconductor substrate; and growing a second nitride semiconductor on a surface of the nitride semiconductor substrate opposite to the surface from which the heterogeneous substrate has been removed; A method for growing a nitride semiconductor, comprising:
(2) The nitride semiconductor growth method according to (1), wherein the nitride semiconductor substrate has a warp.
(3The first nitride semiconductor is grown at a growth rate of 10 μm / hour or less and 0.5 μm / hour or more.The second nitride semiconductor is grown at a growth rate of 500 μm / hour or less and 10 μm / hour or more.(1)Or (2)4. A method for growing a nitride semiconductor according to 1.
(4) The first nitride semiconductor is grown by metal organic chemical vapor deposition, and the second nitride semiconductor is grown by hydride vapor deposition. (1) to (3) The method for growing a nitride semiconductor according to any one of the above.
(5) The first nitride semiconductor is grown by promoting lateral growth from the side surface of the concave portion as compared with vertical growth from the concave bottom portion of the concave and convex portions. The method for growing a nitride semiconductor according to any one of the above.
(6) Any one of (1) to (5), wherein growth from the side surface of the recess is bonded inside the recess to prevent growth from the bottom of the recess and to grow the first nitride semiconductor. A method for growing a nitride semiconductor according to claim 1.
(7) The first nitride semiconductor is grown by promoting lateral growth by doping p-type impurities and / or n-type impurities. A method for growing a nitride semiconductor according to claim 1.
(8) The method for growing a nitride semiconductor according to any one of (1) to (6), wherein the first and second nitride semiconductors are made of undoped GaN.
(9) The unevenness is parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor substrate and any one of <1-100>, <10-10>, and <01-10>. The method for growing a nitride semiconductor according to any one of (1) to (8), wherein the nitride semiconductor has a formed stripe shape.
(10And a step of growing a third nitride semiconductor on the first nitride semiconductor after the first nitride semiconductor is grown, wherein the nitride semiconductor substrate includes at least a third nitride. (1) to () characterized by comprising a semiconductor9The method for growing a nitride semiconductor according to any one of the above.
(11) In the step of removing the heterogeneous substrate, part of the third nitride semiconductor is removed from the heterogeneous substrate.(10)4. A method for growing a nitride semiconductor according to 1.
(12) The nitride semiconductor substrate has a dislocation density of 10 on the surface thereof.TenPiece / cm2The method for growing a nitride semiconductor according to any one of (1) to (11), wherein:
(13) The method for growing a nitride semiconductor according to any one of (1) to (12), wherein the nitride semiconductor substrate has a thickness of 50 to 1000 μm.
Moreover, this invention can be set as the structure of following (14)-(16).
(14) A nitride semiconductor with reduced dislocations obtained by the nitride semiconductor growth method according to any one of (1) to (13) is used as a substrate, and at least n is formed on the nitride semiconductor substrate. A nitride semiconductor device comprising a device structure having a type nitride semiconductor, an active layer, and a p-type nitride semiconductor.
(15) The nitride semiconductor device according to (14), wherein the nitride semiconductor device has a stripe-shaped protective film or a stripe-shaped unevenness and a ridge-shaped stripe formed in parallel to the stripe direction. .
(16) The ridge-shaped stripe of the nitride semiconductor device is formed on the upper portion of the stripe-shaped protective film or on the recessed portion of the stripe-shaped unevenness, (14) or (15) Nitride semiconductor device.
[0010]
  That is, the growth method of the present invention, on the nitride semiconductor substrate thick enough to form a device structure, as described above,5th processThe surface dislocations are reduced by growing the ELOG in the case, and in particular, the surface has a portion where almost no dislocations are observed.Fourth nitride semiconductorBy growing the substrate, it is possible to provide a good substrate that can prevent chipping and cracking even when cleaved and has a portion with almost no dislocations, thereby preventing deterioration of the device and improving life characteristics. .
  The substrate is a substrate for forming a device structure, and in the present invention,5th processNitride semiconductor substrate and dislocation reduction inFourth nitride semiconductorA substrate for forming a device structure is composed of Hereinafter, the substrate of the present invention may be simply used.
[0011]
  Conventionally, as shown in the above-mentioned problem, attempts to reduce dislocations include suppressing or stopping the propagation of dislocations at a stage prior to the step of growing a nitride semiconductor into a thick film as a substrate for forming a device structure. Various attempts have been made.
[0012]
  On the other hand, the present invention seems to complicate and lengthen the manufacturing process at first glance on the nitride semiconductor substrate grown so thick as to be able to form a device structure based on conventional knowledge. The above problem can be solved by performing ELOG growth as expected.
  Obtained by performing ELOG growth on a nitride semiconductor substrateFourth nitride semiconductorHas a portion where the dislocation density is reduced and there is almost no dislocation. With this nitride semiconductor substrateFourth nitride semiconductorThe substrate of the present invention comprising: a thick nitride semiconductor substrate provides physical strength;Fourth nitride semiconductorWhen the device structure is formed on the top, the life characteristics can be improved.
  Although the method of the present invention seems to complicate the manufacturing process at first glance as described above, the life characteristics can be improved by using the substrate of the present invention, and cracking and chipping can be prevented. Yield can be improved, and when manufacturing processes are comprehensively considered, manufacturing efficiency is improved.
[0013]
  The problem of the present invention is that, as reported by Appl. Phys. Lett., A laser element formed by using a thick nitride semiconductor with reduced dislocations as a substrate and forming a device structure thereon is quite This has been newly found as a problem that must be solved to achieve practical use and improve reliability.
  Therefore, even if the nitride semiconductor element is formed by forming a device structure on the nitride semiconductor substrate, the element obtained from the element that cannot oscillate continuously for a long time is used as the substrate. It is difficult to find a new subject of the present invention, such as how the dislocations in the layer affect the lifetime characteristics.
[0014]
  Still further, in the present invention,5th processA method for reducing dislocations utilizing lateral growth of nitride semiconductor in5th processMay be referred to as ELOG growth. ) On the nitride semiconductor substrateSecond protective filmPartly formed, thenSecond protective filmOn the forming surfaceFourth nitride semiconductorIt is preferable to prevent the dislocation from progressing.
  Still further, in the present invention,Second protective filmIs a stripe shape formed in a direction parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor substrate, any of <1-100>, <10-10>, and <01-10>, It is preferable for promoting the lateral growth of the nitride semiconductor and suppressing the propagation of dislocations. MoreSecond protective filmHowever, the stripe shapeFirst protective filmOr striped1st unevennessAnd formed in parallel withFourth nitride semiconductorThe lateral growth of theFourth nitride semiconductorThe above can be obtained satisfactorily, and it is also preferable in reducing dislocations.
[0015]
  Still further, in the present invention,5th processELOG growth on nitride semiconductor substrate surfaceSecond unevennessJust to form thatSecond unevennessOn the surface withFourth nitride semiconductorIs preferable in terms of suppressing the propagation of dislocations. In this case, as aboveSecond protective filmIs not used.
  Still further, in the present invention,Second unevennessIs a stripe shape formed in a direction parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor substrate, any of <1-100>, <10-10>, and <01-10>, It is preferable for promoting the lateral growth of the nitride semiconductor and suppressing the propagation of dislocations.
[0016]
  Still further, in the present invention,5th processThe nitride semiconductor substrate used in 1) has a dislocation density of 10 on its surface.TenPiece / cm2The following is obtained by growing ELOG on a nitride semiconductor substrate.Fourth nitride semiconductorIt is preferable to reduce dislocations appearing on the surface of the film.
  Furthermore, in the present invention, when the nitride semiconductor substrate has a film thickness of 50 μm to 1000 μm, the physical strength in the device process or cleavage process is improved, and chipping or cracking of the nitride semiconductor substrate is prevented. From the viewpoint of improving the yield when mass-producing the elements.
[0017]
  Furthermore, in the present invention, the nitride semiconductor substrate is the above.First step~Third stepSince the dislocations have already been reduced to some extent on the surface of the third nitride semiconductor if it is made of at least the third nitride semiconductor obtained from (3), ELOG growth is performed on the third nitride semiconductor.Letcan getFourth nitride semiconductorDislocations are further reduced on the surface of this, which is preferable. Further, when the third nitride semiconductor is grown by a method having a high growth rate, abnormal growth hardly occurs even when the third nitride semiconductor is grown to a thick film.
  here,5th processInFourth nitride semiconductorIs grown on a surface opposite to the surface from which the heterogeneous substrate of the third nitride semiconductor is removed.
[0018]
  Furthermore, in the present invention, the nitride semiconductor substrate comprises the above-mentionedThird steplater,Fourth stepA third nitride semiconductor obtained through and grown on itSecond nitride semiconductorWarping is reduced if it consists of5th processIt is preferable to perform the ELOG growth. That is, when the heterogeneous substrate is removed, the surface state of the third nitride semiconductor growth surface and the removal surface are different, and thus the third nitride semiconductor may tend to be warped. On the nitride semiconductor growth surface (the surface opposite to the removal surface of the dissimilar substrate)Second nitride semiconductorIs grown, the warpage of the third nitride semiconductor is reduced. After removing the dissimilar substrateSecond nitride semiconductorBy growing, the physical strength of the nitride semiconductor substrate can be reinforced.
[0019]
  Furthermore, in the present invention,First stepOn the nitride semiconductor grown on the different substrate,First protective filmPartially formedFirst nitride semiconductorOn a nitride semiconductor grown on a heterogeneous substrate,1st unevennessFormingFirst nitride semiconductorIn the process of growing, the dislocation of the nitride semiconductor substrate can be reduced and the number of dislocations is smallFourth nitride semiconductorIt is preferable to grow.
  Furthermore, in the present invention,First stepFormed withFirst protective filmOr1st unevennessIs a stripe shape formed so as to be parallel to the M-axis direction of any one of <1-100>, <10-10>, and <01-10> of the nitride semiconductor substrate, and ,5th processFormed withSecond protective filmOrSecond unevennessIs preferable to reduce the dislocation of the nitride semiconductor substrate by further promoting the lateral growth of the nitride semiconductor,5th processGrown on nitride semiconductor substrateFourth nitride semiconductorThis is preferable in terms of reduction of dislocations.
[0020]
  here,Second protective filmWhen forming such as alreadyFirst protective filmHowever, dislocation distribution is observed in the form of stripes on the surface of the nitride semiconductor substrate from which the dissimilar substrate is removed, and first protection or the like is formed along the stripe-shaped dislocation distribution. By forming in this way,Second protective filmWhenFirst protective filmThere isSecond protective filmWhen1st unevenness,Second unevennessWhenFirst protective film,Second unevennessWhen1st unevennessAre parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor.
  In addition, by making the orientation flat surface (orientation flat surface) perpendicular to the M-axis direction of the nitride semiconductor,5th processWhenFirst stepCan be formed as a stripe shape in the parallel direction.
[0021]
  In the present invention, a nitride semiconductor with reduced dislocation obtained by the nitride semiconductor growth method of the present invention (with a nitride semiconductor substrate andFourth nitride semiconductorWhen a device structure having at least an n-type nitride semiconductor, an active layer, and a p-type nitride semiconductor is formed on this substrate, nitride having good device characteristics such as lifetime characteristics A semiconductor element can be provided.
  Furthermore, in the present invention, the nitride semiconductor device has a stripe shape.Second protective filmOr stripedSecond unevennessIf the ridge-shaped stripe formed in parallel to the stripe direction is provided, a good mirror surface resonance surface can be obtained by cleaving the nitride semiconductor substrate in a plane perpendicular to the M-axis direction, and the far-field pattern becomes good. preferable.
  Furthermore, in the present invention, the ridge-shaped stripe of the nitride semiconductor element isSecond protective filmThe top of orSecond unevennessAre formed in the upper part of the recess,Fourth nitride semiconductorSince there is a tendency that the number of dislocations on the surface of the substrate is the smallest, deterioration of the element is prevented, which is preferable in terms of improving the life characteristics.
[0022]
  In the present invention, the term “undoped” in the description below refers to a layer formed without intentionally doping impurities, and is a layer in which impurities are mixed by diffusion of impurities from adjacent layers, contamination from raw materials or equipment. However, if the impurity is not intentionally doped, the undoped layer is used.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
  First, FIGS. 1A to 1D are schematic cross-sectional views of a substrate for forming a device structure obtained by the nitride semiconductor growth method of the present invention. Using FIG. 1, the present invention5th processA method for growing a nitride semiconductor having the following will be described.
[0024]
  The method for growing a nitride semiconductor according to the present invention includes:5th processBy using the lateral growth of the nitride semiconductor on the nitride semiconductor substrate 1, a method for reducing dislocation (5th processELOG growth) reduced dislocationsFourth nitride semiconductor2 can be obtained.
  5th processInFourth nitride semiconductorGrow 25th processThe ELOG growth of the nitride semiconductor is not particularly limited as long as it is a method of reducing dislocations by utilizing the lateral growth of the nitride semiconductor, and at any stage of the growth, with respect to the vertical growth rate of the nitride semiconductor. Thus, there is a method in which the lateral growth rate of the nitride semiconductor is promoted and the propagation of dislocations is suppressed.
  It is not clear how dislocations propagate, but dislocations tend to propagate along the direction of nitride semiconductor growth, and when lateral growth of nitride semiconductor is promoted, they propagate laterally. It seems that dislocations once propagated in the horizontal direction tend to be difficult to propagate in the vertical direction again. As a result, dislocation was reducedFourth nitride semiconductorIt is speculated that can grow.
[0025]
  5th processAs the ELOG growth, a conventionally known ELOG growth performed in a previous process for growing a nitride semiconductor substrate having a thick film may be used. For example, Japanese Patent Application Nos. 10-77245 and 10 filed by the present applicant may be used. The ELOG growth described in the specifications of -275826, 10-119377, 10-132831, 11-37827, 11-37826, 10-146431, etc. can be used. However, while these ELOG growths are performed on different types of substrates,5th processThe ELOG growth is different in that it is performed on a thick nitride semiconductor substrate, but can be performed in substantially the same manner.
[0026]
  Of the present invention5th processAs a preferable specific example of the ELOG growth, a nitride semiconductor is difficult to grow on a nitride semiconductor substrate or is made of a material that does not grow.Second protective film11 or a nitride semiconductor substrateSecond unevennessAnd the like. in this waySecond protective film11 andSecond unevenness13 is formed on this forming surface.Fourth nitride semiconductorWhen growing 2,Fourth nitride semiconductorAt any stage of the growth process 2, the lateral growth of the nitride semiconductor is promoted relative to the longitudinal growth of the nitride semiconductor, and the dislocation proceeds laterally along with the lateral growth of the nitride semiconductor. Again, it becomes difficult to proceed in the vertical direction, and as a result, dislocation is reduced.Fourth nitride semiconductor2 can be obtained.
[0027]
  Obtained in this wayFourth nitride semiconductor2 The average dislocation density on the surface is reduced to about 1/100 or less with respect to the average dislocation density on the surface of the nitride semiconductor substrate.Fourth nitride semiconductorDislocations are hardly seen on the surface of 2.
  Also,Fourth nitride semiconductor2 Dislocation distribution on the surface isSecond protective film11 top orSecond unevennessIn the upper part of the concave portion 13, dislocations are extremely reduced as compared with other parts (upper part of the window part or upper part of the convex part), and almost no dislocations are observed by observation of the surface TEM, cathodoluminescence (CL), or the like.
  in this wayFourth nitride semiconductorIf the average dislocation density of 2 decreases,Fourth nitride semiconductorThe life characteristics of the element formed on the element 2 can be improved, and further, if the ridge-shaped stripe of the element is formed in a portion having almost no dislocation, the life characteristics of the element can be dramatically improved.
  Fourth nitride semiconductorThe dislocation density on the surface of 2 is5th process1 × 10 as the average dislocation density, depending on the type of ELOG growth performed inFivePiece / cmThreeHereinafter, under preferable conditions, 1 × 10FourPiece / cmThreeHereinafter, under more preferable conditions, 1 × 10ThreePiece / cmThreeIt becomes as follows. Also,Second protective film11 upper dislocation density, andSecond unevennessThere is a tendency that dislocations at the upper part of the 13 recesses are hardly seen. Also the upper part of the window, andSecond unevennessThe dislocation density at the top of 13 convex portions is 1 × 107Piece / cmThreeHereinafter, under preferable conditions, 1 × 106Piece / cmThreeHereinafter, under more preferable conditions, 1 × 10FivePiece / cmThreeIt becomes as follows.
  In the present invention, the dislocation density is measured by surface TEM or CL.
[0028]
  Below is ELOG growthSecond protective film11 is used, andSecond unevennessNitride semiconductor substrate 1 obtained in accordance with each embodiment when formedFourth nitride semiconductor1 will be described in more detail with reference to FIGS. 1A to 1D which are schematic cross-sectional views of a substrate on which a device structure consisting of 2 is formed. 1 (a)-(c)Second protective film11 (d), and FIG.Second unevenness13 is performed. Also,Second protective film11 may be used to form unevenness and form a protective film on the bottom of the recess and / or the top of the protrusion.Second protective filmThis will be described below as a case where it is formed.
  First, FIG. 1A shows a structure on a nitride semiconductor substrate 1.Second protective film11 on this forming surfaceFourth nitride semiconductorIt is typical sectional drawing formed by growing 2.
  In FIG. 1B, unevenness is formed in the nitride semiconductor substrate 1, and the bottom of the concave portion and the upper portion of the convex portion are formed.Second protective film11 on this forming surfaceFourth nitride semiconductorIt is typical sectional drawing formed by growing 2.
  FIG. 1 (c) shows an unevenness formed on the nitride semiconductor substrate 1, and only on the top of this protrusion.Second protective film11 on this forming surfaceFourth nitride semiconductorIt is typical sectional drawing formed by growing 2.
  FIG. 1D shows a nitride semiconductor substrate 1.Second unevenness13 is formed on this forming surface.Fourth nitride semiconductorIt is typical sectional drawing formed by growing 2. FIG. 1D shows a mode in which the protective film is not used.
[0029]
  Obtained by the above ELOG growthFourth nitride semiconductor2 is not particularly limited, but is preferably a nitride semiconductor made of GaN.Fourth nitride semiconductor2 may be undoped or doped with impurities. It is preferable in terms of crystallinity to be undoped, and at least one of p-type impurities (Be, Zn, Mn, Cr and Mg) and n-type impurities (Si, Ge and Sn) during ELOG growth, Preferably at least one or more of p-type impurities, more preferably at least one or more of p-type impurities and at least one or more of n-type impurities, most preferably Mg and Si are doped in the lateral direction of the nitride semiconductor. Growth is promoted, which is preferable in terms of reducing dislocations and preventing generation of voids. The doping amount of impurities is preferably 1 × 1017/ CmThree~ 1x1019/ CmThree, More preferably 1 × 1017/ CmThree~ 1x1019/ CmThreeMore preferably 5 × 1017/ CmThree~ 5x1019/ CmThreeIt is. When the impurity concentration is within the above range, the lateral growth of the nitride semiconductor can be promoted better than the vertical growth, which is preferable in terms of suppressing the propagation of crystal defects and preventing the generation of voids. When the p-type impurity and the n-type impurity are doped, the doping is performed by appropriately adjusting so that the sum of the concentrations of both becomes a doping amount in the above range. In this case, the ratio of the concentration of the p-type impurity and the n-type impurity is appropriately adjusted depending on the type of impurity used so that voids and dislocations can be satisfactorily prevented.
  Also,Fourth nitride semiconductorIn the case of forming an n-electrode in 2, the doping amount of the n-type impurity and the p-type impurity is adjusted, such as doping with an n-type impurity or doping the n-type impurity more than the p-type impurity.
[0030]
  Fourth nitride semiconductorAlthough it does not specifically limit as a film thickness of 2, It becomes like this. Preferably they are 5 micrometers-50 micrometers, More preferably, they are 10 micrometers-35 micrometers.Fourth nitride semiconductorWhen the film thickness of 2 is in the above range, the nitride semiconductor substrate 1 is formed.Second protective film11 andSecond unevenness13 can be satisfactorily covered, and from the dislocation density on the surface of the nitride semiconductor substrate 1Fourth nitride semiconductor2 surface dislocation density is reduced,Fourth nitride semiconductor2 dislocation distribution on the surface, especiallySecond protective film11 top andSecond unevennessAlmost no dislocations are seen in the upper part of the 13 recesses.
[0031]
  1 (a)-(c)Second protective filmAs 11 materials,Second protective film11 A material having a property that a nitride semiconductor does not grow or is difficult to grow on the surface is preferable. For example, silicon oxide (SiO 2X), Silicon nitride (SiXNY), Titanium oxide (TiOX), Zirconium oxide (ZrO)XIn addition to oxides and nitrides such as), and multilayer films thereof, metals having a melting point of 1200 ° C. or higher can be used. These protective film materials can withstand the nitride semiconductor growth temperature of 600 ° C. to 1100 ° C., and the nitride semiconductor does not grow or hardly grow on the surface thereof. In order to form the protective film material on the surface of the nitride semiconductor, for example, vapor deposition techniques such as vapor deposition, sputtering, and CVD can be used.
[0032]
  First, in the case of FIG.Second protective film11 will be described.
  Second protective film11 is partially (selectively) formed on the nitride semiconductor substrate 1, a photomask having a predetermined shape is produced using photolithography, and the material is removed through the photomask. By forming a phase, it has a predetermined shapeSecond protective film11 can be formed.Second protective filmThe shape of 11 is not particularly limited, and examples thereof include a dot shape, a stripe shape, or a grid shape, preferably a stripe shape.Second protective filmWhen 11 has a stripe shape, dislocation was reduced.Fourth nitride semiconductor2 can be formed satisfactorily.
[0033]
  Also,Second protective film11Second protective film11 is larger than the surface area of the part (window part) where it is not formed,Second protective film11 is preferably formed by adjusting the surface area.Second protective filmAlthough the surface area of 11 and the surface area of the window part are different depending on the shape of the protective film, for example, when the protective film has a stripe shape, the width of the protective film stripe and the width of the window part are adjusted. Can do.
[0034]
  Second protective filmAlthough the size of 11 is not particularly limited, for example, when formed with stripes, the preferred stripe width is 0.5 to 100 μm, more preferably 1 μm to 50 μm, and still more preferably 2 to 25 μm.
  Also, the stripe pitch (Second protective filmThe width of the window portion where 11 is not formed is desirably narrower than the stripe width. For example, it is specifically 5 μm or less, preferably 0.1 to 3 μm, and more preferably 0.8 to 2 μm.
[0035]
  as mentioned above,Second protective filmWhen the surface area of 11 is increased, dislocation propagation isSecond protective film11 is further suppressed, and the propagation of dislocations propagating from the window portion proceeds in the horizontal direction and tends to be difficult to propagate in the vertical direction again.Second protective film11 topFourth nitride semiconductorIt is preferable that a part of the surface region 2 (from the surface to the vicinity of the surface) where dislocations are hardly observed can be obtained over a wide range. MoreFourth nitride semiconductorThe surface of 2 tends to be mirror-like, which is preferable.
[0036]
  Also,Second protective filmThe film thickness of 11 is not particularly limited, but the thinner the film is, the shorter the surface is and the less the surface dislocations are.Fourth nitride semiconductor2 is preferable, and specifically depends on the material of the protective film, but is, for example, 0.01 to 5 μm, preferably 0.02 to 3 μm, more preferably 0.05 to 2 μm. It is. Within this range, it is possible to prevent the dislocations from propagating in the longitudinal direction and reduce the dislocations,Fourth nitride semiconductorIt is preferable to make the surface of 2 a mirror surface. Also, the thickness of the protective film depends on the material of the protective film, but even if the film thickness is thin, film quality irregularities such as pinholes do not occur.Fourth nitride semiconductor2 can cover the protective film and mirror-likeFourth nitride semiconductor2 is preferable.
[0037]
  Next, as shown in FIG.5th processIn the nitride semiconductor substrate 1, and the concave bottom portion and the convex upper portion are formed.Second protective film11 will be described.
[0038]
  Any method may be used as the method for providing the nitride semiconductor substrate 1 with the uneven shape, as long as the nitride semiconductor substrate 1 can be partially removed. Examples include etching and dicing, and etching is preferable. .
  When unevenness is formed partially (selectively) on the nitride semiconductor substrate 1 by etching, photomasks of stripes, grids, etc. are produced using mask patterns of various shapes in photolithography technology. The resist pattern can be formed on the nitride semiconductor substrate 1 and etched.
  Moreover, when performing by dicing, it can form in stripe shape or a grid shape, for example.
[0039]
  In addition, as an etching method when the uneven shape is formed on the nitride semiconductor substrate 1 by etching, there are methods such as wet etching and dry etching, and dry etching is preferably used to form a smooth surface. . Dry etching includes, for example, reactive ion etching (RIE), reactive ion beam etching (RIBE), electron cyclotron etching (ECR), ion beam etching, and the like. This can be done by etching a nitride semiconductor. For example, a specific nitride semiconductor etching means described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-17803 previously filed by the present applicant can be used.
[0040]
  Further, when the unevenness is formed by etching, the etching surface may have a shape in which the side surface of the recess is substantially perpendicular to the nitride semiconductor substrate 1 as shown in FIG. 1B, or a forward mesa shape or a reverse mesa shape. Alternatively, the nitride semiconductor substrate 1 may have a shape in which the side surface of the concave portion is stepped. As shown in Fig. 1 (b)Second protective film11, if the side surface of the recess is a forward mesa shape, the bottom of the recess is betterSecond protective film11, and the protective film material on the side surfaces of the recesses can be easily removed favorably.
  In the case of FIG. 1B, from the beginning of the ELOG growth, the bottom of the recess and the top of the projection are formed so that the growth of the nitride semiconductor starts substantially from the lateral growth.Second protective film11 from the side of the recess onlyFourth nitride semiconductor2 to grow. The reason for the reduction of dislocations by adjusting the growth direction is that once the dislocations propagate in the horizontal direction, they tend to be difficult to propagate in the vertical direction again.
[0041]
  In addition, the shape of the unevenness in the case of FIG. 1B, that is, the depth and width of the recessed portion is shown below.
  The depth of the recess is not particularly limited, but is 500 angstroms or more, preferably about 0.5 to 5 μm. When the depth of the recess is in the above range, ELOG growth is stable,Fourth nitride semiconductorThe surface of 2 tends to be mirror-like.
  When the unevenness is a stripe shape, the width of the upper part of the protrusion is, for example, the case where the unevenness is not formed.Second protective filmThe width of the recess opening portion (window portion) is not particularly limited, but is 2 to 5 μm.
[0042]
  Second protective filmThe method of forming 11 on the bottom of the recess and the top of the projection is slightly different depending on whether the method of forming the unevenness is etching or dicing.
  First, when forming irregularities by etching, after forming a protective film material on the nitride semiconductor substrate 1, a resist film is formed thereon, a pattern is transferred, exposed, developed, and partiallySecond protective filmAfter forming 11, the nitride semiconductor substrate 1 is etched to form an uneven shape. Subsequently, on the nitride semiconductor substrate 1 on which the irregularities are formed, that is,Second protective film11 and a protective film material is further formed on the bottom of the recess and the like,FourAnd O2As shown in FIG. 1B, the protective film on the side surface of the recess of the nitride semiconductor substrate 1 is removed by dry etching with gas to expose the side surface of the recess.Second protective film11 is formed at the bottom of the recess and the top of the projection. When formed in this way, for example, in FIG.Second protective film11 is shown as a single layer,Second protective filmA protective film is further formed on 11 and two protective films are laminated.
  Here at the bottom of the recessSecond protective filmBefore forming 11Second protective filmAfter removing 11, the protective film material may be simultaneously formed on the top of the convex portion and the bottom of the concave portion.
[0043]
  Next, when forming unevenness by dicing, the unevenness is formed on the nitride semiconductor substrate 1 from above by using a dicing saw, and then a protective film is formed thereon, and CFFourAnd O2By removing the protective film by etching so that the side surface of the recess is exposed by dry etching with gas, the desired shape and position are obtained.Second protective film11 is formed.
[0044]
  Formed at the top of the concave and convex portions and the bottom of the concave portionSecond protective filmAlthough the film thickness of 11 is not particularly limited, it is also formed on the side surface of the recess at the same time. It is preferable to have a film thickness that can be coated. Also,Second protective filmThe film thickness of 11 isFourth nitride semiconductor2 is preferably adjusted so that it can easily grow in the lateral direction.Second protective filmThe film thickness of 11 may be different.
[0045]
  By ELOG growth in the case of FIG.Fourth nitride semiconductorThe state of 2 will be described. First,Second protective film11 from the exposed side surface of the recessed portion where the surface is not formedFourth nitride semiconductor2 starts growing by lateral growth. And grew from the side of the adjacent recessFourth nitride semiconductor2 is the bottom of the recessSecond protective film11 and continue to grow while joining to coverSecond protective filmWhen growing to about the same height as 11,Second protective film11 grow laterally on top,Second protective film11 as shown in FIG.Fourth nitride semiconductor2 can be grown. In the process of this ELOG growth, dislocations propagate in the lateral direction along with the lateral growth of the nitride semiconductor, so that the dislocations propagated in the longitudinal direction are drastically reduced.Fourth nitride semiconductorNear the surface of 2, dislocations are hardly seen.
[0046]
  Next, as shown in FIG. 1 (c), only on the convex and concave portions formed on the nitride semiconductor substrate 1.Second protective filmA case where 11 is formed will be described.
  In this case, the method of forming the unevenness is formed by dicing or etching as in the case of FIG. 1B, and the shape of the side surface of the recess is the same as above.
[0047]
  As shown in FIG. 1 (c), the concave side surface and the concave bottom portion of the nitride semiconductor substrate 1 are exposed as surfaces that can be grown.Second protective film11 is formed to suppress the growth of the nitride semiconductor from the upper portion of the convex portion. In this stateFourth nitride semiconductorWhen 2 is grown, it is considered that the growth starts from the side surface of the recess and the bottom of the recess at the start of growth. However, as the crystal grows, the growth of the nitride semiconductor that has started growing in the vertical direction from the bottom of the recess is blocked by the nitride semiconductor that has grown in the lateral direction from the side surface of the recess. as a result,Second protective filmGrows horizontally on top of 11Second protective film11 is a nitride semiconductor that has started to grow laterally from the side surface of the recess, and as shown in FIG.Fourth nitride semiconductor2 is obtained. can getFourth nitride semiconductorIn the case of 2, dislocation propagation is satisfactorily suppressed as described above.
[0048]
  At the bottom of the recess shown in Fig. 1 (c)Second protective filmThe size of the shape of the unevenness when 11 is not formed is adjusted so that the growth of the nitride semiconductor on the side surface of the recess of the nitride semiconductor substrate 1 is given priority over the growth at the bottom of the recess. .
  Specifically, the uneven shape of FIG. 1C is preferably the length of the side surface of the nitride semiconductor substrate 1 on the side surface of the recess [d in FIG. 1C] and the width of the opening of the recess [FIG. (C) is formed by adjusting w], more preferably, the shape of the unevenness is the length (d) of the side surface of the recessed portion of the exposed nitride semiconductor substrate 1 and the width of the opening portion of the recessed portion ( w), w / d is adjusted so that 0 <w / d ≦ 5, more preferably 0 <w / d ≦ 3, and most preferably 0 <w / d ≦ 1. Therefore, the growth rate can be controlled well, the growth from the side of the recess of the nitride semiconductor substrate 1 can be further promoted, the growth of the nitride semiconductor from the bottom of the recess can be easily interrupted, and there are few dislocations.Fourth nitride semiconductor2 is easily obtained.
[0049]
  Moreover, it is formed on the convex part of the formed unevenness.Second protective film11 is not particularly limited in shape, for example, in addition to the above w / d relationship, the shape of the nitride semiconductor substrate 1 formed with irregularities is random depressions, stripes, It may be formed in a grid surface shape, a dot shape or the like, and preferably has a stripe shape. For example, when the irregularities are formed in a stripe shape, for example, the stripe width of the upper portion of the convex portion may be 10 to 20 μm and the stripe interval (opening portion of the concave portion) may be 2 to 5 μm.
[0050]
  Next, as shown in FIG.Second unevennessJust forming 13Second protective filmThe case where 11 is not formed will be described.
  In FIG.Second unevenness13 is formed by dry etching or dicing as in the case of forming the irregularities in FIGS. 1B and 1C, and the shape of the side surface of the recess is the same as described above. .
  However, the case of FIG. 1D is different from the above in that a protective film is not formed, and this point will be described below.
  First, by etchingSecond unevenness13 is formed using a mask pattern of various shapes in the photolithographic technique, and a photomask having a stripe shape, a grid shape, or the like is prepared, and a resist pattern is formed.Fourth nitride semiconductor2 can be formed by etching. And after etching and forming unevenness, the photomask on the top of the protrusion is removed,Second unevennessOnly 13 can be formed on the nitride semiconductor substrate 1.
  In the case of dicing, since a photomask is not used as in the case of etching, unevenness can be formed in the same manner as in FIG.
[0051]
  Second unevennessThe shape of 13 is not particularly limited, and examples thereof include random depressions, stripes, grids, dots, etc., as in FIGS. 1B and 1C, and the lateral direction of the nitride semiconductor. In order to promote growth and reduce dislocations, a stripe shape is preferable.
  Second unevennessThe size of the shape of 13, that is, the length of the side surface of the concave portion, the width of the upper portion of the convex portion and the width of the concave portion bottom portion is not particularly limited, but at least the vertical growth in the concave portion is suppressed. Grow intoFourth nitride semiconductorIt is preferable to adjust so that 2 grows laterally from the side surface of the recess.
  Second unevennessWhen the shape of 13 is a stripe shape, for example, a stripe shape having a stripe width (upper portion width) of 3 to 20 μm and a stripe interval (recess bottom portion width) of 3 to 20 μm can be formed. .
  Grows from recessed openingsFourth nitride semiconductorIn order to increase the number of the second portion, it is possible to increase the width of the bottom of the concave portion and to narrow the width of the upper portion of the convex portion. In this way, the portion having reduced dislocations can be increased. When the width of the bottom of the recess is increased, it is preferable to increase the depth of the recess in order to prevent the growth in the vertical direction that may grow from the bottom of the recess.
[0052]
  In the case of FIG.Fourth nitride semiconductor2 isSecond unevennessThe growth started from the top of the 13 convex portions and the bottom of the concave portion, but the growth in the lateral direction from the side surface of the concave portion was promoted compared with the vertical growth from the vertical direction from the bottom portion of the concave portion. Things join and suppress growth from the bottom. As a result, almost no dislocation is observed at the upper part of the recess opening. On the other hand, it grows from the top of the convex partFourth nitride semiconductorNo. 2 tends to grow in the vertical direction and grow in the horizontal direction toward the recess opening. In this growth in the vertical direction, the propagation of dislocations is difficult to be suppressed, but in the growth toward the recess opening, the dislocations propagate in the horizontal direction, so there is a tendency for the propagation of dislocations to be suppressed. As a result, the top of the convex partFourth nitride semiconductor2 also reduces dislocations.
  In the case of FIG. 1D, almost no dislocation is observed at the upper portion of the concave portion, but a little more at the upper portion of the convex portion depending on conditions (for example, growth conditions such as dislocation density and reaction conditions of the nitride semiconductor substrate 1). Therefore, it is preferable in terms of life characteristics to form a ridge-shaped stripe on the upper part of the recess opening. Alternatively, the ELOG growth in FIG.Fourth nitride semiconductor2 is performed again, and in this case, the convex portion is formed on the concave portion formed on the nitride semiconductor substrate 1.Fourth nitride semiconductorIt is preferable to form irregularities on the surface 2 in terms of reducing dislocations.
[0053]
  Also, in the case of ELOG growth of FIGS. 1 (a), (b), and (c),Fourth nitride semiconductorELOG may be grown again on 2. In the case of ELOG growth again, as a formation position of a new protective film,Fourth nitride semiconductorWhen dislocations appear on the surface of 2, that part, for example,Second protective filmIt is preferable in terms of reducing dislocations to be formed on the surface of the upper part of the window part where 11 is not formed.
  Such repetition of ELOG growth may be performed twice or more. Dislocations tend to suppress dislocation propagation more by repeating ELOG growth.
[0054]
  5th processInFourth nitride semiconductorThe method for growing 2 is not particularly limited, but MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Any method known to grow nitride semiconductors can be applied. As a preferable growth method, when the film thickness is 50 μm or less, the growth rate can be easily controlled by using the MOCVD method. When the film thickness is 50 μm or less, HVPE has a high growth rate and is difficult to control.
[0055]
  the above5th processA nitride semiconductor substrate 1 obtained byFourth nitride semiconductorThe substrate for forming the device structure consisting of 2 has few dislocations, especiallySecond protective film11 top andSecond unevenness13 is hardly seen in the upper part of the concave portion, and the life characteristics of the element can be improved. Furthermore, when the nitride semiconductor is cleaved perpendicularly to the M-axis direction, a good cleaved surface can be obtained, and the substrate can be prevented from being chipped or cracked during cleavage, and the yield can be improved.
[0056]
  Furthermore, in FIGS. 1 (a), (b), (c) and (d)Second protective film11 andSecond unevenness13 is a stripe shape, and this stripe is in the M-axis direction of the nitride semiconductor substrate 1 and in any one of the <1-100>, <10-10>, and <01-10> M-axis directions. On the other hand, it is preferable to be formed in the parallel direction to promote the lateral growth of the nitride semiconductor and to suppress the propagation of dislocations.
  Also,Second protective film11 top, andSecond unevenness13 recess topFourth nitride semiconductorSince dislocations are hardly observed on the surface as described above, it is preferable to form a ridge-shaped stripe in a portion where these dislocations are hardly observed in order to improve the life characteristics. In addition, when the ridge-shaped stripe is formed in this way, even when the resonance surface is formed by cleavage, it can be cleaved perpendicularly to the M-axis direction of the nitride semiconductor substrate 1, and a good mirror-like shape can be obtained. A resonant surface is easily obtained, which is preferable.
[0057]
  next,5th processBy ELOG growth ofFourth nitride semiconductorA nitride semiconductor substrate 1 for growing 2 will be described.
  In the present invention, the nitride semiconductor substrate 1 is not particularly limited,Fourth nitride semiconductorWhen forming a device structure on this forming surface after forming 2, and when forming a resonance surface by cleavage, etc., it has a physical strength and has a film thickness that does not easily cause chipping or cracking,5th processObtained inFourth nitride semiconductorThose that can easily reduce the dislocation of 2 are preferred.
  Specifically, as a preferable nitride semiconductor substrate 1,Fourth nitride semiconductorThe dislocation density on the surface whereTen/ CmThreeOr less, more preferably 109/ CmThreeThe following are mentioned. When the dislocation density is in the above range, the nitride semiconductor substrate is grown by ELOG growth.Fourth nitride semiconductor2 is preferable for reducing the dislocation of 2. Further, when the number of dislocations is small, the physical strength is also improved, which is preferable in terms of preventing chipping and cracking.
  The nitride semiconductor substrate 1 preferably has a thickness of 50 μm to 1000 μm, more preferably 80 μm to 500 μm. With such a film thickness, the physical strength of the nitride semiconductor substrate 1 is improved, which is preferable in terms of yield and the like.
  Further, the composition constituting the nitride semiconductor substrate 1 is not particularly limited, but examples thereof include a nitride semiconductor made of GaN. The nitride semiconductor substrate 1 may be undoped or doped with impurities. When forming an n-electrode on the nitride semiconductor substrate 1, the nitride semiconductor substrate 1 is doped with an n-type impurity so as to have an ohmic contact. From the viewpoint of crystallinity of the nitride semiconductor substrate 1, it is preferably undoped.
[0058]
  In the present invention, the method for forming the nitride semiconductor substrate 1 is not particularly limited, but a method including a method for reducing dislocations by utilizing the lateral growth of the nitride semiconductor is preferable. For example, as a specific method, preferably the second to the secondThird stepAnd a method of obtaining a substrate having at least a third nitride semiconductor obtained by the above, more preferably,Fourth stepAt least a third nitride semiconductor obtained bySecond nitride semiconductorAnd a method for obtaining a substrate having the following. When removing foreign substrates, from the buffer layerFirst nitride semiconductorMay be removed or may remain, but is preferably removed from the viewpoint of warpage and cleavage.
[0059]
  When the nitride semiconductor substrate 1 of the present invention is the third nitride semiconductor, the nitride semiconductor substrate 1 having excellent crystallinity with reduced dislocations is obtained.Fourth nitride semiconductor2 is preferable in terms of reduction of dislocations 2 and improvement of crystallinity. Further, the nitride semiconductor substrate 1 is the third andSecond nitride semiconductorIn this case, the surface state of the removal surface and the growth surface of the third nitride semiconductor is different, so that warpage tends to occur.Second nitride semiconductorWarp can be reduced by growing5th processThis is preferable in that the ELOG growth in the above is performed satisfactorily.
  Also,Fourth stepLater, the nitride semiconductor substrate 1 is polished by polishing from the removal surface side of the third nitride semiconductor.Second nitride semiconductorJust as well,Second nitride semiconductorOnly consists of the third andSecond nitride semiconductorThis is preferable from the viewpoint of improving the device characteristics, because it is possible to remove the cause of an adverse effect on the device characteristics caused by an oxide film or the like that may occur at the boundary.
[0060]
  Below, using FIG. 2 to FIG.First stepWill be described in order.
  First stepAs shown in FIG. 2, the growth rate is 10 μm / hour or less and 0.5 μm / hour or more on the dissimilar substrate 21 made of a material different from that of the nitride semiconductor, and the lateral growth of the nitride semiconductor is utilized. Reduced method (First stepELOG growth)First nitride semiconductor22 is a step of growing 22.
  the aboveFirst nitride semiconductorThe growth rate for growing 22 is 10 μm / hour or less, 0.5 μm / hour or more, preferably 7 μm / hour or less, 1 μm / hour or more, more preferably 5 μm / hour or less, 1.5 μm / hour or more as described above. When the growth rate is in the above range,First stepDuring the growth of ELOG, the propagation of dislocations can be suppressed well, andFirst nitride semiconductor22 is preferable for adjusting the film thickness. As a specific growth method having such a growth rate, for example, MOCVD can be mentioned.
[0061]
  First stepIn this case, the heterogeneous substrate 21 may be any substrate made of a material different from the nitride semiconductor. For example, sapphire, spinel (MgA1) having a C-plane, R-plane, or A-plane as a principal plane.2OFour) Growing conventionally known nitride semiconductors such as insulating substrates such as SiC (including 6H, 4H, 3C), ZnS, ZnO, GaAs, Si, and oxide substrates lattice-matched with nitride semiconductors Substrate materials that can be made can be used.
  Further, a substrate in which the main surface of the heterogeneous substrate 21 is off-angled, more preferably a substrate in which the off-angle is stepwise can be used. As described above, when the main surface of the dissimilar substrate is off-angled, dislocations are reduced.
[0062]
  First nitride semiconductorAlthough it does not specifically limit as 22, The nitride semiconductor which consists of GaN is preferable. Also,First nitride semiconductor22 may be undoped or doped with impurities.First nitride semiconductorIt is preferable in terms of crystallinity that 22 is undoped. Also,First stepIn the case of ELOG growth at5th processAs in the case of ELOG growth, doping with p-type impurities and / or n-type impurities promotes lateral growth of nitride semiconductors, reduces dislocations, and voids at the junctions between adjacent nitride semiconductors. It is preferable in terms of prevention of occurrence.
  First nitride semiconductorThe film thickness of 22 is not particularly limited, and at leastSecond protective film11 andSecond unevennessFor example, a specific film thickness is preferably 1 to 50 μm, more preferably 2 to 40 μm, and further preferably 7 to 20 μm. When the film thickness is in the above range,Second protective film11 and the like can be satisfactorily covered, which is preferable in terms of suppression of dislocation propagation.
[0063]
  First stepInFirst nitride semiconductorGrow 22First stepThe ELOG growth is not particularly limited as long as the growth rate in the lateral direction of the nitride semiconductor is accelerated with respect to the growth rate in the longitudinal direction of the nitride semiconductor. For example, a conventionally known ELOG growth and a nitride semiconductor growth method described in the specification already filed by the present applicant can be mentioned. For example, Japanese Patent Application Nos. 10-77245, 10-275826, 10-119377, 10-132931, 11-37827, 11-37826, 11-37826, 10-146431 The ELOG growth described in the specification and the like can be used.
[0064]
  First stepIn the present invention, one embodiment of the ELOG growth is described in each of the above-mentioned specifications. For example, as shown in FIG.First protective film12 is used,1st unevennessName the case of forming 14First stepOne embodiment of the ELOG growth will be described below.
  (A) to (d) in FIG.First stepOn the heterogeneous substrate 21 inFirst protective film12 or1st unevenness14 obtained by ELOG growth usingFirst nitride semiconductorFIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment showing 22 and the like.
  First, in FIG. 2A, a thin-film nitride semiconductor 25 is grown on a heterogeneous substrate 21, and this surface is formed.First protective film12 partly,First protective filmOn the surface where 12 is formedFirst nitride semiconductor2 is a schematic cross-sectional view obtained by growing 22; FIG. In FIG. 2A, the thin nitride semiconductor 25 is grown on the heterogeneous substrate 21, but the thin nitride semiconductor 25 may be omitted. In order to reduce dislocations, it is preferable to form a thin nitride semiconductor 25.
  In FIG. 2B, a thin film nitride semiconductor 25 is grown on a heterogeneous substrate 21, and irregularities are formed on the thin film nitride semiconductor 25.First protective film12 form thisFirst protective filmOn the surface where 12 is formedFirst nitride semiconductor2 is a schematic cross-sectional view obtained by growing 22; FIG.
  FIG. 2C shows a case where a thin film nitride semiconductor 25 is grown on a heterogeneous substrate 21, and irregularities are formed in the thin film nitride semiconductor 25.First protective film12 from aboveFirst nitride semiconductor2 is a schematic cross-sectional view obtained by growing 22; FIG.
  In FIG. 2D, a thin film nitride semiconductor 25 is grown on a heterogeneous substrate 21, and the thin film nitride semiconductor 25 is formed on the thin film semiconductor 25.1st unevenness14 forming this1st unevenness14 on the surfaceFirst nitride semiconductor2 is a schematic cross-sectional view obtained by growing 22; FIG.
[0065]
  The thin-film nitride semiconductor 25 is not particularly limited, but includes a nitride semiconductor made of GaN. The thin-film nitride semiconductor 25 may be undoped or doped with impurities, but is preferably undoped from the viewpoint of crystallinity.
  The thin nitride semiconductor 25 is grown on the heterogeneous substrate 21 at a high temperature, specifically about 900 ° C. to 1100 ° C., preferably 1050 ° C. The film thickness of the thin nitride semiconductor 25 is not particularly limited, but it is desirable to form it with a film thickness of, for example, 100 angstroms or more, preferably about 1 to 10 μm, more preferably 1 to 5 μm. The film thickness of the thin nitride semiconductor 25 isFirst protective film12 and1st unevennessTherefore, the thickness is within the above range, and the adjustment is easy.
[0066]
  Also,First stepAs shown in FIG. 2A, before the thin film nitride semiconductor 25 is grown on the heterogeneous substrate 21 (when the thin film nitride semiconductor 25 is not grown).First protective filmA low temperature growth buffer layer may be grown before 12). As the buffer layer, AlN, GaN, AlGaN, InGaN or the like is used. The buffer layer is grown at a temperature of 900 ° C. or lower and 300 ° C. or higher with a film thickness of 0.5 μm to 10 Å. Thus, when the buffer layer is formed on the heterogeneous substrate 21 at a temperature of 900 ° C. or lower, the lattice constant irregularity between the nitride semiconductor grown in contact with the heterogeneous substrate 21 and the heterogeneous substrate 21 is reduced.First nitride semiconductorThere is a tendency for 22 dislocations to decrease.
[0067]
  First stepInFirst protective film12 forming methods, shapes and sizes, and1st unevennessThe details of the forming method, shape and size of 14 are described above.5th processFormed on the nitride semiconductor substrate 1Second protective film11 andSecond unevenness13 is the same as the forming method, shape and size. However,5th processThen, on the nitride semiconductor substrate 1Second protective film11 orSecond unevenness13 is formed, whereasFirst stepHowever, it is different in that it is formed on a thin nitride semiconductor 25 grown on a different substrate 21.
[0068]
  here,First stepOn the nitride semiconductor substrate 1 obtained by the ELOG growth of5th processELOG growth will take place,5th processELOG growth andFirst stepThese ELOG growths may be the same or different. For example,First stepELOG growth is the method of FIG.5th processThe ELOG growth of FIG. 1 (d), orFirst stepThen, by the method of FIG.5th processMay be performed in various combinations such as the method of FIG. like this5th processWhenFirst stepThe selection of the ELOG growth is performed in consideration of the condition that the dislocations are easily reduced and the condition that the yield is not easily lowered during mass production.
  Also,Second protective film11 orSecond unevenness13 andFirst protective film12 or1st unevennessWhen the shape with 14 is a stripe shape,5th processStriped shape formed withSecond protective film11 andSecond unevenness13 andFirst stepStriped shape formed withFirst protective film12 and1st unevenness14 are formed in parallel to each other, and they are preferably formed to be parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor substrate 1.
  5th processWhenFirst stepIs formed in a direction parallel to the same M-axis direction among the three M-axis directions of the nitride semiconductor substrate 1 as described above.5th processGrowing by ELOG growthFourth nitride semiconductorThe lateral growth of 2 is favorably promoted, which is preferable in terms of reduction of dislocations and prevention of voids.
[0069]
  Since the GaN crystal constituting the nitride semiconductor substrate 1 is point-symmetric, it is parallel to any one of the three types of M-axis directions that facilitate cleavage.5th processThus, it is presumed that the same result can be obtained even if a stripe-shaped protective film or the like is formed. However, when actually viewed, the three types of M-axis directions of the nitride semiconductor substrate 1 are parallel to the same M-axis direction.5th processWhenFirst stepWhen forming a protective film or unevenness with5th processELOG growth was improved and dislocations were reducedFourth nitride semiconductorThe growth of 2 tends to be good.
[0070]
  Second protective filmOrSecond unevennessWhen,First protective filmOr1st unevennessIs a direction parallel to the same M-axis direction of the nitride semiconductor substrate 1, the dislocation distribution due to CL or the like is provided on the surface of the nitride semiconductor substrate 1 from which the heterogeneous substrate 21 is removed. According to the observation, the dislocation distribution is observed in a stripe shape, and the first protection or the like is formed along the stripe-like dislocation distribution, or the orientation flat surface (orientation flat surface) is perpendicular to the M-axis direction of the nitride semiconductor. With this orientation flat surface as a reference,5th processWhenFirst stepThe protective film and the unevenness used in the above are formed in parallel stripe shapes. By forming in this way,Second protective filmWhenFirst protective filmThere isSecond protective filmWhen1st unevenness,Second unevennessWhenFirst protective film,Second unevennessWhen1st unevennessAre parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor.
[0071]
  Also, as mentioned above,First stepAs the dissimilar substrate 21 used in the above, it is preferable to use a substrate in which the main surface of the material to be the dissimilar substrate is off-angled, and further a substrate that is off-angled stepwise. When an off-angle substrate is used, three-dimensional growth is not seen on the surface, step growth appears and the surface tends to be flat. Further, if the direction along the step (step direction) of the sapphire substrate that is off-angled stepwise is formed perpendicular to the A-plane of sapphire, the step surface of the nitride semiconductor is aligned with the laser cavity direction. It is preferable that the laser light is less diffusely reflected by the surface roughness.
[0072]
  As a more preferable heterogeneous substrate, sapphire whose main surface is the (0001) plane [C plane], sapphire whose main plane is the (112-0) plane [A plane], or spinel whose main plane is the (111) plane. It is. Here, when the heterogeneous substrate is sapphire whose principal surface is the (0001) plane [C plane], the protective film formed on the thin film nitride semiconductor 25 or the like, and the uneven stripe shape is (112) of the sapphire. −0) It preferably has a stripe shape perpendicular to the plane [A plane] [to form a stripe in a direction parallel to the (101-0) [M plane] of the nitride semiconductor], and The off angle θ of the off angle (θ shown in FIG. 8) is preferably 0.1 ° to 0.5 °, more preferably 0.1 ° to 0.2 °.
[0073]
  Further, when the sapphire has the (112-0) plane [A plane] as the main surface, the stripe shape of the protective film and the concavo-convex pattern is a stripe shape perpendicular to the (11-02) plane [R plane] of the sapphire. In addition, when the spinel has a (111) plane as a main surface, the uneven stripe shape has a stripe shape perpendicular to the (110) plane of the spinel. Is preferred.
  Here, the case where the protective film and the unevenness are stripe-shaped has been described, but in the present invention, nitride semiconductors easily grow in the lateral direction on the A and R faces of sapphire and the (110) face of spinel. InFourth nitride semiconductorIt is preferable to consider the formation of a protective film and irregularities so that the end face of the film is formed.
[0074]
  The heterogeneous substrate 21 used in the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 6 is a unit cell diagram showing the crystal structure of sapphire.
  First, a case will be described in which sapphire having a C surface as a main surface is used, and the unevenness is a stripe shape perpendicular to the sapphire A surface. For example, FIG. 7 is a plan view of a sapphire substrate on the main surface side. In this figure, the sapphire C surface is the main surface and the orientation flat (orientation flat) surface is the A surface. As shown in this figure, the protective film and the uneven stripe are formed in a direction perpendicular to the A plane and parallel to each other. As shown in FIG. 7, when a nitride semiconductor is selectively grown on the sapphire C surface, the nitride semiconductor tends to grow in a direction parallel to the A plane in the plane and hardly grow in a vertical direction. It is in. Therefore, it is considered that when a stripe is provided in a direction perpendicular to the A plane, the nitride semiconductor between the stripes is connected and is likely to grow, and ELOG growth is easily possible, but the details are not clear.
[0075]
  Next, when a sapphire substrate having an A surface as a main surface is used, as in the case where the C surface is used as a main surface, for example, when an orientation flat surface is an R surface, they are parallel to each other in a direction perpendicular to the R surface. By forming a simple stripe, the nitride semiconductor tends to grow in the stripe width direction, so that a nitride semiconductor layer with few dislocations can be grown.
[0076]
  Next, spinel (MgAl2OFour), The growth of the nitride semiconductor is anisotropic. When the growth surface of the nitride semiconductor is the (111) plane and the orientation flat surface is the (110) plane, the nitride semiconductor is the (110) plane. On the other hand, it tends to grow in a parallel direction. Therefore, when a stripe is formed in a direction perpendicular to the (110) plane, the nitride semiconductor layer and the adjacent nitride semiconductor are connected to each other at the upper portion of the protective film, so that a crystal with few dislocations can be grown. Spinel is not particularly shown because it is tetragonal.
[0077]
  Next, in the growth method of the present invention, as shown in FIG.Second stepThen, aboveFirst stepFormed by ELOG growth ofFirst nitride semiconductorA third nitride semiconductor 23 is grown on the substrate 22 at a growth rate of 500 μm / hour or less and 10 μm / hour or more.
  Second stepAs described above, the growth rate for growing the third nitride semiconductor 23 is 500 μm / hour or less and 10 μm / hour or more, preferably 100 μm / hour or less and 50 μm / hour or more. When the growth rate of the third nitride semiconductor 23 is in the above range, abnormal growth can be prevented when the third nitride semiconductor 23 is grown to the above film thickness, and further, the third nitride semiconductor can be prevented. The growth surface of 23 is clean and preferable. For example, as a specific method in which the growth rate falls within the above range, for example, HVPE or the like can be given.
[0078]
  Second stepThe third nitride semiconductor 23 grown in step (3) is not particularly limited, but a nitride semiconductor made of GaN is preferable from the viewpoint of crystallinity. The third nitride semiconductor 23 may be undoped or doped with impurities, but undoped is preferable in terms of crystallinity.
[0079]
  The film thickness of the third nitride semiconductor 23 isFirst nitride semiconductorIt grows thicker than the film thickness of 22. The film thickness of the third nitride semiconductor 23 is not particularly limited, but will be described later.Third stepAfter at least the heterogeneous substrate 21 is removed,5th processIt is desirable to have a film thickness that can withstand physical strength such as when forming a device or forming a device structure, and is in a range in which the size of the apparatus and operation can be easily performed.
  For example, the specific film thickness of the third nitride semiconductor 23 is preferably 50 μm to 1000 μm, more preferably 80 μm to 500 μm. A film thickness in such a range is preferable when the third nitride semiconductor 23 is the nitride semiconductor substrate 1 because it has good operability and can prevent chipping or cracking.
[0080]
  Next, as shown in FIG.Third stepThenSecond stepAfter growing the third nitride semiconductor 23, at least the heterogeneous substrate 21 is removed to have at least the third nitride semiconductor 23.5th processThe nitride semiconductor substrate 1 used in FIG.Third stepAs long as at least the heterogeneous substrate 21 is removed, the buffer layer, the thin film nitride semiconductor 25 in FIG.First protective filmEven if it has 13 etc., a resonance surface can be formed by cleavage. Preferably heterogeneous substrates 21-First nitride semiconductorRemoval of up to 22 is preferable in terms of reducing the warpage of the third nitride semiconductor 23, and there is a possibility of generation of voids on the protective film.First nitride semiconductorWhen 22 is removed, the cleaving property becomes better.
  Also,Third stepIn consideration of ease of operability in the manufacturing process, warpage, and the like, the portion removed in step 3 may be removed up to a part of the third nitride semiconductor.
  Examples of the method for removing the different substrate 21 and the like from the third nitride semiconductor 23 include a method such as polishing.
  Also, the third nitride semiconductor 23 is5th processWhen the nitride semiconductor substrate 1 is used, the surface of the third nitride semiconductor 23 opposite to the surface from which the heterogeneous substrate 21 is removed is provided.5th processELOG growth is performed.
[0081]
  next,Fourth stepThe case of having
  As shown in FIG.Third steplater,Fourth stepIn the third nitride semiconductor 23, the growth rate is 500 μm / hour or less and 10 μm / hour or more on the surface opposite to the surface from which the heterogeneous substrate 21 or the like is removed,Second nitride semiconductorGrow.Fourth stepIf you have5th processThe nitride semiconductor substrate 1 in FIG. 1 includes at least a third nitride semiconductor andSecond nitride semiconductorPreferably, the third andSecond nitride semiconductorConsist only of.
[0082]
  In the growth method of the present invention,Fourth stepIf you haveSecond nitride semiconductorRemoving the third nitride semiconductor after growing 24;5th processAs a nitride semiconductor substrate 1 used inSecond nitride semiconductorYou may use what consists only of 24.Fourth stepLater, the third nitride semiconductor 23 is removed,Second nitride semiconductorIf only 24, then the third andSecond nitride semiconductorTherefore, it is preferable from the viewpoint of improving element characteristics (such as life characteristics) because an oxide film that is supposed to be generated at the boundary can be removed.Second nitride semiconductorOnly5th processWhen using the nitride semiconductor substrate 1 used inSecond nitride semiconductorThe film thickness is not particularly limited, but for example, a film thickness of 80 to 500 μm is preferable in terms of physical strength.
[0083]
  Second nitride semiconductor24 is not particularly limited, but may be a nitride semiconductor similar to the third nitride semiconductor 23.
  Second nitride semiconductorAs described above, the growth rate is 500 μm / hour or less and 10 μm / hour or more, and preferably the same as the case where the third nitride semiconductor 23 is grown.
  After removing the heterogeneous substrate 21 in this way, the growth surface of the third nitride semiconductor 23 is formed.Second nitride semiconductorWhen 24 is grown, the warpage of the third nitride semiconductor 23 is reduced,5th processAnd device processes can be performed satisfactorily. Also,Second nitride semiconductorThe growth of 24 improves the crystallinity,Second nitride semiconductor24 above5th processIf you doFourth nitride semiconductor2 is preferable in terms of reduction of dislocations 2 and improvement of crystallinity.
[0084]
  Second nitride semiconductorThe film thickness of 24 is not particularly limited,Second nitride semiconductorA thicker film thickness of 24 is preferable from the viewpoint of reducing warpage and improving crystallinity. However, if the film thickness is too large, the operability and the like are reduced, and the size of the device is limited. 23 andSecond nitride semiconductorThe total thickness of 24 is 1000 μm or less, preferably 800 μm or less, preferably 400 μm or less.Second nitride semiconductorIt is preferable that both film thicknesses are 80 μm or more. A film thickness within this range is preferable in terms of physical strength, operability, and the like. In this case, the film thickness of the third nitride semiconductor 23 is within the above-mentioned film thickness range andSecond nitride semiconductorThe total film thickness is adjusted to be 1000 μm or less.
[0085]
  Next, a nitride semiconductor element formed by forming a device structure on the substrate of the present invention obtained by the nitride semiconductor growth method of the present invention will be described.
  The nitride semiconductor device of the present invention is grown on a nitride semiconductor substrate (grown on the nitride semiconductor substrate 1) obtained by the method of the present invention.Fourth nitride semiconductor2)) is an element in which a device structure including at least an n-type nitride semiconductor, an active layer, and a p-type nitride semiconductor is formed.
  The n-type nitride semiconductor or the like constituting the element is not particularly limited, and a conventionally known device structure can be appropriately used. As an embodiment of the device structure, those shown in the examples described later can be cited. However, the present invention is not limited to this. Moreover, the shape of an electrode or an element is not particularly limited, and various known ones can be used.
  That is, since the substrate obtained by the nitride semiconductor growth method of the present invention is a good substrate with reduced dislocations, the life characteristics can be improved although it varies depending on the type of device structure. . Further, since the substrate is made of a nitride semiconductor, it can be cleaved satisfactorily on a plane perpendicular to the M-axis direction of the nitride semiconductor.
[0086]
  In the present invention, as a preferable nitride semiconductor element, for example, in a laser element, the light emitting region is a ridge-shaped stripe from the viewpoint of element characteristics such as life characteristics.
  As a more preferable element, a ridge-shaped stripe is the above.5th processStriped shape formed withSecond protective film11 andSecond unevenness13 parallel to the stripe direction, more preferably in the stripe shapeSecond protective film11 upper protective film andSecond unevennessIt is preferable that it is formed in the upper part of 13 recessed parts at the point which improves a lifetime characteristic.
  5th processDepending on the type of ELOG growthFourth nitride semiconductorAlthough there is a difference in the average dislocation density on the two surfaces,Second protective film11 top andSecond unevennessSince dislocations are hardly seen in the upper portion of the recess 13, if a light emitting region, for example, a ridge-shaped stripe as described above is formed in this portion, propagation of dislocations can be prevented during operation of the laser element, etc. It is possible to suppress and improve the life characteristics.
[0087]
【Example】
  Examples of the present invention will be described below, and the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to this.
[0088]
[Example 1]
  The nitride semiconductor substrate 1 shown in FIG.Fourth nitride semiconductor2 shows a step of manufacturing a nitride semiconductor substrate made of 2; (First stepFromThird step(See Fig. 2 to Fig. 4)
[0089]
[Manufacture of nitride semiconductor substrate 1]
(First step)
  As the heterogeneous substrate 21, a sapphire substrate 21 having a C surface as a main surface and an orientation flat surface as an A surface is used. The sapphire substrate 21 is set in a MOCVD reaction vessel, the temperature is set to 510 ° C., and hydrogen is used as a carrier gas. Then, ammonia and TMG (trimethylgallium) are used as source gases, and a buffer layer made of GaN is grown on the sapphire substrate 21 to a thickness of 200 angstroms.
[0090]
  After growing the buffer layer, only TMG is stopped, the temperature is increased to 1050 ° C., and when it reaches 1050 ° C., TMG, ammonia, and silane gas are used as source gases, and a thin nitride semiconductor 25 made of undoped GaN is formed to a thickness of 5 μm. Grow in.
  A stripe-shaped photomask is formed on the thin film nitride semiconductor 25 of the wafer in which the buffer layer and the thin film nitride semiconductor 25 are laminated, and SiO 2 having a stripe width of 18 μm and a window portion of 2 μm is formed by a CVD apparatus.2Consist ofFirst protective film12 is formed with a film thickness of 0.5 μm. In addition,First protective filmThe stripe direction of 12 is a direction perpendicular to the sapphire A surface, that is, a direction perpendicular to the orientation flat surface as shown in FIG. When formed in this way, the direction perpendicular to the A-plane of sapphire is parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor.
[0091]
  First protective film12 is formed, the wafer is transferred to a MOCVD reaction vessel, and at 1050 ° C., TMG, ammonia, silane gas, Cp are used as source gases.2Using Mg (cyclopentadienylmagnesium), impurities of Si and Mg are 5 × 1017/ CmThreeMade of doped GaNFirst nitride semiconductor22 is grown by a MOCVD apparatus with a film thickness of 15 μm. Impurities of Si and Mg areFirst nitride semiconductorIt is doped simultaneously with the growth of 22. However,First nitride semiconductorThe growth rate of 22 was 3 μm / hour.
[0092]
  ObtainedFirst nitride semiconductorWhen the surface of 22 is observed by CL (cathode luminescence),First protective film12 has almost no crystal defects, and the upper part of the window is 8 × 10FivePiece / cm2A degree was observed. The dislocation density may vary slightly depending on the observed part.
[0093]
(Second step)
  next,First nitride semiconductorA third nitride semiconductor 23 made of undoped GaN is grown on the film 22 to a thickness of 200 μm using an HVPE apparatus. However, the growth rate of the third nitride semiconductor 23 was 50 μm / hour.
[0094]
(Third step)
  Next, after growing the third nitride semiconductor 23, the sapphire substrate 21First nitride semiconductorUp to 22 are removed by polishing, and the nitride semiconductor substrate 1 having only the third nitride semiconductor 24 is obtained.
  On the surface of the obtained third nitride semiconductor 24 from which the sapphire substrate and the like are removed, there are striped portions with little dislocations and portions with a lot of dislocations. On the other hand, the growth surface of the third nitride semiconductor 24 has an average dislocation density of 1 × 10 6.7Piece / cm2Exists to a certain extent.
[0095]
[Manufacture of Substrate of the Present Invention]
(5th process)
  On the nitride semiconductor substrate 1 made of the third nitride semiconductor 23 described above, with respect to the M-axis direction of the nitride semiconductor that is parallel to the striped dislocation distribution on the removal surface of the third nitride semiconductor 23 In parallel,Second protective film11 on the growth surface of the third nitride semiconductor 23 (the surface opposite to the removal surface)First stepFormed withFirst protective film12 is formed.
Second protective film11 is formed,Fourth nitride semiconductor2 is grown with a film thickness of 15 μm using an MOCVD apparatus.
  Fourth nitride semiconductorAs for the dislocation density of the surface of 2, a slight dislocation is seen on the surface of the upper part of the window,Second protective film11 topFourth nitride semiconductor2 has almost no dislocations.
[0096]
[Example 2]
  In Example 1,Second stepThe film thickness of the third nitride semiconductor 23 grown in step 1 is 150 μm, andThird stepLater belowFourth stepA substrate for forming a device structure is manufactured in the same manner except that is added.
(Fourth step)
  On the growth surface of the third nitride semiconductor 23 from which the sapphire substrate and the like have been removed, is made of undoped GaN.Second nitride semiconductor24 is grown with a film thickness of 200 μm using an HVPE apparatus (FIG. 5).
[0097]
  The obtained third nitride semiconductor 23 andSecond nitride semiconductorOn the nitride semiconductor substrate 1 composed of 245th processLet the ELOG grow. On the growth surface of the third nitride semiconductor 23Second nitride semiconductorGrowing 24 reduces warping,5th processELOG growth was better than in Example 1, and dislocation was reduced well.Fourth nitride semiconductor2 can be obtained.
[0098]
[Example 3]
  The nitride semiconductor substrate 1 shown in FIG.Fourth nitride semiconductor2 shows a step of manufacturing a nitride semiconductor substrate made of 2; (First stepFromFourth step(See Fig. 2 to Fig. 5)
[0099]
(First step)
  As a heterogeneous substrate 21, a sapphire substrate 21 having a 2 inch φ, C-plane as a main surface and an orientation flat surface as an A-plane is set in a MOCVD reaction vessel, the temperature is set to 510 ° C., hydrogen as a carrier gas, source gas Ammonia and TMG (trimethylgallium) are used, and a buffer layer (not shown) made of GaN is grown on the sapphire substrate 21 to a thickness of about 200 angstroms.
[0100]
  After growing the buffer layer, only TMG is stopped and the temperature is raised to 1050 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C., TMG and ammonia are used as the source gas, and a thin nitride semiconductor 25 made of undoped GaN is grown to a thickness of 2 μm.
[0101]
  After growing the thin nitride semiconductor 25, a striped photomask is formed, and a SiO 2 having a stripe width of 15 μm and a stripe interval (opening of recesses) of 3 μm by a sputtering apparatus.2Consist ofFirst protective film12 is formed to a thickness of 0.5 μm, and then the RIE apparatus is etched halfway through the thin nitride semiconductor 25 to form irregularities, thereby exposing the side surfaces of the concave portions of the thin nitride semiconductor 25. The stripe direction is formed in a direction perpendicular to the orientation flat surface as shown in FIG. When the growth is performed in a direction perpendicular to the orientation flat surface in this way, the direction perpendicular to the orientation flat surface is parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor.
[0102]
  After forming irregularities on the thin film nitride semiconductor 25, a protective film material is formed on the surface of the thin film nitride semiconductor 25 having the irregularities by a sputtering apparatus, and CFFourAnd O2It was formed by forming irregularities with gas.First nitride semiconductorThe protective film on the side surface of the recess 22 is removed by etching to expose the side surface of the recess, and on the top of the protrusion and the bottom of the recess.First protective film12 is formed.
[0103]
  First protective film12 is set in a MOCVD reaction vessel, the temperature is 1050 ° C., the raw material gases are TMG, ammonia, silane gas, Cp2Using Mg, simultaneously with growth, Si and Mg impurities are 5 × 1017/cmThreeMade of doped GaNFirst nitride semiconductor22 is grown by a MOCVD apparatus with a film thickness of 15 μm. However,First nitride semiconductorThe growth rate of 22 was 2 μm / hour.
[0104]
  ObtainedFirst nitride semiconductorWhen the surface of 22 is observed by CL (cathode luminescence), the dislocation is greatly reduced. However,First nitride semiconductorOn the surface of 22,First protective filmA slight dislocation distribution is seen parallel to the 12 stripe directions. This distribution of dislocations is a case of relatively comparing with other parts where almost no dislocations are found.
[0105]
(Second step)
  next,First nitride semiconductorA third nitride semiconductor 23 made of undoped GaN is grown on the film 22 to a thickness of 100 μm using an HVPE apparatus. However, the growth rate of the third nitride semiconductor 23 was 50 μm / hour.
[0106]
(Third step)
  Next, after growing the third nitride semiconductor 23, the sapphire substrate 21First nitride semiconductorUp to 22 are removed by polishing so that only the third nitride semiconductor 23 is obtained. On the removal surface of the third nitride semiconductor 23,First nitride semiconductorSimilar to the dislocation distribution slightly distributed on the surface of 23.
[0107]
(Fourth step)
  Next, on the growth surface of the third nitride semiconductor 23, it is made of undoped GaN.Second nitride semiconductor24 is grown with a film thickness of 250 μm by an HVPE apparatus.
  The obtained third nitride semiconductor 23 andSecond nitride semiconductorOn the surface of the nitride semiconductor substrate made of 24 [FIG. 2 (b)], slight dislocations can be seen almost uniformly.
[0108]
(5th process)
  The third nitride semiconductor 23 andSecond nitride semiconductorOn the nitride semiconductor substrate 1 made of 24, the stripped surface of the third nitride semiconductor 23 is parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor so as to be parallel to the very slight dislocation distribution in the stripe shape. ,Second protective film11Second nitride semiconductor24 growth planesFirst stepAfter forming the irregularities, as formed inFirst protective film12 is formed on the bottom of the recess and the top of the projection.Second protective film11 is formed.
  Second protective film11 is formed,Fourth nitride semiconductor2 is grown with a film thickness of 15 μm using an MOCVD apparatus.
  Fourth nitride semiconductorThe dislocations on the surface of 2 are hardly seen as a whole. And nitride semiconductor substrate 1 andFourth nitride semiconductorSubstrate 1 [FIG. 1 (b)] composed of 2 hardly shows dislocations and is less likely to be chipped or cracked.
[0109]
[Example 4]
  A method for manufacturing the substrate of FIG. 1C will be described below.
(First step)
  As a heterogeneous substrate 1, a sapphire substrate 1 having a 2 inch φ, C-plane as a main surface and an orientation flat surface as an A-plane is set in a reaction vessel, the temperature is set to 510 ° C., hydrogen as a carrier gas, and ammonia as a source gas And TMG (trimethylgallium) are used to grow a buffer layer (not shown) made of GaN on the sapphire substrate 1 to a thickness of about 200 Å.
[0110]
  After growing the buffer layer, only TMG is stopped and the temperature is raised to 1050 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C., TMG and ammonia are used as the source gas, and a thin nitride semiconductor 25 made of undoped GaN is grown to a thickness of 2 μm.
[0111]
  After growing the thin nitride semiconductor 25, a striped photomask is formed, and a SiO 2 having a stripe width of 15 μm and a stripe interval (opening of recesses) of 2 μm by a sputtering apparatus.2Consist ofFirst protective film11 is formed with a film thickness of 0.5 μm, and then the thin film nitride semiconductor 25 is etched by the RIE apparatus until the sapphire substrate 1 is exposed to form irregularities, whereby the side surface of the concave portion of the thin film nitride semiconductor 25 is formed. Only on the top of the convex part by exposingFirst protective film12 is formed. The width d of the side surface of the recess is approximately 2 μm. As shown in FIG. 7, the stripe direction is a direction perpendicular to the orientation flat surface and is parallel to the M-axis direction of the nitride semiconductor.
[0112]
  First protective film12 is formed, set in a reaction vessel, at a temperature of 1050 ° C., and raw material gases TMG, ammonia, silane gas, Cp2Using Mg, simultaneously with growth, Si and Mg impurities are 5 × 1017/cmThreeMade of doped GaNFirst nitride semiconductor22 is grown with a film thickness of 15 μm by an MOCVD apparatus.First nitride semiconductorThe growth rate of 22 is 2 μm / hour.
[0113]
(Second step)
  nextFirst nitride semiconductorA third nitride semiconductor 23 made of undoped GaN is grown on the film 22 to a thickness of 150 μm using an HVPE apparatus. The growth rate is 50 μm / hour.
[0114]
(Third step)
  After growing the third nitride semiconductor 23, from the sapphire substrateFirst nitride semiconductor22 is removed, and only the third nitride semiconductor 23 is used. There are slight dislocations on the removal surface of the third nitride semiconductor 23.First protective film12 are distributed in a stripe shape in parallel with 12.
[0115]
(Fourth step)
  On the growth surface of the third nitride semiconductor 23, it is made of undoped GaN.Second nitride semiconductor24 is grown to a film thickness of 200 μm by an HVPE apparatus. The growth rate is 50 μm / hour.
  Through the above steps, the third nitride semiconductor 23 andSecond nitride semiconductorA nitride semiconductor substrate 1 composed of 24 [FIG. 2 (c)] can be obtained. The surface of the obtained nitride semiconductor substrate 1 is 1 × 107Piece / cm2A degree of dislocation is observed.
[0116]
(5th process)
  Next, the above-described third nitride semiconductor 23 andSecond nitride semiconductorA striped photomask is formed on the surface of the nitride semiconductor substrate 1 made of 24, and a SiO 2 having a stripe width of 15 μm and a stripe interval (width w of the opening of the recess) of 2 μm by a sputtering apparatus.2Consist ofSecond protective film11 is formed with a film thickness of 0.5 μm, and then the concave portion side surface width d is etched to a depth of about 2 μm by an RIE apparatus to form irregularities, whereby only the upper portion of the convex portion is formed.Second protective film11 is formed. Been formedSecond protective film11 stripe direction isFirst protective filmOf the three types of M-axis directions of the nitride semiconductor substrate 1, the direction parallel to the same M-axis direction is parallel to the 12 stripe directions.
[0117]
  As above, only on the top of the convex partSecond protective filmAfter forming 11,Fourth nitride semiconductor2 is grown with a film thickness of 30 μm.
  Fourth nitride semiconductorThe dislocations on the surface of 2 are distributed in a slight stripe pattern on the surface of the upper portion of the window portion, but the nitride semiconductor substrate 1 in which dislocations are greatly reduced as a wholeFourth nitride semiconductorA substrate consisting of 2 [FIG. 1 (c)] can be obtained.
[0118]
[Example 5]
  The following is an embodiment of a method for manufacturing the substrate shown in FIG. (First stepFromFourth step(See FIG. 2 (d) to FIG. 5)
(First step)
  As a heterogeneous substrate 21, a sapphire substrate 21 with a 2 inch φ, C-plane as the main surface and an orientation flat surface as the A-plane is set in the reaction vessel, the temperature is set to 510 ° C., hydrogen as the carrier gas, and ammonia as the source gas And TMG (trimethylgallium) are used to grow a buffer layer (not shown) made of GaN on the sapphire substrate 21 to a thickness of about 200 Å.
[0119]
  After growing the buffer layer, only TMG is stopped and the temperature is raised to 1050 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C., TMG, ammonia, and silane gas are used as source gases, and Si is 1 × 1018/cmThreeA thin nitride semiconductor layer 25 made of doped GaN is grown to a thickness of 2 μm.
[0120]
  After growing the thin nitride semiconductor layer 25, a striped photomask was formed and patterned by a sputtering apparatus to a stripe width (a portion that becomes the top of the convex portion) of 5 μm and a stripe interval (a portion that becomes the bottom of the concave portion) of 10 μm. SiO2A film is formed, and then SiO is formed by an RIE apparatus.2The thin nitride semiconductor layer 25 in a portion where no film is formed is etched halfway to the extent that the thin nitride semiconductor 25 remains to form irregularities, thereby exposing the thin nitride semiconductor 25 on the side surface of the recess. . After forming the irregularities, the SiO above the convex parts2By removing1st unevenness14 is formed. In addition,1st unevennessAs shown in FIG. 7, the stripe direction 14 is formed in a direction perpendicular to the orientation flat surface.
[0121]
  Next, it is set in a reaction vessel, the temperature is 1050 ° C., TMG, ammonia, silane gas is used as a source gas, and it is made of undoped GaNFirst nitride semiconductorThe layer 22 is grown to a thickness of 15 μm using an MOCVD apparatus. The growth rate is 2 μm / hour.
[0122]
(Second step)
  the aboveFirst nitride semiconductorA third nitride semiconductor 23 made of undoped GaN is grown on the film 22 to a thickness of 100 μm using an HVPE apparatus. The growth rate is 50 μm / hour.
[0123]
(Third step)
  From the sapphire substrate 1 after the growth of the third nitride semiconductor 23First nitride semiconductorAre removed to form a single third nitride semiconductor 23.
[0124]
(Fourth step)
  Third stepOn the growth surface of the third nitride semiconductor 23 obtained in (1), it is made of undoped GaN.Second nitride semiconductor24 is grown with a film thickness of 200 μm using an HVPE apparatus. The growth rate is 50 μm / hour.
[0125]
  Through the above steps, the third nitride semiconductor 23 andSecond nitride semiconductorA nitride semiconductor substrate composed of 24 is obtained. ObtainedSecond nitride semiconductor24 surface has 5 × 106Piece / cm2A degree of dislocation was observed. Further, dislocation distribution is present on the removal surface of the third nitride semiconductor 23, and almost no dislocation is observed in the portion grown from the opening of the concave portion, but 1 × 10 6 is present in the portion grown from the upper portion of the convex portion.7Piece / cm2Degree of dislocation1st unevennessIt is distributed in parallel with 13 stripe directions.
[0126]
(5th process)
  Next, the substrate of FIG. 1C is grown.
  The third nitride semiconductor 23 andSecond nitride semiconductorOn the nitride semiconductor substrate 1 made of 24, the aboveFirst stepFormed with1st unevennessLike 14,Second unevenness13 is formed. However,Second unevenness13 stripe directions are1st unevenness14 so as to be parallel to the stripe-shaped dislocations distributed on the removal surface of the third nitride semiconductor 23 so as to be parallel to the 14 stripe direction, in the M-axis direction of the nitride semiconductor. It is parallel to the direction. thisSecond unevenness13 and made of undoped GaNFourth nitride semiconductor2 is grown to a thickness of 20 μm.
  Nitride semiconductor substrate 1 obtained andFourth nitride semiconductorOn the surface of the substrate consisting of 2, dislocations are hardly seen in the portion grown from the recess opening, and dislocations are only slightly seen in the portion grown from the top of the projection. The substrate has a film thickness that prevents chipping and the like.
[0127]
[Example 6]
  In Example 5,Fourth stepsoSecond nitride semiconductor24 is grown to a film thickness of 300 μm, and then the third nitride semiconductor 23 is polished and removed to obtain a film thickness of approximately 250 μm.Second nitride semiconductor245th processThe substrate of the present invention is manufactured in the same manner except that the nitride semiconductor substrate 1 used in step 1 is used.
  In the obtained substrate of the present invention, dislocations were reduced as in Example 5, and almost no dislocations were observed on the surface of the upper part of the recess.
[0128]
  An example of a nitride semiconductor device which is an embodiment of the nitride semiconductor device of the present invention using the substrate of the present invention obtained by the nitride semiconductor growth method of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to this.
[Example 7]
  On the nitride semiconductor substrate made of the third nitride semiconductor 23 obtained in Example 1Fourth nitride semiconductorThe following device structures are grown in order on the substrate on which 2 is grown.
[0129]
(Undoped n-type contact layer) [not shown in FIG. 9]
  On a nitride semiconductor substrate at 1050 ° C., undoped Al using TMA (trimethylaluminum), TMG, ammonia gas as source gas0.05Ga0.95An n-type contact layer made of N is grown to a thickness of 1 μm.
(N-type contact layer 72)
  Next, at the same temperature, TMA, TMG, and ammonia gas are used as source gas, and silane gas (SiH) is used as impurity gas.Four) And Si 3 × 1018/ CmThreeDoped Al0.05Ga0.95An n-type contact layer 72 made of N is grown to a thickness of 3 μm.
[0130]
(Crack prevention layer 73)
  Next, the temperature is set to 800 ° C., TMG, TMI (trimethylindium) and ammonia are used as source gas, silane gas is used as impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ CmThreeDoped In0.08Ga0.92A crack prevention layer 73 made of N is grown to a thickness of 0.15 μm.
[0131]
(N-type cladding layer 74)
  Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and undoped Al0.14Ga0.86An A layer made of N is grown to a thickness of 25 Å, then TMA is stopped, silane gas is used as an impurity gas, and Si is 5 × 10 518/ CmThreeA B layer made of doped GaN is grown to a thickness of 25 Å. This operation is repeated 160 times, and the A layer and the B layer are laminated to grow an n-type cladding layer 74 made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 8000 angstroms.
[0132]
(N-type guide layer 75)
  Next, an n-type guide layer 75 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.075 μm using TMG and ammonia as source gases at the same temperature.
[0133]
(Active layer 76)
  Next, the temperature is set to 800 ° C., TMI, TMG, and ammonia are used as source gases, silane gas is used as an impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ CmThreeDoped In0.01Ga0.99A barrier layer made of N is grown to a thickness of 100 Å. Subsequently, silane gas was turned off and undoped In0.11Ga0.89A well layer made of N is grown to a thickness of 50 Å. This operation is repeated three times, and finally, an active layer 76 having a multi-quantum well structure (MQW) having a total film thickness of 550 Å, on which barrier layers are stacked, is grown.
[0134]
(P-type electron confinement layer 77)
  Next, at the same temperature, TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used and Mg is 1 × 1019/ CmThreeDoped Al0.4Ga0.6A p-type electron confinement layer 77 made of N is grown to a thickness of 100 Å.
[0135]
(P-type guide layer 78)
  Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMG and ammonia are used as the source gas, and a p-type guide layer 78 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.075 μm.
  The p-type guide layer 78 is grown as undoped, but due to the diffusion of Mg from the p-type electron confinement layer 77, the Mg concentration is 5 × 10 5.16/ CmThreeAnd p-type.
[0136]
(P-type cladding layer 79)
  Next, at the same temperature, TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and undoped Al0.1Ga0.9An A layer made of N is grown to a film thickness of 25 Å, and then TMA is stopped and Cp is used as an impurity gas.2Mg is used, and Mg is 5 × 1018/ CmThreeA B layer made of doped GaN is grown to a thickness of 25 Å. This operation is repeated 100 times, and the A layer and the B layer are laminated to grow a p-type cladding layer 79 made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 5000 angstroms.
[0137]
(P-type contact layer 80)
  Next, at the same temperature, TMG and ammonia are used as the source gas, and Cp is used as the impurity gas.2Mg is used, and Mg is 1 × 1020/ CmThreeA p-type contact layer 80 made of doped GaN is grown to a thickness of 150 Å.
[0138]
  After the completion of the reaction, the wafer is annealed in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer.
  After annealing, the wafer is taken out of the reaction vessel, and SiO is deposited on the surface of the uppermost p-side contact layer.2A protective film is formed, and SiCl is formed using RIE (reactive ion etching).FourEtching with gas exposes the surface of the n-side contact layer 2 where the n-electrode is to be formed, as shown in FIG.
  Next, as shown in FIG. 10A, Si oxide (mainly SiO 2) is formed on almost the entire surface of the uppermost p-side contact layer 80 by a PVD apparatus.2)Second protective filmAfter forming 61 with a film thickness of 0.5 μm,Second protective filmA mask having a predetermined shape is put on 61, and a third protective film 63 made of a photoresist is formed with a stripe width of 1.8 μm and a thickness of 1 μm.
  Next, as shown in FIG. 10B, after the formation of the third protective film 63, CF is performed by an RIE (reactive ion etching) apparatus.FourGas is used, and the third protective film 63 is used as a mask.Second protective filmIs etched to form stripes. Thereafter, the photoresist is removed by processing with an etching solution, whereby a stripe width of 1.8 μm is formed on the p-side contact layer 80 as shown in FIG.Second protective film61 can be formed.
[0139]
  Furthermore, as shown in FIG.Second protective filmAfter forming 61, SiCl is again performed by RIE.FourThe p-side contact layer 10 and the p-side cladding layer 89 are etched using gas to form a ridge-shaped stripe having a stripe width of 1.8 μm. However, the ridge-shaped stripe was formed during ELOG growth as shown in FIG.Second protective filmAt the top of 11 andSecond protective film11 is formed so as to avoid the central portion.
  After forming the ridge stripe, the wafer is transferred to a PVD apparatus, and as shown in FIG. 10 (e), Zr oxide (mainly ZrO2)First protective film62,Second protective filmIt is continuously formed with a thickness of 0.5 μm on 61 and on the p-side cladding layer 79 exposed by etching. The formation of the Zr oxide in this manner is preferable because the transverse mode can be stabilized because the pn plane is insulated.
  Next, the wafer is immersed in hydrofluoric acid, as shown in FIG.Second protective film61 is removed by the lift-off method.
[0140]
  Next, as shown in FIG.Second protective filmA p-electrode 20 made of Ni / Au is formed on the surface of the p-side contact layer exposed by removing 61. However, as shown in this figure, the p-electrode 20 has a stripe width of 100 μm,First protective film62 over the top.
  First protective filmAfter forming 62, an n-electrode 21 made of Ti / Al is formed in a direction parallel to the stripes on the exposed surface of the n-side contact layer 72 as shown in FIG.
[0141]
  As described above, the wafer on which the n-electrode and the p-electrode are formed is cleaved in a bar shape from the substrate side in the direction perpendicular to the stripe-shaped electrode, and the cleavage plane (11-00 plane, hexagonal columnar crystal A resonator is formed on a surface corresponding to the side surface = M surface). SiO on the resonator surface2And TiO2A dielectric multilayer film is formed, and finally the bar is cut in a direction parallel to the p-electrode to obtain a laser element as shown in FIG.
  The obtained laser element was placed on a heat sink, and each electrode was wire-bonded to attempt laser oscillation at room temperature.
  As a result, the threshold value is 2.5 kA / cm at room temperature.2Continuous oscillation at an oscillation wavelength of 400 nm was confirmed at a threshold voltage of 5 V, and the lifetime was 10,000 hours or more at room temperature. Furthermore, chipping and cracking are prevented when the device structure is formed or when the resonance surface is formed by cleaving, and a good resonance surface can be obtained and the yield is further improved.
[0142]
[Example 8]
  In Example 7, laser elements were fabricated in the same manner except that the substrates of Examples 2 to 6 were used as the nitride semiconductor substrates. In the obtained five types of laser elements, in the same manner as in Example 7, the surface of the substrate for forming the device structure has a portion in which dislocations are greatly reduced, and further, there are portions where dislocations are hardly observed. Therefore, the lifetime characteristics are good, and chipping and cracking are prevented when a device structure is formed or when a resonance surface is formed by cleavage, and good results can be obtained.
[0143]
【The invention's effect】
  In the present invention, even when a device structure is formed using a nitride semiconductor as a substrate or a resonance surface is formed by cleavage, the substrate is not chipped or cracked. Nitride semiconductors that have a reduced area, especially those with almost no dislocations on the surface of the growth surface, can improve device characteristics such as life characteristics, and achieve improved reliability in practical use It is possible to provide a method for growing a nitride semiconductor from which a substrate comprising the above can be obtained.
  Furthermore, the present invention can provide a nitride semiconductor device having good device characteristics such as life characteristics using the nitride semiconductor obtained by the nitride semiconductor growth method of the present invention as a substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a substrate as an embodiment of a nitride semiconductor substrate for forming a device structure of the present invention.
FIG. 2 illustrates the present invention.5th process1 is a schematic cross-sectional view of a wafer which is an embodiment of a process for growing a nitride semiconductor to be a nitride semiconductor substrate in FIG.
FIG. 3 illustrates the present invention.5th process1 is a schematic cross-sectional view of a wafer which is an embodiment of a process for growing a nitride semiconductor to be a nitride semiconductor substrate in FIG.
FIG. 4 is a diagram of the present invention.5th process1 is a schematic cross-sectional view of a wafer which is an embodiment of a process for growing a nitride semiconductor to be a nitride semiconductor substrate in FIG.
FIG. 5 is a diagram of the present invention.5th process1 is a schematic cross-sectional view of a wafer which is an embodiment of a process for growing a nitride semiconductor to be a nitride semiconductor substrate in FIG.
FIG. 6 is a unit cell diagram showing the plane orientation of sapphire.
FIG. 7 is a plan view of the main surface of the substrate for explaining the stripe direction of the protective film.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a partial shape of an off-angled dissimilar substrate.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a nitride semiconductor laser element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a partial structure of a wafer in each step of a method which is an embodiment of forming a ridge-shaped stripe.
[Explanation of symbols]
1 ... Nitride semiconductor substrate
2 ...Fourth nitride semiconductor
11 ...Second protective film
12 ...First protective film
13 ...Second unevenness
14 ...1st unevenness
21 ... Different substrates
22 ...First nitride semiconductor
23. Third nitride semiconductor
24 ...Second nitride semiconductor
25 ... Thin-film nitride semiconductor

Claims (13)

窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に成長された窒化物半導体上に、露出された凹凸を形成する工程と、
前記露出された凹凸を有する面上に、前記凹凸の凸部上面及び凹部側面からの横方向の成長を利用して第１の窒化物半導体を成長させる工程と、
その後、少なくとも前記異種基板を除去することにより、窒化物半導体基板とする工程と、
前記窒化物半導体基板の異種基板を除去した面とは反対の面上に、第２の窒化物半導体を成長させる工程と
を有することを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 Forming exposed irregularities on a nitride semiconductor grown on a heterogeneous substrate made of a different material from the nitride semiconductor;
Growing a first nitride semiconductor on the exposed uneven surface using lateral growth from the top surface and the side surface of the recess of the uneven surface ;
Thereafter, by removing at least the heterogeneous substrate, a step of forming a nitride semiconductor substrate;
And a step of growing a second nitride semiconductor on a surface of the nitride semiconductor substrate opposite to the surface from which the heterogeneous substrate is removed. 前記窒化物半導体基板は、反りを有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の成長方法。The nitride semiconductor growth method according to claim 1, wherein the nitride semiconductor substrate has a warp. 前記第１の窒化物半導体は、１０μｍ／時間以下０．５μｍ／時間以上の成長速度で成長させ、前記第２の窒化物半導体は、５００μｍ／時間以下１０μｍ／時間以上の成長速度で成長させることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体の成長方法。The first nitride semiconductor is 10 [mu] m / Time grown below 0.5 [mu] m / time or growth rate, the second nitride semiconductor, Ru grown in 500 [mu] m / time or less 10 [mu] m / time or more growth rate The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1 or 2 . 前記第１の窒化物半導体は有機金属化学気相成長法により成長させ、前記第２の窒化物半導体はハイドライド気相成長法により成長させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。4. The first nitride semiconductor is grown by metal organic chemical vapor deposition, and the second nitride semiconductor is grown by hydride vapor deposition. Nitride semiconductor growth method. 前記凹凸の凹部底部からの縦方向成長に比べ前記凹部側面からの横方向の成長を促進させて、前記第１の窒化物半導体を成長させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。5. The first nitride semiconductor is grown by promoting lateral growth from the side surface of the concave portion as compared with vertical growth from the bottom of the concave portion of the concave and convex portions. The growth method of the nitride semiconductor as described. 前記凹部内部で前記凹部側面からの成長を接合させて前記凹部底部からの成長を遮り、前記第１の窒化物半導体を成長させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。The nitridation according to claim 1, wherein growth from the side surface of the recess is bonded inside the recess to prevent growth from the bottom of the recess, and the first nitride semiconductor is grown. Method for growing semiconductors. ｐ型不純物及び／又はｎ型不純物をドープすることにより横方向の成長を促進させて、前記第１の窒化物半導体を成長させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。The nitride according to any one of claims 1 to 6, wherein the first nitride semiconductor is grown by promoting lateral growth by doping with a p-type impurity and / or an n-type impurity. Method for growing semiconductors. 前記第１及び第２の窒化物半導体はアンドープのＧａＮからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。7. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the first and second nitride semiconductors are made of undoped GaN. 前記凹凸が、前記窒化物半導体基板のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向に対して平行方向となるように形成されたストライプ形状であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。The irregularities, M-axis direction of the nitride semiconductor substrate, <1-100>, which is formed so as to be parallel to any of M-axis direction of <10-10> and <01-10> The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the growth method is a stripe shape. 前記第１の窒化物半導体を成長させた後、該第１の窒化物半導体上に、第３の窒化物半導体を成長させる工程を有し、前記窒化物半導体基板が、少なくとも第３の窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。And a step of growing a third nitride semiconductor on the first nitride semiconductor after the first nitride semiconductor is grown, wherein the nitride semiconductor substrate is at least a third nitride. nitride semiconductor method of growing according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it consists of a semiconductor. 前記異種基板を除去する工程において、異種基板から第３の窒化物半導体の一部までを除去することを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体の成長方法。11. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 10 , wherein in the step of removing the foreign substrate, a part of the third nitride semiconductor from the foreign substrate is removed. 前記窒化物半導体基板が、その表面の転位密度が１０10個／ｃｍ2以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。The nitride semiconductor growth method according to claim 1, wherein the nitride semiconductor substrate has a dislocation density of 10 10 pieces / cm 2 or less on the surface thereof. 前記窒化物半導体基板が、５０〜１０００μｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。The nitride semiconductor growth method according to claim 1, wherein the nitride semiconductor substrate has a thickness of 50 to 1000 μm.
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