(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、
前記基板上に、少なくとも１層のIII族窒化物系化合物半導体から成る基底層を成長させる工程と、
最上層を第１のIII族窒化物系化合物半導体とする前記基底層をエッチングにより、点状、ストライプ状又は格子状等の島状態とし、前記基板の面を底部に露出させるよう段差を設ける工程と、
前記段差の前記底部である前記基板の面上に、上面が前記最上層の上面よりも低い位置となる厚さでマスクを形成する工程と、
前記エッチングにより形成された点状、ストライプ状又は格子状等の島状態の前記第１のIII族窒化物系化合物半導体の段差の上段の上面及び側面を核として、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、
前記基板上に、複層であって、AlN、AlxGa1-xN又はAlxGayIn1-x-yN（x≠0）から成る層を含み、最上層をGaN から成る第１のIII族窒化物系化合物半導体とする基底層を成長させる工程と、
前記基底層をエッチングにより、点状、ストライプ状又は格子状等の島状態とし、基底層のうちのAlN、AlxGa1-xN又はAlxGayIn1-x-yN（x≠0）からなる層を底部に露出させるよう段差を設ける工程と、
前記段差の前記底部に、上面が前記最上層の上面よりも低い位置となる厚さでマスクを形成する工程と、
前記エッチングにより形成された点状、ストライプ状又は格子状等の島状態の前記第１のIII族窒化物系化合物半導体の段差の上段の上面及び側面を核として、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３】
前記マスクは、その上にIII族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長が阻害される物質から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２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】
前記段差の側面は、略全部が｛１１−２０｝面であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか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４の何れか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】
前記マスクは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、或いは、タングステン、窒化チタン膜その他の導電性のマスクであることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか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７】
請求項１乃至請求項６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前記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の上層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８】
請求項１乃至請求項６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前記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の上層に、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９】
請求項１乃至請求項６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、横方向エピタキシャル成長した部分の上層以外を略全部除去することにより、前記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。
【請求項１０】
請求項９の方法により得られたIII族窒化物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、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）成長を用いる、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】
又、近年、貫通転位を防止するために、横方向成長を用いる技術が開発されている。これは、サファイア基板、又は、III族窒化物系化合物半導体層上に一部ストライプ状の窓の形成された酸化シリコン、タングステン等からなるマスクを形成して、窓部の半導体を核として、マスク上に横方向成長させるものである。
さらに、ペンディオＥＬＯと呼ばれるように、横方向成長部分が基板に対して浮いて形成される成長方法も開発されている。
ところが、マスクを用いるＥＬＯ成長の場合には、マスクが結晶成長の核となる窓の部分よりも高いために、結晶成長は窓部の半導体を核として縦方向に一旦成長した後、マスクを回り込むようにマスク上で横方向成長するものである。このため、マスクの角部での転位、歪みの発生が多く、この部分で発生した貫通転位が貫通転位の減少を抑制しているという問題がある。
又、ペンディオＥＬＯにおいても、結晶成長の核となる層の上面には、マスクが形成されているので、このマスクの上に回り込み成長する時に、角部で同様に貫通転位が発生するという問題がある。
【０００６】
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。特に、マスクを用いたＥＬＯ成長の欠点を改良することである。
【０００７】
【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、基板上に、少なくとも１層のIII族窒化物系化合物半導体から成る基底層を成長させる工程と、最上層を第１のIII族窒化物系化合物半導体とする前記基底層をエッチングにより、点状、ストライプ状又は格子状等の島状態とし、基板の面を底部に露出させるよう段差を設ける工程と、段差の前記底部である基板の面上に、上面が前記最上層の上面よりも低い位置となる厚さでマスクを形成する工程と、エッチングにより形成された点状、ストライプ状又は格子状等の島状態の前記第１のIII族窒化物系化合物半導体の段差の上段の上面及び側面を核として、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。
また、請求項２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、前記基板上に、複層であって、AlN、AlxGa1-xN又はAlxGayIn1-x-yN（x≠0）から成る層を含み、最上層をGaN から成る第１のIII族窒化物系化合物半導体とする基底層を成長させる工程と、前記基底層をエッチングにより、点状、ストライプ状又は格子状等の島状態とし、基底層のうちのAlN、AlxGa1-xN又はAlxGayIn1-x-yN（x≠0）からなる層を底部に露出させるよう段差を設ける工程と、前記段差の前記底部に、上面が前記最上層の上面よりも低い位置となる厚さでマスクを形成する工程と、前記エッチングにより形成された点状、ストライプ状又は格子状等の島状態の前記第１のIII族窒化物系化合物半導体の段差の上段の上面及び側面を核として、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上段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垂直となるものを言うものでなく、斜めの面でも良い。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。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。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、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において、前記マスクは、その上にIII族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長が阻害される物質から成ることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、段差の側面は、略全部が｛１１−２０｝面であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５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。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、マスクは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、或いは、タングステン、窒化チタン膜その他の導電性のマスクであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載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の、横方向エピタキシャル成長した部分の上層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。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載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の、横方向エピタキシャル成長した部分の上層に、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。
【００１４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項６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、横方向エピタキシャル成長した部分の上層以外を略全部除去することにより、III族窒化物系化合物半導体層を得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である。
【００１５】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９の方法により得られたIII族窒化物系化合物半導体基板である。
【作用及び発明の効果】
【００１６】
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を参照しながら説明する。尚、図１では、従属請求項の説明及び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、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。
【００１７】
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、段差を設けて底部に基板１の面が露出するよう形成する。次に、この基板１の露出面にマスク４を形成する。このマスク４の上面４ａを第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の上面３１ａよりも低くする。こうして、段差の上段の上面３１ａ及び側面３１ｂ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ことで段差部分を埋めつつ、又は、マスク４の上面４ａとの間に隙間を形成しつつ、上方にも成長させることができる。このとき第２のIII族窒化物系化合物半導体３２が横方向エピタキシャル成長した部分の上部は、III族窒化物系化合物半導体層３１が有する貫通転位の伝搬が抑制され、埋められ又は橋かけられた段差部分に貫通転位の軽減された領域を作ることができる（請求項１）。これにより、段差の側面を核として、直ちに、横方向成長が実現されることになる。即ち、従来のマスクを用いたＥＬＯでは、マスクの方が結晶成長の核となる部分よりもマスクの厚さの分だけ厚い。その結果、結晶成長は、先ず、このマスクの厚さを補うだけ縦方向に成長して、その後に、マスクの上面に回り込み、横方向に成長することになる。この結果、マスクの角部での回り込みにより結晶に歪みがかかり、転位発生の原因となっている。本発明では、まず、このようなマスク上の回り込み成長ではなく、マスク上には直ちに横方向に第２のIII族窒化物系化合物半導体３２が成長するので、歪みが結晶にかからないため、転位の発生がない。マスク４上には回り込みによる成長ではないために、マスク４と第２のIII族窒化物系化合物半導体３２との結合はないか、弱いと考えられ、マスク４からの歪みを受けることがない。さらに、マスクと第２のIII族窒化物系化合物半導体３２との間には隙間を形成して成長させることも可能である。隙間を形成して成長させた場合には、さらに、マスクからの歪みを完全に遮断することが可能となり、より、高品質な結晶を得ることが可能となる。又、マスク上に回り込み成長させる従来のＥＬＯ成長は、両側の核から成長してきた層が中央部で合体するが、この時、両側の結晶軸が微妙にチルトしていることが知られている。このチルトの発生は、マスク４と第２のIII族窒化物系化合物半導体３２との間に隙間を形成することで、防止することが可能となる。これにより、従来よりも、より高品質な横方向成長層を得ることができる。
【００１８】
横方向成長する部分は、貫通転位が縦方向に伝搬しない。III族窒化物系化合物半導体層３１及びバッファ層２と第２のIII族窒化物系化合物半導体３２とはエピタキシャル成長により不連続面がほとんど無いならば、タングステン等導電体をマスクにする場合には、絶縁体等によるマスクを有するものと比較して、縦方向（基板１面の法線方向）へ電流を流す際、不連続部分により抵抗が生じることが無い。また、構造的にも安定したものとすることができる。
【００１９】
このとき、段差部分を埋めるか、段差を架橋する第２のIII族窒化物系化合物半導体３２が、段差の下段の底部である基板１から縦方向にエピタキシャル成長しないか、又は極めて遅いならば、段差の側面から横方向にエピタキシャル成長して向かい合う段差の側面からの横方向エピタキシャル成長面と合体する方が圧倒的に早い。この時、段差を埋めか又は架橋する部分のIII族窒化物系化合物半導体３２上部には、下層からの貫通転位が全く伝搬しない。又、段差の側面は、必ずしも垂直であることは必要ではないが、垂直とした場合には、この側面の貫通転位密度は極めて低い。従って、この貫通転位密度の極めて低い側面から横方向成長させるのであるから、横方向成長領域の貫通転位密度は著しく減少する。この結果、極めて良質な結晶領域とすることができる。横方向成長した部分は図１（ｃ）に示すように、両側からのエピタキシャル成長が合体することになり、さらに成長を続けると、基板面一様に厚く成長した第２のIII族窒化物系化合物半導体３２が得られる。尚、段差の底部の面は基板である必要はない。バッファ層２の上面で露出させても、第１のIII族窒化物系化合物半導体３１のある深さでエッチングを停止させて、この半導体層３１の中間面を露出させても良い。さらに、少なくとも第１のIII族窒化物系化合物半導体３１を有する基底層を構成している複数の層の任意層の中間面を底部として露出させても良い。
【００２０】
マスクには、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。マスク上に第２のIII族窒化物系化合物半導体３２が縦成長し難い物質を用いれば良い（請求項２、５）。
【００２１】
上記の様な速い横方向エピタキシャル成長は、III族窒化物系化合物半導体層３１の段差の側面が｛１１−２０｝面であるとき容易に実現可能である（請求項３）。このとき例えば横方向エピタキシャル成長中の成長面の少なくとも上部を｛１１−２０｝面のまま保つことができる。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、速い横方向エピタキシャル成長は容易に実現可能である（請求項４）。
【００２２】
以上のような方法により、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１から伝搬する貫通転位を抑制し構造的に安定な第２のIII族窒化物系化合物半導体３２を形成することができる。尚、図１では基板面に垂直な側面を持つ段差を形成するものを示したが、本発明はこれに限られず、段差の側面は斜めの面でも良い。この際、段差の底部に底面の無い、断面がＶ字状のもので、この上にマスクが形成されていても良い。これらは以下の説明でも同様である。
【００２３】
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の上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）。
【００２４】
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）。
【００２５】
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の上層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、９）。又、結晶性の良いIII族窒化物系化合物半導体基板を得ることができる。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。
尚、上記のように形成された第２のIII族窒化物系化合物半導体層のうち横方向成長した領域のみを残して、結晶成長の核となっていた領域をエッチングして、基板を露出させたり、上述したように基底層の中間面を露出させて、上記の横方向成長を繰り返して実行しても良い。即ち、その露出面にマスクが結晶成長の核となる層よりも低くした状態で、このマスクの上に第２の横方向成長をさせても良い。この場合には、第２の横方向成長において結晶成長の核となる結晶が横方向成長で形成されたものであるので、極めて貫通転位密度が低いので、この結晶を核として横方向成長する層もさらに貫通転位密度が低いものとなる。このようにして、基板面上一様に横方向成長したIII族窒化物系化合物半導体を得ることが可能となる。これらの横方向成長の繰り返し回数は任意である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１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。図１では、基板１を露出させる例を示している。基板１上にバッファ層２と、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１とを形成し、トレンチ状にエッチングをする（図１の（ａ））。この際、エッチングにより段差が生じ、エッチングされなかった面を上段として、側面及び段差の底部（下段面）が形成される。側面は例えば｛１１−２０｝面である。次に、この段差の低部にのみ、マスク４を段差の上段３１ａから高くならない厚さに形成する。この形成は、一様にマスクをスパッタリング等で形成した後、フォトリフグラフィにより他の部分を除去する形成方法がある。又、段差の上段３１ａにレジストを塗布して、一様にマスクを形成して、このレジストを剥離させるというリフトオフ法も使用できる。
【００２７】
次に横方向エピタキシャル成長する条件で、段差の側面及び上面を核として第２のIII族窒化物系化合物半導体３２のエピタキシャル成長を行う。有機金属成長法を用いれば、成長面を｛１１−２０｝面に保ったまま横方向エピタキシャル成長が容易に可能である。こうして、段差の側面の横方向成長が生じるならば、第２のIII族窒化物系化合物半導体３２のその部分については、マスク４からの貫通転位が伝搬しない（図１の（ｂ））。こうして、段差の両側面の横方向成長がエッチングされた部分の上方で合体するよう、エッチング形状と横方向エピタキシャル成長条件とを設定することで、エッチングされた上部の第２のIII族窒化物系化合物半導体３２には貫通転位が抑制された領域を形成することができる（図１の（ｃ））。図１（ｂ）の横方向成長工程において、成長温度と圧力及び供給する原料のIII／V比を最適化することで、横方向成長を縦方向成長よりも極めて速くすることが可能である。
【００２８】
また、図２のように、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横方向成長の結晶の核として使用するものでも良い。図２では、バッファ層２１、III族窒化物系化合物半導体層２２、バッファ層２３、III族窒化物系化合物半導体層３１をこの順に形成し、III族窒化物系化合物半導体層３１をエッチングして段差の底部にバッファ層２３が露出する例を示している。この例では、このバッファ層２３の上に、マスク４が残された第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１の上面３１ａよりも出ない厚さに形成される。更には、図２の（ａ）のような工程の段階で、III族窒化物系化合物半導体層３１の厚さより深いエッチングをして段差の底部がバッファ層２１とし、このバッファ層２１の上にIII族窒化物系化合物半導体層３１の上面から出ない厚さでマスク４を形成する製造方法（図３）でも良い。いずれも段差の下段上方に形成されるIII族窒化物系化合物半導体層３２は、主に段差の上段の最上層のIII族窒化物系化合物半導体層３１を核とした横方向エピタキシャル成長により形成され、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。その他、効果はすでに述べた図１の場合と同様である。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
横方向エピタキシャル成長としては成長面が基板に垂直となるものが望ましいが、基板に対して斜めのファセット面のまま成長するものでも良い。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。垂直面であれば、貫通転位密度が極めて小さいので、横方向成長領域の結晶性が向上する。又、傾斜したファセット面であれば、貫通転位が曲げられて、横方向成長領域にも貫通転位が形成されるが、その上に厚く形成すると縦方向には伸びないため、この横方向領域に厚く形成された層は貫通転位密度が低い。
【００３６】
横方向エピタキシャル成長としては、横方向エピタキシャル成長面の少なくとも上部と基板面とは垂直であることがより望ましく、更にはいずれもIII族窒化物系化合物半導体の｛１１−２０｝面であることがより望ましい。
【００３７】
エッチングする際は、深さと幅の関係から、横方向エピタキシャル成長により塞がれるか、又は、架橋されるように段差を設ける。
【００３８】
基底層を複層として、例えば、AlN、AlxGa1-xN又はAlxGayIn1-x-yN（x≠0）からなる層とし、第１のIII族窒化物系化合物半導体をGaNとするならば、AlN、AlxGa1-xN又はAlxGayIn1-x-yN（x≠0）からなる層は、Cl2、BCl3などの塩素を含むプラズマエッチングの際ストッパ層として働くので、段差の深さを調整するのに好都合である。バッファ層とIII族窒化物系化合物半導体層を任意周期繰り返した基底層の最も上のバッファ層として、この層を露出させるようにエッチングさせる時も同様である。これにより、マスクからの縦方向成長を抑えて第１のIII族窒化物系化合物半導体層側面からの横方向成長を促進させる条件を容易に設定することができる。これは、段差の設計をも容易とし、段差の深さを浅いものとすることも可能である。浅い場合には、第１のIII族窒化物系化合物半導体層の上面から成長して横方向に成長する成長過程が支配的になると考えられる。いずれにしても、マスク上では横方向成長が可能である。
【００３９】
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が有用である。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。横方向エピタキシャル成長面は、基板面に垂直なものの他、基板面に対し斜めの角度の成長面でも良い。III族窒化物系化合物半導体層のａ面として（１１−２０）面を横方向エピタキシャル成長面とするには例えばストライプの長手方向はIII族窒化物系化合物半導体層のｍ面である（１−１００）面に垂直とする。例えば基板をサファイアのａ面又はｃ面とする場合は、どちらもサファイアのｍ面がその上に形成されるIII族窒化物系化合物半導体層のａ面と通常一致するので、これに合わせてエッチングを施す。点状、格子状その他の島状とする場合も、輪郭（側壁）を形成する各面が｛１１−２０｝面とすることが望ましい。
【００４０】
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。この材料は、第１のIII族窒化物系化合物半導体層を残すために使用するマスクにも使用することができる。尚、エッチンクに使用するマスクは横方向成長時には、除去して、第１のIII族窒化物系化合物半導体層の上面を露出させる。
【００４１】
エッチングをする場合は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）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。
【００４２】
上記の貫通転位の抑制された領域を有するIII族窒化物系化合物半導体の、全体或いは貫通転位の抑制された領域を中心としてその上部に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。
【００４３】
上述の、貫通転位の抑制された領域を有するIII族窒化物系化合物半導体を、例えば基板１、バッファ層２及びエッチングにより段差を設けた貫通転位の抑制されていない部分を除去して、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
〔第１実施例〕
本実施例の工程を図１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0.5μmのGaN層３１を形成した。
【００４７】
ハードベークレジストマスクを使用して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いた選択ドライエッチングにより、幅10μm、間隔10μm、深さ0.5μmのストライプ状にエッチングした。これにより、GaN層３１の幅10μm、段差0.5μmの上段と、幅10μmの露出した基板１とが交互に形成された（図１の（ａ））。この時、深さ0.5μmの段差を形成する側面は、GaN層３１の｛１１−２０｝面とした。
【００４８】
次に、一様に二酸化シリコン膜(SiO2)をスパッタで形成した。その後、レジストを塗布してフォトリフグラフ工程を経て、その二酸化シリコン膜を残す部分にレジストを残し、レジストで覆われていない部分をウエットエッチングした。これにより、図１（ａ）に示す構造のウエハが得られた。
【００４９】
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の深さ0.5μmの段差を形成する側面である｛１１−２０｝面を核としてGaN層３２を横方向エピタキシャル成長により形成した。この時、段差の上面の縦成長はほとんどなく、底部であるマスク４からの縦成長は全くなかった（図１の（ｂ））。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とする横方向エピタキシャル成長により段差が埋められるか、マスク４との間に微小間隙を有した架橋構造が得られ、表面が平坦となった（図１の（ｃ））。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の、GaN層３１の深さ0.5μmの段差の底部上方に形成された部分は、段差の上面上方に形成された部分に比して貫通転位が著しく抑えられた。
【００５０】
〔第２実施例〕
本実施例では、図２のような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0.5μm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0.5μm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。
【００５１】
次にハードベークレジストマスクを使用して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いた選択ドライエッチングにより、幅10μm、間隔10μm、深さ0.5μmのストライプ状にエッチングした。これにより、GaN層３１の幅10μm、段差0.5μmの上段と、幅10μmの露出した第２のAlN層２３（下段の底部）とが交互に形成された（図２）。この時、深さ0.5μmの段差を形成する側面は、GaN層３１の｛１１−２０｝面とした。
【００５２】
次に、上記した第１実施例と同様な方法により、第２のAlN層２３の上にマスク４を形成した。マスク４の厚さは、マスクがGaN層３１の上に出ることのない厚さである。
【００５３】
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の深さ0.5μmの段差を形成する側面である｛１１−２０｝面を核としてGaN層３２を横方向エピタキシャル成長により形成した。この時、段差の上面からの縦方向成長はほとんどなかった。又、底部のマスク４の上には縦方向の成長はなかった。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とする横方向エピタキシャル成長により段差が埋められるか、架橋構造の横方向成長領域が得られ、表面が平坦となった。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の、GaN層３１の深さ0.5μmの段差の底部上方に形成された部分は、段差の上面上方に形成された部分に比して貫通転位が著しく抑えられた。
【００５４】
〔第３実施例〕
本実施例では、第２実施例と同様にサファイア基板１上に膜厚約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0.5μmのGaN層３１から成る基底層２０を形成したのち、約0.8μmのエッチングをして、GaN層３１を最上層とするの幅10μm、段差0.8μmの上段と、幅10μmの露出した第１のAlN層２１（下段の底部）とを交互に形成した（図３）。この時、深さ0.8μmの段差を形成する側面は、GaN層３１、第２のAlN層（第２の緩衝層）２３、GaN層（中間層）２２の｛１１−２０｝面とした。マスク４は第１のAlN層２１の上にGaN層３１の上に出ることがない厚さに形成されている。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とする横方向エピタキシャル成長を第２実施例と同様に行い、表面が平坦となったのち、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の、GaN層３１、第２のAlN層（第２の緩衝層）２３及びGaN層（中間層）２２の深さ約0.8μmの段差の底部にあるマスク４の上方に形成された部分は、段差の上面上方に形成された部分に比して貫通転位が著しく抑えられた。
【００５５】
〔第４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及びGaNの横方向エピタキシャル成長を行った（図４）。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。また、GaN:In層３１上部に縦方向成長したGaN層３２は、第１実施例のそれよりも貫通転位が約１／１００に低減された。
【００５６】
〔第５実施例〕
第１実施例と同様に形成したウエハ上で横方向成長領域の上部に、次のようにして図５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とGaN層３２を合わせて単にGaN層１０３と記載する。
【００５７】
サファイア基板１０１、AlNから成るバッファ層１０２、GaN層とｎ型GaN層の２段の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。
【００５８】
〔第６実施例〕
第１実施例と同様に形成したウエハ上の横方向成長領域の上部に、次のようにして図６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とGaN層３２を合わせて単にGaN層２０３と記載する。
【００５９】
サファイア基板２０１、AlNから成るバッファ層２０２、GaN層とｎ型GaN層の２段の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。
【００６０】
〔第７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0.5μm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、ハードベークレジストマスクを使用して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いた選択ドライエッチングにより、幅10μm、間隔10μm、深さ0.5μmのストライプ状にエッチングした。これにより、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１の幅10μm、段差0.5μmの上段と、ｎ型シリコン基板３０１の露出した幅10μmの下段（底部）とが交互に形成された（図７の（ａ））。この時、深さ0.5μmの段差を形成する側面は、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１の｛１１−２０｝面とした。
【００６１】
次に、タングステンから成るマスク５を段差の底部に、Al0.15Ga0.85Nから成る層３０２１の上面に出ることがない厚さに形成した。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の深さ0.5μmの段差を形成する側面である｛１１−２０｝面を核として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。この時、段差の上面と底部のマスク５からの縦方向エピタキシャル成長はほとんど生じなかった（図７の（ｂ））。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とする横方向エピタキシャル成長により段差が埋められるか、架橋構造となり、表面が平坦となった。こののち、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2μmの厚さとした（図７の（ｃ））。以下、2μmの厚さの、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１とn-Al0.15Ga0.85N層３０２２とを合わせてn-Al0.15Ga0.85N層３０２と記載する。
【００６２】
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８）。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。
【００６３】
〔第８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７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９）。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。
【００６４】
〔応用〕
本発明の応用例として、第２のGaN層３２の貫通転位の低減されていない領域をさらにエッチングし、更にGaN層を横方向エピタキシャル成長させることも有用である。図１０は、第１のGaN層３１、第２のGaN層３２のエッチングをする位置の模式図である。図１０の（ａ）のように、ストライプ状にエッチングをして、段差の上段のGaN層３１（図で斜線）の部分と、Ｂで示した段差の底部とを形成する。マスク４の形成は、第１実施例と同一である。図１０の（ｂ）のように、図１０の（ａ）でＢで示したマスク上の段差を埋めたGaN層３２を残し、ストライプ状にエッチングをして、Ａで示した段差の底部とを形成する。この低部のみ、また、マスクを形成する。このマスクも基板に形成されている層の最上面から出ることがない厚さである。こうしてGaN層３３を段差の上段となった第２のGaN層３２を核として横方向エピタキシャル成長すると、図１０の（ｃ）のように、GaN層３１から貫通転位を伝搬している部分である３１と示した領域、横方向エピタキシャル成長したGaN層３２の上部で貫通転位が抑制された３２と示した領域、横方向エピタキシャル成長したGaN層３３の上部で貫通転位が抑制された３３と示した領域とが形成される。これにより、ウエハのほぼ全面にわたって、貫通転位の低減された領域を形成することが可能である。尚、GaN層３２のエッチング深さは任意として良い。これにより全面にわたって貫通転位の抑制されたIII族窒化物系化合物半導体基板を得ることもできる。
【００６５】
〔エッチングの変形〕
また、図１１は、３組の｛１１−２０｝面により、島状に段差の上段を形成する例である。図１１の（ａ）は、３組の｛１１−２０｝面で形成される外周をも示しているが、これは理解のため簡略化した模式図であり、実際には島状の段差の上段はウエハ当たり数千万個形成して良い。図１１の（ａ）では、島状の段差の上段に対し、段差の底部Ｂは３倍の面積を有する。図１１の（ｂ）では、島状の段差の上段に対し、段差の底部Ｂは８倍の面積を有する。
【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を示す断面図。
【図２】  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を示す断面図。
【図３】  本発明の第３の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造工程を示す断面図。
【図４】  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の製造工程を示す断面図。
【図５】  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６】  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７】  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製造工程の一部を示す断面図。
【図８】  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９】  本発明の第８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１０】  第１のIII族窒化物系化合物半導体のエッチングの他の例を示す模式図。
【図１１】  第１のIII族窒化物系化合物半導体のエッチングの更に別の例を示す模式図。
【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
２０  基底層
２１  基底層を形成する第１緩衝層
２２  基底層を形成する中間層
２３  基底層を形成する第２緩衝層
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）
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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