JP4529215B2 - 窒化物半導体の成長方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）の成長方法に係り、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、基板が窒化物半導体であるので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に渡って連続発振できるが、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】
この原因の一つとして、ＨＶＰＥで厚膜に成長された窒化物半導体の表面には、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、この転位が素子の動作中に活性層等へ伝播し、寿命特性を十分良好にすることができないのではないかと考えられる。
上記ＨＶＰＥで成長された窒化物半導体の表面の転位密度は、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ものの、実用化に際しての素子の信頼性を十分にするための寿命特性のさらなる向上の達成においては、転位が障害になっているのではないかと考えられる。
更にまた、同一の窒化物半導体基板を用いたにもかかわらず、得られる個々の素子の寿命特性にはかなりのバラツキが見られる。レーザ素子を量産するにあたっては歩留まりの向上が望まれる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、窒化物半導体を基板とした場合、この基板上にデバイス構造を形成してなる素子の実用化に際しての信頼性をより向上させるために、寿命特性のさらなる向上と、量産する際の歩留まりの向上が可能となるような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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、下記構成（１）〜（４）により、本発明の目的を達成することができる。
（１） 窒化物半導体基板上に、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層を形成する工程と、前記窒化物半導体層上に、窒化物半導体基板のＭ軸方向である＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向より０．１°〜０．７°ずれた方向に、ストライプ形状で形成された保護膜を部分的に形成する工程と、前記保護膜の形成面上に第２の窒化物半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
（２） 前記窒化物半導体層が、窒化物半導体基板上に、Ａｌ ｂ Ｇａ １−ｂ Ｎ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成し、その上に、Ａｌ ｅ Ｇａ １−ｅ Ｎ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成した多層構造であることを特徴とする。
（３） 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。
（４） 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。
（５）窒化物半導体基板上に、Ａｌ ｂ Ｇａ １−ｂ Ｎ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成し、その上に、Ａｌ ｅ Ｇａ １−ｅ Ｎ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物半導体層の表面に、窒化物半導体基板のＭ軸方向である＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向より０．１°〜０．７°ずれた方向に、ストライプ形状の凹凸を形成する工程と、前記凹凸を形成した第１の窒化物半導体層上に、第２の窒化物半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
【０００８】
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、ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層、好ましくはＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成した上にＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成した後に、横方向の成長を利用して第２の窒化物半導体層をＥＬＯＧ成長をさせることにより、素子の劣化を防止でき寿命特性を飛躍的に向上させることができると共に、歩留まりの向上も可能となるデバイスを形成させるための基板となる窒化物半導体を得ることができる成長方法を提供することができる。
上記本発明の成長方法により得られる窒化物半導体は、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１の工程における窒化物半導体基板から転位の低減された第２の窒化物半導体層までが、デバイス構造を形成するための基板となり得るので、以下単に本発明の基板、又は本発明の窒化物半導体基板とする場合がある。
【０００９】
従来、前記課題で示したＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．に示されているように、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、ＨＶＰＥにより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している。そのため、前記したようにＨＶＰＥで厚膜に成長された窒化物半導体の表面には、ＭＯＣＶＤで成長させた時点で保護膜上方部の転位のほとんどなかった部分に、ＨＶＰＥによる成長の過程で転位が窓部上方部から伝播してしまうために、寿命特性を十分満足できる程度まで向上させることができないのではないかと考えられていた。
このことに対し、本出願人は、特願平１１−８０２８８号明細書に、ＨＶＰＥで厚膜に成長された窒化物半導体上に、再びＥＬＯＧ成長させることで転位のほとんどない部分を形成し、寿命特性の向上が可能となる技術を提案している。
【００１０】
しかしながら、上記本出願人が提案した技術では、前記従来技術に比べれば寿命特性の向上が可能となるものの、素子を量産する場合には、歩留まりが良好となり難い。つまり、得られた窒化物半導体を基板としてデバイス構造を形成してなる素子は、寿命特性のかなり良好なものがある一方で、寿命特性の極端に良くないもの等もあり、素子の特性に一環性が見られにくい。
【００１１】
本発明者は、この寿命特性の向上に加えて歩留まりの向上を達成すべく、種々検討した結果、寿命特性の向上と歩留まりの向上のためには、転位のみならず表面モフォロジーが影響しているのではないかと考えた。実際、ＨＶＰＥで厚膜に成長させた窒化物半導体の成長表面には、歪んだ結晶成長や極端な表面のモフォロジーが観察できる。
そこで、本発明者は、寿命特性のさらなる向上と、歩留まりの向上の両者を達成するために、転位の低減と表面モフォロジーの緩和を試みた。
【００１２】
まず、本発明は、窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長させて転位のほとんどない部分を形成する前に、窒化物半導体基板上に、ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層を、好ましくは窒化物半導体基板上にＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成した上にＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成してなる少なくとも２層を、成長させることで、ＨＶＰＥ等で厚膜に成長させる過程で生じる結晶の歪みや極端な表面モフォロジーを緩和することが可能となる。
さらに本発明は、表面モフォロジーの緩和された窒化物半導体基板上に成長された第１の窒化物半導体層上に、ＥＬＯＧ成長により第２の窒化物半導体層を成長させることにより、表面モフォロジーが良好な且つ転位のほとんどない部分を有するデバイス構造を形成するための窒化物半導体を得ることができる。
【００１３】
そして、このような表面モフォロジーの良好な且つ転位のほとんどない部分を有する窒化物半導体を基板としデバイス構造を形成すると、寿命特性の飛躍的な向上と共に、歩留まりの向上が可能となる。さらに、本発明の窒化物半導体基板を用いてなる素子は、前記特願平１１−８０２８８号明細書に記載の表面モフォロジーを緩和することなくＥＬＯＧ成長して得られた窒化物半導体を用いてデバイス構造を形成してなる素子よりも、寿命特性が良好となる。このことから、表面モフォロジーの緩和が歩留まりの向上を達成するのみならず、転位の低減と相乗作用し、寿命特性の向上にも寄与していると推測できる。
【００１４】
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、基板の転位や表面のモフォロジーが寿命特性や歩留まり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。
【００１５】
また更に、本発明において、第１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１の工程のＥＬＯＧ成長と言う場合がある。）が、第１の窒化物半導体層上に第１の保護膜を部分的に形成し、その後、第１の保護膜の形成面上に第２の窒化物半導体層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１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軸方向より、０．１°〜０．７°ずれた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とともに、表面モフォロジーを良好にするのに好ましい。更に第１の保護膜が、後述の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の凹凸と平行に形成されていると、第２の窒化物半導体層の横方向の成長がより良好となり、第２の窒化物半導体層上を良好に得ることができ、転位の低減や歩留まりの点でも好ましい。
【００１６】
ここで、上記Ｍ軸方向より０．１°〜０．７°ずれた方向とは、例えば、オリフラ面をＭ軸方向に対して垂直な面となるようにした場合、図７に示すようにオリフラ面に垂直な軸から、左右いずれかにθ＝０．１°〜０．７°ずらしてストライプを形成することを示す。また、後述の第１の凹凸や、第２の保護膜及び第２の凹凸の場合も同様である。
【００１７】
また更に、本発明において、第１の工程のＥＬＯＧ成長が、第１の窒化物半導体層の表面に第１の凹凸を形成するのみで、その第１の凹凸を有する面上に第２の窒化物半導体層を成長させると、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１の保護膜を用いない。
また更に、本発明において、第１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軸方向より、０．１°〜０．７°ずれた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と共に、表面のモフォロジーを良好とするのに好ましい。
【００１８】
また更に、本発明において、第１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形成された第１の窒化物半導体層上に、ＥＬＯＧ成長させて得られる第２の窒化物半導体層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。
【００１９】
更に本発明において、窒化物半導体基板が、上記第２の工程〜第４の工程から得られる少なくとも第４の窒化物半導体層からなるものであると、第４の窒化物半導体層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４の窒化物半導体層の上にＥＬＯＧ成長させて得られる第２の窒化物半導体層の表面には更に転位が低減され好ましい。また、第４の窒化物半導体層を成長させる際に、成長速度の速い方法により成長させると、第４の窒化物半導体層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１の工程における、ＡｌaＧａ1-aＮ、緩和層、第１の窒化物半導体層等は、第４の窒化物半導体層の異種基板を除去した面とは反対の面上に成長させる。
【００２０】
更に、本発明において、窒化物半導体基板が、前記第４の工程後に、第５の工程を経て得られる第４の窒化物半導体層とその上に成長された第５の窒化物半導体層とからなるものであると、反りが軽減され、第１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４の窒化物半導体層の成長面と除去面との面状態が異なるため、第４の窒化物半導体層に反りが発生する傾向が見られる場合があるが、第４の窒化物半導体層の成長面（異種基板の除去面とは反対の面）に第５の窒化物半導体層を成長させると、第４の窒化物半導体層の反りが軽減される。また異種基板を除去後に第５の窒化物半導体層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。
【００２１】
また本発明において、第１の工程で用いられる窒化物半導体基板が、第２の工程及び第３の工程から得られる異種基板上に、第３の窒化物半導体層及び第４の窒化物半導体層を積層してなる異種基板付きの窒化物半導体基板であると、第１の工程を行う際、デバイス構造を形成する際等に、窒化物半導体基板の欠けや割れが防止され、ハンドリングンの点で好ましい。ただし、異種基板を有していると、熱膨張係数の差により反りがやや大きくなるので、露光により保護膜及び凹凸を形成する際のズレや、基板を加熱する際の熱ムラの生じないようにして行うことが望ましい。
【００２２】
更に本発明において、第２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２の保護膜を部分的に形成して第３の窒化物半導体層を成長させる工程、又は異種基板上に成長された窒化物半導体上に、第２の凹凸を形成して第３の窒化物半導体層を成長させる工程、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２の窒化物半導体層を成長させるのに好ましい。
更に本発明において、第２の工程で形成される第２の保護膜又は第２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軸方向より、０．１〜０．７°ずれた方向に形成されたストライプ形状であり、且つ、第１の工程で形成される第１の保護膜又は第１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第２の窒化物半導体層の転位を低減するのに好ましいと共に、表面モフォロジーの点でも好ましい。
【００２３】
ここで、第１の保護膜などを形成する際には、既に第２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の保護膜等を形成する。このように形成することにより、第１の保護膜と第２の保護膜、あるは第１の保護膜と第２の凹凸、第１の凹凸と第２の保護膜、第１の凹凸と第２の凹凸等がそれぞれ平行となる。
また例えばオリエンテーションフラット面（オリフラ面）を窒化物半導体の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１の工程と第２の工程で用いられる保護膜や凹凸をＭ軸方向から上記のようにややずらしててなるストライプ形状として形成可能である。
【００２４】
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〜第２の窒化物半導体層までの窒化物半導体、又は、異種基板から第２の窒化物半導体層まで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、ＩｎＧａＮを含んでなる活性層、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１の保護膜又はストライプ形状の第１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。ここでストライプが上記のようにＭ軸方向からわずかにズレいている場合でも、良好な劈開面が得られる。
【００２５】
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１の保護膜の上部、又は第１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１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。さらに、第１の保護膜、第１の凹凸の凹部の中心部分は、隣接の横方向によって成長した窒化物半導体が接合する部分なので、空隙等が生じる場合があり、このためリッジ形状のストライプを形成する際には、接合部分、保護膜等の中心部分上方部を避けて形成することが寿命特性の向上の点で好ましい。
【００２６】
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。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いて本発明を詳細に説明する。
まず、図１〜５を用いて本発明の窒化物半導体の成長方法で用いられる窒化物半導体基板が窒化物半導体のみからなる場合について説明する。
本発明を詳細に説明する。
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１の工程を有する窒化物半導体の成長方法を説明する。
【００２８】
本発明の成長方法は、窒化物半導体基板上に、ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層を形成した後、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（ＥＬＯＧ成長）により、更に窒化物半導体層を成長させる第１の工程を有する窒化物半導体の成長方法である。
このように、窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長させる前に窒化物半導体基板の結晶の歪みや極端な表面モフォロジーをＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層を成長させることにより緩和でき、ＥＬＯＧ成長が良好となり転位が良好に減少し、更に表面モフォロジーが良好となる。
【００２９】
上記ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層は、ＨＶＰＥ等で厚膜に成長される途中で生じる結晶の歪みや、極端な表面モフォロジーを緩和することができる。その結果、第１の工程で行われるＥＬＯＧ成長が、従来と比べてより良好となると共に、ＥＬＯＧ成長で成長された窒化物半導体層の表面モフォロジーも良好となり、寿命特性及び歩留まりが良好となるデバイス構造を形成するための基板となる窒化物半導体を得ることができる。
【００３０】
上記ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層としては、１層でも、下記の好ましい形態のように緩和層３と、第１の窒化物半導体層４とからなる２層以上の層から構成される層としてもよい。１層で構成される場合は、下記の第１の窒化物半導体層４を成長させることが好ましく、さらに好ましくはＡｌの含まれた第１の窒化物半導体層４であってＡｌの組成比を０．２以下程度の小さい値の窒化物半導体とすることが、結晶の歪み及び表面モフォロジーの点で好ましい。
【００３１】
以下に、上記ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層が、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３とＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層４とからなる好ましい形態の場合について説明する。
本発明の好ましい窒化物半導体の成長方法の一実施の形態としては、第１の工程により、窒化物半導体基板１上に、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）からなる緩和層３を形成し、その上にＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層４を形成して、窒化物半導体基板１の結晶の歪みや極端な表面モフォロジーを緩和した後、窒化物半導体の横方向の成長を利用して第２の窒化物半導体層５を成長させることにより（第１の工程のＥＬＯＧ成長）、転位の良好に低減された更に表面モフォロジーが良好な第２の窒化物半導体層５を得ることができる。
【００３２】
ここで、窒化物半導体基板１の歪みとは、窒化物半導体をＨＶＰＥ等で厚膜に成長させる過程で、例えば一部分の結晶がねじれるように成長したりして、歪みが生じることである。例えば、オリフラ面に窒化物半導体のＭ面がほぼ一致するように成長を始めても、厚膜に成長した後では、Ｍ面がオリフラ面から数十度ずれた状態となる場合等、結晶が徐々にずれて成長することが挙げられる。
また、極端な表面モフォロジーとは、ＭＯＣＶＤ等で成長させた時点での窒化物半導体の表面、例えば本発明の図２の第３の窒化物半導体層２２の表面、には、例えば曲線状の細かい緩やかな波状の凹凸が生じているが、厚膜に成長させる段階でこの細かい緩やかな凹凸が強調された状態の表面モフォロジーを示す。
上記のように結晶の歪みや極端な表面モフォロジーが生じたままＥＬＯＧ成長によって本発明の第２の窒化物半導体層５を成長させるのではなく、上記のＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層、好ましくはＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３とＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層４とを、成長後に、第２の窒化物半導体層５を成長させることで、飛躍的な寿命特性の向上と、歩留まりの向上を達成することができる。
【００３３】
また、以下の第１工程の説明の中等で、第１の工程のＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３を形成し、その上にＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層４を形成して表面を改質させる段階を第１の工程の前工程とし、その後窒化物半導体の横方向の成長を利用して第２の窒化物半導体層５を成長させる段階を第１の工程の後工程（第１のＥＬＯＧ成長）とする場合がある。
【００３４】
以下に、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３について説明する。
本発明において、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３は、厚膜の窒化物半導体基板の表面を改質するための層であるのでバッファ層のような機能を有していると考えられる。このような層３を成長させると、結晶性の回復及び結晶の歪みの緩和の点で好ましく、更に極端な表面のモフォロジーを緩和でき好ましい。
ＡｌbＧａ1-bＮで示される緩和層３は、一般式で示される組成からなる少なくとも１層以上の層であればよく、複数の層を成長させてもよい。
具体的な好ましいＡｌbＧａ1-bＮで示される緩和層３としては、例えば、低温成長させてなる低温成長緩和層３ａ及び高温成長させてなる高温成長緩和層３ｂのうちの少なくとも１層を成長させてなる層が挙げられる。
【００３５】
低温成長緩和層３ａとしては、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される窒化物半導体であればよく、好ましくはＡｌ組成比の少ない窒化物半導体、更に好ましくはＡｌを含まない窒化物半導体が挙げられる。低温成長緩和層３ａは、歪み及び表面モフォロジーをキャンセルする点で好ましく、Ａｌ組成比が少ないとより好ましい。
高温成長緩和層３ｂとしては、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される窒化物半導体であればよく、好ましくはＡｌが含有されてなる窒化物半導体であり、より好ましくはＡｌＮからなる窒化物半導体が挙げられる。高温成長緩和層３ｂは、歪みの緩和及び結晶性の回復の点で好ましく、ＡｌＮであるとより好ましい。
このような緩和層３ａ及び緩和層３ｂの少なくとも１層と、第１の窒化物半導体層４とを組み合わせると、ＥＬＯＧ成長により形成される第２の窒化物半導体層５を転位の良好に低減された表面モフォロジーの緩和された良好な窒化物半導体として得ることができる。
【００３６】
上記の低温成長緩和層３ａの成長温度としては、例えば具体的に好ましくは ８００℃未満〜２００℃、より好ましくは７００℃〜３００℃の温度が挙げられる。このような温度で成長させると、結晶の歪み及び表面モフォロジーのキャンセルと、後の成長の結晶性の両方の点で好ましい。
また、上記の高温成長緩和層３ｂの成長温度としては、エピタキシャル成長が可能な温度であり、具体的に好ましくは８００℃〜１２００℃、より好ましくは９００℃〜１１５０℃の温度が挙げられる。このような温度で成長させると、結晶の歪み及び表面モフォロジーのキャンセルと、結晶性の両方の点で好ましい。
【００３７】
上記緩和層３の膜厚としては、特に限定されないが、好ましくは５０〜１００００オングストローム、より好ましくは１５０〜５０００オングストロームである。
緩和層３が、低温成長緩和層３ａ及び高温成長緩和層３ｂのうちの少なくとも１層からなる場合は、各層の膜厚の合計が上記緩和層３の膜厚となるように調整されていればよい。
低温成長の層３ａ及び高温成長の層３ｂを成長させる際の膜厚としては、全体の層の膜厚が上記範囲であればどのような組み合わせの膜厚でもよいが、温度によって層の成長及び窒化物半導体基板の表面の改質等の点から成長させる層がより良好に機能する膜厚となるように適宜選択、調整される。
例えば低温成長緩和層３ａの膜厚としては、１０〜２０００オングストローム、好ましくは１００〜２０００オングストロームであり、このような膜厚であると結晶性の保持の点で好ましい。
また、高温成長緩和層３ｂの膜厚としては、５０〜１００００オングストローム、好ましくは１００〜７０００オングストロームであり、このような膜厚であると結晶性の保持の点で好ましい。
【００３８】
また、本発明において、緩和層３は、条件によっては形成しなくてもく、緩和層３を形成しない場合、第１の窒化物半導体層４をＡｌを含み且つＡｌ組成比の小さい窒化物半導体とすることが、結晶の歪み及び表面モフォロジーの緩和の点で好ましい。
【００３９】
次に緩和層層３上に成長させる第１の窒化物半導体層４について説明する。
本発明において、第１の窒化物半導体層４としては、第１の工程の後工程で行われるＥＬＯＧ成長が良好に行えるような組成の窒化物半導体であればよく、具体的には、ＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される窒化物半導体が挙げられ、好ましくは緩和層３と組み合わせて形成する場合はＡｌを含まない窒化物半導体が挙げられ、緩和層３を形成しない場合にはＡｌ組成比の少ない（好ましくは例えば０≦ｅ≦０．３）の窒化物半導体が挙げられる。
上記のような組成の第１の窒化物半導体層４を成長させると、結晶方向のそろった良好な面を得る点で好ましい。
【００４０】
第１の窒化物半導体層４の膜厚としては、特に限定されないが、例えば具体的には０．２〜５０μｍが好ましく、より好ましくは０．５〜２０μｍであり、さらに好ましくは０．５〜１０μｍである。第１の窒化物半導体層４の膜厚が上記範囲であると、表面状態を良好にする点で好ましい。
【００４１】
第１の窒化物半導体層４の成長温度としては、エピタキシャル成長できる温度であれば特に限定されず、例えば好ましくは８００℃〜１２００℃、より好ましくは９００℃〜１１５０℃程度の温度が挙げられる。このような温度で成長させると結晶性の改善の点で好ましい。
【００４２】
上記の緩和層３及び第１の窒化物半導体層４は、ＭＯＣＶＤ等の装置を用いて成長される。
上記のように緩和層３［緩和層３ａ及び緩和層３ｂ］及び第１の窒化物半導体層４の各層のみを成長させた場合でも、結晶の歪みや表面モフォロジーをの緩和するが、両者を組み合わせて成長させることで、緩和層３が結晶の歪みと極端な表面モフォロジーを緩和した後、第１の窒化物半導体層４が結晶方向をそろえるので、各層が相乗的に作用し、第１の工程の後工程でＥＬＯＧ成長させて形成される第２の窒化物半導体層５が良好に転位の低減された更に結晶性と表面モフォロジーの良好な窒化物半導体となる。
【００４３】
次に、第１の工程の前工程で成長させた第１の窒化物半導体層４上に、第１の工程の後工程で横方向の成長を利用して第２の窒化物半導体層５をＥＬＯＧ成長させる。
【００４４】
第１の工程において、第２の窒化物半導体層５を成長させる第１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２の窒化物半導体層５を成長させることができると推測される。
【００４５】
第１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、同１１−１６８０７９、同１１−２１８１２２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、異種基板上のに近接した層で行われているのに対し、本発明の第１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。そして、本発明の第１の工程では、保護膜又は凹凸の形成や、表面改質がＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層上に、好ましくは第１の窒化物半導体層４上に行われる。
【００４６】
本発明の第１の工程のＥＬＯＧ成長の好ましい具体例としては、第１の窒化物半導体層４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１の保護膜１１を用いる方法、又は、第１の窒化物半導体層４に第１の凹凸１３を形成して行う方法、あるいは第１の窒化物半導体層４の表面を部分的に窒化物半導体が成長しにくいように改質して行う方法などがあげられる。このように第１の保護膜１１や第１の凹凸１３を形成し、あるいは部分的に改質し、この形成面に第２の窒化物半導体層５を成長させると、第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５を得ることができると考えられる。
【００４７】
このようにして得られた第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面にはほとんど転位が見られなくなる。
また、第２の窒化物半導体層５表面の転位の分布は、第１の保護膜１１上部又は第１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２の窒化物半導体層５の平均の転位密度が減少すれば、第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面の転位密度は、第１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１の保護膜１１上部の転位密度、及び第１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１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。
【００４８】
以下にＥＬＯＧ成長が第１の保護膜１１を用いて行われる場合と、第１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〜第１の窒化物半導体層４、及び第２の窒化物半導体層５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１の保護膜１１を用いて行う形態であり、図１（ｄ）は第１の凹凸１３を形成して行う形態である。また、第１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１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、第１の窒化物半導体層４上に第１の保護膜１１を形成し、この形成面上に第２の窒化物半導体層５を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｂ）は、第１の窒化物半導体層４に凹凸を形成し、この凹部底部及び凸部上部に第１の保護膜１１を形成し、この形成面上に第２の窒化物半導体層５を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｃ）は、第１の窒化物半導体層４に凹凸を形成し、この凸部上部にのみ第１の保護膜１１を形成し、この形成面上に第２の窒化物半導体層５を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｄ）は、第１の窒化物半導体層４に第１の凹凸１３を形成し、この形成面上に第２の窒化物半導体層５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。
【００４９】
上記ＥＬＯＧ成長により得られる第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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。
【００５０】
第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の膜厚が上記範囲であると、第１の窒化物半導体層４に形成された第１の保護膜１１や第１の凹凸１３を良好に覆うことができ、第１の窒化物半導体層４の表面の転位密度より第２の窒化物半導体層５の表面の転位密度が少なくなり、更に第２の窒化物半導体層５の表面の転位分布で、特に第１の保護膜１１上部及び第１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。
【００５１】
図１（ａ）〜（ｃ）の第１の保護膜１１の材料としては、第１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。
【００５２】
まず、図１（ａ）の場合の第１の保護膜１１の形成方法や形状等について説明する。
第１の保護膜１１を第１の窒化物半導体層４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１の保護膜１１を形成できる。第１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１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２の窒化物半導体層５を良好に形成することができ好ましい。
【００５３】
また、第１の保護膜１１は、第１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１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１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。
【００５４】
第１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１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。
【００５５】
上記のように、第１の保護膜１１の表面積を大きくすると、転位の伝播が、第１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１の保護膜１１上部の第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面が鏡面状となる傾向があり好ましい。
【００５６】
また、第１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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５が保護膜を覆うことができ鏡面状の第２の窒化物半導体層５を得るには好ましい。
【００５７】
次に、図（ｂ）に示すように、第１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１の保護膜１１を形成する場合について説明する。
【００５８】
第１の窒化物半導体層４に凹凸の形状を設ける方法としては、第１の窒化物半導体層４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、第１の窒化物半導体層４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第１の窒化物半導体層４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。
【００５９】
また、第１の窒化物半導体層４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。
【００６０】
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）に示すように第１の窒化物半導体層４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、あるいは第１の窒化物半導体層４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１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１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１の保護膜１１を形成し、凹部側面のみから第２の窒化物半導体層５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。
【００６１】
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２の窒化物半導体層５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１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。
【００６２】
第１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、第１の窒化物半導体層４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１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第１の窒化物半導体層４上、つまり第１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、第１の窒化物半導体層４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１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１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１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１の保護膜１１を形成する前に、凸部上部の第１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。
【００６３】
次に、ダイシングで凹凸を形成する場合、第１の窒化物半導体層４を上面からダイシング・ソーで第１の窒化物半導体層４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１の保護膜１１を形成する。
【００６４】
凹凸の凸部上部と凹部底部に形成される第１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１の保護膜１１の膜厚は、第２の窒化物半導体層５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１の保護膜１１の膜厚が異なってもよい。
【００６５】
図１（ｂ）の場合のＥＬＯＧ成長による第２の窒化物半導体層５の様子を説明する。まず、第１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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５が凹部底部の第１の保護膜１１を覆うように接合しながら成長を続け、第１の保護膜１１とほぼ同じ高さに成長すると、第１の保護膜１１上に横方向に成長して、第１の保護膜１１を覆い、図１（ｂ）に示すような第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面付近には転位がほとんど見られなくなる。
【００６６】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１の窒化物半導体層４に形成された凹凸の凸部上部のみに第１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。
【００６７】
図１（ｃ）に示すように、第１の窒化物半導体層４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１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２の窒化物半導体層５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１の保護膜１１上に横方向に成長し第１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２の窒化物半導体層５が得られる。得られる第２の窒化物半導体層５は、上記と同様に転位の伝播が良好に抑制される。
【００６８】
図１（ｃ）に示す凹部底部に第１の保護膜１１を形成しない場合の凹凸の形状のサイズは、第１の窒化物半導体層４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第１の窒化物半導体層４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、露出された第１の窒化物半導体層４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第１の窒化物半導体層４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２の窒化物半導体層５が得られ易くなる。
【００６９】
また、形成された凹凸の凸部上部に形成される第１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、凹凸を形成された第１の窒化物半導体層４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。
【００７０】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１の凹凸１３を形成するのみで第１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１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１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１の窒化物半導体層４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１の凹凸１３のみを第１の窒化物半導体層４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。
【００７１】
第１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１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２の窒化物半導体層５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１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１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍ、ストライプ間隔（凹部底部の幅）を１０〜４０μｍ、好ましくは１５〜３５μｍのものを形成することができる。このようなストライプ形状を有していると、転位の低減と面状態を良好にする点で好ましい。更に、凹部の幅が、上記範囲であると、転位の少ない凹部上部にリッジ形状のストライプを形成する際に、凹部の中心部分を避けて、且つ転位の少ない部分に位置するように形成するのに好ましい。
【００７２】
凹部開口部から成長する第２の窒化物半導体層５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。
凹部底部には、ＡｌＧａＮ層３が露出されている、又は窒化物半導体基板１が露出されていることが望ましい。また、凹部の底部は、凹部の幅や凸部の幅等により凹部の深さを調整することが好ましく、この点からも凹部底部の露出部分が選択される。
【００７３】
図１（ｄ）の場合、第２の窒化物半導体層５は、第１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２の窒化物半導体層５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２窒化物半導体層５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２窒化物半導体層５上に再び行い、その場合、第１の窒化物半導体層４上に形成された凹部上部には凸部が来るように第２の窒化物半導体層５上に凹凸を形成することが転位の低減の点で好ましい。
【００７４】
また、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のＥＬＯＧ成長の場合も、第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面に転位が現れている場合には、その部分、例えば、第１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。
【００７５】
第１の工程において、第２の窒化物半導体層５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。
【００７６】
上記第１の工程で得られる窒化物半導体基板１から第２の窒化物半導体層５まで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１の保護膜１１上部及び第１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。
【００７７】
また更に、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）における第１の保護膜１１及び第１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軸方向より０．１°〜０．７°、好ましくは０．１°〜０．５°ずれた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と共に、結晶の歪みや極端な表面モフォロジーを緩和するのに好ましい。
また、第１の保護膜１１上部、及び第１の凹凸１３の凹部上部の第２の窒化物半導体層５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。
【００７８】
次に、第１の工程のＥＬＯＧ成長により第２の窒化物半導体層５を成長させるための窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板１について説明する。
本発明において、窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板１としては、特に限定されないが、第２の窒化物半導体層５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１の工程で得られる第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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。
【００７９】
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５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４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、バッファ層から薄膜の窒化物半導体２５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。
【００８０】
本発明の窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板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２の窒化物半導体層５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４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４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１の工程でのＥＬＯＧ成長を良好に行う点で好ましい。
また、第５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４の窒化物半導体のみとしてもよく、第４の窒化物半導体のみからなると、第３と第４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。
【００８１】
以下に図２〜図５を用いて、第２の工程から順に説明する。
第２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２の工程のＥＬＯＧ成長）により第３の窒化物半導体２２を成長させる工程である。
上記第３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２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３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。
【００８２】
第２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。
【００８３】
第３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３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３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２の工程でのＥＬＯＧ成長の際に、前記第１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３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１の保護膜１１や第１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１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。
【００８４】
第２の工程において、第３の窒化物半導体２２を成長させる第２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、同１１−１６８０７９、同１１−２１８１２２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。
【００８５】
第２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２の保護膜１２を用いる場合と、第２の凹凸１４を形成する場合を挙げて第２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２の工程における、異種基板２１上に、第２の保護膜１２又は第２の凹凸１４を用いて行うＥＬＯＧ成長により得られる第３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２の保護膜１２を部分的に形成し、第２の保護膜１２を形成した面上に第３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２の保護膜１２を形成し、この第２の保護膜１２を形成した面上に第３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２の保護膜１２を形成し、この上から第２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２の凹凸１４を形成し、この第２の凹凸１４を形成した面上に第３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。
【００８６】
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２の保護膜１２や第２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。
【００８７】
また、第２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２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３の窒化物半導体２２の転位が少なくなる傾向にある。
【００８８】
第２の工程において、第２の保護膜１２の形成方法、形状及びサイズ、又第２の凹凸１４の形成方法、形状及びサイズの詳細は、上記第１の工程の窒化物半導体基板１に形成される第１の保護膜１１や第１の凹凸１３の形成方法、形状及びサイズ等と同様である。但し第１の工程では第１の窒化物半導体層４上に第１の保護膜１１又は第１の凹凸１３を形成するのに対して、第２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層２５上等に形成される点が相違する。
【００８９】
ここで、第２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１の工程のＥＬＯＧ成長が行われるが、第１の工程のＥＬＯＧ成長と第２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２の工程のＥＬＯＧ成長が図２の（ｂ）の方法であり、第１の工程のＥＬＯＧ成長が図１の（ｄ）の方法である、または第２の工程では図２（ａ）の方法で、第１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１の工程と第２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向上し易い条件などを考慮して選択される。
また、第１の保護膜１１又は第１の凹凸１３と、第２の保護膜１２又は第２の凹凸１４との形状がストライプ形状である場合、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１１や第１の凹凸１３と、第２の工程で形成されるストライプ形状の第２の保護膜１２や第２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、図７に示すように、０．１°〜０．７°ずれるように形成されることが好ましい。
第１の工程と第２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軸方向に対して図７に示すようにずらされていると、第１の工程でＥＬＯＧ成長により成長される第２の窒化物半導体層５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。さらに、表面モフォロジーは程度が低くなり良好となる。
【００９０】
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軸方向のいずれの方向を基準にして第１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軸方向を基準として、第１の工程と第２の工程とで保護膜や凹凸などを形成すると、第１の工程のＥＬＯＧ成長が良好となり転位の低減された第２の窒化物半導体層５の成長が良好となる傾向がある。さらに、表面モフォロジーは、異常成長が少なくなり好ましい。
【００９１】
第１の保護膜又は第１の凹凸と、第２の保護膜又は第２の凹凸とが、窒化物半導体基板１の同一のＭ軸方向を基準として形成される方法としては、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の保護膜等を形成したり、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１の工程と第２の工程で用いられる保護膜や凹凸をＭ軸方向から０．１°〜０．７°ずらした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１の保護膜と第２の保護膜、あるは第１の保護膜と第２の凹凸、第１の凹凸と第２の保護膜、第１の凹凸と第２の凹凸等がそれぞれ窒化物半導体のＭ軸方向から０．１°〜０．７°ずらした状態となる。
【００９２】
また、前記したように、第２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（図８参照）。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。
【００９３】
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]に対して垂直な軸から左右いずれかに０．１°〜０．７°ずらしてストライプ形状を有していること［窒化物半導体の例えば＜１−１００＞[Ｍ軸方向]から図７に示すように垂直軸の左右のいずれかにθ＝０．１°〜０．７°ずらして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。
【００９４】
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]に対して垂直な軸から上記Ａ面の場合と同様にずらして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）面に対して上記サファイアの場合と同様に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２の窒化物半導体層５等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。また、上記のように各面に対する垂直軸からわずかにずらしてストライプを形成すると表面モフォロジーの点で好ましい。
【００９５】
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面を基準にして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面に対して垂直な軸の左右いずれかにθ＝０．１°〜０．７°ずらした方向で、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面に対して上記のようにややずらした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。更に表面モフォロジーが良好となる。
【００９６】
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、前記Ａ面の場合と同様にＲ面に対して垂直な軸からわずかにずらした方向に、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、さらに良好な表面モフォロジーを得ることができる。
【００９７】
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）面に対してほぼ垂直方向、好ましくは上記サファイアの場合と同様にわずかにずらした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。
【００９８】
次に、本発明の第１の工程で用いる窒化物半導体基板１を成長させる方法において、図３に示すように、第３の工程では、上記第２の工程のＥＬＯＧ成長により形成された第３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４の窒化物半導体２３を成長させる。
第３の工程で、第４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４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４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４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。
【００９９】
第３の工程で成長される第４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４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。
【０１００】
第４の窒化物半導体２３の膜厚は、前記第３の窒化物半導体２２の膜厚より厚く成長される。第４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４の工程で少なくとも異種基板２１を除去された後、第１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４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４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。
【０１０１】
次に、図４に示すように、第４の工程では、第３の工程で第４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４の窒化物半導体２３を有する第１の工程で用いられる窒化物半導体基板１とする。第４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２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３の窒化物半導体２２までが除去されていると、第４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３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４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４の窒化物半導体の一部までを除去してもよい。
第４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４の窒化物半導体２３を第１の工程での窒化物半導体基板１とする場合、第４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１の工程のＥＬＯＧ成長を行う。
【０１０２】
次に、第５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４の工程後に、第５の工程において、第４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５の窒化物半導体を成長させる。第５の工程を有する場合は、第１の工程での窒化物半導体基板１は、少なくとも第４の窒化物半導体と第５の窒化物半導体とからなり、好ましくは第４及び第５の窒化物半導体のみからなる。
【０１０３】
また、第５の工程を有する場合、第５の窒化物半導体２４を成長後に第４の窒化物半導体を除去し、第１の工程で用いられる窒化物半導体基板１として、第５の窒化物半導体２４のみからなるものを用いてもよい。第５の工程後に、第４の窒化物半導体２３を除去して、第５の窒化物半導体２４のみにすると、第４と第５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５の窒化物半導体のみを第１の工程で用いる窒化物半導体基板１とする場合、第５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。
【０１０４】
第５の窒化物半導体２４としては、特に限定されないが、上記第４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５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４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４の窒化物半導体２３の成長面に第５の窒化物半導体２４を成長させると、第４の窒化物半導体２３の反りが軽減され、第１の工程やデバイス工程等を良好に行える。また、第５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５の窒化物半導体２４上に上記第１の工程を行うと、第２の窒化物半導体５の転位の低減及び結晶性の向上の点で好ましい。
【０１０５】
第５の窒化物半導体２４の膜厚は、特に限定されず、第５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４の窒化物半導体２３と第５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４及び第５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４の窒化物半導体２３の膜厚は、上記の膜厚の範囲で且つ第４と第５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。
【０１０６】
次に、本発明の成長方法における代１の工程で用いられる窒化物半導体基板１が窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板を有してなる場合について説明する。
異種基板を有する窒化物半導体基板１としては、異種基板上に成長された窒化物半導体であって、異種基板を除去していない状態のものである。異種基板上に窒化物半導体を成長させる方法は、特に限定されないが、好ましくは図３に示させるような前記の窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板１を成長させための第２の工程と第３の工程から形成される方法が挙げられる。
異種基板を有する窒化物半導体基板１として、前記第２の工程及び第３の工程から得られる図３に示されるような窒化物半導体基板１を用いると、転位の良好に低減された第２の窒化物半導体層５を得る点で好ましい。更に、異種基板を有していると、物理的強度が強くなり、第２の窒化物半導体層５を成長させるための工程の際や、素子構造を形成する工程の際等で、欠けや割れが防止され、ハンドリング性が向上される。但し、異種基板を有しているとやや反りが大きくなり、フォトリソにてストライプ状の保護膜や凹凸を形成する際、走査型の露光装置を用いたり、反りによる基板の熱ムラが生じないように調整して加熱したりするとこが好ましい。
【０１０７】
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２の窒化物半導体５上）に、少なくともｎ型窒化物半導体、ＩｎＧａＮを含んでなる活性層、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があるものの、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。
【０１０８】
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１の工程で形成されるストライプ形状の第１の保護膜１１及び第１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１の保護膜１１の保護膜上部及び第１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１の工程のＥＬＯＧ成長の種類によって、第２の窒化物半導体５表面の平均の転位密度に差はあるが、第１の保護膜１１上部及び第１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。
【０１０９】
【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。
【０１１０】
まず第１の工程で用いられる窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板１と、異種基板を有する窒化物半導体基板１を作製する。
［窒化物半導体基板１の作製方法１：窒化物半導体のみ］
図１（ａ）に示される窒化物半導体基板１から第２の窒化物半導体層５まで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２の工程から第４の工程は図２〜図４を参照）
（第２の工程）
異種基板２１として、図８に示すようにステップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフアングル角θ＝０．１５°、ステップ段差およそ２０オングストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロームであり、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板２１を用いる。
（バッファ層）
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。
【０１１１】
（薄膜の窒化物半導体層２５）
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、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる薄膜の窒化物半導体層２５を５μｍの膜厚で成長させる。
（第２の保護膜１２）
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２の保護膜１２を０．５μｍの膜厚で形成する。
なお、第２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、図７に示されるようにＡ面に垂直な軸の右側に０．３５°ずらした方向とする。このように形成すると、ストライプ方向が、窒化物半導体のＭ軸方向に対して０．３５°ずらした方向となる。
【０１１２】
（第３の窒化物半導体層２２）
第２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、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第３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。但し、第３の窒化物半導体層２２の成長速度は、３μｍ／時間とした。
【０１１３】
得られた第３の窒化物半導体層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２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。
【０１１４】
（第３の工程）
次に、第３の窒化物半導体層２２上に、アンドープのＧａＮからなる第４の窒化物半導体層２３をＨＶＰＥ装置により２００μｍの膜厚で成長させる。但し、第４の窒化物半導体層２３の成長速度は、５０μｍ／時間とした。
【０１１５】
（第４の工程）
次に、第４の窒化物半導体層２３を成長後に、サファイア基板２１から第３の窒化物半導体層２２までを研磨により除去して第４の窒化物半導体層２３のみの窒化物半導体基板１が得られる。
得られた第４の窒化物半導体層２３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４の窒化物半導体層２３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。
得られた第４の窒化物半導体層２３を窒化物半導体基板１−１とする。
【０１１６】
［窒化物半導体基板１の作製方法２：窒化物半導体のみ］
窒化物半導体基板１の作製方法１において、第３の工程で成長される第４の窒化物半導体層２３の膜厚を１５０μｍとし、更に第４の工程後に下記第５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５の工程）
サファイア基板等を除去された第４の窒化物半導体層２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第５の窒化物半導体層２４を、ＨＶＰＥ装置により、２００μｍの膜厚で成長させる（図５）。成長速度は、５０μｍ／時間である。
得られた第４窒化物半導体層２３及び第５の窒化物半導体層２４からなる窒化物半導体を、窒化物半導体基板１−２とする。
【０１１７】
［窒化物半導体基板１の作製方法３：窒化物半導体のみ］
以下に図１（ｂ）に示される窒化物半導体基板１から第２の窒化物半導体層５までからなる窒化物半導体の基板を製造させる工程を示す。
【０１１８】
窒化物半導体基板１の作製方法２において、薄膜の窒化物半導体層２５の膜厚を２μｍとし、図２（ｂ）に示す第２の保護膜を下記のように形成し、更に下記に示す内容の他は同様にして作製する。
【０１１９】
（第２の保護膜１２）
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１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）３μｍのＳｉＯ2よりなる第２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層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層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軸の右側に０．３５°ずらした方向で形成する。
【０１２０】
薄膜の窒化物半導体層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層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３の窒化物半導体層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２の保護膜１２を形成する。
【０１２１】
また、第３の窒化物半導体層２２の成長速度は、２μｍ／時間として行い、第４の窒化物半導体層２３を１００μｍの膜厚で成長させ、第５の窒化物半導体層２４を２５０μｍの膜厚で成長させる。
【０１２２】
得られた第４の窒化物半導体層２３と第５の窒化物半導体層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。
得られた第４の窒化物半導体層２３と第５の窒化物半導体層２４とからなる窒化物半導体を、窒化物半導体基板１−３とする。
【０１２３】
［窒化物半導体基板１の作製方法４：窒化物半導体のみ］
以下に図１（ｃ）の基板を製造する方法について記載する。
【０１２４】
窒化物半導体基板１の作製方法３において、図２（ｃ）に示す第２の保護膜を下記のように形成し、更に下記に示す内容の他は同様にして作製する。
【０１２５】
（第２の保護膜１２）
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１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）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装置によりサファイア基板１が露出するまで薄膜の窒化物半導体層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層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２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軸から右側に０．３５°ずれた方向である。
【０１２６】
また、第４の窒化物半導体層２３を１５０μｍの膜厚に成長させ、第５の窒化物半導体層２４を、２００μｍの膜厚に成長させる。
以上の工程を経ることにより、第４の窒化物半導体層２３と第５の窒化物半導体層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。
得られた第４の窒化物半導体層２３及び第５の窒化物半導体層２４からなる窒化物半導体を、窒化物半導体基板１−４とする。
【０１２７】
［窒化物半導体基板１の作製方法５：窒化物半導体のみ］
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。
【０１２８】
窒化物半導体基板１の作製方法３において、図２（ｄ）に示す第２の凹凸を下記のように形成する他は同様にして作製する。
【０１２９】
（第２の凹凸１４）
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）１５μｍ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を異種基板２１が露出する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２の凹凸１４を形成する。
なお、第２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軸から右側に０．３５°ずれた方向で形成する。
【０１３０】
上記の工程を経ることにより、第４の窒化物半導体層２３と第５の窒化物半導体層２４からなる窒化物半導体基板が得られる。得られた第５の窒化物半導体層２４表面には、５×１０6個／ｃｍ2程度の転位が見られた。また、第４の窒化物半導体層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２の凹凸１３のストライプ方向に平行に分布している。
得られた第４及び第５の窒化物半導体層からなる窒化物半導体を、窒化物半導体基板１−５とする。
【０１３１】
［窒化物半導体基板１の作製方法６：窒化物半導体のみ］
窒化物半導体基板１の作製方法５において、第５の工程で第５の窒化物半導体層２４を３００μｍの膜厚で成長させ、その後第４の窒化物半導体層２３を研磨して除去し、ほぼ２５０μｍの膜厚の第５の窒化物半導体層２４を第１の工程で用いられる窒化物半導体基板１とする他は同様にする。
得られた第５の窒化物半導体層２４は、窒化物半導体基板１の作製方法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。
得られた基板を窒化物半導体基板１−６とする。
【０１３２】
［窒化物半導体基板１の作製方法７：窒化物半導体のみ］
窒化物半導体基板１の作製方法１において、第３の窒化物半導体層２２を成長させる際に、ＳｉとＭｇの不純物を５×１０17／ｃｍ3ドープする他は同様にして第４の窒化物半導体層２３からなる窒化物半導体基板１−７を作製する。
【０１３３】
［窒化物半導体基板１の作製方法８：窒化物半導体のみ］
窒化物半導体基板１の作製方法１において、第３の工程で第４の窒化物半導体層２３を成長させる際に、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3ドープする他は同様にして第４の窒化物半導体層２３からなる窒化物半導体基板１−８を作製する。
【０１３４】
［窒化物半導体基板１の作製方法９：異種基板を有する］
窒化物半導体基板１の作製方法１において、異種基板２１を除去する第４の工程を行わずに、異種基板２１を有する第４の窒化物半導体層２３を窒化物半導体基板とする他は同様である。
得られた異種基板２１を有する第４の窒化物半導体層２３を窒化物半導体基板１−９とする。
【０１３５】
以下に、上記で得られた窒化物半導体基板１−１〜１−８を用いて、本発明の第１の工程を以下のように行い、素子構造を形成するための基板となる本発明の窒化物半導体の基板を作製する。
【０１３６】
［実施例１］
以下に上記の窒化物半導体基板１の作製方法１で得られた第４の窒化物半導体層２３からなる窒化物半導体基板１−１を用いて第１の工程により本発明の窒化物半導体の基板を成長させる。
（第１の工程）
上記の窒化物半導体基板１の作製方法１で得られた第４の窒化物半導体層２３からなる窒化物半導体基板１−１上に、温度を１０００℃とし、ＡｌＮからなる緩和層３を１０００オングストロームの膜厚で成長させる。
次に形成されたＡｌＮの緩和層３上に、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層４を２μｍの膜厚で成長させる。
次に、第４の窒化物半導体２３の異種基板を除去した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０．３５°ずらした方向となるように、つまり第２の保護膜１２と第１の保護膜１１が平行となるように、第１の保護膜１１を第１の窒化物半導体層４の成長面に、上記第２の工程で形成した第２の保護膜１２と同様に形成する。
第１の保護膜１１を形成後、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体層５をＭＯＣＶＤ装置で１５μｍの膜厚で成長させる。
第２の窒化物半導体層５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１の保護膜１１上部の第２の窒化物半導体層５の表面にはほとんど転位が見られない。さらに表面状態は、良好であり、極端な表面モフォロジーが緩和されている。さらに第２の窒化物半導体層５の横方向の成長が促進される。
【０１３７】
（実施例２〜実施例８）
実施例１において、緩和層３の組成、成長温度及び膜厚、さらに第１の保護膜１１のＭ軸方向に対するストライプ方向（図７に示すようにＭ軸方向に対する垂直軸からの右へのズレをプラスとし、左へのズレをマイナスとする）を、下記表１に示すように変更する他は同様にして第１の工程を行う。また、特に断りがない場合は、第１の保護膜１１と第２の保護膜１２とが、３種ある内の同一のＭ軸を基準として形成されている。実施例８は、第１の保護膜１１が第２の保護膜１２と平行でないようなそれぞれ異なるＭ軸を基準として形成されている。
【０１３８】
【表１】
【０１３９】
以下に、実施例２〜実施例８の第２の窒化物半導体層５の表面状態等の評価を下記表２に示す。
【０１４０】
【表２】
【０１４１】
［実施例９］
実施例１において、第１の工程で用いる窒化物半導体基板１として窒化物半導体基板１−２〜１−８に変える他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長っせる。但し、窒化物半導体基板の作製方法で第２の保護膜１２を形成してなる場合は、第１の保護膜１１を第２の保護膜１２の形成方法と同様に形成し、窒化物半導体基板の作製方法で第２の凹凸１４を形成してなる場合は、第１の凹凸を第２の凹凸の形成方法と同様に形成する。
得られる各第２の窒化物半導体層５は、実施例１と同様に良好である。但し、窒化物半導体基板の成長方法の相違によりやや転位密度に差が生じている場合がある。
【０１４２】
［実施例１０］
実施例１において、緩和層３を、５５０℃でＧａＮからなる低温成長緩和層３ａを２００オングストロームの膜厚で成長させ、この緩和層３ａ上に１０００℃でＡｌＮからなる高温成長緩和層３ｂを１０００オングストロームの膜厚で成長させる他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長させる。
得られた第２の窒化物半導体層５は、実施例１と同様に良好である。
【０１４３】
［実施例１１］
実施例１において、緩和層３及び第１の窒化物半導体層４に変えて、１０００℃でＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎを２μｍ成長させる他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長させる。
得られる第２の窒化物半導体層５は、実施例１とほぼ同様に良好である。
【０１４４】
［実施例１２］
実施例３において、緩和層３を、温度５５０℃でＡｌＮからなる膜厚２００オングストロームとする他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長させる。
得られる第２の窒化物半導体層５は、実施例３とほぼ同様の結果が得られるが、実施例３より転位密度が減少する。
【０１４５】
［実施例１３］
実施例１において、第１の工程で用いられる窒化物半導体基板を、窒化物半導体基板１の作製方法９で得られる異種基板２１を有する窒化物半導体基板１−９を用いる他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長させる。但し、異種基板２１を有しているため、実施例１よりやや反りが大きくなるので、第１の保護膜の形成時、及び基板の加熱の際等に、反りによる不都合の生じないように調整しながら行う。
得られた第２の窒化物半導体層５は、実施例１とほぼ同様の結果が得られる。更に、異種基板を有しているため、欠けや割れが実施例１より防止され、ハンドリング性の点では良好である。
【０１４６】
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。
【０１４７】
［実施例１４］
実施例１により得られた窒化物半導体基板１−１から第２の窒化物半導体層５までからなる基板上に、以下のデバイス構造を順に成長させる。
【０１４８】
（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。
【０１４９】
（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。
【０１５０】
（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。
【０１５１】
（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。
【０１５２】
（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。
【０１５３】
（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。
【０１５４】
（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。
【０１５５】
（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。
【０１５６】
（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。
【０１５７】
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１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１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１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１の保護膜６１が形成できる。
【０１５８】
さらに、図１０（ｄ）に示すように、ストライプ状の第１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１の保護膜１１の上部で且つ第１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２の保護膜６２を、第１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１の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【０１５９】
次に図１０（ｇ）に示すように、ｐ側コンタクト層８０の上の第１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２の保護膜６２の上に渡って形成する。
第２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。
【０１６０】
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、５０℃において、出力５ｍＷで、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認され、１０００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、さらに同一の本発明の窒化物半導体基板から得られる素子の素子特性のバラツキが少なくなり、歩留まりが向上する。
【０１６１】
［実施例１５］
実施例７で窒化物半導体の基板として実施例９で得られる窒化物半導体基板１の作製方法８で得られる第４の窒化物半導体層２３にＳｉがドープされてなる窒化物半導体基板１−８を用いて成長された第２の窒化物半導体層５を用い、図１１に示される素子を作製する。図１１は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体の基板を用いてなる一実施の形態のレーザ素子の構造を示す模式断面図である。
【０１６２】
第２の窒化物半導体層５上に下記の素子構造を成長させる。
【０１６３】
（ｎ側クラッド層４３）
次に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。
【０１６４】
（ｎ側光ガイド層４４）
続いて、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層４４を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【０１６５】
（活性層４５）
次に、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させる。
【０１６６】
（ｐ側キャップ層４６）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、かつ活性層４５よりも大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ側キャップ層４６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１６７】
（ｐ側光ガイド層４７）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇを１×１０18／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層４７を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【０１６８】
（ｐ側クラッド層４８）
次に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。
【０１６９】
（ｐ側コンタクト層４９）
最後に、Ｍｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層４９を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１７０】
反応終了後、反応容器内において、ウェーハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、図１１に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ型コンタクト層４９と、ｐ型クラッド層４８とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とし、リッジ表面の全面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極５１を形成する。
【０１７１】
次に、図１１に示すようにｐ電極５１を除くｐ側クラッド層４８、コンタクト層４９の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜５０を形成し、この絶縁膜５０を介してｐ電極５１と電気的に接続したｐパッド電極５２を形成する。
【０１７２】
ｐ側電極形成後、窒化物半導体基板１−８の素子構造を有していない面の表面全面に、Ｔｉ／Ａｌよりなるｎ電極５３を０．５μｍの膜厚で形成し、その上にヒートシンクとのメタライゼーション用にＡｕ／Ｓｎよりなる薄膜を形成する。
【０１７３】
その後、ｎ電極側５３からスクライブし、第２の窒化物半導体層３のＭ面（１１−００、図６の六角柱の側面に相当する面）で第２の窒化物半導体層５を劈開し、共振面を作製する。共振面の両方あるいはどちらか一方に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、バーを切断してレーザチップとした。次にチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシンクに設置し、ｐパッド電極５２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ところ、室温において、連続発振が確認され、良好な寿命特性を示す。更に歩留まりが良好となる。
【０１７４】
［実施例１６］
実施例１４において、窒化物半導体の基板として、実施例２〜実施例８、実施例１０〜実施例１３で成長される第２の窒化物半導体層５に実施例１４と同様の素子構造を成長させる他は同様にしてレーザ素子を作製する。
得られた各種のレーザ素子は、実施例１４とほぼ同様に、寿命特性が良好であり、素子特性のバラツキが少なく、さら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時等に欠けや割れが防止され歩留まりが良好となる。但し、異種基板２１を有する窒化物半導体基板１−９を用いてなる素子の場合は、劈開する前に異種基板２１を除去してから行う。
【０１７５】
【発明の効果】
本発明の窒化物半導体の成長方法は、窒化物半導体を基板とした場合、この基板上にデバイス構造を形成してなる素子の実用化に際しての信頼性をより向上させるために、寿命特性のさらなる向上と、量産する際の歩留まりの向上が可能となるようなデバイス構造の基板となり得る窒化物半導体を得ることができる。
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１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１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１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１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。
【図１１】図１１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。
【符号の説明】
１・・・窒化物半導体基板
３・・・緩和層Ｎ
４・・・第１の窒化物半導体層
５・・・第２の窒化物半導体層
１１・・・第１の保護膜
１２・・・第２の保護膜
１３・・・第１の凹凸
１４・・・第２の凹凸
２１・・・異種基板
２２・・・第３の窒化物半導体層
２３・・・第４の窒化物半導体層
２４・・・第５の窒化物半導体層
２５・・・薄膜の窒化物半導体層
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）の成長方法に係り、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、基板が窒化物半導体であるので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に渡って連続発振できるが、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】
この原因の一つとして、ＨＶＰＥで厚膜に成長された窒化物半導体の表面には、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、この転位が素子の動作中に活性層等へ伝播し、寿命特性を十分良好にすることができないのではないかと考えられる。
上記ＨＶＰＥで成長された窒化物半導体の表面の転位密度は、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ものの、実用化に際しての素子の信頼性を十分にするための寿命特性のさらなる向上の達成においては、転位が障害になっているのではないかと考えられる。
更にまた、同一の窒化物半導体基板を用いたにもかかわらず、得られる個々の素子の寿命特性にはかなりのバラツキが見られる。レーザ素子を量産するにあたっては歩留まりの向上が望まれる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、窒化物半導体を基板とした場合、この基板上にデバイス構造を形成してなる素子の実用化に際しての信頼性をより向上させるために、寿命特性のさらなる向上と、量産する際の歩留まりの向上が可能となるような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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、下記構成（１）〜（４）により、本発明の目的を達成することができる。
（１） 窒化物半導体基板上に、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層を形成する工程と、前記窒化物半導体層上に、窒化物半導体基板のＭ軸方向である＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向より０．１°〜０．７°ずれた方向に、ストライプ形状で形成された保護膜を部分的に形成する工程と、前記保護膜の形成面上に第２の窒化物半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
（２） 前記窒化物半導体層が、窒化物半導体基板上に、Ａｌ ｂ Ｇａ １−ｂ Ｎ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成し、その上に、Ａｌ ｅ Ｇａ １−ｅ Ｎ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成した多層構造であることを特徴とする。
（３） 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。
（４） 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。
（５）窒化物半導体基板上に、Ａｌ ｂ Ｇａ １−ｂ Ｎ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成し、その上に、Ａｌ ｅ Ｇａ １−ｅ Ｎ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物半導体層の表面に、窒化物半導体基板のＭ軸方向である＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向より０．１°〜０．７°ずれた方向に、ストライプ形状の凹凸を形成する工程と、前記凹凸を形成した第１の窒化物半導体層上に、第２の窒化物半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
【０００８】
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、ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層、好ましくはＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成した上にＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成した後に、横方向の成長を利用して第２の窒化物半導体層をＥＬＯＧ成長をさせることにより、素子の劣化を防止でき寿命特性を飛躍的に向上させることができると共に、歩留まりの向上も可能となるデバイスを形成させるための基板となる窒化物半導体を得ることができる成長方法を提供することができる。
上記本発明の成長方法により得られる窒化物半導体は、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１の工程における窒化物半導体基板から転位の低減された第２の窒化物半導体層までが、デバイス構造を形成するための基板となり得るので、以下単に本発明の基板、又は本発明の窒化物半導体基板とする場合がある。
【０００９】
従来、前記課題で示したＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．に示されているように、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、ＨＶＰＥにより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している。そのため、前記したようにＨＶＰＥで厚膜に成長された窒化物半導体の表面には、ＭＯＣＶＤで成長させた時点で保護膜上方部の転位のほとんどなかった部分に、ＨＶＰＥによる成長の過程で転位が窓部上方部から伝播してしまうために、寿命特性を十分満足できる程度まで向上させることができないのではないかと考えられていた。
このことに対し、本出願人は、特願平１１−８０２８８号明細書に、ＨＶＰＥで厚膜に成長された窒化物半導体上に、再びＥＬＯＧ成長させることで転位のほとんどない部分を形成し、寿命特性の向上が可能となる技術を提案している。
【００１０】
しかしながら、上記本出願人が提案した技術では、前記従来技術に比べれば寿命特性の向上が可能となるものの、素子を量産する場合には、歩留まりが良好となり難い。つまり、得られた窒化物半導体を基板としてデバイス構造を形成してなる素子は、寿命特性のかなり良好なものがある一方で、寿命特性の極端に良くないもの等もあり、素子の特性に一環性が見られにくい。
【００１１】
本発明者は、この寿命特性の向上に加えて歩留まりの向上を達成すべく、種々検討した結果、寿命特性の向上と歩留まりの向上のためには、転位のみならず表面モフォロジーが影響しているのではないかと考えた。実際、ＨＶＰＥで厚膜に成長させた窒化物半導体の成長表面には、歪んだ結晶成長や極端な表面のモフォロジーが観察できる。
そこで、本発明者は、寿命特性のさらなる向上と、歩留まりの向上の両者を達成するために、転位の低減と表面モフォロジーの緩和を試みた。
【００１２】
まず、本発明は、窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長させて転位のほとんどない部分を形成する前に、窒化物半導体基板上に、ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層を、好ましくは窒化物半導体基板上にＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成した上にＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成してなる少なくとも２層を、成長させることで、ＨＶＰＥ等で厚膜に成長させる過程で生じる結晶の歪みや極端な表面モフォロジーを緩和することが可能となる。
さらに本発明は、表面モフォロジーの緩和された窒化物半導体基板上に成長された第１の窒化物半導体層上に、ＥＬＯＧ成長により第２の窒化物半導体層を成長させることにより、表面モフォロジーが良好な且つ転位のほとんどない部分を有するデバイス構造を形成するための窒化物半導体を得ることができる。
【００１３】
そして、このような表面モフォロジーの良好な且つ転位のほとんどない部分を有する窒化物半導体を基板としデバイス構造を形成すると、寿命特性の飛躍的な向上と共に、歩留まりの向上が可能となる。さらに、本発明の窒化物半導体基板を用いてなる素子は、前記特願平１１−８０２８８号明細書に記載の表面モフォロジーを緩和することなくＥＬＯＧ成長して得られた窒化物半導体を用いてデバイス構造を形成してなる素子よりも、寿命特性が良好となる。このことから、表面モフォロジーの緩和が歩留まりの向上を達成するのみならず、転位の低減と相乗作用し、寿命特性の向上にも寄与していると推測できる。
【００１４】
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、基板の転位や表面のモフォロジーが寿命特性や歩留まり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。
【００１５】
また更に、本発明において、第１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１の工程のＥＬＯＧ成長と言う場合がある。）が、第１の窒化物半導体層上に第１の保護膜を部分的に形成し、その後、第１の保護膜の形成面上に第２の窒化物半導体層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１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軸方向より、０．１°〜０．７°ずれた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とともに、表面モフォロジーを良好にするのに好ましい。更に第１の保護膜が、後述の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の凹凸と平行に形成されていると、第２の窒化物半導体層の横方向の成長がより良好となり、第２の窒化物半導体層上を良好に得ることができ、転位の低減や歩留まりの点でも好ましい。
【００１６】
ここで、上記Ｍ軸方向より０．１°〜０．７°ずれた方向とは、例えば、オリフラ面をＭ軸方向に対して垂直な面となるようにした場合、図７に示すようにオリフラ面に垂直な軸から、左右いずれかにθ＝０．１°〜０．７°ずらしてストライプを形成することを示す。また、後述の第１の凹凸や、第２の保護膜及び第２の凹凸の場合も同様である。
【００１７】
また更に、本発明において、第１の工程のＥＬＯＧ成長が、第１の窒化物半導体層の表面に第１の凹凸を形成するのみで、その第１の凹凸を有する面上に第２の窒化物半導体層を成長させると、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１の保護膜を用いない。
また更に、本発明において、第１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軸方向より、０．１°〜０．７°ずれた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と共に、表面のモフォロジーを良好とするのに好ましい。
【００１８】
また更に、本発明において、第１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形成された第１の窒化物半導体層上に、ＥＬＯＧ成長させて得られる第２の窒化物半導体層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。
【００１９】
更に本発明において、窒化物半導体基板が、上記第２の工程〜第４の工程から得られる少なくとも第４の窒化物半導体層からなるものであると、第４の窒化物半導体層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４の窒化物半導体層の上にＥＬＯＧ成長させて得られる第２の窒化物半導体層の表面には更に転位が低減され好ましい。また、第４の窒化物半導体層を成長させる際に、成長速度の速い方法により成長させると、第４の窒化物半導体層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１の工程における、ＡｌaＧａ1-aＮ、緩和層、第１の窒化物半導体層等は、第４の窒化物半導体層の異種基板を除去した面とは反対の面上に成長させる。
【００２０】
更に、本発明において、窒化物半導体基板が、前記第４の工程後に、第５の工程を経て得られる第４の窒化物半導体層とその上に成長された第５の窒化物半導体層とからなるものであると、反りが軽減され、第１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４の窒化物半導体層の成長面と除去面との面状態が異なるため、第４の窒化物半導体層に反りが発生する傾向が見られる場合があるが、第４の窒化物半導体層の成長面（異種基板の除去面とは反対の面）に第５の窒化物半導体層を成長させると、第４の窒化物半導体層の反りが軽減される。また異種基板を除去後に第５の窒化物半導体層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。
【００２１】
また本発明において、第１の工程で用いられる窒化物半導体基板が、第２の工程及び第３の工程から得られる異種基板上に、第３の窒化物半導体層及び第４の窒化物半導体層を積層してなる異種基板付きの窒化物半導体基板であると、第１の工程を行う際、デバイス構造を形成する際等に、窒化物半導体基板の欠けや割れが防止され、ハンドリングンの点で好ましい。ただし、異種基板を有していると、熱膨張係数の差により反りがやや大きくなるので、露光により保護膜及び凹凸を形成する際のズレや、基板を加熱する際の熱ムラの生じないようにして行うことが望ましい。
【００２２】
更に本発明において、第２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２の保護膜を部分的に形成して第３の窒化物半導体層を成長させる工程、又は異種基板上に成長された窒化物半導体上に、第２の凹凸を形成して第３の窒化物半導体層を成長させる工程、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２の窒化物半導体層を成長させるのに好ましい。
更に本発明において、第２の工程で形成される第２の保護膜又は第２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軸方向より、０．１〜０．７°ずれた方向に形成されたストライプ形状であり、且つ、第１の工程で形成される第１の保護膜又は第１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第２の窒化物半導体層の転位を低減するのに好ましいと共に、表面モフォロジーの点でも好ましい。
【００２３】
ここで、第１の保護膜などを形成する際には、既に第２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の保護膜等を形成する。このように形成することにより、第１の保護膜と第２の保護膜、あるは第１の保護膜と第２の凹凸、第１の凹凸と第２の保護膜、第１の凹凸と第２の凹凸等がそれぞれ平行となる。
また例えばオリエンテーションフラット面（オリフラ面）を窒化物半導体の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１の工程と第２の工程で用いられる保護膜や凹凸をＭ軸方向から上記のようにややずらしててなるストライプ形状として形成可能である。
【００２４】
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〜第２の窒化物半導体層までの窒化物半導体、又は、異種基板から第２の窒化物半導体層まで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、ＩｎＧａＮを含んでなる活性層、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１の保護膜又はストライプ形状の第１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。ここでストライプが上記のようにＭ軸方向からわずかにズレいている場合でも、良好な劈開面が得られる。
【００２５】
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１の保護膜の上部、又は第１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１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。さらに、第１の保護膜、第１の凹凸の凹部の中心部分は、隣接の横方向によって成長した窒化物半導体が接合する部分なので、空隙等が生じる場合があり、このためリッジ形状のストライプを形成する際には、接合部分、保護膜等の中心部分上方部を避けて形成することが寿命特性の向上の点で好ましい。
【００２６】
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。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いて本発明を詳細に説明する。
まず、図１〜５を用いて本発明の窒化物半導体の成長方法で用いられる窒化物半導体基板が窒化物半導体のみからなる場合について説明する。
本発明を詳細に説明する。
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１の工程を有する窒化物半導体の成長方法を説明する。
【００２８】
本発明の成長方法は、窒化物半導体基板上に、ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層を形成した後、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（ＥＬＯＧ成長）により、更に窒化物半導体層を成長させる第１の工程を有する窒化物半導体の成長方法である。
このように、窒化物半導体基板上にＥＬＯＧ成長させる前に窒化物半導体基板の結晶の歪みや極端な表面モフォロジーをＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層を成長させることにより緩和でき、ＥＬＯＧ成長が良好となり転位が良好に減少し、更に表面モフォロジーが良好となる。
【００２９】
上記ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層は、ＨＶＰＥ等で厚膜に成長される途中で生じる結晶の歪みや、極端な表面モフォロジーを緩和することができる。その結果、第１の工程で行われるＥＬＯＧ成長が、従来と比べてより良好となると共に、ＥＬＯＧ成長で成長された窒化物半導体層の表面モフォロジーも良好となり、寿命特性及び歩留まりが良好となるデバイス構造を形成するための基板となる窒化物半導体を得ることができる。
【００３０】
上記ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層としては、１層でも、下記の好ましい形態のように緩和層３と、第１の窒化物半導体層４とからなる２層以上の層から構成される層としてもよい。１層で構成される場合は、下記の第１の窒化物半導体層４を成長させることが好ましく、さらに好ましくはＡｌの含まれた第１の窒化物半導体層４であってＡｌの組成比を０．２以下程度の小さい値の窒化物半導体とすることが、結晶の歪み及び表面モフォロジーの点で好ましい。
【００３１】
以下に、上記ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層が、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３とＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層４とからなる好ましい形態の場合について説明する。
本発明の好ましい窒化物半導体の成長方法の一実施の形態としては、第１の工程により、窒化物半導体基板１上に、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）からなる緩和層３を形成し、その上にＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層４を形成して、窒化物半導体基板１の結晶の歪みや極端な表面モフォロジーを緩和した後、窒化物半導体の横方向の成長を利用して第２の窒化物半導体層５を成長させることにより（第１の工程のＥＬＯＧ成長）、転位の良好に低減された更に表面モフォロジーが良好な第２の窒化物半導体層５を得ることができる。
【００３２】
ここで、窒化物半導体基板１の歪みとは、窒化物半導体をＨＶＰＥ等で厚膜に成長させる過程で、例えば一部分の結晶がねじれるように成長したりして、歪みが生じることである。例えば、オリフラ面に窒化物半導体のＭ面がほぼ一致するように成長を始めても、厚膜に成長した後では、Ｍ面がオリフラ面から数十度ずれた状態となる場合等、結晶が徐々にずれて成長することが挙げられる。
また、極端な表面モフォロジーとは、ＭＯＣＶＤ等で成長させた時点での窒化物半導体の表面、例えば本発明の図２の第３の窒化物半導体層２２の表面、には、例えば曲線状の細かい緩やかな波状の凹凸が生じているが、厚膜に成長させる段階でこの細かい緩やかな凹凸が強調された状態の表面モフォロジーを示す。
上記のように結晶の歪みや極端な表面モフォロジーが生じたままＥＬＯＧ成長によって本発明の第２の窒化物半導体層５を成長させるのではなく、上記のＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層、好ましくはＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３とＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層４とを、成長後に、第２の窒化物半導体層５を成長させることで、飛躍的な寿命特性の向上と、歩留まりの向上を達成することができる。
【００３３】
また、以下の第１工程の説明の中等で、第１の工程のＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３を形成し、その上にＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層４を形成して表面を改質させる段階を第１の工程の前工程とし、その後窒化物半導体の横方向の成長を利用して第２の窒化物半導体層５を成長させる段階を第１の工程の後工程（第１のＥＬＯＧ成長）とする場合がある。
【００３４】
以下に、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３について説明する。
本発明において、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層３は、厚膜の窒化物半導体基板の表面を改質するための層であるのでバッファ層のような機能を有していると考えられる。このような層３を成長させると、結晶性の回復及び結晶の歪みの緩和の点で好ましく、更に極端な表面のモフォロジーを緩和でき好ましい。
ＡｌbＧａ1-bＮで示される緩和層３は、一般式で示される組成からなる少なくとも１層以上の層であればよく、複数の層を成長させてもよい。
具体的な好ましいＡｌbＧａ1-bＮで示される緩和層３としては、例えば、低温成長させてなる低温成長緩和層３ａ及び高温成長させてなる高温成長緩和層３ｂのうちの少なくとも１層を成長させてなる層が挙げられる。
【００３５】
低温成長緩和層３ａとしては、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される窒化物半導体であればよく、好ましくはＡｌ組成比の少ない窒化物半導体、更に好ましくはＡｌを含まない窒化物半導体が挙げられる。低温成長緩和層３ａは、歪み及び表面モフォロジーをキャンセルする点で好ましく、Ａｌ組成比が少ないとより好ましい。
高温成長緩和層３ｂとしては、ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）で示される窒化物半導体であればよく、好ましくはＡｌが含有されてなる窒化物半導体であり、より好ましくはＡｌＮからなる窒化物半導体が挙げられる。高温成長緩和層３ｂは、歪みの緩和及び結晶性の回復の点で好ましく、ＡｌＮであるとより好ましい。
このような緩和層３ａ及び緩和層３ｂの少なくとも１層と、第１の窒化物半導体層４とを組み合わせると、ＥＬＯＧ成長により形成される第２の窒化物半導体層５を転位の良好に低減された表面モフォロジーの緩和された良好な窒化物半導体として得ることができる。
【００３６】
上記の低温成長緩和層３ａの成長温度としては、例えば具体的に好ましくは ８００℃未満〜２００℃、より好ましくは７００℃〜３００℃の温度が挙げられる。このような温度で成長させると、結晶の歪み及び表面モフォロジーのキャンセルと、後の成長の結晶性の両方の点で好ましい。
また、上記の高温成長緩和層３ｂの成長温度としては、エピタキシャル成長が可能な温度であり、具体的に好ましくは８００℃〜１２００℃、より好ましくは９００℃〜１１５０℃の温度が挙げられる。このような温度で成長させると、結晶の歪み及び表面モフォロジーのキャンセルと、結晶性の両方の点で好ましい。
【００３７】
上記緩和層３の膜厚としては、特に限定されないが、好ましくは５０〜１００００オングストローム、より好ましくは１５０〜５０００オングストロームである。
緩和層３が、低温成長緩和層３ａ及び高温成長緩和層３ｂのうちの少なくとも１層からなる場合は、各層の膜厚の合計が上記緩和層３の膜厚となるように調整されていればよい。
低温成長の層３ａ及び高温成長の層３ｂを成長させる際の膜厚としては、全体の層の膜厚が上記範囲であればどのような組み合わせの膜厚でもよいが、温度によって層の成長及び窒化物半導体基板の表面の改質等の点から成長させる層がより良好に機能する膜厚となるように適宜選択、調整される。
例えば低温成長緩和層３ａの膜厚としては、１０〜２０００オングストローム、好ましくは１００〜２０００オングストロームであり、このような膜厚であると結晶性の保持の点で好ましい。
また、高温成長緩和層３ｂの膜厚としては、５０〜１００００オングストローム、好ましくは１００〜７０００オングストロームであり、このような膜厚であると結晶性の保持の点で好ましい。
【００３８】
また、本発明において、緩和層３は、条件によっては形成しなくてもく、緩和層３を形成しない場合、第１の窒化物半導体層４をＡｌを含み且つＡｌ組成比の小さい窒化物半導体とすることが、結晶の歪み及び表面モフォロジーの緩和の点で好ましい。
【００３９】
次に緩和層層３上に成長させる第１の窒化物半導体層４について説明する。
本発明において、第１の窒化物半導体層４としては、第１の工程の後工程で行われるＥＬＯＧ成長が良好に行えるような組成の窒化物半導体であればよく、具体的には、ＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜１）で示される窒化物半導体が挙げられ、好ましくは緩和層３と組み合わせて形成する場合はＡｌを含まない窒化物半導体が挙げられ、緩和層３を形成しない場合にはＡｌ組成比の少ない（好ましくは例えば０≦ｅ≦０．３）の窒化物半導体が挙げられる。
上記のような組成の第１の窒化物半導体層４を成長させると、結晶方向のそろった良好な面を得る点で好ましい。
【００４０】
第１の窒化物半導体層４の膜厚としては、特に限定されないが、例えば具体的には０．２〜５０μｍが好ましく、より好ましくは０．５〜２０μｍであり、さらに好ましくは０．５〜１０μｍである。第１の窒化物半導体層４の膜厚が上記範囲であると、表面状態を良好にする点で好ましい。
【００４１】
第１の窒化物半導体層４の成長温度としては、エピタキシャル成長できる温度であれば特に限定されず、例えば好ましくは８００℃〜１２００℃、より好ましくは９００℃〜１１５０℃程度の温度が挙げられる。このような温度で成長させると結晶性の改善の点で好ましい。
【００４２】
上記の緩和層３及び第１の窒化物半導体層４は、ＭＯＣＶＤ等の装置を用いて成長される。
上記のように緩和層３［緩和層３ａ及び緩和層３ｂ］及び第１の窒化物半導体層４の各層のみを成長させた場合でも、結晶の歪みや表面モフォロジーをの緩和するが、両者を組み合わせて成長させることで、緩和層３が結晶の歪みと極端な表面モフォロジーを緩和した後、第１の窒化物半導体層４が結晶方向をそろえるので、各層が相乗的に作用し、第１の工程の後工程でＥＬＯＧ成長させて形成される第２の窒化物半導体層５が良好に転位の低減された更に結晶性と表面モフォロジーの良好な窒化物半導体となる。
【００４３】
次に、第１の工程の前工程で成長させた第１の窒化物半導体層４上に、第１の工程の後工程で横方向の成長を利用して第２の窒化物半導体層５をＥＬＯＧ成長させる。
【００４４】
第１の工程において、第２の窒化物半導体層５を成長させる第１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２の窒化物半導体層５を成長させることができると推測される。
【００４５】
第１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、同１１−１６８０７９、同１１−２１８１２２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、異種基板上のに近接した層で行われているのに対し、本発明の第１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。そして、本発明の第１の工程では、保護膜又は凹凸の形成や、表面改質がＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層上に、好ましくは第１の窒化物半導体層４上に行われる。
【００４６】
本発明の第１の工程のＥＬＯＧ成長の好ましい具体例としては、第１の窒化物半導体層４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１の保護膜１１を用いる方法、又は、第１の窒化物半導体層４に第１の凹凸１３を形成して行う方法、あるいは第１の窒化物半導体層４の表面を部分的に窒化物半導体が成長しにくいように改質して行う方法などがあげられる。このように第１の保護膜１１や第１の凹凸１３を形成し、あるいは部分的に改質し、この形成面に第２の窒化物半導体層５を成長させると、第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５を得ることができると考えられる。
【００４７】
このようにして得られた第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面にはほとんど転位が見られなくなる。
また、第２の窒化物半導体層５表面の転位の分布は、第１の保護膜１１上部又は第１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２の窒化物半導体層５の平均の転位密度が減少すれば、第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面の転位密度は、第１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１の保護膜１１上部の転位密度、及び第１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１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。
【００４８】
以下にＥＬＯＧ成長が第１の保護膜１１を用いて行われる場合と、第１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〜第１の窒化物半導体層４、及び第２の窒化物半導体層５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１の保護膜１１を用いて行う形態であり、図１（ｄ）は第１の凹凸１３を形成して行う形態である。また、第１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１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、第１の窒化物半導体層４上に第１の保護膜１１を形成し、この形成面上に第２の窒化物半導体層５を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｂ）は、第１の窒化物半導体層４に凹凸を形成し、この凹部底部及び凸部上部に第１の保護膜１１を形成し、この形成面上に第２の窒化物半導体層５を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｃ）は、第１の窒化物半導体層４に凹凸を形成し、この凸部上部にのみ第１の保護膜１１を形成し、この形成面上に第２の窒化物半導体層５を成長させてなる模式的断面図である。
図１（ｄ）は、第１の窒化物半導体層４に第１の凹凸１３を形成し、この形成面上に第２の窒化物半導体層５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。
【００４９】
上記ＥＬＯＧ成長により得られる第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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。
【００５０】
第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の膜厚が上記範囲であると、第１の窒化物半導体層４に形成された第１の保護膜１１や第１の凹凸１３を良好に覆うことができ、第１の窒化物半導体層４の表面の転位密度より第２の窒化物半導体層５の表面の転位密度が少なくなり、更に第２の窒化物半導体層５の表面の転位分布で、特に第１の保護膜１１上部及び第１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。
【００５１】
図１（ａ）〜（ｃ）の第１の保護膜１１の材料としては、第１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。
【００５２】
まず、図１（ａ）の場合の第１の保護膜１１の形成方法や形状等について説明する。
第１の保護膜１１を第１の窒化物半導体層４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１の保護膜１１を形成できる。第１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１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２の窒化物半導体層５を良好に形成することができ好ましい。
【００５３】
また、第１の保護膜１１は、第１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１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１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。
【００５４】
第１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１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。
【００５５】
上記のように、第１の保護膜１１の表面積を大きくすると、転位の伝播が、第１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１の保護膜１１上部の第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面が鏡面状となる傾向があり好ましい。
【００５６】
また、第１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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５が保護膜を覆うことができ鏡面状の第２の窒化物半導体層５を得るには好ましい。
【００５７】
次に、図（ｂ）に示すように、第１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１の保護膜１１を形成する場合について説明する。
【００５８】
第１の窒化物半導体層４に凹凸の形状を設ける方法としては、第１の窒化物半導体層４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、第１の窒化物半導体層４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第１の窒化物半導体層４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。
【００５９】
また、第１の窒化物半導体層４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。
【００６０】
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）に示すように第１の窒化物半導体層４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、あるいは第１の窒化物半導体層４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１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１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１の保護膜１１を形成し、凹部側面のみから第２の窒化物半導体層５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。
【００６１】
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２の窒化物半導体層５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１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。
【００６２】
第１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、第１の窒化物半導体層４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１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第１の窒化物半導体層４上、つまり第１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、第１の窒化物半導体層４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１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１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１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１の保護膜１１を形成する前に、凸部上部の第１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。
【００６３】
次に、ダイシングで凹凸を形成する場合、第１の窒化物半導体層４を上面からダイシング・ソーで第１の窒化物半導体層４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１の保護膜１１を形成する。
【００６４】
凹凸の凸部上部と凹部底部に形成される第１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１の保護膜１１の膜厚は、第２の窒化物半導体層５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１の保護膜１１の膜厚が異なってもよい。
【００６５】
図１（ｂ）の場合のＥＬＯＧ成長による第２の窒化物半導体層５の様子を説明する。まず、第１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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５が凹部底部の第１の保護膜１１を覆うように接合しながら成長を続け、第１の保護膜１１とほぼ同じ高さに成長すると、第１の保護膜１１上に横方向に成長して、第１の保護膜１１を覆い、図１（ｂ）に示すような第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面付近には転位がほとんど見られなくなる。
【００６６】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１の窒化物半導体層４に形成された凹凸の凸部上部のみに第１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。
【００６７】
図１（ｃ）に示すように、第１の窒化物半導体層４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１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２の窒化物半導体層５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１の保護膜１１上に横方向に成長し第１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２の窒化物半導体層５が得られる。得られる第２の窒化物半導体層５は、上記と同様に転位の伝播が良好に抑制される。
【００６８】
図１（ｃ）に示す凹部底部に第１の保護膜１１を形成しない場合の凹凸の形状のサイズは、第１の窒化物半導体層４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第１の窒化物半導体層４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、露出された第１の窒化物半導体層４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第１の窒化物半導体層４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２の窒化物半導体層５が得られ易くなる。
【００６９】
また、形成された凹凸の凸部上部に形成される第１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、凹凸を形成された第１の窒化物半導体層４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。
【００７０】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１の凹凸１３を形成するのみで第１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１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１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１の窒化物半導体層４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１の凹凸１３のみを第１の窒化物半導体層４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。
【００７１】
第１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１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２の窒化物半導体層５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１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１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍ、ストライプ間隔（凹部底部の幅）を１０〜４０μｍ、好ましくは１５〜３５μｍのものを形成することができる。このようなストライプ形状を有していると、転位の低減と面状態を良好にする点で好ましい。更に、凹部の幅が、上記範囲であると、転位の少ない凹部上部にリッジ形状のストライプを形成する際に、凹部の中心部分を避けて、且つ転位の少ない部分に位置するように形成するのに好ましい。
【００７２】
凹部開口部から成長する第２の窒化物半導体層５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。
凹部底部には、ＡｌＧａＮ層３が露出されている、又は窒化物半導体基板１が露出されていることが望ましい。また、凹部の底部は、凹部の幅や凸部の幅等により凹部の深さを調整することが好ましく、この点からも凹部底部の露出部分が選択される。
【００７３】
図１（ｄ）の場合、第２の窒化物半導体層５は、第１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２の窒化物半導体層５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２窒化物半導体層５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２窒化物半導体層５上に再び行い、その場合、第１の窒化物半導体層４上に形成された凹部上部には凸部が来るように第２の窒化物半導体層５上に凹凸を形成することが転位の低減の点で好ましい。
【００７４】
また、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のＥＬＯＧ成長の場合も、第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５の表面に転位が現れている場合には、その部分、例えば、第１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。
【００７５】
第１の工程において、第２の窒化物半導体層５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。
【００７６】
上記第１の工程で得られる窒化物半導体基板１から第２の窒化物半導体層５まで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１の保護膜１１上部及び第１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。
【００７７】
また更に、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）における第１の保護膜１１及び第１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軸方向より０．１°〜０．７°、好ましくは０．１°〜０．５°ずれた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と共に、結晶の歪みや極端な表面モフォロジーを緩和するのに好ましい。
また、第１の保護膜１１上部、及び第１の凹凸１３の凹部上部の第２の窒化物半導体層５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。
【００７８】
次に、第１の工程のＥＬＯＧ成長により第２の窒化物半導体層５を成長させるための窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板１について説明する。
本発明において、窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板１としては、特に限定されないが、第２の窒化物半導体層５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１の工程で得られる第２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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２の窒化物半導体層５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。
【００７９】
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５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４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、バッファ層から薄膜の窒化物半導体２５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。
【００８０】
本発明の窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板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２の窒化物半導体層５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４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４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１の工程でのＥＬＯＧ成長を良好に行う点で好ましい。
また、第５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４の窒化物半導体のみとしてもよく、第４の窒化物半導体のみからなると、第３と第４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。
【００８１】
以下に図２〜図５を用いて、第２の工程から順に説明する。
第２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２の工程のＥＬＯＧ成長）により第３の窒化物半導体２２を成長させる工程である。
上記第３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２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３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。
【００８２】
第２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。
【００８３】
第３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３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３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２の工程でのＥＬＯＧ成長の際に、前記第１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３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１の保護膜１１や第１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１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。
【００８４】
第２の工程において、第３の窒化物半導体２２を成長させる第２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、同１１−１６８０７９、同１１−２１８１２２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。
【００８５】
第２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２の保護膜１２を用いる場合と、第２の凹凸１４を形成する場合を挙げて第２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２の工程における、異種基板２１上に、第２の保護膜１２又は第２の凹凸１４を用いて行うＥＬＯＧ成長により得られる第３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２の保護膜１２を部分的に形成し、第２の保護膜１２を形成した面上に第３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２の保護膜１２を形成し、この第２の保護膜１２を形成した面上に第３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２の保護膜１２を形成し、この上から第２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２の凹凸１４を形成し、この第２の凹凸１４を形成した面上に第３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。
【００８６】
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２の保護膜１２や第２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。
【００８７】
また、第２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２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３の窒化物半導体２２の転位が少なくなる傾向にある。
【００８８】
第２の工程において、第２の保護膜１２の形成方法、形状及びサイズ、又第２の凹凸１４の形成方法、形状及びサイズの詳細は、上記第１の工程の窒化物半導体基板１に形成される第１の保護膜１１や第１の凹凸１３の形成方法、形状及びサイズ等と同様である。但し第１の工程では第１の窒化物半導体層４上に第１の保護膜１１又は第１の凹凸１３を形成するのに対して、第２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層２５上等に形成される点が相違する。
【００８９】
ここで、第２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１の工程のＥＬＯＧ成長が行われるが、第１の工程のＥＬＯＧ成長と第２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２の工程のＥＬＯＧ成長が図２の（ｂ）の方法であり、第１の工程のＥＬＯＧ成長が図１の（ｄ）の方法である、または第２の工程では図２（ａ）の方法で、第１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１の工程と第２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向上し易い条件などを考慮して選択される。
また、第１の保護膜１１又は第１の凹凸１３と、第２の保護膜１２又は第２の凹凸１４との形状がストライプ形状である場合、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１１や第１の凹凸１３と、第２の工程で形成されるストライプ形状の第２の保護膜１２や第２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、図７に示すように、０．１°〜０．７°ずれるように形成されることが好ましい。
第１の工程と第２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軸方向に対して図７に示すようにずらされていると、第１の工程でＥＬＯＧ成長により成長される第２の窒化物半導体層５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。さらに、表面モフォロジーは程度が低くなり良好となる。
【００９０】
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軸方向のいずれの方向を基準にして第１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軸方向を基準として、第１の工程と第２の工程とで保護膜や凹凸などを形成すると、第１の工程のＥＬＯＧ成長が良好となり転位の低減された第２の窒化物半導体層５の成長が良好となる傾向がある。さらに、表面モフォロジーは、異常成長が少なくなり好ましい。
【００９１】
第１の保護膜又は第１の凹凸と、第２の保護膜又は第２の凹凸とが、窒化物半導体基板１の同一のＭ軸方向を基準として形成される方法としては、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の保護膜等を形成したり、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１の工程と第２の工程で用いられる保護膜や凹凸をＭ軸方向から０．１°〜０．７°ずらした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１の保護膜と第２の保護膜、あるは第１の保護膜と第２の凹凸、第１の凹凸と第２の保護膜、第１の凹凸と第２の凹凸等がそれぞれ窒化物半導体のＭ軸方向から０．１°〜０．７°ずらした状態となる。
【００９２】
また、前記したように、第２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（図８参照）。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。
【００９３】
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]に対して垂直な軸から左右いずれかに０．１°〜０．７°ずらしてストライプ形状を有していること［窒化物半導体の例えば＜１−１００＞[Ｍ軸方向]から図７に示すように垂直軸の左右のいずれかにθ＝０．１°〜０．７°ずらして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。
【００９４】
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]に対して垂直な軸から上記Ａ面の場合と同様にずらして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）面に対して上記サファイアの場合と同様に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２の窒化物半導体層５等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。また、上記のように各面に対する垂直軸からわずかにずらしてストライプを形成すると表面モフォロジーの点で好ましい。
【００９５】
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面を基準にして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面に対して垂直な軸の左右いずれかにθ＝０．１°〜０．７°ずらした方向で、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面に対して上記のようにややずらした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。更に表面モフォロジーが良好となる。
【００９６】
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、前記Ａ面の場合と同様にＲ面に対して垂直な軸からわずかにずらした方向に、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、さらに良好な表面モフォロジーを得ることができる。
【００９７】
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）面に対してほぼ垂直方向、好ましくは上記サファイアの場合と同様にわずかにずらした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。
【００９８】
次に、本発明の第１の工程で用いる窒化物半導体基板１を成長させる方法において、図３に示すように、第３の工程では、上記第２の工程のＥＬＯＧ成長により形成された第３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４の窒化物半導体２３を成長させる。
第３の工程で、第４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４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４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４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。
【００９９】
第３の工程で成長される第４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４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。
【０１００】
第４の窒化物半導体２３の膜厚は、前記第３の窒化物半導体２２の膜厚より厚く成長される。第４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４の工程で少なくとも異種基板２１を除去された後、第１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４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４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。
【０１０１】
次に、図４に示すように、第４の工程では、第３の工程で第４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４の窒化物半導体２３を有する第１の工程で用いられる窒化物半導体基板１とする。第４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２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３の窒化物半導体２２までが除去されていると、第４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３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４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４の窒化物半導体の一部までを除去してもよい。
第４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４の窒化物半導体２３を第１の工程での窒化物半導体基板１とする場合、第４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１の工程のＥＬＯＧ成長を行う。
【０１０２】
次に、第５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４の工程後に、第５の工程において、第４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５の窒化物半導体を成長させる。第５の工程を有する場合は、第１の工程での窒化物半導体基板１は、少なくとも第４の窒化物半導体と第５の窒化物半導体とからなり、好ましくは第４及び第５の窒化物半導体のみからなる。
【０１０３】
また、第５の工程を有する場合、第５の窒化物半導体２４を成長後に第４の窒化物半導体を除去し、第１の工程で用いられる窒化物半導体基板１として、第５の窒化物半導体２４のみからなるものを用いてもよい。第５の工程後に、第４の窒化物半導体２３を除去して、第５の窒化物半導体２４のみにすると、第４と第５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５の窒化物半導体のみを第１の工程で用いる窒化物半導体基板１とする場合、第５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。
【０１０４】
第５の窒化物半導体２４としては、特に限定されないが、上記第４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５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４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４の窒化物半導体２３の成長面に第５の窒化物半導体２４を成長させると、第４の窒化物半導体２３の反りが軽減され、第１の工程やデバイス工程等を良好に行える。また、第５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５の窒化物半導体２４上に上記第１の工程を行うと、第２の窒化物半導体５の転位の低減及び結晶性の向上の点で好ましい。
【０１０５】
第５の窒化物半導体２４の膜厚は、特に限定されず、第５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４の窒化物半導体２３と第５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４及び第５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４の窒化物半導体２３の膜厚は、上記の膜厚の範囲で且つ第４と第５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。
【０１０６】
次に、本発明の成長方法における代１の工程で用いられる窒化物半導体基板１が窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板を有してなる場合について説明する。
異種基板を有する窒化物半導体基板１としては、異種基板上に成長された窒化物半導体であって、異種基板を除去していない状態のものである。異種基板上に窒化物半導体を成長させる方法は、特に限定されないが、好ましくは図３に示させるような前記の窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板１を成長させための第２の工程と第３の工程から形成される方法が挙げられる。
異種基板を有する窒化物半導体基板１として、前記第２の工程及び第３の工程から得られる図３に示されるような窒化物半導体基板１を用いると、転位の良好に低減された第２の窒化物半導体層５を得る点で好ましい。更に、異種基板を有していると、物理的強度が強くなり、第２の窒化物半導体層５を成長させるための工程の際や、素子構造を形成する工程の際等で、欠けや割れが防止され、ハンドリング性が向上される。但し、異種基板を有しているとやや反りが大きくなり、フォトリソにてストライプ状の保護膜や凹凸を形成する際、走査型の露光装置を用いたり、反りによる基板の熱ムラが生じないように調整して加熱したりするとこが好ましい。
【０１０７】
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２の窒化物半導体５上）に、少なくともｎ型窒化物半導体、ＩｎＧａＮを含んでなる活性層、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があるものの、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。
【０１０８】
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１の工程で形成されるストライプ形状の第１の保護膜１１及び第１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１の保護膜１１の保護膜上部及び第１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１の工程のＥＬＯＧ成長の種類によって、第２の窒化物半導体５表面の平均の転位密度に差はあるが、第１の保護膜１１上部及び第１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。
【０１０９】
【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。
【０１１０】
まず第１の工程で用いられる窒化物半導体のみからなる窒化物半導体基板１と、異種基板を有する窒化物半導体基板１を作製する。
［窒化物半導体基板１の作製方法１：窒化物半導体のみ］
図１（ａ）に示される窒化物半導体基板１から第２の窒化物半導体層５まで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２の工程から第４の工程は図２〜図４を参照）
（第２の工程）
異種基板２１として、図８に示すようにステップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフアングル角θ＝０．１５°、ステップ段差およそ２０オングストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロームであり、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板２１を用いる。
（バッファ層）
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。
【０１１１】
（薄膜の窒化物半導体層２５）
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、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる薄膜の窒化物半導体層２５を５μｍの膜厚で成長させる。
（第２の保護膜１２）
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２の保護膜１２を０．５μｍの膜厚で形成する。
なお、第２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、図７に示されるようにＡ面に垂直な軸の右側に０．３５°ずらした方向とする。このように形成すると、ストライプ方向が、窒化物半導体のＭ軸方向に対して０．３５°ずらした方向となる。
【０１１２】
（第３の窒化物半導体層２２）
第２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、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第３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。但し、第３の窒化物半導体層２２の成長速度は、３μｍ／時間とした。
【０１１３】
得られた第３の窒化物半導体層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２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。
【０１１４】
（第３の工程）
次に、第３の窒化物半導体層２２上に、アンドープのＧａＮからなる第４の窒化物半導体層２３をＨＶＰＥ装置により２００μｍの膜厚で成長させる。但し、第４の窒化物半導体層２３の成長速度は、５０μｍ／時間とした。
【０１１５】
（第４の工程）
次に、第４の窒化物半導体層２３を成長後に、サファイア基板２１から第３の窒化物半導体層２２までを研磨により除去して第４の窒化物半導体層２３のみの窒化物半導体基板１が得られる。
得られた第４の窒化物半導体層２３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４の窒化物半導体層２３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。
得られた第４の窒化物半導体層２３を窒化物半導体基板１−１とする。
【０１１６】
［窒化物半導体基板１の作製方法２：窒化物半導体のみ］
窒化物半導体基板１の作製方法１において、第３の工程で成長される第４の窒化物半導体層２３の膜厚を１５０μｍとし、更に第４の工程後に下記第５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５の工程）
サファイア基板等を除去された第４の窒化物半導体層２３の成長面上に、アンドープのＧａＮからなる第５の窒化物半導体層２４を、ＨＶＰＥ装置により、２００μｍの膜厚で成長させる（図５）。成長速度は、５０μｍ／時間である。
得られた第４窒化物半導体層２３及び第５の窒化物半導体層２４からなる窒化物半導体を、窒化物半導体基板１−２とする。
【０１１７】
［窒化物半導体基板１の作製方法３：窒化物半導体のみ］
以下に図１（ｂ）に示される窒化物半導体基板１から第２の窒化物半導体層５までからなる窒化物半導体の基板を製造させる工程を示す。
【０１１８】
窒化物半導体基板１の作製方法２において、薄膜の窒化物半導体層２５の膜厚を２μｍとし、図２（ｂ）に示す第２の保護膜を下記のように形成し、更に下記に示す内容の他は同様にして作製する。
【０１１９】
（第２の保護膜１２）
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１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）３μｍのＳｉＯ2よりなる第２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層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層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軸の右側に０．３５°ずらした方向で形成する。
【０１２０】
薄膜の窒化物半導体層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層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３の窒化物半導体層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２の保護膜１２を形成する。
【０１２１】
また、第３の窒化物半導体層２２の成長速度は、２μｍ／時間として行い、第４の窒化物半導体層２３を１００μｍの膜厚で成長させ、第５の窒化物半導体層２４を２５０μｍの膜厚で成長させる。
【０１２２】
得られた第４の窒化物半導体層２３と第５の窒化物半導体層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。
得られた第４の窒化物半導体層２３と第５の窒化物半導体層２４とからなる窒化物半導体を、窒化物半導体基板１−３とする。
【０１２３】
［窒化物半導体基板１の作製方法４：窒化物半導体のみ］
以下に図１（ｃ）の基板を製造する方法について記載する。
【０１２４】
窒化物半導体基板１の作製方法３において、図２（ｃ）に示す第２の保護膜を下記のように形成し、更に下記に示す内容の他は同様にして作製する。
【０１２５】
（第２の保護膜１２）
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１５μｍ、ストライプ間隔（凹部の開口部）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装置によりサファイア基板１が露出するまで薄膜の窒化物半導体層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層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２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軸から右側に０．３５°ずれた方向である。
【０１２６】
また、第４の窒化物半導体層２３を１５０μｍの膜厚に成長させ、第５の窒化物半導体層２４を、２００μｍの膜厚に成長させる。
以上の工程を経ることにより、第４の窒化物半導体層２３と第５の窒化物半導体層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。
得られた第４の窒化物半導体層２３及び第５の窒化物半導体層２４からなる窒化物半導体を、窒化物半導体基板１−４とする。
【０１２７】
［窒化物半導体基板１の作製方法５：窒化物半導体のみ］
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。
【０１２８】
窒化物半導体基板１の作製方法３において、図２（ｄ）に示す第２の凹凸を下記のように形成する他は同様にして作製する。
【０１２９】
（第２の凹凸１４）
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）１５μｍ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を異種基板２１が露出する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２の凹凸１４を形成する。
なお、第２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軸から右側に０．３５°ずれた方向で形成する。
【０１３０】
上記の工程を経ることにより、第４の窒化物半導体層２３と第５の窒化物半導体層２４からなる窒化物半導体基板が得られる。得られた第５の窒化物半導体層２４表面には、５×１０6個／ｃｍ2程度の転位が見られた。また、第４の窒化物半導体層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２の凹凸１３のストライプ方向に平行に分布している。
得られた第４及び第５の窒化物半導体層からなる窒化物半導体を、窒化物半導体基板１−５とする。
【０１３１】
［窒化物半導体基板１の作製方法６：窒化物半導体のみ］
窒化物半導体基板１の作製方法５において、第５の工程で第５の窒化物半導体層２４を３００μｍの膜厚で成長させ、その後第４の窒化物半導体層２３を研磨して除去し、ほぼ２５０μｍの膜厚の第５の窒化物半導体層２４を第１の工程で用いられる窒化物半導体基板１とする他は同様にする。
得られた第５の窒化物半導体層２４は、窒化物半導体基板１の作製方法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。
得られた基板を窒化物半導体基板１−６とする。
【０１３２】
［窒化物半導体基板１の作製方法７：窒化物半導体のみ］
窒化物半導体基板１の作製方法１において、第３の窒化物半導体層２２を成長させる際に、ＳｉとＭｇの不純物を５×１０17／ｃｍ3ドープする他は同様にして第４の窒化物半導体層２３からなる窒化物半導体基板１−７を作製する。
【０１３３】
［窒化物半導体基板１の作製方法８：窒化物半導体のみ］
窒化物半導体基板１の作製方法１において、第３の工程で第４の窒化物半導体層２３を成長させる際に、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3ドープする他は同様にして第４の窒化物半導体層２３からなる窒化物半導体基板１−８を作製する。
【０１３４】
［窒化物半導体基板１の作製方法９：異種基板を有する］
窒化物半導体基板１の作製方法１において、異種基板２１を除去する第４の工程を行わずに、異種基板２１を有する第４の窒化物半導体層２３を窒化物半導体基板とする他は同様である。
得られた異種基板２１を有する第４の窒化物半導体層２３を窒化物半導体基板１−９とする。
【０１３５】
以下に、上記で得られた窒化物半導体基板１−１〜１−８を用いて、本発明の第１の工程を以下のように行い、素子構造を形成するための基板となる本発明の窒化物半導体の基板を作製する。
【０１３６】
［実施例１］
以下に上記の窒化物半導体基板１の作製方法１で得られた第４の窒化物半導体層２３からなる窒化物半導体基板１−１を用いて第１の工程により本発明の窒化物半導体の基板を成長させる。
（第１の工程）
上記の窒化物半導体基板１の作製方法１で得られた第４の窒化物半導体層２３からなる窒化物半導体基板１−１上に、温度を１０００℃とし、ＡｌＮからなる緩和層３を１０００オングストロームの膜厚で成長させる。
次に形成されたＡｌＮの緩和層３上に、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層４を２μｍの膜厚で成長させる。
次に、第４の窒化物半導体２３の異種基板を除去した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０．３５°ずらした方向となるように、つまり第２の保護膜１２と第１の保護膜１１が平行となるように、第１の保護膜１１を第１の窒化物半導体層４の成長面に、上記第２の工程で形成した第２の保護膜１２と同様に形成する。
第１の保護膜１１を形成後、アンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体層５をＭＯＣＶＤ装置で１５μｍの膜厚で成長させる。
第２の窒化物半導体層５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１の保護膜１１上部の第２の窒化物半導体層５の表面にはほとんど転位が見られない。さらに表面状態は、良好であり、極端な表面モフォロジーが緩和されている。さらに第２の窒化物半導体層５の横方向の成長が促進される。
【０１３７】
（実施例２〜実施例８）
実施例１において、緩和層３の組成、成長温度及び膜厚、さらに第１の保護膜１１のＭ軸方向に対するストライプ方向（図７に示すようにＭ軸方向に対する垂直軸からの右へのズレをプラスとし、左へのズレをマイナスとする）を、下記表１に示すように変更する他は同様にして第１の工程を行う。また、特に断りがない場合は、第１の保護膜１１と第２の保護膜１２とが、３種ある内の同一のＭ軸を基準として形成されている。実施例８は、第１の保護膜１１が第２の保護膜１２と平行でないようなそれぞれ異なるＭ軸を基準として形成されている。
【０１３８】
【表１】
以下に、実施例２〜実施例８の第２の窒化物半導体層５の表面状態等の評価を下記表２に示す。
【０１４０】
【表２】
［実施例９］
実施例１において、第１の工程で用いる窒化物半導体基板１として窒化物半導体基板１−２〜１−８に変える他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長っせる。但し、窒化物半導体基板の作製方法で第２の保護膜１２を形成してなる場合は、第１の保護膜１１を第２の保護膜１２の形成方法と同様に形成し、窒化物半導体基板の作製方法で第２の凹凸１４を形成してなる場合は、第１の凹凸を第２の凹凸の形成方法と同様に形成する。
得られる各第２の窒化物半導体層５は、実施例１と同様に良好である。但し、窒化物半導体基板の成長方法の相違によりやや転位密度に差が生じている場合がある。
【０１４２】
［実施例１０］
実施例１において、緩和層３を、５５０℃でＧａＮからなる低温成長緩和層３ａを２００オングストロームの膜厚で成長させ、この緩和層３ａ上に１０００℃でＡｌＮからなる高温成長緩和層３ｂを１０００オングストロームの膜厚で成長させる他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長させる。
得られた第２の窒化物半導体層５は、実施例１と同様に良好である。
【０１４３】
［実施例１１］
実施例１において、緩和層３及び第１の窒化物半導体層４に変えて、１０００℃でＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎを２μｍ成長させる他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長させる。
得られる第２の窒化物半導体層５は、実施例１とほぼ同様に良好である。
【０１４４】
［実施例１２］
実施例３において、緩和層３を、温度５５０℃でＡｌＮからなる膜厚２００オングストロームとする他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長させる。
得られる第２の窒化物半導体層５は、実施例３とほぼ同様の結果が得られるが、実施例３より転位密度が減少する。
【０１４５】
［実施例１３］
実施例１において、第１の工程で用いられる窒化物半導体基板を、窒化物半導体基板１の作製方法９で得られる異種基板２１を有する窒化物半導体基板１−９を用いる他は同様にして第２の窒化物半導体層５を成長させる。但し、異種基板２１を有しているため、実施例１よりやや反りが大きくなるので、第１の保護膜の形成時、及び基板の加熱の際等に、反りによる不都合の生じないように調整しながら行う。
得られた第２の窒化物半導体層５は、実施例１とほぼ同様の結果が得られる。更に、異種基板を有しているため、欠けや割れが実施例１より防止され、ハンドリング性の点では良好である。
【０１４６】
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。
【０１４７】
［実施例１４］
実施例１により得られた窒化物半導体基板１−１から第２の窒化物半導体層５までからなる基板上に、以下のデバイス構造を順に成長させる。
【０１４８】
（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。
【０１４９】
（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。
【０１５０】
（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。
【０１５１】
（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。
【０１５２】
（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。
【０１５３】
（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。
【０１５４】
（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。
【０１５５】
（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。
【０１５６】
（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。
【０１５７】
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１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１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１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１の保護膜６１が形成できる。
【０１５８】
さらに、図１０（ｄ）に示すように、ストライプ状の第１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１の保護膜１１の上部で且つ第１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２の保護膜６２を、第１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１の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【０１５９】
次に図１０（ｇ）に示すように、ｐ側コンタクト層８０の上の第１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２の保護膜６２の上に渡って形成する。
第２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。
【０１６０】
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、５０℃において、出力５ｍＷで、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認され、１０００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、さらに同一の本発明の窒化物半導体基板から得られる素子の素子特性のバラツキが少なくなり、歩留まりが向上する。
【０１６１】
［実施例１５］
実施例７で窒化物半導体の基板として実施例９で得られる窒化物半導体基板１の作製方法８で得られる第４の窒化物半導体層２３にＳｉがドープされてなる窒化物半導体基板１−８を用いて成長された第２の窒化物半導体層５を用い、図１１に示される素子を作製する。図１１は本発明の成長方法により得られた窒化物半導体の基板を用いてなる一実施の形態のレーザ素子の構造を示す模式断面図である。
【０１６２】
第２の窒化物半導体層５上に下記の素子構造を成長させる。
【０１６３】
（ｎ側クラッド層４３）
次に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。
【０１６４】
（ｎ側光ガイド層４４）
続いて、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層４４を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【０１６５】
（活性層４５）
次に、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させる。
【０１６６】
（ｐ側キャップ層４６）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、かつ活性層４５よりも大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ側キャップ層４６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１６７】
（ｐ側光ガイド層４７）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇを１×１０18／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層４７を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【０１６８】
（ｐ側クラッド層４８）
次に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。
【０１６９】
（ｐ側コンタクト層４９）
最後に、Ｍｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層４９を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１７０】
反応終了後、反応容器内において、ウェーハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、図１１に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ型コンタクト層４９と、ｐ型クラッド層４８とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とし、リッジ表面の全面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極５１を形成する。
【０１７１】
次に、図１１に示すようにｐ電極５１を除くｐ側クラッド層４８、コンタクト層４９の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜５０を形成し、この絶縁膜５０を介してｐ電極５１と電気的に接続したｐパッド電極５２を形成する。
【０１７２】
ｐ側電極形成後、窒化物半導体基板１−８の素子構造を有していない面の表面全面に、Ｔｉ／Ａｌよりなるｎ電極５３を０．５μｍの膜厚で形成し、その上にヒートシンクとのメタライゼーション用にＡｕ／Ｓｎよりなる薄膜を形成する。
【０１７３】
その後、ｎ電極側５３からスクライブし、第２の窒化物半導体層３のＭ面（１１−００、図６の六角柱の側面に相当する面）で第２の窒化物半導体層５を劈開し、共振面を作製する。共振面の両方あるいはどちらか一方に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、バーを切断してレーザチップとした。次にチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシンクに設置し、ｐパッド電極５２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ところ、室温において、連続発振が確認され、良好な寿命特性を示す。更に歩留まりが良好となる。
【０１７４】
［実施例１６］
実施例１４において、窒化物半導体の基板として、実施例２〜実施例８、実施例１０〜実施例１３で成長される第２の窒化物半導体層５に実施例１４と同様の素子構造を成長させる他は同様にしてレーザ素子を作製する。
得られた各種のレーザ素子は、実施例１４とほぼ同様に、寿命特性が良好であり、素子特性のバラツキが少なく、さら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時等に欠けや割れが防止され歩留まりが良好となる。但し、異種基板２１を有する窒化物半導体基板１−９を用いてなる素子の場合は、劈開する前に異種基板２１を除去してから行う。
【０１７５】
【発明の効果】
本発明の窒化物半導体の成長方法は、窒化物半導体を基板とした場合、この基板上にデバイス構造を形成してなる素子の実用化に際しての信頼性をより向上させるために、寿命特性のさらなる向上と、量産する際の歩留まりの向上が可能となるようなデバイス構造の基板となり得る窒化物半導体を得ることができる。
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１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１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１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１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。
【図１１】図１１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。
【符号の説明】
１・・・窒化物半導体基板
３・・・緩和層Ｎ
４・・・第１の窒化物半導体層
５・・・第２の窒化物半導体層
１１・・・第１の保護膜
１２・・・第２の保護膜
１３・・・第１の凹凸
１４・・・第２の凹凸
２１・・・異種基板
２２・・・第３の窒化物半導体層
２３・・・第４の窒化物半導体層
２４・・・第５の窒化物半導体層
２５・・・薄膜の窒化物半導体層
Claims (5)
- 窒化物半導体基板上に、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）で示される１層以上の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記窒化物半導体層上に、窒化物半導体基板のＭ軸方向である＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向より０．１°〜０．７°ずれた方向に、ストライプ形状で形成された保護膜を部分的に形成する工程と、
前記保護膜の形成面上に第２の窒化物半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 - 前記窒化物半導体層が、窒化物半導体基板上に、Ａｌ ｂ Ｇａ １−ｂ Ｎ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成し、その上に、Ａｌ ｅ Ｇａ １−ｅ Ｎ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成した多層構造であ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。
- 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に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 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に記載の窒化物半導体の成長方法。
- 窒化物半導体基板上に、Ａｌ ｂ Ｇａ １−ｂ Ｎ（０≦ｂ≦１）で示される緩和層を形成し、その上に、Ａｌ ｅ Ｇａ １−ｅ Ｎ（０≦ｅ＜１）で示される第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層の表面に、窒化物半導体基板のＭ軸方向である＜１−１００＞、＜１０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向より０．１°〜０．７°ずれた方向に、ストライプ形状の凹凸を形成する工程と、
前記凹凸を形成した第１の窒化物半導体層上に、第２の窒化物半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。
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