JP3438675B2 - 窒化物半導体の成長方法 - Google Patents

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
方法に関し、特に、窒化物半導体基板となり得る窒化物
半導体の成長方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、転位密度の低い窒化物半導体基板
を製造するために、サファイア、スピネル、炭化ケイ
素、Ｓｉのような窒化物半導体と異なる異種基板上に、
窒化物半導体を横方向に選択成長させることにより、転
位の少ない窒化物半導体を形成する方法（ＥＬＯＧ(Epi
taxially laterally overgrown GaN)成長法）が種々
検討されている。転位密度の低い窒化物半導体基板を製
造することができれば、窒化物半導体素子を長寿命化す
ることができる。

【０００３】かかるＥＬＯＧ成長法として、例えば、Ｊ
ｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９
８）ｐｐ．Ｌ３０９−Ｌ３１２には、サファイアのｃ面
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、この上に窒
化物半導体を成長させることにより、窒化物半導体を横
方向に選択成長することが開示されている。ＳｉＯ₂上
には窒化物半導体が直接成長しないため、窒化物半導体
の露出した領域を核として横方向に窒化物半導体が成長
する。窒化物半導体の成長起点となる界面において発生
した転位は、その成長と共に横方向には進行するが、縦
方向には進行しないため、ＳｉＯ₂上に低転位密度の窒
化ガリウムを成長させることができる。

【０００４】しかし、上記方法においては、ＳｉＯ₂等
の保護膜が、窒化物半導体の成長時に分解する場合があ
り、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。一方、ＳｉＯ₂の分解を考慮して比較的低温
で窒化物半導体を成長させると、窒化物半導体が良好な
単結晶となりにくく、窒化物半導体層の結晶性が低下す
る。

【０００５】これに対して、ＳｉＯ₂等の保護膜を使用
しないＥＬＯＧ成長方法として、例えば、特開平１１−
１４５５１６号には、図６に示すように、シリコン基板
１０上にエピタキシャル成長しないＡｌＧａＮ層１２を
約１０００オングストローム成長させ、更にこのＡｌＧ
ａＮ層１２上にＧａＮ層１３を１０００オングストロー
ム成長させた後に、シリコン基板が露出するようにＧａ
Ｎ層１３及びＡｌＧａＮ層１２をストライプ状にエッチ
ングして凹凸を形成し、そのストライプ形状のＧａＮ層
１３上にＧａＮ層１４を成長させる方法が開示されてい
る。

【０００６】この技術では、ＧａＮ層１４が、シリコン
基板１０上にはエピタキシャル成長できず、ＧａＮ層１
３上にのみ成長可能である。このため、シリコン基板１
０の露出部（凹部）上方には、ストライプ状に形成され
たＧａＮ層１３を核として成長しているＧａＮ層１４が
横方向にエピタキシャル成長して、シリコン基板１０の
露出部（凹部）上方部を覆って成長することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１１−１４５５１６号記載の方法によっては、図１
１に模式的に示すように、ＧａＮ層１４を横方向成長さ
せる時に、露出したシリコン基板１０上にアモルファス
状のＧａＮ１６がわずかに堆積する場合がある。アモル
ファス状のＧａＮ１６が横方向成長中のＧａＮ層１４に
接触すると、ＧａＮ層１４の結晶成長を乱し、得られる
ＧａＮ基板となり得るＧａＮ層１４の結晶性を低下させ
てしまう。

【０００８】そこで、本発明は、窒化物半導体の横方向
の成長過程において、該窒化物半導体がエピタキシャル
成長不可能な基板が露出していることによる上記問題点
を解決し、結晶性の良好な窒化物半導体層を安定して形
成することのできる窒化物半導体の成長方法を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、下記構
成（１）〜（８）によって上記本発明の目的を達成する
ことができる。 （１） 基板上に、少なくとも互いに組成の異なる第１
の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層を順に成長
させる第１の工程と、前記第２の窒化物半導体層の表面
から基板方向に向かって部分的にエッチングして凹凸を
形成する第２の工程と、第２の工程でエッチングされず
に第１の窒化物半導体層上に残っている第２の窒化物半
導体層を核として、前記第２の窒化物半導体層と大略同
一組成の第３の窒化物半導体層を横方向の成長を利用し
て成長させる第３の工程とを、少なくとも有する窒化物
半導体の成長方法において、前記第１の工程で、第１の
窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層の組成が、第３
の工程で成長させる第３の窒化物半導体層の成長が、第
２の窒化物半導体層を核として成長する速度より、第１
の窒化物半導体層を核として成長する速度が遅くなるよ
うに調整され、且つ第１の窒化物半導体層及び第２の窒
化物半導体層が共にエピタキシャル成長されてなり、更
に、前記第２の工程で、エッチングが、第１の窒化物半
導体層が露出しかつ所定の深さで削られるように行われ
ていることを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 （２） 前記基板と第１の窒化物半導体層との間に、Ａ
ｌ_kＧａ_1-kＮ（０≦ｋ≦１）をエピタキシャル成長させ
てな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） 前記第１の窒化物半導体層が、少なくともＩｎ
を含んでなる窒化物半導体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。 （４） 前記第１の窒化物半導体層が、Ｉｎ_aＡｌ_bＧａ
_1-a-bＮ［０＜ａ＜１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ≦１］であ
ることを特徴とする前記（３）に記載の窒化物半導体の
成長方法。 （５） 前記第１の窒化物半導体層が、Ｉｎ_aＡｌ_bＮ又
はＩｎ_aＧａ_1-aＮであることを特徴とする前記（４）に
記載の窒化物半導体の成長方法。 （６） 前記第１の窒化物半導体層が、Ｉｎ_aＧａ_1-aＮ
であることを特徴とする前記（５）に記載の窒化物半導
体の成長方法。 （７） 前記第２の工程において、前記第２の窒化物半
導体層２８に形成される凹凸が、ストライプ形状であ
り、更に前記ストライプ形状の凹凸がオリフラ面からの
垂直軸に対して左右のいずれかに０．１°〜１°程度ず
らして形成されてい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。 （８） 前記基板が、窒化物半導体と異なる異種基板又
は窒化物半導体基板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。

【００１０】つまり、本発明は、第１及び第２の窒化物
半導体層を核として成長する第３の窒化物半導体層の成
長速度に差が生じるように、第１及び第２の窒化物半導
体層を互いに異なる組成とし、且つ、第３の窒化物半導
体層の成長速度が遅くなるような組成で成長された第１
の窒化物半導体層をエッチングによって凹部底部に露出
させることによって、第２の窒化物半導体層を核として
第３の窒化物半導体層が選択的に横方向の成長を利用し
て成長し、前記従来の課題のようにアモルファス状の窒
化物半導体に結晶成長を乱されることなく、結晶性の良
好な窒化物半導体層を安定に形成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。上記のように本発明
は、組成が同一の半導体層へのエピタキシャル成長速度
が組成が異なる半導体層へのエピタキシャル成長速度よ
りも速いことを利用して、横方向成長を優先的に進行さ
せ転位を低減させるものである。

【００１１】前記従来技術である特開平１１−１４５５
１６号公報の技術では、図１１に示すように、ＳｉＯ₂
等の保護膜を用いなくとも凹凸を形成することで窒化物
半導体の横方向の成長を利用して転位を低減させること
が可能である。しかしながら、形成された凹部底面は、
ＧａＮ層１４がエピタキシャル成長できないＳｉ基板の
露出面であるために、窒化物半導体の基板となり得るＧ
ａＮ層１４の成長の途中で、Ｓｉ基板面上にわずかに形
成するアモルファス状のＧａＮ１６が、エピタキシャル
成長しているＧａＮ層１４に接触してＧａＮ層１４の結
晶性を低下させる場合がある。

【００１２】これに対して、本発明は、凹凸を形成して
露出させる面が、全て第３の窒化物半導体層がエピタキ
シャル成長可能な第１の窒化物半導体層と第２の窒化物
半導体層であるために、仮に、凹部底部に露出している
第１の窒化物半導体層を核として第３の窒化物半導体層
が縦方向に成長したとしても、前記従来のようにアモル
ファス状の窒化物半導体の成長による結晶性の乱れが生
じない。更に本発明は、第３の窒化物半導体層の成長
が、第２の窒化物半導体層を核として成長するよりも、
第１の窒化物半導体層を核として成長する速度が遅いた
めに、第３の窒化物半導体層が選択的に第２の窒化物半
導体層を核として成長し易くなるので、凹部底部からの
縦方向の成長が防止される。この結果、凹部の上方部に
凹部を覆って成長する第３の窒化物半導体層は、結晶成
長を乱されることなく良好な横方向の成長によって形成
されているので、転位の極めて少ない且つ結晶性の良好
な窒化物半導体となる。

【００１３】また、本発明において、凸部の上方部に成
長する第３の窒化物半導体層は、凹部の上方部に比べて
転位が比較的多く見られる。この理由は、凹部上方部に
向かって第３の窒化物半導体層が縦方向の成長によって
成長したため、転位の低減があまり生じないと考えられ
る。また、上記の第３の窒化物半導体層を基板として素
子を作製する場合、リッジ形状のストライプは、凹部の
中心部分をはずした凹部の上方部に形成すると、寿命特
性等の良好な素子を得ることができる。なぜならば、凹
部の中心部分は、横方向に成長した第３の窒化物半導体
層同士が接合する部分であるために空隙等が生じている
場合があるからである。また、第１〜第３の工程後に、
再び、前記の工程を繰り返してもよい。このように、工
程を繰り返すことにより、窒化物半導体の成長表面全面
に転位が極めて少なくなり好ましい。但し、工程を繰り
返しする場合、１回目に形成した凹凸の凹部の上方部に
２回目の凸部が、１回目の凸部の上方部に２回目の凹部
がそれぞれ位置するように行うことが転位の低減や結晶
性の点で好ましい。

【００１４】更に、本発明を説明すると、この方法によ
れば、第３の工程で成長される第３の窒化物半導体層
は、第１の窒化物半導体層が露出した領域（凹部底部）
において、第１の窒化物半導体層を核として縦方向にエ
ピタキシャル成長すると同時に、第２の窒化物半導体層
を核として横方向にエピタキシャル成長する。しかし、
同一組成である第２の窒化物半導体層を核とする横方向
の成長速度の方が早く、縦方向成長の核となる第１の窒
化物半導体層は適当な深さに削られているため、第２の
窒化物半導体層を核とする横方向の成長が、第１の窒化
物半導体層を核とする縦方向の成長に阻害されることな
く進行可能である。したがって、エピタキシャル成長し
ない基板を露出させることなく窒化物半導体層を横方向
に成長させ、転位の少ない窒化物半導体を安定に製造す
ることができる。

【００１５】更に本発明は、第１の窒化物半導体層が、
少なくともＩｎを含んでなる窒化物半導体であると、エ
ッチングして露出した凹部底部が、第３の窒化物半導体
層を成長させる際にＩｎ成分が分解し、第３の窒化物半
導体層が凹部底部の第１の窒化物半導体層面上に成長し
にくくなり、凹部上方部に成長する第３の窒化物半導体
層が、良好な横方向の成長で得られるので、凹部上方部
の転位を良好に低減することができ好ましい。更にまた
本発明は、第１の窒化物半導体層が、Ｉｎ_aＡｌ_bＧａ
_1-a-bＮ［０＜ａ＜１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ≦１］であ
ると、第３の窒化物半導体層を成長させる際に、凹部底
部に露出している第１の窒化物半導体層の表面の分解に
より、第１及び第２の窒化物半導体層への第３の窒化物
半導体層の成長の速度に差異を持たせるのに好ましい。
更にまた本発明は、第１の窒化物半導体層が、Ｉｎ_aＡ
ｌ_bＮ又はＩｎ_aＧａ_1-aＮであると、第３の窒化物半導
体層の成長速度の調整がより良好にでき好ましい。更に
また本発明は、第１の窒化物半導体層が、Ｉｎ_aＧａ_1-a
Ｎであると、第３の窒化物半導体層の成長速度の調整が
より良好となり好ましい。

【００１６】更にまた、本発明は、第２の工程におい
て、第２の窒化物半導体層に形成される凹凸が、ストラ
イプ形状であり、更にストライプ形状の凹凸がオリフラ
面からの垂直軸に対して左右のいずれかに０．１°〜１
°程度ずらして形成されていると、成長の表面がより平
坦となり、表面の面状態が良好となり好ましい。前記ず
らす程度の値は、後述の図４のθの値である。更にま
た、本発明は、エッチングが、ストライプ状又は島状に
エッチングされると、第３の窒化物半導体層の横方向の
成長が良好になり、凹部上方部を覆い易くなり好まし
い。更にまた、本発明は、基板として窒化物半導体と異
なる異種基板又は窒化物半導体基板を用いることができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。

【００１８】図１は、本発明の成長方法により得られ
る、基板上に成長された窒化物半導体を模式的に示す断
面図である。基板２０上に第１の窒化物半導体層２６が
エピタキシャル成長により形成され、さらに、第１の窒
化物半導体層２６にエピタキシャル成長可能であるが第
１の窒化物半導体層２６と組成の異なる第２の窒化物半
導体層２８が形成されている。第２の窒化物半導体層２
８は、その表面から第１の窒化物半導体層２６が凹部底
部に露出しかつ所定の深さで削られるように、ストライ
プ状又は島状にエッチングされている。その上に、第２
の窒化物半導体層２８と大略同一組成の第３の窒化物半
導体層３０が、第２の窒化物半導体層２８を核として、
基板全面を覆うように成長している。ここで、第３の窒
化物半導体層３０は、凹部底面に露出している第１の窒
化物半導体層２６と、凸部上部の第２の窒化物半導体層
２８の両方に成長可能であるが、第２の窒化物半導体層
２８を核として成長するよりも、第１の窒化物半導体層
２６を核として成長する速度が遅くなるように組成が調
整されているために、第３の窒化物半導体層３０が成長
し易い第２の窒化物半導体層２８に選択的に成長する。
基板２０と第１の窒化物半導体層２６との間にバッファ
層２１を成長させることが好ましい。バッファ層２１を
成長させると、基板２０が異種基板の場合、格子定数不
整を緩和し転位の低減の点で好ましく、また、表面モフ
ォロジーを改質された寿命特性の向上が可能な基板とな
る窒化物半導体を得る点で好ましい。

【００１９】本発明においては、次のような原理によ
り、エピタキシャル成長不可能な基板表面を露出するこ
となく、窒化物半導体層の横方向成長を優先的に起こ
し、転位の少ない窒化物半導体を成長させる。

【００２０】第３の窒化物半導体層３０は、第２の窒化
物半導体層２８と大略同一組成であるため、第１の窒化
物半導体層２６及び第２の窒化物半導体層２８のいずれ
にもエピタキシャル成長可能である。このため、第１の
窒化物半導体層２６が露出した領域（凹部底部）におい
ては、凹部上部での第２の窒化物半導体層２８を核とし
た横方向のエピタキシャル成長と、凹部底部での第１の
窒化物半導体層２６を核とした縦方向のエピタキシャル
成長が競合する。しかし、組成が同一である第２の窒化
物半導体層２８上への成長速度の方が速いため、第２の
窒化物半導体層２８を核とした横方向の成長が優先的に
進行する。また、縦方向成長の核となる第１の窒化物半
導体層２６が適当な深さまでエッチングされているた
め、第１の窒化物半導体層２６を核として縦方向に成長
する窒化物半導体の干渉を受ける前に、第２の窒化物半
導体層２８を核として横方向成長する第３の窒化物半導
体層３０同士を接合させることができる。

【００２１】更に、この方法によれば、第３の窒化物半
導体層３０が横方向に成長する過程において、エピタキ
シャル成長不可能な基板表面が露出していないため、ア
モルファス状の窒化物半導体が堆積して第３の窒化物半
導体層３０の結晶性に悪影響を与えることはない。従っ
て、安定して結晶性の良い窒化物半導体を成長させるこ
とができる。

【００２２】図２（ａ）〜（ｆ）は、図１に示す窒化物
半導体の成長方法を示す工程断面図である。基板２０
は、窒化物半導体と異なる異種基板又は窒化物半導体を
用いることができる。以下に基板２０が異種基板２０１
である場合について説明する。

【００２３】［第１の工程］まず、図２（ａ）に示すよ
うに、異種基板２０１上に、バッファ層２１を介して、
第１の窒化物半導体層２６を有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ法）等の適当な成長法により形成する。異種基板
２０１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、並びにスピネル（ＭｇＡ
１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３
Ｃ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。異種基板２０１としてサファイアを用い
る場合、サファイアの主面をどの面にするかによって、
凹凸を形成した時の凸部上部と凹部側面の窒化物半導体
の面方位が特定される傾向があり、その面方位によっ
て、窒化物半導体の成長速度がやや異なることから、凹
部側面に成長し易い面方位がくるように主面を選択して
もよい。

【００２４】また、異種基板２０１上に第１の窒化物半
導体層２６を成長させる前に、異種基板２０１上にバッ
ファ層２１を形成してもよい。バッファ層２１として
は、第１の窒化物半導体層２６よりも低温で成長させる
公知のバッファ層を形成する。例えば、バッファ層２１
としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等
が用いられる。バッファ層２１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２０１上にバッフ
ァ層２１を９００℃以下の温度で形成すると、異種基板
２０１と第１の窒化物半導体２６との格子定数不正を緩
和し、第１の窒化物半導体２６の転位が少なくなる傾向
にあり好ましい。

【００２５】更に、バッファ層上に第１の窒化物半導体
層２６を成長させる前に、Ａｌ_kＧａ_1-kＮ（０≦ｋ≦
１）からなる層３２を成長させることが好ましい。この
Ａｌ_kＧａ_1-kＮ層３２を成長させると、第１の窒化物半
導体層２６を結晶性よく成長させるのに好ましい。更に
また、Ａｌ_kＧａ_1-kＮ層３２を成長させると、第１の窒
化物半導体層２６を、第２の工程でエッチングして凹部
底部に良好に露出できる程度の膜厚に成長するのに好ま
しい。Ａｌ_kＧａ_1-kＮ層３２の成長温度は、この層３２
がエピタキシャル成長可能な温度であることが好まし
い。Ａｌ_kＧａ_1-kＮ層３２をエピタキシャル成長させる
と、異種基板２０１上に低温で成長させたバッファ層上
に結晶性の良いＡｌ_kＧａ_1-kＮ層３２が形成されている
と、Ｉｎ組成を含有するために比較的低温で成長させる
第１の窒化物半導体層２６の結晶性も良好となり好まし
い。

【００２６】第１の窒化物半導体層２６は、第３の窒化
物半導体層３０を成長させる際に、第３の窒化物半導体
層の成長速度が、第２の窒化物半導体層２８を核として
成長するよりも、第１の窒化物半導体層２６を核として
成長する速度が遅くなるような組成の窒化物半導体であ
れば特に限定されない。好ましい第１の窒化物半導体層
２６としては、少なくともＩｎを含んでなる窒化物半導
体層を用いることができ、より好ましくは、例えば、一
般式Ｉｎ_aＡｌ_bＧａ_1-a-bＮ（０＜ａ＜１、０≦ｂ＜
１、ａ＋ｂ≦１）で表される任意の組成の窒化物半導体
を挙げることができる。更に好ましい第１の窒化物半導
体層２６としては、Ｉｎ_aＡｌ_bＮ又はＩｎ _aＧａ_1-aＮが
挙げられ、特に好ましくは、Ｉｎ_aＧａ_1-aＮが挙げられ
る。上記一般式で示される第１の窒化物半導体層２６の
Ｉｎ組成比及びＡｌ組成比は、第３の窒化物半導体層３
０を成長させる際に、第３の窒化物半導体層３０の成長
速度が、第２の窒化物半導体層２８に対するより第１の
窒化物半導体層２６に対する成長速度が遅くなるよう
な、成長速度に差が生じる組成であれば良く、さらに結
晶性が比較的良好となるような組成が好ましい。

【００２７】上記のように第１の窒化物半導体層２６
が、少なくともＩｎを含有してなる窒化物半導体からな
ると、第３の窒化物半導体層３０を成長させる際に、Ｉ
ｎが熱により分解して表面が荒れ、第３の窒化物半導体
層３０が凹部底部に露出している第１の窒化物半導体層
２６に成長しにくくなり、より良好に第２の窒化物半導
体層２８に選択的に第３の窒化物半導体層３０が成長し
易くなり好ましい。

【００２８】第１の窒化物半導体層２６の膜厚として
は、特に限定されないが、第２の工程でエッチングして
凹部底部に露出される程度の膜厚であればよく、更に結
晶性が劣化しない程度の膜厚が好ましい。第１の窒化物
半導体層２６の膜厚は、構成する組成によっても好まし
い範囲がやや異なるが、第１の窒化物半導体層２６の構
成する組成によって好ましい膜厚を適宜調整させれるこ
とが望ましい。

【００２９】また、異種基板２０１及び第１の窒化物半
導体層２６の組成に応じて、バッファ層２１を省略して
も良く、バッファ層２１以外の複数の層を第１の窒化物
半導体層２６と異種基板２０１の間に挟んでも良い。好
ましい態様としては第１の窒化物半導体層２６を成長さ
せる前に、予め異種基板２０１上に第３の窒化物半導体
層３０と略同じ組成からなる窒化物半導体を成長させて
おき、その窒化物半導体の上に第１の窒化物半導体層２
６を成長させる方が結晶性の良い第３の窒化物半導体層
３０を成長できる。

【００３０】次に、図２（ｂ）に示すように、第１の窒
化物半導体層２６上に、第２の窒化物半導体層２８を、
例えばＭＯＣＶＤ法等により形成する。第２の窒化物半
導体層２８としては、第３の窒化物半導体層３０を成長
させる際に、第３の窒化物半導体層３０が第１の窒化物
半導体層２６を核として成長するよりも、第２の窒化物
半導体層２８を核として成長し易くなるように、第１の
窒化物半導体層２６と異なる組成とする窒化物半導体が
挙げられる。例えば、好ましい第２の窒化物半導体層２
８としては、第３の窒化物半導体層３０と大略同一組成
の窒化物半導体が挙げられる。具体的には、一般式Ｉｎ
_dＡｌ_eＧａ_1-d-eＮ（０≦ｄ、０≦ｅ、ｄ＋ｅ≦１）で
表される任意の組成とすることができるが、第１の窒化
物半導体層２８にエピタキシャル成長可能であって、第
１の窒化物半導体層２８と異なる組成としなければなら
ない。例えば、第１の窒化物半導体層２６を、Ｉｎ_aＡ
ｌ_bＮ又はＩｎ_aＧａ_1-aＮとし、第２の窒化物半導体層
２８をＧａＮ層とすることが好ましい。このような組成
の組み合わせにより成長させると、上記のような第３の
窒化物半導体層３０の成長速度に差が良好に生じ好まし
い。

【００３１】第２の窒化物半導体層２８の膜厚として
は、特に限定されないが、第２の工程でエッチングによ
り第１の窒化物半導体層２６を良好に露出させることが
できる程度の膜厚が好ましく、さらには第２の窒化物半
導体層２８の結晶性が良好な範囲が好ましい。第２の窒
化物半導体層２８の結晶性が第１の窒化物半導体層を構
成する組成によってやや影響を受ける場合があるので、
第１の窒化物半導体層２６の組成等を考慮して、第２の
窒化物半導体層２８の膜厚を適宜調整させることが好ま
しい。

【００３２】［第２の工程］次に、図２（ｅ）に示すよ
うに、第２の窒化物半導体層２８を、第１の窒化物半導
体層２６が露出しかつ所定の深さで削られるように、例
えばストライプ状又は島状等の凹凸を有するようにエッ
チングする。エッチングする手段は、特に限定されない
が、ドライエッチング又はウエットエッチングが挙げら
れ、好ましくはドライエッチングである。ドライエッチ
ングの具体的な方法としては、例えば特開平８−１７８
０３号公報記載のエッチング手段を用いることができ
る。エッチング後の基板の上面図を、図３（ａ）及び
（ｂ）に示す。図３（ａ）は、第２の窒化物半導体層２
８をストライプ状にエッチングした場合を示し、図３
（ｂ）は、第２の窒化物半導体層２８を島状にエッチン
グした場合を示す。尚、ストライプ状又は島状のエッチ
ングは、第１の窒化物半導体層２６が周期的に現れるよ
うに行えば良く、図３に示す形状には限定されない。

【００３３】第２の工程で行われるエッチングは、例え
ば図２の（ｃ）及び（ｄ）を経て行われる。まず、第１
の工程で形成された第２の窒化物半導体層２８上に、図
２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術にお
ける種々の形状のマスクパターンを用いて、例えばスト
ライプ状等のフォトマスクを作製し、ＳｉＯ₂等のレジ
ストパターンを形成する。次に、図２の（ｄ）に示すよ
うに、レジストパターンを形成した後、エッチングする
ことにより凹凸が形成される。凹凸を形成後に、フォト
マスクを除去することにより、図２の（ｅ）に示される
ような形状の凹凸が得られる。

【００３４】凹凸の形状は、凹部側面の長さや、凸部上
部の幅と凹部底部の幅などは、特に限定されないが、少
なくとも凹部内での縦方向の成長が抑制され、凹部開口
部から厚膜に成長する第３の窒化物半導体層３０が凹部
側面から横方向に成長したものとなるように調整されて
いることが好ましい。

【００３５】第２の工程で形成される凹凸がストライプ
である場合、ストライプの形状について以下に説明す
る。凹凸の形状をストライプ状とする場合、ストライプ
の形状として特に限定されないが、例えばストライプ幅
（凸部上部の幅）を１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０
μｍであり、ストライプ間隔（凹部底部の幅）を５〜４
０μｍ、好ましくは１０〜３５μｍ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。
更に、凹部の幅が、上記範囲であると、転位の少ない凹
部上部にリッジ形状のストライプを形成する際に、凹部
の中心部分を避けて、且つ転位の少ない部分に位置する
ように形成するのに好ましい。凹部開口部から成長する
第３の窒化物半導体層３０の部分を多くするには、凹部
底部の幅を広くし、凸部上部の幅を狭くすることで可能
となり、このようにすると転位の低減された部分を多く
することができる。凹部底部の幅を広くした場合には、
凹部の深さを深めにすることが、凹部底部から成長する
可能性のある縦方向の成長を防止するのに好ましい。

【００３６】また、第１の窒化物半導体層２６を削る深
さは、次の第３の窒化物半導体層３０の成長工程におい
て、第２の窒化物半導体層２８を核として横方向成長す
る第３の窒化物半導体同士が、第１の窒化物半導体層２
６を核とした縦方向の成長の干渉を受ける前に接合する
ことができる深さであれば、特に限定されない。例え
ば、第１の窒化物半導体層２６が露出する程度、また
は、第１の窒化物半導体層２６の層のいずれかの位置ま
でエッチングされていればよい。例えば具体的には、第
１の窒化物半導体層２６を削る深さとしては、０．０５
〜０．３μｍ程度が挙げられる。しかし、第１の窒化物
半導体層２６を構成する組成によっては第１の窒化物半
導体層２６の膜厚が異なる場合があるので、その都度、
削る深さが適宜調整されることが好ましい。

【００３７】また、第２の工程において、凹凸の形状を
ストライプ状とする場合に、ストライプを、図４に示す
ように、オリフラ面を例えばサファイアのＡ面とし、こ
のオリフラ面の垂直軸に対して左右どちらかに、θ＝
０．１°〜１°、好ましくはθ＝０．１°〜０．５°ず
らして形成すると、成長面がより平坦な良好な結晶が得
られ好ましい。ちなみに、図４のθが０°の場合は、表
面が平坦にならない場合があり、このような状態の成長
面に素子構造を形成すると、素子特性の低下が生じ易く
なる傾向が見られる。表面が平坦であると歩留まりの向
上の点でも好ましい。

【００３８】［第３の工程］次に、第２の窒化物半導体
層２８と大略同一組成の第３の窒化物半導体層３０を、
ＭＯＣＶＤ法等の適当な成長法により形成する。第３の
窒化物半導体層３０は、第１の窒化物半導体層２６が露
出した領域（凹部内部）において、第２の窒化物半導体
層２８を核として横方向にエピタキシャル成長すると同
時に、第１の窒化物半導体層２６を核とした縦方向のエ
ピタキシャル成長をする。しかし、組成が同一である第
２の窒化物半導体層２８上へ成長速度の方が速く、さら
に縦方向成長の核となる第１の窒化物半導体層２６が適
当な深さまでエッチングされているため、第１の窒化物
半導体層２６を核として縦方向に成長する窒化物半導体
の干渉を受ける前に、第２の窒化物半導体層２８を核と
して横方向成長する第３の窒化物半導体３０同士が互い
に接合し、異種基板２０１全面を覆う。

【００３９】本発明においては、組成が同一の半導体層
へのエピタキシャル成長速度が、組成が異なる半導体層
へのエピタキシャル成長速度よりも速いことを利用し
て、横方向成長を優先的に進行させる。さらに、第１の
窒化物半導体層２６を、前記の少なくともＩｎを含んで
なる窒化物半導体［最も好ましくはＩｎ_aＧａ_1-aＮ層
（０＜ａ≦１）］とし、第２の窒化物半導体層２８及び
第３の窒化物半導体層３０をＧａＮ層とした時には、次
の理由によっても横方向成長が優先的に進行する。

【００４０】第３の窒化物半導体層３０であるＧａＮ層
の成長温度は一般に９００℃以上であるが、第１の窒化
物半導体層２６である例えばＩｎ_aＧａ_1-aＮ層は９００
℃以上の温度でＩｎ組成が分解し易くなる。したがっ
て、第３の窒化物半導体層３０の成長過程において、露
出した第１の窒化物半導体層２６が徐々に分解し、第１
の窒化物半導体層２６を核とする縦方向成長の成長速度
が低下する。このために、第２の窒化物半導体層２８を
核とする横方向成長が、より優先的に進行する。その結
果、凹部を覆って凹部上方部に成長する第３の窒化物半
導体層３０は、第２の窒化物半導体層２８を核として横
方向に成長した転位の少ない結晶性の良好な窒化物半導
体となる。

【００４１】また、第３の窒化物半導体層３０を成長さ
せる際に、不純物（例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｚ
ｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｇ等）をドープして成長させ
る、又は、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く、さらに第３の窒
化物半導体層３０の表面の面状態を良好にする点で好ま
しい。また、第３の窒化物半導体層３０を成長させる際
に、常圧以上［常圧（意図的に圧力を加えない状態の圧
力）から、装置などを調整し意図的に圧力を加えて加圧
条件］にした状態で反応を行ってもよい。具体的な圧力
としては、常圧以上の圧力であれば特に限定されない
が、好ましくは常圧（ほぼ１気圧）〜２．５気圧であ
り、好ましい圧力としては、常圧〜１．５気圧である。
このような圧力の条件下で第３の窒化物半導体層３０を
成長させると、第３の窒化物半導体層３０の表面の面状
態を良好にする点で好ましい。

【００４２】また、以下に異種基板２０１となる材料の
好ましい形態について更に説明する。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。

【００４３】異種基板の主面からオフアングルした主面
を有する異種基板について一実施の形態を図５を用いて
説明する。図５はこのサファイア基板の断面を拡大して
示す模式図である。図５に示すステップ状にオフアング
ルした基板は、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の表面凹凸は平均でおよ
そ０．５オングストローム、最大でおよそ２オングスト
ローム程度に調整され、ほぼ規則正しく形成されてい
る。一方、段差部分の高さはおよそ１５オングストロー
ム程度に調整されている。なおオフ角θは誇張して示し
ているが、成長面の水平面に対して、０．１゜〜０．５
゜程度しか傾斜していない。このようなオフ角を有する
ステップ状部分は、基板全体に渡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
も良い。オフ角θとは、図５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
角度を指すものとする。ステップ段差は３０オングスト
ローム以下、さらに好ましくは２５オングストローム以
下、最も好ましくは２０オングストローム以下にする。
下限は２オングストローム以上が望ましい。

【００４４】更に、好ましい異種基板２０１としては、
（０００１）面[Ｃ面]を主面とするサファイア、（１１
２−０）面[Ａ面]を主面とするサファイア、又は（１１
１）面を主面とするスピネルである。ここで異種基板２
０１が、（０００１）面[Ｃ面]を主面とするサファイア
であるとき、前記第２の窒化物半導体層２８等に形成さ
れる凹凸のストライプ形状が、そのサファイアの（１１
２−０）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５に示すθ）が０．１
°〜０．５°、好ましくは０．１°〜０．２°である
と、素子の寿命特性等が良好となるような表面モフォロ
ジーの改質の点で好ましい。また（１１２−０）面[Ａ
面]を主面とするサファイアであるとき、前記凹凸のス
トライプ形状はそのサファイアの（１１−０２）面[Ｒ
面]に対して垂直なストライプ形状を有していることが
好ましく、また（１１１）面を主面とするスピネルであ
るとき、前記凹凸のストライプ形状はそのスピネルの
（１１０）面に対して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、凹凸がストライプ形状の
場合について記載したが、本発明においてサファイアの
Ａ面及びＲ面、スピネルの（１１０）面に窒化物半導体
が横方向に成長し易いので、これらの面に第２の窒化物
半導体層２８等の端面が形成されるように第２の窒化物
半導体層２８等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。

【００４５】本発明に用いられる異種基板２０１につい
て図を用いて更に詳細に説明する。図６はサファイアの
結晶構造を示すユニットセル図である。まず本発明の方
法において、Ｃ面を主面とするサファイアを用い、凹凸
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凹凸のストライプ
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２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。更に、前記したようにス
トライプを図４に示すようにわずかにずらして形成する
と表面モフォロジーの点で好ましい。

【００４６】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
（好ましくは図４に示すようにわずかにずらす方向）
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。

【００４７】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。

【００４８】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５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５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。
このような図５に示すオフ角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５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、表面モフォロジーが良好とな
り、この上にデバイス構造を形成してなる窒化物半導体
素子は平滑で素子特性が良好となり、また歩留まりも良
好となる。

【００４９】以下に、本発明の基板２０が窒化物半導体
基板３０１である場合の窒化物半導体の成長方法につい
て図８を用いて説明する。図８に示すように、窒化物半
導体基板３０１上に、少なくとも第１の窒化物半導体層
２６、及び第２の窒化物半導体層２８を成長させ、エッ
チングして凹凸を形成して凹部底部に第１の窒化物半導
体層２６を露出させ、その後第３の窒化物半導体層３０
を成長させる。更に好ましくは、窒化物半導体基板３０
１と第１の窒化物半導体層２６との間に、前記した低温
及び／又は高温で成長させるバッファ層３０４を成長さ
せることが、表面モフォロジーの良好な第３の窒化物半
導体層３０を成長させるのに好ましい。上記のように窒
化物半導体基板３０１を用いる場合、第１の窒化物半導
体層２６、第２の窒化物半導体層２８、及び第３の窒化
物半導体層３０は、前記した異種基板２０１を用いて行
う場合と同様のものを用いることができる。更にエッチ
ングの深さ、エッチングの形状各層の膜厚等も同様であ
る。

【００５０】以下に窒化物半導体基板３０１を用いる場
合、前記の異種基板２０１を用いて成長させる場合と異
なる点について記載する。窒化物半導体基板３０１とし
ては、いずれの成長方法により形成されたものでもよ
く、好ましくは転位の少ない結晶性の良好なものが好ま
しい。例えば、特願平１１−８０２８８号明細書に記載
の成長方法により得られた、ＨＶＰＥ法で厚膜に成長さ
せた窒化物半導体基板を用いることが好ましい。また、
前記の異種基板２０１上に前記の方法により第３の窒化
物半導体層３０を成長後、特願平１１−８０２８８号明
細書に記載の第３の工程〜第４の工程又は第３の工程〜
第５の工程により得られた窒化物半導体基板を用いても
よい。

【００５１】また、図８に示すように、窒化物半導体基
板３０１上に第１の窒化物半導体層２６を成長させる前
に、窒化物半導体基板３０１上に低温及び／又は高温バ
ッファ層３０４を成長させると、窒化物半導体基板３０
１表面の結晶の乱れを緩和でき、第３の窒化物半導体層
３０をより良好に成長させることができ好ましい。

【００５２】次に、上記本発明の窒化物半導体の成長方
法により得られる本発明の基板上に、デバイス構造を形
成してなる窒化物半導体素子について説明する。本発明
の基板上に形成する窒化物半導体素子としては、上記本
発明の方法により得られる窒化物半導体の基板上（窒化
物半導体基板２０上に成長された第３の窒化物半導体３
０上）に、少なくともｎ型窒化物半導体、ＩｎＧａＮを
含んでなる活性層、及びｐ型窒化物半導体を有するデバ
イス構造が形成されてなる素子が挙げられる。上記素子
を構成するｎ型窒化物半導体などは、特に限定されず、
従来公知のデバイス構造を適宜用いることができる。デ
バイス構造の一実施の形態としては、後述の実施例に示
されるものが挙げられる。しかし、本発明はこれに限定
されない。また、電極や素子の形状なども特に限定され
ず、公知の種々のものを用いることができる。つまり、
前記本発明の窒化物半導体の成長方法により得られる基
板が転位の低減された良好な基板であるので、デバイス
構造の種類により差があるものの、寿命特性を良好にす
ることができるものである。また、基板は窒化物半導体
からなるので窒化物半導体のＭ軸方向に垂直な面で良好
に劈開できる。

【００５３】また本発明において、好ましい窒化物半導
体素子としては、例えばレーザ素子において、発光領域
がリッジ形状のストライプであるものが寿命特性などの
素子特性の点から挙げられる。より好ましい素子として
は、リッジ形状のストライプが、上記第２の工程で形成
される凹凸がストライプ形状の場合、ストライプ形状の
凹凸のストライプ方向に平行に形成され、さらに好まし
くはストライプ形状の凹凸の凹部上方部に形成されるこ
とが寿命特性を向上させる点で好ましい。第１の工程で
用いる基板の種類によって、第３の窒化物半導体層３０
表面の平均の転位密度にやや差はあるが、凹凸の凹部上
方部には転位がほとんど見られなくなることから、この
部分に発光領域、例えば上記のようなリッジ形状のスト
ライプを形成すると、レーザ素子などを作動中に転位の
伝播を防止でき素子劣化を抑制し寿命特性の向上が可能
となる。

【００５４】

【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について、成長の工程を示す一実
施の形態である図９を用いて示す。また実施例１はＭＯ
ＣＶＤ法を用いて行った。

【００５５】異種基板２０１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５
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５１上に
ＧａＮよりなるバッファ層５２を２００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。

【００５６】次に、温度を１０５０℃にして、アンドー
プのＧａＮよりなる層５３を２μｍの膜厚で成長させ
る。

【００５７】次に、温度を８００℃にして、原料ガスに
ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニ
アを用い、アンドープのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなる第１
の窒化物半導体層５４を０．２μｍの膜厚で成長させ
る。

【００５８】次に、温度を１０５０℃にして、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮより
なる第２の窒化物半導体層５６を０．３μｍの膜厚で成
長させる。

【００５９】次に、ＭＯＶＰＥ反応装置からウエハを取
り出し、フォトリソグラフィー技術を用いて、最上層の
ＧａＮからなる第２の窒化物半導体層５６上に、ストラ
イプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装置によりス
トライプ幅（凸部の上部になる部）５μｍ、ストライプ
間隔（凹部底部となる部分）１０μｍにパターニングさ
れたＳｉＯ₂膜を形成し、続いて、ＲＩＥ装置によりＳ
ｉＯ₂膜の形成されていない部分の第２の窒化物半導体
層５６をエッチングし、さらにＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからな
る第１の窒化物半導体層５４をわずかに削って露出させ
る程度にエッチングすることにより、ストライプ幅５μ
ｍ、ストライプ間隔１０μｍのストライプを形成する。
ストライプを形成後、凸部の第２の窒化物半導体層５６
上に形成されたＳｉＯ ₂膜を除去する。

【００６０】次に、ウエハを反応容器内にセットし、温
度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア
を用い、アンドープのＧａＮよりなる第３の窒化物半導
体層５８を１５μｍの膜厚で成長させる。

【００６１】得られた第３の窒化物半導体層５８（本発
明の窒化物半導体基板）の表面を、ＣＬ（カソードルミ
ネセンス）方法により観測すると、凸部上部は転位密度
がやや多めであったが、凹部開口部の上部にはほとんど
転位が見られず良好な結晶性を有している。

【００６２】［実施例２］実施例２について、成長の工
程を示す一実施の形態である図１０を用いて示す。また
実施例２はＭＯＶＰＥ法を用いて行った。

【００６３】異種基板２０１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５
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２０１上
にＧａＮよりなるバッファ層６０を２００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。

【００６４】次に、温度を１０５０℃にして、バッファ
層６０の上にＧａＮ層６２を３μｍの膜厚で成長させ
る。

【００６５】続いて、ＧａＮ層６２上に、原料ガスにＴ
ＭＡ（トリメチルアルミニウム）、に、アンドープのＡ
ｌ_0.1Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.85Ｎからなる第１の窒化物半導体
層６４を０．２μｍの膜厚で成長させる。その後、ＴＭ
Ａガスを止めて、アンドープのＧａＮからなる第２の窒
化物半導体層５６を０．３μｍの膜厚で成長させる。

【００６６】次に、ＭＯＶＰＥ反応装置からウエハを取
り出し、フォトリソグラフィー技術を用いて、最上層の
ＧａＮからなる第２の窒化物半導体層５６上に、ストラ
イプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装置によりス
トライプ幅（凸部の上部になる部）５μｍ、ストライプ
間隔（凹部底部となる部分）１０μｍにパターニングさ
れたＳｉＯ₂膜を形成し、続いて、ＲＩＥ装置によりＳ
ｉＯ₂膜の形成されていない部分の第２の窒化物半導体
層５６をエッチングし、さらにＡｌ_0.1Ｉｎ_0.05Ｇａ
_0.85Ｎからなる第１の窒化物半導体層６４をわずかに削
って露出させる程度にエッチングすることにより、スト
ライプ幅５μｍ、ストライプ間隔１０μｍのストライプ
を形成する。ストライプを形成後、凸部の第２の窒化物
半導体層５６上に形成されたＳｉＯ ₂膜を除去する。

【００６７】次に、ウエハを反応容器内にセットし、温
度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア
を用い、アンドープのＧａＮよりなる第３の窒化物半導
体層５８を１５μｍの膜厚で成長させる。

【００６８】得られた第３の窒化物半導体層５８（本発
明の窒化物半導体基板）の表面を、ＣＬ（カソードルミ
ネセンス）方法により観測すると、実施例１とほぼ同様
に、凸部上部は転位密度がやや多めであったが、凹部開
口部の上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。

【００６９】［実施例３］実施例１において、基板を、
異種基板として用いたサファイア基板５１に替えて、特
願平１１−８０２８８号明細書の実施例１により得られ
る窒化物半導体基板を用い、この窒化物半導体基板上
に、実施例１におけるアンドープＧａＮよりなる層５３
に替えて、アンドープＡｌＧａＮよりなる層を２μｍの
膜厚で成長させる他は同様にして第３の窒化物半導体層
５８を成長させる。その結果、転位の少ない窒化物半導
体基板を用いているので、凹部上方部に成長した第３の
窒化物半導体層５８表面には転位がほとんど見られない
ばかりか、凸部上方部に成長した第３の窒化物半導体層
５８の表面も転位が実施例１に比べて低減している。

【００７０】［実施例４］実施例３において、特願平１
１−８０２８８号明細書の実施例２により得られる窒化
物半導体基板を用いる他は同様にして第３の窒化物半導
体層を成長させる。その結果、実施例３とほぼ同様に良
好な結果が得られる。

【００７１】［実施例５］実施例１により得られたサフ
ァイア基板上の第３の窒化物半導体層３０上に下記のデ
バイス構造を形成して、窒化物半導体素子を作製する。

【００７２】（アンドープｎ型コンタクト層）［図１２
には図示されていない］ 窒化物半導体の基板上に、１０５０℃で原料ガスに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。 （ｎ型コンタクト層７２）次に、同様の温度で、原料ガ
スにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを用い、不純物
ガスにシランガス（ＳｉＨ₄）を用い、Ｓｉを３×１０
¹⁸／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型
コンタクト層７２を３μｍの膜厚で成長させる。

【００７３】（クラック防止層７３）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７３を０．１５
μｍの膜厚で成長させる。

【００７４】（ｎ型クラッド層７４）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層の積
層し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格
子構造）よりなるｎ型クラッド層７４を成長させる。

【００７５】（ｎ型ガイド層７５）次に、同様の温度
で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドー
プのＧａＮよりなるｎ型ガイド層７５を０．０７５μｍ
の膜厚で成長させる。

【００７６】（活性層７６）次に、温度を８００℃にし
て、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸
／ｃｍ³ドープした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７６を成長させる。

【００７７】（ｐ型電子閉じ込め層７７）次に、同様の
温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用
い、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニ
ルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０¹⁹／ｃｍ³ド
ープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層
７７を１００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００７８】（ｐ型ガイド層７８）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７８を０．０
７５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層７８
は、アンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉じ込め
層７７からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶
／ｃｍ³となりｐ型を示す。

【００７９】（ｐ型クラッド層７９）次に、同様の温度
で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
アンドープの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７９を成長させる。

【００８０】（ｐ型コンタクト層８０）次に、同様の温
度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物
ガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³
ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層８０を１５
０オングストロームの膜厚で成長させる。

【００８１】反応終了後、反応容器内において、ウエハ
を窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型
層を更に低抵抗化する。アニーリング後、ウエハを反応
容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面に
ＳｉＯ₂よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イ
オンエッチング）を用いＳｉＣｌ₄ガスによりエッチン
グし、図１０に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コ
ンタクト層２の表面を露出させる。次に図１３（ａ）に
示すように、最上層のｐ側コンタクト層８０のほぼ全面
に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ
₂）よりなる第１の保護膜９１を０．５μｍの膜厚で形
成した後、第１の保護膜９１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９３を、
ストライプ幅１．８μｍ、厚さ１μｍで形成する。次
に、図１３（ｂ）に示すように第３の保護膜９３形成
後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、Ｃ
Ｆ₄ガスを用い、第３の保護膜９３をマスクとして、前
記第１の保護膜９１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１３（ｃ）に示すようにｐ
側コンタクト層８０の上にストライプ幅１．８μｍの第
１の保護膜９１が形成できる。

【００８２】さらに、図１３（ｄ）に示すように、スト
ライプ状の第１の保護膜９１形成後、再度ＲＩＥにより
ＳｉＣｌ₄ガスを用いて、ｐ側コンタクト層１０、およ
びｐ側クラッド層８９をエッチングして、ストライプ幅
１．８μｍのリッジ形状のストライプを形成する。但
し、リッジ形状のストライプは、図１２に示すように、
ＥＬＯＧ成長を行う際に形成した凹部上方部で且つ凹部
の中心部分を避けるように形成される。リッジストライ
プ形成後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図１３
（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９２を、第１の保護膜９１の上
と、エッチングにより露出されたｐ側クラッド層７９の
上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。このように
Ｚｒ酸化物を形成すると、ｐ−ｎ面の絶縁をとるため
と、横モードの安定を図ることができ好ましい。次に、
ウェーハをフッ酸に浸漬し、図１３（ｆ）に示すよう
に、第１の保護膜９１をリフトオフ法により除去する。

【００８３】次に図１３（ｇ）に示すように、ｐ側コン
タクト層８０の上の第１の保護膜９１が除去されて露出
したそのｐ側コンタクト層８０の表面にＮｉ／Ａｕより
なるｐ電極８２を形成する。但しｐ電極８２は１００μ
ｍ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９２の上に渡って形成する。第２の保護膜９２形
成後、図１２に示されるように露出させたｎ側コンタク
ト層７２の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極８４をス
トライプと平行な方向で形成する。

【００８４】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハを、ストライプ状の電極に垂直な方向
で、基板側からバー状に劈開し、劈開面（１１−００
面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振
器を作製する。共振器面にＳｉＯ ₂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１２に示すようなレーザ素子とする。得
られたレーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれの
電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を
試みた。その結果、室温において、出力５ｍＷで、発振
波長４００ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以
上の寿命を示す。

【００８５】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体基板の製造方法に
よれば、組成の異同による成長速度の差を利用して窒化
物半導体層の横方向成長を優先的に進行させ、同時に縦
方向成長の成長点と横方向成長の成長点の間に適当な空
間を設けたため、窒化物半導体層の横方向成長を安定に
進行させ、転位の少ない窒化物半導体基板を製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の製造方法に係る素子構造を形
成するための基板となる窒化物半導体を模式的に示す断
面図である。

【図２】図２（ａ）から（ｆ）は、本発明の製造方法を
模式的に示す工程断面図である。

【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、図２（ｅ）に示す工
程における基板を表す上面図である。

【図４】図４は、凹凸がストライプ形状の場合のストラ
イプ方向がオリフラ面からわずかにずれた状態で形成す
ることを説明するための基板主面側の平面図である。

【図５】図５は、主面がオフアングルされてなる異種基
板のオフ角θ等を示す一実施の形態の異種基板の部分的
な形状を示す模式的断面図である。

【図６】図６は、サファイアの面方位を示すユニットセ
ル図である。

【図７】図７は、凹凸のストライプ方向を説明するため
の基板主面側の平面図である。

【図８】図８は、本発明の製造方法に係る素子構造を形
成するための基板となる窒化物半導体を模式的に示す断
面図である。

【図９】図９は、本発明の実施例１に係る素子構造を形
成するための窒化物半導体を模式的に示す断面図であ
る。

【図１０】図１０は、本発明の実施例２に係る素子構造
を形成するための窒化物半導体を模式的に示す断面図で
ある。

【図１１】図１１は、従来の製造方法に係る素子構造を
形成するための窒化物半導体を模式的に示す断面図であ
る。

【図１２】図１２は、実施例５に係る本発明の成長方法
により得られる窒化物半導体を基板とし素子構造を形成
してなる窒化物半導体素子の模式的断面図である。

【図１３】図１３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。

【符号の説明】

２０・・・・異種基板 ２１・・・・バッファ層 ２６・・・・第１の窒化物半導体層 ２８・・・・第２の窒化物半導体層 ３０・・・・第３の窒化物半導体層 ３１・・・・サファイア基板 ３２、４０・・・バッファ層 ３４・・・・ＩｎＧａＮ層 ３６、３８、４２・・ＧａＮ層 ４４・・・・ＡｌＧａＮ層 ３０１・・・窒化物半導体基板 ３０４・・・低温及び／又は高温成長のバッファ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 C30B 29/40 502 H01S 5/323 610

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、少なくとも互いに組成の異な
   る第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層を順
   に成長させる第１の工程と、前記第２の窒化物半導体層
   の表面から基板方向に向かって部分的にエッチングして
   凹凸を形成する第２の工程と、第２の工程でエッチング
   されずに第１の窒化物半導体層上に残っている第２の窒
   化物半導体層を核として、前記第２の窒化物半導体層と
   大略同一組成の第３の窒化物半導体層を横方向の成長を
   利用して成長させる第３の工程とを、少なくとも有する
   窒化物半導体の成長方法において、 前記第１の工程で、第１の窒化物半導体層と第２の窒化
   物半導体層の組成が、第３の工程で成長させる第３の窒
   化物半導体層の成長が、第２の窒化物半導体層を核とし
   て成長する速度より、第１の窒化物半導体層を核として
   成長する速度が遅くなるように調整され、且つ第１の窒
   化物半導体層及び第２の窒化物半導体層が共にエピタキ
   シャル成長されてなり、 更に、前記第２の工程で、エッチングが、第１の窒化物
   半導体層が露出しかつ所定の深さで削られるように行わ
   れてい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】 前記基板と第１の窒化物半導体層との間
   に、Ａｌ_kＧａ_1-kＮ（０≦ｋ≦１）をエピタキシャル成
   長させてな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】 前記第１の窒化物半導体層が、少なくと
   もＩｎを含んでなる窒化物半導体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。
4. 【請求項４】 前記第１の窒化物半導体層が、Ｉｎ_aＡ
   ｌ_bＧａ_1-a-bＮ［０＜ａ＜１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ≦
   １］であることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半
   導体の成長方法。
5. 【請求項５】 前記第１の窒化物半導体層が、Ｉｎ_aＡ
   ｌ_bＮ又はＩｎ_aＧａ_{1 -a}Ｎであることを特徴とする請求
   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１の窒化物半導体層が、Ｉｎ_aＧ
   ａ_1-aＮであることを特徴とする請求項５に記載の窒化
   物半導体の成長方法。
7. 【請求項７】 前記第２の工程において、前記第２の窒
   化物半導体層２８に形成される凹凸が、ストライプ形状
   であり、更に前記ストライプ形状の凹凸がオリフラ面か
   らの垂直軸に対して左右のいずれかに０．１°〜１°程
   度ずらして形成されてい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。
8. 【請求項８】 前記基板が、窒化物半導体と異なる異種
   基板又は窒化物半導体基板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。