(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に気相成長法により窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることにより形成される窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法において、
基板上にＳｉのドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第１の工程と、
第１の工程後、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層よりもＳｉ濃度が小さく、ノンドープ、又はＳｉのドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第２の工程とを備え、
前記第１の工程において、前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体の島であって、
前記第２の工程において、前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体層は、前記窒化ガリウム系化合物半導体の島が成長し隣接する島同士が合体して形成されることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程において、前記基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる下地層を介して前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１、及び／又は第２の窒化ガリウム系化合物半導体層は、窒化ガリウムからなる請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程後、Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である第３の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第３の工程と、第３の工程後、該第３の窒化ガリウム系化合物半導体層上に、該第３の窒化ガリウム系化合物半導体層よりもＳｉ濃度が小さく、ノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第４の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第４の工程とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記気相成長法はハロゲン輸送法による気相成長法である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記基板は、サファイア、炭化珪素、スピネル、又はシリコンであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と、
該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層された、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層よりもＳｉ濃度が小さく、ノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層と、を備え、
前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体の島として成長されたものであって、
前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体層は、前記窒化ガリウム系化合物半導体の島が成長し隣接する島同士が合体して形成されたものであり、貫通転位密度が１×１０８／ｃｍ２以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体基板。
【請求項８】
前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体層の貫通転位密度が１×１０６／ｃｍ２以下である請求項７に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板。
【請求項９】
前記第１、及び／又は第２の窒化ガリウム系化合物半導体層は、窒化ガリウムからなる請求項７又は８に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板。
【請求項１０】
前記第１、及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した基板上に、Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である第３の窒化ガリウム系化合物半導体層と、該第３の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層され、該第３の窒化ガリウム系化合物半導体層よりもＳｉ濃度が小さく、ノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第４の窒化ガリウム系化合物半導体層とを備える請求項７乃至９のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体基板、及びその製造方法であって、特に貫通転位密度を低減したｎ型導電性を有する窒化ガリウム系化合物半導体基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム系化合物半導体は、発光波長が４００ｎｍ付近の短波長領域であるため、紫外から緑色までの発光光源とすることができ、半導体レーザダイオードとして用いた場合、従来の赤色レーザダイオードに比べて数倍の大容量メディアの再生装置、又は記憶装置として使用可能となる。さらに電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような電子デバイスへの応用も期待されている。
【０００３】
このような窒化ガリウム系化合物半導体デバイスを作成するには、バルク単結晶の窒化ガリウムや窒化ガリウム系化合物半導体のホモエピタキシャル成長が可能な基板が望まれるが、このような基板等の作成は窒素の蒸気圧が高いために困難である。そのため、サファイアや炭化珪素、スピネル等の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体をヘテロエピタキシャル成長させる。この窒化物半導体基板を基板として窒化ガリウム系化合物半導体を成長させている。
【０００４】
基板と、基板上に積層される窒化ガリウム系化合物半導体との格子定数差が大きければ、基板上に積層される窒化ガリウム系化合物半導体層に貫通転位が発生する。この貫通転位が多ければリーク電流が増大し、半導体レーザダイオード等の発光素子において大幅に寿命特性を低下させることになる。サファイア等の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる場合、バッファー層を介することにより、貫通転位を低減させることができる。例えば、特開平７−２０２２６５号公報、特開平７−１６５４９８号公報にはＺｎＯから成るバッファー層が報告されている。その他に、ＡｌＮやＧａＮバッファー層もあるものの、貫通転位密度は、１０８個／ｃｍ２〜１０１０個／ｃｍ２程度である。このようなバッファー層を介して基板上に成長させた窒化ガリウム系化合物半導体を素子とする半導体レーザダイオードや高出力発光ダイオードでは長時間の連続発振は期待できない。
【０００５】
そのため、より貫通転位密度を低減できる効果を有するＥＬＯ（Ｅpitaxial Lateral Overgrowth）法が報告されている。このＥＬＯ法とは、化合物半導体の横方向成長を利用した転位の低減方法である。例えば、下地層である窒化ガリウム系化合物半導体上に、開口部（窓部）を有する保護膜を例えばストライプ形状や島状に形成する。次に、この保護膜の開口部より露出した下地層の窒化ガリウム系化合物半導体を核として窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる。下地層を核として成長させる窒化ガリウム系化合物半導体は開口部から縦方向に成長後、横方向にも成長する。この横方向成長とは、核からの連続成長であり保護膜上において横方向に成長するものである。これより貫通転位は窒化ガリウム系化合物半導体と同様に縦方向だけでなく横方向にも成長する。そのため、この横方向成長した貫通転位は、保護膜上で隣り合う核から成長した窒化ガリウム系化合物半導体同士が接合する接合部に集中する。そのため、保護膜の開口部、及び保護膜上の接合部には貫通転位は集中するものの、これらの領域を除いた横方向成長領域の表面には、低転位領域を形成することができる。その他、貫通転位密度を低減する方法として、垂直方向の成長速度が速く表面の荒れた第１の成長層を成長させ、その後、垂直方向の成長速度が第１の成長層よりも遅い第２の成長層を成長させて第１の成長層の窪みを埋める方法が特開２００１−１６８０４５号公報に記載されている。また、特開平１１−１３９９号公報には、シリコン不純物を１０18〜１０20ｃｍ-3の範囲で調節して、ｎ型窒化ガリウム半導体基板を得る方法が記載されている。このようなｎ型窒化ガリウム半導体基板は、窒化ガリウム成長工程と研磨工程とを繰り返して形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記に示すＥＬＯ法では保護膜のパターン形成等の工程が多く、効率よく量産するのは困難である。さらに、ＥＬＯ法では保護膜に開口部を設け、その開口部から露出した窒化ガリウム系化合物半導体を核として窒化ガリウム系化合物半導体を成長させるため、横方向成長領域には、低転位領域が得られるものの、開口部である窓部上部、及び保護膜上の窒化ガリウム系化合物半導体同士の接合部には転位が多く集中する。そのため、表面に低転位領域が均一となる基板を提供することは困難であり、低転位領域内に選択的にリッジストライプを形成しなければならない。よって、反りを有するウェハー上ではリッジストライプを形成するフォトリソ工程で歩留まりを低下させてしまう。その他に、ＥＬＯ法で得られる窒化物半導体基板は絶縁性の異種基板を有するものが主流であり、例えばサファイア基板上に窒化物半導体を形成したものである。そのため、放熱性が悪く高出力での長時間の連続発振は困難である。また、サファイア基板は絶縁性であるため、ｎ型電極、ｐ型電極を表面上に形成しなければならず、素子を成長させた後に段差を形成する工程が必要となる。これは対極面に電極を形成した素子と比較してチップ面積の節減にも不利である。また、サファイア基板にはヘキカイ性がないため、チップの分離にはダイシング工程が必要となりコスト高をまねく。
【０００７】
本発明の課題は、窒化ガリウム系化合物半導体基板表面に低転位領域を均等かつ広範囲で得ることである。また、異種基板を除去したｎ型低抵抗単体基板とすることで、量産効率を向上させた窒化ガリウム系化合物半導体基板を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体基板は、Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層された、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層よりもＳｉ濃度が小さく、ノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層と、を備え、前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体の島として成長されたものであって、前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体層は、前記窒化ガリウム系化合物半導体の島が成長し隣接する島同士が合体して形成されたものであり、貫通転位密度が１×１０８／ｃｍ２以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明における窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法は、基板上に気相成長法により窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることにより形成される窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法において、基板上にＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第１の工程と、第１の工程後、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層よりもＳｉ濃度が小さく、ノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する第２の工程とを備え、前記第１の工程において、前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体の島であって、前記第２の工程において、前記第２の工程において、前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体層は、前記窒化ガリウム系化合物半導体の島が成長し隣接する島同士が合体して形成されることを特徴とする。
【００１０】
このようにＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上であるＳｉリッチ層と、このＳｉリッチ層上にＳｉドーピング濃度がノンドープ、又は１×１０１９／ｃｍ３以下であるＳｉプアー層を成長させる構成とすれば、転位の低減ができる。ここで、Ｓｉプアー層とはＳｉのノンドープも含むものとする。以下に転位の低減ができる理由を示す。Ｓｉリッチ層では、Ｓｉがドナーとしてだけではなく、コンタミナントとして成長層に作用する。そのためＳｉ、又はその化合物の不着密度の高い部位の成長が遅れることになる。つまり、基板上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導体は成長速度差を有する面内分布となる。その結果、表面全体において成長速度の速い部分では選択的に核が生成され、窒化ガリウム系化合物半導体の表面に窒化ガリウム系化合物半導体の島の成長が起こる。次に成長させるＳｉプアー層では、前記窒化ガリウム系化合物半導体の島同士での合体が促進される。これは成長速度が速い結晶粒が隣接する結晶粒を覆うように成長するためである。ここで、前記窒化ガリウム系化合物半導体の島は基板と窒化ガリウム系化合物半導体との成長界面から伸びた貫通転位を有するものである。この貫通転位は島が成長することにより、縦方向に伸びるだけでなく、島の表面が斜面形状であるため、成長面である斜面に対して垂直に伸びることとなる。そのため、島が成長し、隣接する島同士で合体する過程で貫通転位は屈曲し貫通転位同士がループを形成することとなる。そのため、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層での縦方向以外に伸びた貫通転位は第２の窒化ガリウム系化合物半導体層内において、ループを形成し、低減させることができる。さらに、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層はＳｉドーピング濃度を５×１０１９／ｃｍ３以上とすれば島同士の間隔をより大きく形成することができるため第２の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させた時に転位をより低減させることができる。より好ましくは第１の窒化ガリウム系化合物半導体層のＳｉドーピング濃度を１×１０２０／ｃｍ３以上とする。また、第２の窒化ガリウム系化合物半導体層はＳｉドーピング濃度を１×１０１８／ｃｍ３以下とすれば、移動度を向上することができ、さらに好ましくはＳｉドーピング濃度を１×１０１７／ｃｍ３以下とする。具体的には、前記窒化ガリウム系化合物半導体基板にバッファー層を介し、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させ、その上に成長させる第２の窒化ガリウム系化合物半導体層で貫通転位を低減させる。バッファー層を有するのみでは、貫通転位は単位面積あたり１×１０８個／ｃｍ２〜１×１０１０個／ｃｍ２程度であるが、上記構成により前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体層の表面での貫通転位密度を均一に低減させることができ、１×１０８個／ｃｍ２以下、さらに好ましくは１×１０６個／ｃｍ２以下とすることができる。
【００１１】
さらに、第２の窒化ガリウム系化合物半導体層上に、Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である第３の窒化ガリウム系化合物半導体層と、該第３の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層され、該第３の窒化ガリウム系化合物半導体層よりもＳｉ濃度が小さく、ノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第４の窒化ガリウム系化合物半導体層と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このように、Ｓｉリッチ層とＳｉプアー層とを成長させる構成を２回以上繰り返せば、さらに貫通転位同士がループを形成することにより、転位を低減させることができる。また、ハロゲン輸送法による気相成長法により厚膜成長をした場合には、サファイア等の異種基板を研削やレーザ照射により除去した窒化ガリウム系化合物半導体層のみから成る単体基板を形成することができる。そのため、サファイア基板のような絶縁体上に成長させた窒化物半導体基板であっても基板除去すること、及びＳｉリッチ層は高濃度でＳｉをドープすることで低抵抗のｎ型基板とすることができるため、電極を対極構造とすることが可能となる。ここで、異種基板の除去工程は窒化物半導体素子の成長前であっても、窒化物半導体素子の成長後であってもよい。
【００１３】
また、前記窒化ガリウム系化合物半導体基板における第１、及び／又は第２の窒化ガリウム系化合物半導体層は、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で示すことができる。さらに、GaNであれば２段階成長後の表面においてピットを少なくできる効果を有する。
【００１４】
また、Ｓｉドーピングの原料にはシラン系化合物を用いる。このシラン系化合物はＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ４から成る群から選ばれる少なくとも１つである。これらの原料を用いれば、Ｓｉまたはそれらの化合物がコンタミナントだけではなく、効率よくドーパントにもなるため好ましい。
【００１５】
前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体は例えばサファイアのような異種基板上に直接成長させるのであれば、格子定数や熱膨張係数の違いから転位密度は多くなる。そのため、下地層であるバッファー層を介することにより基板上に直接に窒化ガリウム系化合物半導体層を形成するよりも結晶性をより向上させることができる。具体的には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で示すことができ、７００℃以下の低温成長で形成する。この下地層のみを介して成長させた窒化ガリウム系化合物半導体は単位面積あたりの貫通転位が１０８〜１０１０個／ｃｍ２となる。そのため、下地層の上にＳｉリッチ層とＳｉプアー層とを成長させることにより、より結晶性の良好な窒化物半導体基板を形成することができる。
【００１６】
さらに、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度は略同じ速度とすることができる。第１の工程において、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層の島を成長させ、第２の工程において、第２の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成によって島同士の合体を促進させることもできる。また、前記窒化ガリウム系化合物半導体基板の気相成長法としてはハロゲン輸送法による気相成長法、有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法等がある。ハロゲン輸送法による気相成長法は成長速度が速いため、厚膜成長させることができ好ましい。また、薄膜で低欠陥化を実現するには横方向成長を制御しやすい有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法などの他の気相成長法を用いても良い。
【００１７】
また、窒化ガリウム系化合物半導体基  板の製造方法において、基板には、サファイア、炭化珪素、スピネル、又はシリコン等が挙げられる。これらは、窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長させることができ、また成長温度に対して耐熱性を有するものである。さらに、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層後、研削や電磁波照射等による基板の剥離除去を可能とし、これにより窒化ガリウム系化合物半導体からなる単体基板を形成することができる。本発明においては、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層をＳｉリッチ層とするため、基板除去面をｎ型窒化物半導体層とすることができる。そのため、貫通転位を低減した結晶性のよい窒化物単体基板において、電極を対極形成した窒化ガリウム系化合物半導体レーザ、または発光ダイオードを提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体基板は、図１に示すように、Ｓｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である第１の窒化ガリウム系化合物半導体層３と、該第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に積層されたノンドープ、又はＳｉドーピング濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層４と、を備える窒化ガリウム系化合物半導体基板である。
【００１９】
前記Ｓｉ原料にはシラン系化合物を用い、これらのシラン系化合物はＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ４から成る群から選ばれる少なくとも１つである。
【００２０】
前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体、及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体は一般式をＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）とする。
【００２１】
効果１
本実施形態における発明は、Ｓｉドープを窒化ガリウム系化合物半導体の成長と同時に行うものであり、２段階成長することで表面を平坦化し広範囲に低欠陥領域を有する窒化ガリウム系化合物半導体基板を作製することができる。このような平坦化ができるのは、結晶の自然な横方向成長する作用によるものである。また、本実施形態に示す窒化ガリウム系化合物半導体基板において、転位の低減方法としては、ファセットを埋め込まずに転位を低減させるのではなく、ファセットを埋め込みながら成長させ、転位を低減させるものである。以上より、表面研磨等による平坦化をする必要もなく、効率よく窒化ガリウム系化合物半導体基板を形成することができる。
【００２２】
効果２
本発明は、基板を除去することで、低抵抗のｎ型単体基板を形成することができる。これは、転位の低減過程において、窒化ガリウム系化合物半導体層内に連続的にＳｉをドーピングするため、低抵抗のｎ型半導体層を形成することができるためである。このため、対極に電極を形成した構造とすることができ、チップ面積の節減に有利である。また、サファイア基板等異種基板がないため、チップの分離にダイシング工程が必要でなくなりコストの低減にもつながる。また、窒化ガリウム系化合物半導体から成る単体基板は劈開性を有し、半導体レーザを形成する場合には、劈開面を共振器ミラーとすることができ好ましい。また、基板を除去することにより、放熱性も向上するため長寿命化が期待できる。
【００２３】
以下に、本発明の一実施形態における窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造工程を示すが、これに限定されるものでない。
【００２４】
本発明において、基板とは窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる単結晶基板であればよく、基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。この基板の具体例としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とし、好ましくはＣ軸配向の窒化物半導体層を成長させるサファイア、スピネル、炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ダイヤモンド、ＮｄＧａＯ３、その他に窒化物半導体等が挙げられる。窒化ガリウム系化合物半導体層を積層後、サファイア等の基板を除去してもよい。これらの基板は表面が平坦なものを使用するが、窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長することができれば、特に限定しない。例えば基板の裏面にエッチング加工等をすることにより細かい荒れを形成する。この荒れにより基板除去を簡単にすることができる。また、反りを緩和するために基板に凹凸、斜面、階段形状、その他にはエアブリッジ構造を有するものであってもよい。
【００２５】
下地層２
前記基板上に８００℃以下の低温でバッファー層としてＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）層を介して第１の窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる。これは、基板と窒化ガリウム系化合物半導体との格子定数不整合を緩和することで欠陥や割れを抑制するためである。ここで、低温とは７００℃以下、好ましくは４５０℃〜６５０℃の温度範囲である。この範囲内の温度でバッファー層を成長すれば、微細な核を均一性よく形成することができ好ましい。８００℃以上でバッファー層を成長させれば、均一な核生成が阻害され、その後、結晶が多結晶化するため結晶性を低下させてしまう。膜厚は１０オングストローム以上０．５μｍ以下で成長させる。さらに、下地層はバッファー層のみならず、２層構造としてもよい。これは、バッファー層（第１の下地層）上に第２の下地層を９５０℃以上の高温で成長させることにより、表面が鏡面であり平坦化した下地層とするためである。これより、後工程で成長させる窒化ガリウム系化合物半導体におけるピットの発生が抑制できる。また、この下地層は基板によっては省略することもできる。
【００２６】
窒化ガリウム系化合物半導体
次に、前記基板１上に下地層２を形成後、第１の窒化ガリウム系化合物半導体及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる。この窒化ガリウム系化合物半導体は一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表すことができる。但し、これらは互いに異なる組成であってもよい。また、Ｓｉの他には、ドーパントとしてＯまたはＧｅやＳｎ及びＳ等も用いることができ、これらにｐ型不純物をドープさせた窒化ガリウム系化合物半導体としてもよい。ｐ型不純物はＭｇ、Ｂｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ等が挙げられる。
【００２７】
また、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層の膜厚は５μｍ以上とする。好ましくは１５μｍ以上とする。これは、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層の膜厚が５μｍ以下であれば、貫通転位を広範囲に屈曲させることができないからである。この膜厚で第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることにより、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長後に貫通転位の伸びる方向を屈曲させることができる。次に前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体層上に成長させる第２の窒化ガリウム系化合物半導体層を膜厚５μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上成長させれば、第２の窒化ガリウム系化合物半導体層の成長時に貫通転位どうしでループを形成させることで貫通転位を低減させることができる。
【００２８】
窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法として、基板上に下地層を介してハロゲン輸送法による気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法により第１の窒化ガリウム系化合物半導体と、第２の窒化ガリウム系化合物半導体とを成長させる方法を以下に示す。ハライド気相エピタキシャル成長法は、短時間で厚膜を成長させることができるため、窒化物半導体の厚膜成長や、異種基板を剥離した窒化物半導体の単体基板の形成に有効である。
以下に本発明で用いた成長手法、成長工程、及び成長条件を示す。
【００２９】
本発明における、１気相成長手段としてIII族元素のハロゲン化物とＶ族元素を含む化合物（本発明では窒素を含む化合物）とを反応させ、基板上に気相成長を行うハロゲン輸送法による気相成長（halogen-transport vapor phase epitaxy：HVPE）法があげられる。
【００３０】
ハロゲンガスとしてはＨＣｌ等があり、キャリアガスと共にハロゲンガス管より導入される。このハロゲンガスとＧａ等の金属が反応することにより３族元素のハロゲン化物を生成させ、さらに、Ｎ源供給管より流入したアンモニアガスとが反応することにより窒化ガリウム系化合物半導体を基板上に成長させる。ＨＶＰＥ法において、還元ガス（例えば水素）を含む雰囲気では、反応管全体が抵抗加熱で熱せられているためにドーパントガスであるシラン系ガスは分解して、基板領域に到達する前に分解し、実効的なＳｉのドーピングは困難である。そのため、ドーパントガスとＨＣｌとを同時に導入することにより、シラン系ガスの分解を抑制して効率よくドープが可能である。
【００３１】
第１の窒化ガリウム系化合物半導体の成長条件としては、成長速度が５μｍ／ｈｏｕｒ以上であればよい。また、第１の窒化ガリウム系化合物半導体、及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体は成長速度を同じ速度とすることができる。そのため、成長速度が異なることにより生ずる結晶性の差異により界面に発生する歪みが、緩和できる。ここで、第１の窒化ガリウム系化合物半導体は、好ましくは常圧又は微減圧で成長させる。
【００３２】
次に第１の窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、この上に第２の窒化ガリウム系化合物半導体を以下の条件で成長させる。
【００３３】
第２の窒化ガリウム系化合物半導体は第１の窒化ガリウム系化合物半導体と同温、又はそれ以上の温度で成長させるのが好ましく、基板温度を９００℃以上とする。ただし、第１の窒化ガリウム系化合物半導体と第２の窒化ガリウム系化合物半導体との温度差が大きければ成長層界面に残留熱歪みが発生するため温度差が少ない方が好ましい。また、第２の窒化ガリウム系化合物半導体の膜厚としては、最上面が鏡面になれば特に限定されず１５μｍ以上であればよい。そのため、第２の窒化ガリウム系化合物半導体は膜厚を１５μｍ程度の成長が可能な気相成長法であればＭＯＣＶＤ法や他の気相成長法でも行うことができる。さらに、結晶の核密度の均一性や配向特性、及び大きさ、層の厚みの制御にはＭＯＣＶＤ法を用いるのが好ましい。
【００３４】
上記の成長方法により得られた窒化ガリウム系化合物半導体基板は、最上面が平坦であり、且つ鏡面となる低欠陥部分を広範囲で有する窒化ガリウム系化合物半導体基板と成る。なお、本発明により得られた窒化ガリウム系化合物半導体基板上に形成する素子は窒化ガリウム系化合物半導体を用いたものであれば発光素子や受光素子、又は電子デバイスでもよい。また、図３には本実施形態における発光素子として同一面上に電極を形成した半導体レーザ素子を示す。図４には電極を対極構造として形成した半導体レーザ素子を示す。
【００３５】
以上より得られる窒化ガリウム系化合物半導体基板は貫通転位密度が１×１０８／ｃｍ２以下、より好ましくは１×１０７／ｃｍ２以下である第２の窒化ガリウム系化合物半導体層を有するものとする。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明における実施例を説明する。
［実施例１］
まず、基板１としてＣ面を主面とするサファイア基板を用い、ＭＯＣＶＤ装置にセットし、温度１０５０℃で１０分間のサーマルクリーニングを行い水分や表面の付着物を除去した。
【００３７】
次に、下地層を２層構造で成長させた。まず、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トリメチルガリウムを用い、ＧａＮより成るバッファー層を２００オングストロームの膜厚で成長させた。次に、バッファー層上にＧａＮから成り平坦性を有する層を成長温度１０５０℃において膜厚３μｍで形成した。本実施例では、成長時のキャリアガスとして水素を２０．５Ｌ／分、原料ガスとしてアンモニアを５Ｌ／分、トリメチルガリウムを２５ｃｃ／分間、流した。
【００３８】
基板上に下地層を成長後、第１の窒化ガリウム系化合物半導体、及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体を成長させるためにＨＶＰＥ装置にセットする。
【００３９】
まず、Ｇａ源として、Ｇａメタルをボートに用意し、キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてハロゲンガスであるＨＣｌガスを流すことによりＧａＣｌを生成する。キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてＮ源であるアンモニアガスを流すことによりＧａＣｌとアンモニアガスとを反応させ基板領域にＧａＮを形成する。また、キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてＳｉＣｌ4を流すことでドーピングを行い、ＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化ガリウム系化合物半導体を基板上に成長させる。基板領域の温度は電気炉で１０３０℃に設定した。第１の窒化ガリウム系化合物半導体の成長速度を５０μｍ／ｈｏｕｒとして、ＧａＣｌ分圧は１．２５×１０−３ａｔｍ、ＮＨ３分圧は０．３７５ａｔｍとした。ＳｉＣｌ４分圧は２．８７×１０−７ａｔｍとした。この第１の窒化ガリウム系化合物半導体は膜厚５０μｍで成長させた。
【００４０】
次に、第１の窒化ガリウム系化合物半導体上に、第２の窒化ガリウム系化合物半導体をハロゲン輸送法による気相エピタキシャル成長法装置において成長させた。この時の成長条件としては、ＳｉＣｌ４分圧を１．０×１０−８ａｔｍとした以外は成長条件を第１の窒化ガリウム系化合物半導体と同様にして、第２の窒化ガリウム系化合物半導体を成長速度５０μｍ／ｈｏｕｒで膜厚は１００μｍで成長させた。
【００４１】
以上により得られた第２の窒化ガリウム系化合物半導体基板の表面は平坦かつ鏡面となり、ＳＩＭＳ分析ではＳｉ濃度は第１の窒化ガリウム系化合物半導体層は２×１０１９／ｃｍ２であり、第２の窒化ガリウム系化合物半導体層は２×１０１８／ｃｍ２であった。また、図２に示すようにＣＬ観察によると貫通転位密度は２×１０７ｃｍ−２程度であり、低欠陥である窒化ガリウム系化合物半導体基板を提供することができる。
【００４２】
［実施例２］
上記実施例１で得られた窒化ガリウム系化合物半導体基板上に第３の窒化ガリウム系化合物半導体層、第４の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる。この第３の窒化ガリウム系化合物半導体層は第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と成長条件を同じとし、また第４の窒化ガリウム系化合物半導体層は第２の窒化ガリウム系化合物半導体層と成長条件を同様とする。
【００４３】
以上より得られた窒化ガリウム系化合物半導体基板は厚膜成長した低転位の基板となるため、異種基板を除去した単体基板とすることができる。
【００４４】
［実施例３］
実施例１により得られた窒化ガリウム系化合物半導体基板より、研削によりサファイア基板を除去し、ＧａＮの単体基板とする。この単体基板上にレーザ素子を形成する。
【００４５】
（ｎ型コンタクト層１０２）
まず、ＧａＮの単体基板をMOCVD装置の反応容器にセットし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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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。
【００５２】
（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。
【００５３】
（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、ウェハーを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００５４】
アニーリング後、窒化物半導体レーザ素子を積層させたＧａＮから成る単体基板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）を用いて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。
【００５５】
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。
【００５６】
ｐ型コンタクト層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ型電極の膜厚としてはＮｉを１００Å、Ａｕを１３００Åとする。また、ｐ型電極と対極するように裏面となる第１の窒化ガリウム系化合物半導体層にはＴｉとＡｌよりｎ型電極を形成する。Ｔｉは２００Å、Ａｌを８０００Åの膜厚とする。このｐ型電極は、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型電極とは対極であり平行な方向で形成する。次に、ｐ型電極、ｎ型電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型電極上にはｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウム）／Ｐｔ／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６０００Å）の膜厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パッド電極としてＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０００Å−８０００Å）の膜厚で形成する。
【００５７】
電極形成後、ｎ型電極側をスクライブして、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプに平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
【００５８】
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、５〜６０ｍＷ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、１０００〜３００００時間を示す。
【００５９】
［実施例４］
実施例１により得られた窒化ガリウム系化合物半導体基板より、研削によりサファイア基板を除去し、ＧａＮの単体基板とする。この単体基板上の同一面上にｎ型電極とｐ型電極とを形成したレーザ素子を作成する。
【００６０】
まず、ＧａＮ基板を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。ただし、このアンドープｎ型コンタクト層は省略することもできる。
【００６１】
次に、アンドープｎ型コンタクト層を成長後に実施例３と同様の条件でさらにｎ型コンタクト層１０２／クラック防止層１０３／ｎ型クラッド層１０４／ｎ型ガイド層１０５／活性層１０６／ｐ型電子閉じ込め層１０７／ｐ型ガイド層１０８／ｐ型クラッド層１０９／ｐ型コンタクト層１１０を成長させる。
【００６２】
その後、リッジ幅１．７μｍでリッジストライプ形成する。次に、ｎ型コンタクト層をエッチングにより露出する。その後、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上に膜厚を０．５μｍ以下で形成する。その後、ストライプ形状に露出したｐ型コンタクト層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ型電極の膜厚としてはＮｉ（１００Å）、Ａｕ（１３００Å）とする。また、ｐ型電極を形成した後に前記露出したｎ型コンタクト層上にｎ型電極を形成する。このｎ型電極はＴｉ／Ａｌを膜厚（２００Å−８０００Å）でｐ型電極と同一面上に平行に形成する。さらに、ｐ型電極、ｎ型電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型電極上にはｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウム）／Ｐｔ／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６０００Å）の膜厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パッド電極としてＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０００Å−８０００Å）の膜厚で形成する。
【００６３】
電極形成後、基板の裏面側をスクライブして、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプに平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。
【００６４】
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、５〜６０ｍＷ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、１０００〜３００００時間となる。
【００６５】
［実施例５］
実施例１により得られたサファイア付きの窒化ガリウム系化合物半導体基板上にレーザ素子を形成する。まず、前記基板上にアンドープｎ型コンタクト層１０１を成長させる。基板を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。
【００６６】
次に実施例３と同様の条件で以下の順に素子形成を行う。
アンドープｎ型コンタクト層を成長させた基板上にｎ型コンタクト層１０２／クラック防止層１０３／ｎ型クラッド層１０４／ｎ型ガイド層１０５／活性層１０６／ｐ型電子閉じ込め層１０７／ｐ型ガイド層１０８／ｐ型クラッド層１０９／ｐ型コンタクト層１１０の順で成長させる。
【００６７】
その後、リッジ幅１．７μｍでリッジストライプ形成する。次に、ｎ型コンタクト層をエッチングにより露出する。その後、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上に膜厚を０．５μｍ以下で形成する。その後、ストライプ形状に露出したｐ型コンタクト層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ型電極の膜厚としてはＮｉ（１００Å）、Ａｕ（１３００Å）とする。また、ｐ型電極を形成した後に前記露出したｎ型コンタクト層上にｎ型電極を形成する。このｎ型電極はＴｉ／Ａｌを膜厚（２００Å−８０００Å）でｐ型電極と同一面上に平行に形成する。さらに、ｐ型電極、ｎ型電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型電極上にはｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウム）／Ｐｔ／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６０００Å）の膜厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パッド電極としてＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０００Å−８０００Å）の膜厚で形成する。
【００６８】
電極形成後、基板の裏面側をダイシングして、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプに平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。以上より得られたレーザ素子の素子寿命は、５００〜１００００時間となる。
【００６９】
［実施例６］
実施例１により得られたサファイア付きの窒化ガリウム系化合物半導体基板上にレーザ素子を形成する。まず、前記基板上にアンドープｎ型コンタクト層１０１を成長させる。基板を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。
【００７０】
前期アンドープｎ型コンタクト層１０１を成長させた基板上に、実施例３と同条件でｎ型コンタクト層１０２／クラック防止層１０３／ｎ型クラッド層１０４／ｎ型ガイド層１０５／活性層１０６／ｐ型電子閉じ込め層１０７／ｐ型ガイド層１０８／ｐ型クラッド層１０９／ｐ型コンタクト層１１０の順で半導体素子を成長させる。
【００７１】
次に、研削によりサファイア基板を除去し、さらに、リッジ幅１．７μｍでリッジストライプ形成する。次に、ｎ型コンタクト層をエッチングにより露出する。その後、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上に膜厚を０．５μｍ以下で形成する。その後、ストライプ形状に露出したｐ型コンタクト層上にｐ型電極をＮｉとＡｕより形成する。ここで、ｐ型電極の膜厚としてはＮｉ（１００Å）、Ａｕ（１３００Å）とする。また、ｐ型電極を形成した後に前記露出したｎ型コンタクト層上にｎ型電極を形成する。このｎ型電極はＴｉ／Ａｌを膜厚（２００Å−８０００Å）でｐ型電極と同一面上に平行に形成する。さらに、ｐ型電極、ｎ型電極上にそれぞれパッド電極を形成する。ｐ型電極上にはｐ型パッド電極としてＲｈＯ（酸化ロジウム）／Ｐｔ／Ａｕを（３０００Å−１５００Å−６０００Å）の膜厚で形成する。また、ｎ型電極上にはｎ型パッド電極としてＮｉ／Ｔｉ／Ａｕを（１０００Å−１０００Å−８０００Å）の膜厚で形成する。
【００７２】
電極形成後、基板の裏面側をスクライブして、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を共振器ミラーとして成膜する。その後、リッジストライプに平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。以上より得られたレーザ素子の素子寿命は、１０００〜３００００時間となる。
【００７３】
［実施例７］
上記実施例３〜６において、ｎ型電極をＴｉ／Ａｌ（２００Å−８０００Å）、ｐ型電極をＮｉ／Ａｕ（１００Å−１５００Å）、ｎ型パッド電極とｐ型パッド電極とをＮｉ／Ｔｉ／Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）とする以外は同条件でレーザ素子を形成する。ここで得られるレーザ素子の寿命特性は５００〜１００００時間となる。
【００７４】
［実施例８］
Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板を基板１に用い、基板１上にＣＶＤ法によりＳｉＯ２よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で成膜し、ストライプ状のフォトマスクを形成し、エッチングによりストライプ幅１４μｍ、窓部６μｍのＳｉＯ２よりなる保護膜を形成する。なお、この保護膜のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な方向とする。
【００７５】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、温度を５１０℃、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、保護膜の開口部上に窒化ガリウムよりなるバッファー層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法により、減圧条件で温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、窒化ガリウムよりなる第１の窒化物半導体層を１０μｍの膜厚で成長させる。この時、第１の窒化物半導体は、ＳｉＯ２より成る保護膜の開口部を成長起点とし、第１の窒化物半導体層の断面形状がＴ字形状となるように形成する。
【００７６】
次に、ドライエッチングである等方性エッチングにより、温度１２０℃で、エッチングガスに酸素、ＣＦ４を用い、ＳｉＯ２保護膜を取り除く。さらに、横方向成長させた第１の窒化物半導体の側面および上面より、常圧でＭＯＣＶＤ法により、温度を１０５０℃にし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、窒化ガリウムよりなる第２の窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させる。
【００７７】
以上より得られた基板上に第１の窒化ガリウム系化合物半導体、及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体を成長させるためにＨＶＰＥ装置にセットする。Ｇａ源として、Ｇａメタルをボートに用意し、キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてハロゲンガスであるＨＣｌガスを流すことによりＧａＣｌを生成する。キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてＮ源であるアンモニアガスを流すことによりＧａＣｌとアンモニアガスとを反応させ基板領域にＧａＮを形成する。また、キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてＳｉＣｌ4を流すことでドーピングを行い、ＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化ガリウム系化合物半導体を基板上に成長させる。基板領域の温度は電気炉で１０３０℃に設定する。第１の窒化ガリウム系化合物半導体の成長速度を５０μｍ／ｈｏｕｒとして、ＧａＣｌ分圧は１．２５×１０−３ａｔｍ、ＮＨ３分圧は０．３７５ａｔｍとする。ＳｉＣｌ４分圧は２．８７×１０−７ａｔｍとする。この第１の窒化ガリウム系化合物半導体は膜厚５０μｍで成長させる。
【００７８】
次に、第１の窒化ガリウム系化合物半導体上に、第２の窒化ガリウム系化合物半導体をハロゲン輸送法による気相エピタキシャル成長法装置において成長させる。この時の成長条件としては、ＳｉＣｌ４分圧を１．０×１０−８ａｔｍとした以外は成長条件を第１の窒化ガリウム系化合物半導体と同様にして、第２の窒化ガリウム系化合物半導体を成長速度５０μｍ／ｈｏｕｒで膜厚は１００μｍで成長させる。
【００７９】
以上により得られる第２の窒化ガリウム系化合物半導体基板の表面は平坦かつ鏡面となり、貫通転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下となる低欠陥な窒化ガリウム系化合物半導体基板を提供することができる。
【００８０】
［実施例９］
上記実施例において、第１の窒化ガリウム系化合物半導体の成長速度を５０μｍ／ｈｏｕｒとして、第２の窒化ガリウム系化合物半導体を成長速度１００μｍ／ｈｏｕｒで成長させる以外は同条件で窒化ガリウム系化合物半導体基板を形成する。以上により得られる第２の窒化ガリウム系化合物半導体基板の表面は平坦かつ鏡面となり、貫通転位密度が１×１０８ｃｍ−２以下となる低欠陥な窒化ガリウム系化合物半導体基板を提供することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上より本発明では、保護膜等を用いた横方向成長基板ではなく、基板全面の結晶欠陥を減らした低欠陥基板を提供することができる。そのため、ＥＬＯ法で得られた基板に比べてデバイス工程を簡略化することができ、量産効率を向上させた窒化ガリウム系化合物半導体基板を提供することが出来る。また、基板を除去することにより窒化物から成る低抵抗の単体基板とすることもできるため、放熱性が向上し窒化物半導体素子の寿命特性をよくすることができる。さらに、対極した電極構造が可能となりチップ面積の節減にも有利となる。
【００８２】
【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】本発明の実施例１におけるＣＬ写真である。
【図３】本発明の一実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の模式断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の模式断面図である。
【符号の簡単な説明】
１・・・基板
２・・・下地層
３・・・第１の窒化ガリウム系化合物半導体
４・・・第２の窒化ガリウム系化合物半導体
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】
0004734786.tif 000002
【図２】
0004734786.tif 000003
【図３】
0004734786.tif 000004
【図４】
0004734786.tif 000005