JP4817522B2 - 窒化物系半導体層素子および窒化物系半導体の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法に関し、より特定的には、選択横方向成長を用いた窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発光ダイオード素子および半導体レーザ素子などの半導体発光素子やトランジスタなどの電子素子に用いられる半導体素子として、III族窒化物系半導体を利用した窒化物系半導体素子の開発が盛んに行われている。このような窒化物系半導体素子の製造の際には、サファイアなどからなる基板上に、窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させている。
【０００３】
この場合、サファイアなどの基板と窒化物系半導体層とでは、格子定数が異なるため、サファイアなどの基板上に成長させた窒化物系半導体層では、基板から上下方向に延びる転位（格子欠陥）が存在している。このような窒化物系半導体層における転位は、半導体素子の素子特性の劣化および信頼性の低下を招く。
【０００４】
そこで、上記のような窒化物系半導体層における転位を低減する方法として、従来、選択横方向成長（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）が提案されている。この選択横方向成長については、たとえば、応用電子物性分科会誌、第４巻（１９９８）、ｐ．５３〜ｐ．５８およびｐ．２１０〜ｐ．２１５などに開示されている。
【０００５】
図２７〜図３０は、従来の選択横方向成長を用いた窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。図２７〜図３０を参照して、従来の選択横方向成長を用いた窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【０００６】
まず、図２７に示すように、サファイア基板１０１の（０００１）Ｃ面上に、ＭＯＶＰＥ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：有機金属化学的気相成長法）を用いて、低温バッファ層１０２、および、約１μｍの膜厚を有するＧａＮ層１０３を順次形成する。なお、低温バッファ層１０２は、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０３との格子定数の差を緩和するために形成する。そのＧａＮ層１０３上に、ＳｉＯ2からなるストライプ状の選択成長用のマスク層１０４を形成する。
【０００７】
次に、図２８に示すように、ＨＶＰＥ法（ハライド気相成長法）を用いて、ＧａＮ層１０３の露出された表面部分から、再成長ＧａＮ層１０５を成長させる。この場合、露出されたＧａＮ層１０３の上面上において、再成長ＧａＮ層１０５は、まず、上方向（ｃ軸方向）に成長する。これにより、露出されたＧａＮ層１０３の上面上に、断面が三角形状のファセット構造を有する再成長ＧａＮ層１０５が成長される。この場合、ファセット構造の三角形状の先端付近には、ＧａＮ層１０３から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【０００８】
さらに、ＧａＮ層１０３の上面上における再成長ＧａＮ層１０５の成長が進むと、図２９に示すように、再成長ＧａＮ層１０５は、横方向にも成長する。この再成長ＧａＮ層１０５の横方向成長によって、マスク層１０４上にも再成長ＧａＮ層１０５が形成される。この場合、ＧａＮ層１０３から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、再成長ＧａＮ層１０５が横方向成長する際に、横方向（サファイア基板１０１のＣ面と平行な方向）に折れ曲がる。
【０００９】
さらに、再成長ＧａＮ層１０５を横方向成長させると、図３０に示すように、ファセット構造の各再成長ＧａＮ層１０５が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、ＧａＮ層１０３に比べて転位が低減された再成長ＧａＮ層１０５が形成される。そして、この転位の低減された再成長ＧａＮ層１０５上に、窒化物系半導体素子層（図示せず）を形成すれば、従来の格子欠陥の低減された窒化物系半導体素子を形成することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の選択横方向成長を用いる窒化物系半導体の形成方法では、サファイア基板１０１上に、低温バッファ層１０２を介して形成されたＧａＮ層１０３を下地として、選択横方向成長によって転位の低減された再成長ＧａＮ層１０５を形成していた。この下地となる窒化物系半導体のＧａＮ層１０３を形成する際には、表面をある程度平坦にするために、ＧａＮ層１０３を大きな厚み（約１μｍ）で形成する必要があった。このため、下地となるＧａＮ層１０３を形成するのに、長時間を要していた。その結果、再成長ＧａＮ層１０５を形成するまでの時間が長くなるという問題点があった。また、ＧａＮ層１０３を大きな厚みで形成するため、従来の再成長ＧａＮ層１０５を含む窒化物系半導体全体の厚みが大きくなるという問題点があった。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、短時間で、かつ、薄い厚みで形成することが可能な窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体素子を提供することである。
【００１２】
この発明のもう１つの目的は、短時間で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体を形成することが可能な窒化物系半導体の形成方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の局面による窒化物系半導体素子は、基板の上面上に形成されたバッファ層と、バッファ層の上面の一部が露出するように、バッファ層の上面上に接触するように形成されたマスク層と、露出されたバッファ層の上面上およびマスク層の上面上に形成された窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有する窒化物系半導体素子層とを備えている。
【００１４】
この第１の局面による窒化物系半導体素子では、上記のように、基板上に形成したバッファ層上に直接マスク層を形成することによって、マスク層を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体層を形成することができる。また、バッファ層上のマスク層をマスクとして選択横方向成長させることによって、転位が低減された窒化物系半導体層を形成することができる。そして、このような転位が低減された窒化物系半導体層上に、素子領域を有する窒化物系半導体素子層を成長させれば、容易に、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００１５】
上記第１の局面による窒化物系半導体素子において、好ましくは、マスク層のマスク幅をｂ1とし、マスク層のマスク開口部の幅をｗ1とした場合、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1は、以下の式（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定されている。
【００１６】
ｂ1［μｍ］＋ｗ1［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１）
ｂ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２）
ｗ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
このように構成すれば、上記式（１）を満たすように、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1を設定することによって、マスク層を選択成長マスクとして成長される窒化物系半導体層の上面の平坦化が可能となる。また、上記式（２）および式（３）を満たすように、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1を設定することによって、マスク層のパターニングを容易に行うことができる。
【００１７】
上記第１の局面において、好ましくは、基板は、絶縁体、III-V族半導体、IV族半導体、IV- IV族半導体およびII-VI族半導体からなるグループより選択される１つの材料からなる。また、マスク層は、酸化シリコン、窒化物および高融点金属からなるグループより選択される１つを含んでいてもよい。このように構成すれば、基板上のバッファ層上に、窒化物系半導体層を容易に選択横方向成長させることができる。
【００１８】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体の形成方法は、基板の上面上にバッファ層を形成する工程と、バッファ層の上面の一部が露出するように、バッファ層の上面上に接触するように、マスク層を形成する工程と、マスク層を選択成長マスクとして、バッファ層の上面上およびマスク層の上面上に窒化物系半導体層を成長させる工程とを備えている。
【００１９】
この第２の局面による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、基板上に形成したバッファ層上に直接マスク層を形成することによって、マスク層を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体層を形成することができる。また、バッファ層上のマスク層をマスクとして選択横方向成長させることによって、転位が低減された窒化物系半導体層を形成することができる。
【００２０】
上記第２の局面による窒化物系半導体の形成方法において、好ましくは、マスク層のマスク幅をｂ1とし、マスク層のマスク開口部の幅をｗ1とした場合、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1は、以下の式（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定されている。
【００２１】
ｂ1［μｍ］＋ｗ1［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１）
ｂ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２）
ｗ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
このように構成すれば、上記式（１）を満たすように、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1を設定することによって、マスク層を選択成長マスクとして成長される窒化物系半導体層の上面の平坦化が可能となる。すなわち、マスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1との和（マスク層の周期）が４０μｍ以下になるように、マスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1とを設定することによって、そのように設定されたマスク層を用いて窒化物系半導体層を選択成長させれば、容易に上面が平坦化された窒化物系半導体層を形成することができる。また、上記式（２）および式（３）を満たすように、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1を設定することによって、マスク層のパターニングを容易に行うことができる。
【００２２】
この発明の第３の局面による窒化物系半導体の形成方法は、基板の上面上の全面にバッファ層を成長させた後、バッファ層をパターニングすることによって、基板の上面の一部が露出するように、所定の間隔を隔てて複数のバッファ層を形成する工程と、バッファ層間に露出された基板の上面上にマスク層を成長させる工程と、マスク層を選択成長マスクとして、バッファ層の上面上およびマスク層の上面上に窒化物系半導体層を成長させる工程とを備えている。
【００２３】
この第３の局面による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、基板上にパターニングされたバッファ層を形成した後に、バッファ層間に露出された基板の上面上にマスク層を成長させることによって、マスク層を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体層を形成することができる。また、バッファ層上のマスク層をマスクとして選択横方向成長させることによって、転位が低減された窒化物系半導体層を形成することができる。
【００２４】
上記第３の局面による窒化物系半導体の形成方法において、好ましくは、バッファ層の幅をｗ2とし、バッファ層の開口部の幅をｂ2とした場合、バッファ層の幅ｗ2およびバッファ層の開口部の幅ｂ2は、以下の式（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定されている。
【００２５】
ｂ2［μｍ］＋ｗ2［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１）
ｂ2［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２）
ｗ2［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
このように構成すれば、上記式（１）を満たすように、バッファ層の幅ｗ2およびバッファ層の開口部の幅ｂ2を設定することによって、バッファ層の開口部に形成されたマスク層を選択成長マスクとして成長される窒化物系半導体層の上面の平坦化が可能となる。すなわち、バッファ層の幅ｗ2とバッファ層の開口部の幅ｂ2との和（マスク層の周期）が４０μｍ以下になるように、バッファ層の幅ｗ2とバッファ層の開口部の幅ｂ2とを設定することによって、そのように設定されたバッファ層の開口部に形成されたマスク層を用いて窒化物系半導体層を選択成長させれば、容易に上面が平坦化された窒化物系半導体層を形成することができる。また、上記式（２）および式（３）を満たすように、バッファ層の幅ｗ2およびバッファ層の開口部の幅ｂ2を設定することによって、マスク層のパターニングを容易に行うことができる。
【００２６】
上記第２または第３の局面において、好ましくは、窒化物系半導体層上に素子領域を有する半導体素子層を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、容易に、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００２７】
上記第２または第３の局面において、好ましくは、基板は、絶縁体、III-V族半導体、IV族半導体、IV- IV族半導体およびII-VI族半導体からなるグループより選択される１つの材料からなる。また、マスク層は、酸化シリコン、窒化物および高融点金属からなるグループより選択される１つを含んでいてもよい。このように構成すれば、基板上のバッファ層上に、窒化物系半導体層を容易に選択横方向成長させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
（第１参考形態）
図１〜図５は、本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。図１〜図５を参照して、第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【００３０】
まず、図１に示すように、サファイア基板１のＣ（０００１）面上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約６００℃に保持した状態で、約１５μｍの膜厚を有するアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層２を形成する。なお、バッファ層２は、サファイア基板１と、後の工程でバッファ層２上に形成する窒化物系半導体層（アンドープＧａＮ層４）との格子定数の差を緩和するために設ける。このバッファ層２上に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層３を形成する。なお、サファイア基板１が、本発明の「基板」の一例である。
【００３１】
次に、マスク層３をウェットエッチングなどを用いてパターニングすることによって、図２に示されるような、ストライプ形状のマスク層３を形成する。このマスク層３のストライプ形状は、マスク層３のマスク幅をｂ1とし、マスク層３の開口部の幅をｗ1とした場合、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が、以下の式（１）と式（２）と式（３）とを満たすように形成することが好ましい。
【００３２】
ｂ1［μｍ］＋ｗ1［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１）
ｂ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２）
ｗ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
なお、上記式（１）は、マスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1との和（マスク層３の周期）が４０μｍ以下であるという条件を示している。ここで、図７は、マスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1との関係を示した相関図である。図７を参照して、第１参考形態では、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が上記式（２）および式（３）を満たすように、すなわち、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1の両方が１μｍ以上の幅を有するように、マスク層３を形成することによって、マスク層３をエッチングにより容易にパターニングすることができる。それによって、容易にパターニングされたマスク層３を形成することができる。
【００３３】
また、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が、上記式（１）を満たすように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、マスク層３を形成することによって、後の工程でマスク層３を選択成長マスクとして成長されるアンドープＧａＮ層４（図５参照）の上面の平坦化が可能となる。
【００３４】
次に、図３に示すように、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、マスク層３を選択成長マスクとして、バッファ層２の露出された表面部分から、アンドープＧａＮ層４を成長させる。このアンドープＧａＮ層４が、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。この場合、露出されたバッファ層２の上面上において、まず、アンドープＧａＮ層４のファセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。このアンドープＧａＮ層４のファセット構造には、バッファ層２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【００３５】
さらに、バッファ層２の上面上におけるアンドープＧａＮ層４の成長が進むと、図４に示すように、アンドープＧａＮ層４は、横方向にも成長する。このアンドープＧａＮ層４の横方向成長によって、マスク層３上にもアンドープＧａＮ層４が形成される。この場合、バッファ層２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、アンドープＧａＮ層４が横方向成長する際に、横方向（サファイア基板１のＣ面と平行な方向）に折れ曲がる。
【００３６】
さらに、アンドープＧａＮ層４を横方向成長させると、図５に示すように、ファセット構造の各アンドープＧａＮ層４が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、バッファ層２に比べて転位が低減されたアンドープＧａＮ層４が形成される。特に、アンドープＧａＮ層４のマスク層３上の領域において、転位密度が低減される。
【００３７】
ただし、アンドープＧａＮ層４では、マスク層３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形成される。このため、アンドープＧａＮ層４を用いて窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減されたアンドープＧａＮ層４上に、素子領域を形成するのが好ましい。
【００３８】
第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、バッファ層２上に直接マスク層３を形成することによって、マスク層３を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みでアンドープＧａＮ層４を形成することができる。
【００３９】
図６は、上記した第１参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。次に、図６を参照して、第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００４０】
第１参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、図５に示した第１参考形態のアンドープＧａＮ層４上に、図６に示すように、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、または、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、ＮＨ3、ＳｉＨ4（シランガス）およびＣｐＭｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）などを原料ガスとして用いるガスソースＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いて、約４μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層５が形成されている。ｎ型コンタクト層５上には、約０．１μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＩｎＮからなるクラック防止層６、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型第２クラッド層７、約５０ｎｍ（約０．０５μｍ）の膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型第１クラッド層８、および、ＧａＩｎＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）発光層９が順次形成されている。このＭＱＷ発光層９は、約４ｎｍの厚みを有する５つのアンドープＧａＮ障壁層と、約４ｎｍの厚みを有する４つの圧縮歪みのアンドープＧａＩｎＮ井戸層とが交互に積層された構造を有する。
【００４１】
ＭＱＷ発光層９上には、約４０ｎｍ（約０．０４μｍ）の膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型第１クラッド層１０が形成されている。ｐ型第１クラッド層１０上には、約０．４５μｍの高さを有するメサ形状（台形状）のｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型第２クラッド層１１が形成されている。また、ｐ型第１クラッド層１０上の、ｐ型第２クラッド層１１が形成されている領域以外の領域と、メサ形状のｐ型第２クラッド層１１の側面とを覆うとともに、ｐ型第２クラッド層１１の上面を露出させるように、約０．２μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなる電流阻止層１２が形成されている。電流阻止層１２上には、露出されたｐ型第２クラッド層１１の上面と接触するように、約３μｍ〜約５μｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１３が形成されている。
【００４２】
また、ｐ型コンタクト層１３からｎ型コンタクト層５までの一部領域が除去されている。そのｎ型コンタクト層５の露出した表面の一部と、クラック防止層６、ｎ型第２クラッド層７、ｎ型第１クラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ型第１クラッド層１０、電流阻止層１２およびｐ型コンタクト層１３の露出した側面とを覆うように、ＳｉＯ2からなる保護膜１４が形成されている。
【００４３】
また、ｐ型コンタクト層１３の上面上には、ｐ側電極１５が形成されるとともに、一部領域が除去されて露出されたｎ型コンタクト層５の表面には、ｎ側電極１６が形成されている。
【００４４】
なお、ｎ型コンタクト層５、クラック防止層６、ｎ型第２クラッド層７、ｎ型第１クラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１１、電流阻止層１２およびｐ型コンタクト層１３は、本発明の「素子領域を有する窒化物系半導体素子層」の一例である。
【００４５】
第１参考形態の窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、図１〜図５に示した第１実施形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて形成された、薄い厚みで、かつ、低転位のアンドープＧａＮ層４を下地として、その上に各層５〜１３を形成することによって、各層５〜１３において良好な結晶性を実現することができるとともに、全体の膜厚を小さくすることができる。その結果、第１参考形態では、全体として薄い厚みで、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００４６】
（第２参考形態）
図８〜図１２は、本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。第１参考形態の絶縁性のサファイア基板１の代わりに、導電性を有するｎ型のＳｉＣまたはＳｉなどからなる基板２１を用いている。図８〜図１２を参照して、第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【００４７】
まず、図８に示すように、基板２１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、約０．０５μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎからなるバッファ層２２を形成する。なお、バッファ層２２は、基板２１と、後の工程でバッファ層２２上に形成する窒化物系半導体層（ｎ型ＧａＮ層２４）との格子定数の差を緩和するために設ける。このバッファ層２２上に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層２３を形成する。
【００４８】
次に、マスク層２３をウェットエッチングなどを用いてパターニングすることによって、図９に示されるような、ストライプ形状のマスク層２３を形成する。このマスク層２３のストライプ形状は、第１参考形態の図７に示したように、マスク層２３のマスク幅をｂ1とし、マスク層３の開口部の幅をｗ1とした場合、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が、第１参考形態で示した式（１）と式（２）と式（３）とを満たすように形成することが好ましい。
【００４９】
第２参考形態では、第１参考形態と同様、式（２）と式（３）とを満たすように、すなわち、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1の両方が１μｍ以上の幅を有するように、マスク層２３を形成することによって、マスク層２３をエッチングにより容易にパターニングすることができる。それによって、容易にパターニングされたマスク層２３を形成することができる。
【００５０】
また、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が、上記式（１）を満たすように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、マスク層２３を形成することによって、後の工程でマスク層２３を選択成長マスクとして成長されるｎ型ＧａＮ層２４（図１２参照）の上面の平坦化が可能となる。
【００５１】
次に、図１０に示すように、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、マスク層２３を選択成長マスクとして、バッファ層２２の露出された表面部分から、ｎ型ＧａＮ層２４を成長させる。このｎ型ＧａＮ層２４が、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。この場合、露出されたバッファ層２２の上面上において、まず、ｎ型ＧａＮ層２４のファセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。このｎ型ＧａＮ層２４のファセット構造には、バッファ層２２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【００５２】
さらに、バッファ層２２の上面上におけるｎ型ＧａＮ層２４の成長が進むと、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ層２４は、横方向にも成長する。このｎ型ＧａＮ層２４の横方向成長によって、マスク層２３上にもｎ型ＧａＮ層２４が形成される。この場合、バッファ層２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、ｎ型ＧａＮ層２４が横方向成長する際に、横方向に折れ曲がる。
【００５３】
さらに、ｎ型ＧａＮ層２４を横方向成長させると、図１２に示すように、ファセット構造の各ｎ型ＧａＮ層２４が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、バッファ層２に比べて転位が低減された約１０μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮ層２４が形成される。特に、ｎ型ＧａＮ層２４のマスク層２３上の領域において、転位密度が低減される。
【００５４】
ただし、ｎ型ＧａＮ層２４では、マスク層２３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形成される。このため、ｎ型ＧａＮ層２４を用いて窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層２３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減されたｎ型ＧａＮ２層２４上に、素子領域を形成するのが好ましい。
【００５５】
第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法では、上記第１参考形態と同様、バッファ層２２上に直接マスク層２３を形成することによって、マスク層２３を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みで、ｎ型ＧａＮ層２４を薄い厚みで形成することができる。
【００５６】
図１３は、上記した第２参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。次に、図１３を参照して、第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００５７】
第２参考形態の半導体レーザ素子の構造としては、図１２に示した第２参考形態のｎ型ＧａＮ層２４上に、図１３に示すように、約０．１μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＩｎＮからなるクラック防止層２５、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型第２クラッド層２６、約５０ｎｍ（約０．０５）μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型第１クラッド層２７、および、ＧａＩｎＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）発光層２８が順次形成されている。このＭＱＷ発光層２８は、約４ｎｍの厚みを有する５つのアンドープＧａＮ障壁層と、約４ｎｍの厚みを有する４つの圧縮歪みのアンドープＧａＩｎＮ井戸層とが交互に積層された構造を有する。
【００５８】
ＭＱＷ発光層２８上には、約４０ｎｍ（約０．０４μｍ）の膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型第１クラッド層２９が形成されている。ｐ型第１クラッド層２９上には、約０．４５μｍの高さを有するメサ形状（台形状）のｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型第２クラッド層３０が形成されている。また、ｐ型第１クラッド層２９上の、ｐ型第２クラッド層３０が形成されている領域以外の領域と、メサ形状のｐ型第２クラッド層３０の側面とを覆うとともに、ｐ型第２クラッド層３０の上面を露出させるように、約０．２μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなる電流阻止層３１が形成されている。電流阻止層３１上には、露出されたｐ型第２クラッド層３０の上面と接触するように、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層３２が形成されている。
【００５９】
また、ｐ型第２クラッド層３０のメサ形状を反映したｐ型コンタクト層３２の凸部上には、ｐ側電極３３が形成されている。また、この第２参考形態では、第１実施形態のサファイア基板１と異なり、基板２１が導電性を有するので、基板２１の裏面に、ｎ側電極３４が形成されている。
【００６０】
なお、クラック防止層２５、ｎ型第２クラッド層２６、ｎ型第１クラッド層２７、ＭＱＷ発光層２８、ｐ型第１クラッド層２９、ｐ型第２クラッド層３０、電流阻止層３１およびｐ型コンタクト層３２は、本発明の「素子領域を有する窒化物系半導体素子層」の一例である。
【００６１】
第２参考形態の窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、図８〜図１２に示した第２実施形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて形成された、薄い厚みで、かつ、低転位のｎ型ＧａＮ層２４を下地として、その上に各層２５〜３２を形成することによって、各層２５〜３２において良好な結晶性を実現することができるとともに、全体の膜厚を小さくすることができる。その結果、第２参考形態では、全体として薄い厚みで、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００６２】
なお、第１参考形態および第２参考形態において、バッファ層上にバッファ層の上面の一部が露出するようにマスク層を形成する方法は、前述したようにマスク層をエッチングによりパターニングする方法に限られるものではない。たとえば、ＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層の堆積時間を短くすると、ＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層は、バッファ層の表面を不完全に覆うことがある。すなわち、ナノメートルサイズの穴が自動的に形成されるので、この方法を用いてもバッファ層の上面の一部が露出するようにマスク層を形成することが可能となる。
【００６３】
（第３参考形態）
図１４〜図１８は、本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。この第３参考形態では、第１参考形態のバッファ層２上に形成されたマスク層３の代わりに、パターニングされたバッファ層４２間の露出されたサファイア基板４１の上面上にマスク層４３を形成する。図１４〜図１８を参照して、第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【００６４】
まず、図１４に示すように、サファイア基板４１のＣ面上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約６００℃に保持した状態で、約１５μｍの膜厚を有するアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層４２を形成する。なお、このサファイア基板４１が、本発明の「基板」の一例である。
【００６５】
次に、このバッファ層の所定領域をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などを用いて、パターニングすることによって、ストライプ形状のバッファ層４２を形成する。なお、バッファ層４２は、サファイア基板４１と、後の工程でバッファ層４２上に形成する窒化物系半導体層（アンドープＧａＮ層４４）との格子定数の差を緩和するために設ける。このバッファ層４２のストライプ形状は、バッファ層４２の幅をｗ2とし、バッファ層４２の開口部の幅をｂ2とした場合、バッファ層４２の幅ｗ2およびバッファ層４２の開口部の幅ｂ2が、以下の式（４）と式（５）と式（６）とを満たすように形成することが好ましい。
【００６６】
ｂ2［μｍ］＋ｗ2［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（４）
ｂ2［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（５）
ｗ2［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（６）
なお、上記式（４）は、バッファ層４２の幅ｗ2とバッファ層４２の開口部の幅ｂ2との和（バッファ層４２の周期）が４０μｍ以下であるという条件を示している。ここで、図２０は、バッファ層４２の幅ｗ2とバッファ層４２の開口部の幅ｂ2との関係を示した相関図である。図２０を参照して、第３参考形態では、バッファ層４２の幅ｗ2およびバッファ層４２の開口部の幅ｂ2が上記式（５）および式（６）を満たすように、すなわち、バッファ層４２の幅ｗ2およびバッファ層４２の開口部の幅ｂ2の両方が１μｍ以上の幅を有するように、バッファ層４２を形成することによって、バッファ層４２をエッチングにより容易にパターニングすることができる。それによって、容易にパターニングされたバッファ層４２を形成することができる。
【００６７】
また、バッファ層４２の幅ｗ2およびバッファ層４２の開口部の幅ｂ2が、上記式（４）を満たすように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、バッファ層４２を形成することによって、後の工程でバッファ層４２から成長されるアンドープＧａＮ層４４（図１８参照）の上面の平坦化が可能となる。
【００６８】
次に、バッファ層４２上およびバッファ層４２間に露出されたサファイア基板４１の上面上に、約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層を形成した後、バッファ層４２上のマスク層をウェットエッチングなどを用いて除去することによって、バッファ層４２間に露出されたサファイア基板４１の上面上のみに、図１５に示されるような、マスク層４３を形成する。
【００６９】
次に、図１６に示すように、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、マスク層４３を選択成長マスクとして、バッファ層４２の表面部分から、アンドープＧａＮ層４４を成長させる。このアンドープＧａＮ層４４が、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。この場合、バッファ層４２の上面上において、まず、アンドープＧａＮ層４４のファセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。このアンドープＧａＮ層４４のファセット構造には、バッファ層４２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【００７０】
さらに、バッファ層４２の上面上におけるアンドープＧａＮ層４４の成長が進むと、図１６に示すように、アンドープＧａＮ層４４は、横方向にも成長する。このアンドープＧａＮ層４４の横方向成長によって、マスク層４３上にもアンドープＧａＮ層４４が形成される。この場合、バッファ層４２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、アンドープＧａＮ層４４が横方向成長する際に、横方向（サファイア基板１のＣ面と平行な方向）に折れ曲がる。
【００７１】
さらに、アンドープＧａＮ層４４を横方向成長させると、図１８に示すように、ファセット構造の各アンドープＧａＮ層４４が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、バッファ層４２に比べて転位が低減されたアンドープＧａＮ層４４が形成される。特に、アンドープＧａＮ層４４のマスク層４３上の領域において、転位密度が低減される。
【００７２】
ただし、アンドープＧａＮ層４４では、マスク層４３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形成される。このため、アンドープＧａＮ層４４を用いて窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層４３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減されたアンドープＧａＮ層４４上に、素子領域を形成するのが好ましい。
【００７３】
第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、サファイア基板４１上にパターニングされたバッファ層４２を形成した後に、バッファ層４２間に露出されたサファイア基板４１の上面上にマスク層４３を成長させることによって、マスク層４３を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みでアンドープＧａＮ層４４を形成することができる。
【００７４】
図１９は、上記した第３参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。次に、図１９を参照して、第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００７５】
第３参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、図１８に示したアンドープＧａＮ層４４上に、第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層５、クラック防止層６、ｎ型第２クラッド層７、ｎ型第１クラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１１、電流阻止層１２、ｐ型コンタクト層１３および保護膜１４が形成されている。なお、各層５〜１３および保護膜１４の組成および膜厚は、第１参考形態と同様である。
【００７６】
また、ｐ型コンタクト層１３の上面上には、ｐ側電極１５が形成されるとともに、一部領域が除去されて露出されたｎ型コンタクト層５の表面には、ｎ側電極１６が形成されている。
【００７７】
第３参考形態の窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、図１４〜図１８に示した第３参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて形成された、薄い厚みで、かつ、低転位のアンドープＧａＮ層４４を下地として、その上に各層５〜１３を形成することによって、各層５〜１３において良好な結晶性を実現することができるとともに、全体の膜厚を小さくすることができる。その結果、第３参考形態では、全体として薄い厚みで、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００７８】
（第４参考形態）
図２１〜図２５は、本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。この第４参考形態では、第３参考形態の絶縁性のサファイア基板４１の代わりに、導電性を有するｎ型のＳｉＣまたはＳｉなどからなる基板５１を用いている。図２１〜図２５を参照して、第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【００７９】
まず、基板５１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、約０．０５μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎからなるバッファ層５２を形成する。
【００８０】
次に、図２１に示すように、このバッファ層５２の所定領域をＲＩＥ法などを用いて、パターニングすることによって、ストライプ形状のバッファ層５２を形成する。なお、バッファ層５２は、基板５１と、後に工程でバッファ層５２上に形成する窒化物系半導体層（ｎ型ＧａＮ層５４）との格子定数の差を緩和するために設ける。このバッファ層５２のストライプ形状は、第３実施形態の図２０に示したように、バッファ層５２の幅をｗ2とし、バッファ層５２の開口部の幅をｂ2とした場合、バッファ層５２の幅ｗ2およびバッファ層５２の開口部の幅ｂ2が、上記した第３実施形態の式（４）と式（５）と式（６）とを満たすように形成することが好ましい。
【００８１】
第４参考形態では、第３参考形態と同様、式（５）と式（６）とを満たすように、すなわち、バッファ層５２の幅ｗ2およびバッファ層５２の開口部の幅ｂ2の両方が１μｍ以上の幅を有するように、バッファ層５２を形成することによって、バッファ層５２をエッチングにより容易にパターニングすることができる。それによって、容易にパターニングされたバッファ層５２を形成することができる。
【００８２】
また、バッファ層５２の幅ｗ2およびバッファ層５２の開口部の幅ｂ2が、上記式（４）を満たすように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、バッファ層５２を形成することによって、後の工程でバッファ層５２から成長されるｎ型ＧａＮ層５４（図２５参照）の上面の平坦化が可能となる。
【００８３】
次に、バッファ層５２上およびバッファ層５２間に露出された基板５１の上面上に、約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層を形成した後、バッファ層５２上のマスク層をウェットエッチングなどを用いて除去することによって、バッファ層５２間に露出された基板５１の上面上のみに、図２２に示されるような、マスク層５３を形成する。
【００８４】
次に、図２３に示すように、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、マスク層５３を選択成長マスクとして、バッファ層５２の表面部分から、ｎ型ＧａＮ層５４を成長させる。このｎ型ＧａＮ層５４が、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。この場合、バッファ層５２の上面上において、まず、ｎ型ＧａＮ層５４のファセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。このｎ型ＧａＮ層５４のファセット構造には、バッファ層５２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【００８５】
さらに、バッファ層５２の上面上におけるｎ型ＧａＮ層５４の成長が進むと、図２４に示すように、ｎ型ＧａＮ層５４は、横方向にも成長する。このｎ型ＧａＮ層５４の横方向成長によって、マスク層５３上にもｎ型ＧａＮ層５４が形成される。この場合、バッファ層５２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、ｎ型ＧａＮ層５４が横方向成長する際に、横方向に折れ曲がる。
【００８６】
さらに、ｎ型ＧａＮ層５４を横方向成長させると、図２５に示すように、ファセット構造の各ｎ型ＧａＮ層５４が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、バッファ層５２に比べて転位が低減されたｎ型ＧａＮ層５４が形成される。特に、ｎ型ＧａＮ層５４のマスク層５３上の領域において、転位密度が低減される。
【００８７】
ただし、ｎ型ＧａＮ層５４では、マスク層５３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形成される。このため、ｎ型ＧａＮ層５４を用いて窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層５３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減されたｎ型ＧａＮ層５４上に、素子領域を形成するのが好ましい。
【００８８】
第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、基板５１上にパターニングされたバッファ層５２を形成した後に、バッファ層５２間に露出された基板５１の上面上にマスク層５３を成長させることによって、マスク層５３を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みでｎ型ＧａＮ層５４を形成することができる。
【００８９】
図２６は、上記した第４参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。次に、図２６を参照して、第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００９０】
第４参考形態の半導体レーザ素子の構造としては、図２５に示したｎ型ＧａＮ層５４上に、第２実施形態と同様、クラック防止層２５、ｎ型第２クラッド層２６、ｎ型第１クラッド層２７、ＭＱＷ発光層２８、ｐ型第１クラッド層２９、ｐ型第２クラッド層３０、電流阻止層３１およびｐ型コンタクト層３２が形成されている。なお、各層２５〜３２の組成および膜厚は、第２実施形態と同様である。
【００９１】
また、ｐ型第２クラッド層３０のメサ形状を反映したｐ型コンタクト層３２の凸部上には、ｐ側電極３３が形成されている。また、基板５１が導電性を有するので、基板５１の裏面に、ｎ側電極３４が形成されている。
【００９２】
第４参考形態の半導体レーザ素子では、上記のように、図２１〜図２５に示した第４参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて形成された、薄い厚みで、かつ、低転位のｎ型ＧａＮ層５４を下地として、その上に各層２５〜３２を形成することによって、各層２５〜３２において良好な結晶性を実現することができるとともに、全体の膜厚を小さくすることができる。その結果、第４参考形態では、全体として薄い厚みで、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００９３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９４】
たとえば、上記第１〜第４参考形態では、基板として、サファイア基板、ＳｉＣ（IV−IV族半導体）基板またはＳｉ（IV族半導体）基板を用いたが、本発明はこれに限らず、スピネルなどの絶縁体、ＧａＮまたはＧａＡｓなどのIII−V族半導体、Ｓｉ以外のＧｅなどのIV族半導体、ＳｉＣ以外のIV−IV族半導体、および、ＺｎＳｅなどのII−VI族半導体などからなる基板を用いてもよい。この場合、基板として、基板の格子定数が窒化物系半導体層の格子定数と異なる、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰまたはＧａＰなどの基板を用いると、大きな効果が得られる。
【００９５】
また、上記第１〜第４参考形態では、マスク層をＳｉＯ2などの酸化膜またはＳｉＮなどの窒化物を用いて形成したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ2以外のＴｉＯ2などの他の酸化膜、ＳｉＮ以外の他の窒化物および高融点金属などの材料を用いてマスク層を形成してもよい。
【００９６】
また、上記第１および第２参考形態では、マスク層およびマスク層の開口部を、ストライプ状に形成したが、本発明はこれに限らず、マスク層を、円形、六角形または三角形などのアイランド形状や、他のアイランド形状で形成してもよく、また、マスク層の開口部を、円形、六角形または三角形などの形状で形成してもよい。
【００９７】
また、上記第３および第４参考形態では、バッファ層およびバッファ層の開口部をストライプ状に形成したが、本発明はこれに限らず、バッファ層を、円形、六角形または三角形などのアイランド形状や、他のアイランド形状で形成してもよく、また、バッファ層の開口部を、円形、六角形または三角形などの形状で形成してもよい。
【００９８】
また、上記第１〜第４参考形態では、窒化物系半導体を用いて窒化物系半導体レーザ素子を作製したが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード素子またはトランジスタなどの窒化物系半導体を用いる他の素子にも適用可能である。
【００９９】
また、上記第１〜第４参考形態において、窒化物系半導体の結晶構造は、ウルツ鉱型構造であってもよいし、閃亜鉛鉱型構造であってもよい。
【０１００】
また、上記第１〜第４参考形態では、窒化物系半導体層上の、素子領域を有する窒化物系半導体素子層をｎ型半導体層およびｐ型半導体層の順に形成したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体素子層をｐ型半導体層およびｎ型半導体層の順に形成してもよい。
【０１０１】
また、バッファ層、バッファ層上の窒化物系半導体層（アンドープＧａＮ層およびｎ型ＧａＮ層）および窒化物系半導体素子層を構成する各層を、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）およびＴｌＮ（窒化タリウム）、または、これらの混晶などのIII−V族窒化物系半導体およびこれらの混晶にＡｓ、ＰおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素を含む混晶などのIII−V族窒化物系半導体から構成してもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、短時間で、かつ、薄い厚みで形成することが可能な窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図３】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図４】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図５】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図６】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。
【図７】 本発明の第１参考形態によるマスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1との関係を示した相関図である。
【図８】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図９】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１０】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１１】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１２】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１３】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。
【図１４】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１５】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１６】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１７】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１８】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１９】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。
【図２０】 本発明の第３参考形態によるバッファ層４２の幅ｗ2とバッファ層４２の開口部の幅ｂ2との関係を示した相関図である。
【図２１】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２２】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２３】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２４】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２５】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２６】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。
【図２７】 従来の窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２８】 従来の窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２９】 従来の窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図３０】 従来の窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法に関し、より特定的には、選択横方向成長を用いた窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発光ダイオード素子および半導体レーザ素子などの半導体発光素子やトランジスタなどの電子素子に用いられる半導体素子として、III族窒化物系半導体を利用した窒化物系半導体素子の開発が盛んに行われている。このような窒化物系半導体素子の製造の際には、サファイアなどからなる基板上に、窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させている。
【０００３】
この場合、サファイアなどの基板と窒化物系半導体層とでは、格子定数が異なるため、サファイアなどの基板上に成長させた窒化物系半導体層では、基板から上下方向に延びる転位（格子欠陥）が存在している。このような窒化物系半導体層における転位は、半導体素子の素子特性の劣化および信頼性の低下を招く。
【０００４】
そこで、上記のような窒化物系半導体層における転位を低減する方法として、従来、選択横方向成長（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）が提案されている。この選択横方向成長については、たとえば、応用電子物性分科会誌、第４巻（１９９８）、ｐ．５３〜ｐ．５８およびｐ．２１０〜ｐ．２１５などに開示されている。
【０００５】
図２７〜図３０は、従来の選択横方向成長を用いた窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。図２７〜図３０を参照して、従来の選択横方向成長を用いた窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【０００６】
まず、図２７に示すように、サファイア基板１０１の（０００１）Ｃ面上に、ＭＯＶＰＥ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：有機金属化学的気相成長法）を用いて、低温バッファ層１０２、および、約１μｍの膜厚を有するＧａＮ層１０３を順次形成する。なお、低温バッファ層１０２は、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０３との格子定数の差を緩和するために形成する。そのＧａＮ層１０３上に、ＳｉＯ2からなるストライプ状の選択成長用のマスク層１０４を形成する。
【０００７】
次に、図２８に示すように、ＨＶＰＥ法（ハライド気相成長法）を用いて、ＧａＮ層１０３の露出された表面部分から、再成長ＧａＮ層１０５を成長させる。この場合、露出されたＧａＮ層１０３の上面上において、再成長ＧａＮ層１０５は、まず、上方向（ｃ軸方向）に成長する。これにより、露出されたＧａＮ層１０３の上面上に、断面が三角形状のファセット構造を有する再成長ＧａＮ層１０５が成長される。この場合、ファセット構造の三角形状の先端付近には、ＧａＮ層１０３から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【０００８】
さらに、ＧａＮ層１０３の上面上における再成長ＧａＮ層１０５の成長が進むと、図２９に示すように、再成長ＧａＮ層１０５は、横方向にも成長する。この再成長ＧａＮ層１０５の横方向成長によって、マスク層１０４上にも再成長ＧａＮ層１０５が形成される。この場合、ＧａＮ層１０３から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、再成長ＧａＮ層１０５が横方向成長する際に、横方向（サファイア基板１０１のＣ面と平行な方向）に折れ曲がる。
【０００９】
さらに、再成長ＧａＮ層１０５を横方向成長させると、図３０に示すように、ファセット構造の各再成長ＧａＮ層１０５が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、ＧａＮ層１０３に比べて転位が低減された再成長ＧａＮ層１０５が形成される。そして、この転位の低減された再成長ＧａＮ層１０５上に、窒化物系半導体素子層（図示せず）を形成すれば、従来の格子欠陥の低減された窒化物系半導体素子を形成することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の選択横方向成長を用いる窒化物系半導体の形成方法では、サファイア基板１０１上に、低温バッファ層１０２を介して形成されたＧａＮ層１０３を下地として、選択横方向成長によって転位の低減された再成長ＧａＮ層１０５を形成していた。この下地となる窒化物系半導体のＧａＮ層１０３を形成する際には、表面をある程度平坦にするために、ＧａＮ層１０３を大きな厚み（約１μｍ）で形成する必要があった。このため、下地となるＧａＮ層１０３を形成するのに、長時間を要していた。その結果、再成長ＧａＮ層１０５を形成するまでの時間が長くなるという問題点があった。また、ＧａＮ層１０３を大きな厚みで形成するため、従来の再成長ＧａＮ層１０５を含む窒化物系半導体全体の厚みが大きくなるという問題点があった。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、短時間で、かつ、薄い厚みで形成することが可能な窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体素子を提供することである。
【００１２】
この発明のもう１つの目的は、短時間で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体を形成することが可能な窒化物系半導体の形成方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の局面による窒化物系半導体素子は、基板の上面上に形成されたバッファ層と、バッファ層の上面の一部が露出するように、バッファ層の上面上に接触するように形成されたマスク層と、露出されたバッファ層の上面上およびマスク層の上面上に形成された窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有する窒化物系半導体素子層とを備えている。
【００１４】
この第１の局面による窒化物系半導体素子では、上記のように、基板上に形成したバッファ層上に直接マスク層を形成することによって、マスク層を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体層を形成することができる。また、バッファ層上のマスク層をマスクとして選択横方向成長させることによって、転位が低減された窒化物系半導体層を形成することができる。そして、このような転位が低減された窒化物系半導体層上に、素子領域を有する窒化物系半導体素子層を成長させれば、容易に、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００１５】
上記第１の局面による窒化物系半導体素子において、好ましくは、マスク層のマスク幅をｂ1とし、マスク層のマスク開口部の幅をｗ1とした場合、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1は、以下の式（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定されている。
【００１６】
ｂ1［μｍ］＋ｗ1［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１）
ｂ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２）
ｗ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
このように構成すれば、上記式（１）を満たすように、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1を設定することによって、マスク層を選択成長マスクとして成長される窒化物系半導体層の上面の平坦化が可能となる。また、上記式（２）および式（３）を満たすように、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1を設定することによって、マスク層のパターニングを容易に行うことができる。
【００１７】
上記第１の局面において、好ましくは、基板は、絶縁体、III-V族半導体、IV族半導体、IV- IV族半導体およびII-VI族半導体からなるグループより選択される１つの材料からなる。また、マスク層は、酸化シリコン、窒化物および高融点金属からなるグループより選択される１つを含んでいてもよい。このように構成すれば、基板上のバッファ層上に、窒化物系半導体層を容易に選択横方向成長させることができる。
【００１８】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体の形成方法は、基板の上面上にバッファ層を形成する工程と、バッファ層の上面の一部が露出するように、バッファ層の上面上に接触するように、マスク層を形成する工程と、マスク層を選択成長マスクとして、バッファ層の上面上およびマスク層の上面上に窒化物系半導体層を成長させる工程とを備えている。
【００１９】
この第２の局面による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、基板上に形成したバッファ層上に直接マスク層を形成することによって、マスク層を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体層を形成することができる。また、バッファ層上のマスク層をマスクとして選択横方向成長させることによって、転位が低減された窒化物系半導体層を形成することができる。
【００２０】
上記第２の局面による窒化物系半導体の形成方法において、好ましくは、マスク層のマスク幅をｂ1とし、マスク層のマスク開口部の幅をｗ1とした場合、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1は、以下の式（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定されている。
【００２１】
ｂ1［μｍ］＋ｗ1［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１）
ｂ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２）
ｗ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
このように構成すれば、上記式（１）を満たすように、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1を設定することによって、マスク層を選択成長マスクとして成長される窒化物系半導体層の上面の平坦化が可能となる。すなわち、マスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1との和（マスク層の周期）が４０μｍ以下になるように、マスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1とを設定することによって、そのように設定されたマスク層を用いて窒化物系半導体層を選択成長させれば、容易に上面が平坦化された窒化物系半導体層を形成することができる。また、上記式（２）および式（３）を満たすように、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1を設定することによって、マスク層のパターニングを容易に行うことができる。
【００２２】
この発明の第３の局面による窒化物系半導体の形成方法は、基板の上面上の全面にバッファ層を成長させた後、バッファ層をパターニングすることによって、基板の上面の一部が露出するように、所定の間隔を隔てて複数のバッファ層を形成する工程と、バッファ層間に露出された基板の上面上にマスク層を成長させる工程と、マスク層を選択成長マスクとして、バッファ層の上面上およびマスク層の上面上に窒化物系半導体層を成長させる工程とを備えている。
【００２３】
この第３の局面による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、基板上にパターニングされたバッファ層を形成した後に、バッファ層間に露出された基板の上面上にマスク層を成長させることによって、マスク層を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みで窒化物系半導体層を形成することができる。また、バッファ層上のマスク層をマスクとして選択横方向成長させることによって、転位が低減された窒化物系半導体層を形成することができる。
【００２４】
上記第３の局面による窒化物系半導体の形成方法において、好ましくは、バッファ層の幅をｗ2とし、バッファ層の開口部の幅をｂ2とした場合、バッファ層の幅ｗ2およびバッファ層の開口部の幅ｂ2は、以下の式（１）と式（２）と式（３）とを満たす範囲に設定されている。
【００２５】
ｂ2［μｍ］＋ｗ2［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１）
ｂ2［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２）
ｗ2［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
このように構成すれば、上記式（１）を満たすように、バッファ層の幅ｗ2およびバッファ層の開口部の幅ｂ2を設定することによって、バッファ層の開口部に形成されたマスク層を選択成長マスクとして成長される窒化物系半導体層の上面の平坦化が可能となる。すなわち、バッファ層の幅ｗ2とバッファ層の開口部の幅ｂ2との和（マスク層の周期）が４０μｍ以下になるように、バッファ層の幅ｗ2とバッファ層の開口部の幅ｂ2とを設定することによって、そのように設定されたバッファ層の開口部に形成されたマスク層を用いて窒化物系半導体層を選択成長させれば、容易に上面が平坦化された窒化物系半導体層を形成することができる。また、上記式（２）および式（３）を満たすように、バッファ層の幅ｗ2およびバッファ層の開口部の幅ｂ2を設定することによって、マスク層のパターニングを容易に行うことができる。
【００２６】
上記第２または第３の局面において、好ましくは、窒化物系半導体層上に素子領域を有する半導体素子層を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、容易に、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００２７】
上記第２または第３の局面において、好ましくは、基板は、絶縁体、III-V族半導体、IV族半導体、IV- IV族半導体およびII-VI族半導体からなるグループより選択される１つの材料からなる。また、マスク層は、酸化シリコン、窒化物および高融点金属からなるグループより選択される１つを含んでいてもよい。このように構成すれば、基板上のバッファ層上に、窒化物系半導体層を容易に選択横方向成長させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
（第１参考形態）
図１〜図５は、本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。図１〜図５を参照して、第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【００３０】
まず、図１に示すように、サファイア基板１のＣ（０００１）面上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約６００℃に保持した状態で、約１５μｍの膜厚を有するアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層２を形成する。なお、バッファ層２は、サファイア基板１と、後の工程でバッファ層２上に形成する窒化物系半導体層（アンドープＧａＮ層４）との格子定数の差を緩和するために設ける。このバッファ層２上に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層３を形成する。なお、サファイア基板１が、本発明の「基板」の一例である。
【００３１】
次に、マスク層３をウェットエッチングなどを用いてパターニングすることによって、図２に示されるような、ストライプ形状のマスク層３を形成する。このマスク層３のストライプ形状は、マスク層３のマスク幅をｂ1とし、マスク層３の開口部の幅をｗ1とした場合、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が、以下の式（１）と式（２）と式（３）とを満たすように形成することが好ましい。
【００３２】
ｂ1［μｍ］＋ｗ1［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（１）
ｂ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（２）
ｗ1［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（３）
なお、上記式（１）は、マスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1との和（マスク層３の周期）が４０μｍ以下であるという条件を示している。ここで、図７は、マスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1との関係を示した相関図である。図７を参照して、第１参考形態では、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が上記式（２）および式（３）を満たすように、すなわち、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1の両方が１μｍ以上の幅を有するように、マスク層３を形成することによって、マスク層３をエッチングにより容易にパターニングすることができる。それによって、容易にパターニングされたマスク層３を形成することができる。
【００３３】
また、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が、上記式（１）を満たすように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、マスク層３を形成することによって、後の工程でマスク層３を選択成長マスクとして成長されるアンドープＧａＮ層４（図５参照）の上面の平坦化が可能となる。
【００３４】
次に、図３に示すように、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、マスク層３を選択成長マスクとして、バッファ層２の露出された表面部分から、アンドープＧａＮ層４を成長させる。このアンドープＧａＮ層４が、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。この場合、露出されたバッファ層２の上面上において、まず、アンドープＧａＮ層４のファセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。このアンドープＧａＮ層４のファセット構造には、バッファ層２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【００３５】
さらに、バッファ層２の上面上におけるアンドープＧａＮ層４の成長が進むと、図４に示すように、アンドープＧａＮ層４は、横方向にも成長する。このアンドープＧａＮ層４の横方向成長によって、マスク層３上にもアンドープＧａＮ層４が形成される。この場合、バッファ層２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、アンドープＧａＮ層４が横方向成長する際に、横方向（サファイア基板１のＣ面と平行な方向）に折れ曲がる。
【００３６】
さらに、アンドープＧａＮ層４を横方向成長させると、図５に示すように、ファセット構造の各アンドープＧａＮ層４が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、バッファ層２に比べて転位が低減されたアンドープＧａＮ層４が形成される。特に、アンドープＧａＮ層４のマスク層３上の領域において、転位密度が低減される。
【００３７】
ただし、アンドープＧａＮ層４では、マスク層３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形成される。このため、アンドープＧａＮ層４を用いて窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減されたアンドープＧａＮ層４上に、素子領域を形成するのが好ましい。
【００３８】
第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、バッファ層２上に直接マスク層３を形成することによって、マスク層３を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みでアンドープＧａＮ層４を形成することができる。
【００３９】
図６は、上記した第１参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。次に、図６を参照して、第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００４０】
第１参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、図５に示した第１参考形態のアンドープＧａＮ層４上に、図６に示すように、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、または、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、ＮＨ3、ＳｉＨ4（シランガス）およびＣｐＭｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）などを原料ガスとして用いるガスソースＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いて、約４μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層５が形成されている。ｎ型コンタクト層５上には、約０．１μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＩｎＮからなるクラック防止層６、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型第２クラッド層７、約５０ｎｍ（約０．０５μｍ）の膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型第１クラッド層８、および、ＧａＩｎＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）発光層９が順次形成されている。このＭＱＷ発光層９は、約４ｎｍの厚みを有する５つのアンドープＧａＮ障壁層と、約４ｎｍの厚みを有する４つの圧縮歪みのアンドープＧａＩｎＮ井戸層とが交互に積層された構造を有する。
【００４１】
ＭＱＷ発光層９上には、約４０ｎｍ（約０．０４μｍ）の膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型第１クラッド層１０が形成されている。ｐ型第１クラッド層１０上には、約０．４５μｍの高さを有するメサ形状（台形状）のｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型第２クラッド層１１が形成されている。また、ｐ型第１クラッド層１０上の、ｐ型第２クラッド層１１が形成されている領域以外の領域と、メサ形状のｐ型第２クラッド層１１の側面とを覆うとともに、ｐ型第２クラッド層１１の上面を露出させるように、約０．２μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなる電流阻止層１２が形成されている。電流阻止層１２上には、露出されたｐ型第２クラッド層１１の上面と接触するように、約３μｍ〜約５μｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１３が形成されている。
【００４２】
また、ｐ型コンタクト層１３からｎ型コンタクト層５までの一部領域が除去されている。そのｎ型コンタクト層５の露出した表面の一部と、クラック防止層６、ｎ型第２クラッド層７、ｎ型第１クラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ型第１クラッド層１０、電流阻止層１２およびｐ型コンタクト層１３の露出した側面とを覆うように、ＳｉＯ2からなる保護膜１４が形成されている。
【００４３】
また、ｐ型コンタクト層１３の上面上には、ｐ側電極１５が形成されるとともに、一部領域が除去されて露出されたｎ型コンタクト層５の表面には、ｎ側電極１６が形成されている。
【００４４】
なお、ｎ型コンタクト層５、クラック防止層６、ｎ型第２クラッド層７、ｎ型第１クラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１１、電流阻止層１２およびｐ型コンタクト層１３は、本発明の「素子領域を有する窒化物系半導体素子層」の一例である。
【００４５】
第１参考形態の窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、図１〜図５に示した第１実施形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて形成された、薄い厚みで、かつ、低転位のアンドープＧａＮ層４を下地として、その上に各層５〜１３を形成することによって、各層５〜１３において良好な結晶性を実現することができるとともに、全体の膜厚を小さくすることができる。その結果、第１参考形態では、全体として薄い厚みで、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００４６】
（第２参考形態）
図８〜図１２は、本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。第１参考形態の絶縁性のサファイア基板１の代わりに、導電性を有するｎ型のＳｉＣまたはＳｉなどからなる基板２１を用いている。図８〜図１２を参照して、第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【００４７】
まず、図８に示すように、基板２１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、約０．０５μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎからなるバッファ層２２を形成する。なお、バッファ層２２は、基板２１と、後の工程でバッファ層２２上に形成する窒化物系半導体層（ｎ型ＧａＮ層２４）との格子定数の差を緩和するために設ける。このバッファ層２２上に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層２３を形成する。
【００４８】
次に、マスク層２３をウェットエッチングなどを用いてパターニングすることによって、図９に示されるような、ストライプ形状のマスク層２３を形成する。このマスク層２３のストライプ形状は、第１参考形態の図７に示したように、マスク層２３のマスク幅をｂ1とし、マスク層３の開口部の幅をｗ1とした場合、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が、第１参考形態で示した式（１）と式（２）と式（３）とを満たすように形成することが好ましい。
【００４９】
第２参考形態では、第１参考形態と同様、式（２）と式（３）とを満たすように、すなわち、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1の両方が１μｍ以上の幅を有するように、マスク層２３を形成することによって、マスク層２３をエッチングにより容易にパターニングすることができる。それによって、容易にパターニングされたマスク層２３を形成することができる。
【００５０】
また、マスク幅ｂ1およびマスク開口部の幅ｗ1が、上記式（１）を満たすように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、マスク層２３を形成することによって、後の工程でマスク層２３を選択成長マスクとして成長されるｎ型ＧａＮ層２４（図１２参照）の上面の平坦化が可能となる。
【００５１】
次に、図１０に示すように、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、マスク層２３を選択成長マスクとして、バッファ層２２の露出された表面部分から、ｎ型ＧａＮ層２４を成長させる。このｎ型ＧａＮ層２４が、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。この場合、露出されたバッファ層２２の上面上において、まず、ｎ型ＧａＮ層２４のファセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。このｎ型ＧａＮ層２４のファセット構造には、バッファ層２２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【００５２】
さらに、バッファ層２２の上面上におけるｎ型ＧａＮ層２４の成長が進むと、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ層２４は、横方向にも成長する。このｎ型ＧａＮ層２４の横方向成長によって、マスク層２３上にもｎ型ＧａＮ層２４が形成される。この場合、バッファ層２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、ｎ型ＧａＮ層２４が横方向成長する際に、横方向に折れ曲がる。
【００５３】
さらに、ｎ型ＧａＮ層２４を横方向成長させると、図１２に示すように、ファセット構造の各ｎ型ＧａＮ層２４が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、バッファ層２に比べて転位が低減された約１０μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮ層２４が形成される。特に、ｎ型ＧａＮ層２４のマスク層２３上の領域において、転位密度が低減される。
【００５４】
ただし、ｎ型ＧａＮ層２４では、マスク層２３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形成される。このため、ｎ型ＧａＮ層２４を用いて窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層２３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減されたｎ型ＧａＮ２層２４上に、素子領域を形成するのが好ましい。
【００５５】
第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法では、上記第１参考形態と同様、バッファ層２２上に直接マスク層２３を形成することによって、マスク層２３を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みで、ｎ型ＧａＮ層２４を薄い厚みで形成することができる。
【００５６】
図１３は、上記した第２参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。次に、図１３を参照して、第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００５７】
第２参考形態の半導体レーザ素子の構造としては、図１２に示した第２参考形態のｎ型ＧａＮ層２４上に、図１３に示すように、約０．１μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＩｎＮからなるクラック防止層２５、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型第２クラッド層２６、約５０ｎｍ（約０．０５）μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型第１クラッド層２７、および、ＧａＩｎＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）発光層２８が順次形成されている。このＭＱＷ発光層２８は、約４ｎｍの厚みを有する５つのアンドープＧａＮ障壁層と、約４ｎｍの厚みを有する４つの圧縮歪みのアンドープＧａＩｎＮ井戸層とが交互に積層された構造を有する。
【００５８】
ＭＱＷ発光層２８上には、約４０ｎｍ（約０．０４μｍ）の膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型第１クラッド層２９が形成されている。ｐ型第１クラッド層２９上には、約０．４５μｍの高さを有するメサ形状（台形状）のｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型第２クラッド層３０が形成されている。また、ｐ型第１クラッド層２９上の、ｐ型第２クラッド層３０が形成されている領域以外の領域と、メサ形状のｐ型第２クラッド層３０の側面とを覆うとともに、ｐ型第２クラッド層３０の上面を露出させるように、約０．２μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなる電流阻止層３１が形成されている。電流阻止層３１上には、露出されたｐ型第２クラッド層３０の上面と接触するように、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層３２が形成されている。
【００５９】
また、ｐ型第２クラッド層３０のメサ形状を反映したｐ型コンタクト層３２の凸部上には、ｐ側電極３３が形成されている。また、この第２参考形態では、第１実施形態のサファイア基板１と異なり、基板２１が導電性を有するので、基板２１の裏面に、ｎ側電極３４が形成されている。
【００６０】
なお、クラック防止層２５、ｎ型第２クラッド層２６、ｎ型第１クラッド層２７、ＭＱＷ発光層２８、ｐ型第１クラッド層２９、ｐ型第２クラッド層３０、電流阻止層３１およびｐ型コンタクト層３２は、本発明の「素子領域を有する窒化物系半導体素子層」の一例である。
【００６１】
第２参考形態の窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、図８〜図１２に示した第２実施形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて形成された、薄い厚みで、かつ、低転位のｎ型ＧａＮ層２４を下地として、その上に各層２５〜３２を形成することによって、各層２５〜３２において良好な結晶性を実現することができるとともに、全体の膜厚を小さくすることができる。その結果、第２参考形態では、全体として薄い厚みで、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００６２】
なお、第１参考形態および第２参考形態において、バッファ層上にバッファ層の上面の一部が露出するようにマスク層を形成する方法は、前述したようにマスク層をエッチングによりパターニングする方法に限られるものではない。たとえば、ＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層の堆積時間を短くすると、ＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層は、バッファ層の表面を不完全に覆うことがある。すなわち、ナノメートルサイズの穴が自動的に形成されるので、この方法を用いてもバッファ層の上面の一部が露出するようにマスク層を形成することが可能となる。
【００６３】
（第３参考形態）
図１４〜図１８は、本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。この第３参考形態では、第１参考形態のバッファ層２上に形成されたマスク層３の代わりに、パターニングされたバッファ層４２間の露出されたサファイア基板４１の上面上にマスク層４３を形成する。図１４〜図１８を参照して、第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【００６４】
まず、図１４に示すように、サファイア基板４１のＣ面上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約６００℃に保持した状態で、約１５μｍの膜厚を有するアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層４２を形成する。なお、このサファイア基板４１が、本発明の「基板」の一例である。
【００６５】
次に、このバッファ層の所定領域をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などを用いて、パターニングすることによって、ストライプ形状のバッファ層４２を形成する。なお、バッファ層４２は、サファイア基板４１と、後の工程でバッファ層４２上に形成する窒化物系半導体層（アンドープＧａＮ層４４）との格子定数の差を緩和するために設ける。このバッファ層４２のストライプ形状は、バッファ層４２の幅をｗ2とし、バッファ層４２の開口部の幅をｂ2とした場合、バッファ層４２の幅ｗ2およびバッファ層４２の開口部の幅ｂ2が、以下の式（４）と式（５）と式（６）とを満たすように形成することが好ましい。
【００６６】
ｂ2［μｍ］＋ｗ2［μｍ］≦ ４０［μｍ］ ・・・（４）
ｂ2［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（５）
ｗ2［μｍ］≧ １［μｍ］ ・・・（６）
なお、上記式（４）は、バッファ層４２の幅ｗ2とバッファ層４２の開口部の幅ｂ2との和（バッファ層４２の周期）が４０μｍ以下であるという条件を示している。ここで、図２０は、バッファ層４２の幅ｗ2とバッファ層４２の開口部の幅ｂ2との関係を示した相関図である。図２０を参照して、第３参考形態では、バッファ層４２の幅ｗ2およびバッファ層４２の開口部の幅ｂ2が上記式（５）および式（６）を満たすように、すなわち、バッファ層４２の幅ｗ2およびバッファ層４２の開口部の幅ｂ2の両方が１μｍ以上の幅を有するように、バッファ層４２を形成することによって、バッファ層４２をエッチングにより容易にパターニングすることができる。それによって、容易にパターニングされたバッファ層４２を形成することができる。
【００６７】
また、バッファ層４２の幅ｗ2およびバッファ層４２の開口部の幅ｂ2が、上記式（４）を満たすように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、バッファ層４２を形成することによって、後の工程でバッファ層４２から成長されるアンドープＧａＮ層４４（図１８参照）の上面の平坦化が可能となる。
【００６８】
次に、バッファ層４２上およびバッファ層４２間に露出されたサファイア基板４１の上面上に、約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層を形成した後、バッファ層４２上のマスク層をウェットエッチングなどを用いて除去することによって、バッファ層４２間に露出されたサファイア基板４１の上面上のみに、図１５に示されるような、マスク層４３を形成する。
【００６９】
次に、図１６に示すように、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、マスク層４３を選択成長マスクとして、バッファ層４２の表面部分から、アンドープＧａＮ層４４を成長させる。このアンドープＧａＮ層４４が、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。この場合、バッファ層４２の上面上において、まず、アンドープＧａＮ層４４のファセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。このアンドープＧａＮ層４４のファセット構造には、バッファ層４２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【００７０】
さらに、バッファ層４２の上面上におけるアンドープＧａＮ層４４の成長が進むと、図１６に示すように、アンドープＧａＮ層４４は、横方向にも成長する。このアンドープＧａＮ層４４の横方向成長によって、マスク層４３上にもアンドープＧａＮ層４４が形成される。この場合、バッファ層４２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、アンドープＧａＮ層４４が横方向成長する際に、横方向（サファイア基板１のＣ面と平行な方向）に折れ曲がる。
【００７１】
さらに、アンドープＧａＮ層４４を横方向成長させると、図１８に示すように、ファセット構造の各アンドープＧａＮ層４４が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、バッファ層４２に比べて転位が低減されたアンドープＧａＮ層４４が形成される。特に、アンドープＧａＮ層４４のマスク層４３上の領域において、転位密度が低減される。
【００７２】
ただし、アンドープＧａＮ層４４では、マスク層４３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形成される。このため、アンドープＧａＮ層４４を用いて窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層４３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減されたアンドープＧａＮ層４４上に、素子領域を形成するのが好ましい。
【００７３】
第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、サファイア基板４１上にパターニングされたバッファ層４２を形成した後に、バッファ層４２間に露出されたサファイア基板４１の上面上にマスク層４３を成長させることによって、マスク層４３を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みでアンドープＧａＮ層４４を形成することができる。
【００７４】
図１９は、上記した第３参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。次に、図１９を参照して、第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００７５】
第３参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、図１８に示したアンドープＧａＮ層４４上に、第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層５、クラック防止層６、ｎ型第２クラッド層７、ｎ型第１クラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１１、電流阻止層１２、ｐ型コンタクト層１３および保護膜１４が形成されている。なお、各層５〜１３および保護膜１４の組成および膜厚は、第１参考形態と同様である。
【００７６】
また、ｐ型コンタクト層１３の上面上には、ｐ側電極１５が形成されるとともに、一部領域が除去されて露出されたｎ型コンタクト層５の表面には、ｎ側電極１６が形成されている。
【００７７】
第３参考形態の窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、図１４〜図１８に示した第３参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて形成された、薄い厚みで、かつ、低転位のアンドープＧａＮ層４４を下地として、その上に各層５〜１３を形成することによって、各層５〜１３において良好な結晶性を実現することができるとともに、全体の膜厚を小さくすることができる。その結果、第３参考形態では、全体として薄い厚みで、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００７８】
（第４参考形態）
図２１〜図２５は、本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。この第４参考形態では、第３参考形態の絶縁性のサファイア基板４１の代わりに、導電性を有するｎ型のＳｉＣまたはＳｉなどからなる基板５１を用いている。図２１〜図２５を参照して、第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【００７９】
まず、基板５１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、約０．０５μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎからなるバッファ層５２を形成する。
【００８０】
次に、図２１に示すように、このバッファ層５２の所定領域をＲＩＥ法などを用いて、パターニングすることによって、ストライプ形状のバッファ層５２を形成する。なお、バッファ層５２は、基板５１と、後に工程でバッファ層５２上に形成する窒化物系半導体層（ｎ型ＧａＮ層５４）との格子定数の差を緩和するために設ける。このバッファ層５２のストライプ形状は、第３実施形態の図２０に示したように、バッファ層５２の幅をｗ2とし、バッファ層５２の開口部の幅をｂ2とした場合、バッファ層５２の幅ｗ2およびバッファ層５２の開口部の幅ｂ2が、上記した第３実施形態の式（４）と式（５）と式（６）とを満たすように形成することが好ましい。
【００８１】
第４参考形態では、第３参考形態と同様、式（５）と式（６）とを満たすように、すなわち、バッファ層５２の幅ｗ2およびバッファ層５２の開口部の幅ｂ2の両方が１μｍ以上の幅を有するように、バッファ層５２を形成することによって、バッファ層５２をエッチングにより容易にパターニングすることができる。それによって、容易にパターニングされたバッファ層５２を形成することができる。
【００８２】
また、バッファ層５２の幅ｗ2およびバッファ層５２の開口部の幅ｂ2が、上記式（４）を満たすように、すなわち、４０μｍ以下の周期で、バッファ層５２を形成することによって、後の工程でバッファ層５２から成長されるｎ型ＧａＮ層５４（図２５参照）の上面の平坦化が可能となる。
【００８３】
次に、バッファ層５２上およびバッファ層５２間に露出された基板５１の上面上に、約１００ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚を有するＳｉＮまたはＳｉＯ2からなるマスク層を形成した後、バッファ層５２上のマスク層をウェットエッチングなどを用いて除去することによって、バッファ層５２間に露出された基板５１の上面上のみに、図２２に示されるような、マスク層５３を形成する。
【００８４】
次に、図２３に示すように、ＭＯＶＰＥ法を用いて、基板温度を約１１５０℃に保持した状態で、マスク層５３を選択成長マスクとして、バッファ層５２の表面部分から、ｎ型ＧａＮ層５４を成長させる。このｎ型ＧａＮ層５４が、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。この場合、バッファ層５２の上面上において、まず、ｎ型ＧａＮ層５４のファセット構造が、上方向（ｃ軸方向）に成長する。このｎ型ＧａＮ層５４のファセット構造には、バッファ層５２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位が存在する。
【００８５】
さらに、バッファ層５２の上面上におけるｎ型ＧａＮ層５４の成長が進むと、図２４に示すように、ｎ型ＧａＮ層５４は、横方向にも成長する。このｎ型ＧａＮ層５４の横方向成長によって、マスク層５３上にもｎ型ＧａＮ層５４が形成される。この場合、バッファ層５２から上方向（ｃ軸方向）に伝播された転位は、ｎ型ＧａＮ層５４が横方向成長する際に、横方向に折れ曲がる。
【００８６】
さらに、ｎ型ＧａＮ層５４を横方向成長させると、図２５に示すように、ファセット構造の各ｎ型ＧａＮ層５４が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するとともに、バッファ層５２に比べて転位が低減されたｎ型ＧａＮ層５４が形成される。特に、ｎ型ＧａＮ層５４のマスク層５３上の領域において、転位密度が低減される。
【００８７】
ただし、ｎ型ＧａＮ層５４では、マスク層５３の中央部上の領域に比較的転位密度の高い部分が形成される。このため、ｎ型ＧａＮ層５４を用いて窒化物系半導体レーザ素子を製造する際には、マスク層５３の中央部上の部分を除く領域の、特に転位密度の低減されたｎ型ＧａＮ層５４上に、素子領域を形成するのが好ましい。
【００８８】
第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法では、上記のように、基板５１上にパターニングされたバッファ層５２を形成した後に、バッファ層５２間に露出された基板５１の上面上にマスク層５３を成長させることによって、マスク層５３を形成する前に下地となる窒化物系半導体を大きな厚みで長時間かけて形成する必要がない。その結果、短時間で、かつ、薄い厚みでｎ型ＧａＮ層５４を形成することができる。
【００８９】
図２６は、上記した第４参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。次に、図２６を参照して、第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００９０】
第４参考形態の半導体レーザ素子の構造としては、図２５に示したｎ型ＧａＮ層５４上に、第２実施形態と同様、クラック防止層２５、ｎ型第２クラッド層２６、ｎ型第１クラッド層２７、ＭＱＷ発光層２８、ｐ型第１クラッド層２９、ｐ型第２クラッド層３０、電流阻止層３１およびｐ型コンタクト層３２が形成されている。なお、各層２５〜３２の組成および膜厚は、第２実施形態と同様である。
【００９１】
また、ｐ型第２クラッド層３０のメサ形状を反映したｐ型コンタクト層３２の凸部上には、ｐ側電極３３が形成されている。また、基板５１が導電性を有するので、基板５１の裏面に、ｎ側電極３４が形成されている。
【００９２】
第４参考形態の半導体レーザ素子では、上記のように、図２１〜図２５に示した第４参考形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて形成された、薄い厚みで、かつ、低転位のｎ型ＧａＮ層５４を下地として、その上に各層２５〜３２を形成することによって、各層２５〜３２において良好な結晶性を実現することができるとともに、全体の膜厚を小さくすることができる。その結果、第４参考形態では、全体として薄い厚みで、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を得ることができる。
【００９３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９４】
たとえば、上記第１〜第４参考形態では、基板として、サファイア基板、ＳｉＣ（IV−IV族半導体）基板またはＳｉ（IV族半導体）基板を用いたが、本発明はこれに限らず、スピネルなどの絶縁体、ＧａＮまたはＧａＡｓなどのIII−V族半導体、Ｓｉ以外のＧｅなどのIV族半導体、ＳｉＣ以外のIV−IV族半導体、および、ＺｎＳｅなどのII−VI族半導体などからなる基板を用いてもよい。この場合、基板として、基板の格子定数が窒化物系半導体層の格子定数と異なる、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰまたはＧａＰなどの基板を用いると、大きな効果が得られる。
【００９５】
また、上記第１〜第４参考形態では、マスク層をＳｉＯ2などの酸化膜またはＳｉＮなどの窒化物を用いて形成したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ2以外のＴｉＯ2などの他の酸化膜、ＳｉＮ以外の他の窒化物および高融点金属などの材料を用いてマスク層を形成してもよい。
【００９６】
また、上記第１および第２参考形態では、マスク層およびマスク層の開口部を、ストライプ状に形成したが、本発明はこれに限らず、マスク層を、円形、六角形または三角形などのアイランド形状や、他のアイランド形状で形成してもよく、また、マスク層の開口部を、円形、六角形または三角形などの形状で形成してもよい。
【００９７】
また、上記第３および第４参考形態では、バッファ層およびバッファ層の開口部をストライプ状に形成したが、本発明はこれに限らず、バッファ層を、円形、六角形または三角形などのアイランド形状や、他のアイランド形状で形成してもよく、また、バッファ層の開口部を、円形、六角形または三角形などの形状で形成してもよい。
【００９８】
また、上記第１〜第４参考形態では、窒化物系半導体を用いて窒化物系半導体レーザ素子を作製したが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード素子またはトランジスタなどの窒化物系半導体を用いる他の素子にも適用可能である。
【００９９】
また、上記第１〜第４参考形態において、窒化物系半導体の結晶構造は、ウルツ鉱型構造であってもよいし、閃亜鉛鉱型構造であってもよい。
【０１００】
また、上記第１〜第４参考形態では、窒化物系半導体層上の、素子領域を有する窒化物系半導体素子層をｎ型半導体層およびｐ型半導体層の順に形成したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体素子層をｐ型半導体層およびｎ型半導体層の順に形成してもよい。
【０１０１】
また、バッファ層、バッファ層上の窒化物系半導体層（アンドープＧａＮ層およびｎ型ＧａＮ層）および窒化物系半導体素子層を構成する各層を、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）およびＴｌＮ（窒化タリウム）、または、これらの混晶などのIII−V族窒化物系半導体およびこれらの混晶にＡｓ、ＰおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素を含む混晶などのIII−V族窒化物系半導体から構成してもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、短時間で、かつ、薄い厚みで形成することが可能な窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図３】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図４】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図５】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図６】 本発明の第１参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。
【図７】 本発明の第１参考形態によるマスク幅ｂ1とマスク開口部の幅ｗ1との関係を示した相関図である。
【図８】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図９】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１０】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１１】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１２】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１３】 本発明の第２参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。
【図１４】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１５】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１６】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１７】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１８】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図１９】 本発明の第３参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。
【図２０】 本発明の第３参考形態によるバッファ層４２の幅ｗ2とバッファ層４２の開口部の幅ｂ2との関係を示した相関図である。
【図２１】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２２】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２３】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２４】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２５】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２６】 本発明の第４参考形態による窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。
【図２７】 従来の窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２８】 従来の窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図２９】 従来の窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
【図３０】 従来の窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図である。
Claims (5)
- 基板の上面上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上面を不完全に覆うように、前記バッファ層の上面上に接触するとともにナノメートルサイズの穴が自動的に形成されたマスク層を形成する工程と、
前記マスク層を選択成長マスクとして、前記バッファ層の上面上および前記マスク層の上面上に窒化物系半導体層を成長させる工程とを備えた、窒化物系半導体の形成方法。 - 前記窒化物系半導体層上に素子領域を有する半導体素子層を形成する工程をさらに備える、請求項１に記載の窒化物系半導体の形成方法。
- 前記基板は、絶縁体、III-V族半導体、IV族半導体、IV- IV族半導体およびII-VI族半導体からなるグループより選択される１つの材料からなる、請求項１または２に記載の窒化物系半導体の形成方法。
- 前記マスク層は、酸化シリコン、窒化物および高融点金属からなるグループより選択される１つを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体の形成方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体の形成方法により形成した窒化物系半導体と、
前記窒化物系半導体上に形成され、素子領域を有する窒化物系半導体素子層とを備えた、窒化物系半導体素子。
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