JP2001257432A

JP2001257432A - 半導体基板の作製方法および半導体基板および半導体発光素子

Info

Publication number: JP2001257432A
Application number: JP2000067498A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Iwata; 浩和岩田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】クラックが無い高品質で大面積のIII族窒化物
半導体基板を作製する方法を実現する。【解決手段】本発明の半導体基板の作製方法において
は、(a) 少なくとも表面がIII−Ｖ族化合物である第一
の基板１００を窒化し、このIII−Ｖ族化合物のＶ族元
素を窒素に置換してIII族窒化物１０１を形成する工程
と、(b) Ｖ族元素を窒素に置換することで形成されたII
I族窒化物１０１上にIII族窒化物半導体１０２を少なく
とも一層、結晶成長する工程と、(c) III−Ｖ族化合物
のＶ族元素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物の
領域で、結晶成長したIII族窒化物半導体層１０２を第
一の基板１００から分離する工程と、を含むことを特徴
としており、III−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換
して形成したIII族窒化物上に、III族窒化物半導体膜を
結晶成長するので、クラックが無い、大面積のIII族窒
化物半導体基板を作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＤＶＤ（デジタル・
バーサタイル・ディスク）系光ディスクやＣＤ（コンパ
クト・ディスク）系光ディスク等の記録・再生装置の光
ピックアップ用光源等に応用される半導体発光素子に係
り、特にその半導体発光素子に用いられるIII族窒化物
からなる半導体基板の作製方法、およびその作製方法に
よって作製されるIII族窒化物半導体基板、およびそのI
II族窒化物半導体基板を用いた半導体発光素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）
は赤色や緑色に比べて輝度が小さく実用化に難点があっ
たが、近年、一般式：ＩｎＡｌＧａＮで表されるIII族
窒化物化合物半導体において、低温ＡｌＮバッファー
層、あるいは低温ＧａＮバッファー層を用いることによ
る結晶成長技術の向上と、Ｍｇをドーパントした低抵抗
のｐ型半導体層が得られたことにより、高輝度青色ＬＥ
Ｄが実用化され、さらには、実用化には至らないが室温
で連続発振する半導体レーザが実現された。一般に高品
質の半導体層を基板上にエピタキシャル成長させる場合
には、基板と半導体層の格子定数や熱膨張係数が、同程
度である必要がある。しかし、III族窒化物半導体はこ
れらを同時に満足する基板が現在世の中には存在しな
い。

【０００３】現在、ＧａＮバルク単結晶を作製する試み
は様々な研究機関においてなされているが、未だに数ミ
リ程度のものしか得られていないのが実状であり、実用
化には程遠い状態である。従って、III族窒化物では一
般に、サファイア、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄スピネル、ＳｉＣのよ
うなIII族窒化物半導体と格子定数や、熱膨張係数の大
きく異なる異種基板を用い、結晶成長を行い、レーザ素
子を作製している。しかるに、異種基板を用いる場合に
は、結晶欠陥、光共振器端面形成、電極形成、放熱性と
いった問題が有り、実用的なレーザ素子を作製すること
は未だに実現されていない。

【０００４】以下、これらの問題を簡単に説明する。結
晶欠陥に関しては、サファイア、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄スピネ
ル、ＳｉＣのようなIII族窒化物半導体と格子定数や、
熱膨張係数の大きく異なる異種基板を用い、結晶成長を
行った場合には、格子不整合により導入される転位密度
が１０⁸〜１０¹ ⁰ｃｍ^-2と非常に大きく、また、異種基
板とIII族窒化物半導体との熱膨張系数の違いにより、
歪みや、クラックが発生するなど、実用的な半導体レー
ザを作製するための品質を有する結晶成長は困難であっ
た。光共振器端面形成に関しては、異種基板とIII族窒
化物半導体のへき開面は必ずしも一致しているわけでは
ないので、従来のＡｌＧａＡｓ系等のレーザのようにへ
き開法で平行かつ平滑な光共振器端面を形成することは
困難であった。従って、III族窒化物では、ドライエッ
チングを使用して光共振器端面を作製する方法や、ある
いは、サファイア等の基板を薄く研磨し、基板をへき開
することでIII族窒化物結晶を割るなどの方法を用いて
光共振器端面を作製している。

【０００５】ドライエッチングを使用して光共振器端面
を作製する方法では、作製プロセスにおいて、ドライエ
ッチング用マスクの形成、ドライエッチング、マスク除
去等の工程が必要とされ複雑化していた。さらにはIII
族窒化物半導体のドライエッチング技術は未だに確立さ
れていないため、形成された共振器ミラーには、縦筋状
の凹凸があり、また、テーパー状に形成されるなど、そ
の平滑性、平行性、垂直性は未だに十分ではなかった。
また、ドライエッチングで共振器ミラーを形成した場合
には、共振器ミラー端面の前方に基板がテラスとして残
るため、このテラスによって、光が反射され、ビーム形
状が単峰にならなかった。また、サファイア等の基板を
薄く研磨し、基板をへき開することでIII族窒化物結晶
を割るなどの方法を用いて光共振器端面を形成する方法
では、III族窒化物結晶と基板とのへき開面のずれか
ら、光共振器端面には、凹凸が大きく、平滑にはならな
いので、レーザのしきい値電流の増加を招いていた。

【０００６】電極形成に関しては、一般的に使用されて
いるサファイア基板が絶縁性であるため、基板裏面から
電極をとることができなかった。そのため電極は素子表
面に形成されることになり、従来のＡｌＧａＡｓ系等の
レーザのように基板裏面に電極を形成しダイボンディン
グするような実装ができない上、電極のスペースの分チ
ップ面積が大きくなるといった問題も残っていた。ま
た、ｎ側の電極形成のために、ｎ型層を露出するための
ドライエッチングが必要とされるので、レーザ素子作製
工程が複雑化していた。放熱性に関しては、一般的に使
用されているサファイア基板の熱伝導性の悪さから、高
温動作、あるいは、大出力動作では、寿命は極端に短か
った。

【０００７】以上の問題点を解決すべく、低欠陥密度の
高品質ＧａＮ厚膜によってＧａＮ基板を作製する技術が
幾つか開示されている。例えば特開平１０−３２６９１
２号公報、特開平１０−３２６７５１号公報、特開平１
０−３１２９７１号公報、特開平１１−４０４８号公報
には、異種基板上にマスクを用いてＧａＮを選択成長
し、さらに結晶成長を続けることで、マスクを埋め込
み、基板全面に平坦なＧａＮ厚膜を形成する技術が開示
されている。図１０は特開平１０−３１２９７１号公報
に開示されたＧａＮ厚膜基板の作製方法を示す図であ
る。この作製方法では、まず図１０（ａ）にように、サ
ファイア等の異種基板１１に、ＧａＮ等のIII−Ｖ族化
合物半導体１２を積層し、その上に、ＳｉＯ₂等からな
る数μｍ幅のマスク１４を作製し、ＧａＮ等のIII−Ｖ
族化合物半導体を選択成長させる成長領域１３を形成す
る。次に同図（ｂ）のように、成長領域にＧａＮ等のII
I−Ｖ族化合物半導体を選択成長させファセット構造１
５を作製する。次に同図（ｃ）のように、III−Ｖ族化
合物半導体１５の成長をさらに続けると、ファセットは
横方向に成長し、マスク１４上を覆う。次に同図（ｄ）
のように、さらにIII−Ｖ族化合物半導体１５の成長を
続けると、隣接するIII−Ｖ族化合物半導体１５は合体
し、溝が埋まる。次に同図（ｅ）のように、さらにIII
−Ｖ族化合物半導体１５の成長を続けると、III−Ｖ族
化合物半導体１５表面は平坦化し、基板全面に平坦なII
I−Ｖ族化合物半導体の厚膜が形成される。

【０００８】これらの技術によれば、異種基板上に選択
成長した部分の結晶層には、基板界面で発生した貫通転
位が高密度であるが、マスク上を横方向にラテラル成長
した部分では貫通転位の密度は激減し、高品質の結晶と
なっている。さらにこの上に選択成長とラテラル成長を
繰り返すことで、ウエハー全面で、転位の少ない高品質
のＧａＮ厚膜を形成することができる。また、この技術
によれば、１００μｍ以上と厚いＧａＮを成長しても、
熱膨張係数差に起因するクラックが入らないので、異種
基板を除去しても基板として利用できる厚さのＧａＮ厚
膜を成長することができる。そして、光共振器端面、電
極形成、放熱性の問題の解決のため、最終的に、異種基
板とマスクを除去し、ＧａＮ基板を形成している。異種
基板とマスク材料の除去は、研磨あるいは熱衝撃を利用
する方法によっている。

【０００９】次に、特開平１０−３１２９７１号公報、
特開平１１−４０４８号公報には、異種基板とマスク材
料を除去したＧａＮ基板上に、レーザ構造を積層して作
製したIII族窒化物半導体レーザが開示されている。図
１１は特開平１１−４０４８号公報に開示された半導体
レーザの構成を示す断面図である。図１１において、窒
化物半導体基板４０は、図１０に示した工程と同様に、
サファイア基板上に選択成長マスクを介してＳｉをドー
ピングたＧａＮを厚く成長した後、サファイア基板、選
択成長マスクを研磨して除去し、ＳｉドープＧａＮ基板
のみとし、作製している。そして、このＧａＮ基板４０
の上にレーザ構造となる窒化物半導体層を成長させてい
る。レーザの積層構造は、ｎ型ＧａＮより成る第２のバ
ッファー層４１、ｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎより成るクラッ
ク防止層４２、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／ＧａＮ超格子よ
り成るｎ側クラッド層４３、ｎ型ＧａＮより成るｎ側光
ガイド層４４、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ／Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ
多重量子井戸構造の活性層４５、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ
より成るｐ側キャップ層４６、ｐ型ＧａＮからなるｐ側
光ガイド層４７、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／ＧａＮ超格子
より成るｐ側クラッド層４８、ｐ型ＧａＮからなるｐ側
コンタクト層４９を順次積層して形成されている。そし
て、ｐ側コンタクト層４９、ｐ側クラッド層４８の一部
をドライエッチングして、幅４μｍのリッジストライプ
を形成する。リッジストライプを形成する位置は、選択
成長マスクがあった直上の結晶部分である。この位置合
わせは、サファイア基板と選択成長マスクが除去されて
いるため、窒化物半導体素子成長前に起点となる目印を
ＧａＮ基板側に入れて行っている。リッジストライプ上
にはＮｉ／Ａｕより成るｐ側電極が形成され、ｎ型Ｇａ
Ｎ基板裏面には、Ｔｉ／Ａｌより成るｎ側電極が形成さ
れている。レーザー共振器端面はｎ型ＧａＮ基板のＭ面
をへき開することで形成されている。

【００１０】その他のＧａＮ厚膜基板作製技術として
は、例えば特開平７−２０２２６５号公報、特開平７−
１６５４９８号公報に、サファイア基板の上にＺｎＯよ
りなるバッファ層を形成し、その上にIII族窒化物半導
体を成長させた後、バッファ層を溶解除去し、基板とII
I族窒化物半導体を分離して作製する方法が開示されて
いる。また、特開平１０−２２９２１８号公報には、第
１の基板上にIII族窒化物半導体が成長された第１のウ
エハーと、第２の基板上にIII族窒化物半導体が成長さ
れた第２のウエハーとを用意し、前記第１と第２のウエ
ハーとをそれぞれのIII族窒化物半導体同士が密着する
ようにして接着した後、第１の基板と第２の基板とを研
磨除去する方法が開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、低温バ
ッファー層の技術や、選択成長とラテラル成長の組み合
わせによる低欠陥基板の作製技術により、サファイア等
の異種基板上への高品質III族窒化物半導体の結晶成長
が可能となり、III族窒化物半導体レーザの室温近傍で
の低出力動作時の長寿命化が図られた。さらには、Ｇａ
Ｎ基板が作製され、この基板を用いることによりIII族
窒化物半導体レーザの特性の改善が見込まれつつある。
しかるに、工業的に実用化できる大面積、高品質のＧａ
Ｎ基板は、未だに実現されていないのが実状である。そ
の結果、高出力動作する実用的な半導体レーザも未だに
実現されていない。

【００１２】特開平１０−３２６９１２号公報、特開平
１０−３２６７５１号公報、特開平１０−３１２９７１
号公報、特開平１１−４０４８号公報に開示されたＧａ
Ｎ基板の作製方法では、厚いＧａＮを成長してもクラッ
クは発生しないが、ＧａＮと異種基板との熱膨張係数差
により、ウエハーに反りが生じる。このため、直径：φ
２インチ程度の異種基板を全面均一に研磨することは困
難であり、例えば、φ２インチ基板上に高品質のＧａＮ
厚膜を成長しても、異種基板研磨のためには、□１０×
１０ｍｍ程度の正方形に分割する必要が有り、大型のＧ
ａＮ基板は作製できなかった。すなわち従来のような基
板の研磨除去の方法では、大面積のＧａＮ基板を作製す
ることは困難であった。また、この反りのために異種基
板研磨の過程で、ＧａＮ層に欠陥が導入されるなどし
て、結晶性が悪くなり、その上に作製した半導体レーザ
のしきい電流密度が増加するなど、半導体レーザの特性
は必ずしも良いものではなかった。

【００１３】また、特開平１０−２２９２１８号公報に
開示されている、第１と第２のウエハーとをそれぞれの
III族窒化物半導体同士が密着するようにして接着した
後、第１の基板と第２の基板とを除去する方法では、基
板とIII族窒化物半導体との熱膨張系数の違いによって
ＧａＮを厚く成長するとウエハーが反るため、大面積の
ウエハーでは、ウエハー全面でIII族窒化物半導体同士
が完全に密着しないこともある。また、密着の過程でク
ラックが入る場合もある。さらに、第１の基板と第２の
基板を研磨除去するため、1枚のＧａＮ基板を作製する
のに２枚の高価な基板を使うことになり高コストになる
などの問題もあった。

【００１４】また、基板の研磨除去を要しないＧａＮ基
板を作製する技術として開示されている特開平７−２０
２２６５号公報、特開平７−１６５４９８号公報では、
薄膜のＺｎＯよりなるバッファ層を溶解除去するのは非
常に長時間を要し、実用は難しかった。一方、熱衝撃を
利用して異種基板を分離する方法においても、ＧａＮ層
と基板との結合強度が強いため、熱衝撃による欠陥の導
入の問題は研磨の場合と同様であり、高品質のＧａＮ基
板を作製することは困難であった。

【００１５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、これら従来のIII族窒化物半導体基板の作製方
法の問題点を解決し、新規な半導体基板の作製方法と、
その作製方法を用いて作製される高品質なIII族窒化物
半導体基板と、III族窒化物半導体発光素子を提供する
ことが、本発明の目的である。さらに詳しく述べると、
請求項１の目的は、クラックが無い、大面積のIII族窒
化物半導体基板を作製する方法を提供することであり、
請求項２，３，４，５，６の目的は、（１）クラックが
無い、大面積のIII族窒化物半導体基板を作製する方法
を提供すること、（２）欠陥の低減された、高品質のII
I族窒化物半導体基板を作製する方法を提供することで
あり、請求項７の目的は、（１）高品質のIII族窒化物
結晶を成長できる反りの無い低欠陥の大面積のIII族窒
化物半導体基板を提供すること、（２）高品質のIII族
窒化物半導体レーザを一度に多量に作製可能なIII族窒
化物半導体基板を提供することであり、請求項８の目的
は、（１）発光効率が高く、高出力動作ができる寿命の
長い信頼性の高いIII族窒化物半導体発光素子を低コス
トで提供すること、（２）放熱特性に優れ、高温、高出
力動作が可能な、長寿命のIII族窒化物半導体発光素子
を低コストで提供すること、（３）ビーム品質の良い長
寿命のIII族窒化物半導体発光素子を低コストで提供す
ること、（４）従来のフェースダウン実装技術が容易に
使用可能なIII族窒化物半導体発光素子を提供すること
である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、III族窒化物からなる半
導体基板の作製方法において、(a) 少なくとも表面がII
I−Ｖ族化合物である第一の基板を窒化し、このIII−Ｖ
族化合物のＶ族元素を窒素に置換してIII族窒化物を形
成する工程と、(b) Ｖ族元素を窒素に置換することで形
成されたIII族窒化物上にIII族窒化物半導体を少なくと
も一層、結晶成長する工程と、(c) III−Ｖ族化合物の
Ｖ族元素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物の領
域で、結晶成長したIII族窒化物半導体層を第一の基板
から分離する工程と、を含むことを特徴としている。

【００１７】請求項２に記載の発明は、III族窒化物か
らなる半導体基板の作製方法において、(a) 少なくとも
表面がIII−Ｖ族化合物である第一の基板を窒化し、こ
のIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換してIII族窒
化物を形成する工程と、(b) III−Ｖ族化合物のＶ族元
素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物上に、このI
II−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換して形成された
III族窒化物の表面が露出する領域と、III族窒化物半導
体が直接成長しない領域を形成する工程と、(c) Ｖ族元
素を窒素に置換することで形成されたIII族窒化物上にI
II族窒化物半導体を選択的に結晶成長する工程と、(d)
結晶成長を継続し、選択成長した領域から、直接結晶成
長しない領域上を横方向に結晶成長させ、隣接したIII
族窒化物半導体結晶同士を合体させて、さらに結晶成長
を継続し、表面を平坦化し、少なくとも一層のIII族窒
化物半導体層を第一の基板上に積層する工程と、(e) II
I−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換して形成されたI
II族窒化物の領域で、結晶成長したIII族窒化物半導体
層を第一の基板から分離する工程と、を含むことを特徴
としている。

【００１８】請求項３に記載の発明は、III族窒化物か
らなる半導体基板の作製方法において、(a) 少なくとも
表面がIII−Ｖ族化合物である第一の基板上に、このIII
−Ｖ族化合物の表面が露出する領域と、III族窒化物半
導体が直接成長しない領域を形成する工程と、(b) 第一
の基板を窒化し、III−Ｖ族化合物の表面が露出する領
域のIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換してIII族
窒化物を形成する工程と、(c) Ｖ族元素を窒素に置換す
ることで形成されたIII族窒化物上にIII族窒化物半導体
を選択的に結晶成長する工程と、(d) 結晶成長を継続
し、選択成長した領域から、直接結晶成長しない領域上
を横方向に結晶成長させ、隣接したIII族窒化物半導体
結晶同士を合体させて、さらに結晶成長を継続し、表面
を平坦化し、少なくとも一層のIII族窒化物半導体層を
第一の基板上に積層する工程と、(e) III−Ｖ族化合物
のＶ族元素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物の
領域で、結晶成長したIII族窒化物半導体層を第一の基
板から分離する工程と、を含むことを特徴としている。

【００１９】請求項４に記載の発明は、請求項１あるい
は請求項２あるいは請求項３記載の半導体基板の作製方
法において、第一の基板は、主基板上に少なくとも一層
の積層構造が形成されており、この積層構造の最上層
が、III−Ｖ族化合物である基板であり、主基板とIII族
窒化物半導体との熱膨張係数差が、最上層のIII−Ｖ族
化合物の熱膨張係数差よりも大きいことを特徴としてい
る。また、請求項５に記載の発明は、請求項１あるいは
請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４記載の半導
体基板の作製方法において、第一の基板は、その表面が
（１１１）面を主面とするIII−Ｖ族化合物であること
を特徴としている。さらに、請求項６に記載の発明は、
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請
求項４あるいは請求項５記載の半導体基板の作製方法に
おいて、第一の基板は、Ｓｉ基板上に（１１１）面を主
面とするＧａＡｓ、あるいは（１１１）面を主面とす
るＧａＰが形成されていることを特徴としている。

【００２０】請求項７に記載の発明は、III族窒化物か
らなる半導体基板であって、請求項１あるいは請求項２
あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５あ
るいは請求項６に記載の半導体基板の作製方法で作製さ
れたことを特徴としている。さらに、請求項８に記載の
発明は、半導体発光素子であって、請求項７記載のIII
族窒化物半導体基板上に結晶成長されたIII族窒化物半
導体積層構造を用いて作製されたことを特徴としてい
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成・動作につい
て詳細に説明する。

【００２２】（１）請求項１の構成・動作：請求項１記載の半導体基板の作製方法は、(a) 少なくと
も表面がIII−Ｖ族化合物である第一の基板を窒化し、
このIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換してIII族
窒化物を形成する工程と、(b) Ｖ族元素を窒素に置換す
ることで形成されたIII族窒化物上にIII族窒化物半導体
を少なくとも一層、結晶成長する工程と、(c) III−Ｖ
族化合物のＶ族元素を窒素に置換して形成されたIII族
窒化物の領域で、結晶成長したIII族窒化物半導体層を
第一の基板から分離する工程と、を含むIII族窒化物半
導体基板の作製方法である。

【００２３】以下、請求項１記載の半導体基板の作製方
法について詳しく説明する。まず、工程(a) では、少な
くとも表面がIII−Ｖ族化合物である第一の基板を窒化
し、このIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換してI
II族窒化物を形成する。本発明で言う第一の基板とは、
III−Ｖ族化合物基板のみを意味するものではなく、少
なくとも表面がIII−Ｖ族化合物である基板であればよ
く、III−Ｖ族化合物以外の基板の上にIII−Ｖ族化合物
が積層されている物も含まれる。また、III−Ｖ族化合
物基板上に別の種類のIII−Ｖ族化合物を積層したもの
も含まれる。例えば、ＧａＡｓが積層されたＳｉ基板
や、ＡｌＧａＡｓ等が積層されたＧａＡｓ等も含まれ
る。勿論ＧａＡｓやＧａＰ等の基板も含まれる。また、
石英やサファイア基板上にＧａＡｓ膜やＧａＰ膜を張り
合わせたものも含まれる。

【００２４】第一の基板表面のIII−Ｖ族化合物のＶ族
元素を、窒素に置換してIII族窒化物を形成する方法
は、特に限定するものではない。例えば、アンモニア等
の窒化雰囲気中での熱処理によっても容易にIII族窒化
物を形成することができる。例えば、ＧａＡｓやＧａＰ
で代表されるIII−Ｖ族化合物は、アンモニア雰囲気で
熱処理すると窒化され、Ａｓ（砒素）あるいはＰ（燐）
がＮ（窒素）と置換し、ＧａＮが生成される。この組成
変換は、III族元素がＡｌやＩｎの場合も同様に起る。
組成変換により形成されるIII族窒化物の表面からの深
さは、熱処理の温度と時間によって制御可能である。

【００２５】次に工程(b) では、Ｖ族元素を窒素に置換
することで形成されたIII族窒化物上にIII族窒化物半導
体を少なくとも一層、結晶成長する。組成変換で生成し
たIII族窒化物表面には同じ窒化物であるIII族窒化物半
導体が容易に結晶成長する。この時成長するIII族窒化
物半導体は、組成変換によって生成されたIII族窒化物
と同じ組成のものであっても違う組成のものであっても
差し支えない。また、同一組成を成長させた後に、さら
にその上に別の組成の III族窒化物半導体を結晶成長
し、積層構造を形成しても差し支えない。例えば、Ｇａ
Ａｓを組成変換して生成したＧａＮ上にＧａＮを成長
し、さらにその上にＡｌＧａＮを成長しても差し支えな
い。

【００２６】結晶成長の方法はＭＯＣＶＤ（Metal Orga
nic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecul
ar Beam Epitaxy）法、ＶＰＥ（Vapor Phase Epitaxy）
法、ＨＶＰＥ法、またはその他の方法で行うことが出
来、特に方法を限定するものではない。結晶成長される
III族窒化物半導体の厚さは最終的にIII族窒化物半導体
基板として利用できるだけの厚さであれば良い。また、
結晶成長の際にｎ型ドーパントやｐ型ドーパント材料を
ドーピングして、ｎ型あるいはｐ型あるいは絶縁型とい
った電気伝導型を制御することもできる。

【００２７】次に工程(c) では、III−Ｖ族化合物のＶ
族元素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物の領域
で、結晶成長したIII族窒化物半導体層を第一の基板か
ら分離する。この組成変換して生成されたIII族窒化物
は、一般的には脆く、容易に破壊される。従って、III
族窒化物半導体を結晶成長した後、結晶成長温度から室
温まで冷却する過程で、第一の基板とIII族窒化物の熱
膨張係数差によって発生する応力によって、組成変換さ
れたIII族窒化物は破壊され、III族窒化物半導体層は第
一の基板から分離される。第一の基板とIII族窒化物の
熱膨張係数差が小さく、結晶成長後の冷却過程でIII族
窒化物半導体層が第一の基板から完全に分離されない場
合でも、組成変換して生成されたIII族窒化物は脆いの
で、小さな外力を加えることで、III族窒化物半導体層
を第一の基板から容易に分離することができる。また、
組成変換して生成されたIII族窒化物は一般的に結晶性
が悪いので、ＫＯＨやＮａＯＨ等のアルカリ溶液で容易
に溶解するので、組成変換して生成されたIII族窒化物
をエッチングし、III族窒化物半導体層を第一の基板か
らリフトオフして分離することも可能である。以上の
(a)〜(c)の工程が含まれるIII族窒化物半導体基板の作
製方法が、本発明の請求項１の半導体基板の作製方法で
ある。

【００２８】（２）請求項２の構成・動作：請求項２記載の半導体基板の作製方法は、(a) 少なくと
も表面がIII−Ｖ族化合物である第一の基板を窒化し、
このIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換してIII族
窒化物を形成する工程と、(b) III−Ｖ族化合物のＶ族
元素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物上に、こ
のIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換して形成さ
れたIII族窒化物の表面が露出する領域と、III族窒化物
半導体が直接成長しない領域を形成する工程と、(c) Ｖ
族元素を窒素に置換することで形成されたIII族窒化物
上にIII族窒化物半導体を選択的に結晶成長する工程
と、(d) 結晶成長を継続し、選択成長した領域から、直
接結晶成長しない領域上を横方向に結晶成長させ、隣接
したIII族窒化物半導体結晶同士を合体させて、さらに
結晶成長を継続し、表面を平坦化し、少なくとも一層の
III族窒化物半導体層を第一の基板上に積層する工程
と、(e) III−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換して
形成されたIII族窒化物の領域で、結晶成長したIII族窒
化物半導体層を第一の基板から分離する工程と、を含む
III族窒化物半導体基板の作製方法である。

【００２９】以下、請求項２記載の半導体基板の作製方
法について詳しく説明する。まず、工程(a) では、少な
くとも表面がIII−Ｖ族化合物である第一の基板を窒化
し、このIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換してI
II族窒化物を形成する。本発明で言う第一の基板とは、
III−Ｖ族化合物基板のみを意味するものではなく、少
なくとも表面がIII−Ｖ族化合物である基板であればよ
く、III−Ｖ族化合物以外の基板の上にIII−Ｖ族化合物
が積層されている物も含まれる。また、III−Ｖ族化合
物基板上に別の種類のIII−Ｖ族化合物を積層したもの
も含まれる。例えば、ＧａＡｓが積層されたＳｉ基板
や、ＡｌＧａＡｓ等が積層されたＧａＡｓ等も含まれ
る。勿論ＧａＡｓやＧａＰ等の基板も含まれる。また、
石英やサファイア基板上にＧａＡｓ膜やＧａＰ膜を張り
合わせたものも含まれる。

【００３０】第一の基板表面のIII−Ｖ族化合物のＶ族
元素を、窒素に置換してIII族窒化物を形成する方法
は、特に限定するものではない。例えば、アンモニア等
の窒化雰囲気中での熱処理によっても容易にIII族窒化
物を形成することができる。例えば、ＧａＡｓやＧａＰ
で代表されるIII−Ｖ族化合物は、アンモニア雰囲気で
熱処理すると窒化され、Ａｓ（砒素）あるいはＰ（燐）
がＮ（窒素）と置換し、ＧａＮが生成される。この組成
変換は、III族元素がＡｌやＩｎの場合も同様に起る。
組成変換により形成されるIII族窒化物の表面からの深
さは、熱処理の温度と時間によって制御可能である。

【００３１】次に工程(b) では、III−Ｖ族化合物のＶ
族元素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物上に、
このIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換して形成
されたIII族窒化物の表面が露出する領域と、III族窒化
物半導体が直接成長しない領域を形成する。III族窒化
物の表面が露出する領域は、次の工程(c) でIII族窒化
物半導体が選択成長する領域になる。尚、本発明でいう
選択成長とは、III族窒化物半導体結晶の核発生が、あ
る領域に優先的に起り結晶成長が進むことを意味してい
る。すなわち、ある領域に選択的に結晶成長することを
意味する。また、本発明でいうIII族窒化物半導体が直
接成長しない領域とは、III族窒化物半導体結晶の核発
生が起らないか、核発生してもすぐに再蒸発してしま
い、結晶成長が進まない領域のことを意味する。

【００３２】これらの領域を形成する方法としては特に
限定しないが、例えば、III−Ｖ族化合物のＶ族元素を
窒素に置換して形成されたIII族窒化物表面に、ＳｉＯ₂
やＳｉＮ等のマスク材料を堆積し、フォトリソグラフィ
ー等の手法によってパターニングして窓を開け、III族
窒化物表面を露出させることによって、マスク材料表面
の直接結晶成長が起らない領域に露出したIII族窒化物
表面を、選択成長する領域にすることができる。III−
Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換して形成されたIII
族窒化物が露出する領域と、III族窒化物半導体が直接
成長しない領域の形状、面積比は特に限定するものでは
ないが、高品質のIII族窒化物半導体の結晶成長と、素
子作製という本発明の半導体基板の目的から、選択成長
する領域はできるだけ小さくし、直接成長しない領域を
大きくすることが望ましい。

【００３３】次に工程(c) では、Ｖ族元素を窒素に置換
することで形成されたIII族窒化物上にIII族窒化物半導
体を選択的に結晶成長する。組成変換で生成したIII族
窒化物表面には同じ窒化物であるIII族窒化物半導体が
容易に結晶成長する。従って、III族窒化物半導体が直
接成長しない材料で、組成変換で生成したIII族窒化物
を囲むと、囲まれたIII族窒化物上に選択的にIII族窒化
物半導体が結晶成長する。例えば、ＧａＮはＳｉＯ₂、
ＳｉＮあるいはＳｉ上には直接結晶成長しにくいので、
組成変換で生成したIII族窒化物をＳｉＯ₂、ＳｉＮある
いはＳｉで囲むことで、ＧａＮを組成変換で生成したII
I族窒化物上に選択的に結晶成長することができる。

【００３４】結晶成長の方法は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ
法、ＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、またはその他の方法で行う
ことが出来、特に方法を限定するものではない。この時
成長するIII族窒化物半導体は、選択成長できれば、組
成変換によって生成されたIII族窒化物と同じ組成のも
のであっても違う組成のものであっても差し支えない。

【００３５】次に工程(d) では、結晶成長を継続し、選
択成長した領域から、直接結晶成長しない領域上を横方
向に結晶成長させ、隣接したIII族窒化物半導体結晶同
士を合体させて、さらに結晶成長を継続し、表面を平坦
化し、少なくとも一層のIII族窒化物半導体層を第一の
基板上に積層する。隣接したIII族窒化物半導体結晶同
士が合体した後、あるいは表面を平坦化した後に、その
上に別の組成のIII族窒化物半導体を結晶成長し、積層
構造を形成しても差し支えない。例えば、ＧａＡｓを組
成変換して生成したＧａＮ上にＧａＮを選択成長し、結
晶成長を継続し表面を平坦化した後に、その上にＡｌＧ
ａＮを成長しても差し支えない。

【００３６】結晶成長されるIII族窒化物半導体の厚さ
は最終的にIII族窒化物半導体基板として利用できるだ
けの厚さであれば良い。また、結晶成長の際にｎ型ドー
パントやｐ型ドーパント材料をドーピングして、ｎ型あ
るいはｐ型あるいは絶縁型といった電気伝導型を制御す
ることも可能である。III族窒化物半導体が選択成長し
た領域は、従来の異種基板上に成長したＧａＮ結晶と同
様に転位密度が高いが、そこから横方向に成長した結晶
部分、すなわち、選択成長領域の周囲のIII族窒化物半
導体が直接成長しない領域上に形成された結晶部分で
は、転位密度は著しく減少する。従って、この領域上に
発光素子の積層構造を結晶成長することによって、転位
の少ない高品質の結晶を発光素子に使用することができ
る。

【００３７】工程(e) では、III−Ｖ族化合物のＶ族元
素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物の領域で、
結晶成長したIII族窒化物半導体層を第一の基板から分
離する。この組成変換して生成されたIII族窒化物は、
一般的には脆く、容易に破壊される。従って、III族窒
化物半導体を結晶成長した後、結晶成長温度から室温ま
で冷却する過程で、第一の基板とIII族窒化物の熱膨張
係数差によって発生する応力によって、組成変換された
III族窒化物は破壊され、III族窒化物半導体層は第一の
基板から分離される。第一の基板とIII族窒化物の熱膨
張係数差が小さく、結晶成長後の冷却過程でIII族窒化
物半導体層が第一の基板から完全に分離されない場合で
も、組成変換して生成されたIII族窒化物は脆いので、
小さな外力を加えることで、III族窒化物半導体層を第
一の基板から容易に分離することができる。また、組成
変換して生成されたIII族窒化物は一般的に結晶性が悪
いので、ＫＯＨやＮａＯＨ等のアルカリ溶液で容易に溶
解するので、組成変換して生成されたIII族窒化物をエ
ッチングし、III族窒化物半導体層を第一の基板からリ
フトオフして分離することも可能である。以上の工程
(a)〜(e)が含まれるIII族窒化物半導体基板の作製方法
が、本発明の請求項２の半導体基板の作製方法である。

【００３８】（３）請求項３の構成・動作：請求項３記載の半導体基板の作製方法は、(a) 少なくと
も表面がIII−Ｖ族化合物である第一の基板上に、このI
II−Ｖ族化合物の表面が露出する領域と、III族窒化物
半導体が直接成長しない領域を形成する工程と、(b) 第
一の基板を窒化し、III−Ｖ族化合物の表面が露出する
領域のIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換してIII
族窒化物を形成する工程と、(c) Ｖ族元素を窒素に置換
することで形成されたIII族窒化物上にIII族窒化物半導
体を選択的に結晶成長する工程と、(d) 結晶成長を継続
し、選択成長した領域から、直接結晶成長しない領域上
を横方向に結晶成長させ、隣接したIII族窒化物半導体
結晶同士を合体させて、さらに結晶成長を継続し、表面
を平坦化し、少なくとも一層のIII族窒化物半導体層を
第一の基板上に積層する工程と、(e) III−Ｖ族化合物
のＶ族元素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物の
領域で、結晶成長したIII族窒化物半導体層を第一の基
板から分離する工程と、を含むIII族窒化物半導体基板
の作製方法である。

【００３９】以下、請求項３記載の半導体基板の作製方
法について詳しく説明する。請求項３の半導体基板の作
製方法は、請求項２の半導体基板の作製方法の工程(a)
と工程(b) とを入れ替えたものである。すなわち、III
族窒化物半導体が選択成長する領域と選択成長しない領
域の形成を、III−Ｖ族化合物をIII族窒化物に組成変換
する工程よりも先に行うので、第一の基板表面であるII
I−Ｖ族化合物のIII族窒化物への組成変換とその上への
III族窒化物半導体の結晶成長を同一装置内で連続して
行う事ができる。そのため、請求項２の工程に比べて、
ウエハーの汚染防止や、プロセス時間の短縮ができる。

【００４０】まず、工程(a) では、少なくとも表面がII
I−Ｖ族化合物である第一の基板上に、このIII−Ｖ族化
合物の表面が露出する領域と、III族窒化物半導体が直
接成長しない領域を形成する。本発明で言う第一の基板
とは、III−Ｖ族化合物基板のみを意味するものではな
く、少なくとも表面がIII−Ｖ族化合物である基板であ
ればよく、III−Ｖ族化合物以外の基板の上にIII−Ｖ族
化合物が積層されているものも含まれる。また、III−
Ｖ族化合物基板上に別の種類のIII−Ｖ族化合物を積層
したものも含まれる。例えば、ＧａＡｓが積層されたＳ
ｉ基板や、ＡｌＧａＡｓ等が積層されたＧａＡｓ等も含
まれる。勿論ＧａＡｓやＧａＰ等の基板も含まれる。ま
た、石英やサファイア基板上にＧａＡｓ膜やＧａＰ膜を
張り合わせたものも含まれる。また、本発明でいうIII
族窒化物半導体が直接成長しない領域とは、III族窒化
物半導体結晶の核発生が起らないか、核発生してもすぐ
に再蒸発してしまい、結晶成長が進まない領域のことを
意味する。

【００４１】この第一の基板上にIII−Ｖ族化合物の表
面が露出する領域と、III族窒化物半導体が直接成長し
ない領域を形成する方法としては、特に限定しないが、
例えば、III−Ｖ族化合物表面に、ＳｉＯ₂やＳｉＮ等の
マスク材料を堆積し、フォトリソグラフィー等の手法に
よってパターニングして窓を開け、III−Ｖ族化合物表
面を露出させ、マスク材料表面を、直接結晶成長が起ら
ない領域にすることができる。また、ＧａＡｓを成長し
たＳｉ基板上に、フォトリソグラフィー等の手法によっ
てレジスト等でパターンを形成し、これをマスクとし
て、ＧａＡｓをエッチングしてＳｉ基板表面を露出さ
せ、露出したＳｉ基板表面を直接結晶成長が起らない領
域にし、レジスト等のマスクを除去して、ＧａＡｓを露
出させることも可能である。III−Ｖ族化合物の表面が
露出する領域と、III族窒化物半導体が直接成長しない
領域の形状、面積比は特に限定するものではないが、高
品質のIII族窒化物半導体の結晶成長と、素子作製とい
う本発明の基板の目的から、選択成長する領域はできる
だけ小さくし、直接成長しない領域を大きくすることが
望ましい。

【００４２】次に工程(b) では、第一の基板を窒化し、
III−Ｖ族化合物の表面が露出する領域のIII−Ｖ族化合
物のＶ族元素を窒素に置換してIII族窒化物を形成す
る。III−Ｖ族化合物のＶ族元素を、窒素に置換してIII
族窒化物を形成する方法は、特に限定するものではな
い。例えば、アンモニア等の窒化雰囲気中での熱処理に
よっても容易にIII族窒化物を形成することができる。
例えば、ＧａＡｓやＧａＰで代表されるIII−Ｖ族化合
物は、アンモニア雰囲気で熱処理すると窒化され、Ａｓ
（砒素）あるいはＰ（燐）がＮ（窒素）と置換し、Ｇａ
Ｎが生成される。この組成変換は、III族元素がＡｌや
Ｉｎの場合も同様に起る。組成変換により形成されるII
I族窒化物の表面からの深さは、熱処理の温度と時間に
よって制御可能である。

【００４３】次に工程(c) では、Ｖ族元素を窒素に置換
することで形成されたIII族窒化物上にIII族窒化物半導
体を選択的に結晶成長する。本発明で言う選択成長と
は、III族窒化物半導体結晶の核発生が、ある領域に優
先的に起り、結晶成長が進むことを意味している。すな
わち、ある領域に選択的に結晶成長することを意味す
る。組成変換で生成したIII族窒化物表面には同じ窒化
物であるIII族窒化物半導体が容易に結晶成長する。従
って、III族窒化物半導体が直接成長しない材料で、組
成変換で生成したIII族窒化物を囲むと、囲まれたIII族
窒化物上に選択的にIII族窒化物半導体が結晶成長す
る。例えば、ＧａＮはＳｉＯ₂、ＳｉＮあるいはＳｉ上
には直接結晶成長しにくいので、組成変換で生成したII
I族窒化物をＳｉＯ₂、ＳｉＮあるいはＳｉで囲むこと
で、ＧａＮを組成変換で生成したIII族窒化物上に選択
的に結晶成長することができる。

【００４４】結晶成長の方法は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ
法、ＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法またはその他の方法で行うこ
とが出来、特に方法を限定するものではない。この時成
長するIII族窒化物半導体は、選択成長出来れば、組成
変換によって生成されたIII族窒化物と同じ組成のもの
であっても違う組成のものであっても差し支えない。

【００４５】次に工程(d) では、結晶成長を継続し、選
択成長した領域から、直接結晶成長しない領域上を横方
向に結晶成長させ、隣接したIII族窒化物半導体結晶同
士を合体させて、さらに結晶成長を継続し、表面を平坦
化し、少なくとも一層のIII族窒化物半導体層を第一の
基板上に積層する。隣接したIII族窒化物半導体結晶同
士が合体した後、あるいは表面を平坦化した後に、その
上に別の組成のIII族窒化物半導体を結晶成長し、積層
構造を形成しても差し支えない。例えば、ＧａＡｓを組
成変換して生成したＧａＮ上にＧａＮを選択成長し、結
晶成長を継続し表面を平坦化した後に、その上にＡｌＧ
ａＮを成長しても差し支えない。

【００４６】結晶成長されるIII族窒化物半導体の厚さ
は最終的にIII族窒化物半導体基板として利用できるだ
けの厚さであれば良い。また、結晶成長の際にｎ型ドー
パントやｐ型ドーパント材料をドーピングして、ｎ型あ
るいはｐ型あるいは絶縁型といった電気伝導型を制御す
ることも可能である。III族窒化物半導体が選択成長し
た領域は、従来の異種基板上に成長したＧａＮ結晶と同
様に転位密度が高いが、そこから横方向に成長した結晶
部分、すなわち、選択成長領域の周囲のIII族窒化物半
導体が直接成長しない領域上に形成された結晶部分で
は、転位密度は著しく減少する。従って、この領域上に
発光素子の積層構造を結晶成長することによって、転位
の少ない高品質の結晶を発光素子に使用することができ
る。

【００４７】次に工程(e) では、III−Ｖ族化合物のＶ
族元素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物の領域
で、結晶成長したIII族窒化物半導体層を第一の基板か
ら分離する。この組成変換して生成されたIII族窒化物
は、一般的には脆く、容易に破壊される。従って、III
族窒化物半導体を結晶成長した後、結晶成長温度から室
温まで冷却する過程で、第一の基板とIII族窒化物の熱
膨張係数差によって発生する応力によって、組成変換さ
れたIII族窒化物は破壊され、III族窒化物半導体層は第
一の基板から分離される。第一の基板とIII族窒化物の
熱膨張係数差が小さく、結晶成長後の冷却過程でIII族
窒化物半導体層が第一の基板から完全に分離されない場
合でも、組成変換して生成されたIII族窒化物は脆いの
で、小さな外力を加えることで、III族窒化物半導体層
を第一の基板から容易に分離することができる。また、
組成変換して生成されたIII族窒化物は一般的に結晶性
が悪いので、ＮＯＨやＮａＯＨ等のアルカリ溶液で容易
に溶解するので、組成変換して生成されたIII族窒化物
をエッチングし、III族窒化物半導体層を第一の基板か
らリフトオフして分離することも可能である。以上の
(a)〜(e)の工程が含まれるIII族窒化物半導体基板の作
製方法が、本発明の請求項２の半導体基板の作製方法で
ある。

【００４８】（４）請求項４の構成・動作：請求項４記載の半導体基板の作製方法は、請求項１ある
いは請求項２あるいは請求項３記載の半導体基板の作製
方法において、第一の基板は、主基板上に少なくとも一
層の積層構造が形成されており、この積層構造の最上層
が、III−Ｖ族化合物である基板であり、主基板とIII族
窒化物半導体との熱膨張係数差が、最上層のIII−Ｖ族
化合物の熱膨張係数差よりも大きいことを特徴とするII
I族窒化物半導体基板の作製方法である。

【００４９】ＧａＡｓや、ＧａＰ等のIII−Ｖ族化合物
半導体は、代表的なIII族窒化物半導体であるＧａＮと
は熱膨張係数が近似している。そのため、結晶成長後の
冷却過程における応力の発生が少なく、窒化による組成
変換層の厚さ等の条件によっては、結晶成長後の冷却過
程で、基板とIII族窒化物半導体が完全に分離しない場
合が生じる（この場合でも所望の外力を加える事で、基
板とIII族窒化物半導体の分離を行うことは可能であ
る）。そこで、請求項４記載の発明では、結晶成長後の
冷却過程で、基板とIII族窒化物半導体の分離を完全に
行うために、第一の基板を、「主基板上に少なくとも一
層の積層構造が形成されており、この積層構造の最上層
が、III−Ｖ族化合物であり、主基板とIII族窒化物半導
体との熱膨張係数差が、最上層のIII−Ｖ族化合物の熱
膨張係数差よりも大きいことを特徴とする基板」として
いる。このような基板としては、例えばＳｉを主基板と
して、その上にＧａＡｓを結晶成長したものや、石英
やサファイア基板を主基板として、その上にＧａＡｓや
ＧａＰを張り合わせたものなどが使用可能である。勿論
その他のものであってもよく、主基板とIII族窒化物半
導体との熱膨張係数差が、最上層のIII−Ｖ族化合物の
熱膨張係数差よりも大きいものであれば使用可能であ
る。

【００５０】（５）請求項５の構成・動作：請求項５記載の半導体基板の作製方法は、請求項１ある
いは請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４記載の
半導体基板の作製方法において、第一の基板は、その表
面が（１１１）面を主面とするIII−Ｖ族化合物である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の作製方法で
ある。

【００５１】（１１１）面を主面とする III−Ｖ族化合
物を窒化処理すると（１１１）面に平行に層状の六方晶
のIII族窒化物が形成される。すなわち（０００１）Ｃ
面を主面とするIII族窒化物が形成される。例えば、
（１１１）面を主面とするＧａＡｓ、あるいは（１１
１）面を主面とするＧａＰを窒化処理すると、ＧａＡｓ
あるいはＧａＰの（１１１）面に平行に層状に六方晶の
ＧａＮが形成される。すなわち（０００１）Ｃ面を主面
とするＧａＮが形成される。そして、（０００１）Ｃ面
を主面とするIII族窒化物上には、容易に（０００１）
Ｃ面を主面とする六方晶のIII族窒化物半導体が結晶成
長する。また、窒化処理によって組成変換され形成され
たIII族窒化物は層状であるので、基板とIII族窒化物半
導体層を分離する工程において、容易に剥離することが
できる。

【００５２】（実施例１）ここで、請求項１および請求
項５記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法の一実施
例を説明する。図１は本実施例１のＧａＮ基板の作製方
法の工程説明図である。本実施例の第一の基板は、直径
がφ２インチで（１１１）面を主面とするＧａＡｓ基板
１００である（図１（ａ−０））。この基板１００をＭ
ＯＣＶＤ装置にセットし、ＮＨ₃ガス流量７０cc／minの
雰囲気で、８５０℃、３０分間の窒化処理を行った。こ
の処理によってＧａＡｓ基板の表面から約２μｍまでが
窒化され、ＧａＮ１０１に変換した（図１（ａ−
１））。その後、ＮＨ₃を２０００cc／minに増加し、水
素ガスをキャリアガスとして、トリメチルガリウムおよ
び、ｎ型のドーパントガスであるＳｉＨ₄を基板表面に
供給して、１０５０℃でｎ型のＧａＮ厚膜１０２を約１
００μｍ結晶成長した（図１（ｂ））。そして、室温ま
で冷却し、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置の中から取り出す
と、結晶成長したＧａＮ厚膜１０２はＧａＡｓ基板１０
０から剥離していた（図１（ｃ））。その後、この剥離
したＧａＮ厚膜１０２の裏面を研磨し、部分的に残って
いる組成変換して形成されたＧａＮ層１０１を除去した
後、洗浄してｎ型ＧａＮ基板を作製した。

【００５３】（実施例２）次に、請求項２および請求項
５記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法の一実施例
を説明する。図２は本実施例２のＧａＮ基板の作製方法
の工程説明図である。まず、（１１１）面を主面とする
直径がφ２インチ、厚さ約３００μｍのＧａＡｓ基板２
０１をＭＯＣＶＤ装置にセットし、ＮＨ₃ガス流量７０c
c／minの雰囲気で、８５０℃、３０分間の窒化処理を行
った。この処理によってＧａＡｓ基板表面を、表面から
約２μｍまでＧａＮ結晶２０２に変換した（図２
（ａ））。その後、ＧａＡｓ基板２０１をＭＯＣＶＤ装
置から取り出し、プラズマＣＶＤでＳｉＯ₂を約２００
ｎｍ堆積する。その後に、フォトリソグラフィーでレジ
ストによりストライプパターンを形成し、バッファー・
フッ酸水溶液でＳｉＯ₂にストライプ状の開口部２０４
を開け、組成変換によって形成されたＧａＮ結晶２０２
の表面を露出させ、レジストを除去し、ＧａＮ結晶２０
２が露出した領域２０４と、ＧａＮが直接成長しない領
域（ＳｉＯ₂マスク領域）２０３を形成する。このスト
ライプパターンの開口部２０４の寸法は３μｍ、ＳｉＯ
₂マスク領域２０３の幅は７μｍである（図２
（ｂ））。

【００５４】その後、ＧａＡｓ基板２０１をＭＯＣＶＤ
装置にセットし、ＮＨ₃を２０００cc／min流し、水素ガ
スをキャリアガスとして、トリメチルガリウムおよび、
ｎ型のドーパントガスであるＳｉＨ₄を基板表面に供給
して、１０５０℃でｎ型のＧａＮ結晶２０５を、ストラ
イプパターンの開口部２０４で露出している組成変換し
たＧａＮ結晶２０２の表面に選択成長した（図２
（ｃ））。さらに結晶成長を続け、ＳｉＯ₂マスク２０
２上を横方向に結晶成長し、隣接したストライプパター
ンから選択成長したＧａＮ結晶２０５同士を合体させ
（図２（ｄ−１））、さらに結晶成長を継続し、表面を
平坦化して約１００μｍの厚さに結晶成長した（図２
（ｄ−２））。そして、室温まで冷却し、ウエハーをＭ
ＯＣＶＤ装置の中から取り出すと、結晶成長したＧａＮ
厚膜２０５はＧａＡｓ基板から剥離していた（図２
（ｅ））。その後、この剥離したＧａＮ厚膜２０５の裏
面を研磨し、部分的に残っている組成変換して形成され
たＧａＮ層２０２を除去した後、洗浄してｎ型ＧａＮ基
板２０５を作製した（図２（ｆ））。

【００５５】（実施例３）次に、請求項３および請求項
５記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法の一実施例
を説明する。図３は本実施例３のＧａＮ基板の作製方法
の工程説明図である。まず、（１１１）面を主面とする
直径がφ２インチ、厚さ約３００μｍのＧａＡｓ基板上
３０１に、プラズマＣＶＤでＳｉＯ₂を約２００ｎｍ堆
積した後に、フォトリソグラフィーでレジストによりス
トライプパターンを形成し、バッファー・フッ酸水溶液
でＳｉＯ₂にストライプ状の開口部３０３を開け、Ｇａ
Ａｓ基板３０１の表面を露出させ、レジストを除去し、
ＧａＡｓが露出した領域３０３と、ＧａＮが直接成長し
ない領域（ＳｉＯ₂マスク領域）３０２を形成する。こ
のストライプパターンの開口部３０３の寸法は３μｍ、
ＳｉＯ₂マスク領域３０２の幅は７μｍである（図３
（ａ））。

【００５６】ＳｉＯ₂マスクを形成した後、ＧａＡｓ基
板３０１をＭＯＣＶＤ装置にセットし、ＮＨ₃ガス流量
７０cc／minの雰囲気で、８５０℃、３０分間の窒化処
理を行った。この処理によって、ＳｉＯ₂マスクの開口
部で露出したＧａＡｓ基板の表面を、表面から約２μｍ
までＧａＮ結晶３０４に変換した（図３（ｂ））。その
後、ＮＨ₃を２０００cc／minに増加し、水素ガスをキャ
リアガスとして、トリメチルガリウムおよび、ｎ型のド
ーパントガスであるＳｉＨ₄を基板表面に供給して、１
０５０℃でｎ型のＧａＮ結晶３０５を、組成変換したＧ
ａＮ表面３０４に選択成長した（図３（ｃ））。さらに
結晶成長を続け、ＳｉＯ₂マスク３０２上を横方向に結
晶成長し、隣接したストライプパターンから選択成長し
たＧａＮ結晶３０５同士を合体させ（図３（ｄ−
１））、さらに結晶成長を継続し、表面を平坦化して約
１００μｍ結晶成長した（図３（ｄ−２））。そして、
室温まで冷却し、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置の中から取
り出すと、結晶成長したＧａＮ厚膜３０５はＧａＡｓ基
板３０１から剥離していた（図３（ｅ））。その後、剥
離したＧａＮ厚膜３０５の裏面を研磨し、部分的に残っ
ている組成変換して形成されたＧａＮ層３０４を除去し
た後、洗浄してｎ型ＧａＮ基板３０５を作製した（図３
（ｆ））。

【００５７】（６）請求項６の構成・動作：請求項６記載の半導体基板の作製方法は、請求項１ある
いは請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるい
は請求項５記載の半導体基板の作製方法において、第一
の基板は、Ｓｉ基板上に（１１１）面を主面とするＧａ
Ａｓ、あるいは、（１１１）面を主面とするＧａＰが形
成されていることを特徴とするIII族窒化物半導体基板
の作製方法である。（１１１）面を主面とする III−Ｖ
族化合物を窒化処理すると（１１１）面に平行に層状
の六方晶のIII族窒化物が形成される。すなわち、（０
００１）Ｃ面を主面とするIII族窒化物が形成される。
（１１１）面を主面とするＧａＡｓ、あるいは（１１
１）面を主面とするＧａＰを窒化処理すると、ＧａＡｓ
あるいはＧａＰの（１１１）面に平行に層状に六方晶
のＧａＮが形成される。すなわち、（０００１）Ｃ面を
主面とするＧａＮが形成される。そして（０００１）Ｃ
面を主面とするＧａＮ上には、容易に（０００１）Ｃ面
を主面とする六方晶のIII族窒化物半導体が結晶成長す
る。しかしながら、（１１１）ＧａＡｓ基板、あるいは
（１１１）ＧａＰ基板は、III族窒化物半導体との熱膨
張係数差はそれほど大きいものではない。

【００５８】本発明では、第一の基板を（１１１）面を
主面とするＧａＡｓ、あるいは（１１１）面を主面とす
るＧａＰが形成された表面が（１１１）面のＳｉとする
ことで、基板とIII族窒化物半導体との熱膨張係数差を
大きくしている。その結果、結晶成長後の冷却過程にお
ける熱応力が大きくなり、基板とIII族窒化物半導体層
の分離が結晶成長後の冷却過程で容易に行われる。基板
としてＳｉを選択する理由は、以下の通りである。１．Ｓｉ基板は、工業的に直径がφ４インチ、φ８イン
チと大面積のものが作製されており、大面積のIII族窒
化物半導体基板が作製可能になる。２．Ｓｉ基板上に（１１１）面を主面とするＧａＡｓ
や、（１１１）面を主面とするＧａＰを形成することは
容易であり、例えば、表面が（１１１）面のＳｉ基板上
に、（１１１）面を主面とするＧａＡｓや、（１１１）
面を主面とするＧａＰを結晶成長する方法や、あるい
は、Ｓｉ基板上に、（１１１）面を主面とするＧａＡｓ
や、（１１１）面を主面とするＧａＰを貼り合わせるよ
うな方法で形成することができる。３．Ｓｉ基板は、III族窒化物半導体の結晶成長温度に
おいても安定である。

【００５９】（実施例４）ここで、請求項３および請求
項４および請求項５および請求項６記載のIII族窒化物
半導体基板の作製方法の一実施例を説明する。図４は本
実施例４のＧａＮ基板の作製方法の工程説明図である。
本実施例では、厚さが約２μｍの（１１１）面を主面と
するＧａＡｓ層４０２が積層された、直径がφ３イン
チ、厚さ約４００μｍのＳｉ基板４０１を使用してい
る。そして、このＳｉ基板４０１の最上層のＧａＡｓ層
４０２表面に、プラズマＣＶＤでＳｉＯ₂を約２００ｎ
ｍ堆積した後に、フォトリソグラフィーでレジストによ
りストライプパターンを形成し、バッファー・フッ酸水
溶液でＳｉＯ₂にストライプ状の開口部４０４を開け、
ＧａＡｓ層４０２の表面を露出させ、レジストを除去
し、ＧａＡｓ層が露出した領域４０４と、ＧａＮが直接
成長しない領域（ＳｉＯ₂マスク領域）４０３を形成す
る。このストライプパターンの開口部４０４の寸法は３
μｍ、ＳｉＯ₂マスク領域４０３の幅は７μｍである
（図４（ａ））。

【００６０】ＳｉＯ₂マスク４０３を形成した後、Ｓｉ
基板４０１をＭＯＣＶＤ装置にセットし、ＮＨ₃ガス流
量７０cc／minの雰囲気で、８５０℃、３０分間の窒化
処理を行った。この処理によって、ＳｉＯ₂マスク４０
３の開口部４０４で露出したＧａＡｓ層４０２の表面
を、表面から約２μｍまで、すなわちＳｉ基板４０１に
到達するまで、ＧａＮ結晶４０５に変換した（図４
（ｂ））。その後、ＮＨ₃を２０００cc／minに増加し、
水素ガスをキャリアガスとして、トリメチルガリウムお
よび、ｎ型のドーパントガスであるＳｉＨ₄を基板表面
に供給して、１０５０℃でｎ型のＧａＮ結晶４０６を、
組成変換したＧａＮ結晶４０５の表面に選択成長した
（図４（ｃ））。さらに結晶成長を続け、ＳｉＯ₂マス
ク４０２上を横方向に結晶成長し、隣接したストライプ
パターンから選択成長したＧａＮ結晶４０６同士を合体
させ（図４（ｄ−１））、さらに結晶成長を継続し、表
面を平坦化して約１００μｍ結晶成長した（図４（ｄ−
２））。そして室温まで冷却し、ウエハーをＭＯＣＶＤ
装置の中から取り出すと、結晶成長したＧａＮ厚膜４０
６はＳｉ基板４０１から剥離していた（図４（ｅ））。
その後、剥離したＧａＮ厚膜４０６の裏面を研磨し、部
分的に残っている組成変換して形成されたＧａＮ層４０
５を除去した後、洗浄してｎ型ＧａＮ基板４０６を作製
した（図４（ｆ））。

【００６１】（７）請求項７の構成・動作：請求項７記載の半導体基板は、請求項１あるいは請求項
２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５
あるいは請求項６に記載のIII族窒化物半導体基板の作
製方法で作製されたIII族窒化物半導体基板である。特
に請求項２あるいは請求項３記載の作製方法で作製され
たIII族窒化物半導体基板では、III族窒化物半導体が選
択成長した領域は、従来の異種基板上に成長したＧａＮ
結晶と同様に転位密度が高いが、そこから横方向に成長
した結晶部分、すなわち、選択成長領域の周囲のIII族
窒化物半導体が直接成長しない領域上に形成された結晶
部分では、転位密度は著しく減少する。従って、この領
域上に発光素子の積層構造を結晶成長することによっ
て、転位の少ない高品質の結晶を発光素子に使用するこ
とができる。

【００６２】（実施例５）ここで、請求項７記載のIII
族窒化物半導体基板の一実施例である基板を説明する。
図５は請求項１および請求項５の作製方法で作製したＡ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ基板５００の断面図である。このＡｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎ基板５００は、（１１１）面のＧａＡｓ基
板表面を窒化することによって形成されたＧａＮ層上
に、厚さ約１００μｍのＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層５００を結
晶成長し、それをＧａＡｓ基板から分離することによっ
て作製された基板である。

【００６３】（実施例６）次に、請求項７記載のIII族
窒化物半導体基板の別の実施例である基板を説明する。
図６は請求項１および請求項６の作製方法で作製したＧ
ａＮ基板６００の断面図である。このＧａＮ基板６００
は、約２μｍの厚さの（１１１）面を主面とするＧａＡ
ｓ層が積層された、直径がφ３インチ、厚さ約４００μ
ｍのＳｉ基板を使用して、窒化したＧａＮ層上に、厚さ
約１００μｍのＧａＮ層６００を結晶成長し、それをＳ
ｉ基板から分離することによって作製された基板であ
る。また、ＧａＮ厚膜６００を成長するときにＩｎ（イ
ンジウム）をドーピングして成長している。Ｇａ（ガリ
ウム）と同じIII族元素であるＩｎをドーピングするこ
とによって、欠陥密度が減少し、高品質の基板となって
いる。

【００６４】（実施例７）次に、請求項７記載のIII族
窒化物半導体基板のさらに別の実施例の基板を説明す
る。図７は請求項３および請求項６の作製方法で作製し
たＧａＮ基板７００の断面図である。このＧａＮ基板７
００は、基板として、厚さ約２μｍの（１１１）面を主
面とするＧａＡｓ層が積層された、直径がφ３インチ、
厚さ約４００μｍのＳｉ基板を使用し、その表面にＳｉ
Ｏ₂で選択成長マスクを形成し、露出したＧａＡｓ表面
を窒化した後に、まず、ＧａＮ層７０１を１０５０℃で
選択成長し、約２０μｍ成長して平坦化し、その後、５
２０℃でＧａＮ層７０２を約５０ｎｍ、１０５０℃でＧ
ａＮ層７０３を約１μｍ交互に成長する工程を８回繰り
返し、さらにその上に約８０μｍのＧａＮ層７０４を成
長して、ｎ型ＧａＮ基板７００を作製し、これをＳｉ基
板から分離して作製された基板である。このｎ型ＧａＮ
基板７００は、低温成長と高温成長を繰り返すことによ
る、基板界面で発生した貫通転位の伝播の抑制効果と、
選択成長と横方向への成長の組み合わせによる転位密度
の減少効果とがあいまって、ＧａＮ基板表面での転位密
度は基板表面全面で、１０³ｃｍ^-2以下になっている。

【００６５】（８）請求項８の構成・動作：請求項８記載の半導体発光素子は、請求項７に記載のII
I族窒化物半導体基板上に結晶成長されたIII族窒化物半
導体積層構造を用いて作製されたIII族窒化物半導体発
光素子である。本発明の半導体発光素子は、発光ダイオ
ード、半導体レーザ、スーパー・ルミネッセント・ダイ
オード等、どのような発光素子であっても差し支えな
く、発光素子のｐ型，ｎ型層に対応した電極に電流が印
加され、Ｐ−Ｎ接合に電流が注入され、キャリアの再結
合によって発光するものであれば良い。その構造に関し
ても、特に限定するものではなく、発光素子を構成する
積層構造が、III族窒化物半導体積層構造からなり、少
なくとも一つのＰ−Ｎ接合を有し、このＰ−Ｎ接合に電
流が注入され、キャリアの再結合によって発光する構造
であれば、ホモ接合、シングルヘテロ接合、ダブルヘテ
ロ接合、量子井戸構造、多重量子井戸構造、その他、ど
のような構造であっても差し支えない。

【００６６】（実施例８）ここで、請求項８記載の半導
体発光素子の一実施例である半導体レーザを説明する。
図８は請求項８の一実施例を示す半導体レーザの斜視図
である。また、図９はその半導体レーザの光出射方向に
垂直な面での断面図である。本実施例８の半導体レーザ
は、実施例７で作製したｎ型ＧａＮ基板７００上に積層
したIII族窒化物半導体積層構造で作製されている。半
導体レーザ構造は、Ｓｉをドーピングして低抵抗にした
ｎ型ＧａＮ厚膜７１０上に、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラ
ッド層７１１、ｎ型ＧａＮ光ガイド層７１２、Ｉｎ_0.05
Ｇａ_0.95Ｎ／Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ量子井戸活性層７１
３、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７１４、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8
Ｎクラッド層７１５、ｐ型ＧａＮキャップ層７１６から
成る積層構造７０００を、ｐ型ＧａＮキャップ層７１６
から、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層７１５の途中ま
でをストライプ状に残してエッチングし、電流狭窄リッ
ジ導波路構造７２０を作製されている。この電流狭窄リ
ッジ導波路構造７２０はＧａＮ基板の＜１−１００＞方
向に沿って形成されている。

【００６７】上記積層構造の表面には絶縁膜ＳｉＯ₂７
１７が形成されている。リッジ導波路構造７２０上の絶
縁膜ＳｉＯ₂７１７には、開口部が形成されている。こ
の開口部で露出したｐ型ＧａＮキャップ層７１６の表面
に、ｐ側のオーミック電極７１８が形成されている。ま
た、ｎ型ＧａＮ基板７００の裏面には、ｎ側のオーミッ
ク電極７１９が形成されている。また、リッジ導波路構
造７２０と活性層７１３に垂直に光共振器面７００１，
７００２が形成されている。この光共振器面７００１，
７００２は、ＧａＮ基板の＜１−１００＞方向に沿った
電流狭窄リッジ導波路構造７２０に垂直な（１−１０
０）面をへき開することにより形成されている。

【００６８】尚、レーザ構造となる積層構造７０００は
ＭＯＣＶＤによって結晶成長した。また、ｎ側オーミッ
ク電極７１９としては、Ｔｉ／Ａｌを、ｐ側オーミック
電極７１８としては、Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕを蒸着して形成
した。ｐ側のオーミック電極７１８とｎ側のオーミック
電極７１９に電流を注入することによって、活性層７１
３にキャリアが注入され、発光および光の増幅が起り、
光共振器面７００１，７００２から、レーザ光７１０
１，７１０２が出射される。

【００６９】

【発明の効果】（１）請求項１に対応する作用効果：請求項1記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法におい
ては、III−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換して形
成した機械的、化学的に弱いIII族窒化物上に、III族窒
化物半導体膜を結晶成長するので、クラックが無い、大
面積のIII族窒化物半導体基板を作製することができ
る。

【００７０】以下、その理由を詳細に説明する。従来、
サファイア等の基板にIII族窒化物半導体を厚く結晶成
長すると、基板とIII族窒化物半導体との熱膨張係数差
によって、結晶成長後の冷却過程で応力が生じ、III族
窒化物半導体膜にクラックが発生したり、あるいは、基
板が割れてしまうなどという問題があった。そのため、
基板として利用できる厚さのIII族窒化物半導体膜を異
種基板に成長するためには、工程数の多くなる選択成長
等の方法が取られていた。しかし、この方法でも、基板
とIII族窒化物半導体膜との熱膨張係数差によって、ウ
エハーの反りが生じるため、III族窒化物半導体膜を基
板から分離するためには、ウエハーを小さく分割して研
磨するなどの方法が必要とされるので、大面積のIII族
窒化物半導体基板を作製することは困難であった。

【００７１】請求項１記載の半導体基板の作製方法にお
いては、その最大の特徴である工程(a) のIII−Ｖ族化
合物のＶ族元素を窒素に置換して形成されるIII族窒化
物は、機械的に脆く容易に破壊される。そのため、結晶
成長後の冷却過程で生ずる基板とIII族窒化物半導体の
熱膨張係数差によって発生する応力で、III族窒化物半
導体膜や、基板にクラックが発生する前に、組成変換し
て形成されたIII族窒化物が破壊される。その結果、結
晶成長されたIII族窒化物半導体膜はクラックが発生す
ることなく、冷却段階で基板から容易に分離される。ま
た、組成変換されて形成されたIII族窒化物は、化学的
にも弱く、アルカリ溶液等で容易にエッチングされるの
で、組成変換されて形成されたIII族窒化物をエッチン
グによって除去して、III族窒化物半導体膜を基板から
分離することも容易にできる。従って、請求項１記載の
半導体基板の作製方法を使用すれば、基板を小さく分割
する必要がなく、大面積のままIII族窒化物半導体膜を
基板から分離することが可能となり、クラックが無い、
大面積のIII族窒化物半導体基板を作製することができ
る。さらに、実施例５や実施例６のような結晶成長を行
うことにより、転位や欠陥が低減されたIII族窒化物半
導体基板が作製できる。

【００７２】（２）請求項２に対応する作用効果：請求項２記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法にお
いては、選択成長とIII族窒化物半導体が直接成長しな
い領域上への横方向の結晶成長を組み合わせることで、
III族窒化物半導体が直接成長しない領域上に形成され
た結晶部分の転位密度を著しく減少させ高品質のIII族
窒化物半導体基板を作製することができる。また、選択
成長する領域を、請求項２記載の半導体基板の作製方法
の最大の特徴であるIII−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素
に置換して形成されるIII族窒化物としているので、請
求項１記載の作製方法と同様に、III族窒化物半導体膜
の基板からの分離を容易に行うことができる。従って、
請求項２記載の半導体基板の作製方法を使用すれば、基
板を小さく分割する必要がなく、大面積のままIII族窒
化物半導体膜を基板から分離することが可能となり、ク
ラックが無い、低転位密度の大面積のIII族窒化物半導
体基板を作製することができる。さらに、実施例６や実
施例７のような結晶成長を行うことにより転位や欠陥が
低減されたIII族窒化物半導体基板が作製できる。

【００７３】（３）請求項３に対応する作用効果：請求項３記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法にお
いては、請求項２記載の半導体基板の作製方法の工程
(a) と工程(b) とを入れ替えたものであるので、請求項
２記載の作製方法と同様の効果が得られる。それに加え
て、III族窒化物半導体が、選択成長する領域と選択成
長しない領域の形成をIII−Ｖ族化合物をIII族窒化物に
組成変換する工程よりも先に行うので、第一の基板表面
であるIII−Ｖ族化合物のIII族窒化物への組成変換とそ
の上へのIII族窒化物半導体の結晶成長を同一装置内で
連続して行うことができる。そのため、請求項２の工程
に比べて、歩留まりの低下を招くようなウエハーの汚染
の防止や、製造コストに関係するプロセス時間の短縮が
できる。従って、請求項３記載の半導体基板の作製方法
を使用すれば、クラックが無い、低転位密度の大面積の
III族窒化物半導体基板を低コストで作製することがで
きる。さらに、実施例６や実施例７のような結晶成長を
行うことにより転位や欠陥が低減されたIII族窒化物半
導体基板が作製できる。

【００７４】（４）請求項４に対応する作用効果：請求項４記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法にお
いては、請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３記
載のIII族窒化物半導体基板の作製方法において、第一
の基板は、主基板上に少なくとも一層の積層構造が形成
されており、この積層構造の最上層が、III−Ｖ族化合
物である基板であり、主基板とIII族窒化物半導体との
熱膨張係数差が、最上層のIII−Ｖ族化合物の熱膨張係
数差よりも大きいことを特徴とするIII族窒化物半導体
基板の作製方法であるので、請求項１あるいは請求項２
あるいは請求項３の作用効果に加えて、結晶成長後の冷
却過程で、基板とIII族窒化物半導体の分離を完全に行
うことができる。従って、請求項４記載のIII族窒化物
半導体基板の作製方法を使用すれば、高品質、大面積の
III族窒化物半導体基板が作製できる。

【００７５】（５）請求項５に対応する作用効果：請求項５記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法は、
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請
求項４記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法におい
て、第一の基板は、その表面が（１１１）面を主面とす
るIII−Ｖ族化合物であることを特徴とするIII族窒化物
半導体基板の作製方法であるので、請求項１あるいは請
求項２あるいは請求項３あるいは請求項４の作用効果に
加えて、窒化処理して形成されたIII族窒化物が、基板
主面の（１１１）面と平行な層状の（０００１）Ｃ面を
主面とする六方晶結晶となるので、その上には、容易に
（０００１）Ｃ面を主面とする六方晶のIII族窒化物半
導体が結晶成長する。すなわち、立方晶結晶が混在しな
い高品質の結晶成長が行われる。また、窒化処理によっ
て組成変換され形成されたIII族窒化物は基板主面に平
行な層状であるので、基板とIII族窒化物半導体層を分
離する工程においては、容易に剥離することができる。
従って、請求項５記載のIII族窒化物半導体基板の作製
方法を使用すれば、高品質、大面積のIII族窒化物半導
体基板が作製できる。

【００７６】（６）請求項６に対応する作用効果：請求項６記載のIII族窒化物半導体基板の作製方法は、
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請
求項４あるいは請求項５記載のIII族窒化物半導体基板
の作製方法において、第一の基板は、Ｓｉ基板上に（１
１１）面を主面とするＧａＡｓ、あるいは（１１１）面
を主面とするＧａＰが形成されていることを特徴とする
III族窒化物半導体基板の作製方法であるので、請求項
１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４
あるいは請求項５の作用効果に加えて、ＧａＡｓやＧａ
Ｐ単体の基板を使用した場合に比べて、基板とIII族窒
化物半導体との熱膨張係数差が大きいので、結晶成長後
の冷却過程における熱応力が大きくなり、基板とIII族
窒化物半導体層の分離が容易に行われる。また、Ｓｉ基
板は、工業的に直径がφ４インチ、φ８インチと大面積
のものが作製されており、大面積のIII族窒化物半導体
基板が作製可能になる。従って、請求項６記載のIII族
窒化物半導体基板の作製方法を使用すれば、高品質、大
面積のIII族窒化物半導体基板が作製できる。

【００７７】（７）請求項７に対応する作用効果：請求項７記載のIII族窒化物半導体基板は、請求項１あ
るいは請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４ある
いは請求項５あるいは請求項６記載のIII族窒化物半導
体基板の作製方法で作製されたIII族窒化物半導体基板
であるので、クラックが無い、大面積のIII族窒化物半
導体基板である。特に請求項２あるいは請求項３記載の
III族窒化物半導体基板の作製方法で作製されたIII族窒
化物半導体基板は低転位密度である。従って、請求項７
記載のIII族窒化物半導体基板を使用することで、高品
質のIII族窒化物結晶を成長することができ、高品質のI
II族窒化物半導体発光素子を一度に多量に作製可能とな
る。

【００７８】（８）請求項８に対応する作用効果：請求項８記載のIII族窒化物半導体発光素子は、請求項
７記載のIII族窒化物半導体基板上に結晶成長されたIII
族窒化物半導体積層構造を用いて作製されたIII族窒化
物半導体発光素子であるので、異種基板との格子不整
や、熱膨張係数差によって発生する欠陥や、歪みが低減
された、高品質の結晶層を発光素子として使用すること
ができるので、発光効率が高く、高出力動作ができる。
また、欠陥が少ないので、劣化が遅く、特に半導体レー
ザでは、高温、高出力動作においても寿命の長い信頼性
の高いものが作製できる。また、基板を導電性にするこ
とによって、従来は困難であった基板裏面側に電極を形
成することが可能である。これによって、半導体レーザ
側をヒートシンク材に実装するフェースダウン実装が容
易になり、大出力動作時における放熱効率を高くするこ
とができる。従って、高温、大出力動作が可能な半導体
レーザが実現される。

【００７９】さらに、基板の熱伝導性がサファイアより
も大きく、基板からの放熱特性が向上していることか
ら、高温、高出力動作時においても、素子の温度上昇が
抑制されるので、素子の劣化が遅く、寿命の長い信頼性
の高いものが作製できる。また、半導体レーザの場合に
は、光共振器端面を基板をへき開して形成することがで
きるので、ドライエッチング等の複雑な作製工程を必要
とせずに、容易に平滑性、平行性の良い、光共振器ミラ
ーが形成される。また、形成された光共振器面は、サフ
ァイア等のへき開方向の異なる異種基板を無理にへき開
して作製されたものでは無いので、原子オーダーで平滑
である。そのため、光共振器端面での散乱ロスが低減さ
れ、低しきい値でレーザ発振する。また、ビーム形状も
単峰である。さらにまた、III族窒化物半導体基板は、
直径がφ２インチやφ３インチ、あるいはそれ以上の大
面積基板が作製できるので、大面積基板上に一度に多数
の発光素子を作製することが可能である。その結果、低
コストの半導体発光素子を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のIII族窒化物半導体基板の
作製方法を示す工程説明図である。

【図２】本発明の実施例２のIII族窒化物半導体基板の
作製方法を示す工程説明図である。

【図３】本発明の実施例３のIII族窒化物半導体基板の
作製方法を示す工程説明図である。

【図４】本発明の実施例４のIII族窒化物半導体基板の
作製方法を示す工程説明図である。

【図５】本発明の実施例５のIII族窒化物半導体基板の
断面図である。

【図６】本発明の実施例６のIII族窒化物半導体基板の
断面図である。

【図７】本発明の実施例７のIII族窒化物半導体基板の
断面図である。

【図８】本発明の実施例８の半導体レーザの斜視図であ
る。

【図９】図８に示す半導体レーザの光出射方向に垂直な
面での断面図である。

【図１０】従来のＧａＮ厚膜基板の作製方法を示す工程
説明図である。

【図１１】従来の半導体レーザの光出射方向に垂直な面
での断面図である。

【符号の説明】

１１：サファイア等の異種基板１２：ＧａＮ等のIII−Ｖ族化合物半導体１３：成長領域１４：ＳｉＯ₂等からなるマスク１５：III−Ｖ族化合物半導体４０：ＧａＮ基板４１：ｎ型ＧａＮより成る第２のバッファー層４２：ｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎより成るクラック防止層４３：ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／ＧａＮ超格子より成るｎ
側クラッド層４４：ｎ型ＧａＮより成るｎ側光ガイド層４５：Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ／Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ多重量子
井戸構造の活性層４６：ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎより成るｐ側キャップ層４７：ｐ型ＧａＮより成るｐ側光ガイド層４８：ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／ＧａＮ超格子より成るｐ
側クラッド層４９：ｐ型ＧａＮから成るｐ側コンタクト層５１：Ｎｉ／Ａｕより成るｐ側電極５３：Ｔｉ／Ａｌより成るｎ側電極１００，２０１，３０１：表面が（１１１）面のＧａＡ
ｓ基板１０１，２０２，３０４，４０５：組成変換によって形
成されたＧａＮ１０２：ＧａＮ厚膜１０３：ｎ型ＧａＮ基板２０３，３０２，４０３：ＳｉＯ₂マスク２０４，３０３，４０４：ストライプ状の開口部２０５，３０５，４０６：ＧａＮ結晶４０１：Ｓｉ基板４０２：ＧａＡｓ層５００：Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ基板６００：ＧａＮ基板７００：ｎ型ＧａＮ基板７０１，７０４：ＧａＮ層７０２：低温で積層したＧａＮ層７０３：高温で積層したＧａＮ層７１０：ｎ型ＧａＮ厚膜７１１：ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層７１２：ｎ型ＧａＮ光ガイド層７１３：Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ／Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ量子
井戸活性層７１４：ｐ型ＧａＮ光ガイド層７１５：ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層７１６：ｐ型ＧａＮキャップ層７１７：ＳｉＯ₂絶縁膜７１８：ｐ側のオーミック電極７１９：ｎ側のオーミック電極７２０：電流狭窄リッジ導波路構造７００１，７００２：光共振器面７１０１，７１０２：レーザ光７０００：半導体レーザ積層構造

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F041 AA31 AA33 AA40 CA05 CA33 CA34 CA35 CA40 CA46 CA65 CA82 CA92 CB02 FF16 5F045 AA04 AB10 AB11 AB14 AB17 AB32 AC01 AC08 AC12 AD14 AF03 AF04 AF09 AF20 BB08 BB12 BB13 CA09 CA12 DA52 DA61 DB02 GH08 GH09 HA06 HA14 5F073 AA11 AA45 AA74 BA06 CA07 CB02 CB22 DA05 DA32 DA35 EA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】III族窒化物からなる半導体基板の作製方
法において、(a) 少なくとも表面がIII−Ｖ族化合物で
ある第一の基板を窒化し、このIII−Ｖ族化合物のＶ族
元素を窒素に置換してIII族窒化物を形成する工程と、
(b) Ｖ族元素を窒素に置換することで形成されたIII族
窒化物上にIII族窒化物半導体を少なくとも一層、結晶
成長する工程と、(c) III−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒
素に置換して形成されたIII族窒化物の領域で、結晶成
長したIII族窒化物半導体層を第一の基板から分離する
工程と、を含むことを特徴とする半導体基板の作製方
法。
【請求項２】III族窒化物からなる半導体基板の作製方
法において、(a) 少なくとも表面がIII−Ｖ族化合物で
ある第一の基板を窒化し、このIII−Ｖ族化合物のＶ族
元素を窒素に置換してIII族窒化物を形成する工程と、
(b) III−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に置換して形成
されたIII族窒化物上に、このIII−Ｖ族化合物のＶ族元
素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物の表面が露
出する領域と、III族窒化物半導体が直接成長しない領
域を形成する工程と、(c) Ｖ族元素を窒素に置換するこ
とで形成されたIII族窒化物上にIII族窒化物半導体を選
択的に結晶成長する工程と、(d) 結晶成長を継続し、選
択成長した領域から、直接結晶成長しない領域上を横方
向に結晶成長させ、隣接したIII族窒化物半導体結晶同
士を合体させて、さらに結晶成長を継続し、表面を平坦
化し、少なくとも一層のIII族窒化物半導体層を第一の
基板上に積層する工程と、(e) III−Ｖ族化合物のＶ族
元素を窒素に置換して形成されたIII族窒化物の領域
で、結晶成長したIII族窒化物半導体層を第一の基板か
ら分離する工程と、を含むことを特徴とする半導体基板
の作製方法。
【請求項３】III族窒化物からなる半導体基板の作製方
法において、(a) 少なくとも表面がIII−Ｖ族化合物で
ある第一の基板上に、このIII−Ｖ族化合物の表面が露
出する領域と、III族窒化物半導体が直接成長しない領
域を形成する工程と、(b) 第一の基板を窒化し、III−
Ｖ族化合物の表面が露出する領域のIII−Ｖ族化合物の
Ｖ族元素を窒素に置換してIII族窒化物を形成する工程
と、(c) Ｖ族元素を窒素に置換することで形成されたII
I族窒化物上にIII族窒化物半導体を選択的に結晶成長す
る工程と、(d) 結晶成長を継続し、選択成長した領域か
ら、直接結晶成長しない領域上を横方向に結晶成長さ
せ、隣接したIII族窒化物半導体結晶同士を合体させ
て、さらに結晶成長を継続し、表面を平坦化し、少なく
とも一層のIII族窒化物半導体層を第一の基板上に積層
する工程と、(e) III−Ｖ族化合物のＶ族元素を窒素に
置換して形成されたIII族窒化物の領域で、結晶成長し
たIII族窒化物半導体層を第一の基板から分離する工程
と、を含むことを特徴とする半導体基板の作製方法。
【請求項４】請求項１あるいは請求項２あるいは請求項
３記載の半導体基板の作製方法において、第一の基板は、主基板上に少なくとも一層の積層構造が
形成されており、この積層構造の最上層が、III−Ｖ族
化合物である基板であり、主基板とIII族窒化物半導体
との熱膨張係数差が、最上層のIII−Ｖ族化合物の熱膨
張係数差よりも大きいことを特徴とする半導体基板の作
製方法。
【請求項５】請求項１あるいは請求項２あるいは請求項
３あるいは請求項４記載の半導体基板の作製方法におい
て、第一の基板は、その表面が（１１１）面を主面とするII
I−Ｖ族化合物であることを特徴とする半導体基板の作
製方法。
【請求項６】請求項１あるいは請求項２あるいは請求項
３あるいは請求項４あるいは請求項５記載の半導体基板
の作製方法において、第一の基板は、Ｓｉ基板上に（１１１）面を主面とする
ＧａＡｓ、あるいは（１１１）面を主面とするＧａＰが
形成されていることを特徴とする半導体基板の作製方
法。
【請求項７】III族窒化物からなる半導体基板であっ
て、請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請
求項４あるいは請求項５あるいは請求項６に記載の半導
体基板の作製方法で作製されたことを特徴とする半導体
基板。
【請求項８】請求項７記載のIII族窒化物半導体基板上
に結晶成長されたIII族窒化物半導体積層構造を用いて
作製されたことを特徴とする半導体発光素子。