(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体と異なる材料よりなると共に、第１の主面と第２の主面とを有する異種基板の第１の主面上に、成長層として少なくとも第１の窒化物半導体層を成長させる成長工程と、前記第２の主面側から前記成長層が露出される深さで、異種基板の一部が除去されて、溝部を形成する溝形成工程と、除去されずに残った異種基板を除去して、前記溝部以外の領域の成長層を露出させる異種基板除去工程と、を少なくとも具備してなる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】
前記第１の窒化物半導体層の膜厚が５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記異種基板の膜厚が、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項２記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記請求項１において、前記成長工程の後、第１の窒化物半導体層の上に、窒化物半導体を積層して素子構造を形成する素子形成工程を具備することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、窒化物半導体を用いた基板及びそれを用いた窒化物半導体素子の製造方法に係り、特に異種基板上に設けた窒化物半導体層から窒化物半導体単体基板を取り出す方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体を用いたレーザ素子は、主に青色〜紫色の短い波長のレーザ光を発振するものであり、光ディスク装置などその特性を活かして様々な用途が検討されている。このレーザ素子の連続発振は、近年実現され、実用化されているが、その応用において素子の特性が十分満足のいくものではなく、さらなる素子特性の向上が求められている。
【０００３】
窒化物半導体素子の製造において、窒化物半導体の成長に一般的に用いられている基板は、サファイア基板であるが、このような窒化物半導体と異なる材料の異種基板を用いることは、積層後の微細加工工程、共振器反射面の形成時、チップ化のためのウエハ分割時に問題がある。それは、異種基板とその上に成長させた窒化物半導体とで劈開面が異なるか、異種基板が劈開困難な場合に、共振器反射面、チップ化を劈開して形成することができないからである。さらにまた、窒化物半導体も六方晶系にほぼ近似され、同じ六方晶系の異種基板を用いても、異種基板の劈開面若しくは劈開容易面と、窒化物半導体の劈開面、劈開容易面との面方位が一致せず、その劈開は容易ではない。例えばサファイア基板を用いたものであれば、このサファイア基板の劈開が困難であるため、またサファイア基板の劈開容易面であっても窒化物半導体の劈開面に一致しないため、共振器反射面などの素子端面として窒化物半導体の劈開面を取り出すことが製造上困難なものとなる。また、素子端面をエッチングにより形成した窒化物半導体素子では、その共振器反射面としての特性に劣り、また、端面形成若しくはウエハを分割するための溝を成長層に設けると、ウエハ当たりのチップ面積が減少し、歩留まりが悪化する。
【０００４】
さらにまた、異種基板上に、厚膜の窒化物半導体を、例えば成長速度の大きなＨＶＰＥを用いて、形成することが可能であるが、厚膜の窒化物半導体を形成すると以下の問題がある。異種基板、特に窒化物半導体と格子不整合があり、熱膨張係数差がある異種基板の上に、厚膜の窒化物半導体を形成すると、基板に大きな反りが発生し、そのままでは、異種基板を除去することが困難となる。また、反りの発生した基板において、異種基板を研磨で除去しようとすると、異種基板が薄くなるに従って、厚膜の窒化物半導体からの応力が大きくなり、その大きくなった応力が異種基板にかかることで、反りが悪化し、基板に亀裂や割れが発生し、窒化物半導体の単体基板が取り出せない。
【０００５】
このような基板の反りは、異種基板１０と成長層１２との相対的な応力により決定され、例えば図２に示すように、異種基板１０上の成長層１２との間に、熱膨張係数差、格子不整合により応力がかかり、異種基板１０の界面付近で引張応力、成長層１２の界面付近で圧縮応力が掛かり、異種基板上の成長層の膜厚が大きくなると、若しくは、成長層の膜厚一定で異種基板の膜厚を小さくすると、図２（ｂ）で点線部４０を除去すると、両者の界面にかかる応力の相対関係が変化し、異種基板、成長層が反ることで、両者の均衡が維持される。このため、この場合には、窒化物半導体の成長層１２の膜厚を大きくすること、異種基板の膜厚を減らすことで、両者の界面付近での応力差が大きくなり、反りも大きくなる。このような、反りは、異種基板と窒化物半導体との相対的な熱膨張係数差、格子定数差に起因するため、異種基板の材料、窒化物半導体の組成が変化すると、両者に係る圧縮・引張応力も変化し、反り方も、異種基板を凹面とする場合だけでなく、凸面となる場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、異種基板上に形成した厚膜の窒化物半導体から窒化物半導体単体基板を取り出すには、基板に発生する反りを解決しなければならない。しかし、図２に示すように、単体化可能な程度の厚膜で窒化物半導体１２を成長させた後、異種基板を４０のように研磨・研削して薄くしていくと、基板が反ることによる両者の応力の均衡が破綻し、基板に割れ４１・欠け・亀裂４２が発生する。
【０００７】
また、異種基板上に、厚膜の窒化物半導体を成長させて、その上にそれを基板として、素子構造を形成した後に、単体基板の取り出しの際にも、同様に反りの問題がある。一方で、異種基板を装着したままでは、熱伝導性に劣り、また、異種基板が劈開困難な材料であったり、異種基板と窒化物半導体との面方位が一致しない場合に、ウエハの劈開、分割、チップの取り出しが困難となる。
【０００８】
基板の反りは、上述したように、異種基板と成長層との相対的な関係に起因するため、窒化物半導体を厚膜で成長させても、それによる応力の増大に対抗できる膜厚、すなわち厚膜の異種基板を用いると、反りが軽減され、厚膜の窒化物半導体を基板として、素子形成工程、エッチング・電極形成などの素子加工工程を反りが緩和された状態で各工程を経ることが可能であるが、異種基板が厚膜化されることで異種基板の除去がさらに困難なものとなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであり、窒化物半導体の単体化において、基板の反りによる割れ、欠けの問題を回避して、窒化物半導体基板、及び窒化物半導体素子を得るものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下に示す１〜４の方法により、窒化物半導体基板、窒化物半導体素子を製造するものである。
【００１１】
（１）窒化物半導体と異なる材料よりなると共に、第１の主面と第２の主面とを有する異種基板の第１の主面上に、成長層として少なくとも第１の窒化物半導体層を成長させる成長工程と、前記第２の主面側から前記成長層が露出される深さで、異種基板の一部が除去されて、溝部を形成する溝形成工程と、除去されずに残った異種基板を除去して、前記溝部以外の領域の成長層を露出させる異種基板除去工程と、を少なくとも具備してなることを特徴とする。この方法により、異種基板上に形成した窒化物半導体層を形成した後、異種基板を成長層が露出する深さまで部分的に除去することで、異種基板と成長層との間にかかる応力は、溝が形成された部分で解放され、このことにより、反りによって異種基板を除去することが困難であったものが解決される。
【００１２】
（２）前記第１の窒化物半導体層の膜厚が５０μｍ以上であることを特徴とする。これにより、第１の窒化物半導体層が厚膜で形成され、異種基板などを取り除いて、主に第１の窒化物半導体層を単体基板とでき、窒化物半導体単体基板が得られる。窒化物半導体の単体基板としては、好ましくはＧａＮ、ＡｌＮとすることで比較的厚膜の層が得られやすい。また、このような厚膜の層を形成して基板に反りが発生しても、上記方法により、異種基板を除去できる。
【００１３】
（３）前記異種基板の膜厚が、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする。これにより、上記第１の窒化物半導体層を５０μｍ以上の厚膜で形成しても、異種基板の厚みにより成長層と基板との応力を均衡させ、反りを軽減できる。一方で、本発明では、溝を形成するため、５ｍｍ以下として、溝の深さを規定することにより、溝形成工程を容易にしている。好ましくは、１ｍｍ以上とすることで、上記５０μｍ以上の第１の窒化物半導体層を形成しても、反りを抑えて、溝形成工程などでの取り扱いを容易にし、また反りが軽減されることで、基板面内における成長層の形成不良を抑制できる。更に、好ましくは３ｍｍ以下とすることで、異種基板に溝を容易に形成することができる。
【００１４】
（４）前記（１）において、前記成長工程の後、第１の窒化物半導体層の上に、窒化物半導体を積層して素子構造を形成する素子形成工程を具備することを特徴とする。これにより、窒化物半導体層の単体化と同時に、窒化物半導体素子構造が形成されたウエハとなり、続いてチップ化が可能となるなど、製造工程を簡略化できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法に用いる異種基板としては、例えば、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（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られている窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。好ましくは、窒化物半導体の成長層を形成することで、基板に反りが発生する異種基板を用いることで、反りにより異種基板の除去が困難な場合に、本発明の方法が好適に適用される。好ましい異種基板としては、良好な結晶成長が可能なサファイア、スピネル、ＳｉＣが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルしたを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長させるため好ましい。
【００１６】
ここで、本発明において、異種基板の第１の主面とは、その上に窒化物半導体を積層して、素子構造を形成するものであり、第２の主面とは、具体例として基板分割工程において、異種基板を割るためにスクライブなどを施すものである。オフアングルした基板としては、サファイアＣ面からオフアングルしている場合にはオフ角を０．１°以上０．５°以下の範囲、好ましくは０．１°以上０．２°以下の範囲とすることで、良好な結晶性での窒化物半導体の成長が可能である。オフアングルした基板は、これに限らず、異種基板材料、主面の面方位、により、窒化物半導体の結晶性を考慮して適宜オフ角を決定する。
【００１７】
本発明において、異種基板上に積層して成長層、素子構造を形成する窒化物半導体としては、具体的には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるもの、またＩＩＩ族元素としてＢを用いたり、Ｖ族元素のＮの一部を、Ａｓ、Ｐで置換した混晶を用いることができる。この窒化物半導体を、第１の窒化物半導体層、下地層、素子構造となる各層を積層する。
【００１８】
本発明の窒化物半導体の成長において、窒化物半導体を成長させる方法としては、特に限定されないが、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、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚が５０μｍ以下ではＭＯＣＶＤ法を用いると成長速度の制御が容易である。また膜厚が５０μｍ以下ではＨＶＰＥでは成長速度が速くてコントロールが難しい。また、ＨＶＰＥを用いた場合には、上述した組成式の窒化物半導体の中で、好ましくは、ＧａＮ、ＡｌＮを用いると、結晶性良く、厚膜での成長が可能である。
【００１９】
また、窒化物半導体に用いるｎ型不純物としては、具体的にはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いる。また、ｐ型不純物としては、具体的には、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。
【００２０】
［第１の窒化物半導体層］
本発明の第１の窒化物半導体層は、上記異種基板の上に、形成するものであり、図１に示すように、異種基板の上に形成した下地層の上に、形成しても良い。この時、好ましくは、第１の窒化物半導体層の膜厚を５０μｍ以上とすることであり、このことにより、後に続く異種基板除去工程において、異種基板を除去して、窒化物半導体の単体基板を取り出すことができる。更に好ましくは、１００μｍ以上とすることで、異種基板の除去が容易になり、また取り出された窒化物半導体単体基板の取り扱いが容易となる。このように、第１の窒化物半導体層を厚膜に成長させるには、上述したように、ＨＶＰＥ法を用いることで、結晶性が良好で、成長速度が大きいことから、他の成長方法に比べて、容易に形成することができる。膜厚の上限としては特に限定されないが、このＨＶＰＥ法による窒化物半導体は、異種基板の上に成長層として、下地層を含めて４００μｍ以下にすることが望ましい。４００μｍより厚く異種基板の上に窒化物半導体を成長すると、異種基板との格子不整合あるいは熱膨張係数差によって発生する反りが大きくなりすぎてしまい、素子構造となる窒化物半導体を積層する際に積層不良、面内での膜厚不均一が生じてしまう。しかし、一方で、上述したように、異種基板１０と窒化物半導体層１２との応力は、両者の相対的な膜厚比に依存するため、異種基板の膜厚を大きくすれば、その上の成長層の膜厚も大きくすることができる。例えば、サファイア基板であれば、成長層の総膜厚が１００μｍ以上４００μｍ以下の範囲であれば、異種基板の膜厚を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲とすれば、反りがそれほど大きくならず、素子構造を積層する工程でも、積層不良が生じない反りとすることができる。しかし、異種基板が厚くなると、後に続く、溝形成工程で、成長層に達する溝を形成することが困難になる傾向にあるため、これらを考慮して、異種基板の膜厚、第１の窒化物半導体層及びそれを含めた成長層全体の膜厚を決定する。
【００２１】
さらにこの第１の窒化物半導体層をＨＶＰＥ法により形成することによって次のような効果もある。後述する下地層の横方向成長（ラテラル成長）により窒化物半導体層を成長させた場合、その窒化物半導体層表面では結晶欠陥の数が不均一であったものが、マスクパターンにより面内で不均一に分布していたものが、第１の窒化物半導体層を成長させると、第１の窒化物半導体中で結晶欠陥が拡散され、第１の窒化物半導体層表面では結晶欠陥の分布がほぼ均一となり、その上に成長させる窒化物半導体も均一な層として成長させることができる。
【００２２】
またこの第１の窒化物半導体層１２を成長させるとき、ｎ型導電性を得るには、ＳｉあるいはＳｎのｎ型不純物をドープすることが好ましい。これは第１の窒化物半導体層を単体基板として、素子構造と対向する第１の窒化物半導体基板面側に、ｎ電極を形成する場合に、良好なオーミック性を確保できる。このＳｉまたはＳｎのｎ型不純物は、５×１０１６／ｃｍ３〜５×１０２１／ｃｍ３の範囲でドープすることが好ましい。５×１０１６／ｃｍ３より少ないと、オーミック性が悪くなってしまい、また５×１０２１／ｃｍ３より多いと、不純物濃度が大きいために結晶性が悪くなり、結晶欠陥が増大する傾向にあり、厚膜で良好な結晶が得ることが困難となるからである。さらに好ましい範囲としては、１×１０１７／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下の範囲であり、この範囲であれば、第１の窒化物半導体層を１００μｍ以上の膜厚でも良好な結晶性で成長でき、また良好なｎ型導電性を確保して、オーミック接触を電極との間に形成することができる。
【００２３】
第１の窒化物半導体層の組成としては、特に限定されず、上述したよう窒化物半導体と同様に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるもの、また３族元素としてＢを用いたり、５族元素のＮの一部を、Ａｓ、Ｐで置換した混晶を用いることができ、好ましくは２元、若しくは３元混晶のＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）を用いることで、良好な結晶性が得られる。更に好ましくは、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）を用いることで、上述したような厚膜でも結晶性を良好なものとできる。更に、第１の窒化物半導体層の形成に、ＨＶＰＥ法を用いる場合には、３元混晶よりも２元混晶を用いることが成長速度、成長、及び結晶性を良好なものとでき、具体的には、ＧａＮ、及びＡｌＮが好ましく用いられる。また、第１の窒化物半導体層をＨＶＰＥにより形成すると、横方向成長層の形成により、面内に、貫通転位の少ない領域と多い領域に分布した表面から、第１の窒化物半導体層表面に貫通転位分布が分散する傾向にある。これは、ＨＶＰＥ法での成長では、３次元的な成長が促進される傾向が大きいことによるものと考えられ、個々のドメインが大きく成長して互いに結合するような３次元成長により、貫通転位が分散されると思われ、このような成長形態は、例えば１０μｍ／ｈｒ以上の成長速度で形成すると得られやすい。
【００２４】
［下地層］
本発明では、第１の窒化物半導体層を異種基板上に形成する際に、異種基板１０と第１の窒化物半導体層１２との間に、図１（ｂ）に示すように、下地層１１を設けても良い。この下地層１１は、第１の窒化物半導体層１２と異種基板との格子不整合の緩和、結晶欠陥の低減、良好な結晶成長を主な目的として形成する。下地層として具体的には、以下のものが挙げられる。
【００２５】
異種基板の表面に、最初に低温成長バッファ層を形成した後、単結晶成長できる温度で、他の下地層、第１の窒化物半導体層を形成すると、異種基板への窒化物半導体の成長を、両者に格子不整合があっても良好なものとできる。このため、本発明において、異種基板材料により用いなくても良い場合もあるが、好ましくは低温成長バッファ層を下地層として設けることが好ましい。この低温バッファ層とは、その上に成長させる窒化物半導体層の成長温度よりも低温で成長させるものであり、具体的にはＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等が用いられ、３００℃以上９００℃以下の温度で、膜厚１０Å（オングストローム）以上０．５μｍ以下の範囲で形成される。この時、好ましい低温成長バッファ層の組成としては、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）を用いることで、さらに良好な単結晶成長、例えば第１の窒化物半導体層の成長が可能となる。この低温成長バッファ層は、アンドープであっても、ｐ型、ｎ型不純物をドープしても、どちらでも良いが、好ましくは、アンドープで形成すると良好な結晶性が得られる傾向にある。また、低温成長バッファ層の上に、形成する場合には、それよりも高温で単結晶成長可能な温度、具体的には８００℃以上１２００℃以下の温度範囲で成長させる。
【００２６】
また、下地層として、異種基板上、さらには上述した低温成長バッファ層の上に、更に別の窒化物半導体を形成しても良い。この時、異種基板１０と第１の窒化物半導体１２との間に設けられる下地層１１としては、好ましくはＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）を用いることで、良好な結晶性の第１の窒化物半導体を形成することができる。更に好ましくは、Ａｌ混晶比ｙが０．３以下のＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）若しくはＧａＮを用いることで良好な結晶性でもって、第１の窒化物半導体を形成できる。この下地層は、低温成長バッファ層と同様に、ｐ、ｎ型不純物ドープ、アンドープとしても良く、好ましくはアンドープで成長させることで結晶性が良好となる。また、単体基板とする際に、素子構造が形成された面と対向する基板面に、ｎ電極を形成し、下地層を第１の窒化物半導体層と共に残す場合には、第１の窒化物半導体層と同様に、Ｓｉ、Ｓｎをドープすることで、ｎ型導電性を確保することができる。
【００２７】
更に、下地層として、上述したもの以外に、貫通転位を低減させる目的で、ＥＬＯＧ、ＥＬＯ（Epitaxitial Lateral OverGrowth)として知られる横方向成長を用いた下地層（横方向成長層）を形成しても良い。具体的には、異種基板、若しくは低温成長バッファ層、下地層の上に形成する。代表的な横方向成長方法、横方向成長層としは、図３の模式断面図にしめすように、下地層４１２の窒化物半導体層表面にマスク４１８を設けて（図３（ａ））、マスク４１８開口部から窒化物半導体４１３ａを成長させ（図３（ｂ））、マスク４１８上部で横方向の成長をさせ、そして、それぞれのマスク開口部から成長した窒化物半導体４１３ａがマスク４１８上部で接合して（図３（ｃ））、成膜される。また、別の方法では、図３（ｘ）〜（ｚ）に示すように、窒化物半導体の下地層４１２に凹凸を設けるか、若しくは島状に異種基板４１０上に点在させて、凸部若しくは島部の窒化物半導体４１２を起点として、そこから選択的に成長させることで、図３（ｙ）の矢印に示すように横方向への成長をさせて、それらが、接合することで成膜されるものとなる。このいずれの方法においても、形成される横方向成長層は、横方向成長時に、貫通転位も横に伝搬して横方向に延び、膜厚方向に伝搬する貫通転位を低減させることができる。このため、このような横方向成長層を下地層に用いると貫通転位を低減でき好ましく、またこの横方向成長層を用いる場合には、異種基板除去工程で、横方向成長層を除去することが好ましい。これは、上記したように、横方向成長層は、横方向成長を伴って成膜されるため、内部に歪、応力が多く内在する傾向にあり、単体基板を取り出す際に、この横方向成長層を残すと反り発生の原因となるからである。
【００２８】
また、この横方向成長層を成長させる領域（図３におけるマスク開口部、凸部、島状部）の形状としては、ストライプ状、碁盤目状、ドット状、窒化物半導体の結晶方位に合わせた六角形状に形成できる。好ましい形状としては、ストライプ状であり、得られる表面がより平坦に成膜され好ましい。ここで、ストライプ状とする場合、例えばマスク領域の幅（ストライプ幅、凸部上部の幅）を１μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下であり、開口部の幅（ストライプ間隔、凹部底部の幅）を３μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１９μｍ以下であるものを形成することであり、このようなストライプ形状を有していると、転位の低減と表面状態を良好にする点で好ましい。また、図３（ｘ）〜（ｚ）に示す、横方向成長の起点として凸部、島状部の窒化物半導体を設ける際には、具体的な方法として、エッチング技術、ダイシング技術を用いて所望のパターンの凹凸を形成する。マスク領域として、窒化物半導体の成長が不可能か困難な保護膜を設ける場合における保護膜材料としては、例えば酸化物、金属、フッ化物、窒化物、等が挙げられる。例えば具体的には酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜、金属等を用いることができ、好ましくは、ＳｉＯ2及びＳｉＮが挙げられる。また、これらの保護膜を形成する方法としては、従来知られている蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の成膜技術を用いることができる。
【００２９】
横方向成長層をストライプ状のマスク領域、凸部領域とする場合において、Ｃ面を主面とするサファイア、Ａ面を主面とするサファイア、又は（１１１）面を主面とするスピネルを異種基板として用いることが好ましい。以下、それぞれの異種基板を用いる場合について説明すると、Ｃ面を主面とするサファイアであるとき、マスク領域のストライプが、そのサファイアのＡ面に対してほぼ垂直な方向にストライプ方向を有していることが好ましく、また、第１の主面がサファイアＣ面からオフアングルしている場合にはオフ角を０．１°以上０．５°以下の範囲、好ましくは０．１°以上０．２°以下の範囲とすることで良好な横方向成長が実現される。またＡ面を主面とするサファイアであるとき、マスク領域のストライプが、そのサファイアのＲ面に対してほぼ垂直な方向にストライプ方向を有していることが好ましく、また（１１１）面を主面とするスピネルであるとき、マスク領域のストライプが、そのスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）の（１１０）面に対してほぼ垂直な方向にストライプ方向を有していることが好ましい。なぜなら、異種基板とマスク領域のストライプ方向が上記組み合わせであると、基板面内（異種基板の第１の主面に平行な面内）において、窒化物半導体の成長が異方性を有し、選択成長層の横方向の成長（ストライプ方向に垂直な方向）が窒化物半導体の成長容易な方向となり、好ましいＥＬＯＧ成長が実現されるからである。
【００３０】
［溝形成工程］
以上説明した第１の窒化物半導体層を異種基板の上に形成した後、図１（ｂ）のハッチングを施した領域として示すように、溝を異種基板上の成長層（１１〜１３）が露出される深さで形成する。これにより、図１（ｃ）に示すように、成長層の一部が露出されることで、異種基板１０と成長層との間に掛かる応力が溝部２０において解放される。図１（ｅ）は（ｃ）の一部を拡大して示すものであり、図に示すように、溝部２０において異種基板との間に応力が掛からず、溝部２０以外の領域における成長層と異種基板１０との間で応力が掛かり、このため面内で部分的に応力が解放され（溝部２０）、部分的に異種基板との間での応力が掛かる（溝部２０以外）、領域がそれぞれ形成される。また、溝部２０において、異種基板が除去されているため、それとの間の応力が解放されるが、隣接する溝部２０以外の領域における異種基板との応力関係により、その反作用でそれをうち消す方向に、図に示す矢印の方向に応力が掛かる。これらにより、溝部２０を形成することで、反りが緩和されたウエハとして、後に続く工程で取り扱うことが可能となる。図から明らかなように、このような反り緩和は、溝部２０の大きさ、形状、パターンにより変化させることができる。ウエハ（基板）の反りは、上述したように、異種基板の膜厚と成長層の膜厚及びそれらの材料により相対的に決まるものであるため、この反りの状態により、溝部２０の大きさ、形状、パターンを適宜決定する。具体的には、溝部２０の形状として、ストライプ状、格子状、ドット状、円形状、などがあり、好ましくは、溝の形成方法にもよるが、ストライプ状に形成する。また、溝部２０は、基板に部分的に形成しても良く、基板のほぼ全面に形成しても良く、規則的、不規則的なパターンで形成しても良い。この時、溝形成工程後のウエハ（基板）は、図４に示すように、成長層の上に、各々が分離された複数の島状の異種基板となるように形成することが好ましく、これにより、異種基板が分離されない場合では、溝が形成されても異種基板が分離されていなければ、図１（ｃ）の断面に観る各異種基板に掛かる応力が低減されても、各異種基板がつながっていれば、１つの異種基板として振る舞うため、応力の低減が十分でなくなるからである。
【００３１】
図４は、溝部２０を形成した後、異種基板の裏面側、成長層が形成された基板面に対向する面側、からの様子を模式的に示すものであり、溝部２０が形成されることにより、第１の窒化物半導体層１２の上に、溝部２０により部分的に離間された異種基板１０が設けられる。また、図１（ｅ）に示すように、溝部２０は、成長層に達する深さで形成されるものであり、成長層に溝部２０に対応した凹部が形成される。また、図中では、下地層１１の途中まで溝部２０が形成されているが、本発明では特にこれに限定されず、少なくとも成長層が露出される深さで溝部２０を設ければ良く、第１の窒化物半導体層１２に達する深さで溝部２０が形成されても良い。
【００３２】
また、溝部の形成方法としては、特に限定されないが、エッチング、ダイシング、スクライブなどの方法を用いることができ、好ましくは、ダイシングで形成することで、比較的容易に溝部を形成することができる。
【００３３】
異種基板をエッチングするには、ウエットエッチング、ドライエッチング等の方法があるが、異種基板材料によるが、好ましくドライエッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、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）、イオンビームエッチング等の装置があり、いずれも基板材料によりエッチングガスを適宜選択する。また、溝部の形成は、２段階若しくはそれ以上の工数により形成しても良く、例えば、上記ダイシング、スクライブにより、異種基板の途中まで、成長層が露出しない深さまで溝部を形成した後、残りの深さを、エッチングにより異種基板の一部を除去して、成長層を露出させる溝部を形成しても良い。上記ダイシング、スクライブによる機械的な方法により、溝部を除去することにより、深い溝を短い時間で形成できる一方で、機械的な方法で除去されるため成長層に達したときに、成長層が割れたり、欠けたり、亀裂が発生しやすい。しかし、エッチングではこのようなことがないため、成長層に達する際に、エッチングで溝を形成するとエッチングによる衝撃が成長層に起こらずに、成長層を露出させることができるが、エッチングによる方法では、溝部の形成に長い時間が必要となるため、溝形成工程が長くなる。このため、異種基板に、成長層に達しない溝部をスクライブ、ダイシングにより形成して、溝部内の成長層まで残った領域をエッチングにより除去して成長層を露出させることで、上記両方の利点を活かすことができる。
【００３４】
また、溝形成工程は、成長層として少なくとも第１の窒化物半導体層を形成した後であれば、いつでも良く、例えば第１の窒化物半導体層形成後、素子構造を形成した（素子形成工程）後でも良く、素子構造を形成した後、素子をエッチングなどで加工した（素子加工工程）の後でも良い。ここで、この溝形成工程は、成長層を露出する深さで溝部を異種基板に形成するものであり、上述した２段階以上で段階的に溝部を形成する場合には、成長層を露出しない深さで設ける溝は、この溝形成工程に限らず、溝形成工程より前、例えば、成長層形成前に、予め成長層に達しない溝を設けても良い。
【００３５】
［基板除去工程］
本発明の基板除去工程は、前記溝形成工程の後に実施するものであり、溝部以外の領域に残った異種基板の少なくとも一部を、好ましくはほぼ全てを除去するものである。図１（ｃ）のハッチングを施した領域、溝部以外の領域における異種基板を、除去することで、図１（ｄ）に示すように、第１の窒化物半導体層１２を含む成長層だけの窒化物半導体単体基板が得られる。この時、除去される異種基板は、溝形成工程で残された溝部以外の領域の異種基板の少なくとも一部を取り除くことであり、好ましくは、ほぼ全ての異種基板を取り除く。少なくとも除去される一部の異種基板とは、図１（ｄ）に示すように、成長層が露出する深さで、部分的に取り除かれるものであり、これにより、更に反りが緩和された基板となる。この時、除去される一部の異種基板は、素子形成工程、素子加工工程、若しくはチップを取り出す際の基板分割工程において、取り扱いが可能な程度に、反りが軽減され、基板分割できる大きさで、異種基板を除去するようにすることである。例えば、ウエハ周辺部を残し、それ以外の領域（中央部付近）の異種基板を取り除くものであっても良い。好ましくは、全ての異種基板を除去することで、窒化物半導体の単体基板として取り扱うことが可能となる。これは、溝形成工程により、反りが緩和された状態であれば、異種基板と成長層との間の応力が低減されているため、成長層が割れたり、欠けたりせずに、比較的容易に除去されやすくなり、異種基板の完全な除去が可能となる。すなわち、本発明では、異種基板の除去を、溝形成工程と基板除去工程の２段階、若しくはそれ以上でもって、異種基板を除去することであり、溝形成工程では一部の異種基板を除去し、基板除去工程では残った異種基板の一部若しくは全部を除去することであり、段階的な除去により、基板の割れを防いで、窒化物半導体単体基板を得ることができる。
【００３６】
本発明の基板除去工程において、溝形成工程と同じ、エッチング、スクライブ、ダイシングする方法に加えて、研磨、研削、熱処理若しくは熱衝撃、超音波等により、異種基板を除去することができる。好ましくは、研磨、研削により除去する方法であり、なぜなら、溝形成工程により、反りが軽減され、異種基板と成長層との間の応力も低減された状態で、研磨・研削することで、従来と異なり、基板が割れたり、欠けたりせずに、容易に異種基板を取り出すことが可能となるからである。また、超音波を用いる場合には、溝部が形成されていることにより、溝部及び又は異種基板を伝播した音波が、残った異種基板と成長層との間に力が加わり、異種基板が剥離されて除去される。この時、好ましくは、図４に示すように、成長層上に、異種基板が、溝部により個々に分離され、複数の島状部を形成した形態であると、超音波の伝播と、それにより加わる力、衝撃力が、異種基板と成長層との界面付近に集中させることができ好ましい。また、熱処理、熱衝撃による場合には、溝部が設けられることで、異種基板を介さずに成長層に直接熱を加えることができることで、溝部底面で露出した成長層の窒化物半導体を熱分解させたり、若しくはウエハ全体を熱した後、急冷する際に、異種基板と成長層との界面近傍の溝部底面が直接熱処理されることで、熱衝撃を効果的に、異種基板と成長層との界面に伝えることができ、異種基板を除去することができる。
【００３７】
また、異種基板除去後に、図１（ｄ）に示すように、更に、下地層、第１の窒化物半導体層の一部を除去して（除去領域Ｃ）、残った第１の窒化物半導体層を窒化物半導体単体基板とすることが好ましい。これは、上述した下地層は、例えば、低温成長バッファ層、横方向成長層などは、異種基板と窒化物半導体（第１の窒化物半導体層）との格子不整合の緩和、貫通転位の低減を目的として形成されるため、異種基板除去後に、このような下地層を残すと、窒化物半導体層単体基板に、下地層と第１の窒化物半導体層との間に新たな応力の発生があるためである。これは、低温成長バッファ層は、非晶質、多結晶として形成されるため、内部に多くのひずみや転位を有しており、また横方向成長層は、横方向成長により内部にひずみを有しているため、第１の窒化物半導体層の上に形成された素子構造の素子を駆動することによって、ひずみや応力、また新たな貫通転位の発生源となる傾向が有るため、このような下地層を除去することでこれらの問題を回避できる。更に、第１の窒化物半導体層の一部を除去するのには、下地層と第１の窒化物半導体層と、若しくは下地層を用いない場合には、異種基板と第１の窒化物半導体層と、の界面近傍において、上述した下地層と同様に、内部ひずみ、応力、転位が存在する傾向にあるため、これを取り除く目的で、第１の窒化物半導体層の一部を除去することで、良好な窒化物半導体素子の単体基板となる。このとき取り除く第１の窒化物半導体層の一部とは、特に限定されないが、１μｍ以上程度であれば、上記問題を回避できる。
【００３８】
［素子構造、素子形成工程］
本発明において、素子形成工程は、窒化物半導体を、前記第１の窒化物半導体層の上に積層して、素子構造を形成するものであり、素子形成工程は、前記溝形成工程の前でも後でも良く、また基板除去工程の前でも後でも良い。素子形成工程で形成される素子構造は、例えば、第１の窒化物半導体層の上に、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層、等を形成するものである。
【００３９】
［素子加工工程］
本発明において、素子加工工程とは、例えば実施例に示すように、素子構造を積層した後、レーザ素子に作りつけの導波路を形成する目的でエッチングを施したり、ｎ電極形成面を露出させるためにエッチングしたり、また各コンタクト層に電極を形成したりすることである。本発明の溝形成工程、基板除去工程は、この素子加工工程の後であっても、前でもどちらでも良い。
【００４０】
［単体基板の厚膜化］
更に、本発明では、異種基板を除去した後、取り出した窒化物半導体単体基板（第１の窒化物半導体層）に更に、別の窒化物半導体層（第２の窒化物半導体層）を成長させて、基板を厚膜化することもできる。これは、図１（ｄ）に示すように、異種基板が除去されることで、異種基板に掛かっていた応力が解放されることで、取り出された単体基板自身に応力が掛かることとなり、反りを有するものとなる。この単体基板に、更に窒化物半導体層（第２の窒化物半導体層）を成長させることで、この反りを低減させることが可能となる。これは、単体基板内に残る内部ひずみ、応力が、その単体基板１２ａに更に第２の窒化物半導体層３０を成長させることで、第２の窒化物半導体層と、単体基板との間で応力の均衡がとれたり、第２の窒化物半導体層内部に、単体基板の反りを打ち消す、内部応力・ひずみが発生することによるものと考えられる。図５（ａ）に示すように、異種基板１０と第１の窒化物半導体層１２との間にも、このような関係が発生し、厚膜の第１の窒化物半導体層１２を成長させることで、いくらかの反り緩和機構が発生していると考えられるが、両者は異種材料であるため、熱膨張係数差などの影響を大きく受けて、基板全体の反り緩和にそれほど寄与しないと考えられる。このような単体基板の反りを緩和する第２の窒化物半導体層の膜厚としては、特に限定されず、また単体基板の膜厚にも依存するが、１００μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上５００μｍ以下の範囲で形成すると良い。第２の窒化物半導体層の組成は特に限定されず、第１の窒化物半導体層と同様の組成の窒化物半導体を用いることができる。また、第２の窒化物半導体層と単体基板（第１の窒化物半導体層）とが、異なる組成でも良いが、好ましくは、同一組成で形成することで良好な結晶性、反り緩和が得られ、更に、第２の窒化物半導体層の形成にＨＶＰＥ法を用いる場合には、第１の窒化物半導体層と同様に、ＡｌＮ、ＧａＮが好ましく用いられる。
【００４１】
ここで、図５は、異種基板１０の上に、厚膜の窒化物半導体層（第１の窒化物半導体層）１２を形成する様子、単体化した後に、第２の窒化物半導体層３０を形成する様子を模式断面図である。図５（ａ）は、異種基板１０の上に、低温成長バッファ層１１ａ、横方向成長層１１ｂなどの下地層１１を介して、第１の窒化物半導体層１２を成長させる様子を示すものである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の第１の窒化物半導体層１２を形成して、更にその上に、バッファ層となる下地層１１ｂ´を形成する様子を示し、単体化するための厚膜の窒化物半導体層（第１の窒化物半導体層）１２を成長させた上に、結晶欠陥を低減させる横方向成長層、バッファ層などの下地層を設ける形態を示すものである。図５（ｃ）は、単体化した窒化物半導体層１２ａ（第１の窒化物半導体層）に、更に第２の窒化物半導体層３０を成長させる様子を示すものである。
【００４２】
第２の窒化物半導体層３０は、図５に示すように、単体基板１２ａの異種基板１０を除去した基板面に第２の窒化物半導体層３０ｂを形成しても良く、第１の窒化物半導体層の成長表面（As grown面）に第２の窒化物半導体層３０ａを形成しても良い。異種基板除去前に、素子構造を第１の窒化物半導体層の上に形成している場合には、異種基板を除去した基板面に第２の窒化物半導体層３０ｂを成長させ、第１の窒化物半導体層表面が単体基板となる場合には、成長表面（異種基板を除去した基板面に対向する面）に、第２の窒化物半導体層３０ａを成長させることで、良好な反り緩和が得られる傾向にあり好ましい。また、このように、単体基板に第２の窒化物半導体層を成長させて厚膜化する厚膜化工程の後、再び、単体基板を研磨などにより一部除去して薄膜化して（薄膜化工程）も良く、これら厚膜化工程、薄膜化工程を複数回、若しくは交互に繰り返してもよい。また、厚膜化工程の際に、上述した横方向成長層を介して第２の窒化物半導体層を成長させると、貫通転位の低減がなされ、これら厚膜化工程、薄膜化工程を複数回、若しくは交互に繰り返すことで、貫通転位をさらに低減させることができる。
【００４３】
また、本発明では、図６に示すように、異種基板１０上に、第１の窒化物半導体層１２などの成長層を形成して、反りが発生した場合に、異種基板１０の裏面側（第２の主面）の表面を荒らすことにより、基板の反りを制御して、溝部の形成（溝形成工程）を容易にすることができる。具体的には、反りを有する基板を上述したように、反りが大きいことにより、溝部を形成するのが困難となる場合などに、適用する。詳しく説明すると、異種基板１０の第２の主面に図６に示すように、凹凸を有する表面５０を形成することで、成長層が形成されていない異種基板の第２の主面側が表面積が大きくなることで、成長層１２と異種基板１０との応力関係が変化し、反りを軽減したり、反りをなくしたり、若しくは反りを逆転させることが可能である。具体的には、図６（ａ）に示すように、凸面側が第１の窒化物半導体層１２、凹面側が異種基板１０の第２の主面となる反りが発生した場合に、第２の主面に凹凸を設けることで、その反りを緩和したり、ほぼ反りのない基板としたり、凸面側を異種基板の第２の主面とし、第１の窒化物半導体層１２側を凹面側とする逆転された反りを発生させることである。
【００４４】
このような、反りの制御は、溝形成工程において、溝部が容易に形成できるように制御するものであり、反りが大きい場合にそれを緩和して、基板の取り扱いを容易にすることができる。このような、第２の主面の表面波、ＪＩＳＢ０６０１において粗さ曲線のカットオフ値８０μｍ、基準長さ５０μｍの条件での算術平均粗さで、少なくとも３００Å以上に研磨することで、下に凸な反りが発生し、好ましくは５００Å以上とすることで、より確実に下に凸な反りを発生させることができる。また、基板の反りは、異種基板、成長層の材料、各膜厚により変化するため、適宜粗さを調整すると良い。このような表面の凹凸を形成する方法としては、特に限定されず、研磨によるもの、ブラスト加工などにより形成でき、好ましくはブラスト加工により形成することで、算術平均粗さを大きくでき、反りの大きな基板を調整でき好ましい。また、第２の主面は、ほぼ全面が荒らされても良く、部分的に荒らしても良い。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４６】
［実施例１］
以下、実施例として図１に示す模式断面図の窒化物半導体の製造方法について、順を追って説明する。
【００４７】
窒化物半導体を成長させる異種基板として、厚さが２ｍｍ、２インチφ、主面がＣ面で、オリエンテーションフラット面（以下、オリフラ面と記す）がＡ面のサファイア基板を用意し、ＭＯＣＶＤの反応容器内にそのウエハをセットする。次に、温度を５１０℃にして、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、異種基板１０上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を約２００Å（オングストローム）の膜厚で第１の下地層として成長させ、さらに温度を１０５０℃とし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる層を第２の下地層として、２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００４８】
第１の下地層、第２の下地層を形成した後、図３に示すようにして、横方向成長層を第３の下地層として形成する。横方向成長層としては図３（ａ）〜（ｃ）に示す順序に沿って形成する。第２の下地層１３aを形成後、ウエハを反応容器から取り出し、ＣＶＤ装置に載置して、下地層１３aの上に選択成長させるためマスク領域として保護膜１８を形成する（図３（ａ））。この時、マスク領域となる保護膜１８は、サファイア基板のオリフラ面（Ａ面）にほぼ垂直なストライプ状のＳｉＯ2膜を、幅６μｍ、間隔（開口部の幅）１４μｍで、ウエハのほぼ全面の前記第２の下地層１３ａ上に形成する。続いて、ウエハをＭＯＣＶＤ反応容器内に戻し、温度１０５０℃、原料ガスＴＭＧ、アンモニアを用いて、保護膜１８の設けられていない非マスク領域表面、すなわち前記下地層１３aが露出している表面に、アンドープのＧａＮを１５μｍの膜厚で成長させ（図３（ｂ），（ｃ））、平坦な表面有する窒化物半導体層（第３の下地層）１３bとする（図３（ｃ））。この窒化物半導体基板の成長は、初期段階において、選択的に前記非マスク領域だけに窒化物半導体が成長するが、ある程度の膜厚で成長すると、厚さ方向への成長に加えて、マスク領域の保護膜１８に向かう横方向（基板面内）に成長して、マスク領域の上部が横方向成長した窒化物半導体によりふさがれた結果、下地層１３aの上に膜厚１５μｍの窒化物半導体基板１３bが形成される。
【００４９】
以上の第１〜３の下地層を形成した後、図１（ｂ）に示すように、厚膜の第１の窒化物半導体層を形成する。ウエハをＨＶＰＥ装置に載置して、下地層の上にアンドープのＧａＮを約１００μｍの膜厚で成長させる。
【００５０】
第１の窒化物半導体層を成長させた（成長工程）後、溝形成工程として、図１（ｂ）でハッチングを施した領域を除去して、図１（ｃ）に示すように、溝部を複数形成する。ここでは、ダイシングを用いて、下地層の途中までの深さで溝部を形成し、成長層の窒化物半導体層を露出させる。この時、溝部の幅は、３００μｍで、ストライプ状に、溝部と溝部との幅（ピッチ）を８ｍｍとして、溝部のストライプがウエハの端から端に達する長さで、ウエハ全面に約７本の溝部を設け、更に、ストライプの方向を変えて、これに交差するストライプ同様な条件でストライプ状の溝部を形成し、格子状の溝部を形成する。これにより、ウエハの反りが緩和される。
【００５１】
続いて、基板除去工程として、残った溝部以外の領域の異種基板の第２の主面側を、研磨により除去していくことで、全ての異種基板を除去し、更に、第１の窒化物半導体層の膜厚が８０μｍとなるまで、研磨して、下地層と第１の窒化物半導体層の一部を除去する。
【００５２】
このようにして得られる窒化物半導体の単体基板（第１の窒化物半導体層）は、図１（ｄ）に示すように、異種基板を有している状態では、第１の窒化物半導体層を含む成長層側を凸面とし、異種基板側に凹面が形成された反りが、逆転して、除去面側を凸面とし、第１の窒化物半導体層の成長表面を凹面側とする反りの単体基板が得られる。このようにして、窒化物半導体の単体基板は、割れや欠けが発生することなく、単体化できる。
【００５３】
［実施例２］
実施例１で第１の窒化物半導体層を形成した後、更に、実施例１と同様に横方向成長層を下地層１０２として形成し、欠陥密度を低減させ、図7に模式断面図に示す、以下の素子構造を（レーザ素子）積層して、素子形成工程とする。
【００５４】
ｎ側コンタクト層１０４：膜厚４μｍ、Ｓｉを３×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ若しくはＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ
クラック防止層１０５：膜厚０．１５μｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ（省略してもよい）
ｎ側クラッド層１０６：総膜厚１．２μｍの超格子構造  膜厚２５ÅのアンドープＡｌ０．０５16Ｇａ０．９５Ｎと、膜厚２５Å、Ｓｉを１×１０19／ｃｍ３ドープしたＧａＮと、を交互に積層する。
【００５５】
ｎ側光ガイド層１０７：膜厚０．１５μｍのアンドープＧａＮ
活性層１０８：総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造  Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープした膜厚１４０ÅのＳｉドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層(B)と、膜厚５０ÅのアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる井戸層(W)とを、（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）の順に積層する。
【００５６】
ｐ側電子閉込め層１０９：膜厚１００Å、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ
ｐ側光ガイド層１１０：膜厚０．１５μｍのＭｇを１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮ
ｐ側クラッド層１１１：総膜厚０．４５μｍの超格子構造  膜厚２５ÅのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎと、膜厚２５ÅでＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮと、を交互に積層する。
【００５７】
ｐ側コンタクト層１１２：膜厚１５０Å、Ｍｇを２×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮ
ここで、第１の窒化物半導体層、好ましくは横方向成長層の上にバッファ層１０３として、Ａｌ混晶比が０．０１のアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層１０３を形成する。このバッファ層１０３は省略可能であるが、第１の窒化物半導体層、その上に形成した横方向成長層がＧａＮである場合に、それよりも熱膨張係数の小さい窒化物半導体のＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ≦１）からなるバッファ層１０３を用いることで、ピットを低減させることができるため、第１の窒化物半導体層、その上に形成した横方向成長層の上にバッファ層１０３を形成することが好ましい。このバッファ層１０３は、横方向成長層若しくは横方向成長層の上に形成した第１の窒化物半導体層のように、膜厚方向の成長と横方向成長とを伴って成膜された窒化物半導体層に、ピットが発生しやすい傾向があるが、それを防ぐ効果がある。好ましくは、横方向成長層の上にバッファ層を形成する。
【００５８】
更にバッファ層１０３のＡｌ混晶比ａが、０＜ａ＜０．３であると、結晶性を良好なものとしてバッファ層を形成することができる。このバッファ層をｎ側コンタクト層として形成しても良く、バッファ層１０３を形成した後、前記バッファ層の組成式で表されるｎ側コンタクト層を形成して、バッファ層１０３とその上のｎ側コンタクト層１０４にもバッファ効果を持たせる形態でも良い。すなわち、このバッファ層１０３は、第１の窒化物半導体層、若しくはその上に形成した横方向成長層と素子構造との間、又は素子構造中の活性層と第１の窒化物半導体層、若しくはその上に形成した横方向成長層との間に設けること、さらに好ましくは素子構造中の基板側、下部クラッド層と第１の窒化物半導体層、若しくはその上に形成した横方向成長層との間に、少なくとも１層以上設けることで、ピットを低減し、素子特性を向上させることができる。また、ｎ側コンタクト層をバッファ層とする場合には、電極との良好なオーミックコンタクトが得られるように、ｎ側コンタクト層のＡｌ混晶比ａを０．１以下とすることが好ましい。この第１の窒化物半導体層、若しくはその上に形成した横方向成長層の上に設けるバッファ層は、上述した異種基板上に設けるバッファ層と同様に３００℃以上９００℃以下の低温で成長させても良く、８００℃以上１２００℃以下の温度で成長させても良く、好ましくは８００℃以上１２００℃以下の温度で単結晶成長させると、上述したピット低減効果が得られる傾向にある。このバッファ層は、ｎ型、ｐ型不純物をドープしても良く、アンドープでも良いが、結晶性を良好なものとするためにはアンドープで形成することが好ましい。２層以上のバッファ層を設ける場合には、ｎ型、ｐ型不純物濃度、Ａｌ混晶比を変化させて設けることができる。
【００５９】
このようにして素子構造を形成した後、以下の素子加工工程を実施する。
【００６０】
素子構造を形成した後、ＭＯＣＶＤ装置からウエハを取り出し、次に、積層した半導体層を、エッチングにより微細加工し、レーザ素子としての共振器構造を形成する。図７に示すように、取り出したウエハ表面（ｐ側コンタクト層１１２表面）に所望のパターン状のＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィー技術により形成し、前記ｎ側コンタクト層１０４が露出するまでエッチングして、ｎ電極形成面を設ける。次に、以下のようにして、ｎ側コンタクト層１０３を露出させなかった領域に、図７に示すリッジストライプを形成する。先ず、ｐ側コンタクト層１１２表面に、ＳｉＯ2よりなるマスクを形成し、フォトリソグラフィー技術により幅１．８μｍのストライプ状のＳｉＯ2よりなるマスクとする。ＳｉＣｌ4ガスを用いてＲＩＥにより、ｐ側コンタクト層１１２、およびｐ側クラッド層１１１、ｐ側光ガイド層１１０の一部をエッチングして除去し、リッジストライプを形成後、さらにＰＶＤ装置にウエハを搬送してＳｉＯ2からなるマスクの上から形成したリッジストライプの露出した表面にかけて、Ｚｒ（主としてＺｒＯ2）よりなる保護膜１６２（埋込層）を０．５μｍ厚さで形成し、ウエハをフッ酸に浸漬し、ＳｉＯ2のマスクをリフトオフ法により除去する。このようにして、図７に示すようなストライプ状の導波路領域として、幅１．８μｍのリッジストライプが形成され、この時リッジストライプはｐ側光ガイド層が０．１μｍの膜厚となる深さまで形成されている。この時、埋込層は、Ｚｒの酸化物に限らず、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮの少なくとも一種、若しくはそれらを組み合わせたもの、上部クラッド層１１１と逆導電型のｎ型、半絶縁性、ｉ型の窒化物半導体（ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１））を用いることができる。また、図７に示すように、リッジストライプは、下地層（横方向成長層）１０２の低欠陥密度領域内に設けられるように、その上方に配置にする。窒化物半導体の埋込層を成長させる場合には、リッジ及び埋込層の上に、ｐ側コンタクト層を再び形成しても良く、素子積層時に、ｐ側コンタクト層を形成せずに、埋込層形成後、ｐ側コンタクト層を形成しても良い。
【００６１】
最後に、前記エッチングにより露出したｎ側コンタクト層１０４、ｐ側コンタクト層１１２表面にそれぞれＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極１２１、Ｎｉ／Ａｕよりなるｐ電極１２０（図７に示すようにリッジストライプ表面に設けられた保護膜１６２にわたって形成される）を形成する。次に、ＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜の反射膜１６４を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなる取り出し（パット）電極１２２，１２３をそれぞれ設けた。共振器反射面とするエッチング端面側から約６００μｍの長さで、各電極に電気的に接合する取り出し電極１２２，１２３を絶縁膜である反射膜１６４を介して形成する。この時、活性層１０８の幅は、２００μｍの幅（共振器方向に垂直な方向の幅）であり、ｎ側コンタクト層１０４露出時に設けられたエッチング端面（活性層端面を含む）にもＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜１６４が設けられ、共振器面とした場合に反射膜となる。
【００６２】
以上のように、素子形成工程、素子加工工程を経た後、実施例１と同様に、溝形成工程、基板除去工程を実施して、基板（第１の窒化物半導体層）が単体化され、その上に素子構造が形成されたウエハを得る。基板が単体化されているため、チップの取り出しに、窒化物半導体の劈開面を利用することができる。基板除去工程の後、ストライプ状の電極（共振器方向）に垂直な方向で、単体基板（第１の窒化物半導体層、ここではＧａＮ）のＭ面（窒化物半導体を六方晶系で近似した時のＭ面、｛1 1- 0 0｝）、でバー状に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ素子を得る。この時、共振器長は、６５０μｍである。バー状にする際に、エッチング端面に挟まれた導波路領域内で劈開して、得られた劈開面を共振器面としても良く、導波路領域の外で劈開してエッチング端面を共振器面としても良く、一方をエッチング端面、他方を劈開面とした１対の共振器面を形成しても良い。また、上記エッチング端面の共振面には誘電体多層膜からなる反射膜が設けられるが、劈開面の共振器面にも、劈開後に反射膜を設けても良い。この時、反射膜としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ポリイミドからなる群の少なくとも一種用いることであり、λ／４ｎ（λは波長、ｎは材料の屈折率）の膜厚で積層した多層膜としても良く、１層だけ用いても良く、反射膜と同時に共振器端面の露出を防ぐ表面保護膜としても機能させても良い。表面保護膜として機能させるには、λ／２ｎの膜厚で形成すると良い。また、素子加工工程で、エッチング端面を形成せずに、すなわち、ｎ電極形成面（ｎ側コンタクト層）だけを露出させ、一対の劈開面を共振器面とするレーザ素子としても良い。バー状のウエハを更に分割する際にも、窒化物半導体（単体基板）の劈開面を用いることができ、バー状に劈開したときの劈開面に垂直な窒化物半導体（ＧａＮ）のＭ面、Ａ面（｛１０１０｝）で劈開して、チップを取り出しても良く、また、バー状に劈開する際に、窒化物半導体のＡ面を用いても良い。得られるレーザ素子は、室温で閾値電流密度２．５ｋＡ／cm2、閾値電圧４．５Ｖで、発振波長４０５ｎｍ、３０ｍＷの連続発振で、１０００時間を超える長寿命、高出力のレーザ素子が得られる。
【００６３】
このように、素子形成工程後に、溝形成工程、基板除去工程を経て、基板を単体化することで、窒化物半導体の劈開面を利用した基板切断が可能となり、レーザ素子をフェースアップでヒートシンクにボンディングする際には、熱伝導性の悪いサファイア基板を用いていないため、優れた放熱性を示し、長寿命化がはかれる。以上では、素子構造として、レーザ素子を用いたが、ガイド層、若しくはガイド層とクラッド層とを除いた素子構造を積層して、ＬＥＤ素子としても良く、また、レーザ素子を端面発光ＬＥＤとしても良い。端面発光ＬＥＤとする場合には、導波路を劈開面、若しくはエッチング端面と平行としないで、設けることで容易に得られる。
【００６４】
［実施例３］
実施例１の単体基板１２ａの上（成長層表面側）に、図５に示すように、第２の窒化物半導体層３０として、アンドープのＧａＮを３００μｍの膜厚で形成し、膜厚約３５０μｍの窒化物半導体単体基板を得る。得られる単体基板は、第２の窒化物半導体層を成長させることで、異種基板を除去しただけの単体基板（実施例１）に比べて、反りの緩和された単体基板となる。
【００６５】
また、これとは逆に、単体基板の異種基板除去した基板面側に、第２の窒化物半導体層を成長させても、同様に基板の反りが緩和される。
【００６６】
［比較例１］
実施例１において、溝形成工程を具備せずに、図２に示すように、第１の窒化物半導体層１２形成後、異種基板を、第２の主面側から、研磨により異種基板を除去していき、全ての異種基板を除去領域４０を除去する（図２（ｂ）、（ｃ））。このように、溝を設けずに異種基板を除去すると、ウエハの反りが大きくなり、成長層に達する前に、殆どの場合、異種基板及び成長層に割れが発生し、また、割れなかった部分でも成長層に亀裂が発生し、単体基板をウエハの大きさで取り出すことができず、また、破片としても取り出すことが困難である。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の製造方法により、窒化物半導体を用いたレーザ素子に窒化ガリウムの劈開による共振器反射面を形成することができ、エッチング端面を用いる場合に比べて良好な共振器をレーザ素子に設けることが可能となる。さらに、本発明の製造方法では、従来問題であった異種基板を用いることによる基板の反りを各工程ごとに緩和しているため、反りの緩和されたウエハを扱うことで製造上有利なものとなる。
【００６８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を説明する模式断面図。
【図２】従来の製造方法を説明する模式断面図。
【図３】本発明に用いる横方向成長層を説明する模式断面図。
【図４】本発明の製造方法の１実施形態を説明する模式図。
【図５】本発明の製造方法の１実施形態を説明する模式断面図。
【図６】本発明の製造方法の１実施形態を説明する模式断面図。
【図７】本発明の製造方法の１実施形態を説明する模式断面図。
【符号の説明】
１０・・・・異種基板、１１・・・・下地層、１２・・・・第１の窒化物半導体層、１２ａ・・・・単体基板（第１の窒化物半導体層）、２０・・・・溝部、３０・・・・第２の窒化物半導体層、
【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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