JP2002141282A - 窒化物半導体の成長方法と窒化物半導体基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来例に比較してより結晶欠陥の少ない窒化
物半導体の成長方法と窒化物半導体基板を提供する。 【解決手段】 基板上に、第１の窒化物半導体層を成長
させその窒化物半導体層を周期的に露出させる第１の保
護膜を形成する工程と、露出された第１の窒化物半導体
を核として第２の窒化物半導体を第１の保護膜上を横方
向に成長させて第１の保護膜上で接合させることによ
り、第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形成す
る工程と、第２の窒化物半導体の接合部とその両側に横
方向に成長された第２の窒化物半導体層を覆いかつ第１
の窓部上の第２の窒化物半導体層を開口させる第２の保
護膜を形成する工程と、開口させた第２の窒化物半導体
層をエッチングして凸部と凹部を形成する工程と、第２
の窒化物半導体層の凸部を核として第３の窒化物半導体
を成長させる工程とを含む。

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−ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦
１）の成長方法と窒化物半導体基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物半導体を用いたＬＥＤが実
用化され、ＬＤが実用段階に入ってきている。一般に、
この窒化物半導体素子では、窒化物半導体基板をバルク
状の単結晶で得るのは困難であるため、窒化物半導体と
は異なる異種基板を用い、その上に窒化物半導体を成長
させることにより作製されている。この異種基板上に窒
化物半導体を成長させる場合、異種基板と窒化物半導体
との格子定数不整や熱膨張係数差により窒化物半導体を
異種基板上に成長させると、結晶欠陥が発生し易く、素
子の性能を向上させるためには一定の限界がある。その
ため、最近では、窒化物半導体を基板に対して横方向に
成長させる方法（以下、ＥＬＯＧ成長法（Epitaxially
Lateral OverGrowth GaN)と言う。）が種々検討されて
いる。このＥＬＯＧ成長方法は、縦方向の成長に比較し
て結晶欠陥を少なく成長させることが可能であると考え
られる横方向の成長を利用したものであり、これにより
結晶欠陥の少ない窒化物半導体の成長を可能としたもの
である。

【０００３】具体的には、例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．Ｌ３０
９−Ｌ３１２に示されているように、サファイア基板上
に成長させた窒化ガリウムの上にＳｉＯ_２等の保護膜を
部分的に形成し、この上に窒化ガリウムをさらに成長さ
せる。このようにすると、ＳｉＯ_２の保護膜上には窒化
ガリウムが直接成長しないため、保護膜が形成されてい
ない部分から成長した窒化ガリウムがＳｉＯ２保護膜の
上を横方向に成長するようになり、保護膜上に横方向成
長させたより低欠陥密度の窒化ガリウムを成長できると
いうものである。

【０００４】また、特開平１１−１４５５１６号公報に
は、ＳｉＯ_２保護膜を形成する代わりに、シリコン基板
上に成長したＡｌＧａＮ層をストライプ状にエッチング
してシリコン基板を部分的に露出させ、この上に窒化ガ
リウムを成長させる方法が開示されている。このように
しても窒化ガリウムはシリコン基板上にはエピタキシャ
ル成長しないため、ＡｌＧａＮ層を核として、シリコン
基板上に窒化ガリウムを横方向に成長させることができ
る。

【０００５】これらのＥＬＯＧ成長によれば、従来の異
種基板上にバッファ層を用いて縦方向に成長させた窒化
物半導体に比べ、欠陥密度を２桁以上減少できることが
確認され、これにより、より長時間の連続発振が可能な
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を実現すること
ができると期待されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＥＬＯＧ成長方法では、保護膜上又はシリコン基板上に
に横方向成長により形成された窒化物半導体は結晶欠陥
を少なくできるが、窓部又は核とした窒化物半導体上に
成長された窒化物半導体には結晶欠陥が多く発生すると
いう問題点があった。

【０００７】そこで、本発明は、上述の従来例の問題点
を解決し、窓部又は核とした窒化物半導体上に成長され
た窒化物半導体において結晶欠陥を減らすことができ、
かつ従来例に比較してより結晶欠陥の少ない窒化物半導
体の成長方法と窒化物半導体基板を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の窒化
物半導体の製造方法は、上記目的を達成するために、基
板上に、第１の窒化物半導体層を成長させる第１の工程
と、前記第１の窒化物半導体層を周期的に露出させる複
数の第１の窓部を有する第１の保護膜を前記第１の窒化
物半導体上に形成する第２の工程と、前記第１の窓部に
より露出された第１の窒化物半導体を核として第２の窒
化物半導体を前記窓部から前記第１の保護膜上を横方向
に成長させ、隣接する前記窓部から成長された第２の窒
化物半導体を前記第１の保護膜上で接合させることによ
り、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化物半導体層を形
成する第３の工程とを有する窒化物半導体の成長方法に
おいて、前記第２の窒化物半導体が接合された接合部と
その両側に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体
層を覆いかつ前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物
半導体層を開口させる第２の窓部を有する第２の保護膜
を形成する第４の工程と、前記第２の保護膜の第２の窓
部により開口させた第２の窒化物半導体層をエッチング
により除去することにより、第２の窒化物半導体層にお
いて凸部と凹部を形成する第５の工程と、前記第２の窒
化物半導体層の凸部を核として第３の窒化物半導体を成
長させる第６の工程とを含むことを特徴とする。

【０００９】即ち、本発明に係る第１の窒化物半導体の
成長方法では、ＥＬＯＧ成長において、第１の保護膜の
第１の窓部の上方の結晶欠陥密度の多い領域をエッチン
グにより除去し、残った結晶性のいい低欠陥部分を核と
して前記第３の窒化物半導体を横方向成長させることに
より、前記第３の窒化物半導体層の最上面は鏡面が得ら
れ、第３の窒化物半導体層の最上面及び内部において低
欠陥かつ欠陥均一である窒化物半導体を得ることができ
る。

【００１０】また、本発明に係る第１の窒化物半導体の
成長方法において、前記第６の工程の前にさらに、前記
第２の保護膜を除去する工程を含むことが好ましく、こ
のようにすることにより、後の高温で窒化物半導体層又
は素子を成長させる工程において前記第２の保護膜が分
解するのを防ぐことができる。また、この場合、第３の
窒化物半導体を成長させるために核となる第２の窒化物
半導体は、第１の保護膜上に横方向成長により形成され
ているため結晶性がよく、第２の保護膜を除去したこと
により該第２の窒化物半導体の最上面からの転位欠陥が
発生することはない。

【００１１】また、本発明に係る第１の窒化物半導体の
成長方法においては、前記第１及び第２の保護膜を、ス
トライプ状、格子状又は島状に一定周期で形成するよう
にしてもよい。

【００１２】また、本発明に係る第１の窒化物半導体の
成長方法においては、前記第１の保護膜は、中央部ほど
厚くなるようにその断面形状が階段状又は中央に向かっ
て傾斜を有するように形成することが好ましく、このよ
うに形成することにより、窒化物半導体の成長速度を制
御することができ、保護膜上にできる窒化物半導体同士
の接合部を規則的に一定の場所に形成することができ
る。さらに、保護膜が階段形状等であると保護膜上に成
長させる窒化物半導体は、ある程度横方向に成長した後
は、縦方向に成長する。窒化物半導体と同様に結晶欠陥
は方向を変えて成長するが、縦方向への成長時には、そ
のまま縦方向に欠陥は伸びるため、段差を形成すること
で段を上がることより結晶性の良い窒化物半導体を形成
することができる。また、保護膜の幅を広くし、うねり
を抑制する効果も有する。

【００１３】さらに、本発明に係る第１の窒化物半導体
の成長方法において、第１及び第２の保護膜には、酸化
ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、
融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成
る群から選択された少なくとも１種を用いることができ
る。これらの保護膜は窒化物半導体が成長しないかしに
くいために、保護膜の窓部より成長した窒化物半導体を
横方向成長させることができる。

【００１４】また、本発明に係る第２の窒化物半導体の
成長方法は、基板上に、第１の窒化物半導体層を成長さ
せる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期的
に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を
前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、前
記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核
として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保
護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成長
された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合
させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化
物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半導
体の成長方法において、前記第２の窒化物半導体が接合
された接合部とその両側に横方向に成長されてなる第２
の窒化物半導体層を開口させる第２の窓部を有しかつ前
記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層を覆う
第２の保護膜を形成する第４の工程と、前記第２の保護
膜を選択成長マスクとして、前記第２の窓部に露出した
第２の窒化物半導体層上に第３の窒化物半導体を成長さ
せる第５の工程と、前記第２の保護膜を除去する第６の
工程と、前記第３の窒化物半導体を核として第４の窒化
物半導体層を成長させる第７の工程とを含むことを特徴
とする。以上のように構成された本発明に係る第２の窒
化物半導体の成長方法は、本発明に係る第１の窒化物半
導体の成長方法と同様の作用効果を有する。

【００１５】また、本発明に係る第２の窒化物半導体の
製造方法では、前記第１及び第２の保護膜を、ストライ
プ状、格子状又は島状に一定周期で形成するようにして
もよい。

【００１６】また、本発明に係る第１の窒化物半導体の
成長方法において、第２の窒化物半導体をエッチングす
る工程において、第２の窒化物半導体は第１の保護膜を
越えない深さまでエッチングされる。これにより、第１
の保護膜の窓部上に成長した結晶欠陥の多い部分を除去
することで、結晶性のいい部分だけを残し、その結晶性
のいい第２の窒化物半導体を核として第３の窒化物半導
体を成長させることができる。さらに、エッチングを第
１の保護膜上の深さまで行うことにより、第３の窒化物
半導体の成長において、核となる第２の窒化物半導体の
側面からの成長速度が、エッチングにより形成された凹
部底面からの成長速度よりも速いため、凹部底面から窒
化物半導体が成長するよりも先に第２の窒化物半導体側
面からの横方向成長により接合部が合わさる。このた
め、該凹部上には空洞ができ、凹部底面からの結晶欠陥
の転位を抑制することができる。さらに、この空洞があ
るために基板の反りを緩和することもできる。

【００１７】また、本発明に係る第３の窒化物半導体の
製造方法は、基板上に、第１の窒化物半導体層を成長さ
せる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期的
に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜を
前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、前
記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を核
として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の保
護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成長
された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接合
させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒化
物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半導
体の成長方法において、前記第２の窒化物半導体が接合
された接合部及びその近傍と前記第１の窓部上に位置す
る第２の窒化物半導体層とを開口させる第２の窓部を有
し、前記接合部近傍の両側に横方向に成長されてなる第
２の窒化物半導体層を覆う第２の保護膜を形成する第４
の工程と、前記第２の保護膜の第２の窓部により開口さ
せた第２の窒化物半導体層をエッチングにより除去する
ことにより、第２の窒化物半導体層において凸部と凹部
を形成する第５の工程と、前記第２の窒化物半導体層の
凸部を核として第３の窒化物半導体を成長させる第６の
工程とを含むことを特徴とする。

【００１８】以上のように構成された本発明に係る第３
の窒化物半導体の成長方法は、ＥＬＯＧ成長において、
結晶性の最も良い部分のみを核として前記第３の窒化物
半導体を横方向成長させているので、前記第３の窒化物
半導体層の最上面は鏡面が得られ、第３の窒化物半導体
層の最上面及び内部においてより低欠陥かつ欠陥均一で
ある窒化物半導体を得ることができる。

【００１９】また、本発明に係る第３の窒化物半導体の
成長方法では、前記第６の工程の前にさらに、前記第２
の保護膜を除去する工程を含むことが好ましく、このよ
うにすることにより、後の高温で窒化物半導体層又は素
子を成長させる工程において前記第２の保護膜が分解す
るのを防ぐことができる。また、この場合、第３の窒化
物半導体を成長させるために核となる第２の窒化物半導
体は、第１の保護膜上に横方向成長により形成されてい
るため結晶性がよく、第２の保護膜を除去したことによ
り該第２の窒化物半導体の最上面からの転位欠陥が発生
することはない。

【００２０】また、本発明に係る第３の窒化物半導体の
成長方法においては、前記第１及び第２の保護膜を、ス
トライプ状、格子状又は島状に一定周期で形成するよう
にしてもよい。

【００２１】また、本発明に係る第３の窒化物半導体の
成長方法においては、前記第１の保護膜は、中央部ほど
厚くなるようにその断面形状が階段状又は中央に向かっ
て傾斜を有するように形成することが好ましく、このよ
うに形成することにより、窒化物半導体の成長速度を制
御することができ、保護膜上にできる窒化物半導体同士
の接合部を規則的に一定の場所に形成することができ
る。さらに、保護膜が階段形状等であると保護膜上に成
長させる窒化物半導体は、ある程度横方向に成長した後
は、縦方向に成長する。窒化物半導体と同様に結晶欠陥
は方向を変えて成長するが、縦方向への成長時には、そ
のまま縦方向に欠陥は伸びるため、段差を形成すること
で段を上がることより結晶性の良い窒化物半導体を形成
することができる。また、保護膜の幅を広くし、うねり
を抑制する効果も有する。

【００２２】さらに、本発明に係る第３の窒化物半導体
の成長方法において、第１及び第２の保護膜には、酸化
ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、
融点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成
る群から選択された少なくとも１種を用いることができ
る。これらの保護膜は窒化物半導体が成長しないかしに
くいために、保護膜の窓部より成長した窒化物半導体を
横方向成長させることができる。

【００２３】また、本発明に係る第１の窒化物半導体基
板は、窒化物半導体からなる核部から成長された窒化物
半導体からなる成長層とを有してなり、互いに対向する
２つの主面を有する窒化物半導体基板であって、前記核
部は前記２つの主面の一方の面に周期的に配置され、か
つその隣接する核部の間に窪みが形成されていることを
特徴とする。

【００２４】また、本発明に係る第２の窒化物半導体基
板は、窒化物半導体からなる核部から成長された窒化物
半導体からなる成長層とを有してなり、互いに対向する
２つの主面を有する窒化物半導体基板であって、前記核
部は前記２つの主面のうちの一方の面の内側に周期的に
配置され、かつその隣接する核部の間に空洞が形成され
ており、前記一方の主面は、前記核部の一端を互いに連
続的に繋げる窒化物半導体の表面により構成されている
ことを特徴とする窒化物半導体基板。

【００２５】さらに、本発明に係る第２の窒化物半導体
基板では、前記一方の主面である窒化物半導体の表面に
さらに、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジ
ルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこれらの
多層膜から成る群から選択された少なくとも１種よりな
る層が周期的に配列されていてもよい。

【００２６】

【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。 実施の形態１．図１は、本発明に係る実施の形態１の成
長方法の概要を説明するための模式的な断面図である。
本実施の形態１の窒化物半導体の成長方法では、最初に
基板１上に窒化物半導体からなるバッファ層（図示され
ていない。）を成長した後、第１の窒化物半導体層２を
エピタキシャル成長させる。次に、窒化物半導体層２の
上に、窒化物半導体が成長しない、若しくは成長しにく
い材料を用いて、例えば、所定の周期で窓部３ａを有す
るように第１の保護膜３を形成する。次に、第１の保護
膜３の窓部３ａにより開口された第１の窒化物半導体層
２から第２の窒化物半導体４を成長させる。この第２の
窒化物半導体４は、成長するにしたがって、第１の保護
膜３上に横方向に成長するようになり、第１の保護膜３
の一端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４と第
１の保護膜３の他端から横方向に成長した第２の窒化物
半導体４は、第１の保護膜３の上で接合して１つの層を
成す。このようにして成長させた第２の窒化物半導体層
４において、窓部３ａ上に成長された部分と、第１の保
護膜３の上で両端から横方向に成長された第２の窒化物
半導体が接合してできた接合部４ｂの近傍は、他の部分
に比較して欠陥が多く形成される。その欠陥数の大小関
係を示せば、（窓部３ａ上に成長された部分）＞（接合
部４ｂの近傍）＞（他の部分、すなわち、窓部３ａ上に
成長された部分と接合部４ｂとその近傍とを除いた部
分）となる。

【００２７】そして、第２の窒化物半導体４を成長させ
た後、第１の保護膜３上に横方向に成長された第２の窒
化物半導体層４の上に第２の保護膜（図示せず）を形成
して、その第２の保護膜をマスクとして、エッチングす
ることにより、第２の窒化物半導体層４のうち、比較的
欠陥の多い窓部３ａ上に成長された部分を除去する。こ
れにより、第２の窒化物半導体層４において、第１の保
護膜３の上に、他の部分に比較して膜厚の厚い部分であ
って、次の第３の窒化物半導体を成長させるための核と
なる凸部（核部）４ｃが形成される。尚、隣接する凸部
（核部）４ｃの間は、第１の保護膜３が露出するまでエ
ッチングをするのではなく、図１に示すように第２の窒
化物半導体層４の一部が残るように上述のエッチングを
制御するが、後で成長させる第３の窒化物半導体の欠陥
をより少なくするために、窓部３ａの幅より深くエッチ
ングすることが好ましい。尚、第２の保護膜５は、第１
の保護膜と同様に窒化物半導体が成長しない、若しくは
成長しにくい材料を用いて形成する。次に、第２の保護
膜を除去した後、第２の窒化物半導体層４の核部４ｃを
核として第３の窒化物半導体を横方向に成長させる。こ
こで、第１及び第２の保護膜は、窒化物半導体の横方向
の成長を可能にするできる形状であればよく、例えば、
ストライプ状、格子状又は島状に形成される。

【００２８】また、第１の窒化物半導体２、第２の窒化
物半導体４、及び第３の窒化物半導体６は、いずれも一
般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、
ｘ＋ｙ≦１）によって表される組成を有する窒化物半導
体であり、これらは互いに同一の組成であっても異なる
組成であってもよい。

【００２９】以上のようにして成長された第３の窒化物
半導体６は、低欠陥でかつ欠陥を比較的均一にでき、最
上面には鏡面又はそれに近い表面が得られる。これは、
第２の窒化物半導体４をＥＬＯＧ成長させ、第１の保護
膜３の窓部３ａ上に成長した比較的欠陥の多い窒化物半
導体をエッチング等により除去し、第１の保護膜３上に
得られた結晶性のよい部分のみ残し、この第２の窒化物
半導体４を核としてさらに、横方向に成長させることに
より第３の窒化物半導体６を形成しているためである。
このような理由で、第３の窒化物半導体６は、低欠陥で
結晶性良くできる。また、第３の窒化物半導体層６にお
いて、第２の窒化物半導体層４の核部４ｃの接合部４ｃ
から欠陥が伝播された欠陥伝播部６ａと、隣接する核部
４ｃの間に位置形成される、一方の核部４ｃから横方向
に成長された第３の窒化物半導体６とその核部に隣接す
る核部４ｃから横方向に成長された第３の窒化物半導体
６とが接合された接合部６ｂの近傍には結晶欠陥が残る
ものの、最上面は鏡面又はそれに近い面を得ることがで
きる。また、第２の窒化物半導体の隣接する核部４ｃの
間は窓部３ａの幅より深くエッチングされているので、
エッチングにより得られるその凹部には、空洞ができる
ため、凹部底面からの結晶欠陥の伝播を防ぐことができ
るとともに、基板の反りも緩和することができる。尚、
本発明おける空洞は、凹部底面からの結晶欠陥の伝播を
防ぐことができるという機能を有していればよく、例え
ば、面間の距離が１０Å程度で極めて体積の小さい空洞
（体積が実質的にゼロ（０）の空洞）であってもよい
し、さらに凹部底面から成長した窒化物半導体と核部４
ｃから成長した窒化物半導体とが一般的には接している
と認識できる場合であっても、凹部底面から成長した窒
化物半導体の成長を止めることができれば限りなくゼロ
に近い隙間であってもよい。

【００３０】本発明において、上述したように、第１の
保護膜及び第２の保護膜の形状としては、ストライプ
状、格子状等が挙げられるが、その際、断面形状さらに
中央部を厚くし、周辺部を薄くする、又は断面形状を階
段状にする等、厚さに変化を持たせても良い。また第１
の保護膜及び第２の保護膜は、窒化物半導体が成長しな
い、若しくは成長しにくい材料から形成されていればよ
く、その材料としては、例えば、ＳｉＯ_２等が挙げられ
る。

【００３１】図２（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態１とし
て、図１に示す窒化物半導体の成長工程を示す模式断面
図である。以下に、本発明における実施の形態１の窒化
物半導体の成長方法及び好適な材料について説明する。

【００３２】［第１の工程］まず、図２（ａ）に示すよ
うに、基板１上に、窒化物半導体からなるバッファー層
（図示されていない。）を介して、第１の窒化物半導体
２を成長させる。本発明において、基板１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（Ａｌ_２Ｏ_３）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）
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
導体と格子接合する酸化物基板を用いることができる。

【００３３】ここで、バッファ層（図示されていな
い。）は、基板１上に成長させる窒化物半導体との格子
定数不整や熱膨張係数の違いを緩和するために用いら
れ、材料としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、Ｉｎ
ＧａＮが用いられる。また、このバッファ層は、９００
℃以下３００℃以上の温度、０．５μｍ〜１０オングス
トロームの膜厚で成長される。尚、バッファ層は、窒化
物半導体の成長方法や基板の種類によっては省略するこ
ともできる。

【００３４】また、第１の窒化物半導体２としては、比
較的結晶性良く成長させることが可能な、アンドープの
ＧａＮ又はｎ型不純物としてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＳ等
の少なくとも１種類をドープしたＧａＮを用いることが
好ましい。このＧａＮからなる第１の窒化物半導体２
は、窒化物半導体よりも高温で、９００℃〜１１００℃
の範囲、好ましくは、１０５０℃程度で基板１上に成長
させる。また、窒化物半導体２の膜厚は、好ましくは、
１〜３０μｍ、より好ましくは２〜２０μｍに設定す
る。

【００３５】［第２の工程］次に図２（ｂ）に示すよう
に、第１の窒化物半導体２の表面に第１の保護膜３を形
成する。この第１の保護膜３は、本実施の形態１では、
ストライプ状に形成した例を示すが、本発明はこれに限
定されるものではなく、ストライプ状以外に、格子状及
び島状等の保護膜の窓部から窒化物半導体が横方向に成
長させることができる形状であればよい。さらに、第１
の保護膜３は、第１の保護膜３上に成長させる第２及び
第３の窒化物半導体の結晶欠陥を減らし、横方向に成長
した窒化物半導体の接合部が常に保護膜のほぼ中央に形
成されるように、第１の保護膜３の中央部が厚くなるよ
うに形成することが好ましい。具体的には、例えば、第
１の保護膜３の両側から中央部に向かって徐徐に厚さが
厚くなるようにして中央が最も厚くなるようにし、その
厚い部分の直上に接合部が形成されるようにする。この
ように、結晶欠陥がやや多い窒化物半導体同士の接合部
を、常に第１の保護膜３の中央部に規則的に形成される
ように制御できれば、結晶性の良好な部分を最大限に利
用することができる。また、結晶欠陥が規則的に形成さ
れるように制御できれば、後の工程において量産性を向
上させることができる。尚、この場合、第１の保護膜３
の両側から中央部に向かって階段状に徐徐に厚さが厚く
なるようにしてもよい。

【００３６】また、第１の保護膜３は、例えば、酸化ケ
イ素（ＳｉＯ_ｘ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_ｘＮ_ｙ）、窒化酸
化ケイ素（ＳｉＯＮ）、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、または
これらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金
属等のその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選択してを用
いることができる。

【００３７】また、ストライプ状に第１の保護膜を形成
する場合、第１の保護膜３の幅は、好ましくは５〜２０
０μｍに設定し、より好ましくは１０〜５０μｍに設定
する。また、隣接する第１の保護膜３の間隔である窓部
３ａの幅は、第１の保護膜３のストライプ幅よりも狭く
することが望ましく、より好ましい窓部３ａの幅は２０
μｍ以下、よりいっそう好ましくは０．５〜１０μｍに
設定する。

【００３８】また、第１の保護膜３の膜厚は、好ましく
は、０．２〜３μｍ、より好ましくは０．３〜１μｍの
範囲に設定する。第１の保護膜３の膜厚を厚くすると後
の窒化物半導体を成長させる工程において窒化物半導体
が埋まらず鏡面が得られないからである。ここで、第１
の保護膜３は、例えば、ＣＶＤ、蒸着又はスパッタ等を
用いて成膜させることができる。また、この第１の保護
膜３は所定形状のフォトレジストを用いて、所定の領域
に選択的に形成することができる。

【００３９】上述した形状に、第１の保護膜３を形成す
ると、異種基板と窒化物半導体の界面で生じる結晶欠陥
の伝播が第１の保護膜３により抑制され、第１の保護膜
３上部には横方向成長により、結晶性が良好でかつ上面
が鏡面である第２の窒化物半導体４を成長させることが
できる。

【００４０】［第３の工程］次に、第１の保護膜３の窓
部３ａにより開口された第１の窒化物半導体層２から第
２の窒化物半導体４を成長させる。この第２の窒化物半
導体４は、成長するにしたがって、第１の保護膜３上に
横方向に成長するようになり、第１の保護膜３の一端か
ら横方向に成長した第２の窒化物半導体４と第１の保護
膜３の他端から横方向に成長した第２の窒化物半導体４
は、図２（ｃ）に示すように、第１の保護膜３の上で接
合して１つの層を成す。第１の保護膜３上に成長する第
２の窒化物半導体４としては、例えば、アンドープＧａ
Ｎや、Ｓｉ等のｎ型不純物、又はｐ型不純物をドープし
たＧａＮを用いることができる。第２の窒化物半導体４
は、成長後の上面が鏡面になるように、好ましくは１〜
５０μｍの範囲、より好ましくは５〜３０μｍの範囲の
膜厚になるように成長させる。

【００４１】［第４の工程］第２の窒化物半導体４の最
上面が鏡面になるまで成長した後、図２（ｄ）に示すよ
うに第２の窒化物半導体４の接合部４ｂ上にストライプ
状の第２の保護膜５を形成する。このストライプ状の第
２の保護膜５は、第１の保護膜３の幅より狭くかつ接合
部４ｂとその近傍の比較的欠陥の少ない部分を覆うよう
に形成する。すなわち、第２の保護膜５は、次の第５の
工程において第２の窒化物半導体４をエッチングをした
時に、そのエッチングで除去された部分の側面に結晶性
が良好な窒化物半導体（窓部３ａ上に成長された結晶性
が劣る部分と、接合部４ｂとその近傍の結晶性が劣る部
分との間に位置する第２の窒化物半導体４）が露出する
ように形成される。尚、本実施の形態１では、第１の保
護膜３をストライプ状に形成していることから、第２の
保護膜５も第１の保護膜３と同様にストライプ状に形成
したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の
保護膜３を、格子状又は島状などの他の形状とした場合
には、第２の保護膜５もその形状に対応させて格子状又
は島状に形成する。また、第２の保護膜５を除去した後
次の窒化物半導体を成長させるようにしても良いし、第
２の保護膜を残した状態で窒化物半導体を成長させても
よいが、第２の保護膜を残した状態で窒化物半導体を成
長させる場合には、その断面形状を中央部に向かって徐
徐に厚さが厚くなる階段型または傾斜を有する形状にす
ることができ、そのようにすると接合部が形成される位
置をほぼ一定の場所にすることができる。また、第２の
保護膜の材料及び成長方法、膜厚、成長温度等は、第１
の保護膜３と同様として成膜することができる。

【００４２】［第５の工程］次に、図２（ｅ）に示すよ
うに、第２の保護膜５をマスクとしてエッチングするこ
とにより第２の窒化物半導体４にストライプ状の凹部４
ａとストライプ状の凸部４ｃを交互に形成する。この凹
部４ａの深さ（エッチングの深さ）は、次に第３の窒化
物半導体を成長させる時に、凹部４ａの側面からの横方
向成長が凹部４ａの底面からの成長よりも速く進むよう
に設定する。つまり、凹部４ａの深さは、凹部４ａの一
方の側面から成長した第３の窒化物半導体と他方の側面
から成長した第３の窒化物半導体とが接合して接合部６
ｂを形成しはじめた時に、凹部４ａの内部に空洞が形成
されるような深さに設定することが好ましい。このよう
に、凹部４ａ内に空洞が形成されると、凹部４ａの底面
からの成長を止めることができ、凹部４ａの底面からの
成長された窒化物半導体に含まれる結晶欠陥の伝播を抑
制することができる。また、このように凹部４ａ内に空
洞が形成されると、その空洞により基板１に生じる応力
を緩和することができるので、基板の反りを緩和するこ
とができる。

【００４３】また、凹部４ａの幅（エッチング幅）は、
第１の保護膜３の窓部３ａの上に成長された、第２の窒
化物半導体層４の欠陥の多い窒化物半導体を取り除くこ
とができる幅に設定される。すなわち、凹部４ａの幅
（エッチング幅）は、第１の保護膜３の窓部３ａよりも
広い幅に設定される。具体的には、後の工程で鏡面状の
窒化物半導体を成長させるためには、凹部４ａの幅（エ
ッチング幅）は、５〜１５μｍであるのが好ましい。

【００４４】［第６の工程］次に、図２（ｆ）に示すよ
うに、第２の保護膜５を除去した後、第２の窒化物半導
体４を核として第３の窒化物半導体６を成長させる。こ
の第３の窒化物半導体６を成長させる工程では、第２の
窒化物半導体層４において交互に凹部４ａと凸部４ｃと
が形成されていて凹部４ａの底面及びその近傍には窒化
物半導体を成長させるための原料ガスが十分供給されな
いので、凹部４ａの底面及びその近傍からはほとんど第
３の窒化物半導体６は成長されない。したがって、第３
の窒化物半導体６は、主として凸部４ｃの上面および凹
部４ａの側面の上部から成長され、凹部４ａの両側面か
ら横方向に成長された第３の窒化物半導体６が、凹部４
ａの上方において接合して接合部６ｂが形成される。こ
のようにして、１つの連続した第３の窒化物半導体層６
が形成される。尚、本実施の形態１では、第２の保護膜
５を除去した後、第３の窒化物半導体６を成長させてい
るが、第２の保護膜を残したまま、第３の窒化物半導体
６を成長させるようにしてもよい。

【００４５】第３の窒化物半導体６の膜厚は、好ましく
は５〜３０μｍ、より好ましくは１０〜２０μｍに設定
する。この範囲であると基板と窒化物半導体の熱膨張係
数差によるウェハの反りが防止でき、この基板上に良好
な窒化物半導体を成長させることができる。

【００４６】実施の形態２．次に、実施の形態２につい
て図３を参照しながら説明する。

【００４７】まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように基
板１上にバッファー層となる窒化物半導体層（図示され
ていない）を介して第１の窒化物半導体２を形成する。
その後、ＥＬＯＧ成長させるための第１の保護膜３をス
トライプ形状等に形成する。ここまでの工程は、実施の
形態１と同様である。

【００４８】次に図３（ｃ）に示すように第２の窒化物
半導体４を、第１の保護膜３を覆い、且つ最上面に鏡面
が得られる程度の厚さに成長させる。次に、第２の保護
膜５０を、図３（ｄ）に示すように第２の窒化物半導体
４のうちの窓部３ａ上方に位置する比較的結晶欠陥が多
い部分の上に形成する。ここで、本実施の形態２では、
窓部３ａはストライプ状に形成されているので、第２の
保護膜５０もストライプ状に形成される。

【００４９】次に、第２の保護膜５０を選択成長マスク
として、第２の保護膜５０の間に露出された第２の窒化
物半導体４上に第４の窒化物半導体７を成長させ、その
後、第２の保護膜を除去する。ここで、図３（ｅ）にお
いて、７ａの符号を付して示す破線は、第４の窒化物半
導体７のうち、結晶欠陥の多い部分を示す線であり、第
２の窒化物半導体４の接合部分に形成される結晶欠陥を
受け継いで形成されたものである。そして、第４の窒化
物半導体７を核として、図３（ｆ）に示すように第３の
窒化物半導体６を成長させる。この第３の窒化物半導体
６を成長させる工程では、第４の窒化物半導体層７がス
トライプ状にかつ一定の間隔で形成されているので、隣
接する第４の窒化物半導体層７の間には、実施の形態１
の凹部４ａに対応する凹部７ｂが形成され、その凹部７
ｂの底面及びその近傍には窒化物半導体を成長させるた
めの原料ガスが十分供給されないので、凹部７ｂの底面
及びその近傍からはほとんど第３の窒化物半導体６は成
長されない。したがって、第３の窒化物半導体６は、主
として第４の窒化物半導体層７の上面および凹部７ｂの
側面の上部から成長され、凹部７ｂの両側面から横方向
に成長された第３の窒化物半導体６が、凹部７ｂの上方
において接合して接合部６ｂが形成される。このように
して、１つの連続した第３の窒化物半導体層６が形成さ
れる。すなわち、本実施の形態２において、第４の窒化
物半導体層７の厚さと隣接する第４の窒化物半導体層７
の間の間隔は、凹部７ｂの底面及びその近傍に窒化物半
導体を成長させるための原料ガスが十分供給されないよ
うに設定される。また、第２の窒化物半導体４上に成長
させる第４の窒化物半導体７の材料は、特に限定される
ものではなく、第２の窒化物半導体４と異なる材料を用
いることもできる。

【００５０】このように、実施の形態２では、第３の窒
化物半導体６は、第４の窒化物半導体７を核として成長
されるが、この核となる第４の窒化物半導体７は、第１
の保護膜３上に成長された結晶性のよい窒化物半導体で
あるため、ここから成長する第３の窒化物半導体６の結
晶性は良好にできる。このようにして得られた第３の窒
化物半導体６の表面及び表面領域をカソードルミネッセ
ンス（ＣＬ）により観測すると、窒化物半導体の接合部
６ｂ以外は結晶欠陥が少ない結晶性が良好な窒化物半導
体であることが確認された。

【００５１】以上説明した本発明に係る実施の形態１及
び２の窒化物半導体の成長方法において、窒化物半導
体、第１の窒化物半導体、第２の窒化物半導体、及び第
３の窒化物半導体等の窒化物半導体を成長させる具体的
な方法としては、特に限定されるものではないが、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）等の方法を適用でき
る。

【００５２】また、窒化物半導体に凹凸を形成する場合
等のエッチング方法としては、ウェットエッチング、ド
ライエッチング等の方法があり、本発明ではいずれの方
法を用いてもよいが、平滑な面を形成するためには、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）等の装置があるが、いずれ
の装置を用いてもエッチングガスを適宜選択することに
より、本発明の成長方法における窒化物半導体のエッチ
ングに適用することができる。

【００５３】実施の形態３．次に、実施の形態３につい
て図５を参照しながら説明する。まず、図５（ａ）に示
すように基板１上にバッファー層となる窒化物半導体層
（図示されていない）を介して第１の窒化物半導体２を
形成する。その後、図５（ｂ）に示すように、ＥＬＯＧ
成長させるための第１の保護膜３をストライプ形状等に
形成して、窓部３ａに露出された第１の窒化物半導体２
を核として第２の窒化物半導体４を成長させる（図５
（ｃ））。ここまでの工程は、実施の形態１と同様であ
る。

【００５４】この第２の窒化物半導体４においては、上
述したように、窓部３ａ上に成長された部分と、第１の
保護膜３の上で両端から横方向に成長された第２の窒化
物半導体４が接合してできた接合部４ｂの近傍は、他の
部分に比較して欠陥が多く形成される。そこで、本実施
の形態３では、第２の窒化物半導体層４において、最も
欠陥の多い部分である窓部３ａ上に成長された部分と、
次に欠陥の多い部分である接合部４ｂの近傍とを除去す
るために、第２の窒化物半導体層４の表面に、窓部３ａ
上に成長された部分と接合部４ｂとその近傍とを除いた
部分とを開口させるように第２の保護膜５１を形成する
（図５（ｄ））。次に、第２の保護膜５１をマスクとし
てエッチングすることにより、図５（ｅ）に示すよう
に、第２の窒化物半導体層４に次の第３の窒化物半導体
層を成長させる際の核となる凸部４ｅと凹部４ｆとを形
成する。

【００５５】ここで、凹部４ｆは、次の第３の窒化物半
導体層を成長させる際にその凹部４ｆの底面からの成長
が抑制できる（原料ガスの供給が抑制できる）ような深
さに形成する。次に、図５（ｆ）に示すように、第２の
窒化物半導体層４の凸部４ｅを核として、第３の窒化物
半導体層６０を成長させる。尚、図５（ｆ）において、
６０ａの符号で示す部分は、隣接する凸部４ｅから成長
された第３の窒化物半導体が接合して形成された接合部
である。

【００５６】以上のようにして成長された第３の窒化物
半導体層６０は、第２の窒化物半導体層４のうち、最も
欠陥の多い部分である窓部３ａ上に成長された部分と、
次に欠陥の多い部分である接合部４ｂの近傍とを除去し
て、結晶欠陥の最も少ない部分である凸部４ｅを核とし
て成長されているので、接合部６０ａの近傍に結晶欠陥
の若干多い部分が存在するものの極めて結晶欠陥を少な
くできる。

【００５７】また、以上説明した実施の形態１〜３の窒
化物半導体の成長方法を用いて、以下のように窒化物半
導体基板を作製することができる。図６（ａ）は、実施
の形態１の窒化物半導体の成長方法にしたがって第３の
窒化物半導体層６まで成長させた後、基板１から第２の
窒化物半導体層の凸部４ｃまで、例えば研磨することに
より除去して、窒化物半導体基板としたものである。こ
のように作製された図６（ａ）の窒化物半導体基板は、
その一方の主面に、凸部（核部）４ｃが周期的に配置さ
れ、かつその隣接する凸部４ｃの間には窪み４ｈが形成
されている。

【００５８】また、本発明に係る窒化物半導体基板で
は、図６（ｂ）に示すように、基板１から第１の窒化物
半導体層２までを、例えば研磨することにより除去し
て、窒化物半導体基板としてもよい。この場合、その窒
化物半導体基板には、その一方の面の内側に周期的にす
る凸部４ｃが形成され、隣接する凸部４ｃ間に空洞４ｉ
が形成される。また、一方の主面において、凸部４ｃは
連続してつながっており、その一方の主面にはさらに、
第１の保護膜３が周期的に存在する。

【００５９】また、図６（ｃ）は、実施の形態３の窒化
物半導体の成長方法にしたがって第３の窒化物半導体層
６０まで成長させた後、基板１から第２の窒化物半導体
層の凸部４ｅまでを、例えば研磨することにより除去し
て、窒化物半導体基板としたものである。このように作
製された図６（ｃ）の窒化物半導体基板は、その一方の
主面に、凸部（核部）４ｅが周期的に配置され、かつそ
の隣接する凸部４ｅの間には窪み４ｈが形成されてい
る。

【００６０】また、本発明に係る窒化物半導体基板で
は、図６（ｄ）に示すように、基板１のみを、例えば研
磨することにより除去して、窒化物半導体基板としても
よい。この場合、その窒化物半導体基板には、その一方
の面の内側に周期的にする凸部４ｅが形成され、隣接す
る凸部４ｅ間に空洞４ｉが形成される。また、一方の主
面は、第１の窒化物半導体層の表面となり、第１の窒化
物半導体層２と第２の窒化物半導体層４の間に周期的に
第１の保護膜３が存在する。以上のようにして本実施の
形態１〜３の窒化物半導体の成長方法を応用して、結晶
欠陥の少ない窒化物半導体基板を作製することができ
る。

【００６１】

【実施例】［実施例１］図２（ａ）〜（ｆ）は、第１の
形態を示す各工程のウェーハの模式断面図である。基板
１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファ
イア基板を用い、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
基板上にＧａＮよりなる窒化物半導体（図示されていな
い）をバッファ層として２００オングストロームの膜厚
で成長させる。

【００６２】窒化物半導体成長後、ＴＭＧのみ止めて、
温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になった
ら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープ
ＧａＮよりなる第１の窒化物半導体２を２．５μｍの膜
厚で成長させる。

【００６３】第１の窒化物半導体２成長後、ウェーハを
反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体２の表
面に、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１４μｍ、ストラ
イプ間隔（窓部）６μｍのＳｉＯ_２よりなる第１の保護
膜３を０．４μｍの膜厚で形成させる。

【００６４】その後、ウェーハを再度、ＭＯＶＰＥの反
応容器にセットし、温度を１０５０℃にして、アンモニ
アを０．２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ
／ｍｉｎ（Ｖ／ＩＩＩ比＝１２００）でアンドープＧａ
Ｎよりなる第２の窒化物半導体４を２０μｍの膜厚で成
長させる。

【００６５】第２の窒化物半導体４を成長後、鏡面であ
る最上面に第２の保護膜５を第２の窒化物半導体４の接
合部上にストライプ形成する。この第２の保護膜は、膜
厚０．４μｍ、ストライプ幅は１０μｍであり、窓部幅
は１０μｍで形成する。ここで、第２の保護膜をマスク
として、エッチングすることにより、第１の保護膜の窓
部上に形成された結晶欠陥の多い窒化物半導体を除去す
ることができる。第２の窒化物半導体４に凹凸を形成す
る。

【００６６】次に、第２の保護膜５を除去後、ウェーハ
を反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭ
Ｇ、アンモニアを用い、第２の窒化物半導体４を核とし
て、ＧａＮよりなる第４の窒化物窒化物半導体６を５〜
３０μｍの膜厚で成長させる。

【００６７】得られた第３の窒化物半導体６の表面をＣ
Ｌにより観察すると、窒化物半導体同士の接合部以外は
ほとんど結晶欠陥が見られない。結晶欠陥は、１×１０
^４個／ｃｍ^２程度観測されるが、低欠陥且つ欠陥均一で
ある窒化物半導体を提供することができる。

【００６８】［実施例２］実施例１において、第１の保
護膜をパターン形成する際にエッチングにより凸型に
し、階段形状を有する保護膜とする。得られた第３の窒
化物半導体６は、実施例１と同様に低欠陥且つ欠陥均一
である窒化物半導体を得ることができる。

【００６９】［実施例３］実施例１において、第２の保
護膜５をマスクとして、エッチングすることにより、第
２の窒化物半導体に凹凸を形成後、凸形状とした第２の
保護膜を残した状態で第３の窒化物半導体を成長させる
他は同様にして窒化物半導体を成長させ、得られた第３
の窒化物半導体は、実施例１と同様に低欠陥且つ欠陥均
一である窒化物半導体である。

【００７０】［実施例４］実施例１において、第２の保
護膜を除去後、温度１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、
アンモニア、シランガスを用い、第３の窒化物半導体を
成長させる。得られたＳｉドープのｎ型窒化物半導体
は、実施例１同様の結果が得られた。

【００７１】［実施例５］図４は実施例１により得られ
た窒化物半導体を基板とするレーザ素子の構造を示す模
式断面図である。以下、図４を元に実施例５について説
明する。

【００７２】（アンドープｎ型コンタクト層１０１）実
施例１で得られたウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器
内にセットし、１０５０℃でこの窒化物半導体に、ＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミ
ニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ_０．０５Ｇａ
_０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０１
を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮからな
る窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとする
半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。

【００７３】（ｎ型コンタクト層１０２）次に得られた
バッファ層１０１上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不
純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉド
ープしたＡｌ_０．０５Ｇａ_{０．９ ５}Ｎよりなるｎ型コン
タクト層１０２を４μｍの膜厚で成長させる。

【００７４】（クラック防止層１０３）次に、ＴＭＧ、
ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、
温度を９００℃にしてＩｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎより
なるクラック防止層１０３を０．１５μｍの膜厚で成長
させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。

【００７５】（ｎ型クラッド層１０４）次に、温度を１
０５０℃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_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ
よりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭ
Ａを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを
５×１０^１８／ｃｍ^２ドープしたＧａＮよりなるＢ層を
２５Åの膜厚で成長させる。この操作を２００回繰り返
しＡ層とＢ層との積層構造とし、総膜厚１μｍの多層膜
（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層・を成長させ
る。

【００７６】（ｎ型ガイド層１０５）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１０５を０．１５μｍ
の膜厚で成長させる。このｎ型ガイド層１０５は、ｎ型
不純物をドープしてもよい。

【００７７】（活性層１０６）次に、温度を９００℃に
し、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭ
Ｇ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５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＩｎ
_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜
厚、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_０．１３Ｇａ
_０．８７Ｎよりなる井戸層を４０Åの膜厚で、障壁層／
井戸層／障壁層／井戸層の順に積層し、最後に障壁層と
して、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドー
プのＩｎ_{０ ．０５}Ｇａ_０．９５Ｎを成長させる。活性層
１０６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）となる。

【００７８】（ｐ型電子閉じ込め層１０７）次に、活性
層と同じ温度で、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Ｃｐ_２Ｍｇ（シクロペン
タジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０^１９
／ｃｍ^３ドープしたＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなるｐ
型電子閉じ込め層１０７を１００Åの膜厚で成長させ
る。

【００７９】（ｐ型ガイド層１０８）次に、温度を１０
５０℃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１０８を
０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層
は、ｐ型不純物をドープしてもよい。

【００８０】（ｐ型クラッド層１０９）次に、１０５０
℃でアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５ＮよりなるＡ
層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃ
ｐ_２Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなるＢ層を２
５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚
０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１０９
を成長させる。ｐ型クラッド層は、ＧａＮとＡｌＧａＮ
とを積層した超格子構造とする。ｐ型クラッド層１０９
を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡ
ｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の
屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギー
が大きくなるので、しきい値を低下させる上で非常に有
効である。

【００８１】（ｐ型コンタクト層１１０）最後に、１０
５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アン
モニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ
^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１
０を１５０Åの膜厚で成長させる。反応終了後、反応容
器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃でアニ
ーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。

【００８２】アニーリング後、窒化物半導体を積層させ
たウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタ
クト層の表面にＳｉＯ_２よりなる保護膜を形成して、Ｒ
ＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ_４ガス
によりエッチングし、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタク
ト層１０２の表面を露出させる。

【００８３】次に、ＳｉＯ_２保護膜を形成し、ＲＩＥを
用いＣＦ_４ガスによりエッチングすることにより、スト
ライプ状の導波路領域としてリッジストライプを形成す
る。

【００８４】次にリッジストライプ形成後、Ｚｒ酸化物
（主としてＺｒＯ_２）よりなる絶縁保護膜を、エッチン
グにより露出したｐ型ガイド層１０８上に０．５μｍの
膜厚で形成する。

【００８５】ｐ型コンタクト層上にｐ型電極をＮｉとＡ
ｕより形成し、また、エッチングにより露出したｎ型コ
ンタクト層上にはＴｉとＡｌよりｎ型電極を形成する。
このｐ電極は、リッジ上にストライプ形成されており、
同じくストライプ形成されているｎ電極とは平行な方向
で形成する。

【００８６】次に、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２よりなる誘電体
多層膜・を設けた後、ｐ,ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ
（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなるパッ
ト電極をそれぞれ設けた。この時、共振器面（反射面
側）にもＳｉＯ_２とＴｉＯ_２よりなる誘電体多層膜が設
けられている。

【００８７】以上のようにして得られたレーザ素子は、
室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃｍ^２、５〜３０ｍ
Ｗの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振のレー
ザ素子が得られる。得られるレーザ素子の素子寿命は、
３０００〜１００００時間であった。

【００８８】

【発明の効果】本発明は、保護膜上部に限らず結晶欠陥
の転位を減少させた欠陥均一である結晶性のよい窒化物
半導体の成長方法を提供することができる。また、本発
明により得られた窒化物半導体を基板とし、素子構造を
成長させることにより、寿命特性等の素子性能が良好な
窒化物半導体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体の成
長方法により製造された窒化物半導体の構成を示す模式
断面図である。

【図２】本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体の成
長方法の流れを示す模式断面図である。

【図３】本発明に係る実施の形態２の窒化物半導体の成
長方法の流れを示す模式断面図である。

【図４】本発明に係る実施例５の窒化物半導体を基板と
するレーザ素子の構造を示す模式断面図である。

【図５】本発明に係る実施の形態３の窒化物半導体の成
長方法の流れを示す模式断面図である。

【図６】本発明に係る実施の形態１，３の窒化物半導体
の成長方法を応用して作製された窒化物半導体基板の模
式断面図である。

【符号の説明】

１・・・基板、 ２・・・第１の窒化物半導体、 ３・・・第１の保護膜、 ３ａ・・窓部、 ４・・・第２の窒化物半導体、 ４ａ・・凹部、 ４ｂ，６ｂ・・接合部、 ４ｃ・・凸部、 ５，５１・・・第２の保護膜、 ６，６０・・・第３の窒化物半導体、 ７・・・第４の窒化物半導体、 １０１・・・アンドープｎ型コンタクト層、 １０２・・・ｎ型コンタクト層、 １０３・・・クラック防止層、 １０４・・・ｎ型クラッド層、 １０５・・・ｎ型ガイド層、 １０６・・・活性層、 １０７・・・ｐ型電子閉じ込め層、 １０８・・・ｐ型ガイド層、 １０９・・・ｐ型クラッド層、 １１０・・・ｐ型コンタクト層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 剛 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化 学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA13 AA17 BA08 BA38 BB12 CA01 FA10 HA03 HA04 LA11 5F004 BD04 DB03 DB07 DB08 DB13 DB19 EB04 5F045 AA04 AB09 AB14 AC08 AC12 AC19 AD09 AD14 AF02 AF03 AF04 AF06 AF09 BB02 BB12 CA12 DA52 DB01 5F052 KA01 5F073 AA11 AA13 AA74 AA77 CA07 CB05 CB07 CB19 DA05 DA06 DA07

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、第１の窒化物半導体層を成長
   させる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期
   的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜
   を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、
   前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を
   核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の
   保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記第１の窓部
   から成長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜
   上で接合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第
   ２の窒化物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒
   化物半導体の成長方法において、 前記第２の窒化物半導体が接合された接合部とその両側
   に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体層を覆い
   かつ前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層
   を開口させる第２の窓部を有する第２の保護膜を形成す
   る第４の工程と、 前記第２の保護膜の第２の窓部により開口させた第２の
   窒化物半導体層をエッチングにより除去することによ
   り、第２の窒化物半導体層において凸部と凹部を形成す
   る第５の工程と、 前記第２の窒化物半導体層の凸部を核として第３の窒化
   物半導体を成長させる第６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】 前記第６の工程の前にさらに、前記第２
   の保護膜を除去する工程を含む請求項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及び第２の保護膜が、ストライ
   プ状、格子状又は島状のいずれかの形状でかつ一定周期
   で形成されている請求項１又は２に記載の窒化物半導体
   の成長方法。
4. 【請求項４】 前記第１の保護膜は、中央部ほど厚くな
   るようにその断面形状が階段状又は中央に向かって傾斜
   を有するように形成されている請求項１〜３のうちのい
   ずれか１つに記載の窒化物半導体の成長方法。
5. 【請求項５】 前記第１及び第２の保護膜が、酸化ケイ
   素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融点
   １２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る群
   から選択された少なくとも１種よりなることを特徴とす
   る請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の窒化物半
   導体の成長方法。
6. 【請求項６】 基板上に、第１の窒化物半導体層を成長
   させる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期
   的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜
   を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、
   前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を
   核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の
   保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成
   長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接
   合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒
   化物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半
   導体の成長方法において、 前記第２の窒化物半導体が接合された接合部とその両側
   に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体層を開口
   させる第２の窓部を有しかつ前記第１の窓部上に位置す
   る第２の窒化物半導体層を覆う第２の保護膜を形成する
   第４の工程と、 前記第２の保護膜を選択成長マスクとして、前記第２の
   窓部に露出した第２の窒化物半導体層上に第３の窒化物
   半導体を成長させる第５の工程と、 前記第２の保護膜を除去する第６の工程と、 前記第３の窒化物半導体を核として第４の窒化物半導体
   層を成長させる第７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。
7. 【請求項７】 前記第１及び第２の保護膜が、ストライ
   プ状、格子状又は島状のいずれかの形状でかつ一定周期
   で形成されている請求項６に記載の窒化物半導体の成長
   方法。
8. 【請求項８】 基板上に、第１の窒化物半導体層を成長
   させる第１の工程と、前記第１の窒化物半導体層を周期
   的に露出させる複数の第１の窓部を有する第１の保護膜
   を前記第１の窒化物半導体上に形成する第２の工程と、
   前記第１の窓部により露出された第１の窒化物半導体を
   核として第２の窒化物半導体を前記窓部から前記第１の
   保護膜上を横方向に成長させ、隣接する前記窓部から成
   長された第２の窒化物半導体を前記第１の保護膜上で接
   合させることにより、前記第１の保護膜を覆う第２の窒
   化物半導体層を形成する第３の工程とを有する窒化物半
   導体の成長方法において、 前記第２の窒化物半導体が接合された接合部及びその近
   傍と前記第１の窓部上に位置する第２の窒化物半導体層
   とを開口させる第２の窓部を有し、前記接合部近傍の両
   側に横方向に成長されてなる第２の窒化物半導体層を覆
   う第２の保護膜を形成する第４の工程と、 前記第２の保護膜の第２の窓部により開口させた第２の
   窒化物半導体層をエッチングにより除去することによ
   り、第２の窒化物半導体層において凸部と凹部を形成す
   る第５の工程と、 前記第２の窒化物半導体層の凸部を核として第３の窒化
   物半導体を成長させる第６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。
9. 【請求項９】 前記第６の工程の前にさらに、前記第２
   の保護膜を除去する工程を含む請求項８に記載の窒化物
   半導体の成長方法。
10. 【請求項１０】 前記第１及び第２の保護膜が、ストラ
    イプ状、格子状又は島状のいずれかの形状でかつ一定周
    期で形成されている請求項８又は９に記載の窒化物半導
    体の成長方法。
11. 【請求項１１】 前記第１の保護膜は、中央部ほど厚く
    なるようにその断面形状が階段状又は中央に向かって傾
    斜を有するように形成されている特徴とする請求項８〜
    １０のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体の成長
    方法。
12. 【請求項１２】 前記第１及び第２の保護膜が、酸化ケ
    イ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、融
    点１２００℃以上の金属、及びこれらの多層膜から成る
    群から選択された少なくとも１種よりなることを特徴と
    する請求項８〜１１のうちのいずれか１つに記載の窒化
    物半導体の成長方法。
13. 【請求項１３】 窒化物半導体からなる核部から成長さ
    れた窒化物半導体からなる成長層とを有してなり、互い
    に対向する２つの主面を有する窒化物半導体基板であっ
    て、 前記核部は前記２つの主面の一方の面に周期的に配置さ
    れ、かつその隣接する核部の間に窪みが形成されている
    ことを特徴とする窒化物半導体基板。
14. 【請求項１４】 窒化物半導体からなる核部から成長さ
    れた窒化物半導体からなる成長層とを有してなり、互い
    に対向する２つの主面を有する窒化物半導体基板であっ
    て、 前記核部は前記２つの主面のうちの一方の面の内側に周
    期的に配置され、かつその隣接する核部の間に空洞が形
    成されており、 前記一方の主面は、前記核部の一端を互いに連続的に繋
    げる窒化物半導体の表面により構成されていることを特
    徴とする窒化物半導体基板。
15. 【請求項１５】 前記一方の主面である窒化物半導体の
    表面にさらに、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、
    酸化ジルコニウム、融点１２００℃以上の金属、及びこ
    れらの多層膜から成る群から選択された少なくとも１種
    よりなる層が周期的に配列されてなる請求項１４記載の
    窒化物半導体基板。