JP2000311863A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置を構成する窒化物系化合物半導体
層の結晶性を向上させる。 【解決手段】 第１の熱膨張係数Ｔ１（７．５×１０^-6
／Ｋ）を有するサファイアよりなる厚さ３００μｍの基
板１００の上に、第２の熱膨張係数Ｔ２（２．５５×１
０^-6／Ｋ）を有するシリコンよりなる厚さ１．５μｍの
歪み緩和層１０１を形成した後、歪み緩和層１０１の上
に、バッファ層となる厚さ０．０５μｍのＡｌＮ層１０
２を介して、第３の熱膨張係数Ｔ３（５．５９×１０^-6
／Ｋ）を有する厚さ３．０μｍのＧａＮ層１０３を形成
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、窒化物系化合物半
導体層を備えた半導体装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ、ＩｎＮ、又はＡｌＮ等の窒化物
系化合物半導体は、青色半導体レーザ装置、又は高温下
でも高速動作が可能なトランジスタ等に用いる材料とし
て好適である。

【０００３】従来、Ｓｉ（シリコン）基板上に窒化物系
化合物半導体を結晶成長させる技術が知られている（A.
Watanabe et al., Journal of Crystal Growth volume
128(1993)pp.391-396）。

【０００４】以下、第１の従来例として、シリコン基板
上に形成された窒化物系化合物半導体層を備えたレーザ
ダイオードについて図６を参照しながら説明する。

【０００５】図６に示すように、シリコン基板１０上に
バッファ層となるＡｌＮ層１１、第１のコンタクト層と
なるＧａＮ層１２、ｎ型ＡｌＧａＮよりなる第１のクラ
ッド層１３、アンドープＧａＩｎＮよりなる活性層１
４、ｐ型ＡｌＧａＮよりなる第２のクラッド層１５、ｐ
型ＧａＮよりなる第２のコンタクト層１６が順次積層さ
れている。ＡｌＮ層１１は、シリコン基板１０上におい
てＡｌＮを結晶成長させることにより形成されている。
また、ＧａＮ層１２は、ＡｌＮ層１１上においてＧａＮ
を１０５０℃の温度下で結晶成長させることにより形成
されていると共にｎ型の導電性を有するようにＳｉ、Ｇ
ｅ又はＳｅ等が不純物として添加されている。尚、Ｇａ
Ｎ層１２の形成には有機金属気相エピタキシャル成長法
（以下、ＭＯＶＰＥ法と称する）が用いられる。

【０００６】第２のコンタクト層１６の上には、開口部
１７ａを有する電流狭窄層１７を介して、ＮｉとＡｕと
の合金よりなるｐ型電極１８が形成されていると共に、
シリコン基板１０の下面には、ＮｉとＡｕとの合金より
なるｎ型電極１９が形成されている。

【０００７】ところで、第１の従来例においては、Ｓｉ
の熱膨張係数（２．５５×１０^-6／Ｋ）がＧａＮの熱膨
張係数（５．５９×１０^-6／Ｋ）よりも小さいことに起
因して、ＧａＮ層１２を形成後、シリコン基板１０の温
度を１０５０℃の結晶成長温度から室温へ下げたとき
に、シリコン基板１０からＧａＮ層１２に引っ張り歪み
が加わると共に該引っ張り歪みに対してＧａＮ層１２に
内部応力が発生する。このとき、ＧａＮ層１２の内部応
力が大きくなって、ＧａＮ層１２にクラック（亀裂）が
生じるという問題がある。従って、シリコン基板上に窒
化物系化合物半導体を結晶成長させる方法は実用的では
ない。

【０００８】そこで、サファイア基板上に窒化物系化合
物半導体を結晶成長させる技術が用いられるようになっ
てきた（ＵＳＰ５７７７３５０）。

【０００９】以下、第２の従来例として、サファイア基
板上に形成された窒化物系化合物半導体層を備えたレー
ザダイオードについて図７を参照しながら説明する。

【００１０】図７に示すように、サファイア基板２０上
にバッファ層となるＡｌＮ層２１、第１のコンタクト層
となるＧａＮ層２２、ｎ型ＡｌＧａＮよりなる第１のク
ラッド層２３、アンドープＧａＩｎＮよりなる活性層２
４、ｐ型ＡｌＧａＮよりなる第２のクラッド層２５、ｐ
型ＧａＮよりなる第２のコンタクト層２６が順次積層さ
れている。ＡｌＮ層２１は、サファイア基板２０上にお
いてＡｌＮを結晶成長させることにより形成されてい
る。また、ＧａＮ層２２は、ＭＯＶＰＥ法を用いてＡｌ
Ｎ層２１上においてＧａＮを１０５０℃の温度下で結晶
成長させることにより形成されている。さらに、ＧａＮ
層２２の導電性をｎ型にするために、ＧａＮ層２２にＳ
ｉ、Ｇｅ又はＳｅ等が不純物として添加されている。
尚、第１のコンタクト層であるＧａＮ層２２、第１のク
ラッド層２３、活性層２４、第２のクラッド層２５及び
第２のコンタクト層２６よりなる素子構造は、ＧａＮ層
２２の途中に達するまでドライエッチングにより部分的
に除去されている。

【００１１】第２のコンタクト層２６の上には、開口部
２７ａを有する電流狭窄層２７を介して、ＮｉとＡｕと
の合金よりなるｐ型電極２８が形成されていると共に、
ＧａＮ層２２つまり第１のコンタクト層におけるエッチ
ングされた部分には、ＮｉとＡｕとの合金よりなるｎ型
電極２９が形成されている。

【００１２】第２の従来例によると、サファイア（Ａｌ
₂Ｏ₃）の熱膨張係数（７．５×１０ ^-6／Ｋ）とＧａＮの
熱膨張係数との差が、第１の従来例におけるＳｉの熱膨
張係数とＧａＮの熱膨張係数との差よりも小さいため、
第１の従来例に比べて、ＧａＮ層２２にクラックが生じ
にくくなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第２の
従来例においては、サファイアの熱膨張係数がＧａＮの
熱膨張係数よりも大きいことに起因して、ＧａＮ層２２
を形成後、サファイア基板２０の温度を１０５０℃の結
晶成長温度から室温へ下げたときに、サファイア基板２
０からＧａＮ層２２に圧縮歪みが加わると共に該圧縮歪
みに対してＧａＮ層２２に内部応力が発生する。このた
め、ＧａＮ層２２の結晶性を向上させることができない
ので、レーザダイオードの動作電流を低減することが難
しくなるという第１の問題がある。

【００１４】また、第２の従来例においては、サファイ
ア基板２０をへき開させることが困難であるため、平坦
な反射鏡面を有するレーザダイオードを製造することが
難しくなるという第２の問題がある。

【００１５】第２の問題に対して、サファイア基板上に
窒化物系化合物半導体を結晶成長させて厚膜の窒化物系
化合物半導体層を形成した後、サファイア基板から窒化
物系化合物半導体層を分離して、該窒化物系化合物半導
体層よりなる半導体基板を形成するという技術が提案さ
れている（特開平７−１６５４９８）。

【００１６】以下、第３の従来例として、窒化物系化合
物半導体層よりなる半導体基板を用いてレーザダイオー
ドを形成する方法について図８（ａ）〜（ｄ）を参照し
ながら説明する。

【００１７】まず、図８（ａ）に示すように、サファイ
ア基板３０上においてＡｌＮを結晶成長させることによ
り、バッファ層となるＡｌＮ層３１を形成する。

【００１８】次に、図８（ｂ）に示すように、ＡｌＮ層
３１上においてＧａＮを１０５０℃の温度下で結晶成長
させることにより、化合物半導体層となるＧａＮ層３２
を形成する。

【００１９】次に、図８（ｃ）に示すように、サファイ
ア基板３０を研磨により除去することにより、サファイ
ア基板３０とＡｌＮ層３１及びＧａＮ層３２とを分離し
て、該ＡｌＮ層３１及びＧａＮ層３２よりなる半導体基
板３３を形成する。

【００２０】次に、図８（ｄ）に示すように、半導体基
板３３の上に、ｎ型ＧａＮよりなる第１のコンタクト層
３４、ｎ型ＡｌＧａＮよりなる第１のクラッド層３５、
アンドープＧａＩｎＮよりなる活性層３６、ｐ型ＡｌＧ
ａＮよりなる第２のクラッド層３７、及びｐ型ＧａＮよ
りなる第２のコンタクト層３８を順次形成する。その
後、図示は省略しているが、第２のコンタクト層３８の
上に電流狭窄層を介してｐ型電極を形成すると共に半導
体基板３３の下面にｎ型電極を形成することにより、レ
ーザダイオードを完成させる。

【００２１】第３の従来例によると、半導体基板３３を
へき開させることが容易であるため、平坦な反射鏡面を
有するレーザダイオードを製造することができる。

【００２２】ところが、第３の従来例においては、第２
の従来例で述べたように、サファイアの熱膨張係数とＧ
ａＮの熱膨張係数との差に起因して、半導体基板３３を
構成するＧａＮ層３２の結晶性を向上させることができ
ないという問題がある。さらに、第３の従来例において
は、ＧａＮ層３２の厚さつまり半導体基板３３の厚さを
大きくするに伴ってＧａＮ層３２の結晶性が一層劣化す
るという問題がある。

【００２３】前記に鑑み、本発明は、半導体装置を構成
する窒化物系化合物半導体層の結晶性を向上させること
を目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る第１の半導体装置は、第１の熱膨張係
数Ｔ１を有する基板と、基板上に形成され、第２の熱膨
張係数Ｔ２を有する歪み緩和層と、歪み緩和層上に形成
され、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且つＡｌ_yＧａ_1-y-z
Ｉｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物
系化合物よりなる半導体層とを備え、第２の熱膨張係数
Ｔ２は第１の熱膨張係数Ｔ１よりも小さく、第３の熱膨
張係数Ｔ３は、第１の熱膨張係数Ｔ１よりも小さく且つ
第２の熱膨張係数Ｔ２よりも大きい。

【００２５】第１の半導体装置によると、第１の熱膨張
係数Ｔ１を有する基板の上に、第１の熱膨張係数Ｔ１よ
りも小さい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層が
形成されていると共に、該歪み緩和層の上に、第１の熱
膨張係数Ｔ１よりも小さく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よ
りも大きい第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化物系化合
物半導体層が形成されているため、窒化物系化合物半導
体層の形成後に基板の温度を窒化物系化合物半導体層の
結晶成長温度から室温へ下げたときに、基板から歪み緩
和層に加わる圧縮歪みと、歪み緩和層から窒化物系化合
物半導体層に加わる引っ張り歪みとが互いに打ち消し合
う。言い換えると、第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化
物系化合物半導体層が、第３の熱膨張係数Ｔ３よりも大
きい第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板と第３の熱膨張
係数Ｔ３よりも小さい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層とよりなる積層体の上に形成されているため、
該積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数Ｔ３
との差を、第１の熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ
３との差よりも小さくできる。このため、基板からの圧
縮歪みに起因して窒化物系化合物半導体層に生じる内部
応力が減少すると共に窒化物系化合物半導体層にクラッ
クが生じにくくなるので、窒化物系化合物半導体層の結
晶性を向上させることができる。

【００２６】第１の半導体装置において、第１の熱膨張
係数Ｔ１の第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３
は、第３の熱膨張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２に対
する比Ｔ３／Ｔ２よりも小さく、基板の厚さは歪み緩和
層の厚さよりも大きいことが好ましい。

【００２７】このようにすると、基板及び歪み緩和層よ
りなる積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数
Ｔ３との差が一層小さくなるので、窒化物系化合物半導
体層の結晶性をさらに向上させることができる。

【００２８】第１の半導体装置において、第１の熱膨張
係数Ｔ１の第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３
は、第３の熱膨張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２に対
する比Ｔ３／Ｔ２よりも大きく、基板の厚さは歪み緩和
層の厚さよりも小さいことが好ましい。

【００２９】このようにすると、基板及び歪み緩和層よ
りなる積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数
Ｔ３との差が一層小さくなるので、窒化物系化合物半導
体層の結晶性をさらに向上させることができる。

【００３０】第１の半導体装置において、基板はサファ
イアよりなり、歪み緩和層はシリコンよりなることが好
ましい。

【００３１】このようにすると、基板の上に特定の成長
面を有する歪み緩和層が形成されるので、該歪み緩和層
上に形成される窒化物系化合物半導体層の結晶性がさら
に向上する。

【００３２】また、この場合、基板の主面は（０００
１）面であり、歪み緩和層の成長面は（１１１）面であ
ることが好ましい。

【００３３】このようにすると、（１１１）面を成長面
として形成された歪み緩和層の上に、（０００１）面を
成長面とする窒化物系化合物半導体層が形成されるの
で、該窒化物系化合物半導体層の結晶性がさらに向上す
る。

【００３４】本発明に係る第２の半導体装置は、第１の
熱膨張係数Ｔ１を有する基板と、基板上に形成され、第
２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層と、歪み緩和層
上に形成され、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且つＡｌ_y
Ｇａ_1-y-zＩｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表さ
れる窒化物系化合物よりなる半導体層とを備え、第２の
熱膨張係数Ｔ２は第１の熱膨張係数Ｔ１よりも大きく、
第３の熱膨張係数Ｔ３は、第１の熱膨張係数Ｔ１よりも
大きく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よりも小さい。

【００３５】第２の半導体装置によると、第１の熱膨張
係数Ｔ１を有する基板の上に、第１の熱膨張係数Ｔ１よ
りも大きい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層が
形成されていると共に、該歪み緩和層の上に、第１の熱
膨張係数Ｔ１よりも大きく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よ
りも小さい第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化物系化合
物半導体層が形成されているため、窒化物系化合物半導
体層の形成後に基板の温度を窒化物系化合物半導体層の
結晶成長温度から室温へ下げたときに、基板から歪み緩
和層に加わる引っ張り歪みと、歪み緩和層から窒化物系
化合物半導体層に加わる圧縮歪みとが互いに打ち消し合
う。言い換えると、第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化
物系化合物半導体層が、第３の熱膨張係数Ｔ３よりも小
さい第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板と第３の熱膨張
係数Ｔ３よりも大きい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層とよりなる積層体の上に形成されているため、
該積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数Ｔ３
との差を、第１の熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ
３との差よりも小さくできる。このため、基板からの引
っ張り歪みに起因して窒化物系化合物半導体層に生じる
内部応力が減少すると共に窒化物系化合物半導体層にク
ラックが生じにくくなるので、窒化物系化合物半導体層
の結晶性を向上させることができる。

【００３６】第２の半導体装置において、第３の熱膨張
係数Ｔ３の第１の熱膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ３／Ｔ１
は、第２の熱膨張係数Ｔ２の第３の熱膨張係数Ｔ３に対
する比Ｔ２／Ｔ３よりも小さく、基板の厚さは歪み緩和
層の厚さよりも大きいことが好ましい。

【００３７】このようにすると、基板及び歪み緩和層よ
りなる積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数
Ｔ３との差が一層小さくなるので、窒化物系化合物半導
体層の結晶性をさらに向上させることができる。

【００３８】第２の半導体装置において、第３の熱膨張
係数Ｔ３の第１の熱膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ３／Ｔ１
は、第２の熱膨張係数Ｔ２の第３の熱膨張係数Ｔ３に対
する比Ｔ２／Ｔ３よりも大きく、基板の厚さは歪み緩和
層の厚さよりも小さいことが好ましい。

【００３９】このようにすると、基板及び歪み緩和層よ
りなる積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数
Ｔ３との差が一層小さくなるので、窒化物系化合物半導
体層の結晶性をさらに向上させることができる。

【００４０】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
は、第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の上に、第２の
熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層を形成する工程と、
歪み緩和層の上に、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且つＡ
ｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表
される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成する工程
とを備え、第２の熱膨張係数Ｔ２は第１の熱膨張係数Ｔ
１よりも小さく、第３の熱膨張係数Ｔ３は、第１の熱膨
張係数Ｔ１よりも小さく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２より
も大きい。

【００４１】第１の半導体装置の製造方法によると、第
１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の上に、第１の熱膨張
係数Ｔ１よりも小さい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層を形成した後、該歪み緩和層の上に、第１の熱
膨張係数Ｔ１よりも小さく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よ
りも大きい第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化物系化合
物半導体層を形成しているため、窒化物系化合物半導体
層の形成後に基板の温度を窒化物系化合物半導体層の結
晶成長温度から室温へ下げたときに、基板から歪み緩和
層に加わる圧縮歪みと、歪み緩和層から窒化物系化合物
半導体層に加わる引っ張り歪みとが互いに打ち消し合
う。言い換えると、第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化
物系化合物半導体層を、第３の熱膨張係数Ｔ３よりも大
きい第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板と第３の熱膨張
係数Ｔ３よりも小さい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層とよりなる積層体の上に形成しているため、該
積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数Ｔ３と
の差を、第１の熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ３
との差よりも小さくできる。このため、基板からの圧縮
歪みに起因して窒化物系化合物半導体層に生じる内部応
力が減少すると共に窒化物系化合物半導体層にクラック
が生じにくくなるので、窒化物系化合物半導体層の結晶
性を向上させることができる。

【００４２】第１の半導体装置の製造方法において、歪
み緩和層を形成する工程は、第１の熱膨張係数Ｔ１の第
３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３が、第３の熱
膨張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ３／
Ｔ２よりも小さい場合には、歪み緩和層を、その厚さが
基板の厚さよりも小さくなるように形成する一方、第１
の熱膨張係数Ｔ１の第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ
１／Ｔ３が、第３の熱膨張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数
Ｔ２に対する比Ｔ３／Ｔ２よりも大きい場合には、歪み
緩和層を、その厚さが基板の厚さよりも大きくなるよう
に形成する工程を含むことが好ましい。

【００４３】このようにすると、基板及び歪み緩和層よ
りなる積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数
Ｔ３との差が一層小さくなるので、窒化物系化合物半導
体層の結晶性をさらに向上させることができる。

【００４４】第１の半導体装置の製造方法において、基
板はサファイアよりなり、歪み緩和層はシリコンよりな
ることが好ましい。

【００４５】このようにすると、基板の上に特定の成長
面を有する歪み緩和層が形成されるので、該歪み緩和層
上に形成される窒化物系化合物半導体層の結晶性がさら
に向上する。

【００４６】また、この場合、歪み緩和層を形成する工
程は、（０００１）面を主面とする基板の上に、（１１
１）面を成長面とする歪み緩和層を形成する工程を含む
ことが好ましい。

【００４７】このようにすると、（１１１）面を成長面
として形成された歪み緩和層の上に、（０００１）面を
成長面とする窒化物系化合物半導体層が形成されるの
で、該窒化物系化合物半導体層の結晶性がさらに向上す
る。

【００４８】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の上に、第２の
熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層を形成する工程と、
歪み緩和層の上に、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且つＡ
ｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表
される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成する工程
とを備え、第２の熱膨張係数Ｔ２は第１の熱膨張係数Ｔ
１よりも大きく、第３の熱膨張係数Ｔ３は、第１の熱膨
張係数Ｔ１よりも大きく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２より
も小さい。

【００４９】第２の半導体装置の製造方法によると、第
１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の上に、第１の熱膨張
係数Ｔ１よりも大きい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層を形成した後、該歪み緩和層の上に、第１の熱
膨張係数Ｔ１よりも大きく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よ
りも小さい第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化物系化合
物半導体層を形成しているため、窒化物系化合物半導体
層の形成後に基板の温度を窒化物系化合物半導体層の結
晶成長温度から室温へ下げたときに、基板から歪み緩和
層に加わる引っ張り歪みと、歪み緩和層から窒化物系化
合物半導体層に加わる圧縮歪みとが互いに打ち消し合
う。言い換えると、第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化
物系化合物半導体層を、第３の熱膨張係数Ｔ３よりも小
さい第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板と第３の熱膨張
係数Ｔ３よりも大きい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層とよりなる積層体の上に形成しているため、該
積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数Ｔ３と
の差を、第１の熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ３
との差よりも小さくできる。このため、基板からの引っ
張り歪みに起因して窒化物系化合物半導体層に生じる内
部応力が減少すると共に窒化物系化合物半導体層にクラ
ックが生じにくくなるので、窒化物系化合物半導体層の
結晶性を向上させることができる。

【００５０】第２の半導体装置の製造方法において、歪
み緩和層を形成する工程は、第３の熱膨張係数Ｔ３の第
１の熱膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ３／Ｔ１が、第２の熱
膨張係数Ｔ２の第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ２／
Ｔ３よりも小さい場合には、歪み緩和層を、その厚さが
基板の厚さよりも小さくなるように形成する一方、第３
の熱膨張係数Ｔ３の第１の熱膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ
３／Ｔ１が、第２の熱膨張係数Ｔ２の第３の熱膨張係数
Ｔ３に対する比Ｔ２／Ｔ３よりも大きい場合には、歪み
緩和層を、その厚さが基板の厚さよりも大きくなるよう
に形成する工程を含むことが好ましい。

【００５１】このようにすると、基板及び歪み緩和層よ
りなる積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数
Ｔ３との差が一層小さくなるので、窒化物系化合物半導
体層の結晶性をさらに向上させることができる。

【００５２】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法
は、第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の上に、第２の
熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層を形成する工程と、
歪み緩和層の上に、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且つＡ
ｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表
される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成する工程
と、基板及び歪み緩和層よりなる積層体と半導体層とを
分離して、該半導体層よりなる半導体基板を形成する工
程とを備え、第２の熱膨張係数Ｔ２は第１の熱膨張係数
Ｔ１よりも小さく、第３の熱膨張係数Ｔ３は、第１の熱
膨張係数Ｔ１よりも小さく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よ
りも大きい。

【００５３】第３の半導体装置の製造方法によると、第
１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の上に、第１の熱膨張
係数Ｔ１よりも小さい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層を形成した後、該歪み緩和層の上に、第１の熱
膨張係数Ｔ１よりも小さく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よ
りも大きい第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化物系化合
物半導体層を形成しているため、窒化物系化合物半導体
層の形成後に基板の温度を窒化物系化合物半導体層の結
晶成長温度から室温へ下げたときに、基板から歪み緩和
層に加わる圧縮歪みと、歪み緩和層から窒化物系化合物
半導体層に加わる引っ張り歪みとが互いに打ち消し合
う。言い換えると、第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化
物系化合物半導体層を、第３の熱膨張係数Ｔ３よりも大
きい第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板と第３の熱膨張
係数Ｔ３よりも小さい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層とよりなる積層体の上に形成しているため、該
積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数Ｔ３と
の差を、第１の熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ３
との差よりも小さくできる。このため、基板からの圧縮
歪みに起因して窒化物系化合物半導体層に生じる内部応
力が減少すると共に窒化物系化合物半導体層にクラック
が生じにくくなるので、窒化物系化合物半導体層の結晶
性を向上させることができる。従って、基板及び歪み緩
和層よりなる積層体と窒化物系化合物半導体層とを分離
することにより、結晶性が優れた窒化物系化合物半導体
層よりなる半導体基板を形成することができる。

【００５４】第３の半導体装置の製造方法において、歪
み緩和層を形成する工程は、第１の熱膨張係数Ｔ１の第
３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３が、第３の熱
膨張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ３／
Ｔ２よりも小さい場合には、歪み緩和層を、その厚さが
基板の厚さよりも小さくなるように形成する一方、第１
の熱膨張係数Ｔ１の第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ
１／Ｔ３が、第３の熱膨張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数
Ｔ２に対する比Ｔ３／Ｔ２よりも大きい場合には、歪み
緩和層を、その厚さが基板の厚さよりも大きくなるよう
に形成する工程を含むことが好ましい。

【００５５】このようにすると、基板及び歪み緩和層よ
りなる積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数
Ｔ３との差が一層小さくなるので、窒化物系化合物半導
体層の結晶性をさらに向上させることができる。

【００５６】第３の半導体装置の製造方法において、基
板はサファイアよりなり、歪み緩和層はシリコンよりな
ることが好ましい。

【００５７】このようにすると、基板の上に特定の成長
面を有する歪み緩和層が形成されるので、該歪み緩和層
上に形成される窒化物系化合物半導体層の結晶性がさら
に向上する。

【００５８】また、この場合、歪み緩和層を形成する工
程は、（０００１）面を主面とする基板の上に、（１１
１）面を成長面とする歪み緩和層を形成する工程を含む
ことが好ましい。

【００５９】このようにすると、（１１１）面を成長面
として形成された歪み緩和層の上に、（０００１）面を
成長面とする窒化物系化合物半導体層が形成されるの
で、該窒化物系化合物半導体層の結晶性がさらに向上す
る。

【００６０】また、この場合、半導体基板を形成する工
程は、フッ酸を含む溶液を用いて歪み緩和層を除去する
工程を含むことが好ましい。

【００６１】このようにすると、基板を研磨して除去す
ることなく、基板及び歪み緩和層よりなる積層体と窒化
物系化合物半導体層とを分離できるので、該窒化物系化
合物半導体層よりなる半導体基板を容易に短時間で形成
することができると共に、窒化物系化合物半導体層が分
離された基板を新たな窒化物系化合物半導体層の形成に
再利用することができる。

【００６２】本発明に係る第４の半導体装置の製造方法
は、第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の上に、第２の
熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層を形成する工程と、
歪み緩和層の上に、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且つＡ
ｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表
される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成する工程
と、基板及び歪み緩和層よりなる積層体と半導体層とを
分離して、該半導体層よりなる半導体基板を形成する工
程とを備え、第２の熱膨張係数Ｔ２は第１の熱膨張係数
Ｔ１よりも大きく、第３の熱膨張係数Ｔ３は、第１の熱
膨張係数Ｔ１よりも大きく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よ
りも小さい。

【００６３】第４の半導体装置の製造方法によると、第
１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の上に、第１の熱膨張
係数Ｔ１よりも大きい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層を形成した後、該歪み緩和層の上に、第１の熱
膨張係数Ｔ１よりも大きく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よ
りも小さい第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化物系化合
物半導体層を形成しているため、窒化物系化合物半導体
層の形成後に基板の温度を窒化物系化合物半導体層の結
晶成長温度から室温へ下げたときに、基板から歪み緩和
層に加わる引っ張り歪みと、歪み緩和層から窒化物系化
合物半導体層に加わる圧縮歪みとが互いに打ち消し合
う。言い換えると、第３の熱膨張係数Ｔ３を有する窒化
物系化合物半導体層を、第３の熱膨張係数Ｔ３よりも小
さい第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板と第３の熱膨張
係数Ｔ３よりも大きい第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪
み緩和層とよりなる積層体の上に形成しているため、該
積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数Ｔ３と
の差を、第１の熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ３
との差よりも小さくできる。このため、基板からの引っ
張り歪みに起因して窒化物系化合物半導体層に生じる内
部応力が減少すると共に窒化物系化合物半導体層にクラ
ックが生じにくくなるので、窒化物系化合物半導体層の
結晶性を向上させることができる。従って、基板及び歪
み緩和層よりなる積層体と窒化物系化合物半導体層とを
分離することにより、結晶性が優れた窒化物系化合物半
導体層よりなる半導体基板を形成することができる。

【００６４】第４の半導体装置の製造方法において、歪
み緩和層を形成する工程は、第３の熱膨張係数Ｔ３の第
１の熱膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ３／Ｔ１が、第２の熱
膨張係数Ｔ２の第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ２／
Ｔ３よりも小さい場合には、歪み緩和層を、その厚さが
基板の厚さよりも小さくなるように形成する一方、第３
の熱膨張係数Ｔ３の第１の熱膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ
３／Ｔ１が、第２の熱膨張係数Ｔ２の第３の熱膨張係数
Ｔ３に対する比Ｔ２／Ｔ３よりも大きい場合には、歪み
緩和層を、その厚さが基板の厚さよりも大きくなるよう
に形成する工程を含むことが好ましい。

【００６５】このようにすると、基板及び歪み緩和層よ
りなる積層体の熱膨張係数の平均値と第３の熱膨張係数
Ｔ３との差が一層小さくなるので、窒化物系化合物半導
体層の結晶性をさらに向上させることができる。

【００６６】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法に
ついて、レーザダイオードを例として、図１（ａ）〜
（ｄ）を参照しながら説明する。

【００６７】まず、例えばモノシラン又はジクロルシラ
ン等の珪素を含むガスを使用した気相エピタキシャル法
（以下、ＣＶＤ法と称する）を用いることにより、図１
（ａ）に示すように、例えばサファイアよりなる厚さ３
００μｍの基板１００の上にシリコンを結晶成長させ
て、シリコンよりなる例えば厚さ１．５μｍの歪み緩和
層１０１を形成する。このとき、基板１００の主面を
（０００１）面とすることにより、（１１１）面を成長
面とする歪み緩和層１０１が形成される。

【００６８】次に、基板１００の温度を５００℃にし
て、例えばトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ム及びアンモニアを原料ガスとしたＭＯＶＰＥ法を減圧
下で用いることにより、図１（ｂ）に示すように、歪み
緩和層１０１の上にＡｌＮを結晶成長させて、バッファ
層となる例えば厚さ０．０５μｍのＡｌＮ層１０２を形
成する。尚、第１の実施形態において、基板１００の温
度とは、基板１００上に形成された歪み緩和層１０１等
も含む温度を意味するものとする。

【００６９】次に、基板１００の温度を１０００℃にし
て、ＡｌＮ層１０２を形成する場合と同様に例えばトリ
メチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びアンモニ
アを原料ガスとしたＭＯＶＰＥ法を減圧下で用いること
により、図１（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０２の上
にＧａＮを結晶成長させて、第１のコンタクト層となる
例えば厚さ３．０μｍのＧａＮ層１０３を形成する。
尚、ＧａＮ層１０３の導電性をｎ型にするために、Ｇａ
Ｎ層１０３にＳｉ、Ｇｅ又はＳｅ等が不純物として添加
される。

【００７０】表１は、サファイア、シリコン及びＧａＮ
のそれぞれの熱膨張係数を示している。

【００７１】

【表１】

【００７２】表１に示すように、第１の実施形態におい
ては、サファイアよりなる基板１００は熱膨張係数７．
５×１０^-6／Ｋ（以下、第１の熱膨張係数Ｔ１とする）
を有し、シリコンよりなる歪み緩和層１０１は熱膨張係
数２．５５×１０^-6／Ｋ（以下、第２の熱膨張係数Ｔ２
とする）を有し、ＧａＮ層１０３は熱膨張係数５．５９
×１０^-6／Ｋ（以下、第３の熱膨張係数Ｔ３とする）を
有している。すなわち、第２の熱膨張係数Ｔ２は第１の
熱膨張係数Ｔ１よりも小さく、第３の熱膨張係数Ｔ３
は、第１の熱膨張係数Ｔ１よりも小さく且つ第２の熱膨
張係数Ｔ２よりも大きい。

【００７３】次に、図１（ｄ）に示すように、ＧａＮ層
１０３の上に、ｎ型ＡｌＧａＮよりなる第１のクラッド
層１０４、アンドープＧａＩｎＮよりなる活性層１０
５、ｐ型ＡｌＧａＮよりなる第２のクラッド層１０６、
及びｐ型ＧａＮよりなる第２のコンタクト層１０７を順
次形成した後、ＧａＮ層１０３つまり第１のコンタクト
層、第１のクラッド層１０４、活性層１０５、第２のク
ラッド層１０６及び第２のコンタクト層１０７から構成
される素子構造を、ＧａＮ層１０３の途中に達するまで
ドライエッチングにより部分的に除去する。尚、素子構
造の形成後、基板１００の温度はＧａＮ層１０３等の結
晶成長温度（１０００℃程度）から室温へ下げられる。
その後、第２のコンタクト層１０７の上に、開口部１０
８ａを有する電流狭窄層１０８を介して、ＮｉとＡｕと
の合金よりなるｐ型電極１０９を形成すると共に、Ｇａ
Ｎ層１０３つまり第１のコンタクト層におけるエッチン
グされた部分に、ＮｉとＡｕとの合金よりなるｎ型電極
１１０を形成して、レーザダイオードを完成させる。

【００７４】以上に説明したように、第１の実施形態に
よると、第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板１００の上
に、第１の熱膨張係数Ｔ１よりも小さい第２の熱膨張係
数Ｔ２を有する歪み緩和層１０１が形成されていると共
に、該歪み緩和層１０１の上に、第１の熱膨張係数Ｔ１
よりも小さく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よりも大きい第
３の熱膨張係数Ｔ３を有するＧａＮ層１０３が形成され
ているため、ＧａＮ層１０３の形成後に基板１００の温
度をＧａＮ層１０３の結晶成長温度から室温へ下げたと
きに、基板１００から歪み緩和層１０１に加わる圧縮歪
みと、歪み緩和層１０１からＧａＮ層１０３に加わる引
っ張り歪みとが互いに打ち消し合う。言い換えると、第
３の熱膨張係数Ｔ３を有するＧａＮ層１０３が、第３の
熱膨張係数Ｔ３よりも大きい第１の熱膨張係数Ｔ１を有
する基板１００と第３の熱膨張係数Ｔ３よりも小さい第
２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層１０１とよりな
る積層体の上に形成されているため、該積層体の熱膨張
係数の平均値と第３の熱膨張係数Ｔ３との差を、第１の
熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ３との差よりも小
さくできる。このため、基板１００からの圧縮歪みに起
因してＧａＮ層１０３に生じる内部応力が減少すると共
にＧａＮ層１０３にクラックが生じにくくなるので、Ｇ
ａＮ層１０３の結晶性ひいては該ＧａＮ層１０３の上に
形成される素子構造の結晶性を向上させることができ
る。

【００７５】また、第１の実施形態によると、サファイ
アよりなる基板１００の上にシリコンよりなる歪み緩和
層１０１を形成しているため、特定の成長面を有する歪
み緩和層１０１が形成されるので、該歪み緩和層１０１
上に形成されるＧａＮ層１０３の結晶性がさらに向上す
る。例えば、サファイアよりなる基板１００の主面を
（０００１）面とすることにより、シリコンよりなり、
（１１１）面を成長面とする歪み緩和層１０１が形成さ
れる結果、該歪み緩和層１０１の上に、（０００１）面
を成長面とするＧａＮ層１０３が形成されるので、該Ｇ
ａＮ層１０３の結晶性がさらに向上する。

【００７６】以下、前記の効果について図２を参照しな
がら詳しく説明する。

【００７７】図２は、シリコンよりなる歪み緩和層１０
１の厚さと、基板１００の温度を１０００℃から室温へ
下げたときに基板１００及び歪み緩和層１０１よりなる
積層体からＧａＮ層１０３に加わる引っ張り歪みとの関
係を示している。尚、図２において、縦軸に示す引っ張
り歪みの値が負である場合は、ＧａＮ層１０３に圧縮歪
みが加わっていることを意味すると共に、横軸に示す歪
み緩和層１０１つまりシリコン薄膜の厚さが無限大
（∞）である場合は、サファイアよりなる基板１００に
代わってシリコンよりなる基板の上にＧａＮ層１０３が
結晶成長により形成されていることを意味する。また、
基板１００の厚さは３００μｍであり、ＧａＮ層１０３
の厚さは３μｍである。

【００７８】図２に示すように、歪み緩和層１０１の厚
さが８０μｍ程度以下の場合にはＧａＮ層１０３に圧縮
歪みが加わる一方、歪み緩和層１０１の厚さが８０μｍ
程度よりも大きい場合にはＧａＮ層１０３に引っ張り歪
みが加わる。その理由は、歪み緩和層１０１の厚さが８
０μｍ程度以下の場合には、基板１００からＧａＮ層１
０３に加わる圧縮歪みが、歪み緩和層１０１からＧａＮ
層１０３に加わる引っ張り歪みよりも大きくなる一方、
歪み緩和層１０１の厚さが８０μｍ程度よりも大きい場
合には、基板１００からＧａＮ層１０３に加わる圧縮歪
みが、歪み緩和層１０１からＧａＮ層１０３に加わる引
っ張り歪みよりも小さくなるためであると考えられる。

【００７９】また、歪み緩和層１０１つまりシリコン薄
膜の厚さが８０μｍ程度である場合には、基板１００か
らＧａＮ層１０３に加わる圧縮歪みと、歪み緩和層１０
１からＧａＮ層１０３に加わる引っ張り歪みとがつり合
って、基板１００及び歪み緩和層１０１よりなる積層体
からＧａＮ層１０３に加わる歪みが最小になるものと考
えられる。

【００８０】また、図１（ｃ）に示すＧａＮ層１０３を
備えた半導体装置について、歪み緩和層１０１つまりシ
リコン薄膜の厚さを変化させた場合におけるＧａＮ層１
０３中に生じるクラック数の変化を、光学顕微鏡を用い
た表面観察により調べた結果、歪み緩和層１０１の厚さ
が１００μｍ程度以下の場合にはＧａＮ層１０３中にク
ラックがほとんど生じない一方、歪み緩和層１０１の厚
さが１００μｍ程度よりも大きい場合にはＧａＮ層１０
３中にクラックが生じると共に歪み緩和層１０１の厚さ
が大きくなるに伴ってＧａＮ層１０３中に生じるクラッ
ク数が増大することが判明した。

【００８１】すなわち、歪み緩和層１０１つまりシリコ
ン薄膜の上に形成されるＧａＮ層１０３においては、圧
縮歪みが加わる場合にはクラックが生じにくい一方、引
っ張り歪みが加わる場合にはクラックが生じやすくなる
と共に引っ張り歪みが大きくなるに伴ってクラック数が
増大するものと考えられる。

【００８２】尚、第１の実施形態において、第１の熱膨
張係数Ｔ１（基板１００）の第３の熱膨張係数Ｔ３（Ｇ
ａＮ層１０３）に対する比Ｔ１／Ｔ３が、第３の熱膨張
係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２（歪み緩和層１０１）
に対する比Ｔ３／Ｔ２よりも小さい場合には、歪み緩和
層１０１を、その厚さが基板１００の厚さよりも小さく
なるように形成する一方、第１の熱膨張係数Ｔ１の第３
の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３が、第３の熱膨
張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ３／Ｔ
２よりも大きい場合には、歪み緩和層１０１を、その厚
さが基板１００の厚さよりも大きくなるように形成する
ことが好ましい。このようにすると、基板１００及び歪
み緩和層１０１よりなる積層体の熱膨張係数の平均値と
第３の熱膨張係数Ｔ３との差が一層小さくなるので、Ｇ
ａＮ層１０３の結晶性をさらに向上させることができ
る。

【００８３】具体的には、熱膨張係数７．５×１０^-6／
Ｋ（第１の熱膨張係数Ｔ１）を有するサファイアよりな
る基板１００の上に、熱膨張係数２．５５×１０^-6／Ｋ
（第２の熱膨張係数Ｔ２）を有するシリコンよりなる歪
み緩和層１０１を介して熱膨張係数５．５９×１０^-6／
Ｋ（第３の熱膨張係数Ｔ３）を有するＧａＮ層１０３を
形成しているため、第１の熱膨張係数Ｔ１の第３の熱膨
張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３（約１．３４）が、第
３の熱膨張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２に対する比
Ｔ３／Ｔ２（約２．１９）よりも小さくなるので、歪み
緩和層１０１の厚さを基板１００の厚さよりも小さくす
る。このとき、例えば厚さ３００μｍの基板１００に対
しては厚さ１００μｍ程度以下の歪み緩和層１０１を形
成することにより、ＧａＮ層１０３の結晶性を確実に向
上させることができる。特に、歪み緩和層１０１の厚さ
を８０μｍ程度以下にすると、基板１００及び歪み緩和
層１０１よりなる積層体からＧａＮ層１０３に対して引
っ張り歪みが加わることを防止できるので（図２参
照）、ＧａＮ層１０３中にクラックが生じる事態を確実
に回避することができる。

【００８４】また、第１の実施形態において、サファイ
アよりなる基板１００を用いたが、これに代えて、Ｚｎ
Ｏ（熱膨張係数８．２５×１０^-6／Ｋ）、ＧａＡｓ（熱
膨張係数６．０×１０^-6／Ｋ）、ＭｇＯ（熱膨張係数１
０．５×１０^-6／Ｋ）、ＭｇＡｌＯ₂ （熱膨張係数７．
４５×１０^-6／Ｋ）又はＢｅＯ（熱膨張係数７．３×１
０^-6／Ｋ）等よりなる基板を用いてもよい。

【００８５】また、第１の実施形態において、シリコン
よりなる歪み緩和層１０１を用いたが、これに代えて、
ＳｉＣ（熱膨張係数３．７×１０^-6／Ｋ）、ＩｎＰ（熱
膨張係数４．５×１０^-6／Ｋ）、ダイヤモンド（熱膨張
係数２．３×１０^-6／Ｋ）又はＢＰ（熱膨張係数３．０
×１０^-6／Ｋ）等よりなる歪み緩和層を用いてもよい。

【００８６】また、第１の実施形態において、バッファ
層としてＡｌＮ層１０２を形成したが、これに限られ
ず、バッファ層としてＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜ｘ≦１）で
表される窒化物系化合物よりなる層を形成してもよい。

【００８７】また、第１の実施形態において、歪み緩和
層１０１の上にバッファ層を介してＧａＮ層１０３を形
成したが、これに限られず、ガリウム原料、アルミニウ
ム原料及びインジウム原料を適当な混合比で供給するこ
とにより、歪み緩和層１０１の上にバッファ層を介して
Ａｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で
表される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成しても
よい。

【００８８】また、第１の実施形態において、ＧａＮ層
１０３にｎ型の導電性を与える場合には、IV族元素又は
VI族元素を含む原料を用いてIV族元素又はVI族元素、例
えばＳｉ、Ｇｅ又はＳｅ等を不純物としてＧａＮ層１０
３に添加することが好ましく、また、ＧａＮ層１０３に
ｐ型の導電性を与える場合には、II族元素を含む原料を
用いてII族元素、例えばＢｅ、Ｍｇ又はＺｎ等を不純物
としてＧａＮ層１０３に添加することが好ましい。

【００８９】また、第１の実施形態において、サファイ
アよりなる基板１００の上にシリコンよりなる歪み緩和
層１０１を結晶成長により形成したが、これに代えて、
サファイアよりなる所定の厚さの第１の基板と、シリコ
ンよりなる所定の厚さの第２の基板とを貼り合わせても
よいし、又は、サファイアよりなる第１の基板とシリコ
ンよりなる第２の基板とを貼り合わせた後、第１の基板
若しくは第２の基板を所定の厚さになるように研磨して
もよい。

【００９０】また、第１の実施形態において、ＧａＮ層
１０３及びその上に形成された素子構造を備えたレーザ
ダイオードを形成したが、これに限られず、窒化物系化
合物半導体層を備えた他のデバイス、例えば発光ダイオ
ード又は高速トランジスタ等を形成してもよい。

【００９１】また、第１の実施形態において、シリコン
よりなる歪み緩和層１０１つまりシリコン薄膜の上にレ
ーザダイオードを形成したが、これに代えて、シリコン
薄膜の上にシリコン半導体層を備えた集積回路等の第１
のデバイスを選択的に形成すると共に該シリコン薄膜の
上に窒化物系化合物半導体層を備えたレーザダイオード
等の第２のデバイスを選択的に形成してもよい。このよ
うにすると、光機能と電子機能とが融合した集積回路、
つまりＯＥＩＣ（光電ＩＣ）を実現することができる。

【００９２】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、
レーザダイオードを例として、図３（ａ）〜（ｄ）を参
照しながら説明する。

【００９３】まず、例えばシリコンよりなる厚さ３００
μｍの第１の基板と、例えばサファイアよりなる厚さ３
００μｍの第２の基板とを貼り合わせた後、第１の基板
をその厚さが例えば８０μｍ程度になるように研磨する
ことにより、図３（ａ）に示すように、研磨された第１
の基板つまりシリコンよりなる厚さ８０μｍ程度の基板
２００の上に、第２の基板つまりサファイアよりなる厚
さ３００μｍの歪み緩和層２０１を形成する。

【００９４】次に、基板２００の温度を５００℃にし
て、例えばトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ム及びアンモニアを原料ガスとしたＭＯＶＰＥ法を減圧
下で用いることにより、図３（ｂ）に示すように、歪み
緩和層２０１の上にＡｌＮを結晶成長させて、バッファ
層となる例えば厚さ０．０５μｍのＡｌＮ層２０２を形
成する。尚、第２の実施形態において、基板２００の温
度とは、基板２００上に形成された歪み緩和層２０１等
も含む温度を意味するものとする。

【００９５】次に、基板２００の温度を１０００℃にし
て、ＡｌＮ層２０２を形成する場合と同様に例えばトリ
メチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びアンモニ
アを原料ガスとしたＭＯＶＰＥ法を減圧下で用いること
により、図３（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層２０２の上
にＧａＮを結晶成長させて、第１のコンタクト層となる
例えば厚さ３．０μｍのＧａＮ層２０３を形成する。
尚、ＧａＮ層２０３の導電性をｎ型にするために、Ｇａ
Ｎ層２０３にＳｉ、Ｇｅ又はＳｅ等が不純物として添加
される。

【００９６】表１（第１の実施形態参照）に示すよう
に、第２の実施形態においては、シリコンよりなる基板
２００は熱膨張係数２．５５×１０^-6／Ｋ（以下、第１
の熱膨張係数Ｔ１とする）を有し、サファイアよりなる
歪み緩和層２０１は熱膨張係数７．５×１０^-6／Ｋ（以
下、第２の熱膨張係数Ｔ２とする）を有し、ＧａＮ層２
０３は熱膨張係数５．５９×１０^-6／Ｋ（以下、第３の
熱膨張係数Ｔ３とする）を有している。すなわち、第２
の熱膨張係数Ｔ２は第１の熱膨張係数Ｔ１よりも大き
く、第３の熱膨張係数Ｔ３は、第１の熱膨張係数Ｔ１よ
りも大きく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よりも小さい。

【００９７】次に、図３（ｄ）に示すように、ＧａＮ層
２０３の上に、ｎ型ＡｌＧａＮよりなる第１のクラッド
層２０４、アンドープＧａＩｎＮよりなる活性層２０
５、ｐ型ＡｌＧａＮよりなる第２のクラッド層２０６、
及びｐ型ＧａＮよりなる第２のコンタクト層２０７を順
次形成した後、ＧａＮ層２０３つまり第１のコンタクト
層、第１のクラッド層２０４、活性層２０５、第２のク
ラッド層２０６及び第２のコンタクト層２０７から構成
される素子構造を、ＧａＮ層２０３の途中に達するまで
ドライエッチングにより部分的に除去する。尚、素子構
造の形成後、基板２００の温度はＧａＮ層２０３等の結
晶成長温度（１０００℃程度）から室温へ下げられる。
その後、第２のコンタクト層２０７の上に、開口部２０
８ａを有する電流狭窄層２０８を介して、ＮｉとＡｕと
の合金よりなるｐ型電極２０９を形成すると共に、Ｇａ
Ｎ層２０３つまり第１のコンタクト層におけるエッチン
グされた部分に、ＮｉとＡｕとの合金よりなるｎ型電極
２１０を形成して、レーザダイオードを完成させる。

【００９８】以上に説明したように、第２の実施形態に
よると、第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板２００の上
に、第１の熱膨張係数Ｔ１よりも大きい第２の熱膨張係
数Ｔ２を有する歪み緩和層２０１が形成されていると共
に、該歪み緩和層２０１の上に、第１の熱膨張係数Ｔ１
よりも大きく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よりも小さい第
３の熱膨張係数Ｔ３を有するＧａＮ層２０３が形成され
ているため、ＧａＮ層２０３の形成後に基板２００の温
度をＧａＮ層２０３の結晶成長温度から室温へ下げたと
きに、基板２００から歪み緩和層２０１に加わる引っ張
り歪みと、歪み緩和層２０１からＧａＮ層２０３に加わ
る圧縮歪みとが互いに打ち消し合う。言い換えると、第
３の熱膨張係数Ｔ３を有するＧａＮ層２０３が、第３の
熱膨張係数Ｔ３よりも小さい第１の熱膨張係数Ｔ１を有
する基板２００と第３の熱膨張係数Ｔ３よりも大きい第
２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層２０１とよりな
る積層体の上に形成されているため、該積層体の熱膨張
係数の平均値と第３の熱膨張係数Ｔ３との差を、第１の
熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ３との差よりも小
さくできる。このため、基板２００からの引っ張り歪み
に起因してＧａＮ層２０３に生じる内部応力が減少する
と共にＧａＮ層２０３にクラックが生じにくくなるの
で、ＧａＮ層２０３の結晶性ひいては該ＧａＮ層２０３
の上に形成される素子構造の結晶性を向上させることが
できる。

【００９９】尚、第２の実施形態において、第３の熱膨
張係数Ｔ３（ＧａＮ層２０３）の第１の熱膨張係数Ｔ１
（基板２００）に対する比Ｔ３／Ｔ１が、第２の熱膨張
係数Ｔ２（歪み緩和層２０１）の第３の熱膨張係数Ｔ３
に対する比Ｔ２／Ｔ３よりも小さい場合には、歪み緩和
層２０１を、その厚さが基板２００の厚さよりも小さく
なるように形成する一方、第３の熱膨張係数Ｔ３の第１
の熱膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ３／Ｔ１が、第２の熱膨
張係数Ｔ２の第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ２／Ｔ
３よりも大きい場合には、歪み緩和層２０１を、その厚
さが基板２００の厚さよりも大きくなるように形成する
ことが好ましい。このようにすると、基板２００及び歪
み緩和層２０１よりなる積層体の熱膨張係数の平均値と
第３の熱膨張係数Ｔ３との差が一層小さくなるので、Ｇ
ａＮ層２０３の結晶性をさらに向上させることができ
る。

【０１００】具体的には、熱膨張係数２．５５×１０^-6
／Ｋ（第１の熱膨張係数Ｔ１）を有するシリコンよりな
る基板２００の上に、熱膨張係数７．５×１０^-6／Ｋ
（第２の熱膨張係数Ｔ２）を有するサファイアよりなる
歪み緩和層２０１を介して熱膨張係数５．５９×１０^-6
／Ｋ（第３の熱膨張係数Ｔ３）を有するＧａＮ層２０３
を形成しているため、第３の熱膨張係数Ｔ３の第１の熱
膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ３／Ｔ１（約２．１９）が、
第２の熱膨張係数Ｔ２の第３の熱膨張係数Ｔ３に対する
比Ｔ２／Ｔ３（約１．３４）よりも大きくなるので、歪
み緩和層２０１の厚さを基板２００の厚さよりも大きく
する。

【０１０１】また、第２の実施形態において、シリコン
よりなる基板２００を用いたが、これに代えて、ＳｉＣ
（熱膨張係数３．７×１０^-6／Ｋ）、ＩｎＰ（熱膨張係
数４．５×１０^-6／Ｋ）、ダイヤモンド（熱膨張係数
２．３×１０^-6／Ｋ）又はＢＰ（熱膨張係数３．０×１
０^-6／Ｋ）等よりなる基板を用いてもよい。

【０１０２】また、第２の実施形態において、サファイ
アよりなる歪み緩和層２０１を用いたが、これに代え
て、ＺｎＯ（熱膨張係数８．２５×１０^-6／Ｋ）、Ｇａ
Ａｓ（熱膨張係数６．０×１０^-6／Ｋ）、ＭｇＯ（熱膨
張係数１０．５×１０^-6／Ｋ）、ＭｇＡｌＯ₂ （熱膨張
係数７．４５×１０^-6／Ｋ）又はＢｅＯ（熱膨張係数
７．３×１０^-6／Ｋ）等よりなる歪み緩和層を用いても
よい。

【０１０３】また、第２の実施形態において、バッファ
層としてＡｌＮ層２０２を形成したが、これに限られ
ず、バッファ層としてＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦ｘ≦１）で
表される窒化物系化合物よりなる層を形成してもよい。

【０１０４】また、第２の実施形態において、歪み緩和
層２０１の上にバッファ層を介してＧａＮ層２０３を形
成したが、これに限られず、ガリウム原料、アルミニウ
ム原料及びインジウム原料を適当な混合比で供給するこ
とにより、歪み緩和層２０１の上にバッファ層を介して
Ａｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で
表される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成しても
よい。

【０１０５】また、第２の実施形態において、ＧａＮ層
２０３にｎ型の導電性を与える場合には、IV族元素又は
VI族元素を含む原料を用いてIV族元素又はVI族元素、例
えばＳｉ、Ｇｅ又はＳｅ等を不純物としてＧａＮ層２０
３に添加することが好ましく、また、ＧａＮ層２０３に
ｐ型の導電性を与える場合には、II族元素を含む原料を
用いてII族元素、例えばＢｅ、Ｍｇ又はＺｎ等を不純物
としてＧａＮ層２０３に添加することが好ましい。

【０１０６】また、第２の実施形態において、シリコン
よりなる第１の基板とサファイアよりなる第２の基板と
を貼り合わせた後、第１の基板のみを所定の厚さになる
ように研磨したが、これに代えて、シリコンよりなる第
１の基板とサファイアよりなる第２の基板とを貼り合わ
せた後、第１の基板及び第２の基板若しくは第２の基板
のみを所定の厚さになるように研磨してもよいし、シリ
コンよりなる所定の厚さの第１の基板と、サファイアよ
りなる所定の厚さの第２の基板とを貼り合わせてもよ
い。

【０１０７】また、第２の実施形態において、基板２０
０及び歪み緩和層２０１よりなる積層体の上にＧａＮ層
２０３を有するレーザダイオードを形成したが、これに
代えて、基板２００及び歪み緩和層２０１よりなる積層
体の上にＧａＮ厚膜を形成した後、該積層体とＧａＮ厚
膜とを分離して該ＧａＮ厚膜よりなる半導体基板を形成
し、その後、該半導体基板の上にレーザダイオードを形
成してもよい。

【０１０８】また、第２の実施形態において、ＧａＮ層
２０３及びその上に形成された素子構造を備えたレーザ
ダイオードを形成したが、これに限られず、窒化物系化
合物半導体層を備えた他のデバイス、例えば発光ダイオ
ード又は高速トランジスタ等を形成してもよい。

【０１０９】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について、レーザ
ダイオードを例として、図４（ａ）〜（ｄ）を参照しな
がら説明する。

【０１１０】まず、例えばモノシラン又はジクロルシラ
ン等の珪素を含むガスを使用したＣＶＤ法を用いること
により、図４（ａ）に示すように、例えばサファイアよ
りなる厚さ３００μｍの基板３００の上にシリコンを結
晶成長させて、シリコンよりなる例えば厚さ８０μｍの
歪み緩和層３０１を形成する。このとき、基板３００の
主面を（０００１）面とすることにより、（１１１）面
を成長面とする歪み緩和層３０１が形成される。その
後、基板３００の温度を５００℃にして、例えばトリメ
チルガリウム、トリメチルアルミニウム及びアンモニア
を原料ガスとしたＭＯＶＰＥ法を減圧下で用いることに
より、図４（ａ）に示すように、歪み緩和層３０１の上
にＡｌＮを結晶成長させて、バッファ層となる例えば厚
さ０．０５μｍのＡｌＮ層３０２を形成する。

【０１１１】尚、第３の実施形態において、基板３００
の温度とは、基板３００上に形成された歪み緩和層３０
１等も含む温度を意味するものとする。

【０１１２】また、第３の実施形態において、基板３０
０は円形であり、その直径は２インチ程度（約５ｃｍ）
である。

【０１１３】次に、基板３００の温度を１０００℃にし
て、塩化ガリウムとアンモニアを原料としたハイドライ
ドＶＰＥ法（以下、ＨＶＰＥ法と称する）を常圧下で用
いることにより、図４（ｂ）に示すように、ＡｌＮ層３
０２の上にＧａＮを結晶成長させて、例えば厚さ３００
μｍのＧａＮ厚膜３０３を形成する。尚、ＧａＮ厚膜３
０３の形成後、基板３００の温度はＧａＮ厚膜３０３の
結晶成長温度（１０００℃）から室温へ下げられる。ま
た、ＨＶＰＥ法の原料である塩化ガリウムは、８００℃
に熱した金属ガリウムに塩化水素ガスを触れさせること
により生成される。

【０１１４】表１（第１の実施形態参照）に示すよう
に、第３の実施形態においては、サファイアよりなる基
板３００は熱膨張係数７．５×１０^-6／Ｋ（以下、第１
の熱膨張係数Ｔ１とする）を有し、シリコンよりなる歪
み緩和層３０１は熱膨張係数２．５５×１０^-6／Ｋ（以
下、第２の熱膨張係数Ｔ２とする）を有し、ＧａＮ厚膜
３０３は熱膨張係数５．５９×１０^-6／Ｋ（以下、第３
の熱膨張係数Ｔ３とする）を有している。すなわち、第
２の熱膨張係数Ｔ２は第１の熱膨張係数Ｔ１よりも小さ
く、第３の熱膨張係数Ｔ３は、第１の熱膨張係数Ｔ１よ
りも小さく且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よりも大きい。

【０１１５】次に、フッ酸を含む溶液、例えばフッ酸と
硝酸と水とが１：１：２の割合で混合された溶液を用い
てシリコンよりなる歪み緩和層３０１を除去することに
より、図４（ｃ）に示すように、基板３００及び歪み緩
和層３０１よりなる積層体と、ＧａＮ厚膜３０３及びＡ
ｌＮ層３０２とを分離して、該ＧａＮ厚膜３０３及びＡ
ｌＮ層３０２よりなる半導体基板３０４を形成する。

【０１１６】次に、図４（ｄ）に示すように、半導体基
板３０４の上に、ｎ型ＧａＮよりなる第１のコンタクト
層３０５、ｎ型ＡｌＧａＮよりなる第１のクラッド層３
０６、アンドープＧａＩｎＮよりなる活性層３０７、ｐ
型ＡｌＧａＮよりなる第２のクラッド層３０８、及びｐ
型ＧａＮよりなる第２のコンタクト層３０９を順次形成
する。その後、図示は省略しているが、第２のコンタク
ト層３０９の上に電流狭窄層を介してｐ型電極を形成す
ると共に半導体基板３０４の下面にｎ型電極を形成する
ことにより、レーザダイオードを完成させる。

【０１１７】以上に説明したように、第３の実施形態に
よると、第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板３００の上
に、第１の熱膨張係数Ｔ１よりも小さい第２の熱膨張係
数Ｔ２を有する歪み緩和層３０１を形成した後、該歪み
緩和層３０１の上に、第１の熱膨張係数Ｔ１よりも小さ
く且つ第２の熱膨張係数Ｔ２よりも大きい第３の熱膨張
係数Ｔ３を有するＧａＮ厚膜３０３を形成しているた
め、ＧａＮ厚膜３０３の形成後に基板３００の温度をＧ
ａＮ厚膜３０３の結晶成長温度から室温へ下げたとき
に、基板３００から歪み緩和層３０１に加わる圧縮歪み
と、歪み緩和層３０１からＧａＮ厚膜３０３に加わる引
っ張り歪みとが互いに打ち消し合う。言い換えると、第
３の熱膨張係数Ｔ３を有するＧａＮ厚膜３０３が、第３
の熱膨張係数Ｔ３よりも大きい第１の熱膨張係数Ｔ１を
有する基板３００と第３の熱膨張係数Ｔ３よりも小さい
第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層３０１とより
なる積層体の上に形成されているため、該積層体の熱膨
張係数の平均値と第３の熱膨張係数Ｔ３との差を、第１
の熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ３との差よりも
小さくできる。このため、基板３００からの圧縮歪みに
起因してＧａＮ厚膜３０３に生じる内部応力が減少する
と共にＧａＮ厚膜３０３にクラックが生じにくくなるの
で、ＧａＮ厚膜３０３の結晶性を向上させることができ
る。従って、基板３００及び歪み緩和層３０１よりなる
積層体とＧａＮ厚膜３０３とを分離することにより、結
晶性が優れたＧａＮ厚膜３０３よりなる半導体基板３０
４を形成することができる。

【０１１８】特に、第３の実施形態においては、サファ
イアよりなる基板３００の厚さを３００μｍとすると共
にシリコンよりなる歪み緩和層３０１の厚さを８０μｍ
程度とすることにより、基板３００からＧａＮ厚膜３０
３に加わる圧縮歪みと、歪み緩和層３０１からＧａＮ厚
膜３０３に加わる引っ張り歪みとが略つり合う。このた
め、基板３００及び歪み緩和層３０１よりなる積層体か
らＧａＮ厚膜３０３に加わる歪みが最小になるので（図
２参照）、ＧａＮ厚膜３０３にクラックが生じる事態を
確実に防止して、ＧａＮ厚膜３０３の結晶性をさらに向
上させることができる。

【０１１９】また、第３の実施形態によると、２インチ
程度（約５ｃｍ）の大きい直径を有する基板３００上に
ＧａＮ厚膜３０３を形成しているため、結晶性が優れた
大面積のＧａＮ厚膜３０３よりなる半導体基板３０４を
形成することができる。

【０１２０】また、第３の実施形態によると、サファイ
アよりなる基板３００の上にシリコンよりなる歪み緩和
層３０１を形成しているため、特定の成長面を有する歪
み緩和層３０１が形成されるので、該歪み緩和層３０１
上に形成されるＧａＮ厚膜３０３の結晶性がさらに向上
する。例えば、サファイアよりなる基板３００の主面を
（０００１）面とすることにより、シリコンよりなり、
（１１１）面を成長面とする歪み緩和層３０１が形成さ
れる結果、該歪み緩和層３０１の上に、（０００１）面
を成長面とするＧａＮ厚膜３０３が形成されるので、該
ＧａＮ厚膜３０３の結晶性がさらに向上する。

【０１２１】具体的には、ＧａＮ厚膜３０３よりなる半
導体基板３０４の直径は、基板３００と略等しい２イン
チ程度（約５ｃｍ）であった。また、半導体基板３０４
の表面部を光学顕微鏡を用いて観察した結果、半導体基
板３０４の表面部つまりＧａＮ厚膜３０３の表面部には
クラックがほとんど生じていないことが判明した。

【０１２２】また、第３の実施形態によると、フッ酸を
含む溶液を用いて歪み緩和層３０１を除去しているた
め、基板３００を研磨して除去することなく、基板３０
０及び歪み緩和層３０１よりなる積層体とＧａＮ厚膜３
０３とを分離できるので、該ＧａＮ厚膜３０３よりなる
半導体基板３０４を容易に短時間で形成することができ
ると共に、ＧａＮ厚膜３０３が分離された基板３００を
新たなＧａＮ厚膜の形成に再利用することができる。

【０１２３】尚、第３の実施形態において、第１の熱膨
張係数Ｔ１（基板３００）の第３の熱膨張係数Ｔ３（Ｇ
ａＮ厚膜３０３）に対する比Ｔ１／Ｔ３が、第３の熱膨
張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２（歪み緩和層３０
１）に対する比Ｔ３／Ｔ２よりも小さい場合には、歪み
緩和層３０１を、その厚さが基板３００の厚さよりも小
さくなるように形成する一方、第１の熱膨張係数Ｔ１の
第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３が、第３の
熱膨張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ３
／Ｔ２よりも大きい場合には、歪み緩和層３０１を、そ
の厚さが基板３００の厚さよりも大きくなるように形成
することが好ましい。このようにすると、基板３００及
び歪み緩和層３０１よりなる積層体の熱膨張係数の平均
値と第３の熱膨張係数Ｔ３との差が一層小さくなるの
で、ＧａＮ厚膜３０３の結晶性をさらに向上させること
ができる。

【０１２４】具体的には、熱膨張係数７．５×１０^-6／
Ｋ（第１の熱膨張係数Ｔ１）を有するサファイアよりな
る基板３００の上に、熱膨張係数２．５５×１０^-6／Ｋ
（第２の熱膨張係数Ｔ２）を有するシリコンよりなる歪
み緩和層３０１を介して熱膨張係数５．５９×１０^-6／
Ｋ（第３の熱膨張係数Ｔ３）を有するＧａＮ厚膜３０３
を形成しているため、第１の熱膨張係数Ｔ１の第３の熱
膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３（約１．３４）が、
第３の熱膨張係数Ｔ３の第２の熱膨張係数Ｔ２に対する
比Ｔ３／Ｔ２（約２．１９）よりも小さくなるので、歪
み緩和層３０１の厚さを基板３００の厚さよりも小さく
する。

【０１２５】また、第３の実施形態において、サファイ
アよりなる基板３００を用いたが、これに代えて、Ｚｎ
Ｏ（熱膨張係数８．２５×１０^-6／Ｋ）、ＧａＡｓ（熱
膨張係数６．０×１０^-6／Ｋ）、ＭｇＯ（熱膨張係数１
０．５×１０^-6／Ｋ）、ＭｇＡｌＯ₂ （熱膨張係数７．
４５×１０^-6／Ｋ）又はＢｅＯ（熱膨張係数７．３×１
０^-6／Ｋ）等よりなる基板を用いてもよい。

【０１２６】また、第３の実施形態において、シリコン
よりなる歪み緩和層３０１を用いたが、これに代えて、
ＳｉＣ（熱膨張係数３．７×１０^-6／Ｋ）、ＩｎＰ（熱
膨張係数４．５×１０^-6／Ｋ）、ダイヤモンド（熱膨張
係数２．３×１０^-6／Ｋ）又はＢＰ（熱膨張係数３．０
×１０^-6／Ｋ）等よりなる歪み緩和層を用いてもよい。

【０１２７】また、第３の実施形態において、バッファ
層としてＡｌＮ層３０２を形成したが、これに限られ
ず、バッファ層としてＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜ｘ≦１）で
表される窒化物系化合物よりなる層を形成してもよい。

【０１２８】また、第３の実施形態において、歪み緩和
層３０１の上にバッファ層を介してＧａＮ厚膜３０３を
形成したが、これに限られず、ガリウム原料、アルミニ
ウム原料及びインジウム原料を適当な混合比で供給する
ことにより、歪み緩和層３０１の上にバッファ層を介し
てＡｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）
で表される窒化物系化合物よりなる厚膜の半導体層を形
成してもよい。

【０１２９】また、第３の実施形態において、サファイ
アよりなる基板３００の上にシリコンよりなる歪み緩和
層３０１を結晶成長により形成したが、これに代えて、
サファイアよりなる所定の厚さの第１の基板と、シリコ
ンよりなる所定の厚さの第２の基板とを貼り合わせても
よいし、又は、サファイアよりなる第１の基板とシリコ
ンよりなる第２の基板とを貼り合わせた後、第１の基板
若しくは第２の基板を所定の厚さになるように研磨して
もよい。

【０１３０】また、第３の実施形態において、フッ酸を
含む溶液を用いて歪み緩和層３０１を除去することによ
り、基板３００及び歪み緩和層３０１よりなる積層体と
ＧａＮ厚膜３０３とを分離したが、これに代えて、基板
３００及び歪み緩和層３０１よりなる積層体を研磨して
除去することにより、該積層体とＧａＮ厚膜３０３とを
分離してもよい。

【０１３１】また、第３の実施形態において、半導体基
板３０４を構成するＧａＮ厚膜３０３の下面にＡｌＮ層
３０２を残存させたが、これに代えて、該ＡｌＮ層３０
２を除去してもよい。

【０１３２】また、第３の実施形態において、半導体基
板３０４の上に、つまりＧａＮ厚膜３０３の上にｎ型Ｇ
ａＮよりなる第１のコンタクト層３０５を形成したが、
これに代えて、ＧａＮ厚膜３０３の表面部にＳｉ、Ｇｅ
又はＳｅ等の不純物を添加することによって、ＧａＮ厚
膜３０３の表面部に第１のコンタクト層を形成してもよ
い。

【０１３３】また、半導体基板３０４の上にレーザダイ
オードを形成したが、これに限られず、窒化物系化合物
半導体層を備えた他のデバイス、例えば発光ダイオード
又は高速トランジスタ等を形成してもよい。

【０１３４】（第３の実施形態の変形例）以下、本発明
の第３の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法
について、レーザダイオードを例として、図５（ａ）、
（ｂ）を参照しながら説明する。尚、第３の実施形態の
変形例においては、図４（ａ）〜（ｄ）に示す第３の実
施形態と同一の部材には同一の符号を付すことにより説
明を省略する。

【０１３５】以下、第３の実施形態の変形例と第３の実
施形態との相違点を説明する。

【０１３６】第３の実施形態においては、図４（ａ）、
（ｂ）に示すように、基板３００の上に歪み緩和層３０
１、ＡｌＮ層３０２及びＧａＮ厚膜３０３を順次形成し
た後、図４（ｃ）に示すように、基板３００及び歪み緩
和層３０１よりなる積層体とＧａＮ厚膜３０３とを分離
し、その後、図４（ｄ）に示すように、ＧａＮ厚膜３０
３の上に、つまり半導体基板３０４の上に素子構造（第
１のコンタクト層３０５、第１のクラッド層３０６、活
性層３０７、第２のクラッド層３０８及び第２のコンタ
クト層３０９）を形成している。

【０１３７】一方、第３の実施形態の変形例において
は、第３の実施形態と同様に図４（ａ）、（ｂ）に示す
ように、基板３００の上に歪み緩和層３０１、ＡｌＮ層
３０２及びＧａＮ厚膜３０３を順次形成した後、図５
（ａ）に示すように、ＧａＮ厚膜３０３の上に第３の実
施形態と同じ素子構造を形成し、その後、図５（ｂ）に
示すように、基板３００及び歪み緩和層３０１よりなる
積層体と、ＧａＮ厚膜３０３つまり半導体基板３０４及
びその上に形成された素子構造とを分離している。

【０１３８】すなわち、第３の実施形態の変形例による
と、素子構造を形成するタイミングの相違を除いて、第
３の実施形態と同様の効果が得られる。

【０１３９】尚、第３の実施形態の変形例においても、
フッ酸を含む溶液を用いて歪み緩和層３０１つまりシリ
コン結晶層を除去することにより、基板３００及び歪み
緩和層３０１よりなる積層体とＧａＮ厚膜３０３等とを
分離することが好ましい。このようにすると、基板３０
０を研磨して除去する必要がないので、基板３００及び
歪み緩和層３０１よりなる積層体とＧａＮ厚膜３０３等
とを容易に短時間で分離することができると共に、Ｇａ
Ｎ厚膜３０３が分離された基板３００を新たなＧａＮ厚
膜の形成に再利用することができる。

【０１４０】

【発明の効果】本発明によると、第１の熱膨張係数Ｔ１
を有する基板及び第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩
和層よりなる積層体の熱膨張係数の平均値と、窒化物系
化合物半導体層の第３の熱膨張係数Ｔ３との差を、第１
の熱膨張係数Ｔ１と第３の熱膨張係数Ｔ３との差よりも
小さくできる。このため、基板からの圧縮歪み又は引っ
張り歪みに起因して窒化物系化合物半導体層に生じる内
部応力が減少すると共に窒化物系化合物半導体層にクラ
ックが生じにくくなるので、窒化物系化合物半導体層の
結晶性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置にお
ける、シリコンよりなる歪み緩和層の厚さと、基板及び
歪み緩和層よりなる積層体からＧａＮ層に加わる歪みと
の関係を示す図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施形態の変
形例に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
である。

【図６】第１の従来例に係る半導体装置の断面図であ
る。

【図７】第２の従来例に係る半導体装置の断面図であ
る。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は第３の従来例に係る半導体装
置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１００ 基板 １０１ 歪み緩和層 １０２ ＡｌＮ層（バッファ層） １０３ ＧａＮ層（第１のコンタクト層） １０４ 第１のクラッド層 １０５ 活性層 １０６ 第２のクラッド層 １０７ 第２のコンタクト層 １０８ 電流狭窄層 １０８ａ 開口部 １０９ ｐ型電極 １１０ ｎ型電極 ２００ 基板 ２０１ 歪み緩和層 ２０２ ＡｌＮ層（バッファ層） ２０３ ＧａＮ層（第１のコンタクト層） ２０４ 第１のクラッド層 ２０５ 活性層 ２０６ 第２のクラッド層 ２０７ 第２のコンタクト層 ２０８ 電流狭窄層 ２０８ａ 開口部 ２０９ ｐ型電極 ２１０ ｎ型電極 ３００ 基板 ３０１ 歪み緩和層 ３０２ ＡｌＮ層（バッファ層） ３０３ ＧａＮ厚膜 ３０４ 半導体基板 ３０５ 第１のコンタクト層 ３０６ 第１のクラッド層 ３０７ 活性層 ３０８ 第２のクラッド層 ３０９ 第２のコンタクト層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今藤 修 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 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 折田 賢児 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA23 CA33 CA34 CA40 CA65 CA77 5F045 AA03 AA04 AB02 AB11 AB18 AB31 AC08 AC12 AF02 AF09 BB12 CB02 DA53

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板と、 前記基板上に形成され、第２の熱膨張係数Ｔ２を有する
   歪み緩和層と、 前記歪み緩和層上に形成され、第３の熱膨張係数Ｔ３を
   有し且つＡｌ_yＧａ_{1-y -z}Ｉｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ
   ≦１）で表される窒化物系化合物よりなる半導体層とを
   備え、 前記第２の熱膨張係数Ｔ２は前記第１の熱膨張係数Ｔ１
   よりも小さく、 前記第３の熱膨張係数Ｔ３は、前記第１の熱膨張係数Ｔ
   １よりも小さく且つ前記第２の熱膨張係数Ｔ２よりも大
   きいことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記第１の熱膨張係数Ｔ１の前記第３の
   熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３は、前記第３の熱
   膨張係数Ｔ３の前記第２の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ
   ３／Ｔ２よりも小さく、 前記基板の厚さは前記歪み緩和層の厚さよりも大きいこ
   とを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記第１の熱膨張係数Ｔ１の前記第３の
   熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ１／Ｔ３は、前記第３の熱
   膨張係数Ｔ３の前記第２の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ
   ３／Ｔ２よりも大きく、 前記基板の厚さは前記歪み緩和層の厚さよりも小さいこ
   とを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記基板はサファイアよりなり、 前記歪み緩和層はシリコンよりなることを特徴とする請
   求項１に記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 前記基板の主面は（０００１）面であ
   り、 前記歪み緩和層の成長面は（１１１）面であることを特
   徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板と、 前記基板上に形成され、第２の熱膨張係数Ｔ２を有する
   歪み緩和層と、 前記歪み緩和層上に形成され、第３の熱膨張係数Ｔ３を
   有し且つＡｌ_yＧａ_{1-y -z}Ｉｎ_zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ
   ≦１）で表される窒化物系化合物よりなる半導体層とを
   備え、 前記第２の熱膨張係数Ｔ２は前記第１の熱膨張係数Ｔ１
   よりも大きく、 前記第３の熱膨張係数Ｔ３は、前記第１の熱膨張係数Ｔ
   １よりも大きく且つ前記第２の熱膨張係数Ｔ２よりも小
   さいことを特徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】 前記第３の熱膨張係数Ｔ３の前記第１の
   熱膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ３／Ｔ１は、前記第２の熱
   膨張係数Ｔ２の前記第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ
   ２／Ｔ３よりも小さく、 前記基板の厚さは前記歪み緩和層の厚さよりも大きいこ
   とを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 前記第３の熱膨張係数Ｔ３の前記第１の
   熱膨張係数Ｔ１に対する比Ｔ３／Ｔ１は、前記第２の熱
   膨張係数Ｔ２の前記第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ
   ２／Ｔ３よりも大きく、 前記基板の厚さは前記歪み緩和層の厚さよりも小さいこ
   とを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
9. 【請求項９】 第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の上
   に、第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層を形成す
   る工程と、 前記歪み緩和層の上に、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且
   つＡｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ _zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）
   で表される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成する
   工程とを備え、 前記第２の熱膨張係数Ｔ２は前記第１の熱膨張係数Ｔ１
   よりも小さく、 前記第３の熱膨張係数Ｔ３は、前記第１の熱膨張係数Ｔ
   １よりも小さく且つ前記第２の熱膨張係数Ｔ２よりも大
   きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記歪み緩和層を形成する工程は、前
    記第１の熱膨張係数Ｔ１の前記第３の熱膨張係数Ｔ３に
    対する比Ｔ１／Ｔ３が、前記第３の熱膨張係数Ｔ３の前
    記第２の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ３／Ｔ２よりも小
    さい場合には、前記歪み緩和層を、その厚さが前記基板
    の厚さよりも小さくなるように形成する一方、前記第１
    の熱膨張係数Ｔ１の前記第３の熱膨張係数Ｔ３に対する
    比Ｔ１／Ｔ３が、前記第３の熱膨張係数Ｔ３の前記第２
    の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ３／Ｔ２よりも大きい場
    合には、前記歪み緩和層を、その厚さが前記基板の厚さ
    よりも大きくなるように形成する工程を含むことを特徴
    とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記基板はサファイアよりなり、 前記歪み緩和層はシリコンよりなることを特徴とする請
    求項９に記載の半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記歪み緩和層を形成する工程は、
    （０００１）面を主面とする前記基板の上に、（１１
    １）面を成長面とする前記歪み緩和層を形成する工程を
    含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の
    製造方法。
13. 【請求項１３】 第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の
    上に、第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層を形成
    する工程と、 前記歪み緩和層の上に、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且
    つＡｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ _zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）
    で表される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成する
    工程とを備え、 前記第２の熱膨張係数Ｔ２は前記第１の熱膨張係数Ｔ１
    よりも大きく、 前記第３の熱膨張係数Ｔ３は、前記第１の熱膨張係数Ｔ
    １よりも大きく且つ前記第２の熱膨張係数Ｔ２よりも小
    さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記歪み緩和層を形成する工程は、前
    記第３の熱膨張係数Ｔ３の前記第１の熱膨張係数Ｔ１に
    対する比Ｔ３／Ｔ１が、前記第２の熱膨張係数Ｔ２の前
    記第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ２／Ｔ３よりも小
    さい場合には、前記歪み緩和層を、その厚さが前記基板
    の厚さよりも小さくなるように形成する一方、前記第３
    の熱膨張係数Ｔ３の前記第１の熱膨張係数Ｔ１に対する
    比Ｔ３／Ｔ１が、前記第２の熱膨張係数Ｔ２の前記第３
    の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ２／Ｔ３よりも大きい場
    合には、前記歪み緩和層を、その厚さが前記基板の厚さ
    よりも大きくなるように形成する工程を含むことを特徴
    とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の
    上に、第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層を形成
    する工程と、 前記歪み緩和層の上に、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且
    つＡｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ _zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）
    で表される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成する
    工程と、 前記基板及び歪み緩和層よりなる積層体と前記半導体層
    とを分離して、該半導体層よりなる半導体基板を形成す
    る工程とを備え、 前記第２の熱膨張係数Ｔ２は前記第１の熱膨張係数Ｔ１
    よりも小さく、 前記第３の熱膨張係数Ｔ３は、前記第１の熱膨張係数Ｔ
    １よりも小さく且つ前記第２の熱膨張係数Ｔ２よりも大
    きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記歪み緩和層を形成する工程は、前
    記第１の熱膨張係数Ｔ１の前記第３の熱膨張係数Ｔ３に
    対する比Ｔ１／Ｔ３が、前記第３の熱膨張係数Ｔ３の前
    記第２の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ３／Ｔ２よりも小
    さい場合には、前記歪み緩和層を、その厚さが前記基板
    の厚さよりも小さくなるように形成する一方、前記第１
    の熱膨張係数Ｔ１の前記第３の熱膨張係数Ｔ３に対する
    比Ｔ１／Ｔ３が、前記第３の熱膨張係数Ｔ３の前記第２
    の熱膨張係数Ｔ２に対する比Ｔ３／Ｔ２よりも大きい場
    合には、前記歪み緩和層を、その厚さが前記基板の厚さ
    よりも大きくなるように形成する工程を含むことを特徴
    とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記基板はサファイアよりなり、 前記歪み緩和層はシリコンよりなることを特徴とする請
    求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記歪み緩和層を形成する工程は、
    （０００１）面を主面とする前記基板の上に、（１１
    １）面を成長面とする前記歪み緩和層を形成する工程を
    含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の
    製造方法。
19. 【請求項１９】 前記半導体基板を形成する工程は、フ
    ッ酸を含む溶液を用いて前記歪み緩和層を除去する工程
    を含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置
    の製造方法。
20. 【請求項２０】 第１の熱膨張係数Ｔ１を有する基板の
    上に、第２の熱膨張係数Ｔ２を有する歪み緩和層を形成
    する工程と、 前記歪み緩和層の上に、第３の熱膨張係数Ｔ３を有し且
    つＡｌ_yＧａ_1-y-zＩｎ _zＮ （０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）
    で表される窒化物系化合物よりなる半導体層を形成する
    工程と、 前記基板及び歪み緩和層よりなる積層体と前記半導体層
    とを分離して、該半導体層よりなる半導体基板を形成す
    る工程とを備え、 前記第２の熱膨張係数Ｔ２は前記第１の熱膨張係数Ｔ１
    よりも大きく、 前記第３の熱膨張係数Ｔ３は、前記第１の熱膨張係数Ｔ
    １よりも大きく且つ前記第２の熱膨張係数Ｔ２よりも小
    さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記歪み緩和層を形成する工程は、前
    記第３の熱膨張係数Ｔ３の前記第１の熱膨張係数Ｔ１に
    対する比Ｔ３／Ｔ１が、前記第２の熱膨張係数Ｔ２の前
    記第３の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ２／Ｔ３よりも小
    さい場合には、前記歪み緩和層を、その厚さが前記基板
    の厚さよりも小さくなるように形成する一方、前記第３
    の熱膨張係数Ｔ３の前記第１の熱膨張係数Ｔ１に対する
    比Ｔ３／Ｔ１が、前記第２の熱膨張係数Ｔ２の前記第３
    の熱膨張係数Ｔ３に対する比Ｔ２／Ｔ３よりも大きい場
    合には、前記歪み緩和層を、その厚さが前記基板の厚さ
    よりも大きくなるように形成する工程を含むことを特徴
    とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。