JP3525773B2 - 窒化物半導体基板およびそれを用いた窒化物半導体素子 - Google Patents
窒化物半導体基板およびそれを用いた窒化物半導体素子Info
- Publication number
- JP3525773B2 JP3525773B2 JP34346498A JP34346498A JP3525773B2 JP 3525773 B2 JP3525773 B2 JP 3525773B2 JP 34346498 A JP34346498 A JP 34346498A JP 34346498 A JP34346498 A JP 34346498A JP 3525773 B2 JP3525773 B2 JP 3525773B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitride semiconductor
- substrate
- protective film
- layer
- stripe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 149
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims description 148
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 103
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 40
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 4
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 24
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＬＥＤ（発光ダイオー
ド）、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）、
ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子、太陽電池、光
センサー等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワー
デバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導体
（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦
１）素子に関する。
ド）、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）、
ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子、太陽電池、光
センサー等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワー
デバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導体
（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦
１）素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号機等で最近実用化されたばかりである。こ
れらの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ型窒化物
半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸
構造（ＳＱＷ：Single-Quantum-Well）あるいは多重量
子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantum-Well）のＩｎＧａ
Ｎよりなる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有して
いる。青色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組
成比を増減することで決定されている。また、本出願人
は、この材料を用いてパルス電流下、室温での４１０ｎ
ｍのレーザ発振を世界で初めて発表した（例えば、Jpn.
J.Appl.Phys.35(1996)L74、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L
217等）。このレーザ素子は、ＩｎＧａＮを用いた多重
量子井戸構造の活性層を有するダブルへテロ構造を有
し、パルス幅２μｓ、パルス周期２ｍｓの条件で、閾値
電流６１０ｍＡ、閾値電流密度８．７ｋＡ／ｃｍ2、４
１０ｎｍの発振を示す。また、本出願人は室温での連続
発振にも初めて成功し、発表した（例えば、日経エレク
トロニクス 1996年12月2日号 技術速報、Appl.Phys.Let
t.69(1996)3034-、Appl.Phys.Lett.69(1996)4056-
等）。このレーザ素子は２０℃において、閾値電流密度
３．６ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧５．５Ｖ、１．５ｍＷ出
力において、２７時間の連続発振を示す。
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号機等で最近実用化されたばかりである。こ
れらの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ型窒化物
半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸
構造（ＳＱＷ：Single-Quantum-Well）あるいは多重量
子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantum-Well）のＩｎＧａ
Ｎよりなる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有して
いる。青色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組
成比を増減することで決定されている。また、本出願人
は、この材料を用いてパルス電流下、室温での４１０ｎ
ｍのレーザ発振を世界で初めて発表した（例えば、Jpn.
J.Appl.Phys.35(1996)L74、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L
217等）。このレーザ素子は、ＩｎＧａＮを用いた多重
量子井戸構造の活性層を有するダブルへテロ構造を有
し、パルス幅２μｓ、パルス周期２ｍｓの条件で、閾値
電流６１０ｍＡ、閾値電流密度８．７ｋＡ／ｃｍ2、４
１０ｎｍの発振を示す。また、本出願人は室温での連続
発振にも初めて成功し、発表した（例えば、日経エレク
トロニクス 1996年12月2日号 技術速報、Appl.Phys.Let
t.69(1996)3034-、Appl.Phys.Lett.69(1996)4056-
等）。このレーザ素子は２０℃において、閾値電流密度
３．６ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧５．５Ｖ、１．５ｍＷ出
力において、２７時間の連続発振を示す。
【０００３】上記ＬＥＤ素子、レーザ素子共に、窒化物
半導体の成長基板にはサファイアが用いられている。周
知のようにサファイアは窒化物半導体との格子不整が１
３％以上もあるため、この上に成長された窒化物半導体
の結晶は結晶欠陥が非常に多い。また、サファイアの他
に、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の基板を用いた素子も報
告されているが、これらの基板も窒化物半導体に格子整
合せず、サファイアに比べて結晶性の良い窒化物半導体
が成長しにくいため、ＬＥＤでさえ実現されていない。
半導体の成長基板にはサファイアが用いられている。周
知のようにサファイアは窒化物半導体との格子不整が１
３％以上もあるため、この上に成長された窒化物半導体
の結晶は結晶欠陥が非常に多い。また、サファイアの他
に、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の基板を用いた素子も報
告されているが、これらの基板も窒化物半導体に格子整
合せず、サファイアに比べて結晶性の良い窒化物半導体
が成長しにくいため、ＬＥＤでさえ実現されていない。
【０００４】結晶性の良い窒化物半導体を成長させる技
術として、例えばオフアングルしたサファイア基板上に
窒化物半導体を成長させる技術が示されている（例え
ば、特開平４−２９９８７６、特開平４−３２３８８
０、特開平５−５５６３１、特開平５−１９０９０３
等）。これらの技術は、連続的にオフアングルさせた基
板を成長面とすることにより、ＧａＮとサファイアとの
原子間距離を接近させた状態として、結晶性の良い窒化
物半導体を得ようとするものであるが、未だ実用化には
至っていない。
術として、例えばオフアングルしたサファイア基板上に
窒化物半導体を成長させる技術が示されている（例え
ば、特開平４−２９９８７６、特開平４−３２３８８
０、特開平５−５５６３１、特開平５−１９０９０３
等）。これらの技術は、連続的にオフアングルさせた基
板を成長面とすることにより、ＧａＮとサファイアとの
原子間距離を接近させた状態として、結晶性の良い窒化
物半導体を得ようとするものであるが、未だ実用化には
至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体素子の出
力、寿命等、数々の特性を向上させるためには、窒化物
半導体と格子整合するＧａＮ基板を用いると、結晶欠陥
が少なく、結晶性の良い窒化物半導体が成長できること
は予測されているが、ＧａＮ基板が工業的に存在しない
ため、サファイア、ＺｎＯ、スピネル等の窒化物半導体
と異なる材料よりなる基板を用いて、出力、寿命等の向
上が図られている。その中でサファイアが最も結晶性の
良い窒化物半導体を成長できるため、実用化に至ってい
るが、未だ満足できるものではなかった。また、基板上
に窒化物半導体を成長させるにあたり、ステップ上にオ
フアングルした異種基板を用いることにより、得られる
窒化物半導体基板の表面が平滑となっていたが、窒化物
半導体を成長させる基板としてはこれも満足のできるも
のではなかった。本発明はこのような事情に鑑み成され
たものであって、その目的とするところは、窒化物半導
体を成長させる基板を改良することによって窒化物半導
体素子を長寿命、高効率、高出力、歩留まりの向上とす
ることにある。
力、寿命等、数々の特性を向上させるためには、窒化物
半導体と格子整合するＧａＮ基板を用いると、結晶欠陥
が少なく、結晶性の良い窒化物半導体が成長できること
は予測されているが、ＧａＮ基板が工業的に存在しない
ため、サファイア、ＺｎＯ、スピネル等の窒化物半導体
と異なる材料よりなる基板を用いて、出力、寿命等の向
上が図られている。その中でサファイアが最も結晶性の
良い窒化物半導体を成長できるため、実用化に至ってい
るが、未だ満足できるものではなかった。また、基板上
に窒化物半導体を成長させるにあたり、ステップ上にオ
フアングルした異種基板を用いることにより、得られる
窒化物半導体基板の表面が平滑となっていたが、窒化物
半導体を成長させる基板としてはこれも満足のできるも
のではなかった。本発明はこのような事情に鑑み成され
たものであって、その目的とするところは、窒化物半導
体を成長させる基板を改良することによって窒化物半導
体素子を長寿命、高効率、高出力、歩留まりの向上とす
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】我々は基板上に窒化物半
導体を成長させるにあたり、ステップ状にオフアングル
されており、該オフアングルのオフ角が０．１０°以
上、０．２０°以下である窒化物半導体と異なる材料よ
りなる基板を用いて、該基板上に、ストライプ状に形成
した保護膜、さらにその上に選択成長によりエピタキシ
ャル成長した窒化物半導体を成長させることで、窒化物
半導体の表面を平滑にし、窒化物半導体素子を長寿命、
高出力とすることができた。すなわち、本発明の窒化物
半導体基板は、オフ角が０．１０°以上、０．２０°以
下であるＣ面を主面とする前記基板上に、第１の窒化物
半導体を有し、該第１の窒化物半導体の上にストライプ
状であって、窒化物半導体と異なる保護膜を有し、該第
１の窒化物半導体及び保護膜の上に選択成長した第２の
窒化物半導体を有し、前記オフアングルされた基板のス
テップに沿う方向（段差方向）は、前記基板のＡ面に対
して垂直であり、さらに前記ストライプ状の保護膜は、
前記オフアングルされた基板のステップに沿う方向（段
差方向）に対して平行であることを特徴とする。さらに
前記第１の窒化物半導体の膜厚は１．５μｍ以上、６μ
ｍ以下とし、第２の窒化物半導体の膜厚は５μｍ以上、
２０μｍ以下とすることを特徴とする。その他には、本
発明の窒化物半導体基板は、ステップ状にオフアングル
されており、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板上
に、膜厚が１．５μｍ以上、６μｍ以下である第１の窒
化物半導体を有し、該第１の窒化物半導体の上にストラ
イプ状であって、窒化物半導体と異なる保護膜を有し、
該第１の窒化物半導体及び保護膜の上に膜厚が５μｍ以
上、２０μｍ以下である第２の窒化物半導体を有し、前
記オフアングルされた基板のステップに沿う方向（段差
方向）は、該基板のＡ面に対して垂直であり、前記スト
ライプ状の保護膜は、前記オフアングルされた基板のス
テップに沿う方向（段差方向）に対して平行であること
を特徴とする。また前記保護膜のストライプは、保護膜
の露出部分の幅を１０μｍ以下とすることを特徴とす
る。 また前記保護膜の露出部分の幅（ＷＷ）と保護膜
の幅（ＷＳ）の比であるＷＳ／ＷＷは、１より大きく２
０以下とすることを特徴とする。前記窒化物半導体と異
なる材料よりなる基板は、サファイア、スピネル、Ｓｉ
Ｃ（６Ｈ、４Ｈを含む。）、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＺｎＯか
らなる群より選ばれた材料からなる基板である。また本
発明の窒化物半導体素子は、前記窒化物半導体基板の面
上に、素子構造が積層されてなることを特徴とする。
導体を成長させるにあたり、ステップ状にオフアングル
されており、該オフアングルのオフ角が０．１０°以
上、０．２０°以下である窒化物半導体と異なる材料よ
りなる基板を用いて、該基板上に、ストライプ状に形成
した保護膜、さらにその上に選択成長によりエピタキシ
ャル成長した窒化物半導体を成長させることで、窒化物
半導体の表面を平滑にし、窒化物半導体素子を長寿命、
高出力とすることができた。すなわち、本発明の窒化物
半導体基板は、オフ角が０．１０°以上、０．２０°以
下であるＣ面を主面とする前記基板上に、第１の窒化物
半導体を有し、該第１の窒化物半導体の上にストライプ
状であって、窒化物半導体と異なる保護膜を有し、該第
１の窒化物半導体及び保護膜の上に選択成長した第２の
窒化物半導体を有し、前記オフアングルされた基板のス
テップに沿う方向（段差方向）は、前記基板のＡ面に対
して垂直であり、さらに前記ストライプ状の保護膜は、
前記オフアングルされた基板のステップに沿う方向（段
差方向）に対して平行であることを特徴とする。さらに
前記第１の窒化物半導体の膜厚は１．５μｍ以上、６μ
ｍ以下とし、第２の窒化物半導体の膜厚は５μｍ以上、
２０μｍ以下とすることを特徴とする。その他には、本
発明の窒化物半導体基板は、ステップ状にオフアングル
されており、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板上
に、膜厚が１．５μｍ以上、６μｍ以下である第１の窒
化物半導体を有し、該第１の窒化物半導体の上にストラ
イプ状であって、窒化物半導体と異なる保護膜を有し、
該第１の窒化物半導体及び保護膜の上に膜厚が５μｍ以
上、２０μｍ以下である第２の窒化物半導体を有し、前
記オフアングルされた基板のステップに沿う方向（段差
方向）は、該基板のＡ面に対して垂直であり、前記スト
ライプ状の保護膜は、前記オフアングルされた基板のス
テップに沿う方向（段差方向）に対して平行であること
を特徴とする。また前記保護膜のストライプは、保護膜
の露出部分の幅を１０μｍ以下とすることを特徴とす
る。 また前記保護膜の露出部分の幅（ＷＷ）と保護膜
の幅（ＷＳ）の比であるＷＳ／ＷＷは、１より大きく２
０以下とすることを特徴とする。前記窒化物半導体と異
なる材料よりなる基板は、サファイア、スピネル、Ｓｉ
Ｃ（６Ｈ、４Ｈを含む。）、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＺｎＯか
らなる群より選ばれた材料からなる基板である。また本
発明の窒化物半導体素子は、前記窒化物半導体基板の面
上に、素子構造が積層されてなることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。図１は本発明の窒化物半導体素子に用いられる基
板の断面を拡大して示した模式図である。本発明の窒化
物半導体素子はこのようにステップ状にオフアングル
（傾斜）した異種基板上に成長される。異種基板として
用いているＣ面を主面とする（すなわちオリフラ面がＡ
面である）サファイア基板は、窒化物半導体以外の材料
であれば特に限定されるものではなく、その他従来知ら
れている例えばサファイア（Ａ面、Ｒ面を含む。）、ス
ピネル、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む。）、ＧａＡｓ、Ｓ
ｉ、ＺｎＯ等を用いてもよい。
する。図１は本発明の窒化物半導体素子に用いられる基
板の断面を拡大して示した模式図である。本発明の窒化
物半導体素子はこのようにステップ状にオフアングル
（傾斜）した異種基板上に成長される。異種基板として
用いているＣ面を主面とする（すなわちオリフラ面がＡ
面である）サファイア基板は、窒化物半導体以外の材料
であれば特に限定されるものではなく、その他従来知ら
れている例えばサファイア（Ａ面、Ｒ面を含む。）、ス
ピネル、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む。）、ＧａＡｓ、Ｓ
ｉ、ＺｎＯ等を用いてもよい。
【０００８】従来、オフアングルした異種基板の表面の
凹凸は、層を堆積するごとに引き継がれ、更には増大も
しくは悪化する傾向にあった。このように従来のオフア
ングルした異種基板もしくはその上にバッファ層を設け
るだけでは、閾値電流、素子の寿命などで、特性の良い
ものは得られなかった。
凹凸は、層を堆積するごとに引き継がれ、更には増大も
しくは悪化する傾向にあった。このように従来のオフア
ングルした異種基板もしくはその上にバッファ層を設け
るだけでは、閾値電流、素子の寿命などで、特性の良い
ものは得られなかった。
【０００９】しかし本発明により形成される窒化物半導
体基板は、オフアングルした異種基板上にまず第１の窒
化物半導体、その上にサファイア基板のＡ面と垂直にス
トライプ状に形成された窒化物半導体と異なる保護膜、
さらにその上に選択成長した第２の窒化物半導体が形成
され、さらに前記オフアングルされたサファイア基板の
ステップに沿う方向（段差方向）は、サファイア基板の
Ａ面に対して垂直に形成され、さらに前記ストライプ状
に形成される保護膜は、前記オフアングルされたサファ
イア基板のステップに沿う方向（段差方向）に対して平
行に形成することで、エピタキシャル成長表面（第２の
窒化物半導体表面）は図３の模式図に示すような波状の
モフォロジーとなり、凹凸はほとんどなく、得られる素
子も平滑となり、閾値電流も低く、寿命特性も良くなっ
た。また、このとき下地となる第１の窒化物半導体表面
は図２の模式図に示すような筋状のモフォロジーであっ
た。
体基板は、オフアングルした異種基板上にまず第１の窒
化物半導体、その上にサファイア基板のＡ面と垂直にス
トライプ状に形成された窒化物半導体と異なる保護膜、
さらにその上に選択成長した第２の窒化物半導体が形成
され、さらに前記オフアングルされたサファイア基板の
ステップに沿う方向（段差方向）は、サファイア基板の
Ａ面に対して垂直に形成され、さらに前記ストライプ状
に形成される保護膜は、前記オフアングルされたサファ
イア基板のステップに沿う方向（段差方向）に対して平
行に形成することで、エピタキシャル成長表面（第２の
窒化物半導体表面）は図３の模式図に示すような波状の
モフォロジーとなり、凹凸はほとんどなく、得られる素
子も平滑となり、閾値電流も低く、寿命特性も良くなっ
た。また、このとき下地となる第１の窒化物半導体表面
は図２の模式図に示すような筋状のモフォロジーであっ
た。
【００１０】本発明において、選択成長とは異種基板、
バッファ層、もしくは窒化物半導体層の上に、保護膜を
部分的に形成した後、窒化物半導体を成長させると、あ
る程度厚さ方向に成長した後、横方向に成長が起こり、
成膜されることである。ここで、保護膜として、具体的
には酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（Ｓｉ
XＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム
（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜
の他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用いるこ
とができる。保護膜の形成には、例えば蒸着、スパッ
タ、ＣＶＤ等の気相成膜技術が用いられ、部分的（選択
的）な形成には、フォトリソグラフィー技術を用いるこ
とができる。保護膜の形状としては、例えばドット、ス
トライプ、碁盤面状の形状で形成できるが、好ましい形
態としてはストライプで形成する。また保護膜のストラ
イプは、保護膜の露出部分（窓部）の幅は１０μｍ以
下、更に好ましくは５μｍ以下、最も好ましくは３μｍ
以下に調整する。更に結晶欠陥の少ない窒化物半導体基
板を得るためには、窓部の幅（ＷW）と保護膜の幅
（ＷS）の比ＷS／ＷWは、１より大きく２０以下とする
ことが望ましく、好ましくは１０以下とする。
バッファ層、もしくは窒化物半導体層の上に、保護膜を
部分的に形成した後、窒化物半導体を成長させると、あ
る程度厚さ方向に成長した後、横方向に成長が起こり、
成膜されることである。ここで、保護膜として、具体的
には酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（Ｓｉ
XＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム
（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜
の他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用いるこ
とができる。保護膜の形成には、例えば蒸着、スパッ
タ、ＣＶＤ等の気相成膜技術が用いられ、部分的（選択
的）な形成には、フォトリソグラフィー技術を用いるこ
とができる。保護膜の形状としては、例えばドット、ス
トライプ、碁盤面状の形状で形成できるが、好ましい形
態としてはストライプで形成する。また保護膜のストラ
イプは、保護膜の露出部分（窓部）の幅は１０μｍ以
下、更に好ましくは５μｍ以下、最も好ましくは３μｍ
以下に調整する。更に結晶欠陥の少ない窒化物半導体基
板を得るためには、窓部の幅（ＷW）と保護膜の幅
（ＷS）の比ＷS／ＷWは、１より大きく２０以下とする
ことが望ましく、好ましくは１０以下とする。
【００１１】本発明において、ステップ状にオフアング
ルした異種基板は、図１に示すようにほぼ水平なテラス
部分Ａと、段差部分Ｂとを有している。テラス部分Ａの
表面凹凸は少なく、ほぼ規則正しく形成されている。こ
のようなオフ角θを有するステップ状部分は、基板全体
にわたって連続して形成されていることが望ましいが、
特に部分的に形成されていてもよい。なおオフ角θと
は、図１に示すように、複数の段差の底部を結んだ直線
と、最上層のステップの水平面との角度を示すものとす
る。
ルした異種基板は、図１に示すようにほぼ水平なテラス
部分Ａと、段差部分Ｂとを有している。テラス部分Ａの
表面凹凸は少なく、ほぼ規則正しく形成されている。こ
のようなオフ角θを有するステップ状部分は、基板全体
にわたって連続して形成されていることが望ましいが、
特に部分的に形成されていてもよい。なおオフ角θと
は、図１に示すように、複数の段差の底部を結んだ直線
と、最上層のステップの水平面との角度を示すものとす
る。
【００１２】また本発明の窒化物半導体基板は、オフ角
が０．１０°以上、０．２０°以下とする。オフ角を
０．１０°以上、０．２０°以下とすることによって、
第１の窒化物半導体表面は筋状（図２の模式図参照）の
モフォロジーとなり、エピタキシャル成長表面（第２の
窒化物半導体表面）は波状（図３の模式図参照）のモフ
ォロジーとなり、この基板を用いて得られる窒化物半導
体素子は平滑で、特性も長寿命、高効率、高出力、歩留
まりの向上したものが得られる。
が０．１０°以上、０．２０°以下とする。オフ角を
０．１０°以上、０．２０°以下とすることによって、
第１の窒化物半導体表面は筋状（図２の模式図参照）の
モフォロジーとなり、エピタキシャル成長表面（第２の
窒化物半導体表面）は波状（図３の模式図参照）のモフ
ォロジーとなり、この基板を用いて得られる窒化物半導
体素子は平滑で、特性も長寿命、高効率、高出力、歩留
まりの向上したものが得られる。
【００１３】ここで、オフ角が０．１０°より小さい場
合、オフ角が０．０７°から０．１０°の間では、第１
の窒化物半導体の表面は鱗状（図６の模式図参照）、エ
ピタキシャル成長表面は多角形状（図５の模式図参照）
のモフォロジーとなり、また０．０７°より小さい場
合、第１の窒化物半導体表面はセル状（図４の模式図参
照）、エピタキシャル成長表面は多角形状（図５の模式
図参照）のモフォロジーとなってしまい、本発明によっ
て得られる素子より、特に寿命等の特性が悪くなってし
まう。
合、オフ角が０．０７°から０．１０°の間では、第１
の窒化物半導体の表面は鱗状（図６の模式図参照）、エ
ピタキシャル成長表面は多角形状（図５の模式図参照）
のモフォロジーとなり、また０．０７°より小さい場
合、第１の窒化物半導体表面はセル状（図４の模式図参
照）、エピタキシャル成長表面は多角形状（図５の模式
図参照）のモフォロジーとなってしまい、本発明によっ
て得られる素子より、特に寿命等の特性が悪くなってし
まう。
【００１４】また、オフ角が０．２０°より大きい場
合、第１の窒化物半導体表面は前記筋状から垂直にひび
の入った網状になり、エピタキシャル成長表面は波状
（図３の模式図参照）でその波の高低差が更に大きくな
ったモフォロジーとなり、更にうねりも見られ、素子特
性は悪くなってしまう。図７はその網状のモフォロジー
を模式的に示したものであり、このような網状が、全体
にわたって見られる。
合、第１の窒化物半導体表面は前記筋状から垂直にひび
の入った網状になり、エピタキシャル成長表面は波状
（図３の模式図参照）でその波の高低差が更に大きくな
ったモフォロジーとなり、更にうねりも見られ、素子特
性は悪くなってしまう。図７はその網状のモフォロジー
を模式的に示したものであり、このような網状が、全体
にわたって見られる。
【００１５】
【実施例】［実施例１］以下、実施例１について説明す
る。図８は本発明の成長方法により得られた窒化物半導
体層を基板とするレーザ素子の構造を示す模式断面図で
ある。２インチφ、オフアングル角θ＝０．１５°、ス
テップ段差（高さ）約１原子層、テラス幅Ｗが約４０オ
ングストロームのステップを有し、Ｃ面を主面とし、オ
リフラ面をＡ面として、ステップに沿う方向、すなわち
段差の方向がこのＡ面に対して垂直な方向に設けてある
サファイア基板を用意し、ＭＯＶＰＥ法により窒化物半
導体層を成長させる。まず、サファイア基板を反応容器
内にセットし、下地層として５００℃にてアンドープの
ＧａＮよりなる層を２００オングストロームと、続けて
ＭＯＶＰＥ装置にセットして１０５０℃にてアンドープ
のＧａＮよりなる層を２．５μｍの、総膜厚が約２．５
μｍとなる第１の窒化物半導体層を形成する。
る。図８は本発明の成長方法により得られた窒化物半導
体層を基板とするレーザ素子の構造を示す模式断面図で
ある。２インチφ、オフアングル角θ＝０．１５°、ス
テップ段差（高さ）約１原子層、テラス幅Ｗが約４０オ
ングストロームのステップを有し、Ｃ面を主面とし、オ
リフラ面をＡ面として、ステップに沿う方向、すなわち
段差の方向がこのＡ面に対して垂直な方向に設けてある
サファイア基板を用意し、ＭＯＶＰＥ法により窒化物半
導体層を成長させる。まず、サファイア基板を反応容器
内にセットし、下地層として５００℃にてアンドープの
ＧａＮよりなる層を２００オングストロームと、続けて
ＭＯＶＰＥ装置にセットして１０５０℃にてアンドープ
のＧａＮよりなる層を２．５μｍの、総膜厚が約２．５
μｍとなる第１の窒化物半導体層を形成する。
【００１６】次に第１の窒化物半導体層を成長させた
後、第１の窒化物半導体層表面にストライプ状のフォト
マスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μ
ｍ、窓部２μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を０．５μｍ
の膜厚で形成する。このとき、ストライプ方向はサファ
イアＡ面に対して垂直な方向、すなわち段差の方向に対
して平行な方向とした。保護膜形成後、ウエハーを反応
容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アン
モニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化
物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させる。以上のよう
にして窒化物半導体基板を得る。得られた窒化物半導体
基板の表面はいくらかのうねりは見られるが平滑であ
り、表面モフォロジーは第１の窒化物半導体上で筋状
（図２の模式図参照）、第２の窒化物半導体上で波状
（図３の模式図参照）であった。
後、第１の窒化物半導体層表面にストライプ状のフォト
マスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μ
ｍ、窓部２μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を０．５μｍ
の膜厚で形成する。このとき、ストライプ方向はサファ
イアＡ面に対して垂直な方向、すなわち段差の方向に対
して平行な方向とした。保護膜形成後、ウエハーを反応
容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アン
モニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化
物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させる。以上のよう
にして窒化物半導体基板を得る。得られた窒化物半導体
基板の表面はいくらかのうねりは見られるが平滑であ
り、表面モフォロジーは第１の窒化物半導体上で筋状
（図２の模式図参照）、第２の窒化物半導体上で波状
（図３の模式図参照）であった。
【００１７】次に得られた窒化物半導体基板の上に素子
となる構造を形成していく。まずＧａＮまたはＡｌＧａ
Ｎよりなるｎ側コンタクト層４、ＩｎＧａＮよりなるク
ラック防止層５（これは省略が可能である。）、ＡｌＧ
ａＮとＳｉドープのＧａＮとの超格子からなるｎ側クラ
ッド層６、ＧａＮよりなるｎ側光ガイド層７、ＩｎＧａ
Ｎよりなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層８、Ｍ
ｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ側キャップ層９、Ｍｇ
ドープのＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１０、ＡｌＧａ
ＮとＭｇドープのＧａＮとの超格子からなるｐ側クラッ
ド層１１、ＭｇドープのＧａＮよりなるｐ側コンタクト
層１２を順に積層する。
となる構造を形成していく。まずＧａＮまたはＡｌＧａ
Ｎよりなるｎ側コンタクト層４、ＩｎＧａＮよりなるク
ラック防止層５（これは省略が可能である。）、ＡｌＧ
ａＮとＳｉドープのＧａＮとの超格子からなるｎ側クラ
ッド層６、ＧａＮよりなるｎ側光ガイド層７、ＩｎＧａ
Ｎよりなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層８、Ｍ
ｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ側キャップ層９、Ｍｇ
ドープのＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１０、ＡｌＧａ
ＮとＭｇドープのＧａＮとの超格子からなるｐ側クラッ
ド層１１、ＭｇドープのＧａＮよりなるｐ側コンタクト
層１２を順に積層する。
【００１８】次にｐ側コンタクト層の一部をエッチング
してｎ側コンタクト層を露出させる。更にｐ側層をｐ側
クラッド層までＲＩＥによりエッチングしてリッジを形
成し、リッジ上に保護膜としてＴｉＯ2などの絶縁膜３
１とそれぞれのコンタクト層上にｐ電極２０とｐパッド
電極２１、ｎ電極２２とｎパッド電極２３を形成する。
してｎ側コンタクト層を露出させる。更にｐ側層をｐ側
クラッド層までＲＩＥによりエッチングしてリッジを形
成し、リッジ上に保護膜としてＴｉＯ2などの絶縁膜３
１とそれぞれのコンタクト層上にｐ電極２０とｐパッド
電極２１、ｎ電極２２とｎパッド電極２３を形成する。
【００１９】以上のようにして得られたレーザチップを
フェースアップ（基板とヒートシンクとが対抗した状
態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、室温で連続発振を試みたところ、
閾値電流密度２ｋＡ／ｃｍ2、２０ｍＷの出力におい
て、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１００
０時間以上の寿命を示した。
フェースアップ（基板とヒートシンクとが対抗した状
態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、室温で連続発振を試みたところ、
閾値電流密度２ｋＡ／ｃｍ2、２０ｍＷの出力におい
て、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１００
０時間以上の寿命を示した。
【００２０】［比較例１］比較のため、Ｃ面を主面と
し、オリフラ面をＡ面とする、段差の方向がこのＡ面に
対して平行な方向に設けてあるサファイア基板を用い、
窒化物半導体を成長させていき、さらに形成する保護膜
のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直、すな
わち段差方向に対しても垂直となるようにする。その他
は実施例１と同様に積層してレーザ素子を作製した。得
られたレーザ素子は実施例１の素子に比べ、閾値電流は
高く、寿命特性も悪かった。
し、オリフラ面をＡ面とする、段差の方向がこのＡ面に
対して平行な方向に設けてあるサファイア基板を用い、
窒化物半導体を成長させていき、さらに形成する保護膜
のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直、すな
わち段差方向に対しても垂直となるようにする。その他
は実施例１と同様に積層してレーザ素子を作製した。得
られたレーザ素子は実施例１の素子に比べ、閾値電流は
高く、寿命特性も悪かった。
【００２１】［比較例２］比較のため、異種基板として
オフアングルのされていないサファイア基板を用いて、
他は実施例１と同様に積層してレーザ素子を作製した。
得られたレーザ素子は実施例１の素子に比べ、レーザの
発振が不安定となり、閾値電流が高いもの、寿命特性が
低下したものがあり、素子特性にばらつきがあった。ま
た、第１の窒化物半導体表面のモフォロジーはセル状
（図４の模式図参照）、第２の窒化物半導体表面のモフ
ォロジーは多角形状（図５の模式図参照）であった。
オフアングルのされていないサファイア基板を用いて、
他は実施例１と同様に積層してレーザ素子を作製した。
得られたレーザ素子は実施例１の素子に比べ、レーザの
発振が不安定となり、閾値電流が高いもの、寿命特性が
低下したものがあり、素子特性にばらつきがあった。ま
た、第１の窒化物半導体表面のモフォロジーはセル状
（図４の模式図参照）、第２の窒化物半導体表面のモフ
ォロジーは多角形状（図５の模式図参照）であった。
【００２２】［比較例３］比較のため、異種基板として
オフアングルのオフ角を０．３°のサファイア基板を用
いて、他は実施例１と同様に積層してレーザ素子を作製
した。オフ角が０．３°のサファイア基板を用いたとき
は、第１の窒化物半導体表面は前記筋状から垂直にひび
の入った網状（図７の模式図参照）になり、エピタキシ
ャル成長表面は波状（図３の模式図参照）でその波の高
低差が更に大きくなったモフォロジーとなり、更にうね
りも見られ、実施例１の素子に比べ閾値電流が高くなっ
てしまった。
オフアングルのオフ角を０．３°のサファイア基板を用
いて、他は実施例１と同様に積層してレーザ素子を作製
した。オフ角が０．３°のサファイア基板を用いたとき
は、第１の窒化物半導体表面は前記筋状から垂直にひび
の入った網状（図７の模式図参照）になり、エピタキシ
ャル成長表面は波状（図３の模式図参照）でその波の高
低差が更に大きくなったモフォロジーとなり、更にうね
りも見られ、実施例１の素子に比べ閾値電流が高くなっ
てしまった。
【００２３】［実施例２］実施例１において、異種基板
としてオフアングル角がθ＝０．２０°であるサファイ
ア基板を用いた他は同様にして窒化物半導体基板を得
た。得られた窒化物半導体基板の表面はいくらかのうね
りは見られるが平滑であり、表面モフォロジーは実施例
１と同様に第１の窒化物半導体上で筋状（図２の模式図
参照）、第２の窒化物半導体上で波状（図３の模式図参
照）であった。続いて、実施例１と同様にして、窒化物
半導体基板の上に素子となる構造を形成していきレーザ
素子を作製したところ、実施例１とほぼ同様の特性が得
られた。
としてオフアングル角がθ＝０．２０°であるサファイ
ア基板を用いた他は同様にして窒化物半導体基板を得
た。得られた窒化物半導体基板の表面はいくらかのうね
りは見られるが平滑であり、表面モフォロジーは実施例
１と同様に第１の窒化物半導体上で筋状（図２の模式図
参照）、第２の窒化物半導体上で波状（図３の模式図参
照）であった。続いて、実施例１と同様にして、窒化物
半導体基板の上に素子となる構造を形成していきレーザ
素子を作製したところ、実施例１とほぼ同様の特性が得
られた。
【００２４】［実施例３］実施例１において、アンドー
プのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層の膜厚を２０
μｍの膜厚で成長させる他は同様にして窒化物半導体基
板を得た。得られた窒化物半導体基板の表面は実施例１
と同じく平滑であり、実施例１と比べると反りが目立っ
た。しかし、第２の窒化物半導体上での表面モフォロジ
ーは波状（図３の模式図参照）であり、特性は僅かに劣
る位であったが、歩留が悪くなった。
プのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層の膜厚を２０
μｍの膜厚で成長させる他は同様にして窒化物半導体基
板を得た。得られた窒化物半導体基板の表面は実施例１
と同じく平滑であり、実施例１と比べると反りが目立っ
た。しかし、第２の窒化物半導体上での表面モフォロジ
ーは波状（図３の模式図参照）であり、特性は僅かに劣
る位であったが、歩留が悪くなった。
【００２５】［実施例４］実施例１において、サファイ
ア基板上に第１の窒化物半導体と保護膜を形成するまで
は同様に成膜する。続いて第２の窒化物半導体として、
アンドープのＧａＮをＭＯＶＰＥで１５μｍ、続けてＨ
ＶＰＥで１００μｍの膜厚で作製する。得られたウエハ
ーの表面は実施例１と同様にいくらかのうねりは見られ
るが平滑であり、表面モフォロジーは第１の窒化物半導
体上で筋状（図２の模式図参照）、第２の窒化物半導体
上で波状（図３の模式図参照）であった。次に得られた
ウエハーのサファイア基板、第１の窒化物半導体層を研
磨、除去し、第２の窒化物半導体層を露出させ、厚さが
約８０μｍの窒化物半導体層のみの窒化物半導体基板を
得た。
ア基板上に第１の窒化物半導体と保護膜を形成するまで
は同様に成膜する。続いて第２の窒化物半導体として、
アンドープのＧａＮをＭＯＶＰＥで１５μｍ、続けてＨ
ＶＰＥで１００μｍの膜厚で作製する。得られたウエハ
ーの表面は実施例１と同様にいくらかのうねりは見られ
るが平滑であり、表面モフォロジーは第１の窒化物半導
体上で筋状（図２の模式図参照）、第２の窒化物半導体
上で波状（図３の模式図参照）であった。次に得られた
ウエハーのサファイア基板、第１の窒化物半導体層を研
磨、除去し、第２の窒化物半導体層を露出させ、厚さが
約８０μｍの窒化物半導体層のみの窒化物半導体基板を
得た。
【００２６】次に窒化物半導体基板を反応容器内にセッ
トし、異種基板等を除去して露出された面とは反対の面
に下記各層を形成する。まずＧａＮまたはＡｌＧａＮよ
りなるｎ側コンタクト層４、ＩｎＧａＮよりなるクラッ
ク防止層５（これは省略が可能である。）、ＡｌＧａＮ
とＳｉドープのＧａＮとの超格子からなるｎ側クラッド
層６、ＧａＮよりなるｎ側光ガイド層７、ＩｎＧａＮよ
りなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層８、Ｍｇド
ープのＡｌＧａＮよりなるｐ側キャップ層９、Ｍｇドー
プのＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１０、ＡｌＧａＮと
ＭｇドープのＧａＮとの超格子からなるｐ側クラッド層
１１、ＭｇドープのＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１
２を順に積層する。
トし、異種基板等を除去して露出された面とは反対の面
に下記各層を形成する。まずＧａＮまたはＡｌＧａＮよ
りなるｎ側コンタクト層４、ＩｎＧａＮよりなるクラッ
ク防止層５（これは省略が可能である。）、ＡｌＧａＮ
とＳｉドープのＧａＮとの超格子からなるｎ側クラッド
層６、ＧａＮよりなるｎ側光ガイド層７、ＩｎＧａＮよ
りなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層８、Ｍｇド
ープのＡｌＧａＮよりなるｐ側キャップ層９、Ｍｇドー
プのＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１０、ＡｌＧａＮと
ＭｇドープのＧａＮとの超格子からなるｐ側クラッド層
１１、ＭｇドープのＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１
２を順に積層する。
【００２７】反応終了後、ＲＩＥ装置により最上層のｐ
型コンタクト層と、ｐ型クラッド層とをエッチングし
て、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とした。
この時、リッジは、得られる素子の共振器方向が、窒化
物半導体基板の段差方向とほぼ平行となるようにする。
このリッジ表面の全面にｐ電極２０、ｐパッド電極２１
を形成する。またｐ電極形成後、窒化物半導体層の素子
構造が形成されていない表面全面に、ｎ電極２２、ｎパ
ッド電極２３を形成する。
型コンタクト層と、ｐ型クラッド層とをエッチングし
て、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とした。
この時、リッジは、得られる素子の共振器方向が、窒化
物半導体基板の段差方向とほぼ平行となるようにする。
このリッジ表面の全面にｐ電極２０、ｐパッド電極２１
を形成する。またｐ電極形成後、窒化物半導体層の素子
構造が形成されていない表面全面に、ｎ電極２２、ｎパ
ッド電極２３を形成する。
【００２８】以上のようにして得られた図９に示すレー
ザチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対
抗した状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極
をワイヤーボンディングして、室温で連続発振を試みた
ところ、実施例１と同様に、閾値電流密度２ｋＡ／ｃｍ
2、２０ｍＷの出力において、発振波長４０５ｎｍの連
続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。
ザチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対
抗した状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極
をワイヤーボンディングして、室温で連続発振を試みた
ところ、実施例１と同様に、閾値電流密度２ｋＡ／ｃｍ
2、２０ｍＷの出力において、発振波長４０５ｎｍの連
続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。
【００２９】［実施例５］実施例４において、異種基板
としてオフアングル角がθ＝０．２０°であるサファイ
ア基板を用いた他は、実施例４と同様にして窒化物半導
体のみからなる窒化物半導体基板を得た。得られた窒化
物半導体基板の表面はいくらかのうねりは見られるが平
滑であり、表面モフォロジーは実施例４と同様に第２の
窒化物半導体上で波状であった。続いて、実施例４と同
様にして、窒化物半導体基板の上に素子となる構造を形
成していきレーザ素子を作製したところ、実施例４とほ
ぼ同様の特性が得られた。
としてオフアングル角がθ＝０．２０°であるサファイ
ア基板を用いた他は、実施例４と同様にして窒化物半導
体のみからなる窒化物半導体基板を得た。得られた窒化
物半導体基板の表面はいくらかのうねりは見られるが平
滑であり、表面モフォロジーは実施例４と同様に第２の
窒化物半導体上で波状であった。続いて、実施例４と同
様にして、窒化物半導体基板の上に素子となる構造を形
成していきレーザ素子を作製したところ、実施例４とほ
ぼ同様の特性が得られた。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、オフ
角が０．１０°以上、０．２０°以下であるＣ面を主面
とするサファイア基板上に、第１の窒化物半導体、その
上にストライプ状に形成された窒化物半導体と異なる保
護膜、さらにその上に第２の窒化物半導体が形成されて
なり、前記オフアングルされたサファイア基板のステッ
プに沿う方向（段差方向）は、サファイア基板のＡ面に
対して垂直に形成されてなり、さらに前記ストライプ状
に形成される保護膜は、前記サファイア基板のステップ
に沿う方向（段差方向）に対して平行に形成する。さら
に前記第１の窒化物半導体の膜厚は１．５μｍ以上、６
μｍ以下とし、第２の窒化物半導体の膜厚は５μｍ以
上、２０μｍ以下とする。このように窒化物半導体を成
長させる基板を改良することによって、窒化物半導体の
表面を平滑にし、窒化物半導体素子を長寿命、高出力と
することができた。
角が０．１０°以上、０．２０°以下であるＣ面を主面
とするサファイア基板上に、第１の窒化物半導体、その
上にストライプ状に形成された窒化物半導体と異なる保
護膜、さらにその上に第２の窒化物半導体が形成されて
なり、前記オフアングルされたサファイア基板のステッ
プに沿う方向（段差方向）は、サファイア基板のＡ面に
対して垂直に形成されてなり、さらに前記ストライプ状
に形成される保護膜は、前記サファイア基板のステップ
に沿う方向（段差方向）に対して平行に形成する。さら
に前記第１の窒化物半導体の膜厚は１．５μｍ以上、６
μｍ以下とし、第２の窒化物半導体の膜厚は５μｍ以
上、２０μｍ以下とする。このように窒化物半導体を成
長させる基板を改良することによって、窒化物半導体の
表面を平滑にし、窒化物半導体素子を長寿命、高出力と
することができた。
【図１】 本発明の窒化物半導体素子に用いられる基板
の一部を拡大して示した模式断面図。
の一部を拡大して示した模式断面図。
【図２】 本発明の一例の窒化物半導体表面のモフォロ
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
【図３】 本発明の一例の窒化物半導体表面のモフォロ
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
【図４】 本発明の一例の窒化物半導体表面のモフォロ
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
【図５】 本発明の一例の窒化物半導体表面のモフォロ
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
【図６】 本発明の一例の窒化物半導体表面のモフォロ
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
【図７】 本発明の一例の窒化物半導体表面のモフォロ
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
ジーを顕微鏡で観察したときの模式図。
【図８】 本発明の一実施例にかかる窒化物半導体レー
ザ素子を示す模式断面図。
ザ素子を示す模式断面図。
【図９】 本発明の一実施例にかかる窒化物半導体レー
ザ素子を示す模式断面図。
ザ素子を示す模式断面図。
１・・・サファイア基板
２・・・窒化物半導体基板
３・・・第１の窒化物半導体
４・・・第２の窒化物半導体
５・・・ｎ側コンタクト層
６・・・クラック防止層
７・・・ｎ側クラッド層
８・・・ｎ側光ガイド層
９・・・活性層
１０・・・ｐ側キャップ層
１１・・・ｐ側光ガイド層
１２・・・ｐ側クラッド層
１３・・・ｐ側コンタクト層
２０・・・ｐ電極
２１・・・ｐパッド電極
２２・・・ｎ電極
２３・・・ｎパッド電極
３０・・・保護膜
３１・・・絶縁膜
Claims (7)
- 【請求項１】 ステップ状にオフアングルされており、
該オフアングルのオフ角が０．１０°以上、０．２０°
以下である窒化物半導体と異なる材料よりなる基板上に
第１の窒化物半導体を有し、該第１の窒化物半導体の上
にストライプ状であって、窒化物半導体と異なる保護膜
を有し、該第１の窒化物半導体及び保護膜の上に第２の
窒化物半導体を有し、前記オフアングルされた基板のス
テップに沿う方向（段差方向）は、該基板のＡ面に対し
て垂直であり、前記ストライプ状の保護膜は、前記オフ
アングルされた基板のステップに沿う方向（段差方向）
に対して平行であることを特徴とする窒化物半導体基
板。 - 【請求項２】 前記第１の窒化物半導体の膜厚は１．５
μｍ以上、６μｍ以下とし、第２の窒化物半導体の膜厚
は５μｍ以上、２０μｍ以下とす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】 ステップ状にオフアングルされており、
窒化物半導体と異なる材料よりなる基板上に、膜厚が
１．５μｍ以上、６μｍ以下である第１の窒化物半導体
を有し、該第１の窒化物半導体の上にストライプ状であ
って、窒化物半導体と異なる保護膜を有し、該第１の窒
化物半導体及び保護膜の上に膜厚が５μｍ以上、２０μ
ｍ以下である第２の窒化物半導体を有し、前記オフアン
グルされた基板のステップに沿う方向（段差方向）は、
該基板のＡ面に対して垂直であり、前記ストライプ状の
保護膜は、前記オフアングルされた基板のステップに沿
う方向（段差方向）に対して平行であることを特徴とす
る窒化物半導体基板。 - 【請求項４】 前記保護膜のストライプは、保護膜の露
出部分の幅を１０μｍ以下とすることを特徴とする請求
項１又は３に記載の窒化物半導体基板。 - 【請求項５】 前記保護膜の露出部分の幅（ＷＷ）と保
護膜の幅（ＷＳ）の比であるＷＳ／ＷＷは、１より大き
く２０以下とする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】 前記窒化物半導体と異なる材料よりなる
基板は、サファイア、スピネル、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを
含む。）、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＺｎＯからなる群より選ば
れた材料からなる基板であることを特徴とする請求項１
乃至５のいずれかに記載の窒化物半導体基板。 - 【請求項７】 前記請求項１から請求項６のいずれかに
記載の窒化物半導体基板の面上に、素子構造が積層され
てなることを特徴とする窒化物半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34346498A JP3525773B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 窒化物半導体基板およびそれを用いた窒化物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34346498A JP3525773B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 窒化物半導体基板およびそれを用いた窒化物半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000174395A JP2000174395A (ja) | 2000-06-23 |
| JP3525773B2 true JP3525773B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=18361737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34346498A Expired - Fee Related JP3525773B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 窒化物半導体基板およびそれを用いた窒化物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3525773B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002164623A (ja) * | 2000-11-24 | 2002-06-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP4276020B2 (ja) | 2003-08-01 | 2009-06-10 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
| JP4590905B2 (ja) * | 2003-10-31 | 2010-12-01 | 豊田合成株式会社 | 発光素子および発光装置 |
| US7339255B2 (en) * | 2004-08-24 | 2008-03-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having bidirectionally inclined toward <1-100> and <11-20> relative to {0001} crystal planes |
| KR101123352B1 (ko) * | 2010-02-24 | 2012-03-23 | 한국해양대학교 산학협력단 | 경사면 실리콘 기판을 이용한 비극성 질화물 박막성장 방법 |
| JP6927481B2 (ja) * | 2016-07-07 | 2021-09-01 | 国立大学法人京都大学 | Ｌｅｄ素子 |
| JP6813308B2 (ja) * | 2016-08-31 | 2021-01-13 | 旭化成株式会社 | 紫外線発光素子及び紫外線照射モジュール |
| WO2025028274A1 (ja) * | 2023-08-03 | 2025-02-06 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | ＡｌＮテンプレート基板およびその製造方法 |
-
1998
- 1998-12-02 JP JP34346498A patent/JP3525773B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000174395A (ja) | 2000-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3669848B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP3436128B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 | |
| JP3835384B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP3791246B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法、及びそれを用いた窒化物半導体素子の製造方法、窒化物半導体レーザ素子の製造方法 | |
| JP3491538B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 | |
| JP3659050B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 | |
| JP3660446B2 (ja) | 窒化物半導体素子及びその製造方法 | |
| JP3446660B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3551751B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法 | |
| JP4291960B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP4337132B2 (ja) | 窒化物半導体基板及びそれを用いた窒化物半導体素子 | |
| JP3496512B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP3525773B2 (ja) | 窒化物半導体基板およびそれを用いた窒化物半導体素子 | |
| JP3951973B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP3678061B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 | |
| JP4165040B2 (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法 | |
| JP3557894B2 (ja) | 窒化物半導体基板および窒化物半導体素子 | |
| JP2008034862A (ja) | 窒化物半導体の成長方法 | |
| JP4628651B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
| JP4255168B2 (ja) | 窒化物半導体の製造方法及び発光素子 | |
| JP4637503B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 | |
| JP4442093B2 (ja) | 窒化物半導体積層用基板の製造方法 | |
| JP3562478B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法及びそれを用いた素子 | |
| JP2005101536A (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP4045785B2 (ja) | 窒化物半導体レーザダイオードとその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031219 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040127 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040209 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090227 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090227 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100227 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100227 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110227 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110227 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120227 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120227 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120227 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130227 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130227 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140227 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |