(57)【要約】【課題】広範囲に亘って欠陥密度が低い半導体素子用基板を得る。【解決手段】ベース基板１上に多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜３を設ける。このアルミナ膜３をマスクとして、ベース基板１の表面をエッチング処理して該ベース基板１の表面に多数の微細な穴１ｂを形成する。アルミナ膜３を除去し、その後、ベース基板１の表面にＧａＮ層２を結晶成長させる。【選択図】　　　　　図２
2004059325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板上に、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を設け、該アルミナ膜をマスクにして前記ベース基板の表面をエッチング処理して該表面に多数の微細な穴を形成し、前記アルミナ膜を除去し、その後、前記ベース基板の表面にＧａＮ層を結晶成長させることを特徴とする半導体素子用基板の製造方法。
【請求項２】
ベース基板上に、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を設け、該アルミナ膜をマスクにして該アルミナ膜が無くなるまでエッチング処理して前記ベース基板の表面に多数の微細な穴を形成し、その後、前記ベース基板の表面にＧａＮ層を結晶成長させることを特徴とする半導体素子用基板の製造方法。
【請求項３】
前記微細な穴の径が１０〜４００ｎｍの範囲であって、前記多数の微細な穴の占める面積が前記ベース基板の表面の面積の５０〜９０％の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子用基板の製造方法。
【請求項４】
最上層として、導電性不純物をドーピングした導電性ＧａＮ層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の半導体素子用基板の製造方法。
【請求項５】
前記ベース基板を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の半導体素子用基板の製造方法。
【請求項６】
前記ベース基板が、該ベース基板の前記アルミナ膜が形成される面が、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＺｒＢ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧｅまたはＳｉのいずれか一つにより構成されているものであることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の半導体素子用基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６いずれか１項記載の半導体素子用基板の製造方法により製造された半導体素子用基板上に半導体層を備えてなることを特徴とする半導体素子。
【請求項８】
多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴を有するベース基板と、該ベース基板上に形成されたＧａＮ層とを備え、
前記多数の微細な穴が、前記ＧａＮ層により空間を残して埋め込まれていることを特徴とする半導体素子用基板。
【請求項９】
多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴を有するベース基板と、該ベース基板上に形成されたＧａＮ層とを備え、
前記多数の微細な穴が、前記ＧａＮ層により全て埋め込まれていることを特徴とする半導体素子用基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子用基板およびその製造方法ならびにその基板を用いた半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
４１０ｎｍ帯の短波長半導体レーザ素子として、サファイア基板上にＧａＮ層を形成した後、ＧａＮ層上に形成したＳｉＯ２をストライプパターン状のマスクとし、このＳｉＯ２マスクにより露出するＧａＮ層のストライプ状部分を成長の核として選択横成長によりＧａＮ厚膜を形成した後、このＧａＮ厚膜を剥がして基板とし、このＧａＮ基板（ＥＬＯＧ基板）上に、ｎ−ＧａＮバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層、ｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ変調ドープ超格子クラッド層、ｎ−ＧａＮ光導波層、ｎ−ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ−ＧａＮ光導波層、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ変調ドープ超格子クラッド層、ｐ−ＧａＮ　コンタクト層を積層してなるものが、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）　ｐｐ．Ｌ１０２０において報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高出力で信頼性の高い半導体レーザを得るためには、基板上の導波路が形成される箇所が低欠陥領域となっている必要がある。すなわち、高出力半導体レーザを得るためには半導体レーザに幅広のストライプ構造を備える必要があるが、この幅広ストライプ構造を有する半導体レーザにおいて高信頼性を得るためには、広範囲に亘って欠陥の少ないＧａＮ基板を用いて半導体レーザを構成する必要がある。
【０００４】
しかし、上記半導体レーザのＥＬＯＧ基板は、ＳｉＯ２マスクに露出するＧａＮ層のストライプ状部分を成長の核としてＧａＮ層を選択横成長させて形成するので、ＧａＮ層の選択横成長した領域においては欠陥が低減されたものとなるが、結晶成長時の成長核形成密度が高いために成長核が小さい状態で架橋し、この架橋部分においては欠陥密度が高くなるため、広範囲に亘って欠陥の少ない領域を形成することができない。また、選択横成長で形成するＧａＮ層を厚膜とすることにより欠陥密度はさらに増加するため、広範囲に亘って低欠陥領域を形成することは困難である。このため、ＥＬＯＧ基板を用いた半導体レーザは、３０ｍＷ程度の横基本モード発振と信頼性しか得られない。
【０００５】
一方、半導体素子用基板上に半導体層を備えてなる半導体素子の信頼性は、一般に基板の欠陥密度に左右されるため、広範囲に亘って欠陥の少ない基板を得ることは半導体素子全般に亘って求められている。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、広範囲に亘って欠陥密度が低い半導体素子用基板の製造方法および半導体素子用基板、ならびにそれを用いた信頼性の高い半導体素子を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の半導体素子用基板の製造方法は、ベース基板上に、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を設け、該アルミナ膜をマスクにして前記ベース基板の表面をエッチング処理して該表面に多数の微細な穴を形成し、前記アルミナ膜を除去し、その後、前記ベース基板の表面にＧａＮ層を結晶成長させることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の第２の半導体素子用基板の製造方法は、ベース基板上に、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を設け、該アルミナ膜をマスクにして該アルミナ膜が無くなるまでエッチング処理して前記ベース基板の表面に多数の微細な穴を形成し、その後、前記ベース基板の表面にＧａＮ層を結晶成長させることを特徴とするものである。
【０００９】
なお、上記第１および第２の半導体レーザ素子の製造方法において、ＧａＮ層は、ベース基板表面に形成された多数の微細な穴に空間を残すように結晶成長させるのが好ましいが、穴を全て埋め込む（穴に空間を残さない）ように結晶成長させてもよい。
【００１０】
穴に空間を残すようにＧａＮ層を結晶成長させるためには、ベース基板の表面に形成する微細な穴の深さを、以下に記載する穴の径および占有面積を考慮して適宜定めればよい。具体的には３００ｎｍ以上であることが好ましく、さらには５００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１１】
ポーラスな陽極酸化アルミナ膜は、Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３５（１９９６）ｐ．Ｌ１２６に記載されているように、陽極酸化によってアルミナ被膜底部を選択的にエッチング除去することにより貫通孔が形成されて得られる、多数の微細孔を有するアルミナ薄膜である。ポーラスな陽極酸化アルミナ膜は、ベース基板上にアルミニウムの薄膜を積層し、これに陽極酸化を施すことによって多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を設けてもよいし、別途製造した多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜をベース基板上に設けてもよい。
【００１２】
ベース基板の表面に設けられる多数の微細な穴の径は、成長核密度制御により欠陥密度を低減させ核間の架橋部での欠陥発生を低減するため、１０〜４００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、同様の観点から、多数の微細な穴が占める面積は、ベース基板の表面の面積の５０〜９０％の範囲であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の半導体素子用基板の製造方法は、最上層として、導電性不純物をドーピングした導電性ＧａＮ層を形成する工程を含むこととしてもよい。
【００１４】
また、本発明の半導体素子用基板の製造方法においては、さらに、前記ベース基板を除去する工程を含んでもよい。なおここで、ベース基板のみならず、ベース基板側から最上層以外の任意の層までを除去する場合もこれに含まれる。例えば、最上層として導電性ＧａＮ層を形成し、その後、ベース基板から導電性ＧａＮ層の下層のＧａＮ層までを除去し、導電性ＧａＮ層を半導体素子用基板としてもよい。
【００１５】
前記ベース基板としては、該ベース基板の前記アルミナ膜が形成される面が、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＺｒＢ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧｅまたはＳｉのいずれか一つにより構成されているものであることが望ましい。例えば、ベース基板自体が、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＺｒＢ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧｅまたはＳｉのいずれか一つから構成されるものであってもよいし、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＺｒＢ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧｅまたはＳｉのいずれか一つからなるベース基板主部と、該ベース基板主部上に形成されたＧａＮ層からなるものであってもよい。
【００１６】
本発明の半導体素子は、上述の本発明の半導体素子用基板の製造方法により製造された半導体素子用基板上に半導体層を備えてなることを特徴するものである。ここでいう本発明の半導体素子用基板には、ベース基板側から最上層以外の任意の層までを除去することにより製造された半導体素子用基板も含まれる。
【００１７】
本発明の半導体素子用基板は、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴を有するベース基板と、該ベース基板上に形成されたＧａＮ層とを備え、
前記多数の微細な穴が、前記ＧａＮ層により空間を残して埋め込まれていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の別の半導体素子用基板は、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴を有するベース基板と、該ベース基板上に形成されたＧａＮ層とを備え、前記多数の微細な穴が、前記ＧａＮ層により全て埋め込まれていることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の第１の半導体素子用基板の製造方法によれば、ベース基板上に多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を設け、このアルミナ膜をマスクにしてベース基板の表面をエッチング処理して該表面に多数の微細な穴を形成し、アルミナ膜を除去し、その後、ベース基板の表面にＧａＮ層を結晶成長させるので、従来よりも成長核形成密度を低減することができ、結果として広範囲に亘って低欠陥密度の領域を有するＧａＮ層を形成することができる。
【００２０】
すなわち、従来のように、ストライプ状部分を成長の核としてＧａＮ層を選択横成長させて形成すると、結晶成長時の成長核形成密度が高いために成長核が小さい状態で架橋し、この架橋部分において欠陥密度が高くなるが、本発明の半導体素子用基板の製造方法では、ポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより、ベース基板の表面に多数の微細な穴を形成することができ、この微細な穴以外の残りの部分からＧａＮ層が成長するために、核形成密度を減少させることができる。また、微細な穴以外の残りの部分はベース基板表面で繋がった状態で存在しているので、成長核が大きくなった場合に生じる面倒れを低減することが可能となり、成長核の架橋部分での欠陥の低減を図ることができ、広範囲に亘って低欠陥密度の領域を有するＧａＮ層を形成することができる。したがって、ＧａＮ層を厚膜としても広範囲に亘って低欠陥領域を有するＧａＮ層を形成することが可能となる。
【００２１】
また、このように広範囲に亘って低欠陥密度の領域を有するＧａＮ層を備えた半導体素子用基板を得ることができることにより、この半導体素子用基板を用いて構成される半導体素子において高い信頼性を得ることができる。
【００２２】
また、本発明の第２の半導体素子用基板の製造方法によれば、ベース基板上に、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を設け、該アルミナ膜をマスクにして該アルミナ膜が無くなるまでエッチング処理してベース基板の表面に多数の微細な穴を形成し、その後、該表面にＧａＮ層を結晶成長させることにより、上記同様、広範囲に亘って低欠陥密度の領域を有するＧａＮ層を形成することができる。
【００２３】
特に、上記本発明の第２の半導体素子用基板の製造方法によれば、ベース基板の表面に微細な穴を形成すると同時に、マスクとなったアルミナ膜が自動的に除去されるので、このアルミナ膜を除去する工程が必要ないため製造工程を簡略化することができる。
【００２４】
また、このように広範囲に亘って低欠陥密度の領域を有するＧａＮ層を備えた半導体素子用基板を得ることができることにより、この半導体素子用基板を用いて構成される半導体素子において高い信頼性を得ることができる。
【００２５】
なお、ベース基板の表面の微細な穴の径を１０〜４００ｎｍの範囲であって、多数の微細な穴の占める面積を該表面の面積の５０〜９０％の範囲とすることにより、さらに効果的に成長核形成密度を低減することができる。
【００２６】
また、最上層として導電性ＧａＮ層を形成する場合には、より欠陥密度の低い導電性の半導体素子用基板を製造することができる。これにより、さらに、受光素子における暗電流の低減や電子デバイスなどの高性能化を図ることができる。
【００２７】
また、導電性ＧａＮ層を形成し、その後、ベース基板から導電性ＧａＮ層の下層のＧａＮ層までを除去し、導電性ＧａＮ層を導電性の半導体素子用基板とし、この基板上に活性層等の半導体層を積層して半導体レーザ等の半導体素子を形成した場合には、基板の裏面に電極を形成することができるため素子作製プロセスを簡略化することができる。
【００２８】
また、本発明の半導体素子は、上記本発明の半導体素子用基板の製造方法で製造された、欠陥の少ない本発明の半導体素子用基板の上に半導体層を備えてなるので、高い信頼性を得ることができる。
【００２９】
本発明の半導体素子用基板は、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴を有するベース基板と、このベース基板上に形成されたＧａＮ層とを備えてなるものであり、多数の微細な穴を有するベース基板上に結晶成長したＧａＮ層は広範囲に亘って低欠陥領域を有するため、高信頼性を得ることができる。また、多数の微細な穴に空間が残されているため、基板との熱膨張の差により、温度の上昇および降下の際に生じる歪等を緩和することができ、歪みによって生じる欠陥の発生を抑制することができる。
【００３０】
本発明の別の半導体素子用基板は、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴を有するベース基板と、該ベース基板上に穴を全て埋め込むように形成されたＧａＮ層とからなるものであり、多数の微細な穴を有する基板上に結晶成長したＧａＮ層は広範囲に亘って低欠陥領域を有するため、高信頼性を得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の第一の実施の形態の半導体素子用基板の概略斜視図、図２は本発明の第一の実施の形態の半導体素子用基板の製造過程を示す概略断面図である。
【００３２】
本発明の第１の実施形態による半導体素子用基板は、図１に示すように、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴１ｂを有するベース基板１と、このベース基板１の表面に形成されたＧａＮ層２とを備え、多数の微細な穴１ｂが、ＧａＮ層２により空間１ｃを残して埋め込まれてなるものである。空間１ｃは、ベース基板１の穴１ｂが全て埋め込まれるより先に上部がＧａＮ層２で塞がれることによって形成されたものである。
【００３３】
次に、このような半導体素子用基板の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ベース基板１上に、陽極酸化により孔径が１０〜４００ｎｍの範囲で配列しているポーラスな陽極酸化アルミナ膜３を設ける。この場合、ポーラスな陽極酸化アルミナ膜３は、ポーラスな陽極酸化アルミナ膜として設けてもよいし、アルミニウム膜を基板１上に積層し、これを陽極酸化することによって設けてもよい。
【００３４】
後者の場合には、まず、ベース基板１上にアルミニウム膜を０．５μｍ程度積層し、陽極酸化によって孔径が１０〜４００ｎｍの範囲の細孔を形成する。陽極酸化は、硫酸、シュウ酸、クロム酸、リン酸溶液、例えば、１５％の硫酸、２％のシュウ酸、３〜４％のリン酸溶液中で、Ａｌ付きベース基板とカーボン製の対極を１０ｍｍ間隔で固定し、温度を１０℃程度に保ち、Ａｌ付きベース基板をアノード、カーボンをカソードとして１５Ｖ程度の電圧電界を加えることにより行う。酸化溶液の種類や濃度、基板とカーボンの対極の間隔、温度、電圧を適宜調整することにより、微細な穴の径が１０〜４００ｎｍの範囲で、この穴の占める面積を基板表面の面積の５０〜９０％の範囲で形成することができる。なお、図では記載していないが、陽極酸化によって形成された陽極酸化アルミナ膜３のベース基板側には陽極酸化されないで残ったＡｌ膜が存在している。
【００３５】
図３は多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜をベース基板上に設けた状態を示す概略斜視図である。ベース基板１は、陽極酸化アルミナ膜３の微細孔３ｂ以外の部分（アルミナ膜が存在している部分）３ａをマスクとして、微細孔部分３ｂから混合ガス等によりエッチングされる。
【００３６】
エッチングが終了した状態を図２（ｂ）に示す。エッチングは、混合ガスに対する陽極酸化アルミナ膜３とベース基板１のエッチングレイトの違いを利用するもので、陽極酸化アルミナ膜が除去される時間よりも短い時間エッチングを行うことより、微細孔部分３ｂの下のベース基板１はエッチングされて微細な穴１ｂとなり、アルミナ膜が存在している部分３ａはエッチングされないで残り１ａ（以下、単に凸部１ａという）となる。凸部１ａは互いに繋がった状態となる。エッチングの深さ、すなわち、微細な穴１ｂの深さは、結晶成長後の過度の上昇および下降時において、基板との熱膨張差に起因する歪みを緩和するため深いほど好ましく、具体的には３００ｎｍ以上であることが好ましく、さらには５００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３７】
その後、陽極酸化アルミナ膜３および陽極酸化されないで残っているＡｌ膜をＮａＯＨ溶液などで除去し、図２（ｃ）に示すように、凸部１ａが形成された領域を成長の核としてＧａＮ層２を横方向に成長させる。ＧａＮ層の結晶成長に際しては、まず低温でＧａＮバッファ層４を形成し、続いて高温でＧａＮ層２を成長させることが好ましい。
【００３８】
ポーラスな陽極酸化アルミナ膜の細孔は孔径が１０〜４００ｎｍの範囲であり、この細孔によって形成された繋がった凸部１ａの領域から成長核が形成され、ＧａＮ層の結晶が成長するので、成長核形成密度を低減することができる。また、凸部１ａは繋がっているので、成長核が大きくなった場合に生じる面倒れを低減することが可能となり、成長核の架橋部分での欠陥の低減を図ることができ、広範囲に亘って低欠陥密度の領域を有するＧａＮ層を形成することができる。さらに、成長核形成密度を低減することができるので、ベース基板との格子不整合に起因する歪による欠陥も低減することが可能となる。
【００３９】
なお、凸部１ａ上に選択横成長することによりＧａＮ層２を成長させる際には、微細な穴１ｂにも成長の核が発生すると考えられるが、微細な穴１ｂからの成長よりも、凸部１ａの上面に生じた成長の核からの横方向の成長により微細な穴１ｂの上方が閉じる方が早いため、穴１ｂに空間１ｃが残されることになる。このような空間１ｃは、ＧａＮ層とベース基板との熱膨張係数の差に起因する歪による欠陥発生を効果的に抑制することができるという効果を有する。
【００４０】
また、本発明の第２の実施形態の半導体素子用基板を図４（ａ）に示す。図４（ａ）に示す半導体素子用基板は、図２（ｃ）に示す半導体用基板のＧａＮ層２上に導電性不純物をドーピングした導電性ＧａＮ層５を１００〜２００μｍ程度の厚みまで成長させたものである。このようにすることで、より欠陥密度の低い導電性の半導体素子用基板を製造することができる。さらに、このようにして製造された半導体素子用基板を用いることにより、受光素子における暗電流の低減や電子デバイスなどの高性能化を図ることが可能となる。
【００４１】
さらに、図４（ｂ）に示すように、ベース基板１からＧａＮ層２までを除去して導電性のＧａＮ層５を導電性の半導体素子用基板としてもよい。このように導電性のＧａＮ層５を導電性の半導体素子用基板とし、この基板上に活性層等の半導体層を積層して半導体レーザ等の半導体素子を形成した場合、基板の裏面に電極を形成することができるため素子作製プロセスを簡略化することができる。
【００４２】
次に、図５および図６を用いて本発明の第３の実施形態の半導体素子用基板およびその製造方法を説明する。
【００４３】
図５は、本発明の第３の実施の形態の半導体素子用基板の概略斜視図、図６は本発明の第３の実施の形態の半導体素子用基板の製造過程を示す概略断面図である。
【００４４】
本発明の第３の実施形態による半導体素子用基板は、第１の実施形態による半導体素子用基板と同様に、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴３１ｂを有するベース基板３１と、該ベース基板３１の表面に形成されたＧａＮ層３３とを備え、多数の微細な穴３１ｂが、ＧａＮ層３３により空間３１ｃを残して埋め込まれてなるものであるが、図５に示すように、ベース基板３１が、ベース基板主部３０と、該ベース基板主部３０上に配された、ＧａＮ層からなるベース基板上層部３２とから構成されている点で上記第１の実施形態と異なる。より詳細には、本実施形態の半導体素子用基板のベース基板３１は、ベース基板主部３０と、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴３１ｂを有するＧａＮ層からなるベース基板上層部３２とを備えてなる。
【００４５】
このとき、ベース基板主部３０としてはＧａＮと格子定数が比較的近い、サファイア基板またはＳｉＣ基板とすることが好ましい。
【００４６】
次に、このような半導体素子用基板の製造方法について説明する。まず、図６（ａ）に示すように、ベース基板主部３０上に、低温でＧａＮ低温層３２Ａを形成し、続いて高温でＧａＮ層３２Ｂを成長させてベース基板３１を作製する。ここでは、ＧａＮ低温層３２ＡとＧａＮ層３２ＢによりＧａＮベース基板上層部３２が構成されている。
【００４７】
次に、ＧａＮベース基板上層部３２上（すなわちＧａＮ層３２Ｂ上）に孔径が１０〜４００ｎｍの範囲で配列しているポーラスな陽極酸化アルミナ膜３４を設ける。
【００４８】
ポーラスな陽極酸化アルミナ膜３４は、ポーラスな陽極酸化アルミナ膜を別に作製してＧａＮ層３２Ｂ上に設けてもよいし、ＧａＮ層３２Ｂ上にアルミニウム膜を積層し、これを陽極酸化することによって設けてもよい。
【００４９】
後者の場合には、まず、ＧａＮ層３２Ｂ上にアルミニウム膜を０．５μｍ程度積層し、陽極酸化によって孔径が１０〜４００ｎｍの範囲の細孔を形成する。陽極酸化は、硫酸、シュウ酸、リン酸溶液、例えば、１５％の硫酸、２％のシュウ酸、３〜４％のリン酸溶液中で、Ａｌ付きＧａＮ層とカーボン製の対極を１０ｍｍ間隔で固定し、温度を１０℃程度に保ち、Ａｌ付きＧａＮ層をアノード、カーボンをカソードとして１５Ｖ程度の電圧電界を加えることにより行う。酸化溶液の種類や濃度、ＧａＮ層とカーボンの対極の間隔、温度、電圧を適宜調整することにより、微細な穴の径が１０〜４００ｎｍの範囲で、この穴の占める面積がＧａＮ層表面の面積の５０〜９０％の範囲で形成することができる。
【００５０】
図７は多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を基板上に設けた状態を示す概略斜視図である。ＧａＮ層３２Ｂは、陽極酸化アルミナ膜３４の微細孔３４ｂ以外の部分（アルミナ膜が存在している部分）３４ａをマスクとして、微細孔部分３４ｂから混合ガス等によりエッチングされる。
【００５１】
エッチングが終了した状態を図６（ｂ）に示す。エッチングは、混合ガスに対する陽極酸化アルミナ膜３４と陽極酸化されないで残っている下層のＡｌ膜、ＧａＮ層３２Ｂのエッチングレイトの違いを利用するものである。すなわち、微細孔部分３４ｂの底部の薄いアルミナ膜が無くなるまで等速エッチングを行うと、底部に陽極酸化されなかったＡｌ膜が表層となる。このＡｌ膜およびその下層のＧａＮ層に対するエッチング速度は、例えば塩素ガスを用いたドライエッチングにおいては陽極酸化アルミナ膜よりも速いため、陽極酸化アルミナ膜が除去されるよりも短い時間でエッチングを行うことができる。この結果、微細孔部分３４ｂの下のＧａＮ層はエッチングされて微細な穴３１ｂとなり、陽極酸化アルミナ膜が存在している部分３４ａの下のＧａＮ層はエッチングされない部分３１ａ（以下、単に凸部３１ａという）となる。この凸部３１ａは互いに繋がった状態で残る。エッチングの深さ、すなわち、微細な穴３１ｂの深さは結晶成長後の温度の上昇および下降時において、基板との熱膨張差に起因する歪みを緩和するため深いほど好ましく、具体的には３００ｎｍ以上であることが好ましく、さらには５００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００５２】
その後、陽極酸化アルミナ膜３４および陽極酸化アルミナ膜３４の下に酸化されないで残っているＡｌをＮａＯＨ溶液などで除去し、図６（ｃ）に示すように、凸部３１ａの上面を成長の核としてＧａＮ層３３を横方向に成長させる。
【００５３】
ポーラスな陽極酸化アルミナ膜の細孔の孔径は１０〜４００ｎｍの範囲であり、この細孔によって形成された繋がった凸部３１ａの領域から成長核が形成され、ＧａＮ層３３の結晶が成長するので、成長核形成密度を低減することができる。また、凸部３１ａは繋がっているので、成長核が大きくなった場合に生じる面倒れを低減することが可能となり、成長核の架橋部分での欠陥の低減を図ることができ、広範囲に亘って低欠陥密度の領域を有するＧａＮ層３３を形成することができる。さらに、成長核形成密度を低減することができるので、基板との格子不整合に起因する歪による欠陥も低減することが可能となる。
【００５４】
なお、凸部３１ａ上に選択横成長することによりＧａＮ層３３を成長させる際には、微細な穴３１ｂにも成長の核が発生すると考えられるが、微細な穴３１ｂからの成長よりも、凸部３１ａの上面に生じた成長の核からの横方向の成長により微細な穴３１ｂの上方が閉じる方が早いため、穴３１ｂに空間３１ｃが残されることになる。このような空間３１ｃは、ＧａＮ層とベース基板主部との熱膨張係数の差に起因する歪による欠陥発生を効果的に抑制することができるという効果を有する。
【００５５】
本発明の第４の実施の形態の半導体素子用基板を図８に示す。図８は、上記の第３の実施の形態で形成したＧａＮ層３３の上部に再びポーラスな陽極酸化アルミナ膜を設け、これをマスクにして、ＧａＮ層３３表面に多数の微細な穴を形成し、アルミナ膜を除去し、その後、ＧａＮ層３３表面に新たなＧａＮ層３７を結晶成長させたものである。このようにＧａＮ層の選択横成長とＧａＮ層の上部に多数な微細な穴を形成する工程を繰り返すことにより、さらに欠陥の低減したＧａＮ層を得ることができる。
【００５６】
また、本発明の第５の実施の形態の半導体素子用基板を図９に示す。図９は上記第４の実施の形態で形成した新たなＧａＮ層３７上に、導電性不純物をドーピングした導電性のＧａＮ層３８を１００〜２００μｍ程度の厚みまで成長したものである。このように最上層として導電性ＧａＮ層を形成する場合には、より欠陥密度の低い導電性の半導体素子用基板を製造することができる。
【００５７】
また、最上層として導電性ＧａＮ層３８を形成し、その後、ベース基板３１から導電性ＧａＮ層３８の下層のＧａＮ層３７までを除去してもよい。このように導電性のＧａＮ層３８を導電性の半導体素子用基板とし、この基板上に活性層等の半導体層を積層して半導体レーザ等の半導体素子を形成した場合、基板の裏面に電極を形成することができるため素子作製プロセスを簡略化することができる。
【００５８】
次に、本発明の第６の実施の形態による半導体素子用基板の製造方法について説明する。図１０はその半導体素子用基板の製造過程を示す概略断面図である。
【００５９】
本実施形態の半導体素子用基板は、第３の実施形態と同様に、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴３１ｂを有するベース基板３１と、該ベース基板３１の表面に形成されたＧａＮ層３９とを備えてなるものであるが、図１０（ｃ）に示すように、ベース基板３１表面の微細な穴３１ｂが、その上に形成されたＧａＮ層３９によって埋め込まれている点で第３の実施形態と異なる。
【００６０】
本実施の形態による半導体素子用基板の製造方法は、上記第３の実施の形態に示す半導体素子用基板の製造方法と、ポーラスな陽極酸化アルミナ膜を形成するまでは同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
図１０（ａ）に示すように、ベース基板主部３０上に、低温でＧａＮ低温層３２Ａを形成し、続いて高温でＧａＮ層３２Ｂを成長させてベース基板３１を作製し、該ベース基板３１上に、陽極酸化によりＧａＮ層３２Ｂ上に孔径が１０〜４００ｎｍの範囲で配列しているポーラスな陽極酸化アルミナ膜３４を設ける。
【００６２】
多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を基板上に設けた状態を示す概略斜視図は、上記第３の実施の形態と同様に図７に示すものとなる。ＧａＮ層３２Ｂは、陽極酸化アルミナ膜３４の微細孔３４ｂ以外の部分（アルミナ膜が存在している部分）３４ａをマスクとして、微細孔部分３４ｂから混合ガス等によりエッチングされる。
【００６３】
エッチングが終了した状態を図１０（ｂ）に示す。エッチングは、混合ガスに対する陽極酸化アルミナ膜３４、陽極酸化されないで残っている下層のＡｌ膜、およびＧａＮ層３２Ｂのエッチングレイトの違いを利用するものである。すなわち、陽極酸化アルミナ膜３４およびその下に陽極酸化されないで残っているＡｌ膜が無くなるまでエッチングすると、自動的にＧａＮ層３２Ｂに陽極酸化アルミナ膜３４の微細孔パターンが形成されるように、エッチング条件を調整する。これにより、エッチング後には、アルミナ膜の微細孔部分３４ｂの下のＧａＮ層３２Ｂには微細な穴３１ｂが形成され、微細孔以外の部分３４ａの下のＧａＮ層３２Ｂはエッチングされない部分３１ａ（以下、単に凸部３１ａという）となる。この凸部３１ａは互いに繋がった状態で残る。エッチングの深さ、すなわち、微細な穴３１ｂの深さは、陽極酸化前のＡｌ膜の厚さを調整することによって任意に変えることができる。あるいはエッチング条件、例えば、エッチャントの比率、温度あるいは圧力等を調整することによっても変えることができる。
【００６４】
その後、図１０（ｃ）に示すように、凸部３１ａを成長の核としてＧａＮ層３９を横方向に成長させる。
【００６５】
本実施の形態による半導体素子用基板の製造方法において、ポーラスな陽極酸化アルミナ膜の細孔の孔径は１０〜４００ｎｍの範囲であり、この細孔によって形成された繋がった凸部３１ａの領域から成長核が形成され、ＧａＮ層の結晶が成長するので、成長核形成密度を低減することができる。成長核の架橋部分での欠陥の低減を図ることができ、広範囲に亘って低欠陥密度の領域を有するＧａＮ層３９を形成することができる。さらに、成長核形成密度を低減することができるので、基板との格子不整合に起因する歪による欠陥も低減することが可能となる。
【００６６】
本実施の形態による半導体素子用基板の製造方法は、ＧａＮ層３２Ｂに微細な穴を形成すると同時にアルミナ膜３４およびその下の陽極酸化されないで残っているＡｌ膜が除去されるようなエッチング条件を用いており、上記第１の実施の形態のようなアルミナ膜３４をウェットエッチング等で除去する工程が必要ないため、作製工程を簡略化することができる。
【００６７】
また、本実施の形態においては、微細な穴３１ｂを埋め込むようにＧａＮ層３９を成長させるものとしたが、ＧａＮ層３２Ｂの微細な穴３１ｂの深さを深くして、ＧａＮ層３２ＢとＧａＮ層３９との間に空間が設けられるようにしてもよい。これにより、この空間が結晶成長時の基板との歪を緩和するので、より高品質なＧａＮ層を得ることができる。
【００６８】
また、さらにＧａＮ層３９の上部に再びポーラスな陽極酸化アルミナ膜を設け、これをマスクにして、ＧａＮ層３９表面に多数の微細な穴を形成し、アルミナ膜を除去し、その後、ＧａＮ層３９表面に新たなＧａＮ層を結晶成長させてもよい。あるいは、ＧａＮ層３９表面に多数の微細な穴が形成されると同時にアルミナ膜マスクが無くなるようなエッチング条件でエッチングを行い、その後、ＧａＮ層３９表面に新たなＧａＮ層を結晶成長させてもよい。このようにＧａＮ層の選択横成長とＧａＮ層の上部に多数の微細な穴を形成する工程を繰り返すことにより、さらに欠陥の低減したＧａＮ層を得ることができる。
【００６９】
またさらに、上記第５の実施の形態同様、最上層として導電性不純物をドーピングした導電性のＧａＮ層を１００〜２００μｍ程度の厚みまで成長させてもよい。このように最上層として導電性ＧａＮ層を形成する場合には、より欠陥密度の低い導電性の半導体素子用基板を製造することができる。
【００７０】
また、最上層として導電性ＧａＮ層を形成し、その後、ベース基板から導電性ＧａＮ層の下層までを除去してもよい。このように導電性のＧａＮ層を導電性の半導体素子用基板とし、この基板上に活性層等の半導体層を積層して半導体レーザ等の半導体素子を形成した場合、基板の裏面に電極を形成することができるため素子作製プロセスを簡略化することができる。
【００７１】
なお、上記各実施形態において、ベース基板もしくはベース基板主部としては、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＺｒＢ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｇｅ、またはＳｉのいずれか一つからなるものを用いることができる。
【００７２】
本発明による半導体素子用基板は、欠陥密度が小さいため、信頼性が高く、高速な情報・画像処理および通信、計測、医療、印刷の分野での必要とされる光・電子デバイス作製用の基板として応用できる。ここでいう、半導体素子あるいは光・電子デバイスとしては、電界効果トランジスタ、半導体レーザ素子、半導体光増幅器、半導体発光素子、光検出器等が挙げられる。
【００７３】
以下、本発明の実施の形態による半導体素子用基板の製造方法、半導体素子用基板および半導体素子について、さらに実施例により具体的に説明する。
【００７４】
【実施例】
以下において、成長用材料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびアンモニアを用い、ｎ型ドーパントガスとしてシランガスを用い、ｐ型ドーパントとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
【００７５】
まず、図１に示した第１の実施形態の半導体素子用基板についての実施例を示す。
【００７６】
（実施例１）
まず、６ＨＳｉＣ（０００１）ベース基板上１に、ＥＢ蒸着法によって、Ａｌを０．５μｍ程度積層し、１５％の硫酸中で、Ａｌ付きＳｉＣベース基板とカーボン製の対極を１０ｍｍ間隔で固定し、温度を１０℃に保ち、Ａｌ付きＳｉＣベース基板をアノード、カーボンをカソードとして１５Ｖの電圧電界を加えることにより、径が約３０ｎｍ、穴の占有面積が７０％程度のポーラスな陽極酸化アルミナ膜３を、ＳｉＣベース基板１上に形成した（図２（ａ））。その後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング装置）によりＣＨＦ３と酸素の混合ガス中でエッチングを行って、ＳｉＣベース基板１に微細な穴１ｂを設けた。このときのエッチング深さを１μｍ程度とした。このエッチングにより、ＳｉＣベース基板１に凸部１ａを形成した（図２（ｂ））。
【００７７】
次に、陽極酸化アルミナ膜３をＮａＯＨ溶液で除去し、有機金属気相成長法により凸部１ａを有するＳｉＣベース基板１上に、温度５００℃で低温ＧａＮバッファ層４を２０ｎｍ程度の膜厚で形成した。続いて、温度を１０５０℃にして凸部１ａの表面領域に、ＧａＮ層２を表面が平坦化するまで横方向に結晶成長させて半導体素子用基板を形成した。
【００７８】
このようにして形成した半導体素子用基板について、エッチング液に浸水させて行うエッチピット密度（ｅｔｃｈ　ｐｉｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ）評価を行った結果、従来の製造方法で製造された半導体素子用基板では１０１０／ｃｍ２程度であった欠陥密度が３桁から４桁程度低減し、１０６〜１０７／ｃｍ２程度となった。
【００７９】
次に上記実施例１の半導体素子用基板を備えた半導体素子の一例である半導体レーザ素子の実施例を示す。
【００８０】
（実施例２）
図１１に示すように、多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を使用してエッチング処理することにより形成された、表面に多数の微細な穴１ｂを有するＳｉＣベース基板１と、該ベース基板１の表面に形成されたバッファ層４およびＧａＮ層２とを備え、多数の微細な穴１ｂが、ＧａＮ層２により空間１ｃを残して埋め込まれている半導体素子用基板のＧａＮ層２の上にｎ−ＧａＮコンタクト層１８、ｎ−Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層１９、ｎ−Ｇａ１−ｚ２Ａｌｚ２Ｎ光導波層２０、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（Ｓｉドープ）／Ｉｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ多重量子井戸活性層２１（０．５＞ｘ１＞ｘ２≧０）、ｐ−Ｇａ１−ｚ３Ａｌｚ３Ｎキャリアブロッキング層２２（ｚ１≧ｚ３＞ｚ２≧０）、ｐ−Ｇａ１−ｚ２Ａｌｚ２Ｎ光導波層２３、ｐ−Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層２４、ｐ−ＧａＮコンタクト層２５を積層した。
【００８１】
引き続き、ＳｉＯ２膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成し、通常のリソグラフィーにより、３０μｍ程度の幅よりなるストライプ領域のレジストとＳｉＯ２膜が残るように、この領域以外のＳｉＯ２膜とレジストを除去した。ＲＩＥの選択エッチングによりｐ型超格子クラッド層２４の途中までエッチングを行った。このエッチングのｐ型超格子クラッド層２４の残し厚は、屈折率導波が達成できる厚みとした。その後、レジストとＳｉＯ２膜を除去した。
【００８２】
次に、ＳｉＯ２膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成し、ストライプ領域とストライプ領域の各端から２０μｍ外側の領域を含む領域以外のＳｉＯ２膜とレジストを除去し、ＲＩＥでｎ−ＧａＮコンタクト層１８が露出するまでエッチングを行った。その後、通常のリソグラフィー技術により、ｎ−ＧａＮコンタクト層１８表面にＴｉ／Ａｌよりなるｎ側電極２６を形成し、ｐ−ＧａＮコンタクト層２５の表面にストライプ状にＮｉ／Ａｕよりなるｐ側電極２７を形成した。その後、基板を研磨し試料をへき開して形成した共振器面に高反射率コート、低反射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を完成させた。
【００８３】
低欠陥のＧａＮ層２上に幅広のストライプ構造が形成されたこの半導体レーザ素子は、高出力下においても高い信頼性を得ることができた。
【００８４】
次に、図５および図６に示した第３の実施の形態の半導体素子用基板についての実施例を示す。
【００８５】
（実施例３）
まず、サファイア（０００１）ベース基板主部３０上に、有機金属気相成長法により、温度５００℃で低温ＧａＮバッファ層３２Ａを２０ｎｍ程度の膜厚で形成し、続いて温度１０５０℃でＧａＮ層３２Ｂを１μｍ程度形成してベース基板３１を形成した。
【００８６】
次に、ベース基板３１上、すなわち、ＧａＮ層３２Ｂ上に、ＥＢ蒸着法によって、Ａｌを０．５μｍ程度積層し、１５％の硫酸中で、Ａｌ付きＧａＮ層３２Ｂとカーボン製の対極を１０ｍｍ間隔で固定し、温度を１０℃に保ち、Ａｌ付きＧａＮ層３２Ｂをアノード、カーボンをカソードとして１５Ｖの電圧電界を加えることにより、径が約３０ｎｍ、穴の占有面積が７０％程度のポーラスな陽極酸化アルミナ膜３４を、ＧａＮ層３２Ｂ上に形成した（図６（ａ））。その後、ＲＩＥによりＣＨＦ３と酸素の混合ガス中でエッチングを行って、ＧａＮ層３２Ｂに微細な穴３１ｂを設けた。このときのエッチング深さを１μｍ程度とした。このエッチングにより、ＧａＮ層に凸部３１ａを形成した（図６（ｂ））。
【００８７】
次に、陽極酸化アルミナ膜３４をＮａＯＨ溶液で除去し、有機金属気相成長法により凸部３１ａを有するＧａＮ層３２Ｂ上に、温度１０５０℃で凸部３１ａの表面領域に、ＧａＮ層３３を表面が平坦化するまで横方向に結晶成長させて半導体素子用基板を形成した（図６（ｃ））。
【００８８】
さらに、図５および図６に示した第３の実施の形態の半導体素子用基板についての別の実施例を示す。
【００８９】
（実施例４）
図６に示すように、まず、（０００１）Ｃ面サファイア基板主部３０上に、３０ｎｍ厚のＧａＮ低温層３２Ａを５００℃で積層し、続いてＧａＮ低温層３２Ａ上に、ＧａＮ層３２Ｂを２μｍの厚さで積層成長させてベース基板３１を作製した。
【００９０】
ＥＢ蒸着法によって、Ａｌを０．５μｍ程度積層し、１５％の硫酸中で、Ａｌ付きＧａＮ層とカーボン製の対極を１０ｍｍ間隔で固定し、温度を１０℃に保ち、Ａｌ付きＧａＮ層をアノード、カーボンをカソードとして１５Ｖの電圧電界を加えることにより、径が約３０ｎｍ、穴の占有面積が７０％程度のポーラスな陽極酸化アルミナ膜３４を、ＧａＮベース基板上層部３２（ＧａＮ層３２Ｂ）上に形成した（図６（ａ））。その後、ＥＣＲエッチング法により塩素ガス中でエッチングを行って、ＧａＮ層３２Ｂに微細な穴３１ｂを設けた。このときのエッチング深さを１μｍ程度とした。このエッチングにより、ＧａＮ層３２Ｂ上に凸部３１ａが形成された（図６（ｂ））。
【００９１】
次に、陽極酸化アルミナ膜３４および陽極酸化アルミナ膜３４の下の酸化されないで残っているＡｌを７０℃リン酸溶液で除去し、有機金属気相成長法により、温度１０５０℃で、ＧａＮ層３２Ｂ上の凸部３１ａの上面に、ＧａＮ層３３を表面が平坦化するまで横方向に結晶成長させて半導体素子用基板を形成した（図６（ｃ））。
【００９２】
このようにして形成した半導体素子用基板について、エッチング液に浸水させて行うエッチピット密度（ｅｔｃｈ　ｐｉｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ）評価を行った結果、従来の製造方法で製造された半導体素子用基板では１０１０／ｃｍ２程度であった欠陥密度が３桁から４桁程度低減し、１０６〜１０７／ｃｍ２程度となった。
【００９３】
次に上記実施例４の半導体素子用基板を備えた半導体素子の一例である半導体レーザ素子の実施例を示す。その半導体レーザ素子の断面図を図１２に示す。
【００９４】
（実施例５）
図１２に示すように、サファイアベース基板主部３０、ＧａＮ低温層３２Ａおよびポーラスな陽極酸化アルミナ膜により形成された表面に多数の微細な穴３１ｂを有するＧａＮ層３２Ｂからなるベース基板３１と、該ベース基板３１上に結晶成長されたＧａＮ層３３とを備え、前記多数の微細な穴が、ＧａＮ層３３により空間３１ｃを残して埋め込まれた半導体素子用基板の、ＧａＮ層３３上にｎ−ＧａＮコンタクト層１８、ｎ−Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層１９、ｎ−Ｇａ１−ｚ２Ａｌｚ２Ｎ光導波層２０、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（Ｓｉドープ）／Ｉｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ多重量子井戸活性層２１（０．５＞ｘ１＞ｘ２≧０）、ｐ−Ｇａ１−ｚ３Ａｌｚ３Ｎキャリアブロッキング層２２（ｚ１≧ｚ３＞ｚ２≧０）、ｐ−Ｇａ１−ｚ２Ａｌｚ２Ｎ光導波層２３、ｐ−Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層２４、ｐ−ＧａＮコンタクト層２５を積層した。
【００９５】
引き続き、ＳｉＯ２膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成し、通常のリソグラフィーにより、３０μｍ程度の幅よりなるストライプ領域のレジストとＳｉＯ２膜が残るように、この領域以外のＳｉＯ２膜とレジストを除去した。ＲＩＥの選択エッチングによりｐ型超格子クラッド層２４の途中までエッチングを行った。このエッチングのｐ型超格子クラッド層２４の残し厚は、屈折率導波が達成できる厚みとした。その後、レジストとＳｉＯ２膜を除去した。
【００９６】
次に、ＳｉＯ２膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成し、ストライプ領域とストライプ領域の各端から２０μｍ外側の領域を含む領域以外のＳｉＯ２膜とレジストを除去し、ＲＩＥでｎ−ＧａＮコンタクト層１８が露出するまでエッチングを行った。その後、通常のリソグラフィー技術により、ｎ−ＧａＮコンタクト層１８表面にＴｉ／Ａｌよりなるｎ側電極２６を形成し、ｐ−ＧａＮコンタクト層２５の表面にストライプ状にＮｉ／Ａｕよりなるｐ側電極２７を形成した。その後、基板を研磨し試料をへき開して形成した共振器面に高反射率コート、低反射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を完成させた。
【００９７】
低欠陥のＧａＮ層３３上に幅広のストライプ構造が形成されたこの半導体レーザ素子は、高出力下においても高い信頼性を得ることができた。
【００９８】
次に、図１０に示した第６の実施の形態の半導体素子用基板についての実施例を示す。
【００９９】
（実施例６）
まず、（０００１）Ｃ面サファイアベース基板主部３０の上に３０ｎｍ厚のＧａＮ低温層３２Ａを５００℃で形成し、そのＧａＮ低温層３２Ａの上に低圧１．３３×１０４ＰａでＧａＮ層３２Ｂを２μｍ程度の厚さで形成してベース基板３１を作製した。
【０１００】
その後、ＥＢ蒸着法によってＡｌ膜を０．５μｍ形成し、陽極酸化法によって微細な孔３４ｂを有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜３４を設ける。陽極酸化条件としては、１５％硫酸中にＡｌ付き基板とカーボン製の対極を１０ｍｍ間隔で固定し、温度を１０℃に保温し、Ａｌ付き基板をアノード、カーボンをカソードとして１５Ｖの電圧電界を加えた。その結果、孔径が約１５ｎｍ、孔の密度が５００×１０９／ｃｍ２個の微細孔３４ｂを得た（図１０（ａ））。微細孔３４ｂの底面にはＡｌ酸化膜層とその下層に酸化しないＡｌ層が存在する。
【０１０１】
次に、ＥＣＲエッチング法により、塩素系ガス中で陽極酸化アルミナ膜３４をマスクとして、微細孔３４ｂの底面の酸化アルミナ膜とその下層の（酸化しない）Ａｌ層とその下層のＧａＮ層３２Ｂをエッチングして、ＧａＮ層３２Ｂに微細な穴３１ｂを形成した。この際に陽極酸化アルミナ膜のエッチング速度がＧａＮ層３２Ｂのそれよりも速くなるようにエッチング条件を調整して、陽極酸化アルミナ膜３４とその下のＡｌ層が完全に消滅するまでＧａＮ層３２Ｂをエッチングして、ＧａＮ層３２Ｂに微細な穴３１ｂを設けた（図１０（ｂ））。このとき、ＧａＮ層３２Ｂの微細な穴３１ｂの深さは、該穴３１ｂがＧａＮ層３９の結晶成長時に全て埋め込まれるような値とする。
【０１０２】
その後、成長温度を１０５０℃にして、ＧａＮ層３９を表面が平坦化するまで成長させた（図１０（ｃ））。
【０１０３】
このようにして形成された半導体素子用基板について、エッチング液に浸水させて行うエッチピット密度（ｅｔｃｈ　ｐｉｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ）評価を行った結果、従来の製造方法で製造された半導体素子用基板では１０１０／ｃｍ２程度あった欠陥密度が３桁から４桁程度低減し、１０６〜１０７／ｃｍ２程度となった。
【０１０４】
次に、上記実施例６の半導体素子用基板を備えた半導体素子の一例である半導体レーザ素子の実施例を示す。図１３にその半導体レーザ素子の断面図を示す。
【０１０５】
（実施例７）
図１３に示すように、サファイアベース基板主部３０、ＧａＮ低温層３２Ａ、およびポーラスな陽極酸化アルミナ膜を用いて形成された表面に多数の微細な穴を有するＧａＮ層３２Ｂと、該ＧａＮ層３２Ｂ上に形成されたＧａＮ層３９とを備え、穴がＧａＮ層３９により全て埋め込まれている半導体素子用基板の、ＧａＮ層３９上に、ｎ−ＧａＮコンタクト層１８、ｎ−Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層１９、ｎ−Ｇａ１−ｚ２Ａｌｚ２Ｎ光導波層２０、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（Ｓｉドープ）／Ｉｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ多重量子井戸活性層２１（０．５＞ｘ１＞ｘ２≧０）、ｐ−Ｇａ１−ｚ３Ａｌｚ３Ｎキャリアブロッキング層２２（ｚ１≧ｚ３＞ｚ２≧０）、ｐ−Ｇａ１−ｚ２Ａｌｚ２Ｎ光導波層２３、ｐ−Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層２４、ｐ−ＧａＮコンタクト層２５を積層した。
【０１０６】
引き続き、ＳｉＯ２膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成し、通常のリソグラフィーにより、３０μｍ程度の幅よりなるストライプ領域のレジストとＳｉＯ２膜が残るように、この領域以外のＳｉＯ２膜とレジストを除去した。ＲＩＥの選択エッチングによりｐ型超格子クラッド層２４の途中までエッチングを行った。このエッチングのｐ型超格子クラッド層２４の残し厚は、屈折率導波が達成できる厚みとした。その後、レジストとＳｉＯ２膜を除去した。
【０１０７】
次に、ＳｉＯ２膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成し、ストライプ領域とストライプ領域の各端から２０μｍ外側の領域を含む領域以外のＳｉＯ２膜とレジストを除去し、ＲＩＥでｎ−ＧａＮコンタクト層１８が露出するまでエッチングを行った。その後、通常のリソグラフィー技術により、ｎ−ＧａＮコンタクト層１８表面にＴｉ／Ａｌよりなるｎ側電極２６を形成し、ｐ−ＧａＮコンタクト層２５の表面にストライプ状にＮｉ／Ａｕよりなるｐ側電極２７を形成した。その後、基板を研磨し試料をへき開して形成した共振器面に高反射率コート、低反射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を完成させた。
【０１０８】
なお、上記実施例において半導体レーザ素子として、ストライプ幅が広いリッジ構造の屈折率導波型半導体レーザ素子について述べたが、ストライプ幅が１〜２μｍ程度の基本横モード発振する半導体レーザ素子の製造にも応用することが可能である。また、内部に電流狭窄構造を有するレーザやリッジ構造を埋め込み屈折率導波機構を作りつけた半導体レーザ等としてもよい。さらに、上記実施例の各半導体層の導電性を反転（ｎ型とｐ型を入れ換え）した半導体レーザ素子を形成してもよい。
【０１０９】
なお、上記構成の半導体レーザ素子は、その活性層の組成を制御することにより、発振波長λを、３８０≦λ≦５５０（ｎｍ）の範囲で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体素子用基板の概略斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態による半導体素子用基板の製造過程を示す概略断面図
【図３】多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を基板上に設けた状態を示す概略斜視図
【図４】本発明の第２の実施の形態による半導体素子用基板とベース基板を除去して構成された半導体素子用基板の概略斜視図
【図５】本発明の第３の実施の形態による半導体素子用基板の概略斜視図
【図６】本発明の第３の実施の形態による半導体素子用基板の製造過程を示す概略断面図
【図７】多数の微細孔を有するポーラスな陽極酸化アルミナ膜を基板上に設けた状態を示す概略斜視図
【図８】本発明の第４の実施の形態による半導体素子用基板の概略断面図
【図９】本発明の第５の実施の形態による半導体素子用基板の概略断面図
【図１０】本発明の第６の実施の形態による半導体素子用基板の製造過程を示す概略断面図
【図１１】第１の実施例による半導体素子用基板を用いた半導体レーザ素子を示す概略断面図
【図１２】第３の実施例による半導体素子用基板を用いた半導体レーザ素子を示す概略断面図
【図１３】第６の実施例による半導体素子用基板を用いた半導体レーザ素子を示す概略断面図
【符号の説明】
１　　ベース基板
１ａ　　エッチングされない部分（凸部）
１ｂ　　微細な穴
１ｃ　　微細な穴に残された空間
２　　ＧａＮ層
３　　陽極酸化アルミナ膜
３ａ　　アルミナ膜が存在している部分
３ｂ　　微細孔部分
４　　低温ＧａＮバッファ層
５　　導電性ＧａＮ層
３０　　ベース基板主部
３１　　ベース基板
３１ａ　　エッチングされない部分（凸部）
３１ｂ　　微細な穴
３１ｃ　　微細な穴に残された空間
３２　　ベース基板上層部
３２Ａ　　ＧａＮ低温層
３２Ｂ　　ＧａＮ層
３３　　ＧａＮ層
３４　　陽極酸化アルミナ膜
３４ａ　　アルミナ膜が存在している部分
３４ｂ　　微細孔部分
【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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【図１３】
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