JP4363415B2 - 結晶膜、結晶基板および半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、結晶膜および結晶基板並びにこれらを用いた半導体装置に係り、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなる結晶膜、結晶基板および半導体レーザ等の半導体装置に関する。

近年、緑色から青色の可視領域、更には近紫外域に到る発光が可能な材料として、アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）あるいはインジウム（Ｉｎ）などの３Ｂ族元素と、窒素（Ｎ）を含む５Ｂ族元素とからなる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が注目されており、これを用いた半導体レーザ(laser diode；ＬＤ）あるいは発光ダイオード（light emitting diode；ＬＥＤ）などの半導体装置が開発されている。そのうち、特に半導体レーザにおいては、連続発振が実現され、更なる長寿命化を実現するために窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性の改善が必要とされている。

ところが、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体では、結晶成長に好適な基板が未だ得られていない。ＧａＮなど窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、格子定数が他の半導体結晶等に比べて小さく、格子定数や熱膨張係数が似通ったものが従来より一般的な基板に存在せず、また、最も成長に適しているはずのＧａＮ基板においても結晶中にクラックや転位の多いものしか未だ得られていない。そのため、従来より、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）に代表される各種の異種基板が代替に用いられており、これらの基板上に９００℃以下の低温でＡｌＮあるいはＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）よりなる緩衝層を堆積させることにより格子不整合に起因する転位を低減する方法が一般的であった（特許文献１，特許文献２）。しかし、高品質の結晶膜を得るには限界があり、より貫通転位密度の低い結晶膜を得るための技術が要求されてきた。

これに応えるべく結晶性を向上させるための技術が検討されるなか、近年では、結晶を横方向に成長させる方法が注目されている。例えば、特許文献３には、結晶膜の下層部を成長させた後、２次元的にパターニングしたストライプ状等のマスクを形成し、このマスク上に結晶膜の上層部を横方向成長させる方法が開示されている。この方法を用いれば、マスクの開口から上層部に貫通した転位は横方向成長によってマスク上へ屈曲して、上層部のうち特にマスクの上部において貫通転位密度が低減する。また、同公報には、マスク位置を互い違いにずらすようにして複数回横方向成長を繰り返すことにより、貫通転位密度を更に低減することができることも開示されている。

また、結晶成長面によって成長速度が異なることを利用して転位を屈曲させ、目的とする領域に転位密度の低い領域を設ける方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。

更に、横方向成長を利用した技術としては、成長用基板の上に種結晶膜を形成し、この種結晶膜を基礎として結晶膜を成長させる方法も提案されている（例えば、非特許文献１，非特許文献２）。この方法を用いれば、種結晶膜の側面から横方向に結晶膜が成長し、それに伴って結晶膜に含まれる転位が屈曲するために、上面に貫通転位密度が低い領域が形成される。

また、種結晶膜をエッチングしてリセス構造とし、結晶膜を再成長させることによって欠陥が少ない領域を形成する方法（非特許文献３）が報告されている。このリセス構造は、側面と基底面とに窒化ケイ素（ＳｉＮx ）膜を成膜すると更に結晶中の欠陥低減が期待できる（非特許文献４）。そのほか、結晶膜の表面にシラン（ＳｉＨ4 ）を用いた処理を施すことにより、島状の種結晶を自己組織化させて形成する方法も報告されている（非特許文献５）。この方法によれば、エッチング等の工程を経ずに種結晶を簡易に形成することができる。
特開昭６３−１８８９３８号公報 特公平８−８２１７号公報 特開平１０−３１２９７１号公報 特開平１１−１３０５９７号公報 MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 4S1, G3.38(1999) 、MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 4S1, G4.9(1999) 第４６回応用物理学関係連合講演会’９９春講演予稿集31p-N-8,中村他） 第４６回応用物理学関係連合講演会’９９春講演会予稿集30p-M17,石田他 第４６回応用物理学関係連合講演会’９９春講演会予稿集28p-YQ-4, 石橋他 H.Lahreche, P.Vennegues, B.Beaumont and P.Gibart; J.Crystal Growth 205, 245(1999)

しかしながら、上述の殆どの方法においては、マスク部あるいは種結晶膜を設ける際にマスク形成工程を要することや、複数回の結晶成長が必要であることなどのために工程数が多く、生産性に問題があった。

また、マスクあるいは種結晶膜のパターニングは表面の転位分布に関係なく行なわれており、マスクの間の領域あるいは種結晶膜の上面から転位が少なからず伝播していた。その上、転位自体は屈曲して結晶中に留まっており、転位同士が交差しなければ変位が合成されて転位が減少することもない。場合によっては、別の方向の変位に転換される可能性があり、転位同士が交差しても必ずしも相殺されるわけではない。このように、従来の横方向成長を用いた技術では、転位密度の低減に限界があった。

これらの方法で作製された結晶基板では、上面にマスクの間隙や結晶膜からの貫通転位と、会合部からの貫通転位が存在する。通常、マスクや結晶膜の間隔は一定とするので、それに応じて貫通転位は周期的に発生している。そこで、従来では、なるべく転位のない結晶で半導体装置を作製するために、半導体層のうち主要な機能部分（例えばレーザでは発光領域）を上記のような結晶基板の貫通転位密度が低い領域に成長させ、致命的な転位を避けるようにして半導体層を形成していた。そのためには、基板と素子の各部の形成領域とを極めて精度よく位置合わせする必要があり、そこに位置合わせの手間と、素子の設計寸法に限定がつくという問題が生じていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、転位密度を効率よく低減することができる結晶膜，結晶基板およびこれらを用いた半導体装置を提供することにある。

本発明の結晶膜は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなり、かつ転位が存在する下地層上に成長させる結晶膜であって、下地層から上層側へ伝播しようとする転位の終端位置に対応してエッチピットが形成されたものである。このエッチピットの表面に非晶質の材料により構成された被膜が形成されている。

本発明の結晶基板および半導体装置は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなり、かつ下地層から上層側へ伝播しようとする転位の終端に対応する位置にエッチピットが形成された結晶膜を備えたものである。このエッチピットの表面に非晶質の材料により構成された被膜が形成されている。

本発明の結晶膜では、少なくとも一部が非晶質の材料により構成されたエッチピットが個々の転位の終端部に設けられているので、エッチピットより上層に形成された部分の転位密度が減少している。

本発明の結晶基板および半導体装置では、本発明の結晶膜を備えるようにしたので、基板の上層部分の転位密度が低減されている。

本発明の結晶膜によれば、少なくとも一部が非晶質の材料により構成されたエッチピットを個々の転位の終端部に設けるようにしたので、これにより各転位が遮断され、上層部における転位密度を効率よく一様に低減することができる。

また、本発明の結晶基板によれば、上記の結晶膜を備えるようにしたので、上面側の転位密度を効率よく一様に低減することができる。また、本発明の半導体装置によれば、上記の結晶膜を備えるようにしたので、性能および生産性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る結晶基板１０の断面構造を表すものであり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示した結晶基板１０における転位の様子を模式的に表すものである。この結晶基板１０は、成長用基板１１の一面側に、例えばバッファ層１２を介して結晶層１３が積層された構成を有している。

成長用基板１１は、例えば、サファイア，炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化ガリウム（ＧａＮ），砒化ガリウム（ＧａＡｓ），ケイ素（Ｓｉ）あるいはマグネシウム・アルミニウム複合酸化物（ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ；スピネル）やリチウム・ガリウム複合酸化物（ＬｉＧａＯ₂ ）などの結晶性材料により構成されており、その厚さは例えば４００μｍである。成長用基板１１は、また、３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）またはリン（Ｐ）とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物により構成されていてもよく、更に、転位の存在する結晶基板であれば、広く適用可能である。

バッファ層１２は、結晶層１３を成長させる際の核となる層であり、例えば、厚さ３０ｎｍのＧａＮにより構成される。なお、バッファ層１２には結晶層１３へと伝播する貫通転位Ｄ₁ が存在している。貫通転位Ｄ₁ は、成長用基板１１とバッファ層１２との格子不整合あるいは熱膨張係数の差などに起因して発生したものであり、その密度は、例えば３×１０⁸ ｃｍ^-2程度である。

結晶層１３は、例えば、ウルツ鉱型構造の結晶により構成されている。ウルツ鉱型構造の結晶としては、例えば、短周期律表における３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物が挙げられる。なお、この結晶層１３が本発明の「結晶膜」の一具体例に対応している。

この結晶層１３では、下層のバッファ層１２から転位Ｄ₁ が貫通しており、個々の転位Ｄ₁ の終端に空間部１３ａが形成されている。また、転位Ｄ₁ の密度によっては空間部１３ａ同士が連通し、空間部１３ｂが形成されている。ここで、転位Ｄ₁ は、これら空間部１３ａ，１３ｂの基底部に通じ、空間部１３ａ，１３ｂにより上層部へ伝播することが阻止される。

空間部１３ａの形状は、例えば、貫通転位Ｄ₁ と通じている部分を頂点とする多角錐、あるいは貫通転位Ｄ₁ と通じている部分を中心とするすり鉢状であり、多角錐型の具体例としては、外１に示した６つの面（Ｓ面）からなる倒立六角錐がある。また、空間部１３ｂは、空間部１３ａが連結された形状であり、例えば、その断面が転位Ｄ₁ と通じている部分を中心とする逆三角形をのこぎり刃状に連続させた形状である場合や、転位Ｄ₁ と通じている部分を中心とするすり鉢状の空間が連続して構成される場合がある。空間部１３ａ，１３ｂに通じている転位Ｄ₁ の密度をｂとすると、転位Ｄ₁ 間の平均距離はｂ^-1/²となるので、個々の転位Ｄ₁ に対応する空間部１３ａを連通させて１つの空間部１３ｂとするためには、例えば、各転位Ｄ₁ に対応する空間部１３ａを、その径がｂ^-1/²以上となるように形成すればよい。

（外１）

なお、横方向に結晶成長させる場合に、横方向に成長した結晶同士の会合部に空洞が形成されることがあるが、空間部１３ａ，１３ｂはこの空洞とは異なるものである。また、空間部１３ａ，１３ｂは、３次元的に結晶が不連続になる領域であり、内部は真空状態である場合のほか、少なくとも１部に非晶質の材料が結晶化せずに取り残された状態や、ガスあるいは液体が充填されている状態、またはそれらの複合状態になっている場合もある。

この結晶層１３においては、その結晶成長過程において空間部１３ａ，１３ｂから新たに転位が派生するときには、新たな転位は、転位Ｄ₁ が持つ変位の合計すなわちバーガース・ベクトルの和に相当する変位を持つ。しかしながら、例えば空間部１３ｂでは、転位Ｄ₁ の変位の総和が０になれば転位は発生せず、上層への転位の伝播をなくすことが可能である。また、転位Ｄ₁ の変位の合計が０以外の値となった場合においても、転位Ｄ₁ が持つ変位は、通常は転位Ｄ₁ が連結するように合成され、転位Ｄ₁ の数よりも空間部１３ａ，１３ｂから新たに発生する転位の数の方が少なくなる。更に、空間部１３ａ，１３ｂは、後述するようにその上部が横方向成長によって構成されているので、結晶成長過程において転位Ｄ₁ が持つ変位の向きを変化させ、新たに発生する転位Ｄ₂ を横方向に伝播させることが可能であり、空間部１３ａ，１３ｂから上層までの領域において転位の伝播をなくすことが可能である。従って、結晶層１３の上層における転位密度は下層の転位密度よりも低くなる。なお、各転位Ｄ₁ に対応する空間部１３ｂの径を３０ｎｍ以上とすれば、より多くの転位の合成が可能となり、バーガース・ベクトル同士が相殺される確率が高くなるので好ましい。

この結晶基板１０は、次のようにして製造することができる。

まず、図２に示したように、成長用基板１１を用意し、この成長用基板１１の一面（成長用基板１１がサファイアよりなる場合には、例えばｃ面）に、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition；有機金属化学気相成長）法によりＧａＮよりなるバッファ層１２を成長させる。その際、成長用基板１１の温度（成長温度）は例えば５２０℃とする。次に、バッファ層１２の上に、例えば窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなる結晶層１３の下層部１３ｃを１０００℃で成長させる。このとき、下層部１３ｃには転位Ｄ₁ が存在している。

なお、ＭＯＣＶＤを行う際に、３Ｂ族元素の原料ガスとしては、例えば、ガリウムの原料ガスとしてトリメチルガリウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ）、アルミニウムの原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ａｌ）、インジウムの原料ガスとしてトリメチルインジウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｉｎ）、ホウ素の原料ガスとしてトリメチルホウ素（（ＣＨ₃ ）₃ Ｂ）をそれぞれ用いる。また、５Ｂ族元素の原料ガスとしては、窒素の原料ガスとして例えばアンモニア（ＮＨ₃ ）を用いる。また、キャリアガスには、例えば、水素（Ｈ₂ ）および窒素（Ｎ₂ ）を用いる。更に、結晶層１３（下層部１３ｃおよび後述する上層部）を成長させる際には、必要に応じてケイ素（Ｓｉ）あるいはマグネシウム（Ｍｇ）などの不純物を添加して成長させることも可能である。その場合、ケイ素の原料ガスとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ₄ ）を用い、マグネシウムの原料ガスとしては例えばビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｍｇ）を用いる。

次に、例えば、３Ｂ族元素の原料ガスの供給を停止し、水素を含む雰囲気中で１０００℃以上（例えば１０２０℃）の温度で所定の時間（例えば３分間）加熱する。このとき、転位Ｄ₁ 付近は強度が弱いために、この部分に熱と水素ガスによるエッチングが集中的に進行する。従って、下層部１３ｃの表面には、個々の転位Ｄ₁ に自発的に対応するエッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ が形成される。ここでいう自発的に対応するとは、リソグラフィなどによるパターンニングを必要とせず、自ずと転位Ｄ₁ に通ずることを意味する。エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ の形成は、転位密度ｂに対応する径がｂ^-1/²以上となるように成長条件を調整して行い、複数の転位Ｄ₁ と通じたエッチピット１３ｂ₁ とすることが好ましい。また、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ の深さは、例えば３０ｎｍ以上、好ましくは１００ｎｍ以上とする。ちなみに、ここでのエッチングは、成長用基板１１との界面まで行うようにしてもよい。

更に、例えば、３Ｂ族元素の原料ガスの供給を再開し、結晶層１３の上層部を成長させる。このとき、下層部１３ｃの表面では、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ の上よりも成長速度が速く、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ を覆うように横方向にも成長が進み、空間部１３ａ，１３ｂが形成される。これにより、個々の転位Ｄ₁ の終端に空間部１３ａ，１３ｂが設けられ、転位Ｄ₁ が上層部から遮断される。

また、ここで空間部１３ｂ（エッチピット１３ｂ₁ ）に通ずる転位Ｄ₁ の変位の合計が０になれば新たに転位は発生せず、転位Ｄ₁ の変位の合計が０以外の値となった場合においても、通常、転位Ｄ₁ が持つ変位が転位Ｄ₁ が連結するように合成され、転位Ｄ₁ の数よりも空間部１３ｂから新たに発生する転位の数の方が少なくなる。また、空間部１３ａ，１３ｂ（エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ ）により転位Ｄ₁ が持つ変位の向きが変化した場合には、空間部１３ａ，１３ｂから新たに発生する転位（例えば、図１に示した転位Ｄ₂ ）を横方向に伝播させることが可能であり、空間部１３ａ，１３ｂから結晶層１３の表面までの領域（すなわち、上層部）における転位密度が低減する。

上層部を一定時間以上成長させると、成長面は実質的に平坦となる。これにより、図１（Ａ），（Ｂ）に示した結晶層１３および結晶基板１０が得られる。

このように本実施の形態では、結晶層１３に個々の転位Ｄ₁ に対応した空間部１３ａ，１３ｂを設けるようにしたので、この空間部１３ａ，１３ｂにより転位Ｄ₁ の上層部への伝播が阻止され、上層部を転位密度が低い結晶で構成することができる。よって、簡易な構成で、上層部における転位密度が一様に低減された結晶層１３を得ることができる。特に、空間部１３ｂでは、各転位Ｄ₁ の変位が合成される確率が高くなり、転位をより効率的に低減することができる。

従って、転位の分布とは無関係にパターニングされるために、マスクあるいは種結晶から転位が伝播するという従来の問題が解消し、また、このような結晶基板１０を用いて半導体装置を作製するようにすれば、基板の位置合わせが不要となる。なお、このような観点から、本発明の結晶基板は、従来の結晶基板に比べてより有効的に転位が低減されていることがわかる。

また、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ ないしは空間部１３ａ，１３ｂが自発的に形成されるので、結晶層１３の上層部における貫通転位密度を効率よく簡便に低減することができる。更に、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ の形成をＭＯＣＶＤ装置内で行うようにしたので、結晶層１３を少ない製造工程数で容易に得ることができる。

（変形例）
上記第１の実施の形態では、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ を形成し、これを利用して空間部１３ａ，１３ｂを形成するようにしたが、図３に示したように、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ に代えて成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ を形成するようにしてもよい。

成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ は、例えば以下のようにして形成する。すなわち、１０００℃以上の成長温度で下層部１３ｃを成長させたのち、３Ｂ族元素の原料ガスの供給を一旦停止し、成長温度を８５０℃に下げ、再び３Ｂ族元素の原料ガスを供給することにより結晶層１３の中層部１３ｄを、１０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上、例えば１００ｎｍ成長させる。その際、中層部１３ｄには、個々の転位Ｄ₁ に対応して成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ が自発的に形成される。その積層方向における深さは、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍである。なお、成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ が転位Ｄ₁ に対応して自発的に形成されるのは、一般にＭＯＣＶＤ法により１０００℃以下の成長温度で成長させた結晶膜は成長ピットを生じやすいからである。また、成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ の形状は、例えばエッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ と同様である。なお、成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ は、成長速度を急激に低下させて中層部１３ｄを成長させることによって形成することもできる。成長速度を変化させるには、例えば、３Ｂ族元素の原料ガスの供給量を変化させたり、３Ｂ族元素の原料ガスの供給量と５Ｂ族元素の原料ガス全体の供給量との比を変化させたりするとよい。更に、成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ は成長時のＭＯＣＶＤ装置内の圧力（成長圧力）を変化させることによっても形成することができ、上記複数の成長条件を同時に変化させるようにしてもよい。

次に、このようにして形成した成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ の上部を覆うように結晶層１３（図１R>１参照）を成長させて空間部を形成する。空間部の形成方法としては、成長速度を急激に速くし、横方向成長を促進させる方法があり、これにより上部を覆うように結晶が成長し、内部に空間が形成される。成長速度を変化させるには、例えば、３Ｂ族元素の原料ガスの供給量を変化させたり、３Ｂ族元素の原料ガスの供給量と５Ｂ族元素の原料ガス全体の供給量との比を変化させたりするとよい。更に、成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ は成長時のＭＯＣＶＤ装置内の圧力（成長圧力）を変化させることによっても形成することができる。ちなみに、上記複数の成長条件を同時に変化させるようにしてもよい。

以下、その他の実施の形態について説明するが、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその詳細な説明は適宜省略する。

［第２の実施の形態］
図４（Ａ）は第２の実施の形態の形態に係る結晶基板２０の断面構造を表すものであり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示した結晶基板２０の転位の様子を模式的に表すものである。この結晶基板２０は、第１の実施の形態の結晶層１３に替えて結晶層２３を備えることを除けば、第１の実施の形態の結晶基板１０と同様の構成を有している。

本実施の形態の結晶層２３は、第１の実施の形態の空間部１３ａ，１３ｂと同様の空間部２３ａ，２３ｂを有している。但し、本実施の形態では、空間部２３ａ，２３ｂの内側表面に、例えば酸素，窒素，フッ素あるいは炭素のうちの少なくとも１種を含む被膜２１が設けられている。被膜２１は、その上に結晶が成長しにくいように非晶質であることが好ましい。被膜２１の材料としては、アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），マグネシウム（Ｍｇ），ジルコニウム（Ｚｒ）あるいはチタン（Ｔｉ）などの金属材料、またはケイ素（Ｓｉ）の酸化物，窒化物，フッ化物あるいは炭化物等が挙げられる。なお、被膜２１は、上記の金属材料あるいはケイ素の単体、またはレジストあるいはその他の有機材料で構成されていてもよい。

この結晶基板２０を製造する場合には、まず、図５（Ａ）に示したように、例えば第１の実施の形態と同様にしてエッチピット２３ａ₁ ，２３ｂ₁ を形成したのち、例えば、３Ｂ族元素および５Ｂ族元素の原料ガスの供給を中断してケイ素および酸素を含むガスをそれぞれ供給する。これにより、エッチピット２３ａ₁ ，２３ｂ₁ の内部にケイ素と酸素とを含む被膜２１が形成される。その際、エッチピット２３ａ₁ ，２３ｂ₁ の深さ方向に進むに従って被膜２１の厚さが厚くなるようにすることが好ましい。

なお、上述した方法以外にも、例えば、酸素を含むガスを供給することによりガリウムの酸化物よりなる被膜２１を形成するようにしてもよい。また、ケイ素を含むガスを供給することにより、ケイ素の窒化物よりなる被膜２１を形成するようにしてもよい。

被膜２１を形成したのち、図５（Ｂ）に示したように、例えば、水素を含む雰囲気中においてＲＩＥなどのドライエッチングを行う。その際、下層部２３ｃの表面領域はエッチングガスと接触しやすいために、エッチピット２３ａ₁ ，２３ｂ₁ の部分よりもエッチングが進行しやすい。従って、このエッチングにより、被膜２１の下層部２３ｃの表面に形成されている部分が選択的に除去される。このとき、エッチピット２３ａ₁ ，２３ｂ₁ の深さ方向に被膜２１の厚みが厚くなっていると、被膜２１の除去を容易に行うことができる。なお、ここでのエッチングはドライエッチングに限らず、ウェットエッチングを行うようにしてもよい。

次に、例えば第１の実施の形態と同様にして、エッチピット２３ａ₁ ，２３ｂ₁ の上に上層部を成長させて空間部２３ａ，２３ｂを形成する。これにより、図４（Ａ），（Ｂ）に示した結晶層２３および結晶基板２０が完成する。ここでは、エッチピット２３ａ₁ ，２３ｂ₁ の内側表面に被膜２１が設けられているので、空間部２３ａ，２３ｂを形成するための成長条件の制御が容易になる。

このように本実施の形態によれば、エッチピット２３ａ₁ ，２３ｂ₁ の表面に被膜２１を設けるようにしたので、そののち、上層部を成長させ空間部２３ａ，２３ｂを形成する際に成長条件の自由度を大きくすることができ、その形成を容易なものとすることができる。

［第３の実施の形態］
図６（Ａ）は第３の実施の形態の形態に係る結晶基板３０の断面構造を表すものであり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示した結晶基板３０の状態を模式的に表すものである。この結晶基板３０は、第１の実施の形態の結晶層１３に替えて結晶層３３を備えることを除いては、第１の実施の形態の結晶基板１０と同様の構成を有している。この結晶基板３０は以下に説明する方法によって作製される。

まず、図７に示したように、第１の実施の形態と同様にして、下層部３３ｃの表面にエッチピット３３ａ₁ ，３３ｂ₁ を形成する。次いで、エッチピット３３ａ₁ ，３３ｂ₁ を含む下層部３３ｃの表面に対して、例えば、酸化，窒化，フッ化および炭化のうちの少なくとも１種の処理を施し、表面処理領域３３ｃ₁ を形成する。なお、この表面処理領域３３ｃ₁ は、厚さ方向に例えば１ｎｍとなるようにする。具体的には、例えば、３Ｂ族元素および窒素の原料ガスの供給を中断して酸素を含むガスを供給することにより、この酸素と下層部３３ｃの３Ｂ族元素とを反応させて３Ｂ族元素の酸化物よりなる表面処理領域３３ｃ₁ を形成する。その他の方法としては、ケイ素を含むガスを供給することにより、このケイ素と下層部３３ｃの窒素とを反応させてケイ素の窒化物よりなる表面処理領域３３ｃ₁ を形成するようにしてもよく、フッ素あるいは炭素を含むガスを供給することにより、フッ素あるいは炭素と下層部３３ｃのガリウムとを反応させてガリウムのフッ化物あるいは炭化物よりなる表面処理領域３３ｃ₁ を形成するようにしてもよい。

次に、例えば、第２の実施の形態と同様にしてドライエッチングまたはウェットエッチングを行い、表面処理領域３３ｃ₁ の一部を選択的に除去する。それ以降の工程は、第２の実施の形態と同様である。これにより、図６（Ａ），（Ｂ）に示した結晶層３３および結晶基板３０が完成する。

このように本実施の形態によれば、エッチピット３３ａ₁ ，３３ｂ₁ の表面に表面処理を施して表面処理領域３３ｃ₁ を設けるようにしたので、そののち、上層部を成長させ空間部３３ａ，３３ｂを形成する際、成長条件の自由度を大きくすることができ、空間部３３ａ，３３ｂを容易に形成することができる。

［第４の実施の形態］
図８（Ａ）は第４の実施の形態の形態に係る結晶基板４０の断面構造を表すものであり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示した結晶基板４０の状態を模式的に表すものである。この結晶基板４０は、第１の実施の形態の結晶層１３において、層内の空間部１３ａ，１３ｂが形成されている面上にマスク部４１が設けられたものである。この結晶基板４０は以下に説明する方法によって作製される。

図８（Ａ），（Ｂ）に示したように、まず下層部１３ｃを形成し、下層部１３ｃの上に、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯx ）膜あるいは窒化ケイ素（ＳｉＮy ）膜またはこれらの積層膜を形成し、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）などのドライエッチングを行って、ストライプ状にパターニングされたマスク部４１を形成する。その際、マスク部４１の幅は、例えば５μｍとし、その間隔は、例えば５０ｎｍ〜１０ｍｍとする。この間隔は、例えば、一定であってもよいし、周期的でなくてもよい。なお、マスク部４１のパターンは、ストライプ以外の形状としてもよく、具体的には、矩形状，格子状，六角形状，三角形状あるいは円形状などとしてもよい。

次に、例えば第１の実施の形態と同様にしてエッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ を形成する。ここでは、主にマスク部４１以外の開口領域において表面がエッチングされ、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ となる。そののち、上層部を成長させ、空間部１３ｂを形成する。ここでは、上層部は、マスク部４１の間の開口領域において成長し始め、マスク部４１の上に横方向成長する。その際、転位Ｄ₁ は、開口領域において空間部１３ｂにより遮断されているため、マスク部４１の上へ伝播するものも低減される。よって、上層部全体が低転位密度となる。これにより、結晶層１３および結晶基板４０が完成する。

このように本実施の形態では、空間部１３ｂが設けられているので、マスク部４１に関係なく一様に貫通転位密度が低い結晶基板４０が得られる。なお、ここでは下層部１３ｃの上にマスク部４１を介して横方向成長させるようにしたので、空間部１３ｂに遮断されなかった転位Ｄ₁ があったとしても横方向に屈曲されるために、上層部の転位密度が更に低くなる。

また、マスク部４１を設けることで、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ の形成領域が小さくて済み、例えば成長速度を高速化するなど上層部の成長条件を厳しくすることが可能である。なお、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ の形成と、マスク部４１の形成の順番は逆であってもよく、両者の形成位置は自由に選ぶことができる。

［第５の実施の形態］
図９は第５の実施の形態の形態に係る結晶基板５０の断面構造を表している。この結晶基板５０は、第１の実施の形態の結晶層１３において、下層部を種結晶５１を基礎とした横方向成長により形成したものである。この結晶基板５０は以下に説明する方法によって作製される。

まず、成長用基板１１の上にバッファ層１２を成長させ、バッファ層１２の上に、例えば、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮからなる種結晶膜を２μｍ程度成長させる。次いで、種結晶膜の上に、例えばストライプ状にパターニングされた窒化ケイ素膜あるいは二酸化ケイ素膜（図示せず）を形成する。続いて、このパターンをマスクとして例えばＲＩＥを行い、種結晶膜から不要部分を除去する。次いで、同じくこのマスクを用いたＲＩＥを行い、成長用基板１１に、横方向成長時の結晶が基板１１と接触することがないように溝部１１ａを形成する。その後、例えばウェットエッチングを行って図示しないマスクを除去する。これにより、種結晶５１が形成される。

次に、種結晶５１を基礎として例えばＭＯＣＶＤ法により結晶層１３の下層部を成長させる。下層部の成長は、種結晶５１の上面から上方向に、側壁面から横方向に進行する。その際、貫通転位Ｄ₁ が種結晶５１の上部に伝播する。それ以外の部分では、横方向成長に伴い、会合部に転位が生じるものの貫通転位Ｄ₁ はほとんど存在しない。なお、横方向成長の速度は上面における成長速度よりも大きく、一定時間経過すると成長面が実質的に平坦となる。

次に、例えば第１の実施の形態と同様にして下層部の表面にエッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ を形成する。ここでは、上述したように種結晶５１の上部では貫通転位密度が高く、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ が多数形成される。また、会合部に発生した貫通転位Ｄ₁ に対応してエッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ が形成される。次いで、上層部を成長させ、エッチピット１３ａ₁ ，１３ｂ₁ の位置に空間部１３ａ，１３ｂを形成する。上層部の成長を更に続けると、成長面は実質的に平坦となる。これにより、結晶層１３および結晶基板５０が完成する。

このように、結晶層１３は下部層が種結晶５１を利用した横方向成長領域となっており、下部層においても貫通転位密度が低いので、上層部において貫通転位密度がより低減したものとすることができる。

［第６の実施の形態］
図１０は、第６の実施の形態の形態に係る結晶基板６０を模式的に表すものである。この結晶基板６０は、第１の実施の形態の結晶層１３に替えて結晶層６３を備えたことを除いては、第１の実施の形態の結晶基板１０と同様の構成である。この結晶基板６０は以下に説明する方法によって作製される。

まず、図１１（Ａ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして下層部６３ａを成長させたのち、例えば、３Ｂ族元素の原料ガスの供給を停止し、成長温度を７５０℃に下げる。そののち、例えば、ガリウムの原料ガスとインジウムの原料ガスとを所望の割合で供給し、下層部６３ａの上に、例えば、Ｉｎ_p Ｇａ_1-p Ｎ（ｐ≧０．０５）混晶よりなる中層部６３ｂを５ｎｍ成長させる。このようにインジウムの組成比が５％以上程度に高いＩｎＧａＮ混晶を成長させると、図１１（Ｂ）に拡大して示したように、転位Ｄ₁ に自発的に対応して金属インジウムが析出し、金属インジウムよりなる転位遮断部６３ｃが形成される。

次に、図１２に示したように、例えば、インジウムの原料ガスの供給を停止し、成長温度を１０２０℃まで上昇させ、中層部６３ｂの上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなる上層部６３ｄを成長させる。転位遮断部６３ｃからは、中層部６３ｂおよび成長した上層部６３ｄからよりもＧａＮの結晶成長が起こりにくく、その上には成長した上層部６３ｄからの横方向成長が進行し（図１２（Ｂ））、転位Ｄ₁ の伝播が遮断される。上層部６３ｄの成長を更に続けると、成長面は実質的に平坦となり（図１２（Ｃ））、結晶層６３および結晶基板６０が完成する。

このように本実施の形態によれば、中層部６３ｂに個々の貫通転位Ｄ₁ に対応した転位遮断部６３ｃを設けるようにしたので、この転位遮断部６３ｃにより貫通転位Ｄ₁ がそれぞれ遮断され、上層部を転位密度が低い結晶で構成することができる。よって、簡易な構成で、上層部における貫通転位密度が一様に低減された結晶層６３を得ることができる。

また、ここでは、転位遮断部６３ｃが自発的に形成されるので、結晶層６３の上層部における貫通転位密度を効率よく簡便に低減することができる。

以上に説明した本発明の結晶膜および結晶基板は、全て半導体装置等に用いることができる。なお、上記実施の形態の結晶基板１０〜６０から成長用基板１１等を除去して得られる結晶層１３〜６３あるいはその一部からなる薄膜は、例えば窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板として半導体装置等に用いることができる。その際には、成長用基板１１やバッファ層１２などを研削，ドライエッチング、あるいはウェットエッチング等により除去すればよい。また、第１の実施の形態の結晶層１３には、空間部１３ａ，１３ｂが面状に分布しており、この部分では機械的強度が弱くなっているので、この面で結晶層１３を分割して下層部以下を除去するようにしてもよい。結晶層１３における分割は、例えば、レーザ照射，ランプ照射，超音波の付与，急冷あるいは急加熱を施して行う。その他、機械的に変形させ、空間部１３ａ，１３ｂを利用して上層部を剥離するようにしてもよい。また、上層部を剥離したのち、上層部の一部（剥離部分）を研磨することにより空間部１３ａ，１３ｂを完全に含まない結晶層（結晶膜）としてもよい。なお、この剥離部分の研磨工程は、結晶層（結晶膜）の段階で実行してもよく、また後述のように結晶膜の上に半導体レーザ等のデバイスを形成したのちに実行するようにしてもよい。これらのことは、第２の実施の形態ないし第５の実施の形態の結晶基板２０〜５０を用いる場合も同様である。

［第７の実施の形態］
この第７の実施の形態では、上記の各実施の形態において製造される結晶基板を用いた半導体装置について説明する。なお、結晶基板の内部構造の違いは考慮する必要がないので、上記実施の形態の結晶基板がいずれも同じように用いられる。よって、ここでは一例として、結晶基板４０を用いた半導体レーザについて説明する。

図１３は結晶基板４０を用いた半導体レーザ１の断面構成を表している。この半導体レーザ１は、リッジ導波型のＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造であり、結晶基板４０の結晶層１３側の面に、ｎ側コンタクト層１０１，ｎ型クラッド層１０２，ｎ型ガイド層１０３，活性層１０４，結晶劣化防止層１０５，ｐ型ガイド層１０６，ｐ型クラッド層１０７およびｐ側コンタクト層１０８からなる半導体層１００が設けられている。このうち、結晶基板４０は、例えば、厚さ４００μｍのサファイアよりなる成長用基板１１，厚さ３０ｎｍのＧａＮよりなるバッファ層１２および厚さ２μｍのＧａＮよりなる結晶層１３により構成されている。この結晶基板４０は、マスク部４１の間に空間部１３ｂが設けられた構造となっているために上層部の貫通転位密度が一様に低くなっている。

半導体層１００は、例えば次のように構成することができる。ｎ側コンタクト層１０１は、厚さが２μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。ｎ型クラッド層１０２は、厚さが１μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。ｎ型ガイド層１０３は、厚さが０．１μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。活性層１０４は、厚さが３０ｎｍであり、Ｇａ_x Ｉｎ_1-x Ｎ混晶層とＧａ_y Ｉｎ_1-y Ｎ（但し、ｘ≠ｙ）混晶層とを積層した多重量子井戸構造を有している。

結晶劣化防止層１０５は、厚さが２０ｎｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。ｐ型ガイド層１０６は、厚さが０．１μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。ｐ型クラッド層１０７は、厚さが０．８μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層１０８は、厚さが０．５μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。なお、ｐ側コンタクト層１０８およびｐ型クラッド層１０７の一部は、紙面に対して垂直方向に延長された細い帯状となっており、電流狭窄部を構成している。よって、活性層１０４のうち電流狭窄部に対応した部分が、発光部となっている。

また、ここでは、ｎ側コンタクト層１０１の一部にｎ型クラッド層１０２からｐ側コンタクト層１０８までの各層が積層されている。これらの積層部分は、図１３において紙面に垂直な方向に展延するストライプ形状となっている。

更に、ｎ側コンタクト層１０１からｐ側コンタクト層１０８の表面は、例えば二酸化ケイ素よりなる絶縁膜１１１で覆われている。この絶縁膜１１１には、ｎ側コンタクト層１０１およびｐ側コンタクト層１０８の上にあたる部位に開口がそれぞれ設けられており、これらの開口にｎ側電極１１２およびｐ側電極１１３がそれぞれ形成されている。ｎ側電極１１２は、例えばチタン（Ｔｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）を順次積層した構造を有しており、ｎ側コンタクト層１０１と電気的に接続されている。ｐ側電極１１３は、例えばパラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有しており、ｐ側コンタクト層１０８と電気的に接続されている。

また、この半導体レーザ１では、半導体層１００の延長方向に垂直であり、互いに対向する一対の側面が共振器端面となっており、この一対の共振器端面に図示しない一対の反射鏡膜がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜の反射率は低くなるように、他方の反射鏡膜の反射率は高くなるようにそれぞれ調整されている。これにより、活性層１０４において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。なお、この半導体レーザ１は、例えば、図示しないパッケージの内部に収納されて用いられる。

この半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。

まず、例えば、複数の半導体レーザ形成領域を有する結晶基板４０を用意し、この結晶基板４０の上に、例えばＭＯＣＶＤ法によりｎ側コンタクト層１０１，ｎ型クラッド層１０２，ｎ型ガイド層１０３，活性層１０４，結晶脱離防止層１０５，ｐ型ガイド層１０６，ｐ型クラッド層１０７およびｐ側コンタクト層１０８を順次成長させ、半導体層１００を形成する。一般に、発光特性の劣化防止あるいは向上のためには、少なくとも発光部に転位が伝播せず、この部分が低転位密度領域であることが好ましい。ここでは、表面が一様に低転位密度となっている結晶基板４０を用いるので、半導体層１００に伝播する転位数も均一に低減する。これにより、発光部が確実に低転位密度領域となる。

次いで、ｐ側コンタクト層１０８，ｐ型クラッド層１０７，ｐ型ガイド層１０６，結晶劣化防止層１０５，活性層１０４，ｎ型ガイド層１０３，ｎ型クラッド層１０２およびｎ側コンタクト層１０１の一部を順次エッチングして、ｎ側コンタクト層１０１を表面に露出させる。続いて、ｐ側コンタクト層１０８の上に図示しないマスクを形成し、このマスクを利用してｐ側コンタクト層１０８およびｐ型クラッド層１０７の一部を選択的にエッチングすることにより、ｐ型クラッド層１０７の上部およびｐ側コンタクト層１０８を細い帯状とし、電流狭窄部を形成する。

次に、露出面全体に、例えば蒸着法により二酸化ケイ素よりなる絶縁膜１１１を形成し、ｐ側コンタクト層１０８に対応して開口を設け、ｐ側コンタクト層１０８を表面に露出させる。また、絶縁膜１１１のｎ側コンタクト層１０１上の領域に開口を形成し、この開口部位に、例えばチタン，アルミニウム，白金および金を順次蒸着し、合金化してｎ側電極１１２を形成する。また、露出させたｐ側コンタクト層１０８に対応して、例えばパラジウム，白金および金を順次蒸着し、ｐ側電極１１３を形成する。

次に、成長用基板１１を例えば８０μｍ程度の厚さとなるように研削する。そののち、結晶基板４０をｐ側コンタクト層１０８の長さ方向に対して垂直に分割する。これにより、各半導体レーザ１の一対の共振器端面が形成される。そののち、共振器端面に図示しない反射鏡膜をそれぞれ形成する。続いて、各半導体レーザ１の形成領域に応じて、結晶基板４０を半導体層１００を延長方向に分割する。これにより、図１３に示した半導体レーザ１が複数完成する。更に、完成した半導体レーザ１を、例えば図示しないパッケージに実装する。

この半導体レーザ１では、ｎ側電極１１２とｐ側電極１１３との間に所定の電圧が印加されると、活性層１０４に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、表面における転位密度が低い結晶層１３の上に半導体層１００が設けられており、ｎ側コンタクト層１０１〜ｐ側コンタクト層１０８における転位密度も低くなっている。よって、半導体レーザ１は、発光特性に優れると共に寿命が延長される。

このように本実施の形態によれば、第４の実施の形態に係る結晶基板４０の上に半導体層１００を設けるようにしたので、半導体層１００は転位密度が極めて低く、良好な結晶性を有する。従って、半導体レーザ１は発光特性の劣化が防止することができると同時に、長寿命化および信頼性の向上を図ることができる。

また、第４の実施の形態に係る結晶基板４０を用いることにより、低転位密度の基板を簡易な製造方法で得ることができる。よって、半導体レーザ１の生産性の向上、低コスト化を図ることができる。なお、結晶基板４０は、一様に表面上の転位が低減しており、その上では半導体層１００を形成領域を選ばず形成することができ、基板の位置合わせが不要となる。ちなみに、通常の横方向成長を利用した結晶基板にはマスク間から延びる貫通転位が多数存在している。そこで、貫通転位を避け、マスクの上部に発光部を設けるように位置合わせを行ったのちに、半導体層の加工を行なっていた。

［第８の実施の形態］
この第８の実施の形態では、上記の各実施の形態において製造される結晶膜を用いた半導体装置について説明する。結晶膜は、いずれの方法で作製されていてもよい。ここでは一例として、結晶基板１０を分割して得た結晶層１３の上層部を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板８１として用いた半導体レーザ２について説明する。なお、半導体レーザ２は、電流狭窄部の両側に電流ブロック層１２０が設けられていること、およびｐ側電極１１３，ｎ側電極１１２の構成以外は、半導体レーザ１と同一の構成を有している。

図１４は第８の実施の形態に係る半導体レーザ２の断面構造を表している。この半導体レーザ２は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板（以下、基板と略記）８１の一面にｎ側コンタクト層１０１からｐ側コンタクト層１０８までが順次積層された構成を有している。また、電流狭窄部の両側には電流ブロック層１２０が設けられており、ｐ側コンタクト層１０８とこの電流ブロック層１２０の全面にｐ側電極１１３が形成されている。更に、基板８１の裏面側にｎ側電極１１２が形成されている。

基板８１は、結晶基板１０（図１３）から、成長用基板１１，バッファ層１２および結晶層１３の下層部を除去したものである。例えば、空間部１３ａ，１３ｂが分布する面は強度が弱いので、ここにレーザ照射，ランプ照射，超音波の付与，または急冷あるいは急加熱を行い、この面を境に結晶層１３を分割し、下部層以下を除去するとよい。また、機械的に変形させ、空間部１３ａ，１３ｂが分布する面で結晶層１３の上層部を剥離するようにしてもよい。なお、成長用基板１１等に、研削，ドライエッチングまたはウェットエッチング（化学エッチング）を施して除去することもできる。

電流ブロック層１２０は、周囲との絶縁性を保つものであり、例えばケイ素などのｎ型不純物を添加したｎ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。よって、この半導体レーザ２においても、活性層１０４のうち電流狭窄部に対応した部分が発光部となっている。なお、電流ブロック層１２０は、例えば、ｐ型クラッド層１０７の上部およびｐ側コンタクト層１０８を細い帯状としたのち、ｐ型クラッド層１０７の上に再成長させることにより形成する。

この半導体レーザ２は、基板の裏面側に電極が形成されている通常のＡｌＧａＡｓ系あるいはＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザと同様の構成を有しているので、これらを製造する際のプロセスと同様のプロセスで製造することができる。例えば、半導体層１００の各層を成長させた後に、ｐ型クラッド層１０７の上部およびｐ側コンタクト層１０８を細い帯状とし、その上にレジスト膜を形成する。次いで、半導体層１００の全面に絶縁材料を形成し、レジスト膜と共にその上の絶縁材料を除去して（リフトオフ）、電流ブロック層１２０を形成する。更に、その上面全体にｐ側電極１１３を形成し、基板８１の裏面側にｎ側電極１１２を形成する。なお、このようにして作製された半導体レーザ２は、パッケージについても通常のＡｌＧａＡｓ系あるいはＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザと同じ形状のものを利用することができる。

ここでは、全体に転位密度が低い基板８１の上に半導体層１００が設けられており、ｎ側コンタクト層１０１〜ｐ側コンタクト層１０８層における転位密度も低くなっている。よって、半導体レーザ２は、発光特性に優れると共に寿命が延長される。

このように本実施の形態では、基板８１の上に半導体層１００を設けるようにしたので、半導体層１００は転位密度が極めて低く、良好な結晶性を有する。従って、半導体レーザ２は発光特性の劣化が防止することができると同時に、長寿命化および信頼性の向上を図ることができる。

また、導電性の基板８１を用い、その裏面側にｎ側電極１１２を設けるようにしたために、半導体レーザ１に比べて簡易な構成とすることができ、量産性に優れたものとなる。更に、半導体レーザ２では、基板８１を厚みの薄いものとすることができ、レーザ構造が簡易であることとあいまって、サイズの縮小化を図ることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第２の実施の形態ないし第５の実施の形態では、エッチピット１３ａ₁ 〜３３ａ₁ ，１３ｂ₁ 〜３３ｂ₁ を形成し、これを利用して空間部を形成するようにしたが、エッチピット１３ａ₁ 〜３３ａ₁ ，１３ｂ₁ 〜３３ｂ₁ に代えて成長ピット１３ａ₂ ，１３ｂ₂ を形成し、この成長ピットを利用して空間部１３ａ，１３ｂを形成するようにしてもよい。また、第４の実施の形態および第５の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の空間部１３ａ，１３ｂを設けるようにしたが、第２の実施の形態または第３の実施の形態のように、被膜２１あるいは表面処理領域３３ｃが付設されていても構わない。このように、本発明は、上記実施の形態の範囲内で各種の組み合わせを行なうことが可能である。

また、上記実施の形態では、面上に分布する空間部を１層だけ設けるようにしたが、エッチピット（または成長ピット）形成工程とその後の結晶成長工程とをそれぞれ２回以上行い、空間部を複数層設けるようにしてもよい。これにより、結晶膜の上層部における転位密度の低減化の効率を更に高めることができる。

また、上記実施の形態では、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなる結晶層１３，５３，６３，７３を例に挙げて説明したが、結晶膜をＧａＡｓあるいはＩｎＰなどの他のＩＩＩ−Ｖ族化合物で構成するようにしてもよい。また、本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物以外の結晶膜、結晶基板およびこれらを用いる半導体装置に対しても同様に適用することができる。

また、上記第７の実施の形態および第８の実施の形態では、半導体装置として半導体レーザ１，２を具体例に挙げて説明したが、本発明は、発光ダイオードあるいは電界効果トランジスタ等の他の半導体装置についても適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る結晶基板の構成を表すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示した結晶基板の転位の発生状態を表す模式図である。 図１に示した結晶基板の製造方法を説明するための模式図である。 図１に示した結晶基板の他の製造方法を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る結晶基板の構成を表すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示した結晶基板の転位の発生状態を表す模式図である。 図４に示した結晶基板の製造方法を説明するための模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係る結晶基板の構成を表すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示した結晶基板の転位の発生状態を表す模式図である。 図６に示した結晶基板の製造方法を説明するための模式図である。 本発明の第４の実施の形態に係る結晶基板の構成を表すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示した結晶基板の転位の発生状態を表す模式図である。 本発明の第５の実施の形態に係る結晶基板の構成を表す断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る結晶基板の構成を表す模式図である。 図１０に示した結晶基板の製造方法を説明するための模式図である。 図１１に続く製造工程を説明するための模式図である。 図８に示した結晶基板を用いた半導体装置の構成を表す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る結晶基板を利用した半導体装置の構成を表す断面図である。

符号の説明

１，２…半導体レーザ、１０，２０，３０，４０，５０…結晶基板、１１…成長用基板、１２…バッファ層、１３，２３，３３，６３…結晶層、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ…空間部、１３ａ₁ ，１３ｂ₁ ，２３ａ₁ ，２３ｂ₁ ，３３ａ₁ ，３３ｂ₁ …エッチピット、１３ａ₂ ，１３ｂ₂ …成長ピット、１３ｃ，６３ａ…下層部、１３ｄ，６３ｂ…中層部、２１…被膜、３３ｃ₁ …表面処理領域、４１…マスク部、５１…種結晶、６３ｃ…転位遮断部、１００…半導体層、１０１…ｎ側コンタクト層、１０２…ｎ型クラッド層、１０３…ｎ型ガイド層、１０４…活性層、１０５…結晶劣化防止層、１０６…ｐ型ガイド層、１０７…ｐ型クラッド層、１０８…ｐ側コンタクト層、１１１…絶縁膜、１１２…ｎ側電極、１１３…ｐ側電極、８１…窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板、１２０…電流ブロック層、Ｄ₁ ，Ｄ₂ …転位。

Claims (4)

1. 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなり、かつ転位が存在する下地層上に成長させる結晶膜であって、
   前記下地層から上層側へ伝播しようとする転位の終端位置に対応してエッチピットが形成され、
   前記エッチピットの表面に非晶質の材料により構成された被膜が形成されている
   ことを特徴とする結晶膜。
2. 前記被膜は金属インジウム（Ｉｎ）である
   ことを特徴とする請求項１に記載の結晶膜。
3. 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなり、かつ下地層から上層側へ伝播しようとする転位の終端に対応する位置にエッチピットが形成された結晶膜を備え、
   前記エッチピットの表面に非晶質の材料により構成された被膜が形成されている
   ことを特徴とする結晶基板。
4. 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなり、かつ下地層から上層側へ伝播しようとする転位の終端に対応する位置にエッチピットが形成された結晶膜を備え、
   前記エッチピットの表面に非晶質の材料により構成された被膜が形成されている
   ことを特徴とする半導体装置。

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