(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体が成長可能な異種基板と、
前記異種基板上に設けられた下地層となる第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に設けられ、誘電体から成る多層膜、又は誘電体と融点１２００℃以上の金属とから成る多層膜からなり、窓部を有する保護膜と、
前記保護膜上に横方向成長させた第３の窒化物半導体層と、
前記第３の窒化物半導体層を形成した前記保護膜の一部が保護膜の縦方向から除去、又は保護膜の表面から除去されて空洞を形成してなり、かつ前記第３の窒化物半導体を成長核として成長される第２の窒化物半導体層と、
を備えることを特徴とする窒化物半導体成長基板。
【請求項２】
前記保護膜の中央部が縦方向に除去された結果、前記保護膜の表面と略垂直な縦方向の空洞が形成され、前記縦方向の空洞において前記第１の窒化物半導体層を露出させてなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体成長基板。
【請求項３】
前記保護膜の表面が除去された結果、前記保護膜の上方で横方向成長された前記第３の窒化物半導体と前記表面が除去された保護膜の表面との間で、前記保護膜の表面に沿った水平方向に空洞が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体成長基板。
【請求項４】
前記保護膜はλ１を透過光とし、λ２を反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＜λ２）において、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料の屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、
【式１】
0003849506.tif 000008
なる上記式１で示される多層膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体成長基板。
【請求項５】
前記多層膜はλ１を透過光とし、λ２を反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＞λ２）において、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料の屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、
【式２】
0003849506.tif 000009
なる上記式２で示される多数膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体成長基板。
【請求項６】
前記λ１の波長は窒化物半導体レーザの発振波長領域であることを特徴とする請求項４又は５に記載の窒化物半導体成長基板。
【請求項７】
前記λ１の波長は３５０〜５２０ｎｍであることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の窒化物半導体成長基板。
【請求項８】
前記λ２はλ１との波長差が２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の窒化物半導体成長基板。
【請求項９】
前記保護膜は最上層が酸化ケイ素であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の窒化物半導体成長基板。
【請求項１０】
窒化物半導体が成長可能な異種基板上に、下地層となる第１の窒化物半導体層を成長させるステップと、
前記第１の窒化物半導体層の上に、誘電体から成る多層膜、又は誘電体と融点１２００℃以上の金属とから成る多層膜からなる保護膜を成長させ、かつ前記保護膜の一部に窓部を形成するステップと、
前記保護膜の窓部より第３の窒化物半導体層を前記保護膜上で横方向成長させ、前記保護膜上で前記第３の窒化物半導体同士が接合する前に成長を止めるステップと、
前記保護膜上で前記第３の窒化物半導体同士が接合しない部分から前記保護膜の一部を保護膜の縦方向又は保護膜の表面から除去し空洞を形成し、その後前記第３の窒化物半導体を成長核として第２の窒化物半導体層を成長させるステップと、
を有することを特徴とする保護膜を用いた窒化物半導体基板の成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）から成る半導体素子を成長させる窒化物半導体成長基板および保護膜を用いた窒化物半導体基板の成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＥＤ及びＬＤ等に利用される窒化物半導体基板をバルク状の単結晶で得るのは困難であるため、異種基板を用い、その上に窒化物半導体を成長させる方法が検討されている。この異種基板上に窒化物半導体を成長させる場合、異種基板と窒化物半導体との格子定数不整や熱膨張係数差により窒化物半導体を異種基板上に成長させると、結晶欠陥が発生する問題がある。そのため、このような異種基板を用いる場合には、バッファー層を介するなどして窒化物半導体を成長させる方法が報告されているが、得られた窒化物半導体には貫通転位等の結晶欠陥が高密度に存在していた。
【０００３】
そこで、窒化物半導体を基板に対して横方向に成長させる方法（以下、ＥＬＯＧ成長法（Epitaxially Lateral OverGrowth GaN)と示す）が検討されており、この方法によると、窒化物半導体が成長する領域において、発生した結晶欠陥は、保護膜の窓部（開口部）より窒化物半導体の成長と共に縦方向にのみ進行するため、保護膜上に横方向成長した範囲の窒化物半導体は結晶欠陥が少なく、低欠陥の窒化物半導体基板を得ることができる。
【０００４】
例えば、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L309-L312には、サファイア基板上に成長させた窒化ガリウム上にＳｉＯ２等の保護膜を部分的に形成し、この上に窒化ガリウムを成長させることが開示されている。ＳｉＯ２の保護膜上には窒化ガリウムが直接成長しないため、保護膜のない部分から成長した窒化ガリウムの横方向への成長により保護膜上に低欠陥密度の窒化ガリウムを成長させることができる。
【０００５】
上記のＥＬＯＧ成長によれば、従来のバッファ層を用いて成長させた窒化物半導体に比べ、低欠陥領域の欠陥密度を２桁以上減少させることができる。そのため、連続発振が長時間の寿命特性を有する窒化物半導体レーザ等を達成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、保護膜は窒化物半導体が成長しないか成長しにくい酸化ケイ素や窒化ケイ素などの特定の材質からなるものであり、可視光を含む広い波長域の光に対して透明である。また保護膜は、その上に窒化物半導体を横方向に成長させるためには、膜厚を薄く形成する必要があるため、認識が可能なほどの膜厚にすることはできない。そのため、保護膜上に窒化物半導体層が成長した後に、保護膜の正確な位置を認識することが困難となる。ここで認識とは後のデバイス工程での位置確認であり、例えばリッジストライプの形成範囲を正確に位置づけができる程度とする。
【０００７】
上記の理由から、保護膜を用いた窒化物半導体基板の成長方法において、保護膜上に窒化物半導体を成長させた後、窒化物半導体層内に埋め込まれた状態にある保護膜を正確に認識することができず、後の工程において、レーザ素子を形成するためのマーカー認識が困難となり、例えば、ストライプ形状の保護膜上部の結晶性のよい領域に窒化物半導体素子を成長させることができない等の問題が生じていた。つまり、保護膜は窒化物半導体層を成長させた後の工程における基準には成り得ていなかった。ここで、マーカー認識とは、マーカー部分とそれ以外領域とを反射光のコントラスト又は形状で区別し、ウェーハにおけるマーカーの位置を正確に認識するものである。
【０００８】
そこで、本発明は、保護膜上に窒化物半導体を横方向成長させた後の窒化物半導体基板であって、保護膜と窒化物半導体を露出した窓部との正確な位置認識を容易にし、特に該基板上にＬＤ、ＬＥＤ又は受光素子等の窒化物半導体素子を成長させる製造工程において好ましい基準となる保護膜を有する窒化物半導体成長基板および保護膜を用いた窒化物半導体基板の成長方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の目的は、以下に示す構成によって達成することができる。窒化物半導体成長基板は、窒化物半導体が成長可能な異種基板と、前記異種基板上に設けられた下地層となる第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層の上に設けられ、誘電体から成る多層膜、又は誘電体と融点１２００℃以上の金属とから成る多層膜からなり、窓部を有する保護膜と、前記保護膜上に横方向成長させた第３の窒化物半導体層と、前記第３の窒化物半導体層を形成した前記保護膜の一部が保護膜の縦方向又は保護膜の表面から除去されて空洞を形成してなり、かつこの状態から前記第３の窒化物半導体を成長核として成長される第２の窒化物半導体層とを備える。
また、他の窒化物半導体成長基板は、前記保護膜の中央部が縦方向に除去された結果、前記保護膜の表面と略垂直な縦方向の空洞が形成され、前記縦方向の空洞において前記第１の窒化物半導体層を露出させている。
さらに他の窒化物半導体成長基板は、前記保護膜の表面が除去された結果、前記保護膜の上方で横方向成長された前記第３の窒化物半導体と前記表面が除去された保護膜の表面との間で、前記保護膜の表面に沿った水平方向に空洞が形成されている。
一方窒化物半導体成長基板は、窒化物半導体が成長可能な異種基板上に、下地層となる第１の窒化物半導体層、その上に窓部を有する保護膜が設けられ、前記保護膜は、誘電体多層膜からなるミラー構造を有し、保護膜上に横方向成長させた第２の窒化物半導体層を有する。
【００１０】
前記保護膜が紫外光〜赤外光から選ばれる波長光において特定の波長光以外の波長光については透過させることなく反射させるミラー特性を有する保護膜である。
【００１１】
前記特定の波長光が可視光であり、好ましくは３８０ｎｍ〜４８０ｎｍである。
【００１２】
前記保護膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムから成る誘電体、又は融点１２００℃以上の金属から成る群から選択された少なくとも２種以上から成る多層膜であって、好ましくは酸化ケイ素と窒化ケイ素とからなる誘電体多層膜である。
【００１３】
前記保護膜は、１ペア以上５ペア以下の積層構造を有する誘電体多層膜である。また保護膜の形状は、ストライプ状、格子状等の平行線を有するマスクパターンとして形成される。
【００１４】
前記保護膜が凹凸を有する窒化物半導体層の凹部及び／又は凸部に形成されており、好ましくは、前記窒化物半導体層の凹部は異種基板が露出されている。さらに、前記保護膜は最上層が酸化ケイ素であることが好ましい。
【００１５】
前記異種基板が（０００１）面を主面とするサファイアであり、前記保護膜はそのサファイアの（１１２−０）面に対して垂直なストライプ形状を有するか、若しくは前記異種基板が（１１２−０）面を主面とするサファイアであり、前記保護膜はそのサファイアの（１１−０２）面に対して垂直なストライプ形状を有する。
【００１６】
前記異種基板が（１１１）面を主面とするスピネルであり、前記保護膜は、そのスピネルの（１１０）面に対して垂直なストライプ形状を有するものである。その他には、シリコン、炭化珪素、砒化ガリウム、又は、酸化亜鉛を用いることができる。
【００１７】
前記保護膜はλ１を透過光とし、λ２を反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＜λ２）において、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料の屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、
【式３】
0003849506.tif 000002
なる上記式３で示される多層膜である。
【００１８】
前記多層膜はλ１を透過光とし、λ２を反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＞λ２）において、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料の屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、
【式４】
0003849506.tif 000003
なる上記式４で示される多層膜である。
【００１９】
前記λ１の波長は窒化物半導体レーザの発振波長領域であり、好ましくは３５０〜５２０ｎｍである。また前記λ２はλ１との波長差が２０ｎｍ以上である。
一方、本発明の保護膜を用いた窒化物半導体基板の成長方法は、窒化物半導体が成長可能な異種基板上に、下地層となる第１の窒化物半導体層を成長させるステップと、前記第１の窒化物半導体層の上に、誘電体から成る多層膜、又は誘電体と融点１２００℃以上の金属とから成る多層膜からなる保護膜を成長させ、かつ前記保護膜の一部に窓部を形成するステップと、前記保護膜の窓部より第３の窒化物半導体層を前記保護膜上で横方向成長させ、前記保護膜上で前記第３の窒化物半導体同士が接合する前に成長を止めるステップと、前記保護膜上で前記第３の窒化物半導体同士が接合しない部分から前記保護膜の一部を保護膜の縦方向又は保護膜の表面から除去し空洞を形成し、その後前記第３の窒化物半導体を成長核として第２の窒化物半導体層を成長させるステップとを有する。
【００２０】
つまり、本発明の窒化物半導体基板における保護膜は、誘電体多層膜からなるミラー構造を有するため、この保護膜上に窒化物半導体層を横方向成長させた後の工程においてもマーカー認識を正確に行うことができる。これは、保護膜を誘電体多層膜とすることにより、特定の発光波長（例えば、４１０ｎｍ）のみ透過させ、それ以外の波長光は反射させるためである。また、本発明において、窓部とは、保護膜を取り除き窒化物半導体を露出させた部分、又は保護膜及び下地である第１の窒化物半導体層を取り除き異種基板を露出させた部分を示し、ストライプ形状等である場合、窓部の幅とは保護膜と保護膜との間の距離を意味する。
【００２１】
本発明における保護膜は、上記の材質から成る誘電体多層膜にすることで、これらの保護膜は窒化物半導体が成長しないか又は、成長しにくい性質を有するため、保護膜の窓部より成長した窒化物半導体を横方向に成長させることができる。
【００２２】
上記式３、４及び図５について説明する。光学薄膜ユーザーズハンドブック（日刊工業新聞社、James D.Rancourt著）に書かれている高反射率帯（阻止帯）を表す近似式
【式５】
0003849506.tif 000004
この式５を用い、式３、４を導出する。まず、高反射率帯の中心波長をλ２とし、式５を用いると高反射率帯の波長幅は以下の式６になる。
【式６】
0003849506.tif 000005
次に、高反射率帯のどこにλ２が存在するか、シミュレーションにより求める。図５は中心波長λ２に対するシミュレーションであって、λ２に対して最も近傍の長、短波長帯の透過率が１％となる点をエッジとした場合、エッジ間を１００％とすればλ２は短波長側のエッジから４０％±５％の位置にあることがわかる。これを用い以下の式を導く。まず、λ１＜λ２の場合には式６に0.4を掛けた値が、λ２からλ１を引いた値より小さければλ１が高反射率帯の外にあるため目的を満足することができる。それを関係式で示すと以下のようになる。
【式７】
0003849506.tif 000006
次に、λ１＞λ２の場合にはλ１＜λ２の場合と同様にすることにより以下の関係式が成り立つ。
【式８】
0003849506.tif 000007
このシュミレーション条件は、基板をＧａＮ、低屈折率材料をＳｉＯ２、高屈折率材料をＴｉＯ２とし、またλ２を波長５５０ｎｍとした。具体的には基板の屈折率ｎｓ＝２．５、ｎＬ＝１．４８、ｎＨ＝２．７５を保護膜として、膜厚はｎＬ＝９３０Å、ｎＨ＝５００Å、ペア数を１４ペアとした場合の実施結果である。
【００２３】
ここで、横方向成長を利用した窒化物半導体成長基板を以下に示す。まず第１の成長基板としては、異種基板、又は異種基板上にバッファ層を形成したもの、その他に異種基板上に窒化物半導体を形成したもの、異種基板上にバッファ層を介して窒化物半導体を形成したものを準備する。その上に部分的に誘電体多層膜から成る保護膜を形成する。その後、保護膜の窓部（開口部）より露出した異種基板や窒化物半導体を成長核として窒化物半導体を成長させる。上記に示すように本発明で使用する保護膜は窒化物半導体が成長しにくいものであるため、保護膜上には窒化物半導体は成長をせずに前記成長核より成長した窒化物半導体が保護膜上を横方向成長することとなる。さらに、隣り合う窒化物半導体同士がこの横方向成長を続けることにより保護膜上で接合し、平坦化することで窒化物半導体基板となる。このような窒化物半導体基板を図１に示す。また、図２に示すように窒化物半導体に凹凸の段差を有し、平面部に保護膜を形成するものであって、保護膜は凹部底面か凸部上面のどちらか一方に形成されていればよい。
【００２４】
第２の成長基板としては、異種基板、又は異種基板上にバッファ層を形成したもの、その他に異種基板上に窒化物半導体を形成したもの、異種基板上にバッファ層を介して窒化物半導体を形成したものを準備する。その上に部分的に誘電体多層膜から成る保護膜を形成する。その後、保護膜の窓部（開口部）より露出した異種基板や窒化物半導体を成長核として窒化物半導体を成長させる。この窒化物半導体を保護膜上で横方向成長させるが、保護膜上での接合をする前に成長を止める。その後、保護膜を除去する。さらに、窒化物半導体を再成長させることで平坦な窒化物半導体基板となる。ここで、保護膜の除去とは図３に示すような縦方向の除去や図４に示すように多層膜の上層の一部を除去するものである。これは、保護膜上での窒化物半導体同士の接合を避けるためである。保護膜上で窒化物半導体を成長させれば応力が発生するため、接合部に段差やチルトが発生してしまう。これでは窒化物半導体基板として使用した場合に、この上に成長させる発光素子や受光素子の寿命特性や歩留まりを低下させてしまう。そこで、ここに示す第２の成長基板では、保護膜上での窒化物半導体同士の接合を避けることで接合部に発生する段差やチルトを抑制する。つまり、接合部の下には空洞を設けるものである。第１の成長基板であっても第２の成長基板であっても保護膜、及び窓部の幅は特に限定されない。
【００２５】
また、保護膜を形成する材質及びそのペア数、膜厚等の組み合わせにより光の反射率を調整することができ、これにより、特定波長のみ透過させ他の光を反射させることができる。具体例としては、レーザ素子を積層した窒化物半導体基板において、活性層から発光した迷光（例えばレーザ光）を透過させ、その他の光は反射させるものである。そのため、保護膜を形成したことによる発光効率の低下等の問題はなくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
本発明の窒化物半導体成長基板は、図１に示すように、異種基板１上に第１の窒化物半導体層２を下地層として成長し、その後、窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい材料からなり窓部を有する保護膜３を形成し、この保護膜の窓部より第２の窒化物半導体４を成長させたものである。この保護膜３は、誘電体多層膜からなるミラー構造を有するため、保護膜と窓部とは視覚的にも光学的にも識別することが可能である。
【００２８】
上記異種基板１と第１の窒化物半導体層２との間にバッファ層（図示していない。）を形成してもよく、成長温度は２００℃〜９００℃の低温であり、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）で示される。またＩｎを含んだ窒化物でもよく、その他にはＭｇＯやＺｎＯが用いられる。また、膜厚は０．５μｍ〜１０オングストロームの膜厚で成長する。窒化物半導体の成長方法や基板の種類によってはバッファ層は省略することもできる。バッファ層には異種基板１と第１の窒化物半導体層２との格子定数不整や熱膨張係数の違いを緩和する作用効果を有する。
【００２９】
ここで、第１の窒化物半導体層２、及び第２の窒化物半導体層４は、いずれも一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって表される組成を有する。但し、これらは互いに異なる組成であってもよい。
【００３０】
本発明において、形成される保護膜の形状としては、ストライプ状、格子状、又は階段型等、特に限定する必要はないが、後の工程でマーカー認識できるように平行線を有するマスクパターンであることが望ましい。
【００３１】
以下に、本発明の実施形態における窒化物半導体成長基板の成長方法及び好適な材料について詳細に説明する。
【００３２】
まず、異種基板１上に、下地層として第１の窒化物半導体層２を成長させる。本発明において、異種基板１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（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）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接合する酸化物基板を用いることができる。
【００３３】
異種基板としては、成長させる窒化物半導体に対して、格子定数及び熱膨張係数ができるだけ近いことが望ましく、それによって転位などの欠陥の発生が少なくなり、また、クラック等がより生じ難くなる。また、保護膜や窒化物半導体層を成長させる際の高熱やエッチング等の加工工程に対して耐えられるものが望ましい。
【００３４】
次に、第１の窒化物半導体層２としては、アンドープの窒化物半導体、ｎ型不純物としてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＳ等の少なくとも１種類をドープしたＧａＮ等の窒化物半導体を用いることができ、このｎ型不純物濃度を１×１０１７／ｃｍ３以下とすることができる。また、ｐ型不純物としてＭｇ、Ｚｎ等の少なくとも１種類をドープしたＧａＮ等の窒化物半導体についても用いることができる。この第１の窒化物半導体層２は、バッファ層よりも高温で、９００℃〜１１００℃、好ましくは、１０５０℃程度で成長させる。第１の窒化物半導体層２の膜厚としては、特に限定されず１〜３０μｍ、好ましくは２〜２０μｍである。
【００３５】
次に、第１の窒化物半導体層２の表面上に保護膜３を形成する。この保護膜は異種基板上に直接成長させてもよく、又は、異種基板上に薄膜であるバッファ層のみを成長させた後、保護膜を成長させてもよい。
【００３６】
この保護膜３の形状としては、保護膜の窓部（開口部）より窒化物半導体が横方向に成長する形状であればよくストライプ状、格子状及び、島状など特に限定されない。さらに、保護膜上に成長させる窒化物半導体の結晶欠陥を減らすには階段型または傾斜角度を有するものが好ましい。
【００３７】
保護膜３の材料としては、屈折率差を有する誘電体多層膜を形成するものが好ましく、低屈折率と高屈折率との材質の組み合わせにすることにより保護膜を形成することができる。具体例としては、低屈折材質にはＳｉＯ２（５５０ｎｍにおける屈折率１．４６、以下同様）、Ａｌ２Ｏ３（１．７７）、ＭｇＯ（１．７４）、ＭｇＦ２（１．３９）、ＳｉＯＮ（１．４６〜２．０）等が挙げられ、高屈折率材質にはＳｉＮ（２．０３）、ＡｌＮ（２．１）、ＺｒＯ２（２．１）、ＴｉＯ２（２．５）、Ｙ２Ｏ３（１．９４）、ＨｆＯｘ（２．０６）、Ｔａ２Ｏ５（２．０７）、Ｎｂ２Ｏ５（２．３９）等が挙げられる。また、１２００℃以上の融点を有する金属であれば、用いることができる。膜厚は、それぞれの波長λより膜厚＝λ／４ｎの計算式から求めることができる。
【００３８】
保護膜のペア数としては、特に限定されないが保護膜の上に窒化物半導体層が横方向成長する膜厚の範囲であればよく、１ペア〜５ペア以上の成膜が可能である。
【００３９】
保護膜３の窓部（開口部）の幅としては、保護膜の幅よりも小さく形成されていればよく、保護膜３の大きさとしては、特に限定されないが、例えばストライプで形状した場合、好ましい保護膜のストライプ幅は５〜２００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍである。また、保護膜が形成されていない窓部（開口部）幅は、保護膜のストライプ幅よりも狭くすることが望ましく、好ましい窓部（開口部）幅は２０μｍ以下、より好ましくは０．５〜１０μｍである。
【００４０】
また、保護膜の膜厚は、特に限定されないが、保護膜の膜厚を厚くすると後の工程において窒化物半導体が埋まらず鏡面が得られない。そのため、好ましい誘電体多層膜の膜厚は０．２〜３μｍ、より好ましくは０．３〜１μｍである。ここで、保護膜３は、例えば、ＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、蒸着又はスパッタ等を用いて成膜させることができる。この保護膜３は所定形状のフォトレジストを形成することで、所定の領域に選択的に形成することができる。
【００４１】
次に、保護膜３上を横方向成長させることで、基板全面に第２の窒化物半導体層４を成長させる。第２の窒化物半導体４は、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって表される組成を有し、具体例としてはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等が挙げられる。また、第２の窒化物半導体４としては、例えば、アンドープＧａＮの他に、Ｓｉ等のｎ型不純物を１×１０１７／ｃｍ３以下の範囲でドープしたＧａＮ、又はＭｇ等のｐ型不純物をドープしたＧａＮを用いることができる。第２の窒化物半導体４の膜厚としては、最上面が鏡面になれば特に限定されず１〜５０μｍ、好ましくは５〜３０μｍとする。
【００４２】
ここで、第２の窒化物半導体層４は保護膜上で横方向成長する第３の窒化物半導体５を形成した後、保護膜の一部を除去する。その後、第３の窒化物半導体５を成長核として第２の窒化物半導体層４を成長させる。以上より表面が平坦な窒化物半導体成長基板となる。第３の窒化物半導体５は保護膜上で接合することなく、成長を止める。これは保護膜上で窒化物半導体を接合させれば、応力より段差が形成され平坦化できないためである。また、第２の窒化物半導体層４を第３の窒化物半導体５の上面、上面及び側面より成長させるため、接合部には欠陥転位が集中しない。このため、レーザ素子を形成する領域は拡大され歩留まりの向上が期待できる。ここで、保護膜の除去とは図３に示すように縦方向の除去や、図４に示す表面除去がある。
【００４３】
第２の窒化物半導体層４の最上面が鏡面になるまで成長した後、レーザ等の窒化物半導体素子を成長させるが、前記横方向成長については、何回繰り返し行ってもよく、最後の横方向成長における保護膜のみがミラー特性を有する誘電体多層膜であってもよい。
【００４４】
その他の実施の形態としては第１の窒化物半導体層に凹凸を形成し、凹部面及び／又は凸部面に誘電体多層膜からなる保護膜を形成し、第２の窒化物半導体層４を成長させたものである。これは、異種基板１上に成長させた第１の窒化物半導体層２にエッチング等により凹凸を形成後、ミラー特性を有する保護膜３を成長させ、その後、第２の窒化物半導体層４を成長させるものである。第２の窒化物半導体層４は第１の窒化物半導体層の側面を成長核として横方向成長するため、欠陥転位を大幅に低減することができる。
【００４５】
また、異種基板１上に第１の窒化物半導体層２を成長後、パターン形状を有する保護膜３を形成し、エッチング等により形成された凹部底面に保護膜を成長させ、その後、第２の窒化物半導体層４を成長させることもできる。この窒化物半導体成長基板において、凹部底面に形成する保護膜は無くてもよい。
【００４６】
以上より得られた第２の窒化物半導体層４は、横方向成長により形成された表面領域をカソードルミネッセンス（ＣＬ）により観測すると、窒化物半導体の接合部以外にはほとんど結晶欠陥が見られなくなる。また、第３の窒化物半導体５を形成し、保護膜上で成長を止めた後、さらに第２の窒化物半導体層４を成長させることで窒化物半導体基板とする実施形態では接合部の結晶欠陥も低減されることとなる。
【００４７】
本発明の窒化物半導体の成長方法において、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層等の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）等の方法を適用できる。
【００４８】
また、上記に示す実施の形態において窒化物半導体に凹凸を形成する場合のエッチング方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法があり、平滑な面を形成するには、好ましくは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）等の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択することにより、窒化物半導体をエッチングすることができる。
【００４９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図１〜図４に示すが本発明はこれに限定されない。
［実施例１］図１に示すように、異種基板１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板を用い、反応容器内にセットし、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、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５０】
次に、バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２を２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００５１】
第１の窒化物半導体層２成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体層２の表面に、ＥＣＲスパッタ装置によりＳｉＯ２を９４２オングストローム、ＳｉＮｘを６７７オングストローム成膜するのを１ペアとして３ペア成膜し、保護膜の膜厚を４８５７オングストロームとする。この保護膜をストライプ幅１４μｍ、ストライプの窓部（開口部）幅６μｍとし、ＭＯＶＰＥ装置に移動させる。
【００５２】
ウェーハを再度、ＭＯＶＰＥの反応容器にセット後、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ（Ｖ／III比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４を２０μｍの膜厚で成長させる。
【００５３】
得られた第２の窒化物半導体層４の表面は、窒化物半導体同士の接合部以外はほとんど結晶欠陥が見られず、マーカー認識が正確かつ容易にできる窒化物半導体成長基板を提供することができた。
【００５４】
［実施例２］実施例１において、保護膜に用いる材質は同様にＳｉＯ２とＳｉＮｘとを用い、それぞれの膜厚をＳｉＯ２が９４２オングストローム、ＳｉＮｘが６７７オングストロームとし、２ペアからなる誘電体多層膜とする他は同様にして行った。得られた窒化物半導体成長基板は実施例１と同様に良好な結果が得られた。
【００５５】
［実施例３］
図２に示すように、異種基板１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板を用い、反応容器内にセットし、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、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５６】
次に、バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２を２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００５７】
第１の窒化物半導体層２成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体２の表面に、ＥＣＲスパッタ装置によりＳｉＯ２を９４２オングストローム、ＳｉＮｘを６７７オングストローム成膜するのを１ペアとして３ペア成膜し、保護膜の膜厚を４８５７オングストロームとする。この保護膜をストライプ幅１４μｍ、ストライプ窓部（開口部）幅６μｍとし、その後、エッチングにより凹凸を形成後、凹部にも３ペアの保護膜３を成膜し、ＭＯＶＰＥ装置に移動させる。
【００５８】
ウェーハを再度、ＭＯＶＰＥの反応容器にセット後、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ（Ｖ／III比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層４を２０μｍの膜厚で成長させる。
【００５９】
得られた窒化物半導体基板の第２の窒化物半導体層４の表面は、実施例１と同様に窒化物半導体同士の接合部以外はほとんど結晶欠陥が見られず、マーカー認識が正確かつ容易にできる窒化物半導体成長基板を提供することができる。
【００６０】
［実施例４］
実施例３において、ストライプ形状の保護膜３を形成後、保護膜の窓部よりエッチングする工程で異種基板１が露出するまでエッチングを行い、その後、凹部には保護膜を成膜せずに第２の窒化物半導体層４を成長させる他は実施例１と同様にして窒化物半導体基板を成長する。得られる窒化物半導体成長基板は実施例１と同様な結果が得られる。
【００６１】
［実施例５］
図３に示すように、異種基板１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板を用い、反応容器内にセットし、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、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。次に、バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２を２．５μｍの膜厚で成長させる。
【００６２】
第１の窒化物半導体層２成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体層２の表面に、ＥＣＲスパッタ装置によりＳｉＯ２を９４２オングストローム、ＳｉＮｘを６７７オングストローム成膜するのを１ペアとして３ペア成膜し、保護膜の膜厚を４８５７オングストロームとする。この保護膜をストライプ幅１４μｍ、ストライプの窓部（開口部）幅６μｍとし、ＭＯＶＰＥ装置に移動させる。
【００６３】
ウェーハを再度、ＭＯＶＰＥの反応容器にセット後、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ（Ｖ／III比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる第３の窒化物半導体５を保護膜上に横方向成長させる。その後、保護膜上で第３の窒化物半導体同士が接合する前に成長を止める。次に、第２の窒化物半導体層４を膜厚２０μｍで成長させる。
【００６４】
得られた第２の窒化物半導体層４の表面は、窒化物半導体同士の接合部にも結晶欠陥が見られず、マーカー認識が正確かつ容易にできる窒化物半導体成長基板を提供することができた。また、この窒化物半導体成長基板上に形成した窒化物半導体レーザ素子において、迷光を逃がすことでレーザ光のノイズ成分を低減することができる。
【００６５】
［実施例６］
実施例５において、第３の窒化物半導体を成長後、図３に示すように保護膜を中央部のみ除去する。その他の条件は実施例１と同様とする。これにより、窒化物半導体成長基板には空洞を有するためエアギャップ効果により基板の反りを緩和することができる。
【００６６】
［実施例７］
実施例５において、第３の窒化物半導体を成長後、図４に示すように保護膜を表面の１ペアのみ除去する。その他の条件は実施例１と同様とする。これにより、上記実施例の効果だけでなく窒化物半導体成長基板には空洞を有するためエアギャップ効果により基板の反りを緩和することができる。
【００６７】
［実施例８］
実施例５において、第３の窒化物半導体を成長後、保護膜を除去することで第１の窒化物半導体層を露出する。次に、第３の窒化物半導体、及び第１の窒化物半導体層から第２の窒化物半導体層を成長させて平坦な窒化物半導体成長基板とする。得られた第２の窒化物半導体層４の表面は、窒化物半導体同士の接合部にも結晶欠陥が見られず、マーカー認識が正確かつ容易にできる窒化物半導体成長基板となる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明における窒化物半導体成長基板および保護膜を用いた窒化物半導体基板の成長方法は、保護膜を誘電体多層膜から成るミラー構造とすることにより、窒化物半導体層の成長後においても窒化物半導体層内にある保護膜がミラー特性を有するため正確かつ容易に保護膜と窓部の位置認識をすることができる。そのため、後の工程の管理や加工工程での精度や歩留まりの向上が可能となり、更に、横方向成長を利用した窒化物半導体基板であるから、結晶欠陥の転位を減少させた低欠陥である結晶性のよい窒化物半導体基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化物半導体成長基板を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体成長基板を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体成長基板を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の窒化物半導体成長基板を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明における一実施形態のシミュレーション図である。
【符号の簡単な説明】
１・・・異種基板
２・・・第１の窒化物半導体層
３・・・保護膜
４・・・第２の窒化物半導体層
５・・・第３の窒化物半導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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