(57)【要約】【課題】良好な特性の半導体素子を提供すること。【解決手段】本発明の実施形態にかかる半導体素子は、ＡｌＮ基板、またはＳｉＣ基板上に形成されたＡｌＮ、またはＧａＮ基板上に形成されたＡｌＮ上に、少なくともＡｌＮに対して臨界膜厚以下の厚さのＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）または、少なくともＡｌＮに対して臨界膜厚以下の厚さのＳｉＣのいずれかからなる電子走行層と、ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１）ゲートとを有することを特徴とする。【選択図】図１０
2010199620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＮ基板、またはＳｉＣ基板上に形成されたＡｌＮ、またはＧａＮ基板上に形成されたＡｌＮ上に、少なくとも前記ＡｌＮに対して臨界膜厚以下の厚さのＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）または、少なくとも前記ＡｌＮに対して臨界膜厚以下の厚さのＳｉＣのいずれかからなる電子走行層と、ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１）ゲートとを有することを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザなどの半導体素子に関し、特に基板と結晶の格子定数、屈折率等の特性が大幅に異なる材料を発光層や能動領域に用いた半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系のデバイスではＧａＮの良質な基板が得られていないために格子不整の大きいサファイア、ＳｉＣ、スピネル、Ｓｉ等の基板が試みられている。このうち、サファイアを用いたものではレーザの数千時間の信頼性が確認されるなど、もっとも有望と考えられている。しかしＧａＮ／サファイア系の光半導体デバイスでは、結晶の構造が異なるために良質な結晶を成長することが難しく、低温でＧａＮバッファー層を成長した後に温度を上げて結晶化してその後デバイス構造を作成するといったことが行われている。しかしこの方法でも良質な結晶を成長することが難い。このためバッファー層を形成後、開口率の低い窓を開けた選択成長マスクを形成し、この窓を出発点として選択成長マスク上にＡｌＧａＮ層をラテラルエピタキシする方法も試みられている。この方法だと、ラテラルエピタキシを行った層の一部で転位密度を容易にさげることができるので、その上にレーザの活性層を形成すると、活性層内の転位密度を下げ発光効率を高めることが出来る。しかしこの方法は複雑であり、大面積化は難しい。また発光効率を上げるためには活性領域中にＩｎ組成の高いＧａＩｎＮを形成することや量子ドットを形成することが重要との考え方がある。このために活性層を形成する前に、格子定数が大きく異なる層を形成して島状構造を形成しこの凸凹の上に活性層を形成して量子ドットを形成しレーザの特性を上げようという試みがなされている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１５０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、良好な特性の半導体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体素子は、ＡｌＮ基板、またはＳｉＣ基板上に形成されたＡｌＮ、またはＧａＮ基板上に形成されたＡｌＮ上に、少なくとも前記ＡｌＮに対して臨界膜厚以下の厚さのＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）または、少なくとも前記ＡｌＮに対して臨界膜厚以下の厚さのＳｉＣのいずれかからなる電子走行層と、ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１）ゲートとを有することを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明の半導体素子においては、活性領域あるいは能動領域全体は略同一の平面内に形成されている。ここで略同一面内とは、平面の荒れが、研磨法により形成されたいわゆる傾斜基板の数倍以内で結晶学的特異面から同一方向に傾斜しているあることとする。さらに、基板と基板直上の層がなす界面と、この界面と平行でない界面とのなす平均の角度をｑ１とするならば、直径数十ｎｍ以下のごく小領域での面荒れを除き、面荒れが、ｑ１に対して数分の一以下である。平均の面方位に対して数十ｎｍ以内の凹凸を含むものとする。
【０００７】
光半導体素子の場合にはこの段差は、活性層の厚さに対して半分以下であることが望ましい。電子デバイスにおいては、能動領域（電界効果デバイスにおいてはキャリア走行層、ヘテロバイポーラドランジスターにおいてはベースのコレクターとエミッターとの接合領域）の厚さの数分の一以下であることが望ましい。
【０００８】
活性層あるいは能動領域のヘテロ界面が結晶の特異面から傾斜している場合には、この傾斜に伴い、段差の下限が一原子層あるいはその数倍となることは言うまでもない。結晶の特異面を利用する場合には、段差の下限は特異面に自身の表面の凹凸よりも大きくなる。
【０００９】
本発明の半導体素子は、ＡｌＮまたはＧａＮのようなウルツァイト構造の結晶を用いてＧａＮまたはＡｌＮの(０  ０  ０  １)面より０．０５度以上角度の異なる面方位の基板上に形成されていてもよい。この中に２Ｈ−ＳｉＣを含む。特に基板がＡｌＮまたはＧａＮであり、（ｈ  ｍ  −ｈ−ｍ  n)（|ｎ／ｈ|または|ｎ／ｍ|の一方が３以上または１／３以下、ｎは０ではない、ｈとｍの一方は０でない、ｈ、ｍ、ｎは整数）面基板上に形成されていてもよい。この場合ｊｕｓｔ面だけではなく微傾斜した面でも良い。またＡｌＮ或いはＧａＮの代りに２Ｈ−ＳｉＣを用いてもよい。六方晶系のＳｉＣにおいて(０  ０  ０  １)面からのｏｆｆ角度が２Ｈ−ＳｉＣで上記面方位に相当する面方位の基板を用いてもよい。ＺｎＳｅ系の結晶の場合にも、活性層のヘテロ界面として（１  １  ｎ）（｜ｎ｜は３以上）の特異面あるいはその微傾斜面を利用する。
【００１０】
更に基板と光デバイスの発光層、電子デバイスの走行層（以下動作領域と呼ぶ）の格子常数が異なる場合基板の（ｈ  ｍ  −ｈ−ｍ  ｎ)（|ｎ／ｈ|または|ｎ／ｍ|の一方が３以上または１／３以下、ｎは０でない整数、ｈ、ｍは整数でありｈまたはｍの一方は０でない）面を利用しかつ基板と動作領域の間に量子井戸を設ける。
【００１１】
ＡｌＮ上またはＳｉＣ上またはＧａＮ上に設けた厚さ２μｍ以上のＡｌＮ上に、ＡｌＮにたいして臨界膜厚以下でＧａｘＩｎｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ<１、０≦ｙ≦１、０≦1−ｘ−ｙ≦１）またはＳｉＣまたはこの組み合わせで電子走行層を設け、ゲートとしてＡｌｐＧａｑＩｎ１−ｐ−ｑＮ（０≦ｐ<１、０≦ｑ≦１、０≦１−ｐ−ｑ≦１）を設けて電界効果デバイスを形成する。
【００１２】
また、本発明ではデバイス領域が同一面内に形成されているので、デバイスのサイズ内で結晶の特製が均一である。このため、光デバイスの発光効率、波長、電子デバイスの動作電圧、増幅率等が素子内で一様であり、高性能な素子を得ることができる。
【００１３】
一般に結晶成長を行っても研磨を行ってもウェハー端数ｍｍは均一にプロセスを行うことは難しい。このため実際のウェハープロセスでは、両端の数ｍｍを除いて、チップが取れる。面積は自乗で効くので、ウェハーの一辺の半分以上がチップの取れない領域となると急激に歩留まりが低下する。このため、ウェハーの最低サイズは１ｃｍ程度となる。この時ウェハー全体に数度の傾斜角をつけようとするとウェハーの両端で数百μｍ程度の段差となる。後に本実施形態の原理のとして記載したように数百μｍ以上のバッファー層を形成した後に研磨を行うと実効的なウェハーサイズで、基板とバッファー層の界面に対して、傾斜面を形成することが出来、更に引き続き活性領域を形成することが出来る。
【００１４】
基板上にあるいは基板上に形成したバッファー層上に動作領域の周囲で被服率を変えて選択成長膜を形成した後に選択成長を行うと、被服率の高い側での厚さが厚くなる。この差を利用して傾斜面を形成することが出来る。マスクに周期構造を導入することでウェハー全体で傾斜面を周期的に形成することが出来る。更にこのまま動作領域を形成すれば、傾斜面上に動作領域が形成でき後に本実施形態の原理である半導体素子を実現できる。更に傾斜面形成後に選択成長マスクを除去し、動作領域の層を形成すれば選択成長膜が除かれて成長速度が略均一になっているので均一な厚さむらの少ない動作領域層を実現できより高性能な本発明の半導体素子を実現できる。
【００１５】
本発明の半導体素子は、ＡｌＮまたはＧａＮ或いは２Ｈ−ＳｉＣのようなウルツァイト構造の結晶を用いてＧａＮまたはＡｌＮまたは２Ｈ−ＳｉＣの(０  ０  ０  １)面より０．５度以上角度の異なる面方位の基板上に形成されていてもよい。ＧａＮの場合、ｏｆｆ角度が０．５度以上となると発光効率が急激に改善された。ＡｌＮの場合、ｏｆｆ角度が０．５度以上でＡＦＭで観察した表面のステップが一方向にそろうようになった。２Ｈ−ＳｉＣの場合はｏｆｆ角度が０．５度以上でスッテプの形状が平坦になり、その上にＡｌＧａＮ系材料を堆積すると其の平坦性が向上できる。またデバイスの動作領域を（ｈ  ｍ  −ｈ−ｍ  ｎ) （|ｈ／ｎ|または|ｍ／ｎ|の一方が３以上または１／３以下、ｎは０ではない、ｈ、ｍは整数、ｈ、ｍの一方は０出ない）の特異面あるいはその微傾斜面基板上に形成すると、方向のそろったステップが多数形成されるので、結晶成長中のステップフローに必要な距離を小さくできかつそのばらつきを小さく出来るのでるので平坦性を向上することができる。特にＳｉＣの結晶を基板に用いた場合には(０  ０  ０  １)面から傾ける角度を２ＨのＳｉＣで考えて上記指数面が出る方向に傾けるとその上に形成されるウルツァイト或いはウルザイト類似の結晶は上記指数面或いは上記指数面に傾いた傾斜面で成長する。特開平９−１８０９９８においては、４Ｈ或いは６ＨのＳｉＣに置いて、ＳｉＣ基板がＣ軸からなす角度が０度と５３度の間にあるとＳｉＣ上に形成するＡｌＧａＮとの熱膨張係数の整合により良質な結晶が得られることが述べられている。しかし、他の結晶構造のＳｉＣでも４Ｈ或いは６ＨのウェハーでＣ軸からのｏｆｆ角度が５３度以上であっても、本発明の条件を満たしている場合には、良質な結晶が得られた。
【００１６】
更にウルツァイト型の結晶では転移の伝播が容易な方向がＣ軸方向なので、ヘテロ接合を形成した場合に転移が結晶成長から垂直ではなくなる。このため、転移が（ｈ  ｍ  −ｈ−ｍ  ｎ)（|ｎ／ｈ|または|ｎ／ｍ|の一方が３以上または１／３以下、ｎは０ではない、ｈまたはｍの一方は０でない、ｈ 、ｍ 、ｎ−は整数） 面内を伝播するようになる。すなわち、サファイア基板上にウルザイトバッファー層を形成し、エッチングあるいは研磨あるいは選択成長によって、ＧａＮバッファー層の表面をサファイア基板表面に対して略平行な(０  ０  ０  １)面から傾けた場合、転移がバッファー層の成長面から垂直ではなくなるので、バッファー層の上側のヘテロ接合界面において、転位の方向が変わりやすくなり、転移が（ｈ  ｍ  −ｈ−ｍ  ｎ) （|ｎ／ｈ|または|ｎ／ｍ|の一方が３以上または１／３以下、ｎは０ではない、ｈまたはｍの一方は０でない、ｈ 、ｍ 、ｎ−は整数） 面内を伝播するようになる。このため多数のヘテロ接合の上に活性領域を形成すると転位が成長方向からずれるようになり低転位領域に活性層が形成できデバイスの信頼性を向上することが出来る。
【００１７】
また活性領域が特異面から微傾斜している場合を含み、本発明の半導体素子では、デバイスが結晶の概略平坦面上に形成されている。このため、方向の決まった均一に高密度なステップのある領域で結晶成長がすすむ。このため、結晶の成長方向が一方向に均一にすすみ、Ｉｎ組成、不純物濃度等が均一に制御できる。
【００１８】
ＡｌＮの熱伝導率はＧａＮの２倍程度有る。サファイアに対しては、５倍程度ある。このためＡｌＮを基板として用いると動作領域の熱抵抗が大幅に低下し温度特性を向上することができる。基板としてＳｉＣを用いると更に熱伝導率は１．５倍以上となるがＧａＮと比べてバンドギャップが小さいために絶縁性を維持することができない。ＳｉＣ上にＡｌＮを２μｍ以上設けたところ、ＡｌＮ／ＳｉＣの基板側でのリーク電流はサファイア基板上にＧａＮのＨＥＭＴを形成した場合とほぼ同程度となった。ＧａＮ上にＡｌＮを厚さ２μｍ以上設けたところＡｌＮ／ＧａＮの基板側でのリーク電流が低下しピンチｏｆｆ特性が向上した。これは、ＡｌＮとＧａＮのいずれもが窒化物であり容易にＧａＮの良質な結晶が得られるからである。ＡｌＮ上またはＳｉＣ上に設けた厚さ２μｍ以上のＡｌＮ上に、ＡｌＮにたいして臨界膜厚以下でＧａＮまたはＧａＩｎＡｌＮまたはＳｉＣの走行層を設けたところゲートドレイン間の臨界電圧はほぼ一定であったが、走行層の厚さを、臨界膜厚以上としたところ、臨界電圧が急激に低下した。この時ＳｉＣを走行層とするとＡｌＮに対して臨界膜厚が大きく電子バリアを高く取れるのでゲインの大きな素子を得ることができた。またゲートとして基板のＡｌＮに対して臨界膜厚以下のＡｌＮまたはＡｌＧａＮを設けることで、基板と同様の高い絶縁性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、六方晶系の材料において、基板とエピタキシーで形成したデバイスの材料の特性、特に、格子定数差による結晶欠陥のデバイス領域中への進入を抑制することで光学的特性に優れた光半導体素子および電子デバイスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の原理１を説明するための半導体レーザの概略説明断面図。
【図２】本発明の実施形態の原理２を説明するための半導体レーザの概略説明断面図。
【図３】本発明の実施形態の原理２を説明するための半導体レーザの製造方法の概略説明断面図。
【図４】本発明の実施形態の原理３を説明するための半導体レーザの概略説明断面図。
【図５】本発明の実施形態の原理３を説明するための半導体レーザの製造方法の概略説明斜視図および上面図。
【図６】本発明の実施形態の原理３を説明するための半導体レーザの製造方法の概略説明斜視図および上面図。
【図７】本発明の実施形態の原理４を説明するための半導体レーザの概略説明断面図。
【図８】本発明の実施形態の原理４を説明するための半導体レーザの製造方法の概略説明断面図。
【図９】本発明の実施形態の原理５を説明するための半導体レーザの概略説明断面図。
【図１０】本発明の実施形態１に係る光半導体素子の概略説明断面図。
【図１１】本発明の実施形態２に係る電界効果トランジスターの概略説明断面図。
【図１２】本発明の実施形態３に係る電界効果トランジスターの概略説明断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。初めに、後述する本発明の実施形態におけるデバイスの構造の原理について説明する。
【００２２】
（原理１）
図１は、本発明の原理１に係る半導体レーザであり、サファイア基板上に形成された端面発光型の半導体レーザの活性層に対して光の導波方向に垂直な断面である。
【００２３】
図中の（１０１）−（１１４）はそれぞれ表面が(０  ０  ０  １)面であるサファイア基板(１０１)、ＧａＮ低温成長バッファー層(１０２)、ＧａＮ高温成長層(１０３)、斜め研磨面(１０４)、ＧａＮバッファー層(１０５)とＡｌＧａＮクラッド層(１０６)、ＧａＮ光ガイド層、Ｇａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷよりなる発光層、ＧａＮ光ガイド層、ＡｌＧａＮ電流ブロック層、ＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(１０７)、ＡｌＧａＮクラッド層(１０８)、ＧａＮコンタクト層(１０９)、活性領域を形成するメサ構造(１１０)、ＡｌＧａＮ埋込み層(１１１)、ｎ電極用コンタクト面(１１２)、ｎ電極(１１３)、ｐ電極(１１４)である。
【００２４】
このレーザは以下のような工程で作成した。まずサファイア基板(１０１)上にＭＯＣＶＤによる低温成長でＧａＮバッファー層(１０２)を形成した。この時、Ｇａの原料としてはＴＭＧまたはＴＥＧを用いることが出来た。窒素原料としては、アンモニアを用いた場合には、成長温度は４８０−５５０℃の間であればよく、モノメチルヒドラジンまたはジメチルヒドラジン或はこれらのメチル基のついたヒドラジンとアンモニアを用いた場合には３５０−５００℃の間であればよかった。ヒドラジンにメチル基のついた原料を用いて成長温度を下げた場合には、ＧａＮ低温成長バッファー層（１０２）が稠密で凹凸が小さくなり高温バッファー（１０３）層の特性を向上することが出来た。温度を１５００℃まで上げてＴＭＧとＮＨ３厚さを用いてＧａＮバッファー層の（１０３）を０．５−２ミクロン成長後、成長速度を上げて約２０ミクロン成長後ＧａＮの(１  −１  ０  ０)面方向に２度傾けて研磨を行って研磨面（１０４）を出した。次にＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧａＮ層（１０５）、ｎ−ＡｌＧａＮ層（１０６）、を成長した。その上部にＧａＮ光ガイド層、Ｇａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷよりなる発光層、ＧａＮ光ガイド層からなる活性層（１０７）を成長した。更にｐ−ＡｌＧａＮクラッド層（１０８）、ｐ−ＧａＮコンタクト層（１０９）を成長した。その後、ｐ−ＧａＮコンタクト層（１０９）上にＳｉＯ２とレジストを積層し通常のリソグラフィー法により(１  １  −２  ０)方向にストライプ構造のマスクを形成した。この後、このマスクを用いてｎ−ＡｌＧａＮ層（１０６）、ＧａＮ光ガイド層、Ｇａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷよりなる発光層、ＧａＮ光ガイド層からなる活性層（１０７）、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層（１０８）クラッド層（１０８）、ｐ−ＧａＮコンタクト層（１０９）をＥＣＲまたはＩＣＰエッチングによりメサ構造（１１０）にエッチングした。この時活性層（１０７）部分でのメサの幅は１，２μｍで上下の層よりも若干狭かった。この事は電流狭窄を行う上で重要となる。その後ｐ−ＡｌＧａＮ（１１１）でその両側を埋め込んだ。その後ｐ−ＡｌＧａＮ（１１１）を幅１００−２００μｍ程度残して外側をエッチングしてｎ−ＡｌＧａＮ層（１０６）途中までエッチングをした。ここでｎ−ＡｌＧａＮ層（１０６）の表面に選択成長マスクを形成してｐ−ＡｌＧａＮ（１１１）を同程度の幅で選択成長してｎ−ＡｌＧａＮ層（１０６）の表面を残してもよい。その後ＥＣＲエッチングによりｎ−ＡｌＧａＮ層（１０６）をエッチンしｎ−ＧａＮ（１０５）の表面（１１２）を出した。この時のエッチングの終点検出はエッチング中にＡｌの組成が急激に下がることをもって行った。その後ｎ−電極コンタクト面（１１２）上にｎ電極（１１３）、メサ構造のトップにｐ電極（１１４）を形成してレーザ構造を作成した。
【００２５】
この時ｎ−ＡｌＧａＮ層（１０６）、活性層（１０７）、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層（１０８）のなすヘテロ接合界面はサファイア基板（１０１）とＧａＮ低温成長バッファー層（１０２）のなす屈折率差の大きいヘテロ接合界面に対して２度の傾きを持っている。またｎ−ＡｌＧａＮ層（１０６）、活性層（１０７）、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層（１０８）のなすヘテロ接合界面とサファイア基板（１０１）とＧａＮ低温成長バッファー層（１０２）のなす屈折率差とＧａＮ低温成長バッファー層(１０２)のなす屈折率差の大きいヘテロ接合界面との距離は２０μｍ以上ある。さらに活性層（１０７）の幅は約１．２μｍと狭い。このため、活性層（１０７）からの光がサファイア基板（１０１）とＧａＮ低温成長バッファー層(１０２)のなすヘテロ接合界面で反射しても活性層に直接戻ることはなくレーザのモードが影響を受けることはなかった。
【００２６】
また、ＧａＮバッファ層（１０３）を成長し研磨面（１０４）を形成する際、以下の方法でも行った。原料にＣＨ２Ｃｌ２或はＧａＣｌ３あるいはＧａＣｌ５あるいはＨＣｌを加えて、成長速度６０μｍ／ｈで約３００μｍのＧａＮ層（１０３）を成長した。このあとＧａＮの(１  −１  ０  ０)面方向に３度傾けて、この表面を研磨して研磨面を形成した。この時燐酸系エッチャントの中でメカノケミカルなエッチングを行うことで、ダメージの少ない鏡面を得ることが出来た。この場合にはＧａＮ層（１０３）を３００μｍ近く研磨できるので３度の傾きを１ｃｍの幅のウェハー全体に形成することが出来た。
【００２７】
（原理２）
図２は、本発明の原理２に係る端面発光半導体素子であり、サファイア基板上に形成されたリッジ型の端面発光半導体素子の活性層の光の導派方向に垂直な断面である。
【００２８】
図中の（２０１）−（２１６）はそれぞれ表面が(０  ０  ０  １)面であるサファイア基板（２０１）、ＧａＮ低温成長バッファー層（２０２）、ＧａＮ高温成長層（２０３）、エッチングにより形成した斜面（２０４）、ｎ−ＧａＮバッファー層(２０５)とｎ−ＡｌＧａＮｎ−クラッド層(２０６)、ＧａＮ光ガイド層とＧａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷ発光層とＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ電流ブロック層とＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(２０７)、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層(２０８)、ｐ−ＧａＮコンタクト層(２０９)、電流狭窄のメサ構造(２１０)、パッシベーション膜(２１１)、ｐ電極(２１２)、ｎ電極(２１３)、エッチング時に形成されるひさし(２１４)、エッチング時のひさしを除去したときのエッチング面(２１５)、素子分離のためのメサ構造(２１６)である。
【００２９】
図３は図２の原理２の光半導体素子作成工程図であり、以下図３を参照しながら作成方法について説明する。
【００３０】
まずサファイア基板（２０１）上にＭＯＣＶＤによる低温成長でＧａＮバッファー層(２０２)を形成した。次に、温度を１０５０℃まで上げてＴＭＧとＮＨを用いてＧａＮバッファー層（２０３）を８μｍ成長した。次に選択エッチングマスク（３０１）を幅２５０μｍ間隔５０μｍで形成した（図３ａ）。次にＩＣＰまたはＥＣＲ法でエネルギーの高い状態で選択エッチングを行いエッチング面（２０４）とひさし(２１４)を形成した（図３ｂ）。この時ビームの結晶表面に対する角度は任意の角度を選ぶことが出来るが、この原理２に係る半導体レーザでは、(１  −１  ０  ０)方向に選択エッチングマスク(３０１)のストライプをもうけ、この垂直方向からエッチングビームを入射し、基板表面にたいしては、(０  ０  ０  １)面から(１  １  −２  ０)面の方向に約１９．５度傾けた。この時ビームの入射方向はストライプ方向に傾いていても、ビームのストライプに対して垂直成分がこの条件を満たしていれば、略同様なエッチングが出来、ストライプ方向の成分があるぶんより滑らかなエッチングが出来る。以上のような方法で、選択エッチングマスク(３０１)のスペース部分に所定(２０４)の斜面が形成される。斜面の傾きの均一性のためには選択成長マスクのスペース部分の幅は略１０ミクロン以上必要である。一方エッチングがサファイア基板に到達すると後の段階での成長が不均一になりがちである。このため、エッチングの深さよりもＧａＮバッファー層(２０３)の厚さが厚い方が望ましい。ところで、ＧａＮバッファー層は１０μｍ程度以下（この程度の桁）であることが望ましい。このため、マスクのスペース部分の幅は１ｍｍ以下であることが望ましい。ただし最大値に関してはこの制限は緩い。エッチングを行うと選択エッチングマスク(３０１)の下までエッチングされるが、この幅は傾斜面(２０４)の幅と略一致する。このため選択エッチングマスク(３０１)の幅はスペースの幅よりも必ず広くなる。傾斜面(２０４)形成後、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮバッファー層(２０５)とＡｌＧａＮクラッド層(２０６)、ＧａＮ光ガイド層とＧａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷ発光層とＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ電流ブロック層とＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(２０７)、ＡｌＧａＮクラッド層(２０８)、ＧａＮコンタクト層(２０９)を順次形成した（図３ｃ）。次に傾斜面(２０４)に形成した結晶欠陥の少ない部分を除き、リソグラフィー法によりＡｌＧａＮクラッド層(２０６)、ＧａＮ光ガイド層とＧａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷ発光層とＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ電流ブロック層とＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(２０７)、ＡｌＧａＮクラッド層(２０８)、ＧａＮコンタクト層(２０９)さらにＧａＮバッファー層(２０５)の途中まで除去した。さらに通常のパターニング法によ傾斜面(２０４)上に傾斜方向と垂直な方向に幅２μｍのストライプ構造(２１０)を残すように、ＧａＮコンタクト層(２０９)とＡｌＧａＮクラッド層(２０８)の一部分までをエッチングで除去した（図３ｄ）。その後、絶縁膜(２１１)、 ｐ電極(２１２)、ｎ電極(１１３)、を形成した(図３ｅ)。
【００３１】
原理２に係る半導体レーザのようなリッジ構造のレーザでは電流狭窄のためのストライプ構造(２１０)よりも活性層(２０７)内での電流広がりが大きくなり、発光領域が数μｍ広がる。しかし、原理２においては、基板（２０１）とＧａＮバッファー層（２０２）のなす界面と、ｎ−ＡｌＧａＮ層（１０６）とＧａＮ光ガイド層、Ｇａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷよりなる発光層、ＧａＮ光ガイド層からなる活性層（１０７）とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層（１０８）の３層のなす界面とが略２０度の傾きを有しかつＧａＮバッファー層(２０３)を８μｍはやしている。このため基板（２０１）とＧａＮバッファー層（２０２）のなす界面での反射光は発光した領域から６μｍ以上ずれた場所に反射してくるので、活性層発光領域に戻らず、光学的な乱れの原因とならなかった。
【００３２】
原理２のレーザ場合、(０  ０  ０  １)面上に成長した類似の構造のレーザと比べて、光出力が２倍以上あった。これは傾斜面の傾きが(０  ０  ０  １)面から略２０度であり、概略(１  １  ４)面と一致しているため、ＡｌＧａＮクラッド層(２０８)にＭｇをドーピングした場合、飽和Ｍｇ濃度、飽和キャリア濃度がともにが(０  ０  １)面上に比べて略４０％あがることによる。
【００３３】
原理２のうち図２（ｂ)のように形成したものでは、特に歩留りを上げることが出来た。これは、これは図２（ａ）の場合と比べて凹凸が小さいので（２０５）−（２０９）の層を成長する際に均一に成長しやすいとともに、エッチングしたときに残ったひさし(２１４)がプロセス中に折れて残さが出ることが少ないことによる。
【００３４】
（原理３）
図４は、本発明の原理３に係る端面発光半導体素子であり、サファイア基板上に形成された埋め込み型の端面発光半導体素子の活性層の光の導派方向に垂直な断面である。
【００３５】
図中の（４０１）−（４１２）はそれぞれ表面が(０  ０  ０  １)面であるサファイア基板(４０１)、ＧａＮ低温成長バッファー層と高温バッファー層よりなる第一バッファー層(４０２)、選択成長により形成されたｎ−ＧａＮ第二バッファー層(４０３)、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド(４０４)、ＧａＮ光ガイド層とＧａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷ発光層とＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ電流ブロック層とＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(４０５)、ｐ-ＡｌＧａＮクラッド層(４０６)、ｐ-ＧａＮコンタクト層(４０７)、電流狭窄のメサ構造(４０８)、ＡｌＧａＮ埋込み層(４０９)、エッチング面（４１０)、ｎ電極(４１１)、ｐ電極(４１２)である。
【００３６】
図５、６は図４の原理３に係るの光半導体素子作成工程図であり、以下図５、６を参照しながら作成方法について説明する。
【００３７】
まずサファイア基板(４０１)上にＭＯＣＶＤにより４８０℃で４５ｎｍ、１０８０℃で６μｍ成長したＧａＮ第一バッファー層(４０２)を形成した。次に左から１０μｍのＳｉＯ２マスク(５０１)、３０μｍのスペース、２００μｍのマスク(５０２)、５０μｍのスペースの計３００μｍのパターンを繰り返し形成した。この後ＧａＮ第二バッファー層(４０３)、ＡｌＧａＮクラッド(４０４)、ＧａＮ光ガイド層とＧａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷ発光層とＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ電流ブロック層とＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(４０５)、ＡｌＧａＮクラッド層(４０６)、ＧａＮコンタクト層(４０７)を選択成長した。ここに図５（ａ）は選択成長の鳥瞰図、図５（ｂ）は選択成長マスクパターンの上面図である。次に、ＳｉＯ２(５０６)を１．５μｍ幅でパターニングして、このＳｉＯ２（５０６）をマスクにして電流狭窄のメサ構造(４０８)を形成した（図６（ａ）)。次にメサ構造(４０８)をＡｌＧａＮ埋込み層(４０９)で埋め込んだ(図６（ｂ）)。その後エッチングによりＡｌＧａＮ埋込み層(４０９)とＧａＮ第二バッファー層(４０３)一部分までをエッチングしてＧａＮ第二バッファー層(４０５)上にｎ電極(４１１)を形成した。またＳｉＯ２（５０６）を除去した後にｐ電極(４１２)を形成した(図６（ｃ）)。
【００３８】
（原理４）
図７は、本発明の原理４に係る光半導体素子であり、ＳｉＣ基板上に形成された導波方向が基板と傾斜した方向となる光半導体素子を示す。
【００３９】
図中の（７０１）−（７１３）はそれぞれ表面が(０  ０  ０  １)面であるｐ−ＳｉＣ基板(７０１)、ｐ−ＧａＮバッファー層(７０２)、ｐ-ＧａＮ層とｐ-ＧａＡｌＮ層よりなるクラッド層（７０３）、ＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ電流ブロック層とＧａＮ光ガイド層とＧａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷ発光層とＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(７０４)、活性層(７０４)の中のＧａＮ光ガイド層に形成された回折格子（７０５）、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層(７０６)、ｎ−ＧａＮコンタクト層(７０７)、ｎ電極(７０８)、ｐ電極(７０９)、共振器の端面（７１０）および（７１１）、ＡＲコート膜(７１２)、ＨＲコート膜(７１３)である。
【００４０】
図８は図７の原理４に係る光半導体素子作成工程図であり、以下図８を参照しながら作成方法について説明する。
【００４１】
まずＳｉＣ基板(７０１)上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮバッファー層(７０２)を形成した。次に図８（ａ）に示すような、空隙の太い部分と狭い部分の繰り返しパターンを持つＳｉＯ２選択成長マスク(８０１)を形成した。ここで、空隙の狭い部分は５０μｍ、太い部分は３００μｍとし、マスク全体の幅は６００μｍとした。太い部分と狭い部分の繰り返しピッチは１ｍｍとした。次にＧａＮ層とＧａＡｌＮ層よりなるクラッド層（７０３）、ＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ電流ブロック層とＧａＮ光ガイド層とＧａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷ発光層とＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(７０４)をＭＯＣＶＤによる選択成で形成し、活性層(７０４)の中のＧａＮ光ガイド層上に回折格子（７０５）を形成した。この時のストライプ方向の断面ＡＢを図８（ｂ）に示す。マスクの空隙の広い部分では成長速度が遅く狭い部分では速くなった。次にＭＯＣＶＤ法によりＡｌＧａＮクラッド層(７０６)とＧａＮコンタクト層(７０７)を成長した（図８（ｃ）)。其の後幅１μｍ 残してＧａＮコンタクト層(７０７)、ＡｌＧａＮクラッド層(７０６)、ＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ電流ブロック層とＧａＮ光ガイド層とＧａ１−ｘＩｎｘＮ／Ｇａ１−ｙＩｎｙＮのＭＱＷ発光層とＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(７０４)、およびＧａＮ層とＧａＡｌＮ層よりなるクラッド層（７０３）のうちのＧａＮ層の途中までエッチング除去して、メサ構造(８０２)を形成した。その後、メサの両側を、ＡｌＧａＮ層（８０３）で埋め込んだ。ｎ電極(７０８)とｐ電極(７０９)を形成した後、エッチングにより平坦部(８０４)を除去して同時にチップ端面(７１０)と(７１１)を形成した。その後ウェハーをバー状にしてＳｉＮでＡＲ膜（７１２）を形成した。其の後、端面（７１１）上にＳｉＮのパッシベーション膜をつけた上で酸化ハフニウムとＳｉＯ２のＨＲコート膜(７１３)を形成した。
【００４２】
原理４に係るレーザでは共振器の長手方向に基板(７０１)とＧａＮ−(７０２)のなす界面と活性層(７０４)周辺の界面が傾斜しているので基板(７０１)とＧａＮ−(７０２)のなす界面で反射した光はＡＲコート膜(７１２)を形成した端面(７１０)側に集中する。このため、レーザの出力を効率よく取り出すことができた。また原理４に係るレーザは基板としてｐタイプのＳｉＣを用いたので電極抵抗を減らすことができた。またｐ-ＡｌＧａＮを活性層形成前に形成できるのでｐ側を活性層上に形成した場合に比べて、より高濃度にＭｇを添加しても活性層中への拡散を抑制することができた。またメサ形成の際に結晶軸とメサ方向がほぼ平行なので対象性の良いメサ構造を形成でき、光のリークが少ないのでしきい値を下げることができた。
【００４３】
原理４に係るレーザでは回折格子を作製したが、特に回折格子で決まる共振器の波長を活性層の発光のピーク波長よりも数十ｍｅＶ長波長側に設定すると特にしきい値を下げることができた。これは活性層が結晶の特異面から傾斜しているために活性層内でＩｎ組成の高い部分が規則正しくできており、発光のピークよりも長波長側にキャリアの注入効率の高いエネルギー領域が形成されているためである。
【００４４】
原理４に係るレーザでは回折格子を作製し端面にはＡＲ、ＨＲコートを施したが、端面が共振器の方向と垂直になるように端面をエッチングあるいは研磨すれば、このような端面処理が無くともレーザ発振させることができる。
【００４５】
（原理５）
図９は、本発明の原理５に係る発光素子であり、サファイア基板上に形成された埋め込み型の発光素子を示す。
【００４６】
図中（９０１）−（９２０）はサファイア基板(９０１)、ＧａＮ低温バッファー層(９０２)、ＧａＮ高温バッファー層(９０３)、ＧａＮ第二バッファー層(９０４)、ＡｌＧａＮとＧａＩｎＮよりなるＭＱＷバッファー層(９０５)、ｎ−ＧａＮ第三バッファー層(９０６)、ｎ−ＧａＩｎＮ層(９０７)、ｎ−ＧａＮ層(９０８)、ｎ−ＧａＡｌＮ中間組成層(９０９)、ｎ−ＧａＡｌＮクラッド層(９１０)、ＧａＮ光ガイド層とＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮのＭＱＷ発光層とＧａＩｎＮ光ガイド層とＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(９１１)、ｐ−ＧａＮエッチストップ層(９１２)、ｐ-ＧａＡｌＮクラッド層(９１５)、ｐ-ＡｌＧａＮ中間組成層（９１６）、ｐ-ＧａＮコンタクト層(９１７)、パッシベーション膜(９１８)、ｎ−電極(９１９)、ｐ電極(９２０)、p-ＡｌＧａＮ埋込み層(９１３)、ｎ−ＧａＡｌＮ埋込み層(９１４)よりなる。
【００４７】
原理５に係る発光素子では、サファイア基板(９０１)上に、厚さ５０ｎｍのＧａＮ低温バッファー層(９０２)、厚さ３００μｍのＧａＮ高温バッファー層(９０３)を形成後、ＧａＮ高温バッファー層(９０３)を(１  −１  ０  ０)方向に２度傾けて研磨した。その後ＧａＮ第二バッファー層(９０４)、ＡｌＧａＮとＧａIｎＮよりなるＭＱＷバッファー層(９０５)、ＧａＮ第三バッファー層(９０６)、ＧａＩｎＮ層(９０７)、ＧａＮ層(９０８)、ＧａＡｌＮ中間組成層(９０９)、ＧａＡｌＮクラッド層(９１０)、ＧａＮ光ガイド層とＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮのＭＱＷ発光層とＧａＩｎＮ光ガイド層とＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(９１１)、ＧａＮエッチストップ層(９１２)、ＧａＩｎＮダミー層を形成した。この上にＳｉＮの選択成長マスクを幅１．５μｍで導波方向が基板と傾斜した方向となるように形成し、ＧａＡｌＮクラッド層(９１０)の一部、ＧａＮ光ガイド層とＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮのＭＱＷ発光層とＧａＩｎＮ光ガイド層とＧａＮ光ガイド層とＡｌＧａＮ光ガイド層よりなる活性層(９１１)、ＧａＮエッチストップ層(９１２)、ＧａＩｎＮダミー層をエッチングしてメサ構造を形成した。この後ｐ−ＡｌＧａＮ埋込み層(９１３)、ｎ−ＧａＡｌＮ埋込み層(９１４)を形成した。ＳｉＮ膜を除去した後燐酸系のエッチャントまたはドライエッチングでＧａＩｎＮダミー層を除去した。この後、ＧａＡｌＮクラッド層(９１５)、ＡｌＧａＮ中間組成層（９１６）、ＧａＮコンタクト層(９１７)をＭＯＣＶＤ法で形成した。この後、ＧａＮ層(９０８)の一部、ＧａＡｌＮ中間組成層(９０９)、ＧａＡｌＮクラッド層(９１０)、ＧａＡｌＮクラッド層(９１５)、ＡｌＧａＮ中間組成層（９１６）、ＧａＮコンタクト層(９１７)をエッチングしてＧａＮ層(９０８)の表面を出した。この後、パッシベーション膜（９１８)を形成するとともに、ｎ−電極(９１９)、ｐ電極(９２０)を形成した。
【００４８】
原理５に係る半導体レーザでは基板を研磨しているので、光の反射を抑制する効果に加えて、ウェハーの傾きが均一であり、活性層内のＩｎの組成、ｐクラッド層のＭｇ濃度が特に均一にでき、レーザのしきい値を下げることができた。また基板と活性層の間にＭＱＷを設けたので、転移がＭＱＷと平行に走り、ＭＱＷの上と下とで転移密度が略２桁違っていた。更に、ＧａＩｎＮ層(９０７)を設けたので、この上部と下部での格子定数差に伴う歪みを吸収し、内部に欠陥を生成することで活性層側に転移が生成するのを防ぐことができた。この効果は(０  ０  ０  １)面上でも同じように生じるが、本発明の場合(０  ０  ０  １)面から傾いているので、転移がＧａＩｎＮ内で成長せず、活性層側に大きな転移網として伝播することがより少なかった。このため、原理５に係る半導体レーザでは、基板側に設けたＧａＮとは大きく格子定数が異なるＡｌＧａＮを埋込み層に用いても基板と埋込み層との間での転位の発生が抑制され、埋め込みレーザ本来の性能が発揮でき、リッジ型のレーザに比べてしきい値を数分の一にすることができた。また原理５に係る半導体レーザでは電極抵抗を下げるためにＧａＮコンタクト層(９１７)とＡｌＧａＮクラッド層(９１５)の中間にＡｌ組成がその中間であるＡｌＧａＮ中間組成層(９１６)を設けた。このヘテロ界面は同時にＭｇの拡散防止の効果も有する。原理５の場合、Ｍｇのドーピング濃度、ｐ型キャリア濃度を上げやすいが、このため、不純物の拡散が突発的に起こることがある。ＡｌＧａＮ中間組成層（９１６）を導入することでこの影響を低減でき歩留まりを上げることができた。
【００４９】
以上に、本発明の実施形態のデバイスの構造の原理について説明した。次に、上述の各原理を踏まえて、本発明の実施形態について説明する。
【００５０】
（実施形態１）
図１０は本発明の実施形態１の半導体光素子に関わる概略説明図である。
【００５１】
ＳｉＣ基板（１１０１）はｐタイプの６Ｈ−ＳｉＣの(０  ０  ０  １)面から(１  １  −２  ０)方向に約８０度傾斜した基板であり、（１１０２）−（１１１２）はｐ−ＧａＮバッファー層(１１０２)、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子バッファー層(１１０３)、ｐ-ＧａＮバッファー層(１１０４)、ｐ-ＧａＩｎＮバッファー層(１１０５)、ｐ-ＧａＮコンタクト層(１１０６)、p−ＡｌＧａＮクラッド層(１１０７)、ＧａＮ／ＧａIｎＮの量子井戸発光層(１１０８)、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層(１１０９)、ｎ−ＧａＮコンタクト層(１１１０)、絶縁膜(１１１１)、ｎ−電極(１１１２)、ｐ電極(１１１３)である。
【００５２】
本実施形態の場合成長したＧａＮ等は(４  ４  −８  １)面で成長した。(０  ０  ０  １)面から(１  １  −２  ０)方向に約８０傾斜したＳｉＣ基板（１１０１）を用いたので、２ＨのＳｉＣでいうなら略(４  ４  −８  １)面と一致した面が出ている。ＳｉＣとＧａＮの格子定数差が小さいのでがＧａＮ(１１０２)が成長する際に基板と類似の面が形成されたからである。基板にＳｉＣを用いたので熱伝導率が高く温度特性が向上できた。特にｐ型になり易いＳｉＣ基板（１１０１）を用いることで電極抵抗を下げる事ができた。また基板（１１０１）の面方位が(４  ４  −８  １)であり、(１  １  −２  ４)の場合以上に転移が超格子に沿って方向を変える効率が高かったので活性層中の転位密度を下げることができた。また基板裏面から電極を取れるのでプロセスが容易であった。
【００５３】
本実施形態では６−ＨのＳｉＣを用いたが４−Ｈや２−Ｈ、１５Ｒ、３Ｃ等のＳｉＣを用いてよいことは言うまでもない。本実施形態ではＳｉＣを基板に用いたが(４  ４  −８  １)のＧａＮを基板に用いた場合、発光領域まですべて窒化物で良好な結晶が形成でき、発光効率の高い素子が得られた。またＧａＮがウルツァイト構造で(４  ４  −８  １)面の結晶に対して縦横ともに完全に結晶格子が基板上にエピタキシーする層と一致するので良質な結晶が成長できることにもよる。また本実施形態では(０  ０  ０  １)面から約８０度傾けたが２−ＨのＳｉＣに換算しての(ｈ  ｍ  −ｈ−ｍ  ｎ)（|ｎ／ｈ|または|ｎ／ｍ |の一方が３ 以上または１／３以下、ｎは０ではない）の指数付けが行われる面方位のＳｉＣあるいは当該指数のＧａＮを用いればいずれの方向でも本発明を適用することが出来る。本実施形態では基板にｐタイプのものを用いたが、ｎタイプのものを用いて上下反対方向に電流を流してもよいことは言うまでもない。
【００５４】
（実施形態２）
図１１は本発明の実施形態２の電界効果型トランジスターに関わる概略説明図である。
【００５５】
図中（１２０１）−（１２１０）はそれぞれＡｌＮ基板（１２０１）、ＧａＮ電子走行層（１２０２）、幅０．１μｍのＡｌＮゲート層（１２０３）、ＧａＮコンタクト層（１２０４）、Siのイオン注入により形成した高濃度のｎタイプのソース領域（１２０５）、イオン注入により形成した高濃度のｎタイプのドレイン領域（１２０６）、絶縁膜（１２０７）、ソース電極（１２０８）、ゲート電極（１２０９）、ドレイン電極（１２１０）である。
【００５６】
本実施例中のＧａＮ電子走行層（１２０２）はＡｌＮと略２％の格子歪みを有する。このためＧａＮの臨界膜厚は２〜３ｎｍであり本実施形態でもこれ以下の厚さにしないと急激にリーク電流の増加が認められた。ＧａＮとＡｌＮの場合電子障壁差の最も小さな方向でもＧａＡｓとＡｌＡｓの１．５倍程度ある。このため２次元電子ガスの密度は数桁大きくできる。本実施形態のＧａＮ電子走行層（１２０２）の厚さは通常のＨＥＭＴと比べて１桁程度小さいが、蓄積可能な２次元電子ガス密度が高いのでトータルのシート密度は１０１３ｃｍ−２以上の高い値が得られた。また、ＧａＮ走行層（１２０２）の厚さが薄く、ＡｌＮの耐圧が高いためにＡｌＮゲート層（１２０３）の厚さを数十ｎｍと薄くできたことも有り、大きなゲインを得ることができた。またＡｌＮ、ＧａＮの臨界電圧が高いことも有り、ｆｔが５０ＧＧＨｚと高速動作が可能であった。サファイア基板上に形成した場合と比べるとＡｌＮの誘電定数が大きいことおよびＧａＮが臨界膜厚以下と薄いことから電界の広がりが大きくサファイア基板上に同様のディメンジョンで形成した場合と比べて、ゲートドレイン間の電圧を３０％以上かけることができた。またＡｌＮの熱伝導率が高いためにサファイア基板を用いた場合と比べるとほぼ同様の構造の電界効果デバイスで動作電力を３倍以上とることができた。ゲート（１２０３）の一部分にＳｉをドーピングすると特に２次元電子ガスの密度を上げることができた。
【００５７】
（実施形態３）
図１２は本発明の実施形態３の電界効果型トランジスターに関わる概略説明図である。
【００５８】
図中（１３０１）−（１３１２）は、ＳｉＣ（０  ０  ０  １）面から（１  １  −２  ０）方向に略１０度傾いた基板（１３０１）、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子バッファー（１３０２）、ＡｌＮバッファー層（１３０３）、ＧａＮ電子走行層（１３０４）、高濃度のｎ型不純物を添加したＧａＩｎＮドレインコンタクト層（１３０５）、高濃度のｎ型不純物を添加したＧａＩｎＮソースコンタクト層（１３０６）、ＡｌＮゲート層（１３０７）、ＧａＩｎＮゲート制御層（１３０８）、絶縁膜（１３０９）、ドレイン電極（１３１０）、ゲート電極（１３１１）、ソース電極（１３１２）である。
【００５９】
本実施形態では（１  １  −２  −８）面のＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮが形成されたので、ｎ−タイプの不純物は取り込まれやすかったが、ｐタイプの不純物は入りにくく特に２次元電子ガスのm移動度を容易に上げることができた。またＳｉＣ基板を用いたことで熱伝導度が高く温度上昇が小さかったのでエレメントの高密度架が容易で素子のハイパワー化ができた。またＡｌＮバッファー層（１３０３）の厚さを２μｍ以上にした場合には、ゲートとドレイン間のリーク電流、素子間のクロストークともにＡｌＮ基板上に形成した場合と大きな差はなかった。本実施形態では電子走行層にＧａＮを用いているがＳｉＣを用いてもよく、この場合ＡｌＮとの格子定数差が小さいので電子走行層の厚さを１０−１５ｎｍ程度まで厚くすることができ、またＡｌＮとのヘテロバリアも高くなるので２次元電子ガスの密度で１０１４ｃｍ−２ときわめて高い値を実現できた。
【００６０】
以上に、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣの基板に関しては、バルク結晶でも、他の基板の上に堆積した後他の基板を剥離したものでもよい。また、厚さが十分有りその上に形成する素子に対して、バルクの性質を示せば他の基板の上に形成したもので良い。この場合の厚さは、数十μｍ 以上となる。また基板としてはＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）でもよく、この場合格子定数をＡｌＮとＧａＮとIｎＮの間の任意の値に設定できるのでデバイスに加わる歪みを低減することができる。また電気的にもコンタクト抵抗を下げる等のデバイス特性の向上を実現できる。
【００６１】
基板のｏｆｆ方向としては特定の特異面からのｏｆｆ角度のみならずｏｆｆの方向に関して特定の結晶軸に固定されるものではなく、種々の方向また結晶軸からわずかにずれた方向であってもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６２】
１０１、２０１、４０１、９０１・・・サファイア基板
１０２、２０２、９０２・・・ＧａＮ低温成長バッファー層
１０３、２０３、９０３・・・ＧａＮ高温成長層
１０４、２０４・・・斜め研磨面
１０５、２０５・・・ｎ−ＧａＮバッファー層
１０６、２０６、４０４、７０６、９１０・・・ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
１０７、２０７、４０５、７０４、９１１・・・活性層
１０８、２０８、４０６、９１５・・・ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
１０９、２０９、４０７、９１７・・・ｐ−ＧａＮコンタクト層
１１０・・・活性領域を形成するメサ構造
１１１、４０９・・・ＡｌＧａＮ埋込み層
１１２・・・ｎ電極用コンタクト面
１１３、２１３、４１１、７０８、９１９・・・ｎ電極
１１４、２１２、４１２、７０９、９２０・・・ｐ電極
２１０、４０８・・・電流狭窄のメサ構造
２１１、９１８・・・パッシベーション膜
２１４・・・ひさし
２１５、４１０・・・エッチング面
２１６・・・素子分離のためのメサ構造
３０１・・・エッチングマスク
４０２・・・第一バッファ層
４０３・・・ｎ−ＧａＮ第二バッファ層
５０１、５０２、５０６、８０１・・・ＳｉＯ２マスク
７０１・・・表面が(０  ０  ０  １)面であるｐ−ＳｉＣ基板
７０２・・・ｐ−ＧａＮバッファ層
７０３・・・ｐ−ＧａＮ層とｐ−ＧａＡｌＮ層からなるクラッド層
７０５・・・回折格子
７０６・・・ｎ−ＧａＮコンタクト層
７１０、７１１・・・共振器の端面
７１２・・・ＡＲコート膜
７１３・・・ＨＲコート膜
８０２・・・メサ構造
８０３・・・ＡｌＧａＮ層
８０４・・・平坦部
９０４・・・ＧａＮ第二バッファ層
９０５・・・ＭＱＷバッファ層
９０６・・・ｎ−ＧａＮ第三バッファ層
９０７・・・ｎ−ＧａＩｎＮ層
９１３・・・ｐ−ＡｌＧａＮ埋め込み層
９１４・・・ｎ−ＧａＡｌＮ埋め込み層
９０８・・・ｎ−ＧａＮ層
９０９・・・ｎ−ＧａＡｌＮ中間組成層
９１２・・・ｐ−ＧａＮエッチストップ層
９１６・・・ｐ−ＧａＡｌＮ中間組成層
１１０１・・・ＳｉＣ基板
１１０２・・・ｐ−ＧａＮバッファー層
１１０３・・・ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子バッファー層
１１０４・・・ｐ-ＧａＮバッファー層
１１０５・・・ｐ-ＧａＩｎＮバッファー層
１１０６・・・ｐ-ＧａＮコンタクト層
１１０７・・・p−ＡｌＧａＮクラッド層
１１０８・・・ＧａＮ／ＧａIｎＮの量子井戸発光層
１１０９・・・ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
１１１０・・・ｎ−ＧａＮコンタクト層
１１１１・・・絶縁膜
１１１２・・・ｎ−電極
１１１３・・・ｐ−電極
１２０１・・・ＡｌＮ基板
１２０２、１３０４・・・ＧａＮ電子走行層
１２０３、１３０７・・・ＡｌＮゲート層
１２０４・・・ＧａＮコンタクト層
１２０５・・・ｎ−ソース領域
１２０６・・・ｎ−ドレイン領域
１２０７、１３０９・・・絶縁膜
１２０８、１３１２・・・ソース電極
１２０９、１３１１・・・ゲート電極
１２１０、１３１０・・・ドレイン電極
１３０１・・・ＳｉＣ基板
１３０２・・・ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子バッファー
１３０３・・・ＡｌＮバッファー層
１３０５・・・ｎ−ＧａＩｎＮドレインコンタクト層
１３０６・・・ｎ−ＧａＩｎＮソースコンタクト層
１３０８・・・ＧａＩｎＮゲート制御層
【図１】
2010199620.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010199620.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010199620.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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