(57)【要約】【課題】ＧａＮ系半導体単結晶からなる六角棒を含む新規な半導体構造を提供する。【解決手段】半導体構造１は、ＧａＮ系半導体単結晶からなり主面１１を有するベース結晶１０と、該主面１１上に形成された成長マスク２０と、該ベース結晶１０からエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体単結晶からなり該成長マスク２０上に横たわる六角棒４０とを有し、該成長マスク２０には開口部２１が形成され、該開口部２１内で該ベース結晶１０上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部３０を介して、該ベース結晶１０と該六角棒４０が連結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ系半導体単結晶からなり主面を有するベース結晶と、該主面上に形成された成長マスクと、該ベース結晶からエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体単結晶からなり該成長マスク上に横たわる六角棒とを有し、該成長マスクには開口部が形成され、該開口部内で該ベース結晶上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部を介して、該ベース結晶と該六角棒が連結されている、半導体構造。
【請求項２】
ＧａＮ系半導体単結晶からなり主面を有するベース結晶と、該ベース結晶からエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体単結晶からなり該主面上に横たわる六角棒とを有し、該ベース結晶上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部を介して該ベース結晶と該六角棒が連結されている、半導体構造。
【請求項３】
前記ベース結晶の前記主面がｍ面であり、前記六角棒の長手方向が前記ベース結晶のｃ軸と平行であり、前記六角棒の６つの側面がいずれもｍ面ファセットである、請求項１または２に記載の半導体構造。
【請求項４】
前記ベース結晶が、ｍ面ＧａＮ系半導体単結晶基板、ＧａＮ系半導体からなるエピタキシャル成長層、または、バルク単結晶から切り出された薄いＧａＮ系半導体層のいずれかである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体構造。
【請求項５】
ＧａＮ系半導体単結晶からなりｍ面である主面を有するベース結晶を準備する工程と、
前記ベース結晶の前記主面上に、前記ベース結晶のｃ軸と平行なストライプ状開口部を有する成長マスクを設ける工程と、
前記成長マスクの前記ストライプ状開口部に露出した前記ベース結晶の表面から、ＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部をエピタキシャル成長させる工程と、
ＧａＮ系半導体単結晶からなり６つの側面がいずれもｍ面ファセットである六角棒を、前記連結部の表面からエピタキシャル成長させる工程と、
を行うことによって、前記ベース結晶の前記主面上に前記六角棒が横たえられた半導体構造を得る、半導体構造の製造方法。
【請求項６】
前記ベース結晶が、ｍ面ＧａＮ系半導体単結晶基板、ＧａＮ系半導体からなるエピタキシャル成長層、または、バルク単結晶から切り出された薄いＧａＮ系半導体層のいずれかである、請求項５に記載の半導体構造。
【請求項７】
前記六角棒をエピタキシャル成長させる工程の後に、更に、前記成長マスクを溶解させて除去する工程を有する、請求項５または６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記六角棒をエピタキシャル成長させる工程の後に、更に、前記六角棒の一部をドライエッチングにより分断する工程を有する、請求項５〜７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
ＧａＮ系半導体単結晶からなり主面を有するベース結晶と、該ベース結晶からエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体単結晶からなり該主面上に横たわる六角棒とを有し、該ベース結晶からエピタキシャル成長した前記六角棒と異なる組成のＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部を介して該ベース結晶と該六角棒が連結されている半導体構造を準備する工程と、
前記連結部を選択的にエッチングすることにより、前記六角棒を前記ベース結晶から分離させる工程と、
を有する六角棒状結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記連結部がＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０＜ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、ｘ１＋ｙ１≦１）からなり、前記六角棒がＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜ｘ１≦１、０≦ｙ２≦１、ｘ２＋ｙ２≦１）からなり、ＫＯＨ水溶液を含むエッチャントを用いたウェットエッチングにより前記連結部を選択的にエッチングする、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記六角棒の６つの側面がいずれもｍ面ファセットである、請求項９または１０に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系半導体を含む半導体構造、その製造方法、およびＧａＮ系半導体を含む六角棒状結晶の製造方法に関する。ＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、窒化物半導体などとも呼ばれる。ＧａＮ系半導体はウルツ鉱型の結晶構造を有し、六方晶系に属する。
【背景技術】
【０００２】
六角棒状のＧａＮ系半導体結晶を含む発光素子が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
特許文献１に記載されたかかる発光素子の製造方法では、ｎ型ＧａＮからなる基板上に成長穴を有するマスクを形成し、その成長穴に露出した基板表面からｎ型ＧａＮを成長させて、基板表面に対して垂直方向に延びる六角棒状のＧａＮ結晶を得ている。
【０００４】
特許文献２には、六角棒形状のＧａＮ系半導体結晶粒子を「流動床法」によって得たことが開示されている。この方法では、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長に用いられる基板と同じ材料からなる微粒子を芯粒子として、その表面上に、ＭＯＣＶＤ法と同様の原料および条件を用いてＧａＮ系半導体結晶を成長させている。アルミナ微粒子上に、ＡｌＧａＮバッファー層、ｎ型ＧａＮ層、ＭＱＷ構造のＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮ層を順次形成して、発光ダイオード構造を備えた六角棒状粒子を得ることができるという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−８６８６５号公報
【特許文献２】特開２０１０−８７３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ひとつの側面において、ＧａＮ系半導体単結晶からなる六角棒を含む新規な半導体構造を提供するものである。
また、本発明は、ひとつの側面において、ＧａＮ系半導体単結晶からなる六角棒を含む新規な半導体構造を製造するための方法を提供するものである。
また、本発明は、ひとつの側面において、ＧａＮ系半導体からなる六角棒状結晶の新規な製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面は半導体構造に関し、その要旨は次の通りである。
（１）ＧａＮ系半導体単結晶からなり主面を有するベース結晶と、該主面上に形成された成長マスクと、該ベース結晶からエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体単結晶からなり該成長マスク上に横たわる六角棒とを有し、該成長マスクには開口部が形成され、該開口部内で該ベース結晶上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部を介して、該ベース結晶と該六角棒が連結されている、半導体構造。
（２）ＧａＮ系半導体単結晶からなり主面を有するベース結晶と、該ベース結晶からエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体単結晶からなり該主面上に横たわる六角棒とを有し、該ベース結晶上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部を介して該ベース結晶と該六角棒が連結されている、半導体構造。
（３）前記ベース結晶の前記主面がｍ面であり、前記六角棒の長手方向が前記ベース結晶のｃ軸と平行であり、前記六角棒の６つの側面がいずれもｍ面ファセットである、前記（１）または（２）に記載の半導体構造。
（４）前記ベース結晶が、ｍ面ＧａＮ系半導体単結晶基板、ＧａＮ系半導体からなるエピタキシャル成長層、または、バルク単結晶から切り出された薄いＧａＮ系半導体層のいずれかである、前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の半導体構造。
【０００８】
本発明の第２の側面は半導体構造の製造方法に関し、その要旨は次の通りである。
（５）ＧａＮ系半導体単結晶からなりｍ面である主面を有するベース結晶を準備する工程と；前記ベース結晶の前記主面上に、前記ベース結晶のｃ軸と平行なストライプ状開口部を有する成長マスクを設ける工程と；前記成長マスクの前記ストライプ状開口部に露出した前記ベース結晶の表面から、ＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部をエピタキシャル成長させる工程と；ＧａＮ系半導体単結晶からなり６つの側面がいずれもｍ面ファセットである六角棒を、前記連結部の表面からエピタキシャル成長させる工程と；を行うことによって、前記ベース結晶の前記主面上に前記六角棒が横たえられた半導体構造を得る；半導体構造の製造方法。
（６）前記ベース結晶が、ｍ面ＧａＮ系半導体単結晶基板、ＧａＮ系半導体からなるエピタキシャル成長層、または、バルク単結晶から切り出された薄いＧａＮ系半導体層のいずれかである、前記（５）に記載の半導体構造。
（７）前記六角棒をエピタキシャル成長させる工程の後に、更に、前記成長マスクを溶解させて除去する工程を有する、前記（５）または（６）に記載の製造方法。
（８）前記六角棒をエピタキシャル成長させる工程の後に、更に、前記六角棒をドライエッチングにより分断する工程を有する、前記（５）〜（７）のいずれかに記載の製造方法。
【０００９】
本発明の第３の側面は六角棒状結晶の製造方法に関し、その要旨は次の通りである。
（９）ＧａＮ系半導体単結晶からなり主面を有するベース結晶と、該ベース結晶からエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体単結晶からなり該主面上に横たわる六角棒とを有し、該ベース結晶からエピタキシャル成長した前記六角棒と異なる組成のＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部を介して該ベース結晶と該六角棒が連結されている半導体構造を準備する工程と；前記連結部を選択的にエッチングすることにより、前記六角棒を前記ベース結晶から分離させる工程と；を有する六角棒状結晶の製造方法。
（１０）前記連結部がＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０＜ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、ｘ１＋ｙ１≦１）からなり、前記六角棒がＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜ｘ１≦１、０≦ｙ２≦１、ｘ２＋ｙ２≦１）からなり、ＫＯＨ水溶液を含むエッチャントを用いたウェットエッチングにより前記連結部を選択的にエッチングする、前記（９）に記載の製造方法。
（１１）前記六角棒の６つの側面がいずれもｍ面ファセットである、前記（９）または（１０）に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のひとつの側面によれば、ＧａＮ系半導体単結晶からなる六角棒を含む新規な半導体構造が提供される。
また、本発明のひとつの側面によれば、ＧａＮ系半導体単結晶からなる六角棒を含む新規な半導体構造を製造するための方法が提供される。
また、本発明のひとつの側面によれば、ＧａＮ系半導体からなる六角棒状結晶の新規な製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る半導体構造を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ１−Ｘ１線の位置における断面図である。
【図２】実施形態に係る半導体構造を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ１−Ｘ１線の位置における断面図である。
【図３】実施形態に係る半導体構造を模式的に示す断面図である。
【図４】実施形態に係る半導体構造を模式的に示す平面図である。
【図５】実施形態に係る半導体構造を模式的に示す断面図である。
【図６】実施形態に係る半導体構造の製造工程を説明するための斜視図である。
【図７】実施形態に係る半導体構造の製造工程を説明するための斜視図である。
【図８】実施形態に係る半導体構造の製造工程を説明するための斜視図である。
【図９】実施形態に係る半導体構造を模式的に示す平面図である。
【図１０】実施形態に係る発光素子を示す模式図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ１００−Ｘ１００線の位置における断面図である。
【図１１】実施形態に係る発光素子を示す模式図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ２００−Ｘ２００線の位置における断面図である。
【図１２】実施形態に係る発光素子を示す模式図であり、図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸ３００−Ｘ３００線の位置における断面図である。
【図１３】実施形態に係る半導体構造を模式的に示す断面図である。
【図１４】半導体構造のＳＥＭ像（平面像）である。
【図１５】半導体構造のＳＥＭ像（断面像）である。
【図１６】半導体構造のＳＥＭ像（平面像）である。
【図１７】半導体構造のＳＥＭ像（断面像）である。
【図１８】半導体構造のＣＬ像（平面像）である。
【図１９】半導体構造のＣＬ像（断面像）である。
【図２０】半導体構造のＳＥＭ像（平面像）である。
【図２１】半導体構造のＳＥＭ像（平面像）である。
【図２２】図２２（ａ）は半導体構造のＳＥＭ像（平面像）であり、図２２（ｂ）は半導体構造のＣＬ像（平面像）である。
【図２３】ＳＱＷ構造を有する半導体構造のＣＬスペクトルである。
【図２４】ＣＷ−ＰＬ測定で用いた光学系のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、添付図面において記号ａ、ｃ、ｍは、それぞれ、当該図面に示された半導体構造に含まれるＧａＮ系半導体結晶のａ軸［１１−２０］方向、ｃ軸［０００１］方向、ｍ軸［１０−１０］方向を意味する。
【００１３】
１．半導体構造
１−１．第１実施形態
本発明の第１実施形態に係る半導体構造１を図１に示す。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ１−Ｘ１線の位置における断面図である。
半導体構造１は、ＧａＮ系半導体からなり主面１１を有するベース結晶１０と、該主面上に形成された成長マスク２０と、該ベース結晶から成長したＧａＮ系半導体単結晶からなり該成長マスク２０上に横たわる六角棒４０とを有している。成長マスク２０にはストライプ状の開口部２１が形成されており、ベース結晶１０と六角棒４０は、該開口部に露出した該ベース結晶１０の表面に成長したＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部３０を介して連結されている。
六角棒４０は、長手方向を有する棒状の結晶体であり、その長手方向に直交する断面の形状は六角形である。該断面の形状は正六角形であってもよいが、限定されない。
【００１４】
ベース結晶１０のａ軸、ｃ軸およびｍ軸の方向は、図１（ａ）中に示す通りである。ベ
ース結晶１０の主面１１は、ｍ面（１０−１０）である。成長マスク２０に設けられたストライプ状開口部２１は、ベース結晶１０のｃ軸に平行である。
連結部３０および六角棒４０はベース結晶１０からエピタキシャル成長しており、それ故に、いずれも結晶方位はベース結晶１０と同じである。
六角棒４０はｃ軸方向を長手方向としている。六角棒４０の６つの側面４１、４２、４３、４４、４５、４６はいずれもｍ面（１０−１０）ファセットであり、平坦かつ平滑である。
連結部３０を挟んでベース結晶１０の主面１１と向かい合う六角棒４０の側面４１の幅Ｗ４１は、連結部３０の幅Ｗ３０よりも広い。
【００１５】
半導体構造１の各部の好ましい構成を次に説明する。
ベース結晶１０を構成するＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど、任意の組成を有し得る。また、ベース結晶１０は、ｎ型またはｐ型の任意の不純物でドープされたものであってよい。
【００１６】
ベース結晶１０は、好ましくは、ｍ面ＧａＮ基板のような、ＧａＮ系半導体単結晶からなる自立基板である。その主面１１は結晶学的に厳密に定義されるｍ面であってもよいし、そのような厳密に定義されるｍ面に対してオフ角を付けられた面であってもよい。
【００１７】
ベース結晶１０は、また、ｍ面ＧａＮ基板のようなｍ面ＧａＮ系半導体単結晶基板の上に、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、スパッタ法、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法など
の方法で形成された、ＧａＮ系半導体からなるエピタキシャル成長層であってもよい。
ベース結晶１０は、また、ｍ面６Ｈ−ＳｉＣ基板、ＬｉＡｌＯ２基板、ストライプパターンが加工されたａ面サファイア基板などの上に、ヘテロエピタキシャル成長により積層されたＧａＮ系半導体層であってもよい。
ベース結晶１０は、また、Ｓｉ基板のような安価な基板の表面に接合された状態で供される、バルク単結晶から切り出された薄いＧａＮ系半導体層であってもよい。
【００１８】
成長マスク２０はＧａＮ系半導体の選択成長を発生させるマスクであり、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜のようなアモルファス無機薄膜を好適に使用することができる。
Ｗ（タングステン）も成長マスク２０の材料に使用できる。アモルファス無機薄膜やＷ薄膜の表面ではＧａＮ系半導体の成長が阻害されることはよく知られている。
成長マスク２０の厚さは、例えば、０．０５μｍ〜１μｍである。成長マスク２０に設けるストライプ状開口部２１の幅は、形成しようとする六角棒２０のサイズに応じて、０．０５μｍ〜１０μｍの範囲で設定することができる。連結部３０の幅Ｗ３０は、このストライプ状開口部２１の幅に応じて定まる。
【００１９】
連結部３０を構成するＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど、任意の組成を有し得る。歪に起因する結晶欠陥の生成を抑制するには、ベース結晶１０、連結部３０および六角棒４０の全てが同じ組成を有することが好ましい。ベース結晶１０と六角棒４０の組成が異なる場合には、それぞれを構成するＧａＮ系半導体の中間の格子定数を有するＧａＮ系半導体で連結部３０を構成することが好ましい。
【００２０】
六角棒４０を構成するＧａＮ系半導体は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど、任意の組成を有し得る。また、六角棒４０は、ｎ型またはｐ型の任意の不純物でドープし得る。
六角棒４０の側面のうち、連結部３０を挟んでベース結晶１０の主面１１と向かい合う側面４１の幅Ｗ４１は、例えば０．１μｍ〜１５μｍとすることができる。六角棒２０の長さは、例えば、０．１μｍ〜５０ｍｍとすることができる。
【００２１】
１−２．第２実施形態
本発明の第２実施形態に係る半導体構造２を図２に示す。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ１−Ｘ１線の位置における断面図である。半導体構造２は、成長マスク２０を有さない点で第１実施形態に係る半導体構造１と相違するが、他の構成は同じである。そこで、図２では、半導体構造１と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００２２】
１−３．第３実施形態
本発明の第３実施形態に係る半導体構造３の断面構造を図３に示す。半導体構造３は、ひとつのベース結晶１０上に複数の六角棒４０を有する点で第１実施形態に係る半導体構造１と相違するが、他の構成は同じである。そこで、図３では、半導体構造１と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００２３】
半導体構造３では、複数の六角棒４０のそれぞれが異なる直線上に配置されている。ひとつのベース結晶１０に連結される六角棒４０の個数は２以上であり、１０以上であってもよく、１００以上や更には１０００以上であり得る。六角棒４０の個数が３つ以上の場合、全ての六角棒４０を等間隔で配置することができるが、限定されるものではない。また、図３では並んだ２つの六角棒４０のサイズが同じであるが、限定されるものではなく、様々なサイズの六角棒４０をひとつのベース結晶３上に配置することができる。
変形実施形態では、半導体構造３から成長マスク２０を除くことができる。
【００２４】
１−４．第４実施形態
本発明の第４実施形態に係る半導体構造４の平面構造を図４に示す。半導体構造４は、ひとつのベース結晶１０上に複数の六角棒４０を有する点で第１実施形態に係る半導体構造１と相違するが、他の構成は同じである。そこで、図４では、半導体構造１と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００２５】
半導体構造４では、ひとつの直線上に複数の六角棒４０が間隔をおいて配置されている。それぞれの六角棒４０の長さは、例えば、０．１μｍ〜１０ｍｍとすることができる。
複数の六角棒４０の全てを同じ長さとすることができるが、限定されるものではない。ひとつのベース結晶１０に連結される六角棒４０の数は２以上であり、ベース結晶のサイズによって上限はあるが、１０以上であってもよく、１００以上や更には１０００以上であり得る。六角棒４０の数が３つ以上の場合、全ての六角棒４０を等間隔で配置することができるが、限定されるものではない。また、図４では並んだ２つの六角棒４０の長さが同じであるが、限定されるものではなく、様々な長さの六角棒４０をひとつの直線上に配置することができる。
変形実施形態では、半導体構造４から成長マスク２０を除くことができる。
【００２６】
１−５．第５実施形態
本発明の第５実施形態に係る半導体構造５の断面構造を図５に示す。半導体構造５は、ベース結晶１０の表面にストライプ状のリッジ１２が形成されている点で第１実施形態に係る半導体構造１と相違するが、他の構成は同じである。そこで、図５では、半導体構造１と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００２７】
半導体構造５において、ベース結晶１０の表面に形成されたストライプ状リッジ１２の方向は、該ベース結晶１０のｃ軸に平行である。マスク２０は該リッジ１２の上面上にストライプ状開口部２１を有しており、それ故に、六角棒４０も該リッジ１２の上面上に形成されている。リッジ１２の高さは、例えば、０．５μｍ〜１５μｍとすることができる。リッジ１２の上面の幅は、例えば、０．５μｍ〜１５μｍとすることができる。
【００２８】
１−６．その他の実施形態
前述の第１〜第５の実施形態は適宜組み合せることが可能である。例えば、第３実施形態と第４実施形態とを組み合せることによって、ひとつのベース結晶上に複数の六角棒４０を様々なパターンに配置することができる。
【００２９】
２．半導体構造の製造方法
２−１．半導体構造１および半導体構造２
（i）ベース結晶の準備
まず、図６（ａ）に示すように、ＧａＮ系半導体からなるベース結晶１０を準備する。ベース結晶１０の主面１１はｍ面（１０−１０）である。
【００３０】
（ii）成長マスクの形成
次いで、図６（ｂ）に示すように、ベース結晶１０の主面１１上にＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ｗなどからなる成長マスク２０を０．０５μｍ〜１μｍ、好ましくは０．０５μｍ〜０．２μｍの厚さに形成する。成長マスクの膜厚が小さい方が、次の工程で開口部を精度よく形成することができる。薄い成長マスク２０を膜厚が均一となるように形成するには、ＣＶＤ、真空蒸着、スパッタリングのような気相法を用いることが好ましい。
【００３１】
（iii）成長マスクのパターニング
次いで、図６（ｃ）に示す工程では、成長マスク２０をパターニングして、ベース結晶１０のｃ軸に平行なストライプ状開口部２１を形成する。ストライプの長さおよび幅は、形成しようとする六角棒のサイズに応じて決定すればよい。成長マスク２０のパターニングはフォトリソグラフィ技法を用いて行うことができる。露光用光源の短波長化、露光装置の進歩によって、線幅１００ｎｍ未満のストライプパターンをフォトリソグラフィで形成することが可能となっている。
【００３２】
（iv）エピタキシャル成長
次いで、図７（ｄ）および（ｅ）に示す工程では、常圧ＭＯＶＰＥ法を用いて、ベース結晶１０上にＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させる。キャリアガスには窒素ガスを用い、成長温度を約１０００℃、成長炉内に供給するＶ族元素（ＮＨ３ガス等によって供給される窒素）とＩＩＩ族元素（ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩ等によって供給されるガリウム、アルミニウムおよびインジウム）のモル比（Ｖ−ＩＩＩ比）を１５００程度に設定する。ＧａＮ系半導体の成長は、成長マスク２０の開口部２１に露出するベース結晶１０の表面を種として起こり、最初は図７（ｄ）に示すように、結晶薄膜（連結部３０）が成長マスク２０の開口部２１の内側に形成される。結晶薄膜の厚さが成長マスク２０の厚さを超えた後は、図７（ｅ）に示すように、成長マスク２１の開口部上に横たわる六角棒４０の形成が自発的に起こる。
以上の手順によって、前述の第１実施形態に係る半導体構造１を得ることができる。
【００３３】
（v）成長マスクの除去
更に、図８に示すように、この半導体構造１に含まれる成長マスク２０を除去することによって、前述の第２実施形態に係る半導体構造２を得ることができる。成長マスク２０がＳｉＮｘ、ＳｉＯ２あるいはＳｉＯＮで形成されている場合には、ＨＦ、ＢＨＦ（Buffered HF）などを用いて溶解させる方法により成長マスク２０を除去することが可能であ
る。
【００３４】
（vi）その他の工程
上記の製造方法において、図７（ｅ）に示す構造を得た後、六角棒４０の長さを調整するために、六角棒４０の一方または両方の端部をドライエッチングにより除去してもよい
。
【００３５】
２−２．半導体構造３および半導体構造４
前述の第３実施形態に係る半導体構造３、および、第４実施形態に係る半導体構造４は、図６（ｃ）に示す工程で、成長マスク２０にストライプ状開口部２１を複数設けること以外、上記の製造方法と同じ手順で得ることができる。ここで、半導体構造３を得るには、該複数のストライプ状開口部２１のそれぞれを異なる直線上に形成すればよい。一方、半導体構造４を得るには、該複数のストライプ状開口部２１をｃ軸方向のひとつの直線上に形成すればよい。
【００３６】
半導体構造４に類似した構造が、上記製造方法によって図７（ｅ）に示す半導体構造１を得た後、ドライエッチング加工によって六角棒４０を分断することにより形成可能である。この方法で得られる半導体構造６の平面図を図９に示す。
半導体構造３または半導体構造４を形成した後、ベース結晶１０および成長マスク２０を分断することにより、半導体構造１を得ることができる。つまり、半導体構造３および半導体構造４は、半導体構造１を製造する際の中間体となり得る。
【００３７】
２−３．半導体構造５
前述の第５実施形態に係る半導体構造５を製造するには、図６（ａ）に示すベース結晶１０の表面をフォトリソグラフィおよびドライエッチングの技法を用いて加工し、リッジ１２を形成したうえで、図６（ｂ）に示す工程およびその後の工程を行えばよい。リッジ１２の高さに特に限定はないが、例えば、０．５〜１５μｍとすることができる。
【００３８】
３．半導体構造の用途
３−１．発光素子
半導体構造１を含む発光素子の構成例を図１０に示す。図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ１００−Ｘ１００線の位置における断面図である。図１０では、半導体構造１と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００３９】
図１０に示す発光素子１００は、ＧａＮ系半導体からなり主面１１を有するベース結晶１０と、その主面１１上に形成された成長マスク２０と、該成長マスクに設けられた開口部２１内で該ベース結晶上に成長したＧａＮ系半導体結晶の薄膜である連結部３０と、該連結部３０によってベース結晶１０に連結されたＧａＮ系半導体単結晶からなる六角棒４０とを有している。
【００４０】
ベース結晶１０は、ケイ素および／または酸素でドープすることによりｎ型導電性を付与されたｍ面ＧａＮ基板であり、その主面１１はＧａＮのｍ面（１０−１０）である。成長マスク２０は例えばＳｉＮｘのような絶縁性のアモルファス無機薄膜で形成されている。連結部３０と六角棒４０はケイ素でドープされたｎ型ＧａＮで形成されている。
【００４１】
六角棒４０の成長後、引き続きＭＯＶＰＥ法でＩｎＧａＮとＡｌＧａＮを成長させることにより、六角棒４０の６つの側面のうち、連結部３０を挟んでベース結晶１０の主面１１と向かい合う側面を除く５つの側面上に、ＩｎＧａＮ活性層５０とＡｌＧａＮクラッド層６０が順次形成されている。ＡｌＧａＮクラッド層６０はマグネシウムでドープすることによりｐ型導電性を付与されている。
【００４２】
ＡｌＧａＮクラッド層６０の表面には、ＩＴＯからなる透光性電極Ｅ２０が形成されている。透光性電極Ｅ２０はＡｌＧａＮクラッド層６０の表面から成長マスク２０の上面にかけて連続するように形成され、その一部上にｐ側メタル電極Ｅ３０が形成されている。
ｐ側メタル電極Ｅ３０は、図１０（ａ）に示すように、透光性電極Ｅ２０が成長マスク
２０を覆う部分の上に、ボンディングパッドとして使用される円形部を有し、更に、該円形部から延びるライン状の延長部を３本有している。この３本のライン状延長部は、透光性電極Ｅ２０がＡｌＧａＮクラッド層６０の表面を覆う部分まで延びている。ベース結晶１０の裏面（主面１１の反対側の面）にはｎ側メタル電極Ｅ１０が形成されている。ｎ側メタル電極Ｅ１０とｐ側メタル電極Ｅ３０を通して順方向電圧を印加することにより、ＩｎＧａＮ活性層５０で発光を生じさせることができる。
【００４３】
半導体構造１を含む発光素子の他の構成例を図１１に示す。図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ２００−Ｘ２００線の位置における断面図である。図１１では、図１０に示す発光素子１００と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００４４】
図１１に示す発光素子２００は、ＧａＮ系半導体結晶からなり主面１１を有するベース結晶１０と、その主面１１上に形成された成長マスク２０と、該成長マスクに設けられた開口部内で該ベース結晶上に薄膜状に成長したＧａＮ系半導体結晶からなる連結部３０と、該連結部３０によってベース結晶１０に連結されたＧａＮ系半導体単結晶からなる六角棒４０とを有している。
【００４５】
ベース結晶１０は、ｍ面ＧａＮ基板７０の上にエピタキシャル成長したＧａＮ層であり、その主面１１はＧａＮのｍ面（１０−１０）である。ｍ面ＧａＮ基板７０はアンドープでもよいし、ケイ素および／または酸素でドープされていてもよい。成長マスク２０は例えばＳｉＯ２のような絶縁性のアモルファス無機薄膜で形成されている。連結部３０と六角棒４０はケイ素でドープされたｎ型ＧａＮで形成されている。
【００４６】
六角棒４０の成長後、引き続きＭＯＶＰＥ法でＩｎＧａＮとＡｌＧａＮを成長させることにより、六角棒４０の６つの側面のうち、連結部３０を挟んでベース結晶１０の主面１１と向かい合う側面を除く５つの側面上に、ＩｎＧａＮ活性層５０とＡｌＧａＮクラッド層６０が順次形成されている。ＡｌＧａＮクラッド層６０はマグネシウムでドープすることによりｐ型導電性を付与されている。
【００４７】
ＡｌＧａＮクラッド層６０の表面には、ＩＴＯからなる透光性電極Ｅ２０が形成されている。透光性電極Ｅ２０はＡｌＧａＮクラッド層６０の表面から成長マスク２０の上面にかけて連続するように形成され、その一部上にｐ側メタル電極Ｅ３０が形成されている。ｐ側メタル電極Ｅ３０は、図１１（ａ）に示すように、透光性電極Ｅ２０が成長マスク２０を覆う部分の上に、ボンディングパッドとして使用される円形部を有し、更に、該円形部から延びる１本のライン状の延長部を有している。このライン状延長部は、透光性電極Ｅ２０がＡｌＧａＮクラッド層６０の表面を覆う部分まで延びている。成長マスク２０が一部除去された部分に露出するベース結晶１０の主面１１にｎ側メタル電極Ｅ１０が形成されている。ｎ側メタル電極Ｅ１０とｐ側メタル電極Ｅ３０とを通して順方向電圧を印加することにより、ＩｎＧａＮ活性層５０で発光を生じさせることができる。
【００４８】
発光素子１００および２００では、六角棒４０の側面上に設けられたＩｎＧａＮ活性層５０が平面状ではないことから、光取出し効率が良好となる。
変形実施形態では、発光素子１００または２００において、ベース結晶１０と透光性電極Ｅ２０との間に、平行に配置された２つ以上の六角棒４０が挟まれた構成（前述の半導体構造３を含む構成）が採用される。ベース結晶１０と透光性電極Ｅ２０との間に挟まれる六角棒４０の数は１０以上、更には１００以上、更には１０００以上とすることができる。この変形実施形態では、基板の単位面積上に設けることのできる活性層の面積を、通常の平面状の活性層を有する発光素子と比べて著しく大きくすることができるので、ドループ現象による内部量子効率の低下を抑制することができる。ドループ現象とは、ＧａＮ
系半導体発光素子に特有の、活性層を流れる電流の密度が高くなるにつれて内部量子効率が顕著に低下する現象である。
【００４９】
半導体構造１を含む発光素子の他の構成例を図１２に示す。図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸ３００−Ｘ３００線の位置における断面図である。図１２では、図１０に示す発光素子１００と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００５０】
図１２に示す発光素子３００は、六角棒４０の６つの側面のうち、連結部３０から最も離れた側面４４上に形成された半導体領域に電流を集中させる構造を有している。すなわち、発光素子３００ではＡｌＧａＮクラッド層６０の表面を絶縁膜７０が覆っており、その絶縁膜７０が六角棒４０の側面４４の上方に開口部を有しており、ｐ側メタル電極Ｅ３０は該開口部に露出したＡｌＧａＮクラッド層６０の表面に接続されている。絶縁膜７０に形成された該開口部は、六角棒４０の長手方向に平行である。かかる電流集中構造に加えて、六角棒４０の長手方向を共振方向とする共振器構造を設けることにより、発光素子３００はスーパールミネッセントダイオードや、レーザダイオードとすることができる。発光素子３００の構造は、光増幅器にも応用できる。
【００５１】
３−２．種結晶
前述の第１〜第５の各実施形態に係る半導体構造に含まれる六角棒４０は、気相法、液相法、あるいはアモノサーマル法のようなソルボサーマル法によってバルクＧａＮ系半導体結晶を製造する際の種結晶として使用することができる。この目的に特に好ましく用い得るのは、第５実施形態に係る半導体構造５である。理由は、六角棒４０がリッジ上に設けられているので、六角棒４０の側面を種とする結晶成長がベース結晶１０の影響を受け難いからである。ここでいう影響とは、例えば、六角棒４０上に成長する結晶の立体形状に対する影響や、六角棒４０上で成長中の結晶表面への原料の拡散に対する影響である。
【００５２】
また、前述の第１、第３、第４あるいは第５実施形態に係る半導体構造に含まれる六角棒をベース結晶に用いて、その上に第２の六角棒を成長させることができる。図１３は一例として、第１実施形態に係る半導体構造１に含まれる六角棒４０をベース結晶に用いた場合を示す断面図である。六角棒４０の表面を、ストライプ状の開口部２１´を有する第２のマスク層２０´が覆っており、該開口部２１´に露出する六角棒４０の側面を種として、第２の連結部３０´と第２の六角棒４０´が成長している。
【００５３】
３−３．デバイス素材
前述の第１〜第５の各実施形態に係る半導体構造に含まれる六角棒４０は、導波路として利用することが可能と考えられる。更に、電気的または光学的なポンピングを行うことによって、レーザ媒体になり得ると考えられる。
【００５４】
また、前述の第１〜第５の各実施形態に係る半導体構造に含まれる六角棒４０は、量子ワイヤとして利用することが可能と考えられる。また、該六角棒４０をエッチング加工によって細かく切断することによって、量子ドットとして利用可能な構造が得られると考えられる。
【００５５】
３−４．その他
半導体構造１に含まれる六角棒４０をベース結晶１０から分離して、粒子として利用することが可能である。例えば、連結部３０と六角棒４０とを異なる組成のＧａＮ系半導体で形成したうえで、連結部３０を選択的にエッチングすることにより、六角棒４０をベース結晶１０から分離させることができる。
【００５６】
具体的には、連結部３０をＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）、六角棒４０をＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）で形成すると、ＫＯＨ水溶液もしくはＫＯＨ水溶液を含んだＡＺ４００Ｋ現像液（クラリアント社製）をエッチャントとするウェットエッチングにより連結部３０を選択的にエッチングして、六角棒４０をベース結晶１０から分離することができる。Ａｌを含むＧａＮ系半導体がＫＯＨ水溶液によって容易にエッチングされること、しかも、Ａｌの組成比が大きいほどエッチング速度が速いことは、公知である（例えば、特開２００７−１１５９９０号公報を参照できる）。
【００５７】
ベース結晶１０から切り離された六角棒４０は、気相法、液相法、あるいはアモノサーマル法のようなソルボサーマル法によってバルクＧａＮ系半導体結晶を製造する際の種結晶として使用することができる。また、半導体素子のコアとして使用することができる。すなわち、自立した六角棒４０の表面に、ＧａＮ系半導体層を「流動床法」を用いて形成することにより、粒子状の半導体素子を形成することができる。また、自立した六角棒４０は、各種の材料に添加して、その電気的性質および／または光学的性質を改変するための機能性粒子材料として使用することができる。
【００５８】
４．実験結果
４−１．実施例１
前述の第３実施形態に係る半導体構造の試作結果を以下に記す。
まず、オフ角が±１．５°以内に制御された７．５ｍｍ×１５ｍｍの矩形のｍ面ＧａＮ基板を準備し、該基板の主面上に成長マスクをラインアンドスペースパターンに形成した。成長マスクには、プラズマＣＶＤ法を用いて形成した厚さ８０ｎｍのＳｉＮｘ薄膜を使用し、ラインアンドスペースの方向は、該ｍ面ＧａＮ基板のｃ軸に平行とした。ライン幅は１０μｍ、スペース幅は２μｍとした。
【００５９】
次に、この基板上に常圧ＭＯＶＰＥ成長によりＧａＮ結晶を形成した。この工程では、キャリアガスに窒素ガス、ＩＩＩ族原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニアを使用した。基板を成長炉内に設置した後、基板温度を１０３０℃まで上昇させた。このとき、基板温度が４００℃に達したところで、成長炉内にアンモニアを流量７．５ＳＬＭで導入した。続けて、基板温度を１０３０℃に保ちながらＧａＮを成長させた。ＧａＮの成長中は、成長炉内に供給するアンモニアガス流量を７．５ＳＬＭ、Ｖ−ＩＩＩ比は１５００とし、成長時間は１８０分間とした。この成長時間は、成長マスクを設けないｍ面ＧａＮ基板上に同じ条件で平坦な層状のＧａＮ結晶を約４μｍ成長させるのに要する時間と同じである。また、ＧａＮの成長中は１０ＲＰＭで基板を回転させた。ＧａＮの意図的なドーピングは行わなかった。
【００６０】
所定の成長時間が経過したところで成長炉内へのＴＭＧの供給を停止するとともに、基板を加熱するヒータをオフにし、成長炉内に流すアンモニアの流量を５ＳＬＭに下げた。基板温度が５００℃まで下がったらアンモニアの供給を停止し、その後はキャリアガスのみを流しながら基板温度を１５０℃まで下げたうえで、成長炉から基板（エピウェハ）を取り出した。
【００６１】
上記手順により得た半導体構造のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像を図１４〜１７に示す。
図１４は平面像、すなわち、ｍ面ＧａＮ基板のｍ軸方向から半導体構造を見た像であり、ｍ面ＧａＮ基板のｃ軸に平行な棒状の結晶が、該基板の表面に多数形成されていることが判る。図１５は断面像で、ｍ面ＧａＮ基板のｃ軸に交わる断面を示している。図１５が示すように、棒状の結晶の断面は六角形であった。このことから、図１４で見られた棒状の結晶は六角棒であったことが判った。
【００６２】
六角棒はｍ面ＧａＮ基板の略全面で整然と形成されていた。例外的に六角棒の構造が乱れていたのは、意図しない異物が付着していた部分であった。この例外的な部分を除けば、基板上に形成された全ての六角棒の長さは、該基板のｃ軸方向のサイズと略同じ約７．５ｍｍであった。六角棒の断面の最大幅（六角形の最も長い対角線の長さ）が約１０μｍだったので、六角棒の幅に対する長さの比は７００以上であった。
【００６３】
より高倍率の平面像である図１６、より高倍率の断面像である図１７が示すように、六角棒の側面は極めて平坦性が高く、かつ、滑らかであった。このことと、隣接する六角棒の側面同士がなす角が１２０度であったことから、六角棒の側面はｍ面ファセットであると考えられた。
【００６４】
成長の過程で自発的に形成されたファセットを側面としていることから、六角棒の内部の歪は小さく、欠陥の密度は低いと予想された。この予想通り、ＣＬ（カソードルミネッセンス）像に現れたダークスポットの密度は低かった。得られたＣＬ像の一例を図１８および図１９に示す。図１８は平面像、図１９は断面像である。図１９の断面像からは、六角棒内部のダークスポットの密度が、明らかに基板内部よりも低くなっていることが判る。この結果は、本実施例１で得た六角棒をベース結晶に用いて第２の六角棒（図１３の六角棒７０）を成長させた場合に、極めて欠陥密度の低いものが得られる可能性を示唆している。
【００６５】
ＣＬ像に現れたダークスポットの密度から六角棒の側面における貫通転位密度を見積もった。連結部から最も離れた側面（図３における側面４４）では、約４０００μｍ２の領域を観察したときの貫通転位の平均的な密度が５．３×１０５ｃｍ−２であった。また、傾斜した側面（図３における側面４２および４３）では、約９００μｍ２の領域を観察したときの貫通転位の平均的な密度が２．２×１０５ｃｍ−２であった。
【００６６】
４−２．比較例１
ラインアンドスペースパターンの成長マスクを、基板のａ軸に平行に設けたこと以外は上記実施例１と略同様にして、ｍ面ＧａＮ基板上にＧａＮを成長させた。その結果、上記実施例１と同様、露出した基板表面から、成長マスクのパターンに平行な棒状のＧａＮ結晶が成長したが、その断面は六角形ではなかった。また、図２０に示す平面像から判るように、棒状結晶の表面の平坦性は低く、その幅も長手方向に沿って大きく変動していた。
【００６７】
４−３．比較例２
キャリアガスに水素ガスを用いたことと、Ｖ−ＩＩＩ比を２７００としたこと以外は上記実施例１と略同様にして、ｍ面ＧａＮ基板上にＧａＮを成長させたところ、図２１に平面像を示すように、極端な３次元成長が起こり、棒状の結晶は形成されなかった。
【００６８】
４−４．実施例３
（i）ＳＱＷ構造の試作
本実施例３では、ｍ面ＧａＮ上にＧａＮ結晶を六角棒状に成長させた後、続けて、該ＧａＮ結晶の表面にＳＱＷ（単一量子井戸）構造を成長させた。ＳＱＷ構造を成長させる際もキャリアガスには窒素ガスを用いた。
詳しい手順は次に説明する通りである。
まず、実施例１と同じようにして、ｃ軸に平行なラインアンドスペースパターンを主面上に形成したｍ面ＧａＮ基板上に、基板温度１０３０℃でＧａＮ結晶を六角棒状に成長させた。ＧａＮ結晶を所定時間成長させたところで、ＴＭＧの供給を停止し、アンモニアガス流量を１４ＳＬＭに増加させるとともに、基板温度を６分間かけて８０８℃まで低下させた。
【００６９】
次に、再びＴＭＧをＶ／ＩＩＩ比が５２７９となるように供給して、アンドープＧａＮ層を４３１秒間成長させ、続いてＶ／ＩＩＩ比はそのままでシランを追加的に供給して、ＳｉドープＧａＮ層を８９秒間成長させた。
その後、再びシラン供給を停止して、第１のＧａＮバリア層を成長させた。このときのＶ／ＩＩＩ比は４３５２４とし、成長時間は５００秒間とした。この成長時間は、成長マスクを設けないｍ面ＧａＮ基板上に同じ条件で平坦な層状のＧａＮ結晶を約１８ｎｍ成長させるのに要する時間と同じである。
【００７０】
第１のＧａＮバリア層の成長後、再びＴＭＧの供給を停止し、基板温度を１分間かけて７６８℃まで低下させた。基板温度が所定値まで下がった後、更に１分間待機して基板温度を安定させてから、ＴＭＧとトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を炉内に供給してＩｎＧａＮウェル層を成長させた。このときのＴＭＧ供給量は第１のバリア層を成長させるときと同じとし、ＴＭＩ供給量はＴＭＧの３．３倍（モル比）とした。成長時間は６０秒とした。なお、成長マスクを設けないｍ面ＧａＮ基板上にこれと同じ条件でＩｎＧａＮ結晶を成長させた場合には、Ｉｎ組成比１６％、厚み４．６ｎｍのＩｎＧａＮ結晶層（青色発光可能）が形成される。
【００７１】
ＩｎＧａＮウェル層の成長後、ＴＭＧとＴＭＩの供給を停止し、基板温度を１分間かけて８０８℃まで上昇させた。基板温度が所定値まで上がった後、更に１分間待機して基板温度を安定させてから、第２のＧａＮバリア層を成長させた。第２のＧａＮバリア層の成長条件および成長時間は、第１のＧａＮバリア層と同じとした。
【００７２】
第２のＧａＮバリア層の成長が完了したら、成長炉内へのＴＭＧの供給を停止するとともに、基板を加熱するヒータをオフにし、成長炉内に流すアンモニアの流量を５ＳＬＭに下げた。その後は、実施例１と同じ要領で成長炉から基板（エピウェハ）を取り出した。
【００７３】
（ii）ＳＥＭ−ＣＬ分析
上記手順にて作製したウェハサンプルについて、上面側からＳＥＭ−ＣＬ分析を行った。電子ビームの加速電圧は３ｋＶ、ビーム電流は１００ｐＡとした。ディテクターには光電子増倍管を用い、測定はパンクロマティック（非分光）モードで行った。図２２（ａ）にサンプルの二次電子像、図２２（ｂ）に同一視野のＣＬ像を示す。図２２（ｂ）によれば、基板上に横たわる六角棒の６つの側面のうち、ウェハサンプルの上面側から視認できる３つの側面はいずれも発光している。このことは、ＳＱＷ構造が、基板上に横たわる六角棒状ＧａＮ結晶の側面のうち、基板に水平な面（図３における側面４４）の上だけに形成されるのではないことを示している。
【００７４】
更に、図２２（ｂ）中の丸印に示すように、六角棒の側面のほぼ中央一点に電子ビームの照射位置を固定してＣＬスペクトルを測定した。電子ビームの加速電圧は５ｋＶ、ビーム電流は１ｎＡとし、ディテクターにはＣＣＤを用いた。図２３に示すように、４６０ｎｍ近傍にピークを有するＳＱＷ構造からの発光が明瞭に確認できた。
【００７５】
（iii）内部量子効率の評価
試料への照射光を連続波(Continuous Wave: CW)としたＣＷ−ＰＬ測定を行なうことに
より、ＳＱＷの内部量子効率を評価した。
ＣＷ−ＰＬ測定で用いた光学系のブロック図を図２４に示す。励起光源には波長３７５ｎｍの半導体レーザを用い、レーザ光の強度をＮＤフィルタで調整した後、偏光解消子を通して、クライオスタットの内部に納めた試料に照射した。試料からのＰＬ光はλ/４波
長板を通して分光器で分光した後、光増倍管で計測した。データ収集は制御用コンピュータにて行った。試料温度は１３Ｋおよび３００Ｋとし、試料表面でのレーザパワーは５０
Ｗ/ｃｍ２とした。
【００７６】
測定によってＩ（１３Ｋ）（１３ＫにおけるＰＬの積分強度）とＩ（３００Ｋ）（３００ＫにおけるＰＬの積分強度）とを求め、前者を１として相対的に表した後者の値、すなわち、I（３００Ｋ）／Ｉ（１３Ｋ）を内部量子効率の指標として算出した。結果を表１
に示す。表１には、比較のために、ｍ面ＧａＮ基板上に平坦に成長させたＭＱＷ（多重量子井戸）について、同様の測定に基づいて求めたI（３００Ｋ）／Ｉ（１３Ｋ）を示す（
比較例３）。
【００７７】
【表１】
2013201412.tif 000003
【００７８】
４−５．比較例３
比較例３のサンプルは、（０００１）方向のオフ角が−０．０５５°、（−１２−１０）方向のオフ角が−０．０３５°である、７．５ｍｍ×１５ｍｍの矩形のｍ面ＧａＮ基板（厚さ３１７μｍ）上に、第１のアンドープＧａＮ層、第１のＳｉドープＧａＮ層、第２のアンドープＧａＮ層、第２のＳｉドープＧａＮ層、ＭＱＷ構造を順次成長させることにより作製した。使用したキャリアガスは全て窒素ガスである。
第１のアンドープＧａＮ層は、基板温度を１０４０℃、アンモニアガス流量を１０ＳＬＭ、Ｖ／ＩＩＩ比を２５８８として、４０秒間成長させた。第１のＳｉドープＧａＮ層は、基板温度を１０４０℃、アンモニアガス流量を１０ＳＬＭ、Ｖ／ＩＩＩ比を１６９０として、９３分間成長させた。第２のアンドープＧａＮ層は、基板温度を８２０℃、アンモニアガス流量を１４ＳＬＭ、Ｖ／ＩＩＩ比を４０３０として、４３１秒間成長させた。第２のＳｉドープＧａＮ層は、第２のアンドープＧａＮ層成長時と同じ基板温度、アンモニアガス流量およびＶ／ＩＩＩ比で、シランを追加的に供給しながら８９秒間成長させた。
【００７９】
次に、再びシランを停止して、ＧａＮバリア層を成長させた。このときの基板温度は８２０℃、アンモニアガス流量は１４ＳＬＭ、Ｖ／ＩＩＩ比は４３５２４とし、成長時間は５００秒間とした。ＧａＮバリア層の成長後、ＴＭＧの供給を停止し、基板温度を１分間かけて７８０℃まで低下させた。基板温度が所定値まで下がった後、更に１分間待機して基板温度を安定させてから、ＴＭＧとトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を炉内に供給してＩｎＧａＮウェル層を成長させた。このときのＴＭＧ供給量は第１のバリア層を成長させるときと同じとし、ＴＭＩ供給量はＴＭＧの３．７倍（モル比）とした。成長時間は６０秒とした。
【００８０】
ＩｎＧａＮウェル層の成長後、ＴＭＧとＴＭＩの供給を停止し、基板温度を１分間かけて８２０℃まで上昇させた。基板温度が所定値まで上がった後、更に１分間待機して基板温度を安定させてから、再びＧａＮバリア層を成長させた。この操作を繰り返すことにより、最下層および最上層をバリア層とする、３層の井戸層と４層のバリア層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を形成した。３層の井戸層の成長条件、４層のバリア層の成長条件は、それぞれ同じとした。
【００８１】
最後のＧａＮバリア層の成長が完了したら、成長炉内へのＴＭＧの供給を停止するとともに、基板を加熱するヒータをオフにし、成長炉内に流すアンモニアの流量を１４ＳＬＭから５ＳＬＭに下げた。その後は、実施例１と同じ要領で成長炉から基板（エピウェハ）を取り出した。
【符号の説明】
【００８２】
１  半導体構造
１０  ベース結晶
２０  成長マスク
３０  連結部
４０  六角棒
【図１】
2013201412.tif 000004
【図２】
2013201412.tif 000005
【図３】
2013201412.tif 000006
【図４】
2013201412.tif 000007
【図５】
2013201412.tif 000008
【図６】
2013201412.tif 000009
【図７】
2013201412.tif 000010
【図８】
2013201412.tif 000011
【図９】
2013201412.tif 000012
【図１０】
2013201412.tif 000013
【図１１】
2013201412.tif 000014
【図１２】
2013201412.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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