(57)【要約】【課題】結晶欠陥や不純物が極めて少ない高品質な結晶が実現され、高性能かつ高信頼なＩＩＩ族窒化物半導体素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板（GaN基板１０１）と、III族窒化物半導体層（ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型クラッド層１０４、ｎ型光閉じ込め層１０６）とから構成され、リッジ部１４０が設けられた構造体の上部に、レーザー構造をなす多層膜が積層されている。リッジ部１４０は、（０００１）面を有する頂面と、側面と、頂面と、側面とを結ぶ斜面とにより形成され、側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）側面が｛１−１００｝面、斜面が｛１−１０１｝面または（ｂ）側面が｛１１−２０｝面、斜面が｛１１−２２｝面のいずれかである。リッジ部１４０の斜面及び側面の少なくともいずれか一方に発光領域が形成されている。【選択図】図１
2009059740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、III族窒化物半導体層とから構成され、リッジ部が設けられた構造体の上に、
レーザー構造をなす多層膜が積層されたＩＩＩ族窒化物半導体素子であって、
前記リッジ部は、（０００１）面を有する頂面と、側面と、前記頂面と、前記側面とを結ぶ斜面とにより形成され、
前記側面と前記斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、以下の（ａ）または（ｂ）のいずれかであり、
（ａ）前記側面が｛１−１００｝面、前記斜面が｛１−１０１｝面
（ｂ）前記側面が｛１１−２０｝面、前記斜面が｛１１−２２｝面
前記リッジ部の前記斜面及び前記側面の少なくともいずれか一方に発光領域が形成されていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記リッジ部の上に発光層が形成されており、前記発光層を覆うように電流狭窄層が形成され、前記電流狭窄層に設けられた開口部が形成され、前記開口部に対応する領域の前記発光層が前記発光領域であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記リッジ部において、前記側面の＜０００１＞方向への幅ｗが、５μｍ≦ｗ≦３０μｍであることを特徴とする請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記リッジ部の前記斜面または前記側面に、前記リッジ部の延在方向に垂直に伸びる複数のストライプ状の周期的な溝部が平行に設けられ、前記溝部に細線状の前記発光層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記側面と前記斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、前記（ａ）の組み合わせであって、前記リッジ部が＜１１−２０＞方向にストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記側面と前記斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、前記（ｂ）の組み合わせであって、前記リッジ部が＜１−１００＞方向にストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項７】
基板を選択的にエッチングして（０００１）面を有する頂面と、側面とからなる凸部を形成する工程と、
前記基板上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることにより、（０００１）面を有する頂面と、側面と、前記頂面と、前記側面とを結ぶ斜面とにより形成され、
前記側面と前記斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、以下の（ａ）または（ｂ）のいずれかであるリッジ部を有する構造体を形成する工程と、
（ａ）前記側面が｛１−１００｝面、前記斜面が｛１−１０１｝面
（ｂ）前記側面が｛１１−２０｝面、前記斜面が｛１１−２２｝面
前記構造体の上に、レーザー構造をなす多層膜を積層する工程と、
前記リッジ部の前記斜面及び前記側面の少なくともいずれか一方に発光領域を形成する工程と、
を含むＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項８】
多層膜を積層する前記工程において、
前記リッジ部の上に発光層を形成し、前記発光層を覆うように電流狭窄層を形成し、
発光領域を形成する前記工程において、前記リッジ部の前記斜面及び前記側面の少なくともいずれか一方の前記電流狭窄層に開口部を設ける請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項９】
リッジ部を有する構造体を形成する前記工程において、
前記リッジ部における前記側面の＜０００１＞方向への幅ｗが、５μｍ≦ｗ≦３０μｍである請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
リッジ部を有する構造体を形成する前記工程において、
前記リッジ部の前記斜面または前記側面に、前記リッジ部の延在方向に垂直に伸びる複数のストライプ状の周期的な溝部を平行に設け、
多層膜を積層する前記工程において、
前記リッジ部の前記溝部に細線状の前記発光層を形成することを特徴とする請求項９に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
リッジ部を有する構造体を形成する前記工程において、
前記リッジ部の前記側面と前記斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、前記（ａ）の組み合わせであって、前記リッジ部を＜１１−２０＞方向にストライプ状に形成する請求項１０に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
リッジ部を有する構造体を形成する前記工程において、
前記リッジ部の前記側面と前記斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、前記（ｂ）の組み合わせであって、前記リッジ部を＜１−１００＞方向にストライプ状に形成する請求項１０に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体素子、特にＩＩＩ族窒化物半導体光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体材料は、禁制帯幅が充分大きく、バンド間遷移も直接遷移型であるため、短波長発光素子への適用が盛んに検討されている。特に１９９０年代半ば頃より照明や各種ディスプレー用途に、このＩＩＩ族窒化物半導体を用いた紫外から青、緑色の波長領域の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：  ＬＥＤ）の性能が急激に向上した結果、同材料を用いたＬＥＤの適用範囲は格段に広がり非常に大きな市場を形成している。また、次世代の高密度光ディスク用光源としても本材料は重要であり、発振波長４０５ｎｍの半導体レーザ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：  ＬＤ）の研究開発が精力的に進められ、既に製品化も始まっている。
【０００３】
このＩＩＩ族窒化物半導体発光素子においては、一般的に六方晶の（０００１）極性面上に積層構造が形成されるため、ピエゾ分極や自発分極による内部電界の影響が無視できず発光効率を低下させる原因となっている。特にＩｎＧａＮを活性層とする可視領域の発光素子では、Ｉｎ組成の増加とともに格子不整合歪も増加し上記内部電界の影響が増大するため、発光波長の長波化とともに発光効率は急激に低下してしまう。
【０００４】
そこで、この内部電界の影響を回避するために、｛１−１００｝または｛１１−２０｝無極性面や｛１−１０１｝または｛１１−２２｝などの半極性面上へのデバイス作製が試みられている。
【０００５】
例えば、特許文献１に、｛１−１０１｝または｛１１−２２｝半極性面上の窒化物半導体を積層したＬＤ構造について開示されている。図８に示すように、この構造では、まず基板１１上に開口部１３を有するＳｉＯ２などの選択マスク１２を形成する。次に、この上にＳｉドープＧａＮ層１４、Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎガイド層１５、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ活性層１６、Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎガイド層１７、ＭｇドープＧａＮ層１８、ＳｉＯ２などの絶縁膜２１を順次形成する。さらに、絶縁膜２１の一部に開口部２０を設けｐ側電極層１９を形成し、断面三角形状の半導体層の傍らに、選択マスク１２と絶縁膜２１を開口して、ｎ側電極層２２が形成されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２に、基板上に設けたＧａＮ層にストライプ状リッジを形成し、再成長を行うことで形成される｛１−１０１｝面や｛１１−２２｝面などのファセット面上へのＬＤ構造が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９８０６２号公報
【特許文献２】特開２００２−１８５０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図８に示したような構造においては、多結晶ＧａＮ等が選択マスク１２上に堆積されるため、平坦性が良好な｛１−１０１｝面や｛１１−２２｝面の半極性面が得られず、さらに、結晶欠陥密度も高くなる。また、選択マスク材料からの不純物の湧き出し等により、高性能かつ高信頼な素子の作製が困難であった。
【０００９】
また、本発明者らの検討結果によれば、単にＧａＮテンプレート上にストライプ状リッジを設け再成長を行っても、平坦性の良い｛１−１０１｝面や｛１１−２２｝面などのファセット面は得られず、（０００１）面からの傾斜角度は連続的に変化しストライプ軸方向に大きなうねりを有する傾斜面となることがわかった。このような傾斜面にＬＤ構造を作製しても、結晶欠陥密度が高く、高性能かつ高信頼な素子の作製は困難である。
【００１０】
以上のように、内部電界の影響を低減できたとしても、高品質な結晶が得られず、欠陥密度の増大などにより発光効率が低下し、現状では（０００１）面上のデバイスを上回る特性を得ることが困難である。
【００１１】
本発明の目的は、上述した課題である、結晶欠陥や不純物が極めて少ない高品質な結晶を実現し、高性能かつ高信頼なＩＩＩ族窒化物半導体素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、基板と、III族窒化物半導体層とから構成され、リッジ部が設けられた構造体の上に、
レーザー構造をなす多層膜が積層されたＩＩＩ族窒化物半導体素子であって、
前記リッジ部は、（０００１）面を有する頂面と、側面と、前記頂面と、前記側面とを結ぶ斜面とにより形成され、
前記側面と前記斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、以下の（ａ）または（ｂ）のいずれかであり、
（ａ）前記側面が｛１−１００｝面、前記斜面が｛１−１０１｝面
（ｂ）前記側面が｛１１−２０｝面、前記斜面が｛１１−２２｝面
前記リッジ部の前記斜面及び前記側面の少なくともいずれか一方に発光領域が形成されていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子が提供される。
【００１３】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体素子は、リッジ部が、（０００１）面を有する頂面と、側面と、頂面と、側面とを結ぶ斜面とにより形成されており、側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）前記側面が｛１−１００｝面、前記斜面が｛１−１０１｝面または（ｂ）前記側面が｛１１−２０｝面、前記斜面が｛１１−２２｝面のいずれかである。リッジ部をこのような形状にすることにより、結晶性の良好な半極性面の斜面及び無極性面の側面が得られ、斜面及び側面の少なくともいずれか一方に発光領域を形成することにより、良好な発光効率を示す高性能かつ高信頼のＩＩＩ族窒化物半導体素子を得る。また、リッジ部は、基板と、III族窒化物半導体層とから構成され、選択マスクを含まないため、不純物汚染などの影響を抑制することができる。
【００１４】
本発明によれば、基板を選択的にエッチングして（０００１）面を有する頂面と、側面とからなる凸部を形成する工程と、
前記基板上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることにより、（０００１）面を有する頂面と、側面と、前記頂面と、前記側面とを結ぶ斜面とにより形成され、
前記側面と前記斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、以下の（ａ）または（ｂ）のいずれかであるリッジ部を有する構造体を形成する工程と、
（ａ）前記側面が｛１−１００｝面、前記斜面が｛１−１０１｝面
（ｂ）前記側面が｛１１−２０｝面、前記斜面が｛１１−２２｝面
前記構造体の上に、レーザー構造をなす多層膜を積層する工程と、
前記リッジ部の前記斜面及び前記側面の少なくともいずれか一方に発光領域を形成する工程と、
を含むＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法が提供される。
【００１５】
本発明によれば、基板を選択的にエッチングして形成した、（０００１）面を有する頂面と、側面とからなる凸部にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることにより、上記のような形状のリッジ部を有する構造体を形成することができる。これにより、結晶性の良好な半極性面の斜面及び無極性面の側面が得られ、斜面及び側面の少なくともいずれか一方に発光領域を形成することにより、良好な発光効率を示すＩＩＩ族窒化物半導体素子を得る。また、III族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる際に、選択マスクを必要としないため、マスク材料からの不純物汚染などの影響を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、結晶欠陥や不純物が極めて少ない高品質な結晶が実現され、高性能かつ高信頼なＩＩＩ族窒化物半導体素子およびその製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１８】
（第一の実施形態）
本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体素子について、図１を参照して説明する。本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体素子は、基板（GaN基板１０１）と、III族窒化物半導体層（ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型クラッド層１０４、ｎ型光閉じ込め層１０６）とから構成され、リッジ部１４０が設けられた構造体の上部に、レーザー構造をなす多層膜が積層されている。リッジ部１４０は、（０００１）面を有する頂面と、側面と、頂面と、側面とを結ぶ斜面とにより形成され、側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）側面が｛１−１００｝面、斜面が｛１−１０１｝面または（ｂ）側面が｛１１−２０｝面、斜面が｛１１−２２｝面のいずれかである。
リッジ部１４０の斜面及び側面の少なくともいずれか一方に発光領域が形成されている。
【００１９】
本実施形態においては、リッジ部１４０の斜面に発光領域を形成したＬＤに適用した例について説明する。
（０００１）ＧａＮ基板１０１の表面に、側面が｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面からなる凸部１５０が、それぞれ＜１１−２０＞方向または＜１−１００＞方向にストライプ状に形成されている。ここで、｛ｈ，ｋ，ｌ，ｍ｝面は（ｈ，ｋ，ｌ，ｍ）面と等価な全ての面を表す。
この凸部１５０は、例えば幅２μｍ、高さ7μｍに形成されている。その上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型クラッド層１０４、ｎ型光閉じ込め層１０６が形成され、リッジ部１４０が設けられている。さらに、活性層となる多重量子井戸（ＭＱＷ）層１０８、キャップ層（不図示）、ｐ型ＧａＮガイド層１１０が積層した構造を有する。
【００２０】
ここで、基板は、GaN基板としたが、ウルツ鉱型のＩＩＩ族窒化物半導体層を成長できる基板であればよい。Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１０２は、例えばＳｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍとすることができる。ｎ型クラッド層１０４は、Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ０．０7Ｇａ０．９3Ｎにより構成される層とすることができる。ｎ型光閉じ込め層１０６は、Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮにより構成される層とすることがきでる。さらに、多重量子井戸（ＭＱＷ）層１０８は、例えば厚さ３ｎｍのIｎ０．2Ｇａ０．8Ｎ井戸層と厚さ１０ｎｍのアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．０８Ｎバリア層とから構成される２周期多重量子井戸層とすることができる。キャップ層として、例えば、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎにより構成される層とすることができ、ｐ型ＧａＮガイド層１１０は、Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮにより構成される層とすることができる。各層の不純物濃度と層厚は全て｛１−１０１｝面または｛１１−２２｝面上での値である。
【００２１】
また、リッジ部１４０は、（０００１）面を有する頂面と、側面と、頂面と、側面とを結ぶ斜面とにより形成され、側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）側面が｛１−１００｝面、斜面が｛１−１０１｝面または（ｂ）側面が｛１１−２０｝面、斜面が｛１１−２２｝面のいずれかである。
【００２２】
リッジ部１４０の側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）の組み合わせである場合、リッジ部１４０を＜１１−２０＞方向にストライプ状に形成する。
また、リッジ部１４０の側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ｂ）の組み合わせである場合、リッジ部１４０を＜１−１００＞方向にストライプ状に形成する。
【００２３】
また、リッジ部１４０において、側面の＜０００１＞方向への幅ｗが、５μｍ≦ｗ≦３０μｍであることが好ましい。幅ｗを５μｍ以上とすることにより、原子レベルで平坦な、結晶性の良好な｛１−１０１｝面または｛１１−２２｝面である斜面を得ることができる。また、幅ｗは、生産性の観点から３０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２４】
さらに、ｐ型ＧａＮガイド層１１０の上に、ＡｌＮからなる電流狭窄層１１２、ｐ型クラッド層１１４、ｐ型コンタクト層１１６が積層している。この積層構造の上部に、絶縁層１１７を介して、ｐ型電極１１８が設けられ、ＧａＮ基板１０１の裏面にｎ型電極１１９が設けられている。ここで、電流狭窄層１１２は、低温堆積により非結晶層を形成した後、エッチングによりリッジ部斜面の非結晶層に開口部１２０を設け、その後ｐ型クラッド層１１４よりも上部の層を形成する過程での高温熱処理で、非結晶層を結晶層に変換し形成される。
【００２５】
ここで、ｐ型クラッド層１１４は、例えばＭｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０7Ｇａ０．９3Ｎにより構成される層とすることができる。ｐ型コンタクト層１１６は、Ｍｇ濃度２×１０２０ｃｍ−３以下、厚さ０．０２μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮにより構成される層とすることができる。
【００２６】
電流狭窄層１１２の斜面上の開口部１２０は、光露光または電子線露光などのリソグラフィーと、例えば特開２００３−７８２１５に開示されている燐酸系含有液等による選択エッチングによって、ストライプ状の開口部１２０を形成する。
【００２７】
このように、リッジ部１４０の上に発光層となる多重量子井戸層１０８が形成されており、発光層を覆うように電流狭窄層１１２が形成され、開口部１２０に対応する領域の多重量子井戸層１０８が発光領域となる。
【００２８】
ここで、図６に示すように、リッジ部１４０の斜面には、リッジ部１４０の延在方向に垂直に伸びる複数のストライプ状の周期的な溝部１７０を平行に形成することができる。周期的な溝部は、III族窒化物半導体層の成長条件を制御して形成される。こうすることにより、溝部１７０が形成されたリッジ部１４０上に活性層の成長を行う際、多重量子井戸層１０８が細線状に分割された活性層１０９を形成することができる。図６では、斜面に形成された活性層１０９のみ図示している。個々の細線同士は周期溝によって分離されているために欠陥の増殖が抑制され、良好な結晶性を示す発光層を得ることができる。この細線状の活性層１０９は、原料の拡散により、溝部１７０の底部において原料濃度が高くなるため、溝部１７０の個々の周期溝に選択的に形成することができる。
【００２９】
次に、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法について詳細に説明する。
図２および図３は、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法は、基板１０１を選択的にエッチングして（０００１）面を有する頂面と、側面とからなる凸部１５０を形成する工程と、基板１０１上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長により、（０００１）面を有する頂面と、側面と、頂面と、側面とを結ぶ斜面とにより形成され、側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）側面が｛１−１００｝面、斜面が｛１−１０１｝面または（ｂ）側面が｛１１−２０｝面、斜面が｛１１−２２｝面のいずれかであるリッジ部１４０を有する構造体を形成する工程と、該構造体の上に、レーザー構造をなす多層膜を積層する工程と、リッジ部の斜面及び側面の少なくともいずれか一方に発光領域を形成する工程とを含む。
【００３０】
以下、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体素子の各工程について詳述する。
【００３１】
初めに、ＧａＮ基板１０１上にＣＶＤによりＳｉＯ２膜を形成した後、リソグラフィー工程により幅２μｍ程度のＳｉＯ２ストライプ１６０をＧａＮ基板１０１面内の＜１１−２０＞もしくは＜１−１００＞方向に形成する（図２（ａ））。
次に、これをマスクとしてドライエッチング装置によって高さ７μｍ、幅２μｍの＜１１−２０＞方向もしくは＜１−１００＞方向の凸部１５０を形成する（図２（ｂ））。
【００３２】
次に、ＧａＮ基板１０１上にｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型クラッド層１０４、ｎ型光閉じ込め層１０６を、たとえば、有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ法）により積層する。
これにより、（０００１）面を有する頂面と、側面と、頂面と、側面とを結ぶ斜面とにより形成されたリッジ部１４０を得る。このリッジ部１４０において、側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせは、（ａ）側面が｛１−１００｝面、斜面が｛１−１０１｝面または（ｂ）側面が｛１１−２０｝面、斜面が｛１１−２２｝面のいずれかとなる。
また、リッジ部１４０の側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）の組み合わせである場合、リッジ部１４０は、＜１１−２０＞方向にストライプ状に形成する。
リッジ部１４０の側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ｂ）の組み合わせである場合、リッジ部１４０が＜１−１００＞方向にストライプ状に形成する。
【００３３】
さらに、リッジ部１４０の上に、活性層となる多重量子井戸層１０８、キャップ層（不図示）、ｐ型ＧａＮガイド層１１０を順次堆積する。
【００３４】
これらの構造を堆積後、非結晶ＡｌＮ層（後に結晶化して電流狭窄層１１２となる）の堆積を行う（図２（ｃ））。
次に、斜面上の非結晶ＡｌＮ層にストライプ状の開口部１２０を形成する。非結晶ＡｌＮ層上にＳｉＯ２を１００ｎｍ堆積し、レジストを塗布した後、フォトリソグラフィーにより幅１．５μｍのストライプパターンを｛１−１０１｝面または｛１１−２２｝面である斜面に形成する。
次に、バッファードフッ酸によりレジストをマスクとしてＳｉＯ２をエッチング後、レジストを有機溶媒により除去し、水洗を行う。非結晶ＡｌＮ層は、バッファードフッ酸、有機溶媒、水洗の各工程でエッチングまたは損傷を受けることはない。
【００３５】
次に、ＳｉＯ２をマスクとして非結晶ＡｌＮ層のエッチングを行う。エッチング液には、例えばリン酸と硫酸を体積比１：１の割合で混合した溶液を用いることができる。ＳｉＯ２マスクでカバーされていない領域の非結晶ＡｌＮ層は、例えば９０℃に保持した前記溶液中で８．５分間のエッチングにより除去され、｛１−１０１｝面または｛１１−２２｝面である斜面上にストライプ状の開口部１２０を得ることができる。その後、さらにマスクとして用いたＳｉＯ２をバッファードフッ酸で除去し、｛１−１０１｝面または｛１１−２２｝面である斜面の非結晶ＡｌＮ層に１．５μｍ幅のストライプ状の逆メサ状（不図示）の開口部１２０を有する構造を得る（図３（ａ））。
【００３６】
以上により得られた｛１−１０１｝面または｛１１−２２｝面である斜面上にストライプ状の開口部１２０を有する構造に対し、ｐ型クラッド層１１４の埋め込み再成長を行い、さらにｐ型コンタクト層１１６を積層する。ｐ型クラッド層１１４及びｐ型コンタクト層１１６は、例えばＭＯＶＰＥ法により形成する。このクラッド層の再成長過程における高温熱処理の影響により、非結晶ＡｌＮ層が熱結晶化され電流狭窄層１１２を得る（図３（b））。以上の処理により得られたＬＤウエハに対し、開口部１２０に対応する領域を開口した絶縁層１１７を形成し、絶縁層１１７の上にｐ型電極１１８を例えば真空蒸着法により形成する。また、GaN基板１０１の裏面には、ｎ型電極１１９を例えば真空蒸着法により形成する（図３（c））。
【００３７】
以下、本実施形態の効果について説明する。
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体素子は、リッジ部１４０が、（０００１）面を有する頂面と、側面と、頂面と、側面とを結ぶ斜面とにより形成されており、側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）側面が｛１−１００｝面、斜面が｛１−１０１｝面または（ｂ）側面が｛１１−２０｝面、斜面が｛１１−２２｝面のいずれかである。リッジ部１４０をこのような形状にすることにより、結晶性の良好な半極性面の斜面及び無極性面の側面が得られる。この半極性面の斜面に発光層となる多重量子井戸層１０８が形成されており、これにより良好な発光効率を示す高信頼のＩＩＩ族窒化物半導体素子を得ることができる。また、III族窒化物半導体層を成長させるための選択マスクを含まないため、マスク材料からの不純物汚染などの影響を抑制することができる。
【００３８】
さらに、｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面の＜０００１＞方向への幅ｗが５μｍ≦ｗ≦３０μｍの範囲とすることで、例えば、（０００１）面上の結晶成長の影響を受けにくくなるため原子レベルで平坦な｛１−１０１｝または｛１１−２２｝半極性面、｛１−１００｝、｛１１−２０｝無極性面が容易に得られ、デバイスの歩留まりが向上し生産性が向上する。
【００３９】
また、｛１−１０１｝面、｛１１−２２｝面または｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面上に（０００１）面との交線と直行する方向に伸びた複数の周期的な溝部に活性層が埋め込まれた構造とすることで、活性層中に形成される結晶欠陥数が抑制されるため発光効率や信頼性を向上させることができる。
【００４０】
（第二の実施形態）
本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体素子について、図４乃至図７を参照して説明する。
本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体素子は、発光領域がリッジ部の側面である｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面に設ける点で、第一の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。
図４に示すように、（０００１）ＧａＮ基板２０１の表面に、側面が｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面からなる凸部２５０が、それぞれ＜１１−２０＞方向または＜１−１００＞方向にストライプ状に形成されている。その上に、ｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型クラッド層２０４、ｎ型光閉じ込め層２０６が形成され、リッジ部２４０が設けられている。さらに、２周期多重量子井戸（ＭＱＷ）層２０８、キャップ層（不図示）、ｐ型ガイド層２１０が積層した構造を有する。
【００４１】
ここで、リッジ部２４０は、（０００１）面を有する頂面と、側面と、頂面と、側面とを結ぶ斜面とにより形成され、側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）側面が｛１−１００｝面、斜面が｛１−１０１｝面または（ｂ）側面が｛１１−２０｝面、斜面が｛１１−２２｝面のいずれかである。
【００４２】
リッジ部２４０の側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ａ）の組み合わせである場合、リッジ部２４０は、＜１１−２０＞方向にストライプ状に形成する。
また、リッジ部２４０の側面と斜面とのそれぞれの面方位の組み合わせが、（ｂ）の組み合わせである場合、リッジ部２４０を＜１−１００＞方向にストライプ状に形成する。
【００４３】
また、リッジ部２４０において、側面の＜０００１＞方向への幅ｗが、５μｍ≦ｗ≦３０μｍであることが好ましい。幅ｗを５μｍ以上とすることにより、原子レベルで平坦な、結晶性の良好な｛１−１０１｝面または｛１１−２２｝面である斜面を得ることができる。また、幅ｗは、生産性の観点から３０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４４】
さらに、ｐ型ガイド層２１０の上に、電流狭窄層２１２、ｐ型クラッド層２１４、ｐ型コンタクト層２１６が積層している。この積層構造の上部に、絶縁層２１７を介して、ｐ型電極２１８および基板２０１の裏面にｎ型電極２１９が設けられている。ここで、電流狭窄層２１２は、低温堆積により非結晶層を形成した後、エッチングによりリッジ部側面の非結晶層に開口部２２０を設け、その後、ｐ型クラッド層２１４よりも上部の層を形成する過程の高温熱処理で、非結晶層を結晶層に変換し形成される。
【００４５】
このように、リッジ部２４０の上に発光層となる多重量子井戸層２０８が形成されており、発光層を覆うように電流狭窄層２１２が形成され、開口部２２０に対応する領域の多重量子井戸層２０８が発光領域となる。
【００４６】
ここで、図７に示すように、リッジ部２４０の側面には、リッジ部２４０の延在方向に垂直に伸びる複数のストライプ状の周期的な溝部を平行に形成することができる。周期的な溝部は、III族窒化物半導体層の成長条件を制御して形成される。こうすることにより、溝部２７０が形成されたリッジ部２４０上に活性層の成長を行う際、多重量子井戸層２０７が細線状に分割された活性層２０９を形成することができる。図７では、斜面に形成された活性層２０９のみ図示している。個々の細線同士は周期溝によって分離されているために欠陥の増殖が抑制され、良好な結晶性を示す発光層を得ることができる。この細線状の活性層２０９は、原料の拡散により、溝部２７０の底部において原料濃度が高くなるため、溝部２７０の個々の周期溝に選択的に形成することができる。
【００４７】
次に、ｐ型ガイド層２１０形成までは、第一の実施形態で図２を用いて説明した工程と同様であるため説明を省略する。
ｐ型ガイド層２１０を形成後、リッジ部１４０の側面上の非結晶ＡｌＮ層に、ストライプ状の開口部２２０を形成する。非結晶ＡｌＮ層上にＳｉＯ２を１００ｎｍ堆積し、レジストを塗布した後、フォトリソグラフィーにより幅１．５μｍのストライプパターンを｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面である側面に形成する。
【００４８】
次に、例えば、バッファードフッ酸によりレジストをマスクとしてＳｉＯ２をエッチング後、レジストを有機溶媒により除去し、水洗を行う。
次に、ＳｉＯ２をマスクとして非結晶ＡｌＮ層のエッチングを行う。これにより、｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面である側面上にストライプ状の開口部２２０を得る。その後、さらにマスクとして用いたＳｉＯ２をバッファードフッ酸で除去し、｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面である側面の非結晶ＡｌＮ層に１．５μｍ幅のストライプ状の逆メサ状（不図示）の開口部２２０を有する構造を得る（図５（ａ））。
【００４９】
以上により得られた｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面である側面上にストライプ状の開口部２２０を有する構造に対し、ｐ型クラッド層２１４の埋め込み再成長を行い、さらにｐ型コンタクト層２１６を積層する。ｐ型クラッド層２１４及びｐ型コンタクト層２１６は、例えばＭＯＶＰＥ法により形成する。このクラッド層の再成長過程における高温熱処理の影響により、非結晶ＡｌＮ層が熱結晶化され電流狭窄層２１２を得る。以上の処理により得られたＬＤウエハに対し、開口部２２０に対応する領域を開口した絶縁層２１７を形成し、絶縁層２１７の上にｐ型電極２１８を例えば真空蒸着法により形成する。また、GaN基板２０１の裏面には、ｎ型電極２１９を例えば真空蒸着法により形成する。
本実施形態においても、第一の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００５１】
たとえば、以上の実施形態においては、リッジ部１４０の斜面または側面に発光領域を形成したが、斜面及び側面の両方に形成してもよい。また、斜面または側面に複数の発光領域を形成してもよい。
【実施例】
【００５２】
第一の実施形態と同様のＩＩＩ族窒化物半導体素子を作製した。まず、ＧａＮ基板１０１として、ｎ型キャリア濃度が１ｘ１０１８ｃｍ−３程度のｎ型ＧａＮ（０００１）基板を用いた。ＧａＮ基板１０１の表面の凸部１５０の形成には、ドライエッチング装置を用い、エッチングガスには塩素（Ｃｌ２）を用いた。また、この基板上への素子構造の作製には、４００ｈＰａの減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いた。キャリアガスには水素と窒素の混合ガスを用い、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎソースとしてそれぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩn）、ｎ型ドーパントにシラン（ＳｉＨ４）、ｐ型ドーパントにビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
【００５３】
初めに、ｎ型のＧａＮ基板１０１上に高さ７μｍのリッジストライプ（凸部１５０）を形成する。以下この工程を「リッジストライプ形成工程」と呼ぶ。ＧａＮ基板１０１上にＣＶＤによりＳｉＯ２膜を形成した後、リソグラフィー工程により幅２μｍ程度のＳｉＯ２ストライプをＧａＮ基板１０１面内の＜１１−２０＞方向に形成した（図２（ａ））。
次に、これをマスクとしてドライエッチング装置によって高さ７μｍ、幅２μｍの＜１１−２０＞方向の凸部１５０を形成した（図２（ｂ））。
【００５４】
次に、ＧａＮ基板１０１上にｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型クラッド層１０４、ｎ型光閉じ込め層１０６、多重量子井戸層１０８、ｐ型ガイド層１１０、電流狭窄のための非結晶ＡｌＮ成長を行う。以下この工程を「活性層成長工程」という。
【００５５】
凸部１５０を形成したＧａＮ基板１０１を成長装置に投入後、ＮＨ３を供給しながら基板を昇温し、成長温度まで達した時点で成長を開始した。Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１０２（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９3Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層１０４、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層１０６を形成した。これにより、（０００１）面を有する頂面と、｛１−１００｝面の側面と、頂面と、側面とを結ぶ｛１−１０１｝面の斜面とにより形成されたリッジ部１４０を得た。
【００５６】
さらに、リッジ部１４０の上に、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層とアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．０８Ｎ（厚さ１０ｎｍ）バリア層からなる２周期多重量子井戸層１０８、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるキャップ層（不図示）、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｐ型ガイド層１１０を順次堆積する（図２（ｃ））。
【００５７】
ここで、ＧａＮ成長は基板温度１０８０℃、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＡｌＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃、ＴＭＡ供給量４９μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎとした。ＩｎＧａＮ成長（ＭＱＷ成長）は、基板温度８００℃、ＴＭＧ供給量８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎとし、ＴＭＩ供給量は、井戸層で４８μｍｏｌ／ｍｉｎ、バリア層で３μｍｏｌ／ｍｉｎとした。
【００５８】
これらの構造を堆積後、基板温度を４００℃程度まで降温し、非結晶ＡｌＮ層（後に結晶化して電流狭窄層１１２となる）の堆積を行った。非結晶ＡｌＮ層堆積時のＴＭＡおよびＮＨ３供給量は、それぞれ３６μｍｏｌ／ｍｉｎ、０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎとし、堆積膜厚は０．１μｍとした。ここで、上記各層の不純物濃度、厚さは全て斜面上での値である。
【００５９】
次に、斜面上の非結晶ＡｌＮ層にストライプ状の開口部１２０を形成する。以下この工程を「ストライプ形成工程」という。非結晶ＡｌＮ層上にＳｉＯ２を１００ｎｍ堆積し、レジストを塗布した後、フォトリソグラフィーにより幅１．５μｍのストライプパターンを｛１−１０１｝面である斜面に形成した。
次に、バッファードフッ酸によりレジストをマスクとしてＳｉＯ２をエッチング後、レジストを有機溶媒により除去し、水洗を行った。ここで、非結晶ＡｌＮ層は、バッファードフッ酸、有機溶媒、水洗の各工程でエッチングまたは損傷を受けることはない。
【００６０】
次に、ＳｉＯ２をマスクとして非結晶ＡｌＮ層のエッチングを行った。エッチング液には、リン酸と硫酸を体積比１：１の割合で混合した溶液を用いることができる。ＳｉＯ２マスクでカバーされていない領域の非結晶ＡｌＮ層は、９０℃に保持した溶液中８．５分間のエッチングにより除去され、｛１−１０１｝面である斜面上にストライプ状の開口部１２０を得た。その後、さらにマスクとして用いたＳｉＯ２をバッファードフッ酸で除去し、｛１−１０１｝面である斜面の非結晶ＡｌＮ層に１．５μｍ幅のストライプ状の逆メサ状（不図示）の開口部１２０を有する構造を得た（図３（ａ））。
【００６１】
以上により得られた｛１−１０１｝面である斜面上にストライプ状の開口部を有する構造に対し、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の埋め込み再成長を行う。以下この工程を「ｐ型クラッド層再成長工程」という。ＭＯＶＰＥ装置に投入後、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて、成長温度である１１００℃まで昇温した。１１００℃に達した後、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９3Ｎ（Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．５μｍ）からなるｐ型クラッド層１１４を堆積し、基板温度を１０８０℃に下げてからＭｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ０．０２μｍ）からなるｐ型コンタクト層１１６を堆積した。このクラッド層の再成長過程における高温熱処理の影響により、非結晶ＡｌＮ層が熱結晶化され電流狭窄層１１２を得る。ＡｌＧａＮ、ＧａＮの堆積条件はドーパントの違いを除き、上述の活性層成長工程と同様とした。以上の処理により得られたＬＤウエハに対し、ｐ型電極１１８およびｎ型電極１１９を真空蒸着法により形成した。
電極形成後は、ＬＤウエハをストライプに垂直な方向に劈開し、素子長は、５００μｍとした。こうして得られたアンコートＬＤチップを、ヒートシンクに融着し発光特性を調べたところ、波長４５０ｎｍ、電流密度３．０ｋＡ／ｃｍ２、電圧４．５Ｖでレーザ発振した。また５００ｍＷ出力時の平均寿命は１０,０００時間以上であった。
【００６２】
一方、ＧａＮ基板１０１上に形成した凸部１５０の高さが３μｍ程度で、リッジ部１４０の｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面の＜０００１＞方向への幅ｗが２μｍの場合には、（０００１）面からの角度が連続的に変化し、かつストライプ軸方向に大きなうねりを有する斜面が出現し、平坦性の良い｛１−１０１｝面は得られなかった。また、ＬＤチップを作製して電流を注入してもＬＤ発振させることはできなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体素子の構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体素子の構成を示す斜視図である。
【図５】図４のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】図１のリッジ部に形成された周期的な溝部を示す図である。
【図７】図４のリッジ部に形成された周期的な溝部を示す図である。
【図８】従来のＩＩＩ族窒化物半導体素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１１    基板
１２    選択マスク
１３    開口部
１４    ＳｉドープＧａＮ層
１５    Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎガイド層
１６    Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ活性層
１７    Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎガイド層
１８    ＭｇドープＧａＮ層
１９    ｐ側電極層
２０    開口部
２１    絶縁膜
２２    ｎ側電極層
１０１    ＧａＮ基板
１０２    ｎ型ＧａＮ層
１０４    ｎ型クラッド層
１０６    ｎ型光閉じ込め層
１０８    多重量子井戸層
１０９    細線状活性層
１１０    ｐ型ＧａＮガイド層
１１２    電流狭窄層
１１４    ｐ型クラッド層
１１６    ｐ型コンタクト層
１１７    絶縁層
１１８    ｐ型電極
１１９    ｎ型電極
１２０    開口部
１４０    リッジ部
１５０    凸部
１６０    ＳｉＯ２ストライプ
１７０    溝部
２０１    ＧａＮ基板
２０２    ｎ型ＧａＮ層
２０４    ｎ型クラッド層
２０６    ｎ型光閉じ込め層
２０８    多重量子井戸層
２０９    細線状活性層
２１０    ｐ型ガイド層
２１２    電流狭窄層
２１４    ｐ型クラッド層
２１６    ｐ型コンタクト層
２１７    絶縁層
２１８    ｐ型電極
２１９    ｎ型電極
２２０    開口部
２４０    リッジ部
２５０    凸部
２７０    溝部
【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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