JP2000357843A - 窒化物半導体の成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳｉＯ₂等の保護膜を用いずとも、転位の低
減された、結晶性が良好な窒化物半導体を得ることがで
きる窒化物半導体の成長方法、及び結晶性が良好で且つ
転位の少ない窒化物半導体を基板とする窒化物半導体素
子を提供することである。 【解決手段】 第１の工程で、窒化物半導体と異なる材
料よりなる異種基板１の上に第１の窒化物半導体２を成
長させ、第２の工程で、第１の窒化物半導体２の表面を
部分的に、窒化物半導体が成長しにくいか又は成長しな
いように改質し、第１の窒化物半導体２の表面への窒化
物半導体の成長に選択性を持たせ、第３の工程で、表面
に部分的に改質部分を有する第１の窒化物半導体２上
に、第２の窒化物半導体３を成長させる。

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、特に転位の少ない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、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（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、サファイア、スピネル、炭化ケイ
素のような窒化物半導体と異なる異種基板の上、又は異
種基板上に成長された窒化物半導体上に、窒化物半導体
が成長しないかあるいは成長しにくい材料からなるＳｉ
Ｏ₂等の保護膜を成長させ、この上に窒化物半導体を選
択成長させることにより、転位を低減できる種々の窒化
物半導体の成長方法［ＥＬＯＧ（Epitaxially laterall
y overgrown GaN）の成長方法］が知られている。

【０００３】例えば、ＳｉＯ₂等の保護膜を用いる場合
のＥＬＯＧの成長方法としては、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．Ｌ３０
９−Ｌ３１２（以下単にＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．の文献とす
る。）に、サファイア上に成長させた窒化物半導体上に
ＳｉＯ₂等のマスクを部分的（例えばストライプ形状）
に形成し、その後、この上に窒化物半導体を成長させる
ことにより、転位の少ない窒化物半導体を得ることが記
載されている。このＥＬＯＧ成長は、マスクを形成しこ
のマスクを覆うように意図的にＧａＮを横方向に成長さ
せることにより、マスク上方部に成長した窒化物半導体
には転位がほとんど見られなくなるものである。つま
り、マスクを覆うように窒化物半導体が横方向に成長す
ると、この窒化物半導体の成長に伴って転位も横方向に
伝播し、一旦横方向に伝播した転位は、再び縦方向（窒
化物半導体の成長方向）に伝播しなくなり、これによっ
て、マスク上方部に成長する窒化物半導体には転位がほ
とんど見られなくなる。そして、マスクを形成していな
い部分に成長したＧａＮの表面には、ほぼ１×１０⁷／
ｃｍ²の転位があるが、マスクの上方部に成長したＧａ
Ｎの表面には転位がほとんど見られなくなる。このよう
に、転位の少ない窒化物半導体の基板を得ることが可能
となったことから、窒化物半導体素子の寿命特性を向上
させることができる。

【０００４】しかし、上記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．の文献に記
載のＥＬＯＧの成長方法は、転位を低減でき、寿命特性
の良好な素子を得ることができるものの、成長時の熱に
よってＳｉＯ₂が分解する可能性がある。ＳｉＯ₂が分解
すると、ＳｉＯ₂上から窒化物半導体が異常成長した
り、分解したＳｉやＯ等が窒化物半導体に入りＧａＮを
汚染したりして、結晶性の低下を招くことがある。

【０００５】これに対して、ＳｉＯ₂等の保護膜を用い
ない場合のＥＬＯＧの成長方法としては、特開平８−６
４７９１号公報に、異種基板上にアモルファス状のＧａ
Ｎ膜を成長させた後、このアモルファス状のＧａＮ膜を
ストライプ状にエッチングし、この上にさらに窒化物半
導体を成長させることにより、アモルファスＧａＮ膜部
分以外から成長する窒化物半導体の転位が、アモルファ
スＧａＮ膜上部に成長する特定の窒化物半導体部分に集
中し、アモルファス膜上部以外に成長する窒化物半導体
の転位を低減できることが記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−６４７９１号公報に記載の方法では、転位がアモル
ファスＧａＮ膜の上部に成長する特定の部分に集中する
傾向があるが、十分に転位をアモルファス膜に集中させ
ることができず、ストライプ状のアモルファス以外から
成長する窒化物半導体の転位の低減が十分ではない。こ
のようなＳｉＯ₂等の保護膜を用いないＥＬＯＧの成長
方法では、十分満足できる程度に転位の低減された窒化
物半導体を得ることができない。寿命特性の良好な窒化
物半導体素子を作製するには、転位の少ない窒化物半導
体の基板を得ることが望ましいが、上記従来の方法では
十分な寿命特性を有する程度に転位を低減させることが
難しい。

【０００７】そこで、本発明の目的は、ＳｉＯ₂等の保
護膜を用いずとも、転位の低減された、結晶性が良好な
窒化物半導体を得ることができる窒化物半導体の成長方
法を提供することである。更に、本発明は、結晶性が良
好で且つ転位の少ない窒化物半導体を基板とする窒化物
半導体素子を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は、
下記（１）〜（１１）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、
前記第１の工程後、前記第１の窒化物半導体の表面を部
分的に、窒化物半導体が成長しにくいか又は成長しない
ように改質し、第１の窒化物半導体の表面への窒化物半
導体の成長に選択性を持たせる第２の工程と、前記第２
の工程後、前記表面が部分的に改質された第１の窒化物
半導体上に、第２の窒化物半導体を成長させる第３の工
程を少なくとも有することを特徴とする窒化物半導体の
成長方法。 （２） 前記第２の工程が、異種基板上に成長された第
１の窒化物半導体上に、保護膜を部分的に形成した後、
該保護膜の形成されていない部分を、ドライエッチング
してＮ欠損部分を形成して第１の窒化物半導体の表面を
部分的に改質し、その後、保護膜を除去する工程である
ことを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体の成
長方法。 （３） 前記ドライエッチングがが、希ガス及びＯ₂ガ
スの少なくとも１種以上のガスを用いることを特徴とす
る前記（２）に記載の窒化物半導体の成長方法。 （４） 前記第２の工程が、異種基板上に成長された第
１の窒化物半導体上に、不純物を部分的に拡散させて第
１の窒化物半導体の表面を部分的に改質する工程である
ことを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体の成
長方法。 （５） 前記不純物が、周期律表の３Ｂ族及び５Ｂ族以
外の元素であることを特徴する前記（４）に記載の窒化
物半導体の成長方法。 （６） 前記第２の窒化物半導体を成長後に、前記第２
及び第３の工程を繰り返して行う、但し、第２の窒化物
半導体の表面の改質される部分が、第１の窒化物半導体
の表面に改質された部分以外の部分上部に形成されるこ
とを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の
窒化物半導体の成長方法。 （７） 前記異種基板が、サファイアのＣ面がステップ
状にオフアングルされていることを特徴とする前記
（１）〜（６）のいずれかに記載の窒化物半導体の成長
方法。 （８） 前記ステップ状にオフアングルされているサフ
ァイア基板のオフアングル角が、０．１°〜０．５°で
あることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに
記載の窒化物半導体の成長方法。 （９） 前記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ことを特徴
とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載の窒化物半
導体の成長方法。 （１０） 前記窒化物半導体の成長方法で得られる窒化
物半導体を基板とし、この上に素子構造となる少なくと
もｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が
形成されていることを特徴とする窒化物半導体素子。 （１１） 前記窒化物半導体の成長方法で得られた窒化
物半導体基板上に、素子構造となる少なくともｎ型窒化
物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が形成され、
窒化物半導体基板の第１の窒化物半導体に形成された改
質部分上部に、窒化物半導体レーザ素子の光を導波する
ストライプ形状又はリッジ形状を形成してなること特徴
とする窒化物半導体レーザ素子。

【０００９】つまり、本発明の窒化物半導体の成長方法
は、異種基板上に成長された第１の窒化物半導体の表面
を部分的に、窒化物半導体が成長しにくくなるように改
質することにより、この改質部分への第２の窒化物半導
体の成長が抑制され、第１の窒化物半導体の表面への窒
化物半導体の成長に選択性が生じ、従来のＳｉＯ₂等の
保護膜を用いた場合のように、改質部分が保護膜のよう
な働きをすることで、改質部分の上方部に成長する第２
の窒化物半導体には転位がほとんど見られなくなる。

【００１０】従来のＳｉＯ₂を用いないＥＬＯＧの成長
方法では、ＳｉＯ₂を用いた場合のように窒化物半導体
の成長に選択性が得られないので、意図的に窒化物半導
体を横方向に成長させることができない。また、ＳｉＯ
₂を用いる従来技術では、窒化物半導体の成長に選択性
が得られ転位のほとんどない部分を形成することができ
るが、熱によるＳｉＯ₂の分解による汚染等での結晶性
の低下が懸念される。

【００１１】これに対して、本発明の窒化物半導体の成
長方法は、上記のように、ＳｉＯ₂等のマスクを用いず
とも、窒化物半導体の表面を部分的に改質することで、
窒化物半導体の成長に選択性を持たせることができる。
これによって、改質部分へ向かって、意図的に窒化物半
導体を横方向に成長させることができ、その結果、転位
の低減が可能となる。本発明において、改質部分では窒
化物半導体の成長が抑制され、改質部分以外から窒化物
半導体が成長する。この成長を始めた窒化物半導体が、
厚膜に成長していく過程で、成長の抑制されている改質
部分方向に意図的に横方向に成長し、それと同時に転位
も改質部分方向に向かって横方向に伝播する。その結
果、改質部分の上方部に成長する第２の窒化物半導体に
は転位がほとんど見られなくなる。

【００１２】転位は、窒化物半導体の成長の方向とほぼ
同様の方向に伝播する性質を有するが、窒化物半導体の
縦方向の成長に比べて横方向の成長が促進される（意図
的に横方向に成長させる場合に横方向の成長が促進され
る傾向がある。）と横方向に伝播する傾向がある。そし
て、一旦横方向に伝播した転位は、再び横方向の成長に
比べて、縦方向の成長が促進されても、再び縦方向（改
質部分の上方部）に伝播しにくくなる傾向がある。その
結果、改質部分の上に向かって意図的に横方向に成長し
た窒化物半導体部分には転位がほとんど見られなくな
る。

【００１３】また、転位のほとんど見られない部分を有
する第２の窒化物半導体を基板として素子構造を形成す
ると、寿命特性の良好な窒化物半導体素子が得られる。
この場合、素子の導波路等が、転位のほとんど見られな
い部分の上方に形成されていることが寿命特性を向上さ
せる点で好ましい。

【００１４】更に、本発明は、第２の工程が、異種基板
上に成長された第１の窒化物半導体上に、保護膜を部分
的に形成した後、該保護膜の形成されていない部分を、
ドライエッチングしてＮ欠損部分を形成して第１の窒化
物半導体の表面を部分的に改質し、その後、保護膜を除
去する工程であると、改質部分への窒化物半導体の成長
を良好に抑制でき、改質部分以外から成長する窒化物半
導体の横方向の成長を良好とし、転位の低減の点で好ま
しい。この場合、保護膜の形成されていない分部をドラ
イエッチングするとＮ欠損部分が形成され、このＮ欠損
となった窒化物半導体の表面には窒化物半導体が成長し
ないか又は成長しにくくなる。更に、本発明は、ドライ
エッチングが、希ガス及びＯ₂ガスの少なくとも１種以
上のガスを用いて行うものであると、スパッタリングの
みでのドライエッチングとなり有効に改質できる点で好
ましい。保護膜の形成されていない部分の第１の窒化物
半導体の表面では、上記のようなガスでドライエッチン
グすると、窒化物半導体はほとんど削れず、窒化物半導
体の質のみが変わる。そのため改質部分を有する第１の
窒化物半導体の表面を、第２の窒化物半導体が良好に覆
い易くなる。

【００１５】また、本発明は、第２の工程が、異種基板
上に成長された第１の窒化物半導体上に、不純物を部分
的に拡散させて第１の窒化物半導体の表面を部分的に改
質する工程であると、改質部分への窒化物半導体の成長
を良好に抑制でき、改質部分以外から成長する窒化物半
導体の横方向の成長を良好とし、転位の低減の点で好ま
しい。更に本発明は、不純物が、周期律表の３Ｂ族及び
５Ｂ族以外の元素であると、不純物の拡散部分への窒化
物半導体の成長を良好に抑制でき好ましい。不純物の拡
散部分では、窒化物半導体が成長しない又は成長しにく
くなっている。

【００１６】また、本発明の方法における第１の窒化物
半導体の表面の改質の方法は、第１の窒化物半導体表面
にあまり段差が生じず、改質部分以外から成長する第２
の窒化物半導体が良好に改質部分を覆い易くなる傾向が
ある。そして、この改質部分を覆い易くなる傾向は、第
２の窒化物半導体の膜厚を比較的薄膜で成長させても、
転位の低減が良好に行われるので、第２及び第３の工程
を繰り返して行う場合、成長時間の短縮など操作の簡素
化が可能となり好ましい。

【００１７】更に、本発明において、第２の窒化物半導
体を厚膜に成長させた後、第２の工程と第３の工程を繰
り返すことで転位を更に低減させることができる。但
し、繰り替えされる第２の工程は、第１の窒化物半導体
の表面に形成された改質部分以外の上部に、第２の窒化
物半導体の表面に形成される改質部分が位置するよう
に、第２の窒化物半導体の表面に部分的に改質が行われ
る。また、第２及び第３の工程は、２回以上繰り返して
もよい。このように第１の窒化物半導体の表面の改質部
分と、第２の窒化物半導体の表面の改質部分とが、上記
のように交互になっていると、改質部分の上部に厚膜に
成長する窒化物半導体には転位がほとんど見られなくな
ることから、改質部分を有する第２の窒化物半導体上に
成長させる窒化物半導体の表面全面には、転位がほとん
ど見られなくなる。このように全体的に転位の低減され
た窒化物半導体を基板として素子構造を成長させると、
寿命特性の良好な素子を量産する場合に好ましい。

【００１８】更に、本発明の成長方法において、異種基
板が、サファイアのＣ面がステップ状にオフアングルさ
れているものであると、得られた窒化物半導体を基板と
して素子構造を形成する際に、１チップの大きさに値す
る程度の幅の良好な平面を有する窒化物半導体基板が得
られ、寿命特性の良好な素子が選られやすくなり好まし
い。更に、ステップ状にオフアングルされていると、レ
ーザ素子ではしきい値が低下し、ＬＥＤでは発光出力が
２０〜３０％向上する傾向がある。更に本発明におい
て、ステップ状にオフアングルされているサファイア基
板のオフアングル角が、０．１°〜０．５°であると、
上記良好な平面となる部分の表面性が良好となり、この
上に素子を形成すると寿命特性をより良好にすることが
でき好ましい。更にオフ角が上記範囲であると、しきい
値がより低下し、発光出力がより向上し好ましい。更に
本発明において、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、サ
ファイアのＡ面に対して窒化物半導体のＭ面が平行とな
るように第２の窒化物半導体が成長し、段差方向に平行
に、例えばリッジ形状のストライプを形成すると、Ｍ面
で劈開し易くなり良好な共振面が得られるので好まし
い。

【００１９】また本発明は、上記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て、
この上に素子構造となる少なくともｎ型窒化物半導体、
活性層、及びｐ型窒化物半導体を形成することにより、
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。更に、本発明において、リッジ形状のストライプを
有する窒化物半導体レーザ素子を製造する場合、前記窒
化物半導体の成長方法で改質された部分の上部にリッジ
形状のストライプが位置するように素子を製造すると、
より良好な寿命特性のレーザ素子が得られ好ましい。ま
た上記本発明の方法で第２及び第３の工程を繰り返す場
合は、特にリッジ形状のストライプの形成される位置を
考慮しなくともよい。転位の少ない部分に窒化物半導体
素子を形成すると、良好な素子特性を有するので好まし
い。

【００２０】

【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４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図であ
る。

【００２１】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、まず、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２の表面を部分
的に窒化物半導体が成長しにくいか又は成長しないよう
に改質し、第１の窒化物半導体２の表面への窒化物半導
体の成長に選択性を持たせ、続いて図３の第３の工程に
おいて、部分的に改質された第１の窒化物半導体２上
に、第２の窒化物半導体３を成長させる。

【００２２】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。 （第１の工程）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、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいず
れか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。

【００２３】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。

【００２４】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
には約９００℃より高温〜１１００℃、好ましくは１０
５０℃で異種基板１上に成長される。このような温度で
成長させると、第１の窒化物半導体２は単結晶となる。
第１の窒化物半導体２の膜厚は特に限定しないが、第１
の窒化物半導体の表面の改質が良好に行える程度の膜厚
であることが好ましく、例えば具体的には、５００オン
グストローム〜１０μｍが好ましく、２．５μｍ〜５μ
ｍがより好ましい。上記範囲であると、反りが防止さ
れ、結晶性が良好となり好ましい。

【００２５】（第２の工程）次に、図２は異種基板１上
に第１の窒化物半導体２を成長させた後、第１の窒化物
半導体２の表面を部分的に窒化物半導体が成長しにくい
又は成長しないように改質し、第１の窒化物半導体２の
表面への窒化物半導体の成長に選択性を持たせてなる模
式的断面図である。

【００２６】第２の工程において、部分的に表面を改質
するとは、少なくとも第１の窒化物半導体２の表面に、
窒化物半導体が成長しないように窒化物半導体の表面の
性質を変化させて、窒化物半導体の成長を抑制すること
である。また、第１の窒化物半導体２の表面に形成され
る改質の部分の形状は、特に限定されないが、第１の窒
化物半導体２を真上から見た状態での形状が、例えば、
ランダム状、ストライプ状、碁盤目状、ドット状に形成
できる。好ましい形状としては、ストライプ状であり、
この形状とすると、異常成長が少なく、より平坦に埋ま
り好ましい。

【００２７】改質の部分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は、特に限定されないが、
例えば改質部分のストライプ幅を１〜３０μｍ、好まし
くは１０〜２０μｍであり、改質部分以外の部分のスト
ライプ間隔を１〜３０μｍ、好ましくは２〜２０μｍで
ある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。

【００２８】本発明において、第１の窒化物半導体２の
表面の改質としては、特に限定されず、少なくとも窒化
物半導体の成長が抑制されていればよく、例えば好まし
い具体例としては、一旦、部分的に保護膜を形成した後
ドライエッチングすることで保護膜の形成されていない
部分を改質する方法［但し、保護膜は、改質後に等方性
のエッチング（ドライエッチングまたはウエットエッチ
ング）で除去する］（図２のａ−１からａ−３参照）、
及び不純物（周期律表の３Ｂ族及び５Ｂ族以外の元素）
を拡散させて改質する方法（図２のｂ−１からｂ−３参
照）が挙げられる。以下にこれらの好ましい改質の方法
について説明する。

【００２９】まず、図２の（ａ−１）から（ａ−３）に
示されたドライエッチングにて改質する方法について説
明する。図２の（ａ−１）に示すように、保護膜を第１
の窒化物半導体２の表面に部分的に形成する。その後、
図２（ａ−２）に示すように、保護膜の形成されている
第１の窒化物半導体２上からドライエッチングして、保
護膜の形成されていない部分の第１の窒化物半導体２表
面にＮ欠損部分を形成することにより、第１の窒化物半
導体２の表面を部分的に改質する。改質後、図２（ａ−
３）に示すように、保護膜を等方性のエッチング（ドラ
イエッチングまたはウエットエッチング）で除去する。

【００３０】第１の窒化物半導体２上に形成される保護
膜としては、特に限定されず、第１の窒化物半導体の表
面をドライエッチングで改質する際に第１の窒化物半導
体を保護できるような材料であれば特に限定されず、例
えば酸化物、金属、フッ化物、窒化物、等が挙げられ
る。例えば具体的には酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）、窒化ケ
イ素（Ｓｉ_XＮ_Y）、酸化チタン（ＴｉＯ_X）、酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ_X）等の酸化物、窒化物、またこれら
の多層膜、金属等を用いることができる。好ましい保護
膜材料としては、ＳｉＯ₂及びＳｉＮが挙げられる。こ
のような保護膜を用いることは、ドライエッチング時の
選択制、及び窒化物半導体へ拡散しない点で好ましい。

【００３１】上記のような保護膜を第１の窒化物半導体
２の表面に形成する方法としては、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。ま
た、部分的（選択的）に形成するためには、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保護膜を
形成できる。保護膜の形状は、特に限定されないが、例
えばドット、ストライプ、碁盤面状の形状で形成でき、
好ましくはストライプ状の形状でストライプがオリエン
テーションフラット面（サファイアのＡ面）に垂直にな
るように形成される。また保護膜が形成されている表面
積は、保護膜が形成されていない部分の表面積より小さ
い方が転位を防止して良好な結晶性を有する窒化物半導
体基板を得ることができる。保護膜の幅は、上記した改
質部分以外の部分の幅で調整され、また、保護膜と保護
膜の間の幅は、上記の改質部分の幅で調整される。更に
保護膜の形成される形状として、改質部分の形状が上記
したような例えばストライプ状等になるように適宜調整
される。

【００３２】上記のように保護膜を第１の窒化物半導体
２の表面に部分的に形成した後、Ｎ欠損部分を形成する
ドライエッチングについて記載する。ドライエッチング
としては、異方性のドライエッチングであり、さらに非
反応性のドライエッチングが好ましい。エッチングに用
いられるガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ及びＸｅ等の
希ガス、及びＯ₂ガス等の少なくとも１種以上のガスを
用いることができる。このようなガスを用いると、スパ
ッタリングのみでのドライエッチングとなり、有効に改
質できる点で好ましい。改質されている部分は、Ｎ欠損
となり、この部分には窒化物半導体が成長しないような
性質の結晶面となっている。また、保護膜の形成されて
いない部分の第１の窒化物半導体の表面では、上記のよ
うなガスでドライエッチングすると、窒化物半導体はほ
とんど削れず、窒化物半導体の質のみが変わる。そのた
め改質部分を有する第１の窒化物半導体の表面を、第２
の窒化物半導体が良好に覆い易くなる。上記のように改
質部分を形成した後、第１の窒化物半導体２の表面から
保護膜を除去し、この上に第２の窒化物半導体３を成長
させる。本発明において、ドライエッチングによる改質
部分は、従来技術のＳｉＯ₂を用いる場合のＥＬＯＧの
成長方法におけるＳｉＯ₂と同様の働きをする。

【００３３】次に、図２の（ｂ−１）から（ｂ−３）に
示された不純物の拡散により改質する方法について記載
する。図２の（ｂ−１）に示すように、第１の窒化物半
導体２上に、不純物となる元素を部分的に形成し、続い
て、図２（ｂ−２）に示すように、熱処理を行い元素を
第１の窒化物半導体２の表面付近に拡散させ、その後、
図２（ｂ−３）に示すように、不純物となる元素を第１
の窒化物半導体２表面から除去することで、元素の形成
されていた部分に不純物が拡散され、その部分の表面は
窒化物半導体の成長の抑制されるような性質の結晶面と
なり改質される。

【００３４】上記の不純物となる元素としては、特に限
定されないが、例えば好ましい元素としては、３Ｂ族及
び５Ｂ族以外の元素が挙げられ、より好ましくは３Ｂ族
及び５Ｂ族以外の元素で電気陰性度が、Ｇａより大きい
元素が挙げられる。更に好ましい具体例としては、Ｎ
ｉ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＣｕのいずれか１種以
上の元素を用いることができる。このような元素を用い
ると、改質部分以外への拡散が少なく、第１の窒化物半
導体２の表面を部分的に改質でき、改質後に成長させる
第２の窒化物半導体３の転位を良好に低減でき好まし
い。不純物となる元素の形成される形状や、元素の形成
されない部分の幅等は、上記の改質部分及び改質部分以
外の部分の形状と同様である。また、不純物となる元素
の形成される際の膜厚は、第１の窒化物半導体２の表面
が改質される程度であれば特に限定されず、例えば好ま
しい膜厚としては、１０オングストローム〜５μｍ、好
ましくは１００オングストローム〜１μｍである。上記
範囲の膜厚であると、第１の窒化物半導体の改質と、不
純物となる元素の形成及び除去の点で好ましい。

【００３５】上記の元素を第１の窒化物半導体２の表面
に形成後の熱処理としては、元素が拡散される程度の温
度で熱処理され、具体的には、例えば２００〜８００
℃、好ましくは４００〜７００℃程度に熱して、元素を
第１の窒化物半導体に拡散させる。上記範囲の温度で熱
処理すると、不純物となる元素が良好に拡散され第１の
窒化物半導体２の表面の改質の点で好ましい。

【００３６】上記の熱処理の後、元素を第１の窒化物半
導体２の表面から除去する。除去の方法としては、例え
ば、王水、フッ酸等で処理して除去する。そして、元素
を除去された第１の窒化物半導体２の表面には、元素が
拡散されており、この部分が窒化物半導体の成長が抑制
されるような性質を有する結晶面となり、改質されてい
る。

【００３７】（第３の工程）次に、図３は、表面を部分
的に改質された第１の窒化物半導体２上に、第２の窒化
物半導体３を成長させる第３の工程を行った模式的断面
図である。第２の窒化物半導体３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。第
２の窒化物半導体３の成長温度は、第１の窒化物半導体
２を成長させる場合と同様である。第２の窒化物半導体
３の膜厚は、特に限定されないが、少なくとも第１の窒
化物半導体２の表面の改質部分を良好に覆うことができ
る程度の膜厚であればよく、例えば、具体的には、５〜
３０μｍ、好ましくは１０〜１５μｍである。このよう
な膜厚で成長させると、改質部分を有する第１の窒化物
半導体２の表面を良好に覆うことができ、転位の低減さ
れた良好な第２の窒化物半導体３を得ることができる。

【００３８】第２の窒化物半導体３は、まず、改質部分
以外の部分の第１の窒化物半導体２の表面から成長し、
成長していく過程で、改質部分へ向かって横方向に成長
して改質部分を覆う。そして、厚膜に成長させると、改
質部分は窒化物半導体が成長しないような性質を有して
いるが、あたかも改質部分に窒化物半導体が成長したよ
うに図４のように第２の窒化物半導体３が成長する。ま
た、図４に示すように、改質部分にはわずかに空隙が形
成される場合がある。

【００３９】また、第２の窒化物半導体３を成長させる
際に、不純物（例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｚｎ、
Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｇ等）をドープして成長さる、減圧
条件下で成長させる、または窒化物半導体の原料となる
ＩＩＩ族とＶ族の成分のモル比（ＩＩＩ／Ｖのモル比）
を調整して成長させる等により、横方向の成長を縦方向
の成長に比べて促進させ転位を低減させる点で好まし
い。このような反応条件は、転位を低減するために、窒
化物半導体を意図的に横方向に成長させる場合に適用で
きる。

【００４０】また、本発明において、第２及び第３の工
程を繰り返す場合、図５に示すように、第１の窒化物半
導体２の表面の改質部分の上方部に、第２の窒化物半導
体３の表面に部分的に形成される改質部分以外の部分が
位置するように、及び第１の窒化物半導体２の表面の改
質部分以外の部分の上部に、第２の窒化物半導体３の表
面の改質部分が位置するように、第２の窒化物半導体３
の表面を部分的に改質する。そして、改質部分を有する
第２の窒化物半導体３上に第３の窒化物半導体４を成長
させる。第３の窒化物半導体４は、表面全体が転位の少
ない窒化物半導体となり好ましい。第３の窒化物半導体
４としては、第２の窒化物半導体と同様のものが挙げら
れる。また、第３の窒化物半導体４の膜厚は、特に限定
されないが、少なくとも第２の窒化物半導体３の改質部
分を良好に覆うことができる程度の膜厚であればよい。

【００４１】また、第２の窒化物半導体３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と
なるが、素子構造を形成するには異種基板を予め除去し
てから行う場合と、異種基板等を残して行う場合があ
る。また、素子構造を形成した後で異種基板を除去する
場合もある。異種基板等を除去する場合の第２の窒化物
半導体３の膜厚は、５０μｍ以上、好ましくは１００μ
ｍ以上、好ましくは５００μｍ以下である。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３が割れにくくハンドリングが容易となり
好ましい。

【００４２】また異種基板等を残して行う場合の第２の
窒化物半導体３の膜厚は、特に限定されないが、１００
μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２
０μｍ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。

【００４３】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３
等を成長させる方法としては、特に限定されないが、Ｍ
ＯＶＰＥ（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）、ＭＯ
ＣＶＤ（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。

【００４４】また本発明において、第２の窒化物半導体
３上には、素子構造となる窒化物半導体を形成すること
ができるので、明細書内において第２の窒化物半導体３
を素子基板又は窒化物半導体基板と言う場合がある。

【００４５】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たほうが好まし
い。オフアングルさせた基板を用いると、表面に３次元
成長が見られず、ステップ成長があらわれ表面が平坦に
なり易い。更にステップ状にオフアングルされているサ
ファイア基板のステップに沿う方向（段差方向）が、サ
ファイアのＡ面に対して垂直に形成されていると、窒化
物半導体のステップ面がレーザの共振器方向と一致し、
レーザ光が表面粗さにより乱反射されることが少なくな
り好ましい。

【００４６】更に好ましい異種基板としては、（０００
１）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、（００
０１）面[Ｃ面]を主面とするサファイアであるとき、前
記第１の窒化物半導体等に形成される改質部分のストラ
イプ形状が、そのサファイアの（１１２−０）面[Ａ面]
に対して垂直なストライプ形状を有していること［窒化
物半導体の（１０１−０）[Ｍ面]に平行方向にストライ
プを形成すること］が好ましく、また、オフアングルの
オフ角θ（図１１に示すθ）は０．１°〜０．５°、好
ましくは０．１°〜０．２°が好ましい。また（１１２
−０）面[Ａ面]を主面とするサファイアであるとき、前
記改質部分のストライプ形状は、そのサファイアの（１
１−０２）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、前記改質部分のストライプ形状
は、そのスピネルの（１１０）面に対して垂直なストラ
イプ形状を有していることが好ましい。ここでは、改質
部分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（１
１０）面に窒化物半導体が横方向に成長し易いので、改
質部分の形状を、これらの面を考慮して形成することが
好ましい。

【００４７】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はサファイアの結晶構
造を示すユニットセル図であり、以下のサファイアの各
面を例示している。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、改質部分が、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７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改質部分のストライプを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４に示したような結晶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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】また、以下に、オフアングルされたサファ
イア基板のステップに沿う方向が、サファイア基板のＡ
面に対して垂直に形成されてなる場合について図１１を
用いて説明する。ステップ状にオフアングルしたサファ
イアなどの異種基板は、図１１に示すようにほぼ水平な
テラス部分Ａと、段差部分Ｂとを有している。テラス部
分Ａの表面凹凸は少なく、ほぼ規則正しく形成されてい
る。このようなオフ角θを有するステップ状部分は、基
板全体にわたって連続して形成されていることが望まし
いが、特に部分的に形成されていてもよい。なおオフ角
θとは、図１１に示すように、複数の段差の底部を結ん
だ直線と、最上層のステップの水平面との角度を示すも
のとする。また異種基板は、オフ角が０．１°〜０．５
°、好ましくは０．１°〜０．２°である。オフ角を上
記範囲とすると、第１の窒化物半導体２表面は細かな筋
状のモフォロジーとなり、エピタキシャル成長表面（第
２の窒化物半導体３表面）は波状のモフォロジーとな
り、この基板を用いて得られる窒化物半導体素子は平滑
で、特性も長寿命、高効率、高出力、歩留まりの向上し
たものが得られる。

【００５１】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
導体の成長法により得られる第２の窒化物半導体３（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型の窒化物半導体等が形成されてなるものであ
る。本発明において、前記本発明の成長方法により得ら
れる窒化物半導体上に素子構造を形成する場合、改質部
分上部に発光領域など（例えばレーザ素子においてはリ
ッジ形状のストライプなど）が位置するように素子構造
を形成することが、寿命特性等の素子特性が良好な素子
を得るのに好ましい。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型窒化物半導体、活性層、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、ｎ型窒化物半導体層
として、超格子構造を有するｎ型窒化物半導体層を有
し、この超格子構造のｎ型層にｎ電極を形成することの
できるｎ型窒化物半導体が形成されているもの等が挙げ
られる。活性層としては、例えばＩｎＧａＮを含んでな
る多重量子井戸構造の活性層が挙げられる。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、いずれのものを適用させてもよい。
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。

【００５２】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。

【００５３】

【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、本発明の更に詳細に説明する。しかし、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４を用
いて示す。また実施例１はＭＯＣＶＤ法を用いて行っ
た。

【００５４】（第１の工程）異種基板１として、２イン
チφ、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサファ
イア基板１を反応容器内にセットし、温度を５１０℃に
して、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴ
ＭＧ（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。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Ｔ
ＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる
第１の窒化物半導体層２を２．５μｍの膜厚で成長させ
る（図１）。

【００５５】（第２の工程）第１の窒化物半導体層２を
成長後、第１の窒化物半導体層２上に、ＣＶＤ装置によ
りＳｉＯ₂を形成し、フォトリソグラフィーによりスト
ライプ状のフォトマスクを介して、保護膜の形成されな
い部分（改質部分）のストライプ幅１０μｍ、保護膜の
形成される部分（改質部分以外の部分）のストライプ間
隔１０μｍとなるようにパターニングされたＳｉＯ₂膜
からなる保護膜を形成し（図２のａ−１）、続いて、Ｒ
ＩＥ装置によりＡｒガスでスパッタリング（ドライエッ
チング）して、保護膜の形成されていな部分の第１の窒
化物半導体層２表面をＮ欠損として改質する（図２のａ
−２）。改質後は、保護膜を除去する（図２のａ−
３）。そして、ＳｉＯ₂が形成されていない部分の第１
の窒化物半導体の表面ではＮ欠損がおこり、この部分に
は窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくく改質
されている（図２のａ−３）。なお、ストライプ方向
は、図７に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向
で形成する。

【００５６】（第３の工程）次に、第１の窒化物半導体
層２の表面が部分的に改質部分の形成されたウエハを反
応容器内にセットし、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２の窒化物半導体
層３を１５μｍの膜厚で成長させる（図３及び図４）。

【００５７】第２の窒化物半導体層３を成長後、ウェー
ハを反応容器から取り出し、アンドープのＧａＮよりな
る窒化物半導体基板を得る。

【００５８】得られた第２の窒化物半導体層３（本発明
の窒化物半導体基板）をＣＬ（カソードルミネセンス）
方法により観測すると、改質部分以外の部分の上方部は
転位密度がやや多めであったが、改質部分の上方部には
ほとんど転位が見られず良好な結晶性を有している。

【００５９】［実施例２］実施例１において、第２の工
程を以下のようにする他は同様にして第２の窒化物半導
体３を成長させる。 （第２の工程）第１の窒化物半導体層２を成長後、改質
部分のストライプ幅１０μｍ、改質部分以外の部分のス
トライプ間隔１０μｍとなるように、厚さ１０００オン
グストロームの膜厚でＮｉを改質される部分にストライ
プ状に形成する（図２のｂ−１）。次に、６００℃で熱
処理して、Ｎｉを第１の窒化物半導体層２の表面部分に
拡散させる（図２のｂ−２）。その後、ストライプ状の
Ｎｉを除去し、第１の窒化物半導体層２の表面にＮｉが
拡散された改質面が形成される（図２のｂ−３）。Ｎｉ
が不純物として拡散された部分の第１の窒化物半導体２
の表面では、窒化物半導体が成長しないかまたは成長し
にくく改質されている。なお、ストライプ方向は、図７
に示すように、オリフラ面に対して垂直な方向で形成す
る。

【００６０】以上のようにして得られた第２の窒化物半
導体３を実施例１と同様にして観測すると、改質部分上
部にはほとんど転位が見られず、実施例１と同等の良好
な結果が得られた。

【００６１】［実施例３］実施例１で得られた第２の窒
化物半導体３の表面に、実施例１の第２の工程及び第３
の工程を繰り返す。 （繰り返される第２の工程）まず、図５に示すように、
第１の窒化物半導体２の表面の改質部分の上部に、第２
の窒化物半導体３の表面に形成される改質部分以外の部
分が位置するように、さらに第１の窒化物半導体２の表
面の改質部分以外の部分の上部に、第２の窒化物半導体
３の表面に形成される改質部分が位置するように、第２
の窒化物半導体層３上に、ＣＶＤ装置によりＳｉＯ₂を
形成し、フォトリソグラフィーによりストライプ状のフ
ォトマスクを介して、保護膜の形成されない部分（改質
部分）のストライプ幅１０μｍ、保護膜の形成される部
分（改質部分以外の部分）のストライプ間隔１０μｍに
パターニングされたＳｉＯ₂膜からなる保護膜を形成
し、続いて、ＲＩＥ装置によりＡｒガスでスパッタリン
グ（ドライエッチング）して、保護膜の形成されていな
部分の第２の窒化物半導体層３表面をＮ欠損として改質
する。改質後は、保護膜を除去する。ＳｉＯ₂膜の除去
面は、実施例１の第１の窒化物半導体の表面に形成され
た改質部分と同様に、窒化物半導体が成長しにくくなっ
ている。 （繰り返される第３の工程）次に、改質部分を有する第
２の窒化物半導体３上に、アンドープのＧａＮからなる
第３の窒化物半導体４を１５μｍの膜厚で成長させる
（図５）。

【００６２】以上のようにして得られた第３の窒化物半
導体４をＣＬ方法により観察すると、全体的に転位の低
減された窒化物半導体を得ることができる。

【００６３】［実施例４］以下に、図８を用いて実施例
４を説明する。図８は本発明の実施例１で得られた第２
の窒化物半導体を基板として素子構造を形成してなる本
発明の一実施の形態であるレーザ素子の構造を示す模式
的断面図である。実施例１で得られた第２の窒化物半導
体３を窒化物半導体基板として以下の素子構造を積層成
長させる。

【００６４】（アンドープｎ型コンタクト層）［図８に
は図示されていない］ 窒化物半導体基板１上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭ
Ａ（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Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型
コンタクト層を１μｍの膜厚で成長させる。

【００６５】（ｎ型コンタクト層３２）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、Ｓ
ｉを３×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ
よりなるｎ型コンタクト層２を３μｍの膜厚で成長させ
る。

【００６６】（クラック防止層３３）次に、温度を８０
０℃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５×１０ ¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ
_0.08Ｇａ_0.92Ｎよりなるクラック防止層３３を０．１５
μｍの膜厚で成長させる。

【００６７】（ｎ型クラッド層３４）次に、温度を１０
５０℃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Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ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、Ｓ
ｉ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層を積
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３４を成長させる。

【００６８】（ｎ型ガイド層３５）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３５を０．０７５μｍ
の膜厚で成長させる。

【００６９】（活性層３６）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Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ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Ｉｎ_0.11Ｇａ_0.89
Ｎ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３６を成長させる。

【００７０】（ｐ型電子閉じ込め層３７）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Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層
３７を１００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００７１】（ｐ型ガイド層３８）次に、温度を１０５
０℃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８を０．０７
５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層８は、ア
ンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層３７
からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ
³となりｐ型を示す。

【００７２】（ｐ型クラッド層３９）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Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ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５×１
０¹⁸／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３９を成長させる。

【００７３】（ｐ型コンタクト層４０）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４０を１５
０オングストロームの膜厚で成長させる。

【００７４】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９に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コン
タクト層３２の表面を露出させる。次に図９（ａ）に示
すように、最上層のｐ側コンタクト層４０のほぼ全面
に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ
₂）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９（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９（ｃ）に示すようにｐ側コンタク
ト層４０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。

【００７５】さらに、図９（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Ｓ
ｉＣｌ₄ガスを用いて、ｐ側コンタクト層４０、および
ｐ側クラッド層３９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８に示すように、第
１の窒化物半導体に形成した凹部上部にくるように形成
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９（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３９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９（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。

【００７６】次に図９（ｇ）に示すように、ｐ側コンタ
クト層４０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８に示されるように露出させたｎ側コンタクト層２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。

【００７７】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍと
した後、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
８に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３０
０〜５００μｍとすることが望ましい。得られたレーザ
素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。その
結果、室温においてしきい値２．５ｋＡ／ｃｍ²、しき
い値電圧５Ｖで、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認
され、室温で１万時間以上の寿命を示す。また、第２の
窒化物半導体の面状態が良好であるので、素子特性の良
好なレーザ素子を歩留まりよく得られる。

【００７８】［実施例５］以下、図１０を元に実施例５
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。

【００７９】実施例１において、第２の窒化物半導体３
を成長させる際に、Ｓｉを１×１０ ¹⁸／ｃｍ³ドープし
て、膜厚を１５０μｍとする他は同様にして、Ｓｉドー
プの第２の窒化物半導体３を得る。得られたウエハのサ
ファイア基板等を研磨、除去し、第２の窒化物半導体３
の単体とする。

【００８０】次に、サファイア基板を除去した面とは反
対の面の第２の窒化物半導体層３（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３の上に下記各層
を形成する。

【００８１】（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１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超
格子構造とする。

【００８２】（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。

【００８３】（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_0.01Ｇａ_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。

【００８４】（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。

【００８５】（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。

【００８６】（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０．４μ
ｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。

【００８７】（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。

【００８８】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。

【００８９】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Ｓｉ
Ｏ₂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。

【００９０】ｐ側電極形成後、第２の窒化物半導体層３
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。

【００９１】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、閾値
電流密度２．５ｋＡ／cm²、閾値電圧４．５Ｖで、発振
波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１万時間以上の
寿命を示した。

【００９２】［実施例６］実施例３で得られた第３の窒
化物半導体４を基板として、実施例４と同様の素子構造
を形成してレーザ素子を作製した。得られたレーザ素子
は実施例４と同様に良好な寿命特性を有している。ま
た、リッジ形状のストライプを形成する位置を第２の窒
化物半導体３の改質部分上部に関係なく改質部分以外の
部分上部に形成しても良好な特性を示す。

【００９３】［実施例７］実施例１において、サファイ
ア基板１として、２インチφ、オフアングル角θ＝０．
２°、ステップ段差（高さ）約１原子層、テラス幅Ｗが
約４０オングストロームのステップを有し、Ｃ面を主面
とし、オリフラ面をＡ面として、ステップに沿う方向、
すなわち段差の方向がこのＡ面に対して垂直な方向に設
けてあるサファイア基板を用いる他は同様にして第２の
窒化物半導体３を成長させる。得られた第２の窒化物半
導体３を基板として、実施例４と同様の素子構造を形成
してレーザ素子を製造する。得られたレーザ素子は、実
施例４よりしきい値が低下し、より良好な寿命特性を有
する。

【００９４】

【発明の効果】本発明は、上記の如く、窒化物半導体の
表面を部分的に改質することにより、改質部分が、従来
のＥＬＯＧ成長の場合に用いられていたＳｉＯ₂とほぼ
同様に窒化物半導体の横方向の成長を意図的に促進し、
それによって、転位の低減された、結晶性が良好な窒化
物半導体を得ることができる窒化物半導体の成長方法を
提供することができる。更に、本発明は、結晶性が良好
で転位の少ない窒化物半導体を基板とする寿命特性の良
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】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
ＬＤ素子の一構造を示す模式断面図である。

【図９】図９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の一部を拡大して示
した模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・・異種基板 ２・・・・第１の窒化物半導体 ３・・・・第２の窒化物半導体 ４・・・・第３の窒化物半導体

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 CA21 CA46 CA49 CA61 CA74 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AB32 AB33 AC01 AC08 AC11 AC12 AC19 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AF02 AF03 AF04 AF06 AF09 AF13 AF20 BB12 CA10 CA12 CA13 DA53 DA54 DA55 HA13 HA14 HA16 HA20 5F073 AA13 AA74 CA17 CB05 CB07 DA05 DA24 EA29

Claims (11)

【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、前記第１の工程後、前記第１の窒化物半導体の表
   面を部分的に、窒化物半導体が成長しにくいか又は成長
   しないように改質し、第１の窒化物半導体の表面への窒
   化物半導体の成長に選択性を持たせる第２の工程と、前
   記第２の工程後、前記表面が部分的に改質された第１の
   窒化物半導体上に、第２の窒化物半導体を成長させる第
   ３の工程を少なくとも有することを特徴とする窒化物半
   導体の成長方法。
2. 【請求項２】 前記第２の工程が、異種基板上に成長さ
   れた第１の窒化物半導体上に、保護膜を部分的に形成し
   た後、該保護膜の形成されていない部分を、ドライエッ
   チングしてＮ欠損部分を形成して第１の窒化物半導体の
   表面を部分的に改質し、その後、保護膜を除去する工程
   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。
3. 【請求項３】 前記ドライエッチングが、希ガス及びＯ
   ₂ガスの少なくとも１種以上のガスを用いることを特徴
   とする請求項２に記載の窒化物半導体の成長方法。
4. 【請求項４】 前記第２の工程が、異種基板上に成長さ
   れた第１の窒化物半導体上に、不純物を部分的に拡散さ
   せて第１の窒化物半導体の表面を部分的に改質する工程
   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。
5. 【請求項５】 前記不純物が、周期律表の３Ｂ族及び５
   Ｂ族以外の元素であることを特徴する請求項４に記載の
   窒化物半導体の成長方法。
6. 【請求項６】 前記第２の窒化物半導体を成長後に、前
   記第２及び第３の工程を繰り返して行う、但し、第２の
   窒化物半導体の表面の改質される部分が、第１の窒化物
   半導体の表面に改質された部分以外の部分上部に形成さ
   れることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
   窒化物半導体の成長方法。
7. 【請求項７】 前記異種基板が、サファイアのＣ面がス
   テップ状にオフアングルされていることを特徴とする請
   求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方
   法。
8. 【請求項８】 前記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オフアングル角が、０．１°〜０．
   ５°であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに
   記載の窒化物半導体の成長方法。
9. 【請求項９】 前記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こ
   とを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の窒化物
   半導体の成長方法。
10. 【請求項１０】 前記窒化物半導体の成長方法で得られ
    る窒化物半導体を基板とし、この上に素子構造となる少
    なくともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半
    導体が形成されていることを特徴とする窒化物半導体素
    子。
11. 【請求項１１】 前記窒化物半導体の成長方法で得られ
    た窒化物半導体基板上に、素子構造となる少なくともｎ
    型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が形成
    され、窒化物半導体基板の第１の窒化物半導体に形成さ
    れた改質部分上部に、窒化物半導体レーザ素子の光を導
    波するストライプ形状又はリッジ形状を形成してなるこ
    と特徴とする窒化物半導体レーザ素子。