JP2001010898A - 結晶基板およびその製造方法 - Google Patents
結晶基板およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】裏面が粗研磨のサファイアＣ面基板上に結晶成
長により形成されたＧａＮ層は、表面モフォロジーが悪
いという問題があった。 【解決手段】本発明の結晶基板は、裏面が鏡面に研磨さ
れたサファイア基板上にエピタキシャル成長により半導
体層を形成したことを特徴とする。半導体層は、一般式 ＩｎｘＡｌｙＧＡ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１） で表される。またその上に第２の半導体層を形成する場
合もある。
長により形成されたＧａＮ層は、表面モフォロジーが悪
いという問題があった。 【解決手段】本発明の結晶基板は、裏面が鏡面に研磨さ
れたサファイア基板上にエピタキシャル成長により半導
体層を形成したことを特徴とする。半導体層は、一般式 ＩｎｘＡｌｙＧＡ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１） で表される。またその上に第２の半導体層を形成する場
合もある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、サファイア基板上
に半導体層を形成した結晶基板に関し、特に、半導体層
が一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１）で表される半導体（以下、窒化物系半導体）の結
晶基板およびその製造方法に関する。
に半導体層を形成した結晶基板に関し、特に、半導体層
が一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１）で表される半導体（以下、窒化物系半導体）の結
晶基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウムは、燐化インジウムや砒化
ガリウムなどの他の化合物半導体に比べ、禁制帯エネル
ギーが３．４ｅＶと大きい。そのため、窒化物系半導体
を用いた素子（以下窒化物系半導体素子）、特に、緑か
ら紫外の比較的短い波長で発光する素子（以下窒化物系
半導体発光素子）、例えば発光ダイオード（以下窒化物
系発光ダイオード）や半導体レーザ（以下窒化物系半導
体レーザ）が実現されている（例えば、Ｓ．Ｎａｋａｍ
ｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，３５（１９９６）Ｌ７４など） （従来例１）図６は、窒化物系半導体を用いた素子の例
で、サファイア（０００１）面（「Ｃ面」と呼ばれる）
基板上に従来の結晶成長方法により半導体層が形成され
た、代表的な窒化物系半導体レーザの概略断面図（切断
面を示すハッチングは、図が見づらくなるので省略し
た。以下、全ての断面図において同様の理由で切断面の
ハッチングは省略する。）である（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒ
ａ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，３５（１９９６）Ｌ７４）。図６に於いて、この
窒化物系半導体レーザは、サファイア（０００１）面基
板６０１上に、成長温度５５０℃で成長した厚さ３００
オングストロームのアンドープの窒化ガリウム低温成長
バッファ層６０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型
窒化ガリウムコンタクト層６０３、珪素が添加された厚
さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層６０４、珪素が
添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎク
ラッド層６０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ
型窒化ガリウム光ガイド層６０６、厚さ２５オングスト
ロームのアンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と厚
さ５０オングストロームのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層からなる２６周期の多重量子井戸構造活性
層６０７、マグネシウムが添加された厚さ２００オング
ストロームのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層６０８、マグネシ
ウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光
ガイド層６０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４
μｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層６１０、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層６１１、ニッケル（第１層）および金
（第２層）からなるｐ電極６１２、チタン（第１層）お
よびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極６１３が形
成されている。各半導体層６０２、６０３、６０４、６
０５、６０６、６０７、６０８、６０９、６１０、６１
１の形成は有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用
いた結晶成長により行われた。この窒化物系半導体レー
ザの半導体層を結晶成長により形成する際に用いた、サ
ファイア（０００１）面基板裏面の研磨状態は、文献に
記述がなく、不明である。通常は、結晶成長に当たり、
特別にサファイア基板を鏡面研磨することはない。
ガリウムなどの他の化合物半導体に比べ、禁制帯エネル
ギーが３．４ｅＶと大きい。そのため、窒化物系半導体
を用いた素子（以下窒化物系半導体素子）、特に、緑か
ら紫外の比較的短い波長で発光する素子（以下窒化物系
半導体発光素子）、例えば発光ダイオード（以下窒化物
系発光ダイオード）や半導体レーザ（以下窒化物系半導
体レーザ）が実現されている（例えば、Ｓ．Ｎａｋａｍ
ｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，３５（１９９６）Ｌ７４など） （従来例１）図６は、窒化物系半導体を用いた素子の例
で、サファイア（０００１）面（「Ｃ面」と呼ばれる）
基板上に従来の結晶成長方法により半導体層が形成され
た、代表的な窒化物系半導体レーザの概略断面図（切断
面を示すハッチングは、図が見づらくなるので省略し
た。以下、全ての断面図において同様の理由で切断面の
ハッチングは省略する。）である（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒ
ａ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，３５（１９９６）Ｌ７４）。図６に於いて、この
窒化物系半導体レーザは、サファイア（０００１）面基
板６０１上に、成長温度５５０℃で成長した厚さ３００
オングストロームのアンドープの窒化ガリウム低温成長
バッファ層６０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型
窒化ガリウムコンタクト層６０３、珪素が添加された厚
さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層６０４、珪素が
添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎク
ラッド層６０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ
型窒化ガリウム光ガイド層６０６、厚さ２５オングスト
ロームのアンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と厚
さ５０オングストロームのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層からなる２６周期の多重量子井戸構造活性
層６０７、マグネシウムが添加された厚さ２００オング
ストロームのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層６０８、マグネシ
ウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光
ガイド層６０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４
μｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層６１０、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層６１１、ニッケル（第１層）および金
（第２層）からなるｐ電極６１２、チタン（第１層）お
よびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極６１３が形
成されている。各半導体層６０２、６０３、６０４、６
０５、６０６、６０７、６０８、６０９、６１０、６１
１の形成は有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用
いた結晶成長により行われた。この窒化物系半導体レー
ザの半導体層を結晶成長により形成する際に用いた、サ
ファイア（０００１）面基板裏面の研磨状態は、文献に
記述がなく、不明である。通常は、結晶成長に当たり、
特別にサファイア基板を鏡面研磨することはない。
【０００３】（従来例２）図７は裏面が粗研磨のサファ
イアＣ面基板上に結晶成長によりＧａＮ層を形成した結
晶基板の概略断面図である。この図７の結晶基板は、裏
面粗研磨のサファイアＣ面基板２０１上に、成長圧力１
００Ｔｏｒｒ、成長温度５５０℃、トリメチルガリウム
（以下、ＴＭＧａと記す）供給量１６．９μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＮＨ 3供給量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速
度１オングストローム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法により厚
さ３００オングストロームのＧａＮ低温バッファ層１０
２成長し、引き続き、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温
度１０５０℃、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度
０．２４μｍ／ｈｒでＭＯＶＰＥ法により厚さ１．５μ
ｍのＧａＮ層１０３をＧａＮ低温バッファ層１０２の上
に成長したものである。図１０に、図７に概略断面図が
示されたＧａＮ層１０３の表面の光学顕微鏡写真を示
す。表面の凹凸が大きく、表面モフォロジーが悪いこと
が観察される。このときのサファイア基板裏面の原子間
力顕微鏡（ＡＦＭ）像を図１５に示す。ＡＦＭの測定に
よれば、この領域のサファイア基板裏面の凹凸の代表的
な二乗平均（ＲＭＳ）が１７９．８４ｎｍであった。
イアＣ面基板上に結晶成長によりＧａＮ層を形成した結
晶基板の概略断面図である。この図７の結晶基板は、裏
面粗研磨のサファイアＣ面基板２０１上に、成長圧力１
００Ｔｏｒｒ、成長温度５５０℃、トリメチルガリウム
（以下、ＴＭＧａと記す）供給量１６．９μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＮＨ 3供給量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速
度１オングストローム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法により厚
さ３００オングストロームのＧａＮ低温バッファ層１０
２成長し、引き続き、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温
度１０５０℃、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度
０．２４μｍ／ｈｒでＭＯＶＰＥ法により厚さ１．５μ
ｍのＧａＮ層１０３をＧａＮ低温バッファ層１０２の上
に成長したものである。図１０に、図７に概略断面図が
示されたＧａＮ層１０３の表面の光学顕微鏡写真を示
す。表面の凹凸が大きく、表面モフォロジーが悪いこと
が観察される。このときのサファイア基板裏面の原子間
力顕微鏡（ＡＦＭ）像を図１５に示す。ＡＦＭの測定に
よれば、この領域のサファイア基板裏面の凹凸の代表的
な二乗平均（ＲＭＳ）が１７９．８４ｎｍであった。
【０００４】上記図７に示す結晶基板の表面モフォロジ
ーが悪いＧａＮ層１０３上に、図６に示すような半導体
多層構造を形成すると、半導体多層構造を構成する半導
体層の結晶性が劣り、特性の優れた窒化物系半導体素子
は得られない。このことは以下、図８、図９に示す結晶
基板の上に半導体多層構造を形成しても同様のことが起
こる。
ーが悪いＧａＮ層１０３上に、図６に示すような半導体
多層構造を形成すると、半導体多層構造を構成する半導
体層の結晶性が劣り、特性の優れた窒化物系半導体素子
は得られない。このことは以下、図８、図９に示す結晶
基板の上に半導体多層構造を形成しても同様のことが起
こる。
【０００５】（従来例３）有機金属化学気相成長法を用
いてサファイア基板上に形成したＧａＮ膜には、１０9
ｃｍ-2程度の高い密度の貫通転位が存在する。近年、こ
の高い転位密度を低減するためには、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔ
ａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）
技術の採用が有効であることが明らかになった。
いてサファイア基板上に形成したＧａＮ膜には、１０9
ｃｍ-2程度の高い密度の貫通転位が存在する。近年、こ
の高い転位密度を低減するためには、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔ
ａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）
技術の採用が有効であることが明らかになった。
【０００６】このＥＬＯ技術を用いた水素化物気相成長
（ハイドライドＶＰＥ）法によりＧａＮ層を形成した結
晶基板の断面図を図８に示す（Ａ．Ｕｓｕｉ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３６（１９
９７）Ｌ８９９）。図８に於いて、上記図７に示した例
と同じ粗さに裏面を粗研磨したサファイアＣ面基板２０
１上に、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度５５０℃、
ＴＭＧａ供給量１６．９μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給
量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度１オングストロ
ーム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法により成膜した厚さ３００
オングストロームのＧａＮ低温バッファ層１０２に続
き、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度１０５０℃、Ｔ
ＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量
０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度０．２４μｍ／ｈｒ
でＭＯＶＰＥ法により成膜した厚さ１．５μｍのＧａＮ
層１０３が形成されている。このＧａＮ層１０３上に
は、ＧａＮ層１０３の＜１１−２０＞方向に、幅２μｍ
のストライプ状の開口部を挾んで互いに平行に延在する
幅５μｍの複数のストライプ状酸化珪素膜から成る酸化
珪素マスク１１０１が、熱化学気相堆積（熱ＣＶＤ）法
により形成されている。この酸化珪素マスク１１０１の
開口部に選択的に、ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶ
ＰＥ法により、厚さ１００μｍのＧａＮ層１１０２が形
成されている。このときのハイドライドＶＰＥ法の成長
条件は、成長圧力７６０Ｔｏｒｒ、ＧａＣｌ供給量１．
７９ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．０４５ｍｏｌ
／ｍｉｎ、成長速度１００μｍ／ｈｒである。図１２
は、図８に概略断面図が示されたＧａＮ層１１０２の表
面の光学顕微鏡写真である。ＥＬＯによるＧａＮ層１１
０２も表面の凹凸が大きく、表面モフォロジーが悪いこ
とが観察される。
（ハイドライドＶＰＥ）法によりＧａＮ層を形成した結
晶基板の断面図を図８に示す（Ａ．Ｕｓｕｉ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３６（１９
９７）Ｌ８９９）。図８に於いて、上記図７に示した例
と同じ粗さに裏面を粗研磨したサファイアＣ面基板２０
１上に、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度５５０℃、
ＴＭＧａ供給量１６．９μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給
量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度１オングストロ
ーム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法により成膜した厚さ３００
オングストロームのＧａＮ低温バッファ層１０２に続
き、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度１０５０℃、Ｔ
ＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量
０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度０．２４μｍ／ｈｒ
でＭＯＶＰＥ法により成膜した厚さ１．５μｍのＧａＮ
層１０３が形成されている。このＧａＮ層１０３上に
は、ＧａＮ層１０３の＜１１−２０＞方向に、幅２μｍ
のストライプ状の開口部を挾んで互いに平行に延在する
幅５μｍの複数のストライプ状酸化珪素膜から成る酸化
珪素マスク１１０１が、熱化学気相堆積（熱ＣＶＤ）法
により形成されている。この酸化珪素マスク１１０１の
開口部に選択的に、ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶ
ＰＥ法により、厚さ１００μｍのＧａＮ層１１０２が形
成されている。このときのハイドライドＶＰＥ法の成長
条件は、成長圧力７６０Ｔｏｒｒ、ＧａＣｌ供給量１．
７９ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．０４５ｍｏｌ
／ｍｉｎ、成長速度１００μｍ／ｈｒである。図１２
は、図８に概略断面図が示されたＧａＮ層１１０２の表
面の光学顕微鏡写真である。ＥＬＯによるＧａＮ層１１
０２も表面の凹凸が大きく、表面モフォロジーが悪いこ
とが観察される。
【０００７】（従来例４）図９は、ＥＬＯ技術を用いた
有機金属化学気相成長法（ＭＯＶＰＥ）法によりＧａＮ
層を形成した結晶基板の断面図である（Ｓ．Ｎａｋａｍ
ｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，７２（１９９８）２１１）。図９に於いて、上記
図７に示した例と同じ粗さに裏面を粗研磨したサファイ
アＣ面基板２０１上に、成長温度５５０℃でＭＯＶＰＥ
法により成膜された厚さ３００オングストロームのＧａ
Ｎ低温バッファ層１０２に続き、成長温度１０５０℃で
ＭＯＶＰＥ法により成膜された厚さ１．５μｍのＧａＮ
層１０３が形成されている。このＧａＮ層１０３上に
は、前記ＧａＮ層１０３の＜１−１００＞方向に、幅２
μｍのストライプ状の開口部を挾んで互いに平行に延在
する幅５μｍの複数のストライプ状酸化珪素膜から成る
酸化珪素マスク１１０１が、熱化学気相堆積（熱ＣＶ
Ｄ）法により形成されている。この酸化珪素マスク１１
０１の開口部に選択的に、厚さ１０μｍのＧａＮ層１２
０２が、ＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰＥ法により形成さ
れている。このＭＯＶＰＥにより成長したＧａＮ層１２
０２もハイドライドＶＰＥ法によるＧａＮ層１１０２と
同様、表面の凹凸が大きく、表面モフォロジーが悪い。
有機金属化学気相成長法（ＭＯＶＰＥ）法によりＧａＮ
層を形成した結晶基板の断面図である（Ｓ．Ｎａｋａｍ
ｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，７２（１９９８）２１１）。図９に於いて、上記
図７に示した例と同じ粗さに裏面を粗研磨したサファイ
アＣ面基板２０１上に、成長温度５５０℃でＭＯＶＰＥ
法により成膜された厚さ３００オングストロームのＧａ
Ｎ低温バッファ層１０２に続き、成長温度１０５０℃で
ＭＯＶＰＥ法により成膜された厚さ１．５μｍのＧａＮ
層１０３が形成されている。このＧａＮ層１０３上に
は、前記ＧａＮ層１０３の＜１−１００＞方向に、幅２
μｍのストライプ状の開口部を挾んで互いに平行に延在
する幅５μｍの複数のストライプ状酸化珪素膜から成る
酸化珪素マスク１１０１が、熱化学気相堆積（熱ＣＶ
Ｄ）法により形成されている。この酸化珪素マスク１１
０１の開口部に選択的に、厚さ１０μｍのＧａＮ層１２
０２が、ＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰＥ法により形成さ
れている。このＭＯＶＰＥにより成長したＧａＮ層１２
０２もハイドライドＶＰＥ法によるＧａＮ層１１０２と
同様、表面の凹凸が大きく、表面モフォロジーが悪い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図７のＧａＮ層１０３
や図８、図９のＧａＮ層１１０２、１２０２のように、
裏面が粗研磨のサファイアＣ面基板上に結晶成長された
ＧａＮ層は、表面モフォロジーが悪いという問題があ
り、表面モフォロジーの悪い結晶基板上に図６に示すよ
うな半導体層６０２〜６１１を積層・形成して半導体レ
ーザ等の窒化物系半導体素子を作製しても特性の良いも
のは得られない。このため、サファイア基板上に形成さ
れる半導体層の表面モフォロジーの改善が望まれる。
や図８、図９のＧａＮ層１１０２、１２０２のように、
裏面が粗研磨のサファイアＣ面基板上に結晶成長された
ＧａＮ層は、表面モフォロジーが悪いという問題があ
り、表面モフォロジーの悪い結晶基板上に図６に示すよ
うな半導体層６０２〜６１１を積層・形成して半導体レ
ーザ等の窒化物系半導体素子を作製しても特性の良いも
のは得られない。このため、サファイア基板上に形成さ
れる半導体層の表面モフォロジーの改善が望まれる。
【０００９】本発明は、この、サファイア基板上に形成
された半導体層の表面モフォロジーを、極めて簡便な方
法で改善するものである。
された半導体層の表面モフォロジーを、極めて簡便な方
法で改善するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の結晶基板は、裏
面が鏡面に研磨されたサファイア基板と、この裏面が鏡
面に研磨されたサファイア基板上にエピタキシャル成長
により形成された半導体層とから成ることを特徴として
いる。特に、エピタキシャル成長した半導体層が一般式
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で
表される半導体層であるのが望ましい。
面が鏡面に研磨されたサファイア基板と、この裏面が鏡
面に研磨されたサファイア基板上にエピタキシャル成長
により形成された半導体層とから成ることを特徴として
いる。特に、エピタキシャル成長した半導体層が一般式
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で
表される半導体層であるのが望ましい。
【００１１】本発明の第２の結晶基板は、裏面が鏡面に
研磨されたサファイア基板と、裏面が鏡面に研磨された
サファイア基板上にエピタキシャル成長により形成され
た第１の半導体層と、第１の半導体層上にマスクレスＥ
ＬＯにより形成された第２の半導体層とから成ることを
特徴とする結晶基板である。
研磨されたサファイア基板と、裏面が鏡面に研磨された
サファイア基板上にエピタキシャル成長により形成され
た第１の半導体層と、第１の半導体層上にマスクレスＥ
ＬＯにより形成された第２の半導体層とから成ることを
特徴とする結晶基板である。
【００１２】本発明の第３の結晶基板は、裏面が鏡面に
研磨されたサファイア基板上に、エピタキシャル成長に
より第１の半導体層が形成され、第１の半導体層上に開
口部を有するマスクを備え、さらに、開口部を介して第
２の半導体層がＥＬＯにより第１の半導体層上に形成さ
れたことを特徴とする結晶基板である。
研磨されたサファイア基板上に、エピタキシャル成長に
より第１の半導体層が形成され、第１の半導体層上に開
口部を有するマスクを備え、さらに、開口部を介して第
２の半導体層がＥＬＯにより第１の半導体層上に形成さ
れたことを特徴とする結晶基板である。
【００１３】本発明の第４の結晶基板は、裏面が鏡面に
研磨されたサファイア基板上に、エピタキシャル成長に
より第１の半導体層が形成され、前記第１の半導体層一
部領域がエッチング除去され、ＥＬＯにより第２の半導
体層が前記第１の半導体層上に形成されたことを特徴と
する結晶基板である。
研磨されたサファイア基板上に、エピタキシャル成長に
より第１の半導体層が形成され、前記第１の半導体層一
部領域がエッチング除去され、ＥＬＯにより第２の半導
体層が前記第１の半導体層上に形成されたことを特徴と
する結晶基板である。
【００１４】特に、上記第２〜第４の結晶基板におい
て、第１の半導体層が一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される半導体層であ
り、第２の半導体層が一般式ＩｎuＡｌwＧａ1-u-wＮ
（０≦ｕ≦１、０≦ｗ≦１）で表される半導体層である
のが望ましい。また、第１〜第４の結晶基板において、
サファイア基板裏面の凹凸が１００ｎｍ以下であること
が好ましい。
て、第１の半導体層が一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される半導体層であ
り、第２の半導体層が一般式ＩｎuＡｌwＧａ1-u-wＮ
（０≦ｕ≦１、０≦ｗ≦１）で表される半導体層である
のが望ましい。また、第１〜第４の結晶基板において、
サファイア基板裏面の凹凸が１００ｎｍ以下であること
が好ましい。
【００１５】本発明の結晶基板の製造方法は、裏面が鏡
面に研磨されたサファイア基板上に半導体層をエピタキ
シャル成長することを特徴とする結晶基板の製造方法で
ある。特に、この製造方法において、裏面が鏡面に研磨
されたサファイア基板上に、一般式ＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される半導体
層をエピタキシャル成長することが望ましい。また、半
導体層を有機金属化学気相成長法によりエピタキシャル
成長することが望ましい。
面に研磨されたサファイア基板上に半導体層をエピタキ
シャル成長することを特徴とする結晶基板の製造方法で
ある。特に、この製造方法において、裏面が鏡面に研磨
されたサファイア基板上に、一般式ＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される半導体
層をエピタキシャル成長することが望ましい。また、半
導体層を有機金属化学気相成長法によりエピタキシャル
成長することが望ましい。
【００１６】本発明の第２の結晶基板の製造方法は、裏
面が鏡面に研磨されたサファイア基板上に、エピタキシ
ャル成長により第１の半導体層を形成する工程と、第１
の半導体層上にマスクレスＥＬＯにより第２の半導体層
を形成する工程とを有することを特徴とする結晶基板の
製造方法である。
面が鏡面に研磨されたサファイア基板上に、エピタキシ
ャル成長により第１の半導体層を形成する工程と、第１
の半導体層上にマスクレスＥＬＯにより第２の半導体層
を形成する工程とを有することを特徴とする結晶基板の
製造方法である。
【００１７】本発明の第３の結晶基板の製造方法は、裏
面が鏡面に研磨されたサファイア基板上に、エピタキシ
ャル成長により第１の半導体層を形成する工程と、第１
の半導体層上に開口部を有するマスクを形成する工程
と、開口部を介して第２の半導体層をＥＬＯにより第１
の半導体層上に形成する工程とを有することを特徴とす
る結晶基板の製造方法である。
面が鏡面に研磨されたサファイア基板上に、エピタキシ
ャル成長により第１の半導体層を形成する工程と、第１
の半導体層上に開口部を有するマスクを形成する工程
と、開口部を介して第２の半導体層をＥＬＯにより第１
の半導体層上に形成する工程とを有することを特徴とす
る結晶基板の製造方法である。
【００１８】本発明の第４の結晶基板の製造方法は、裏
面が鏡面に研磨されたサファイア基板上に、エピタキシ
ャル成長により第１の半導体層を形成する工程と、第１
の半導体層の一部領域をエッチングにより除去する工程
と、前記第１の半導体層のエッチングされないで残った
表面に選択的にＥＬＯにより成長して第２の半導体層を
前記第１の半導体層上に形成する工程とを有することを
特徴とする結晶基板の製造方法である。
面が鏡面に研磨されたサファイア基板上に、エピタキシ
ャル成長により第１の半導体層を形成する工程と、第１
の半導体層の一部領域をエッチングにより除去する工程
と、前記第１の半導体層のエッチングされないで残った
表面に選択的にＥＬＯにより成長して第２の半導体層を
前記第１の半導体層上に形成する工程とを有することを
特徴とする結晶基板の製造方法である。
【００１９】上記第２〜第４の結晶基板の製造方法にお
いて、第１の半導体層が一般式Ｉｎ xＡｌyＧａ1-x-yＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される半導体層であ
り、第２の半導体層が一般式ＩｎuＡｌwＧａ1-u-wＮ
（０≦ｕ≦１、０≦ｗ≦１）で表される半導体層である
ことが望ましい。また、第２の半導体層を有機金属化学
気相成長法或いは水素化物気相成長法により成長するこ
とが好ましい。さらに、上記第１〜第４の結晶基板の製
造方法において、サファイア基板裏面の凹凸が、１００
ｎｍ以下であることが好ましい。
いて、第１の半導体層が一般式Ｉｎ xＡｌyＧａ1-x-yＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される半導体層であ
り、第２の半導体層が一般式ＩｎuＡｌwＧａ1-u-wＮ
（０≦ｕ≦１、０≦ｗ≦１）で表される半導体層である
ことが望ましい。また、第２の半導体層を有機金属化学
気相成長法或いは水素化物気相成長法により成長するこ
とが好ましい。さらに、上記第１〜第４の結晶基板の製
造方法において、サファイア基板裏面の凹凸が、１００
ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２０】（作用）発明者らは、鋭意実験を重ねた結
果、前記表面モフォロジーの悪さは、サファイアの熱伝
導率が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長の際に用
いられる他の基板の熱伝導率に比べ、悪いことに起因し
ていることに思い至った。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
結晶成長用の基板としては、サファイア以外に、Ｉｎ
Ｐ、ＧａＡｓ、ＳｉＣなどが挙げられる。サファイアの
熱伝導率は１００℃において２５．１２［Ｗ・ｍ-1・Ｋ
-1］であるが、ＩｎＰの熱伝導率は３００Ｋにおいて
０．７４×１０2［Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1］、ＧａＡｓの熱伝
導率は３００Ｋにおいて０．４８×１０2［Ｗ・ｍ-1・
Ｋ-1］、６Ｈ−ＳｉＣの熱伝導率は３００Ｋにおいて
３．６×１０2［Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1］である。通常、半導
体結晶の成長の際には、基板の裏面がカーボン製のサセ
プタに接した状態で、基板およびサセプタを反応管内に
導入する。しかる後に、ヒータ、ランプ、高周波などを
用いてサセプタを加熱することにより、基板を数百ない
し千数百℃に加熱することになる。しかしながら、基板
がサファイアの場合には、ＩｎＰ等の半導体基板に比べ
て前記のようにサファイアの熱伝導率が悪いために、サ
ファイア基板の裏面の凹凸に起因して、サファイア基板
面内に微小な温度分布が生じる。この温度分布が原因
で、サファイア基板上に結晶成長により形成されたＧａ
Ｎ層の表面モフォロジーの悪化が生じる。ＧａＮのみな
らず、窒化物系半導体は一般にサファイア基板上に形成
されることが多いが、サファイア基板の裏面の凹凸に起
因して、形成された窒化物系半導体の表面モフォロジー
が悪化することはＧａＮの場合と同様である。
果、前記表面モフォロジーの悪さは、サファイアの熱伝
導率が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長の際に用
いられる他の基板の熱伝導率に比べ、悪いことに起因し
ていることに思い至った。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
結晶成長用の基板としては、サファイア以外に、Ｉｎ
Ｐ、ＧａＡｓ、ＳｉＣなどが挙げられる。サファイアの
熱伝導率は１００℃において２５．１２［Ｗ・ｍ-1・Ｋ
-1］であるが、ＩｎＰの熱伝導率は３００Ｋにおいて
０．７４×１０2［Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1］、ＧａＡｓの熱伝
導率は３００Ｋにおいて０．４８×１０2［Ｗ・ｍ-1・
Ｋ-1］、６Ｈ−ＳｉＣの熱伝導率は３００Ｋにおいて
３．６×１０2［Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1］である。通常、半導
体結晶の成長の際には、基板の裏面がカーボン製のサセ
プタに接した状態で、基板およびサセプタを反応管内に
導入する。しかる後に、ヒータ、ランプ、高周波などを
用いてサセプタを加熱することにより、基板を数百ない
し千数百℃に加熱することになる。しかしながら、基板
がサファイアの場合には、ＩｎＰ等の半導体基板に比べ
て前記のようにサファイアの熱伝導率が悪いために、サ
ファイア基板の裏面の凹凸に起因して、サファイア基板
面内に微小な温度分布が生じる。この温度分布が原因
で、サファイア基板上に結晶成長により形成されたＧａ
Ｎ層の表面モフォロジーの悪化が生じる。ＧａＮのみな
らず、窒化物系半導体は一般にサファイア基板上に形成
されることが多いが、サファイア基板の裏面の凹凸に起
因して、形成された窒化物系半導体の表面モフォロジー
が悪化することはＧａＮの場合と同様である。
【００２１】図８や図９に示したように、通常、窒化物
系半導体に於けるＥＬＯは、サファイア基板上に形成さ
れたＧａＮ層上に於いて実施するが、その結果形成され
たＧａＮ層１１０２やＧａＮ層１２０２の表面モフォロ
ジーは、サファイア基板上に形成されたＧａＮ層１０３
の表面モフォロジーを反映したものとなる。例えば、図
１２は図１０に表面の光学顕微鏡写真が示されたＧａＮ
層１０３上にＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法
により形成されたＧａＮ層１１０２の表面の光学顕微鏡
写真である。図１２および図１０の比較より、ＧａＮ層
１０３の上にＥＬＯ技術により形成されたＧａＮ層１１
０２の表面が、ＥＬＯを実施する前の下地層であるＧａ
Ｎ層１０３の表面モフォロジーをそのまま引き継いでい
る様子が観察される。このように、従来は、半導体層を
形成する基板表面は鏡面研磨されているが、裏面は粗研
磨されたサファイア基板を用いているため、その上に成
長・成膜した半導体層の表面モフォロジーが悪化する。
系半導体に於けるＥＬＯは、サファイア基板上に形成さ
れたＧａＮ層上に於いて実施するが、その結果形成され
たＧａＮ層１１０２やＧａＮ層１２０２の表面モフォロ
ジーは、サファイア基板上に形成されたＧａＮ層１０３
の表面モフォロジーを反映したものとなる。例えば、図
１２は図１０に表面の光学顕微鏡写真が示されたＧａＮ
層１０３上にＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法
により形成されたＧａＮ層１１０２の表面の光学顕微鏡
写真である。図１２および図１０の比較より、ＧａＮ層
１０３の上にＥＬＯ技術により形成されたＧａＮ層１１
０２の表面が、ＥＬＯを実施する前の下地層であるＧａ
Ｎ層１０３の表面モフォロジーをそのまま引き継いでい
る様子が観察される。このように、従来は、半導体層を
形成する基板表面は鏡面研磨されているが、裏面は粗研
磨されたサファイア基板を用いているため、その上に成
長・成膜した半導体層の表面モフォロジーが悪化する。
【００２２】本発明は、裏面を鏡面研磨したサファイア
基板を用いており、裏面が鏡面研磨されたサファイア基
板では基板裏面がサセプタに均一に接触するため、熱伝
導が基板面内で均一に行われ、基板面内の温度分布むら
は生じない。この結果、結晶成長方法に依らず、サファ
イア基板上に成長する半導体層は基板面内で一様に成長
し、表面モフォロジーが改善された結晶基板が得られ
る。このことは、ＧａＮ層のみならず、窒化物系半導体
やＳｉ等の半導体においても裏面が鏡面研磨されたサフ
ァイア基板を用いると、サファイア基板の温度むらが解
消されるので、ＧａＮ層の場合と同様に表面モフォロジ
ーが改善される。また、サファイア基板の熱伝導は面方
位依存性がないから、Ｃ面以外の面、例えば、（１−１
０２）面（「Ｒ面」と呼ばれる）、（１１−２０）面
（「Ａ面」と呼ばれる）、（−１１００）面（「Ｍ面」
と呼ばれる）等のサファイア基板でも基板裏面が鏡面で
あればＣ面の場合と同様に表面モフォロジーが改善され
る。
基板を用いており、裏面が鏡面研磨されたサファイア基
板では基板裏面がサセプタに均一に接触するため、熱伝
導が基板面内で均一に行われ、基板面内の温度分布むら
は生じない。この結果、結晶成長方法に依らず、サファ
イア基板上に成長する半導体層は基板面内で一様に成長
し、表面モフォロジーが改善された結晶基板が得られ
る。このことは、ＧａＮ層のみならず、窒化物系半導体
やＳｉ等の半導体においても裏面が鏡面研磨されたサフ
ァイア基板を用いると、サファイア基板の温度むらが解
消されるので、ＧａＮ層の場合と同様に表面モフォロジ
ーが改善される。また、サファイア基板の熱伝導は面方
位依存性がないから、Ｃ面以外の面、例えば、（１−１
０２）面（「Ｒ面」と呼ばれる）、（１１−２０）面
（「Ａ面」と呼ばれる）、（−１１００）面（「Ｍ面」
と呼ばれる）等のサファイア基板でも基板裏面が鏡面で
あればＣ面の場合と同様に表面モフォロジーが改善され
る。
【００２３】サファイア基板上に形成した半導体層表面
の粗さとサファイア基板裏面の粗さとの関係を示す図１
６から分るように、サファイア基板裏面の凹凸が１００
ｎｍを越えると半導体層表面の凹凸が急激に大きくな
り、表面モフォロジーが急速に悪化する。このことか
ら、裏面鏡面研磨サファイア基板裏面の粗さは、基板裏
面の凹凸が１００ｎｍ以下であればよい。特に、基板裏
面の凹凸が１０ｎｍ以下であればさらに好ましい。
の粗さとサファイア基板裏面の粗さとの関係を示す図１
６から分るように、サファイア基板裏面の凹凸が１００
ｎｍを越えると半導体層表面の凹凸が急激に大きくな
り、表面モフォロジーが急速に悪化する。このことか
ら、裏面鏡面研磨サファイア基板裏面の粗さは、基板裏
面の凹凸が１００ｎｍ以下であればよい。特に、基板裏
面の凹凸が１０ｎｍ以下であればさらに好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を参照して以下に詳しく説明する。
面を参照して以下に詳しく説明する。
【００２５】（第１の実施の形態）図１は、本発明の実
施の一形態である、窒化物系半導体結晶基板の概略断面
図である。図１に示すように、この結晶基板は、裏面鏡
面研磨のサファイアＣ面基板１０１上に、従来例２と同
じ成長条件、則ち、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度
５５０℃、ＴＭＧａ供給量１６．９μｍｏｌ／ｍｉｎ、
ＮＨ3供給量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度１オ
ングストローム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法により厚さ３０
０オングストロームのＧａＮ低温バッファ層１０２を成
長した後、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度１０５０
℃、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3
供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度０．２４μｍ
／ｈｒでＭＯＶＰＥ法により厚さ１．５μｍのＧａＮ層
１０３をＧａＮ低温バッファ層１０２の上に形成した構
成である。
施の一形態である、窒化物系半導体結晶基板の概略断面
図である。図１に示すように、この結晶基板は、裏面鏡
面研磨のサファイアＣ面基板１０１上に、従来例２と同
じ成長条件、則ち、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度
５５０℃、ＴＭＧａ供給量１６．９μｍｏｌ／ｍｉｎ、
ＮＨ3供給量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度１オ
ングストローム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法により厚さ３０
０オングストロームのＧａＮ低温バッファ層１０２を成
長した後、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度１０５０
℃、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3
供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度０．２４μｍ
／ｈｒでＭＯＶＰＥ法により厚さ１．５μｍのＧａＮ層
１０３をＧａＮ低温バッファ層１０２の上に形成した構
成である。
【００２６】この実施の形態で用いたサファイアＣ面基
板１０１の裏面のＡＦＭ像を図１４（ａ）（図１５と同
一スケール）、（ｂ）（図１４（ａ）の拡大ＡＦＭ像）
に示す。このＡＦＭ像で示した領域の基板裏面凹凸の代
表的な二乗平均（ＲＭＳ）は０．４１５ｎｍであった。
図１１は、図１に概略断面図が示されたＧａＮ層１０３
の表面の光学顕微鏡写真である。表面の凹凸が少なく、
表面モフォロジーが良好であることが観察される。
板１０１の裏面のＡＦＭ像を図１４（ａ）（図１５と同
一スケール）、（ｂ）（図１４（ａ）の拡大ＡＦＭ像）
に示す。このＡＦＭ像で示した領域の基板裏面凹凸の代
表的な二乗平均（ＲＭＳ）は０．４１５ｎｍであった。
図１１は、図１に概略断面図が示されたＧａＮ層１０３
の表面の光学顕微鏡写真である。表面の凹凸が少なく、
表面モフォロジーが良好であることが観察される。
【００２７】（第２の実施の形態）従来例３と同じ成長
条件で、ＥＬＯ技術を用いて作製した本発明の窒化物系
半導体結晶基板の概略断面図を図２に示す。図２に於い
て、裏面を第１の実施の形態と同じように鏡面研磨した
サファイアＣ面基板１０１上に、成長圧力１００Ｔｏｒ
ｒ、成長温度５５０℃、ＴＭＧａ供給量１６．９μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、
成長速度１オングストローム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法に
より厚さ３００オングストロームのＧａＮ低温バッファ
層１０２を成膜し、続いて、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、
成長温度１０５０℃、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ
／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長
速度０．２４μｍ／ｈｒでＭＯＶＰＥ法により厚さ１．
５μｍのＧａＮ層１０３を成膜する。さらに、ＧａＮ層
１０３上に、ＧａＮ層１０３の＜１１−２０＞方向に、
幅２μｍのストライプ状の開口部を挾んで互いに平行に
延在する幅５μｍの複数のストライプ状酸化珪素膜から
成る酸化珪素マスク１１０１を、熱化学気相堆積（熱Ｃ
ＶＤ）法により形成する。この後、ＥＬＯ技術を用いた
ハイドライドＶＰＥ法により、酸化珪素マスク１１０１
の開口部にのみ選択的に、厚さ１００μｍのＧａＮ層１
１０２を形成して結晶基板ができあがる。なお、ＧａＮ
層１１０２を成長する際のハイドライドＶＰＥ法の成長
条件は、成長圧力７６０Ｔｏｒｒ、ＧａＣｌ供給量１．
７９ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．０４５ｍｏｌ
／ｍｉｎ、成長速度１００μｍ／ｈｒとした。
条件で、ＥＬＯ技術を用いて作製した本発明の窒化物系
半導体結晶基板の概略断面図を図２に示す。図２に於い
て、裏面を第１の実施の形態と同じように鏡面研磨した
サファイアＣ面基板１０１上に、成長圧力１００Ｔｏｒ
ｒ、成長温度５５０℃、ＴＭＧａ供給量１６．９μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、
成長速度１オングストローム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法に
より厚さ３００オングストロームのＧａＮ低温バッファ
層１０２を成膜し、続いて、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、
成長温度１０５０℃、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ
／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長
速度０．２４μｍ／ｈｒでＭＯＶＰＥ法により厚さ１．
５μｍのＧａＮ層１０３を成膜する。さらに、ＧａＮ層
１０３上に、ＧａＮ層１０３の＜１１−２０＞方向に、
幅２μｍのストライプ状の開口部を挾んで互いに平行に
延在する幅５μｍの複数のストライプ状酸化珪素膜から
成る酸化珪素マスク１１０１を、熱化学気相堆積（熱Ｃ
ＶＤ）法により形成する。この後、ＥＬＯ技術を用いた
ハイドライドＶＰＥ法により、酸化珪素マスク１１０１
の開口部にのみ選択的に、厚さ１００μｍのＧａＮ層１
１０２を形成して結晶基板ができあがる。なお、ＧａＮ
層１１０２を成長する際のハイドライドＶＰＥ法の成長
条件は、成長圧力７６０Ｔｏｒｒ、ＧａＣｌ供給量１．
７９ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．０４５ｍｏｌ
／ｍｉｎ、成長速度１００μｍ／ｈｒとした。
【００２８】この実施の形態も第１の実施の形態と同様
にサファイア基板１０１の裏面が鏡面研磨処理が施して
あるために、ＧａＮ層１０３の表面モフォロジーが良好
である。そのため、ＧａＮ層１０３の上にＥＬＯ技術を
用いたハイドライドＶＰＥ法により形成されたＧａＮ層
１１０２の表面モフォロジーも、図１３に示す光学顕微
鏡写真にみられるように、また良好であった。
にサファイア基板１０１の裏面が鏡面研磨処理が施して
あるために、ＧａＮ層１０３の表面モフォロジーが良好
である。そのため、ＧａＮ層１０３の上にＥＬＯ技術を
用いたハイドライドＶＰＥ法により形成されたＧａＮ層
１１０２の表面モフォロジーも、図１３に示す光学顕微
鏡写真にみられるように、また良好であった。
【００２９】（第３の実施の形態）図３は、本発明の実
施の一形態である、シリコン・オン・サファイア（ＳＯ
Ｓ）結晶基板の概略断面図である。図３に於いて、裏面
を第１の実施の形態と同じように鏡面研磨したサファイ
ア（１−１０２）面基板（Ｒ面基板）１５０１上に、成
長温度７００℃でガスソース分子ビームエピタキシー
（ガスソースＭＢＥ）法により厚さ１μｍのシリコン層
１５０２を形成して結晶基板を得た。この実施の形態に
おいても、上記窒化物系半導体を形成した場合と同様、
裏面粗研磨のサファイア基板を用いた場合に比べてシリ
コン層１５０２表面の凹凸が少なく、表面モフォロジー
が改善されていることが確認された。
施の一形態である、シリコン・オン・サファイア（ＳＯ
Ｓ）結晶基板の概略断面図である。図３に於いて、裏面
を第１の実施の形態と同じように鏡面研磨したサファイ
ア（１−１０２）面基板（Ｒ面基板）１５０１上に、成
長温度７００℃でガスソース分子ビームエピタキシー
（ガスソースＭＢＥ）法により厚さ１μｍのシリコン層
１５０２を形成して結晶基板を得た。この実施の形態に
おいても、上記窒化物系半導体を形成した場合と同様、
裏面粗研磨のサファイア基板を用いた場合に比べてシリ
コン層１５０２表面の凹凸が少なく、表面モフォロジー
が改善されていることが確認された。
【００３０】（第４の実施の形態）図４は、マスクレス
ＥＬＯ技術を用いて作製した、本発明の実施の一形態で
ある、窒化物系半導体結晶基板の概略断面図である。図
４に於いて、裏面を第１の実施の形態の場合と同じよう
に鏡面研磨したサファイアＣ面基板１０１上に、従来例
２と同じ成長条件、則ち、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成
長温度５５０℃、ＴＭＧａ供給量１６．９μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速
度１オングストローム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法により厚
さ３００オングストロームのＧａＮ低温バッファ層１０
２を成長し、続いて、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温
度１０５０℃、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度
０．２４μｍ／ｈｒでＭＯＶＰＥ法により厚さ１．５μ
ｍのＧａＮ層１０３をＧａＮ低温バッファ層１０２の上
に成長した後、マスクレスＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰ
Ｅにより、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度７７０
℃、ＴＭＧａ供給量２３．２μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ
ｎ供給量１９．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．
１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度１オングストローム／ｓ
ｅｃの条件で厚さ０．１μｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６
０１をＧａＮ層１０３の上に形成して結晶基板とした。
ＥＬＯ技術を用いて作製した、本発明の実施の一形態で
ある、窒化物系半導体結晶基板の概略断面図である。図
４に於いて、裏面を第１の実施の形態の場合と同じよう
に鏡面研磨したサファイアＣ面基板１０１上に、従来例
２と同じ成長条件、則ち、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成
長温度５５０℃、ＴＭＧａ供給量１６．９μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速
度１オングストローム／ｓｅｃでＭＯＶＰＥ法により厚
さ３００オングストロームのＧａＮ低温バッファ層１０
２を成長し、続いて、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温
度１０５０℃、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度
０．２４μｍ／ｈｒでＭＯＶＰＥ法により厚さ１．５μ
ｍのＧａＮ層１０３をＧａＮ低温バッファ層１０２の上
に成長した後、マスクレスＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰ
Ｅにより、成長圧力１００Ｔｏｒｒ、成長温度７７０
℃、ＴＭＧａ供給量２３．２μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ
ｎ供給量１９．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．
１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度１オングストローム／ｓ
ｅｃの条件で厚さ０．１μｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６
０１をＧａＮ層１０３の上に形成して結晶基板とした。
【００３１】この、マスクレスＥＬＯ技術を用いたＭＯ
ＶＰＥ法により形成されたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６０１
も第２の実施の形態と同様に表面モフォロジーが良好で
あった。
ＶＰＥ法により形成されたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６０１
も第２の実施の形態と同様に表面モフォロジーが良好で
あった。
【００３２】（第５の実施の形態）図５は、本発明の実
施の一形態である、窒化物系半導体結晶基板の概略断面
図である。図５に於いて、裏面鏡面研磨のサファイアＣ
面基板１０１上に、ＭＯＶＰＥ法により、成長温度５５
０℃で厚さ３００オングストロームのＧａＮ低温バッフ
ァ層１０２に続き、成長温度１０５０℃で厚さ１．５μ
ｍのＧａＮ層１０３を成長した後、エッチングによりＧ
ａＮ層１０３表面に溝を形成した。この後、溝を形成し
たＧａＮ層１０３の上に、ＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰ
Ｅにより成長温度１０５０℃で厚さ０．５μｍのＡｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１を成長して結晶基板とした。
施の一形態である、窒化物系半導体結晶基板の概略断面
図である。図５に於いて、裏面鏡面研磨のサファイアＣ
面基板１０１上に、ＭＯＶＰＥ法により、成長温度５５
０℃で厚さ３００オングストロームのＧａＮ低温バッフ
ァ層１０２に続き、成長温度１０５０℃で厚さ１．５μ
ｍのＧａＮ層１０３を成長した後、エッチングによりＧ
ａＮ層１０３表面に溝を形成した。この後、溝を形成し
たＧａＮ層１０３の上に、ＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰ
Ｅにより成長温度１０５０℃で厚さ０．５μｍのＡｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１を成長して結晶基板とした。
【００３３】ＧａＮ低温バッファ層１０２およびＧａＮ
層１０３形成時の詳細な成長条件は従来例２と同じであ
る。Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１の成長条件は、成長圧
力１００Ｔｏｒｒ、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／
ｍｉｎ、ＴＭＡｌ供給量０．９９５μｍｏｌ／ｍｉｎ、
ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度２．６
７μｍ／ｈｒであった。
層１０３形成時の詳細な成長条件は従来例２と同じであ
る。Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１の成長条件は、成長圧
力１００Ｔｏｒｒ、ＴＭＧａ供給量９２．８μｍｏｌ／
ｍｉｎ、ＴＭＡｌ供給量０．９９５μｍｏｌ／ｍｉｎ、
ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長速度２．６
７μｍ／ｈｒであった。
【００３４】この実施の形態においてもＡｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎ層１７０１の表面モフォロジーが改善されているのが
確認された。
Ｎ層１７０１の表面モフォロジーが改善されているのが
確認された。
【００３５】本発明は、上記第１〜第５の実施の形態に
示された結晶基板およびその製造方法に限られるもので
はない。本発明の結晶基板およびその製造方法は、その
趣旨を逸脱しない範囲で、あらゆる半導体結晶基板およ
びその製造方法に於いて有効である。例えば、上記実施
の形態では、主に窒化物系半導体結晶基板およびその製
造方法に関して述べたが、上記（作用）の欄で説明した
理由により、他の種類の半導体を用いた結晶基板および
その製造方法に於いても、サファイア基板を用いる場合
には、本発明の採用が極めて有効である。また、上記第
２の実施の形態に於いては、選択成長用マスクとして酸
化珪素マスク１１０１を用いたが、他の絶縁膜、例えば
窒化珪素または酸化アルミニウムまたは酸化チタンまた
はこれらの多層膜等を用いている場合でも、本発明の採
用は有効である。なお、酸化珪素マスク１１０１のスト
ライプ方向および形状が本発明と無関係であることは言
うまでもない。さらに、実施の形態では、Ｃ面及びＲ面
を表面とするサファイア基板にのみ言及したが、他の
面、例えば（１１−２０）面（Ａ面）または（１−１０
０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面（Ｒ面）などを表面
とするサファイア基板に関しても、本発明の採用は有効
である。
示された結晶基板およびその製造方法に限られるもので
はない。本発明の結晶基板およびその製造方法は、その
趣旨を逸脱しない範囲で、あらゆる半導体結晶基板およ
びその製造方法に於いて有効である。例えば、上記実施
の形態では、主に窒化物系半導体結晶基板およびその製
造方法に関して述べたが、上記（作用）の欄で説明した
理由により、他の種類の半導体を用いた結晶基板および
その製造方法に於いても、サファイア基板を用いる場合
には、本発明の採用が極めて有効である。また、上記第
２の実施の形態に於いては、選択成長用マスクとして酸
化珪素マスク１１０１を用いたが、他の絶縁膜、例えば
窒化珪素または酸化アルミニウムまたは酸化チタンまた
はこれらの多層膜等を用いている場合でも、本発明の採
用は有効である。なお、酸化珪素マスク１１０１のスト
ライプ方向および形状が本発明と無関係であることは言
うまでもない。さらに、実施の形態では、Ｃ面及びＲ面
を表面とするサファイア基板にのみ言及したが、他の
面、例えば（１１−２０）面（Ａ面）または（１−１０
０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面（Ｒ面）などを表面
とするサファイア基板に関しても、本発明の採用は有効
である。
【００３６】
【発明の効果】第１の実施の形態に於いては、サファイ
ア基板１０１の裏面に鏡面研磨処理が施してあることか
ら、サファイア基板の裏面の凹凸に起因して、基板面内
に生じる温度分布が少ない。よって、この温度分布に起
因して生じるＧａＮ層の表面モフォロジーの悪化を抑制
することが出来た。
ア基板１０１の裏面に鏡面研磨処理が施してあることか
ら、サファイア基板の裏面の凹凸に起因して、基板面内
に生じる温度分布が少ない。よって、この温度分布に起
因して生じるＧａＮ層の表面モフォロジーの悪化を抑制
することが出来た。
【００３７】第２の実施の形態に於いては、ＧａＮ層１
０３をＭＯＶＰＥ法により形成する際に用いたサファイ
ア基板１０１の裏面に鏡面研磨処理が施してあるため
に、ＧａＮ層１０３の表面モフォロジーが良好である。
そのため、ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法に
より形成されたＧａＮ層１１０２の表面モフォロジーも
また良好であった。
０３をＭＯＶＰＥ法により形成する際に用いたサファイ
ア基板１０１の裏面に鏡面研磨処理が施してあるため
に、ＧａＮ層１０３の表面モフォロジーが良好である。
そのため、ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法に
より形成されたＧａＮ層１１０２の表面モフォロジーも
また良好であった。
【００３８】第３の実施の形態に於いては、サファイア
基板１０１上に低温バッファ層１０２およびＧａＮ層１
０３をＭＯＶＰＥ法により形成した第１の実施の形態と
同様、裏面粗研磨のサファイア（１−１０２）面基板を
用いた場合に比べ、表面の凹凸の少ない、表面モフォロ
ジーの良好なシリコン層１５０２が形成された。
基板１０１上に低温バッファ層１０２およびＧａＮ層１
０３をＭＯＶＰＥ法により形成した第１の実施の形態と
同様、裏面粗研磨のサファイア（１−１０２）面基板を
用いた場合に比べ、表面の凹凸の少ない、表面モフォロ
ジーの良好なシリコン層１５０２が形成された。
【００３９】第４の実施の形態に於いては、第１の実施
の形態と同様、表面の凹凸が少なく、表面モフォロジー
が良好なＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６０１が形成された。こ
れは、裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板１０１を用い
たためにＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６０１の下のＧａＮ層１
０３の表面モフォロジーが良好であること、および、同
理由によりＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６０１自体の表面モフ
ォロジーが良好であることの双方が影響しているためで
ある。
の形態と同様、表面の凹凸が少なく、表面モフォロジー
が良好なＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６０１が形成された。こ
れは、裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板１０１を用い
たためにＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６０１の下のＧａＮ層１
０３の表面モフォロジーが良好であること、および、同
理由によりＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１６０１自体の表面モフ
ォロジーが良好であることの双方が影響しているためで
ある。
【００４０】第５の実施の形態に於いては、第１の実施
の形態と同様、表面の凹凸が少なく、表面モフォロジー
が良好なＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１が形成された。こ
れは、裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板１０１を用い
たためにＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１の下のＧａＮ層１
０３の表面モフォロジーが良好となること、および、同
理由によりＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１自体の表面モフ
ォロジーが良好となることの双方が影響しているためで
ある。
の形態と同様、表面の凹凸が少なく、表面モフォロジー
が良好なＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１が形成された。こ
れは、裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板１０１を用い
たためにＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１の下のＧａＮ層１
０３の表面モフォロジーが良好となること、および、同
理由によりＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７０１自体の表面モフ
ォロジーが良好となることの双方が影響しているためで
ある。
【００４１】第１の実施の形態に於いて用いたサファイ
アＣ面基板１０１の裏面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像
を図１４（ａ）、（ｂ）に示す（（ａ）は図１５と同じ
スケール（縦軸のフルスケールが４μｍ）、（ｂ）は
（ａ）の拡大図（縦軸のフルスケールが２０ｎｍ））。
この領域の凹凸の代表的な二乗平均（ＲＭＳ）は０．４
１５ｎｍである。一方、従来例２に於いて用いたサファ
イアＣ面基板２０１の裏面のＡＦＭ像を図１５に示す。
この領域の凹凸の代表的なＲＭＳは１７９．８４ｎｍで
ある。
アＣ面基板１０１の裏面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像
を図１４（ａ）、（ｂ）に示す（（ａ）は図１５と同じ
スケール（縦軸のフルスケールが４μｍ）、（ｂ）は
（ａ）の拡大図（縦軸のフルスケールが２０ｎｍ））。
この領域の凹凸の代表的な二乗平均（ＲＭＳ）は０．４
１５ｎｍである。一方、従来例２に於いて用いたサファ
イアＣ面基板２０１の裏面のＡＦＭ像を図１５に示す。
この領域の凹凸の代表的なＲＭＳは１７９．８４ｎｍで
ある。
【００４２】図１６に、第２の実施の形態に示されたよ
うな、ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法により
形成された厚さ１００μｍのＧａＮ層の、サファイア基
板裏面の粗さと、最上層のＧａＮ層表面の荒さとの関係
を示す。サファイア基板裏面の粗さはＡＦＭにより、最
上層のＧａＮ層表面の荒さは表面粗さ測定装置により測
定した。図１４〜図１６より、サファイア基板上に半導
体層を形成した結晶基板の表面平坦性の向上には、サフ
ァイア基板の裏面の凹凸が、好ましくは１００ｎｍ程度
以下であり、さらに好ましくは１０ｎｍ程度以下である
ことが分る。
うな、ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法により
形成された厚さ１００μｍのＧａＮ層の、サファイア基
板裏面の粗さと、最上層のＧａＮ層表面の荒さとの関係
を示す。サファイア基板裏面の粗さはＡＦＭにより、最
上層のＧａＮ層表面の荒さは表面粗さ測定装置により測
定した。図１４〜図１６より、サファイア基板上に半導
体層を形成した結晶基板の表面平坦性の向上には、サフ
ァイア基板の裏面の凹凸が、好ましくは１００ｎｍ程度
以下であり、さらに好ましくは１０ｎｍ程度以下である
ことが分る。
【００４３】以上の説明から分るように、裏面を鏡面研
磨したサファイア基板上に半導体層をエピタキシャル成
長して結晶基板を形成する本発明によれば、表面が平坦
な結晶基板が得られる。
磨したサファイア基板上に半導体層をエピタキシャル成
長して結晶基板を形成する本発明によれば、表面が平坦
な結晶基板が得られる。
【図１】 裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板上にＧ
ａＮ層が形成された、本発明の一実施の形態の窒化物系
半導体結晶基板の概略断面図である。
ａＮ層が形成された、本発明の一実施の形態の窒化物系
半導体結晶基板の概略断面図である。
【図２】 裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板上に形
成されたＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたハイドライド
ＶＰＥ法によりＧａＮ層が形成された、第２の実施の形
態の窒化物系半導体結晶基板の概略断面図である。
成されたＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたハイドライド
ＶＰＥ法によりＧａＮ層が形成された、第２の実施の形
態の窒化物系半導体結晶基板の概略断面図である。
【図３】 裏面鏡面研磨のサファイア（１−１０２）
面基板上にシリコン層が形成された、第３の実施の形態
の結晶基板の概略断面図である。
面基板上にシリコン層が形成された、第３の実施の形態
の結晶基板の概略断面図である。
【図４】 裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板上に形
成されたＧａＮ層上にマスクレスＥＬＯ技術を用いたＭ
ＯＶＰＥ法によりＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層が形成された、第
４の実施の形態の窒化物系半導体結晶基板の概略断面図
である。
成されたＧａＮ層上にマスクレスＥＬＯ技術を用いたＭ
ＯＶＰＥ法によりＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層が形成された、第
４の実施の形態の窒化物系半導体結晶基板の概略断面図
である。
【図５】 裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板上に形
成されたＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰＥ法
によりＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層が形成された、第５の実施の
形態の窒化物系半導体結晶基板の概略断面図である。
成されたＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰＥ法
によりＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層が形成された、第５の実施の
形態の窒化物系半導体結晶基板の概略断面図である。
【図６】 半導体層部分が従来の結晶成長方法により
Ｃ面サファイア基板上に形成された、従来の代表的な窒
化物系半導体レーザの概略断面図である。
Ｃ面サファイア基板上に形成された、従来の代表的な窒
化物系半導体レーザの概略断面図である。
【図７】 裏面粗研磨のサファイア基板上にＧａＮ層
が形成された、従来の窒化物系半導体結晶基板の概略断
面図である。
が形成された、従来の窒化物系半導体結晶基板の概略断
面図である。
【図８】 裏面粗研磨のサファイア基板上に形成され
たＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ
法によりＧａＮ層が形成された、従来の窒化物系半導体
結晶基板の概略断面図である。
たＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ
法によりＧａＮ層が形成された、従来の窒化物系半導体
結晶基板の概略断面図である。
【図９】 裏面粗研磨のサファイア基板上に形成され
たＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰＥ法により
ＧａＮ層が形成された、従来の窒化物系半導体結晶基板
の概略断面図である。
たＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰＥ法により
ＧａＮ層が形成された、従来の窒化物系半導体結晶基板
の概略断面図である。
【図１０】 裏面粗研磨のサファイア基板上に形成さ
れた、従来の窒化物系半導体結晶基板（図７の結晶基
板）の表面光学顕微鏡写真を示す図である。
れた、従来の窒化物系半導体結晶基板（図７の結晶基
板）の表面光学顕微鏡写真を示す図である。
【図１１】 裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板上に
ＧａＮ層が形成された、第１の実施の形態の窒化物系半
導体結晶基板の表面光学顕微鏡写真を示す図である。
ＧａＮ層が形成された、第１の実施の形態の窒化物系半
導体結晶基板の表面光学顕微鏡写真を示す図である。
【図１２】 裏面粗研磨のサファイアＣ面基板上に形
成されたＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたハイドライド
ＶＰＥ法によりＧａＮ層が形成された、従来の窒化物系
半導体結晶基板（図８の結晶基板）の表面光学顕微鏡写
真を示す図である。
成されたＧａＮ層上にＥＬＯ技術を用いたハイドライド
ＶＰＥ法によりＧａＮ層が形成された、従来の窒化物系
半導体結晶基板（図８の結晶基板）の表面光学顕微鏡写
真を示す図である。
【図１３】 本発明の結晶成長方法により、裏面鏡面
研磨のサファイアＣ面基板上に形成されたＧａＮ層上に
ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法によりＧａＮ
層が形成された、第２の実施の形態の窒化物系半導体結
晶基板の表面光学顕微鏡写真を示す図である。
研磨のサファイアＣ面基板上に形成されたＧａＮ層上に
ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法によりＧａＮ
層が形成された、第２の実施の形態の窒化物系半導体結
晶基板の表面光学顕微鏡写真を示す図である。
【図１４】 第１の実施の形態に於いて用いた、裏面
鏡面研磨のサファイアＣ面基板裏面のＡＦＭ像を示す図
である。（ａ）は図１５と同一スケール（縦軸のフルス
ケールが４μｍ）の図、（ｂ）は（ａ）の拡大図（縦軸
のフルスケールが２０ｎｍ）である。
鏡面研磨のサファイアＣ面基板裏面のＡＦＭ像を示す図
である。（ａ）は図１５と同一スケール（縦軸のフルス
ケールが４μｍ）の図、（ｂ）は（ａ）の拡大図（縦軸
のフルスケールが２０ｎｍ）である。
【図１５】 従来例２に於いて用いた、裏面粗研磨の
サファイアＣ面基板裏面のＡＦＭ像を示す図である。
サファイアＣ面基板裏面のＡＦＭ像を示す図である。
【図１６】 ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ
法により形成された厚さ１００μｍのＧａＮ層の、サフ
ァイア基板裏面の粗さと、最上層のＧａＮ層表面の粗さ
との関係を示す図である。
法により形成された厚さ１００μｍのＧａＮ層の、サフ
ァイア基板裏面の粗さと、最上層のＧａＮ層表面の粗さ
との関係を示す図である。
１０１ 裏面鏡面研磨のサファイアＣ面基板 １０２ ＧａＮ低温バッファ層 １０３ ＧａＮ層 ２０１ 裏面粗研磨のサファイアＣ面基板 ６０１ サファイアＣ面基板 ６０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 ６０３ ｎ型窒化ガリウムコンタクト層 ６０４ ｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層 ６０５ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 ６０６ ｎ型窒化ガリウム光ガイド層 ６０７ Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ多重量
子井戸活性層 ６０８ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層 ６０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 ６１０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 ６１１ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ６１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 ６１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 １１０１ 酸化珪素マスク １１０２ ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法に
より形成されたＧａＮ層 １２０２ ＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰＥ法により形成
されたＧａＮ層 １５０１ 裏面鏡面研磨のサファイア（１−１０２）面
基板 １５０２ シリコン層 １６０１ Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層 １７０１ Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層
子井戸活性層 ６０８ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層 ６０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 ６１０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 ６１１ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ６１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 ６１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 １１０１ 酸化珪素マスク １１０２ ＥＬＯ技術を用いたハイドライドＶＰＥ法に
より形成されたＧａＮ層 １２０２ ＥＬＯ技術を用いたＭＯＶＰＥ法により形成
されたＧａＮ層 １５０１ 裏面鏡面研磨のサファイア（１−１０２）面
基板 １５０２ シリコン層 １６０１ Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層 １７０１ Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層
Claims (17)
- 【請求項１】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基板
上に、エピタキシャル成長により半導体層が形成された
ことを特徴とする結晶基板。 - 【請求項２】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基板
上に、エピタキシャル成長により一般式ＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される半導体
層が形成されたことを特徴とする結晶基板。 - 【請求項３】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基板
上に、エピタキシャル成長により第１の半導体層が形成
され、さらに、前記第１の半導体層上にマスクレスＥＬ
Ｏにより第２の半導体層が形成されたことを特徴とする
結晶基板。 - 【請求項４】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基板
上に、エピタキシャル成長により第１の半導体層が形成
され、前記第１の半導体層上に開口部を有するマスクを
備え、さらに、前記開口部を介して第２の半導体層がＥ
ＬＯにより前記第１の半導体層上に形成されたことを特
徴とする結晶基板。 - 【請求項５】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基板
上に、エピタキシャル成長により第１の半導体層が形成
され、前記第１の半導体層一部領域がエッチング除去さ
れ、ＥＬＯにより第２の半導体層が前記第１の半導体層
上に形成されたことを特徴とする結晶基板。 - 【請求項６】 第１の半導体層が一般式ＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される半導体
層であり、第２の半導体層が一般式ＩｎuＡｌwＧａ
1-u-wＮ（０≦ｕ≦１、０≦ｗ≦１）で表される半導体
層である請求項３〜請求項５記載の結晶基板。 - 【請求項７】 サファイア基板裏面の凹凸が１００ｎｍ
以下であることを特徴とする請求項１〜請求項６記載の
結晶基板。 - 【請求項８】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基板
上に半導体層をエピタキシャル成長することを特徴とす
る結晶基板の製造方法。 - 【請求項９】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基板
上に、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）で表される半導体層をエピタキシャル成長す
ることを特徴とする結晶基板の製造方法。 - 【請求項１０】 半導体層を有機金属化学気相成長法に
よりエピタキシャル成長することを特徴とする請求項８
または請求項９記載の結晶基板の製造方法。 - 【請求項１１】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基
板上に、エピタキシャル成長により第１の半導体層を形
成する工程と、前記第１の半導体層上にマスクレスＥＬ
Ｏにより第２の半導体層を形成する工程とを有すること
を特徴とする結晶基板の製造方法。 - 【請求項１２】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基
板上に、エピタキシャル成長により第１の半導体層を形
成する工程と、前記第１の半導体層上に開口部を有する
マスクを形成する工程と、前記開口部を介して第２の半
導体層をＥＬＯにより前記第１の半導体層上に形成する
工程とを有することを特徴とする結晶基板の製造方法。 - 【請求項１３】 裏面が鏡面に研磨されたサファイア基
板上に、エピタキシャル成長により第１の半導体層を形
成する工程と、前記第１の半導体層の一部領域をエッチ
ングにより除去する工程と、前記第１の半導体層のエッ
チングされないで残った表面に選択的にＥＬＯにより成
長して第２の半導体層を前記第１の半導体層上に形成す
る工程とを有することを特徴とする結晶基板の製造方
法。 - 【請求項１４】 第１の半導体層が一般式ＩｎxＡｌyＧ
ａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される半導
体層であり、第２の半導体層が一般式ＩｎuＡｌwＧａ
1-u-wＮ（０≦ｕ≦１、０≦ｗ≦１）で表される半導体
層であることを特徴とする請求項１１〜請求項１３記載
の結晶基板の製造方法。 - 【請求項１５】 第２の半導体層を有機金属化学気相成
長法により成長することを特徴とする請求項１１〜請求
項１４記載の結晶基板の製造方法。 - 【請求項１６】 第２の半導体層を水素化物気相成長法
により成長することを特徴とする請求項１１〜請求項１
４記載の結晶基板の製造方法。 - 【請求項１７】 サファイア基板裏面の凹凸が、１００
ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９〜請求項１６
記載の結晶基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11178668A JP2001010898A (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 結晶基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11178668A JP2001010898A (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 結晶基板およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001010898A true JP2001010898A (ja) | 2001-01-16 |
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ID=16052489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11178668A Pending JP2001010898A (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 結晶基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001010898A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002050577A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-02-15 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | サファイヤ基板とその製造方法 |
| JP2007294518A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物系半導体基板及びその製造方法並びに窒化物系半導体発光デバイス用エピタキシャル基板 |
| US7919815B1 (en) | 2005-02-24 | 2011-04-05 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel wafers and methods of preparation |
| US9039834B2 (en) | 2002-04-15 | 2015-05-26 | The Regents Of The University Of California | Non-polar gallium nitride thin films grown by metalorganic chemical vapor deposition |
-
1999
- 1999-06-24 JP JP11178668A patent/JP2001010898A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002050577A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-02-15 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | サファイヤ基板とその製造方法 |
| US9039834B2 (en) | 2002-04-15 | 2015-05-26 | The Regents Of The University Of California | Non-polar gallium nitride thin films grown by metalorganic chemical vapor deposition |
| US7919815B1 (en) | 2005-02-24 | 2011-04-05 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel wafers and methods of preparation |
| JP2007294518A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物系半導体基板及びその製造方法並びに窒化物系半導体発光デバイス用エピタキシャル基板 |
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