(57)【要約】【課題】凹凸を有する基板の凸部からの結晶の成長と凹部からの結晶の成長とが交差することを防止して、表面の転位密度が低い半導体部材を得る。【解決手段】この製造方法は、凹部１０ｒ及び凸部１０ｐを有する基板１０を準備する準備工程と、凸部１０ｐの上に第１半導体１１を成長させる第１成長工程と、第１半導体１１から少なくとも横方向に第２半導体１３を成長させる第２成長工程とを含む。凹部１０ｒの底面から凸部１０ｐの上面までの距離ｇは、凹部１０ｒの幅ａと等しいかそれより大きい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体部材の製造方法であって、
凹部及び凸部を有する基板を準備する準備工程と、
前記凸部の上に第１半導体を成長させる第１成長工程と、
前記第１半導体から少なくとも横方向に第２半導体を成長させる第２成長工程と、
を含み、前記凹部の底面から前記凸部の上面までの距離が前記凹部の幅と等しいかそれより大きいことを特徴とする半導体部材の製造方法。
【請求項２】
前記第１成長工程で成長させる前記第１半導体がファセット形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体部材の製造方法。
【請求項３】
前記第１成長工程では、前記凹部にも半導体が成長することを特徴とする請求項２に記載の半導体部材の製造方法。
【請求項４】
前記第１成長工程で成長させる前記第１半導体の断面がほぼ矩形形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体部材の製造方法。
【請求項５】
前記第１成長工程では、前記凹部にも半導体が成長することを特徴とする請求項２に記載の半導体部材の製造方法。
【請求項６】
前記第２半導体の表面に凹部及び凸部を含む凹凸を形成する加工工程と、
前記第２半導体の凸部から少なくとも横方向に第３半導体を成長させる第３成長工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体部材の製造方法。
【請求項７】
前記加工工程では、前記基板の凸部の上に前記第２半導体の凹部を形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体部材の製造方法。
【請求項８】
前記第１、第２半導体は、ＩＩＩ族窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体部材の製造方法。
【請求項９】
前記第１、第２半導体は、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体部材の製造方法。
【請求項１０】
発光デバイスを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体部材の製造方法。
【請求項１１】
複数の凹部及び複数の凸部を有し前記凹部の底面から前記凸部の上面までの距離が前記凹部の幅と等しいかそれより大きい基板と、
前記複数の凸部を覆うように配置された半導体層と、
を備えることを特徴とする半導体部材。
【請求項１２】
前記凹部の一部が半導体材料で埋められ、前記凹部の他の部分が空間になっていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体部材。
【請求項１３】
前記半導体層は、前記凸部からファセット成長した第１部分と、前記第１部分から成長した第２部分とを含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体部材。
【請求項１４】
前記半導体層は、前記凸部から断面においてほぼ矩形形状に成長した第１部分と、前記第１部分から成長した第２部分とを含むことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の半導体部材。
【請求項１５】
前記複数の半導体部分及び前記半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の半導体部材。
【請求項１６】
前記複数の半導体部分及び前記半導体層は、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の半導体部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの多くは、サファイア基板又は炭化珪素（ＳｉＣ）基板等の基板上にＩＩＩ族窒化物をヘテロエピタキシャル成長させることによって実現されている。しかし、ＩＩＩ族窒化物の結晶とサファイア基板又は炭化珪素（ＳｉＣ）基板等の基板との間には、大きな格子定数差、熱膨張係数差がある。このために、基板界面に非常に高密度の転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）が発生し、この転位が貫通転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）となって半導体表面にまで達する。したがって、例えば、ＬＥＤのような発光素子を作製した場合において、発光素子の重要部分である活性層中に高密度の貫通転位が残存することになる。特に、短波長ＬＥＤにおいては、貫通転位が非発光中心として働くため、発光効率向上のためには、この転位の低減が不可欠である。
【０００３】
基板面に沿った横方向成長を利用して、結晶欠陥の少ないＩＩＩ族窒化物半導体を形成する方法が報告されている。例えば、非特許文献１、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている方法では、基板、又は基板上に成長させたＩＩＩ族窒化物半導体層の上に、窓部を有するストライプ状のマスク層を形成し、気相成長条件を調整することで窓部にファセット構造を形成し、転位の伝播方向を横方向に曲げる。次に、成長条件を変更して、隣接する半導体層と会合するまで横方向成長を継続する。会合部分の下には空隙が形成され、横方向に伝播した転位は、この空隙で終端される。したがって、ＩＩＩ族窒化物半導体の表面には転位が伝播しにくく、低転位密度の表面が得られる。
【０００４】
基板上にマスクを形成し、マスクの間の窓部にＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体、例えば、ＡｌＧａＮを選択的に成長させようとしても、非特許文献２に開示されているように、ＡｌＧａＮは、窓部からは単結晶構造として成長するが、マスク上には多結晶構造として堆積してしまう。この多結晶構造のＡｌＧａＮは、窓部から結晶性の良いＡｌＧａＮが横方向に成長することを妨げる。また、非特許文献３によると、マスクレスペンデオエピタキシーによる半導体の成長においても、サファイア基板上に半導体の多結晶が堆積し、結晶性の良い半導体の横方向成長が阻害される。ＩＩＩ族窒化物半導体において、Ａｌ濃度が高くなると、このような問題が顕在化する。
【０００５】
特許文献５、特許文献６、特許文献７、非特許文献４には、凹凸基板の凸部の幅を１μｍより小さくし、凸部上方から専ら横方向に半導体を成長させることによって表面を平坦化する方法が開示されている。この方法では、凹部への原料供給が抑制されるため、凹部内では殆ど半導体が成長しない。更に、この方法は、マスクレスの方法であるため、Ａｌを含んだ窒化物半導体の成長におけるマスク上への多結晶構造の成長の問題がないしかしながら、この方法では、凸部上にはファセットを形成しないため、凸部上には多数の貫通転位が残存する。たとえ凸部幅を１μｍより小さくしても、半導体表面には高密度欠陥部と低密度欠陥部が周期的に存在する。
【特許文献１】特開２００２−１７０７７８号公報
【特許文献２】特開２００３−７７８４７号公報
【特許文献３】特開２００３−１２４１２４号公報
【特許文献４】特許第３５５６９１６号公報
【特許文献５】特許第３４４１４１５号公報
【特許文献６】特許第３４７１７００号公報
【特許文献７】特開２００４−６９３１号公報
【非特許文献１】Ｙ．  Ｈｏｎｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ４０  （２００１）  Ｌ３０９
【非特許文献２】Ｔ．  Ｄｅｔｃｈｐｒｏｈｍ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ．  Ｓｔａｔ．  Ｓｏｌ．  Ａ  １８８  （２００１）  ７９９
【非特許文献３】Ｔ．  Ｍ．  Ｋａｔｏｎａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ８４  （２００４）  ５０２５
【非特許文献４】Ｓ．  Ｈｅｉｋｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ４４  （２００５）  Ｌ４０５
【非特許文献５】Ｃ．  Ｃｈｅｎ    ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ４２  （２００３）  Ｌ８１８
【非特許文献６】Ｂ．  Ａ．  Ｈａｓｋｅｌｌ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ８６  （２００５）  １１９１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献４には、表面に凹凸面を有する基板上に半導体を成長させる際に、まず凸部及び凹部にファセットが形成され、その後に凸部から成長する結晶と凹部から成長する結晶とがつながって平坦な表面が得られることが開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献４に記載された方法では、凸部からの結晶の成長と凹部からの結晶の成長とが交錯するために、その会合部分が複雑になるとともに空間的に広範囲に及ぶことになる。したがって、このような会合部分から、半導体基板表面に伝播する新たな転位が多数発生する可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、例えば、凹凸を有する基板の凸部からの結晶の成長と凹部からの結晶の成長とが交差することを防止して、表面の転位密度が低い半導体部材を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面は、半導体部材の製造方法に関するものである。前記製造方法は、凹部及び凸部を有する基板を準備する準備工程と、前記凸部の上に第１半導体を成長させる第１成長工程と、前記第１半導体から少なくとも横方向に第２半導体を成長させる第２成長工程とを含む。前記凹部の底面から前記凸部の上面までの距離は、前記凹部の幅と等しいかそれより大きい。
【００１０】
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１成長工程で成長させる前記第１半導体は、ファセット形状を有しうる。ここで、このような条件において、前記第１成長工程では、前記凹部にも半導体が成長しうる。
【００１１】
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１成長工程で成長させる前記第１半導体の断面は、例えば、ほぼ矩形形状を有しうる。ここで、このような条件において、前記第１成長工程では、前記凹部にも半導体が成長しうる。
【００１２】
本発明の好適な実施形態によれば、前記製造方法は、前記第２半導体の表面に凹部及び凸部を含む凹凸を形成する加工工程と、前記第２半導体の凸部から少なくとも横方向に第３半導体を成長させる第３成長工程とを更に含むことが好ましい。
【００１３】
本発明の好適な実施形態によれば、前記加工工程では、前記基板の凸部の上に前記第２半導体の凹部を形成することが好ましい。
【００１４】
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１、第２半導体は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体を含みうる。
【００１５】
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１、第２半導体は、例えば、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体を含むことが好ましい。
【００１６】
本発明の好適な実施形態によれば、前記製造方法は、例えば、発光デバイスを形成する工程を更に含みうる。
【００１７】
本発明の第２の側面は、半導体部材に係り、前記半導体部材は、複数の凹部及び複数の凸部を有し前記凹部の底面から前記凸部の上面までの距離が前記凹部の幅と等しいかそれより大きい基板と、前記複数の凸部を覆うように配置された半導体層とを備える。
【００１８】
本発明の好適な実施形態によれば、前記凹部の一部が半導体材料で埋められ、前記凹部の他の部分が空間になっていることが好ましい。
【００１９】
本発明の好適な実施形態によれば、前記半導体層は、例えば、前記凸部からファセット成長した第１部分と、前記第１部分から成長した第２部分とを含みうる。
【００２０】
本発明の好適な実施形態によれば、前記半導体層は、例えば、前記凸部から断面においてほぼ矩形形状に成長した第１部分と、前記第１部分から成長した第２部分とを含みうる。
【００２１】
本発明の好適な実施形態によれば、前記複数の半導体部分及び前記半導体層は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体を含みうる。
【００２２】
本発明の好適な実施形態によれば、前記複数の半導体部分及び前記半導体層は、例えば、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体を含みうる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、例えば、凹凸を有する基板の凸部からの結晶の成長と凹部からの結晶の成長とが交差することが防止され、表面の転位密度が低い半導体部材が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、特許請求の範囲に記載されている範囲においてあらゆる半導体部材及びその製造方法に適用可能であるが、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体、特にＡｌ含有窒化物半導体を含む半導体部材及びその製造方法に好適である。
【００２５】
本発明の好適な実施形態によれば、例えば、選択成長のためのマスク（例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、高融点金属膜、金属酸化膜等）を使用することなく、表面の転位密度が低いＩＩＩ族窒化物半導体を得ることができる。より具体的には、本発明の好適な実施形態によれば、表面に凹凸を有する基板の凸部上にＩＩＩ族窒化物半導体を成長させ、引き続き、その半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げることによって、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の表面の転位密度を低減することができる。ここで、凸部からの結晶の成長と凹部からの結晶の成長とが交差することによる転移密度の増加は、凹部を十分に深くすることによって防止することができる。
【００２６】
本明細書において、「Ａ層の上に形成されたＢ層」または「Ａの上に形成されたＢ層」という表現は、Ａ層またはＡの上面にＢ層の底面が接するようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層またはＡの上面に１以上の層が形成され、さらにその層の上にＢ層が形成されている場合の両方を含むものである。また、Ａ層またはＡの上面とＢ層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではＡ層またはＡとＢ層の間に１以上の層が存在している場合も、上記表現に含まれる。また、「〜」は、その前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。
【００２７】
本明細書では、サファイア基板を利用してＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることを本発明の例示的実施形態として説明するが、サファイア基板に代えて、例えば、シリコン、砒化ガリウム、炭化珪素、酸化亜鉛又は窒化ガリウム基板等の基板を利用することもできる。基板の面方位は、特に限定されず、また、ジャスト基板を利用することもできるし、オフ角が付与された基板を利用することもできる。
【００２８】
基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を成長させる際には、基板上にバッファー層を形成した後に、そのバッファー層の上にＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることが好ましい。
【００２９】
バッファー層は、例えば、低温又は高温の成長温度で基板上に成長した微結晶又はアモルファス窒化物半導体であって、燐や砒素を含んでいても構わない。
【００３０】
基板は、その上に半導体積層構造が形成された後にその半導体積層構造から剥離されてもよい。剥離は、例えば、レーザーリフトオフを利用してなされうる。或いは、剥離は、酸を含む液体によるエッチングによって行うこともできる。
【００３１】
半導体又は半導体層は、単層であってもよいし、組成又はキャリア濃度が異なる多層構造であってもいし、超格子構造であってもよい。組成又はキャリア濃度は、厚さ方向にグラジュアル又は階段状に変化させうる。
【００３２】
半導体又は半導体層は、不純物を添加することによりｎ型又はｐ型とすることができる。ｐ型の不純物としては、例えば、マグネシウム、亜鉛、カルシウム等が挙げることができ、ｎ型不純物としては、例えば、シリコン、硫黄、セレン、テルル、ゲルマニウム等を挙げることができる。
【００３３】
発光デバイスを作製する場合には、以下で説明する半導体部材の上に、発光デバイスを構成する積層構造を更に成長させてもよいし、以下で説明する半導体部材の全部又は一部を発光デバイスのｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、ｐ型コンタクト層又はｐ型クラッド層として利用してもよい。
【００３４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３５】
図１は、本発明の第１実施形態における半導体部材（半導体積層構造）の製造方法を模式的に示す図である。まず、図１（ａ）に模式的に示すように、表面に凹凸を有する基板の準備工程、及び、第１エピタキシャル成長工程を実施する。
【００３６】
基板の準備工程では、表面に凹凸を有する基板３０を準備する。凹凸は、複数の凹部３０ｒ及び複数の凸部３０ｐを含み、例えば、凹部３０ｒ又は凸部３０ｐが、離散した島、ストライプ、又は、格子等の形状を有するように形成されうる。
【００３７】
具体的な例を挙げると、基板３０として、例えば、Ｃ面サファイア基板を採用し、その表面をストライプ状に凹凸加工することができる。凹部３０ｒの幅ａは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが更に好ましい。凸部３０ｐの幅ｂは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが更に好ましい。ストライプの方向は、基板３０上に成長させるＩＩＩ族窒化物半導体の＜１１−２０＞方向又は＜１−１００＞方向と平行であることが好ましい。
【００３８】
このような基板３０は、例えば、平坦な材料基板の上に、ＭＢＥ法又は気相成長法により、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させてテンプレート基板を作製した後に、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、そのテンプレート基板の表面から材料基板の表面まで又は材料基板の表面よりも深い位置までエッチングを実施することで得ることができる。ここで、材料基板上にＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる前にバッファー層を形成してもよい。
【００３９】
他の具体的な例を挙げると、無極性平坦面を得るために、基板３０として、例えば、ｒ面サファイア基板を採用することができる。ここでは、ファセット成長を容易にしつつ、それに続いて行われる横方向成長をＣ面サファイア基板を採用した場合と同程度に均一に進行させるための条件を例示する。凹部３０ｒの幅ａは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。凸部３０ｐの幅ｂは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。また、ストライプの方向は、基板３０上に成長させるＩＩＩ族窒化物半導体の＜０００１＞方向と平行であることが好ましい。
【００４０】
次に、必要に応じて基板３０を前処理した後に、基板３０をＭＯＣＶＤやＨＶＰＥ等の気相成長装置のチャンバー内に入れる。ここで、前処理とは、例えば、酸、アルカリ、又は、有機溶剤による処理を含みうる。
【００４１】
基板３０を気相成長装置のチャンバー内に入れた後に、チャンバー内に水素及び窒素の混合ガスを供給し、温度を１１００〜１２００℃にする。その後、温度を下げて、トリメチルガリウムとアンモニアをチャンバー内に供給し、基板３０の表面に窒化ガリウムバッファー層（図示せず）を成長させる。
【００４２】
次に、第１エピタキシャル成長工程を実施する。具体的には、温度を上げて、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びアンモニアをチャンバー内に供給して、基板３０の凸部３０ｐからＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層３１を主に横方向成長させる。ここで、成長温度は、１０００〜１３００℃であることが好ましい。ここで、基板３０の凸部３０ｐからＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層３１を主に横方向成長させる際には、基板３０の凹部３０ｒからは半導体層がほとんど成長しない。
【００４３】
基板３０の凹部の底面から第１半導体層３１の上面までの距離（溝深さ）ｆが十分でないと、後続の工程で第１半導体層３１から第２半導体層３２をファセット成長させた後に、そのファセットから第３半導体層３３を成長させて隣接する第３半導体層３３同士を会合させる際に、基板３０の凹部３０ｒから成長した半導体層がその会合を阻害する。そこで、第１半導体層３１は、隣接する第１半導体層３１の間隙ｅと溝深さｆとがｅ≦ｆを満たすように形成されることが好ましく、１．２ｅ≦ｆを満たすように形成されることが更に好ましい。凸部３０ｐから半導体層が主に横方向成長する条件（この条件では、凹部３０ｒからは殆ど半導体層が成長しない）で第１半導体層３１を形成することによって、半導体基板３０に深い凹部（ａ≦ｆ）を形成した場合と同様に、隣接する半導体層の会合が凹部から成長する半導体層によって妨げられることがない。
【００４４】
第１エピタキシャル成長工程では第１半導体層３１は主に横方向に成長させるので、この成長によって、隣接する第１半導体層３１の間隙ｅは、ａ＞ｅの関係を満たすようになる。
【００４５】
半導体層３１の成長は、隣接する半導体層３１同士が会合する前に停止させる。換言すると、半導体層３１の成長は、隣接する半導体層３１の間に間隙が存在する状態で停止させる。凹部３０ｒ上における会合は、第１半導体層３１から第２半導体層３２をファセット成長させた後にそのファセットから成長させる第３半導体層３３によって行う。
【００４６】
隣接する凸部３０ｐから成長する第１半導体層３１の間隙と凹部３０ｒとによって、断面において凸形の溝が形成される。
【００４７】
次に、図１（ｂ）に模式的に示すように、第２エピタキシャル成長工程を実施する。第２エピタキシャル成長工程では、成長温度及び成長圧力等の成長条件を変更して、第１半導体層３１上にＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２半導体層３２をファセット成長させてファセットを形成する。第２エピタキシャル成長工程における成長温度は、例えば、９００〜１２００℃であることが好ましい。この際に、第１半導体層３１が存在することによって基板３０の凹部３０ｒへの原料の供給が制限され、凹部３０ｒからのファセットの成長が抑制される。つまり、隣接する第１半導体層３２の間隙ｅが小さいことは、凹部３０ｒからのファセット或いは半導体層の成長の抑制に寄与する。一方で、間隙ｅが小さすぎると、隣接する第１半導体層３１から成長する第２半導体層３２（ファセット）が会合してしまうので、間隙ｅは、隣接する第２半導体層３２が会合しないように決定されるべきである。
【００４８】
次に、図１（ｃ）に模式的に示すように、第３エピタキシャル成長工程を実施する。第３エピタキシャル成長工程では、成長温度及び成長圧力等の成長条件を更に変更して、ファセットをなす第２半導体層３２を核としてＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第３半導体層３３を横方向成長させる。第３エピタキシャル成長工程における成長温度は、例えば、１０００〜１３００℃であることが好ましい。横方向成長を続けた第３半導体層３３は、やがて隣接する半導体層３３と会合する。
【００４９】
第３半導体層３３の成長を更に続けると、横方向だけではなく縦方向にも成長し、第３半導体層３３の表面が平坦化する。基板３０と第１半導体層３１との界面付近から繋がった転位は、ファセットをなす第２半導体層３２により横方向に曲げられ、半導体層３３の横方向成長に伴って基板面に平行な方向に進行する。したがって、表面の転位密度が低いＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体部材が得られる。
【００５０】
このようにして得られるＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体部材において、隣接する凸部３０ｐから成長する第１半導体層３１の間隙と凹部３０ｒとによって構成される空間の断面は、凸形を有する。
【００５１】
第１、第２、第３エピタキシャル成長工程は、基板を気相成長装置のチャンバー内に入れてから出すまでにおいて、成長条件を変更して連続的に実施されてもよいし、異なる成長装置を使って実施されてもよい。
【００５２】
半導体層３１、３２、３３は、上記のように、例えば、Ａｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体とすることができる。半導体層３１、３２、３３の組成（例えば、Ａｌ濃度）は同一であってもよいし、互いに異なってもよい。
【００５３】
第１エピタキシャル成長工程を実施することによって、凹部からの結晶の成長による凸部からの結晶の成長の阻害を防止するように機能する深い凸形の溝を形成することができる。このような凸形の溝は、その入口が狭いので、溝内に半導体が成長することを効果的に抑制することができる。
【００５４】
また、第１エピタキシャル成長工程を実施することによって、その実施前よりも、溝のアスペクト比（溝の深さ（ｆ）／溝の入口の幅（ｅ））を大きくするができる。基板の加工によって急峻な断面形状で十分に深い溝を形成しようとすると、高価なＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置を必要とするが、第１エピタキシャル成長工程を実施する場合には、安価なＲＩＥ装置で比較的浅い溝を形成すれば十分である。
【００５５】
図２は、本発明の第２実施形態における半導体部材（半導体積層構造）の製造方法を模式的に示す図である。まず、図２（ａ）に模式的に示すように、表面に凹凸を有する基板の準備工程、及び、第１エピタキシャル成長工程を実施する。
【００５６】
基板の準備工程では、表面に凹凸を有する基板１０を準備する。凹凸は、複数の凹部１０ｒ及び複数の凸部１０ｐを含み、例えば、凹部１０ｒ又は凸部１０ｐが、離散した島、ストライプ、又は、格子等の形状を有するように形成されうる。
【００５７】
具体的な例を挙げると、基板１０として、例えば、Ｃ面サファイア基板を採用し、その表面をストライプ状に凹凸加工することができる。凹部１０ｒの幅ａは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが更に好ましい。凸部１０ｐの幅ｂは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが更に好ましい。ストライプの方向は、基板１０上に成長させるＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体の＜１１−２０＞方向又は＜１−１００＞方向と平行であることが好ましい。
【００５８】
このような基板１０は、例えば、平坦な材料基板の上に、ＭＢＥ法又は気相成長法により、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させてテンプレート基板を作製した後に、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、そのテンプレート基板の表面から材料基板の表面まで又は材料基板の表面をよりも深い位置までエッチングを実施することで得ることができる。ここで、材料基板上にＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる前にバッファー層を形成してもよい。
【００５９】
他の具体的な例を挙げると、無極性平坦面を得るために、基板３０として、例えば、ｒ面サファイア基板を採用することができる。ここでは、ファセット成長を容易にしつつ、それに引き続いて行われる横方向成長をＣ面サファイア基板を採用した場合と同程度に均一に進行させるための条件を例示する。凹部１０ｒの幅ａは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。凸部１０ｐの幅ｂは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。また、ストライプの方向は、基板１０上に成長させるＩＩＩ族窒化物半導体の＜０００１＞方向と平行であることが好ましい。
【００６０】
凹部１０ｒの深さ（凹部１０ｒの底面から凸部１０ｐの上面までの距離）ｇは、凹部１０ｒから成長する半導体層が凸部１０ｐから成長する半導体層に影響を与えないように十分に深いことが好ましく、例えば、ａ≦ｇを満たすことが好ましく、１．２ａ≦ｇを満たすことが更に好ましい。
【００６１】
次に、必要に応じて基板１０を前処理した後に、基板１０をＭＯＣＶＤやＨＶＰＥ等の気相成長装置のチャンバー内に入れる。ここで、前処理とは、例えば、酸、アルカリ、又は、有機溶剤による処理を含みうる。
【００６２】
基板１０を気相成長装置のチャンバー内に入れた後に、チャンバー内に水素及び窒素の混合ガスを供給し、温度を１１００〜１２００℃にする。その後、温度を下げて、トリメチルガリウムとアンモニアをチャンバー内に供給し、基板１０の表面に窒化ガリウムバッファー層（図示せず）を成長させる。
【００６３】
次に、第１エピタキシャル成長工程を実施する。第１エピタキシャル成長工程では、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニアをチャンバー内に供給して、基板１０の凸部１０ｐ上にＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層１１をファセット成長させてファセットを形成する。この際に、基板１０の凹部１０ｒには、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層１２がファセット成長してファセットが形成される。第１エピタキシャル成長工程における成長温度は、例えば、９００〜１２００℃であることが好ましい。
【００６４】
次に、図２（ｂ）に模式的に示すように、第２エピタキシャル成長工程を実施する。第２エピタキシャル成長工程では、成長温度及び成長圧力等の成長条件を変更して、ファセットをなす第１半導体層１１を核としてＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２半導体層１３を横方向成長させる。第２エピタキシャル成長工程における成長温度は、例えば、１０００〜１３００℃であることが好ましい。第２半導体層１３の成長の際に凹部１０ｒの半導体層１２からも半導体層１４が横方向成長するが、半導体層１４の成長は、第１半導体層１１からの半導体層１３の横方向成長を邪魔しない。横方向成長を続けた半導体層１３は、やがて隣接する半導体層１３と会合して、平坦部を形成する。
【００６５】
基板１０と第１半導体層１１との界面付近から繋がった転位は、ファセット１１により横方向に曲げられ、第２半導体層１３の横方向成長に伴って基板面に平行な方向に進行する。したがって、表面の転位密度が低いＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体部材が得られる。
【００６６】
第１、第２エピタキシャル成長工程は、基板を気相成長装置に入れてから出すまでにおいて、成長条件を変更して連続的に実施されてもよいし、異なる成長装置を使って実施されてもよい。
【００６７】
半導体層１１（１２）及び半導体層１３（１４）は、上記のように、例えば、Ａｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体とすることができる。半導体層１１（１２）及び半導体層１３（１４）の組成（例えば、Ａｌ濃度）は、同一であってもよいし、互いに異なってもよい。
【００６８】
図３は、本発明の第３実施形態における半導体部材（半導体積層構造）の製造方法を模式的に示す図である。この実施形態は、平坦で転位密度の小さい非極性面のＩＩＩ族窒化物半導体部材を得るために好適である。
【００６９】
まず、ＩＩＩ族窒化物半導体に特有の極性と分極について説明する。Ｃ面サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を成長させると、ＩＩＩ族窒化物半導体は、Ｃ面を平坦面として維持しながらエピタキシャル成長する。このようなＩＩＩ族窒化物半導体の上に発光デバイス等を形成する場合を考えると、Ｃ軸方向にＧａ（Ａｌ）面とＮ面が存在することによる自発分極が発生する。更に、活性層に（Ａｌ）ＩｎＧａＮ量子井戸層を用いる場合は、圧縮歪のため圧電分極が重畳する。これらは量子閉じ込めシュタルク効果に大きく影響し、注入電流密度による発光波長のシフトや発光効率の低下が起こる。
【００７０】
この対策として、分極電場効果を受けないＩＩＩ族窒化物半導体の非極性面であるａ面又はｍ面を成長させることが検討されている。しかし、ａ面又はｍ面を成長させると、Ｃ面に垂直な面が成長することから、転位だけでなく積層欠陥が高密度で発生し、その上に発光デバイスを形成しても高い発光効率は得られない。
【００７１】
そこで、ａ面又はｍ面のＧａＮテンプレート基板上に、開口部を有するマスク層を形成し、ＧａＮを選択成長させ、Ｃ軸方向にＧａＮを横方向成長させることで、転位密度が低減された平坦なＧａＮ表面を得る方法が提案されている。ただし、この場合には、シード部の一方の面がＧａ（Ａｌ）面となり、他方がＮ面となることから、Ｇａ（Ａｌ）面の横方向成長速度が支配的となり、横方向成長同士の会合部分はマスク層中央上ではなく、シード部Ｎ面側面付近に存在する。
【００７２】
非特許文献５によると、ＧａＮテンプレート基板上に開口部を有するマスク層を設け、開口部からＧａＮシード層を成長させ、更にシード層上部もマスク層で覆い、それを核として横方向にＣ面成長させて、平坦なａ面ＧａＮを得ることができる。非特許文献６は、ＭＢＥで形成したｍ面ＧａＮテンプレート基板上にストライプマスクを形成し、ＨＶＰＥによる開口部からＣ軸に沿った横方向成長を報告している。しかしながら、Ａｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体では、マスク層上に多結晶が堆積するため、これらは適用できない。
【００７３】
これに対して、表面に凹凸を有する基板の上にＩＩＩ族窒化物半導体を成長させる方法では、マスクが不要であるため、Ａｌを含んだＩＩＩ族窒化物半導体の成長に有利である。
【００７４】
以下、図３を参照しながら本発明の第３の実施形態を説明する。まず、図３（ａ）に模式的に示すように、表面に凹凸を有する基板の準備工程、及び第１エピタキシャル成長工程を実施する。
【００７５】
基板の準備工程では、表面に凹凸を有する基板２０を準備する。凹凸は、複数の凹部２０ｒ及び複数の凸部２０ｐを含み、例えば、凹部２０ｒ又は凸部２０ｐが、離散した島、ストライプ、又は、格子等の形状を有するように形成されうる。具体的な例を挙げると、基板２０として、例えば、ｒ面サファイア基板を採用することができる。基板２０の凹部２０ｒの幅ａは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。基板２０の凸部２０ｐの幅ｂは、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。また、ストライプの方向は、基板２０上に成長させるＩＩＩ族窒化物半導体の＜１１−００＞方向と平行であることが好ましい。この場合、基板上に成長するＩＩＩ族窒化物半導体の表面はａ面である。
【００７６】
非極性面のＩＩＩ族窒化物半導体の平坦面を得る方法として、γ−ＬｉＡｌＯ２等のスピネル（１００）基板上に、ｍ面ＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることも可能である。この場合、上記同様、凹部２０ｒの幅は０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが更に好ましい。凸部２０ｐの幅は、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。ただし、ストライプの方向は、基板上に成長させるＩＩＩ族窒化物半導体の＜１１２−０＞方向と平行であることが好ましい。
【００７７】
凹部２０ｒの深さ（凹部２０ｒの底面から凸部２０ｐの上面までの距離）ｇは、凹部２０ｒから成長する半導体層が凸部２０ｐから成長する半導体層に影響を与えないように十分に深いことが好ましく、例えば、ａ≦ｇを満たすことが好ましく、１．２ａ≦ｇを満たすことが更に好ましい。
【００７８】
次に、必要に応じて基板２０を前処理した後に、基板２０をＭＯＣＶＤやＨＶＰＥ等の気相成長装置のチャンバー内に入れる。ここで、前処理とは、例えば、酸、アルカリ、又は、有機溶剤による処理を含みうる。
【００７９】
基板２０を気相成長装置のチャンバー内に入れた後に、チャンバー内に水素及び窒素の混合ガスを供給し、温度を１１００〜１２００℃にする。その後、温度を下げて、トリメチルガリウムとアンモニアをチャンバー内に供給し、基板１０の表面に窒化ガリウムバッファー層（図示せず）を成長させる。
【００８０】
次に、第１エピタキシャル成長工程を実施する。第１エピタキシャル成長工程では、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニアをチャンバー内に供給して、基板２０の凸部２０ｐ上にＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層２１を成長させる。この際に、基板２０の凹部２０ｒには、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層２２が成長する。第１エピタキシャル成長工程における成長温度は、例えば、１０００〜１３００℃であることが好ましい。この実施形態の条件では、ファセットは形成されず、半導体層２１、２２の断面は、ほぼ矩形となる。
【００８１】
同様の断面構造は、他の方法によっても得られうる。例えば、表面加工がされていない平坦なｒ面サファイア基板、又はγ−ＬｉＡｌＯ２等のスピネル（１００）基板を材料基板として、その材料基板の上に、気相成長法又はＭＢＥ等の成長法で、バッファー層を介して又はバッファー層を介さずに、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させ、ａ面又はｍ面の非極性面ＩＩＩ族窒化物半導体テンプレート基板を作製する。このようなテンプレート基板は、気相成長法よりもＭＢＥで作製することが好ましい。次に、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、そのテンプレート基板の表面から材料基板の表面まで又は材料基板の表面よりも深い位置までエッチングを実施する。このような方法によって、図３（ａ）に模式的に示す構造と共通の特徴を有する構造を得ることができる。ただし、この方法では、半導体層２２に相当する半導体層が形成されないが、半導体層２２は、本来は不要な半導体層である。
【００８２】
次に、図３（ｂ）に模式的に示すように、第２エピタキシャル成長工程を実施する。第２エピタキシャル成長工程では、成長温度及び成長圧力等の成長条件を変更して、第１半導体層２１を核としてＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２半導体層２３を横方向成長させる。第２エピタキシャル成長工程における成長温度は、例えば、１０００〜１３００℃であることが好ましい。第２半導体層２３の際に凹部２０ｒの半導体層２２からも半導体層が若干成長するが、ａ≦ｇの関係を満たす場合には、半導体層２２から成長する半導体層は、半導体層２３の成長を邪魔するには至らない。横方向成長を続けた半導体層２３は、やがて隣接する半導体層２３と会合し、平坦部を形成する。
【００８３】
半導体層２３の横方向の成長速度は、リッジ側面の一方がＧａ（Ａｌ）面となり、他方がＮ面となることから、Ｇａ（Ａｌ）面の横方向の成長速度が支配的となり、横方向に成長する先端部同士の会合部分は基板溝中央上ではなく、リッジＮ面側面付近に存在する。
【００８４】
基板２０と半導体層２１との界面から発生した転位は、半導体層２１上には貫通転位となり半導体表面に残存する。一方、半導体層２１を核として横方向成長する半導体層２３では、その成長に伴って転位が基板面に平行な方向に進行することから、半導体層２３の表面の転位密度が低減される。しかしながら、こうして得られた半導体積層構造の表面には、高密度転位部と低密度転位部が周期的に繰り返される。
【００８５】
第１、第２エピタキシャル成長工程は、基板を気相成長装置に入れてから出すまでにおいて、成長条件を変更して連続的に実施されてもよいし、異なる成長装置を使って実施されてもよい。
【００８６】
半導体層２１（２２）と半導体層２３（２４）の組成（例えば、Ａｌ濃度）は、同一であってもよいし、互いに異なってもよい。
【００８７】
更に表面の転移密度が低い半導体部材を得るためには、図３（ｃ）、図３（ｄ）に模式的に示す工程を、少なくとも１回、追加的に実施してもよい。
【００８８】
まず、図３（ｂ）に模式的に示す半導体部材を気相成長装置から取り出して、フォトリソグラフィーとドライエッチング技術により、半導体部材の表面（第２半導体層２３）に凹凸を形成する。例えば、第２半導体層２３の凹部２３ｒの幅ａ’は、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。第２半導体層２３の凸部２３ｐの幅ｂ’は、０．２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。また、ａ面ＩＩＩ族窒化物半導体の場合は、ストライプの方向は、基板上に成長されるＩＩＩ族窒化物半導体の＜１１−００＞方向と平行となるように形成することが好ましい。ｍ面ＩＩＩ族窒化物半導体の場合は、ストライプの方向は、＜１１２−０＞方向と平行となるように形成することが好ましい。
【００８９】
更に、図３（ｃ）に模式的に示すように、第２半導体層２３の凹部２３ｒは、基板２０の凸部２０ｐの直上に配置されることが好ましい。ここで、基板２０の凸部２０ｐの直上部分は、第１半導体層２１の高転位密度部である。第２半導体層２３の凹部２３ｒは、半導体層２１の凸部２１ｐの領域を覆うように配置されることが好ましい。ただし、凹部２３ｒの幅が広すぎると、後に形成される半導体層２４が隣接する半導体層２４と会合するまで時間がかかり、その間に半導体層２３の凹部２３ｒから成長した半導体層が半導体層２４の横方向成長の邪魔をする可能性がある。したがって、凹部２３ｒの深さｇ’は、半導体層２３の厚さ以下であれば深い方が好ましく、ａ’≦ｇ’を満たすことが好ましい。
【００９０】
次に、図３（ｃ）に模式的に示す半導体部材を必要に応じて前処理した後に、図３（ｄ）に模式的に示すように、第３エピタキシャル成長工程を実施する。ここで、前処理とは、例えば、酸、アルカリ、又は、有機溶剤による処理を含みうる。第３エピタキシャル成長工程では、半導体部材を気相成長装置にチャンバー内に入れて、リッジ形状の第２半導体層２３を核としてＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第３半導体層２４を横方向成長させる。
【００９１】
この時、第２半導体層２３から横方向成長したＩＩＩ族窒化物半導体からなる第３半導体層２４は、隣接する半導体層２３から横方向成長させた半導体層２４と会合して平坦部を形成する。第３はエピタキシャル成長工程における成長温度は、例えば、１０００〜１３００℃であることが好ましい。
【００９２】
半導体層２１に存在する貫通転位は、半導体層２１上に配置された凹部２３内に形成される空隙により上方向への伝播を止められる。更に、リッジ形状の半導体層２３から横方向成長した半導体層２４によって転位が基板面に平行な方向に進行することから、半導体層２４の表面の転位密度が低減される。
【００９３】
第１、第２、第３エピタキシャル成長工程は、温度及び圧力等の成長条件を適宜に選択して実施されうる。半導体層２１（２２）、２３、２４の組成（例えば、Ａｌ濃度）は同じであってもよいし、互いに異なってもよい。
【００９４】
図３（ｃ）及び図３（ｄ）に模式的に示す追加的工程を更に繰り返すことで、限りなく半導体積層構造の表面の転位密度を削減しうる。このような方法は、第１及び第２実施形態にも適用されうる。
【００９５】
以下、上記の第１〜第３実施形態に代表される半導体部材を使用してデバイスを製造する方法について例示的に説明する。
【００９６】
例示的な実施形態である第１〜第３実施形態に代表される製造方法にしたがってＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体が形成された基板を利用してＬＥＤやＬＤのような半導体デバイスを形成する際には、その基板を気相成長装置から取り出して保管する場合がある。Ａｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体の表面が露出した状態で基板を保管すると、たとえ保管庫又は保管容器内が真空、或いは窒素等の不活性ガス雰囲気であっても、Ａｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体の表面が酸化しうる。表面が低転位密度を有する基板を得ても、その上にデバイスを形成するにあたり、その基板の表面の酸化が原因で新たに転位が発生しては意味がない。
【００９７】
そこで、基板表面の酸化を抑制するために、表面がＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体である場合には、そのＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体よりも低いＡｌ濃度のＩＩＩ族窒化物半導体、又はＡｌを含まないＩＩＩ族窒化物半導体のキャップ層を基板表面に成長させることが好ましい。これにより、半導体基板の作製後に真空チャンバー、窒素パッキング、窒素ボックス内、又は、大気暴露において該半導体基板を保管しても、その表面の自然酸化を抑制することができる。
【００９８】
しかしながら、Ａｌ含有ＩＩＩ族窒化物半導体を表面に有する基板を取り扱う際に、その表面及び表面付近の浅い部分の酸化を完全に防ぐことは不可能である。そこで、基板上にデバイスを作製するための再成長前には、酸化膜除去のためのプロセスを実施することが好ましい。
【００９９】
表面の酸化膜は、キャップ層の表面から所定深さまでの部分、又は、キャップ層の全部、又は、キャップ層及びその下の層の所定深さまでの部分を除去する酸化膜除去プロセスによって除去され得る。この酸化膜除去プロセスは、基板を気相成長装置に投入する前に、水素、窒素、アンモニア、塩素ガス、塩酸ガス、ハロゲンガス若しくはハロゲン化水素ガス、又はこれらの全部又は一部の混合ガス雰囲気中で熱的又は化学的にドライエッチングを実施する工程、又は、酸若しくはアルカリによってウェットエッチングを実施する工程を含みうる。
【０１００】
酸化膜除去プロセスの後、速やかに基板を気相成長装置内に入れて、その基板上にＩＩＩ族窒化物半導体の電子デバイス、及びＬＥＤやＬＤ等の発光デバイスのための層構造が形成されうる。
【０１０１】
或いは、酸化膜除去プロセスは、気相成長装置内で実施され、それに引き続いて半導体層の成長がなされてもよい。例えば、気相成長装置内において、キャップ層の表面から所定深さまでの部分、又は、キャップ層の全部、又は、キャップ層及びその下の層の所定深さまでの部分を水素、窒素、アンモニア、塩素ガス、塩酸ガス、ハロゲンガス若しくはハロゲン化水素ガス、又はこれらの全部又は一部の混合ガス雰囲気中で、熱的又は化学的にその場エッチングにより除去することができ、それに引き続いて成長工程を実施することができる。
【０１０２】
或いは、酸化膜除去プロセスは、水素、窒素、アンモニア、塩素ガス、塩酸ガス、ハロゲンガス若しくはハロゲン化水素ガス、又はこれらの全部又は一部の混合ガス雰囲気中で放電によって水素ラジカル又は窒素ラジカルを発生させ、このラジカルによって基板表面を物理的又は化学的にアタックすることで実施してもよい。このような酸化膜除去プロセスは、気相成長装置とは別の装置、又は、アノードとカソードに直流又は交流の高電圧を付与する設備を有する気相成長装置において実施されうる。気相成長装置において酸化膜除去プロセスが実施される場合には、それに引き続いて成長工程が実施されうる。
【０１０３】
図４、図５は、第１実施形態にしたがって作製された半導体部材を利用して形成された半導体発光素子の例を示す模式的な断面図である。なお、図４、５に示す例では、半導体層３３の成長に引き続いて、同一気相成長装置内において、半導体層を更に形成されている。
【０１０４】
図４は、ＡｌＩｎＧａＮ半導体層を井戸層とした多重量子井戸構造の発光層を有する近紫外線発光ダイオードの断面構造を示している。以下、図４に示すダイオードの製造方法を例示的に説明する。
【０１０５】
まず、ＩＩＩ族窒化物半導体層３３の上に、それを形成した気相成長装置と同一の気相成長装置内で、厚さ５．０μｍのシリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮコンタクト層１２１を成長させる。
【０１０６】
次に、厚さ２．０μｍのシリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮクラッド層１２２を成長させる。次に、厚さ２０ｎｍのシリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮガイド層１２３を成長させる。
【０１０７】
次に、成長温度を下げて、厚さ３．５ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ井戸層、厚さ５ｎｍのＡｌＧａＮ障壁層からなる４周期の多重量子井戸層からなる発光層１２４を成長させる。ＡｌＩｎＧａＮ井戸層を用いた場合、量子閉じ込めシュタルク効果のため、注入電流密度による発光波長のシフトや発光効率の低下が起こる。このような問題は、窒化ガリウム障壁層にもシリコンを添加して分極電場の一部を遮蔽することによって軽減される。ただし、過度のドーピングは、結晶性を低下させることに留意する必要がある。
【０１０８】
次に、成長温度を上げて、発光層の上に、厚さ２０ｎｍのマグネシウム添加ｐ型Ａｌ０．２ＧａＮガイド層１２５を成長させる。
【０１０９】
次に、厚さ５０ｎｍのマグネシウム添加ｐ型Ａｌ０．３ＧａＮクラッド（電流ブロック）層１２６を形成する。ｐ型クラッド（電流ブロック）層は、互いに組成の異なる２層を繰り返して積層した超格子としてもよい。次に、厚さ２０ｎｍのマグネシウム添加ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１２７を成長させる。
【０１１０】
次に、基板を気相成長装置から取り出して、表面に所定の形状のマスクを形成し、ドライエッチング装置においてｐ型コンタクト層側からエッチングを行い、ｎ型コンタクト層１２１の一部を露出させる。
【０１１１】
次に、ｐ型コンタクト層上に近紫外〜紫外領域において高反射率の材料（例えばＡｇ等）からなるオーミック電極１３１を形成する。また、ドライエッチングにより露出させたｎ型コンタクト層１２１にもＴｉ／Ａｌからなるオーミック電極１３２を形成する。
【０１１２】
次に、基板を研磨しシンニングした後、カッター等の刃を用いた機械的又は物理的スクライブや、ＹＡＧレーザーやエキシマレーザーなどを用いた光学的または熱的スクライブにより素子分離を行う。
【０１１３】
このようにして得られる発光ダイオードは、フリップチップ実装されることが好ましい。これは、基板３０の表面に凹凸が形成されているために、基板３０側から光を取り出した方が光の取り出し効率がよいからである。もちろん、発光ダイオードは、フェイスアップでの実装も可能であるが、この場合には、ｐ型電極を透光性とする必要があり、光の取り出し効率が劣る。
【０１１４】
図５は、ＡｌＩｎＧａＮ半導体層を井戸層とした多重量子井戸構造の発光層を有する近紫外線レーザーダイオードの断面構造を示している。以下、図５に示すダイオードの製造方法を例示的に説明する。
【０１１５】
まず、ＩＩＩ族窒化物半導体層３３の上に、それを形成した気相成長装置と同一の気相成長装置内で、厚さ４．０μｍのシリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮコンタクト層２２１を成長させる。
【０１１６】
次に、厚さ０．２μｍのシリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮクラッド層２２２を成長させる。次に、厚さ２０ｎｍのシリコン添加ｎ型窒化ガリウムガイド層２２３を成長させる。
【０１１７】
次に、成長温度を下げて、厚さ３．５ｎｍのアンドープＡｌＩｎＧａＮ井戸層、厚さ１０ｎｍのシリコン添加ｎ型ＡｌＧａＮ障壁層からなる３周期の多重量子井戸層からなる発光層２２４を成長させる。
【０１１８】
次に、成長温度を上げて、厚さ２０ｎｍのマグネシウム添加ｐ型Ａｌ０．２ＧａＮガイド層２２５を成長させる。
【０１１９】
次に、厚さ０．５μｍのマグネシウム添加ｐ型Ａｌ０．２５ＧａＮクラッド層２２６を成長させる。次に、厚さ２０ｎｍのマグネシウム添加ｐ型窒化ガリウムコンタクト層２２７を成長させる。
【０１２０】
次に、基板を気相成長装置から取り出して、最上層のｐ型窒化ガリウムコンタクト層２２７の表面に酸化シリコン保護膜を形成し、ドライエッチングによりｎ側電極を形成するｎ型窒化ガリウムコンタクト層２２１の表面を露出させ、その露出部にＴｉ／Ａｌからなるｎ側電極２３２を形成する。この時、共振器面とすべき活性層端面を露出させてエッチング端面を共振器端面とする。
【０１２１】
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層２２７の上に酸化シリコン保護膜を形成し、フォトリソグラフィーとドライエッチング技術により、ｐ型コンタクト層２２７及びｐ型クラッド層２２６をエッチングし、ストライプ幅２μｍのリッジを形成する。大電流を流すことで、リッジ以下では電流が急激に横方向に広がる。そのためリッジを形成するためのエッチング深さはｐ型ガイド層２２５まであるのが好ましい。
【０１２２】
リッジを形成するドライエッチング装置としては、例えば簡便なＲＩＥやＩＣＰ−ＲＩＥを用いることが出来る。この場合、Ｃｌ２やＣＣｌ４、ＳｉＣｌ４のような塩素系のガスが用いられうる。
【０１２３】
電流狭窄部を形成するには、上記の方法の他に、マスクやフォトレジストによって保護されたｐ型コンタクト層上から、ｐ型クラッド層にかけて、例えばシリコンをイオン注入する方法を採用することができる。シリコン注入量は、ｐ型層のキャリア濃度よりも高濃度であることが好ましく、シリコンのドーズ量により制御可能である。また、電流狭窄層の形成深さは、イオン注入の注入エネルギーによって制御できる。
【０１２４】
次に、ストライプ状のリッジ導波路を形成した後、リッジ及びｐ側のエッチング露出面上に、酸化シリコン膜又は金属酸化膜等の保護膜２４１を形成する。
【０１２５】
次に、ｐ型コンタクト層表面を、例えばリフトオフやエッチングにより露出させ、ｐ型コンタクト層及び電流ブロック層の上に、例えばＮｉ／Ａｕからなるｐ側電極２３１を形成する。更に、側面にも酸化シリコンから成る保護膜（図５には図示せず）を形成する。
【０１２６】
次に、基板を研磨しシンニングした後、カッター等の刃を用いた機械的または物理的スクライブや、ＹＡＧレーザーやエキシマレーザーなどを用いた光学的または熱的スクライブによりウェハーをバー状に割る。
【０１２７】
次に、このバーをスパッターや蒸着装置において、光反射側の共振器面、又は、光反射側と光出射側に、多層酸化膜からなる反射膜（図５には図示せず）を形成する。次に、このようにして形成された基板を素子分離することによってレーザーダイオードが得られる。
【０１２８】
ここでは、第１実施形態にしたがって作製された半導体部材を利用して形成された半導体発光素子を製造する例を説明したが、第２又は第３実施形態にしたがって作製された半導体部材を利用して形成された半導体発光素子を製造することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の第１実施形態における半導体部材（半導体積層構造）の製造方法を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態における半導体部材（半導体積層構造）の製造方法を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態における半導体部材（半導体積層構造）の製造方法を模式的に示す図である。
【図４】ＡｌＩｎＧａＮ半導体層を井戸層とした多重量子井戸構造の発光層を有する近紫外線発光ダイオードの断面構造を示す図である。
【図５】ＡｌＩｎＧａＮ半導体層を井戸層とした多重量子井戸構造の発光層を有する近紫外線レーザーダイオードの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１０  基板
１０ｐ  凸部
１０ｒ  凹部
１１  第１半導体層
１２  半導体層
１３  第２半導体層
１４  半導体層
２０  基板
２０ｐ  凸部
２０ｒ  凹部
２１  第１半導体層
２２  半導体層
２３  第２半導体層
２４  第３半導体層
３０  基板
３０ｐ  凸部
３０ｒ  凹部
３１  第１半導体層
３２  第２半導体層
３３  第３半導体層
１２１  シリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮコンタクト層
１２２  シリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮクラッド層
１２３  シリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮガイド層
１２４  発光層
１２５  マグネシウム添加ｐ型Ａｌ０．２ＧａＮガイド層
１２６  マグネシウム添加ｐ型Ａｌ０．３ＧａＮクラッド層
１２７  マグネシウム添加ｐ型窒化ガリウムコンタクト層
１３１  オーミック電極
１３２  オーミック電極
２２１  シリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮコンタクト層
２２２  シリコン添加ｎ型Ａｌ０．２ＧａＮクラッド層
２２３  シリコン添加ｎ型窒化ガリウムガイド層
２２４  発光層
２２５  マグネシウム添加ｐ型Ａｌ０．２ＧａＮガイド層
２２６  マグネシウム添加ｐ型Ａｌ０．２５ＧａＮクラッド層
２２７  マグネシウム添加ｐ型窒化ガリウムコンタクト層
２３１  ｐ側電極
２３２  ｎ側電極
２４１  保護膜
【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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