(57)【要約】【課題】ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いることで、より性能のよい窒化物半導体による素子が製造できるようにする。【解決手段】第１工程Ｓ１０１で、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面以外の側面および底面をＭｇの拡散を抑制する抑制被膜で覆い（抑制被膜被覆工程）、第２工程Ｓ１０２で、基板と素子となる窒化物半導体の層との間にＭｇの拡散を抑制する抑制層を形成する（抑制層形成工程）。次に、第３工程Ｓ１０３で、基板の主表面上（抑制層上）に窒化物半導体の層を積層して窒化物半導体からなる素子を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面上に窒化物半導体の層を積層して窒化物半導体からなる素子を形成する半導体装置の製造方法において、
前記基板と前記素子となる窒化物半導体の層との間にＭｇの拡散を抑制する抑制層を形成する抑制層形成工程、
および、
前記基板の主表面以外の側面および底面をＭｇの拡散を抑制する抑制被膜で覆う抑制被膜被覆工程
の少なくとも一方を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
（０００１）面に垂直な面を主表面としたＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる前記基板の主表面上に窒化物半導体の層を積層し、前記基板の（０００１）面に垂直な方向を導波方向とするレーザ構造の前記素子を形成するレーザ構造作製工程と、
前記レーザ構造が作製された前記基板を（０００１）面で劈開して前記レーザ構造の端面を形成して前記レーザ構造の共振器を形成する共振器形成工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
（０００１）面を主表面としたＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる前記基板の主表面上に窒化物半導体の層を積層し、前記基板の裂開容易面に垂直な方向を導波方向とする導波路型のレーザ構造の前記素子を形成するレーザ構造作製工程と、
前記レーザ構造が作製された前記基板を裂開容易面で裂開して前記レーザ構造の端面を形成して前記レーザ構造の共振器を形成する共振器形成工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記裂開容易面は、（１−１０−１）面であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法おいて、
前記素子を形成した後で、劈開により前記基板を薄層化する薄層化工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面に積層された窒化物半導体の層から構成された素子による半導体装置であって、
前記基板と前記素子となる窒化物半導体の層との間にＭｇの拡散を抑制する抑制層、
および、
前記基板の主表面以外の側面および底面を覆って形成されたＭｇの拡散を抑制する抑制被膜
の少なくとも一方を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置おいて、
（０００１）面に垂直な面を主表面としたＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる前記基板の主表面上に積層された窒化物半導体の層から構成され、前記基板の（０００１）面に垂直な方向を導波方向とするレーザ構造の前記素子と、
前記レーザ構造が作製された前記基板の（０００１）面で劈開された前記レーザ構造の端面より構成された前記レーザ構造の共振器と
を備えることを特徴とする半導体装置。  
【請求項８】
請求項６記載の半導体装置おいて、
（０００１）面を主表面としたＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる前記基板の主表面上に積層された窒化物半導体の層から構成され、前記基板の裂開容易面に垂直な方向を導波方向とする導波路型のレーザ構造の前記素子と、
前記レーザ構造が作製された前記基板の裂開容易面で裂開された前記レーザ構造の端面より構成された前記レーザ構造の共振器と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置おいて、
前記裂開容易面は、（１−１０−１）面であることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶基板を用いて作製した窒化物半導体からなるレーザ素子などの半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮをはじめとした窒化物半導体は、ＩＩＩ族元素の混合比を変えることで、０．７〜６．２ｅＶという広範な範囲のエネルギーギャップを有する材料を得ることができる。このバンドギャップ範囲は、いわゆる可視光の領域を完全に含んでおり、こうした特徴を生かし、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザなどの、青色をはじめとする発光素子の材料として用いられている。また、窒化物半導体のエネルギーギャップ範囲は、太陽光のスペクトル（波長）をほぼ網羅しており、発電効率の高い太陽電池を実現しうる材料として注目されている。さらに、窒化物半導体はその広エネルギーギャップ性を生かして、高周波・高出力トランジスタ用材料としても期待されている。
【０００３】
しかしながら、一般には、窒化物半導体による素子の発光効率や素子寿命は、ＧａＡｓやＩｎＰ系材料による発光素子に比較して、劣っているという問題がある。これは、ＧａＡｓやＩｎＰと異なり、窒化物半導体に格子整合し、また、エピタキシャル成長の環境に耐えられる基板が、普及していないことによる。
【０００４】
現在一般には、窒化物半導体素子は、サファイアをはじめとする基板上に形成されている。しかしながら、サファイア（単結晶Ａｌ2Ｏ3）は、ＧａＮに対する格子不整１３．８％であり、この基板と窒化物半導体層との間の格子不整によって、窒化物半導体中に１０8-9／ｃｍ3の高密度の結晶欠陥（貫通転位）が入り、素子の発光効率や素子寿命などを低下させている（非特許文献１参照）。また、窒化物半導体に格子整合する材料として、ＺｎＯ，ＬｉＧａＯ2などがあるが、これらは、窒化物半導体のエピタキシャル成長における還元雰囲気に対する耐性がない（非特許文献２，３参照）。このため、しばしば窒化物半導体膜の剥離が生じる。
【０００５】
これに対し、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面に窒化物半導体の層を積層することで半導体レーザなどの素子を作製することで、窒化物半導体を用いた特性のよい素子を、低コストで容易に製造する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Matsuoka, H. Tanaka, T. Sasaki, and K. Katsui, "Wide-Gap Semiconductor (In, Ga)N", in Inst. Phys. Conf. Ser., vol.106, pp.141-146, 1990.
【非特許文献２】T. Matsuoka, N. Yoshimoto, T. Sasaki, and K. Katsui, "Wide-Gap Semiconductor InGaN and InGaAlN Grown by MOVPE", J. Electronic Mat., vol.21, no.2, pp.157-163, 1992.
【非特許文献３】T. Matsuoka and T. Ishii, "Polarity of GaN Grown on (001) β-LiGaO2", in Proc. Int. Workshop on Nitride Semiconductors, IPAP Conf. Series 1, pp.11-14, 2000.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いて窒化物半導体による素子を形成した場合、窒化物半導体の層における結晶性の顕著な向上は見られたが、想定していた性能が得られていないという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いることで、より性能のよい窒化物半導体による素子が製造できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面上に窒化物半導体の層を積層して窒化物半導体からなる素子を形成する半導体装置の製造方法において、基板と素子となる窒化物半導体の層との間にＭｇの拡散を抑制する抑制層を形成する抑制層形成工程、および、基板の主表面以外の側面および底面をＭｇの拡散を抑制する抑制被膜で覆う抑制被膜被覆工程の少なくとも一方を備える。
【００１０】
上記半導体装置の製造方法において、（０００１）面に垂直な面を主表面としたＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面上に窒化物半導体の層を積層し、基板の（０００１）面に垂直な方向を導波方向とするレーザ構造の素子を形成するレーザ構造作製工程と、レーザ構造が作製された基板を（０００１）面で劈開してレーザ構造の端面を形成してレーザ構造の共振器を形成する共振器形成工程とを備える。
【００１１】
上記半導体装置の製造方法において、（０００１）面を主表面としたＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面上に窒化物半導体の層を積層し、基板の裂開容易面に垂直な方向を導波方向とする導波路型のレーザ構造の素子を形成するレーザ構造作製工程と、レーザ構造が作製された基板を裂開容易面で裂開してレーザ構造の端面を形成してレーザ構造の共振器を形成する共振器形成工程とを備える。
【００１２】
上記半導体装置の製造方法において、裂開容易面は、（１−１０−１）面である。
【００１３】
上記半導体装置の製造方法において、素子を形成した後で、劈開により基板を薄層化する薄層化工程を備える。
【００１４】
また、本発明に係る半導体装置は、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面に積層された窒化物半導体の層から構成された素子による半導体装置であって、基板と素子となる窒化物半導体の層との間にＭｇの拡散を抑制する抑制層、および、基板の主表面以外の側面および底面を覆って形成されたＭｇの拡散を抑制する抑制被膜の少なくとも一方を備える。
【００１５】
上記半導体装置おいて、（０００１）面に垂直な面を主表面としたＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面上に積層された窒化物半導体の層から構成され、基板の（０００１）面に垂直な方向を導波方向とするレーザ構造の素子と、レーザ構造が作製された基板の（０００１）面で劈開されたレーザ構造の端面より構成されたレーザ構造の共振器とを備える。  
【００１６】
上記半導体装置おいて、（０００１）面を主表面としたＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面上に積層された窒化物半導体の層から構成され、基板の裂開容易面に垂直な方向を導波方向とする導波路型のレーザ構造の素子と、レーザ構造が作製された基板の裂開容易面で裂開されたレーザ構造の端面より構成されたレーザ構造の共振器とを備える。
【００１７】
上記半導体装置おいて、裂開容易面は、（１−１０−１）面である。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したことにより、本発明によれば、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いることで、より性能のよい窒化物半導体による素子が製造できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法で製造されるレーザ素子の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、実験に用いた素子の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、実験に用いた素子の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態における実験の各試料における移動度とキャリア濃度を評価した結果を示す特性図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態における実験の各試料における室温におけるフォトルミネッセンス測定の結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
まず、第１工程Ｓ１０１で、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板の主表面以外の側面および底面をＭｇの拡散を抑制する抑制被膜で覆う（抑制被膜被覆工程）。例えば、高周波誘導加熱型チョクラルスキー炉を用いて育成したＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶体を（０００１）面で劈開することで、（０００１）面からなる互いに平行な２面を有する板状とした、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板が得られる。
【００２２】
次に、基板の側面および底面に、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、またはＡｌＮからなる抑制被膜を形成して覆う。例えば、よく知られたスパッタ装置を用い、基板載置台の上に主表面を下にして基板を載置し、スパッタ法（例えばＲＦスパッタ法）によりいずれかの材料を堆積することで、抑制被膜を形成すればよい。
【００２３】
次に、第２工程Ｓ１０２で、基板と素子となる窒化物半導体の層との間にＭｇの拡散を抑制する抑制層を形成する（抑制層形成工程）。抑制層は、例えば、ＡｌＮの層から構成すればよい。また抑制層は、ＡｌＮとＧａＮとが交互に積層された超格子構造から構成してもよい。ここで、基板の上に窒化物半導体からなるバッファ層などを形成し、このバッファ層の上に抑制層を形成してもよい。
【００２４】
次に、第３工程Ｓ１０３で、基板の主表面上（抑制層上）に窒化物半導体の層を積層して窒化物半導体からなる素子を形成する。
【００２５】
発明者らの鋭意の調査検討により、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いて窒化物半導体による素子を形成した場合に、想定していた性能が得られない原因が、ＳｃＡｌＭｇＯ4の構成物質であるＭｇが、偏析や拡散により、界面を経由して素子構造層に混入し、また、結晶成長雰囲気中に拡散して素子構造に取り込まれて混入することにあることを突き止めた。抑制層や抑制被膜の形成により、上述したＭｇの素子構造層への混入が防止でき、より性能のよい窒化物半導体による素子が製造できるようになる。
【００２６】
また、上述したように素子を形成した後、劈開により基板を薄層化することができる（薄層化工程）。放熱の観点より、完成した状態では、基板は可能な範囲で薄層化することが望ましい。結晶成長における基板の破損などを防ぐために、基板厚さは４００〜５００μｍ程度とされている。サファイア基板の場合には、基板から素子を切り出す工程において、切り出し作業を容易にするために、研削などによって基板の厚さを５０μｍ程度に薄くしている。研削時に素子特性を劣化しないようにするために、研削作業は慎重に行わなければならず、多くの時間を要している。さらに、素子はヒートシンク上にマウントされて使用されるが、この場合、熱を逃がすために基板厚が薄いことが望まれる。しかし、サファイア基板を用いる場合、５０μｍ程度が薄層化の限界である。
【００２７】
これに対し、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いる場合、劈開により基板を薄くでき、例えば、厚さ１０μｍ程度とすることが非常に容易である。このように薄くした基板の裏面にヒートシンクなどを設けることで、より効率的に放熱が実施できるようになる。このように、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いることで、サファイア基板に較べて熱特性を大幅に改善できるという発光素子にとっては極めて重大な特性を改善できるという効果も得られる。
【００２８】
以下、素子について図２を用いてより詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。ここでは、導波路型の半導体レーザを例にして説明する。
【００２９】
この半導体レーザ素子は、単結晶のＳｃＡｌＭｇＯ4からなる基板１０１、基板１０１の上に形成された導波路型のレーザ構造１０２を備える。レーザ構造１０２は、ｎ型のＧａＮからなる第１電極接続層１０３と、第１電極接続層１０３の上に形成されたｎ型のＧａＡｌＮからなる下部導波路層１０４と、下部導波路層１０４の上に形成されたｎ型のＧａＮからなる下部キャリア閉じ込め層１０５とを備える。
【００３０】
また、レーザ構造１０２は、下部キャリア閉じ込め層１０５の上に形成された多重量子井戸構造の活性層１０６と、活性層１０６の上に形成されたｐ型のＧａＡｌＮからなる上部キャリア閉じ込め層１０７と、上部キャリア閉じ込め層１０７の上に形成されたｐ型のＧａＮからなる上部導波路層１０８と、上部導波路層１０８の上に形成されたｐ型のＧａＮからなる第２電極接続層１０９とを備える。活性層１０６は、例えば、層厚３．２ｎｍのＩｎＧａＮの層と、層厚４．５ｎｍのＧａＮの層とが交互に５組積層されている。なお、上部導波路層１０８および第２電極接続層１０９は、一層のｐ型ＧａＮ層として成長されており、この一部がエッチングされて、第２電極接続層１０９を形成している。この結果、本素子構造は、リッジ導波路型構造となっている。
【００３１】
また、第１電極接続層１０３に接続する第１電極１１１、および第２電極接続層１０９に接続する第２電極１１２を備える。第１電極１１１は、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉから構成されて第１電極接続層１０３にオーミック接続し、第２電極１１２は、Ａｕ／Ｐｔ／Ｐｄから構成されて第２電極接続層１０９にオーミック接続している。
【００３２】
また、第１電極接続層１０３の一部，下部導波路層１０４，下部キャリア閉じ込め層１０５，活性層１０６，上部キャリア閉じ込め層１０７，上部導波路層１０８は、導波方向に延在する所定の幅のストライプ状に加工されている。図２においては、紙面の奥から手前の方向が、導波方向である。
【００３３】
上述した構成に加え、基板１０１と素子であるレーザ構造１０２となる窒化物半導体の層との間にＭｇの拡散を抑制する抑制層１２１を備える。また、基板１０１の主表面以外の側面および底面を覆って形成されたＭｇの拡散を抑制する抑制被膜１２２を備える。なお、抑制層１２１は、例えば、ＧａＮなどの窒化物半導体から構成されたバッファ層１１５の上に形成されている。
【００３４】
例えば、よく知られた有機金属気相成長法により、各窒化物半導体の層をエピタキシャル成長させ、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、レーザ構造１０２が形成できる。
【００３５】
なお、レーザ構造１０２には、導波方向に所定の間隔を開けて２つの端面（不図示）が形成され、これらにより共振器構造が構成されている。２つの端面端面は、劈開または裂開により形成すればよい。例えば、レーザ構造１０２を形成した後、基板１０１を研磨などにより板厚６０〜８０μｍ程度にまで薄層化した後、所望の箇所で劈開もしくは裂開することで、鏡面とした２つの端面が、コストをかけることなく容易に形成できる。
【００３６】
例えば、基板１０１を、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶から構成し、（０００１）面に垂直な面を主表面とすれば、基板１０１の表面方向において、レーザ構造１０２の導波方向は（０００１）面に垂直な方向とすればよい。この構成とすることで、レーザ構造１０２が作製された基板１０１を（０００１）面で劈開することで、レーザ構造１０２の端面を形成して、これらによりレーザ構造１０２の共振器を構成することができる。
【００３７】
例えば、単結晶ＳｃＡｌＭｇＯ4の（−１２−１  ０）面を、基板１０１の主表面とすれば、（０００１）面により劈開が可能となる。また、この面の上に窒化物半導体をエピタキシャル成長すると、窒化物半導体はａ軸方向に成長し、形成される窒化物半導体層の表面はａ面［（−１２−１０）面］となる。また、この面においては、ＧａＮとの格子不整合を面内ｃ軸方向３.２％、面内ｍ軸方向−１.８％と非常に小さくすることができる。
【００３８】
また、単結晶ＳｃＡｌＭｇＯ4の（０１−１０）面を、基板１０１の主表面としても、（０００１）面により劈開が可能となる。また、この面の上に窒化物半導体をエピタキシャル成長すると、窒化物半導体はｍ軸方向に成長し、形成される窒化物半導体層の表面はｍ面［（０１−１０）面］となる。また、この面においては、ＧａＮとの格子不整合を、面内ｃ軸方向３.２％、面内ａ軸方向−１.８％と非常に小さくすることができる。
【００３９】
また、基板１０１を、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶から構成し、（０００１）面を主表面とすれば、基板１０１の表面方向において、レーザ構造１０２の導波方向は、基板１０１の裂開面に垂直な方向とすればよい。この構成とすることで、レーザ構造１０２が作製された基板１０１を、裂開容易面で裂開することでレーザ構造１０２の端面が形成できる。このようにして形成した端面により、レーザ構造１０２の共振器を構成することができる。
【００４０】
例えば、単結晶ＳｃＡｌＭｇＯ4の（１−１０−１）面が、裂開容易面となる。この面は、ダングリングボンドの面密度が小さく、向かい合う面に同数のカチオンとアニオンが現れるため、裂開しやすい面（裂開容易面）と考えることができる。なお、単結晶ＳｃＡｌＭｇＯ4の（０００１）面を、基板１０１の主表面とした場合、形成される窒化物半導体の表面は、ｃ面となる。
【００４１】
次に、実際に作製した素子を用いた実験結果について説明する。実験では、サファイア基板を用いて作製した素子（試料１）、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いて作製した素子（試料２）、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いて作製した抑制層を備える素子（試料３）、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いて作製した抑制層および抑制被膜を備える素子（試料４）を作製した。試料１は、参照用でありサファイアの０．２℃オフ基板を用いた。
【００４２】
試料３は、図３に示すように、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板２０１の上に形成したＧａＮ層２０２、ＧａＮ層２０２の上に形成したアンドープのＧａＮ層２０３、ＧａＮ層２０３の上に形成したＡｌＮからなる抑制層２１１、抑制層２１１の上に形成したアンドープのＧａＮ層２０４、アンドープのＧａＮ層２０４の上に形成したｎ型のＧａＮ層２０５を備える。基板２０１の主表面はｃ面とする。
【００４３】
例えば、基板２０１を有機洗浄した後で、基板２０１の表面を水素クリーニングする。例えば、水素雰囲気で、１１７５℃で８分間、基板２０１を加熱すればよい。次に、水素クリーニングした基板２０１の上に、よく知られた有機金属気相成長法により、ＧａＮ層２０２を形成する。例えば、アンモニアおよびトリメチルガリウムを原料とし、例えば５５０℃程度の低温条件として結晶とはなっていないＧａＮ層２０２を形成すればよい。ＧａＮ層２０２の層厚は２０ｎｍ程度とすればよい。
【００４４】
引き続き、ＧａＮ層２０２の上に、よく知られた有機金属気相成長法により基板温度条件を１０７０℃としてＧａＮを成長させ、アンドープのＧａＮ層２０３を形成する。ＧａＮ層２０３は、厚さ１．８μｍ程度に形成する。
【００４５】
次に、ＧａＮ層２０３の上に、よく知られた有機金属気相成長法により基板温度条件を１０７０℃とし、アンモニアおよびトリメチルアルミニウムを原料としてＡｌＮを成長させ、厚さ１５ｎｍ程度の抑制層２１１を形成する。引き続き、基板温度条件を１０７０℃としてアンドープのＧａＮを成長させ、厚さ０．６μｍ程度にＧａＮ層２０４を形成する。次いで、基板温度条件を１０７０℃とし、Ｓｉをドープしてｎ型のＧａＮを成長させ、厚さ１．８μｍ程度にＧａＮ層２０５を形成する。
【００４６】
一方、試料４は、図４に示すように、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板２０１の上に形成したＧａＮ層２０２、ＧａＮ層２０２の上に形成したアンドープのＧａＮ層２０３、ＧａＮ層２０３の上に形成したＡｌＮからなる抑制層２１１、抑制層２１１の上に形成したアンドープのＧａＮ層２０４、アンドープのＧａＮ層２０４の上に形成したｎ型のＧａＮ層２０５を備える。これらの構成は、試料３と同様である。試料４は、基板２０１の主表面以外の側面および底面を覆う抑制被膜２１２が形成されている。
【００４７】
例えば、ＧａＮ層２０２を形成する前に、ＲＦスパッタ法により酸化シリコンを堆積することで、抑制被膜２１２を形成し、この後、前述した試料３と同様にして各層を形成する。
【００４８】
また、試料３の抑制層１２１形成以外は同様にすることで、試料２を作製した。
【００４９】
次に、各試料の評価について説明する。はじめに、各試料における移動度とキャリア濃度を評価した。この評価では、室温においてホール効果測定を行った。また、Ｉｎからなる電極を用いて測定を実施した。
【００５０】
図５に示すように、サファイア基板を用いた参照用の試料１に比べ、基板材料にＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶を用いた試料２では、ホール移動度、キャリア濃度が減少している。試料２は、抑制層および抑制被膜が形成されていない。このため、試料２には、製造過程でｎ型のＧａＮ層にＭｇが混入し、これがアクセプターとして働き、Ｓｉドープによるｎ型キャリアの電子を補償しているためキャリア濃度が低くなったものと考えられる。
【００５１】
上述した試料２に比較し、まず、抑制層を形成した試料３では、試料２よりホール移動度、キャリア濃度が改善している。また、抑制層および抑制被膜を形成した試料４では、試料１とほぼ同定度のホール移動度、キャリア濃度へ回復した。これらの結果より、抑制層や抑制被膜を用いることで、混入が抑制できたものと考えられる。
【００５２】
次に、各試料の室温におけるフォトルミネッセンス測定を実施した。各試料の励起には、発振波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザを用いた。
【００５３】
図６に示すように、試料１では、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＮ層からバンド端付近の発光は確認され、これ以外の発光は観察されない。これは、不純物混入によるアクセプター準位に起因する発光が観察されていないことを示している。これに対し、試料２では、ｎ型のＧａＮ層から、バンド端付近の発光に比べてアクセプター準位に起因する発光が強く観察された。
【００５４】
上述した試料２に対し、抑制層を形成した試料３では、ｎ型のＧａＮ層からのアクセプター準位に起因する発光がやや低減した。また、抑制層および抑制被膜を形成した試料４では、ｎ型のＧａＮ層からのアクセプター準位に起因する発光は顕著に低減した。これらの結果より、抑制層や抑制被膜を用いることで、不純物混入が抑制できたことがわかる。
【００５５】
以上に説明したように、本発明によれば、基板と素子となる窒化物半導体の層との間にＭｇの拡散を抑制する抑制層を形成し、また、基板の主表面以外の側面および底面をＭｇの拡散を抑制する抑制被膜で覆うようにしたので、ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いることで、より性能のよい窒化物半導体による素子が製造できるようになる。
【００５６】
ＳｃＡｌＭｇＯ4の単結晶からなる基板を用いることで、ＧａＮとの格子不整合率が従来から用いられている基板であるサファイアより一桁小さいことから単位面積当たりの貫通転位密度が２桁減少する。また、ＳｃＡｌＭｇＯ4基板の劈開性を利用することによって、素子作製後、基板の薄層化が容易であり、また、非常に薄くできることが可能である。このように基板を薄くした状態でヒートシンク上に素子を搭載することによって、サファイア基板に較べて熱特性を大幅に改善できるという発光素子にとっては極めて重大な特性を改善できるという効果も得られる。
【００５７】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、半導体レーザを例に説明したが、共振器構造を形成しない構成とすることで、ＬＥＤとすることができる。また、窒化物半導体を用いたトランジスタを素子として形成することも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０１…基板、１０２…レーザ構造、１０３…第１電極接続層、１０４…下部導波路層、１０５…下部キャリア閉じ込め層、１０６…活性層、１０７…上部キャリア閉じ込め層、１０８…上部導波路層、１０９…第２電極接続層、１１１…第１電極、１１２…第２電極、１１５…バッファ層、１２１…抑制層、１２２…抑制被膜。
【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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【図６】
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