【事件の表示】
　特許第３１３９４４５号「ＧａＮ系半導体の成長方法およびＧａＮ系半導体膜」の請求項１ないし１９に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３１３９４４５号の請求項１ないし１９に係る特許を維持する。
【理　由】
Ｉ．手続の経緯
　特許第３１３９４４５号の発明についての出願は、平成１０年３月１３日（優先権主張平成９年３月１３日）に特許出願され、平成１２年１２月１５日にその発明について特許権の設定登録がなされ、その後、栗本京子より特許異議の申立てがなされ、取消理由が通知され、その指定期間内である平成１５年８月２５日に訂正請求がなされたものである。
　
II．訂正の適否について
１．訂正の内容
（１）訂正事項ａ
　請求項１の「ファセット構造を形成しながら成長させ」を、「ファセット構造を形成しながら成長させて転位を曲げ」と訂正する。
（２）訂正事項ｂ
　請求項１１の「前記成長領域でファセット構造を形成しながら成長し」を、「前記成長領域でファセット構造を形成しながら成長し転位を曲げ、」と訂正する。
（３）訂正事項ｃ
　明細書段落【００１０】の「ファセット構造を形成しながら成長させ」を、「ファセット構造を形成しながら成長させて転位を曲げ」と訂正するとともに、同段落【００１６】の「前記成長領域でファセット構造を形成しながら成長し」を、「前記成長領域でファセット構造を形成しながら成長し転位を曲げ、」と訂正する。
　
２．訂正の適否についての判断
（１）訂正事項ａ、ｂについて
　請求項１及び請求項１１の訂正は、いずれもファセット構造を形成しながら成長させる際に転位を曲げると限定するものであって、下位概念に訂正するものであるから、特許請求の範囲の減縮に該当する。そして転位を曲げることは特許明細書の段落【００３０】、【００４６】、【００８１】等に記載されている。
（２）訂正事項ｃについて
　明細書段落【００１０】、【００１６】の訂正は、特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明の記載との整合を図るためのものであって、明りょうでない記載の釈明に該当する。
　したがって、これらの訂正は、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張しまたは変更するものではない。
　
３．まとめ
　よって、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項、及び同条第３項で準用する同法第１２６条第２項及び第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
III．異議申立について
１．本件発明
　上記の通り、訂正は認められるから、本件特許の請求項１〜１９に係る発明（以下、「本件発明１〜１９」という。）は、訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１〜１９に記載された次のとおりのものである。
「【請求項１】　ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長において、基板表面にパターニングされたマスク材料により成長領域を形成する工程と、前記成長領域に前記基板と格子定数や熱膨張係数が異なるＧａＮ系半導体のファセット構造を形成しながら成長させて転位を曲げ、隣接する成長領域の前記ＧａＮ系半導体のファセット構造とともに前記マスク材料を覆い表面を平坦化する工程とを有することを特徴するＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項２】　前記平坦化された表面に前記各工程を繰り返すことを特徴とする請求項１記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項３】　前記基板表面に、前記成長領域に成長するＧａＮ系半導体と同じ材料か、あるいは格子定数や熱膨張係数の似た性質を有するＧａＮ系半導体を形成した後に、前記パターニングされたマスク材料により形成された成長領域を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項４】　前記マスク材料を用いて形成する成長領域がストライプ形状、矩形状、丸状、又は三角形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項５】　前記基板は、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ2基板、Ａｌ2Ｏ3基板のいずれか１つから選択され、前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項６】　前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、前記ファセット構造の側壁が｛１−１０１｝面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項７】　前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、ストライプ方向が＜１１−２０＞方向または＜１−１００＞方向であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項８】　請求項１乃至７のいずれかに記載されたＧａＮ系半導体の形成の後、前記ＧａＮ系半導体から少なくとも前記基板、マスク材料を除去する工程と有することを特徴とするＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項９】　請求項１乃至８のいずれかに記載されたＧａＮ系半導体の形成の後、デバイス構造を成長する工程を有することを特徴とするＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項１０】　前記デバイス構造がレーザ、ＦＥＴ、ＨＢＴのいずれかであることを特徴とする請求項９記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項１１】　ＧａＮ系半導体と格子定数や熱膨張係数が異なる基板と、前記基板表面に成長領域を形成するパターニングされたマスク材料と、前記成長領域でファセット構造を形成しながら成長し転位を曲げ、ＧａＮ系半導体が隣接する成長領域のＧａＮ系半導体の成長とともに前記マスク材料を覆い、前記ＧａＮ系半導体の成長により前記ファセット構造が埋め込まれて形成されたＧａＮ系半導体とを有することを特徴とするＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１２】　前記ＧａＮ系半導体膜から少なくとも前記基板、マスク材料が除去されていることを特徴とする特徴とする請求項１１記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１３】　前記基板表面に、前記成長領域に成長するＧａＮ系半導体と同じ材料か、あるいは格子定数や熱膨張係数の似た性質を有するＧａＮ系半導体が形成され、前記ＧａＮ系半導体表面上にマスク材料による成長領域が形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１４】　前記マスク材料を用いて形成する成長領域がストライプ形状、矩形状、丸状、又は三角形状であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１５】　前記基板は、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ2基板、Ａｌ2Ｏ3基板のいずれか１つから選択され、前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択されることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１６】　前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、前記ファセット構造の側壁が｛１−１０１｝面であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１７】　前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、ストライプ方向が＜１１−２０＞方向または＜１−１００＞方向であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１８】　請求項１１乃至１７のいずれかに記載されたＧａＮ系半導体膜上にデバイス構造が形成されていることを特徴とするＧａＮ系半導体素子。
　【請求項１９】　前記デバイス構造がレーザ、ＦＥＴ、ＨＢＴのいずれかであることを特徴とする請求項１８に記載のＧａＮ系半導体素子。」
　
２．取消理由に引用された刊行物に記載の発明
（１）刊行物１
（１ａ）刊行物１の「電気学会研究会資料　ＥＦＭ−９３−１８〜２６」には、ＭＯＶＰＥ法によるＧａＮ及びＡｌＧａＮの選択成長に関し、その実験方法について、「基板はＧａＮ（０００１）／α−Ａｌ２Ｏ３を用い、マスクとしてＳｉＯ２をスパッタにより堆積させ、フォトリソグラフィー技術によりストライプ状のパターンを形成した。ＧａＮ及びＡｌＧａＮの選択成長は、横型反応管を用いた常圧ＭＯＶＰＥ法により１０７０℃で行った。」（１９頁１５〜１８行）と記載され、
（１ｂ）ＧａＮの選択成長の結果について、「図１はＧａＮｃ面上に〈１１２（前記２は上バー付、以下同じ。）０〉方向に窓幅がそれぞれ１０μｍ（ａ）、５０μｍ（ｂ）、１００μｍ（ｃ）のストライプ状のパターンを形成し、ＧａＮを１０分間成長させたときのＳＥＭ写真である。」（２０頁３〜６行）、及び「図５に〈１１２（上バー付）０〉方向のパターンで成長させたＧａＮの断面ＳＥＭ写真を示す。斜面は（０００１）基板面と６２°の角度をなしている。図６に［１１２（上バー付）０］方向からみたＧａＮ結晶の原子配列の模式図を示すが、これよりこの斜面は｛１１（上バー付）０１｝面であることがいえる。」（２１頁８〜１３行）と記載され、
（１ｃ）ＡｌＧａＮの選択成長の結果について、「図９はＧａＮｃ面上に〈１１２（上バー付）０〉方向に窓幅がそれぞれ１０μｍ（ａ）、５０μｍ（ｂ）、１００μｍ（ｃ）のストライプ状のパターンを形成し、ＡｌＧａＮを１０分間成長させたときのＳＥＭ写真である。」（２３頁８〜１０行）、及び「図１１は〈１１２（上バー付）０〉方向に窓幅１０μｍのストライプパターンを用いて成長させたＡｌＧａＮの断面ＳＥＭ写真を示す。斜面に｛１１（上バー付）０１｝面、上面には（０００１）面のファセットで囲まれた台形構造が形成される。」（２３頁１９行〜２４頁２行）と記載され、
（１ｄ）ＧａＮのファセット形成メカニズムについて、「図８にＧａＮのファセット形成過程の説明図を示す。・・・まずマスクの両端に２μｍ程度の｛１１（上バー付）０１｝面のリッジが形成される。このリッジ形成の要因として、マスク端での核形成が容易である選択的核形成が考えられる。リッジ形成後、窓内にも核形成がおこり島状成長していくと、ピットを多く含んだｃ面が現れる。そしてピットを埋めつくすようにｃ軸方向への成長がおこる。ｃ軸方向の成長速度は約２．０μｍ／ｍｉｎであり〈１１（上バー付）０１〉方向にはほとんど成長しない。観測されるピットは成長速度の遅い｛１１（上バー付）０１｝ファセットで囲まれているが、ピットのような溝のある部分では、溝自体が成長促進中心として働くためにピットの成長速度が速くなっていると考えられる。すなわち、凹入角における優先的結晶成長（凹入角成長）が起こっている。さらに成長が進むとピットがなくなり、成長速度の遅い｛１１（上バー付）０１｝ファセットで囲まれた構造が形成される。その後は〈１１（上バー付）０１〉方向に成長し、マスク上にｏｖｅｒ　ｇｒｏｗｔｈする。」（２２頁１５行〜２３頁４行）と記載され、
（１ｅ）ＡｌＧａＮのファセット形成メカニズムについて、「ＡｌＧａＮのファセット形成メカニズムの説明図を図１３に示す。成長初期は、ＧａＮの選択成長の場合と異なり、窓内に均一な核形成がおこり早い段階でｃ面が現れる。この原因として、Ａｌ原料分子を含む成長では基板表面上の被覆率が向上したことが示唆される。しかし選択性が悪いためマスク上にも成長し始める。ｃ面の成長速度はおよそ０．２μｍ／ｍｉｎであり、｛１１（上バー付）０１｝面よりも速くｃ面成長が支配的となる。この間にＡｌＧａＮ多結晶がマスクを覆ってしまうと、原料ガスの横方向への気相拡散が減少し、窓部分の過飽和度が小さくなる。そのためマスク上の成長が主におこり、窓内の成長が抑えられる。結果、ｃ面及び｛１１（上バー付）０１｝面ファセットが形成される。」（２４頁１０〜３０行）と記載され、
（１ｆ）ＧａＮ又はＡｌＧａＮの成長方法の応用として、「ワイドギャップ半導体における選択成長の技術は、短波長レーザダイオードなど高性能な光デバイスを作成する上で重要である。最近では、ＭＯＣＶＤ法の選択成長の応用として埋め込みレーザや金属埋め込み型ＦＥＴを始めとするデバイス・・・を作製した報告もされている。」（１９頁２〜６行）と記載されている。
　
（２）刊行物２
（２ａ）刊行物２の米国特許第４４８２４２２号明細書には、低欠陥の単結晶層をマスク上に成長させる方法に関し、その具体例として、「第２図は、開口部１８を横切る直径方向におけるウエハ１０の断面図を示している。マスク層１６は、約０．１μｍから数μｍの厚さを有しており、開口部１８がマスク層１６の厚さ方向に伸びていて、ウエハ１０の表面１２に成長サイト２０を露出させる。」（３欄１４〜２０行）と記載され、
（２ｂ）「第３図に示すように、次にシリコンがエピタキシャル析出し、単結晶の島２２が各成長サイト２０から開口部１８を介してマスク１６上に成長する。・・・ここに示すように、開口部のエッジ１９が〔０１０〕方向に配置されると、各々の島２２は、横方向に成長し、マスクの表面を横切って〔００１〕方向に成長する。この方向に、すなわち、開口部１９のエッジに垂直に成長させると、他の方向の成長に比べてより高品質の結晶構造を得ることができる。〔００１〕方向に進行させたときに最も高品質の結晶構造を得ることができるのは、ダイアモンド型立方晶において、〔００１〕方向が最も〔０１１〕方向から離れているからであると理論付ける。〔０１１〕方向は、（１１（上バー付）１）面に存在し、（１１（上バー付）１）面はダイアモンド型立方晶において、すべり面の集合の１つである。もし結晶が〔００１〕方向（「〔０１１〕方向」は誤記。）に進行すると、発生した結晶欠陥は容易に（１１（上バー付）１）面に入り、容易に結晶構造を貫通して進行する。〔００１〕方向は〔０１１〕方向から最も離れているため、〔００１〕方向の成長は欠陥の進行し易さを最小限にすることができる。」（３欄３０〜５６行）、及び「第４図に示すように、エピタキシャル析出を続けると、各島２２が互いに融合してマスク１６を覆う実質的に均一な単結晶シリコン層２４が形成される。・・・隣接する島状部２２が実際上融合した界面に沿って結晶欠陥が生ずることが発見されたことに注意されたい。この欠陥は第４図に線状欠陥２８と空隙３０として示されている」（３欄５７〜４欄行６行）と記載され、
（２ｃ）また、「シリコンは、・・・ダイヤモンド型結晶構造を有する。」（２欄１７〜１８行）、「シリコンウエハ上のシリコン結晶の成長について本発明を説明したが、本発明は、シリコンにも、ホモエピタキシャル成長にも、ダイアモンド型立方晶材料にも限定されない。ここに開示された思想は、ゲルマニウム等の他のダイアモンド型立方晶材料や、あるダイアモンド型立方晶材料を異なるダイアモンド型立方晶の上にヘテロエピタキシャル成長させる場合、例えばシリコン上のゲルマニウムにも適用できる。・・・さらにこの発明はサファイア（Ａｌ２Ｏ３の単結晶）のようなしゅう密六方晶構造の基板上に・・・面心立方晶またはダイアモンド型立方晶の層をエピタキシャル成長させるのに用いることもできる。」（４欄２１〜４１行）と記載され、
（２ｄ）さらに、第４図の記載によれば、マスク１６を覆って形成された単結晶シリコン層２４の表面２６は、平坦化されていると認められる。
　
（３）刊行物３
（３ａ）刊行物３の特公平６−１０５７９７号公報には、化合物半導体を用いた発光素子及びその製造方法に関し、従来技術について、「単結晶基板表面に特定方向を持った絶縁物膜を形成し、その窓部の単結晶基板上に選択的にエピタキシャル成長を行う方法で、その際結晶成長速度の結晶方位依存性を用いて単結晶を基板表面に平行な方向に成長・・・させることにより、基板からの転位の伝播が遮断されるという原理に基づいて無転位結晶を作成するというものである。・・・第３図において・・・基板中の転位６の大部分が絶縁膜２によって遮断され、横方向に成長した結晶３ｂ中の転位を実質的に消滅させることができる。転位は窓７上に成長した窓部成長層３ａにしか存在しない」（４欄８〜２３行）と記載され、
（３ｂ）エピタキシャル成長工程とエピタキシャル成長後に行う基板及び膜の分離工程について、「窓部を持つ膜をつけた単結晶基板上に、例えば液相エピタキシャル成長法によって横方向成長を行って横方向成長結晶３を得る（工程（ｄ））。・・・この方法で作成した結晶３は、隣接する種部から伸びた横方向成長部同志がつなぎめなく接続する。この基板上にさらに液相エピタキシャル法等を用いてＬＥＤ用のＰＮ接合を形成するエピタキシャル成長を行い（工程（ｅ））半導体エピタキシャルウエハを得る。横方向成長部が接続した基板は、通常の単結晶基板と全く同様に扱うことができるため、ＰＮ接合形成は従来から一般的に行っている方法を用いればよい。この様にして作成したＬＥＤエピタキシャルウエハは、そのままチップ化を行ってもよいが、エッチングにより基板部及びＳｉ０２膜を除去した後に通常の方法で、電極形成、素子分離を行い、ＬＥＤ素子を作成しても良い（工程（ｆ））。」（５欄１０〜２５行）と記載され、
（３ｃ）エピタキシャル成長を２回繰り返す方法について、「上記では横方向成長を１回行う例について説明したが、横方向成長を２回くり返すことにより表面層が実質的に無転位である半導体基板を得ることもできる。すなわち、第６図に示すように、１回目の横方向成長によって得られるエピタキシャル成長層３には、絶縁膜２の窓部７の部分に転位６が存在する場合がある。そこでこの窓部７に有る転位６の上部にさらに絶縁膜２′を置き、無転位部分に新たな窓部７′を設けて再度横方向成長をさせると、得られるエピタキシャル成長層３′は基板１からの転位の伝播が完全に遮断され、実質的に無転位のエピタキシャル成長層が得られる。」（５欄３８〜４８行）と記載され、
（３ｄ）さらに、第３図の記載によれば、横方向成長によって得られるエピタキシャル成長層３ａ、３ｂの表面は、平坦化されていると認められる。
　
（４）刊行物４
　刊行物４の特公昭４９−４２３５０号公報には、半導体装置をエピタキシャルに成長させる方法に関し、そのうち、エピタキシャルに沈積された半導体材料を基体から取去る工程について、「マスク層３４が酸化物である場合は、これを腐食で除き、エピタキシャルに成長させた結晶を基体ウエーハから分離することができる。マスク材料３４がセラミック、石英、・・他の材料で、その中に各々の結晶ウエーハを保存しておきたい場合、例えば裂き割りにより、マスク層３４全体を基体３２から分離することができる。」（５欄３８行〜６欄１行）と記載されている。
　
３．対比・判断
（１）本件発明１について
＜一致点・相違点＞
　上記刊行物１の記載を総合すると、刊行物１には、「ＭＯＶＰＥ法によるＧａＮ又はＡｌＧａＮの選択成長において、基板としてＧａＮ（０００１）／α−Ａｌ２Ｏ３を用い、その基板表面にマスクとしてＳｉＯ２を堆積させ、フォトリソグラフィー技術により〈１１２（上バー付）０〉方向に窓幅を有するストライプ状のパターンを形成し、その窓幅に前記基板におけるα−Ａｌ２Ｏ３とは異なるＧａＮ又はＡｌＧａＮのファセットを形成しながら成長させ、前記マスク上にｏｖｅｒ　ｇｒｏｗｔｈさせるＧａＮ又はＡｌＧａＮの成長方法」の発明が記載されているものと認められる。
　そこで、本件発明１と刊行物１に記載の発明とを対比すると、両者は、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長において、基板表面にパターニングされたマスク材料により成長領域を形成する工程と、前記成長領域に前記基板と格子定数や熱膨張係数が異なるＧａＮ系半導体のファセット構造を形成しながら成長させ、前記マスク材料を覆う工程とを有するＧａＮ系半導体の成長方法である点で一致するものの、（ａ）ＧａＮ系半導体を成長させる際に、本件発明１は、ファセット構造を形成しながら成長させて転位を曲げるのに対し、刊行物１に記載の発明は、そのようなものではない点、（ｂ）マスク材料を覆う際に、本件発明１は、隣接する成長領域のＧａＮ系半導体のファセット構造とともにマスク材料を覆い表面を平坦化しているのに対し、刊行物１に記載の発明は、そのようなものではない点で相違する。
＜相違点についての判断＞
　上記相違点（ａ）（ｂ）のうち相違点（ａ）について検討する。
　刊行物２には、シリコンウエハに形成したマスクの開口部を介してマスク上にシリコンをエピタキシャル成長させて、ダイアモンド型立方晶構造の単結晶シリコン層を形成すること、そして、このシリコン層がマスクの表面を横切って〔００１〕方向、即ちマスク上の横方向に成長が進むと、発生した結晶欠陥が容易にダイアモンド型立方晶構造のすべり面（本件発明１のファセット構造に相当する。）の１つである（１１（上バー付）１）面に入り、結晶構造を貫通して進行すること、これにより高品質の結晶構造が得られること、さらに、シリコンに限らず、面心立方晶、ダイアモンド型立方晶の層をエピタキシャル成長させることができることが記載されている。
　しかしながら、刊行物２に記載のエピタキシャル成長させる材料であるシリコンは、ダイアモンド型立方晶構造を有しており、しかも、刊行物２には、発生した結晶欠陥（本件発明１の転位もそのうちの１つに含まれる。なお、刊行物２の第４図に記載の線状欠陥２８は転位とは異なる。）が、ダイアモンド型立方晶構造のすべり面の１つである（１１（上バー付き）１）面に入り、結晶構造を貫通して進行するとしても、結晶欠陥のうちの転位が曲がることまで開示されているとすることはできない。
　一方、本件発明１のエピタキシャル成長させるＧａＮ系半導体は、通常は上記の立方晶構造とは異なる六方晶構造を有しており、この六方晶構造を有するＧａＮ系半導体のファセット構造を形成しながら成長させて転位を曲げるものであるから、刊行物２に記載のダイアモンド型立方晶構造のエピタキシャル成長において、発生した結晶欠陥が結晶構造を貫通して進行する工程を、刊行物１に記載のＧａＮ又はＡｌＧａＮの六方晶構造のエピタキシャル成長の場合に適用しても、本件発明１のように、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長において、ファセット構造を形成しながら成長させて転位を曲げることが可能であることを予測することは容易なことではない。
　また、刊行物３には、成長膜としてＧａＰをエピタキシャル成長させ、しかも、横方向成長したエピタキシャル成長層に存在する転位は、絶縁膜の窓部にしか存在しないから、横方向に成長した結晶中の転位を、実質的に消滅させることができることが記載され、刊行物４には、成長膜としてＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓをエピタキシャル成長させることが記載されているものの、刊行物３、４に記載のいずれの材料も立方晶構造であって六方晶構造ではない。そして刊行物３、４には、ファセット構造を形成しながら成長させて転位を曲げることについては何も記載されていない。
　そして、本件発明１は、ＧａＮ系半導体のファセット構造を形成しながら成長させて転位を曲げることにより、結晶欠陥を大幅に減らせることが可能になったとの顕著な作用効果を奏することができるものである。
　したがって、本件発明１は、上記相違点（ｂ）については検討するまでもなく、刊行物１〜４に記載の発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものではない。
　
（２）本件発明２〜１０について
　本件発明２〜１０は、いずれも本件発明１を引用する発明であって、少なくとも本件発明１を特定するために必要と認める事項をすべて備えているから、上記（１）と同じ理由により、本件発明２〜１０は、刊行物１〜４に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものではない。
　
（３）本件発明１１〜１９について
　本件発明１１〜１９は、それぞれ本件発明１、８、３〜７、９、及び１０におけるＧａＮ系半導体の成長方法を物の形で表現したものであり、その技術的内容は、それぞれ本件発明１、８、３〜７、９、及び１０の技術的内容と実質的に同一である。
　そして、本件発明１１の構成とするＧａＮ系半導体膜が、「成長領域でファセット構造を形成しながら成長し転位を曲げ、ＧａＮ系半導体が隣接する成長領域のＧａＮ系半導体の成長とともにマスク材料を覆い、前記ＧａＮ系半導体の成長により前記ファセット構造が埋め込まれて形成された」ことについては、上記（１）で示したと同様、刊行物１〜４には記載されておらず、また、この構成を示唆する記載もない。また、この構成により、ＧａＮ系半導体の成長領域でファセット構造を形成しながら成長し転位を曲げることにより、結晶欠陥を大幅に減らせることが可能になったとの顕著な作用効果を奏することができるものである。
　したがって、本件発明１１は、刊行物１〜４に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものではない。
　更に、本件発明１２〜１９は、いずれも本件発明１１を引用する発明であって、少なくとも本件発明１１を特定するために必要と認める事項をすべて備えているから、上記と同じ理由により、本件発明１２〜１９は、刊行物１〜４に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものではない。
　
　また、その他の異議申立の証拠（甲第３、４、７号証）を参酌しても、本件発明１〜１９に係る特許を取り消すことはできない。
　
IV．むすび
　以上のとおりであるから、特許異議の申立の理由及び証拠によっては、本件発明１〜１９に係る特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件発明１〜１９に係る特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１５年１０月２７日（２００３．１０．２７）
【訂正の要旨】
審決（決定）の【理由】欄参照。
（５４）【発明の名称】
ＧａＮ系半導体の成長方法およびＧａＮ系半導体膜
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長において、基板表面にパターニングされたマスク材料により成長領域を形成する工程と、前記成長領域に前記基板と格子定数や熱膨張係数が異なるＧａＮ系半導体のファセット構造を形成しながら成長させ
て転位を曲げ
　【請求項２】　前記平坦化された表面に前記各工程を繰り返すことを特徴とする請求項１記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項３】　前記基板表面に、前記成長領域に成長するＧａＮ系半導体と同じ材料か、あるいは格子定数や熱膨張係数の似た性質を有するＧａＮ系半導体を形成した後に、前記パターニングされたマスク材料により形成された成長領域を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項４】　前記マスク材料を用いて形成する成長領域がストライプ形状、矩形状、丸状、又は三角形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項５】　前記基板は、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ２基板、Ａｌ２Ｏ３基板のいずれか１つから選択され、前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項６】　前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、前記ファセット構造の側壁が｛１−１０１｝面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項７】　前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、ストライプ方向が＜１１−２０＞方向または＜１−１００＞方向であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項８】　請求項１乃至７のいずれかに記載されたＧａＮ系半導体の形成の後、前記ＧａＮ系半導体から少なくとも前記基板、マスク材料を除去する工程と有することを特徴とするＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項９】　請求項１乃至８のいずれかに記載されたＧａＮ系半導体の形成の後、デバイス構造を成長する工程を有することを特徴とするＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項１０】　前記デバイス構造がレーザ、ＦＥＴ、ＨＢＴのいずれかであることを特徴とする請求項９記載のＧａＮ系半導体の成長方法。
　【請求項１１】　ＧａＮ系半導体と格子定数や熱膨張係数が異なる基板と、前記基板表面に成長領域を形成するパターニングされたマスク材料と、前記成長領域でファセット構造を形成しながら成長し
転位を曲げ、
　【請求項１２】　前記ＧａＮ系半導体膜から少なくとも前記基板、マスク材料が除去されていることを特徴とする特徴とする請求項１１記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１３】　前記基板表面に、前記成長領域に成長するＧａＮ系半導体と同じ材料か、あるいは格子定数や熱膨張係数の似た性質を有するＧａＮ系半導体が形成され、前記ＧａＮ系半導体表面上にマスク材料による成長領域が形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１４】　前記マスク材料を用いて形成する成長領域がストライプ形状、矩形状、丸状、又は三角形状であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１５】　前記基板は、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ２基板、Ａｌ２Ｏ３基板のいずれか１つから選択され、前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択されることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１６】　前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、前記ファセット構造の側壁が｛１−１０１｝面であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１７】　前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、ストライプ方向が＜１１−２０＞方向または＜１−１００＞方向であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体膜。
　【請求項１８】　請求項１１乃至１７のいずれかに記載されたＧａＮ系半導体膜上にデバイス構造が形成されていることを特徴とするＧａＮ系半導体素子。
　【請求項１９】　前記デバイス構造がレーザ、ＦＥＴ、ＨＢＴのいずれかであることを特徴とする請求項１８に記載のＧａＮ系半導体素子。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【発明の属する技術分野】本発明は、半導体結晶のエピタキシャル成長方法に関し、格子定数や、熱膨張係数の異なる基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶膜をエピタキシャル成長させる方法及びこの成長方法これによって得られるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜に関する。特に結晶欠陥の少ない半導体膜の形成が困難なＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長方法の適用に有効である。
　【０００２】さらにＧａＮ系半導体素子及びその製造方法に関し、結晶欠陥の少ないＧａＮ半導体膜上に形成されたＧａＮ系半導体素子及びその製造方法に関する。
　【０００３】
　【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）は、禁制帯幅が３．４ｅＶと大きく、かつ直接遷移型であることから青色発光素子材料として注目されている。
　【０００４】この材料を用いた発光デバイスを作製するための基板材料としては、成長させるエピタキシャル層と同じ物質のバルク結晶を用いることが望ましい。しかしながら、ＧａＮのような結晶では、窒素の解離圧が高いことによりバルク結晶の作製が非常に困難であった。したがってバルク結晶の作製が非常に困難な材料を用いてデバイスを作製する場合は、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板などのような格子定数、熱膨張係数などの物理的性質や、化学的性質も全く異なる基板が用いられてきた。
　【０００５】
　【発明が解決しようとする課題】このようなヘテロ基板上にエピタキシャル成長を行うと、基板や、エピタキシャル層に歪みや、欠陥が発生し、特に厚い膜を成長した場合には、クラックが発生することが報告されている「ジャパニーズ　ジャーナル　オブ　アプライドフィジックス第３２巻（１９９３）第１５２８−１５３３頁」（Ｊｐｎ．Ｊ．　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ３２（１９９３）ｐｐ．１５２８−１５３３）。このような場合には、デバイスとしての性能が極端に悪くなるばかりではなく、成長層が粉々に破壊されるという結果をしばしば招いた。
　【０００６】また格子不整合系のエピタキシャル成長において、転位密度が少ない高品質のエピタキシャル成長層を得るために、最初の結晶成長で１μｍのＳｉＯ２膜でストライプを形成したサファイア基板上にＧａＮ膜の選択成長を行い、格子欠陥や転位を特定の領域に集中させることが特開平８−６４７９１号公報に記載されている。しかし特開平８−６４７９１号公報の例ではＳｉＯ２膜部分で成長が起こらないために全面に平坦な成長層を得ることができず、素子形成箇所に制約が生じていた。
　【０００７】本発明の目的は、格子定数や熱膨張係数が異なるヘテロ基板を用いてエピタキシャル成長を行っても、基板やエピタキシャル成長層への歪みや欠陥の発生が少なく、また厚い膜を成長してもクラックが入りにくいエピタキシャル成長層を得るための成長方法を提供することにある。
　【０００８】さらに本発明の他の目的は、上記エピタキシャル成長をＧａＮ系半導体の成長に利用し結晶欠陥の少ないＧａＮ系半導体膜を提供することにある。
　【０００９】また本発明の他の目的は、上記エピタキシャル成長により形成されたＧａＮ系半導体膜上にＧａＮ系半導体素子構造（例えばＧａＮ系半導体発光素子構造）を作製することにより、優れた素子特性の得られるＧａＮ系半導体素子（例えばＧａＮ系半導体発光素子）を提供することにある。
　【００１０】
　【課題を解決するための手段】本発明のＧａＮ系半導体の成長方法は、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長において、基板表面にパターニングされたマスク材料により成長領域を形成する工程と、前記成長領域に前記基板と格子定数や熱膨張係数が異なるＧａＮ系半導体のファセット構造を形成しながら成長させ
て転位を曲げ
　【００１１】また、本発明のＧａＮ系半導体の成長方法は、前記基板表面に、前記成長領域に成長するＧａＮ系半導体と同じ材料か、あるいは格子定数や熱膨張係数の似た性質を有するＧａＮ系半導体を形成した後に、前記パターニングされたマスク材料により形成された成長領域を形成することを特徴とする。
　【００１２】さらに、マスク材料を用いて形成する成長領域がストライプ形状、矩形状、丸状、又は三角形状であることを特徴とする。また、前記基板は、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ２基板、Ａｌ２Ｏ３基板のいずれか１つから選択され、前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択されることを特徴とする。
　【００１３】さらに、前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、前記ファセット構造の側壁が｛１−１０１｝面であることを特徴とする。あるいは、前記ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、ストライプ方向が＜１１−２０＞方向または＜１−１００＞方向であることを特徴とする。
　【００１４】また、ＧａＮ系半導体の形成の後、前記ＧａＮ系半導体から少なくとも前記基板、マスク材料を除去する工程と有することを特徴とする。
　【００１５】本発明のＧａＮ系半導体の成長方法は、上記のＧａＮ系半導体の形成の後、デバイス構造を成長する工程を有することを特徴とする。また、前記デバイス構造がレーザ、ＦＥＴ、ＨＢＴのいずれかであることを特徴とする。
　【００１６】本発明のＧａＮ系半導体膜は、ＧａＮ系半導体と格子定数や熱膨張係数が異なる基板と、前記基板表面に成長領域を形成するパターニングされたマスク材料と、前記成長領域でファセット構造を形成しながら成長し
転位を曲げ、
　【００１７】さらに、ＧａＮ系半導体膜から少なくとも前記基板、マスク材料が除去されていることを特徴とする。
　【００１８】また、前記基板表面に、前記成長領域に成長するＧａＮ系半導体と同じ材料か、あるいは格子定数や熱膨張係数の似た性質を有するＧａＮ系半導体が形成され、前記ＧａＮ系半導体表面上にマスク材料による成長領域が形成されていることを特徴とする。
　【００１９】さらに、マスク材料を用いて形成する成長領域がストライプ形状、矩形状、丸状、又は三角形状であることを特徴とする。また、基板は、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ２基板、Ａｌ２Ｏ３基板のいずれか１つから選択され、ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択されることを特徴とする。
　【００２０】さらに、ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、前記ファセット構造の側壁が｛１−１０１｝面であることを特徴とする。あるいは、ＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのいずれか１つから選択され、かつ、前記マスクの形状がストライプ形状であって、ストライプ方向が＜１１−２０＞方向または＜１−１００＞方向であることを特徴とする。
　【００２１】本発明のＧａＮ系半導体素子は、上記のＧａＮ系半導体膜上にデバイス構造が形成されていることを特徴とする。また、前記デバイス構造がレーザ、ＦＥＴ、ＨＢＴのいずれかであることを特徴とする。
　【００２２】
　【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。
　【００２３】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態について、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長を例に図１を参照して説明する。
　【００２４】初めに、基板材料とは性質を異にし、その次の工程で成長する材料と同じか、あるいはその材料と格子定数や熱膨張係数の似た性質を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２を基板上に成長し、その表面上にフォトリソグラフィー法とウエットエッチング法を用いて基板上の成長領域を制限するマスク１４を形成する。マスクの形状はストライプとし、このときマスク１４の厚さは１０ｎｍから２μｍ程度であり、成長領域１３およびマスク１４のストライプ幅は、通常０．１μｍから１０μｍ程度とした。（図１（ａ））。
　【００２５】次に、成長領域に対しＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜のエピタキシャル成長を行う。マスク１４の付いた基板をエピタキシャル装置の反応管に挿入して、水素ガス、窒素ガス、または、水素と窒素の混合ガスとＶ族原料ガスを供給しながら基板１１を所定の成長温度まで昇温する。温度が安定してからＩＩＩ族原料を供給して、成長領域１３にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５を成長する。結晶成長方法は、好ましくはＩＩＩ族原料に塩化物を用いる塩化物輸送法による気相成長（ＶＰＥ：Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）で行うが、ＩＩＩ族原料に有機金属を用いる有機金属化合物気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いてもよい。
　【００２６】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５は、初期段階ではマスク１４上に成長せず、成長領域１３のみで結晶成長が起こり、成長領域上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５にはファセット構造が形成される。このときのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５の成長条件はファセット構造が形成されるよう６５０℃から１１００℃の成長温度、ＩＩＩ族原料の供給量に対し等倍から２０００００倍を供給するＶ族原料の供給量の範囲で行う。（図１（ｂ））。
　【００２７】さらにエピタキシャル成長を続けると、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５はファセット構造の面に対して垂直な方向に成長が進むため、成長領域だけでなくマスク１４を覆うようになる。そして隣接する成長領域のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５のファセット構造と接触する（図１（ｃ））。
　【００２８】さらにエピタキシャル成長を続けると、ファセット構造が埋め込まれ（図１（ｄ））、最終的には、平坦な表面を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜１５を得ることができる（図１（ｅ））。
　【００２９】通常、基板上に格子定数や熱膨張率の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長を行うと、基板との界面で発生した結晶欠陥にともなう転位は、界面と垂直方向に伸びるために、たとえエピタキシャル膜を厚くしても、転位の低減は見られない。
　【００３０】本実施の形態による方法では、選択成長により成長領域にファセット構造を形成している。このファセットは成長速度が他の面より遅いために現れる。ファセットの出現により転位がファセットに向かって進み、基板と垂直に伸びていた転位が垂直な方向へ伸びることができなくなる。結晶欠陥はファセットの成長とともに横方向に曲げられ、エピタキシャル膜の膜厚増加に伴い、成長領域では結晶欠陥が減少していき、結晶の端に出てしまうか、閉ループを形成することがわかった。これにより、エピタキシャル膜内の欠陥の低減が計られる。このようにファセット構造を形成して成長することで、結晶欠陥を大幅に減らせる。
　【００３１】特にＩＩＩ族原料に塩化物を用いる塩化物輸送法による気相成長では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５の成長が速いため、ファセット構造のうち基板面と同じ面が消えるのがはやい。したがって基板と垂直に伸びる転位は、はやくからファセット構造のうち基板面と異なる面の方向に伸びることになりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５における垂直に伸びる転位を大幅に減らすことができる。
　【００３２】なお、ＩＩＩ族原料に有機金属を用いる有機金属化合物気相成長は塩化物輸送法による気相成長と比べて成長速度が遅くなるが、上述のようにのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５のファセット構造のうち基板面と同じ面がはやく消えるようにすればよい。例えば成長領域に対するマスクの面積を大きくすればマスク上からの成長種の供給量が増えるため成長領域におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１５の成長をはやめることができる。
　【００３３】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態について、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長を例に図５を参照して説明する。
　【００３４】図５（ａ）〜（ｂ）までは第１の実施の形態の図１（ａ）から（ｅ）と同様な工程で作製しているため説明を省略する。第２の実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長を行い成長層を平坦化した後に、第２のマスクを設け（図５（ｃ））、第１の実施の形態と同様にファセット構造を形成し、平坦化を行っている（図５（ｄ））。
　【００３５】第２の実施の形態では、図１（ａ）から（ｅ）の作製工程を繰り返すことにより形成したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜の欠陥密度をさらに低減することができる。
　【００３６】第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態は、基板と格子定数や熱膨張係数の異なる材料を結晶成長する場合に有効であり、Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ，ＳｉＣ，ＭｇＡｌ２Ｏ４，ＬｉＧａＯ２，ＺｎＯ等の基板への、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に適用できる。
　【００３７】また図１あるいは図５では基板にその次の工程で成長する物質と同じ、あるいはその物質と格子定数や熱膨張係数の似た性質を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜表面にマスクを形成した例を示したが、基板１１表面に直接マスクを形成して図１（ｂ）〜（ｅ）あるいは図５（ｂ）〜（ｄ）のプロセスを行っても同様な効果が得られる。
　【００３８】さらに本実施の形態ではマスク１４としてストライプ状のパターンを用いた成長領域について説明を行ったが、これに限られるものではなく、ファセット構造が現れるものであれば、成長領域の形状が矩形状、丸状、又は三角状となるマスクでもよい。
　【００３９】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態で説明したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長をＧａＮ系半導体の成長に利用しＧａＮ系半導体膜を形成するものである。
　【００４０】第３の実施の形態は、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態で説明したエピタキシャル成長をＧａＮ系半導体に利用したものであり、共通する箇所については説明を簡略化する。
　【００４１】はじめに、ＧａＮ系半導体と熱膨張係数や格子定数の異なる基板材料上に、フォトリソグラフィー法とウエットエッチング法を用いて基板上の成長領域を制限するマスクを形成する。
　【００４２】次に成長領域に対しＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長を行う。成長領域に成長するＧａＮ系半導体の結晶成長方法は、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いる塩化物輸送法による気相成長（ＶＰＥ：Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）であるハイドライドＶＰＥ法や、Ｇａ原料に有機金属を用いる有機金属化合物気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　ＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）を用いる。成長温度は６５０℃から１１００℃で行い、Ｖ族原料の供給量はＩＩＩ族原料の供給量に対し等倍から２０００００倍を供給すればよい。
　【００４３】ＧａＮ系半導体層のエピタキシャル成長は、第１の実施の形態と同様に、ＧａＮ系半導体が初期段階ではマスク上に成長せず成長領域のみで結晶成長が起こり、成長領域上のＧａＮ系半導体膜には基板の面方位とは異なる面方位のファセット構造が形成される。
　【００４４】エピタキシャル成長を続けると、ＧａＮ系半導体はファセット構造の面に対して垂直な方向に成長が進むため、成長領域だけでなくマスクを覆うようになる。そして隣接する成長領域のＧａＮ系半導体のファセット構造と接触する。さらにエピタキシャル成長を続けると、ＧａＮ系半導体によりファセット構造が埋め込まれ、最終的には、平坦な表面を有するＧａＮ系半導体膜を得ることができる。
　【００４５】ＧａＮはバルク結晶の作製が困難なため、従来のＧａＮ系半導体の結晶成長では基板としてサファイア基板、ＳｉＣ基板等を用いてきたが、これらの基板はＧａＮ系半導体とは格子定数や熱膨張率が異なっている。このためＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長を行うと、基板との界面で発生した結晶欠陥にともなう転位が界面と垂直方向に伸び、たとえエピタキシャル膜を厚くしても転位の低減は見られなかった。
　【００４６】本実施の形態によるエピタキシャル成長方法では、ＧａＮ系半導体と熱膨張係数や格子定数の異なる基板材料上のマスク材料により選択的に形成された成長領域に、基板面方位とは異なる面方位のファセット構造を有するＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長している。このファセットは成長速度が他の面より遅いために現れ、ファセットの出現により、基板とＧａＮ系半導体の界面付近から発生した転位がファセットに向かって進むようになり、基板と垂直に伸びていた転位が垂直な方向へ伸びることができなくなる。
　【００４７】したがってＧａＮ系半導体の結晶欠陥はファセットの成長とともに横方向に曲げられ、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長による膜厚の増加に伴い、成長領域では結晶欠陥が減少していき、結晶の端に出てしまうか、閉ループを形成する。これにより、エピタキシャル膜内の欠陥の低減が計られる。
　【００４８】このように基板上にマスクにより選択的に形成された成長領域にファセット構造を有するＧａＮ系半導体膜を成長することで、ＧａＮ系半導体膜の結晶欠陥を大幅に減らすことが可能となる。
　【００４９】さらに、第３の実施の形態で得られるＧａＮ系半導体膜は膜厚を所望の厚さに成長してから基板（サファイア基板等）とマスクとＧａＮ系半導体の一部を除去することで、結晶欠陥の少ないＧａＮ系半導体膜の基板として用いることができる。このようなＧａＮ系半導体膜上にＧａＮ系半導体素子を作製することで、ＧａＮ系半導体素子の積層構造の結晶性を改善することができる。
　【００５０】またＧａＮ系半導体素子がＧａＮ系半導体発光素子の場合は、サファイア基板等で問題となっていたＧａＮ系半導体発光素子における基板裏面への電極形成が可能になる。
　【００５１】さらにＧａＮ系半導体発光素子がＧａＮ系半導体レーザの場合は、ＧａＮ系半導体とへき開面が異なるヘテロ基板上にレーザ構造を形成しても、へき開による共振器ミラーの作製が可能になる。
　【００５２】なお、第３の実施の形態におけるＧａＮ系半導体膜の形成は説明上第１の実施の形態のエピタキシャル成長を用いた記載としたが、第２の実施の形態でも適用可能である。
　【００５３】第３の実施の形態の説明では、ＧａＮ系半導体と格子定数や熱膨張係数の異なる基板表面に直接マスクを形成する例を示したが、基板上にＧａＮ系半導体を成長した後に、該ＧａＮ系半導体表面にマスクを形成しても同様な効果が得られる。
　【００５４】さらに本実施の形態に用いるマスクとしては第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態と同様な材料、寸法、形状を適用することができる。また本実施の形態におけるＧａＮ系半導体膜としてはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等があげられるがＧａＮが最も好ましい。
　【００５５】またＧａＮ系半導体素子としては、ＧａＮ系半導体レーザやＧａＮ系ＬＥＤ等のＧａＮ系半導体発光素子の他にＦＥＴやＨＢＴなどのデバイスにも適用可能である。
　【００５６】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施の形態について、図６を参照して説明する。
　【００５７】第４の実施の形態は、ＧａＮ系半導体と熱膨張係数や格子定数が異なる基板上に、第１の実施の形態のエピタキシャル成長を利用してＧａＮ系半導体厚膜を成長し、さらにこのＧａＮ系半導体厚膜上にＧａＮ系半導体素子を作製するものである。
　【００５８】第４の実施の形態ではＧａＮ系半導体膜上のＧａＮ系半導体素子としてＧａＮ系半導体発光素子を用いた場合について説明する。
　【００５９】はじめに、基板表面にマスクを形成し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングでマスクと成長領域に分離する。基板には、ＧａＮ系半導体と熱膨張係数や格子定数の異なる基板材料上にＧａＮ系半導体が形成された基板を用いる。
　【００６０】マスク及び成長領域の形状としては、第１の実施の形態の説明のように成長領域のＧａＮ系半導体にファセットが出現する形状とする。
　【００６１】次に成長領域に対しＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長を行う。ＧａＮ系半導体の成長法は、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いるハイドライドＶＰＥ法が好ましいが、有機金属化学気相成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いてもよい。
　【００６２】ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長は、第１の実施の形態と同様に、ＧａＮ系半導体が初期段階ではマスク上に成長せず成長領域のみで結晶成長が起こり、成長領域上のＧａＮ系半導体には基板の面方位とは異なる面方位のファセット構造が形成される。
　【００６３】エピタキシャル成長を続けると、ＧａＮ系半導体はファセット構造の面に対して垂直な方向に成長が進むため、成長領域だけでなくマスクを覆うようになる。そして隣接する成長領域のＧａＮ系半導体膜のファセット構造と接触する。さらにエピタキシャル成長を続けると、ＧａＮ系半導体によりファセット構造が埋め込まれ、最終的には、平坦な表面を有するＧａＮ系半導体膜を得ることができる。
　【００６４】次にＧａＮ系半導体膜上にＧａＮ系半導体発光素子の素子構造を作製する。ＧａＮ系半導体膜を形成した後、ＧａＮ系半導体膜が形成された基板をＭＯＣＶＤ装置にセットし、所定の温度、ガス流量、Ｖ／ＩＩＩ比で、ｎ型ＧａＮ層、ｎ型ＡｌＧａＮクラット層、ｎ型ＧａＮ光ガイド層、アンドープＩｎＧａＮ量子井戸層とアンドープＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造活性層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ光ガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順次形成しレーザー構造を作製する。
　【００６５】次に、レーザー構造を形成した基板を研磨器にセットし、基板、ＳｉＯ２マスク、およびＧａＮ系半導体膜の一部を研磨してＧａＮ系半導体膜を露出させる。露出したＧａＮ系半導体膜の面、すなわちＧａＮ系半導体発光素子裏面側にｎ型電極を形成し表面側にｐ型電極を形成する。
　【００６６】第４の実施の形態により以下の効果が得られる。
　【００６７】第１の実施の形態のエピタキシャル成長で得られたＧａＮ系半導体膜上にＧａＮ系半導体素子構造を成長することにより、従来のサファイア基板を用いた成長で問題となっていたＧａＮ系半導体素子構造におけるエピタキシャル成長膜の結晶性が改善でき、ＧａＮ系半導体素子特性を向上させることができる。
　【００６８】さらにＧａＮ系半導体素子がＧａＮ系半導体発光素子の場合においては、裏面に電極を形成することができるため、従来のようにドライエッチング等複雑な作製工程で電極をＧａＮ系半導体膜の表面に形成することなく素子を作製でき電極作製工程が簡略化できる。
　【００６９】またＧａＮ系半導体発光素子がＧａＮ系半導体レーザの場合は、結晶欠陥が少ないＧａＮ系半導体厚膜を形成した後に基板、マスクを除去することで、へき開によりＧａＮ系半導体レーザ構造の共振器ミラー面を形成できる。このため従来のドライエッチング等による複雑な工程で共振器ミラー面を形成したものに比べ大幅に簡略化でき歩留まりも大幅に向上できる。
　【００７０】なお、第４の実施の形態は上記の説明に限定されるものではなく、必要に応じて他の構成、成長法を採ることが可能である。
　【００７１】例えば、ＧａＮ系半導体膜のエピタキシャル成長は第１の実施の形態だけでなく、第２の実施の形態の適用もできる。
　【００７２】さらにＧａＮ系半導体膜上にＧａＮ系半導体素子の積層構造を作製した後に基板、マスクを除去したが、ＧａＮ系半導体膜形成後に基板、マスクとＧａＮ系半導体膜の一部を除去した後にＧａＮ系半導体素子の積層構造を作製してもよい。
　【００７３】なお、ＧａＮ系半導体膜から基板、マスクを除去した例を説明したが、ＧａＮ系半導体膜上に形成されたＧａＮ系半導体素子の結晶性の効果だけ得たいのであれば、基板、マスクの除去を行わず、ＧａＮ系半導体素子表面側に電極を形成する構成としてもよい。
　【００７４】さらに本実施の形態に用いるマスクとしては第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態と同様な材料、寸法、形状を適用することができる。また本実施の形態におけるＧａＮ系半導体膜としてはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等があげられるがＧａＮが最も好ましい。
　【００７５】またＧａＮ系半導体素子としては、ＧａＮ系半導体レーザやＧａＮ系ＬＥＤ等のＧａＮ系半導体発光素子の他にＦＥＴやＨＢＴなどのデバイスにも適用可能である。
　【００７６】
　【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
　【００７７】（第１の実施例）本発明の実施例について、図１を参照して説明する。本実施例では、基板として、（０００１）面サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板１１上に１μｍ程度の膜厚のＧａＮ膜１２をあらかじめ形成した基板を用いた。このＧａＮ膜１２表面にＳｉＯ２膜を形成し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングでマスク１４と成長領域１３に分離した。成長領域１３およびマスク１４は、それぞれ５μｍおよび２μｍの幅のストライプ状である。ストライプ方向は＜１１−２０＞方向とした（（図１（ａ））。
　【００７８】成長領域１３に成長するＧａＮ膜１５は、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いるハイドライドＶＰＥ法を用いた。基板１１をハイドライドの成長装置にセットし、水素雰囲気で成長温度１０００℃に昇温する。成長温度が安定してから、ＨＣｌ流量を２０ｃｃ／毎分で供給し、ＮＨ３流量１０００ｃｃ／毎分で５分程度供給することで、成長領域１３にＧａＮ膜１５の｛１−１０１｝面からなるファセット構造を成長させた（図１（ｂ））。さらに、２０分間程度エピタキシャル成長を続け、マスク１４を覆うまでファセット構造１６を発達させた（図１（ｃ））。
　【００７９】エピタキシャル成長を続けることによりファセット構造を埋め込み（図１（ｄ））、最終的には、５時間の成長で２００μｍ程度の平坦な表面を有するＧａＮ膜を形成させた（図１（ｅ））。ＧａＮ膜１５を形成後、アンモニアガスを供給しながら、常温まで冷却し成長装置より取り出した。
　【００８０】第１の実施例では成長領域を制限する選択成長により、側壁が｛１−１０１｝面からなるファセットを形成して結晶成長を行っている。このファセットは成長速度が他の面より遅いために現れてくる。ファセットが現れる前は、基板と垂直に伸びていた転位が、ファセットの出現でこの方向へ伸びることができなくなる。
　【００８１】本発明により成長した結晶を詳細に調べると、ファセットの出現で、横方向に曲げられ、エピタキシャル膜の膜厚増加に伴い、結晶の端に出ることがわかった。これにより、エピタキシャル膜内の欠陥の低減が計られる。
　【００８２】第１の実施例によって形成されたＧａＮ膜１５には、サファイア基板１１と格子定数や熱膨張係数が違うにもかかわらずクラックが入っていないことが確認された。しかも、厚膜成長を行ったＧａＮ膜には、欠陥が非常に少なく、欠陥密度は１０６ｃｍ２程度であった。
　【００８３】本実施例で成長したＧａＮ膜は欠陥が非常に少なく、この上にレーザ、ＦＥＴ、およびＨＢＴなどの高品質なデバイス構造を成長することで、デバイス特性を向上させることが可能となる。
　【００８４】さらにサファイア基板１１を研磨等によって除去することで、ＧａＮ膜１５を基板材料として用いることもできる。
　【００８５】第１の実施例では、ＧａＮ膜のエピタキシャル成長にハイドライドＶＰＥ法を用いて形成したが、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いても同様な効果が得られる。またＡｌ２Ｏ３基板１１を用いたが、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ２基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板等を用いても同様な効果が得られる。さらにＡｌ２Ｏ３基板１１上にＧａＮ膜１２をあらかじめ形成したが、基板１１上に直接マスクを形成してもよい。
　【００８６】またマスク１４としてＳｉＯ２を用いたがこれに限られるものではなく、ＳｉＮＸ等の絶縁体膜でもよい。この実施例ではマスク１４の幅を２μｍとしたが、マスクを埋め込むことのできる幅であれば同様な効果が得られる。さらにストライプを＜１１−２０＞方向に形成したが、ファセットが形成されれば、これと垂直の方向＜１−１００＞でもよく、これらの方向から傾けた角度であっても結晶成長の条件により、成長領域にファセット構造を形成することができる。なおファセット構造が形成される結晶成長の条件は材料によってそれぞれ異なる。
　【００８７】またＧａＮのエピタキシャル成長について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、ＩｎＮ膜をエピタキシャル成長しても同様な効果が得られる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物に不純物の添加しても同様な効果が得られる。
　【００８８】（第２の実施例）本発明の第２の実施例について、第１の実施例と同じく図１を参照して説明する。
　【００８９】第２の実施例では、基板として、（０００１）面ＳｉＣ基板１１上に１μｍ程度の膜厚のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ膜１２をあらかじめ形成した結晶を用いた。このＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ膜１２表面にＳｉＯ２膜を形成し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングでマスク１４と成長領域１３に分離した。成長領域１３、およびマスク１４は、それぞれ２μｍ、および１０μｍの幅のストライプ状である。ストライプ方向は＜１−１００＞方向とした（（図１（ａ））。
　【００９０】成長領域１３に成長するＧａＮ膜１５は、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いるハイドライドＶＰＥ法を用いた。基板１１をハイドライドの成長装置にセットし、水素雰囲気で成長温度１０００℃に昇温する。成長温度が安定してから、ＨＣｌ流量を２０ｃｃ／毎分で供給し、ＮＨ３流量２０００ｃｃ／毎分で５分程度供給することで、成長領域１３にＧａＮ膜１５の｛１−１０１｝面からなるファセット構造を成長させた（図１（ｂ））。
　【００９１】さらに、２０分間程度エピタキシャル成長を続け、マスク１４を覆うまでＧａＮのファセット構造１５を発達させた（図１（ｃ））。
　【００９２】エピタキシャル成長を続けることによりファセット構造を埋め込み（図１（ｄ））、最終的には、５時間の成長で２００μｍ程度の平坦な表面を有するＧａＮ膜を形成させた（図１（ｅ））。ＧａＮ膜１５の形成後、ＮＨ３ガスを供給しながら常温なで冷却し、成長装置より取り出す。
　【００９３】第２の実施例によって形成されたＧａＮ膜１５には、ＳｉＣ基板１１との格子定数や熱膨張係数が違うにもかかわらずクラックが入っていないことが確認された。しかも、厚膜成長を行ったＧａＮ膜には、欠陥が非常に少なく欠陥密度は１０６ｃｍ２程度であった。
　【００９４】本実施例で成長したＧａＮ膜は欠陥が非常に少なく、この上にレーザ、ＦＥＴ、およびＨＢＴなどの高品質なデバイス構造を成長することで、デバイス特性を向上させることが可能となる。
　【００９５】また、ＳｉＣ基板１１を研磨等によって除去することで、ＧａＮ膜１５を基板材料として用いることもできる。
　【００９６】第２の実施例では、ＧａＮ膜のエピタキシャル成長にハイドライドＶＰＥ法を用いて形成したが、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いても同様な効果が得られる。また本実施例では、ＳｉＣ基板１１を用いたが、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、Ａｌ２Ｏ３基板基板、ＬｉＧａＯ２基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板等を用いても同様な効果が得られる。さらにＳｉＣ基板１１上に膜厚のＧａＮ膜１２をあらかじめ形成したが、基板１１上に直接マスクを形成してもよい。
　【００９７】またマスク１４としてＳｉＯ２を用いたがこれに限られるものではなく、ＳｉＮＸ等の絶縁体膜でもよい。この実施例ではマスク１４の幅を１０μｍとしたが、マスクを埋め込むことのできる幅であれば同様な効果が得られる。さらにストライプを＜１−１００＞方向に形成したが、ファセットが形成されれば、これと垂直の方向＜１−１２０＞でもよく、これらの方向から傾けた角度であっても結晶成長の条件により、成長領域にファセット構造を形成することができる。なおファセット構造が形成される結晶成長の条件は材料によってそれぞれ異なる。
　【００９８】またさらに基板１１上の膜としてＡｌ組成０．１のＡｌＧａＮを用いたが、この組成は任意のものでよく、この膜としてその他にＡｌＮ、ＩｎＧａＮなどを用いても同様な効果が得られる。さらにＧａＮのエピタキシャル成長について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、ＩｎＮ膜をエピタキシャル成長しても同様な効果が得られる。また成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物に不純物の添加しても同様な効果が得られる。
　【００９９】（第３の実施例）本発明の第３の実施例について、図２を参照して説明する。
　【０１００】第３の実施例では、基板として、（１１１）面のＭｇＡｌ２Ｏ４基板２１を用いた。この基板２１表面にＳｉＯ２膜２３を形成し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングでマスク２３と成長領域２２に分離した。成長領域２２、およびマスク２３は、それぞれ４μｍ、および３μｍの幅のストライプ状である。ストライプ方向は＜１１−２０＞方向とした（（図２（ａ））。
　【０１０１】ＧａＮ膜の成長は、マスク２３上に多結晶のＧａＮが付着を抑制するのに適したハイドライドＶＰＥ法を用いた。この手法では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）と、Ｖ族原料にアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いる。
　【０１０２】まず、基板２１を成長装置にセットし、水素ガスを供給しながら１０００℃程度の高温で熱処理した後、５００℃に降温させ、ＨＣｌ流量を０．５ｃｃ／毎分で供給し、ＮＨ３流量１０００ｃｃ／毎分で５分程度供給することで、結晶成長領域２３に約２０ｎｍの膜厚のＧａＮバッファ層２４を形成する（図２（ｂ））。
　【０１０３】この状態で、ＮＨ３ガスを供給しながら１０００℃に昇温する。成長温度が安定してから、ＨＣｌ流量を２０ｃｃ／毎分で供給し、ＮＨ３流量１５００ｃｃ／毎分で５分程度供給することで、成長領域２２のＧａＮバッファー層２４上にＧａＮの｛１−１０１｝面からなるファセット構造２５を成長させた（図２（ｃ））。
　【０１０４】さらに、エピタキシャル成長を続け、マスク２３を覆うまでＧａＮ膜２５のファセット構造を発達させた後、ファセット構造を埋め込みながら成長を続け、最終的には、５時間の成長で２００μｍ程度の平坦な表面を有するＧａＮ膜２５を形成させた（図２（ｄ））。ＧａＮ膜２５の形成後、ＮＨ３ガスを供給しながら常温まで冷却し成長装置より取り出す。
　【０１０５】第３の実施例によって形成されたＧａＮ膜２５には、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板２１との格子定数や熱膨張係数が違うにもかかわらずクラックが入っていないことが確認された。しかも、厚膜成長を行ったＧａＮ膜には、欠陥が非常に少なく、１０６ｃｍ２程度であった。
　【０１０６】本実施例で成長したＧａＮ膜は欠陥が非常に少なく、この上にレーザ、ＦＥＴ、およびＨＢＴなどの高品質なデバイス構造を成長することで、デバイス特性を向上させることが可能となる。またＭｇＡｌ２Ｏ４基板２１を研磨等によって除去することで、ＧａＮ膜２５を基板材料として用いることもできる。
　【０１０７】第３の実施例では、ＧａＮ膜のエピタキシャル成長にハイドライドＶＰＥ法を用いて形成したが、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いても同様な効果が得られる。また実施例では、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板２１を用いたが、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ２基板、Ａｌ２Ｏ３基板等を用いても同様な効果が得られる。さらにＭｇＡｌ２Ｏ４２１上に直接マスクを形成したが、基板２１上にＧａＮ膜をあらかじめ形成してもよい。
　【０１０８】またマスク１４としてＳｉＯ２を用いたがこれに限られるものではなく、ＳｉＮＸ等の絶縁体膜でもよい。さらにマスク２４の幅を１０μｍとしたが、マスクを埋め込むことのできる幅であれば同様な効果が得られる。本実施例では、ストライプを＜１１−２０＞方向に形成したが、ファセットが形成されれば、これと垂直の方向＜１−１００＞でもよく、これらの方向から傾けた角度でも結晶成長の条件により、成長領域にファセット構造を形成することができる。なお、ファセット構造が形成される結晶成長の条件は材料によってそれぞれ異なる。
　【０１０９】また本実施例では基板上に低温バッファ層を設けた後にＧａＮ膜の成長を行っているため、結晶欠陥をより少なくすることが可能となる。
　【０１１０】さらに、実施例では、ＧａＮのエピタキシャル成長について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、ＩｎＮ膜をエピタキシャル成長しても同様な効果が得られる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物に不純物の添加しても同様な効果が得られる。
　【０１１１】（第４の実施例）本発明の第４の実施例について、図３、図４を参照して説明する。図３は選択的にエピタキシャル成長する成長領域の形状を丸形状、三角形状及び矩形状とした概略図である。
　【０１１２】本実施例では、基板として（０００１）面のＡｌ２Ｏ３基板４１上に１μｍ程度の膜厚のＧａＮ膜４２をあらかじめ形成した結晶基板を用いた。
　【０１１３】このＧａＮ膜４２表面にＳｉＯ２膜を形成し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングでマスク４３と成長領域４４に分離した。成長領域４４は、４μｍの直径の丸状（図３（ａ））、一辺が３μｍの三角形状（図３（ｂ））、および５μｍ角の矩形状（図３（ｃ））の３種類となるマスクをそれぞれ用いた。
　【０１１４】形成した成長領域４４に成長するＧａＮ膜４５は、ＩＩＩ族原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いる有機金属化合物気相成長法を用いた。
　【０１１５】図４は図３の成長領域を形成した基板上に気相成長法を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を形成する工程の概略図である。基板４１を有機金属化合物気相成長装置にセットし、水素ガスとＮＨ３ガスを供給しながら１０５０℃の成長温度に昇温する。成長温度が安定してから、トリメチルガリウム流量を５ｃｃ／毎分で供給し、ＮＨ３流量５０００ｃｃ／毎分で１０分程度供給することで、成長領域４４にＧａＮ膜４５の｛１−１０１｝面からなるファセット構造を成長させた（図４（ａ））。
　【０１１６】さらに、３０分間程度エピタキシャル成長を続け、マスク４３を覆うまでＧａＮ層４５のファセット構造を発達させた（図４（ｂ））。
　【０１１７】エピタキシャル成長を続けることによりＧａＮ層４５のファセット構造を埋め込み（図４（ｃ））、最終的には、１２時間の成長で１００μｍ程度の平坦な表面を有するＧａＮ膜４５を形成させた（図４（ｄ））。
　【０１１８】３種類の形状の成長領域に形成したＧａＮ膜４５は、成長領域の形状によらず平坦な表面が得られ、サファイア基板４１にクラックが入っていないことが確認された。また、本実施例では成長領域の形状を丸状、三角形状、および矩形状の３種類としたが、マスク領域を埋め込むことのできる形状であれは多角形の形状、大きさによらず同様の効果がある。
　【０１１９】本実施例で成長したＧａＮ膜は欠陥が非常に少なく、この上にレーザ、ＦＥＴ、およびＨＢＴなどの高品質なデバイス構造を成長することで、デバイス特性を向上させることが可能となる。
　【０１２０】さらにサファイア基板４１を研磨等によって除去することで、ＧａＮ膜４５を基板材料として用いることもできる。
　【０１２１】第４の実施例では、ＧａＮ膜のエピタキシャル成長にハイドライドＶＰＥ法を用いて形成したが、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いても同様な効果が得られる。またＡｌ２Ｏ３基板４１を用いたが、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ２基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板等を用いても同様な効果が得られる。さらにＡｌ２Ｏ３基板４１上に膜厚のＧａＮ膜４２をあらかじめ形成したが、基板４１上に直接マスクを形成してもよい。
　【０１２２】またマスク４３としてＳｉＯ２を用いたがこれに限られるものではなく、ＳｉＮＸ等の絶縁体膜でもよい。
　【０１２３】またＧａＮのエピタキシャル成長について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、ＩｎＮ膜をエピタキシャル成長しても同様な効果が得られる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物に不純物の添加しても同様な効果が得られる。
　【０１２４】（第５の実施例）本発明の第５の実施例について、図５を参照して説明する。
　【０１２５】基板５１には、１μｍの膜厚のＧａＮ膜５２が形成された（０００１）面のサファイア基板５１を用いた。
　【０１２６】この基板５１表面にＳｉＯ２膜を形成し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングで第１のマスク５３と第１の成長領域５４に分離した。第１の成長領域５４、および第１のマスク５３は、それぞれ２μｍ、および５μｍのストライプ状とした。ストライプ方向は、＜１１−２０＞とした（図５（ａ））。
　【０１２７】第１の成長領域５４に成長する第１のＧａＮ膜５５は、上記の実施例１と同様にＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いるハイドライドＶＰＥ法を用いた。基板５１をハイドライドの成長装置にセットし、水素雰囲気で成長温度１０００℃に昇温する。６５０℃の温度から基板５１をＮＨ３ガス雰囲気にする。成長温度が安定してから、ＨＣｌ流量を１０ｃｃ／毎分で供給し、ＮＨ３流量４０００ｃｃ／毎分で６０分間の成長で、第１の実施例で説明した図１の（ａ）から（ｅ）の成長工程を経て、第１のマスク５３を埋め込んだ第１のＧａＮ膜５５を形成する（図５（ｂ））。第１のＧａＮ膜５５を形成後、ＮＨ３ガス雰囲気で常温まで冷却し、成長装置より取り出す。
　【０１２８】次に、ＧａＮ膜５５上に再びＳｉＯ２膜を形成し、第２の成長領域５６と第２のマスク５７を形成する。それぞれのストライプ幅は、２μｍ、および５μｍであり、ストライプ方向は＜１１−２０＞とした（図５（ｃ））。この基板５１上に、再び、第１の実施例で説明した図１の（ａ）から（ｅ）の成長工程を経て、第２のマスク５７を埋め込み、およそ１５０μｍの第２のＧａＮ層５８を成長させ平坦化した表面を得た（図５（ｄ））。
　【０１２９】成長した第２のＧａＮ膜５８の欠陥を断面透過電子顕微鏡で調べた結果、欠陥が１０５ｃｍ２以下と極めて少ないものであった。ここでは、２段階の選択成長について述べたが、上記工程を繰り返すことでさらに欠陥密度を減少させることができる。
　【０１３０】第５の実施例では、ＧａＮ膜のエピタキシャル成長にハイドライドＶＰＥ法を用いて形成したが、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いても同様な効果が得られる。またＡｌ２Ｏ３基板５１を用いたが、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＧａＯ２基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板等を用いても同様な効果が得られる。さらにＡｌ２Ｏ３基板５１上にＧａＮ膜５２を成長した後にマスクを形成したが、これに限らず、基板上にＧａＮ膜５２を成長せず、直接第１のマスク５３を成長してもよい。
　【０１３１】またマスク５３としてＳｉＯ２を用いたがこれに限られるものではなく、ＳｉＮＸ等の絶縁体膜でもよい。さらに成長領域がストライプとなるようにパターニングされたマスクを用いたが、これに限らず、丸形状、矩形状、三角形状でもよい。またＧａＮのエピタキシャル成長について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、ＩｎＮ膜をエピタキシャル成長しても同様な効果が得られる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物に不純物の添加しても同様な効果が得られる。
　【０１３２】本発明の各実施例ではＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた例について述べたが、これに限られるものではなく、基板と格子定数あるいは熱膨張係数が異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に適用可能であることはいうまでもない。
　【０１３３】（第６の実施例）本発明の第６の実施例について、図６を参照して説明する。図６は本発明のエピタキシャル成長をＧａＮ膜の成長に用い、さらにこのＧａＮ膜上にＧａＮ系半導体レーザを製造する工程を説明するための概略図である。
　【０１３４】図６に示す基板６１には、１μｍの膜厚のＧａＮ膜６２が形成された（０００１）面のサファイア基板６１を用いた。この基板６１表面にＳｉＯ２膜を形成し、第１から第４の実施例と同様にフォトリソグラフィー法とウエットエッチングで第１のマスク６３と第１の成長領域６４に分離した。第１の成長領域６４、および第１のマスク６３は、それぞれ５μｍ、および２μｍのストライプ状とした。ストライプ方向は、＜１１−２０＞方向から１０度傾けて形成した（図６（ａ））。
　【０１３５】第１の成長領域６４に成長する第１のＧａＮ膜６５は、上記の実施例１と同様にＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いるハイドライドＶＰＥ法を用いた。基板６１をハイドライドの成長装置にセットし、水素雰囲気で成長温度１０００℃に昇温する。６５０℃の温度から基板５１をＮＨ３ガス雰囲気にする。成長温度が安定してから、ＨＣｌ流量を４０ｃｃ／毎分で供給し、ＮＨ３流量１０００ｃｃ／毎分、およびシラン（ＳｉＨ４）流量０．０１ｃｃ／毎分で１５０分間の成長で、第１の実施例で説明した図１の（ａ）から（ｅ）の成長工程を経て、第１のマスク６３を埋め込んだ膜厚２００μｍの第１のＧａＮ膜６５を形成する（図５（ｂ））。第１のＧａＮ膜６５を形成後、ＮＨ３ガス雰囲気で常温まで冷却し、成長装置より取り出す。ＧａＮ膜６５は、ｎ型で、１×１０１８ｃｍ−３以上のキャリア濃度であった。
　【０１３６】次に、ＧａＮ系半導体レーザ構造の作製には、有機金属化学気相成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いて作製した。ＧａＮ膜６５を形成後、ＭＯＣＶＤ装置にセットし、水素雰囲気で成長温度１０５０℃に昇温する。６５０℃の温度からＮＨ３ガス雰囲気にする。Ｓｉを添加した１μｍの厚さのｎ型ＧａＮ層６６、Ｓｉを添加した０．４μｍの厚さのｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎクラット層６７、Ｓｉを添加した０．１μｍの厚さのｎ型ＧａＮ光ガイド層６８、２．５ｎｍの厚さのアンドープＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ量子井戸層と５ｎｍの厚さのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ障壁層からなる１０周期の多重量子井戸構造活性層６９、マグネシウム（Ｍｇ）を添加した２０ｎｍの厚さのＰ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層７０、Ｍｇを添加した０．１μｍの厚さのＰ型ＧａＮ光ガイド層７１、Ｍｇを添加した０．４μｍの厚さのｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎクラッド層７２、Ｍｇを添加した０．５μｍの厚さのｐ型ＧａＮコンタクト層７３を順次形成しレーザー構造を作製した。ｐ型のＧａＮコンタクト層７３を形成した後は、ＨＮ３ガス雰囲気で常温まで冷却し、成長装置より取り出す（図６（ｃ））。２．５ｎｍの厚さのアンドープＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ量子井戸層と５ｎｍの厚さのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ障壁層からなる多重量子井戸構造活性層６９は、７８０℃の温度で形成した。
　【０１３７】次に、レーザー構造を形成したサファイア基板６１を研磨器にセットし、サファイア基板６１、ＧａＮ層６２、ＳｉＯ２マスク６３、およびＧａＮ膜６５の５０μｍ研磨してＧａＮ膜６５を露出させる。露出したＧａＮ層６５面には、チタン（Ｔｉ）−アルミ（Ａｌ）のｎ型電極７４を形成し、ｐ型のＧａＮ層７３上にはニッケル（Ｎｉ）−金（Ａｕ）のｐ型電極７５を形成する（図６（ｄ））。
　【０１３８】図６に示すレーザ構造では、裏面にｎ型電極が形成されており、従来のようにドライエッチング等複雑な作製工程でｎ型の電極を窒化物表面に形成することなく素子を形成できるため電極作製工程が簡略化できる。
　【０１３９】また、サファイアとＧａＮ系半導体とは結晶のへき開面が異なるため、従来サファイア基板上に作製したレーザ構造の共振器ミラーはへき開により形成することが困難であった。
　【０１４０】これに対し、本実施例では結晶欠陥が少ないＧａＮ層６５を厚く成長することができるため、サファイア基板やマスク材料を除去してもＧａＮ６５上に形成したＧａＮ系半導体のレーザ構造には影響はなく、またＧａＮ層６５上のレーザ構造はへき開により共振器ミラー面を形成できる利点を持っているため、従来のドライエッチング等による複雑な工程で共振器ミラー面を形成したものに比べ大幅に簡略化でき歩留まりも大幅に向上した。
　【０１４１】本実施例では、ＧａＮ層６５上にレーザー構造形成してから、サファイア基板５１、ＧａＮ膜６２、ＳｉＯ２マスク６３を研磨したが、レーザー構造を作製する前にサファイア基板６１、ＧａＮ膜６２、ＳｉＯ２マスク６３を研磨しても同様な効果が得られる。
　【０１４２】また、本実施例では、サファイア基板６１、ＧａＮ層６２、ＳｉＯ２マスク６３の研磨、およびＧａＮ膜６５の一部を研磨して、ｎ型の電極を形成したが、研磨を行わずにドライエッチングによりｎ型のＧａＮ層６６または６５まで除去しｎ型電極を形成し、共振器ミラー面を形成することで従来の構造を作製することもできる。
　【０１４３】
　【発明の効果】以上説明したように、本発明によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法は、初期成長段階で、マスクにより基板上の成長領域を制限し、ファセット成長を促すことで、成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と基板結晶の熱膨張係数差、および格子定数差によって生じるクラックを抑え、欠陥の導入を抑制して、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成することができる。従って、本発明による結晶を用いれば、この上に高品質の半導体素子、例えばレーザ構造や、トランジスタ構造を作製することができ、その特性が飛躍的に向上することが期待される。
【図面の簡単な説明】
　【図１】本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の形成方法を説明する工程概略図である。
　【図２】ＡｌＧａＮ膜が形成されたＭｇＡｌ２Ｏ４基板上にハイドライドＶＰＥ法を用いて、ＧａＮ膜を形成する工程の概略図である。
　【図３】選択的にエピタキシャル成長する成長領域の形状を丸形状、三角形状、及び矩形状に形成した概略図である。
　【図４】図３の丸形状、三角形状、及び矩形状の成長領域を形成した基板上に気相成長法を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を形成する工程の概略図である。
　【図５】本発明の成長方法を２回繰り返して形成したＧａＮ膜の概略図である。
　【図６】本発明の成長方法を用いて形成したＧａＮ膜上にＧａＮ系半導体レーザー構造を形成する工程の概略図である。
　【符号の説明】
　１１　基板
　１２　基板に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜
　１３　ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる成長領域
　１４　マスク
　１５　エピタキシャル成長したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜
　１６　ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のファセット構造
　２１　（０００１）面のサファイア基板
　２２　ＧａＮ膜
　２３　マスク
　２５　エピタキシャル成長したＧａＮ膜
　３１　（１１１）面のＭｇＡｌ２Ｏ４基板
　３２　１μｍのＧａＮ膜、またはＡｌＧａＮ膜
　３２　基板上に形成された成長領域
　３３　基板上に形成したＳｉＯ２膜のマスク
　３４　エピタキシャル成長したＧａＮバッファ層
　３５　ハイドライドＶＰＥ法で成長したＧａＮ膜
　４３　マスク
　４４　成長領域
　５１　（０００１）面のサファイア基板
　５３　第１のマスク
　５４　第１の成長領域
　５５　第１のＧａＮ層
　５６　第２の成長領域
　５７　第２のマスク
　５８　第２のＧａＮ層
　６５　ｎ型ＧａＮ膜
　６６　ｎ型ＧａＮ層
　６７　ｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎクラット層
　６８　ｎ型ＧａＮ光ガイド層
　６９　１０周期の多重量子井戸構造活性層
　７０　ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層
　７１　ｐ型ＧａＮ光ガイド層
　７２　ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎクラット層
　７３　ｐ型ＧａＮコンタクト層
　７４　Ｔｉ−Ａｌのｎ型電極
　７５　Ｎｉ−Ａｕのｐ型電極