(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラテラル成長を利用した窒化物半導体基板の製造方法であって、
基板上に剥離膜を成膜して少なくとも該剥離膜の１分子層を前記基板の表面で化学結合させる第１の工程と、
前記基板表面と化学結合した剥離膜を、プラズマを用いたドライエッチングにより基板表面を露出した領域を形成することでパターン形成し、前記剥離膜の膜厚を１分子層以上３μｍ以下とする第２の工程と、
前記剥離膜のパターン形成された基板上に第１の窒化物半導体を成長後、前記基板表面と化学結合した剥離膜と、該剥離膜上の第１の窒化物半導体と、をリフトオフにより除去し、その後、前記第１の窒化物半導体を成長核として第２の窒化物半導体をラテラル成長させる第３の工程と、を備えたことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記化学結合した剥離膜の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、又はＥＣＲスパッタ法であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記剥離膜は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウムから成る群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記ドライエッチングを行った基板表面は、凹部形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記第２の窒化物半導体は、第１の窒化物半導体より高温で成長されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記リフトオフは、前記窒化物半導体基板の雰囲気温度を９００℃以上とすることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般式がＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で示される窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、サファイア、炭化ケイ素、スピネルのような窒化物半導体と異なる異種基板上に、窒化物半導体を成長させる研究が種々検討されている。これは発光素子等に利用可能な結晶性のよい窒化物半導体のバルク単結晶を得るのが困難だからである。前記異種基板上に窒化物半導体を成長すれば格子定数や熱膨張係数差から窒化物半導体の結晶性を低下させてしまう。
【０００３】
転位欠陥を低減させる方法として、ラテラル成長を利用して窒化物半導体基板を形成する方法が特開平１０−３１２９７１号公報に示されている。これは、ＳｉＯ２等のマスク材料を保護膜として用いて基板上にパターニングし、ラテラル成長により保護膜を埋め込むまで成長させることにより保護膜上における結晶成長過程で転位の伝播方向が曲げられることにより転位密度の低減がなされるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の方法では、窒化物半導体のラテラル成長をさせて保護膜を埋め込む際に、保護膜上を成長面に対して結晶の横方向成長が進むにつれ結晶軸が傾くことになる。そのためチルトが発生する。このチルトした結晶同士が合体することにより新たな転位欠陥が発生する。また、保護膜を有する状態で窒化物半導体を成長させれば、窒化物半導体を埋めて表面を平坦化させるのに保護膜を有しない場合に比べて厚膜成長をさせる必要がある。異種基板上に窒化物半導体を厚膜成長すれば窒化物半導体基板の反りは大きくなりクラックが発生しやすくなる。また、窒化物半導体の成長時に保護膜の分解による汚染が発生し、窒化物半導体の結晶性が劣化してしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記に示すように保護膜上に窒化物半導体をラテラル成長させることなく、つまり保護膜を覆うことなく転位欠陥を低減させた結晶性の良い窒化物半導体基板の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明における窒化物半導体基板の製造方法は、ラテラル成長を利用した窒化物半導体基板の製造方法であって、基板上に剥離膜を成膜して少なくとも該剥離膜の１分子層を前記基板の表面で化学結合させる第１の工程と、前記基板表面と化学結合した剥離膜を、プラズマを用いたドライエッチングにより基板表面を露出した領域を形成することでパターン形成し、前記剥離膜の膜厚を１分子層以上３μｍ以下とする第２の工程と、前記剥離膜のパターン形成された基板上に第１の窒化物半導体を成長後、前記基板表面と化学結合した剥離膜と、該剥離膜上の第１の窒化物半導体と、をリフトオフにより除去し、その後、前記第１の窒化物半導体を成長核として第２の窒化物半導体をラテラル成長させる第３の工程と、を備えたことを特徴とする。また、前記化学結合した剥離膜の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、又はＥＣＲスパッタ法であることが好ましい。前記剥離膜は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウムから成る群から選ばれることが好ましい。前記ドライエッチングを行った基板表面は、凹部形成されていることが好ましい。前記第２の窒化物半導体は、第１の窒化物半導体より高温で成長されることが好ましい。前記リフトオフは、前記窒化物半導体基板の雰囲気温度を９００℃以上とすることが好ましい。
【０００７】
このように、本発明における窒化物半導体基板の製造方法では、剥離膜を成膜し、パターン形成を行うが該剥離膜は窒化物半導体のラテラル成長時には除去されている。本発明における剥離膜とは窒化物半導体をリフトオフにより除去することを目的としており、該剥離膜上に窒化物半導体をラテラル成長させるものではない。そのため、従来技術のように保護膜上に窒化物半導体をラテラル成長させると発生していたチルトは本発明では抑制される。また、本発明は保護膜を覆い窒化物半導体基板を平坦化させるものではないため、窒化物半導体基板を薄膜で形成することができ、基板の反りが緩和されることでクラックの発生を防止することもできる。ここで、本発明におけるラテラル成長とは、横方向成長だけではなく縦方向成長も含んだ意味であり、転位欠陥を横方向に曲げる作用効果を有する。
【０００８】
本発明は、基板表面と化学結合した剥離膜をパターン形成後、その基板上に第３の工程で第１の窒化物半導体を成長させるが、この第１の窒化物半導体は剥離膜上をラテラル成長するものではない。これに対して、第２の窒化物半導体は前記化学結合した剥離膜上の窒化物半導体をリフトオフにより除去した後、リフトオフ領域以外の第１の窒化物半導体を成長核としてラテラル成長させるものである。前記剥離膜上の第１の窒化物半導体は第２の窒化物半導体の成長時には該化学結合した剥離膜とともに除去されている。このリフトオフは前記化学結合した剥離膜の化学結合をも切断除去するものである。前記基板表面と剥離膜界面との化学結合を切断するリフトオフ条件は後述する。本発明において、第３の工程は連続反応とすることができるため、反応装置から取り出して別の装置で反応させる等の工程の簡略化もできる。また、基板上に埃やゴミが付着した状態で窒化物半導体を反応させることもなくなる。第３の工程は、まずパターン形成された前記剥離膜を有する基板上に第１の窒化物半導体を成長させる。次に、リフトオフを用いて選択的にパターン形成された前記剥離膜上の窒化物半導体を除去する。この剥離膜が形成されていない領域には第１の窒化物半導体が成長核として残ることになる。この成長核を有することで、次に成長させる第２の窒化物半導体のラテラル成長が可能となる。基板上に窒化物半導体を成長させるには、まず窒化物半導体を成長させるための成長核を形成する必要がある。その理由を以下に示す。この成長核がなければ窒化物半導体は成長速度が遅く、また成長したとしても結晶性が悪く多結晶となる。そのため、成長核を基板上に部分的に形成しておく。この成長核より窒化物半導体が選択的に成長すれば単結晶となる。前記剥離膜がリフトオフにより除去された領域には第１の窒化物半導体が成長核として形成されておらず、この領域では第２の窒化物半導体は成長せずに、第２の窒化物半導体は前記成長核から選択的に成長する。この成長核から第２の窒化物半導体を連続して成長させることで第２の窒化物半導体はラテラル成長をして、表面が平坦かつ鏡面である窒化物半導体基板を得ることができる。
【０００９】
前記剥離膜の成膜方法は、少なくとも剥離膜の１分子層が基板表面で化学結合していればよいが、好ましくはプラズマＣＶＤ法、又はＥＣＲスパッタ法を用いる。この条件としては、例えばプラズマＣＶＤ法においては、圧力２０Ｐａ、ＲＦを１２０Ｗ、ＳｉＨ４を５ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏを２００ｓｃｃｍ、温度を３６０℃とする。ＥＣＲスパッタ法においては、Ａｒを２０ｓｃｃｍ、Ｎ２を５ｓｃｃｍ、ＲＦを５００Ｗ、マイクロ波５００Ｗ、ターゲットをＳｉ、温度を常温とする。
【００１０】
前記化学結合した剥離膜のパターン形成は、該剥離膜を基板表面における化学結合を切断することができるエネルギーでエッチングを行うことにより形成する。ここで、剥離膜をエッチングする方法とは基板上に成膜された剥離膜を取り除くだけでなく、基板表面で化学結合した剥離膜をも取り除くことを条件とする。前記化学結合を切断することができるエネルギーでのエッチングとは、プラズマを用いたドライエッチングである。また、ウェットエッチングや加熱との組み合わせでもよい。
【００１１】
前記第２の工程において、前記基板表面は露出又は、凹部形成されていることを特徴とする。これは、剥離膜をパターン形成したことで、剥離膜が除去された領域の基板表面が露出されるためである。このように部分的に剥離膜を除去することで、後工程において成長させる窒化物半導体の成長核の形成領域を設けることができる。さらに前記エッチングを長時間行うか、または基板表面を露出後、基板と剥離膜とのエッチング選択比が大きいエッチング法によって基板のエッチングを優先的に行えば基板に凹部を形成することができる。この凹部に第１の窒化物半導体を成長核として形成してもよい。
【００１２】
以下に第３の工程を図２に示す。基板表面と化学結合した剥離膜をパターン形成した基板を準備する（図２−ａ）。ここで、前記剥離膜は化学結合した１分子層のみを基板表面に残すのが好ましい。これは、連続反応で行う第３の工程でリフトオフを容易にするためである。そのため、前記剥離膜はウェットエッチング等で１分子層に調整する。以上が第２の工程である。次に、第３の工程を装置内で連続反応として行う。まず、前記剥離膜がパターン形成された基板上に第１の窒化物半導体を成長させる。ここで、第１の窒化物半導体の成長温度は前記化学結合を切断しない程度であって、好ましくは９００℃以下、より好ましくは７００℃以下の低温成長とする。ここでは基板表面には前記剥離膜を有しない領域（Ａ領域）、及び剥離膜上（Ｂ領域）に第１の窒化物半導体が成長している（図２−ｂ）。次に、リフトオフにより前記剥離膜上の第１の窒化物半導体を除去する。このリフトオフは、第２の窒化物半導体を前記第１の窒化物半導体より高温で成長させるだけでよい。こうすれば、反応時間の短縮になる。ここで高温とは、基板表面での１分子層の剥離膜の化学結合を切断することができる温度である。具体的には９００℃以上、好ましくは１０００℃以上である。第２の窒化物半導体の成長時には前記化学結合された剥離膜及び該保護膜上の第１の窒化物半導体は取り除かれるため、リフトオフ後、Ａ領域にのみ第１の窒化物半導体が成長核を形成する（図２−ｃ）。また、前記第１の窒化物半導体を成長させた後、窒化物半導体基板の雰囲気温度を上昇させてもよい。その後、第２の窒化物半導体を成長させる。これにより、第２の窒化物半導体を成長させる時には前記剥離膜は完全に除去されているため、第２の窒化物半導体成長中にたとえ１分子層の剥離膜であっても不純物として混入することはない。また、前記第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体との成長温度を同じとすることも可能である。その上に窒化物半導体を成長させれば結晶性は向上する。さらに、第２の窒化物半導体は部分的に形成された第１の窒化物半導体を成長核として選択的に成長することでラテラル成長が行われる（図２−ｄ）。さらにラテラル成長を続ければ、平坦化し、且つ鏡面である窒化物半導体から成る窒化物半導体基板となる（図２−ｅ）。前記化学結合を切断するのに必要な温度は長時間の加熱を行えば３００℃程度であっても効果がある。しかし、このような低温で長時間かけて剥離膜を除去させるのは産業用途として望ましくない。
【００１３】
以上より、本発明では転位欠陥は大幅に低減され、第２の窒化物半導体を成長後の窒化物半導体基板表面における単位面積あたりの転位密度は１０７個／ｃｍ２以下とすることができる。この転位欠陥を低減させた窒化物半導体基板は、保護膜上に窒化物半導体を横方向成長させた場合に窒化物半導体同士の接合部分に発生するチルトや段差、その他の応力も抑制することができる。さらに、窒化物半導体を保護膜上にラテラル成長させるものではないため、窒化物半導体基板を薄膜化することもできる。上記理由としては、窒化物半導体の成長を保護膜上で強引に横方向成長させるのではなく、成長核よりストレスを有さずラテラル成長させるためである。そのため、窒化物半導体の表面形状は平坦かつ鏡面とすることができ、この窒化物半導体基板上に形成されるＬＥＤ素子、ＬＤ素子等の歩留まりや信頼性は向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施形態における窒化物半導体基板は、ラテラル成長を利用して製造されるものであって、保護膜を有さず形成されているためチルトも存在しない。窒化物半導体を成長核として形成し、該成長核より窒化物半導体の再成長を行うことで、窒化物半導体は縦方向、及び横方向に成長する。そのため、転位欠陥もラテラル成長により屈曲させることができ低転位領域を形成することができる。このラテラル成長をさらに続ければ、ラテラル成長した窒化物半導体同士が接合して表面が平坦かつ鏡面である窒化物半導体基板となる。
【００１５】
上記窒化物半導体基板の転位欠陥数を以下に示す。ＣＬ（カソード・ルミネッセンス）法により、窒化物半導体の表面における単位面積あたりの転位欠陥はＢ領域は１×１０７個／ｃｍ２以下、さらに好ましくは１×１０６個／ｃｍ２以下となる。また、Ａ領域は縦方向に進む貫通転位が残るため、転位数は１×１０８〜１×１０１０個／ｃｍ２程度となる。
【００１６】
［実施形態１］
本発明の実施形態における窒化物半導体基板の製造工程は、基板上に剥離膜を成膜して少なくとも該剥離膜の１分子層を前記基板の表面で化学結合させる第１の工程と、前記基板表面に化学結合した剥離膜をパターン形成する第２の工程と、前記剥離膜のパターン形成された基板上に第１の第１の窒化物半導体を成長後、前記化学結合した剥離膜上の第１の窒化物半導体をリフトオフにより除去し、その後、前記第１の窒化物半導体を成長核として第２の窒化物半導体をラテラル成長させる第３の工程とから成る。
【００１７】
以下、図１を用いて上記の各工程を詳細に説明する。まず、第１の工程では基板１上に剥離膜２を成膜する（図１−１）。この成膜は基板１表面において、少なくとも剥離膜の１分子層が化学結合している。これは、剥離膜の成膜時に基板表面で化学結合させるもの、又は剥離膜を成膜後に前記化学結合できる程度のエネルギーを新たに与えるものであってもよい。
【００１８】
前記剥離膜の成膜時に化学結合させるには、プラズマを利用した成膜法が好ましくプラズマＣＶＤ法やＥＣＲスパッタ法がある。プラズマＣＶＤ法の簡単な原理としては、エネルギーの高いガスのプラズマ状態で原料ガスを励起し、あるいは化学結合を分解し、原子あるいは分子のラジカルをつくり出し、活性な粒子間の反応により薄膜を堆積する方法である。ＥＣＲスパッタ法の簡単な原理としては、プラズマ生成室で電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を起こし、プラズマ室から発散する磁界に沿って導き出されたプラズマにより、ＤＣまたはＲＦを印加したターゲットをスパッタリングして試料室の基板上に薄膜を成膜する技術であり、プラズマ生成室と試料室との間にリング状ターゲットを設置する。その他の方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及び、蒸着法も考えられる。
【００１９】
前記剥離膜を成膜後に新たに該剥離膜と基板が化学結合できる程度のエネルギー（少なくとも該剥離膜の１分子層が基板表面で化学結合できるエネルギー）を与える方法には、具体的にアニールがある。
【００２０】
前記基板１としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子接合する酸化物基板等を用いることができる。これらの基板にはオフ角が形成されていてもよい。
【００２１】
前記剥離膜２としては、基板表面で化学結合するものであればよい。この剥離膜２の具体例としては、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等の酸化物、窒化物、または１２００℃以上の融点を有する金属がある。また剥離膜の膜厚は、少なくとも剥離膜の１分子層が化学結合していれば、特に限定する必要はないが、後工程で前記化学結合を切断するには、ある程度薄膜であることが好ましく、膜厚は１分子層以上３０μｍ以下、好ましくは１分子層以上３μｍ以下とする。この範囲で成膜すれば、後工程での剥離膜の除去（化学結合を切断）も容易にすることができる。
【００２２】
次に、第２の工程として前記基板表面で化学結合した剥離膜３をパターン形成する（図１−３）。このパターン形成とは、前記剥離膜の除去領域をつくることである。前記剥離膜２をパターン形成する（図１−２）。その後、基板表面に１分子層が化学結合した剥離膜３を残し、他の剥離膜を除去する（図１−３）。ここで、剥離膜の除去領域とは、基板表面における化学結合を切断して、基板表面を露出している領域である。この領域はエッチングによって形成されるが、基板表面を露出後、さらにエッチングを続けることで基板表面の断面形状を凹部に形成してもよい。また、このパターン形成された剥離膜は基板表面で１分子層が化学結合していればよい。１分子層とすることで、後工程でリフトオフを行う時に該剥離膜を除去しやすい。さらに、該剥離膜の分解による汚染も抑制される。そのため、基板表面に剥離膜を化学結合した１分子層のみ残すにはバッファードフッ酸（ＢＨＦ）等を用いたウェットエッチングを行う。
【００２３】
このパターン形成する具体的方法としては、ドライエッチング方法があり、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、ＩＣＰ、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）、アッシャー等の装置を用いる。
【００２４】
また剥離膜のパターン形成された平面形状はストライプ形状や格子状、その他に島状、円形、又は多角形等を用いることができる。さらには円形や多角形の開口部を有するものがある。この剥離膜２の開口部には、後工程において窒化物半導体の成長核が形成される。例えば剥離膜２をストライプ形状にパターン形成した場合、剥離膜の存在領域は後工程で窒化物半導体がラテラル成長する領域となる。この領域が広ければ低転位領域を広く形成することができる。剥離膜の存在領域幅としては１〜１００μｍ、好ましくは５〜１５μｍである。
【００２５】
また、剥離膜２をストライプ状に形成する場合に、基板１をサファイア基板とすれば、オリフラ面をサファイアのＡ面とし、このオリフラ面の垂直軸に対して左右どちらかにずらして剥離膜２を形成してもよい。具体的には、このオリフラ面の垂直軸に対して左右にθ＝０°〜５°、好ましくはθ＝０．００１°〜０．５°の範囲とすることで、窒化物半導体を成長させた後の表面をより平坦化させることができる。
【００２６】
次に第３の工程として、前記基板の剥離膜のパターン形成面に少なくとも２層から成る窒化物半導体を成長させる（図１−６）。この第３の工程は連続反応であって、そのうち１層はラテラル成長させることで表面を平坦化させた窒化物半導体基板を形成する。前記窒化物半導体は成長核を形成する第１の窒化物半導体とラテラル成長させる第２の窒化物半導体とを備える。第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体の間に第３の窒化物半導体を単層又は複数層で成長させてもよい。また前記第１の窒化物半導体は単結晶と多結晶が混在するバッファ層としてもよい。
【００２７】
前記第１の窒化物半導体は成長温度を９００℃以下の低温とする（図１−４）。好ましくは７００℃以下とし、膜厚１０オングストローム以上０．５μｍ以下で成長される。これは基板１との格子定数不整を緩和するためであり、転位欠陥を低減させる緩衝層としての効果を有する。この第１の窒化物半導体を成長後、リフトオフを行うことで前記剥離膜の基板表面での化学結合を切断し、剥離膜を除去することでＡ領域に成長核をパターン形成する。このリフトオフは窒化物半導体基板の雰囲気温度を上昇させるものである。前記剥離膜の基板表面での化学結合を切断する条件としては、雰囲気温度を７００℃以上とし、Ｈ２雰囲気を１０分以上保持する。また、ＮＨ３を１．０リットル／ｍｉｎ以下、好ましくは０．５リットル／ｍｉｎ以下で０．１リットル／ｍｉｎ程度加えてもよい。以上より、基板表面で化学結合した剥離膜が除去される（図１−５）。その後、第２の窒化物半導体を成長させる。これは、前記第１の窒化物半導体を成長核として剥離膜の除去領域でラテラル成長をして窒化物半導体基板を形成する（図１−６）。また、下記に示す温度条件等で第２の窒化物半導体を成長させることでリフトオフ作用を有する。
【００２８】
前記第２の窒化物半導体の成長条件としては、成長温度を９００℃以上とし、膜厚は３μｍ以上であれば表面が平坦な窒化物半導体基板を形成できる。このラテラル成長を選択的に行い平坦化させることで窒化物半導体基板を形成することもできる。ラテラル成長を優先させることで更に窒化物半導体基板の薄膜化ができる。その条件としては、Ｖ族（窒素）原料とＩＩＩ族原料との比であるＶ／ＩＩＩ比を小さくする、又は圧力条件を減圧条件とする、その他にＭｇを高濃度ドープさせる等である。
【００２９】
前記窒化物半導体としては、アンドープの窒化物半導体、及びＳｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＳ等のｎ型不純物をドープした窒化物半導体、その他にＭｇやＺｎ等のｐ型不純物をドープした窒化物半導体、又はｎ型不純物とｐ型不純物とを同時ドーピングした窒化物半導体を用いることができる。前記窒化物半導体は、いずれも一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって表される組成を有する。但し、これらは互いに異なる組成であってもよい。また、窒化物半導体の成長方法としては、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等の気相成長方法を適用することができる。
【００３０】
また、前記窒化物半導体基板上に窒化物半導体を厚膜成長させ、この厚膜成長時に転位欠陥を収束させることで転位欠陥をより低減することができる。通常、ラテラル成長させた窒化物半導体基板上に窒化物半導体を厚膜成長すればチルトの影響を受けて厚膜成長後の表面が平坦にならない。しかし、本件の窒化物半導体基板では、チルトやラテラル成長による応力や窒化物半導体同士の接合部に段差がないため、厚膜成長させた後も表面が平坦かつ鏡面となる。この厚膜成長をＨＶＰＥ法で行う場合、例えばＧａＮであれば、ＨＣｌガスとＧａ金属が反応することでＧａＣｌやＧａＣｌ３を形成し、さらにこのＧａ塩化物がアンモニアと反応することで低転位であり１００μｍ以上のＧａＮを基板上に堆積させるものである。窒化物半導体と異なる異種基板上に窒化物半導体を厚膜成長させた場合には、この厚膜の窒化物半導体基板から異種基板を除去することにより窒化物半導体のみから成る単体基板を形成することができる。窒化物半導体から成る単体基板は、裏面電極構造とするＬＥＤやＬＤ等を形成することができる。
【００３１】
［実施形態２］
次に、前記窒化物半導体基板上に形成する窒化物半導体レーザ素子を示す（図３）。前記実施形態１で形成した窒化物半導体基板（基板１上に窒化物半導体１０を形成）上にｎ側コンタクト層１０１としてｎ型不純物をドープしたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を５μｍ程度で成長させる。このｎ側コンタクト層上にクラック防止層（図示されていない）としてｎ型不純物ドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を０．２μｍ程度で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。続いて、クラック防止層上にｎ側クラッド層１０２を成長させる。このｎ側クラッド層としては、超格子構造であるのが好ましく、アンドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）よりなる層と、ｎ型不純物をドープしたｎ型ＧａＮよりなる層とを交互に積層して総膜厚１．２μｍ程度の超格子構造よりなるｎ側クラッド層を成長させる。続いて、アンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層１０３を０．１μｍ程度の膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層はｎ型不純物をドープしてもよい。
【００３２】
次に、障壁層にノンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）と井戸層にｎ型不純物ドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）とからなる単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造である活性層１０４を成長させる。多重量子井戸構造であれば、障壁層と井戸層とを同一温度で２〜５回程度で交互に積層し、最後に障壁層とし総膜厚を２００〜５００Åとする。
【００３３】
次に、活性層上にｐ側キャップ層（図示されていない）としてｐ型不純物をドープしたｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を成長させる。このｐ側キャップ層は膜厚を５０〜５００Å程度で成長させる。続いて、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１０５を０．０５〜０．５μｍ程度の膜厚で成長させる。このｐ側光ガイド層１０５は、ｐ型不純物をドープしてもよい。次に、ｐ側光ガイド層上にｐ側クラッド層１０６を成長させる。このｐ側クラッド層としては、ｎ側クラッド層と同様に超格子構造であるのが好ましく、アンドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）よりなる層と、ｐ型不純物をドープしたｐ型ＧａＮよりなる層とを交互に積層して総膜厚０．３〜０．８μｍ程度の超格子構造よりなるｐ側クラッド層を成長させる。最後に、ｐ側クラッド層の上に、ｐ型不純物をドープしたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなるｐ側コンタクト層１０７を成長させる。
【００３４】
ここで、不純物濃度としては、特に限定する必要はないが、好ましくはｎ型不純物、及びｐ型不純物は１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３とする。また、前記ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、ｐ型不純物としてはＢｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。
【００３５】
次に、前記窒化物半導体基板上に窒化物半導体レーザ素子を形成後、ｐ電極とｎ電極とを同一面側に形成する場合には、ｎ電極を形成するためにｎ側コンタクト層をエッチングにより露出させる。次に、ストライプ状の光導波路領域を形成するためにエッチングすることによりリッジを形成する。ここで、エッチングはリッジを形成するには異方性エッチングであるのが好ましく、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置等を使用する。ここで形成されるリッジ幅としては本発明においては後工程で形成する埋め込み層や出力にもよるが、リッジ幅は１．０〜３．０μｍと広くすることができる。また、エッチング深さとしては窒化物半導体素子内の少なくともｐ側クラッド層までエッチングするものとする。さらに、リッジ形状は、順メサ型、逆メサ型、垂直型から成り、これらの形状であれば横方向の光閉じ込めができ好ましい。
【００３６】
リッジを形成後、露出したリッジの側壁部からリッジの両側表面の窒化物半導体層上に絶縁体である絶縁体から成る埋め込み膜（例えば、ＺｒＯやダイヤモンドライクカーボン、ガラス等）をスパッタ法等により形成する。この埋め込み膜の効果としては、電流狭窄、及び横方向の光閉じ込めである。横方向の光閉じ込めをするためには窒化物半導体層との間に屈折率差を設ける必要があり、またコア領域内に光を閉じ込めるには窒化物半導体よりも屈折率の小さい材料を埋め込み層に用いる。また、縦方向の光閉じ込めは屈折率の高いコア領域と、屈折率の低いｐ、ｎ側クラッド層とで屈折率差をつけることでコア内に光を閉じ込めている。
【００３７】
その後、ｐ電極２０１を形成するためにリッジ最上面に成膜された埋め込み層をリフトオフ等により除去する。次に、除去後、露出したｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極をストライプ状に形成し、ｐ電極を形成後、ｎ側コンタクト層の表面にＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２０２をリッジストライプと平行に形成する。次に取り出し電極であるパッド電極２０３をｐ電極、及びｎ電極上に形成する。
【００３８】
また、ｐ電極をＮｉ／Ａｕ／ＲｈＯとし、ｐ側パッド電極をＲｈＯ／Ｐｔ／Ａｕとする組み合わせとすることもできる。パッド電極を形成する前に、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等から成る誘電体多層膜を共振器面（光出射端面側）に形成してもよい。この誘電体多層膜を有することにより高出力時における光出射端面の端面劣化を抑制することができる。また、埋め込み膜３０１、ダメージ保護膜３０２を形成する。
【００３９】
さらに、共振器面を形成した後、該共振器面に誘電体多層膜を形成し、電極に平行な方向で切断してチップ化して窒化物半導体レーザ素子とする。この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、ワイヤーボンディングし、キャップで封止することで窒化物半導体レーザダイオードとする。
【００４０】
以上により得られた窒化物半導体レーザダイオードを用いて室温でレーザ発振を試みたところ、発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／ｃｍ２において連続発振を示し、５ｍＷ程度の低出力時だけでなく３０ｍＷ以上、好ましくは５０ｍＷ程度の光出力時でもキンクが発生せず、３０００時間以上の寿命特性を示す。
【００４１】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれに限定されない。
［実施例１］
Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板１を用い、プラズマＣＶＤ装置を用い、圧力２０Ｐａ、ＲＦを１２０Ｗ、ＳｉＨ４を５ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏを２００ｓｃｃｍ、温度を３６０℃としてＳｉＯ２から成る剥離膜を膜厚０．１μｍで成膜する。その後、パターン幅をＡ領域６μｍ、Ｂ領域１４μｍに形成する。次に該剥離膜を基板表面で化学結合した１分子層のみとするためにＢＨＦでウェットエッチングを行う。この時、エッチングレートはＳｉＯ２を０．３μｍ／ｍｉｎでエッチングするものとする。
【００４２】
次に、ＭＯＣＶＤ装置を用い、温度を５００℃、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板１上にＧａＮよりなる第１の窒化物半導体を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００４３】
さらに、連続反応でＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気温度を１０６０℃とし、リフトオフを行う。その後、雰囲気温度を１０７０℃、キャリアガスを水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用いて第２の窒化物半導体を第１の窒化物半導体（Ａ領域）を成長核としてラテラル成長させる。
【００４４】
以上より得られた窒化物半導体基板は窒化物半導体のトータル膜厚が５μｍであり、表面は鏡面かつ平坦化しておりチルトがなく、表面における単位面積あたりの転位数が１×１０７個／ｃｍ２以下である窒化物半導体基板とすることができる。
【００４５】
［実施例２］
実施例１において、窒化物半導体の成長条件にシランガスを加える他は、実施例１と同様に成長させる。得られる窒化物半導体基板は低転位欠陥であってＳｉドープのｎ型窒化物半導体基板を得ることができる。
【００４６】
［実施例３］
実施例１において、基板にＳｉＣを用いる他は、実施例１と同様に窒化物半導体を成長させる。得られる窒化物半導体基板は実施例１とほぼ同様の作用効果を有する窒化物半導体基板となる。
【００４７】
【発明の効果】
上記に示すように、本発明の窒化物半導体基板の製造方法によれば、応力を有する状態で保護膜上に窒化物半導体を成長させずに低転位欠陥の窒化物半導体基板を提供することができる。また、この窒化物半導体基板を用いて特性のよい発光素子や受光素子、電子デバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における各工程において得られる窒化物半導体基板の構造を示す模式的断面図である。
【図２】本発明における各工程において得られる窒化物半導体基板の構造を示す模式的断面図である。
【図３】本発明における一実施形態における窒化物半導体レーザ基板を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・剥離膜
３・・・基板表面で化学結合した剥離膜
４・・・第１の窒化物半導体
５・・・第２の窒化物半導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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