(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルク結晶基板上に、第１の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜の上にインジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程と、
前記インジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜の上に、前記インジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜に対する気相エッチングのエッチング速度よりも遅いエッチング速度を有する第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程と、
前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜を、前記バルク結晶基板から分離し、エピタキシャル成長用基板とする工程
とを少なくとも有することを特徴とするエピタキシャル成長用基板の製造方法。
【請求項２】
前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜は、アルミニウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜であることを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル成長用基板の製造方法。
【請求項３】
前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜の上に、更に前記インジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜に対する気相エッチングのエッチング速度よりも遅いエッチング速度を有する第３の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程を有することを特徴とする請求項１又は２記載のエピタキシャル成長用基板の製造方法。
【請求項４】
前記第３の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜は、アルミニウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜であることを特徴とする請求項３記載のエピタキシャル成長用基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程に用いるガリウム原料は有機金属化合物ガスを用い、前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程に用いるガリウム原料は、金属ガリウムのハロゲン系化合物を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のエピタキシャル成長用基板の製造方法。
【請求項６】
前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜を、前記バルク結晶基板から分離する工程は、気相エッチングにより、前記インジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜の少なくとも一部を除去し、熱歪みにより前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜を、前記インジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜の部分で剥離することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のエピタキシャル成長用基板の製造方法。
【請求項７】
バルク結晶基板上に、第１の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜の上にインジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程と、
前記インジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜の上に、第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程と、
前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜の上に、更に前記インジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜に対する気相エッチングのエッチング速度よりも遅いエッチング速度を有する第３の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程と、
前記インジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエッチングにより除去して、前記第２及び第３の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜を、前記バルク結晶基板から分離し、エピタキシャル成長用基板とする工程と、
前記エピタキシャル成長用基板の上に、窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜の多層構造をエピタキシャル成長する工程と、
前記多層構造の最上層の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜に対して電極を形成する工程
とを少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程に用いるガリウム原料は有機金属化合物ガスを用い、前記第２の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程に用いるガリウム原料は、金属ガリウムのハロゲン系化合物を用いることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【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（ＧａＮ）系化合物半導体単結晶の気相成長技術に係り、特にエピタキシャル成長用の結晶性の優れたＧａＮ系化合物半導体単結晶基板の製造方法、及びこのＧａＮ系化合物半導体単結晶基板を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＮ系化合物半導体単結晶を材料に用いる青色半導体発光素子や電子デバイスが注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体の結晶を成長させる方法として、有機金属化合物気相成長法（以下「ＭＯＣＶＤ法」と呼ぶ。）が広く知られている。この方法は基板を設置した反応容器内に反応ガス（原料ガス）として、アンモニア（ＮＨ３）ガスと共に、有機金属化合物ガス（以下において「ＭＯガス」という。）を供給し、基板上に化合物半導体結晶のエピタキシャル成長層を成長させる方法である。例えばＧａＮのエピタキシャル成長層を成長させる場合には、III族ガスとしてＭＯガスのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）と、Ｖ族ガスとしてＮＨ３を使用する場合が多い。
【０００３】
このようにして成長させたＧａＮ系化合物半導体単結晶のエピタキシャル成長層を用いて半導体装置を製造する為には、エピタキシャル成長層の結晶性を格段に向上させることが半導体装置の特性改善のためには不可欠である。
【０００４】
例えばＭＯＣＶＤ法を用いてサファイア基板上に直接成長されたＧａＮ層の表面は、六角形のピラミッド状、或いは六角形状の成長パターンとなり、無数の凹凸が出来、その表面モフォロジーは極めて悪くなる欠点がある。表面に無数の凹凸がある表面モフォロジーの極めて劣悪な半導体の結晶層を使用して例えば青色発光ダイオード（以下において「ＬＥＤ」という。）等の半導体装置を作ることは、非常に歩留りが悪く、ほとんど不可能であった。
【０００５】
このような問題を解決するために、ＧａＮ系化合物半導体の結晶を成長させる前に、基板上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のバッファ層を成長させる方法（アプライド・フィジックス・レターズ第４８巻、1986年、第353頁、及び特開平２−２２９４７６号公報参照）や、ＧａＮのバッファ層を成長させる方法（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス第30巻、1991年、第L1715頁、及び特開平４−２９７０２３号公報参照）が提案されている。この方法は、サファイア基板上に、成長温度４００〜９００℃の低温で、膜厚が１０〜１２０ｎｍのバッファ層を設けるものである。この方法はバッファ層の上にＧａＮ層を成長させることによって、ＧａＮ半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを改善出来る特徴がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述の方法は、バッファ層の成長条件が厳しく制限され、しかも膜厚を非常に精度高く厳密に設定する必要があるため、非常に原料供給量を少なく制御する必要がある。従って、ＴＭＧ等のＭＯガスをガリウム原料に用いる場合にはさほどの困難を伴わずに実施することが出来るが、液体ガリウムに塩化水素（ＨＣｌ）ガスを接触させて塩化ガリウム（ＧａＣｌ）として供給する方式では、原料供給量の制御範囲は、ＭＯガスを用いる場合の制御範囲よりも遙かに高い供給量範囲となるため、制御性、再現性が極端に劣る。又、厚膜ＧａＮ系化合物半導体単結晶を得ようとする場合には、高い成長速度を確保出来る前述のＧａＣｌを供給する方式が一般的となる。特に最も大きな利点の一つとして、原料コストが挙げられる。ＭＯＣＶＤ法に比べて２から３桁程度低く抑えることが出来るという試算もある程である。しかしながら、この方式で成長させた厚膜ＧａＮ系化合物半導体単結晶の上に形成するＧａＮ系化合物半導体積層構造の結晶性及び表面モフォロジーを歩留り良改善することが困難であり、又、その結晶性及び表面モフォロジーは未だ実用的な半導体レーザ等を製造するのに供されるには至っておらず、格段の結晶性向上が求められていた。特に、「ナノパイプ」と呼ばれる比較的大きな結晶欠陥の存在は、半導体装置の特に信頼性を向上させるときの大きな障害となることが広く認識されている。
【０００７】
又、このような従来のＧａＮ系化合物半導体単結晶を用いた半導体装置では、エピタキシャル成長に用いるサファイア基板は絶縁性基板であり、サファイア基板の裏面より電極を取り出すことは出来ないという問題があった。このため、表面から所定のコンタクト層に達する電極取り出し用溝を形成し、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体層とｐ型ＧａＮ系化合物半導体層の両方に対して、同一表面側から電極を形成する必要がある。電極取り出し用溝の形成工程が必要の他、更にこの二つの電極の両方にワイヤーボンディング接続しなければならなかった。特に、ＧａＮ系化合物半導体単結晶はエッチングが困難な材料であり、電極取り出し用溝形成が困難であるため、製造工程が複雑となる。又、電極取り出し用溝を有する構造は、電極取り出し用溝の部分が一定の容積を占有するので、全体形状を小さくすることが出来ず、歩留りが低いという問題があった。特に、このような点は、集積化を行おうとする場合に顕著な障害となる問題であった。
【０００８】
本発明はこのような事情を鑑みてなされたもので、その目的は、結晶の完全性が高く、表面モフォロジーの優れたエピタキシャル成長用基板を簡単、且つ短時間に得られるエピタキシャル成長用基板の製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、低比抵抗のエピタキシャル成長用基板も簡単に得ることが可能なエピタキシャル成長用基板の製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、エピタキシャル成長用基板の上にエピタキシャル成長されるＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の欠陥密度が極めて低い半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、著しい電気的特性・光学的特性等の向上が得られる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、オーミック電極を形成することが容易で、製造工程が簡略され、製造歩留りの高い半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、（イ）バルク結晶基板上に、第１のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程（第１工程）と、（ロ）この第１のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の上にインジウム（Ｉｎ）を含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程（第２工程）と、（ハ）このＩｎを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の上に、第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程（第３工程）と、（ニ）第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜を、バルク結晶基板から分離し、エピタキシャル成長用基板とする工程（第４工程）とを少なくとも有するエピタキシャル成長用基板の製造方法であることである。
【００１４】
ここで、「バルク結晶基板」とは、サファイア基板等の融液成長法や、溶液成長法等で成長されたインゴットを、ダイアモンドブレード等で切り出し、所定の厚さ（例えば、厚さ１００μｍ乃至５００μｍ程度）に研磨・成形されたウェハである。ＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜のエピタキシャル成長用基板には、ＧａＮ系化合物半導体バルク単結晶が理想的ではあるが、現在良好なＧａＮ系化合物半導体バルク単結晶は、得られていない。そこで、ＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜のエピタキシャル成長用基板には、上記のサファイア基板の他に、６Ｈ−炭化珪素（ＳｉＣ）、３Ｃ−ＳｉＣ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等のバルク結晶基板を使用することが可能である。バルク結晶基板としてのサファイア基板は、例えば、
（ａ）ルツボ中の融液に種子結晶を挿入し、結晶を回転しながら垂直に引き上げる引き上げ法、
（ｂ）ルツボ中に型を設け、毛細管現象で上昇した融液に種子結晶を接合して、
型上端のエッジで結晶の形状を規制しながら引き上げるキャピラリー法、
（ｃ）原料の微粉末を酸水素火炎中で溶融し、耐火棒上の種子結晶上に累積させて育成する火炎溶融法、
（ｄ）底部中央に種子結晶を入れたルツボを熱交換器の上に乗せ、種子結晶を冷却しながら原料を加熱溶融した後、除冷して結晶を育成する熱交換器法、
等の方法でバルク成長可能である。
【００１５】
本発明の第１の特徴に係るエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、第１工程において第１のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜に形成された微小穴が、第２及び第３工程で埋め込まれて平坦化されるので、良好な表面モフォロジーと、良好な結晶の完全性を有したエピタキシャル成長用基板を得ることが出来る。従って、このエピタキシャル成長用基板の上にエピタキシャル成長されるＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の欠陥密度が低減される。
【００１６】
本発明の第１の特徴に係るエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、熱歪みにより、簡単にエピタキシャル成長用基板を分離出来るので、バルク結晶基板として堅いサファイア基板を用いた場合であっても、サファイア基板を研磨する必要も無い。即ち、サファイア基板等のバルク結晶基板を研磨してエピタキシャル成長用基板を得るのに比して、遙かに短時間で、エピタキシャル成長用基板が得られるので、生産性が高い。
【００１７】
本発明の第２の特徴は、（イ）バルク結晶基板上に、第１のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程（第１工程）と、（ロ）この第１のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の上にＩｎを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程（第２工程）と、（ハ）このＩｎを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の上に、第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程（第３工程）と、（ニ）第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜を、バルク結晶基板から分離し、エピタキシャル成長用基板とする工程（第４工程）と、（ホ）エピタキシャル成長用基板の上に、ＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の多層構造をエピタキシャル成長する工程（第５工程）と、（ヘ）多層構造の最上層のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜に対して電極を形成する工程（第６工程）とを少なくとも有する半導体装置の製造方法であることである。
【００１８】
本発明の第２の特徴に係る半導体装置の製造方法の第１工程から第４工程までは、前述の第１の特徴に係るエピタキシャル成長用基板の製造方法と同じである。即ち、前述の第１の特徴に係るエピタキシャル成長用基板の製造方法で得られたエピタキシャル成長用基板の上に、更に第５及び第６工程を付加して、半導体装置を製造する。第５工程のエピタキシャル成長は、前述のＭＯＣＶＤ法の他、ハロゲン輸送気相成長法等の他の気相成長法が採用可能である。更に、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）法、化学線エピタキシー法（ＣＢＥ）法、原子層エピタキシー法（ＡＬＥ）法、分子層エピタキシー法（ＭＬＥ）法等のエピタキシャル成長技術が採用出来る。
【００１９】
本発明の第１の特徴において述べたように、本発明のエピタキシャル成長用基板は、良好な表面モフォロジーと、良好な結晶の完全性を有している。従って、このエピタキシャル成長用基板の上に第５工程でエピタキシャル成長されるＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の欠陥密度は極めて低減される。例えば、転位密度として、従来技術よりも２桁低い１×１０５ｃｍ−２程度のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜を得ることが可能である。
【００２０】
本発明の第２の特徴に係る半導体装置の製造方法によれば、従来技術のように、サファイア基板のような絶縁性のバルク結晶基板では無く、低比抵抗のエピタキシャル基板を用いることが出来る。従って、低比抵抗（高不純物密度）のエピタキシャル基板の裏面に直接、金属電極をオーミック接触することも可能である。
【００２１】
本発明の第２の特徴に係る半導体装置は、半導体レーザやＬＥＤ等の半導体発光素子、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ショットキゲート型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、金属・絶縁膜・半導体接合型電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）等の種々の半導体装置に適用可能である。例えば、本発明の第２の特徴に係る半導体装置を、青色半導体発光素子とすれば、発光強度が飛躍的に増大する。更に、エピタキシャル基板の裏面に直接金属電極をオーミック接触出来るので、１素子当たり１回のワイヤーボンディングでよくなり、電極取り出し用のエッチング工程等も省略出来る。このため、製造工程が非常に簡略化され、生産性が向上する。特に、半導体レーザでは、結晶の完全性が良好なので、室温連続発振時の寿命が飛躍的に増大する。
【００２２】
なお、本発明の第１の特徴に係るエピタキシャル成長用基板の製造方法、及び第２の特徴に係る半導体装置の製造方法において、上記の第４工程は、気相エッチングにより、Ｉｎを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の少なくとも一部を除去し、更にこの後、熱歪みにより第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜を、Ｉｎを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の部分で剥離することが可能である。このため、第３工程においてエピタキシャル成長する第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜は、Ｉｎを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜に対する気相エッチングのエッチング速度よりも遅いエッチング速度を有するＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜であることが好ましい。第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜を、バルク結晶基板から、気相エッチングで分離するのが容易になるからである。例えば、第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜を、ＡｌＧａＮ等のＡｌを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜とすれば、気相エッチングのときのエッチング選択比を大きくすることが可能になる。
【００２３】
或いは、第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の上に、更にＩｎを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜に対する気相エッチングのエッチング速度よりも遅いエッチング速度を有する第３のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長する工程を有するようにしても良い。第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜を、バルク結晶基板から、気相エッチングで分離する際に、表面をエッチング速度の遅い第３のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜で被覆することにより、選択的なエッチングが容易になるからである。例えば、第３のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜を、ＡｌＧａＮ等のＡｌを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜とすれば、気相エッチングのときのエッチング選択比を大きくすることが可能になる。更に、ＡｌＧａＮ等のＡｌを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜のエピタキシャル成長を行うと、第１工程において第１のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜に形成される微小穴の大きさが更に小さくなり、更に良好な表面モフォロジーが安定して得られる。
【００２４】
更に、本発明の第１の特徴に係るエピタキシャル成長用基板の製造方法、及び第２の特徴に係る半導体装置の製造方法において、第１工程に用いるガリウム原料はＭＯガスを用い、第３工程に用いるガリウム原料は、金属ガリウムのハロゲン系化合物を用いることが好ましい。ガリウム原料としてのＭＯガスは、冒頭で述べたＴＭＧの他、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）等が使用可能である。即ち、第１工程は、比較的遅い成長速度のＭＯＣＶＤ法で、第３工程は、成長速度の速いハロゲン（ハイドライド）輸送気相成長法により行うことが可能である。ハロゲン輸送気相成長法としては、例えば、Ｇａ−ＨＣｌ−ＮＨ３系の塩化物（クロライド）輸送気相成長法が使用可能である。代表的には、成長速度２μｍ／ｈ程度のＭＯＣＶＤ法で第１工程を行い、成長速度１０μｍ／ｈ乃至６０μｍ／ｈ程度の高速のハロゲン輸送気相成長法で第３工程を行うことが可能である。このように、比較的遅い成長速度で、第１のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜のエピタキシャル成長を行い、その上に高速エピタキシャル成長した第２のＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜を形成することによって、初期に形成された微小穴を埋め込んで平坦化出来る。このため、厚さ３０μｍ乃至５００μｍ程度、好ましくは３０μｍ乃至３００μｍ程度の所望の厚さで、且つ良好な表面モフォロジーと、良好な結晶の完全性を有したエピタキシャル成長用基板を短時間で得ることが出来る。より好ましくは、エピタキシャル成長用基板の厚さを５０μｍ乃至２００μｍ程度とすれば良い。エピタキシャル成長用基板の厚さ３０μｍ以下では、機械的強度が問題になる場合もあり、又、エピタキシャル成長用基板の扱いが困難になるからである。エピタキシャル成長用基板の５００μｍ程度を越えると、成長時間が長くなり、生産性」が低下するので、現実的ではなくなる。又、エピタキシャル成長用基板の厚さが厚くなると、目的によっては、基板の抵抗や、キャリアの走行時間等が問題になるので、３００μｍ程度が好ましい。高速デバイスを形成する場合は、エピタキシャル成長用基板の厚さを８０μｍ乃至１００μｍ程度にすれば良い。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。先ず、最初に、本発明のエピタキシャル成長用基板の製造方法に用いる気相成長装置、及びエピタキシャル成長用基板の製造方法を説明する。その後、このエピタキシャル成長用基板を用いた半導体装置の製造方法を第１及び第３の実施の形態として説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す実施の形態の説明は、本発明の技術思想を具体化するための方法を例示するものであって、本発明は、これら例示された成長条件、ＭＯガスの種類、使用する材料等に限定されるものでは無い。
【００２６】
（塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置）
図１は、本発明のエピタキシャル成長用基板の製造方法に用いる塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置の概略構造を示す。この塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置は、塩化物輸送気相成長とＭＯＣＶＤ法の両方が連続的に可能な気相成長装置である。
【００２７】
図１に示すように、本発明の塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置の石英製反応容器２１には、一方のフランジを介して、ＮＨ３ガス導入管２２、ＨＣｌガス導入管２３、及びガス導入管２１が導入されている。対向する石英製反応容器２１の他方のフランジを介して、グラファイト製のサセプタ２６が、石英製反応容器２１中に導入されている。このグラファイト製のサセプタ２６には、本発明のバルク結晶基板としてのサファイア基板３０１が搭載される。更に、石英製反応容器２１には、排気管２５が接続され、ガスを排出出来る構成になっている。排気管２５には、図示を省略したターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプ、回転ポンプ等の真空ポンプからなる真空排気系が接続されている。石英製反応容器２１の周りには抵抗加熱ヒータ２７が配置されている。グラファイト製のサセプタ２６は、この抵抗加熱ヒータ２７によって加熱される。従って、サセプタ２６の上に直接置かれたサファイア基板３０１は、抵抗加熱ヒータ２７により加熱される。そして、ＮＨ３ガス導入管２２からＮＨ３ガスが、ＨＣｌガス導入管２３からＨＣｌガスが、それぞれ図示を省略したマスフローコントローラで流量制御されながら供給される。ガス導入管２１からは、ＴＭＧ，トリメチルインジウム（以下において「ＴＭＩ」という。）、トリメチルアルミニウム（以下「ＴＭＡ」と略する）等のＭＯガス、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）ガス等が、図示を省略したマスフローコントローラで流量制御されながら供給される。ガス導入管２１から、更にモノシランガス（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下「Ｃｐ２Ｍｇ」と略する）等のドーピングガスを供給することも可能である。これらのガスは排気管２５より排出される。図１では、ガス導入管２１は１本示されているが、ガスの種類に対応させて、複数のガス導入管２１を設けてもかまわない。
【００２８】
図１に示す塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置において、ＭＯＣＶＤ法を行うには、ＮＨ３ガス導入管２２からのＮＨ３ガスを供給し、同時にガス導入管２４からキャリアガスとしての水素ガス、窒素ガスと共に、ＭＯガスを石英製反応容器２１中に所定の流量で導入する。一方、塩化物輸送気相成長する場合は、ＮＨ３ガス導入管２２からＮＨ３を導入し、ＨＣｌガス供給管２３からＨＣｌガスを導入する。導入されたＨＣｌガスは、液体ガリウム２９と反応し、
２Ｇａ＋２ＨＣｌ  ＝  ２ＧａＣｌ＋Ｈ２     ・・・・・・・（１）
なる反応により、ＧａＣｌガスが生成される。このＧａＣｌガスがＮＨ３ガスと共に、サセプタ２６の上に置かれたサファイア基板３０１の表面に供給されて、ＧａＮ単結晶薄膜がエピタキシャル成長する。このように、本発明の塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置は、ガスを切り替えることにより、同一の石英製反応容器２１の内部で、塩化物輸送気相成長とＭＯＣＶＤ法の両方の気相成長が連続的に実行可能である。
【００２９】
（ＭＯＣＶＤ装置）
図２は、本発明の半導体装置の製造方法に用いるＭＯＣＶＤ装置の概略構造を示す。石英製反応容器の一方のフランジを介して、ガス導入管３１が導入されている。対向する石英製反応容器の他方のフランジを介して、グラファイト製のサセプタ３３が、石英製反応容器中に導入されている。このグラファイト製のサセプタ３３には、後述する本発明のＧａＮエピタキシャル基板４０１が搭載される。更に、石英製反応容器には、排気管２５が接続され、ガスを排出出来る構成になっている。石英製反応容器の周りには高周波誘導加熱ヒータ３２が配置されている。この高周波誘導加熱ヒータ３２に５００ＫＨｚ乃至５ＭＨｚの高周波を印加することにより、グラファイト製のサセプタ３３が加熱される。従って、サセプタ３３の上に直接置かれたＧａＮエピタキシャル基板４０１も、所定の温度に加熱される。ガス導入管３１からは、ＴＭＧ，ＴＭＩ、ＴＭＡ等のＭＯガス、ＮＨ３ガス、ＨＣｌ、及びＳｉＨ４、Ｃｐ２Ｍｇ等のドーピングガス等がそれぞれ、図示を省略したタンク回路に設けられたマスフローコントローラで流量制御されて供給される。これらのガスは排気管２５より排出される。図２では、ガス導入管２１は１本のみ示されているが、ガスの種類に対応させて、複数のガス導入管２１を設けてもかまわない。
【００３０】
（エピタキシャル成長用基板の製造方法）
本発明者らは、一旦平坦にエピタキシャル成長されたＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の上に、更に新たなＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる際に、条件によって以下の二つの成長形態を取ることを見出した。即ち、
（ａ）塩化物輸送気相成長装置で、塩化物輸送気相成長法によりサファイア基板３０１上に厚いＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、一旦室温まで基板温度を下げ、塩化物輸送気相成長装置の反応容器からサファイア基板３０１を大気中に取り出す。そして、この後、別の成長装置、例えば図２に示すＭＯＣＶＤ装置にサファイア基板３０１入れて再成長する場合には、成長初期過程において、３次元島状成長が先ず起こり、それらが合体してから平坦にエピタキシャル成長する。
【００３１】
（ｂ）一方、図１に示すような塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置を用い、ＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をＭＯＣＶＤ法等でサファイア基板３０１上にエピタキシャル成長させた後に、同一石英製反応容器２１中で、連続して塩化物輸送気相成長法でＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる場合には、島状成長は起こらず、最初から平坦にエピタキシャル成長する。
【００３２】
更に、詳細な検討の結果、同じ塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置で再成長する場合でも、温度を下げて、一旦塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置から大気中に取り出し、再び石英製反応容器２１の内部にサファイア基板３０１を戻し再成長する場合は、再成長の初期には３次元島状成長から始まることが明らかになった。特にこの傾向は、ＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の成長速度が１０μｍ／ｈ以上の場合に顕著に見られる。
【００３３】
平坦なエピタキシャル成長を阻害する要素が、温度の上げ下げに起因するのか大気暴露することによる表面の酸化に起因するのか明確に分離して把握出来ている訳では無い。しかし、成長初期に３次元島状成長が発生するか否かの違いは、その上にエピタキシャル成長するＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の結晶の完全性に大きく影響を及ぼしていることが別の実験によって明らかになっている。即ち、ＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の表面を詳細に光学顕微鏡或いは電子顕微鏡観察すると、３次元島状成長から始まった場合には、六角形の穴が存在している場合が多い。又、３次元島状成長から始まった場合には、この穴の密度が格段に多く、且つ、穴の大きさが、遙かに大きい。従って、成長初期に３次元島状成長が発生した場合と、３次元島状成長を経ないで成長した場合とは歴然とした表面モフォロジーの違いが生じる。特に、ＡｌＧａＮ等のＡｌを含むＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜のエピタキシャル成長を行うと、穴の大きさが更に小さくなり、更に良好な平坦性が安定して得られることが、本発明者らの実験により明らかになっている。
【００３４】
更にそれぞれのＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長用基板の擬似表面とみなし、この擬似表面上に、半導体レーザに必要なクラッド層、活性層等の所定の積層構造をＭＯＣＶＤ法により再成長させた時の半導体レーザ動作のしきい値電流密度を比較すると、表面モフォロジーの違いが、成長層の結晶性に非常に大きな差となって現れる。しきい値電流密度が高い試料では、図１３に例を示すように、ＩｎＧａＮ多重量子井戸（以下において「ＭＱＷ」という。）構造の活性層部分で、下地の欠陥を引きずった微小穴の発生が起こり、ナノパイプと呼ばれる比較的大きな結晶欠陥が生じている（図中転位と示した部分参照。）。この結晶欠陥等に起因して、その後ファセット成長したと思われる部分が、ＭＱＷ層の右上に見られる。このような転位等の結晶欠陥がＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜中に存在するために、表面モフォロジーの悪い基板を用いた場合は、有効に半導体レーザ発振に寄与しない電流成分が増大し、しきい値電流密度が高くなる。
【００３５】
従って、表面モフォロジーが良好で、結晶の完全性が高いエピタキシャル成長用基板を用意し、このエピタキシャル成長用基板の上にエピタキシャル成長すれば、ＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の欠陥密度を低減出来る。そして、結晶の完全性が高いエピタキシャル成長用基板の表面にエピタキシャル成長することにより、半導体レーザ等の半導体装置を製造すれば、特性の優れ、安定した半導体装置が得られる。半導体装置が半導体レーザであれば、しきい値電流密度の低減が可能となる。
【００３６】
以下に、結晶の完全性が高いＧａＮエピタキシャル成長用基板、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル成長用基板、及びＡｌＧａＮエピタキシャル成長用基板の３種の基板について、その製造方法を具体的に説明する。先ず、ＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法を、図３及び図４を用いて説明する。
【００３７】
（イ）前処理工程（その１：サーマルクリーニング）：
先ず、本発明のバルク結晶基板としての、直径５０．８ｍｍのｃ面サファイア基板３０１を用意する。このｃ面サファイア基板３０１を、洗浄する。洗浄されたサファイア基板３０１を、図１に示す塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置のサセプタ２６の上に乗せる。次に、石英製の反応容器２１内を、排気管２５を介して真空ポンプ（図示せず）で排気した後、更に内部を窒素（Ｎ２）で置換する。その後、窒素ガスをガス導入管２４から反応容器２１内に供給しながら、サセプタ２６を抵抗加熱ヒータ２７によって基板温度が１０００℃になるように加熱する。この時、ＨＣｌ導入管２３から液体ガリウム（Ｇａ）２９にＨＣｌガスを０．１リットル／分程度供給すると、最終的なＧａＮエピタキシャル成長層の表面モフォロジーが良い。この状態を１０分間保持し、サーマルクリーニングを行う。
【００３８】
（ロ）前処理工程（その2：表面の窒化）：
ＨＣｌガスを止めた後に抵抗加熱ヒータ２７の温度を下げて、サセプタ温度が５００℃に安定するまで待つ。続いてガス導入管２５から水素（Ｈ２）と窒素の混合ガスを供給すると共に、ＮＨ３ガス導入管２２からＮＨ３ガスを供給する。ガス導入管２４から供給する水素ガスと窒素ガスの流量はそれぞれ１リットル／分、０．５リットル／分、ＮＨ３ガス導入管２２からＮＨ３ガスの流量は０．９５リットル／分とし、この状態で温度が安定するまで待ち、ｃ面サファイア基板３０１の表面の窒化を行う。
【００３９】
（ハ） 第１工程：
その後、ＧａＮ低温成長層３０２を形成するため、ＮＨ３ガス導入管２２からのＮＨ３ガスの供給を上記の流量に保ったままで、更に、ガス導入管２４からキャリアガスとしての水素ガス、窒素に加えて、ＴＭＧガスを３．７×１０−５モル／分で４分流す。この時、ＴＭＧと同時にＨＣｌガスを用い、その流量は０．１リットル／分とした。これにより、図３（ａ）に示すように、ｃ面サファイア基板３０１の表面に、膜厚５０ｎｍのＧａＮ低温成長層３０２が形成される。ＴＭＧとＨＣｌの供給を止めて、再び温度を上昇させてサセプタ２６の温度が再び１０００℃まで上昇した後、ガス導入管２４からＴＭＧを１．４×１０−４モル／分の流量でＮＨ３ガス０．９５リットル／分と共に供給して、ＭＯＣＶＤ法で約１時間の成長をする。これにより、図３（ａ）に示すように、ＧａＮ低温成長層３０２の上に、膜厚２μｍのＧａＮエピタキシャル成長層３０３を堆積する。
【００４０】
（ニ） 第２工程：
次に温度を７００℃まで下げ、ガス導入管２４から、再びＴＭＧガスを１．４×１０−５モル／分の流量で供給すると共に、ＴＭＩを２．７×１０−５モル／分の流量で供給する。同時にＨＣｌを０．１リットル／分で供給し、ＮＨ３ガス導入管２２からＮＨ３ガスを、流量０．９５リットル／分で供給し、６０分間維持し、図３（ａ）に示すように、ＧａＮエピタキシャル成長層３０３の上に、ＭＯＣＶＤ法で、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４を０．２μｍの膜厚で成長させる。
【００４１】
（ホ） 第３工程：
その後、ＴＭＩ、ＴＭＧ、ＨＣｌの供給を止め、ＮＨ３は流したままでサセプタ温度を１０００℃まで上昇させる。サセプタ温度が安定してから、ＨＣｌガスをＨＣｌガス供給管２３から導入し、液体ガリウム２９と反応させてＧａＣｌとして供給することで、約５０μｍ／ｈの成長速度で、ＧａＮエピタキシャル成長層３０５を塩化物輸送気相成長する。この結果、図３（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４の上に、膜厚８０μｍのＧａＮエピタキシャル成長層３０５が、塩化物輸送気相成長により得られる。その後、液体ガリウムに供給していたＨＣｌガスを止め、代わりにＴＭＧとＨＣｌガスをガス供給管２４から流して１．６μｍ／ｈの成長速度で、ＧａＮエピタキシャル成長層３０６を、ＭＯＣＶＤ法で成長させる。この結果、図３（ｂ）に示すように、膜厚０．５μｍのＧａＮエピタキシャル成長層３０６が、ＧａＮエピタキシャル成長層３０５の上に連続的に成長する。
【００４２】
（ヘ） 第４工程：
そして、サセプタ温度を５００℃まで下げ、この温度において、石英製の反応容器２１内に、ガス導入管２５から水素を導入し、ガスエッチングをする。このガスエッチングは、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のみを選択的にエッチングするので、図４（ａ）に示すように、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のみに対してサイド・エッチングが進行する。このＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のガスエッチングは、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４が完全に消失するまで行う必要は無く、ある程度サイド・エッチングが進行した段階で止めて良い。そして、サイド・エッチングが進行した積層体を室温まで下げると、熱歪みにより、図４（ｅ）に示すように、ＧａＮエピタキシャル成長層３０５及びＧａＮエピタキシャル成長層３０６からなる積層体と、ＧａＮエピタキシャル成長層３０３より下のサファイア基板３０１までの積層体に剥離する。この剥離工程により、ＧａＮエピタキシャル成長層３０５及びＧａＮエピタキシャル成長層３０６からなる積層体が、ＧａＮエピタキシャル成長用基板（以下において「エピタキシャル基板」という。）４０１として得られる。
【００４３】
上記のような、本発明のＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、ＭＯＣＶＤ法で比較的遅い成長速度でＧａＮ単結晶薄膜３０３をエピタキシャル成長させた後に、ＩｎＧａＮ単結晶薄膜３０４のエピタキシャル成長を行い、その上に高速でＧａＮ単結晶薄膜３０５をエピタキシャル成長しているので、ＧａＮ単結晶薄膜３０５は、一度形成されてしまった微小穴を埋め込んで成長し、表面が平坦化する。つまり、本発明のＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、結晶の完全性が高く、表面モフォロジーの優れたＧａＮエピタキシャル基板４０１が簡単に製造出来る。
【００４４】
更に、熱歪みにより、簡単にＧａＮエピタキシャル成長層３０５及びＧａＮエピタキシャル成長層３０６からなる積層体と、ＧａＮエピタキシャル成長層３０３より下のサファイア基板３０１までの積層体に剥離するので、ＧａＮエピタキシャル基板４０１を得るために、堅いサファイア基板３０１を研磨する必要も無い。サファイア基板３０１は、モース堅さ９であるので、研磨に非常に長時間を要する。即ち、サファイア基板３０１を研磨して、ＧａＮエピタキシャル成長用基板を得るのに比して、遙かに短時間で、ＧａＮエピタキシャル基板４０１が得られるので、生産性が高い。
【００４５】
次に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法を、図５及び図６を用いて説明する。前処理工程、 第１工程及び 第２工程までは、前述のＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法と全く同じなので、重複した記載を省略し、第３工程以降を説明する。
【００４６】
（イ） 第３工程：
即ち、図５（ａ）に示すように、 第２工程において、ＧａＮエピタキシャル成長層３０３の上に、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４を成長させた後、ＴＭＩ、ＴＭＧ、ＨＣｌの供給を止め、ＮＨ３は流したままでサセプタ温度を１０００℃まで上昇させる。サセプタ温度が安定してから、ＨＣｌガスをＨＣｌガス供給管２３から導入し、液体ガリウム２９と反応させてＧａＣｌとして供給することで、約５０μｍ／ｈの成長速度で、ＧａＮエピタキシャル成長層３０５を成長する。この結果、図５（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４の上に、膜厚８０μｍのＧａＮエピタキシャル成長層３０５が得られる。その後、液体ガリウムに供給していたＨＣｌガスは流量を減らし、ガス供給管２４からＴＭＡと減らした量のＨＣｌガスを供給することで、約４０μｍ／ｈの成長速度で、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６を成長させる。ここで、ＡｌｘＧａ１−ｘＮエピタキシャル成長層３１６のＡｌの組成ｘは、
０．３＞ｘ≧０．０５                       ・・・・・（２）
程度に選定すれば良い。この範囲内の組成ｘであれば、以下の工程での気相エッチングにおけるＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４とのエッチング選択比が十分大きくとれ、しかも、ヘテロ接合に起因する格子歪みも小さく出来るからである。この結果、図５（ｂ）に示すように、膜厚１０μｍのＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６が、ＧａＮエピタキシャル成長層３０５の上に連続的に成長する。
【００４７】
（ロ） 第４工程：
そして、サセプタ温度を７００℃まで下げ、この温度において、石英製の反応容器２１内に、ガス導入管２５から水素を導入し、気相エッチングを行う。このガスエッチングは、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のみを選択的にエッチングするので、図６（ｃ）に示すように、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層のみに対してサイド・エッチングが進行する。このＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のガスエッチングは、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４が完全に消失するまで行う必要は無く、ある程度サイド・エッチングが進行した段階で止めて良い。そして、サイド・エッチングが進行した積層体を室温まで下げると、熱歪みにより、図６（ｄ）に示すように、ＧａＮエピタキシャル成長層３０５及びＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６からなる積層体と、ＧａＮエピタキシャル成長層３０３より下のサファイア基板３０１までの積層体に剥離する。この剥離工程により、ＧａＮエピタキシャル成長層３０５及びＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６からなる積層体が、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル成長用基板（以下において「ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板」という。）４１１として得られる。
【００４８】
上記のような、本発明のＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、ＭＯＣＶＤ法で比較的遅い成長速度でＧａＮ単結晶薄膜３０３をエピタキシャル成長させた後に、ＩｎＧａＮ単結晶薄膜３０４のエピタキシャル成長を行い、その上に高速でＧａＮ単結晶薄膜３０５をエピタキシャル成長しているので、ＧａＮ単結晶薄膜３０５は、一度形成されてしまった微小穴を埋め込んで成長し、表面が平坦化する。特に、上述したように、エピタキシャル成長層の表面に観察される六角形の微小穴の大きさが、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６のエピタキシャル成長を行うことにより、Ａｌを含まないＧａＮエピタキシャル成長層３０６の場合に比し、極めて小さくなり、更に良好な平坦性が得られる。つまり、本発明のＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、結晶の完全性が高く、表面モフォロジーの優れたＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１が短時間に、効率よく製造出来る。
【００４９】
又、最上層がＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６であるので、第４工程の気相エッチング時において、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６のエッチング速度に対するＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のエッチング速度で定義される「エッチング選択比」を２４００倍程度の大きな値にすることが出来る（Ａｌの組成ｘ＝０．１の場合）。一方、図４（ｄ）の場合の、最上層が、ＧａＮエピタキシャル成長層３０６の場合は、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のエッチング速度のＧａＮエピタキシャル成長層３０６のエッチング速度に対するエッチング選択比は４０倍程度であるので、十分に大きな選択比であることが分かる。つまり、過剰な気相エッチングが許容されるので、十分な気相エッチングにより、図６（ｃ）に示す剥離部の切り込みを深くすることが可能である。このため、その後の熱歪みによる剥離が容易になる。こうして、熱歪みにより、簡単にＧａＮエピタキシャル成長層３０５及びＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６からなる積層体と、ＧａＮエピタキシャル成長層３０３より下のサファイア基板３０１までの積層体に剥離するので、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１を得るために、堅いサファイア基板３０１を研磨する必要も無い。即ち、サファイア基板３０１を研磨して、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル成長用基板を得るのに比して、遙かに短時間で、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１が得られるので、生産性が高い。
【００５０】
上記のＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル成長用基板は、ＧａＮエピタキシャル成長層３０５の上層がＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６の積層構造であった。ＧａＮエピタキシャル成長層３０５の部分も、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層にしても良い。即ち、エピタキシャル成長用基板として剥離される部分の全部が、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層である場合について、図７を用いて説明する。前処理工程、 第１工程及び 第２工程は、前述のＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法と重複するので、その記載を省略し、第３工程から説明する。
【００５１】
（イ） 第３工程：
第２工程でＧａＮエピタキシャル成長層３０３の上にＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４を成長後、ＴＭＩ、ＴＭＧ、ＨＣｌの供給を止める。そして、ＮＨ３は流したままでサセプタ温度を１０００℃まで上昇させる。サセプタ温度が安定してから、ＴＭＡをガス供給管２４から導入する。更に、ＨＣｌガスをＨＣｌガス供給管２３から導入し、液体ガリウム２９と反応させてＧａＣｌとして供給することで、約２０μｍ／ｈの成長速度で、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１５を成長する。この結果、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４の上に、膜厚８０μｍのＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１５が得られる。その後、液体ガリウムに供給していたＨＣｌガスは流量を減らし、ガス供給管２４からＴＭＡと減らした量のＨＣｌガスを供給することで、約１０μｍ／ｈの成長速度で、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６を成長させる。この結果、膜厚１０μｍのＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６が、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１５の上に連続的に成長する（図示省略）。なお、ここで、ＡｌｘＧａ１−ｘＮエピタキシャル成長層３１６のＡｌの組成ｘは、上記（２）式で示される範囲程度に選定することが好ましい。
【００５２】
（ロ） 第４工程：
そして、サセプタ温度を７００℃まで下げ、この温度において、石英製の反応容器２１内に、ガス導入管２５から水素を導入し、気相エッチングを行う。このガスエッチングは、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のみを選択的にエッチングするので、図７（ａ）に示すように、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層のみに対してサイド・エッチングが進行する。このＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のガスエッチングは、ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４が完全に消失するまで行う必要は無く、ある程度サイド・エッチングが進行した段階で止めて良い。そして、サイド・エッチングが進行した積層体を室温まで下げると、熱歪みにより、図７（ｂ）に示すように、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１５及びＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６からなる積層体と、ＧａＮエピタキシャル成長層３０３より下のサファイア基板３０１までの積層体に剥離する。この剥離工程により、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１５及びＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６からなる積層体が、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長用基板（以下において「ＡｌＧａＮエピタキシャル基板」という。）４２１として得られる。
【００５３】
上記のような、本発明のＡｌＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、ＭＯＣＶＤ法で比較的遅い成長速度（典型的には２μｍ／ｈ程度）でＧａＮ単結晶薄膜３０３をエピタキシャル成長させた後に、ＩｎＧａＮ単結晶薄膜３０４のエピタキシャル成長を行い、その上に高速でＡｌＧａＮ単結晶薄膜３１５をエピタキシャル成長しているので、ＡｌＧａＮ単結晶薄膜３１５は、一度形成されてしまった微小穴を埋め込んで成長し、表面が平坦化する。特に、エピタキシャル成長層の表面に観察される六角形の微小穴の大きさが、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１５，３１６のエピタキシャル成長を行うことにより、Ａｌを含まないＧａＮエピタキシャル成長層３０５，３０６の場合に比し、極めて小さくなり、極めて良好な平坦性が得られる。つまり、本発明のＡｌＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、結晶の完全性が高く、表面モフォロジーの優れたＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１が簡単に製造出来る。
【００５４】
更に、熱歪みにより、簡単にＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１５及びＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１６からなる積層体と、ＧａＮエピタキシャル成長層３０３より下のサファイア基板３０１までの積層体に剥離するので、ＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１を得るために、堅いサファイア基板３０１を研磨する必要も無く、遙かに短時間で、ＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１が得られるので、生産性が高い。特に、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１５及び３１６を用いているので、第４工程の気相エッチング時において、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層３１５，３１６のエッチング速度に対するＩｎＧａＮエピタキシャル成長層３０４のエッチング速度で定義される「エッチング選択比」が２４００倍程度の大きな値にすることが出来るので、十分な気相エッチングにより、図７（ａ）に示す剥離部の切り込みを深くすることが可能である。このため、その後の熱歪みによる剥離が容易になる。
【００５５】
（第１の実施の形態：半導体レーザの製造方法）
次に、このようにして得られたＧａＮエピタキシャル基板４０１を用いた本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法として、青色半導体レーザの製造方法を例に説明する。
【００５６】
先ず、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法が対象としている青色半導体レーザのデバイス構造について簡単に説明する。この青色半導体レーザは、図９（ｄ）に示すように、ＧａＮエピタキシャル基板４０１の上に、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２、ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０４、ＭＱＷ活性層４０５、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２を、この順に堆積した構造を基礎としている。図９（ｄ）に示すように、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０を貫通し、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９に達する凹部が設けられ、この凹部で分割された二つのｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０が電流ブロック層を構成している。従って、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９の凹部の部分のみを介して電流が流れ、ＭＱＷ活性層４０５において、効率よくレーザ発振するように構成されている。ＭＱＷ活性層４０５の両側をクラッド層となるｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３及びｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８で挟んだダブルヘテロ構造により、キャリアを閉じこめている。最上層のｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２は、高不純物密度のオーミックコンタクト層であり、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２には、アノード電極７１がオーミック接触するように形成されている。又、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２からｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２に達するカソード電極取り出し用溝が形成され、このカソード電極取り出し用溝の底部に露出したｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２にカソード電極７２が、オーミック接触するように形成されている。従って、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２は、高不純物密度のオーミックコンタクト層である。
【００５７】
図９（ｄ）に示す本発明の第１の実施の形態に係る青色半導体レーザは、以下に示すような工程で製造することが可能である。この、青色半導体レーザの基礎となる多層構造の連続エピタキシャル成長層は、図２に示すようなＭＯＣＶＤ装置を用いて成長する。
【００５８】
（イ）先ず、図２に示すようなＭＯＣＶＤ装置のガス導入管３１から水素、窒素、及びＮＨ３を供給しながら高周波（ＲＦ）加熱コイル３２に通電を開始し、サセプタ３３の上に置いたＧａＮエピタキシャル基板４０１を加熱し、サセプタ温度が１１５０℃になるように調整する。次いで、ＴＭＧと水素で希釈したＳｉＨ４の供給を開始し、珪素（Ｓｉ）添加のｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２を、図８（ａ）に示すように、ＧａＮエピタキシャル基板４０１の上に膜厚４μｍで成長する。その後、ＴＭＡを追加供給することによって、珪素添加のｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３を、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２の上に、０．８μｍ成長する。ＴＭＡの供給を停止して引き続いてｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０４を、ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３の上に、０．１μｍ成長する。
【００５９】
（ロ）そして、ＴＭＧ、ＳｉＨ４の供給を停止した後、サセプタ温度を８００℃まで下げ、サセプタ温度が安定するまで待つ。サセプタ温度が、８００℃に安定してから、ＴＭＧとＴＭＩを供給し、もう１系統ずつ用意したＴＭＧとＴＭＩのラインを用いて４ペアのＩｎＧａＮ量子井戸（ＱＷ）構造からなる活性層（以下において「ＭＱＷ活性層」という。）４０５を、図８（ａ）に示すように堆積する。ＭＱＷ活性層４０５は、量子井戸層としてＩｎ組成１４％で、厚さ３．５ｎｍのＩｎＧａＮエピタキシャル成長層、量子障壁層としてＩｎ組成３％で厚さ７ｎｍのＩｎＧａＮエピタキシャル成長層を用い、これらのエピタキシャル成長層を周期的に交互に堆積して形成する。
【００６０】
（ハ）ＴＭＩとＴＭＧの供給を停止してから、サセプタ温度を１１５０℃に戻す。サセプタ温度が１１５０℃に安定してから、ＴＭＧ、ＴＭＡ及びＣｐ２Ｍｇを供給して、マグネシウム（Ｍｇ）添加のｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６を、ＭＱＷ活性層４０５の上に、０．０４μｍ成長させる。続いてＴＭＡを切り、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７を、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６の上に、０．１μｍ成長させる。再度ＴＭＡを追加供給してｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８を、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７の上に０．８μｍ成長させる。続いて、ＴＭＡの供給を停止してそのままマグネシウム添加のｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９を、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８の上に、１μｍ成長させる。その後、Ｃｐ２Ｍｇの供給を停止すると同時に水素で希釈したＳｉＨ４ガスを供給してｎ型のＧａＮエピタキシャル成長層４１０を、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９の上に、０．１μｍ成長する。
【００６１】
（ニ）その後、ＴＭＧとＳｉＨ４ガスの供給を停止し、高周波加熱コイル３２への通電を停止する。サセプタ温度が３５０℃まで下がったところで、ＮＨ３の供給を停止する。以上のようにして、図８（ａ）に示すような多層構造の連続エピタキシャル成長層が得られる。この得られた連続エピタキシャル成長層の上に、図示を省略したシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を、ＣＶＤ法で堆積する。そして、フォトリソグラフィ法及びテトラフルオロメタン（ＣＦ４）等のエッチング用ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、ＳｉＯ２膜をパターニングし、ｎ型のＧａＮエピタキシャル成長層４１０のエッチング用マスクを形成する。そして、このエッチング用マスク（ＳｉＯ２マスク）を用いて、例えば、塩素（Ｃｌ２）や、これに三塩化硼素（ＢＣｌ３ ）を加えたガスをエッチング用ガスとして用いたＲＩＥにより、連続エピタキシャル成長層をエッチングする。このＲＩＥは、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０を貫通し、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９に、図８（ｂ）に示すような凹部が形成されるまで掘る。
【００６２】
（ホ）凹部形成に用いたＳｉＯ２マスクを、弗化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）水溶液からなるＳｉＯ２エッチング液で取り除く。そして、もう一度、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＧａＮエピタキシャル基板４０１を、図２に示すＭＯＣＶＤ装置の中に導入する。このときも、ＮＨ３を流したままで高周波加熱コイル３２による加熱を開始して、１１５０℃で安定したところで、表面処理をする。そして、サセプタ温度１１５０℃において、ＴＭＧとＣｐ２Ｍｇを供給し、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１を成長させる。但しこのｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１成長時のＣｐ２Ｍｇ量は、先に成長したｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９の時と同じ量とし、１μｍの成長により、先ず掘った凹部を埋める。このｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１の上に、図８（ｂ）に示すように、更に、Ｃｐ２Ｍｇを急に３倍の量に増やしたｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２を成長させる。その後、ＴＭＧの供給を停止し、高周波加熱コイル３２への通電を停止する。サセプタ温度が８５０℃まで下がったところで、ＮＨ３の供給を停止する。この後、更にサセプタ温度が室温近傍まで下がったところで、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＧａＮエピタキシャル基板４０１を、ＭＯＣＶＤ装置から取り出し、最表面となるｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の表面状態を肉眼及び光学顕微鏡で詳細観察する。この肉眼及び光学顕微鏡による詳細観察では、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の表面には、穴やうねり等の特徴的な模様等は観察されなかった。更に、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＧａＮエピタキシャル基板４０１の周辺部の一部を切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する。この断面ＳＥＭ観察により、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の最表面から、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２までの距離を測定する。
【００６３】
（ヘ）次に、連続エピタキシャル成長層の最上層のｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２上に、ＳｉＯ２膜６１を、ＣＶＤ法で堆積する。そして、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥにより、ＳｉＯ２膜６１をパターニングし、図９（ｃ）に示すように、連続エピタキシャル成長層にカソード電極取り出し用溝を形成するためのエッチング用マスク６１を形成する。そして、先に、断面ＳＥＭ観察により確認したｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２からｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２までの厚さを基にして、カソード電極取り出し用溝のエッチング条件を決定する。ＳｉＯ２膜マスク６１を用いたＲＩＥによって、図９（ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２が露出するまで掘る。このＲＩＥは、例えば、Ｃｌ２や、これにＢＣｌ３ を加えたエッチングガスなどを用いて行えば良い。
【００６４】
（ト）次に、エッチング用マスク６１としてのＳｉＯ２膜６１を残したまま、全面にｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２に対するカソード電極７２用の金属薄膜としてチタン（Ｔｉ）を２０ｎｍ、金（Ａｕ）を４００ｎｍを、周知の真空蒸着法やスパッタ法などを用いて堆積する。この後、ＳｉＯ２膜６１を、ＮＨ４Ｆ水溶液等のＳｉＯ２エッチング液で除去する。この結果、図９（ｄ）に示すように、いわゆるリフトオフ工程により、カソード電極取り出し用溝の底部のみに、選択的にカソード電極７２がパターニングされる。ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２へのカソード電極７２の金属材料としては、Ｔｉ、Ａｕの他に、Ａｌ、Ｉｎの単層、或いはＴｉやＡｕを含めた積層構造や合金も可能である。その後、新たなＳｉＯ２膜をＣＶＤ法で堆積する。そして、フォトリソグラフィ法及びＣＦ４等のエッチング用ガスを用いたＲＩＥにより、この新たなＳｉＯ２膜をパターニングし、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の上部が露出するように、新たなＳｉＯ２膜の一部に開口部を形成する。そして、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２に対するアノード電極７１用の金属薄膜として、ニッケル（Ｎｉ）を２０ｎｍ、Ａｕを４００ｎｍ、真空蒸着法やスパッタ法などを用いて堆積する。ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２へのアノード電極７１用の金属材料としては、Ｎｉ／Ａｕの積層構造の他に、パラジウム（Ｐｄ）、Ｔｉ、白金（Ｐｔ），Ｉｎの単層、或いはＮｉやＡｕを含めた積層構造、合金でも可能である。この後、ＳｉＯ２膜を、除去（リフトオフ）すれば、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の頂部の一部のみに、図９（ｄ）に示すように、アノード電極７１がパターニングされる。この後８００℃で５分間、若しくは７００℃で２０分間程度、窒素雰囲気中で熱処理を行うことでカソード電極７２、アノード電極７１共に、良好なオーミック電極特性が得られる。
【００６５】
以上のような本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法により得られた半導体レーザは、７０℃で特性の測定を実施したところ、５ｍＷの電力負荷条件で連続発振していることが確認出来た。この状態で寿命試験を続行し、動作電流が２倍になるまでの寿命を測定した。寿命を測定した素子は全数で２３０個であったが、５０００時間の寿命を示した素子は２１２個であった。
【００６６】
一方、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を用いない方法で作成した半導体レーザは１枚のサファイア基板上に数多く作成された素子の内、連続発振する素子は３０個だけであった。又、その時５Ｖ、２０ｍＡで室温にて連続発振していたが、５０００時間の寿命を持つ素子は無かった。従って、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、従来の半導体装置の製造方法に比べると格段の進歩であることが確認出来た。
【００６７】
このように本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体レーザの動作寿命を飛躍的に向上させることが出来ることが分かる。更に、ＧａＮエピタキシャル基板４０１面内での特性分布も顕著な特徴が見られず、素子の歩留りが高くなることに大きく寄与していることも同時に確かめられた。ＭＱＷ活性層４０５付近の断面をＳＥＭ観察を実施したが、観察した範囲内には図１３に見られたような、欠陥に起因するファセット成長を起こしたような部分は見られなかった。
【００６８】
次に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１を用いた本発明の第１の実施の形態の変形例（第１の変形例）に係る半導体装置（青色半導体レーザ）の製造方法を説明する。図１０（ｂ）に示す本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る青色半導体レーザは、既に説明した図８（ａ）〜図９（ｄ）と同様な工程で製造することが可能である。
【００６９】
（イ）先ず、図２に示すＭＯＣＶＤ装置のガス導入管３１から水素、窒素、及びＮＨ３を供給しながらＲＦ加熱コイル３２に通電を開始し、サセプタ３３の上に置いたＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１を加熱し、サセプタ温度が１１５０℃になるように調整する。次いで、ＴＭＧとＳｉＨ４の供給を開始し、Ｓｉ添加のｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２を、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１の上に成長する。その後、ＴＭＡを追加供給することによって、Ｓｉ添加のｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３を、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２の上に成長する。ＴＭＡの供給を停止して引き続いてｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０４を、ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３の上に成長する。そして、ＴＭＧ、ＳｉＨ４の供給を停止した後、サセプタ温度を８００℃まで下げ、サセプタ温度が安定するまで待つ。サセプタ温度が、８００℃に安定してから、ＴＭＧとＴＭＩを供給し、もう１系統ずつ用意したＴＭＧとＴＭＩのラインを用いて４ペアのＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層４０５を堆積する。ＴＭＩとＴＭＧの供給を停止してから、サセプタ温度を１１５０℃に戻す。サセプタ温度が１１５０℃に安定してから、ＴＭＧ、ＴＭＡ及びＣｐ２Ｍｇを供給して、Ｍｇ添加のｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６を、ＭＱＷ活性層４０５の上に成長させる。続いてＴＭＡを切り、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７を、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６の上に成長させる。再度ＴＭＡを追加供給してｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８を、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７の上に成長させる。続いて、ＴＭＡの供給を停止してそのままＭｇ添加のｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９を、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８の上に成長させる。その後、Ｃｐ２Ｍｇの供給を停止すると同時にＳｉＨ４ガスを供給してｎ型のＧａＮエピタキシャル成長層４１０を、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９の上に成長する。その後、ＴＭＧとＳｉＨ４ガスの供給を停止し、ＲＦ加熱コイル３２への通電を停止する。サセプタ温度が３５０℃まで下がったところで、ＮＨ３の供給を停止する。以上のようにして、図１０（ａ）に示すような多層構造の連続エピタキシャル成長層が得られる。
【００７０】
（ロ）次に、図１０（ａ）に示す連続エピタキシャル成長層の上に、図示を省略したＳｉＯ２膜を堆積する。そして、ＳｉＯ２膜をパターニングし、ｎ型のＧａＮエピタキシャル成長層４１０のエッチング用マスクを形成する。そして、このエッチング用マスク（ＳｉＯ２マスク）を用いて、例えば、ＲＩＥにより、連続エピタキシャル成長層をエッチングする。このＲＩＥは、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０を貫通し、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９に、凹部が形成されるまで掘る。凹部形成に用いたＳｉＯ２マスクを、ＳｉＯ２エッチング液で取り除く。そして、もう一度、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１を、図２に示すＭＯＣＶＤ装置の中に導入する。このときも、ＮＨ３を流したままでＲＦ加熱コイル３２による加熱を開始して、１１５０℃で安定したところで、表面処理をする。そして、サセプタ温度１１５０℃において、ＴＭＧとＣｐ２Ｍｇを供給し、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１を成長させる。但しこのｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１成長時のＣｐ２Ｍｇ量は、先に成長したｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９の時と同じ量とし、１μｍの成長により、先ず掘った凹部を埋める。このｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１の上に、更に、Ｃｐ２Ｍｇを急に３倍の量に増やしたｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２を成長させる。その後、ＴＭＧの供給を停止し、ＲＦ加熱コイル３２への通電を停止する。サセプタ温度が８５０℃まで下がったところで、ＮＨ３の供給を停止する。この後、更にサセプタ温度が室温近傍まで下がったところで、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１を、ＭＯＣＶＤ装置から取り出し、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１の周辺部の一部を切断し、その切断面をＳＥＭ観察する。この断面ＳＥＭ観察により、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の最表面から、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２までの距離を測定する。
【００７１】
（ハ）次に、連続エピタキシャル成長層の最上層のｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２上に、ＳｉＯ２膜６１を堆積する。そして、ＳｉＯ２膜６１をパターニングし、連続エピタキシャル成長層にカソード電極取り出し用溝を形成するためのエッチング用マスク６１を形成する。そして、先に、断面ＳＥＭ観察により確認したｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２からｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２までの厚さを基にして、カソード電極取り出し用溝のエッチング条件を決定する。ＳｉＯ２膜マスク６１を用いたＲＩＥによって、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２が露出するまで掘る。次に、エッチング用マスク６１としてのＳｉＯ２膜６１を残したまま、全面にｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２に対するカソード電極７２用の金属薄膜としてＴｉ／Ａｕを堆積する。この後、ＳｉＯ２膜６１をＳｉＯ２エッチング液で除去する。この結果、図１０（ｂ）に示すように、カソード電極取り出し用溝の底部のみに、選択的にカソード電極７２がパターニングされる。その後、新たなＳｉＯ２膜を堆積する。そして、この新たなＳｉＯ２膜をパターニングし、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の上部が露出するように、新たなＳｉＯ２膜の一部に開口部を形成する。そして、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２に対するアノード電極７１用の金属薄膜として、Ｎｉ／Ａｕを堆積する。この後、ＳｉＯ２膜を、除去（リフトオフ）すれば、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の頂部の一部のみに、図１０（ｂ）に示すように、アノード電極７１がパターニングされる。この後８００℃で５分間、若しくは７００℃で２０分間程度、窒素雰囲気中で熱処理を行うことでカソード電極７２、アノード電極７１共に、良好なオーミック電極特性が得られる。
【００７２】
以上のような本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置の製造方法により、半導体レーザの動作寿命を飛躍的に向上させることが出来る。更に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１面内での特性分布も顕著な特徴が見られず、素子の歩留りが高くなることに大きく寄与していることも同時に確かめられた。ＭＱＷ活性層４０５付近の断面をＳＥＭ観察を実施したが、観察した範囲内には図１３に見られたような、欠陥に起因するファセット成長を起こしたような部分は見られなかった。特に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１の最上層にＡｌＧａＮ層が存在するので、その上に多層エピタキシャル成長した結晶の格子歪みが緩和され、良好な結晶性が達成され、半導体レーザの動作寿命が飛躍的に向上している。
【００７３】
次に、ＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１を用いた本発明の第１の実施の形態の他の変形例（第２の変形例）に係る半導体装置（青色半導体レーザ）の製造方法を説明する。図１１（ｂ）に示す本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る青色半導体レーザも、第１の変形例と同様に、既に説明した図８（ａ）〜図９（ｄ）と類似な工程で製造することが可能である。
【００７４】
（イ）先ず、図２に示すＭＯＣＶＤ装置のサセプタ３３の上に置いたＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１を加熱し、サセプタ温度が１１５０℃において、ＴＭＧとＳｉＨ４の供給を開始し、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２を、ＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１の上に成長する。その後、ＴＭＡを追加供給することによって、ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３を、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２の上に成長する。ＴＭＡの供給を停止してｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０４を、ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３の上に成長する。そして、ＴＭＧ、ＳｉＨ４の供給を停止した後、サセプタ温度を８００℃まで下げ、ＴＭＧとＴＭＩのラインを用いてＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層４０５を堆積する。ＴＭＩとＴＭＧの供給を停止してから、サセプタ温度を１１５０℃に戻し、ＴＭＧ、ＴＭＡ及びＣｐ２Ｍｇを供給して、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６を、ＭＱＷ活性層４０５の上に成長させる。続いてＴＭＡを切り、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７を、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６の上に成長させる。再度ＴＭＡを追加供給してｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８を、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７の上に成長させる。続いて、ＴＭＡの供給を停止してそのままｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９を、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８の上に成長させる。その後、Ｃｐ２Ｍｇの供給を停止すると同時にＳｉＨ４ガスを供給して、ｎ型のＧａＮエピタキシャル成長層４１０を、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９の上に成長する。その後、ＴＭＧとＳｉＨ４ガスの供給を停止し、サセプタ温度が３５０℃まで下がったところで、ＮＨ３の供給を停止する。以上のようにして、図１１（ａ）に示すような多層構造の連続エピタキシャル成長層が得られる。
【００７５】
（ロ）次に、図１１（ａ）に示す連続エピタキシャル成長層の上に、ＳｉＯ２膜を堆積する。そして、ＳｉＯ２膜をパターニングし、ｎ型のＧａＮエピタキシャル成長層４１０のエッチング用マスクを形成する。そして、このエッチング用マスクを用いて、連続エピタキシャル成長層をエッチングする。このエッチングは、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０を貫通し、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９に、凹部が形成されるまで掘る。凹部形成に用いたＳｉＯ２マスクを、ＳｉＯ２エッチング液で取り除く。そして、もう一度、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１をＭＯＣＶＤ装置の中に導入する。そして、サセプタ温度１１５０℃において、ＴＭＧとＣｐ２Ｍｇを供給し、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１を成長させ、掘った凹部を埋める。このｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１の上に、更に、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２を成長させる。その後、ＴＭＧの供給を停止し、サセプタ温度が８５０℃まで下がったところで、ＮＨ３の供給を停止する。この後、更にサセプタ温度が室温近傍まで下がったところで、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１を、ＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
【００７６】
（ハ）次に、連続エピタキシャル成長層の最上層のｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２上に、ＳｉＯ２膜６１を堆積する。そして、ＳｉＯ２膜６１をパターニングし、連続エピタキシャル成長層にカソード電極取り出し用溝を形成するためのエッチング用マスク６１を形成する。そして、ＳｉＯ２膜マスク６１を用いたＲＩＥによって、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２が露出するまで掘る。次に、エッチング用マスク６１としてのＳｉＯ２膜６１を残したまま、全面にｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２に対するカソード電極７２用の金属薄膜としてＴｉ／Ａｕを堆積する。この後、ＳｉＯ２膜６１をＳｉＯ２エッチング液で除去する。この結果、図１１（ｂ）に示すように、カソード電極取り出し用溝の底部のみに、選択的にカソード電極７２がパターニングされる。その後、新たなＳｉＯ２膜を堆積する。そして、この新たなＳｉＯ２膜をパターニングし、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の上部が露出するように、新たなＳｉＯ２膜の一部に開口部を形成する。そして、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２に対するアノード電極７１用の金属薄膜として、Ｎｉ／Ａｕを堆積する。この後、ＳｉＯ２膜を、除去（リフトオフ）すれば、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２の頂部の一部のみに、図１１（ｂ）に示すように、アノード電極７１がパターニングされる。この後、窒素雰囲気中で熱処理を行うことでカソード電極７２、アノード電極７１共に、良好なオーミック電極特性が得られる。
【００７７】
以上のような本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る半導体装置の製造方法により、半導体レーザの動作寿命を飛躍的に向上させることが出来る。更に、ＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１面内での特性分布も顕著な特徴が見られず、素子の歩留りが高くなることに大きく寄与していることも同時に確かめられた。ＭＱＷ活性層４０５付近の断面をＳＥＭ観察を実施したが、観察した範囲内には図１３に見られたような、欠陥に起因するファセット成長を起こしたような部分は見られなかった。特に、ＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１を用いているため、その上に多層エピタキシャル成長した結晶の格子歪みが緩和され、良好な結晶性が達成されているので、半導体レーザの動作寿命が飛躍的に向上している。
【００７８】
（第２の実施の形態：半導体レーザの製造方法）
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る青色半導体レーザの構造を示す。本発明の半導体装置の製造方法は、従来技術のように、ｃ面サファイア基板のような３０１絶縁性のバルク結晶基板を用いるのでは無く、低比抵抗のＧａＮエピタキシャル基板４０１を用いることが出来る点に特徴がある。従って、図１２に示すように、低比抵抗（高不純物密度）のＧａＮエピタキシャル基板４０１の裏面に直接、Ｔｉ／Ａｕ等のカソード電極７２がオーミック接触されている。ＧａＮエピタキシャル基板４０１は、図３（ｃ）に示すエピタキシャル成長時に、Ｓｉを７×１０１７ｃｍ−３乃至２×１０１９ｃｍ−３程度にドーピングしておけば良い。そして、この高不純物密度のＧａＮエピタキシャル基板４０１の上に、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２、ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０４、ＭＱＷ活性層４０５、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５１、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２をこの順に堆積した構造を基礎としている。図１２に示すように、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０を貫通し、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９に達する凹部が設けられ、分割された二つの、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０が電流ブロック層を構成している。従って、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９の凹部の部分のみを介して電流が流れ、ＭＱＷ活性層４０５において、効率よくレーザ発振するように構成されている。ＭＱＷ活性層４０５の両側をクラッド層となるｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３及びｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８で挟んだダブルヘテロ構造により、キャリアを閉じこめている。最上層のｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２は、高不純物密度のオーミックコンタクト層であり、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２には、Ｎｉ／Ａｕ等のアノード電極７１がオーミック接触するように形成されている。図９と異なり、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層５２からｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２に達するカソード電極取り出し用溝は不要である。従って、前述のような、エッチング用マスク６１の形成工程や、このエッチング用マスク６１を用いたＲＩＥ工程が省略され、製造工程が簡略化される。又、高不純物密度のＧａＮエピタキシャル基板４０１の裏面に直接、カソード電極７２が形成されているので、１素子当たり１回のワイヤーボンディングで良いので、組み立て（アセンブル）工程が非常に簡略化される。又、１チップの上面にある電極取り出し用のコンタクト部は一つなので、高密度に集積化した回路の実現が容易である。
【００７９】
又、低比抵抗（高不純物密度）のＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１若しくはＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１の裏面に直接、Ｔｉ／Ａｕ等のカソード電極７２をオーミック接触した構造の半導体レーザも容易に製造可能である。これらの低比抵抗のＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１若しくはＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１は、それぞれ、図６（ｃ）及び図７（ａ）に示す積層体を得るためのエピタキシャル成長時に、Ｓｉを７×１０１７ｃｍ−３乃至２×１０１９ｃｍ−３程度にドーピングしておけば、容易に得ることが可能である。
【００８０】
（第３の実施の形態：ＬＥＤの製造方法）
第１及び第２の実施の形態の説明においては、半導体レーザの製造方法について説明したが、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体レーザの製造方法に限定されるものでは無い。本発明の第３の実施の形態においては、青色ＬＥＤの製造方法を説明する。この本発明の第３の実施の形態係る青色ＬＥＤの製造方法は、図３乃至図４に示した方法で用意したＧａＮエピタキシャル基板４０１の上に、ＭＯＣＶＤ法で所定の半導体層を連続的にエピタキシャル成長する技術を基礎としている。
【００８１】
（イ）先ず、図３乃至図４に示した方法で本発明のＧａＮエピタキシャル基板４０１を用意する。そして、図２に示すようなＭＯＣＶＤ装置を用い、このＧａＮエピタキシャル基板４０１の上に、図８（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２、ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０４、ＭＱＷ活性層４０５、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８及びｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９を、この順に連続的に成長する。上記の半導体レーザの製造方法と異なる点は、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９の上に、更に、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４１０を成長せず、連続エピタキシャル成長を終了する点である。即ち、予定の膜厚のｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９が成長したら、ＴＭＧの供給を停止し、高周波加熱コイル３２への通電を停止する。そして、サセプタ温度が８５０℃まで下がったところで、ＮＨ３の供給を停止する。この後、更にサセプタ温度が室温近傍まで下がったところで、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＧａＮエピタキシャル基板４０１を、ＭＯＣＶＤ装置から取り出す。そして、前述の実施の形態と同様に、連続エピタキシャル成長層が堆積されたＧａＮエピタキシャル基板４０１の周辺部の一部を切断し、その切断面をＳＥＭ観察する。この断面ＳＥＭ観察により、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９の最表面から、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２までの距離を測定する。
【００８２】
（ロ）次に、連続エピタキシャル成長層の最上層のｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９上に、アノード電極となる透明電極層を形成する。青色ＬＥＤの場合は、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９から、この面に垂直方向に光が取り出されるからである。具体的には、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）と称せられる錫（Ｓｎ）添加した酸化インジウム膜、酸化錫（ＳｎＯ２  ）膜のような金属の酸素膜を、ＣＶＤ法、真空蒸着法やスパッタ法などを用いて堆積する。或いは、Ａｕ膜等の金属を５ｎｍ程度に、十分薄く形成して透明電極として用いても良い。そして、ＳｉＯ２膜からなるエッチング用マスクを、透明電極層の上に形成する。そして、ＲＩＥ法で、ＳｉＯ２マスクを用いて、先ず透明電極層をパターニングする。更に、ＳｉＯ２マスクと透明電極層とからなる多層マスクを用いて、先に、断面ＳＥＭ観察により確認したｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９からｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２までの厚さを基にして、カソード電極取り出し用溝を堀り、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２を露出させる。
【００８３】
（ハ）次に、エッチング用マスクを残したまま、全面にｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２に対するカソード電極用の金属薄膜としてＴｉ／Ａｕ膜を、真空蒸着法やスパッタ法などを用いて堆積する。カソード電極は、特に透明電極である必要は無い。この後、ＳｉＯ２膜を、ＮＨ４Ｆ水溶液等のＳｉＯ２エッチング液で除去する（リフトオフする）。この結果、カソード電極取り出し用溝の底部のみに、選択的にカソード電極がパターニングされる。その後、アノード電極となる透明電極層の周辺部に額縁状のＮｉ／Ａｕ膜、Ａｌ膜等のアノード電極ボンディングパッド部を形成する。この後８００℃で５分間、若しくは７００℃で２０分間程度、窒素雰囲気中で熱処理を行うことでカソード電極、アノード電極共に、良好なオーミック電極特性が得られる。
【００８４】
この後、３００μｍ角のチップに切り出した後、所定のステム（パッケージ）にマウントし、カソード電極、アノード電極にボンディングすることにより、青色ＬＥＤが完成する。この青色ＬＥＤの発光特性を測定したところ、ピーク波長は４８０ｎｍであり、出力は２０ｍＡにおいて１５ｍＷであった。この出力は、従来のサファイア基板をＭＯＣＶＤ法の基板とした製造方法で作成したＬＥＤの６０倍以上であった。
【００８５】
既に述べたように、本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性のバルク結晶基板を用いるのでは無く、低比抵抗のＧａＮエピタキシャル基板４０１を用いることが出来る点に特徴がある。従って、図１２と同様に、本発明の第３の実施の形態の青色ＬＥＤも、高不純物密度のＧａＮエピタキシャル基板４０１の裏面に直接、カソード電極７２をオーミック接触出来る。そして、この高不純物密度のＧａＮエピタキシャル基板４０１の上に、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２、ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０３、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０４、ＭＱＷ活性層４０５、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０６、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０７、ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層４０８及びｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９をこの順に堆積した構造において、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９にアノード電極をオーミック接触するように形成すれば、対向電極型の青色ＬＥＤが完成する。即ち、ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０９からｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層４０２に達するカソード電極取り出し用溝は不要である。従って、カソード電極取り出し用溝を形成するためのエッチング用マスクの形成工程や、このエッチング用マスクを用いたＲＩＥ工程が省略され、製造工程が簡略化される。更に、カソード電極取り出し用溝を形成しない分実効的な発光面積が増大し、高輝度化が可能となる。更に、高不純物密度のＧａＮエピタキシャル基板４０１の裏面に直接、カソード電極７２が形成されているので、１素子当たり１回のワイヤーボンディングで良いので、組み立て（アセンブル）工程が簡略化される。又、１チップの上面にある電極取り出し用のコンタクト部は一つなので、高密度に集積化した回路の実現が容易である。
【００８６】
なお、本発明の第３の実施の形態において、ＧａＮエピタキシャル基板４０１の代わりに、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１若しくはＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１を用い、この上に、ＭＯＣＶＤ法で所定の半導体層を連続的にエピタキシャル成長しても、同様な青色ＬＥＤが製造出来る。
【００８７】
（その他の実施の形態）
このように、第１乃至第３実施の形態によって、本発明の半導体装置の製造方法について説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきでは無い。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明の半導体装置の製造方法は、上述した半導体レーザやＬＥＤ等の半導体発光素子に限定されるものでは無い。
【００８８】
例えば、図３乃至図４に示した方法で用意した本発明のＧａＮエピタキシャル基板４０１の上に、ＭＯＣＶＤ法で、必要な半導体多層構造を連続的にエピタキシャル成長して形成することにより、ＭＥＳＦＥＴやＨＥＭＴ等の電子デバイスを製造することも出来る。
【００８９】
例えば、ＭＥＳＦＥＴの場合は、前述したＧａＮエピタキシャル基板４０１、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１若しくはＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１の上に、４０ｎｍのＡｌＮエピタキシャル成長層、３μｍのＧａＮエピタキシャル成長層、６ｎｍのＡｌＮエピタキシャル成長層、チャネル層となる１００〜２５０ｎｍのＧａＮエピタキシャル成長層を順に堆積し、プロトン（Ｈ＋）若しくはヘリウム（Ｈｅ＋）を照射し素子分離領域を形成する。そして、フォトリソグラフィ及びＲＩＥを用いて最上層のＧａＮエピタキシャル成長層に、Ｔｉ／Ａｌ層をパターニングし、５００℃程度で熱処理し、ソース／ドレイン電極を形成する。更に、リフトオフ工程でＡｕ等からなるショットキー・ゲート電極を形成すれば、ＭＥＳＦＥＴが構成出来る。ショットキー・ゲート電極は、Ａｌ、Ｐｔ／Ａｕ等の金属を用いても良い。このような、ＧａＮエピタキシャル基板４０１、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１若しくはＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１を用いて製造したＭＥＳＦＥＴは、チャネル層の結晶性が良好なため、移動度が高い。従って、高い変換コンダクタンスｇｍを得ることが出来る。
【００９０】
ＨＥＭＴの場合は、前述したＧａＮエピタキシャル基板４０１、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１若しくはＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１の上に、２μｍの真性（ｉ型）ＧａＮバッファ層をエピタキシャル成長し、この上に、２０ｎｍのｎ型ＧａＮチャネル層、１０ｎｍのｉ型ＡｌＧａＮスペーサ層、１５ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層を、順にエピタキシャル成長し、Ｈ＋若しくはＨｅ＋を照射し素子分離領域を形成する。或いは、ＲＩＥで素子分離溝を形成し、この素子分離溝に絶縁膜を埋め込んでも良い。そして、最上層のｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層に、Ｔｉ／Ａｌからなるソース／ドレイン電極、及びＡｎ，Ｐｔ／Ａｕ、若しくはＡｌ等からなるゲート電極を形成すれば、ＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ接合を用いたＨＥＭＴが構成出来る。ｎ型ＧａＮチャネル層とｉ型ＡｌＧａＮスペーサ層とのヘテロ接合界面に２次元電子ガスが形成される。或いは、ｎ型ＧａＮチャネル層の上に、ｉ型ＡｌＮスペーサ層、ｎ型ＡｌＮ電子供給層を順に堆積し、ＧａＮ／ＡｌＮヘテロ接合を用いたＨＥＭＴを構成しても良い。ＭＥＳＦＥＴの場合と同様に、本発明のＧａＮエピタキシャル基板４０１、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１若しくはＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１を用いて製造したこれらのＨＥＭＴは、チャネル層の結晶性が良好なため、移動度が高い。従って、高い変換コンダクタンスｇｍを得ることが出来る。
【００９１】
又、前述した本発明のＧａＮエピタキシャル基板４０１、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１若しくはＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１の上に、４０ｎｍのＡｌＮエピタキシャル成長層、３μｍのＧａＮエピタキシャル成長層、６ｎｍのＡｌＮエピタキシャル成長層、チャネル層となる１５０ｎｍ乃至２５０ｎｍのＧａＮエピタキシャル成長層を順に堆積し、Ｈ＋若しくはＨｅ＋を照射、或いは、素子分離溝に絶縁膜を埋め込んで、素子分離領域を形成する。そして、最上層のチャネル層（ＧａＮエピタキシャル成長層）の上に、８０ｎｍのシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を堆積し、このＳｉ３Ｎ４膜をゲート絶縁膜とし、ゲート絶縁膜の上に、Ａｌ等の金属からなるゲート電極を形成すれば、ＭＩＳＦＥＴが構成出来る。チャネル層が、６ｎｍのＡｌＮエピタキシャル成長層で閉じこめられた構造である。このとき、ＧａＮエピタキシャル成長層に、Ｔｉ／Ａｌからなるソース／ドレイン電極を形成すれば良い。本発明のＧａＮエピタキシャル基板４０１、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板４１１若しくはＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１を用いて製造したこのＭＩＳＦＥＴは、チャネル層の移動度が高く、高い変換コンダクタンスｇｍを得ることが出来る。
【００９２】
或いは、低比抵抗ＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１をコレクタ層として用い、この上にエピタキシャル成長したＧａＮベース層及びＡｌＧａＮエミッタ層を用いたＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合を用いたＨＢＴに必要な多層構造を、ＭＯＣＶＤ法で連続的に堆積して形成しても良い。或いは、低比抵抗ＧａＮエピタキシャル基板４０１をコレクタ層として用い、この上にエピタキシャル成長したＩｎＧａＮベース層及びＧａＮエミッタ層を用いたＧａＮ／ＩｎＧａＮヘテロ接合を用いたＨＢＴ等に必要な多層構造を、ＭＯＣＶＤ法で連続的に堆積して形成しても良い。この様なＨＢＴにおいては、低比抵抗ＡｌＧａＮエピタキシャル基板４２１若しくは、低比抵抗ＧａＮエピタキシャル基板４０１の裏面に直接コレクタ電極をオーミック接触した構造が容易に製造可能である。これらの縦型構造のＨＢＴは、結晶性が良好なため、高い電流増幅率ｈＦＥを得ることが出来、高周波大電力用出力素子として好適である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結晶の完全性が高く、表面モフォロジーの優れたエピタキシャル成長用基板が簡単、且つ短時間に得られる。
【００９４】
又、本発明によれば、低比抵抗のエピタキシャル成長用基板も簡単に得ることが可能である。
【００９５】
又、本発明によれば、エピタキシャル成長用基板の上に、エピタキシャル成長されるＧａＮ系化合物半導体単結晶薄膜の欠陥密度は極めて低減される。
【００９６】
従って、本発明の半導体装置の製造方法により製造した半導体装置では、著しい電気的特性・光学的特性等の向上が得られる。例えば発光素子の発光特性や寿命特性が向上する。
【００９７】
又、本発明によれば、エピタキシャル成長用基板の裏面にオーミック電極を形成することが可能で、製造工程が簡略され、製造歩留りの高い半導体装置が製造出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエピタキシャル成長用基板の製造方法に用いる塩化物輸送・ＭＯＣＶＤ装置の概略構造を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法に用いるＭＯＣＶＤ装置の概略構造を示す断面図である。
【図３】本発明のＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法を示す工程断面図である（その１）。
【図４】本発明のＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法を示す工程断面図である（その２）。
【図５】本発明のＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法を示す工程断面図である（その１）。
【図６】本発明のＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法を示す工程断面図である（その２）。
【図７】本発明のＡｌＧａＮエピタキシャル成長用基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係わる半導体装置（半導体レーザ）の製造方法を示す工程断面図である（その１）。
【図９】本発明の第１の実施形態に係わる半導体装置（半導体レーザ）の製造方法を示す工程断面図である（その２）。
【図１０】本発明の第１の実施形態の変形例（第１の変形例）に係わる半導体装置（半導体レーザ）の製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の他の変形例（第２の変形例）に係わる半導体装置（半導体レーザ）の製造方法を示す工程断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係わる半導体装置（半導体レーザ）の構造を示す断面図である。
【図１３】従来の半導体装置の製造方法による半導体レーザのＭＱＷ活性層近傍を断面ＳＥＭ観察した場合の像を模式的にスケッチした図である。
【符号の説明】
２１  石英製反応容器
２２  ＮＨ３ガス導入管
２３  ＨＣｌガス導入管
２４，３１  ガス導入管
２５  排気管
２６，３３  サセプタ
２７  抵抗加熱ヒータ
２８  基板
３２  高周波加熱ヒータ
５１  ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層
５２  ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層
６１  ＳｉＯ２膜
７１  アノード電極
７２  カソード電極
３０１  バルク結晶基板（ｃ面サファイア基板）
３０２  ＧａＮ低温成長層
３０３  ＧａＮエピタキシャル成長層
３０４  ＩｎＧａＮエピタキシャル成長層
３０５  ＧａＮエピタキシャル成長層
３０６  ＧａＮエピタキシャル成長層
３１５，３１６  ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層
４０１  ＧａＮエピタキシャル基板
４０２  ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層
４０３  ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層
４０４  ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層
４０５  ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
４０６  ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層
４０７  ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層
４０８  ｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル成長層
４０９  ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長層
４１０  ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長層
４１１  ＡｌＧａＮ／ＧａＮエピタキシャル基板
４２１  ＡｌＧａＮエピタキシャル基板
【図１】
0003946427.tif 000002
【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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【図１３】
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