(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体と異なる材料から成る異種基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させ、
その後、前記第１の窒化物半導体層上に窓部を有する保護膜を形成し、
前記窓部より第２の窒化物半導体層を横方向に成長させ、且つ隣接する第２の窒化物半導体層同士が接合し合わない状態で成長を止め、
その後、前記保護膜を除去することにより、前記第１の窒化物半導体層が一部露出した露出部を形成すると共に、前記横方向成長した第２の窒化物半導体層下に空洞を形成し、
前記第１の窒化物半導体層の露出部及び前記第２の窒化物半導体層から第３の窒化物半導体層を成長させ、
前記第３の窒化物半導体層によって前記横方向成長した第２の窒化物半導体層と前記露出部の第１の窒化物半導体層とを接合して、基板表面を鏡面とすることを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記第３の窒化物半導体層を成長後、前記横方向成長した第２の窒化物半導体層の下方にも第３の窒化物半導体層が成長し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基板の製造方法。
【請求項３】
前記第２の窒化物半導体層の横方向成長後における隣同士の距離が１μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体基板の製造方法
【請求項４】
前記保護膜は、ストライプ状、格子状又は島状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記保護膜は、平面形状が多角形又は円形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記保護膜の平面形状が六角形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記保護膜の幅（Ｗｓ）と窓部の幅（Ｗｗ）との比Ｗｓ／Ｗｗが、１０００以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記保護膜は、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種よりなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記保護膜は第２の窒化物半導体層を成長後、第１の窒化物半導体層が露出するまでエッチング又は剥離することにより除去されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の窒化物半導体層の成長を止めた状態において、横方向成長した部分の第２の窒化物半導体層の形状はテーパー型、逆テーパー型、又は垂直型、多角形を有する台形型であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
前記請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法によって製造された窒化物半導体基板の上に、少なくともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が積層されていることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法によって製造された窒化物半導体基板の上に、少なくともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が積層され、さらに光導波路となるストライプ形状又はリッジ形状が形成されたことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を窒化物半導体素子に有する窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体基板を用いた半導体レーザは、ＤＶＤなど、大容量・高密度の情報記録・再生が可能なディスクシステムへの利用に対する要求が高まりを見せている。又、高輝度ＬＥＤや白色ＬＥＤ等への需要も大きいため、近年、このようなＬＥＤ及びＬＤ等に利用される窒化物半導体基板を、バルク状の単結晶で得る方法が種々検討されている。
しかしながら、単結晶を得るには高圧等のかなりの危険を伴う反応条件や高価な装置を必要とするわりに量産できるレベルではないため、実用化は難しく以下に示す異種基板上への窒化物半導体の成長方法が検討されている。
【０００３】
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、結晶欠陥が発生する。そのため、窒化物半導体を基板に対して横方向に成長させる方法を利用したＥＬＯＧ（Epitaxially Lateral OverGrowth GaN)成長法が報告されている。この方法によると、窒化物半導体が成長する領域において、発生した結晶欠陥は、保護膜の窓部より窒化物半導体の成長と共に縦方向にのみ進行するため、保護膜上に横方向成長した範囲の窒化物半導体は低欠陥の窒化物半導体を得ることができる。
【０００４】
例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．Ｌ３０９−Ｌ３１２には、サファイア基板上に成長させた窒化ガリウム上にＳｉＯ２等の保護膜を部分的に形成し、この上に窒化ガリウムを成長させることが開示されている。ＳｉＯ２の保護膜上には窒化ガリウムが直接成長しないため、保護膜のない部分から成長した窒化ガリウムの横方向への成長により保護膜上に低欠陥密度の窒化ガリウムを成長させることができる。
そのため、ＥＬＯＧ成長によれば、従来のバッファ層を用いて成長させた窒化物半導体に比べ、低欠陥領域の欠陥密度を２桁以上減少させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような方法では、部分的には貫通転位を減少させた低欠陥である窒化物半導体基板は得られるものの、保護膜上の窒化物半導体同士の接合部には種部から伝播した結晶欠陥よりも大きな結晶欠陥が発生するため、リーク及び静電破壊などの素子特性悪化が見られる。
また、ＳｉＯ２等の保護膜を有する窒化物半導体基板上への窒化物半導体素子の成長時に保護膜が分解する場合があり、分解したＳｉやＯ等が窒化物半導体素子を汚染し、結晶性を低下させる。
さらに、共振器面作成や、電極形成時に、エッチングガスや酸等のエッチャントとと反応し、チップ化した時の汚染源となり寿命特性を低下させる。
また、ＥＬＯ法では、大きな凹凸を有するため、デバイスとして作成することが困難である。
【０００６】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、異種基板への窒化物半導体の成長方法において、結晶性がよく、応力を緩和させ、基板の反りを抑制した窒化物半導体基板の成長方法と、窒化物半導体基板を有する半導体素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）窒化物半導体と異なる材料から成る異種基板上に、第１の窒化物半導体層を成長させ、その後、前記第１の窒化物半導体層上に窓部を有する保護膜を形成し、前記窓部より第２の窒化物半導体層を横方向に成長させ、且つ隣接する第２の窒化物半導体層同士が接合し合わない状態で成長を止め、その後、前記保護膜を除去することにより、前記第１の窒化物半導体層が一部露出した露出部を形成すると共に、前記横方向成長した第２の窒化物半導体層下に空洞を形成し、前記第１の窒化物半導体層の露出部及び前記第２の窒化物半導体層から第３の窒化物半導体層を成長させ、前記第３の窒化物半導体層によって前記横方向成長した第２の窒化物半導体層と前記露出部の第１の窒化物半導体層とを接合して基板表面を鏡面とすることを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
（２）前記第３の窒化物半導体層を成長後、前記横方向成長した第２の窒化物半導体層の下方にも第３の窒化物半導体層が成長していることを特徴とする（１）に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（３）前記第２の窒化物半導体層の横方向成長後における隣同士の距離が１μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の窒化物半導体基板の製造方法
（４）前記保護膜は、ストライプ状、格子状又は島状に形成されていることを特徴とする（１）〜（３）に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（５）前記保護膜は、平面形状が多角形又は円形であることを特徴とする（１）〜（４）に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（６）前記保護膜の平面形状が六角形であることを特徴とする（１）〜（５）に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（７）前記保護膜の幅（Ｗｓ）と窓部の幅（Ｗｗ）との比Ｗｓ／Ｗｗが、１０００以下であることを特徴とする（１）〜（６）に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（８）前記保護膜は、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種よりなることを特徴とする（１）〜（７）に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（９）前記保護膜は第２の窒化物半導体層を成長後、第１の窒化物半導体層が露出するまでエッチング又は剥離することにより除去されることを特徴とする（１）〜（８）に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（１０）前記第２の窒化物半導体層の成長を止めた状態において、横方向成長した部分の第２の窒化物半導体層の形状はテーパー型、逆テーパー型、又は垂直型、多角形を有する台形型であることを特徴とする（１）〜（９）に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（１１）（１）〜（１０）のいずれかに記載の方法で製造された窒化物半導体基板の上に、少なくともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が積層されていることを特徴とする窒化物半導体素子。
（１２）（１）〜（１０）のいずれかに記載の方法で製造された窒化物半導体基板の上に、少なくともｎ型窒化物半導体、活性層、及びｐ型窒化物半導体が積層され、さらに光導波路となるストライプ形状又はリッジ形状が形成されたことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【０００８】
つまり、本発明の方法は、窒化物半導体の横方向成長部分を保護膜上で接合させるのではなく、横方向成長した第２の窒化物半導体層と第１の窒化物半導体層の露出部とから成長させた第３の窒化物半導体層同士が接合し縦方向に成長するため、低欠陥部分を有する窒化物半導体であり、且つ横方向成長同士の接合部に発生する結晶欠陥及びうねりを無くすことができる。また、結晶方向と保護膜の辺方向とのオフ角の制約をなくすこともできる。ここで、うねりとは横方向成長した窒化物半導体同士が接合する時にできる段差等である。接合部の断面形状は高低差が生じるため段差となり、また平面形状はストライプ状ではなく波状となる。このうねり（段差）が大きいと窒化物半導体素子の形成にまで影響が引き継がれ窒化物半導体素子特性を低下させる。
【０００９】
また、本発明の方法は、保護膜を除去させることにより、後に窒化物半導体素子を成長させる工程においてＳｉＯ２等の保護膜が反応時に分解し、窒化物半導体を汚染し結晶性の低下、及びデバイスエッチャント汚染による寿命特性の劣化防止をすることができる。
さらに、保護膜を除去したことにより横方向成長した第２の窒化物半導体層下には空洞を有するため、第１の窒化物半導体層からの第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層への縦方向の転位伝播が抑制でき、且つ基板の反りを緩和することができる。
【００１０】
また、本発明の方法は、隣接する第２の窒化物半導体層の横方向成長部分同士の距離が１〜１０００μｍであるため第３の窒化物半導体層の成長より早く第２の窒化物半導体層同士が接合するのを防止することができる。前記第２の窒化物半導体層の横方向成長部分同士の距離とは第２の窒化物半導体層の柱部（縦方向成長領域）間の距離と言い換えることができ、この距離が上記範囲であれば、横方向成長部分にＬＤ素子を形成することが可能となる。また、ＬＤ素子を形成する場合、少なくともリッジ領域（つまり、導波路領域）が横方向成長部分に形成されていればよく、上記範囲は１００μｍあればよい。
【００１１】
また、保護膜の形状は上記に示すものとし、また、保護膜の幅（Ｗｓ）と窓部の幅（Ｗｗ）との比が上記範囲であると、保護膜上部に横方向成長による低欠陥な窒化物半導体を有し、かつ窓部からの欠陥転位を少なく抑えることができる。
【００１２】
また、保護膜を除去する方法には、ドライエッチング又はウェットエッチングを用いることができ、これらの方法は窒化物半導体の結晶性を低下させることなく、且つ窒化物半導体が露出するまで保護膜を除去する等の除去させる深さを容易かつ正確に制御することができる。この制御により、保護膜を１μｍ以下の膜厚で残すこともでき、さらには第２の窒化物半導体層の横方向成長下にも保護膜を残すことができる。これにより第３の窒化物半導体層を成長後、横方向成長した第２の窒化物半導体層下には保護膜及び空洞を有することもできる。
【００１３】
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。
さらに、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の光導波路を横方向成長させた第２の窒化物半導体層上に形成することにより寿命特性のいいレーザ素子を製造することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
本発明の窒化物半導体の成長方法の一実施の形態として、まず、第１の工程において、異種基板１上に第１の窒化物半導体層２を成長させ、その上に窓部を有する保護膜を形成し、第２の工程において、窓部より第２の窒化物半導体層を横方向に成長させ、横方向成長した第２の窒化物半導体層同士が接合し合わない状態で成長を止め、続いて第３の工程において、保護膜を除去し第１の窒化物半導体層を露出させ、横方向成長させた第２の窒化物半導体層下に空洞を有し、更に第４の工程において、第１の窒化物半導体層の露出部、及び第２の窒化物半導体層から第３の窒化物半導体層を成長させることにより、横方向成長させた第２の窒化物半導体層と露出した第１の窒化物半導体層とを接合させ、鏡面を有する窒化物半導体基板を成長させることができる。
【００１６】
以下に上記各工程ごとに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の窒化物半導体層２を成長させ、その上に窓部を有する保護膜３を形成する第１の工程を行った模式的断面図である。
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、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）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等が挙げられる。この異種基板は窒化物半導体素子形成の前後に除去してもよい。また、ＧａＮ等のバルク結晶を基板とすることもできる。
【００１７】
次に、異種基板１上にＭＯＣＶＤ法により、バッファー層（図示されていない。）を成長させる。このバッファー層には異種基板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効果がある。具体例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮが用いられ、成長温度は特に限定されないが、好ましくは３００℃以上９００℃以下である。
また、バッファー層の膜厚としては１０オングストローム〜０．５μｍの膜厚で成長される。尚、第１の窒化物半導体は、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。
【００１８】
次に、その上に成長させる第１の窒化物半導体層２としては、アンドープのＧａＮ、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、又はｐ型不純物をドープしたＧａＮ等を用いることができる。この第１の窒化物半導体層２は、前記バッファー層よりも高温で、９００℃〜１１００℃、好ましくは、１０５０℃程度で異種基板１上に成長させる。第１の窒化物半導体２の膜厚としては、特に限定されず、１〜３０μｍ、好ましくは２〜２０μｍである。
【００１９】
その後、第１の窒化物半導体層２の表面上に窓部を有する保護膜３を形成する。この保護膜３の形状としては、保護膜の窓部より窒化物半導体が横方向に成長し窒化物半導体の結晶欠陥を減少させる形状であればよくストライプ状、格子状、島状、及び平面形状が多角形や円形などがあり、六角形等の結晶成長が容易なパターンを用いることができる。
【００２０】
この保護膜３の材料としては、保護膜表面に窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有する材料を選択し、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）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を用いることができる。
【００２１】
保護膜３の幅としては５〜１０００μｍ、保護膜の窓部の幅としては１〜１０００μｍとし、保護膜の幅（Ｗｓ）と窓部の幅（Ｗｗ）との比Ｗｓ／Ｗｗとしては１０００以下とし、好ましくは０．００５〜１０００であり、より好ましくは０．０１〜５００、最も好ましくは１〜２０である。
【００２２】
また、保護膜の膜厚は、特に限定されず、保護膜上に窒化物半導体が横方向成長できる膜厚であればよい。そのため、好ましい膜厚は、０．１〜３μｍ、より好ましくは０．３〜１μｍである。
ここで、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。この保護膜３は所定形状のフォトレジストを形成することで、所定の領域に選択的に形成することができる。
【００２３】
上記に示す範囲で、保護膜３を形成すると、後の工程で最上面が鏡面である窒化物半導体基板を成長させることができる。
また、保護膜の膜厚により保護膜上に成長させる窒化物半導体の成長速度を制御することができる。
【００２４】
（第２の工程）
次に、図２に示すように保護膜３の窓部より、第２の窒化物半導体４を横方向に成長させ、隣接する第２の窒化物半導体同士が接合し合わない状態で成長を止める。
この第２の窒化物半導体４としては、例えば、アンドープＧａＮや、Ｓｉ等のｎ型不純物、又はｐ型不純物をドープしたＧａＮ、Ｍｇ等の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の膜厚としては、最上面が鏡面になれば特に限定されず１〜５０μｍ、好ましくは３〜２０μｍとする。
【００２５】
また、横方向成長部分の第２の窒化物半導体層同士の距離が１〜１０００μｍであれば、後の工程における窒化物半導体の成長で隣接する第２の窒化物半導体層同士が接合するのを防止することができる。
【００２６】
（第３の工程）
次に、図３に示すように第１の窒化物半導体層２が露出するように保護膜３を除去する。
この保護膜を残した状態で、後の工程において、レーザを形成するための窒化物半導体素子等を積層すれば、保護膜の分解による窒化物半導体の汚染、結晶性の低下が考えられるため、保護膜は完全に除去するのが最も好ましいが、例えば高温での耐久性があり分解等をせず、デバイス工程での汚染がないものについては多少残っていてもよい。
【００２７】
（第４の工程）
次に、図７に示すように第１の窒化物半導体層の露出部及び第２の窒化物半導体層から第３の窒化物半導体層を成長させることにより窒化物半導体基板を形成する。
第３の窒化物半導体層５は、第１の窒化物半導体層の露出部から成長した窒化物半導体と横方向成長部分の第２の窒化物半導体層４から成長した窒化物半導体とが接合することにより形成されている。つまり、隣接する第２の窒化物半導体層４同士が直接接合して成長したり、露出した第１の窒化物半導体層２から成長する第３の窒化物半導体層５同士が直接接合するのではなく、第３の窒化物半導体層５は第２の窒化物半導体層４から成長した窒化物半導体と第１の窒化物半導体層２から成長した窒化物半導体とが接合した後は、選択的に縦方向に成長することにより、第３の窒化物半導体層を鏡面を有する窒化物半導体基板として形成される。
また、第３の窒化物半導体層５を成長後に、第２の窒化物半導体層の横成長部分下には、空洞を有する形状であれば、基板の反りを緩和することができる。
【００２８】
第３の窒化物半導体層５としては、第１の窒化物半導体層２、及び第２の窒化物半導体層４と同様に特に限定されず、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって表すことができる。
【００２９】
また、第３の窒化物半導体５の膜厚は、５〜４０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍである。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素子を成長させることができる。
【００３０】
上記の工程により得られた第３の窒化物半導体５は、最上面が鏡面となり、且つ基板の反りを抑制した低欠陥部分を広範囲で有する窒化物半導体基板が得られる
【００３１】
本発明において、第１の窒化物半導体層２、第２の窒化物半導体層４、及び第３の窒化物半導体層５は、いずれも一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって表される組成を有する。但し、これらは互いに異なる組成であってもよく、アンドープ、ｎ型不純物ドープ、又はｐ型不純物をドープさせた窒化物半導体でもよい。ｎ型不純物をしては、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳ等であり、ｐ型不純物としてはＭｇ、Ｂｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ等が挙げられる。
【００３２】
本発明の窒化物半導体の成長方法において、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層、及び第３の窒化物半導体層等の窒化物半導体を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（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）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等の方法を適用できる。
【００３３】
また、保護膜を除去する場合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、平滑な面を形成するには、好ましくはドライエッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば等方性プラズマエッチング、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）等の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択することにより、窒化物半導体をエッチングすることができる。
【００３４】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれに限定されない。
［実施例１］
実施例１における各工程を図１〜７を用いて示す。また、実施例１はＭＯＣＶＤ法を用いたものであるが、窒化物半導体を成長させることができる方法であれば特に限定されない。
【００３５】
異種基板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よりなるバッファー層（図示されていない）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００３６】
バッファー層を成長後、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の窒化物半導体層２を２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００３７】
第１の窒化物半導体層２を成長後、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ＳｉＯ２よりなる保護膜３を０．４μｍの膜厚で形成させる。
【００３８】
その後、ウェーハを再度、ＭＯＣＶＤ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ＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４を２０μｍの膜厚で成長させる。
このとき、第２の窒化物半導体層４は保護膜３上に横方向成長させるものの、保護膜３上で第２の窒化物半導体層同士が接合しないように途中で成長を止める。保護膜３上に成長した第２の窒化物半導体層４間の距離は２０μｍである。
【００３９】
次に、ウェットエッチングにより保護膜３を完全に取り除き、第１の窒化物半導体層２を露出させる。
【００４０】
次に、保護膜３を除去後、ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、第２の窒化物半導体層４及び第１の窒化物半導体層２の露出部から第３の窒化物半導体５を成長させる。
この第３の窒化物半導体層５の膜厚は１５μｍである。
【００４１】
得られた第３の窒化物半導体層５の表面は鏡面となり、低欠陥部分を有し、また反りを抑制した窒化物半導体を提供することができる。
【００４２】
［実施例２］
実施例１において、保護膜３を除去する工程で隣接する第２の窒化物半導体層同士の窓部下にある保護膜３のみを第１の窒化物半導体層が露出するまで除去する他は同様にして窒化物半導体基板を成長させる。
得られる窒化物半導体基板は横方向成長した第２の窒化物半導体層下には保護膜を有するものの、第３の窒化物半導体層の成長時に保護膜上で窒化物半導体が接合するのではないため、接合部に発生するより大きな欠陥をなくすことができ、さらにオフ角の制約をなくすことができる。
【００４３】
［実施例３］
実施例１において、第３の窒化物半導体層５の成長時にシランガスを用い、Ｓｉがドープされたｎ型窒化物半導体基板とする他は同様にして窒化物半導体基板を成長させる。
得られる窒化物半導体基板は実施例１と同様である良好な面状態であり、低欠陥且つ、反りを抑制した基板である。
【００４４】
［実施例４］
実施例１において、保護膜３の形状を六角形として形成し、第２の窒化物半導体層４を横方向成長させる他は同様にして窒化物半導体を成長させ、得られた窒化物半導体基板は、実施例１と同様に低欠陥且つ基板の反りを抑制した窒化物半導体基板である。
【００４５】
［実施例５］
実施例５はＭＯＣＶＤ法を用いたものであるが、窒化物半導体を成長させることができる方法であれば特に限定されない。異種基板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よりなるバッファー層（図示されていない）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファー層を成長後、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の窒化物半導体層２を２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００４６】
第１の窒化物半導体層２を成長後、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装置により保護膜のストライプ幅２５μｍ、ストライプ間隔（窓部）５μｍのＳｉＯ２よりなる保護膜３を０．３μｍの膜厚で形成させる。
【００４７】
その後、ウェーハを再度、ＭＯＣＶＤ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ＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４を７μｍの膜厚で成長させる。このとき、第２の窒化物半導体層４は保護膜３上に横方向成長させるものの、保護膜３上で第２の窒化物半導体層同士が接合しないように途中で成長を止める。保護膜３上に成長した第２の窒化物半導体層４間の距離は７μｍである。
【００４８】
次に、ＲＩＥ装置により塩素ガスを用いて第２の窒化物半導体層、及び保護膜３の表面を除去する。第２の窒化物半導体層の厚みが２μｍでエッチングを止め、次に保護膜を完全に取り除き、第１の窒化物半導体層２を露出させる。
【００４９】
保護膜３を除去後、ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、第２の窒化物半導体層４及び第１の窒化物半導体層２の露出部から第３の窒化物半導体５を成長させる。この第３の窒化物半導体層５の膜厚は１５μｍであり、得られた第３の窒化物半導体層５の表面は鏡面となる。
【００５０】
以上より得られた窒化物半導体基板はＣＬ測定により転位欠陥は５×１０６個／ｃｍ２以下となり、低欠陥かつ基板に空洞を有するため転位伝播及び反りを抑制した窒化物半導体基板を提供することができる。
【００５１】
［実施例６］
前記実施例５において、第２の窒化物半導体層を横方向成長後、表面露出領域の保護膜のみ除去する以外は同様の条件で窒化物半導体基板を形成する。第３の窒化物半導体層は露出した第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層を成長起点として成長し、得られる窒化物半導体基板は実施例５とほぼ同等の特性を示す。
【００５２】
［実施例７］
以下に実施例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実施例５について説明する。
【００５３】
（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ＭＯＣＶＤ装置の反応容器内にセットし、１０５０℃で窒化物半導体に、ＴＭＧ（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、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ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。
【００５４】
（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Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０２を４μｍの膜厚で成長させる。
【００５５】
（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Ｉｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ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。
【００５６】
（ｎ型クラッド層１０４）
次に、温度を１０５０℃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Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮよりなるＡ層を２５Å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、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３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。
【００５７】
（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。
【００５８】
（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）、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Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ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Ｉｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ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Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎを成長させる。活性層１０６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００５９】
（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Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ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。
【００６０】
（ｐ型ガイド層１０８）
次に、温度を１０５０℃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。
【００６１】
（ｐ型クラッド層１０９）
次に、１０５０℃でアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなるＢ層を２５Å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Ａｌ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。
【００６２】
（ｐ型コンタクト層１１０）
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１０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。
【００６３】
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、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。
【００６４】
次に、ＳｉＯ２保護膜を形成し、ＲＩＥを用いＣＦ４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。
【００６５】
次にリッジストライプ形成後、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ２）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。
【００６６】
ｐ型コンタクト層上にｐ型電極をＮｉとＡｕ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。
【００６７】
次に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２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ＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜が設けられている。
【００６８】
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／ｃｍ２、５〜３０ｍＷ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、３０００〜２００００時間となる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明は、基板の反り及びうねりを抑制し、結晶欠陥の転位を減少させた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】本発明の一実施の形態を示す窒化物半導体の模式断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す窒化物半導体の模式断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す窒化物半導体の模式断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態を示す窒化物半導体の模式断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態を示す窒化物半導体の模式断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態を示す窒化物半導体の模式断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態を示す窒化物半導体の模式断面図である。
【符号の簡単な説明】
１・・・異種基板
２・・・第１の窒化物半導体層
３・・・保護膜
４・・・第２の窒化物半導体層
５・・・第３の窒化物半導体層
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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