(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長により得るIII族窒化物系化合物半導体の製造方法において、
少なくとも１層のIII族窒化物系化合物半導体から成り、最上層を第１のIII族窒化物系化合物半導体とする基底層をエッチングにより、基板面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づくよう、点状、ストライプ状又は格子状等の島状態とする工程と、
島状態の第１のIII族窒化物系化合物半導体の頂上付近のみが露出するようなマスクを形成する工程と、
前記マスクから露出した第１のIII族窒化物系化合物半導体の頂上付近を核として、第２のIII族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向エピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
基板面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づくような島状態が、三角柱を横倒しして多数並べた状態であることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
基板面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づくような島状態が、錐状の島を多数形成した状態であることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記第１のIII族窒化物系化合物半導体と前記第２のIII族窒化物系化合物半導体とが同組成であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記マスクがタングステン(W)その他の導電性の金属であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法により製造したIII族窒化物系化合物半導体層上に形成されたことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法により製造したIII族窒化物系化合物半導体層上に、異なるIII族窒化物系化合物半導体層を積層することにより得られることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法に加えて、前記基板から前記マスクまでの略全部除去することにより、III族窒化物系化合物半導体基板を得ることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III族窒化物系化合物半導体の製造方法に関する。特に、横方向エピタキシャル成長（ＥＬＯ）を用いる、III族窒化物系化合物半導体の製造方法に関する。尚、III族窒化物系化合物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような２元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、AlxGayIn1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表されるものがある。なお、本明細書においては、特に断らない限り、単にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝導型をｐ型あるいはｎ型にするための不純物がドープされたIII族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とする。
【従来の技術】
【０００２】
III族窒化物系化合物半導体は、例えば発光素子とした場合、発光スペクトルが紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用されている。また、そのバンドギャップが広いため、他の半導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を期待できることから、ＦＥＴ等トランジスタへの応用も盛んに開発されている。また、ヒ素(As)を主成分としていないことで、環境面からも様々な半導体素子一般への開発が期待されている。このIII族窒化物系化合物半導体では、通常、サファイアを基板として用い、その上に形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サファイア基板上にIII族窒化物系化合物半導体を形成すると、サファイアとIII族窒化物系化合物半導体との格子定数のミスフィットにより転位が発生し、このため素子特性が良くないという問題がある。このミスフィットによる転位は半導体層を縦方向（基板面に垂直方向）に貫通する貫通転位であり、III族窒化物系化合物半導体中に109cm-2程度の転位が伝搬してしまうという問題がある。これは組成の異なるIII族窒化物系化合物半導体各層を最上層まで伝搬する。これにより例えば発光素子の場合、ＬＤの閾値電流、ＬＤ及びＬＥＤの素子寿命などの素子特性が良くならないという問題があった。また、他の半導体素子としても、欠陥により電子が散乱することから、移動度（モビリティ）の低い半導体素子となるにとどまっていた。これらは、他の基板を用いる場合も同様であった。
【０００４】
これについて、図１２の模式図で説明する。図１２は、基板９１と、その上に形成されたバッファ層９２と、更にその上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層９３を示したものである。基板９１としてはサファイアなど、バッファ層９２としては窒化アルミニウム(AlN)などが従来用いられている。窒化アルミニウム(AlN)のバッファ層９２は、サファイア基板９１とIII族窒化物系化合物半導体層９３とのミスフィットを緩和させる目的で設けられているものであるが、それでも転位の発生を０とすることはできない。この転位発生点９００から、縦方向（基板面に垂直方向）に貫通転位９０１が伝播し、それはバッファ層９２、III族窒化物系化合物半導体層９３をも貫いていく。こうして、III族窒化物系化合物半導体層９３の上層に、所望の様々なIII族窒化物系化合物半導体を積層して半導体素子を形成しようとすると、III族窒化物系化合物半導体層９３の表面に達した転位９０２から、半導体素子を貫通転位が更に縦方向に伝搬していくこととなる。このように、従来の技術では、III族窒化物系化合物半導体層を形成する際、転位の伝搬を阻止できないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、貫通転位の発生を抑制したIII族窒化物系化合物半導体を製造することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基板上にIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長により得るIII族窒化物系化合物半導体の製造方法において、少なくとも１層のIII族窒化物系化合物半導体から成り、最上層を第１のIII族窒化物系化合物半導体とする基底層をエッチングにより、基板面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づくよう、点状、ストライプ状又は格子状等の島状態とする工程と、島状態の第１のIII族窒化物系化合物半導体の頂上付近のみを露出させるようマスクを形成する工程と、マスクから露出した第１のIII族窒化物系化合物半導体の頂上付近を核として、第２のIII族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向エピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴とする。尚、本明細書で基底層とは、単層のIII族窒化物系化合物半導体層の場合と、III族窒化物系化合物半導体層を少なくとも１層含む多重層を一括して表現するために用いる。また、ここで島状態とは、エッチングにより形成された段差の上段の様子を概念的に言うものであって、必ずしも各々が分離した領域を言うものでなく、ウエハ上全体をストライプ状又は格子状に形成するなどのように極めて広い範囲において段差の頂上部が連続していても良いものとする。また、段差の側面とは必ずしも基板面及びIII族窒化物系化合物半導体表面に対して斜面となるものを言うものでなく、一部垂直の面があっても、または曲面でも良い。この際、段差の底部に底面の無い、断面がＶ字状のものでも良い。基板面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づくとは、以下に具体例を挙げるが、頂上部から高さが低くなるにしたがって水平断面積が太くなっていれば形状は任意である。これらは特に言及されない限り以下の請求項でも同様とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、基板面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づくような島状態が、三角柱を横倒しして多数並べた状態であることを特徴とする。一例は図３の（ｃ）であるが本発明はこれに限定されない。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、基板面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づくような島状態が、錐状の島を多数形成した状態であることを特徴とする。一例は角錐で図３の（ｄ）であるが、本発明はこれに限定されない。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、第１のIII族窒化物系化合物半導体と第２のIII族窒化物系化合物半導体とが同組成であることを特徴とする。尚、ここで同組成とは、ドープ程度の差（モル比１パーセント未満の差）は無視するものとする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、マスクがタングステン(W)その他の導電性の金属であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法により製造したIII族窒化物系化合物半導体層上に形成されたことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子である。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法により製造したIII族窒化物系化合物半導体層上に、異なるIII族窒化物系化合物半導体層を積層することにより得られることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子である。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法に加えて、基板からマスクまでの略全部除去することにより、III族窒化物系化合物半導体基板を得ることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体基板の製造方法である。
【００１４】
【作用及び発明の効果】
本発明のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法の概略を図１及び図２を参照しながら説明する。尚、図１及び図２では、理解を助けるため基板１及びバッファ層２を有する図を示しているが、本発明は、縦方向に貫通転位を有するIII族窒化物系化合物半導体から、縦方向の貫通転位の軽減された領域を有するIII族窒化物系化合物半導体層を得るものであり、基板１及びバッファ層２は本発明に必須の要素ではない。以下、基板１面上に、バッファ層２を介して形成された、縦方向（基板面に垂直方向）に貫通転位を有する第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１を用いて本発明を適用する例で、本発明の作用効果の要部を説明する。
【００１５】
図１の（ａ）のように、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１を点状、ストライプ状又は格子状等の島状態にエッチングし、基板１面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づく形状に形成する。次に、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１上にエッチ可能なマスク４を形成する（図１の（ｂ））。次に、マスク４の、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔを覆う部分のみを選択エッチして、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔを露出させる（図１の（ｃ））。次に露出した第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔを核として、第２のIII族窒化物系化合物半導体３２を縦及び横方向エピタキシャル成長させる（図２の（ｄ）、（ｅ））。このとき第２のIII族窒化物系化合物半導体３２には、露出した第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔ部分に伝播している貫通転位のみを伝播するので、その貫通転位の密度を小さくすることができる。さらに、初期のエピタキシャル成長面が基板に対して斜面となっているならば（例えば図２の（ｄ）のように）、貫通転位はその伝播方向が基板面に垂直ではなくなるので、第２のIII族窒化物系化合物半導体３２の上の部分には実質的に貫通転位の伝播を遮断できる。
【００１６】
基板面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づくような島状態として、三角柱を横倒しして多数並べたもの（例えば図３の（ｃ））は、テーパエッチングにより容易に形成可能である（請求項２）。また、基板面から遠ざかるにしたがってその水平断面積が０に近づくような島状態として、錐状の島を多数形成した状態（例えば図３の（ｄ））であるならば、露出した第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔ部分の基板面に対する面積は極めて小さいものとすることができる（請求項３）。
【００１７】
また、第１のIII族窒化物系化合物半導体と第２のIII族窒化物系化合物半導体とが同組成であるならば、速いエピタキシャル成長は容易に実現可能である（請求項４）。
【００１８】
マスクが導電性の金属で形成されていれば、第１のIII族窒化物系化合物半導体と第２のIII族窒化物系化合物半導体が共に導電性であるとき、第１のIII族窒化物系化合物半導体から導電性のマスクをとして第２のIII族窒化物系化合物半導体への導通が可能となる（請求項５）。
【００１９】
上記の工程で得られたIII族窒化物系化合物半導体層に素子を形成することで、欠陥の少ない、移動度の大きい層を有する半導体素子とすることができる（請求項６）。上記の工程で得られたIII族窒化物系化合物半導体層の上層に発光素子を形成することで、素子寿命、或いはＬＤの閾値の改善された発光素子とすることができる（請求項７）。
【００２０】
また、上記の工程で得られたIII族窒化物系化合物半導体層の、横方向エピタキシャル成長した部分３２のみをその他の層から分離することで、転位等結晶欠陥の著しく抑制された結晶性の良いIII族窒化物系化合物半導体を得ることができる（請求項８）。尚「略全部除去」とは、製造上の簡便さから、一部貫通転位の残った部分を含んでいたとしても本発明に包含されることを示すものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に本発明のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法の実施の形態の一例の概略を示す。基板１と、バッファ層２と、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１とを形成し、テーパ状にエッチングをする（図１の（ａ））。頂上部Ｔの頂角は小さいほど良い。次に、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１上にエッチ可能なマスク４を例えばスパッタにより形成する（図１の（ｂ））。次に、マスク４の、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔを覆う部分のみを選択エッチして、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔを露出させる（図１の（ｃ））。頂上部Ｔを露出させる方法はマスク４の選択エッチングの他、リフトオフ法により頂上部Ｔのマスク４を除去する方法が採用できる。その他、別のマスクを用いた蒸着により頂上部Ｔにマスク４が存在しない様形成しても良い。次に露出した第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔを核として、第２のIII族窒化物系化合物半導体３２を縦及び横方向エピタキシャル成長させる（図２の（ｄ）、（ｅ））。このとき第２のIII族窒化物系化合物半導体３２には、露出した第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔ部分に伝播している貫通転位のみを伝播する。即ち、第２のIII族窒化物系化合物半導体３２に伝播する貫通転位は第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔ部分に伝播している貫通転位のみであり、その密度は極めて小さくなる。これは、基板面の面積と、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の頂上部Ｔの面積（基板面に垂直投影したときの正射影の面積）との比で決まる。即ち、頂上部Ｔの面積（基板面に垂直投影したときの正射影の面積）が小さいほど第２のIII族窒化物系化合物半導体３２に伝播する貫通転位は減少する。また、頂上部Ｔの頂角が小さいほど、頂上部Ｔの面積（基板面に垂直投影したときの正射影の面積）は容易に小さくすることができる。
【００２２】
また、基底層として基板上に形成されたバッファ層、及びこのバッファ層上にエピタキシャル成長したIII族窒化物系化合物半導体層を１周期として、複数周期形成された層を使用するものでも良い。いずれも頂上部Ｔからのエピタキシャル成長により形成されるIII族窒化物系化合物半導体層３２は、縦方向に伝搬する貫通転位の抑制された領域とすることができる。
【００２３】
上記の発明の実施の形態としては、次の中からそれぞれ選択することができる。
【００２４】
基板上にIII族窒化物系化合物半導体を順次積層を形成する場合は、基板としてはサファイア、シリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、ZnO、MgOその他の無機結晶基板、リン化ガリウム又は砒化ガリウムのようなIII-V族化合物半導体あるいは窒化ガリウム(GaN)その他のIII族窒化物系化合物半導体等を用いることができる。
【００２５】
III族窒化物系化合物半導体層を形成する方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いても良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。
【００２６】
例えばサファイア基板上にIII族窒化物系化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層を形成することが好ましい。他の基板を使用する場合もバッファ層を設けることが望ましい。バッファ層としては、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）、より好ましくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。このバッファ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良い。バッファ層の形成方法は、380〜420℃の低温で形成するものでも良く、逆に1000〜1180℃の範囲で、ＭＯＣＶＤ法で形成しても良い。また、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガスを原材料として、リアクティブスパッタ法によりAlNから成るバッファ層を形成することもできる。同様に一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1、組成比は任意）のバッファ層を形成することができる。更には蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＥＣＲ法を用いることができる。物理蒸着法によるバッファ層は、200〜600℃で行うのが望ましい。さらに望ましくは300〜500℃であり、さらに望ましくは350〜450℃である。これらのスパッタリング法等の物理蒸着法を用いた場合には、バッファ層の厚さは、100〜3000Åが望ましい。さらに望ましくは、100〜400Åが望ましく、最も望ましくは、100〜300Åである。多重層としては、例えばAlxGa1-xN（0≦x≦1）から成る層とGaN層とを交互に形成する、組成の同じ層を形成温度を例えば600℃以下と1000℃以上として交互に形成するなどの方法がある。勿論、これらを組み合わせても良く、多重層は３種以上のIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）を積層しても良い。一般的には緩衝層は非晶質であり、中間層は単結晶である。緩衝層と中間層を１周期として複数周期形成しても良く、繰り返しは任意周期で良い。繰り返しは多いほど結晶性が良くなる。
【００２７】
バッファ層及び上層のIII族窒化物系化合物半導体は、III族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても本発明を実質的に適用できる。また、これら元素を組成に表示できない程度のドープをしたものでも良い。例えば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有しないIII族窒化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN（0≦x≦1）に、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原子半径の大きなインジウム(In)、又は窒素(N)よりも原子半径の大きなヒ素(As)をドープすることで、窒素原子の抜けによる結晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性を良くしても良い。この場合はアクセプタ不純物がIII族原子の位置に容易に入るため、ｐ型結晶をアズグローンで得ることもできる。このようにして結晶性を良くすることで本願発明と合わせて更に貫通転位を１００乃至１０００分の１程度にまで下げることもできる。バッファ層とIII族窒化物系化合物半導体層とが２周期以上で形成されている基底層の場合、各III族窒化物系化合物半導体層に主たる構成元素よりも原子半径の大きな元素をドープすると更に良い。なお、発光素子として構成する場合は、本来III族窒化物系化合物半導体の２元系、若しくは３元系を用いることが望ましい。
【００２８】
ｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。また、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープしても良い。
【００２９】
基板上に積層するIII族窒化物系化合物半導体層の結晶軸方向が予想できる場合は、III族窒化物系化合物半導体層のａ面（｛１１−２０｝面）又はｍ面（｛１−１００｝面）に垂直となるようストライプ状にマスク或いはエッチングを施すことも有用となる。これにより成長面を予想することも可能となる。なお、島状、格子状等に、上記ストライプ及びマスクを任意に設計して良い。
【００３０】
III族窒化物系化合物半導体のエッチングのためのマスクは、多結晶シリコン、多結晶窒化物半導体等の多結晶半導体、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジルコニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化物、チタン(Ti)、タングステン(W)のような高融点金属、これらの多層膜をもちいることができる。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相成長法の他、任意である。
【００３１】
III族窒化物系化合物半導体のエッチングエッチングをする場合は反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）が望ましいが、任意のエッチング方法を用いることができる。基板面に垂直な側面を有する段差を形成するのでないものとして、異方性エッチングにより例えば段差の底部に底面の無い、断面がＶ字状のものを形成しても良い。これには、ハードベークレジストの形状により、ハードベークレジスト下部にも反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）が及ぶ性質（アンダーカット）を利用できる。
【００３２】
導電性金属のマスクのエッチングをする場合は、硝酸系溶液によるメタルエッチを用いることができる。その他、レジストをIII族窒化物系化合物半導体の頂上部のみに形成し、導電性金属のマスクを蒸着させたのちレジストごとリフトオフにより導電性金属のマスクを部分的に除き、III族窒化物系化合物半導体の頂上部のみ露出させても良い。
【００３３】
上記の貫通転位の抑制されたIII族窒化物系化合物半導体にＦＥＴ、発光素子等の半導体素子を形成することができる。発光素子の場合は、発光層は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダブルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或いはｐｎ接合等により形成しても良い。
【００３４】
上述の、貫通転位の抑制された第２のIII族窒化物系化合物半導体３２を、例えば基板１、バッファ層２、及び第１のIII族窒化物系化合物半導体３１、マスク４から分離してIII族窒化物系化合物半導体基板とすることができる。この基板上にIII族窒化物系化合物半導体素子を形成することが可能であり、或いはより大きなIII族窒化物系化合物半導体結晶を形成するための基板として用いることができる。除去方法としては、メカノケミカルポリッシングの他、任意である。
【００３５】
以下、発明の具体的な実施例に基づいて説明する。実施例として発光素子をあげるが、本発明は下記実施例に限定されるものではなく、任意の素子に適用できるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法を開示している。
【００３６】
本発明のIII族窒化物系化合物半導体は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示す）による気相成長により製造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3)とキャリアガス(H2又はN2)とトリメチルガリウム（Ga(CH3)3，以下「TMG」と記す）とトリメチルアルミニウム（Al(CH3)3，以下「TMA」と記す）、トリメチルインジウム（In(CH3)3，以下「TMI」と記す）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Mg(C5H5)2、以下「Cp2Mg」と記す）である。
【００３７】
〔第１実施例〕
本実施例の工程を図１及び図２に示す。有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１上に、温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給してAlNのバッファ層２を約40nmの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入し、膜厚約2μmのGaN層３１を形成した。
【００３８】
次に、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用いた選択ドライエッチングにより、GaN層３１を断面の底辺2μm、断面の高さ2μmの横倒し三角柱を並べた状態にエッチングした（図１の（ａ））。この時、三角柱の断面の角は約60度であった。底辺の角度は10度から80度が望ましく、更には30度から70度が好ましい。次に、タングステン(W)を全面にスパッタリングし、マスク４を形成した（図１の（ｂ））。
【００３９】
次に、断面の底辺2μm、断面の高さ2μmの横倒し三角柱状の頂上部Ｔのみを露出させるため、タングステン(W)から成るマスク４を硝酸系メタルエッチング液により選択エッチングした（図１の（ｃ））。こうして、高さ0.5μmのGaN層３１の頂上部Ｔが露出した。尚、GaN層３１の頂上部Ｔにレジストを形成した後、金属マスクを蒸着させ、レジストごと頂上部Ｔ付近のみ金属マスクをリフトオフにより除去して、GaN層３１の頂上部Ｔのみを露出させても良い。
【００４０】
次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを2μmol/minで導入し、GaN層３１の高さ0.5μmの頂上部Ｔを核としてGaN層３２を横方向エピタキシャル成長により形成した（図２の（ｄ））。こうして横方向エピタキシャル成長によりマスク４上方もGaN層３２に覆われ、表面が平坦となった（図２の（ｅ））。こののち、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入し、GaN層３２を成長させ、GaN層３１とGaN層３２とを合計3μmの厚さとした。GaN層３２は、GaN層３１に比して貫通転位が著しく抑えられた。
【００４１】
〔第２実施例〕
本実施例では、多重層から成る基底層を用いた。有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１上に、温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給して第１のAlN層（第１の緩衝層）２１を約40nmの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入し、膜厚約0.3μmのGaN層（中間層）２２を形成した。次に温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給して第２のAlN層（第２の緩衝層）２３を約40nmの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入し、膜厚約1.5μmのGaN層３１を形成した。こうして、膜厚約40nmの第１のAlN層（第１の緩衝層）２１、膜厚約0.3μmのGaN層（中間層）２２、膜厚約40nmの第２のAlN層（第２の緩衝層）２３、膜厚約1.5μmのGaN層３１から成る基底層２０を形成した。一般的には緩衝層は非晶質であり、中間層は単結晶である。緩衝層と中間層を１周期として複数周期形成しても良く、繰り返しは任意周期で良い。繰り返しは多いほど結晶性が良くなる。
【００４２】
次に第１実施例と同様に断面の底辺2μm、断面の高さ1.8μmの横倒し三角柱状に基底層２０をエッチングし（図４の（ａ））、タングステンマスク４をスパッタリングにより形成した（図４の（ｂ））後、タングステンマスクの選択エッチングによりGaN層３１の高さ0.5μmの頂上部のみを露出させた（図４の（ｃ））。
【００４３】
次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを2μmol/minで導入し、GaN層３１の高さ0.5μmの高さの頂上部を核としてGaN層３２を横方向エピタキシャル成長により形成し（図５の（ｄ））、GaN層３１とGaN層３２とを合計3μmの厚さとした（図５の（ｅ））。GaN層３２は、GaN層３１に比して貫通転位が著しく抑えられた。
【００４４】
〔第３実施例〕
本実施例では、第１実施例において、GaN層３１を形成する際、TMIをドープしてGaN:In層３１とした。インジウム(In)のドープ量は約1×1016/cm3とした。こののち、第１実施例とほぼ同様にエッチング、タングステンマスク４形成及び選択エッチングによりGaN:In層３１の頂上部を露出させ、GaNの横方向エピタキシャル成長を行った。GaN:In層３１を核として横方向成長したGaN層３２は第１実施例のそれよりも貫通転位がやや小さくなった。
【００４５】
〔第４実施例〕
第１実施例と同様に形成したウエハ上に、次のようにして図６に示すレーザダイオード（ＬＤ）１００を形成した。但し、GaN層３２の形成の際、シラン（SiH4）を導入して、GaN層３２をシリコン(Si)ドープのｎ型GaNから成る層とした。尚、図を簡略とするため、GaN層３１、タングステンマスク４及びGaN層３２を合わせて単にGaN層１０３と記載する。
【００４６】
サファイア基板１０１、AlNから成るバッファ層１０２、GaN層とタングステンマスクとｎ型GaN層の積層したGaN層１０３から成るウエハ上に、シリコン(Si)ドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層１０４、シリコン(Si)ドープのGaNから成るｎガイド層１０５、ＭＱＷ構造の発光層１０６、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るｐガイド層１０７、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層１０８、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るｐコンタクト層１０９を形成した。次にｐコンタクト層１０９上に金(Au)から成る電極１１０Ａを、GaN層とｎ型GaN層の２段のGaN層１０３が露出するまで一部エッチングしてアルミニウム(Al)から成る電極１１０Ｂを形成した。レーザダイオード（ＬＤ）１００の素子部の要部は、GaN層１０３の横方向エピタキシャル成長領域の上部である、貫通転位の抑制された領域に形成した。このようにして形成したレーザダイオード（ＬＤ）１００は素子寿命及び発光効率が著しく向上した。
【００４７】
〔第５実施例〕
第１実施例と同様に形成したウエハ上に、次のようにして図７に示す発光ダイオード（ＬＥＤ）２００を形成した。但し、GaN層３２の形成の際、シラン（SiH4）を導入して、GaN層３２をシリコン(Si)ドープのｎ型GaNから成る層とした。尚、図を簡略とするため、GaN層３１、タングステンマスク４及びGaN層３２を合わせて単にGaN層２０３と記載する。
【００４８】
サファイア基板２０１、AlNから成るバッファ層２０２、GaN層とタングステンマスクとｎ型GaN層の積層したGaN層２０３から成るウエハ上に、シリコン(Si)ドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層２０４、発光層２０５、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層２０６、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るｐコンタクト層２０７を形成した。次にｐコンタクト層２０７上に金(Au)から成る電極２０８Ａを、GaN層とｎ型GaN層の２段のGaN層２０３が露出するまで一部エッチングしてアルミニウム(Al)から成る電極２０８Ｂを形成した。このようにして形成した発光ダイオード（ＬＥＤ）２００は素子寿命及び発光効率が著しく向上した。
【００４９】
〔第６実施例〕
本実施例では基板としてｎ型シリコン(Si)基板を用いた。ｎ型シリコン(Si)基板３０１上に温度1150℃で、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMGを100μmol/min、TMAを10μmol/min、H2ガスにより0.86ppmに希釈されたシラン(SiH4)を0.2μmol/minで供給し、膜厚2μmのシリコン(Si)ドープのAl0.15Ga0.85Nから成る層３０２１を形成した。次に、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用いた選択ドライエッチングにより、断面の底辺の幅2μm、高さ2μmの横倒し三角柱状にエッチングした（図８の（ａ））。この後、第１実施例同様タングステンマスク４の形成（図８の（ｂ））、選択エッチングにより、Al0.15Ga0.85Nから成る層３０２１の高さ0.5μmの頂上部を露出させた（図８の（ｃ））。
【００５０】
次に、ｎ型シリコン基板３０１の温度を1150℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを2μmol/min、TMAを0.2μmol/min、H2ガスにより希釈されたシラン(SiH4)を4nmol/minで供給し、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１の高さ0.5μmの頂上部を核としてn-Al0.15Ga0.85N層３０２２を横方向エピタキシャル成長により形成した（図９の（ｄ））。こうして横方向エピタキシャル成長によりタングステンマスク４上部も覆われ、表面が平坦となったのち、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMGを100μmol/min、TMAを10μmol/min、H2ガスにより希釈されたシラン(SiH4)を0.2μmol/minで供給し、n-Al0.15Ga0.85N層３０２２を成長させ、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１とn-Al0.15Ga0.85N層３０２２を合計3μmの厚さとした（図９の（ｅ））。以下、3μmの厚さの、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１とタングステンマスク４とn-Al0.15Ga0.85N層３０２２とを合わせてn-Al0.15Ga0.85N層３０２と記載する。
【００５１】
上記のようにｎ型シリコン基板３０１に形成されたn-Al0.15Ga0.85N層３０２上にシリコン(Si)ドープのGaNから成るｎガイド層３０３、ＭＱＷ構造の発光層３０４、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るｐガイド層３０５、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層３０６、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るｐコンタクト層３０７を形成した。次にｐコンタクト層３０７上に金(Au)から成る電極３０８Ａを、シリコン基板３０１裏面にアルミニウム(Al)から成る電極３０８Ｂを形成した（図１０）。レーザダイオード（ＬＤ）３００の素子部の要部は、n-Al0.15Ga0.85N層３０２の横方向エピタキシャル成長領域の上部である、貫通転位の抑制された領域に形成した。このようにして形成したレーザダイオード（ＬＤ）３００は素子寿命及び発光効率が著しく向上した。
【００５２】
〔第７実施例〕
本実施例でも基板としてｎ型シリコン(Si)基板を用いた。第６実施例のｎ型シリコン基板３０１に形成されたn-Al0.15Ga0.85N層３０２と同様に、ｎ型シリコン基板４０１に形成されたn-Al0.15Ga0.85N層４０２のウエハを用意し、発光層４０３、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.15Ga0.85Nから成るｐクラッド層４０４を形成した。次にｐクラッド層４０４上に金(Au)から成る電極４０５Ａを、シリコン基板４０１裏面にアルミニウム(Al)から成る電極４０５Ｂを形成した（図１１）。このようにして形成した発光ダイオード（ＬＥＤ）４００は素子寿命及び発光効率が著しく向上した。
【００５３】
〔エッチングの変形〕
図３の（ａ）のように、エッチングは底部が平面であっても良い。また、図３の（ｂ）のように頂上部その他の壁面が曲面で形成されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造工程の前半を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造工程の後半を示す断面図。
【図３】本発明のエッチング状態の他の例を示す断面図（ａ）及び（ｂ）、斜視図（ｃ）、（ｄ）。
【図４】本発明の第２の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造工程の前半を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造工程の後半を示す断面図。
【図６】本発明の第４の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
【図７】本発明の第５の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
【図８】本発明の第６の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造工程の前半を示す断面図。
【図９】本発明の第６の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造工程の後半を示す断面図。
【図１０】本発明の第６の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
【図１１】本発明の第７の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
【図１２】  III族窒化物系化合物半導体を伝搬する貫通転位を示す断面図。
【符号の説明】
１、１０１、２０１、３０１、４０１  基板
２、１０２、２０２  バッファ層
３１  第１のIII族窒化物系化合物半導体（層）
３２  第２のIII族窒化物系化合物半導体（層）
４  マスク
１０３、２０３  n-GaN層
１０４、２０４、３０２、４０２  n-AlGaNクラッド層
１０５、３０３  n-GaNガイド層
１０６、２０５、３０４、４０３  発光層
１０７、３０５  p-GaNガイド層
１０８、２０６、３０６、４０４  p-AlGaNクラッド層
１０９、２０７、３０７  p-GaN層
１１０Ａ、２０８Ａ、３０８Ａ、４０５Ａ  ｐ電極
１１０Ｂ、２０８Ｂ、３０８Ｂ、４０５Ｂ  ｎ電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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