窒化物半導体基板及びその製造方法、並びにそれを用いた窒化物半導体発光素子
【課題】動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を容易に得られる窒化物半導体基板を実現できるようにする。
【解決手段】窒化物半導体基板１０１は、基板１１０の主面上に形成された複数の成長阻害領域となるマスク膜１２０と、基板の主面におけるマスク膜から露出する領域の上に形成された複数の第１の窒化物半導体層１１１と、各第１の窒化物半導体層１１１の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層１１２と、複数の第１の窒化物半導体層１１１及び複数の第２の窒化物半導体層１１２を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層１１３とを有している。複数の第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合している。
【解決手段】窒化物半導体基板１０１は、基板１１０の主面上に形成された複数の成長阻害領域となるマスク膜１２０と、基板の主面におけるマスク膜から露出する領域の上に形成された複数の第１の窒化物半導体層１１１と、各第１の窒化物半導体層１１１の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層１１２と、複数の第１の窒化物半導体層１１１及び複数の第２の窒化物半導体層１１２を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層１１３とを有している。複数の第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板及びその製造方法、並びにそれを用いた窒化物半導体発光素子に関し、特に、青紫色から赤色の可視域の発光光を出力可能な半導体レーザ素子及びスーパールミネッセントダイオードを形成する窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子等の、光導波路により光を発光する窒化物半導体発光素子が、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（商標）等の光ディスク用の光源、又はプロジェクタ等の投影型ディスプレイ用の光源として開発されている。窒化物半導体からなる、例えば半導体レーザ素子は、基板の上に成長した窒化物半導体結晶に形成される光導波路内で誘導放出光を生成して、素子の外部に指向性が高い光を放射する。このような誘導放出光を光導波路内で効率良く生成するには、光導波路を形成する半導体結晶に高い結晶品質、すなわち低い転位密度が求められる。
【０００３】
具体的には、窒化物半導体結晶においては、結晶の転位密度として約１×１０６ｃｍ−２以下の値が必要である。窒化物半導体発光素子を始め、半導体発光素子は、成長用基板の上に結晶成長技術を用いて発光部等の半導体積層膜を結晶成長し、その後、半導体プロセスを用いて半導体積層膜に光導波路を形成する。このとき、光導波路における半導体結晶の転位密度は成長用基板に依存する。
【０００４】
そこで、窒化物半導体発光素子においては、光導波路を形成する半導体結晶の転位密度を上述のレベルにまで低くするために、従来から、窒化物半導体における横方向成長（Epitaxial Lateral Overgrowth：ＥＬＯ）が利用されている。このＥＬＯにより、サファイアからなる基板の上に、転位密度が低い窒化物半導体を１０μｍ程度の厚さに形成した窒化物半導体基板を用いることができるようになってきている。
【０００５】
ＥＬＯ基板として、図２１に示すような構造が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００６】
従来のＥＬＯ基板について図２１を参照しながら説明する。特許文献１に記載された窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の成長方法によると、ＧａＮ系材料と異なる材料からなる異種基板１の上部に複数の埋込膜４が設けられている。異種基板１上における埋込膜４によって覆われていない領域にそれぞれ下地層２が設けられ、該下地層２の上には、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層３が異種基板１の全面に設けられている。第１の窒化ガリウム系化合物半導体層３の形成時には、結晶転位の一部が横方向（基板の主面に平行な方向）に発生する。その結果、埋込膜４の上に形成される第１の窒化ガリウム系化合物半導体層３から、転位密度が低減された窒化物半導体基板を得ることができる。
【０００７】
なお、他のＥＬＯ基板として、特許文献２及び特許文献３のような構造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１３５５８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２３５１００号公報
【特許文献３】国際公開第２００９／１１８９７９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示す、従来の窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体発光素子を作製する場合には、以下に示すような問題が生じる。すなわち、従来のＥＬＯ基板は、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶成長時に、基板の主面に垂直な方向に対しても結晶が成長する。このため、結晶転位を完全に消滅することはできず、結晶表面の転位密度の低減が不十分である。さらに、マスクである埋込膜の幅を大きくすると、垂直方向の膜厚が厚くなって、成長した半導体結晶にクラックが発生したり、反り又は割れが発生したりする。
【００１０】
本発明は、前記の問題を解決し、動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を容易に得られる窒化物半導体基板を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、窒化物半導体基板を、成長阻害領域を除く領域に種結晶となる複数の第１の半導体層を形成し、続いて、各第１の半導体層の側面上にのみそれぞれ第２の半導体層を形成し、さらに、複数の第１の半導体層及び複数の第２の半導体層を覆うように第３の半導体層を形成する構成とする。このとき、各第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上で互いに隣り合う半導体層同士が接合していない。
【００１２】
具体的に、本発明に係る第１の窒化物半導体基板は、基板と、基板の主面に互いに間隔をおいて形成された複数の成長阻害領域と、基板の主面における成長阻害領域からそれぞれ露出する領域の上に形成された複数の第１の窒化物半導体層と、各第１の窒化物半導体層の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層と、複数の第１の窒化物半導体層及び複数の第２の窒化物半導体層を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層とを備え、複数の第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において互いに接合している。
【００１３】
本発明の第１の窒化物半導体基板によると、横方向成長を促進して低転位密度化する役割を第２の窒化物半導体層に担わせ、異常成長なく平坦に接合する役割を第３の窒化物半導体層に担わせることにより、結晶の転位密度が低く且つ表面が平坦な窒化物半導体基板を実現することができる。
【００１４】
本発明の第１の窒化物半導体基板において、成長阻害領域は、一方向に延びるストライプ状に形成されていてもよい。
【００１５】
この場合に、成長阻害領域は、曲線部を含んでいてもよい。
【００１６】
このようにすると、結晶の転位密度が低い領域が平面曲線状に形成される。このため、結晶の転位密度が低い領域に沿って、その上方に光導波路を設ければ、半導体発光素子をスーパールミネッセントダイオードとして動作させることができる。
【００１７】
本発明の第１の窒化物半導体基板において、成長阻害領域は、基板の上に形成された絶縁膜により構成されていてもよい。
【００１８】
この場合に、絶縁膜は窒化シリコンを含んでいてもよい。
【００１９】
このようにすると、第１の窒化物半導体層の側面に第２の窒化物半導体層を形成する際に、該第２の窒化物半導体層の表面平坦性が向上する。
【００２０】
本発明の第１の窒化物半導体基板において、成長阻害領域は、基板の上部に形成された凹部により構成されていてもよい。
【００２１】
また、本発明の第１の窒化物半導体基板において、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層は、炭素を含み、第２の窒化物半導体層の炭素濃度は、第１の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層の各炭素濃度よりも高くてもよい。
【００２２】
このようにすると、第２の窒化物半導体層において不純物準位が形成されて、可視光近傍の光を吸収することができるようになる。これにより、誘導放出光を得るために発光層からの光を発光層の近傍に閉じ込めようとする際に、光閉じ込め領域から漏れる光を第２の窒化物半導体層で吸収することができる。このため、本発明の窒化物半導体基板により、デバイス設計の制約が少ない窒化物半導体発光素子を実現できる。
【００２３】
本発明の第１の窒化物半導体基板において、基板は窒化物半導体とは異なる材料からなっていてもよい。
【００２４】
このようにすると、本発明の窒化物半導体基板を安価に製造することができる。
【００２５】
本発明に係る第２の窒化物半導体基板は、主面の上部に互いに間隔をおいて形成され、ストライプ状に延びる少なくとも２つの凹部からなる成長阻害領域を有する第１の窒化物半導体層と、成長阻害領域に挟まれた領域である凸部の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層及び複数の第２の窒化物半導体層を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層とを備え、複数の第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合している。
【００２６】
本発明の第２の窒化物半導体基板によると、横方向成長を促進して低転位密度化する役割を第２の窒化物半導体層に担わせ、異常成長なく平坦に接合する役割を第３の窒化物半導体層に担わせることにより、結晶の転位密度が低く且つ表面が平坦な窒化物半導体基板を実現することができる。
【００２７】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、本発明の第１の窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板の上に形成された、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層とを備え、ｎ型窒化物半導体層には、ｎ側電極が電気的に接続されて形成され、ｐ型窒化物半導体層には、ｐ側電極が電気的に接続されて形成され、ｎ側電極及びｐ側電極は、それぞれ、複数の第１の窒化物半導体層及び複数の第２の窒化物半導体層の上方に形成されている。
【００２８】
本発明の窒化物半導体発光素子によると、ｎ側電極及びｐ側電極を、その形成寸法の制約を受けることなく設計及び形成することができる。すなわち、加工プロセスに制約の少ない窒化物半導体発光素子を実現できる。
【００２９】
本発明の窒化物半導体発光素子は、発光層の上側で且つ複数の第２の窒化物半導体層のうちの１つの上方の領域に形成された導波路をさらに備え、スーパールミネッセントダイオード動作を行ってもよい。
【００３０】
スーパールミネッセントダイオードは、半導体レーザ素子と同様に光導波路を用いた半導体発光素子であり、端面の反射率を大きく下げることによりレーザ発振を抑制して、低干渉性と高指向性とを両立することができる。従って、干渉性が低く且つ干渉ノイズが発生しない窒化物半導体発光素子を実現することができる。
【００３１】
本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法は、基板の主面の上に、複数の成長阻害領域を互いに間隔をおいて形成する工程と、基板の主面における成長阻害領域からそれぞれ露出する複数の領域の上に第１の窒化物半導体層を成長する工程と、各第１の窒化物半導体層の側面上から第２の窒化物半導体層をそれぞれ成長する工程と、複数の第１の窒化物半導体層及び複数の第２の窒化物半導体層を覆うように第３の窒化物半導体層を成長する工程とを備え、第２の窒化物半導体層を成長する工程において、複数の第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合せず、第３の窒化物半導体層を成長する工程において、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合する。
【００３２】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法によると、横方向成長を促進して低転位密度化する役割を第２の窒化物半導体層に担わせ、異常成長なく平坦に接合する役割を第３の窒化物半導体層に担わせることにより、結晶の転位密度が低く且つ表面が平坦な窒化物半導体基板を実現することができる。
【００３３】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、第２の窒化物半導体層を形成する工程において、窒素源としてジメチルヒドラジンを用いてもよい。
【００３４】
このようにすると、第２の窒化物半導体層を第１の窒化物半導体層の側面上にのみ成長するため、結晶転位密度がより低く且つ表面が平坦な窒化物半導体基板を得ることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る窒化物半導体基板及びその製造方法、並びにそれを用いた及び窒化物半導体発光素子によると、動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を容易に得られる窒化物半導体基板を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法における結晶成長条件を示すタイミングチャートである。
【図４】図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の表面処理後の走査電子顕微鏡写真である。図４（ｂ）は図４（ａ）と対応する部分の断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板における貫通転位の低減効果を説明する部分的な断面図である。図５（ｂ）は窒化物半導体基板をＮＨ３ガスのみで結晶成長した第１の比較例に係る窒化物半導体基板における貫通転位を説明する部分的な断面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板における基板材料の特性を示す一覧である。図６（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板におけるマスク材料の特性を示す一覧である。
【図７】図７（ａ）は第２の比較例に係る窒化物半導体基板の表面の走査電子顕微鏡写真である。図７（ｂ）〜図７（ｄ）は第２の比較例に係る窒化物半導体基板の成長の様子を示す工程順の断面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板におけるマスク材料に酸化シリコンを用いた場合の表面の走査電子顕微鏡写真である。図８（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板におけるマスク材料に窒化シリコンを用いた場合の表面の走査電子顕微鏡写真である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体基板を示す部分的な平面図である。図９（ｂ）は図９（ａ）のＩＸｂ−ＩＸｂ線における断面図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体基板の製造方法における要部の工程順の断面図である。
【図１１】図１１は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１３】図１３は本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【図１４】図１４は本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【図１５】図１５は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を示す平面図である。
【図１６】図１６は図１５のXVI−XVI線における断面図である。
【図１７】図１７（ａ）〜図１７（ｆ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１８】図１８（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の動作特性を示すグラフである。図１８（ｂ）は第３の比較例に係る窒化物半導体発光素子の動作特性を示すグラフである。
【図１９】図１９は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を示す平面図である。
【図２０】図２０は図１９のXX−XX線における断面図である。
【図２１】図２１は従来例に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板について図１〜図８を参照しながら説明する。
【００３８】
−構成−
図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の部分的な断面構成を示している。
【００３９】
図１に示すように、第１の実施形態に係る窒化物半導体基板１０１には、例えば、サファイア（単結晶Ａｌ２Ｏ３）からなる基板１１０の主面上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、ストライプ状の複数の開口部１２０ａを有する、成長阻害領域としてのマスク膜１２０が形成されている。マスク膜１２０の各開口部１２０ａからは、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層１１１が断面台形状に形成されている。但し、ここでの断面は、ストライプの延伸方向に垂直な方向の断面である。
【００４０】
第１の窒化物半導体層１１１には、例えば、該第１の窒化物半導体層１１１の結晶転位とはその方向が異なる窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第２の窒化物半導体層１１２が形成されている。すなわち、第２の窒化物半導体層１１２は、第１の窒化物半導体層１１１における傾斜した両側面から横方向（基板１１０の主面に平行な方向）に成長して形成される。但し、隣り合う第１の窒化物半導体１１１から成長した第２の窒化物半導体層１１２同士は、マスク膜１２０上において互いに接触（接合）していない。
【００４１】
第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２の上には、それぞれ、これらを覆うと共に、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第３の窒化物半導体層１１３が、その表面が平坦となるように成長により形成されている。ここで、第３の窒化物半導体層１１３は、第２の窒化物半導体層１１２とは結晶転位の方向が異なる。また、隣り合う第２の窒化物半導体１１２から成長した第３の窒化物半導体層１１３同士は、マスク膜１２０上において接合部１１５により互いに接合している。
【００４２】
このように、成長用の異種基板である基板１１０の主面上には、ストライプ状に形成された第１の窒化物半導体層１１１、該第１の窒化物半導体層１１１の両側面上にストライプ状に形成された第２の窒化物半導体層１１２、及び第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２を覆うと共に、これらと一体に成長して形成された第３の窒化物半導体層１１３によって構成される窒化物半導体成長層１１４が形成されている。
【００４３】
−製造方法−
次に、上記のように構成された窒化物半導体基板１０１の製造方法について図２及び図３を用いて説明する。
【００４４】
図２（ａ）〜図２（ｅ）は第１の実施形態に係る窒化物半導体基板１０１の製造方法における結晶成長のフローを示し、図３は時間ごとの結晶成長の成長条件を示している。
【００４５】
まず、例えばプラズマＣＶＤ（Plasma Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法又はスパッタ法等を用いて、サファイアからなる基板１１０の主面上に、ＳｉＯ２又はＳｉＮからなる絶縁膜を形成する。続いて、リソグラフィ法によるレジストパターン（図示せず）をマスクとして、絶縁膜に対してエッチングを行って、図２（ａ）に示すように、ストライプ状の複数の開口部１２０ａを有するマスク膜１２０を形成する。
【００４６】
次に、図２（ｂ）に示すように、有機金属化学気相堆積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、基板１１０の上に第１の窒化物半導体層１１１を結晶成長する。
【００４７】
具体的には、まず、マスク膜１２０が形成された基板１１０をＭＯＣＶＤ装置の反応炉（図示せず）に投入する。続いて、基板温度を１０００℃にまで昇温して、基板表面のクリーニングを行う（図３におけるサーマルクリーニングの工程）。
【００４８】
続いて、基板温度を６００℃にまで降温し、トリメチルガリウム（Trimethyl Gallium：ＴＭＧ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを反応炉に導入することにより、基板１１０におけるマスク膜１２０の各開口部１２０ａから露出する領域の上に、厚さが５０ｎｍ程度の複数の低温バッファ層（図示せず）を成長する（図３における低温バッファ成長の工程）。
【００４９】
続いて、基板温度を、例えば９００℃にまで昇温し、III族原料であるＴＭＧガス及びＶ族原料であるアンモニア（ＮＨ３）ガスを基板１１０上に導入する。これにより、マスク膜１２０の各開口部１２０ａから露出する低温バッファ層の表面から、それぞれＧａＮからなる複数の第１の窒化物半導体層１１１が結晶成長する。このとき、第１の窒化物半導体層１１１は、基板面に垂直な方向と平行な方向とのいずれの方向にも成長する。すなわち、垂直方向にはＧａＮ結晶の面方位における（０００１）面が現れるように成長し、平行方向には、面方位の｛１１−２２｝面が現れるように成長する。従って、第１の窒化物半導体層１１１は、基板面に垂直な方向の断面が台形状となるように成長する（図３の成長条件Ｉの工程）。ここで、結晶の面方位における一のミラー指数に付した負符号は該負符号に続くミラー指数の反転を便宜的に表している。
【００５０】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、連続して、各第１の窒化物半導体層１１１の両側面上に第２の窒化物半導体層１１２をそれぞれ結晶成長する。
【００５１】
具体的には、第１の窒化物半導体層１１１における成長条件Ｉの工程の後に、基板温度を例えば７００℃にまで降温し、Ｖ族原料であるＮＨ３ガスを、例えばジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）に変更する。これにより、第１の窒化物半導体層１１１における上方（基板面に垂直な方向）への結晶成長を抑制して、横方向（基板面に平行な方向）にのみ結晶成長を行って、各第１の窒化物半導体層１１１の両側面上に第２の窒化物半導体１１２をそれぞれ形成する。このとき、あらかじめ第２の窒化物半導体層１１２の成長速度を見積もり、成長時間を管理して、マスク膜１２０の上で隣り合う第２の窒化物半導体層１１２同士が接合しないように、各第２の窒化物半導体層１１２の成長を止める（図３の成長条件IIの工程）。
【００５２】
次に、図２（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、連続して、複数の第１の窒化物半導体層１１１及び複数の第２の窒化物半導体層１１２を覆うように第３の窒化物半導体層１１３を結晶成長する。
【００５３】
具体的には、再び、基板温度を９００℃にまで昇温すると共に、Ｖ族原料であるＤＭＨｙガスをＮＨ３ガスに切り替える。これにより、第３の窒化物半導体層１１３は、第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２の各上面と該第２の窒化物半導体層１１２の両側面から結晶成長する（図３の成長条件IIIの工程）。このとき、基板温度が９００℃と十分に高いため、原料ガスが基板１１０の表面でマイグレーションを起こして、図２（ｅ）に示すように、第３の窒化物半導体層１１３の上面が平坦となるように成長する（図３の成長条件ＩＩＩの工程）。
【００５４】
このように、Ｖ族原料をＮＨ３ガスからＤＭＨｙガスに変えることにより、第１の窒化物半導体層１１１の側面から第２の窒化物半導体層１１２が横方向成長する。その後、Ｖ族原料をＮＨ３ガスに戻すことにより、第３の窒化物半導体層１１３の表面を自己整合的に平坦化することができる。
【００５５】
なお、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３のうち、少なくとも第２の窒化物半導体層１１２には、炭素（Ｃ）をドープしてもよい。また、窒化物半導体層１１１、１１２及び１１３のいずれにも炭素をドープする場合は、第２の窒化物半導体層１１２の炭素濃度を、第１の窒化物半導体層１１１及び第３の窒化物半導体層１１３の各炭素濃度よりも高くなるように設定することが好ましい。このようにすると、第２の窒化物半導体層１１２に不純物準位が形成されて、可視光近傍の光を吸収することができる。これにより、誘導放出光を得るために、レーザ構造における発光光を発光層の近傍に閉じ込める際に、光閉じ込め領域から漏れる光を第２の窒化物半導体層１１２によって吸収することができる。このため、第１の実施形態に係る窒化物半導体基板１０１を用いると、デバイス設計の制約が少ない窒化物半導体発光素子を実現することができる。
【００５６】
−実施例及びその効果−
次に、図４〜図８を参照しながら、好ましい成長条件を用いた一実施例及びその効果について説明する。本願発明者らは、本実施例に係る窒化物半導体基板１０１を、実際に結晶成長を行って作製し、窒化物半導体成長層１１４側の表面形状を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
【００５７】
本実施例に係る窒化物半導体基板１０１を以下の方法により作製した。
【００５８】
まず、プラズマＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１１０の上に、ＳｉＯ２からなるマスク形成膜を堆積する。続いて、リソグラフィ法、及びＣＨＦ３ガス又はＣＦ４ガスを用いたドライエッチング法により、マスク形成膜にストライプ状の複数の開口部１２０ａを設けてマスク膜１２０を得る。ここでは、マスク膜１２０におけるストライプ（開口部１２０ａ）の周期を３０μｍとし、開口部１２０ａの幅を１０μｍとし、マスク領域の幅を２０μｍとしている。
【００５９】
続いて、マスク膜１２０が形成された基板１１０の上に、まず、Ｖ族原料としてＮＨ３を用いた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる低温バッファ層を成長し、続いて、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層１１１を結晶成長する。このとき、第１の窒化物半導体層１１１は、基板１１０におけるマスク膜１２０の各開口部１２０ａから露出する領域から、断面台形状のファセット形状として成長する。続いて、結晶成長を中断することなく、Ｖ族原料をＮＨ３からジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）に変更して、ＧａＮからなる第２の窒化物半導体層１１２を成長する。最後に、Ｖ族原料をＮＨ３ガスに戻して第３の窒化物半導体層１１３を結晶成長することにより、上面が平坦な窒化物半導体成長層１１４を得る。
【００６０】
図４（ａ）は、上記の製造方法により得られた窒化物半導体基板１０１の表面の走査電子顕微鏡写真である。ここでは、得られた窒化物半導体基板１０１を１８０℃の温度に加熱したリン酸（熱リン酸）に２分間浸す表面処理を行って、エッチピットを形成し、基板表面（第３の窒化物半導体層１１３の表面）に現れる結晶転位を観察しやすくしている。図４（ｂ）は図４（ａ）と対応する断面を表している。図４（ａ）から分かるように、第３の窒化物半導体層１１３におけるマスク膜１２０の各開口部１２０ａの上側部分には、高い密度で貫通転位が発生している。一方、第３の窒化物半導体層１１３におけるマスク膜１２０の上側部分の表面には貫通転位が発生していない。
【００６１】
このように、本実施例においては、所定の領域、すなわち第３の窒化物半導体層１１３におけるマスク膜１２０の上側部分には貫通転位がほとんど存在しない窒化物半導体基板１０１を作製できることが分かる。
【００６２】
続いて、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて、より具体的に本実施例の貫通転位の低減効果を説明する。図５（ａ）は本実施例に係る窒化物半導体基板１０１の断面における結晶転位の様子を表している。図５（ｂ）は第１の比較例であって、窒化物半導体成長層２１４を、ＮＨ３ガスのみで結晶成長した窒化物半導体基板２０１の断面における結晶転位の様子を表している。
【００６３】
図５（ａ）に示すように、本実施例においては、第２の窒化物半導体層１１２を成長する際に、該第２の窒化物半導体層１１２はほとんど基板に垂直な方向（上方向）に成長しない。このため、結晶転位も水平方向にのみ進む水平方向転位１５１となって、接合部１１５に到達する。従って、貫通転位１７０が窒化物半導体基板１０１の表面に現れる高密度転位領域１６０は、初期転位１５０が発生する開口部１２０ａ付近のみとなる。一方、第３の窒化物半導体層１１３におけるマスク膜１２０の上側部分は、無転位領域１６１となる。
【００６４】
これに対し、図５（ｂ）に示す、Ｖ族原料ガスをＮＨ３ガスのみとした第１の比較例の場合は、窒化物半導体は各成長面２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ及び２４０ｄから分かるように、上方向及び横方向の両方に成長する。このため、窒化物半導体成長層２１４に生じる結晶転位は、マスク膜１２０の上側部分では斜め方向転位２５３となって、斜め上方向に延びる。従って、マスク膜１２０の幅を所定の長さとし、成長時間を長くして窒化物半導体成長層２１４の厚さを大きくすることにより、貫通転位２７０が少ない領域２６１を形成することは可能である。
【００６５】
しかしながら、基板１１０を構成するサファイアと、窒化物半導体成長層２１４を構成するＧａＮとの熱膨張係数は、図６（ａ）に示すように、異なっている。このため、窒化物半導体成長層２１４を厚くすることは、窒化物半導体基板２０１の反り又はクラックの発生の原因となるので、後述する窒化物半導体発光素子を製造する際に不具合を生じる。
【００６６】
一方、本実施例に係る窒化物半導体基板１０１は、窒化物半導体成長層１１４を薄くできると共に、窒化物半導体基板１０１の表面に現れる貫通転位を抑制できるため、該窒化物半導体基板１０１を用いることにより、動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を容易に製造することができる。
【００６７】
続いて、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す第２の比較例を用いて、本実施例に係る窒化物半導体基板の製造方法の効果をより具体的に説明する。
【００６８】
図７（ａ）は、第２の窒化物半導体１１２を形成する際に、ＤＭＨｙガスを用いた横方向成長を継続して、マスク膜１２０の上で互いに隣合う第２の窒化物半導体層１１２同士を接合させた場合の走査電子顕微鏡写真である。図７（ａ）から分かるように、接合部において異常成長部１９５が発生し、基板表面の平坦性が失われている。
【００６９】
具体的には、横方向の成長レートが１５．９μｍ／ｈである成長条件によって、８０ｍｉｎ成長させたところ、横方向成長したＧａＮからなる第２の窒化物半導体層１１２同士の接合部において、径が数μｍの凸状の異常成長部１９５が発生する。この異常成長部１９５が生じる原因は、図７（ｂ）に示すように、第１の窒化物半導体層１１１の側面から、第２の窒化物半導体１１２を横方向に成長し、さらに、図７（ｃ）に示すように、横方向成長を継続すると、接合部において発生したＣ面以外の結晶面１９０が現れる。このＣ面以外の結晶面１９０上には、原料ガスが集中することから、図７（ｄ）に示すように、異常成長部１９５が発生する。
【００７０】
一方、図４に示すように、本実施例に係る窒化物半導体基板１０１においては、第２の比較例に生じる異常成長を抑制することができる。
【００７１】
次に、図６及び図８を用いて本実施例の窒化物半導体基板のマスク膜１２０の構成について、より好ましい形態を具体的に説明する。図６（ａ）は本実施例に係る基板１１０に用いることができる基板材料の特性一覧を示し、図６（ｂ）は本実施例に係るマスク膜１２０に用いる材料の特性一覧を示す。図８（ａ）はマスク膜１２０の材料に酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用い、図８（ｂ）はマスク膜１２０の材料に窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いて、窒化物半導体成長層１１４を成膜した窒化物半導体基板１０１の表面を比較した写真である。
【００７２】
図８（ａ）に示すように、マスク膜１２０の構成材料にＳｉＯ２を用いた場合は、表面に従来のような異常成長部１９５は発生しないものの、第２の窒化物半導体層１１２の成長方向に筋状の成長欠陥１９７が部分的に生じている。これは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２とＧａＮとの熱膨張係数の差によって、第２の窒化物半導体層１１２を成長した後の基板温度を下げる際に発生する。
【００７３】
これに対し、マスク膜１２０の構成材料にＳｉＮを用いた場合は、ＧａＮとＳｉＮとの熱膨張係数の差は小さくなる。このため、図８（ｂ）に示すように、成長面に筋状の成長欠陥１９７は見られない。
【００７４】
このように、マスク膜１２０の構成材料を適当に選ぶことにより、窒化物半導体成長層１１４の結晶性をさらに向上することができる。
【００７５】
なお、図６（ｂ）に示すように、ＳｉＮの熱伝導率は、図６（ａ）に示すサファイアの熱伝導率と比較して同等以上である。このため、後述するように、本実施例に係る窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体発光素子を作製すると、発光層での発熱を効率的に基板側に放熱することができる。
【００７６】
（第１の実施形態の一変形例）
以下、第１の実施形態の一変形例について図９を参照しながら説明する。本変形例においては、第１の実施形態と異なる構成について説明する。
【００７７】
図９に示すように、本変形例に係る窒化物半導体基板１０１Ａを構成するマスク膜１２０Ａは、ストライプ形状が平面視で直線状ではなく、一部に曲線状を含むことを特徴とする。
【００７８】
このように、本変形例に係るマスク膜１２０Ａは一部に曲線状を含み、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３はマスク膜１２０Ａ（開口部１２０ａ）の平面形状に沿って形成される。従って、無転位領域１６１も、マスク膜１２０Ａの平面形状に合わせて一部に曲線状を含むストライプ状となる。
【００７９】
以下、本変形例に係る窒化物半導体基板の製造方法について図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照しながら説明する。
【００８０】
まず、図１０（ａ）に示すように、マスク膜１２０Ａを形成する工程において、開口部１２０ａを含むストライプ形状を直線状に変えて、一部に曲線状を含む形状とする。
【００８１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、一部に曲線状パターンを含むマスク膜１２０Ａを有する基板１１０の上に、第１の実施形態と同様に、第１の窒化物半導体層１１１を選択的に結晶成長し、その後、第１の窒化物半導体層１１１の両側面上から第２の窒化物半導体層１１２を横方向成長により形成する。これにより、第１の窒化物半導体層１１１と第２の窒化物半導体層１１２とが、曲線部を含むマスク膜１２０Ａの平面形状に沿って成長する。
【００８２】
次に、図示はしていないが、第１の実施形態と同様に、第３の窒化物半導体層１１３を、第２の窒化物半導体層１１２の結晶成長に続いて、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及びマスク膜１２０Ａを覆うように結晶成長して、図９に示す窒化物半導体基板１０１Ａを得る。
【００８３】
以上により、複数の無転位領域１６１がマスク膜１２０Ａの曲線状に沿って形成された窒化物半導体基板１０１Ａを実現できる。
【００８４】
なお、本変形例においても、マスク膜１２０Ａの構成材料には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いることができ、窒化シリコンがより好ましい。
【００８５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板について図１１を参照しながら説明する。
【００８６】
−構成−
図１１に示すように、第２の実施形態に係る窒化物半導体基板３０１におけるサファイアからなる基板３１０には、互いに間隔をおいたストライプ状の凸部３２１が形成されている。該凸部３２１は、基板３１０に複数の成長阻害領域としての凹部３２２を設けることにより形成されている。
【００８７】
本実施形態においては、第１の窒化物半導体層は、各凸部３２１の頂面上に形成される第１の窒化物半導体層３１１ａと、各凹部の底面上に形成される第１の窒化物半導体層３１１ｂとからなる。
【００８８】
第２の窒化物半導体層３１２は、各第１の窒化物半導体層３１１ａの両側面上にＥＬＯ成長によりそれぞれ形成されている。さらに、第２の窒化物半導体層３１２は、各凹部３２２の上方において隣り合う部分が接合しない程度の長さにまで横方向に延びるように形成されている。
【００８９】
第３の窒化物半導体３１３は、第１の窒化物半導体層３１１ａ、第１の窒化物半導体層３１１ｂ及び第２の窒化物半導体層３１１ｂを覆うように形成される。第３の窒化物半導体３１３は、各凹部３２２の上方において隣り合う部分が接合する。特に、第３の窒化物半導体層３１３が、第２の窒化物半導体３１２と第１の窒化物半導体３１１ｂとの間隙を埋めるように成長することが本実施形態の特徴である。
【００９０】
このとき、図１１に示すように、第２の窒化物半導体層３１２と第１の窒化物半導体層３１１ｂとの間に、第３の窒化物半導体層３１３で埋められていない空隙部３２５が部分的に形成される場合がある。しかしながら、空隙部３２５は、第２の窒化物半導体層３１２の形状及び第３の窒化物半導体層３１３の成長条件を適当に調整することにより、十分に小さくしたり、さらには消失させたりすることは可能である。また、微小な空隙部３２５があっても、窒化物半導体成長層３１４の上面は、同一の材料で且つ結晶性が高い第３の窒化物半導体層３１３によって埋められるため、放熱性への影響は小さくすることが可能である。
【００９１】
−製造方法−
以下、前記のように構成された窒化物半導体基板の製造方法について図１２を参照しながら説明する。
【００９２】
まず、図１２（ａ）に示すように、リソグラフィ法により、例えば、サファイアからなる基板３１０の主面上に、ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成し、形成したレジストパターンをマスクとして、例えばＳｉＣｌ４ガス又はＣｌ２ガスを用いたドライエッチングを行って、基板３１０の上部に、各凸部３２１の断面形状が台形状となるように、複数の凹部３２２を形成する。但し、ここでの断面は、ストライプの延伸方向に垂直な方向の断面である。
【００９３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、上部に凸部３２１及び凹部３２２が形成された基板３１０をＭＯＣＶＤ装置における反応炉（図示せず）に投入する。続いて、結晶成長温度及び反応ガス、例えばIII族原料はＴＭＧ及びＶ族原料はＮＨ３ガスをそれぞれ調整して、第１の実施形態と同様に、いずれもＧａＮからなる低温バッファ層、第１の窒化物半導体層３１１ａ及び第２の窒化物半導体層３１１ｂを順次結晶成長する。このとき、第１の窒化物半導体層３１１ａは、基板３１０に設けられた各凸部３２１の頂面上に成長する。但し、各凸部３２１の頂面の総面積における基板３１０の主面の面積に対する比率が低く、且つエッチング面ではない。このため、第１の窒化物半導体層３１１ａは、結晶性が高く、且つ成長速度が速い窒化物半導体層として成長する。
【００９４】
これに対し、基板３１０に設けられた各凹部３２２の底面は、エッチング面であり、且つ基板３１０の主面の面積に対して総面積の比率が大きい。このため、第１の窒化物半導体層３１１ｂの結晶性は、第１の窒化物半導体層３１１ａと比較して低く、且つ成長速度が遅い。この成長特性を利用して、基板３１０における凸部３２１及び凹部３２２の各形状、高さ及び面積比率を設計することができる。なお、第１の窒化物半導体層３１１ｂの高さ（厚さ）は凸部３２１の高さよりも低くなるようにする。
【００９５】
次に、図１２（ｃ）に示すように、例えばＶ族原料としてＤＭＨｙガスを用いて、各第１の窒化物半導体層３１１ａの両側面上から、第２の窒化物半導体層３１２を結晶成長する。このとき、第２の窒化物半導体層３１２は横方向にのみ成長し、且つ第１の窒化物半導体層３１１ｂの上面とは所定の間隙を有して成長する。
【００９６】
次に、図１２（ｄ）に示すように、Ｖ族原料をＮＨ３ガスに戻して、第３の窒化物半導体層３１３を成長する。このとき、原料ガスは、第１の窒化物半導体層３１１ｂと第２の窒化物半導体層３１２との間隙に入り込み、第３の窒化物半導体層３１３が成長する。従って、第１の窒化物半導体層３１１ｂと第２の窒化物半導体層３１２との間隙、及び第２の窒化物半導体３１２同士の隙間を埋めるように成長する。このとき、隣り合う第３の窒化物半導体層３１３同士は、凹部３２２の上側において接合部３１５により互いに接合する。また、第３の窒化物半導体層３１３を成長する際には、第２の窒化物半導体層３１２の成長時と比べて基板温度を高くするため、第３の窒化物半導体層３１３の表面で原料ガスのマイグレーションが起こる。その結果、窒化物半導体成長層３１４の上面を平坦にすることができる。
【００９７】
このように、第２の実施形態においても、サファイアからなり、上部にストライプ状の凸部３２１を有する基板３１０の上に連続的に窒化物半導体成長層３１４を成長する結晶成長により、結晶の転位密度が低い領域を有し且つ上面が平坦で、窒化物半導体発光素子に適した窒化物半導体基板を作製することができる。
【００９８】
（第２の実施形態の第１変形例）
以下、第２の実施形態の第１変形例について図１３を参照しながら説明する。本変形例においては、第２の実施形態と異なる構成について説明する。
【００９９】
図１３に示すように、本変形例に係る基板３１０Ａの上部に形成される複数の凸部３２１Ａは、その高さが第１の窒化物半導体３１１ｂの膜厚よりも低く設定されている。この構成により、凸部３２１Ａの頂面上に成長する第１の窒化物半導体層３１１ａと、凹部の底面上に成長する第１の窒化物半導体３１１ｂとは、上面同士に段差ができるものの、側面同士が接触するため、各凸部３２１Ａの側面は露出しない。
【０１００】
この状態で、第２の実施形態と同様に、各第１の窒化物半導体層３１１ａの両側面上から、第２の窒化物半導体層３１２を横方向成長する。従って、図１３に示すように、第１の窒化物半導体層３１１ｂと第２の窒化物半導体層３１２との間には間隙が生じない構成とすることができる。なお、本変形例においても、第２の窒化物半導体３１２は、各凹部３２２の上方、すなわち第１の窒化物半導体層３１１ｂの上側において隣り合う部分が接合しないように成長させている。
【０１０１】
第３の窒化物半導体層３１３は、第１の窒化物半導体層３１１ａ、３１１ｂ及び第２の窒化物半導体層３１２を覆うように結晶成長しており、接合部３１５により窒化物半導体成長層３１４の表面が平坦となるように形成されている。
【０１０２】
このように、本変形例においても、サファイアからなり、上部にストライプ状の凸部３２１Ａを有する基板３１０Ａの上に連続的に窒化物半導体成長層３１４を成長する結晶成長により、結晶の転位密度が低い領域を有し且つ上面が平坦で、窒化物半導体発光素子に適した窒化物半導体基板を作製することができる。
【０１０３】
（第２の実施形態の第２変形例）
以下、第２の実施形態の第２変形例について図１４を参照しながら説明する。本変形例においても、第２の実施形態と異なる構成について説明する。
【０１０４】
図１４に示すように、本変形例に係る基板３１０Ｂは、窒化ガリウム（ＧａＮ）から構成される。すなわち、基板３１０Ｂは、第１の窒化物半導体層を兼ねている。この構成により、各第２の窒化物半導体層３１２は、成長阻害領域である各凹部３２２から露出する各凸部３１０ａの両側面上から横方向に結晶成長している。
【０１０５】
従って、第１変形例と同様に、第１の窒化物半導体層である基板３１０Ｂと第２の窒化物半導体層３１２との間には間隙が生じない。なお、本変形例においても、第２の窒化物半導体３１２は、各凹部３２２の上側において隣り合う部分が接合しないように成長させている。
【０１０６】
第３の窒化物半導体層３１３は、基板３１０Ｂの凸部３１０ａ、凹部３２２及び第２の窒化物半導体層３１２を覆うように結晶成長しており、接合部３１５により窒化物半導体成長層３１４の表面が平坦となるように形成されている。
【０１０７】
このように、本変形例においても、ＧａＮからなり、上部にストライプ状の凸部３１０ａを有する基板３１０Ｂの上に連続的に窒化物半導体成長層３１４を成長する結晶成長により、結晶の転位密度が低い領域を有し且つ上面が平坦で、窒化物半導体発光素子に適した窒化物半導体基板を作製することができる。
【０１０８】
なお、第２の実施形態及びその変形例においても、少なくとも第２の窒化物半導体層３１２に対して、炭素（Ｃ）をドープしてもよい。
【０１０９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子について図１５及び図１６を参照しながら説明する。
【０１１０】
−構成−
図１５及び図１６に示すように、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１は、第１の実施形態に係る窒化物半導体基板１０１を用いて形成された半導体レーザ素子である。なお、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１は、第２の実施形態及びその変形例に係る窒化物半導体基板を用いて形成してもよい。
【０１１１】
図１６に示すように、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１を形成する窒化物半導体基板は、サファイアからなる基板１１０と、該基板１１０の主面上に形成されたマスク膜１２０の複数の開口部１２０ａから選択成長した第１の窒化物半導体層１１１、該第１の窒化物半導体層１１１の両側面上から横方向成長した第２の窒化物半導体層１１２、並びに第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２を覆うように成長した第３の窒化物半導体層１１３からなる窒化物半導体成長層１１４とから構成される。
【０１１２】
窒化物半導体成長層１１４の上には、例えば、シリコン（Ｓｉ）がドープされたｎ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｎ型クラッド層４２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層（図示せず）、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる量子障壁層とが交互に３層分積層されてなる発光層４２２、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層（図示せず）、ｐ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｐ型クラッド層４２３、及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２４が順次結晶成長により積層されて窒化物半導体層４２７を構成している。
【０１１３】
ｐ型クラッド層４２３及びその上のｐ型コンタクト層４２４は、光導波路４６０を構成するように、リッジストライプ状に加工されたリッジ部を有している。リッジ部の上には、ｐ型コンタクト電極４３２が形成されている。ここで、リッジ部は、窒化物半導体基板における第２の窒化物半導体層１１２の上側部分の領域である無転位領域１６１に形成されている。
【０１１４】
加工されたｐ型クラッド層４２３の上面及びリッジ部の側面と、ｐ型コンタクト層４２４及びｐ型コンタクト電極４３２の各側面とを覆うように、ＳｉＯ２等の絶縁性材料からなる保護層４３１が形成されている。該保護層４３１の上には、ｐ型コンタクト電極４３２と電気的に接続されたｐ側電極４３３が形成されている。
【０１１５】
ｎ型クラッド層４２１におけるリッジ部の一側方の領域は、露出するように加工されており、該露出領域の上には、ｎ型クラッド層４２１と電気的に接続されるｎ側電極４３４が形成されている。
【０１１６】
図１５に示すように、窒化物半導体層４２７の前端面及び後端面には、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等が積層された誘電体多層膜である前方保護膜４４１及び後方保護膜４４２がそれぞれ形成されている。
【０１１７】
−製造方法−
以下、前記のように構成された窒化物半導体発光素子４０１の製造方法について図１７を参照しながら説明する。
【０１１８】
まず、図１７（ａ）に示すように、主面上にマスク膜１２０が形成された、例えばサファイアからなる基板１１０をＭＯＣＶＤ装置の反応炉（図示せず）に投入する。続いて、第１の実施形態と同様に、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３を連続的に成長して、窒化物半導体基板１０１を作製する。
【０１１９】
次に、図１７（ｂ）に示すように、窒化物半導体基板１０１の第３の窒化物半導体層１１３の上に、結晶成長を中断せずに連続して、例えば、シリコン（Ｓｉ）がドープされたｎ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｎ型クラッド層４２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層（図示せず）、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる量子障壁層とが交互に３層分積層されてなる発光層４２２、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層（図示せず）、ｐ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｐ型クラッド層４２３、及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２４を順次成長して、窒化物半導体層４２７を形成する。
【０１２０】
次に、図１７（ｃ）に示すように、リソグラフィ法により、レジスト等によりｐ側電極の形成領域をマスクするマスクパターンを形成し、ドライエッチングによりｎ型クラッド層４２１が露出するまでエッチングを行って、ｎ型クラッド層４２１にｎ側電極の形成領域を確保する。
【０１２１】
次に、図１７（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法等により、ｐ型コンタクト層４２４及び露出したｎ型クラッド層４２１の上に全面にわたって、ＳｉＯ２からなるマスク形成膜を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、マスク形成膜を光導波路４６０をマスクするストライプ状のマスクパターンに加工する。このとき、表面から見ることができる、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３の各界面か、又は窒化物半導体基板１０１を作製する際に、あらかじめ形成されていたアライメントマークを用いて、光導波路４６０を形成するためのストライプ状パターンと無転位領域１６１との位置合わせを行う。
【０１２２】
続いて、形成されたＳｉＯ２からなるマスクパターンを用いて、ｐ型クラッド層４２３に、例えばＣｌ２ガスによるドライエッチングを施して、リッジ状のストライプ構造を形成する。その後、マスクパターンを例えばフッ酸等を用いたウェットエッチングにより除去する。
【０１２３】
次に、図１７（ｅ）に示すように、プラズマＣＶＤ法等により、ｐ型コンタクト層４２４、露出したｐ型クラッド層４２３及び露出したｎ型クラッド層４２１の上に全面にわたって、ＳｉＯ２からなる保護層４３１を形成する。続いて、リソグラフィ法及び例えばフッ酸によるウェットエッチング法により、保護層４３１から、リッジ部の上部のｐ型コンタクト層４２４を選択的に露出する。続いて、真空蒸着法により、露出したｐ型コンタクト層４２４と電気的に接続されるように、例えばパラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）からなる積層膜又は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなるｐ型コンタクト電極４３２を形成する。その後、フッ酸等によるウェットエッチング法により、保護層４３１の一部を除去して、ｎ型クラッド層４２１を再度露出する。
【０１２４】
次に、図１７（ｆ）に示すように、リソグラフィ法及び真空蒸着法により、ｎ型クラッド層４２１におけるｎ側電極の形成領域と電気的に接続されるように、例えばチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／チタン（Ｔｉ）の積層膜からなるｎ側電極４３４を選択的に形成する。その後、リソグラフィ法及び真空蒸着法により、保護層４３１の上に、ｐ型コンタクト電極４３２と電気的に接続されるようにｐ側電極４３３を選択的に形成する。なお、ｎ側電極４３４とｐ側電極４３３との形成順序は、特に問われない。
【０１２５】
以下、図示はしないが、ウェハ状の基板１１０（窒化物半導体基板１０１）に対して、リッジ部（光導波路４６０）が延びる方向と垂直な方向に、レーザ光によるダイシング又は劈開を行って複数のバー状に分離する。
【０１２６】
次に、スパッタ法により、分離されたバー状のチップの前端面及び後端面に、例えばＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３等を含む誘電体多層膜である前方保護膜４４１及び後方保護膜４４２をそれぞれ形成する。なお、一般には、前方保護膜４４１の光の反射率は、後方保護膜４４２の光の反射率よりも小さく設定される。
【０１２７】
次に、分離されたバー状のチップに対して、リッジ部が延びる方向と平行な方向に、レーザ光を用いたダイシング又は劈開を行って、複数のダイオードチップを得る。
【０１２８】
上記の製造方法により、サファイア等の異種基板の上に結晶の転位数が少ない窒化物半導体領域（無転位領域）を局所的に形成し、該無転位領域の上部に窒化物半導体発光素子における光導波路を形成することができる。
【０１２９】
従って、低コストで且つ動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０１３０】
なお、第２の実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体基板を用いる場合には、異種基板を用いないが、該基板が第１の窒化物半導体層を兼ねることから、プロセスが簡略化されると共に、動作特性もより向上する。
【０１３１】
−効果−
次に、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）を用いて第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の効果を説明する。図１８（ａ）は本実施形態に係る窒化物半導体発光素子のデバイス特性を示している。図１８（ｂ）は第３の比較例であって、通常の（市販の）窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板上に形成した窒化物半導体発光素子のデバイス特性を示している。
【０１３２】
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示す各窒化物半導体発光素子の光導波路は、いずれもリッジストライプ幅Ｗが２μｍであり、共振器長Ｌが８００μｍであり、発光光の波長は４０５ｎｍである。測定は、室温下で直流電流駆動を行った。なお、各発光素子は、いずれも前方保護膜及び後方保護膜は形成していない。測定の結果、閾値電流及び光出力が２０ｍＷ時の動作電圧は、本実施形態の場合、それぞれ７２．５ｍＡ及び５．３３Ｖであった。これに対し、窒化ガリウム基板を用いた第３の比較例の場合は、それぞれ７５．０ｍＡ及び５．０７Ｖであった。
【０１３３】
このように、第３の実施形態に係る構成により、窒化ガリウムからなる基板上に作製した窒化物半導体発光素子と同等の特性を得られることが分かる。
【０１３４】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子について図１９及び図２０を参照しながら説明する。
【０１３５】
−構成−
図１９及び図２０に示すように、第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１Ａは、第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体基板１０１Ａを用いて形成されたスーパールミネッセントダイオードである。また、本実施形態においては、２本のリッジストライプ部を有するアレイ構造としているが、この構成に限られない。例えば、第３の実施形態と同様に、リッジストライプ部は１本でもよく、また、３本以上のリッジストライプ部、すなわち３本以上の光導波路を有する構成であってもよい。
【０１３６】
図２０に示すように、第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１Ａを形成する窒化物半導体基板は、サファイアからなる基板１１０と、該基板１１０の主面上に形成された、ＳｉＮからなるマスク膜１２０Ａの複数の開口部１２０ａから選択成長した第１の窒化物半導体層１１１、該第１の窒化物半導体層１１１の両側面上から横方向成長した第２の窒化物半導体層１１２、並びに第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２を覆うように成長した第３の窒化物半導体層１１３からなる窒化物半導体成長層１１４とから構成される。
【０１３７】
窒化物半導体成長層１１４の上には、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｎ型クラッド層４２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層（図示せず）、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる量子障壁層とが交互に３層分積層されてなる発光層４２２、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層（図示せず）、ｐ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｐ型クラッド層４２３、及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂが順次結晶成長により積層されて窒化物半導層４２７を構成している。
【０１３８】
第４の実施形態においては、第１の光導波路４６０ａと第２の光導波路４６０ｂとが互いに並行に延びるアレイ状に形成されている。ここで、第１の光導波路４６０ａ及び第２の光導波路４６０ｂは、ｐ型クラッド層４２３及びその上のｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂを互いに並行に延びるリッジストライプ状に加工することにより形成される。
【０１３９】
従って、図１９及び図２０に示すように、第１の光導波路４６０ａにおいては、ｐ型コンタクト層４２４ａと電気的に接続されるように第１のｐ型コンタクト電極４３２ａが形成される。同様に、第２の光導波路４６０ｂにおいても、ｐ型コンタクト層４２４ｂと電気的に接続されるように第２のｐ型コンタクト電極４３２ｂが形成される。
【０１４０】
加工されたｐ型クラッド層４２３の上面及び各リッジ部の両側面と、ｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂ及び各ｐ型コンタクト電極４３２ａ、４３２ｂの各側面とを覆うように、ＳｉＯ２等の絶縁性材料からなる保護層４３１が形成されている。該保護層４３１の上には、各ｐ型コンタクト電極４３２ａ、４３２ｂと電気的に接続されるようにｐ側電極４３３が形成されている。
【０１４１】
なお、第４の実施形態において、ｐ側電極４３３は、第１のｐ型コンタクト電極４３２ａと第２のｐ型コンタクト電極４３２ｂとに共有される構成であるが、各ｐ型コンタクト電極４３２ａ、４３２ｂごとに別々に設けてもよい。このようにすると、アレイ化された複数のスーパールミネッセントダイオードをそれぞれ独立して駆動することができる。
【０１４２】
ｎ型クラッド層４２１における２つのリッジ部の外側の領域は露出するように加工されており、該露出領域の上には、それぞれｎ型クラッド層４２１と電気的に接続される２つのｎ側電極４３４が形成されている。
【０１４３】
図１９に示すように、窒化物半導体層４２７の前端面及び後端面には、例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３等が積層された誘電体多層膜である前方保護膜４４１及び後方保護膜４４２がそれぞれ形成されている。
【０１４４】
−製造方法−
以下、前記のように構成された窒化物半導体発光素子４０１Ａの製造方法について説明する。第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１Ａの製造方法は、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１の製造方法と基本的に同等である。第４の実施形態においては、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示した、複数の無転位領域１６１がマスク膜１２０Ａの曲線状に沿って形成された窒化物半導体基板１０１Ａを用いる点と、光導波路（リッジ部）を２本形成する点とが、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１と異なる。
【０１４５】
まず、例えばプラズマＣＶＤ法、真空蒸着法又はスパッタ法等を用いて、サファイアからなる基板１１０の主面上に、ＳｉＮからなる絶縁膜を形成する。なお、該絶縁膜にはＳｉＯ２を用いることもできる。続いて、リソグラフィ法によるレジストパターンをマスクとして、絶縁膜に対してエッチングを行って、図１０（ａ）に示すように、曲線部を持つストライプ状で複数の開口部１２０ａを有するマスク膜１２０Ａを形成する。
【０１４６】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、基板１１０の上に第１の窒化物半導体層１１１を結晶成長する。
【０１４７】
具体的には、まず、マスク膜１２０Ａが形成された基板１１０をＭＯＣＶＤ装置の反応炉に投入する。続いて、基板温度を１０００℃にまで昇温して、基板表面のクリーニングを行う（図３におけるサーマルクリーニングの工程）。
【０１４８】
続いて、基板温度を６００℃にまで降温し、トリメチルガリウム（Trimethyl Gallium：ＴＭＧ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを反応炉に導入することにより、基板１１０におけるマスク膜１２０Ａの各開口部１２０ａから露出する領域の上に、厚さが５０ｎｍ程度の複数の低温バッファ層を成長する
続いて、基板温度を、例えば９００℃にまで昇温し、ＴＭＧガス及びアンモニア（ＮＨ３）ガスを基板上に導入する。これにより、マスク膜１２０Ａの各開口部１２０ａから露出する低温バッファ層の表面から、それぞれＧａＮからなる複数の第１の窒化物半導体層１１１が結晶成長する。このとき、第１の窒化物半導体層１１１は、基板面に垂直な方向と平行な方向とのいずれの方向にも成長する。すなわち、垂直方向にはＧａＮ結晶の面方位における（０００１）面が現れるように成長する。また、平行方向には、面方位の｛１１−２２｝面が現れるように、断面台形状に成長する。
【０１４９】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、連続して、各第１の窒化物半導体層１１１の両側面上に第２の窒化物半導体層１１２をそれぞれ結晶成長する。
【０１５０】
具体的には、第１の窒化物半導体層１１１における成長工程の後に、基板温度を例えば７００℃にまで降温し、Ｖ族原料であるＮＨ３ガスを、例えばジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）に変更する。これにより、第１の窒化物半導体層１１１における上方（基板面に垂直な方向）への結晶成長を抑制して、横方向（基板面に平行な方向）にのみ結晶成長を行って、各第１の窒化物半導体層１１１の両側面上にそれぞれ第２の窒化物半導体１１２を形成する。このとき、あらかじめ第２の窒化物半導体層１１２の成長速度を見積もり、成長時間を管理し、マスク膜１２０Ａの上で隣り合う第２の窒化物半導体層１１２同士が接合しないように、各第２の窒化物半導体層１１２の成長を止める。
【０１５１】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、連続して、複数の第１の窒化物半導体層１１１及び複数の第２の窒化物半導体層１１２を覆うように第３の窒化物半導体層１１３を結晶成長する。
【０１５２】
具体的には、再び、基板温度を９００℃にまで昇温すると共に、Ｖ族原料であるＤＭＨｙガスをＮＨ３ガスに切り替える。これにより、第３の窒化物半導体層１１３は、第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２の各上面と該第２の窒化物半導体層１１２の両側面から結晶成長する。このとき、基板温度が９００℃と十分に高いため、原料ガスが基板１１０の表面でマイグレーションを起こして、第３の窒化物半導体層１１３の上面が平坦になるように成長する。
【０１５３】
次に、窒化物半導体基板１０１の第３の窒化物半導体層１１３の上に、結晶成長を中断せずに連続して、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｎ型クラッド層４２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる量子障壁層とが交互に３層分積層されてなる発光層４２２、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層、ｐ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｐ型クラッド層４２３、及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２４を順次成長して、窒化物半導体層４２７を形成する。
【０１５４】
次に、リソグラフィ法により、レジスト等によりｐ側電極の形成領域をマスクするマスクパターンを形成し、ドライエッチングによりｎ型クラッド層４２１が露出するまでエッチングを行って、ｎ型クラッド層４２１にｎ側電極の形成領域を確保する。
【０１５５】
次に、プラズマＣＶＤ法等により、ｐ型コンタクト層４２４及び露出したｎ型クラッド層４２１の上に全面にわたって、ＳｉＯ２からなるマスク形成膜を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、マスク形成膜を第１の光導波路４６０ａ及び第２の光導波路４６０ｂをそれぞれマスクするストライプ状のマスクパターンに加工する。このとき、表面から見ることができる、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３の各界面か、又は窒化物半導体基板１０１Ａを作製する際に、あらかじめ形成されていたアライメントマークを用いて、各光導波路４６０ａ、４６０ｂを形成するためのストライプ状パターンと無転位領域１６１との位置合わせを行う。なお、各光導波路４６０ａ、４６０ｂが無転位領域１６１に収まるように配置されればよく、各光導波路４６０ａ、４６０ｂと各無転位領域１６１との平面形状は、幾何学的に一致していてもよく、また一致しなくてもよい。
【０１５６】
続いて、形成されたＳｉＯ２からなるマスクパターンを用いて、ｐ型クラッド層４２３に、例えばＣｌ２ガスによるドライエッチングを施して、リッジ状のストライプ構造を形成する。その後、マスクパターンを例えばフッ酸等を用いたウェットエッチングにより除去する。
【０１５７】
次に、プラズマＣＶＤ法等により、ｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂ、露出したｐ型クラッド層４２３及び露出したｎ型クラッド層４２１の上に全面にわたって、ＳｉＯ２からなる保護層４３１を形成する。続いて、リソグラフィ法及び例えばフッ酸によるウェットエッチング法により、保護層４３１から、リッジ部の上部のｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂをそれぞれ選択的に露出する。続いて、真空蒸着法により、露出したｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂとそれぞれ電気的に接続されるように、例えばＰｄ／Ｐｔからなる積層膜又はＩＴＯからなる第１のｐ型コンタクト電極４３２ａ及び第２のｐ型コンタクト電極４３２ｂを形成する。その後、フッ酸等によるウェットエッチング法により、保護層４３１の一部を除去して、ｎ型クラッド層４２１を再度露出する。
【０１５８】
次に、リソグラフィ法及び真空蒸着法により、ｎ型クラッド層４２１における２つのｎ側電極の形成領域と電気的に接続されるように、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉの積層膜からなるｎ側電極４３４をそれぞれ選択的に形成する。その後、リソグラフィ法及び真空蒸着法により、保護層４３１の上に、ｐ型コンタクト電極４３２と電気的に接続されるようにｐ側電極４３３を選択的に形成する。なお、ここでも、ｎ側電極４３４とｐ側電極４３３との形成順序は、特に問われない。
【０１５９】
以下、図示はしないが、ウェハ状の基板１１０（窒化物半導体基板１０１Ａ）に対して、リッジ部（光導波路４６０ａ、４６０ｂ）が延びる方向と垂直な方向に、レーザ光によるダイシング又は劈開を行って複数のバー状に分離する。ここで、図１０（ｂ）には、基板１１０における劈開位置を符号１８０で示している。
【０１６０】
次に、スパッタ法により、分離されたバー状のチップの前端面及び後端面に、例えばＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３等を含む誘電体多層膜である前方保護膜４４１及び後方保護膜４４２をそれぞれ形成する。
【０１６１】
次に、分離されたバー状のチップに対して、リッジ部が延びる方向と平行な方向に、レーザ光を用いたダイシング又は劈開を行って、複数のチップを得る。
【０１６２】
上記の製造方法により、サファイア等の異種基板の上に結晶の転位数が少ない窒化物半導体領域（無転位領域）を局所的且つ曲線的に形成し、該無転位領域の上部に窒化物半導体発光素子における光導波路を形成することができる。
【０１６３】
従って、低コストで且つ動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０１６４】
なお、第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の基板１１０に代えて、第２の実施形態に係る基板３１０、３１０Ａ及び３１０Ｂのいずれかとし、該基板に平面曲線状の無転位領域を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明に係る窒化物半導体基板及びその製造方法、並びにそれを用いた窒化物半導体発光素子は、動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を容易に得られる窒化物半導体基板を実現することができ、青紫色から赤色の可視域の発光光を出力可能な半導体レーザ素子及びスーパールミネッセントダイオードを形成する窒化物半導体基板等に有用である。
【符号の説明】
【０１６６】
１０１ 窒化物半導体基板
１０１Ａ 窒化物半導体基板
１１０ 基板
１１１ 第１の窒化物半導体層
１１２ 第２の窒化物半導体層
１１３ 第３の窒化物半導体層
１１４ 窒化物半導体成長層
１１５ 接合部
１２０ マスク膜（成長阻害領域）
１２０Ａ マスク膜（成長阻害領域）
１２０ａ 開口部
１５０ 初期転位
１５１ 水平方向転位
１６０ 高密度転位領域
１６１ 無転位領域
１７０ 貫通転位
１８０ 劈開位置
１９０ Ｃ面以外の結晶面
１９５ 異常成長部
１９７ 成長欠陥
３０１ 窒化物半導体基板
３１０ 基板
３１０Ａ 基板
３１０ａ 凸部
３１０Ｂ 基板
３１１ａ 第１の窒化物半導体層
３１１ｂ 第１の窒化物半導体層
３１２ 第２の窒化物半導体層
３１３ 第３の窒化物半導体層
３１４ 窒化物半導体層
３１５ 接合部
３２１ 凸部
３２１Ａ 凸部
３２２ 凹部（成長阻害領域）
３２５ 空隙部
４０１ 窒化物半導体発光素子
４０１Ａ 窒化物半導体発光素子
４２１ ｎ型クラッド層
４２２ 発光層
４２３ ｐ型クラッド層
４２４ ｐ型コンタクト層
４２４ａ ｐ型コンタクト層
４２４ｂ ｐ型コンタクト層
４２７ 窒化物半導体層
４３１ 保護層
４３２ ｐ型コンタクト電極
４３２ａ 第１のｐ型コンタクト電極
４３２ｂ 第２のｐ型コンタクト電極
４３３ ｐ側電極
４３４ ｎ側電極
４６０ 光導波路
４６０ａ 第１の光導波路
４６０ｂ 第２の光導波路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板及びその製造方法、並びにそれを用いた窒化物半導体発光素子に関し、特に、青紫色から赤色の可視域の発光光を出力可能な半導体レーザ素子及びスーパールミネッセントダイオードを形成する窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子等の、光導波路により光を発光する窒化物半導体発光素子が、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（商標）等の光ディスク用の光源、又はプロジェクタ等の投影型ディスプレイ用の光源として開発されている。窒化物半導体からなる、例えば半導体レーザ素子は、基板の上に成長した窒化物半導体結晶に形成される光導波路内で誘導放出光を生成して、素子の外部に指向性が高い光を放射する。このような誘導放出光を光導波路内で効率良く生成するには、光導波路を形成する半導体結晶に高い結晶品質、すなわち低い転位密度が求められる。
【０００３】
具体的には、窒化物半導体結晶においては、結晶の転位密度として約１×１０６ｃｍ−２以下の値が必要である。窒化物半導体発光素子を始め、半導体発光素子は、成長用基板の上に結晶成長技術を用いて発光部等の半導体積層膜を結晶成長し、その後、半導体プロセスを用いて半導体積層膜に光導波路を形成する。このとき、光導波路における半導体結晶の転位密度は成長用基板に依存する。
【０００４】
そこで、窒化物半導体発光素子においては、光導波路を形成する半導体結晶の転位密度を上述のレベルにまで低くするために、従来から、窒化物半導体における横方向成長（Epitaxial Lateral Overgrowth：ＥＬＯ）が利用されている。このＥＬＯにより、サファイアからなる基板の上に、転位密度が低い窒化物半導体を１０μｍ程度の厚さに形成した窒化物半導体基板を用いることができるようになってきている。
【０００５】
ＥＬＯ基板として、図２１に示すような構造が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００６】
従来のＥＬＯ基板について図２１を参照しながら説明する。特許文献１に記載された窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の成長方法によると、ＧａＮ系材料と異なる材料からなる異種基板１の上部に複数の埋込膜４が設けられている。異種基板１上における埋込膜４によって覆われていない領域にそれぞれ下地層２が設けられ、該下地層２の上には、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層３が異種基板１の全面に設けられている。第１の窒化ガリウム系化合物半導体層３の形成時には、結晶転位の一部が横方向（基板の主面に平行な方向）に発生する。その結果、埋込膜４の上に形成される第１の窒化ガリウム系化合物半導体層３から、転位密度が低減された窒化物半導体基板を得ることができる。
【０００７】
なお、他のＥＬＯ基板として、特許文献２及び特許文献３のような構造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１３５５８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２３５１００号公報
【特許文献３】国際公開第２００９／１１８９７９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示す、従来の窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体発光素子を作製する場合には、以下に示すような問題が生じる。すなわち、従来のＥＬＯ基板は、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶成長時に、基板の主面に垂直な方向に対しても結晶が成長する。このため、結晶転位を完全に消滅することはできず、結晶表面の転位密度の低減が不十分である。さらに、マスクである埋込膜の幅を大きくすると、垂直方向の膜厚が厚くなって、成長した半導体結晶にクラックが発生したり、反り又は割れが発生したりする。
【００１０】
本発明は、前記の問題を解決し、動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を容易に得られる窒化物半導体基板を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、窒化物半導体基板を、成長阻害領域を除く領域に種結晶となる複数の第１の半導体層を形成し、続いて、各第１の半導体層の側面上にのみそれぞれ第２の半導体層を形成し、さらに、複数の第１の半導体層及び複数の第２の半導体層を覆うように第３の半導体層を形成する構成とする。このとき、各第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上で互いに隣り合う半導体層同士が接合していない。
【００１２】
具体的に、本発明に係る第１の窒化物半導体基板は、基板と、基板の主面に互いに間隔をおいて形成された複数の成長阻害領域と、基板の主面における成長阻害領域からそれぞれ露出する領域の上に形成された複数の第１の窒化物半導体層と、各第１の窒化物半導体層の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層と、複数の第１の窒化物半導体層及び複数の第２の窒化物半導体層を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層とを備え、複数の第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において互いに接合している。
【００１３】
本発明の第１の窒化物半導体基板によると、横方向成長を促進して低転位密度化する役割を第２の窒化物半導体層に担わせ、異常成長なく平坦に接合する役割を第３の窒化物半導体層に担わせることにより、結晶の転位密度が低く且つ表面が平坦な窒化物半導体基板を実現することができる。
【００１４】
本発明の第１の窒化物半導体基板において、成長阻害領域は、一方向に延びるストライプ状に形成されていてもよい。
【００１５】
この場合に、成長阻害領域は、曲線部を含んでいてもよい。
【００１６】
このようにすると、結晶の転位密度が低い領域が平面曲線状に形成される。このため、結晶の転位密度が低い領域に沿って、その上方に光導波路を設ければ、半導体発光素子をスーパールミネッセントダイオードとして動作させることができる。
【００１７】
本発明の第１の窒化物半導体基板において、成長阻害領域は、基板の上に形成された絶縁膜により構成されていてもよい。
【００１８】
この場合に、絶縁膜は窒化シリコンを含んでいてもよい。
【００１９】
このようにすると、第１の窒化物半導体層の側面に第２の窒化物半導体層を形成する際に、該第２の窒化物半導体層の表面平坦性が向上する。
【００２０】
本発明の第１の窒化物半導体基板において、成長阻害領域は、基板の上部に形成された凹部により構成されていてもよい。
【００２１】
また、本発明の第１の窒化物半導体基板において、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層は、炭素を含み、第２の窒化物半導体層の炭素濃度は、第１の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層の各炭素濃度よりも高くてもよい。
【００２２】
このようにすると、第２の窒化物半導体層において不純物準位が形成されて、可視光近傍の光を吸収することができるようになる。これにより、誘導放出光を得るために発光層からの光を発光層の近傍に閉じ込めようとする際に、光閉じ込め領域から漏れる光を第２の窒化物半導体層で吸収することができる。このため、本発明の窒化物半導体基板により、デバイス設計の制約が少ない窒化物半導体発光素子を実現できる。
【００２３】
本発明の第１の窒化物半導体基板において、基板は窒化物半導体とは異なる材料からなっていてもよい。
【００２４】
このようにすると、本発明の窒化物半導体基板を安価に製造することができる。
【００２５】
本発明に係る第２の窒化物半導体基板は、主面の上部に互いに間隔をおいて形成され、ストライプ状に延びる少なくとも２つの凹部からなる成長阻害領域を有する第１の窒化物半導体層と、成長阻害領域に挟まれた領域である凸部の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層及び複数の第２の窒化物半導体層を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層とを備え、複数の第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合している。
【００２６】
本発明の第２の窒化物半導体基板によると、横方向成長を促進して低転位密度化する役割を第２の窒化物半導体層に担わせ、異常成長なく平坦に接合する役割を第３の窒化物半導体層に担わせることにより、結晶の転位密度が低く且つ表面が平坦な窒化物半導体基板を実現することができる。
【００２７】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、本発明の第１の窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板の上に形成された、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層とを備え、ｎ型窒化物半導体層には、ｎ側電極が電気的に接続されて形成され、ｐ型窒化物半導体層には、ｐ側電極が電気的に接続されて形成され、ｎ側電極及びｐ側電極は、それぞれ、複数の第１の窒化物半導体層及び複数の第２の窒化物半導体層の上方に形成されている。
【００２８】
本発明の窒化物半導体発光素子によると、ｎ側電極及びｐ側電極を、その形成寸法の制約を受けることなく設計及び形成することができる。すなわち、加工プロセスに制約の少ない窒化物半導体発光素子を実現できる。
【００２９】
本発明の窒化物半導体発光素子は、発光層の上側で且つ複数の第２の窒化物半導体層のうちの１つの上方の領域に形成された導波路をさらに備え、スーパールミネッセントダイオード動作を行ってもよい。
【００３０】
スーパールミネッセントダイオードは、半導体レーザ素子と同様に光導波路を用いた半導体発光素子であり、端面の反射率を大きく下げることによりレーザ発振を抑制して、低干渉性と高指向性とを両立することができる。従って、干渉性が低く且つ干渉ノイズが発生しない窒化物半導体発光素子を実現することができる。
【００３１】
本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法は、基板の主面の上に、複数の成長阻害領域を互いに間隔をおいて形成する工程と、基板の主面における成長阻害領域からそれぞれ露出する複数の領域の上に第１の窒化物半導体層を成長する工程と、各第１の窒化物半導体層の側面上から第２の窒化物半導体層をそれぞれ成長する工程と、複数の第１の窒化物半導体層及び複数の第２の窒化物半導体層を覆うように第３の窒化物半導体層を成長する工程とを備え、第２の窒化物半導体層を成長する工程において、複数の第２の窒化物半導体層は、成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合せず、第３の窒化物半導体層を成長する工程において、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合する。
【００３２】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法によると、横方向成長を促進して低転位密度化する役割を第２の窒化物半導体層に担わせ、異常成長なく平坦に接合する役割を第３の窒化物半導体層に担わせることにより、結晶の転位密度が低く且つ表面が平坦な窒化物半導体基板を実現することができる。
【００３３】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、第２の窒化物半導体層を形成する工程において、窒素源としてジメチルヒドラジンを用いてもよい。
【００３４】
このようにすると、第２の窒化物半導体層を第１の窒化物半導体層の側面上にのみ成長するため、結晶転位密度がより低く且つ表面が平坦な窒化物半導体基板を得ることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る窒化物半導体基板及びその製造方法、並びにそれを用いた及び窒化物半導体発光素子によると、動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を容易に得られる窒化物半導体基板を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法における結晶成長条件を示すタイミングチャートである。
【図４】図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の表面処理後の走査電子顕微鏡写真である。図４（ｂ）は図４（ａ）と対応する部分の断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板における貫通転位の低減効果を説明する部分的な断面図である。図５（ｂ）は窒化物半導体基板をＮＨ３ガスのみで結晶成長した第１の比較例に係る窒化物半導体基板における貫通転位を説明する部分的な断面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板における基板材料の特性を示す一覧である。図６（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板におけるマスク材料の特性を示す一覧である。
【図７】図７（ａ）は第２の比較例に係る窒化物半導体基板の表面の走査電子顕微鏡写真である。図７（ｂ）〜図７（ｄ）は第２の比較例に係る窒化物半導体基板の成長の様子を示す工程順の断面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板におけるマスク材料に酸化シリコンを用いた場合の表面の走査電子顕微鏡写真である。図８（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板におけるマスク材料に窒化シリコンを用いた場合の表面の走査電子顕微鏡写真である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体基板を示す部分的な平面図である。図９（ｂ）は図９（ａ）のＩＸｂ−ＩＸｂ線における断面図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体基板の製造方法における要部の工程順の断面図である。
【図１１】図１１は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１３】図１３は本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【図１４】図１４は本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【図１５】図１５は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を示す平面図である。
【図１６】図１６は図１５のXVI−XVI線における断面図である。
【図１７】図１７（ａ）〜図１７（ｆ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１８】図１８（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の動作特性を示すグラフである。図１８（ｂ）は第３の比較例に係る窒化物半導体発光素子の動作特性を示すグラフである。
【図１９】図１９は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を示す平面図である。
【図２０】図２０は図１９のXX−XX線における断面図である。
【図２１】図２１は従来例に係る窒化物半導体基板を示す部分的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板について図１〜図８を参照しながら説明する。
【００３８】
−構成−
図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の部分的な断面構成を示している。
【００３９】
図１に示すように、第１の実施形態に係る窒化物半導体基板１０１には、例えば、サファイア（単結晶Ａｌ２Ｏ３）からなる基板１１０の主面上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、ストライプ状の複数の開口部１２０ａを有する、成長阻害領域としてのマスク膜１２０が形成されている。マスク膜１２０の各開口部１２０ａからは、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層１１１が断面台形状に形成されている。但し、ここでの断面は、ストライプの延伸方向に垂直な方向の断面である。
【００４０】
第１の窒化物半導体層１１１には、例えば、該第１の窒化物半導体層１１１の結晶転位とはその方向が異なる窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第２の窒化物半導体層１１２が形成されている。すなわち、第２の窒化物半導体層１１２は、第１の窒化物半導体層１１１における傾斜した両側面から横方向（基板１１０の主面に平行な方向）に成長して形成される。但し、隣り合う第１の窒化物半導体１１１から成長した第２の窒化物半導体層１１２同士は、マスク膜１２０上において互いに接触（接合）していない。
【００４１】
第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２の上には、それぞれ、これらを覆うと共に、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第３の窒化物半導体層１１３が、その表面が平坦となるように成長により形成されている。ここで、第３の窒化物半導体層１１３は、第２の窒化物半導体層１１２とは結晶転位の方向が異なる。また、隣り合う第２の窒化物半導体１１２から成長した第３の窒化物半導体層１１３同士は、マスク膜１２０上において接合部１１５により互いに接合している。
【００４２】
このように、成長用の異種基板である基板１１０の主面上には、ストライプ状に形成された第１の窒化物半導体層１１１、該第１の窒化物半導体層１１１の両側面上にストライプ状に形成された第２の窒化物半導体層１１２、及び第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２を覆うと共に、これらと一体に成長して形成された第３の窒化物半導体層１１３によって構成される窒化物半導体成長層１１４が形成されている。
【００４３】
−製造方法−
次に、上記のように構成された窒化物半導体基板１０１の製造方法について図２及び図３を用いて説明する。
【００４４】
図２（ａ）〜図２（ｅ）は第１の実施形態に係る窒化物半導体基板１０１の製造方法における結晶成長のフローを示し、図３は時間ごとの結晶成長の成長条件を示している。
【００４５】
まず、例えばプラズマＣＶＤ（Plasma Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法又はスパッタ法等を用いて、サファイアからなる基板１１０の主面上に、ＳｉＯ２又はＳｉＮからなる絶縁膜を形成する。続いて、リソグラフィ法によるレジストパターン（図示せず）をマスクとして、絶縁膜に対してエッチングを行って、図２（ａ）に示すように、ストライプ状の複数の開口部１２０ａを有するマスク膜１２０を形成する。
【００４６】
次に、図２（ｂ）に示すように、有機金属化学気相堆積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、基板１１０の上に第１の窒化物半導体層１１１を結晶成長する。
【００４７】
具体的には、まず、マスク膜１２０が形成された基板１１０をＭＯＣＶＤ装置の反応炉（図示せず）に投入する。続いて、基板温度を１０００℃にまで昇温して、基板表面のクリーニングを行う（図３におけるサーマルクリーニングの工程）。
【００４８】
続いて、基板温度を６００℃にまで降温し、トリメチルガリウム（Trimethyl Gallium：ＴＭＧ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを反応炉に導入することにより、基板１１０におけるマスク膜１２０の各開口部１２０ａから露出する領域の上に、厚さが５０ｎｍ程度の複数の低温バッファ層（図示せず）を成長する（図３における低温バッファ成長の工程）。
【００４９】
続いて、基板温度を、例えば９００℃にまで昇温し、III族原料であるＴＭＧガス及びＶ族原料であるアンモニア（ＮＨ３）ガスを基板１１０上に導入する。これにより、マスク膜１２０の各開口部１２０ａから露出する低温バッファ層の表面から、それぞれＧａＮからなる複数の第１の窒化物半導体層１１１が結晶成長する。このとき、第１の窒化物半導体層１１１は、基板面に垂直な方向と平行な方向とのいずれの方向にも成長する。すなわち、垂直方向にはＧａＮ結晶の面方位における（０００１）面が現れるように成長し、平行方向には、面方位の｛１１−２２｝面が現れるように成長する。従って、第１の窒化物半導体層１１１は、基板面に垂直な方向の断面が台形状となるように成長する（図３の成長条件Ｉの工程）。ここで、結晶の面方位における一のミラー指数に付した負符号は該負符号に続くミラー指数の反転を便宜的に表している。
【００５０】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、連続して、各第１の窒化物半導体層１１１の両側面上に第２の窒化物半導体層１１２をそれぞれ結晶成長する。
【００５１】
具体的には、第１の窒化物半導体層１１１における成長条件Ｉの工程の後に、基板温度を例えば７００℃にまで降温し、Ｖ族原料であるＮＨ３ガスを、例えばジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）に変更する。これにより、第１の窒化物半導体層１１１における上方（基板面に垂直な方向）への結晶成長を抑制して、横方向（基板面に平行な方向）にのみ結晶成長を行って、各第１の窒化物半導体層１１１の両側面上に第２の窒化物半導体１１２をそれぞれ形成する。このとき、あらかじめ第２の窒化物半導体層１１２の成長速度を見積もり、成長時間を管理して、マスク膜１２０の上で隣り合う第２の窒化物半導体層１１２同士が接合しないように、各第２の窒化物半導体層１１２の成長を止める（図３の成長条件IIの工程）。
【００５２】
次に、図２（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、連続して、複数の第１の窒化物半導体層１１１及び複数の第２の窒化物半導体層１１２を覆うように第３の窒化物半導体層１１３を結晶成長する。
【００５３】
具体的には、再び、基板温度を９００℃にまで昇温すると共に、Ｖ族原料であるＤＭＨｙガスをＮＨ３ガスに切り替える。これにより、第３の窒化物半導体層１１３は、第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２の各上面と該第２の窒化物半導体層１１２の両側面から結晶成長する（図３の成長条件IIIの工程）。このとき、基板温度が９００℃と十分に高いため、原料ガスが基板１１０の表面でマイグレーションを起こして、図２（ｅ）に示すように、第３の窒化物半導体層１１３の上面が平坦となるように成長する（図３の成長条件ＩＩＩの工程）。
【００５４】
このように、Ｖ族原料をＮＨ３ガスからＤＭＨｙガスに変えることにより、第１の窒化物半導体層１１１の側面から第２の窒化物半導体層１１２が横方向成長する。その後、Ｖ族原料をＮＨ３ガスに戻すことにより、第３の窒化物半導体層１１３の表面を自己整合的に平坦化することができる。
【００５５】
なお、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３のうち、少なくとも第２の窒化物半導体層１１２には、炭素（Ｃ）をドープしてもよい。また、窒化物半導体層１１１、１１２及び１１３のいずれにも炭素をドープする場合は、第２の窒化物半導体層１１２の炭素濃度を、第１の窒化物半導体層１１１及び第３の窒化物半導体層１１３の各炭素濃度よりも高くなるように設定することが好ましい。このようにすると、第２の窒化物半導体層１１２に不純物準位が形成されて、可視光近傍の光を吸収することができる。これにより、誘導放出光を得るために、レーザ構造における発光光を発光層の近傍に閉じ込める際に、光閉じ込め領域から漏れる光を第２の窒化物半導体層１１２によって吸収することができる。このため、第１の実施形態に係る窒化物半導体基板１０１を用いると、デバイス設計の制約が少ない窒化物半導体発光素子を実現することができる。
【００５６】
−実施例及びその効果−
次に、図４〜図８を参照しながら、好ましい成長条件を用いた一実施例及びその効果について説明する。本願発明者らは、本実施例に係る窒化物半導体基板１０１を、実際に結晶成長を行って作製し、窒化物半導体成長層１１４側の表面形状を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
【００５７】
本実施例に係る窒化物半導体基板１０１を以下の方法により作製した。
【００５８】
まず、プラズマＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１１０の上に、ＳｉＯ２からなるマスク形成膜を堆積する。続いて、リソグラフィ法、及びＣＨＦ３ガス又はＣＦ４ガスを用いたドライエッチング法により、マスク形成膜にストライプ状の複数の開口部１２０ａを設けてマスク膜１２０を得る。ここでは、マスク膜１２０におけるストライプ（開口部１２０ａ）の周期を３０μｍとし、開口部１２０ａの幅を１０μｍとし、マスク領域の幅を２０μｍとしている。
【００５９】
続いて、マスク膜１２０が形成された基板１１０の上に、まず、Ｖ族原料としてＮＨ３を用いた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる低温バッファ層を成長し、続いて、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層１１１を結晶成長する。このとき、第１の窒化物半導体層１１１は、基板１１０におけるマスク膜１２０の各開口部１２０ａから露出する領域から、断面台形状のファセット形状として成長する。続いて、結晶成長を中断することなく、Ｖ族原料をＮＨ３からジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）に変更して、ＧａＮからなる第２の窒化物半導体層１１２を成長する。最後に、Ｖ族原料をＮＨ３ガスに戻して第３の窒化物半導体層１１３を結晶成長することにより、上面が平坦な窒化物半導体成長層１１４を得る。
【００６０】
図４（ａ）は、上記の製造方法により得られた窒化物半導体基板１０１の表面の走査電子顕微鏡写真である。ここでは、得られた窒化物半導体基板１０１を１８０℃の温度に加熱したリン酸（熱リン酸）に２分間浸す表面処理を行って、エッチピットを形成し、基板表面（第３の窒化物半導体層１１３の表面）に現れる結晶転位を観察しやすくしている。図４（ｂ）は図４（ａ）と対応する断面を表している。図４（ａ）から分かるように、第３の窒化物半導体層１１３におけるマスク膜１２０の各開口部１２０ａの上側部分には、高い密度で貫通転位が発生している。一方、第３の窒化物半導体層１１３におけるマスク膜１２０の上側部分の表面には貫通転位が発生していない。
【００６１】
このように、本実施例においては、所定の領域、すなわち第３の窒化物半導体層１１３におけるマスク膜１２０の上側部分には貫通転位がほとんど存在しない窒化物半導体基板１０１を作製できることが分かる。
【００６２】
続いて、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて、より具体的に本実施例の貫通転位の低減効果を説明する。図５（ａ）は本実施例に係る窒化物半導体基板１０１の断面における結晶転位の様子を表している。図５（ｂ）は第１の比較例であって、窒化物半導体成長層２１４を、ＮＨ３ガスのみで結晶成長した窒化物半導体基板２０１の断面における結晶転位の様子を表している。
【００６３】
図５（ａ）に示すように、本実施例においては、第２の窒化物半導体層１１２を成長する際に、該第２の窒化物半導体層１１２はほとんど基板に垂直な方向（上方向）に成長しない。このため、結晶転位も水平方向にのみ進む水平方向転位１５１となって、接合部１１５に到達する。従って、貫通転位１７０が窒化物半導体基板１０１の表面に現れる高密度転位領域１６０は、初期転位１５０が発生する開口部１２０ａ付近のみとなる。一方、第３の窒化物半導体層１１３におけるマスク膜１２０の上側部分は、無転位領域１６１となる。
【００６４】
これに対し、図５（ｂ）に示す、Ｖ族原料ガスをＮＨ３ガスのみとした第１の比較例の場合は、窒化物半導体は各成長面２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ及び２４０ｄから分かるように、上方向及び横方向の両方に成長する。このため、窒化物半導体成長層２１４に生じる結晶転位は、マスク膜１２０の上側部分では斜め方向転位２５３となって、斜め上方向に延びる。従って、マスク膜１２０の幅を所定の長さとし、成長時間を長くして窒化物半導体成長層２１４の厚さを大きくすることにより、貫通転位２７０が少ない領域２６１を形成することは可能である。
【００６５】
しかしながら、基板１１０を構成するサファイアと、窒化物半導体成長層２１４を構成するＧａＮとの熱膨張係数は、図６（ａ）に示すように、異なっている。このため、窒化物半導体成長層２１４を厚くすることは、窒化物半導体基板２０１の反り又はクラックの発生の原因となるので、後述する窒化物半導体発光素子を製造する際に不具合を生じる。
【００６６】
一方、本実施例に係る窒化物半導体基板１０１は、窒化物半導体成長層１１４を薄くできると共に、窒化物半導体基板１０１の表面に現れる貫通転位を抑制できるため、該窒化物半導体基板１０１を用いることにより、動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を容易に製造することができる。
【００６７】
続いて、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す第２の比較例を用いて、本実施例に係る窒化物半導体基板の製造方法の効果をより具体的に説明する。
【００６８】
図７（ａ）は、第２の窒化物半導体１１２を形成する際に、ＤＭＨｙガスを用いた横方向成長を継続して、マスク膜１２０の上で互いに隣合う第２の窒化物半導体層１１２同士を接合させた場合の走査電子顕微鏡写真である。図７（ａ）から分かるように、接合部において異常成長部１９５が発生し、基板表面の平坦性が失われている。
【００６９】
具体的には、横方向の成長レートが１５．９μｍ／ｈである成長条件によって、８０ｍｉｎ成長させたところ、横方向成長したＧａＮからなる第２の窒化物半導体層１１２同士の接合部において、径が数μｍの凸状の異常成長部１９５が発生する。この異常成長部１９５が生じる原因は、図７（ｂ）に示すように、第１の窒化物半導体層１１１の側面から、第２の窒化物半導体１１２を横方向に成長し、さらに、図７（ｃ）に示すように、横方向成長を継続すると、接合部において発生したＣ面以外の結晶面１９０が現れる。このＣ面以外の結晶面１９０上には、原料ガスが集中することから、図７（ｄ）に示すように、異常成長部１９５が発生する。
【００７０】
一方、図４に示すように、本実施例に係る窒化物半導体基板１０１においては、第２の比較例に生じる異常成長を抑制することができる。
【００７１】
次に、図６及び図８を用いて本実施例の窒化物半導体基板のマスク膜１２０の構成について、より好ましい形態を具体的に説明する。図６（ａ）は本実施例に係る基板１１０に用いることができる基板材料の特性一覧を示し、図６（ｂ）は本実施例に係るマスク膜１２０に用いる材料の特性一覧を示す。図８（ａ）はマスク膜１２０の材料に酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用い、図８（ｂ）はマスク膜１２０の材料に窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いて、窒化物半導体成長層１１４を成膜した窒化物半導体基板１０１の表面を比較した写真である。
【００７２】
図８（ａ）に示すように、マスク膜１２０の構成材料にＳｉＯ２を用いた場合は、表面に従来のような異常成長部１９５は発生しないものの、第２の窒化物半導体層１１２の成長方向に筋状の成長欠陥１９７が部分的に生じている。これは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２とＧａＮとの熱膨張係数の差によって、第２の窒化物半導体層１１２を成長した後の基板温度を下げる際に発生する。
【００７３】
これに対し、マスク膜１２０の構成材料にＳｉＮを用いた場合は、ＧａＮとＳｉＮとの熱膨張係数の差は小さくなる。このため、図８（ｂ）に示すように、成長面に筋状の成長欠陥１９７は見られない。
【００７４】
このように、マスク膜１２０の構成材料を適当に選ぶことにより、窒化物半導体成長層１１４の結晶性をさらに向上することができる。
【００７５】
なお、図６（ｂ）に示すように、ＳｉＮの熱伝導率は、図６（ａ）に示すサファイアの熱伝導率と比較して同等以上である。このため、後述するように、本実施例に係る窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体発光素子を作製すると、発光層での発熱を効率的に基板側に放熱することができる。
【００７６】
（第１の実施形態の一変形例）
以下、第１の実施形態の一変形例について図９を参照しながら説明する。本変形例においては、第１の実施形態と異なる構成について説明する。
【００７７】
図９に示すように、本変形例に係る窒化物半導体基板１０１Ａを構成するマスク膜１２０Ａは、ストライプ形状が平面視で直線状ではなく、一部に曲線状を含むことを特徴とする。
【００７８】
このように、本変形例に係るマスク膜１２０Ａは一部に曲線状を含み、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３はマスク膜１２０Ａ（開口部１２０ａ）の平面形状に沿って形成される。従って、無転位領域１６１も、マスク膜１２０Ａの平面形状に合わせて一部に曲線状を含むストライプ状となる。
【００７９】
以下、本変形例に係る窒化物半導体基板の製造方法について図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照しながら説明する。
【００８０】
まず、図１０（ａ）に示すように、マスク膜１２０Ａを形成する工程において、開口部１２０ａを含むストライプ形状を直線状に変えて、一部に曲線状を含む形状とする。
【００８１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、一部に曲線状パターンを含むマスク膜１２０Ａを有する基板１１０の上に、第１の実施形態と同様に、第１の窒化物半導体層１１１を選択的に結晶成長し、その後、第１の窒化物半導体層１１１の両側面上から第２の窒化物半導体層１１２を横方向成長により形成する。これにより、第１の窒化物半導体層１１１と第２の窒化物半導体層１１２とが、曲線部を含むマスク膜１２０Ａの平面形状に沿って成長する。
【００８２】
次に、図示はしていないが、第１の実施形態と同様に、第３の窒化物半導体層１１３を、第２の窒化物半導体層１１２の結晶成長に続いて、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及びマスク膜１２０Ａを覆うように結晶成長して、図９に示す窒化物半導体基板１０１Ａを得る。
【００８３】
以上により、複数の無転位領域１６１がマスク膜１２０Ａの曲線状に沿って形成された窒化物半導体基板１０１Ａを実現できる。
【００８４】
なお、本変形例においても、マスク膜１２０Ａの構成材料には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いることができ、窒化シリコンがより好ましい。
【００８５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板について図１１を参照しながら説明する。
【００８６】
−構成−
図１１に示すように、第２の実施形態に係る窒化物半導体基板３０１におけるサファイアからなる基板３１０には、互いに間隔をおいたストライプ状の凸部３２１が形成されている。該凸部３２１は、基板３１０に複数の成長阻害領域としての凹部３２２を設けることにより形成されている。
【００８７】
本実施形態においては、第１の窒化物半導体層は、各凸部３２１の頂面上に形成される第１の窒化物半導体層３１１ａと、各凹部の底面上に形成される第１の窒化物半導体層３１１ｂとからなる。
【００８８】
第２の窒化物半導体層３１２は、各第１の窒化物半導体層３１１ａの両側面上にＥＬＯ成長によりそれぞれ形成されている。さらに、第２の窒化物半導体層３１２は、各凹部３２２の上方において隣り合う部分が接合しない程度の長さにまで横方向に延びるように形成されている。
【００８９】
第３の窒化物半導体３１３は、第１の窒化物半導体層３１１ａ、第１の窒化物半導体層３１１ｂ及び第２の窒化物半導体層３１１ｂを覆うように形成される。第３の窒化物半導体３１３は、各凹部３２２の上方において隣り合う部分が接合する。特に、第３の窒化物半導体層３１３が、第２の窒化物半導体３１２と第１の窒化物半導体３１１ｂとの間隙を埋めるように成長することが本実施形態の特徴である。
【００９０】
このとき、図１１に示すように、第２の窒化物半導体層３１２と第１の窒化物半導体層３１１ｂとの間に、第３の窒化物半導体層３１３で埋められていない空隙部３２５が部分的に形成される場合がある。しかしながら、空隙部３２５は、第２の窒化物半導体層３１２の形状及び第３の窒化物半導体層３１３の成長条件を適当に調整することにより、十分に小さくしたり、さらには消失させたりすることは可能である。また、微小な空隙部３２５があっても、窒化物半導体成長層３１４の上面は、同一の材料で且つ結晶性が高い第３の窒化物半導体層３１３によって埋められるため、放熱性への影響は小さくすることが可能である。
【００９１】
−製造方法−
以下、前記のように構成された窒化物半導体基板の製造方法について図１２を参照しながら説明する。
【００９２】
まず、図１２（ａ）に示すように、リソグラフィ法により、例えば、サファイアからなる基板３１０の主面上に、ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成し、形成したレジストパターンをマスクとして、例えばＳｉＣｌ４ガス又はＣｌ２ガスを用いたドライエッチングを行って、基板３１０の上部に、各凸部３２１の断面形状が台形状となるように、複数の凹部３２２を形成する。但し、ここでの断面は、ストライプの延伸方向に垂直な方向の断面である。
【００９３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、上部に凸部３２１及び凹部３２２が形成された基板３１０をＭＯＣＶＤ装置における反応炉（図示せず）に投入する。続いて、結晶成長温度及び反応ガス、例えばIII族原料はＴＭＧ及びＶ族原料はＮＨ３ガスをそれぞれ調整して、第１の実施形態と同様に、いずれもＧａＮからなる低温バッファ層、第１の窒化物半導体層３１１ａ及び第２の窒化物半導体層３１１ｂを順次結晶成長する。このとき、第１の窒化物半導体層３１１ａは、基板３１０に設けられた各凸部３２１の頂面上に成長する。但し、各凸部３２１の頂面の総面積における基板３１０の主面の面積に対する比率が低く、且つエッチング面ではない。このため、第１の窒化物半導体層３１１ａは、結晶性が高く、且つ成長速度が速い窒化物半導体層として成長する。
【００９４】
これに対し、基板３１０に設けられた各凹部３２２の底面は、エッチング面であり、且つ基板３１０の主面の面積に対して総面積の比率が大きい。このため、第１の窒化物半導体層３１１ｂの結晶性は、第１の窒化物半導体層３１１ａと比較して低く、且つ成長速度が遅い。この成長特性を利用して、基板３１０における凸部３２１及び凹部３２２の各形状、高さ及び面積比率を設計することができる。なお、第１の窒化物半導体層３１１ｂの高さ（厚さ）は凸部３２１の高さよりも低くなるようにする。
【００９５】
次に、図１２（ｃ）に示すように、例えばＶ族原料としてＤＭＨｙガスを用いて、各第１の窒化物半導体層３１１ａの両側面上から、第２の窒化物半導体層３１２を結晶成長する。このとき、第２の窒化物半導体層３１２は横方向にのみ成長し、且つ第１の窒化物半導体層３１１ｂの上面とは所定の間隙を有して成長する。
【００９６】
次に、図１２（ｄ）に示すように、Ｖ族原料をＮＨ３ガスに戻して、第３の窒化物半導体層３１３を成長する。このとき、原料ガスは、第１の窒化物半導体層３１１ｂと第２の窒化物半導体層３１２との間隙に入り込み、第３の窒化物半導体層３１３が成長する。従って、第１の窒化物半導体層３１１ｂと第２の窒化物半導体層３１２との間隙、及び第２の窒化物半導体３１２同士の隙間を埋めるように成長する。このとき、隣り合う第３の窒化物半導体層３１３同士は、凹部３２２の上側において接合部３１５により互いに接合する。また、第３の窒化物半導体層３１３を成長する際には、第２の窒化物半導体層３１２の成長時と比べて基板温度を高くするため、第３の窒化物半導体層３１３の表面で原料ガスのマイグレーションが起こる。その結果、窒化物半導体成長層３１４の上面を平坦にすることができる。
【００９７】
このように、第２の実施形態においても、サファイアからなり、上部にストライプ状の凸部３２１を有する基板３１０の上に連続的に窒化物半導体成長層３１４を成長する結晶成長により、結晶の転位密度が低い領域を有し且つ上面が平坦で、窒化物半導体発光素子に適した窒化物半導体基板を作製することができる。
【００９８】
（第２の実施形態の第１変形例）
以下、第２の実施形態の第１変形例について図１３を参照しながら説明する。本変形例においては、第２の実施形態と異なる構成について説明する。
【００９９】
図１３に示すように、本変形例に係る基板３１０Ａの上部に形成される複数の凸部３２１Ａは、その高さが第１の窒化物半導体３１１ｂの膜厚よりも低く設定されている。この構成により、凸部３２１Ａの頂面上に成長する第１の窒化物半導体層３１１ａと、凹部の底面上に成長する第１の窒化物半導体３１１ｂとは、上面同士に段差ができるものの、側面同士が接触するため、各凸部３２１Ａの側面は露出しない。
【０１００】
この状態で、第２の実施形態と同様に、各第１の窒化物半導体層３１１ａの両側面上から、第２の窒化物半導体層３１２を横方向成長する。従って、図１３に示すように、第１の窒化物半導体層３１１ｂと第２の窒化物半導体層３１２との間には間隙が生じない構成とすることができる。なお、本変形例においても、第２の窒化物半導体３１２は、各凹部３２２の上方、すなわち第１の窒化物半導体層３１１ｂの上側において隣り合う部分が接合しないように成長させている。
【０１０１】
第３の窒化物半導体層３１３は、第１の窒化物半導体層３１１ａ、３１１ｂ及び第２の窒化物半導体層３１２を覆うように結晶成長しており、接合部３１５により窒化物半導体成長層３１４の表面が平坦となるように形成されている。
【０１０２】
このように、本変形例においても、サファイアからなり、上部にストライプ状の凸部３２１Ａを有する基板３１０Ａの上に連続的に窒化物半導体成長層３１４を成長する結晶成長により、結晶の転位密度が低い領域を有し且つ上面が平坦で、窒化物半導体発光素子に適した窒化物半導体基板を作製することができる。
【０１０３】
（第２の実施形態の第２変形例）
以下、第２の実施形態の第２変形例について図１４を参照しながら説明する。本変形例においても、第２の実施形態と異なる構成について説明する。
【０１０４】
図１４に示すように、本変形例に係る基板３１０Ｂは、窒化ガリウム（ＧａＮ）から構成される。すなわち、基板３１０Ｂは、第１の窒化物半導体層を兼ねている。この構成により、各第２の窒化物半導体層３１２は、成長阻害領域である各凹部３２２から露出する各凸部３１０ａの両側面上から横方向に結晶成長している。
【０１０５】
従って、第１変形例と同様に、第１の窒化物半導体層である基板３１０Ｂと第２の窒化物半導体層３１２との間には間隙が生じない。なお、本変形例においても、第２の窒化物半導体３１２は、各凹部３２２の上側において隣り合う部分が接合しないように成長させている。
【０１０６】
第３の窒化物半導体層３１３は、基板３１０Ｂの凸部３１０ａ、凹部３２２及び第２の窒化物半導体層３１２を覆うように結晶成長しており、接合部３１５により窒化物半導体成長層３１４の表面が平坦となるように形成されている。
【０１０７】
このように、本変形例においても、ＧａＮからなり、上部にストライプ状の凸部３１０ａを有する基板３１０Ｂの上に連続的に窒化物半導体成長層３１４を成長する結晶成長により、結晶の転位密度が低い領域を有し且つ上面が平坦で、窒化物半導体発光素子に適した窒化物半導体基板を作製することができる。
【０１０８】
なお、第２の実施形態及びその変形例においても、少なくとも第２の窒化物半導体層３１２に対して、炭素（Ｃ）をドープしてもよい。
【０１０９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子について図１５及び図１６を参照しながら説明する。
【０１１０】
−構成−
図１５及び図１６に示すように、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１は、第１の実施形態に係る窒化物半導体基板１０１を用いて形成された半導体レーザ素子である。なお、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１は、第２の実施形態及びその変形例に係る窒化物半導体基板を用いて形成してもよい。
【０１１１】
図１６に示すように、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１を形成する窒化物半導体基板は、サファイアからなる基板１１０と、該基板１１０の主面上に形成されたマスク膜１２０の複数の開口部１２０ａから選択成長した第１の窒化物半導体層１１１、該第１の窒化物半導体層１１１の両側面上から横方向成長した第２の窒化物半導体層１１２、並びに第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２を覆うように成長した第３の窒化物半導体層１１３からなる窒化物半導体成長層１１４とから構成される。
【０１１２】
窒化物半導体成長層１１４の上には、例えば、シリコン（Ｓｉ）がドープされたｎ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｎ型クラッド層４２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層（図示せず）、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる量子障壁層とが交互に３層分積層されてなる発光層４２２、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層（図示せず）、ｐ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｐ型クラッド層４２３、及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２４が順次結晶成長により積層されて窒化物半導体層４２７を構成している。
【０１１３】
ｐ型クラッド層４２３及びその上のｐ型コンタクト層４２４は、光導波路４６０を構成するように、リッジストライプ状に加工されたリッジ部を有している。リッジ部の上には、ｐ型コンタクト電極４３２が形成されている。ここで、リッジ部は、窒化物半導体基板における第２の窒化物半導体層１１２の上側部分の領域である無転位領域１６１に形成されている。
【０１１４】
加工されたｐ型クラッド層４２３の上面及びリッジ部の側面と、ｐ型コンタクト層４２４及びｐ型コンタクト電極４３２の各側面とを覆うように、ＳｉＯ２等の絶縁性材料からなる保護層４３１が形成されている。該保護層４３１の上には、ｐ型コンタクト電極４３２と電気的に接続されたｐ側電極４３３が形成されている。
【０１１５】
ｎ型クラッド層４２１におけるリッジ部の一側方の領域は、露出するように加工されており、該露出領域の上には、ｎ型クラッド層４２１と電気的に接続されるｎ側電極４３４が形成されている。
【０１１６】
図１５に示すように、窒化物半導体層４２７の前端面及び後端面には、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等が積層された誘電体多層膜である前方保護膜４４１及び後方保護膜４４２がそれぞれ形成されている。
【０１１７】
−製造方法−
以下、前記のように構成された窒化物半導体発光素子４０１の製造方法について図１７を参照しながら説明する。
【０１１８】
まず、図１７（ａ）に示すように、主面上にマスク膜１２０が形成された、例えばサファイアからなる基板１１０をＭＯＣＶＤ装置の反応炉（図示せず）に投入する。続いて、第１の実施形態と同様に、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３を連続的に成長して、窒化物半導体基板１０１を作製する。
【０１１９】
次に、図１７（ｂ）に示すように、窒化物半導体基板１０１の第３の窒化物半導体層１１３の上に、結晶成長を中断せずに連続して、例えば、シリコン（Ｓｉ）がドープされたｎ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｎ型クラッド層４２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層（図示せず）、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる量子障壁層とが交互に３層分積層されてなる発光層４２２、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層（図示せず）、ｐ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｐ型クラッド層４２３、及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２４を順次成長して、窒化物半導体層４２７を形成する。
【０１２０】
次に、図１７（ｃ）に示すように、リソグラフィ法により、レジスト等によりｐ側電極の形成領域をマスクするマスクパターンを形成し、ドライエッチングによりｎ型クラッド層４２１が露出するまでエッチングを行って、ｎ型クラッド層４２１にｎ側電極の形成領域を確保する。
【０１２１】
次に、図１７（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法等により、ｐ型コンタクト層４２４及び露出したｎ型クラッド層４２１の上に全面にわたって、ＳｉＯ２からなるマスク形成膜を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、マスク形成膜を光導波路４６０をマスクするストライプ状のマスクパターンに加工する。このとき、表面から見ることができる、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３の各界面か、又は窒化物半導体基板１０１を作製する際に、あらかじめ形成されていたアライメントマークを用いて、光導波路４６０を形成するためのストライプ状パターンと無転位領域１６１との位置合わせを行う。
【０１２２】
続いて、形成されたＳｉＯ２からなるマスクパターンを用いて、ｐ型クラッド層４２３に、例えばＣｌ２ガスによるドライエッチングを施して、リッジ状のストライプ構造を形成する。その後、マスクパターンを例えばフッ酸等を用いたウェットエッチングにより除去する。
【０１２３】
次に、図１７（ｅ）に示すように、プラズマＣＶＤ法等により、ｐ型コンタクト層４２４、露出したｐ型クラッド層４２３及び露出したｎ型クラッド層４２１の上に全面にわたって、ＳｉＯ２からなる保護層４３１を形成する。続いて、リソグラフィ法及び例えばフッ酸によるウェットエッチング法により、保護層４３１から、リッジ部の上部のｐ型コンタクト層４２４を選択的に露出する。続いて、真空蒸着法により、露出したｐ型コンタクト層４２４と電気的に接続されるように、例えばパラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）からなる積層膜又は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなるｐ型コンタクト電極４３２を形成する。その後、フッ酸等によるウェットエッチング法により、保護層４３１の一部を除去して、ｎ型クラッド層４２１を再度露出する。
【０１２４】
次に、図１７（ｆ）に示すように、リソグラフィ法及び真空蒸着法により、ｎ型クラッド層４２１におけるｎ側電極の形成領域と電気的に接続されるように、例えばチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／チタン（Ｔｉ）の積層膜からなるｎ側電極４３４を選択的に形成する。その後、リソグラフィ法及び真空蒸着法により、保護層４３１の上に、ｐ型コンタクト電極４３２と電気的に接続されるようにｐ側電極４３３を選択的に形成する。なお、ｎ側電極４３４とｐ側電極４３３との形成順序は、特に問われない。
【０１２５】
以下、図示はしないが、ウェハ状の基板１１０（窒化物半導体基板１０１）に対して、リッジ部（光導波路４６０）が延びる方向と垂直な方向に、レーザ光によるダイシング又は劈開を行って複数のバー状に分離する。
【０１２６】
次に、スパッタ法により、分離されたバー状のチップの前端面及び後端面に、例えばＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３等を含む誘電体多層膜である前方保護膜４４１及び後方保護膜４４２をそれぞれ形成する。なお、一般には、前方保護膜４４１の光の反射率は、後方保護膜４４２の光の反射率よりも小さく設定される。
【０１２７】
次に、分離されたバー状のチップに対して、リッジ部が延びる方向と平行な方向に、レーザ光を用いたダイシング又は劈開を行って、複数のダイオードチップを得る。
【０１２８】
上記の製造方法により、サファイア等の異種基板の上に結晶の転位数が少ない窒化物半導体領域（無転位領域）を局所的に形成し、該無転位領域の上部に窒化物半導体発光素子における光導波路を形成することができる。
【０１２９】
従って、低コストで且つ動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０１３０】
なお、第２の実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体基板を用いる場合には、異種基板を用いないが、該基板が第１の窒化物半導体層を兼ねることから、プロセスが簡略化されると共に、動作特性もより向上する。
【０１３１】
−効果−
次に、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）を用いて第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の効果を説明する。図１８（ａ）は本実施形態に係る窒化物半導体発光素子のデバイス特性を示している。図１８（ｂ）は第３の比較例であって、通常の（市販の）窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板上に形成した窒化物半導体発光素子のデバイス特性を示している。
【０１３２】
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示す各窒化物半導体発光素子の光導波路は、いずれもリッジストライプ幅Ｗが２μｍであり、共振器長Ｌが８００μｍであり、発光光の波長は４０５ｎｍである。測定は、室温下で直流電流駆動を行った。なお、各発光素子は、いずれも前方保護膜及び後方保護膜は形成していない。測定の結果、閾値電流及び光出力が２０ｍＷ時の動作電圧は、本実施形態の場合、それぞれ７２．５ｍＡ及び５．３３Ｖであった。これに対し、窒化ガリウム基板を用いた第３の比較例の場合は、それぞれ７５．０ｍＡ及び５．０７Ｖであった。
【０１３３】
このように、第３の実施形態に係る構成により、窒化ガリウムからなる基板上に作製した窒化物半導体発光素子と同等の特性を得られることが分かる。
【０１３４】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子について図１９及び図２０を参照しながら説明する。
【０１３５】
−構成−
図１９及び図２０に示すように、第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１Ａは、第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体基板１０１Ａを用いて形成されたスーパールミネッセントダイオードである。また、本実施形態においては、２本のリッジストライプ部を有するアレイ構造としているが、この構成に限られない。例えば、第３の実施形態と同様に、リッジストライプ部は１本でもよく、また、３本以上のリッジストライプ部、すなわち３本以上の光導波路を有する構成であってもよい。
【０１３６】
図２０に示すように、第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１Ａを形成する窒化物半導体基板は、サファイアからなる基板１１０と、該基板１１０の主面上に形成された、ＳｉＮからなるマスク膜１２０Ａの複数の開口部１２０ａから選択成長した第１の窒化物半導体層１１１、該第１の窒化物半導体層１１１の両側面上から横方向成長した第２の窒化物半導体層１１２、並びに第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２を覆うように成長した第３の窒化物半導体層１１３からなる窒化物半導体成長層１１４とから構成される。
【０１３７】
窒化物半導体成長層１１４の上には、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｎ型クラッド層４２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層（図示せず）、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる量子障壁層とが交互に３層分積層されてなる発光層４２２、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層（図示せず）、ｐ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｐ型クラッド層４２３、及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂが順次結晶成長により積層されて窒化物半導層４２７を構成している。
【０１３８】
第４の実施形態においては、第１の光導波路４６０ａと第２の光導波路４６０ｂとが互いに並行に延びるアレイ状に形成されている。ここで、第１の光導波路４６０ａ及び第２の光導波路４６０ｂは、ｐ型クラッド層４２３及びその上のｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂを互いに並行に延びるリッジストライプ状に加工することにより形成される。
【０１３９】
従って、図１９及び図２０に示すように、第１の光導波路４６０ａにおいては、ｐ型コンタクト層４２４ａと電気的に接続されるように第１のｐ型コンタクト電極４３２ａが形成される。同様に、第２の光導波路４６０ｂにおいても、ｐ型コンタクト層４２４ｂと電気的に接続されるように第２のｐ型コンタクト電極４３２ｂが形成される。
【０１４０】
加工されたｐ型クラッド層４２３の上面及び各リッジ部の両側面と、ｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂ及び各ｐ型コンタクト電極４３２ａ、４３２ｂの各側面とを覆うように、ＳｉＯ２等の絶縁性材料からなる保護層４３１が形成されている。該保護層４３１の上には、各ｐ型コンタクト電極４３２ａ、４３２ｂと電気的に接続されるようにｐ側電極４３３が形成されている。
【０１４１】
なお、第４の実施形態において、ｐ側電極４３３は、第１のｐ型コンタクト電極４３２ａと第２のｐ型コンタクト電極４３２ｂとに共有される構成であるが、各ｐ型コンタクト電極４３２ａ、４３２ｂごとに別々に設けてもよい。このようにすると、アレイ化された複数のスーパールミネッセントダイオードをそれぞれ独立して駆動することができる。
【０１４２】
ｎ型クラッド層４２１における２つのリッジ部の外側の領域は露出するように加工されており、該露出領域の上には、それぞれｎ型クラッド層４２１と電気的に接続される２つのｎ側電極４３４が形成されている。
【０１４３】
図１９に示すように、窒化物半導体層４２７の前端面及び後端面には、例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３等が積層された誘電体多層膜である前方保護膜４４１及び後方保護膜４４２がそれぞれ形成されている。
【０１４４】
−製造方法−
以下、前記のように構成された窒化物半導体発光素子４０１Ａの製造方法について説明する。第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１Ａの製造方法は、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１の製造方法と基本的に同等である。第４の実施形態においては、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示した、複数の無転位領域１６１がマスク膜１２０Ａの曲線状に沿って形成された窒化物半導体基板１０１Ａを用いる点と、光導波路（リッジ部）を２本形成する点とが、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子４０１と異なる。
【０１４５】
まず、例えばプラズマＣＶＤ法、真空蒸着法又はスパッタ法等を用いて、サファイアからなる基板１１０の主面上に、ＳｉＮからなる絶縁膜を形成する。なお、該絶縁膜にはＳｉＯ２を用いることもできる。続いて、リソグラフィ法によるレジストパターンをマスクとして、絶縁膜に対してエッチングを行って、図１０（ａ）に示すように、曲線部を持つストライプ状で複数の開口部１２０ａを有するマスク膜１２０Ａを形成する。
【０１４６】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、基板１１０の上に第１の窒化物半導体層１１１を結晶成長する。
【０１４７】
具体的には、まず、マスク膜１２０Ａが形成された基板１１０をＭＯＣＶＤ装置の反応炉に投入する。続いて、基板温度を１０００℃にまで昇温して、基板表面のクリーニングを行う（図３におけるサーマルクリーニングの工程）。
【０１４８】
続いて、基板温度を６００℃にまで降温し、トリメチルガリウム（Trimethyl Gallium：ＴＭＧ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを反応炉に導入することにより、基板１１０におけるマスク膜１２０Ａの各開口部１２０ａから露出する領域の上に、厚さが５０ｎｍ程度の複数の低温バッファ層を成長する
続いて、基板温度を、例えば９００℃にまで昇温し、ＴＭＧガス及びアンモニア（ＮＨ３）ガスを基板上に導入する。これにより、マスク膜１２０Ａの各開口部１２０ａから露出する低温バッファ層の表面から、それぞれＧａＮからなる複数の第１の窒化物半導体層１１１が結晶成長する。このとき、第１の窒化物半導体層１１１は、基板面に垂直な方向と平行な方向とのいずれの方向にも成長する。すなわち、垂直方向にはＧａＮ結晶の面方位における（０００１）面が現れるように成長する。また、平行方向には、面方位の｛１１−２２｝面が現れるように、断面台形状に成長する。
【０１４９】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、連続して、各第１の窒化物半導体層１１１の両側面上に第２の窒化物半導体層１１２をそれぞれ結晶成長する。
【０１５０】
具体的には、第１の窒化物半導体層１１１における成長工程の後に、基板温度を例えば７００℃にまで降温し、Ｖ族原料であるＮＨ３ガスを、例えばジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）に変更する。これにより、第１の窒化物半導体層１１１における上方（基板面に垂直な方向）への結晶成長を抑制して、横方向（基板面に平行な方向）にのみ結晶成長を行って、各第１の窒化物半導体層１１１の両側面上にそれぞれ第２の窒化物半導体１１２を形成する。このとき、あらかじめ第２の窒化物半導体層１１２の成長速度を見積もり、成長時間を管理し、マスク膜１２０Ａの上で隣り合う第２の窒化物半導体層１１２同士が接合しないように、各第２の窒化物半導体層１１２の成長を止める。
【０１５１】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、連続して、複数の第１の窒化物半導体層１１１及び複数の第２の窒化物半導体層１１２を覆うように第３の窒化物半導体層１１３を結晶成長する。
【０１５２】
具体的には、再び、基板温度を９００℃にまで昇温すると共に、Ｖ族原料であるＤＭＨｙガスをＮＨ３ガスに切り替える。これにより、第３の窒化物半導体層１１３は、第１の窒化物半導体層１１１及び第２の窒化物半導体層１１２の各上面と該第２の窒化物半導体層１１２の両側面から結晶成長する。このとき、基板温度が９００℃と十分に高いため、原料ガスが基板１１０の表面でマイグレーションを起こして、第３の窒化物半導体層１１３の上面が平坦になるように成長する。
【０１５３】
次に、窒化物半導体基板１０１の第３の窒化物半導体層１１３の上に、結晶成長を中断せずに連続して、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｎ型クラッド層４２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる量子障壁層とが交互に３層分積層されてなる発光層４２２、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層、ｐ型Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（但し、ｘは０≦ｘ≦１）からなるｐ型クラッド層４２３、及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２４を順次成長して、窒化物半導体層４２７を形成する。
【０１５４】
次に、リソグラフィ法により、レジスト等によりｐ側電極の形成領域をマスクするマスクパターンを形成し、ドライエッチングによりｎ型クラッド層４２１が露出するまでエッチングを行って、ｎ型クラッド層４２１にｎ側電極の形成領域を確保する。
【０１５５】
次に、プラズマＣＶＤ法等により、ｐ型コンタクト層４２４及び露出したｎ型クラッド層４２１の上に全面にわたって、ＳｉＯ２からなるマスク形成膜を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、マスク形成膜を第１の光導波路４６０ａ及び第２の光導波路４６０ｂをそれぞれマスクするストライプ状のマスクパターンに加工する。このとき、表面から見ることができる、第１の窒化物半導体層１１１、第２の窒化物半導体層１１２及び第３の窒化物半導体層１１３の各界面か、又は窒化物半導体基板１０１Ａを作製する際に、あらかじめ形成されていたアライメントマークを用いて、各光導波路４６０ａ、４６０ｂを形成するためのストライプ状パターンと無転位領域１６１との位置合わせを行う。なお、各光導波路４６０ａ、４６０ｂが無転位領域１６１に収まるように配置されればよく、各光導波路４６０ａ、４６０ｂと各無転位領域１６１との平面形状は、幾何学的に一致していてもよく、また一致しなくてもよい。
【０１５６】
続いて、形成されたＳｉＯ２からなるマスクパターンを用いて、ｐ型クラッド層４２３に、例えばＣｌ２ガスによるドライエッチングを施して、リッジ状のストライプ構造を形成する。その後、マスクパターンを例えばフッ酸等を用いたウェットエッチングにより除去する。
【０１５７】
次に、プラズマＣＶＤ法等により、ｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂ、露出したｐ型クラッド層４２３及び露出したｎ型クラッド層４２１の上に全面にわたって、ＳｉＯ２からなる保護層４３１を形成する。続いて、リソグラフィ法及び例えばフッ酸によるウェットエッチング法により、保護層４３１から、リッジ部の上部のｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂをそれぞれ選択的に露出する。続いて、真空蒸着法により、露出したｐ型コンタクト層４２４ａ、４２４ｂとそれぞれ電気的に接続されるように、例えばＰｄ／Ｐｔからなる積層膜又はＩＴＯからなる第１のｐ型コンタクト電極４３２ａ及び第２のｐ型コンタクト電極４３２ｂを形成する。その後、フッ酸等によるウェットエッチング法により、保護層４３１の一部を除去して、ｎ型クラッド層４２１を再度露出する。
【０１５８】
次に、リソグラフィ法及び真空蒸着法により、ｎ型クラッド層４２１における２つのｎ側電極の形成領域と電気的に接続されるように、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉの積層膜からなるｎ側電極４３４をそれぞれ選択的に形成する。その後、リソグラフィ法及び真空蒸着法により、保護層４３１の上に、ｐ型コンタクト電極４３２と電気的に接続されるようにｐ側電極４３３を選択的に形成する。なお、ここでも、ｎ側電極４３４とｐ側電極４３３との形成順序は、特に問われない。
【０１５９】
以下、図示はしないが、ウェハ状の基板１１０（窒化物半導体基板１０１Ａ）に対して、リッジ部（光導波路４６０ａ、４６０ｂ）が延びる方向と垂直な方向に、レーザ光によるダイシング又は劈開を行って複数のバー状に分離する。ここで、図１０（ｂ）には、基板１１０における劈開位置を符号１８０で示している。
【０１６０】
次に、スパッタ法により、分離されたバー状のチップの前端面及び後端面に、例えばＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３等を含む誘電体多層膜である前方保護膜４４１及び後方保護膜４４２をそれぞれ形成する。
【０１６１】
次に、分離されたバー状のチップに対して、リッジ部が延びる方向と平行な方向に、レーザ光を用いたダイシング又は劈開を行って、複数のチップを得る。
【０１６２】
上記の製造方法により、サファイア等の異種基板の上に結晶の転位数が少ない窒化物半導体領域（無転位領域）を局所的且つ曲線的に形成し、該無転位領域の上部に窒化物半導体発光素子における光導波路を形成することができる。
【０１６３】
従って、低コストで且つ動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０１６４】
なお、第４の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の基板１１０に代えて、第２の実施形態に係る基板３１０、３１０Ａ及び３１０Ｂのいずれかとし、該基板に平面曲線状の無転位領域を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明に係る窒化物半導体基板及びその製造方法、並びにそれを用いた窒化物半導体発光素子は、動作特性に優れた窒化物半導体発光素子を容易に得られる窒化物半導体基板を実現することができ、青紫色から赤色の可視域の発光光を出力可能な半導体レーザ素子及びスーパールミネッセントダイオードを形成する窒化物半導体基板等に有用である。
【符号の説明】
【０１６６】
１０１ 窒化物半導体基板
１０１Ａ 窒化物半導体基板
１１０ 基板
１１１ 第１の窒化物半導体層
１１２ 第２の窒化物半導体層
１１３ 第３の窒化物半導体層
１１４ 窒化物半導体成長層
１１５ 接合部
１２０ マスク膜（成長阻害領域）
１２０Ａ マスク膜（成長阻害領域）
１２０ａ 開口部
１５０ 初期転位
１５１ 水平方向転位
１６０ 高密度転位領域
１６１ 無転位領域
１７０ 貫通転位
１８０ 劈開位置
１９０ Ｃ面以外の結晶面
１９５ 異常成長部
１９７ 成長欠陥
３０１ 窒化物半導体基板
３１０ 基板
３１０Ａ 基板
３１０ａ 凸部
３１０Ｂ 基板
３１１ａ 第１の窒化物半導体層
３１１ｂ 第１の窒化物半導体層
３１２ 第２の窒化物半導体層
３１３ 第３の窒化物半導体層
３１４ 窒化物半導体層
３１５ 接合部
３２１ 凸部
３２１Ａ 凸部
３２２ 凹部（成長阻害領域）
３２５ 空隙部
４０１ 窒化物半導体発光素子
４０１Ａ 窒化物半導体発光素子
４２１ ｎ型クラッド層
４２２ 発光層
４２３ ｐ型クラッド層
４２４ ｐ型コンタクト層
４２４ａ ｐ型コンタクト層
４２４ｂ ｐ型コンタクト層
４２７ 窒化物半導体層
４３１ 保護層
４３２ ｐ型コンタクト電極
４３２ａ 第１のｐ型コンタクト電極
４３２ｂ 第２のｐ型コンタクト電極
４３３ ｐ側電極
４３４ ｎ側電極
４６０ 光導波路
４６０ａ 第１の光導波路
４６０ｂ 第２の光導波路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の主面に、互いに間隔をおいて形成された複数の成長阻害領域と、
前記基板の主面における前記成長阻害領域からそれぞれ露出する領域の上に形成された複数の第１の窒化物半導体層と、
前記各第１の窒化物半導体層の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層と、
前記複数の第１の窒化物半導体層及び前記複数の第２の窒化物半導体層を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層とを備え、
前記複数の第２の窒化物半導体層は、前記成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、
前記第３の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合していることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
前記成長阻害領域は、一方向に延びる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１に記載の窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記成長阻害領域は、曲線部を含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体基板。
【請求項４】
前記成長阻害領域は、前記基板の上に形成された絶縁膜により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項５】
前記絶縁膜は、窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体基板。
【請求項６】
前記成長阻害領域は、前記基板の上部に形成された凹部により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項７】
前記第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層は、炭素を含み、
前記第２の窒化物半導体層の炭素濃度は、前記第１の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層の各炭素濃度よりも高いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項８】
前記基板は、窒化物半導体とは異なる材料からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項９】
主面の上部に互いに間隔をおいて形成され、ストライプ状に延びる少なくとも２つの凹部からなる成長阻害領域を有する第１の窒化物半導体層と、
前記成長阻害領域に挟まれた領域である凸部の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層及び前記複数の第２の窒化物半導体層を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層とを備え、
前記複数の第２の窒化物半導体層は、前記成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、
前記第３の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合していることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項１０】
請求項１に記載の窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の上に形成された、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層とを備え、
前記ｎ型窒化物半導体層には、ｎ側電極が電気的に接続されて形成され、
前記ｐ型窒化物半導体層には、ｐ側電極が電気的に接続されて形成され、
前記ｎ側電極及びｐ側電極は、それぞれ、複数の前記第１の窒化物半導体層及び複数の前記第２の窒化物半導体層の上方に形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記発光層の上側で且つ前記複数の第２の窒化物半導体層のうちの１つの上方の領域に形成された導波路をさらに備え、
スーパールミネッセントダイオード動作を行うことを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
基板の主面の上に、複数の成長阻害領域を互いに間隔をおいて形成する工程と、
前記基板の主面における前記成長阻害領域からそれぞれ露出する複数の領域の上に第１の窒化物半導体層を成長する工程と、
前記各第１の窒化物半導体層の側面上から第２の窒化物半導体層をそれぞれ成長する工程と、
前記複数の第１の窒化物半導体層及び前記複数の第２の窒化物半導体層を覆うように第３の窒化物半導体層を成長する工程とを備え、
前記第２の窒化物半導体層を成長する工程において、前記複数の第２の窒化物半導体層は、前記成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合せず、
前記第３の窒化物半導体層を成長する工程において、前記第３の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において互いに接合す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１３】
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、
窒素源として、ジメチルヒドラジンを用いることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板の主面に、互いに間隔をおいて形成された複数の成長阻害領域と、
前記基板の主面における前記成長阻害領域からそれぞれ露出する領域の上に形成された複数の第１の窒化物半導体層と、
前記各第１の窒化物半導体層の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層と、
前記複数の第１の窒化物半導体層及び前記複数の第２の窒化物半導体層を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層とを備え、
前記複数の第２の窒化物半導体層は、前記成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、
前記第３の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合していることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
前記成長阻害領域は、一方向に延びる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１に記載の窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記成長阻害領域は、曲線部を含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体基板。
【請求項４】
前記成長阻害領域は、前記基板の上に形成された絶縁膜により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項５】
前記絶縁膜は、窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体基板。
【請求項６】
前記成長阻害領域は、前記基板の上部に形成された凹部により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項７】
前記第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層は、炭素を含み、
前記第２の窒化物半導体層の炭素濃度は、前記第１の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層の各炭素濃度よりも高いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項８】
前記基板は、窒化物半導体とは異なる材料からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項９】
主面の上部に互いに間隔をおいて形成され、ストライプ状に延びる少なくとも２つの凹部からなる成長阻害領域を有する第１の窒化物半導体層と、
前記成長阻害領域に挟まれた領域である凸部の側面上にのみ成長により形成された複数の第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層及び前記複数の第２の窒化物半導体層を覆うように成長により形成された第３の窒化物半導体層とを備え、
前記複数の第２の窒化物半導体層は、前記成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合しておらず、
前記第３の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において接合していることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項１０】
請求項１に記載の窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の上に形成された、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層とを備え、
前記ｎ型窒化物半導体層には、ｎ側電極が電気的に接続されて形成され、
前記ｐ型窒化物半導体層には、ｐ側電極が電気的に接続されて形成され、
前記ｎ側電極及びｐ側電極は、それぞれ、複数の前記第１の窒化物半導体層及び複数の前記第２の窒化物半導体層の上方に形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記発光層の上側で且つ前記複数の第２の窒化物半導体層のうちの１つの上方の領域に形成された導波路をさらに備え、
スーパールミネッセントダイオード動作を行うことを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
基板の主面の上に、複数の成長阻害領域を互いに間隔をおいて形成する工程と、
前記基板の主面における前記成長阻害領域からそれぞれ露出する複数の領域の上に第１の窒化物半導体層を成長する工程と、
前記各第１の窒化物半導体層の側面上から第２の窒化物半導体層をそれぞれ成長する工程と、
前記複数の第１の窒化物半導体層及び前記複数の第２の窒化物半導体層を覆うように第３の窒化物半導体層を成長する工程とを備え、
前記第２の窒化物半導体層を成長する工程において、前記複数の第２の窒化物半導体層は、前記成長阻害領域の上において互いに隣り合う半導体層同士が接合せず、
前記第３の窒化物半導体層を成長する工程において、前記第３の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層同士が互いに隣り合う領域において互いに接合す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１３】
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、
窒素源として、ジメチルヒドラジンを用いることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図４】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図４】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７４２７８（Ｐ２０１３−７４２７８Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４７２１（Ｐ２０１１−２１４７２１）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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