(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の少なくとも一部に、表面が（１１１）面となるように配向している立方晶のペロブスカイト構造、表面が（１１１）面となるように配向している立方晶の酸化物からなるＣａＦ2構造、および、表面が（０００１）面となるように配向している六方晶の鉄マンガン鉱構造のうちの１つの構造を有する材料からなる多結晶または単結晶の材料を含む第１バッファ層を形成する工程と、
前記第１バッファ層上に、表面が（０００１）面となるように窒化物系半導体層または前記基板よりも熱膨張係数が大きい結晶構造が六方晶である半導体層を形成する工程とを備え、
前記基板は、立方晶の（１１１）面を表面とする基板、および、六方晶の（０００１）面を表面とする基板のうちのいずれか一方を含む、半導体の形成方法。
【請求項２】
前記第１バッファ層は、ＳｒＴｉＯ3、ＰｒＯ2、ＣｅＯ2からなるグループより選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載の半導体の形成方法。
【請求項３】
前記基板は、Ｓｉ基板およびＧａＰ基板のいずれか一方を含む、請求項１または２に記載の半導体の形成方法。
【請求項４】
前記第１バッファ層を形成した後、前記窒化物系半導体層または基板よりも熱膨張係数が大きい結晶構造が六方晶である半導体層を形成する前に、前記第１バッファ層上の少なくとも一部に、多結晶または非晶質の第２バッファ層を形成する工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体の形成方法。
【請求項５】
前記半導体層を形成する工程は、横方向成長を用いる工程を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体の形成方法。
【請求項６】
基板上の少なくとも一部に形成され、表面が（１１１）面となるように配向している立方晶のペロブスカイト構造、表面が（１１１）面となるように配向している立方晶の酸化物からなるＣａＦ2構造、および、表面が（０００１）面となるように配向している六方晶の鉄マンガン鉱構造のうちの１つの構造を有する材料からなる多結晶または単結晶の材料を含む第１バッファ層と、
前記第１バッファ層上に表面が（０００１）面となるように形成された窒化物系半導体層または前記基板よりも熱膨張係数が大きい結晶構造が六方晶である半導体層とを備え、
前記基板は、立方晶の（１１１）面を表面とする基板、および、六方晶の（０００１）面を表面とする基板のうちのいずれか一方を含む、半導体素子。
【請求項７】
前記基板は、Ｓｉ基板およびＧａＰ基板のいずれか一方を含む、請求項７に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体の形成方法および半導体素子に関し、特に、基板上に半導体層が形成される半導体の形成方法および半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物系半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた紫外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤが実用化されている。また、窒化物系半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた紫外ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ；レーザダイオード）が開発されている。
【０００３】
これらのＬＥＤおよびＬＤの基本的な構造は、サファイア基板などの透明な絶縁性基板上に、ｎ型ＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Ｙ≦１）からなるｎ型窒化物系半導体層と、ＩｎXＧａ1-XＮ（０＜Ｘ≦１）からなる活性層と、ｐ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Ｚ≦１）からなるｐ型窒化物系半導体層とが順次積層されたダブルへテロ構造である。たとえば、ＬＥＤの場合、発光観測面側となるｐ型窒化物系半導体層上には、活性層の発光を外部に取り出すために、透光性の金属からなる電極が設けられている。
【０００４】
上記したサファイア基板を用いた従来の窒化物系半導体素子では、サファイア基板が固いために、素子の分離が困難であるという不都合があった。このような不都合を防止するため、従来では、Ｓｉ基板上に窒化物系半導体を形成することが試みられている。しかしながら、Ｓｉ基板は、窒化物系半導体よりも熱膨張係数が小さいため、成膜終了後の冷却時に、Ｓｉ基板の収縮よりもＳｉ基板上に形成される窒化物系半導体層の収縮の方が大きくなる。このため、窒化物系半導体層に引張り応力が生じるので、窒化物系半導体層に反りなどが発生するという不都合があった。
【０００５】
そこで、従来、上記のようなＳｉ基板を用いた場合の応力を緩和するために、Ｓｉ基板と窒化物系半導体層との間に、Ｓｉおよび窒化物系半導体よりも大きい熱膨張係数を有する材料からなる応力緩和層を形成する方法が提案されている。これらは、たとえば、特開平９−３２６５３４号公報などに開示されている。この応力緩和層によって、Ｓｉ基板はより大きく収縮するので、Ｓｉ基板と窒化物系半導体層との収縮の差が少なくなる。このため、窒化物系半導体層に生じる引張り応力が緩和されるので、窒化物系半導体層に反りなどが発生するのを抑制することができる。なお、この応力緩和層の材料としては、ＺｎＯ、サファイア、ＭｇＯおよびＭｇＡｌ2Ｏ4などが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平９−３２６５３４号公報に開示された従来の窒化物系半導体素子の形成方法では、応力緩和層の材料として用いるＺｎＯ、サファイア、ＭｇＯおよびＭｇＡｌ2Ｏ4と、基板材料として用いるＳｉとの格子定数の差が大きいため、Ｓｉ基板上に応力緩和層を形成する際に、応力緩和層に多くの格子欠陥が発生する。これにより、応力緩和層上に形成される窒化物系半導体層にも、多くの格子欠陥が発生するので、格子欠陥が低減された窒化物系半導体層を形成するのは困難であるという不都合がある。このように、上記公報に開示された技術では、Ｓｉ基板と窒化物系半導体層との応力を緩和することができる一方、格子欠陥が低減された窒化物系半導体層を形成するのは困難であるという問題点がある。このような問題点は、窒化物系半導体層を形成する場合の他に、基板よりも熱膨張係数が大きい結晶構造が六方晶である半導体層を形成する場合にも同様に生じる。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、基板と半導体層との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された半導体層を形成することが可能な半導体の形成方法を提供することである。
【０００８】
この発明のもう１つの目的は、基板と半導体層との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された半導体層を得ることが可能な半導体素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による半導体の形成方法は、基板上の少なくとも一部に、立方晶のペロブスカイト構造、立方晶の鉄マンガン鉱構造、立方晶の酸化物からなるＣａＦ2構造、および、六方晶の鉄マンガン鉱構造のうちの１つの構造を有する材料からなる多結晶または単結晶の材料を含む第１バッファ層を形成する工程と、第１バッファ層上に、窒化物系半導体層または基板よりも熱膨張係数が大きい結晶構造が六方晶である半導体層を形成する工程とを備えている。
【００１０】
この第１の局面による半導体の形成方法では、上記のように、基板上の少なくとも一部に、立方晶のペロブスカイト構造、立方晶の鉄マンガン鉱構造、立方晶の酸化物からなるＣａＦ2構造、および、六方晶の鉄マンガン鉱構造のうちの１つの構造を有する材料からなる多結晶または単結晶の材料を含む第１バッファ層を形成することによって、基板と半導体層との応力を緩和することが可能で、かつ、基板との格子定数の差が小さい第１バッファ層を得ることができる。これにより、基板と半導体層との間に発生する応力を緩和することができるとともに、格子定数差に起因して第１バッファ層に多くの格子欠陥が発生するのを抑制することができるので、第１バッファ層上に形成される半導体層に多くの格子欠陥が発生するのも抑制することができる。その結果、基板と半導体層との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された半導体層を容易に形成することができる。
【００１１】
上記第１の局面による半導体の形成方法において、好ましくは、基板は、立方晶の（１１１）面を表面とする基板、および、六方晶の（０００１）面を表面とする基板のうちのいずれか一方を含む。このように構成すれば、基板と第１バッファ層との格子定数の差を容易に小さくすることができる。
【００１２】
上記の半導体の形成方法において、好ましくは、第１バッファ層は、ＳｒＴｉＯ3、Ｌ2Ｏ3（Ｌはランタノイド元素）、ＰｒＯ2、ＣｅＯ2およびＹ2Ｏ3からなるグループより選択される少なくとも１つを含む。このように構成すれば、容易に、基板との格子定数の差が小さい第１バッファ層を得ることができる。
【００１３】
上記の半導体の形成方法において、好ましくは、基板は、Ｓｉ基板およびＧａＰ基板のいずれか一方を含む。このように構成すれば、上記の第１バッファ層を構成する材料との組み合わせにより、容易に、第１バッファ層と基板との格子定数の差を小さくすることができる。
【００１４】
上記の半導体の形成方法において、好ましくは、第１バッファ層を形成した後、窒化物系半導体層または基板よりも熱膨張係数が大きい結晶構造が六方晶である半導体層を形成する前に、第１バッファ層上の少なくとも一部に、多結晶または非晶質の第２バッファ層を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、第２バッファ層により半導体層の結晶性を向上させることができる。これにより、第２バッファ層上に形成される半導体層の格子欠陥をより低減することができる。
【００１５】
この発明の第２の局面による半導体素子は、基板上の少なくとも一部に形成され、立方晶のペロブスカイト構造、立方晶の鉄マンガン鉱構造、立方晶の酸化物からなるＣａＦ2構造、および、六方晶の鉄マンガン鉱構造のうちの１つの構造を有する材料からなる多結晶または単結晶の材料を含む第１バッファ層と、第１バッファ層上に形成された窒化物系半導体層または基板よりも熱膨張係数が大きい結晶構造が六方晶である半導体層とを備えている。
【００１６】
この第２の局面による半導体素子では、上記のように、基板上の少なくとも一部に、立方晶のペロブスカイト構造、立方晶の鉄マンガン鉱構造、立方晶の酸化物からなるＣａＦ2構造、および、六方晶の鉄マンガン鉱構造のうちの１つの構造を有する材料からなる多結晶または単結晶の材料を含む第１バッファ層を形成することによって、基板と半導体層との応力を緩和することが可能で、かつ、基板との格子定数の差が小さい第１バッファ層を得ることができる。これにより、基板と半導体層との間に発生する応力を緩和することができるとともに、格子定数差に起因して第１バッファ層に多くの格子欠陥が発生するのを抑制することができるので、第１バッファ層上に形成される半導体層に多くの格子欠陥が発生するのも抑制することができる。その結果、基板と半導体層との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された半導体層を容易に形成することができる。
【００１７】
なお、上記第１の局面による半導体の形成方法において、基板の表面に平行な方向の格子定数は、半導体層の基板の表面に平行な方向の格子定数と異なっていてもよい。
【００１８】
また、上記第１の局面による半導体の形成方法において、基板の熱膨張率は、半導体層の熱膨張率と異なっていてもよい。
【００１９】
また、上記第１の局面による半導体の形成方法において、第１バッファ層は、配向していてもよい。このように構成すれば、第１バッファ層上に形成される半導体層の結晶欠陥をより低減することができる。この場合、第１バッファ層は、表面が３回対称の構造を有するように配向していてもよい。また、この場合、第１バッファ層は、表面が立方晶のほぼ（１１１）面または六方晶のほぼ（０００１）面を有するように配向しているのが好ましい。
【００２０】
また、上記第１の局面による半導体の形成方法において、第２バッファ層は、半導体からなっていてもよい。
【００２１】
また、上記第１の局面による半導体の形成方法において、第２バッファ層の形成温度は、第１バッファ層の形成温度よりも低くてもよい。
【００２２】
また、上記第１の局面による半導体の形成方法において、半導体層は、ウルツ鉱構造を有していてもよい。
【００２３】
また、上記第１の局面による半導体の形成方法において、半導体層を形成する工程は、横方向成長を用いることによって、低転位の半導体層を成長する工程を備えてもよい。このように構成すれば、半導体層の結晶欠陥をさらに低減することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体からなる発光ダイオード素子（ＬＥＤ）の断面図である。
【００２６】
まず、図１を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体からなる発光ダイオード素子の構造について説明する。第１実施形態では、図１に示すように、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板１上に、約１０ｎｍの膜厚を有する立方晶のＣａＦ2構造のＰｒＯ2からなる第１バッファ層２が形成されている。この第１バッファ層２の表面は、３回対称となるように形成されている。また、第１バッファ層２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層２の［１−１０］方向が、Ｓｉ基板１の［１−１０］方向と一致するように配向している。この場合、Ｓｉ基板１の格子定数が、０．５４３１ｎｍであるのに対して、第１バッファ層２の格子定数は、０．５３９３ｎｍであり、Ｓｉ基板１の格子定数と、第１バッファ層２の格子定数との違いは、０．７％と小さい。なお、Ｓｉ基板１は、本発明の「基板」の一例であり、第１バッファ層２は、本発明の「第１バッファ層」の一例である。
【００２７】
また、第１バッファ層２上には、約１０ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮからなる第２バッファ層３が形成されている。なお、この第２バッファ層３は、本発明の「第２バッファ層」の一例である。第２バッファ層３上には、約５μｍの膜厚を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層４が形成されている。このｎ型コンタクト層４は、ｎ型クラッド層としての機能も有する。また、ｎ型コンタクト層４上には、発光層５が形成されている。この発光層５は、約５ｎｍの膜厚を有する６つのアンドープＧａＮからなる障壁層と、約５ｎｍの膜厚を有する５つのアンドープＧａ0.65Ｉｎ0.35Ｎからなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造を有する。また、発光層５上には、約１０ｎｍの膜厚を有するアンドープＧａＮからなる保護層６が形成されている。この保護層６は、結晶成長プロセス中に、発光層５が高温になることに起因して、発光層５の結晶が劣化するのを防止する機能を有する。
【００２８】
また、保護層６上には、約０．１５μｍの膜厚を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層７が形成されている。ｐ型クラッド層７上には、約０．３μｍの膜厚を有するＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型中間層８が形成されている。ｐ型中間層８上には、約０．３μｍの膜厚を有するＭｇがドープされたｐ型Ｇａ0.15Ｉｎ0.85Ｎからなるキャリア濃度８×１０18ｃｍ3のｐ型コンタクト層９が形成されている。また、ｐ型コンタクト層９上には、約２０ｎｍの膜厚を有する下層のＰｄ層と約４０ｎｍの膜厚を有する上層のＡｕ層とからなるｐ側透光性電極１０が形成されている。ｐ側透光性電極１０の一部上には、約３０ｎｍの膜厚を有する下層のＴｉ層と約５００ｎｍの膜厚を有する上層のＡｕ層とからなるｐ側パッド電極１１が形成されている。
【００２９】
そして、Ｓｉ基板１、第１バッファ層２および第２バッファ層３の一部領域は、ｎ型コンタクト層４の裏面が露出するように除去されている。この露出されたｎ型コンタクト層４の裏面上と、Ｓｉ基板１、第１バッファ層２および第２バッファ層３の側面上と、Ｓｉ基板１の裏面上とに、約５００ｎｍの膜厚を有するＡｌからなるｎ側電極１２が形成されている。
【００３０】
第１実施形態では、上記のように、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板１上に、立方晶のＰｒＯ2からなるＣａＦ2構造の第１バッファ層２を形成することによって、Ｓｉ基板１と窒化物系半導体各層（４〜９）との応力を緩和することが可能となる。また、第１バッファ層２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層２の［１−１０］方向がＳｉ基板１の［１−１０］方向と一致するように配向しているので、Ｓｉ基板１の格子定数との差（０．７％）が小さい第１バッファ層２を得ることができる。これにより、Ｓｉ基板１と窒化物系半導体各層（４〜９）との間に発生する応力を緩和することができるとともに、格子定数差に起因して第１バッファ層２に多くの格子欠陥が発生するのを抑制することができるので、第１バッファ層２上に形成される窒化物系半導体各層（４〜９）に多くの格子欠陥が発生するのも抑制することができる。その結果、Ｓｉ基板１と窒化物系半導体各層（４〜９）との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された窒化物系半導体各層（４〜９）を容易に形成することができる。
【００３１】
また、第１実施形態では、第１バッファ層２上に、第２バッファ層３を形成することによって、第１バッファ層２上に、直接、窒化物系半導体各層（４〜９）を形成するよりも、窒化物系半導体各層（４〜９）の結晶性を向上させることができる。その結果、窒化物系半導体各層（４〜９）の格子欠陥をより低減することができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、上記のように、第１バッファ層２の表面が（１１１）面となるように配向しているので、第１バッファ層２の表面が３回対称となる。これにより、第１バッファ層２上に形成される窒化物系半導体各層（４〜９）の表面が（０００１）面になりやすいので、結晶成長が容易で、かつ、結晶欠陥の少ない窒化物系半導体各層（４〜９）が得られやすい。
【００３３】
図２および図３は、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体からなる発光ダイオード素子（ＬＥＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図３を参照して、第１実施形態による発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。
【００３４】
まず、図２に示すように、電子ビーム真空蒸着法を用いて、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板１上に、約１０ｎｍの膜厚を有する立方晶のＰｒＯ2からなるＣａＦ2構造の第１バッファ層２を形成する。具体的には、Ｓｉ基板１を約２００℃〜約８００℃にするとともに、約３.２×１０-5Ｐａ（２.４×１０-7Ｔｏｒｒ）の超高真空下において、電子ビームをペレット状のＰｒＯ2に照射することによって、ペレット状のＰｒＯ2を加熱する。これにより、蒸発したＰｒＯ2の分子や原子などを、Ｓｉ基板１上に堆積させることにより、第１バッファ層２の表面が３回対称となるように形成する。この場合、第１バッファ層２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層２の［１−１０］方向が、Ｓｉ基板１の［１−１０］方向と一致するように配向する。
【００３５】
次に、第１バッファ層２が形成されたＳｉ基板１を、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属気相成長）装置内に設置する。そして、ＭＯＣＶＤ法を用いて、第１バッファ層２上に、第２バッファ層３を形成する。具体的には、Ｓｉ基板１を約１１５０℃の基板温度（成長温度）に保持した状態で、原料ガスとして、ＮＨ3、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）およびＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、キャリアガスとして、Ｈ2およびＮ2からなるガス（Ｈ2の含有率は約５０％）を用いて、第１バッファ層２上に、約１０ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮからなる第２バッファ層３を形成する。
【００３６】
次に、Ｓｉ基板１を約１０００℃〜約１２００℃（たとえば、約１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、原料ガスとして、ＮＨ3およびＴＭＧａ、ドーパントガスとして、ＳｉＨ4、キャリアガスとして、Ｈ2およびＮ2からなるガス（Ｈ2の含有率は約５０％）を用いることによって、第２バッファ層３上に、約５μｍの膜厚を有する単結晶のＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層４を約３μｍ／ｈの成長速度で成長させる。
【００３７】
次に、Ｓｉ基板１を約７００℃〜約１０００℃（たとえば、約８５０℃）の成長温度に保持した状態で、原料ガスとして、ＮＨ3、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）およびＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、キャリアガスとして、Ｈ2およびＮ2からなるガス（Ｈ2の含有率は約１％〜５％）を用いることによって、ｎ型コンタクト層４上に、約５ｎｍの膜厚を有する６つのアンドープＧａＮからなる障壁層と、約５ｎｍの膜厚を有する５つのアンドープＧａ0.65Ｉｎ0.35Ｎからなる井戸層とを交互に成長することにより、ｎ型コンタクト層４上に、ＭＱＷ構造の発光層５を形成する。さらに連続して、発光層５上に、約１０ｎｍの膜厚を有する単結晶のアンドープＧａＮからなる保護層６を、約０．４ｎｍ／ｓの成長速度で成長させる。
【００３８】
次に、Ｓｉ基板１を約１０００℃〜約１２００℃（たとえば、約１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、原料ガスとして、ＮＨ3、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌ、ドーパントガスとして、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）、キャリアガスとして、Ｈ2およびＮ2からなるガス（Ｈ2の含有率は約１％〜３％）を用いることによって、保護層６上に、約０．１５μｍの膜厚を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層７を約３μｍ／ｈの成長速度で成長させる。
【００３９】
次に、Ｓｉ基板１を約１０００℃〜約１２００℃（たとえば、約１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、原料ガスとして、ＮＨ3およびＴＭＧａ、ドーパントガスとして、Ｃｐ2Ｍｇ、キャリアガスとして、Ｈ2およびＮ2からなるガス（Ｈ2の含有率は約１％〜３％）を用いることによって、ｐ型クラッド層７上に、約０．３μｍの膜厚を有するＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型中間層８を約３μｍ／ｈの成長速度で成長させる。
【００４０】
次に、Ｓｉ基板１を約７００℃〜約１０００℃（たとえば、約８５０℃）の成長温度に保持した状態で、原料ガスとして、ＮＨ3、ＴＥＧａおよびＴＭＩｎ、ドーパントガスとして、Ｃｐ2Ｍｇ、キャリアガスとして、Ｈ2およびＮ2からなるガス（Ｈ2の含有率は約１％〜５％）を用いることによって、ｐ型中間層８上に、約０．３μｍの膜厚を有するＭｇがドープされたｐ型Ｇａ0.15Ｉｎ0.85Ｎからなるｐ型コンタクト層９を約３μｍ／ｈの成長速度で成長させる。
【００４１】
その後、Ｓｉ基板１の裏面をＳｉ基板１が約８０μｍの厚みになるまで研磨する。そして、図３に示すように、フォトリソグラフィー技術およびＫＯＨ溶液によるウエットエッチング技術を用いて、第１バッファ層２が露出するように、Ｓｉ基板１の裏面から直径約２００μｍの円形の穴を形成する。さらに、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などのドライエッチング技術を用いて、第１バッファ層２および第２バッファ層３の一部を円形状に除去することによって、ｎ型コンタクト層４の裏面を露出させる。
【００４２】
次に、図１に示したように、真空蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層９上に、約２０ｎｍの膜厚を有する下層のＰｄ層と約４０ｎｍの膜厚を有する上層のＡｕ層とからなるｐ側透光性電極１０を形成する。そして、ｐ側透光性電極１０の一部上に、約３０ｎｍの膜厚を有する下層のＴｉ層と約５００ｎｍの膜厚を有する上層のＡｕ層とからなるｐ側パッド電極１１を形成する。また、真空蒸着法を用いて、ｎ型コンタクト層４の裏面上と、Ｓｉ基板１、第１バッファ層２および第２バッファ層３の側面上と、Ｓｉ基板１の裏面上とに、約５００ｎｍの膜厚を有するＡｌからなるｎ側電極１２を形成する。その後、ｐ側透光性電極１０およびｎ側電極１２を、それぞれ、ｐ型コンタクト層９およびｎ型コンタクト層４にオーミック接触させるために、約６００℃の温度条件下で、熱処理を行う。
【００４３】
最後に、スクライブ、ダイシングおよびブレーキングなどの方法を用いて、一辺が約４００μｍの略正方形になるように、素子の分離を行う。このようにして、第１実施形態による窒化物系半導体からなる発光ダイオード素子（ＬＥＤ）が製造される。
【００４４】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）を示した断面図である。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、六方晶の鉄マンガン鉱構造のＰｒ2Ｏ3からなる第１バッファ層を形成する場合について説明する。
【００４５】
この第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、図４に示すように、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板２１上に、約１０ｎｍの膜厚を有する六方晶の鉄マンガン鉱構造のＰｒ2Ｏ3からなる第１バッファ層２２が形成されている。この第１バッファ層２２の表面は、３回対称となるように形成されている。また、第１バッファ層２２の表面が（０００１）面となるとともに、第１バッファ層２２の［１１−２０］方向が、Ｓｉ基板２１の［１−１０］方向と一致するように配向している。この場合、Ｓｉ基板２１の［１１０］方向の隣接原子間隔が、０．３８４０ｎｍであるのに対して、第１バッファ層２２のａ軸の格子定数は、０．３８５１ｎｍであり、Ｓｉ基板２１の［１１０］方向の隣接原子間隔と、第１バッファ層２２のａ軸の格子定数との違いは、０．３％と小さい。なお、Ｓｉ基板２１は、本発明の「基板」の一例であり、第１バッファ層２２は、本発明の「第１バッファ層」の一例である。
【００４６】
また、第１バッファ層２２上には、約１０ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮからなる第２バッファ層２３が形成されている。なお、この第２バッファ層２３は、本発明の「第２バッファ層」の一例である。第２バッファ層２３上には、約０．５μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層２４が形成されている。アンドープＧａＮ層２４上には、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの膜厚を有するとともに、約７μｍの周期を有するストライプ状（細長状）のＳｉＮからなるマスク層２５が形成されている。このマスク層２５は、オーバーハング部２５ａを有する逆メサ形状（逆台形状）に形成されているとともに、オーバーハング部２５ａ間の最短距離は、下層のアンドープのＧａＮ層２４の露出部の幅よりも、小さく形成されている。また、マスク層２５の開口部は、たとえば、アンドープＧａＮ層２４の［１１−２０］方向または［１−１００］方向に形成しているのが好ましい。そして、アンドープＧａＮ層２４上およびマスク層２５上には、約２μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層２６が形成されている。
【００４７】
また、アンドープＧａＮ層２６上には、約４μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタクト層２７が形成されている。第１導電型コンタクト層２７上には、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなる第１導電型クラッド層２８が形成されている。第１導電型クラッド層２８上には、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層２９が形成されている。ＭＱＷ発光層２９上には、約０．４５μｍの膜厚を有するｐ型ＡｌＧａＮからなるとともに、突出部を有する第２導電型クラッド層３０が形成されている。第２導電型クラッド層３０の突出部の上面上には、約０．１５μｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタクト層３１が形成されている。この第２導電型コンタクト層３１と第２導電型クラッド層３０の突出部とによって、リッジ部が形成されている。第２導電型コンタクト層３１上に、ｐ側電極３２が形成されている。そして、第２導電型クラッド層３０から、第１導電型コンタクト層２７までの一部領域が除去されている。この露出された第１導電型コンタクト層２７の一部上に、ｎ側電極３３が形成されている。
【００４８】
第２実施形態では、上記のように、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板２１上に、約１０ｎｍの膜厚を有する六方晶のＰｒ2Ｏ3からなる鉄マンガン鉱構造の第１バッファ層２２を形成することによって、Ｓｉ基板２１と窒化物系半導体各層（２４〜３１）との応力を緩和することが可能となる。また、第１バッファ層２２の表面が（０００１）面となるとともに、第１バッファ層２２の［１１−２０］方向がＳｉ基板２１の［１−１０］方向と一致するように配向しているので、Ｓｉ基板２１の［１１０］方向の隣接原子間隔との格子定数差（０．３％）が小さい第１バッファ層２２を得ることができる。これにより、基板２１と窒化物系半導体各層（２４〜３１）との間に発生する応力を緩和することができるとともに、格子定数差に起因して第１バッファ層２２に多くの格子欠陥が発生するのを抑制することができるので、第１バッファ層２２上に形成される窒化物系半導体各層（２４〜３１）に多くの格子欠陥が発生するのも抑制することができる。その結果、Ｓｉ基板２１と窒化物系半導体各層（２４〜３１）との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された窒化物系半導体各層（２４〜３１）を容易に形成することができる。
【００４９】
また、第２実施形態では、第１バッファ層２２上に、第２バッファ層２３を形成することによって、第１実施形態と同様、第１バッファ層２２上に、直接、窒化物系半導体各層（２４〜３１）を形成するよりも、窒化物系半導体各層（２４〜３１）の結晶性を向上させることができる。その結果、窒化物系半導体各層（２４〜３１）の格子欠陥をより低減することができる。
【００５０】
また、第２実施形態では、上記のように、第１バッファ層２２の表面が（０００１）面となるように配向しているので、第１バッファ層２２の表面が３回対称となる。これにより、第１バッファ層２２上に形成される窒化物系半導体各層（２４〜３１）の表面が（０００１）面になりやすいので、結晶成長が容易で、かつ、結晶欠陥の少ない窒化物系半導体各層（２４〜３１）が得られやすい。
【００５１】
図５〜図８は、図４に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図４〜図８を参照して、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００５２】
まず、図５に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板２１上に、約１０ｎｍの膜厚を有する六方晶のＰｒ2Ｏ3からなる鉄マンガン鉱構造の第１バッファ層２２を形成する。具体的には、Ｓｉ基板２１を約５００℃〜約８００℃の成長温度に保持するとともに、装置内を約０．４ｋＰａ〜約２４ｋＰａに減圧した状態で、原料ガスとして、Ｐｒ（ＤＰＭ）3およびオゾンを用いることによって、Ｓｉ基板２１上に、第１バッファ層２２の表面が３回対称となるように形成する。この場合、第１バッファ層２２の表面が（０００１）面となるとともに、第１バッファ層２２の［１１−２０］方向が、Ｓｉ基板２１の［１−１０］方向と一致するように配向する。
【００５３】
次に、第１バッファ層２２上に、約１０ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮからなる第２バッファ層２３および約０．５μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層２４を順次形成する。
【００５４】
次に、図６に示すように、オーバーハング部２５ａを有するＳｉＮからなるマスク層２５を形成する。このマスク層２５の形成方法としては、まず、アンドープＧａＮ層２４上の全面に、ＳｉＮ層（図示せず）を形成した後、このＳｉＮ層上の所定領域にレジスト（図示せず）を形成する。そして、そのレジストをマスクとして、ＳｉＮ層をウェットエッチングすることによって、オーバーハング部２５ａを有するマスク層２５を形成することができる。なお、このマスク層２５は、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの膜厚を有するとともに、約７μｍの周期を有するストライプ状（細長状）に形成する。また、マスク層２５の開口部は、たとえば、アンドープＧａＮ層２４の［１１−２０］方向または［１−１００］方向に形成するのが好ましい。
【００５５】
この後、図７に示すように、ＭＯＣＶＤ法またはＨＶＰＥ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｅｐｉｔａｘｙ；ハイドライド気相成長法）を用いて、Ｓｉ基板２１を約９５０℃〜約１２００℃の成長温度に保持した状態で、マスク層２５を選択成長マスクとして、アンドープＧａＮ層２４上に、約２μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層２６を選択横方向成長させる。
【００５６】
ここで、アンドープＧａＮ層２６を成長させる際、マスク層２５がオーバーハング部２５ａを有するので、オーバーハング部２５ａの下方には、原料が届きにくくなる。これにより、原料が届きやすいオーバーハング２５ａ間の中央部付近では、アンドープＧａＮ層２６の成長速度が速くなるとともに、原料が届きにくいオーバーハング部２５ａの下方では、アンドープＧａＮ層２６の成長速度が遅くなる。このため、ファセット形状（台形状）のアンドープＧａＮ層２６が形成されやすくなるとともに、ファセット形状（台形状）のアンドープＧａＮ層２６の側面が、徐々に横方向に成長するので、アンドープＧａＮ層２６の膜厚が、マスク層２５の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。このため、アンドープＧａＮ層２６の成長初期段階から転位が横方向へ曲げられるので、アンドープＧａＮ層２６の成長初期段階から縦方向に伝播する転位を低減することができる。これにより、低転位のアンドープＧａＮ層２６を薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【００５７】
次に、アンドープＧａＮ層２６上に、ＭＯＣＶＤ法またはＨＶＰＥ法を用いて、約４μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタクト層２７、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなる第１導電型クラッド層２８、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層２９、突出部を有する約０．４５μｍの膜厚のｐ型ＡｌＧａＮからなる第２導電型クラッド層３０、および、約０．１５μｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタクト層３１を順次形成する。
【００５８】
次に、図８に示すように、第２導電型コンタクト層３１上に、ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2膜（図示せず）を形成した後、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ＳｉＯ2膜をパターニングする。そして、そのＳｉＯ2膜をマスクとして、ＲＩＥ法を用いて、第２導電型コンタクト層３１、第２導電型クラッド層３０、ＭＱＷ発光層２９、第１導電型クラッド層２８、および、第１導電型コンタクト層２７の途中までエッチング除去することによって、第１導電型コンタクト層２７の上面の一部を露出させる。この後、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術とを用いて、第２導電型コンタクト層３１から第２導電型クラッド層３０の一部をエッチング除去することにより、リッジ部を形成する。
【００５９】
最後に、図４に示したように、真空蒸着法を用いて、リッジ部上の第２導電型コンタクト層３１上に、ｐ側電極３２を形成する。そして、露出された第１導電型コンタクト層２７の一部上に、ｎ側電極３３を形成する。このようにして、第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）が形成される。
【００６０】
第２実施形態の製造プロセスでは、上記のように、オーバーハング部２５ａを有するマスク層２５を用いて選択横方向成長により形成した低転位のアンドープＧａＮ層２６上に、窒化物系半導体各層（２７〜３１）を形成することによって、低転位で、かつ、厚みの薄い窒化物系半導体各層（２７〜３１）を形成することができる。その結果、厚みが薄く、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
【００６１】
（第１参考形態）
図９は、本発明の第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）を示した断面図である。この第１参考形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、立方晶の鉄マンガン鉱構造のＳｍ2Ｏ3からなる第１バッファ層を形成する場合について説明する。
【００６２】
この第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子では、図９に示すように、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板４１上に、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの膜厚を有する立方晶の鉄マンガン鉱構造のＳｍ2Ｏ3からなる第１バッファ層４２が形成されている。この第１バッファ層４２の表面は、３回対称となるように形成されている。この第１バッファ層４２は、約７μｍの周期を有するストライプ状（細長状）に形成されている。また、第１バッファ層４２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層４２の［１−１０］方向が、Ｓｉ基板４１の［１−１０］方向と一致するように配向している。この場合、Ｓｉ基板４１の格子定数が、０．５４３１ｎｍであるのに対して、第１バッファ層４２の格子定数は、１．０８５ｎｍであり、Ｓｉ基板４１の格子定数と、第１バッファ層４２の格子定数の１／２倍との違いは、２．４％と小さい。なお、Ｓｉ基板４１は、本発明の「基板」の一例であり、第１バッファ層４２は、本発明の「第１バッファ層」の参考例である。
【００６３】
そして、Ｓｉ基板４１上および第１バッファ層４２上には、約２μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層４３が形成されている。なお、このアンドープＧａＮ層４３から上に形成されているｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタクト層２７、ｎ型ＡｌＧａＮからなる第１導電型クラッド層２８、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層２９、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第２導電型クラッド層３０、ｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタクト層３１、ｐ側電極３２、および、ｎ側電極３３の組成および膜厚は、図４に示した第２実施形態と同様である。
【００６４】
第１参考形態では、上記のように、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板４１上に、立方晶のＳｍ2Ｏ3からなる鉄マンガン鉱構造の第１バッファ層４２を形成することによって、Ｓｉ基板４１と窒化物系半導体各層（４３、２７〜３１）との応力を緩和することが可能となる。また、第１バッファ層４２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層４２の［１−１０］方向がＳｉ基板４１の［１―１０］方向と一致するように配向しているので、Ｓｉ基板４１の格子定数との差（２．４％）が小さい第１バッファ層４２を得ることができる。これにより、Ｓｉ基板４１と窒化物系半導体各層（４３、２７〜３１）との間に発生する応力を緩和することができるとともに、格子定数差に起因して第１バッファ層４２に多くの格子欠陥が発生するのを抑制することができるので、第１バッファ層４２上に形成される窒化物系半導体各層（４３、２７〜３１）に多くの格子欠陥が発生するのも抑制することができる。その結果、Ｓｉ基板４１と窒化物系半導体各層（４３、２７〜３１）との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された窒化物系半導体各層（４３、２７〜３１）を容易に形成することができる。
【００６５】
また、第１参考形態では、上記のように、第１バッファ層４２の表面が（１１１）面となるように配向しているので、第１バッファ層４２の表面が３回対称となる。これにより、第１バッファ層４２上に形成される窒化物系半導体各層（４３、２７〜３１）の表面が（０００１）面になりやすいので、結晶成長が容易で、かつ、結晶欠陥の少ない窒化物系半導体各層（４３、２７〜３１）が得られやすい。
【００６６】
図１０〜図１４は、図９に示した第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図９〜図１４を参照して、第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００６７】
まず、図１０に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板４１上に、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの膜厚を有する立方晶のＳｍ2Ｏ3からなる鉄マンガン鉱構造の第１バッファ層４２を形成する。具体的には、Ｓｉ基板４１を約５００℃〜約８００℃の成長温度に保持するとともに、装置内を約０．４ｋＰａ〜約２４ｋＰａに減圧した状態で、原料ガスとして、Ｓｍ（ＤＰＭ）3およびオゾンを用いることによって、Ｓｉ基板４１上に、第１バッファ層４２の表面が３回対称となるように形成する。この場合、第１バッファ層４２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層４２の［１−１０］方向が、Ｓｉ基板４１の［１−１０］方向と一致するように配向する。
【００６８】
次に、図１１に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、第１バッファ層４２を、約７μｍの周期を有するストライプ状（細長状）に形成する。また、第１バッファ層４２の開口部は、たとえば、Ｓｉ基板４１の［１１−２］方向または［１−１０］方向に形成するのが好ましい。
【００６９】
この後、ＭＯＣＶＤ法またはＨＶＰＥ法を用いて、Ｓｉ基板４１を約９５０℃〜約１２００℃の成長温度に保持した状態で、第１バッファ層４２間に露出されたＳｉ基板４１上と、第１バッファ層４２上とに、約２μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層４３を形成する。
【００７０】
ここで、アンドープＧａＮ層４３を成長させる際に、第１バッファ層４２間に露出されたＳｉ基板４１の表面上には、Ｎ2ガスとＳｉとが反応することによって、ＳｉＮなどが形成される。このため、Ｓｉ基板４１上には、アンドープＧａＮ層４３が成長しにくい。また、たとえ成長したとしても、高品質のアンドープＧａＮ層４３が成長しにくい。これに対して、第１バッファ層４２の表面は、（１１１）面となっているので、図１２に示すように、第１バッファ層４２に配向してファセット形状（台形状）のアンドープＧａＮ層４３が成長しやすい。そして、図１３に示すように、第１バッファ層４２上のファセット形状（台形状）のアンドープＧａＮ層４３の側面が、徐々に横方向に成長する。このように、アンドープＧａＮ層４３の横方向の成長が進むことにより、図１４に示すように、各ファセット形状（台形状）のアンドープＧａＮ層４３が合体して連続膜となる。この横方向成長によって、転位が横方向へ曲げられるので、アンドープＧａＮ層４３の縦方向に伝播する転位を低減することができる。その結果、Ｓｉ基板４１上と、第１バッファ層４２上とに、低転位のアンドープＧａＮ層４３を薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【００７１】
次に、図９に示したように、アンドープＧａＮ層４３上に、ｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタクト層２７、ｎ型ＡｌＧａＮからなる第１導電型クラッド層２８、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層２９、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第２導電型クラッド層３０、ｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタクト層３１、ｐ側電極３２、および、ｎ側電極３３を、第２実施形態と同様の製造方法により形成する。このようにして、第１参考形態の窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００７２】
第１参考形態の製造プロセスでは、上記のように、低転位の窒化物系半導体を形成するまでに必要な窒化物系半導体の成長工程は１回のみであるので、第２実施形態に比べて製造プロセスを簡略化することができる。また、第１バッファ層４２を基板上に部分的に形成することにより選択横方向成長された低転位のアンドープＧａＮ層４３上に、窒化物系半導体各層（２７〜３１）を形成することによって、低転位密度で、かつ、厚みの薄い窒化物系半導体各層（２７〜３１）を形成することができる。その結果、厚みが薄く、かつ、良好な素子特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
【００７３】
（第３実施形態）
図１５は、本発明の第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）を示した断面図である。この第３実施形態では、上記第１〜第２実施形態および第１参考形態と異なり、立方晶のペロブスカイト構造のＳｒＴｉＯ3からなる第１バッファ層を形成する場合について説明する。
【００７４】
この第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子では、図１５に示すように、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板５１上に、約１５ｎｍの膜厚を有する立方晶のペロブスカイト構造のＳｒＴｉＯ3からなる第１バッファ層５２が形成されている。この第１バッファ層５２の表面は、３回対称となるように形成されている。また、第１バッファ層５２の表面が（１１１）となるとともに、第１バッファ層５２の［１−１０］方向が、Ｓｉ基板５１の［１−１０］方向と一致するように配向している。この場合、Ｓｉ基板５１の［１−１０］方向の隣接原子間隔が、０．３８４０ｎｍであるのに対して、第１バッファ層５２の［１−１０］方向の隣接原子間隔は、０．５５２３ｎｍであり、Ｓｉ基板５１の隣接原子間隔の３倍と、第１バッファ層５２の隣接原子間隔の２倍との違いは、４．１％と小さい。なお、Ｓｉ基板５１は、本発明の「基板」の一例であり、第１バッファ層５２は、本発明の「第１バッファ層」の一例である。
【００７５】
また、第１バッファ層５２上に、ＳｉＮまたはＳｉＯ2からなる逆メサ形状（逆台形状）のオーバーハング部を有する選択成長膜５３が形成されている。第１バッファ層５２上および選択成長膜５３上に、約１０μｍの膜厚を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層５４が形成されている。ｎ型ＧａＮ層５４上に、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなるｎ型クラッド層５５が形成されている。ｎ型クラッド層５５上に、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層５６が形成されている。ＭＱＷ発光層５６上に、約１０ｎｍの膜厚を有するＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなるｐ型保護層５７が形成されている。ｐ型保護層５７上に、約８０ｎｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型クラッド層５８が形成されている。
【００７６】
また、第３実施形態では、ｐ型クラッド層５８上に、周期的な屈折分布を有する２次元フォトニック結晶を含む約３０ｎｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層５９が形成されている。この２次元フォトニック結晶を有するｐ型コンタクト層５９によって、ＭＱＷ発光層５６に２次元の分布帰還作用が与えられる。この場合、レーザ光は、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層５４からＳｉ基板５１に垂直に出射するとともに、発振波長は約４１０ｎｍである。
【００７７】
また、ｐ型コンタクト層５９上の所定領域に、直径約１００μｍのｐ側電極６０が形成されている。また、Ｓｉ基板５１、第１バッファ層５２、選択成長膜５３およびｎ型ＧａＮ層５４の一部領域は除去されている。そして、Ｓｉ基板５１の裏面上と、Ｓｉ基板５１、第１バッファ層５２およびｎ型ＧａＮ層５４の側面上と、ｎ型ＧａＮ層５４の裏面上の一部とに、直径約１００μｍの開口部を有するｎ側電極６１が形成されている。
【００７８】
第３実施形態では、上記のように、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板５１上に、立方晶のＳｒＴｉＯ3からなるペロブスカイト構造の第１バッファ層５２を形成することによって、Ｓｉ基板５１と窒化物系半導体各層（５４〜５９）との応力を緩和することが可能となる。また、第１バッファ層５２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層５２の［１−１０］方向がＳｉ基板５１の［１−１０］方向と一致するように配向しているので、Ｓｉ基板５１の隣接原子間隔との差（４．１％）が小さい第１バッファ層５２を得ることができる。これにより、Ｓｉ基板５１と窒化物系半導体各層（５４〜５９）との間に発生する応力を緩和することができるとともに、格子定数差に起因して第１バッファ層５２に多くの格子欠陥が発生するのを抑制することができるので、第１バッファ層５２上に形成される窒化物系半導体各層（５４〜５９）に多くの格子欠陥が発生するのも抑制することができる。その結果、Ｓｉ基板５１と窒化物系半導体各層（５４〜５９）との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された窒化物系半導体各層（５４〜５９）を容易に形成することができる。
【００７９】
また、第３実施形態では、上記のように、第１バッファ層５２の表面が（１１１）となるように配向しているので、第１バッファ層５２の表面が３回対称となる。これにより、第１バッファ層５２上に形成される窒化物系半導体各層（５４〜５９）の表面が（０００１）面になりやすいので、結晶成長が容易で、かつ、結晶欠陥の少ない窒化物系半導体各層（５４〜５９）が得られやすい。
【００８０】
図１６〜図２４および図２６は、図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。図２５は、図２４に示した製造プロセスにおけるｐ型コンタクト層の詳細上面図である。次に、図１５〜図２６を参照して、第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００８１】
まず、図１６に示すように、レーザアブレーション法を用いて、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板５１上に、約１５ｎｍの膜厚を有する立方晶のＳｒＴｉＯ3からなるペロブスカイト構造の第１バッファ層５２を形成する。具体的には、Ｓｉ基板５１を約６５０℃の成長温度に保持した状態で、雰囲気酸素圧力が約８Ｐａ〜約４０Ｐａの条件下において、レーザをＳｒＴｉＯ3に集光させることによって、ＳｒＴｉＯ3を加熱する。これにより、蒸発したＳｒＴｉＯ3の分子や原子などを、Ｓｉ基板５１上に堆積させることにより、第１バッファ層５２の表面が３回対称となるように形成する。レーザ光源には、エキシマレーザ（ＡｒＦ：波長１９３ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いるとともに、エネルギー密度およびパルスの繰り返し周波数は、それぞれ、２Ｊ／ｃｍ2および５Ｈｚとする。この場合、第１バッファ層５２の表面が（１１１）となるとともに、第１バッファ層５２の［１−１０］方向が、Ｓｉ基板５１の［１−１０］方向と一致するように配向する。
【００８２】
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、第１バッファ層５２上に、ＳｉＮまたはＳｉＯ2からなる選択成長膜５３を形成する。その後、図１７に示すように、この選択成長膜５３をオーバーハング部を有する逆メサ形状（台形形状）に形成する。このようなオーバーハング部を有する逆メサ形状の選択成長膜５３の形成方法としては、まず、選択成長膜５３上の所定領域にレジスト（図示せず）を形成する。そして、そのレジストをマスクとして、選択成長膜５３をウェットエッチングすることによって、オーバーハング部を有する選択成長膜５３を形成する。このとき、選択成長膜５３をエッチングする幅ｗ（μｍ）、および、エッチングをせずに残す選択成長膜５３の幅ｂ（μｍ）は、それぞれ、約４０μｍ以下とするのが好ましい。なお、幅ｂ（μｍ）＋幅ｗ（μｍ）＞約４０μｍとなる場合においては、選択成長膜５３上に形成する後述のｎ型ＧａＮ層５４の平坦化が困難となる傾向がある。このため、幅ｂ（μｍ）＋幅ｗ（μｍ）＜約４０μｍとするのが好ましい。この第３実施形態では、選択成長膜５３をエッチングする幅ｗ（μｍ）およびエッチングをせずに残す選択成長膜５３の幅ｂ（μｍ）は、それぞれ、約０．５μｍとしている。
【００８３】
次に、図１８〜図２０に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、Ｓｉ基板５１を約１１５０℃の成長温度に保持した状態で、第１バッファ層５２上と、選択成長膜５３上とに、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮ層５４を形成する。ここで、ｎ型ＧａＮ層５４を成長させる際、成長初期において、選択成長膜５３のオーバーハング部の下方には、原料が届きにくくなる。その一方、オーバーハング部間の中央部付近に位置する第１バッファ層５２上には原料が届きやすい。このため、オーバーハング部間の中央部付近に位置する第１バッファ層５２上では、ｎ型ＧａＮ層５４の縦（ｃ軸）方向の成長速度が速くなるとともに、オーバーハング部の下方では、ｎ型ＧａＮ層５４の成長速度が遅くなる。このため、成長初期の段階から、ファセット形状（台形状）のｎ型ＧａＮ層５４が形成されやすくなる。そして、図１８および図１９に示すように、ファセット形状のｎ型ＧａＮ層５４の成長が進むにつれて、ファセット形状のｎ型ＧａＮ層５４の側面が徐々に横方向にも成長する。これにより、選択成長膜５３上にも、ｎ型ＧａＮ層５４が形成される。さらに、ｎ型ＧａＮ層５４の成長が進むことによって、図２０に示すように、各ファセット形状のｎ型ＧａＮ層５４が合体して連続膜となる。これにより、平坦化された約１０μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮ層が形成される。このように、ｎ型ＧａＮ層５４が成長初期の段階から横方向に成長するので、ｎ型ＧａＮ層５４に発生する転位は、成長初期の段階からｎ型ＧａＮ層５４の（０００１）面に平行な横方向に折り曲げられる。これにより、ｎ型ＧａＮ層５４の縦（ｃ軸）方向に伝播する転位を低減することができる。
【００８４】
次に、図２１に示すように、ＭＯＣＶＤ法またはＨＶＰＥ法を用いて、ｎ型ＧａＮ層５４上に、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなるｎ型クラッド層５５、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層５６、約１０ｎｍの膜厚を有するＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなるｐ型保護層５７、および、約８０ｎｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型クラッド層５８を順次形成する。
【００８５】
次に、図２２〜図２５に示すように、ｐ型クラッド層５８上に、周期的な屈折分布を有する２次元フォトニック結晶を含む約３０ｎｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層５９を形成する。具体的には、まず、図２２に示すように、電子線描画などを用いたリソグラフィー技術およびエッチング技術により、ＳｉＮからなる円柱パターン６２を形成する。その後、図２３に示すように、円柱パターン６２間に露出しているｐ型クラッド層５８上に、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層５９を選択成長させた後、バッファードフッ酸によりＳｉＮからなる円柱パターン６２を除去する。これにより、図２４および図２５に示すように、約１６０ｎｍの直径と約３０ｎｍの深さとを有する６回対称に配置された複数の円形穴５９ａを含むｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層５９を形成する。このような６回対称に配置された円形穴５９ａを有するｐ型コンタクト層５９は、周期的な屈折分布を有する２次元フォトニック結晶を含むことになる。また、図２５に示すように、図２５中の間隔Ｄ（約２９０ｎｍ）は、２次元フォトニック結晶の格子間隔と一致する。この間隔Ｄは、ｐ型クラッド層５８中のレーザ発振波長λ（λは半導体レーザ中のレーザ光の波長）のほぼ２／√３倍になるのが好ましい。ただし、この場合には、微細な加工が必要となる。したがって、第３実施形態では、間隔Ｄをｐ型クラッド層５８中のレーザ発振波長λのほぼ４／√３倍になるように設計する。これにより、円形穴５９ａを形成するための加工がより容易になる。
【００８６】
次に、図２６に示すように、Ｓｉ基板５１の裏面をＳｉ基板５１が約８０μｍの厚みになるまで研磨する。その後、フォトリソグラフィー技術およびＫＯＨ溶液によるウェットエッチング技術を用いて、電流通路に対向するＳｉ基板５１の裏面に、第１バッファ層５２が露出するように、約１５０μｍの直径を有する円形形状の穴を形成する。さらに、ＲＩＥ法を用いて、第１バッファ層５２の露出している部分を除去する。そして、ＳｉＮまたはＳｉＯ2からなる選択成長膜５３が完全に除去されるまで、ｎ型ＧａＮ層５４をエッチングすることによって、ｎ型ＧａＮ層５４の露出された裏面を平坦にする。
【００８７】
最後に、図１５に示したように、真空蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層５９上に、約１００μｍの直径を有するｐ側電極６０を形成する。そして、Ｓｉ基板５１の裏面上と、Ｓｉ基板５１、第１バッファ層５２、および、ｎ型ＧａＮ層５４の側面上と、ｎ型ＧａＮ層５４の裏面上の一部とに、約１００ｎｍの直径を有する開口部を含むｎ側電極６１を形成する。
【００８８】
第３実施形態の製造プロセスでは、上記のように、低転位の窒化物系半導体を形成するまでに必要な窒化物系半導体の成長工程は１回のみであるので、第２実施形態に比べて製造プロセスを簡略化することができる。また、第１バッファ層５２の一部が露出するように形成した選択成長膜５３を用いて選択横方向成長により形成した低転位のｎ型ＧａＮ層５４上に、窒化物系半導体各層（５５〜５９）を形成することによって、低転位の窒化物系半導体各層（５５〜５９）を形成することができる。その結果、良好な素子特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
【００８９】
（第４実施形態）
図２７は、本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の断面図である。この第４実施形態では、上記第１〜第３実施形態および第１参考形態と異なり、立方晶のＣａＦ2構造のＣｅＯ2からなる第１バッファ層を形成する場合について説明する。
【００９０】
この第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、図２７に示すように、ストライプ状の凹部を有する立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板７１上に、約１５ｎｍの膜厚を有する立方晶のＣａＦ2構造のＣｅＯ2からなる第１バッファ層７２が形成されている。この第１バッファ層７２の表面は、３回対称となるように形成されている。また、第１バッファ層７２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層７２の［１−１０］方向が、Ｓｉ基板７１の［１−１０］方向と一致するように配向している。この場合、Ｓｉ基板７１の格子定数が、０．５４３１ｎｍであるのに対して、第１バッファ層７２の格子定数は０．５４１１であり、Ｓｉ基板７１の格子定数と、第１バッファ層７２との格子定数の違いは、０．４％と小さい。なお、Ｓｉ基板７１は、本発明の「基板」の一例であり、第１バッファ層７２は、本発明の「第１バッファ層」の一例である。
【００９１】
また、第１バッファ層７２上に、約１０ｎｍの膜厚を有するアンドープＡｌＧａＮからなる第２バッファ層７３が形成されている。なお、この第２バッファ層７３は、本発明の「第２バッファ層」の一例である。第２バッファ層７３上には、アンドープＧａＮ層７４が形成されている。なお、このアンドープＧａＮ層７４から上に形成されているｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタクト層２７、ｎ型ＡｌＧａＮからなる第１導電型クラッド層２８、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層２９、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第２導電型クラッド層３０、ｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタクト層３１、ｐ側電極３２、および、ｎ側電極３３の組成および膜厚は、図４に示した第２実施形態と同様である。
【００９２】
第４実施形態では、上記のように、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板７１上に、立方晶のＣｅＯ2からなるＣａＦ2構造の第１バッファ層７２を形成することによって、Ｓｉ基板７１と窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）との応力を緩和することが可能となる。また、第１バッファ層７２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層７２の［１−１０］方向がＳｉ基板７１の［１−１０］方向と一致するように配向しているので、Ｓｉ基板７１の格子定数との差（０．４％）が小さい第１バッファ層７２を得ることができる。これにより、Ｓｉ基板７１と窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）との間に発生する応力を緩和することができるとともに、格子定数差に起因して第１バッファ層７２に多くの格子欠陥が発生するのを抑制することができるので、第１バッファ層７２上に形成される窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）に多くの格子欠陥が発生するのも抑制することができる。その結果、Ｓｉ基板７１と窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）を容易に形成することができる。
【００９３】
また、第４実施形態では、第１バッファ層７２上に、第２バッファ層７３を形成することによって、第１バッファ層７２上に、直接、窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）を形成するよりも、窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）の結晶性を向上させることができる。その結果、窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）の格子定数をより低減することができる。
【００９４】
また、第４実施形態では、上記のように、第１バッファ層７２の表面が（１１１）面となるように配向しているので、第１バッファ層７２の表面が３回対称となる。これにより、第１バッファ層７２上に形成される窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）の表面が（０００１）面になりやすいので、結晶成長が容易で、かつ、結晶欠陥の少ない窒化物系半導体各層（７４、２７〜３１）が得られやすい。
【００９５】
図２８〜図３１は、図２７に示した第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図２７〜図３１を参照して、第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００９６】
まず、図２８に示すように、フォトリソグラフィー技術およびＫＯＨ溶液によるウェットエッチング技術を用いて、Ｓｉ基板７１の［１−１０］方向に延伸するストライプ状の凹部を形成する。この凹部の幅、凸部の幅および凸部の高さは、それぞれ、約２２μｍ、約３μｍおよび約２μｍとする。また、エッチングする側面は、（１１０）面および（００１）面とする。その後、イオンビーム支援電子ビーム蒸着法を用いて、凹凸部を有する立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板７１上に、約１５ｎｍの膜厚を有する立方晶のＣｅＯ2からなるＣａＦ2構造の第１バッファ層７２を形成する。具体的には、Ｓｉ基板７１を約５７０℃の成長温度に保持した状態にするとともに、ストイキメオトリ（化学量論比）を保つために、酸素ガスを約１.１×１０-3Ｐａ（８×１０-6Ｔｏｒｒ）の圧力で導入する。そして、加速エネルギーが、約１ｋｅＶ〜約５ｋｅＶ程度のＯ2、ＡｒおよびＸｅなどのイオンビームを、ペレット状のＣｅＯ2に照射することによって、ペレット状のＣｅＯ2を加熱する。これにより、蒸発したＣｅＯ2の分子や原子などを、Ｓｉ基板７１上に堆積させることにより、第１バッファ層７２の表面が３回対称となるように形成する。この場合、第１バッファ層７２の表面が（１１１）面となるとともに、第１バッファ層７２の［１−１０］方向が、Ｓｉ基板７１の［１−１０］方向と一致するように配向する。
【００９７】
次に、ＭＯＣＶＤ法またはＨＶＰＥ法を用いて、Ｓｉ基板７１を約６００℃の成長温度に保持した状態で、第１バッファ層７２上に、約１０ｎｍの膜厚を有するアンドープＡｌＧａＮからなる第２バッファ層７３を形成する。
【００９８】
次に、図２９〜図３１に示すように、Ｓｉ基板７１を約１１５０℃の成長温度に保持した状態で、第２バッファ層７３上に、約１０μｍの膜厚を有するアンドープＧａＮ層７４を形成する。この、アンドープＧａＮ層７４を形成する際、図２９および図３０に示すように、第２バッファ層７３の段差部側面上および凸部上面上に成長しているファセット形状（台形状）のアンドープＧａＮ層７４の側面が、徐々に内方向に横方向成長する。これにより、アンドープＧａＮ層７４の（０００１）面の内方向に転位が折れ曲がる。さらに、アンドープＧａＮ層７４の成長が進むことによって、図３１に示すように、約１０μｍの膜厚を有する上面が平坦なアンドープＧａＮ層７４が形成される。その結果、表面付近の転位が低減された良質なアンドープＧａＮ層７４を得ることができる。
【００９９】
次に、図２７に示したように、アンドープＧａＮ層７４上に、ｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタクト層２７、ｎ型ＡｌＧａＮからなる第１導電型クラッド層２８、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層２９、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第２導電型クラッド層３０、ｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタクト層３１、ｐ側電極３２、および、ｎ側電極３３を、第２実施形態と同様の製造プロセスにより形成する。このようにして、第４実施形態の窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【０１００】
第４実施形態の製造プロセスでは、上記のように、低転位の窒化物系半導体を形成するまでに必要な窒化物系半導体の成長工程は１回のみであるので、第２実施形態に比べて製造プロセスを簡略化することができる。また、凹部を有するＳｉ基板７１上に第１バッファ層７２を形成することにより、表面に凹部を有する形状の第１バッファ層７２を形成できる。この表面に凹部を有する第１バッファ層７２上に横方向成長により形成した低転位のアンドープＧａＮ層７４上に、窒化物系半導体各層（２７〜３１）を形成することによって、低転位の窒化物系半導体各層（２７〜３１）を形成することができる。その結果、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０１】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１０２】
たとえば、上記第１〜第４実施形態および第１参考形態では、本発明を発光素子に適用する例を示したが、本発明はこれに限らず、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）、ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）、受光素子、および、太陽電池にも適用可能である。
【０１０３】
また、上記第１〜第４実施形態および第１参考形態では、第１バッファ層の形成方法として、ＭＯＣＶＤ法、レーザアブレーション法、および、電子ビーム蒸着法を用いたが、本発明はこれに限らず、スパッタ法やゾル−ゲル法などの他の方法を用いてもよい。また、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合に、ＳｒＴｉＯ3を形成する際の原料ガスとしては、Ｓｒ（Ｃｐ）2、Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）4、ＴｉＯ（ＤＰＭ）2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2などがある。なお、Ｃｐは、Ｃ5Ｈ5、Ｃ5ｉＰｒ3Ｈ2、Ｃ5ｔＢｕ3Ｈ2、および、Ｃ5Ｍｅ5などである。この場合、ｔＢｕは、（ＣＨ3）3Ｃであり、Ｍｅは、ＣＨ3である。ｉＰｒは、（ＣＨ3）2ＣＨである。Ｙ2Ｏ3を形成する際の原料ガスとしては、Ｙ（ＤＰＭ）3、および、Ｏ3などがある。なお、ＤＰＭは、ｄｉｐｉｖａｌｏｙｌｍｅｔｈａｎａｔｏ[Ｃ11Ｈ18Ｏ2]である。Ｌ2Ｏ3（Ｌはランタノイド元素）を形成する際の原料ガスとしては、Ｌ（ＤＰＭ）3、および、Ｏ3などがある。
【０１０４】
また、上記第３実施形態では、レーザアブレーション法を用いて、Ｓｉ基板５１上に、第１バッファ層５２を形成したが、本発明はこれに限らず、ゾル−ゲル法またはＥＣＲスパッタ法を用いて、Ｓｉ基板５１上に、第１バッファ層５２を形成してもよい。ゾル−ゲル法を用いる場合、原料溶液として、Ｓｒ（ＣＨ1Ｈ15ＣＯＯ）2と、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）4とのエチルアルコール溶液を用いて、原料溶液をＳｉ基板５１上にスピンコートする。そして、約３５０℃で約１分間乾燥した後、約６００℃〜約７５０℃で約３０分間のアニールを行うことにより、ＳｒＴｉＯ3からなる第１バッファ層５２を形成する。また、ＥＣＲスパッタ法を用いる場合には、ターゲットとしてＳｒＴｉＯ3を用いるとともに、スパッタガスとして約０．０２５ＰａのＯ2ガスを用いて、Ｓｉ基板５１の温度が約４００℃の条件下において、Ｓｉ基板５１上にＳｒＴｉＯ3からなる第１バッファ層５２を形成する。
【０１０５】
また、上記第１〜第４実施形態および第１参考形態では、第１バッファ層の材料として、立方晶のペロブスカイト構造、立方晶の鉄マンガン鉱構造、立方晶のＣａＦ2構造、および、六方晶の鉄マンガン鉱構造を用いたが、本発明はこれに限らず、立方晶のペロブスカイト構造、立方晶の鉄マンガン鉱構造、立方晶のＣａＦ2構造、および、六方晶の鉄マンガン鉱構造のうちの、１つの構造を有する材料からなる多結晶または単結晶の材料であれば、いずれの材料を用いてもよい。また、立方晶のＣａＦ2構造の材料として、ＬＯ2（Ｌはランタノイド元素）でもよく、特に、ＰｒＯ2、および、ＣｅＯ2が好ましい。また、六方晶の鉄マンガン鉱構造の材料として、Ｌａ2Ｏ3（ａ軸の格子定数は０．３９４５ｎｍ）、Ｃｅ2Ｏ3（ａ軸の格子定数は０．３８８０ｎｍ）、および、Ｎｄ2Ｏ3（ａ軸の格子定数は０．３８４１ｎｍ）でもよく、特に、Ｐｒ2Ｏ3、および、Ｎｄ2Ｏ3が好ましい。
【０１０６】
また、立方晶の鉄マンガン鉱構造の材料として、Ｙ2Ｏ3（格子定数は１．０６ｎｍ）、立方晶の鉄マンガン鉱構造のＰｒ2Ｏ3（格子定数は１．１１４ｎｍ）、立方晶の鉄マンガン鉱構造のＮｄ2Ｏ3（格子定数は１．１０５ｎｍ）、Ｅｕ2Ｏ3（格子定数は１．０７９ｎｍ）、Ｇｄ2Ｏ3（格子定数は１．０７９ｎｍ）、Ｔｂ2Ｏ3（格子定数は１．０５７ｎｍ）、Ｄｙ2Ｏ3（格子定数は１．０６３ｎｍ）、Ｈｏ2Ｏ3（格子定数は１．０５８ｎｍ）、Ｅｒ2Ｏ3（格子定数は１．０５４ｎｍ）、Ｔｍ2Ｏ3（格子定数は１．０５２ｎｍ）、Ｙｂ2Ｏ3（格子定数は１．０３９ｎｍ）、および、Ｌｕ2Ｏ3（格子定数は１．０３７ｎｍ）などのＬ2Ｏ3（Ｌはランタノイド元素）でもよく、特に、Ｓｍ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、および、Ｇｄ2Ｏ3が好ましい。さらに、第１バッファ層の材料としては、ＳｒＴｉＯ3、Ｌ2Ｏ3（Ｌはランタノイド元素）、ＰｒＯ2、ＣｅＯ2、および、Ｙ2Ｏ3の少なくとも１つを含むことが好ましい。この場合、配向性の良好な第１バッファ層を得ることができる。
【０１０７】
また、上記第１〜第４実施形態および第１参考形態では、立方晶の（１１１）面を表面とするＳｉ基板を用いたが、本発明はこれに限らず、立方晶の（１１１）面を有するＳｉ基板以外の基板や、六方晶の（０００１）面を表面とする基板を用いてもよい。ただし、立方晶の（１１１）面を表面とする基板を用いる方が、最も好ましい。
【０１０８】
また、上記第１〜第４実施形態および第１参考形態では、立方晶の（１１１）面を表面とする基板として、Ｓｉ（１１１）面基板を用いたが、本発明はこれに限らず、ＧａＰ（１１１）Ａ面基板、または、ＧａＰ（１１１）Ｂ面基板を用いても、Ｓｉ（１１１）面基板の次によい。この場合、第１バッファ層としては、ＣｅＯ2、六方晶の鉄マンガン鉱構造のＣｅ2Ｏ3、六方晶の鉄マンガン鉱構造のＰｒ2Ｏ3、六方晶の鉄マンガン鉱構造のＮｄ2Ｏ3、および、立方晶の鉄マンガン鉱構造のＳｍ2Ｏ3が好ましい。また、基板として、ＧａＡｓ（１１１）Ａ面、または、ＧａＡｓ（１１１）Ｂ面を用いてもよい。この場合、第１バッファ層としては、六方晶の鉄マンガン鉱構造のＬａ2Ｏ3、および、立方晶の鉄マンガン鉱構造のＰｒ2Ｏ3が、比較的好ましい。さらに、ＭＢ2（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、および、Ｃｒなどの金属元素）などで示されるホウ素化合物基板を用いてもよい。さらに、六方晶の（０００１）面を表面とする基板として、２Ｈ−ＺｎＳ（０００１）などの基板を用いてもよい。
【０１０９】
また、上記第１〜第４実施形態および第１参考形態では、Ｖ族からは、窒素のみを含む半導体を用いたが、本発明はこれに限らず、Ｖ族の窒素以外の少なくとも１つの元素と、窒素とを含む半導体を用いてもよい。たとえば、ＧａＩｎＡｓＮ、および、ＧａＩｎＮＰなどがある。
【０１１０】
また、上記第１〜第４実施形態および第１参考形態では、窒化物系半導体層の成長方法として、ＭＯＣＶＤ法およびＨＶＰＥ法を用いたが、本発明はこれに限らず、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＮＨ3、ＳｉＨ4、および、Ｃｐ2Ｍｇを原料ガスとして用いるＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ；分子線エピタキシャル成長法）を用いてもよい。
【０１１２】
また、上記第１〜第４実施形態および第１参考形態では、Ｓｉ基板の（１１１）面上に第１バッファ層の表面が３回対称になるように形成することにより、第１バッファ層上にウルツ鉱構造の窒化物系半導体を形成したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体以外の六方晶の半導体にも適用可能である。たとえば、ウルツ鉱構造のＺｎＯをＳｉ基板の（１１１）面上の第１バッファ層上に形成してもよい。また、ウルツ鉱構造のＺｎＯの他に、ウルツ鉱構造のＺｎＯにＢｅ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓ、ＳｅまたはＴｅを含む混晶半導体であってもよい。これらの半導体は、熱膨張係数がＳｉより大きい。
【０１１３】
また、上記第１、第２および第４実施形態では、第１バッファ層上に、第２バッファ層を形成した後、第２バッファ層上に、窒化物系半導体層を形成したが、本発明はこれに限らず、第２バッファ層を形成せずに、第１バッファ層上に、直接窒化物系半導体層を形成してもよい。ただし、窒化物系半導体層の結晶性を向上させるためには第１バッファ層、第２バッファ層および窒化物系半導体層を順次形成する方が好ましい。
【０１１４】
また、上記第１実施形態では、ｐ型コンタクト層９上に、約２０ｎｍの膜厚を有する下層のＰｄ層と約４０ｎｍの膜厚を有する上層のＡｕ層とからなるｐ側透光性電極１０を形成したが、本発明はこれに限らず、光を透過させるための間隙を有するｐ側透光性電極を形成してもよい。たとえば、ｐ型コンタクト層９上に、約２０μｍの電極幅と約５０μｍの電極間距離とを有するネット（網目）形状の電極を形成してもよい。この場合、電極としては、表面の約１０％を覆うように形成された、約１００ｎｍの膜厚を有する下層のＰｄ層と約１００ｎｍの膜厚を有する上層のＡｕ層とからなる電極を形成してもよい。
【０１１５】
また、上記第１実施形態では、パラジウム（Ｐｄ）層をｐ側透光性電極１０の下層として形成したが、本発明はこれに限らず、パラジウム（Ｐｄ）層に代えて、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、および、イリジウム（Ｉｒ）からなるグループより選択される少なくとも１つを含む金属、または、合金からなる層をｐ側透光性電極１０の下層として形成してもよい。特に、Ｎｉ、ＰｄまたはＰｔからなる層をｐ側透光性電極１０の下層として用いれば、良好なオーミック接触を得ることができる。
【０１１６】
また、上記第１実施形態では、金（Ａｕ）からなる層をｐ側透光性電極１０の上層として形成したが、本発明はこれに限らず、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、および、マグネシウム（Ｍｇ）からなるグループより選択される少なくとも１つを含む酸化物からなる層をｐ側透光性電極１０の上層として形成してもよい。具体的には、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの酸化物）、および、ＭｇＯなどが考えられる。
【０１１７】
また、上記第１実施形態では、ｐ型層側にｐ側透光性電極１０を形成したが、本発明はこれに限らず、ｎ型層側に透光性電極を形成し、ｎ型層側から光を取り出すようにしてもよい。この場合、ｐ型層側よりｎ型層側の方が、高いキャリア濃度を容易に得ることができるので、オーミック接触を得られやすい。これにより、ｎ型層側に透光性電極を形成しやすい。ｎ型層側の透光性電極の材料としては、ＴｉおよびＡｌなどの金属の薄膜の他に、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、および、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの酸化物）などが考えられる。
【０１１８】
また、上記第１実施形態では、Ｍｇがドープされたｐ型Ｇａ0.15Ｉｎ0.85Ｎからなるｐ型コンタクト層９、または、上記第２〜第４実施形態では、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層を形成したが、本発明はこれに限らず、ＧａＴｌＮ、および、ＧａＩｎＴｌＮなどのＴｌを含む窒化物系半導体、または、ＧａＡｓＮ、ＧａＩｎＡｓＮ、ＧａＮＰ、および、ＧａＩｎＮＰなどのＡｓ、または、Ｐを含む窒化物系半導体からなるｐ型コンタクト層を形成してもよい。ただし、ＧａＩｎＮやＧａＮが、最も作製しやすい。
【０１１９】
また、上記第２実施形態では、ＳｉＮからなるマスク層２５を選択成長マスクとして用いることによって、低転位密度の窒化物系半導体層を成長したが、本発明はこれに限らず、ＰＥＮＤＥＯ法、または、ＧａＮ層に凹凸を形成後に成長させる方法などを用いてもよい。この場合、上記第２実施形態と同様、低転位密度の窒化物系半導体層を得ることができる。
【０１２０】
また、上記第２〜第３実施形態および第１参考形態では、マスク層２５、第１バッファ層４２、および、選択成長膜５３のパターニング形状は、ストライプ状（細長状）に形成したが、本発明はこれに限らず、円形、六角形または三角形でもよい。
【０１２１】
また、上記第３実施形態および第１参考形態では、Ｓｉ基板上に、部分的に形成された第１バッファ層４２、または、一部を露出するように形成された第１バッファ層５２を形成したが、本発明はこれに限らず、少なくとも、どちらか一方の構造を有するように形成してもよい。たとえば、基板上にストライプ状に形成された選択成長膜の開口部に第１バッファ層を有する構造を形成してもよい。この場合、上記第３および第３実施形態と同様、低転位密度の窒化物系半導体層を得ることができる。
【０１２２】
また、上記第４実施形態では、凹部を形成したＳｉ基板７１上に第１バッファ層７２を形成することにより、表面に凹部を有する第１バッファ層７２を形成したが、本発明はこれに限らず、平坦な基板上に厚い第１バッファ層（たとえば約３μｍ）を平坦に形成した後、ドライエッチングなどで第１バッファ層に凸部の高さが約２μｍの凹部を形成してもよい。また、平坦な基板上に高さ約２μｍのＳｉＯ2やＳｉＮXなどからなる凸部をストライプ状に形成した後、全面に第１バッファ層を形成し、第１バッファ層の表面に凹部を形成してもよい。
【０１２３】
また、上記第４実施形態では、フォトリソグラフィー技術およびＫＯＨ溶液によるウェットエッチング技術を用いて、Ｓｉ基板７１の（１１０）面と（００１）面とをエッチングすることにより、［１−１０］方向に延伸するストライプ状の凹部を形成したが、本発明はこれに限らず、ストライプ状の凹部の方向が異なってもよい。たとえば、Ｓｉ基板７１の（２０１）面と（０２１）面とをエッチングすることにより、［１１−２］方向に延伸するストライプ状の凹部を形成してもよい。
【０１２４】
また、上記第４実施形態では、Ｓｉ基板７１に、ストライプ状の凹部を形成したが、本発明はこれに限らず、凹部および凸部の形状は、円形、六角形または三角形などの形状でもよい。この凹部および凸部の形状を、六角形または三角形に形成する場合、六角形および三角形の各辺の方向は、どの結晶方位と一致させるようにしてもよい。特に、Ｓｉ（１１１）面の基板では、六角形および三角形の各辺の方向は、［１−１０］方向、または、［１１−２］方向と同じ方向に一致させるようにするのが好ましい。
【０１２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、基板と半導体層との間に発生する応力を緩和しながら、格子定数差に起因する格子欠陥が低減された半導体層を形成することが可能な半導体の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体からなる発光ダイオード素子（ＬＥＤ）の断面図である。
【図２】  図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体からなる発光ダイオード素子（ＬＥＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体からなる発光ダイオード素子（ＬＥＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）を示した断面図である。
【図５】図４に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図４に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】図４に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】図４に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】本発明の第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）を示した断面図である。
【図１０】図９に示した第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図９に示した第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】図９に示した第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】図９に示した第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】図９に示した第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）を示した断面図である。
【図１６】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１７】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１８】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１９】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２１】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２２】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２３】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２４】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２５】図２４に示した製造プロセスにおけるｐ型コンタクト層の詳細上面図である。
【図２６】図１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体からなる面発光半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２７】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の断面図である。
【図２８】図２７に示した第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２９】図２７に示した第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３０】図２７に示した第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３１】図２７に示した第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【符号の説明】
１、２１、４１、５１、７１  Ｓｉ基板（基板）
２、２２、４２、５２、７２  第１バッファ層（第１バッファ層）
４  ｎ型コンタクト層（窒化物系半導体層）
５、２９、５６  発光層（窒化物系半導体層）
６  保護層（窒化物系半導体層）
７、５８  ｐ型クラッド層（窒化物系半導体層）
８  ｐ型中間層（窒化物系半導体層）
９、５９  ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体層）
２４、２６、４３、７４  アンドープＧａＮ層（窒化物系半導体層）
２５  マスク層（窒化物系半導体層）
２７  第１導電型コンタクト層（窒化物系半導体層）
２８  第１導電型クラッド層（窒化物系半導体層）
３０  第２導電型クラッド層（窒化物系半導体層）
３１  第２導電型コンタクト層（窒化物系半導体層）
５４  ｎ型ＧａＮ層（窒化物系半導体層）
５５  ｎ型クラッド層（窒化物系半導体層）
５７  ｐ型保護層（窒化物系半導体層）
【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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【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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【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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