(57)【要約】【課題】ＡｌやＢ等の単原子状態で存在していられる寿命が短い活性の高い材料を用いて成膜を行う場合にも、均質で結晶品質が良好な膜を成膜することを可能とする。【解決手段】基板２００上に１種又は複数種の成膜原料Ｇを気相で供給し、成膜原料Ｇの少なくとも一部を分解させて、基板２００上に成膜原料Ｇの構成元素を含む膜を気相成長させるに際して、基板２００の直上を基板面に対して略水平方向にレーザ光Ｌが通るように、基板２００に対して少なくとも一方向からレーザ光Ｌを照射しながら、成膜原料Ｇの供給を実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に１種又は複数種の成膜原料を気相で供給し、該成膜原料の少なくとも一部を分解させて、前記基板上に前記成膜原料の構成元素を含む膜を気相成長させる成膜方法において、
前記基板の直上を該基板の基板面に対して略水平方向にレーザ光が通るように、前記基板に対して少なくとも一方向からレーザ光を照射しながら、前記成膜原料の供給を実施して、前記気相成長を行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記基板面に対して平行方向のレーザ光強度分布が略均一であり、前記基板面に対して垂直方向のレーザ光強度分布がガウス分布に近似される分布であるレーザプロファイルで、前記レーザ光の照射を行うと共に、
前記基板面から垂直方向に２ｍｍ以内の範囲に、前記垂直方向のレーザ光強度分布のピークが存在するように、前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記成膜原料に、有機化合物及び／又は水素化合物が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記成膜原料に、Ａｌ，Ｇａ，及びＩｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含む有機金属化合物が含まれることを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記成膜原料に、シボラン及びアンモニアからなる群より選ばれた少なくとも１種の水素化合物が含まれることを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記膜が、ＢＮ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，及びこれらの混晶化合物のうちいずれかを主成分とする半導体層であることを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記レーザ光として、発振波長が３００ｎｍ以下のレーザ光を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項８】
前記レーザ光として、発振波長の異なる複数のレーザ光を各々独立に、又は発振波長の異なる複数のレーザ光を合波して、前記基板に照射することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の成膜方法により成膜されたものであることを特徴とする半導体層。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体層を備えたことを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にレーザ光を照射しながら半導体層等の膜を気相成長させる成膜方法、該方法により成膜された半導体層、及び該半導体層を備えた半導体素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＮ単結晶薄膜は、ＧａＮ系半導体発光素子においてサファイア基板を用いた場合のバッファ層等として用いられている。  
ＡｌＮ膜は例えば、加熱した基板上に、成膜原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等のＡｌ源とアンモニア等のＮ源とを気相で供給し、基板からの輻射熱によりこれらの原料を熱分解して基板上でＡｌＮを気相成長させる、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により成膜されている。
【０００３】
Ａｌは活性が高く単原子状態で存在できる時間が短く、基板に到達する前に気相中でＡｌとＮとの反応が進んでしまう恐れがある。また、ＡｌとＮとの結合エネルギーが高いので、Ａｌが基板に到達できても、基板上でのマイグレーションが不充分なまま反応が進み、島状に結晶成長が進んだり、不安定なサイトで結合が生じたりする恐れがある。そのため、通常のＭＯＶＰＥ法では、均質で結晶品質が良好なＡｌＮ膜を成膜することが難しい。
【０００４】
良質なＡｌＮ膜を成膜するには、Ａｌを高励起ラジカル状態にして気相成長を行う必要があるため、通常のＭＯＶＰＥ法では、基板温度を上げて対応する必要がある。しかしながら、成膜温度を例えば１０００℃以上に上げると、成膜装置内での原料ガスの対流現象が無視できなくなり、成膜装置内での原料ガスの乱流が生じて、基板上への原料供給が妨げられる恐れがあり、好ましくない。
【０００５】
特許文献１には、ＡｌＮを気相成長する際に、プラズマセルを用いて窒素ガスをプラズマ化し、得られたラジカル窒素を基板上に供給して、ＡｌＮ膜の成膜を行う方法が開示されている。この方法では、基板からある程度離れたところで窒素ガスをプラズマ化する必要があるので、気相中でのＡｌとＮとの反応を抑制することは難しい。仮に基板のすぐ近傍で窒素ガスをプラズマ化できたとしても、その場合には、基板へのダメージが大きくなり、結晶品質が良好なＡｌＮ膜を成膜することはやはり難しい。
【０００６】
特許文献２及び３には、基板面に対して垂直方向又は斜め方向からレーザ光を照射しながら成膜原料を供給して気相成長を行う、レーザアシストＭＯＶＰＥ法が提案されている。かかる方法によれば、レーザ光のフォトンエネルギーによって原料分解を促進することができ、気相中でのＡｌとＮとの反応を抑制することができるので、成膜温度を上げなくても、比較的結晶性の高い膜を成膜できると考えられる。
【特許文献１】特開2001-77112号公報
【特許文献２】特開平6-216041号公報
【特許文献３】特開2001-313419号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２及び３に記載の方法では、基板面に対して垂直方向又は斜め方向からレーザ光を照射するため、基板面に対してレーザ光が強く衝突する。そのため、成長中の結晶に対してもレーザ光が強く照射されることとなり、成長中の結晶がレーザ光によって分解されて再脱離してしまう恐れがある。このように成長中の結晶の再脱離が起こると、成膜効率が低下して成膜速度が遅くなり、空孔欠陥等の格子欠陥が生じる恐れもある。基板の材質によっては、レーザ光照射によって基板がダメージを受ける恐れもある。
【０００８】
ＧａＮ系半導体発光素子では、ＢＡｌＮ，ＢＧａＮ，及びＢＡｌＧａＮ等の半導体層が、クラッド層や半導体活性層等に用いられている。Ａｌだけでなく、Ｂも活性が高く単原子状態で存在できる時間が短い材料であり、かかる組成の半導体層においてもＡｌＮ膜と同様の問題を有している。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ＡｌやＢ等の単原子状態で存在していられる寿命が短い活性の高い材料を用いて成膜を行う場合にも、均質で結晶品質が良好な膜を成膜することが可能な成膜方法を提供することを目的とするものである。  
また、上記成膜方法により成膜された半導体層、及び該半導体層を備えた半導体素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の成膜方法は、基板上に１種又は複数種の成膜原料を気相で供給し、該成膜原料の少なくとも一部を分解させて、前記基板上に前記成膜原料の構成元素を含む膜を気相成長させる成膜方法において、
前記基板の直上を該基板の基板面に対して略水平方向にレーザ光が通るように、前記基板に対して少なくとも一方向からレーザ光を照射しながら、前記成膜原料の供給を実施して、前記気相成長を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
本明細書において、「レーザ光の照射方向が基板面に対して略水平方向」であるとは、レーザ光の照射方向と基板面とのなす角が１８０±２°の範囲と定義する。
【００１２】
本発明の成膜方法において、前記基板面に対して平行方向のレーザ光強度分布が略均一であり、前記基板面に対して垂直方向のレーザ光強度分布がガウス分布に近似される分布であるレーザプロファイルで、前記レーザ光の照射を行うことができる。かかる場合には、前記基板面から垂直方向に２ｍｍ以内の範囲に、前記垂直方向のレーザ光強度分布のピークが存在するように、前記レーザ光を照射することが好ましい。
【００１３】
本発明の成膜方法は、前記膜が、ＢＮ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，及びこれらの混晶化合物のうちいずれかを主成分とする半導体層である場合に有効である。  
本明細書において、「主成分」は、含量９９モル％以上の成分と定義する。
【００１４】
本発明の成膜方法においては、前記レーザ光として、発振波長が３００ｎｍ以下のレーザ光を用いることが好ましい。  
本発明の成膜方法において、複数種の前記成膜原料を用いる場合などには、前記レーザ光として、発振波長の異なる複数のレーザ光を各々独立に、又は発振波長の異なる複数のレーザ光を合波して、前記基板に照射することが好ましい。
【００１５】
本発明の半導体層は、上記の本発明の成膜方法により成膜されたものであることを特徴とするものである。  
本発明の半導体素子は、上記の本発明の半導体層を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の成膜方法では、基板の直上を基板面に対して略水平方向にレーザ光が通るように、基板に対して少なくとも一方向からレーザ光を照射しながら、成膜原料の供給を実施して、気相成長を行う構成としている。
【００１７】
かかる構成では、レーザ光のフォトンエネルギーによって、原料分解を促進することができ、気相中での結合反応を抑制することができ、基板上における結晶成長時のマイグレーションを促進することができる。本発明の成膜方法では、レーザ光照射を行わない通常のＭＯＶＰＥ法よりも、比較的低温で結晶成長を行うことができる。
【００１８】
本発明の成膜方法では、ＡｌやＢ等の単原子状態で存在していられる寿命が短い活性の高い材料を用いて成膜を行う場合にも、良好に結晶成長を行うことができる。
【００１９】
また、基板の直上を基板面に対して略水平方向にレーザ光が通るようにレーザ光の照射方向を設定するので、基板面に対して垂直方向又は斜め方向からレーザ光を照射する特許文献２及び３に記載の方法とは異なり、レーザ光が基板面に対して強く衝突しない。したがって、成長中の結晶がレーザ光によって分解されて再脱離することを抑制することができる。また、基板へのダメージも抑制することができる。
【００２０】
本発明の成膜方法によれば、以上の効果が相俟って、ＡｌやＢ等の単原子状態で存在していられる寿命が短い活性の高い材料を用いて成膜を行う場合にも、均質で結晶品質が良好な膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
「成膜方法」
本発明の成膜方法は、基板上に１種又は複数種の成膜原料を気相で供給し、該成膜原料の少なくとも一部を分解させて、前記基板上に前記成膜原料の構成元素を含む膜を気相成長させる成膜方法において、
前記基板の直上を該基板の基板面に対して略水平方向にレーザ光が通るように、前記基板に対して少なくとも一方向からレーザ光を照射しながら、前記成膜原料の供給を実施して、前記気相成長を行うことを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の成膜方法は、気相成長可能な任意の膜に対して適用することができる。基板としては制限なく、成膜する膜の組成や用途等に応じて適宜選定される。
【００２３】
基板としては、ＳｉＣ，ＧａＮ，ＺｎＯ，サファイア、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，及びＧａＰ等の基板が挙げられる。
【００２４】
本発明の成膜方法は、ＢＮ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，及びこれらの混晶化合物のうちいずれかのIII−Ｖ族半導体化合物を主成分とする半導体層等の成膜に好ましく適用することができる。混晶化合物としては、ＢＡｌＮ，ＢＧａＮ，ＢＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，及びＡｌＩｎＧａＮ等が挙げられる。かかる半導体層は、ＧａＮ系の半導体発光素子（半導体レーザ等）又は半導体受光素子のバッファ層、クラッド層、及び半導体活性層等に用いられている。  
本発明の成膜方法は、窒化物以外のＧａＡｓ系やＩｎＰ系等の半導体層の成膜にも適用することができる。  
本発明の成膜方法により成膜する半導体層は、ｐ型又はｎ型のドーパントがドープされたものでもよいし、ノンドープでもよい。
【００２５】
成膜原料としては制限なく、成膜する膜の組成に応じて適宜選定される。本発明の成膜方法では、成膜原料として有機化合物及び／又は水素化合物を用いることが好ましい。本発明の成膜方法は、成膜原料に、Ａｌ，Ｇａ，及びＩｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含む有機金属化合物が含まれる場合や、成膜原料に、シボラン及びアンモニアからなる群より選ばれた少なくとも１種の水素化合物が含まれる場合などに有効である。
【００２６】
Ａｌ，Ｇａ，及びＩｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含む有機金属化合物としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等が挙げられる。
【００２７】
例えば、ＡｌＮ膜を成膜する場合には、成膜原料として、III族源であるＴＭＡ等のＡｌ含有化合物と、Ｖ族源であるアンモニア等とを用いて、成膜を行うことができる。ＢＡｌＧａＮ膜を成膜する場合には、成膜原料として、III族源であるジボラン等のＢ含有化合物／ＴＭＡ等のＡｌ含有化合物／ＴＥＧ等のＧａ含有化合物と、Ｖ族源であるアンモニア等とを用いて、成膜を行うことができる。
【００２８】
成膜原料として有機金属化合物を用いる場合、本発明の成膜方法は、レーザアシスト有機金属気相成長法（レーザアシストＭＯＶＰＥ法）となる。詳細については後記するが、ＡｌやＢ等の単原子状態で存在していられる寿命が短い活性の高い材料を用いて成膜を行う場合には、通常のＭＯＶＰＥ法では結晶成長を行うことが難しいが、本発明ではかかる材料を用いる場合にも、均質で結晶品質が良好な膜を成膜することができる。
【００２９】
図１に、本発明の成膜方法に用いて好適な成膜装置の構成例について説明する。図１（ａ）では基板を上面図で図示してあり、図１（ｂ）では基板を側面図で図示してある。
【００３０】
図１に示す成膜装置１００は、少なくともレーザ光Ｌが通る部分が透光性を有する反応管１１０と、反応管１１０内にレーザ光Ｌを照射するレーザ光照射光学系１２０とから概略構成されている。レーザ光Ｌは連続光でもパルス光でも構わない。
【００３１】
反応管１１０内には、基板２００が載置されるカーボン製等のサセプタ１１１が設置されている。サセプタ１１１及び基板２００が円板状である場合について図示してある。サセプタ１１１はヒータ（図示略）にて所望の温度に加熱可能とされており、これによって基板２００が所望の温度に加熱可能とされている。
【００３２】
反応管１１０内には、１種又は複数種の成膜原料、及び必要に応じて水素や窒素等のキャリアガスを含む原料ガスＧが、導入されるようになっている。
【００３３】
レーザ光照射光学系１２０は、レーザ光源１２１と、レーザ光源１２１からの出射光の光径を拡大するロッドレンズ等の拡大レンズ１２２と、拡大レンズ１２２からの出射光を平行光束化するコリメートレンズ１２３と、コリメートレンズ１２３からの出射光を基板２００側に反射させる反射ミラー１２４とから構成されている。レーザ光照射光学系１２０は、基板２００にレーザ光Ｌを照射できればよく、その光学系は適宜設計変更可能である。
【００３４】
レーザ光源１２１としては特に制限なく、フォトンエネルギーが高く、結合エネルギーから見て原料分解の促進効果が高いことから、発振波長が３００ｎｍ以下の紫外レーザが好ましく用いられる。紫外レーザとしては、エキシマレーザ（ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ、Ｆ２等）、及び紫外固体レーザ等が挙げられる。
【００３５】
結合エネルギーを波長で換算すれば、例えば、ＮＨ３のＮ−Ｈ結合エネルギーは３０５ｎｍである。したがって、３００ｎｍ以下の波長のレーザ光であれば、上記で例示した成膜原料を構成する元素間の結合を切ることができる。
【００３６】
成膜装置１００では、レーザ光Ｌが、基板２００直上を基板面に対して略水平方向に通過するように、レーザ光照射光学系１２０の配置が設計されている。また、基板２００の全面にレーザ光Ｌが照射されるように、レーザ光照射光学系１２０の拡大光学系等が設計されている。
【００３７】
本発明では、基板面に対して平行方向のレーザ光強度分布が略均一であり、基板面に対して垂直方向のレーザ光強度分布がガウス分布に近似される分布であるレーザプロファイルで、レーザ光Ｌの照射を行うことができる。かかるレーザプロファイルでレーザ光Ｌの照射を行うことで、基板２００の略全面を略均一に処理することができ、均質な膜を成長させることができる。
【００３８】
図１（ｃ）に、レーザ光Ｌの基板面に垂直方向のレーザ光強度分布の例を示す。  
本発明では、図に例示するように、基板面から垂直方向に２ｍｍ以内の範囲に、垂直方向のレーザ光強度分布のピークが存在するように、レーザ光Ｌを照射することが好ましい。かかるレーザプロファイルでレーザ光Ｌの照射を行えば、基板２００の直上を通るレーザ光Ｌの光強度を大きく確保することができ、基板２００上での気相成長の反応を効果的に実施することができる。
【００３９】
レーザ光源１２１は、単数又は複数備えることができる。レーザ光源１２１の数が多い程、基板２００に照射されるトータルのレーザ光量が増し、使用する原料によっては原料分解がより促進されることが期待される。
【００４０】
レーザ光源１２１を複数備える場合には、複数のレーザ光源１２１からのレーザ光Ｌを基板２００に対して異なる方向から各々独立に基板２００に照射してもよいし、複数のレーザ光源１２１からのレーザ光Ｌを合波して、照射しても構わない。
【００４１】
レーザ光源１２１を複数備える場合には、複数のレーザ光源１２１の発振波長は同一でも非同一でも構わない。  
複数種の成膜原料を用いる場合などには、発振波長の異なる複数のレーザ光源１２１を用い、発振波長の異なる複数のレーザ光Ｌを各々独立に、又は発振波長の異なる複数のレーザ光Ｌを合波して、基板２００に照射することが好ましい。結合エネルギーの異なる複数種の成膜原料を用いる場合には、複数種の成膜原料の結合エネルギーに応じて複数のレーザ光源１２１の発振波長を変えることで、複数種の成膜原料を効率よく分解することができる。
【００４２】
上記構成の成膜装置１００を用いることで、本発明の成膜方法を実施することができる。
【００４３】
本発明の成膜方法では、基板２００の直上を基板面に対して略水平方向にレーザ光Ｌが通るように、基板２００に対して少なくとも一方向からレーザ光Ｌを照射しながら、成膜原料の供給を実施して、気相成長を行う構成としている。
【００４４】
本発明の成膜方法では、レーザ光Ｌのフォトンエネルギーによって、原料分解の促進することができる。また、レーザ光Ｌのフォトンエネルギーによって、原料分解により生成される単原子状態のＡｌやＢ等の元素を高励起ラジカル状態にすることができるので、気相中での結合反応を抑制することができ、基板上における結晶成長時のマイグレーションを促進することができる。したがって、本発明の成膜方法では、ＡｌやＢ等の単原子状態で存在していられる寿命が短い活性の高い材料を用いて成膜を行う場合にも、良好に結晶成長を行うことができる。
【００４５】
本発明の成膜方法では、基板２００の直上を基板面に対して略水平方向にレーザ光Ｌが通るようにレーザ光Ｌの照射方向を設定するので、基板面に対して垂直方向又は斜め方向からレーザ光を照射する特許文献２及び３に記載の方法とは異なり、レーザ光Ｌが基板面に対して強く衝突しない。したがって、成長中の結晶がレーザ光Ｌによって分解されて再脱離することを抑制することができる。また、基板２００へのダメージも抑制することができる。
【００４６】
本発明では、レーザ光Ｌのフォトンエネルギーによって、結晶成長を促進することができるので、レーザ光照射を行わない通常のＭＯＶＰＥ法よりも、比較的低温で結晶成長を行うことができる。
【００４７】
通常のＭＯＶＰＥ法では、例えば、アンモニアの分解に１０００℃前後の温度が必要とされている。本発明では、ＢＮ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，及びこれらの混晶化合物のうちいずれかのIII−Ｖ族半導体化合物を主成分とする半導体層を、１０００℃未満の成膜温度で成膜することができ、例えば８００℃以下の成膜温度で成膜することができる。
【００４８】
１０００℃以上の高温成膜では、成膜装置内での原料ガスの対流現象が無視できなくなり、成膜装置内での原料ガスの乱流が生じて、基板上への原料供給が妨げられる恐れがあり、好ましくない。本発明の成膜方法では、８００℃以下等の比較的低温で成膜を行うことができるので、原料ガスの対流現象を抑制し、基板上に原料を安定的に供給することができる。
【００４９】
本発明の成膜方法では、比較的低温で成膜を行うことができるので、常温と成膜温度との温度差による熱膨張・熱収縮の影響を小さくできるという効果も得られる。基板上に異種材料を結晶成長する場合、結晶成長時に格子定数を合わせると、両者の熱膨張係数の違いから成膜後に常温に戻した際に残留歪応力が加わるという現象がある。この問題は、成膜温度が高温になる程、顕著に起こる。本発明では、比較的低温で成膜を行うことができるので、常温と成膜温度との温度差による熱膨張・熱収縮によって発生する残留歪応力を比較的小さくすることができる。
【００５０】
本発明の成膜方法によれば、以上の効果が相俟って、ＡｌやＢ等の単原子状態で存在していられる寿命が短い活性の高い材料を用いて成膜を行う場合にも、均質で結晶品質が良好な膜を成膜することができる。
【００５１】
「半導体素子の第１実施形態」
図２を参照して、本発明に係る半導体素子の第１実施形態の構成について、説明する。図２は基板の厚み方向断面図である。
【００５２】
本実施形態の半導体素子１は、（０００１）ＳｉＣ基板１１上にＡｌＮ単結晶膜（半導体層）１２が成膜された半導体膜基板である。本実施形態の半導体素子（半導体膜基板）１は、ＡｌＮ単結晶膜１２が上記の本発明の成膜方法により成膜された半導体層である。
【００５３】
本実施形態の半導体素子（半導体膜基板）１は、均質で結晶欠陥の少ない結晶品質が良好なＡｌＮ単結晶膜１２を備えたものとなる。ＡｌＮ単結晶膜１２はバッファ層等として利用することができる。この上にクラッド層及び半導体活性層等の必要な半導体層を積層することで、ＧａＮ系の半導体発光素子（半導体レーザ等）や半導体受光素子等の高性能な各種デバイスを製造することができる。
【００５４】
「半導体素子の第２実施形態」
図３を参照して、本発明に係る半導体素子の第２実施形態の構成について、説明する。図３（ａ）は第２実施形態の素子の全体断面図、図３（ｂ）は第２実施形態の素子の部分拡大断面図である。
【００５５】
本実施形態の半導体素子２は、ｎ型半導体基板２１の図示上面に、該基板側から、バッファ層２２と、ｎ型クラッド層２３と、ノンドープ下部光ガイド層２４と、半導体活性層２５と、ノンドープ上部光ガイド層２６と、ｐ型クラッド層２７と、ｐ型コンタクト層２８と、絶縁膜２９と、ｐ型電極３１とが順次積層され、基板２１の図示下面にｎ型電極３２が形成された半導体レーザ（半導体発光素子）である。
【００５６】
本実施形態において、半導体活性層２５は、障壁層２５Ａと量子井戸活性層２５Ｂとが交互に積層された積層構造により構成されている。
【００５７】
本実施形態の素子においては、絶縁膜２９が開口部２９Ａを有するパターンで形成され、その他の層は基板全面に形成されている。すなわち、本実施形態の素子は、絶縁膜２９の開口部２９Ａの開口領域にのみ選択的に電流が流れるストライプ構造を有している。
【００５８】
以下に、基板と各層の組成、及び各層の厚みの設計例を挙げる。  
ｎ型半導体基板２１：ｎ−（０００１）ＳｉＣ基板、
バッファ層２２：ｎ−ＢＡｌＮ／ＢＧａＮ超格子バッファ層、
ｎ型クラッド層２３：ｎ−ＢＡｌＮ層、
ノンドープ下部光ガイド層２４：ＢＡｌＧａＮ層、
半導体活性層２５：ＢＡｌＧａＮ障壁層／ＢＧａＮ量子井戸層／ＢＡｌＧａＮ障壁層の積層構造、
ノンドープ上部光ガイド層２６：ＢＡｌＧａＮ層、
ｐ型クラッド層２７：ｐ−ＢＡｌＮ層、
ｐ型コンタクト層２８：ｐ−ＢＧａＮ層。
【００５９】
本実施形態では、バッファ層２２〜ｐ型コンタクト層２８のすべての半導体層が、上記の本発明の成膜方法により成膜された本発明の半導体層である。これらの半導体層２２〜２８はすべて、ｎ型半導体基板２１に略格子整合するよう、層組成を調整してある。
【００６０】
本実施形態の半導体素子（半導体レーザ）２は、以上のように構成されている。
【００６１】
本実施形態では、バッファ層２２〜ｐ型コンタクト層２８のすべての半導体層が、上記の本発明の成膜方法により成膜された本発明の半導体層であるので、すべての半導体層２２〜２８が、均質で結晶欠陥の少ない結晶品質が良好な半導体層となる。本実施形態によれば、発光特性等の素子特性が良好な半導体素子（半導体レーザ）２を提供することができる。
【００６２】
（設計変更）
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、素子構造等は適宜設計変更可能である。
【実施例】
【００６３】
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
【００６４】
（実施例１）
図１に示した成膜装置１００を用いて、（０００１）ＳｉＣ基板１１上にＡｌＮ単結晶膜１２を成膜して、図２に示した半導体膜基板１を製造した。
【００６５】
成膜原料としてIII族原料であるＴＭＡとＶ族原料であるアンモニアとを用い、窒素をキャリヤガスとして、反応管１１０内に導入した。反応管内１１０内の圧力は、２０ｋＰａとした。成膜速度が約１．０μｍ／ｈｒとなるように原料ガスの流量を調整した。
【００６６】
レーザ光源１２１としてＡｒＦエキシマレーザ（パルス周期１００Ｈｚ、出力２０ｍＪ／ｃｍ２、発振波長１９３ｎｍ）を用い、レーザ光源１２１からの出射光を拡大レンズ１２２及びコリメートレンズ１２３により基板より少し大きい径のコリメート光とし、レーザ光Ｌが基板直上を基板面に対して略水平方向に通過するように照射した。基板温度は７００℃とした。レーザ光Ｌの照射方向は、原料ガスのフロー方向に対して９０°ずれた方向とした（図１を参照）。
【００６７】
以上のようにして、０．５μｍ厚のＡｌＮ単結晶膜１２を成膜した。得られたＡｌＮ膜の表面は鏡面であり、結晶欠陥密度ＥＰＤを測定したところ約１．０×１０１５／ｃｍ２であり、結晶欠陥の少ない結晶品質が良好なＡｌＮ膜１２が得られた。
【００６８】
（比較例１）
レーザ光Ｌを基板面に対して垂直方向に照射した以外は実施例１と同様にして、ＡｌＮ膜を成膜した。得られたＡｌＮ膜の結晶欠陥密度ＥＰＤは１．０×１０１６／ｃｍ２以上であった。また、レーザ光Ｌを基板面に対して斜め方向に照射しても、ＡｌＮ膜の結晶欠陥密度ＥＰＤは１．０×１０１６／ｃｍ２以上であった。
【００６９】
（実施例２）
図１に示した成膜装置１００を用いて、（０００１）ＳｉＣ基板２１上に半導体層２２〜２８を成膜し、図３に示した半導体レーザ２を製造した。層組成は、上記実施形態に記載の通りとした。
【００７０】
成膜原料としてIII族原料であるＢ２Ｈ６／ＴＭＡ／ＴＥＧとＶ族原料であるアンモニアとを用い、窒素をキャリヤガスとして、反応管１１０内に導入した。ｎ型ド−パント源としてはＳｉＨ４（シラン）、ｐ型ド−パント源としてはＣｐ２Ｍｇ（ビシクロペンタジェニルマグネシウム）を用いた。反応管内１１０内の圧力は、２０ｋＰａとした。
【００７１】
はじめに、レーザ光源１２１としてＡｒＦエキシマレーザ（出力２ｍＪ／ｃｍ２、発振波長１９３ｎｍ）を用い、レーザ光源１２１からの出射光を拡大レンズ１２２及びコリメートレンズ１２３により基板より少し大きい径のコリメート光とし、レーザ光Ｌが基板直上を基板面に対して略水平方向に通過するように照射した。レーザ光Ｌの照射方向は、原料ガスのフロー方向に対して９０°ずれた方向とした。基板温度は４００℃とした。これらの条件で、ｎ型超格子バッファ層２２を成長した。
【００７２】
続いて、レーザ光源１２１としてＡｒＦエキシマレーザ（出力２０ｍＪ／ｃｍ２、発振波長１９３ｎｍ）とＦ２エキシマレーザ（出力４ｍＪ／ｃｍ２、発振波長１５７ｎｍ）とを用い、これら２種類のエキシマレーザからのレーザ光を合波し、合波光が基板直上を基板面に対して略水平方向に通過するようにレーザ光を照射した。基板温度を７５０℃に昇温した。これらの条件で、ｎ型クラッド層２３〜ｐ型コンタクト層２８を連続成長した。本実施例では、成膜温度を７５０℃としても、良質な膜を成長することができた。
【００７３】
続いて、ＳｉＯ２絶縁膜２９を所定のパターンで形成し、ｐ型電極３１を蒸着及び熱処理により形成し、素子の全体厚みが１００μｍ程度になるまで基板２１を研磨し、その後ｎ型電極３２を蒸着及び熱処理により形成して、半導体レーザ２を得た。
【００７４】
半導体レーザ２のストライプ幅は５０μｍ、共振器長は５００μｍとした。素子の前方端面に反射率１０％、後方端面に反射率９０％の誘電体多層膜コーティングを施した。素子に電流を注入したところ、発振波長２５０ｎｍの半導体レーザが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の成膜方法は、気相成長可能な任意の膜の成膜に適用することができる。例えば、半導体レーザ等の半導体発光素子あるいは半導体受光素子等の半導体素子の製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の半導体層の成膜方法に用いて好適な成膜装置の構成を示す図、（ｃ）はレーザプロファイル例
【図２】本発明に係る半導体素子の第１実施形態の構成を示す図
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る半導体素子の第２実施形態の構成を示す図
【符号の説明】
【００７７】
１  半導体膜基板（半導体素子）
２  半導体レーザ（半導体素子）
１１、２１  基板
１２、２２〜２８  半導体層
１００  成膜装置
１２０  レーザ光照射光学系
２００  基板
Ｇ  成膜原料を含む原料ガス
Ｌ  レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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