JPH11340508A - 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板となる結晶欠陥の少ない窒化物半導体の
成長方法と、結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板を有す
る新規な構造の素子を提供することにある。 【解決手段】 異種基板１上に成長させた第１の窒化物
半導体２上に形成された第１の保護膜３下部に順メサ形
状の凸部を形成し、この凸部を有する第１の窒化物半導
体２上全面に第２の保護膜４を形成し凸部側面の第２の
保護膜４を除去することで第１の保護膜３を有する凸部
上部及び凸部底部に第２の保護膜を形成させ第１の窒化
物半導体２の縦方向の成長面を良好に覆い、その後、第
２の窒化物半導体５を凸部側面の露出している第１の窒
化物半導体２面から成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ
_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）の成長
方法に係り、特に窒化物半導体よりなる基板の成長方法
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、太陽電池、光センサー等の受光素子、あるいはＦ
ＥＴ、ＨＥＭＴなどのトランジスタなどの電子デバイス
に使用される窒化物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-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、レーザダイオードが実用化された
り実用可能になっている。このような窒化物半導体素子
は、現在のところ窒化物半導体と完全に格子整合する基
板が未だ開発されていないために、格子定数が異なるサ
ファイアの上に窒化物半導体層を強制的に成長させて形
成されている。そのためサファイア基板上に成長された
窒化物半導体の結晶には、格子整合した基板上に成長さ
れた赤色レーザ素子等と比べると、非常に多くの結晶欠
陥が発生する。

【０００３】本発明者等は、結晶欠陥を大幅に低減でき
る窒化物半導体の結晶成長方法として、窒化物半導体と
異なる異種基板上にＧａＮ基板を形成し、そのＧａＮ基
板上に素子構造を形成することにより、波長約４００ｎ
ｍ、光出力２ｍＷで連続発振約１万時間を達成できる窒
化物半導体レーザ素子などを開示している（例えば「Ｉ
ｎＧａＮ系多重量子井戸構造半導体レーザの現状」，第
５８回応用物理学会学術講演会，講演番号４ａＺＣ−
２，１９９７年１０月、”Ｐｒｅｓｅｎｎｔ Ｓｔａｔ
ｕｓ ｏｆ ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ ｂａｓｅｄ Ｌ
ａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ”，Ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏ
ｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ
（ＩＣＮＳ’９７），講演番号Ｓ−１，１９９７年１０
月などに記載されている。）。この方法は窒化物半導体
を保護膜上で横方向に成長させることから、一般にラテ
ラルオーバーグロウス（lateral over growth:ＬＯＧ、
ラテラル成長）と呼ばれている。

【０００４】上記の結晶成長方法は、サファイア基板上
に、従来の結晶欠陥が非常に多いＧａＮ層を薄く成長さ
せ、その上にＳｉＯ₂よりなる保護膜を部分的に形成
し、その保護膜の上からハライド気相成長法（ＨＶＰ
Ｅ）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）等の気相成長
法により、ＧａＮの横方向への成長を利用し、再度Ｇａ
Ｎ層を成長させることにより結晶欠陥の少ないＧａＮ基
板（膜厚１０μｍ）を形成することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ラテラル成長は、従来の異種基板上に成長させた窒化物
半導体の結晶欠陥の数に比べ、結晶欠陥を大幅に低減す
ることができるが、ＬＥＤ素子、ＬＤ素子、受光素子等
の数々の電子デバイスに使用される窒化物半導体素子の
更なる信頼性の向上や素子特性の向上のために、前記電
子デバイスに使用される窒化物半導体素子を作製する際
に用いられる窒化物半導体の基板として、さらに結晶欠
陥の少ない窒化物半導体基板を得ることが望まれてい
る。結晶欠陥のより少ない窒化物半導体基板上に素子構
造を形成する窒化物半導体を形成すれば、結晶欠陥の少
ない結晶性の良好な素子を得ることができ、従来実現さ
れていなかった素子が実現できるようになる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、結晶欠陥のより
少ない結晶性のより良好な窒化物半導体の成長方法を提
供することにあり、具体的には基板となる結晶欠陥の少
ない窒化物半導体の成長方法と、得られた窒化物半導体
の基板上に素子構造となる窒化物半導体を形成した新規
な構造の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、本発明の目的は、
以下の（１）〜（２）の本発明の構成によって達成する
ことができる。 （１） 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の
上に、第１の窒化物半導体を成長させる第１の工程と、
第１の工程後、前記第１の窒化物半導体の表面に部分的
に第１の保護膜を形成する第２の工程と、第２の工程
後、前記第１の保護膜の形成されていない部分の第１の
窒化物半導体をエッチングにより除去し保護膜下部に順
メサ形状の凸部を形成する第３の工程と、第３の工程
後、第１の窒化物半導体の上から全面に第２の保護膜を
形成し、その後、エッチングにより、第１の窒化物半導
体の凸部側面に形成された第２の保護膜を除去すること
により、第１の窒化物半導体の平面部のみに第２の保護
膜を形成する第４の工程と、第４の工程後、前記第１の
窒化物半導体の側面から第２の窒化物半導体を成長させ
る第５の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体の
成長方法。 （２） 前記窒化物半導体の成長方法で得られる第２の
窒化物半導体の上に、素子構造となる少なくともｎ型及
びｐ型の窒化物半導体が形成されていることを特徴とす
る窒化物半導体素子。

【０００８】つまり、本発明の成長方法は、窒化物半導
体の縦方向の成長を一旦抑え横方向にのみ成長させた後
に横方向に加えて縦方向にも成長させる方法を良好に行
うために、第１の窒化物半導体の第１の保護膜の下部に
順メサ形状の凸部を形成し、この凸部を有する第１の窒
化物半導体の平面部（凸部上部及び凸部底部）のみに第
２の保護膜を形成することにより、窒化物半導体の縦方
向の成長を良好に抑制することができ、凸部側面から成
長させる第２の窒化物半導体の成長中に、縦方向へ転位
する結晶欠陥を非常に良好に抑制することができる。こ
れによって、第２の窒化物半導体の表面に現れる結晶欠
陥の数が著しく低減し、良好な窒化物半導体基板とな
る。

【０００９】本発明者等は、特願平９−２７７４４８号
明細書に、異種基板上に成長させた窒化物半導体に段差
を形成し段差上面と段差の底面に保護膜を形成して新た
に窒化物半導体を成長させることにより、窒化物半導体
の縦方向の成長を一旦止めて一時的に横方向の成長のみ
として窒化物半導体を厚膜に成長させることにより、結
晶欠陥の著しく少ない窒化物半導体の成長方法を提案し
ている。しかしながら、上記特願平９−２７７４４８号
明細書に記載の成長方法では、窒化物半導体の縦方向の
成長を抑えるために保護膜を形成したにもかかわらず、
窒化物半導体の縦方向の成長と共に縦方向に転位してい
ると思われる結晶欠陥が、透過型電子顕微鏡観測などに
よると、わずかではあるが発見される場合が生じること
がわっかた。このように窒化物半導体の縦方向の成長を
一時的ではあるが十分にそして良好に止めることができ
なければ、結晶欠陥を十分に低減しにくくなる。

【００１０】これに対し、本発明者等は、この結晶欠陥
の縦方向の転位の抑制が不十分となる原因は、恐らく窒
化物半導体の縦方向の成長を一旦止めるために形成され
た保護膜が、十分に凸部上部及び底部を覆っていない場
合が生じているのではないかと考察した。そして、更に
検討した結果、凸部上部に形成された保護膜と窒化物半
導体との境目が、凹部側面の保護膜を除去する際に不必
要なエッチングを受けたと思われる、縦方向に成長可能
な成長面が凸部上部に形成されている場合があることが
確認された。更に凸部側面の保護膜を除去する際に、凸
部底部の端部がエッチングされたり、又は凸部底部の端
部に保護膜が形成されにくかったりして、凸部底部が十
分に保護膜で覆われていない場合があることがわかっ
た。

【００１１】そこで、本発明者等は、上記の如く、第１
の窒化物半導体に形成されている凸部を順メサ形状と
し、更に第１の保護膜が形成された上から、第２の保護
膜を形成し、その後に凸部側面の第２の保護膜を除去す
ることにより、第２の窒化物半導体の成長中に縦方向に
転位する結晶欠陥の発生を良好に防止することができ、
結晶欠陥のほとんどない良好な第２の窒化物半導体を再
現性良く得ることができる。つまり、順メサ形状とする
ことで凸部側面に形成されている第２の保護膜を除去し
易くなり、また順メサ形状の凸部上部に第１の保護膜を
形成した状態で第２の保護膜を形成することで凸部上部
を保護膜で良好に覆うことができ、これらのことから凸
部上部での第１の保護膜と第１の窒化物半導体との境目
で生じる場合のある不要なエッチングを良好に防止でき
る。更にまた、凸部を順メサ形状とすることで、凸部底
部への第２の保護膜の形成がし易くなり、凸部底部を十
分に覆うことができる。この結果、凸部上部及び底部に
形成される第１の保護膜及び第２の保護膜が、窒化物半
導体の縦方向の成長面を良好に覆うことができ、縦方向
に転位する結晶欠陥の発生を非常に良好に抑制できると
考えられる。

【００１２】また、本発明の窒化物半導体素子は、本発
明の成長方法により得られる結晶欠陥のほとんどない結
晶性の良好な第２の窒化物半導体を窒化物半導体基板と
して作製されると、第２の窒化物半導体上に積層成長さ
れる素子構造となる窒化物半導体も同様に、結晶欠陥が
少なく結晶性が良好となり、窒化物半導体素子の結晶欠
陥による劣化を著しく防止できライフ時間などが向上
し、また、ＬＥＤ及びＬＤでは逆耐圧が著しく上昇し、
寿命特性の良好な窒化物半導体素子を提供することが可
能となる。以下、明細書内において、第２の窒化物半導
体を単に窒化物半導体基板と言う場合がある。

【００１３】また、本発明において、第２の窒化物半導
体表面の結晶欠陥密度は、表面透過型電子顕微鏡観察に
よると、１×１０⁷個／cm²以下となり、好ましい条件に
おいては５×１０⁶個／cm²以下、さらに好ましい条件に
おいては１×１０⁶個／cm²以下、最も好ましい条件にお
いては１×１０⁵個／cm²以下であることが望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明を更に詳
細に説明する。図１〜図５は、本発明の窒化物半導体の
成長方法の一実施の形態を段階的に示した模式的断面図
である。

【００１５】本発明の窒化物半導体の成長方法の一実施
の形態として、図１の第１の工程において、異種基板１
上に、第１の窒化物半導体２を成長させ、図２の第２の
工程において、第１の窒化物半導体の表面に部分的に第
１の保護膜を形成させ、図３の第３の工程において、第
１の保護膜３の形成されていない部分の第１の窒化物半
導体２をエッチングにより除去し、第１の保護膜３下部
に順メサ形状の凸部を形成させ、図４［（ａ）（ｂ）］
の第４の工程において、凸部を形成した第１の窒化物半
導体２の上から全面に第２の保護膜４を形成し［図４
（ａ）］、その後、エッチングにより、第１の窒化物半
導体２の凸部側面から第２の窒化物半導体５が成長可能
なように、第１の窒化物半導体２の凸部側面に形成され
た第２の保護膜４を除去することにより、第１の窒化物
半導体２の平面部（凸部の上部及び底部）のみに第２の
保護膜４を形成し［図４（ｂ）］、図５［（ａ）
（ｂ）］の第５の工程において、第４の工程で第２の保
護膜４を除去して露出されている第１の窒化物半導体２
の凸部側面から第２の窒化物半導体５を成長させ厚膜の
第２の窒化物半導体５を得ることができる。

【００１６】以下に上記各工程ごとに図を用いて更に詳
細に説明する。図１は異種基板１上に、第１の窒化物半
導体２を成長させる第１の工程を行った模式的段面図で
ある。この第１の工程において、用いることのできる異
種基板としては、例えば、サファイアＣ面の他、Ｒ面、
Ａ面を主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１
₂Ｏ₄）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
る窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができ
る。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネル
が挙げられる。

【００１７】また、第１の工程において、異種基板１上
に第１の窒化物半導体２を成長させる前に、異種基板１
上にバッファ層（図示されていない）を形成してもよ
い。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、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１上
にバッファ層を９００℃以下の温度で形成すると、異種
基板１と第１の窒化物半導体２との格子定数不正を緩和
し、第１の窒化物半導体２の結晶欠陥が少なくなる傾向
にある。

【００１８】第１の工程において、異種基板１上に形成
される第１の窒化物半導体２としては、アンドープ（不
純物をドープしない状態、undope）のＧａＮ、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、及びＳ等のｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いる
ことができる。第１の窒化物半導体２は、高温、具体的
には９００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃で異
種基板１上に成長される。第１の窒化物半導体２の膜厚
は特に限定しないが、第３の工程で形成される凸部の露
出している側面が、第４の工程で第２の保護膜４を形成
した後に、第５の工程で第２の窒化物半導体５を成長可
能な長さがあればよい。従って、第１の窒化物半導体２
の膜厚は、第２の保護膜４の膜厚と露出する凸部側面の
長さとを考慮して適宜調整される。第１の窒化物半導体
２の膜厚として例えば、１００オングストローム以上、
好ましくは１〜１０μｍ程度、好ましくは１〜５μｍの
膜厚で形成することが望ましい。また、第２の保護膜４
を形成後に凸部の露出している側面の長さが、０．５μ
ｍ以上であると、第２の窒化物半導体５が成長し易くな
り好ましい。

【００１９】次に、図２は異種基板１上に成長させた第
１の窒化物半導体２の表面に部分的に第１の保護膜３を
形成する第２の工程を行った模式的断面図である。第２
の工程において、部分的に第１の保護膜３を形成すると
は、次の第３の工程で、第１の保護膜３が形成されてい
ない部分の第１の窒化物半導体２を除去し第１の窒化物
半導体２の側面を露出できる形状であれば特に限定され
ず、いずれの形状で形成されてもよい。第１の保護膜３
の形状としては、例えばランダム状、ストライプ状、碁
盤目状、ドット状等が挙げられる。第２の工程で形成さ
れる第１の保護膜３としては、保護膜表面に窒化物半導
体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有する
材料を用いて形成される。保護膜の材料として、例えば
酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）、酸化チタン（ＴｉＯ_X）、酸化
ジルコニウム（ＺｒＯ_X）等の酸化物、窒化ケイ素（Ｓ
ｉ_XＮ_Y）等の窒化物、またこれらの多層膜の他、１２０
０℃以上の融点を有する金属等をあげることができる。
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。

【００２０】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。具体的には、例えば、第１の工
程で成長させた第１の窒化物半導体２上に保護膜材料を
上記蒸着などの気相製膜技術により形成した後、その上
にレジスト膜を形成しストライプや碁盤目などのパター
ンを転写して、露光、現像を行うことにより、第１の窒
化物半導体２に部分的に第１の保護膜３を形成すること
ができる。

【００２１】第１の保護膜をストライプとして、次の第
３の工程で第１の窒化物半導体２の第１の保護膜下部に
凸部を形成する場合、ストライプの形状としては、例え
ばストライプ幅を５〜２０μｍ、ストライプ間隔を２〜
１０μｍのものを形成することができる。第１の保護膜
の形状をストライプとして凹凸が形成されていると、窒
化物半導体の横方向への成長の制御の点で好ましい。ま
た、第１の保護膜３の膜厚は、特に限定されないが、例
えば保護膜の形成時間や第２の窒化物半導体５の成長の
し易さなどを考慮して、１μｍ以下、好ましくは０．５
μｍ以下、より好ましくは０．０１μｍ以下である。膜
厚の下限は特に限定されないが、凸部上部を第１の保護
膜３が覆うことができる程度の膜厚であればよい。

【００２２】次に、図３は第１の保護膜３の形成されて
いない部分の第１の窒化物半導体２をエッチングにより
除去し、第１の窒化物半導体２の第１の保護膜３の下部
に順メサ形状の凸部を形成する第３の工程を行った模式
的断面図である。第３の工程において、第１の窒化物半
導体２の第１の保護膜３下部に形成された凸部は、テー
パエッチングされることにより、図３に示すように断面
から見ると、テーパ角を有する順メサ形状となってい
る。第３の工程でのエッチングは、いずれの装置を用い
て行われてもよく、少なくともテーパ角を有してエッチ
ングできればよい。

【００２３】第３の工程において窒化物半導体をエッチ
ングする方法には、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。

【００２４】第１の窒化物半導体２の第１の保護膜３下
部に設けられた凸部は、第１の窒化物半導体２の途中ま
で、又は異種基板１に達する深さで形成される。この凸
部の深さは、第１の窒化物半導体２の膜厚や、次の第４
の工程で凸部底部に形成される第２の保護膜４の膜厚等
にも左右される値であり、第１の窒化物半導体２の露出
された凸部側面から横方向に成長する第２の窒化物半導
体５が成長し易くなるように、エッチング量を調整して
凸部の深さが適宜調整される。例えば第２の保護膜４を
凸部底部に形成した後に露出されている凸部側面の長さ
が０．５μｍ以上であると第２の窒化物半導体５が成長
し易くなるので、凸部側面の露出された長さが０．５μ
ｍ以上となるように、エッチング量を調整して凸部の深
さが調整されることが好ましい。また、凸部の底部が第
１の窒化物半導体２であると、凸部底部に形成される第
２の保護膜４に熱によるピンホールの発生が生じた場合
でも、異種基板面に窒化物半導体が形成するより、第１
の窒化物半導体に窒化物半導体が形成する方が結晶欠陥
の発生が少なくなると考えられるので好ましい。以上の
ように、第３の工程で形成された凸部の断面の形状が順
メサ形状であると、第４の工程で凸部側面の第２の保護
膜を除去し易くなり、更に凸部底部に第２の保護膜４を
形成し易くなり好ましい。

【００２５】次に、図４は、第１の保護膜３下部に凸部
を形成した第１の窒化物半導体２の上から全面に第２の
保護膜４となる保護膜材料を形成し、その後、第１の窒
化物半導体２の凸部側面から第２の窒化物半導体が成長
可能なように、エッチングにより第１の窒化物半導体２
の凸部側面に形成された第２の保護膜を除去することに
より第１の窒化物半導体２の平面部、即ち凸部上部及び
底部にそれぞれ第２の保護膜４を形成する第４の工程を
行った模式的断面図である。第４の工程において、第２
の保護膜４となる保護膜材料は、前記第１の保護膜３と
同様のものを用いることができ、また、第２の保護膜４
となる保護膜材料を第１の窒化物半導体２上に形成する
方法としては、第１の保護膜３を第１の窒化物半導体２
上に形成する方法と同様に行うことができる。また、第
１の保護膜３と第２の保護膜４の材料は同一でも異なっ
ていてもよい。

【００２６】第４の工程において、まず、第２の保護膜
４となる保護膜材料は、第１の保護膜３下部に凸部を形
成された第１の窒化物半導体２上の全面に形成されるの
で、図４（ａ）のように、凸部の上部、底部及び側面に
形成される。このように第１の窒化物半導体２上の全面
に形成された第２の保護膜４は、次の第５の工程で成長
させる第２の窒化物半導体５の成長が第１の窒化物半導
体２の露出された凸部側面から実質的に全て横方向の成
長から始められるように、凸部上部及び底部の第２の保
護膜４を残し、凸部側面に形成された第２の保護膜４を
除去して第１の窒化物半導体２の凸部側面のみを露出さ
せる。凸部側面の第２の保護膜４を除去する方法として
は、等方性エッチングであり、等方性エッチングできる
エッチング方法であればいずれでも良く、例えば、バレ
ル型の電極をもった装置によりＣＦ₄とＯ₂ガスによるド
ライエッチングなどが挙げられる。

【００２７】第４の工程において、第１の保護膜３を凸
部に形成させたまま、第２の保護膜４を形成すると、凸
部側面の第２の保護膜４を除去する際、凸部上部の第１
の保護膜３と第１の窒化物半導体２との界面で生じる場
合のある不要なエッチングを防止でき好ましい。このよ
うに、凸部に第１の保護膜と第２の保護膜が積層形成さ
れているので、凸部上部の保護膜の膜厚が厚膜となり不
要なエッチングを防止できると考えられる。また、保護
膜を比較的薄く形成した場合でも、不要なエッチングを
良好に防止できるのは、順メサ形状の凸部上部の第１の
保護膜３と第１の窒化物半導体２との界面を第２の保護
膜４が良好に覆い、界面でのエッチングを防止している
と考えられる。また、このような不要なエッチングの防
止は、凸部上部に第１の保護膜３と第２の保護膜４とを
積層形成することと、前記第３の工程で形成される凸部
を順メサ形状とすることにより、相乗的に作用し良好な
結果が得られると考えられる。このように本発明の成長
方法により不要なエッチングが防止できるので、第５の
工程で第２の窒化物半導体５の縦方向への成長を抑制
し、第２の窒化物半導体５の成長の際に、縦方向に転位
する結晶欠陥の発生を極めて良好に防止することができ
る。また、第４の工程において等方性エッチングを行う
装置としては、特に限定されないが、例えばアッシング
装置により行うことができる。

【００２８】第４の工程において、図４の（ａ）に示さ
れるように凸部上部、底部、及び側面に形成され、その
後に、等方性エッチングにより、凸部側面の第１の窒化
物半導体２が露出するように第２の保護膜４を除去する
際に、凸部上部及び底部にそれぞれ形成されている第２
の保護膜４も均一にエッチングされる。しかし、第２の
保護膜４を蒸着などで形成する際に、凹部側面の第２の
保護膜４の膜厚に対し、凸部上部及び底部の第２の保護
膜４の膜厚が厚く形成されるので、第４の工程で行われ
る等方性エッチングを行っても、凸部上部と底部には第
２の保護膜４が残る。第２の保護膜４の膜厚は、特に限
定されるものではないが、凸部底部に第２の保護膜４が
形成されても、露出している凸部側面から第２の窒化物
半導体５が成長可能なように、第３の工程で形成される
凸部の深さや第４の工程で等方性エッチングによりエッ
チングされる量などを考慮して適宜調整される。例え
ば、凸部上部及び底部に形成される第２の保護膜４の膜
厚が、等方性エッチング後に、０．２μｍ以上である
と、熱によるピンホールの発生の防止、前記した凸部上
部に第１の窒化物半導体２と第１の保護膜３との境目で
生じる不要なエッチングの防止、及び窒化物半導体の縦
方向に成長可能な面を良好に覆うことができるなどの点
で好ましい。また第２の保護膜４の膜厚の上限は、前記
の如く限定されず、第２の窒化物半導体５が成長可能な
面として凸部側面が露出する程度の膜厚であればよく、
好ましくは露出している凸部側面の長さが０．５μｍ以
上であると第２の窒化物半導体５が成長し易くなるの
で、凸部側面の長さが０．５μｍ以上露出されるように
調整される。

【００２９】次に、図５［（ａ）（ｂ）］は、エッチン
グにより露出された第１の窒化物半導体２の凸部側面か
ら第２の窒化物半導体５を成長させる第５の工程を行っ
た模式的断面図である。第５の工程においては、前記第
１〜第４の工程を経ることで、図４（ｂ）に示すよう
に、特定の箇所に第１の保護膜３及び第２の保護膜４を
形成し、第２の窒化物半導体５が成長可能な部分を、第
１の窒化物半導体２の凸部側面のみとし、第１の窒化物
半導体２の凸部側面から第２の窒化物半導体５が選択的
に横方向に成長し始める。そして、成長を続けるうち
に、第２の窒化物半導体５が横方向の成長に加え縦方向
にも成長をはじめ［図５（ａ）］、窒化物半導体が成長
しにくい保護膜上にあたかも成長したかのように、第２
の窒化物半導体５が第１の保護膜３及び第２の保護膜４
を覆い成長を続け、そして図５（ｂ）のように隣接して
いる第２の窒化物半導体５同士でつながる。その結果、
図５（ｂ）に示すように、第２の窒化物半導体５があた
かも第１の保護膜３及び第２の保護膜４上に成長したか
のような状態となる。このように成長初期に成長方向を
特定された第２の窒化物半導体５は、厚膜に成長させて
も、結晶欠陥の極めて少ない非常に良好な結晶性を有す
る。第２の窒化物半導体５としては、前記第１の窒化物
半導体２と同様のものを用いることができる。

【００３０】また、第２の窒化物半導体５は、この上に
素子構造となる窒化物半導体を成長させるための基板
（窒化物半導体基板）となるが、素子構造を形成するに
は異種基板１、第１の窒化物半導体２及び保護膜（以
下、異種基板等とする場合がある。）を予め除去してか
ら行う場合と、異種基板等を残して行う場合がある。こ
のため前者の異種基板等を除去する場合の第２の窒化物
半導体５の膜厚は、７０μｍ以上、好ましくは１００μ
ｍ以上、より好ましくは５００μｍである。この範囲で
あると異種基板及び保護膜等を研磨除去しても、第２の
窒化物半導体５が割れにくくハンドリングが容易となり
好ましい。

【００３１】また後者の異種基板等を残して行う場合の
第２の窒化物半導体５の膜厚は、特に限定されないが、
１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好まし
くは２０μｍ以下である。この範囲であると異種基板と
窒化物半導体の熱膨張係数差によるウエハの反りが防止
でき、更に素子基板となる第２の窒化物半導体５の上に
素子構造となる窒化物半導体を良好に成長させることが
できる。

【００３２】本発明の窒化物半導体の成長方法におい
て、第１の窒化物半導体２、及び第２の窒化物半導体５
を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯ
ＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気
相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣ
ＶＤ（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１００μｍ以下ではＭ
ＯＣＶＤ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１００μｍ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。

【００３３】また第１の工程における前記異種基板とな
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ることもできる。
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、前記保護膜が
そのサファイアの（１１２−０）面[Ａ面]に対して垂直
なストライプ形状を有していること［窒化物半導体の
（１０１−０）[Ｍ面]に平行方向にストライプを形成す
ること］が好ましく、また（１１２−０）面[Ａ面]を主
面とするサファイアであるとき、前記保護膜はそのサフ
ァイアの（１１−０２）面[Ｒ面]に対して垂直なストラ
イプ形状を有していることが好ましく、また（１１１）
面を主面とするスピネルであるとき、前記保護膜はその
スピネルの（１１０）面に対して垂直なストライプ形状
を有していることが好ましい。ここでは、保護膜がスト
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１の窒化物半導体の端面が形成されるように第１の窒
化物半導体２に段差を形成するために保護膜の形成を考
慮することが好ましい。

【００３４】本発明に用いられる異種基板について図を
用いて更に詳細に説明する。図６は窒化物半導体の結晶
構造を示すユニットセル図である。窒化物半導体は正確
には菱面体構造であるが、このように六方晶系で近似で
きる。まず本発明の方法において、Ｃ面を主面とするサ
ファイアを用い、保護膜はサファイアＡ面に対して垂直
なストライプ形状とする場合について説明する。例え
ば、図７は主面側のサファイア基板の平面図である。こ
の図はサファイアＣ面を主面とし、オリエンテーション
フラット（オリフラ）面をＡ面としている。この図に示
すように保護膜のストライプをＡ面に対して垂直方向
で、互いに平行なストライプを形成する。図７に示すよ
うに、サファイアＣ面上に窒化物半導体を選択成長させ
た場合、窒化物半導体は面内ではＡ面に対して平行な方
向で成長しやすく、垂直な方向では成長しにくい傾向に
ある。従ってＡ面に対して垂直な方向でストライプを設
けると、ストライプとストライプの間の窒化物半導体が
つながって成長しやすくなり、図１〜図５に示したよう
な結晶成長が容易に可能となる。

【００３５】次に、Ａ面を主面とするサファイア基板を
用いた場合、上記Ｃ面を主面とする場合と同様に、例え
ばオリフラ面をＲ面とすると、Ｒ面に対して垂直方向
に、互いに平行なストライプを形成することにより、ス
トライプ幅方向に対して窒化物半導体が成長しやすい傾
向にあるため、結晶欠陥の少ない窒化物半導体層を成長
させることができる。

【００３６】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（１１
０）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、（１１
０）面に対して垂直方向にストライプを形成すると窒化
物半導体層と隣接する窒化物半導体同士が保護膜の上部
でつながって、結晶欠陥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。

【００３７】本発明の窒化物半導体素子（以下本発明の
素子と言う場合がある。）について以下に説明する。本
発明の窒化物半導体素子は、前記した本発明の窒化物半
導体の成長方法により得られる第２の窒化物半導体５
（窒化物半導体基板）上に、素子構造となる少なくとも
ｎ型及びｐ型の窒化物半導体が形成されてなるものであ
る。前記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られ
る第２の窒化物半導体５を基板として素子構造を形成す
る場合、異種基板、第１の窒化物半導体及び保護膜（以
下異種基板などとする場合がある）を除去しても、除去
しなくてもよい。本発明の素子において、異種基板など
を除去する場合、第２の窒化物半導体の膜厚は７０μｍ
以上であり、また、異種基板などを残す場合、第２の窒
化物半導体の膜厚は１００μｍ以下である。

【００３８】本発明の窒化物半導体素子を構成する窒化
物半導体としては、特に限定されず、少なくともｎ型及
びｐ型の窒化物半導体が積層されていればよい。例え
ば、素子構造のｎ側窒化物半導体として超格子構造を有
するｎ側窒化物半導体が形成されていることが好まし
い。このように超格子層とすると、素子性能を向上させ
ることができ好ましい。また、ｎ電極を超格子層に形成
することが好ましく、ｎ電極との接触抵抗を低下させる
ために超格子層にｎ型不純物をドープしても、超格子層
とすると結晶性がよくなる等の点で好ましい。更に、窒
化物半導体素子を構成する素子の好ましい層構成とし
て、例えばＩｎを含む量子井戸構造の活性層、バンドギ
ャップエネルギーの異なるクラッド層に挟まれた活性層
を有することが発光効率、寿命特性など素子の性能を向
上させる点で好ましい。このような層構成を有する素子
構造を、本発明の成長方法により得られる結晶欠陥の少
ない第１の窒化物半導体上に形成すると素子性能がより
向上し好ましい。また、窒化物半導体素子構造を形成す
るその他の構成は、例えば電極、素子の形状等、いずれ
のものを組み合わせて用いてもよい。また本発明の窒化
物半導体素子の一実施の形態を実施例に示したが、本発
明はこれに限定されない。

【００３９】本発明の窒化物半導体素子構造となる窒化
物半導体を成長させる方法は、特に限定されないがＭＯ
ＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気
相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣ
ＶＤ（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
ましい成長方法は、ＭＯＣＶＤ法であり、結晶をきれい
に成長させることができる。しかし、ＭＯＣＶＤ法は時
間がかかるため、膜厚が厚い場合には時間の短い方法で
行うことが好ましい。また使用目的によって種々の窒化
物半導体の成長方法を適宜選択し、窒化物半導体の成長
を行うことが好ましい。

【００４０】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれ
に限定されない。 ［実施例１］実施例１における各工程を図１〜図５を用
いて示す。また実施例１はＭＯＣＶＤ法を用いて行っ
た。

【００４１】異種基板１として、２インチφ、Ｃ面を主
面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板１を反
応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリア
ガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）とを用い、サファイア基板１上にＧａＮよ
りなるバッファ層（図示されていない）を約２００オン
グストロームの膜厚で成長させる。

【００４２】バッファ層を成長後、ＴＭＧのみ止めて、
温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になった
ら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用
い、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮよりなる
第１の窒化物半導体層２を２μｍの膜厚で成長させる。
（図１）

【００４３】第１の窒化物半導体層２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３μｍのＳｉＯ₂
よりなる第１の保護膜３を１μｍの膜厚で形成する（図
２）。続いて、ＲＩＥ装置により第１の窒化物半導体層
２の途中までテーパエッチングして第１の保護膜３の下
部に凸部を形成することにより凸部側面に第１の窒化物
半導体２を露出させる（図３）。なお、ストライプ方向
は、図６に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向
で形成する。

【００４４】第１の窒化物半導体層２に、図３のように
凸部を形成した後、凸部を形成した第１の窒化物半導体
２の表面にスパッタ装置により第２の保護膜４を形成し
［図４（ａ）］、その後、ＣＦ₄とＯ₂ガスにより、凸部
側面の第２の保護膜４をアッシング装置を用いて等方性
エッチングすることにより除去して、第１の窒化物半導
体２を露出させ、凸部上部の第１の保護膜３上及び凸部
底部にそれぞれ第２の保護膜４を形成する［図４
（ｂ）］。

【００４５】第１の保護膜３及び第２の保護膜４を形成
後、反応容器内にセットし、温度を１０５０℃で、原料
ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを
１×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮよりなる第２の窒化
物半導体層５を３０μｍの膜厚で成長させる［図５
（ａ）、（ｂ）］。

【００４６】第２の窒化物半導体層５を成長後、ウェー
ハを反応容器から取り出し、ＳｉドープＧａＮよりなる
窒化物半導体基板を得る。

【００４７】得られた第２の窒化物半導体５の表面の結
晶欠陥密度は、透過型電子顕微鏡観察によると、１×１
０⁵個／ｃｍ²以下であった。このように実施例１は、第
２の窒化物半導体５の表面に現れる結晶欠陥の数を著し
く低減することができ、さらには第２の窒化物半導体５
の成長と共に縦方向に転位する結晶欠陥がほとんど見ら
れず、第１の保護膜３及び第２の保護膜４が良好に第１
の窒化物半導体３の縦方向の成長可能な面を覆っている
ことが確認できた。

【００４８】［実施例２］以下、図８を元に実施例２に
ついて説明する。図８は本発明の成長方法により得られ
た窒化物半導体層を基板とする一実施の形態のＬＥＤ素
子の構造を示す模式断面図である。

【００４９】実施例１で得られたウェーハのサファイア
基板１、バッファ層、第１の窒化物半導体層２、第１の
保護膜３、第２の保護膜４を研磨、除去し、第２の窒化
物半導体層５の表面を露出させ、第２の窒化物半導体層
５のみにする。但し、実施例１において、第２の窒化物
半導体５を成長させる際に膜厚を２００μｍとして行っ
た。

【００５０】次に、第２の窒化物半導体層５（Ｓｉドー
プＧａＮ）を主面とするウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反
応容器内にセットし、１０５０℃でこの第２の窒化物半
導体層５の上にＳｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａ
Ｎよりなるバッファ層３１を成長させる。このバッファ
層３１は通常９００℃以上の高温で成長させる窒化物半
導体単結晶層であり、先の基板との格子不整合を緩和す
るための低温で成長させるバッファ層とは区別される。

【００５１】さらに、バッファ層３１の上に膜厚２０オ
ングストローム、単一量子井戸構造のＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ
よりなる活性層３２、膜厚０．３μｍのＭｇを１×１０
²⁰／cm³ドープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなるｐ側クラッド
層３３、膜厚０．５μｍのＭｇを１×１０²⁰／cm³ドー
プＧａＮよりなるｐ側コンタクト層３４を順に成長させ
る。

【００５２】素子構造となるバッファ層３１〜ｐ側コン
タクト層３４成長後、ウェーハを反応容器から取出し、
窒素雰囲気中で６００℃アニーリングして、ｐ側クラッ
ド層３３、ｐ側コンタクト層３４を低抵抗にする。その
後、ｐ側コンタクト層３４側からエッチングを行い、第
２の窒化物半導体層５の表面を露出させる。このよう
に、活性層から下の窒化物半導体層をエッチングにより
露出させ、チップ切断時の「切りしろ」を設けることに
より、切断時にｐ−ｎ接合面に衝撃を与えにくくなるた
め、歩留も向上し、信頼性の高い素子が得られる。

【００５３】エッチング後、ｐ側コンタクト層３４の表
面のほぼ全面にＮｉ／Ａｕよりなる透光性のｐ電極３５
を２００オングストロームの膜厚で形成し、そのｐ電極
３５の上に、ボンディング用のパッド電極３６を０．５
μｍの膜厚で形成する。ｐ電極３５形成後のチップの平
面図（パッド電極３６側から見た図）を図９に示す。

【００５４】ｐ側電極形成後、第２の窒化物半導体層５
の素子構造が形成されていない表面全面に、ｎ電極３７
を０．５μｍの膜厚で形成する。

【００５５】その後、ｎ電極側からスクライブし、第２
の窒化物半導体層５のＭ面（１０１−０）と、そのＭ面
に垂直な面で劈開し、３００μｍ角のＬＥＤチップを得
る。このＬＥＤは２０ｍＡにおいて、５２０ｎｍの緑色
発光を示し、出力は従来のサファイア基板上に窒化物半
導体素子構造を成長されたものに比較して１．５倍以
上、静電耐圧も２倍以上と、非常に優れた特性を示し
た。

【００５６】［実施例３］以下、図１０を元に実施例３
について説明する。図１０は本発明の成長方法により得
られた窒化物半導体層を基板とす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。

【００５７】実施例１で得られたウェーハのサファイア
基板１、バッファ層、第１の窒化物半導体２、第１の保
護膜３、第２の保護膜４を研磨、除去し、第２の窒化物
半導体層５の表面を露出させ、第２の窒化物半導体層５
のみにする。但し、実施例１において、第２の窒化物半
導体５を成長させる際に膜厚を２００μｍとして行っ
た。

【００５８】次に、第２の窒化物半導体層５（Ｓｉドー
プＧａＮ）を主面とするウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反
応容器内にセットし、この第２の窒化物半導体層５の上
に下記各層を形成する。

【００５９】（ｎ側クラッド層４３）次に、Ｓｉを１×
１０¹⁹／cm³ドープしたｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる
第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undo
pe）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストローム
とを交互に３００層積層してなる総膜厚１．２μｍの超
格子構造とする。ｎ側クラッド層４３はキャリア閉じ込
め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化
物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを含む超格子層とする
ことが望ましく、超格子層全体の膜厚を１００オングス
トローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オ
ングストローム以上、２μｍ以下で成長させることが望
ましい。超格子層にするとクラックのない結晶性の良い
キャリア閉じ込め層が形成できる。

【００６０】（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。このｎ側
光ガイド層４４は、活性層の光ガイド層として作用し、
ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常
１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２
００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させること
が望ましい。このｎ側光ガイド層４４は通常はＳｉ、Ｇ
ｅ等のｎ型不純物をドープしてｎ型の導電型とするが、
特にアンドープにすることもできる。超格子とする場合
には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｎ型不純
物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。

【００６１】（活性層４５）次に、Ｓｉを１×１０¹⁷／
cm³ドープのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ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Ｉ
ｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ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。

【００６２】（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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.9Ｎ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。こ
のｐ側キャップ層４６はｐ型としたが、膜厚が薄いた
め、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償されたｉ
型、若しくはアンドープとしても良く、最も好ましくは
ｐ型不純物をドープした層とする。ｐ側キャップ層１７
の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オン
グストローム以下、最も好ましくは３００オングストロ
ーム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長さ
せると、ｐ型キャップ層４６中にクラックが入りやすく
なり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいから
である。Ａｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成す
るとＬＤ素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．
２以上のＡｌ_YＧａ_1-YＮであれば５００オングストロー
ム以下に調整することが望ましい。ｐ側キャップ層４６
の膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストロー
ム以上の膜厚で形成することが望ましい。

【００６３】（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。この
層は、活性層の光ガイド層として作用し、ｎ側光ガイド
層４４と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが
望ましい。また、この層はｐ側クラッド層４８を成長さ
せる際のバッファ層としても作用し、１００オングスト
ローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストロ
ーム〜１μｍの膜厚で成長させることにより、好ましい
光ガイド層として作用する。このｐ側光ガイド層は通常
はＭｇ等のｐ型不純物をドープしてｐ型の導電型とする
が、特に不純物をドープしなくても良い。なお、このｐ
型光ガイド層を超格子層とすることもできる。超格子層
とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方
にｐ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープで
も良い。

【００６４】（ｐ側クラッド層４８）次に、Ｍｇを１×
１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ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０．８μ
ｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。
この層はｎ側クラッド層４３と同じくキャリア閉じ込め
層として作用し、超格子構造とすることによりｐ型層側
の抵抗率を低下させるための層として作用する。このｐ
側クラッド層４８の膜厚も特に限定しないが、１００オ
ングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５
００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させるこ
とが望ましい。なお本実施例では超格子層をｎ側クラッ
ド層側にも設けたが、ｎ側クラッド層側よりもｐ側層側
に超格子層を設けた方が、ｐ層の抵抗値が減少する傾向
にあるため、Ｖｆを低下させる上で好ましい。

【００６５】量子構造の井戸層を有する活性層４５を有
するダブルへテロ構造の窒化物半導体素子の場合、活性
層４５に接して、活性層４５よりもバンドギャップエネ
ルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含む窒化物
半導体よりなるキャップ層４６を設け、そのキャップ層
４６よりも活性層から離れた位置に、キャップ層４６よ
りもバッドギャップエネルギーが小さいｐ側光ガイド層
４７を設け、そのｐ側光ガイド層４７よりも活性層から
離れた位置に、ｐ側光ガイド層４７よりもバンドギャッ
プが大きいＡｌを含む窒化物半導体を含む超格子層より
なるｐ側クラッド層４８を設けることは非常に好まし
い。しかもｐ側キャップ層４６のバンドギャップエネル
ギーが大きくしてある、ｎ層から注入された電子がこの
キャップ層４６で阻止されるため、電子が活性層をオー
バーフローしないために、素子のリーク電流が少なくな
る。

【００６６】（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。ｐ側コンタクト層は５００オングストローム以
下、さらに好ましくは４００オングストローム以下、２
０オングストローム以上に膜厚を調整する。

【００６７】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１０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／Ａ
ｕよりなるｐ電極５１を形成する。次に、図１０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。

【００６８】ｐ側電極形成後、第２の窒化物半導体層５
の素子構造が形成されていない表面全面に、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／Ｓ
ｎよりなる薄膜を形成する。

【００６９】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５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、閾値
電流密度２．０ｋＡ／cm²、閾値電圧４．０Ｖで、発振
波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以
上の寿命を示した。

【００７０】［実施例４］図１１は本発明の成長方法に
より得られた窒化物半導体層を基板とする一実施ンの形
態のＬＥＤ素子の構造を示す模式断面図であり、活性層
３２から上の素子構造としては、実施例２のＬＥＤ素子
と同様の構造を有する。このＬＥＤ素子は実施例１で得
られた第２の窒化物半導体層５の上に、下記の超格子層
を有するｎ側クラッド層５１を成長させる。また、実施
例４においては、サファイア基板１、バッファ層、保護
膜を除去せず行った。実施例４で用いる第２の窒化物半
導体５は、実施例１において第２の窒化物半導体５を成
長させる際にＳｉをドープせずに成長させた。 （ｎ側クラッド層５１）Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープ
したｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ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。超
格子層にするとクラックのない結晶性の良いキャリア閉
じ込めのクラッド層が形成できる。

【００７１】次に、膜厚２０オングストロームの単一量
子井戸構造のＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる活性層３２、膜
厚０．３μｍのＭｇを１×１０²⁰ドープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8
Ｎよりなるｐ側クラッド層３３、膜厚０．５μｍのＭｇ
を１×１０²⁰ドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層３
４が順に積層された構造を有する。そしてｐ層側からエ
ッチングを行いクラッド層５１の表面を露出させてｎ電
極３７を形成し、一方ｐ側コンタクト層のほぼ全面には
透光性のｐ電極３５と、そのｐ電極３５の上に、ボンデ
ィング用のパッド電極３６を形成し、図１１に示すよう
な同一面側からｎ電極３７とｐ電極３５とを設けた構造
とする。最後にサファイア基板の厚さを５０μｍ程度ま
で研磨して薄くした後、研磨面側をスクライブして３５
０μｍ角の素子とする。

【００７２】得られたＬＥＤ素子は実施例２のＬＥＤ素
子に比較して、出力は約１．５倍、静電耐圧も約１．５
倍に向上した。

【００７３】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体の成長方法によ
り、結晶欠陥の非常に少ない結晶性の良好な窒化物半導
体を得ることができる。更に本発明は、結晶性の良好な
窒化物半導体を基板としてこの上に素子構造を構成する
窒化物半導体を成長させると、ライフ時間の伸びた、逆
耐圧が上昇し、寿命特性の良好な窒化物半導体素子を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図２】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図３】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図４】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図５】本発明の方法の各工程において得られる窒化物
半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。

【図６】サファイアの面方位を示すユニットセル図であ
る。

【図７】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】本発明の方法による基板を用いた窒化物半導体
ＬＥＤ素子の一構造を示す模式断面図である。

【図９】図７の素子をｐ電極側から見た平面図である。

【図１０】本発明の方法による基板を用いた窒化物半導
体ＬＤ素子の一構造を示す模式断面図である。

【図１１】本発明の方法による基板を用いた窒化物半導
体ＬＥＤ素子の一構造を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１・・・・異種基板 ２・・・・第１の窒化物半導体 ３・・・・第１の保護膜 ４・・・・第２の保護膜 ５・・・・第２の窒化物半導体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種
   基板の上に、第１の窒化物半導体を成長させる第１の工
   程と、 第１の工程後、前記第１の窒化物半導体の表面に部分的
   に第１の保護膜を形成する第２の工程と、 第２の工程後、前記第１の保護膜の形成されていない部
   分の第１の窒化物半導体をエッチングにより除去し保護
   膜下部に順メサ形状の凸部を形成する第３の工程と、 第３の工程後、第１の窒化物半導体の上から全面に第２
   の保護膜を形成し、その後、エッチングにより、第１の
   窒化物半導体の凸部側面に形成された第２の保護膜を除
   去することにより、第１の窒化物半導体の平面部のみに
   第２の保護膜を形成する第４の工程と、 第４の工程後、前記第１の窒化物半導体の側面から第２
   の窒化物半導体を成長させる第５の工程とを含むことを
   特徴とする窒化物半導体の成長方法。
2. 【請求項２】 前記窒化物半導体の成長方法で得られる
   第２の窒化物半導体の上に、素子構造となる少なくとも
   ｎ型及びｐ型の窒化物半導体が形成されていることを特
   徴とする窒化物半導体素子。