JP2000106348A

JP2000106348A - 化合物半導体層含有基板およびその製造方法ならびにこれを用いた半導体装置

Info

Publication number: JP2000106348A
Application number: JP20763299A
Authority: JP
Inventors: Kenji Orita; 賢児折田; Masahiro Ishida; 昌宏石田; Shinji Nakamura; 真嗣中村; Masaaki Yuri; 正昭油利; Nobuyuki Kamimura; 信行上村
Original assignee: Matsushita Electronics Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2000-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】表面平坦性と結晶性の良好なIII族窒化物系
化合物半導体を備える化合物半導体層含有基板およびそ
の製造方法、ならびにこれを用いた半導体装置を提供す
る。【解決手段】基板１１と、基板１１上に形成された第
１の半導体層１２と、半導体層１２上に形成されたIII
族窒化物系化合物半導体からなる第２の半導体層１３と
を備える。半導体層１２は、複数の細孔１４を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体層含
有基板およびその製造方法ならびにこれを用いた半導体
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、一般式がＧａ_xＡｌ_yＩｎ_zＮ（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）
で表されるIII族窒化物化合物半導体を用いた半導体装
置、たとえば青色発光素子や高温で高速動作するトラン
ジスタが注目されている。III族窒化物系化合物半導体
よりなる単結晶基板を得ることは困難であるため、上記
半導体装置を製造する場合には、サファイア基板もしく
は炭化珪素（ＳｉＣ）基板上にIII族窒化物系化合物半
導体を結晶成長させることが行われている。

【０００３】また、近年、シリコン（Ｓｉ）基板上に形
成されたIII族窒化物系化合物半導体およびその成長方
法が提案されている（たとえば、特開平５−３４３７４
１号公報および特開平９−９２８８２号公報）。Ｓｉ基
板は、安価で大口径化が可能であり、導電性および劈開
性を有し、かつサファイア等に比べて熱伝導率が高く、
基板上に発光素子を形成した際の放熱性に優れていると
いう特徴を有する。

【０００４】Ｓｉ基板を用いて製造された従来のIII族
窒化物系化合物半導体について、一例を図１３に示す。
図１３に示すように、従来のIII族窒化物系化合物半導
体は、Ｓｉ基板１と、Ｓｉ基板１上に積層されたバッフ
ァ層２と、III族窒化物化合物半導体からなるエピタキ
シャル層３とを備える。バッファ層２には、たとえば、
一般式Ｇａ_tＡｌ_1-tＮ（ただし、０≦ｔ＜１）で示され
るIII族窒化物化合物半導体や、アモルファスＳｉ、多
結晶Ｓｉなどが用いられる。

【０００５】図１４を参照して、図１３に示したIII族
窒化物化合物半導体を製造する従来の方法について説明
する。まず、図１４（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１上
にバッファ層２を形成する。その後、図１３（ｂ）に示
すように、バッファ層２上にエピタキシャル層３を結晶
成長させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バッファ層２を用いた場合には、基板１とエピタキシャ
ル層３との格子不整合を十分に緩和することができず、
エピタキシャル層３の結晶性が十分ではないという問題
があった。また、バッファ層２にアモルファスＳｉや多
結晶Ｓｉを用いた場合には、エピタキシャル層の表面平
坦性が悪いという問題があった。また、たいていの場合
にはIII族窒化物化合物半導体の硬度が基板の硬度より
も大きいため、エピタキシャル層３に歪みが生じると、
エピタキシャル層３にクラックが発生しやすいという問
題があった。

【０００７】上記問題を解決するため、本発明は、表面
平坦性および結晶性が良好なIII族窒化物系化合物半導
体を備える化合物半導体層含有基板およびその製造方
法、ならびにこれを用いた半導体装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の化合物半導体層含有基板は、基板と、前記
基板上に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導
体層上に形成された第２の半導体層とを備え、前記第１
の半導体層が複数の細孔を有し、前記第２の半導体層が
III族窒化物系化合物半導体（III−Ｖ族化合物半導体で
あり、Ｖ族元素として主に窒素を含む化合物半導体。た
とえば、Ｖ族元素中の窒素の割合は９０原子％以上であ
る。）からなることを特徴とする。上記化合物半導体層
含有基板では、基板上に複数の細孔を有する第１の半導
体層が形成されているため、基板とIII族窒化物系化合
物半導体との間の格子不整合による歪みや、熱膨張係数
の差による歪みを第１の半導体層に吸収させることがで
きる。したがって、上記化合物半導体層含有基板によれ
ば、結晶性および表面平坦性が良好なIII族窒化物系化
合物半導体を備える化合物半導体層含有基板が得られ
る。特に、上記本発明の化合物半導体基板では、第２の
半導体層に歪みが生ずることを抑制できるため、III族
窒化物系化合物半導体の硬度が大きいことによるクラッ
クの発生を抑制することができる。

【０００９】上記本発明の化合物半導体層含有基板で
は、前記第１の半導体層がバッファ層であり、前記第２
の半導体層がエピタキシャル層であることが好ましい。

【００１０】また、上記本発明の化合物半導体層含有基
板では、前記基板がＳｉ単結晶からなり、前記第１の半
導体層が複数の細孔を有するＳｉ単結晶からなることが
好ましい。上記構成によって、その上に形成されるIII
族窒化物系化合物半導体の結晶方位を揃えることができ
る。また、Ｓｉは放熱性に優れているため、上記構成に
よって、放熱性に優れた化合物半導体層含有基板が得ら
れる。また、上記構成によってエピタキシャル層に歪み
が生じることを抑制できるため、III族窒化物系化合物
半導体の硬度はＳｉの硬度よりも大きい場合でも、エピ
タキシャル層におけるクラックの数を減少させることが
できる。

【００１１】上記本発明の化合物半導体層含有基板で
は、前記基板がＳｉ単結晶からなり、前記第１の半導体
層が、複数の細孔を有するＳｉ単結晶層と、前記Ｓｉ単
結晶層上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層と
を備えることが好ましい。上記構成によれば、複数の細
孔を有するＳｉ単結晶層とIII族窒化物系化合物半導体
層とを備える第１の半導体層がバッファ層として機能す
るため、エピタキシャル層であるIII族窒化物系化合物
半導体の結晶方位をさらに揃えることができる。また、
複数の細孔を有するＳｉに由来する基板表面の凹凸を、
III族窒化物系化合物半導体によって緩和することがで
きる。

【００１２】上記本発明の化合物半導体層含有基板で
は、前記第１の半導体層がIII族窒化物系化合物半導体
からなることが好ましい。上記構成によって、結晶性が
さらに良好な化合物半導体層含有基板が得られる。

【００１３】上記本発明の化合物半導体層含有基板で
は、前記第１の半導体層がドーパントを含むことが好ま
しい。上記構成によって、複数の細孔の形成が容易な化
合物半導体層含有基板が得られる。

【００１４】上記本発明の化合物半導体層含有基板で
は、前記細孔の平均直径が、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下で
あることが好ましい。細孔の平均直径を３ｎｍ以上とす
ることによって、基板と第２の半導体層との格子不整合
を効果的に緩和することができる。また、細孔の平均直
径を１０ｎｍ以下とすることによって、細孔によって第
２の半導体層の表面モフォロジが悪化することを抑制で
きる。

【００１５】また、本発明の化合物半導体層含有基板の
製造方法は、複数の細孔を有する半導体層が形成された
基板を形成する第１の工程と、前記半導体層上にIII族
窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させること
によってIII族窒化物系化合物半導体層を形成する第２
の工程とを含むことを特徴とする。上記製造方法では、
複数の細孔を有する半導体層がバッファ層として機能
し、結晶性よくIII族窒化物系化合物半導体をエピタキ
シャル成長させることができる。したがって、上記製造
方法によれば、結晶性および表面平坦性が良好なIII族
窒化物系化合物半導体層を備える化合物半導体層含有基
板を製造できる。特に、III族窒化物系化合物半導体層
に生じる歪みを抑制することができる。

【００１６】上記本発明の製造方法では、前記基板はＳ
ｉ単結晶基板であり、前記半導体層は複数の細孔を有す
るＳｉ単結晶層を含み、前記第１の工程はＳｉ単結晶を
陽極酸化する工程を含むことが好ましい。基板にＳｉ単
結晶基板を用いることによって、基板の裏面に電極を形
成することができるため、半導体装置に好適な化合物半
導体層含有基板を製造できる。また、第１の工程がＳｉ
単結晶を陽極酸化する工程を含むことによって、複数の
細孔を有するＳｉ単結晶層を容易に製造することができ
る。

【００１７】上記本発明の製造方法では、前記半導体層
は、前記複数の細孔を有するＳｉ単結晶層上に形成され
たIII族窒化物系化合物半導体からなるバッファ層をさ
らに含み、前記第１の工程は、前記陽極酸化ののち前記
複数の細孔を有するＳｉ単結晶層上に前記バッファ層を
形成する工程を含むことが好ましい。上記構成によっ
て、細孔によって生じる凹凸を緩和することができ、表
面平坦性および結晶性がさらによいIII族窒化物系化合
物半導体をエピタキシャル成長させることができる。

【００１８】上記本発明の製造方法では、前記半導体層
がIII族窒化物系化合物半導体からなることが好まし
い。上記構成によって、結晶性が特によいIII族窒化物
系化合物半導体層をエピタキシャル成長させることがで
きる。

【００１９】上記本発明の製造方法では、前記第１の工
程は、前記基板上にIII族窒化物系化合物半導体からな
る半導体膜を形成したのち、前記半導体膜を酸性または
アルカリ性の水溶液中でエッチングすることによって前
記半導体膜に複数の細孔を形成する工程を含むことが好
ましい。上記構成によって、複数の細孔を有する半導体
層を容易に形成することができる。

【００２０】上記本発明の製造方法では、前記半導体膜
がドーパントを含み、前記第１の工程において前記半導
体膜をエッチングする際に、前記半導体膜に電圧を印加
することが好ましい。上記構成によって、複数の細孔を
有する半導体層をさらに容易に形成することができる。

【００２１】上記本発明の製造方法では、前記第２の工
程ののち、前記基板と前記半導体層とを除去することに
よってIII族窒化物系化合物半導体からなる基板を形成
する第３の工程をさらに含んでもよい。上記構成によれ
ば、III族窒化物系化合物半導体からなる基板を形成す
ることができる。

【００２２】また、本発明の第１の半導体装置は、上記
本発明の化合物半導体層含有基板を含むことを特徴とす
る。

【００２３】また、本発明の第２の半導体装置は、上記
本発明の化合物半導体層含有基板の製造方法によって製
造された化合物半導体層含有基板を含むことを特徴とす
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２５】（実施形態１）実施形態１では、本発明の
化合物半導体層含有基板について、一例を説明する。

【００２６】実施形態１の化合物半導体層含有基板１０
について、断面図を図１に示す。図１を参照して、実施
形態１の化合物半導体層含有基板１０は、基板１１と、
基板１１上に形成された半導体層（第１の半導体層）１
２と、半導体層１２上に形成されたIII族窒化物系化合
物半導体（III−Ｖ族化合物半導体であり、Ｖ族元素と
して主に窒素を含む化合物半導体。たとえば、Ｖ族元素
中の窒素の割合は９０原子％以上である。）からなる半
導体層（第２の半導体層。以下、エピタキシャル層とい
う）１３とを備える。

【００２７】基板１１には、様々な基板を用いることが
できる。たとえば、基板１１には、Ｓｉ（１１１）基
板、ＳｉＣ（０００１）基板またはＧａＡｓ（１１１）
基板などの半導体基板や、サファイア（０００１）基板
またはスピネル基板などの絶縁性基板を用いることがで
きる。基板１１に半導体基板を用いる場合には、半導体
基板がドーパントを含んでもよい。

【００２８】半導体層１２は、半導体からなり、複数の
細孔１４を有する。半導体層１２に形成される複数の細
孔１４は、平均直径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるこ
とが好ましい。細孔１４の平均直径を３ｎｍ以上とする
ことによって、エピタキシャル層１３の結晶性を向上さ
せることができる。また、細孔１４の平均直径を１０ｎ
ｍ以下とすることによって、エピタキシャル層１３の表
面モフォロジが悪化することを抑制できる。また、半導
体層１２の膜厚は、０．１μｍ以上１０μｍ以下である
ことが好ましい。また、半導体層１２は、その多孔度
（多孔度＝細孔１４の体積／半導体層１２の全体積）
が、たとえば、０より大きく０．７以下である。

【００２９】半導体層１２には、基板１１とエピタキシ
ャル層１３との格子定数の差や熱膨張係数の差を緩和す
る半導体が用いられる。たとえば、半導体層１２には、
ＳｉやIII族窒化物系化合物半導体を用いることができ
る。基板１１にＳｉ単結晶を用いた場合には、基板１１
を陽極酸化することによって、ポーラスＳｉと呼ばれる
Ｓｉからなる半導体層１２を容易に形成できる。半導体
層１２に用いるIII族窒化物系化合物半導体には、たと
えば、一般式Ｇａ_xＡｌ_yＩｎ_zＮ（ただし、０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表さ
れるIII族窒化物化合物半導体を用いることができる。
化合物半導体層含有基板１０を製造する際には、半導体
層１２は、バッファ層として機能する。なお、半導体層
１２は少なくとも一部に複数の細孔１４を有するもので
あればよい。

【００３０】エピタキシャル層１３は、III族窒化物系
化合物半導体結晶からなる。エピタキシャル層１３であ
るIII族窒化物系化合物半導体としては、たとえば、一
般式Ｇａ_xＡｌ_yＩｎ_zＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるIII族
窒化物化合物半導体を用いることができる。なお、エピ
タキシャル層１３は、III族窒化物系化合物半導体から
なる複数の半導体層を備えてもよい。

【００３１】上記実施形態１の化合物半導体層含有基板
１０では、III族窒化物系化合物半導体からなるエピタ
キシャル層１３が、複数の細孔を有する半導体層１２上
に形成されている。したがって、実施形態１の化合物半
導体層含有基板によれば、基板１１とエピタキシャル層
１３との格子不整合を緩和することができるため、結晶
性および表面平坦性がよいIII族窒化物系化合物半導体
を備える化合物半導体層含有基板が得られる。

【００３２】なお、上記実施形態１の化合物半導体層含
有基板１０では、半導体層１２が複数の半導体層を含ん
でもよい。この場合の化合物半導体層含有基板１０につ
いて、一例である化合物半導体層含有基板１０ａを図２
（ａ）に、他の一例である化合物半導体層含有基板１０
ｂを図２（ｂ）に示す。

【００３３】図２（ａ）を参照して、化合物半導体層含
有基板１０ａは、基板１１と、半導体層１２ａと、エピ
タキシャル層１３とを備える。半導体層１２ａは、基板
１１側から半導体層１５と半導体層１６とを備え、半導
体層１５は複数の細孔１４を有する。化合物半導体層含
有基板１０ａでは、たとえば、基板１１にＳｉ単結晶を
用い、半導体層１５に複数の細孔を有するＳｉ単結晶
（たとえば、ポーラスＳｉと呼ばれるＳｉである）を用
い、半導体層１６にIII族窒化物系化合物半導体を用い
ることができる。

【００３４】また、化合物半導体層含有基板１０ｂは、
基板１１と、半導体層１２ｂと、エピタキシャル層１３
とを備える。半導体層１２ｂは、基板１１側から半導体
層１６と半導体層１５とを備え、半導体層１５は複数の
細孔１４を有する。化合物半導体層含有基板１０ｂで
は、たとえば、半導体層１５および１６に、たとえばII
I族窒化物系化合物半導体を用いることができる。この
場合、半導体層１５をｐ型またはｎ型とし、半導体層１
６をアンドープとすることによって、半導体層１５のみ
に細孔１４を容易に形成できる。

【００３５】（実施形態２）実施形態２では、実施形態
１で説明した化合物半導体層含有基板１０を製造する方
法について、一例を説明する。なお、実施形態１で説明
した部分については、重複する説明を省略する。

【００３６】本発明の化合物半導体層含有基板の製造方
法は、複数の細孔を有する半導体層が形成された基板を
形成する第１の工程と、半導体層上にIII族窒化物系化
合物半導体をエピタキシャル成長させることによってII
I族窒化物系化合物半導体層を形成する第２の工程とを
含む。なお、本発明の化合物半導体層含有基板の製造方
法は、III族窒化物系化合物半導体のみからなる化合物
半導体層含有基板を製造する方法も含む。

【００３７】実施形態２では、本発明の化合物半導体層
含有基板の製造方法のうち、特に、基板１１がＳｉ単結
晶基板であり、半導体層１２が複数の細孔１４を有する
Ｓｉ単結晶（以下、ポーラスＳｉという）からなる層で
あり、上記第１の工程がＳｉ単結晶を陽極酸化する工程
を含む場合について説明する。

【００３８】実施形態２の製造方法では、まず、図３
（ａ）に示すように、Ｓｉ単結晶からなる基板３１を用
意し基板３１を陽極酸化する。陽極酸化の方法を図４に
模式的に示す。陽極酸化は、基板３１を溶液４１に浸漬
したのち、基板３１と電極４２とに電圧を印加して直流
電流を流すことによって行う。このとき、基板３１がア
ノード（陽極）、電極４２がカソード（陰極）となるよ
うに電圧を印加する。陽極酸化では、Ｓｉ単結晶の表面
が酸化されることによって形成されたＳｉＯ₂がフッ酸
中に溶出し、複数の細孔１４が形成される。このとき形
成される細孔１４の平均直径は、たとえば、３ｎｍ〜１
０ｎｍである。

【００３９】溶液４１には、たとえば、フッ酸とエタノ
ールとを含む水溶液を用いることができる。溶液４１の
温度は、たとえば、５℃〜７０℃である。電極４２に
は、たとえば白金電極を用いることができる。また、基
板３１に流す電流は、たとえば、５ｍＡ／ｃｍ²〜３０
０ｍＡ／ｃｍ²である。なお、陽極酸化の際には、細孔
１４を形成しない部分を、保護膜４３で覆うことが好ま
しい。これによって、所望の部分にのみ、細孔１４を形
成することができる。

【００４０】上記陽極酸化によって陽極酸化された部分
がポーラスＳｉからなる半導体層１２となるため、図３
（ｂ）に示すように、Ｓｉ単結晶からなる基板１１およ
び半導体層１２が得られる。

【００４１】その後、図３（ｃ）に示すように、半導体
層１２上にIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャ
ル成長させることによって、III族窒化物系化合物半導
体からなるエピタキシャル層１３を形成する。エピタキ
シャル層１３を形成する際には、半導体層１２がバッフ
ァ層として機能する。III族窒化物系化合物半導体をエ
ピタキシャル成長させる方法としては、たとえば、ＭＯ
ＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌ
ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（有機金属気
相エピタキシャル成長法）やＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ
ＶａｐｅｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法を用いる
ことができる。エピタキシャル層１３は、たとえば、６
５０℃〜１１５０℃の結晶成長温度で形成される。

【００４２】このようにして、III族窒化物系化合物半
導体からなるエピタキシャル層１３を備える化合物半導
体層含有基板１０を製造できる。

【００４３】なお、図２に示した化合物半導体層含有基
板１０ａを製造する場合の製造方法について、図５を参
照しながら一例を説明する。

【００４４】この場合には、まず、図４で説明したのと
同様の方法で陽極酸化を行い、図５（ａ）に示すよう
に、Ｓｉ単結晶からなる基板１１と基板１１上に形成さ
れたポーラスＳｉからなる半導体層１５とを形成する。

【００４５】その後、図５（ｂ）に示すように、半導体
層１５上にIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体
層１６を形成する。半導体層１６は、たとえばＭＯＣＶ
Ｄ法で形成することができる。半導体層１６はバッファ
層として機能するものであり、４００℃〜９００℃の基
板温度で形成することが好ましい。半導体層１６を４０
０℃〜９００℃で形成した場合、エピタキシャル層１３
を形成する際に、半導体層１６のIII族窒化物系化合物
半導体が単結晶化され、結晶方位が特に揃ったエピタキ
シャル層１３が得られる。

【００４６】その後、図５（ｃ）に示すように、半導体
層１６上にIII族窒化物系化合物半導体からなるエピタ
キシャル層１３を結晶成長させる。エピタキシャル層１
３を形成する方法は、図４（ｃ）で説明した方法と同様
であるため、重複する説明は省略する。

【００４７】上記実施形態２の製造方法では、複数の細
孔を有する半導体層１２上にIII族窒化物系化合物半導
体をエピタキシャル成長させる。したがって、実施形態
２の化合物半導体層含有基板の製造方法によれば、半導
体層１２によって基板１１とエピタキシャル層１３との
格子不整合が緩和され、結晶性および表面平坦性がよい
III族窒化物系化合物半導体を備える化合物半導体層含
有基板が得られる。

【００４８】特に、実施形態２の製造方法では、基板１
１にＳｉ単結晶基板を用いているため、半導体装置に好
適な化合物半導体層含有基板が得られる。たとえば、サ
ファイア基板のような絶縁性基板を用いて半導体レーザ
などの半導体装置を形成する場合には、ｐ側電極とｎ側
電極とを半導体層側に形成しなければならず、工程が複
雑になるという問題があった。また、サファイア基板は
熱伝導性が低いため、装置から発生する熱を基板を通し
て放熱することが困難であるという問題があった。ま
た、サファイア基板は劈開性が乏しいため、半導体装置
を製造する際の歩留まりが低いという問題があった。こ
れにたいして、Ｓｉ単結晶基板を用いた場合には上記の
ような問題がないため、実施形態２の製造方法によれ
ば、半導体装置に好適な化合物半導体層含有基板が得ら
れる。また、Ｓｉ単結晶基板は安価で大口径化が可能で
あるため、実施形態２の製造方法によれば、安価に化合
物半導体層含有基板を製造することができる。

【００４９】さらに、実施形態２の製造方法では、半導
体層１２に、Ｓｉ単結晶基板を陽極酸化することによっ
て形成されたポーラスＳｉを用いている。したがって、
バッファ層に多結晶ＳｉやアモルファスＳｉを用いる従
来の方法とは異なり、結晶性および表面平坦性が特によ
いエピタキシャル層１３を形成することができる。

【００５０】なお、上記実施形態２の製造方法で化合物
半導体層含有基板１０を製造したのち、基板１１と半導
体層１２とを除去することによって、III族窒化物系化
合物半導体のみからなる化合物半導体層含有基板を製造
してもよい（以下の実施形態において同様である）。基
板１１および半導体層１２は、たとえば、機械的な研磨
法やエッチング法を用いて除去することができる。

【００５１】（実施形態３）実施形態３では、本発明の
化合物半導体層含有基板の製造方法について、他の一例
を説明する。実施形態３では、本発明の化合物半導体層
含有基板の製造方法のうち、特に、半導体層１２が複数
の細孔１４を有するIII族窒化物系化合物半導体からな
る層である場合について説明する。なお、上記実施形態
と同様の部分については、重複する説明を省略する。

【００５２】図６（ａ）を参照して、実施形態３の製造
方法では、まず、基板１１上にIII族窒化物系化合物半
導体からなる半導体膜６１を形成する。半導体膜６１に
は、たとえば一般式Ｇａ_xＡｌ_yＩｎ_zＮ（ただし、０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で
表されるIII族窒化物化合物半導体を用いることができ
る。

【００５３】その後、図６（ｂ）に示すように、半導体
膜６１に複数の細孔１４を形成することによって、半導
体層１２を形成する。

【００５４】その後、図６（ｃ）に示すように、半導体
層１２上にIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャ
ル成長させることによって、III族窒化物系化合物半導
体からなるエピタキシャル層１３を形成する。エピタキ
シャル層１３を形成する際には、半導体層１２がバッフ
ァ層として機能する。このようにして、化合物半導体層
含有基板１０を製造できる。

【００５５】図６（ｂ）の工程において、半導体膜６１
に複数の細孔１４を形成する工程は、半導体膜６１が形
成された基板１１を、酸性またはアルカリ性の水溶液中
でエッチングすることによって行うことができる。この
ときの水溶液には、たとえば、水酸化カリウム、硫酸、
燐酸、特に濃燐酸を含む水溶液を用いることができる。
このとき、図４で説明した陽極酸化と同様に、半導体膜
６１がアノード（陽極）となるように電圧を印加するこ
とが好ましい。

【００５６】電圧を印加する場合の工程について、一例
を図７に示す。図７を参照して、細孔１４の形成は、半
導体膜６１が形成された基板１１を溶液７１に浸漬し、
半導体膜６１と電極７２とに電圧を印加して電流を流す
ことによって行うことができる。ここで、溶液７１に
は、たとえば、水酸化カリウム水溶液を用いることがで
きる。また、電極７２には、白金を用いることができ
る。なお、半導体膜６１に電圧を印加する場合には、必
要に応じて、基板１１または半導体膜６１上に、電極を
形成する。また、細孔１４を形成しない部分には、保護
膜７３を形成することが好ましい。上記工程によって、
複数の細孔１４を半導体膜６１に容易に形成することが
できる。

【００５７】なお、半導体膜６１は、導電性のない半導
体膜と導電性を有する半導体膜とを積層したものでもよ
い。この場合、導電性を有する半導体膜に電圧を印加し
てエッチングすることによって、導電性を有する半導体
膜のみに複数の細孔を形成することができる。これによ
って、図２（ｂ）に示した化合物半導体層含有基板１０
ｂを容易に製造することができる。

【００５８】さらに、上記実施形態２で説明したよう
に、上記図６（ｃ）の工程ののち、基板１１と半導体層
１２とを除去してもよい。これによって、III族窒化物
系化合物半導体のみからなる化合物半導体層含有基板を
製造することができる。

【００５９】上記実施形態３の製造方法では、半導体層
１２によって基板１１とエピタキシャル層１３との格子
不整合が緩和されるため、結晶性および表面平坦性がよ
いIII族窒化物系化合物半導体を備える化合物半導体層
含有基板が得られる。特に、実施形態３の製造方法で
は、III族窒化物系化合物半導体からなり複数の細孔を
備える半導体層１２をバッファ層に用いているため、バ
ッファ層に通常のIII族窒化物系化合物半導体を用いる
従来の製造方法に比べて、特に結晶性がよいエピタキシ
ャル層１３を形成することができる。

【００６０】（実施形態４）実施形態４では、本発明の
半導体装置について、一例を説明する。

【００６１】本発明の半導体装置は、上記実施形態で説
明した本発明の化合物半導体層含有基板、または本発明
の化合物半導体層含有基板の製造方法で製造された化合
物半導体層含有基板を含む。

【００６２】本発明の半導体装置は、III族窒化物系化
合物半導体からなる半導体層を含むものであればいかな
る半導体装置でもよい。本発明の半導体装置としては、
たとえば、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光素
子、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などのトランジス
タ、または受光素子などが挙げられる。

【００６３】本発明の半導体装置として、発光素子の一
例を図８に示す。実施形態４の発光素子は、基板１１
と、基板１１上に積層された半導体層１２、エピタキシ
ャル層１３、ｐ型半導体層８１、発光層８２およびｎ型
半導体層８３と、基板１１およびｎ型半導体層８３に形
成されたｐ側電極８４およびｎ側電極８５とを備える。
すなわち、実施形態４の発光素子は、基板１１と半導体
層１２とエピタキシャル層１３とを備える化合物半導体
層含有基板１０を含む。そして、ｐ型半導体層８１、発
光層８２およびｎ型半導体層８３は、エピタキシャル層
１３上にエピタキシャル成長されたIII族窒化物系化合
物半導体からなる。

【００６４】実施形態４の半導体装置で用いられる化合
物半導体層含有基板１０は、上記実施形態２または３で
説明した方法で製造できる。ｐ型半導体層８１、発光層
８２およびｎ型半導体層８３は、ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰ
Ｅ法によって形成できる。ｐ側電極８４とｎ側電極８５
とは、蒸着法やスパッタリング法によって形成できる。

【００６５】なお、図８に示した一例は、基板１１、半
導体層１２およびエピタキシャル層１３がｐ型の半導体
である場合である。これらがｎ型の半導体である場合に
は、化合物半導体層含有基板１０上に、ｎ型半導体層、
活性層、ｐ型半導体層の順で半導体層が積層される。ま
た、発光素子が発光ダイオードである場合には、ｎ側電
極８５は、ｎ型半導体層８３の一部にのみ形成される。
さらに、基板１１が絶縁物からなる場合には、ｐ側電極
８４は、半導体層側から取り出す必要がある。

【００６６】本発明の化合物半導体層含有基板および本
発明の製造方法によって製造された化合物半導体層含有
基板は、III族窒化物系化合物半導体からなるエピタキ
シャル層の表面平坦性および結晶性が良好である。した
がって、本発明の半導体装置が半導体レーザまたは発光
ダイオードである場合には、短波長域の光を発光し、特
性が高い発光素子が得られる。また、本発明の半導体装
置がＦＥＴの場合には、特性が高いＦＥＴが得られる。

【００６７】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明する。

【００６８】（実施例１）実施例１では、本発明の化合
物半導体層含有基板およびその製造方法について、実施
した一例を説明する。

【００６９】実施例１の化合物半導体層含有基板は、Ｓ
ｉ単結晶からなる基板１１と、複数の細孔１４が形成さ
れたＳｉからなる半導体層１２（厚さ３μｍ）と、アン
ドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるエピタキシャ
ル層１３（厚さ１μｍ）とを備える。

【００７０】上記構成では、Ｓｉ単結晶（基板１１）の
上にバッファ層として機能するポーラスＳｉ（半導体層
１２）が形成されているため、ＧａＮからなるエピタキ
シャル層１３の結晶方位を揃えることができるととも
に、基板１１とエピタキシャル層１３との間の格子不整
合や熱膨張係数の差による歪みを半導体層１２に吸収さ
せることができる。その結果、エピタキシャル層１３の
結晶性が従来よりも向上し、エピタキシャル層１３の表
面が従来よりも均一かつ平坦なものになった。

【００７１】上記実施例１の化合物半導体層含有基板
を、実施形態２で説明した製造方法で製造した一例につ
いて以下に説明する。

【００７２】実施例１の製造方法では、まず、Ｓｉ単結
晶基板（基板３１）を陽極酸化することによって、Ｓｉ
単結晶からなる基板１１と基板１１上に形成されたポー
ラスＳｉからなる半導体層１２とを形成した（図３
（ｂ）参照）。陽極酸化は、図４で説明した方法で行っ
た。このとき、溶液４１には、２０ｗｔ％のフッ酸と２
０ｗｔ％のエタノールとを含む水溶液を用いた。そし
て、室温で、Ｓｉ単結晶基板に２０ｍＡ／ｃｍ²の電流
を５分間流すことによって陽極酸化を行った。このよう
にして、ポーラスＳｉからなる半導体層１２を形成し
た。

【００７３】その後、基板１１をＭＯＣＶＤ装置に移
し、ＭＯＣＶＤ法によって、半導体層１２上にアンドー
プのＧａＮからなるエピタキシャル層１３を１μｍの厚
さになるまで結晶成長させた（図３（ｃ）参照）。この
とき、エピタキシャル層１３は、結晶成長温度を１００
０℃にして結晶成長させた。また、反応ガスとしてトリ
メチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）とアンモニア（ＮＨ
₃）とを用いた。

【００７４】上記製造方法では、Ｓｉ単結晶基板上に形
成されたポーラスＳｉがバッファ層として機能するた
め、ＧａＮエピタキシャル層の結晶方位を揃えることが
でき、エピタキシャル層の２次元成長を促進させること
ができた。また、ポーラスＳｉは複数の細孔を有するた
め、Ｓｉ単結晶とIII族窒化物系化合物半導体との格子
不整合が緩和され、結晶性よくIII族窒化物系化合物半
導体をエピタキシャル成長させることができた。その結
果、従来の製造方法と比較して、結晶性および表面平坦
性が良好なＧａＮエピタキシャル層が得られた。

【００７５】また、上記製造方法では、ポーラスＳｉを
形成する際に、陽極酸化法を用いているため、Ｓｉ単結
晶基板にダメージを与えることなく簡単にポーラスＳｉ
を形成することができる。したがって、上記製造方法に
よれば、安価かつ歩留まりよく、ＧａＮエピタキシャル
層を含む基板を製造することができた。

【００７６】実施例１で製造したＧａＮエピタキシャル
層と、従来の製造方法で製造したＧａＮエピタキシャル
層について、７７Ｋにおけるフォトフミネッセンス（Ｐ
ｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）の強度（以下、Ｐ
Ｌ強度という）を測定した。なお、従来の製造方法は、
Ｓｉ基板に、細孔を有しないＡｌＮバッファ層を形成
し、ＡｌＮバッファ層上にＧａＮエピタキシャル層を結
晶成長させたものである。

【００７７】実施例１の製造方法によって形成されたＧ
ａＮ層のＰＬ強度を図９に、従来の製造方法によって形
成されたＧａＮ層のＰＬ強度を図１５に示す。図９に示
すように、実施例１の製造方法によって形成されたＧａ
Ｎ層では、波長５５０ｎｍを中心とする、深い準位から
の発光と呼ばれるブロードな発光（以下ディープ発光と
いう）は弱く、波長３５４ｎｍに位置するバンド端発光
が強いという結果が得られた。一方、従来の製造方法で
形成されたＧａＮ層では、図１５に示すように、ディー
プ発光が強くバンド端発光が弱かった。バンド端発光の
強度に関し、実施例１のＧａＮ層は、従来のものに比べ
て約５倍であった。

【００７８】一般に、半導体に関するＰＬ強度の評価に
おいて、バンド端発光の強度およびバンド端発光とディ
ープ発光との強度比は、その半導体の結晶性の良否に関
係しており、バンド端発光の強度が大きく、かつバンド
端発光のディープ発光に対する強度比が大きい程結晶性
がよいことが知られている。したがって、実施例１のＧ
ａＮ層は、従来のものと比較して結晶性が良好であるこ
とがわかった。

【００７９】また、顕微鏡による表面観察を行うと、実
施例１のＧａＮ層の表面は均一でかつ平坦であることが
わかった。一方、従来の製造方法で製造されたＧａＮ層
の表面は凹凸が激しく不均一であった。このことから、
従来のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法では３次
元成長が起こり、表面モフォロジを悪化させていたのに
対し、本発明のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法
では２次元成長が起こっており、良好な表面モフォロジ
が得られたものと考えられる。この２次元成長の起こる
理由は、III族窒化物系化合物半導体を半導体層１２の
上に結晶成長させる際の成長初期過程において、窒素原
子とIII族原子の基板の表面における拡散長を小さくす
ることができ、それによりIII族窒化物系化合物半導体
の成長核を基板の表面に多く形成させることができるた
めであると考えられる。

【００８０】（実施例２）実施例２では、本発明の化合
物半導体層含有基板およびその製造方法について、実施
した他の一例を説明する。

【００８１】実施例２の化合物半導体層含有基板は、図
２（ａ）で説明した化合物半導体層含有基板１０ａの一
例である。実施例２の化合物半導体層含有基板は、Ｓｉ
単結晶からなる基板（基板１１）と、ポーラスＳｉから
なる半導体層１５（厚さ３μｍ）と、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）からなる半導体層１６（厚さ５０ｎｍ）と、
アンドープのＧａＮからなるエピタキシャル層１３（厚
さ１μｍ）とを備える。

【００８２】上記構成では、ポーラスＳｉ（半導体層１
５）の上にバッファ層として機能するＡｌＮ（半導体層
１６）が形成されているため、ＧａＮからなるエピタキ
シャル層１３の結晶方位を揃えることができるととも
に、基板１１とエピタキシャル層１３との間の格子不整
合や熱膨張係数の差による歪みを半導体層１２（半導体
層１５および１６）に吸収させることができる。その結
果、エピタキシャル層１３の結晶性が従来よりも向上
し、エピタキシャル層１３の表面が従来よりも均一かつ
平坦なものになった。

【００８３】上記実施例２の化合物半導体層含有基板
を、図５で説明した製造方法で製造した一例について以
下に説明する。

【００８４】実施例２の製造方法では、まず、Ｓｉ単結
晶基板を陽極酸化することによって、Ｓｉ単結晶基板
（基板１１）と、Ｓｉ単結晶基板上に形成されたポーラ
スＳｉ層（半導体層１５）とを形成した（図５（ａ）参
照）。陽極酸化は、実施例１で説明した条件で行った。

【００８５】その後、ポーラスＳｉ層上に、ＭＯＣＶＤ
法によって、ＡｌＮからなるバッファ層（半導体層１
６）を形成した（図５（ｂ）参照）。このとき、基板温
度を８００℃にしてＡｌＮ層を形成した。また、反応ガ
スとしては、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａ
ｌ）とアンモニア（ＮＨ₃）とを用いた。

【００８６】その後、基板１１を結晶成長炉に移して、
ＭＯＣＶＤ法によって、ＡｌＮバッファ層（半導体層１
６）上に、アンドープのＧａＮからなるエピタキシャル
層１３を１μｍの厚さになるまで結晶成長させた（図５
（ｃ）参照）。このとき、エピタキシャル層１３は、実
施例１と同様の方法で結晶成長させた。

【００８７】上記工程によれば、ＡｌＮからなるバッフ
ァ層を、ポーラスＳｉ層上に均一に形成することができ
た。形成されたＡｌＮバッファ層は、ＧａＮエピタキシ
ャル層を結晶成長する際の昇温過程において、単結晶化
される。したがって、上記製造方法によれば、実施例１
よりもさらに表面の均一性および平坦性が高く、結晶方
位が揃ったＧａＮエピタキシャル層が得られた。

【００８８】実施例２の製造方法で形成されたＧａＮエ
ピタキシャル層について、７７ＫでのＰＬ強度を測定し
た。測定結果を図１０に示す。図１０から明らかなよう
に、実施例２のＧａＮエピタキシャル層では、ディープ
発光がほとんど見られず、強いバンド端発光が観測さ
れ、実施例１の場合と比べてバンド端発光の強度が約２
倍であった。このことから、実施例２で得られたＧａＮ
エピタキシャル層は、実施例１で得られたＧａＮエピタ
キシャル層よりも、さらに結晶性がよいことがわかっ
た。

【００８９】（実施例３）実施例３では、本発明の化合
物半導体層含有基板およびその製造方法について、実施
したその他の一例を説明する。

【００９０】実施例３の化合物半導体層含有基板は、図
１で説明した化合物半導体層含有基板１０の一例であ
る。実施例３の化合物半導体層含有基板は、ｐ型のＳｉ
単結晶からなる基板１１と、複数の細孔１４を有しｐ型
のＧａＮからなる半導体層１２（厚さ５０ｎｍ）と、Ｇ
ａＮからなるエピタキシャル層１３（厚さ２μｍ）とを
備える。ここで、半導体層１２は、ドーパントとしてＭ
ｇを含み、Ｍｇの添加量は１０¹⁸ｃｍ^-3〜１０²¹ｃ
ｍ^-3、好ましくは１０²⁰ｃｍ^-3程度である。また、細孔
１４の平均直径は３ｎｍ程度であり、面密度は１０¹⁰ｃ
ｍ^-2程度である。

【００９１】上記構成によれば、複数の細孔１４を有す
る半導体層１２がバッファ層として機能する。したがっ
て、半導体層１２上にエピタキシャル層１３を形成する
際に、ｐ型Ｓｉからなる基板１１とIII族窒化物系化合
物半導体との格子不整合による歪みを半導体層１２によ
って緩和することができ、エピタキシャル層１３の欠陥
を著しく減少させることができる。また、細孔１４の直
径が３ｎｍ程度と小さいため、細孔１４によってエピタ
キシャル層１３の表面モフォロジが悪化することを抑制
できる。

【００９２】次に、実施例３の化合物半導体層含有基板
について、図６で説明した方法で製造した一例を説明す
る。

【００９３】最初に、洗浄したｐ型Ｓｉ単結晶基板（基
板１１）をＭＯＶＰＥ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＶ
ａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）装置内に配置
した。

【００９４】次に、ＭＯＶＰＥ装置内を、圧力７０Ｔｏ
ｒｒの水素で満たし、水素雰囲気中でアンモニアを流し
ながらｐ型Ｓｉ単結晶基板を１０９０℃まで加熱するこ
とによって、ｐ型Ｓｉ単結晶基板の表面に付着している
吸着ガスや酸化物、水分子等を取り除いた。

【００９５】その後、ｐ型Ｓｉ単結晶基板の温度を５５
０℃まで下げ、トリメチルガリウム、アンモニアおよび
ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）
を原料として、ｐ型Ｓｉ単結晶基板上に、ｐ型ＧａＮか
らなる半導体膜６１（厚さ５０ｎｍ）を形成した（図６
（ａ）参照）。このとき、半導体膜６１におけるＭｇの
添加量が１０¹⁸ｃｍ^-3〜１０²¹ｃｍ^-3、好ましくは１０
²⁰ｃｍ^-3程度となるようにＣｐ₂Ｍｇを供給することが
好ましい。

【００９６】半導体膜６１を形成した後、ＭＯＶＰＥ装
置から基板を取り出した。そして、ｐ型Ｓｉ単結晶基板
のうち半導体膜６１が形成された側とは反対側の面にエ
ッチング用の電極を形成した。

【００９７】その後、図７に示すように、半導体膜６１
が形成された基板１１を溶液７１に浸漬し、半導体膜６
１がアノード（陽極）、電極７２がカソード（陰極）と
なるように電流を流した。このとき、溶液７１には、濃
度が０．１ｍｏｌ／ｌである塩酸水溶液を用いた。ま
た、電極７２には、白金を用いた。このようにして、Ｇ
ａＮからなる半導体膜６１に複数の細孔１４を形成し、
半導体層１２が形成された基板１１を得た（図６（ｂ）
参照）。このとき、半導体膜６１の膜厚やＭｇの添加
量、電流の大きさおよび電流を流す時間によって、細孔
１４の大きさおよび個数が変化する。半導体膜６１の膜
厚が５０ｎｍでＭｇの添加量が１０²⁰ｃｍ^-3である場
合、１００ｍＡ程度の電流を２時間程度流すことによっ
て、平均直径が３ｎｍ程度、面密度が１０¹⁰ｃｍ^-2程度
の細孔１４が形成された。

【００９８】その後、ＧａＮからなる半導体層１２が形
成された基板１１を、再びＭＯＶＰＥ装置内に配置し
た。そして、ＭＯＶＰＥ装置内を圧力７０Ｔｏｒｒの水
素で満たし、水素雰囲気中でアンモニアを流しながら基
板１１を１０５０℃まで加熱することによって、半導体
層１２の表面に付着している吸着ガスや酸化物、水分子
等を取り除いた。

【００９９】その後、基板１１の温度を１０３０℃と
し、トリメチルガリウムおよびアンモニアを原料とし
て、ＧａＮからなるエピタキシャル層１３（厚さ２μ
ｍ）を半導体層１２上に形成した（図６（ｃ）参照）。
このようにして、化合物半導体層含有基板を製造した。

【０１００】上記製造方法では、基板１１側をアノード
として電流を流すことによって、半導体膜６１に細孔１
４を効率よく形成することができた。

【０１０１】上記製造方法で形成されたＧａＮエピタキ
シャル層の断面を透過電子顕微鏡により観察したとこ
ろ、ＧａＮエピタキシャル層における欠陥密度が１０⁸
ｃｍ^-2程度であり、従来の製造方法と比べて、エピタキ
シャル層の欠陥密度が１００分の１程度になっているこ
とがわかった。

【０１０２】また、上記製造方法で製造されたＧａＮエ
ピタキシャル層の表面を光学顕微鏡で観察したところ、
平坦で、かつクラックがほとんど発生していないことが
わかった。

【０１０３】なお、上記実施例において、ｐ型Ｓｉ基板
の代わりにｐ型ＳｉＣ基板、ｐ型ＧａＡｓ基板等、ｐ型
半導体基板を用いても同様の効果が得られる。

【０１０４】（実施例４）実施例４では、本発明の化合
物半導体層含有基板およびその製造方法について、実施
したその他の一例を説明する。

【０１０５】実施例４の化合物半導体層含有基板は、図
２（ｂ）で説明した化合物半導体層含有基板１０ｂの一
例である。実施例４の化合物半導体層含有基板は、サフ
ァイアからなる基板１１と、アンドープＧａＮからなる
半導体層１６（厚さ５０ｎｍ）と、ｐ型のＧａＮからな
る半導体層１５（厚さ０．５μｍ）と、アンドープＧａ
Ｎからなるエピタキシャル層１３（厚さ２μｍ）とを備
える。ここで、半導体層１５は、ドーパントとしてＭｇ
を含み、複数の細孔１４を備える。半導体層１５のＭｇ
の添加量は１０¹⁸ｃｍ^-3〜１０²¹ｃｍ^-3、好ましくは１
０²⁰ｃｍ^-3程度である。また、細孔１４の平均直径は３
ｎｍ程度であり、面密度は１０¹⁰ｃｍ^-2程度である。

【０１０６】上記構成では、複数の細孔１４を有する半
導体層１５がバッファ層として機能するため、ＧａＮか
らなるエピタキシャル層１３とサファイアからなる基板
１１との間の格子不整合による歪みを緩和することがで
きる。したがって、上記構成によれば、エピタキシャル
層１２における欠陥の数を著しく減少させることができ
る。また、細孔１４の平均直径が３ｎｍ程度と小さいた
め、細孔１４によってエピタキシャル層１３の表面モフ
ォロジが悪化することを抑制できる。

【０１０７】次に、実施例４の化合物半導体層含有基板
について、実施形態３で説明した方法で製造した一例を
説明する。

【０１０８】最初に、洗浄したサファイアからなる基板
１１をＭＯＶＰＥ装置内に配置した。

【０１０９】次に、ＭＯＶＰＥ装置内を圧力７０Ｔｏｒ
ｒの水素で満たし、水素雰囲気中でアンモニアを流しな
がら基板１１を１０９０℃まで加熱することによって、
基板１１の表面に付着している吸着ガスや酸化物、水分
子等を取り除いた。

【０１１０】その後、サファイアからなる基板１１の温
度を５５０℃まで下げ、トリメチルガリウムおよびアン
モニアを原料として、基板１１上に、アンドープＧａＮ
からなる半導体層１６（層厚５０ｎｍ）を形成した。

【０１１１】その後、基板１１の温度を１０３０℃にし
て、トリメチルガリウム、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇを原
料として、半導体層１６上にｐ型ＧａＮからなる半導体
層（層厚０．５μｍ）を形成した。このようにして、ア
ンドープＧａＮからなる半導体層とｐ型ＧａＮからなる
半導体層とを備える半導体膜６１を形成した（図６
（ａ）参照）。なお、ｐ型ＧａＮからなる半導体層を形
成する際には、Ｍｇの添加量を１０¹⁸ｃｍ^-3〜１０²¹ｃ
ｍ^-3、好ましくは１０²⁰ｃｍ^-3程度となるようにＣｐ₂
Ｍｇを供給することが好ましい。

【０１１２】ｐ型ＧａＮからなる半導体層を形成した
後、ＭＯＶＰＥ装置より基板１１を取り出した。そし
て、ｐ型ＧａＮからなる半導体層の表面に、電極を形成
した。

【０１１３】その後、図７に示すように、半導体膜６１
が形成された基板１１を溶液７１に浸漬し、半導体膜６
１がアノード（陽極）、電極７２がカソード（陰極）と
なるように電流を流した。このときの条件は、実施例３
の場合と同様とした。上記工程によって、半導体膜６１
のうち、導電性を有するｐ型ＧａＮ層のみに複数の細孔
が形成され、複数の細孔１４を有する半導体層１５（図
２（ｂ）参照）が形成された。このとき、ｐ型ＧａＮ層
の層厚やＭｇの添加量、電流の大きさおよび電流を流す
時間によって、細孔１４の大きさおよび個数が変化す
る。ｐ型ＧａＮ層の層厚が０．５μｍでＭｇの添加量が
１０²⁰ｃｍ^-3である場合、１００ｍＡ程度の電流を３０
分程度流すことによって、平均直径が３ｎｍ程度、面密
度が１０¹⁰ｃｍ^-2程度の細孔１４が形成された。

【０１１４】その後、基板１１を再びＭＯＶＰＥ装置内
に配置し、ＭＯＶＰＥ装置内を圧力７０Ｔｏｒｒの水素
で満たし、水素雰囲気中でアンモニアを流しながら基板
１１を１０５０℃まで加熱することによって、ｐ型Ｇａ
Ｎ層の表面に付着している吸着ガスや酸化物、水分子等
を取り除いた。

【０１１５】その後、基板１１の温度を１０３０℃にし
てトリメチルガリウムおよびアンモニアを原料として、
ｐ型ＧａＮ層（半導体層１５）上に、ＧａＮからなるエ
ピタキシャル層１３を結晶成長させた。このようにし
て、化合物半導体層含有基板１０ｂを製造した。

【０１１６】上記製造方法では、ｐ型ＧａＮをアノード
として電流を流すことによって、ｐ型ＧａＮ層に効率よ
く細孔１４を形成することができた。

【０１１７】上記製造方法によって形成されたＧａＮエ
ピタキシャル層の断面を透過電子顕微鏡により観察した
ところ、ＧａＮエピタキシャル層における欠陥密度が１
０⁸ｃｍ^-2程度であり、従来の製造方法で形成したもの
と比較して欠陥密度が１００分の１程度になっているこ
とがわかった。

【０１１８】また、上記製造方法によって形成されたＧ
ａＮエピタキシャル層の表面を光学顕微鏡で観察したと
ころ、平坦で、かつクラックがほとんど発生していない
ことがわかった。

【０１１９】なお、上記実施例４では、サファイアから
なる基板を用いる場合を示したが、サファイアの代わり
にスピネル基板などの絶縁性基板、あるいはｎ型ＳｉＣ
基板、ｎ型Ｓｉ基板またはｎ型ＧａＡｓ基板などのｎ型
半導体基板、あるいはｐ型ＳｉＣ基板、ｐ型Ｓｉ基板ま
たはｐ型ＧａＡｓ基板などのｐ型半導体基板を用いても
同様の効果が得られる。

【０１２０】（実施例５）実施例５では、本発明の化合
物半導体層含有基板およびその製造方法について、実施
したその他の一例を説明する。

【０１２１】実施例５の化合物半導体層含有基板は、厚
さ１５０μｍのアンドープＧａＮ結晶からなる。実施例
５の化合物半導体層含有基板は、実施形態２または３で
説明した方法で化合物半導体層含有基板１０、１０ａま
たは１０ｂを形成した後、エピタキシャル層１３以外の
部分を除去することによって形成できる。

【０１２２】実施例５の化合物半導体層含有基板を製造
した一例について、図１１を参照しながら説明する。

【０１２３】まず、図１１（ａ）に示すように、サファ
イアからなる基板１１上に、アンドープＧａＮからなる
半導体層１６（厚さ５０ｎｍ）と、ｐ型のＧａＮからな
る半導体層１５（厚さ０．５μｍ）とを形成した。この
ようにして、半導体層１６および１５からなる半導体層
１２ｂを形成した。このときの工程は、実施例４で説明
した工程と同一であるため、重複する説明は省略する。

【０１２４】その後、基板１１をＨＶＰＥ装置内に設置
し、ＨＶＰＥ装置内を圧力７０Ｔｏｒｒの水素で満た
し、水素雰囲気中でアンモニアを流しながら基板を１０
５０℃まで加熱することによって、半導体層１５の表面
に付着している吸着ガスや酸化物、水分子等を取り除い
た。

【０１２５】その後、図１１（ｂ）に示すように、ＨＶ
ＰＥ法によって半導体層１２ｂ上にエピタキシャル層１
３を形成した。具体的には、基板１１の温度を１０３０
℃にして塩化ガリウム（ＧａＣｌ₃）およびアンモニア
を原料として、アンドープＧａＮよりなるエピタキシャ
ル層１３（厚さ１５０μｍ）を半導体層１２ｂ上に形成
した。このようにして、化合物半導体層含有基板１０ｂ
を製造した。

【０１２６】その後、ＨＶＰＥ装置より基板１１を取り
出した。そして、基板１１および半導体層１２ｂを研磨
によって除去することによって、図１１（ｃ）に示すよ
うに、アンドープＧａＮ結晶からなる基板を得た。

【０１２７】上記製造方法では、実施例４で説明したよ
うにエピタキシャル層１３の欠陥を減少させることがで
きるため、欠陥が少なく、かつ良好な結晶性を有するア
ンドープＧａＮ結晶からなる半導体基板を得ることがで
きた。

【０１２８】上記製造方法で製造されたアンドープＧａ
Ｎ基板の断面を透過電子顕微鏡により観察したところ、
アンドープＧａＮ基板における欠陥密度が１０⁸ｃｍ^-2
程度であり、従来の製造方法で製造されたＧａＮ基板と
比較して、欠陥密度が１００分の１程度になっているこ
とがわかった。

【０１２９】また、上記製造方法で製造されたアンドー
プＧａＮ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、平
坦で、かつクラックがほとんど発生していないことがわ
かった。

【０１３０】なお、上記実施例５では、基板１１にサフ
ァイア基板を用いる場合を示したが、サファイア基板の
代わりに、スピネル基板などの絶縁性基板、あるいはｎ
型ＳｉＣ基板、ｎ型Ｓｉ基板またはｎ型ＧａＡｓ基板な
どのｎ型半導体基板、あるいはｐ型ＳｉＣ基板、ｐ型Ｓ
ｉ基板またはｐ型ＧａＡｓ基板などのｐ型半導体基板を
用いても同様の効果が得られる。

【０１３１】（実施例６）実施例６では、本発明の半導
体装置について、実施した一例を説明する。実施例６の
半導体装置は、半導体レーザを製造した一例である。

【０１３２】図１２を参照して、実施例６の半導体レー
ザは、ｐ型Ｓｉ単結晶からなる基板１１と、基板１１上
に順次積層されたポーラスＳｉからなる半導体層１２、
ｐ型ＧａＮからなるエピタキシャル層１３、ｐ型Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるｐ型クラッド層１３１、ｐ型Ｇａ
Ｎからなるｐ型ガイド層１３２、ＩｎＧａＮからなる活
性層１３３、ｎ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１３４、
ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるｎ型クラッド層１３５、
ＳｉＯ₂からなる電流狭窄層１３６、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎからなるｎ型クラッド層１３７およびｎ型ＧａＮ
からなるｎ型コンタクト層１３８と、半導体装置の両端
に形成されたｐ側電極１３９およびｎ側電極１４０とを
備える。ここで、エピタキシャル層１３は、コンタクト
層として機能する。また、活性層１３３は、Ｉｎ_0.15Ｇ
ａ_0.85Ｎからなる井戸層（厚さ３ｎｍ）とＩｎ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎからなる障壁層（厚さ５ｎｍ）からなり、３層の
井戸層と４層の障壁層とを交互に積層したものである。

【０１３３】実施例６の半導体レーザは、基板１１と、
半導体層１２と、エピタキシャル層１３とを備える化合
物半導体層含有基板１０を含む。

【０１３４】次に、実施例６の半導体レーザの製造方法
について説明する。

【０１３５】まず、実施例１で説明した方法と同様の方
法で、化合物半導体層含有基板１０を製造した。ただ
し、実施例６の場合には、エピタキシャル層１３を形成
する際に、Ｍｇを添加することによって、ｐ型のＧａＮ
エピタキシャル層を形成した。

【０１３６】その後、ｐ型クラッド層１３１からｎ型ク
ラッド層１３５までをＭＯＣＶＤ法によって形成した。

【０１３７】その後、ＳｉＯ₂からなる電流狭窄層１３
６を形成した。電流狭窄層１３６は、ＳｉＯ₂層をｎ型
クラッド層１３５の表面に形成した後、レジストマスク
を形成し、不要な部分をエッチングすることによって形
成した。

【０１３８】その後、ｎ型クラッド層１３７およびｎ型
コンタクト層１３８をＭＯＣＶＤ法によって形成した。

【０１３９】最後に、ｐ型Ｓｉ単結晶からなる基板１１
およびｎ型ＧａＮコンタクト層１３８の表面に、ｐ側電
極１３９およびｎ側電極１４０を蒸着法によって形成し
た。このようにして、実施例６の半導体レーザを形成し
た。

【０１４０】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、本発明の技術的思想に基づき、他の実施形態に適用
することができる。

【０１４１】たとえば、上記実施形態で説明した本発明
の半導体装置は一例であり、他のさまざまな半導体装置
に本発明を適用することができる。

【０１４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の化合物半
導体層含有基板では、III族窒化物系化合物半導体から
なる半導体層が、複数の細孔を有する半導体層上に形成
されている。したがって、本発明の化合物半導体層含有
基板によれば、基板とIII族窒化物系化合物半導体との
格子不整合を緩和することができるため、結晶性および
表面平坦性がよいIII族窒化物系化合物半導体を備える
化合物半導体層含有基板が得られる。

【０１４３】また、本発明の化合物半導体層含有基板の
製造方法では、複数の細孔を有する半導体層上にIII族
窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させる。し
たがって、本発明の化合物半導体層含有基板の製造方法
によれば、基板とIII族窒化物系化合物半導体との格子
不整合が緩和され、結晶性および表面平坦性がよいIII
族窒化物系化合物半導体を備える化合物半導体層含有基
板を製造できる。

【０１４４】また、本発明の半導体装置は、本発明の化
合物半導体層含有基板、または本発明の化合物半導体層
含有基板の製造方法によって製造された化合物半導体層
含有基板を含む。したがって、本発明の半導体装置によ
れば、性能がよい半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化合物半導体層含有基板について、
一例を示す断面図である。

【図２】本発明の化合物半導体層含有基板について、
他の例を示す断面図である。

【図３】本発明の化合物半導体層含有基板の製造方法
について、一例を示す工程図である。

【図４】本発明の化合物半導体層含有基板の製造方法
について、一工程の一例を示す模式図である。

【図５】本発明の化合物半導体層含有基板の製造方法
について、他の一例を示す工程図である。

【図６】本発明の化合物半導体層含有基板の製造方法
について、その他の一例を示す工程図である。

【図７】本発明の化合物半導体層含有基板の製造方法
について、一工程の一例を示す模式図である。

【図８】本発明の半導体装置について、一例を示す断
面図である。

【図９】本発明の化合物半導体層含有基板について、
ＰＬ強度の測定結果の一例を示す図である。

【図１０】本発明の化合物半導体層含有基板につい
て、ＰＬ強度の測定結果の他の一例を示す図である。

【図１１】本発明の化合物半導体層含有基板の製造方
法について、その他の一例を示す工程図である。

【図１２】本発明の半導体装置について、他の一例を
示す断面図である。

【図１３】従来の化合物半導体層含有基板について、
一例を示す断面図である。

【図１４】従来の化合物半導体層含有基板の製造方法
について、一例を示す工程図である。

【図１５】従来の化合物半導体層含有基板について、
ＰＬ強度の測定結果の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ、１０ｂ化合物半導体層含有基板１１、３１基板１２、１２ａ、１２ｂ半導体層（第１の半導体層）１３エピタキシャル層（第２の半導体層）１４細孔１５、１６半導体層４１、７１溶液４２、７２電極６１半導体膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村真嗣大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内 (72)発明者油利正昭大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内 (72)発明者上村信行大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に形成された第１の
半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された第２の
半導体層とを備え、前記第１の半導体層が複数の細孔を有し、前記第２の半導体層がIII族窒化物系化合物半導体から
なることを特徴とする化合物半導体層含有基板。
【請求項２】前記第１の半導体層がバッファ層であ
り、前記第２の半導体層がエピタキシャル層である請求
項１に記載の化合物半導体層含有基板。
【請求項３】前記基板がＳｉ単結晶からなり、前記第
１の半導体層が複数の細孔を有するＳｉ単結晶からなる
請求項１または２に記載の化合物半導体層含有基板。
【請求項４】前記基板がＳｉ単結晶からなり、前記第１の半導体層が、複数の細孔を有するＳｉ単結晶
層と、前記Ｓｉ単結晶層上に形成されたIII族窒化物系
化合物半導体層とを備える請求項１または２に記載の化
合物半導体層含有基板。
【請求項５】前記第１の半導体層がIII族窒化物系化
合物半導体からなる請求項１または２に記載の化合物半
導体層含有基板。
【請求項６】前記第１の半導体層がドーパントを含む
請求項５に記載の化合物半導体層含有基板。
【請求項７】前記細孔の平均直径が、３ｎｍ以上１０
ｎｍ以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の化
合物半導体層含有基板。
【請求項８】複数の細孔を有する半導体層が形成され
た基板を形成する第１の工程と、前記半導体層上にIII族窒化物系化合物半導体をエピタ
キシャル成長させることによってIII族窒化物系化合物
半導体層を形成する第２の工程とを含むことを特徴とす
る化合物半導体層含有基板の製造方法。
【請求項９】前記基板はＳｉ単結晶基板であり、前記
半導体層は複数の細孔を有するＳｉ単結晶層を含み、前
記第１の工程はＳｉ単結晶を陽極酸化する工程を含む請
求項８に記載の化合物半導体層含有基板の製造方法。
【請求項１０】前記半導体層は、前記複数の細孔を有
するＳｉ単結晶層上に形成されたIII族窒化物系化合物
半導体からなるバッファ層をさらに含み、前記第１の工程は、前記陽極酸化ののち前記複数の細孔
を有するＳｉ単結晶層上に前記バッファ層を形成する工
程を含む請求項９に記載の化合物半導体層含有基板の製
造方法。
【請求項１１】前記半導体層がIII族窒化物系化合物
半導体からなる請求項８に記載の化合物半導体層含有基
板の製造方法。
【請求項１２】前記第１の工程は、前記基板上にIII
族窒化物系化合物半導体からなる半導体膜を形成したの
ち、前記半導体膜を酸性またはアルカリ性の水溶液中で
エッチングすることによって前記半導体膜に複数の細孔
を形成する工程を含む請求項１１に記載の化合物半導体
層含有基板の製造方法。
【請求項１３】前記半導体膜がドーパントを含み、前記第１の工程において前記半導体膜をエッチングする
際に、前記半導体膜に電圧を印加する請求項１２に記載
の化合物半導体層含有基板の製造方法。
【請求項１４】前記第２の工程ののち、前記基板と前
記半導体層とを除去することによってIII族窒化物系化
合物半導体からなる基板を形成する第３の工程をさらに
含む請求項８ないし１３のいずれかに記載の化合物半導
体層含有基板の製造方法。
【請求項１５】請求項１ないし７のいずれかに記載の
化合物半導体層含有基板を含むことを特徴とする半導体
装置。
【請求項１６】請求項８ないし１４のいずれかに記載
の製造方法で製造された化合物半導体層含有基板を含む
ことを特徴とする半導体装置。