JP2002246646A - 半導体素子およびその製造方法ならびに半導体基板の製造方法 - Google Patents
半導体素子およびその製造方法ならびに半導体基板の製造方法Info
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- JP2002246646A JP2002246646A JP2001112821A JP2001112821A JP2002246646A JP 2002246646 A JP2002246646 A JP 2002246646A JP 2001112821 A JP2001112821 A JP 2001112821A JP 2001112821 A JP2001112821 A JP 2001112821A JP 2002246646 A JP2002246646 A JP 2002246646A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原子レベルでの平坦性を良くすることで界面
の急峻性を向上し、優れた光電特性を有する半導体素子
を提供する。 【解決手段】 本発明に係る半導体素子は、シリコン基
板と、シリコン基板の主面上に形成された一般式Ｉｎx
ＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表される化合物半導体層と
を有し、シリコン基板は、このシリコン基板の主面よ
り、６２度の傾斜した面か、もしくはこの面から任意の
方向に３度以内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝
を備え、化合物半導体層は前記斜面上に形成される。
の急峻性を向上し、優れた光電特性を有する半導体素子
を提供する。 【解決手段】 本発明に係る半導体素子は、シリコン基
板と、シリコン基板の主面上に形成された一般式Ｉｎx
ＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表される化合物半導体層と
を有し、シリコン基板は、このシリコン基板の主面よ
り、６２度の傾斜した面か、もしくはこの面から任意の
方向に３度以内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝
を備え、化合物半導体層は前記斜面上に形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系半導体素
子において、例えば、シリコン基板（００１）面より
［０１−１］軸のまわりで７．３±３度回転した基板を
用い、シリコンの(１１１)面をもつ溝部をエッチング技
術により形成し、その溝部に対して窒化物半導体膜の結
晶成長を行なうことで、その半導体膜が（１−１０１）
面を面方位として有することを特徴とする窒化物系半導
体素子およびその基板の作製方法に関する。
子において、例えば、シリコン基板（００１）面より
［０１−１］軸のまわりで７．３±３度回転した基板を
用い、シリコンの(１１１)面をもつ溝部をエッチング技
術により形成し、その溝部に対して窒化物半導体膜の結
晶成長を行なうことで、その半導体膜が（１−１０１）
面を面方位として有することを特徴とする窒化物系半導
体素子およびその基板の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＮおよびそれらの
混晶半導体からなる窒化物半導体材料を用いて、これま
で、サファイア基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板もしくは
シリコン（１１１）基板上にＩｎxＧａ1-xＮ結晶を発光
層として用いた発光素子が作製されている。特にＳｉ基
板は、他の基板と比較して大面積で品質の一定したもの
が安価に得られるため、これを採用することにより低コ
ストで上記発光素子を製造できるのではないかと期待さ
れている。
混晶半導体からなる窒化物半導体材料を用いて、これま
で、サファイア基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板もしくは
シリコン（１１１）基板上にＩｎxＧａ1-xＮ結晶を発光
層として用いた発光素子が作製されている。特にＳｉ基
板は、他の基板と比較して大面積で品質の一定したもの
が安価に得られるため、これを採用することにより低コ
ストで上記発光素子を製造できるのではないかと期待さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところがシリコン（１
１１）基板を用い、窒化物半導体の成長を行なうとＣ面
を成長面として有する窒化物半導体膜が得られるもの
の、このエピタキシャル半導体膜は、原子レベルでの平
坦性があまり良くなかった。
１１）基板を用い、窒化物半導体の成長を行なうとＣ面
を成長面として有する窒化物半導体膜が得られるもの
の、このエピタキシャル半導体膜は、原子レベルでの平
坦性があまり良くなかった。
【０００４】例えばこれらの基板上にｎ型のクラッド
層、量子井戸型のＩｎxＧａ1-xＮからなる発光層、ｐ型
のクラッド層を積層し微細構造の半導体素子を作製した
場合、膜の非平坦性が与える影響から、発光層の厚みや
Ｉｎ組成の不均一が生じるため、その発光に影響を及ぼ
し、４０ｎｍと半値幅の広い発光スペクトルを有する半
導体発光素子しか得られなかった。また、このような発
光素子の光出力はサファイア基板あるいはＳｉＣ基板上
の素子と比較すると劣るものしか得られていなかった。
層、量子井戸型のＩｎxＧａ1-xＮからなる発光層、ｐ型
のクラッド層を積層し微細構造の半導体素子を作製した
場合、膜の非平坦性が与える影響から、発光層の厚みや
Ｉｎ組成の不均一が生じるため、その発光に影響を及ぼ
し、４０ｎｍと半値幅の広い発光スペクトルを有する半
導体発光素子しか得られなかった。また、このような発
光素子の光出力はサファイア基板あるいはＳｉＣ基板上
の素子と比較すると劣るものしか得られていなかった。
【０００５】またこれらの基板を用い、ＡｌＧａＮ層か
らなる高抵抗層を介し、Ｓｉドープを行なったＧａＮ層
を成長させ作製を行なった膜にソース、ドレイン、ゲー
トからなる電極を作製したＧａＮ系ＭＥＳＦＥＴ(Metal
semiconductor Field effect transistor)、さらに
はＧａＮチャネル層上にＳｉの変調ドープを行なったＧ
ａＮ系ＭＯＤＦＥＴ（Modulation dope Field effect
transistor)においてもその平坦性が低い理由から、チ
ャネル層界面の急峻性が乏しいため、凹凸散乱によって
チャネル層内を走行する電子の移動度が下がり、その遮
断周波数などで電気的特性の良好な半導体素子は得られ
なかった。
らなる高抵抗層を介し、Ｓｉドープを行なったＧａＮ層
を成長させ作製を行なった膜にソース、ドレイン、ゲー
トからなる電極を作製したＧａＮ系ＭＥＳＦＥＴ(Metal
semiconductor Field effect transistor)、さらに
はＧａＮチャネル層上にＳｉの変調ドープを行なったＧ
ａＮ系ＭＯＤＦＥＴ（Modulation dope Field effect
transistor)においてもその平坦性が低い理由から、チ
ャネル層界面の急峻性が乏しいため、凹凸散乱によって
チャネル層内を走行する電子の移動度が下がり、その遮
断周波数などで電気的特性の良好な半導体素子は得られ
なかった。
【０００６】本発明は、上記の課題を解決するものであ
る。すなわち、本発明は、窒化物系半導体の積層構造に
おいて、原子レベルでの平坦性を良くすることで急峻性
を上げ、素子の光電特性をあげるため、シリコン基板を
用いて高品質で、平坦性の優れた窒化物エピタキシャル
膜の結晶成長を提供することを目的とするものである。
る。すなわち、本発明は、窒化物系半導体の積層構造に
おいて、原子レベルでの平坦性を良くすることで急峻性
を上げ、素子の光電特性をあげるため、シリコン基板を
用いて高品質で、平坦性の優れた窒化物エピタキシャル
膜の結晶成長を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体素子
は、１つの局面では、シリコン基板と、シリコン基板の
主面上に形成された一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただ
し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ
≦１）で表される化合物半導体層とを有する半導体素子
であって、シリコン基板は、このシリコン基板の主面よ
り、６２度の傾斜した面か、もしくはこの面から任意の
方向に３度以内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝
を備え、前記化合物半導体層は前記斜面上に形成されて
いる。
は、１つの局面では、シリコン基板と、シリコン基板の
主面上に形成された一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただ
し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ
≦１）で表される化合物半導体層とを有する半導体素子
であって、シリコン基板は、このシリコン基板の主面よ
り、６２度の傾斜した面か、もしくはこの面から任意の
方向に３度以内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝
を備え、前記化合物半導体層は前記斜面上に形成されて
いる。
【０００８】本発明に係る半導体素子は、他の局面で
は、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表される
化合物半導体層を有する半導体素子であり、化合物半導
体層が、（１００）面を［０１−１］軸のまわりで７．
３度回転した面、もしくは、この面から任意の方向に３
度以内傾けた範囲にある面で構成される主面を有するシ
リコン基板を用いて形成され上記シリコン基板は、(１
１１)面を斜面として有する溝を備え、化合物半導体層
は上記斜面上に形成される。
は、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表される
化合物半導体層を有する半導体素子であり、化合物半導
体層が、（１００）面を［０１−１］軸のまわりで７．
３度回転した面、もしくは、この面から任意の方向に３
度以内傾けた範囲にある面で構成される主面を有するシ
リコン基板を用いて形成され上記シリコン基板は、(１
１１)面を斜面として有する溝を備え、化合物半導体層
は上記斜面上に形成される。
【０００９】上記化合物半導体層の＜０００１＞方向は
前記斜面に略垂直である。また、化合物半導体層は、
（１−１０１）面を面方位として有する。なお、（１−
１０１）面を面方位として有するとは、化合物半導体層
の主面の面方位が実質的に（１−１０１）面であること
を示す。
前記斜面に略垂直である。また、化合物半導体層は、
（１−１０１）面を面方位として有する。なお、（１−
１０１）面を面方位として有するとは、化合物半導体層
の主面の面方位が実質的に（１−１０１）面であること
を示す。
【００１０】また、上記半導体素子は、発光層（活性
層）を有する半導体発光素子であり、上記化合物半導体
層は該発光層（活性層）を含み、該発光層（活性層）は
（１−１０１）面を面方位として有する。
層）を有する半導体発光素子であり、上記化合物半導体
層は該発光層（活性層）を含み、該発光層（活性層）は
（１−１０１）面を面方位として有する。
【００１１】本発明に係る半導体素子の製造方法は、１
つの局面では次の各工程を備える。シリコン基板の主面
に、該主面より６２度の傾斜した面か、もしくはこの面
から任意の方向に３度以内の範囲で傾いた面を斜面とし
て有する溝を形成する。この斜面上に一般式ＩｎxＧａy
ＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表される化合物半導体層を形成
する。
つの局面では次の各工程を備える。シリコン基板の主面
に、該主面より６２度の傾斜した面か、もしくはこの面
から任意の方向に３度以内の範囲で傾いた面を斜面とし
て有する溝を形成する。この斜面上に一般式ＩｎxＧａy
ＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表される化合物半導体層を形成
する。
【００１２】本発明に係る半導体素子の製造方法は、他
の局面では次の各工程を備える。（１００）面を［０１
−１］軸のまわりで７．３度回転した面もしくはこの面
から任意の方向に３度以内傾けた範囲内にある面で構成
される主面を有するシリコン基板の主面に、（１１１）
面を斜面として有する溝を形成する。この斜面上に一般
式ＡｌxＧａyＩｎzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表される化合物半
導体層を形成する。
の局面では次の各工程を備える。（１００）面を［０１
−１］軸のまわりで７．３度回転した面もしくはこの面
から任意の方向に３度以内傾けた範囲内にある面で構成
される主面を有するシリコン基板の主面に、（１１１）
面を斜面として有する溝を形成する。この斜面上に一般
式ＡｌxＧａyＩｎzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表される化合物半
導体層を形成する。
【００１３】上記溝はＳｉ基板上に複数設けられてな
り、前記各溝の斜面上から形成された化合物半導体層
を、結晶成長にしたがって合体させてもよい。
り、前記各溝の斜面上から形成された化合物半導体層
を、結晶成長にしたがって合体させてもよい。
【００１４】上記化合物半導体層形成後に、シリコン基
板を除去する工程を備えるものであってもよい。
板を除去する工程を備えるものであってもよい。
【００１５】本発明に係る半導体基板の製造方法は、シ
リコン基板の主面に、該主面より６２度の傾斜した面
か、もしくはこの面から任意の方向に３度以内の範囲で
傾いた面を斜面として有する溝を複数形成する工程と、
該斜面上に一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ
＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表
される化合物半導体結晶を形成する工程と、各溝の斜面
上から形成された化合物半導体結晶を、さらに成長して
合体させることにより、連続した膜状の化合物半導体結
晶を得る工程と、該膜状の化合物半導体結晶を得た後、
シリコン基板を除去し、該化合物半導体結晶からなる半
導体基板を得る工程とを備える。
リコン基板の主面に、該主面より６２度の傾斜した面
か、もしくはこの面から任意の方向に３度以内の範囲で
傾いた面を斜面として有する溝を複数形成する工程と、
該斜面上に一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ
＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で表
される化合物半導体結晶を形成する工程と、各溝の斜面
上から形成された化合物半導体結晶を、さらに成長して
合体させることにより、連続した膜状の化合物半導体結
晶を得る工程と、該膜状の化合物半導体結晶を得た後、
シリコン基板を除去し、該化合物半導体結晶からなる半
導体基板を得る工程とを備える。
【００１６】ＧａＮは配向性の強い結晶であり通常の方
法では、主面に垂直にｃ軸配向し、よって得られる結晶
はＣ面を主面とするものが得られる。Ｃ面とは異なる面
を有する結晶を得ることは困難であった。
法では、主面に垂直にｃ軸配向し、よって得られる結晶
はＣ面を主面とするものが得られる。Ｃ面とは異なる面
を有する結晶を得ることは困難であった。
【００１７】そこで、例えば、シリコン基板（００１）
面より［０１−１］軸のまわりで７．３度回転した基板
もしくは、この面から任意の方向に３度以内の範囲で傾
いた面に対して、部分的にＳｉＯ2５２によるマスクを
施し、そのＳｉＯ2５２からなるマスクのない開口部分
に対してエッチングを行なうことで、このオフ基板（主
面）６０から６２度の関係の(１１１) ファセット面６
１をもつ溝を形成し、その面に窒化物系半導体膜をエピ
タキシャル成長させることで、ＧａＮ系半導体の（１−
１０１）ファセット面７０を成長面とし、成長が行なわ
れることが、本発明者の数々の実験より導かれた。
面より［０１−１］軸のまわりで７．３度回転した基板
もしくは、この面から任意の方向に３度以内の範囲で傾
いた面に対して、部分的にＳｉＯ2５２によるマスクを
施し、そのＳｉＯ2５２からなるマスクのない開口部分
に対してエッチングを行なうことで、このオフ基板（主
面）６０から６２度の関係の(１１１) ファセット面６
１をもつ溝を形成し、その面に窒化物系半導体膜をエピ
タキシャル成長させることで、ＧａＮ系半導体の（１−
１０１）ファセット面７０を成長面とし、成長が行なわ
れることが、本発明者の数々の実験より導かれた。
【００１８】このファセット面７０は極めて平坦性の優
れた面であり、この基板を用い成長を行なうことで原子
レベルにおいて平坦性の高い窒化物半導体膜が得られ
た。
れた面であり、この基板を用い成長を行なうことで原子
レベルにおいて平坦性の高い窒化物半導体膜が得られ
た。
【００１９】さらにこの場合、ＧａＮ膜のｃ軸を傾ける
ことで、シリコン基板とこの基板の間の熱膨張係数差
が、小さくなるため、クラックが入りにくくなり、ま
た、このように、（１−１０１）ファセット面７０を半
導体発光素子の成長面として用いた場合、活性層内の井
戸および障壁層界面にピエゾ効果によって生じる電界が
Ｃ軸を傾けることにより減少するため、電子正孔対のキ
ャリア再結合確率が上がるため、発光効率が上がる結果
が得られた。
ことで、シリコン基板とこの基板の間の熱膨張係数差
が、小さくなるため、クラックが入りにくくなり、ま
た、このように、（１−１０１）ファセット面７０を半
導体発光素子の成長面として用いた場合、活性層内の井
戸および障壁層界面にピエゾ効果によって生じる電界が
Ｃ軸を傾けることにより減少するため、電子正孔対のキ
ャリア再結合確率が上がるため、発光効率が上がる結果
が得られた。
【００２０】そこでこの膜を用い、その半導体膜状にＡ
ｌＧａＩｎＮ系窒化物半導体からなる半導体発光素子の
作製を行ない、その特性を測定した。その結果、活性層
においても極めて平坦性の高く、その層厚のゆらぎが少
ないため、発光スペクトルにおいて半値幅１５ｎｍと狭
い半導体発光素子が得られた。
ｌＧａＩｎＮ系窒化物半導体からなる半導体発光素子の
作製を行ない、その特性を測定した。その結果、活性層
においても極めて平坦性の高く、その層厚のゆらぎが少
ないため、発光スペクトルにおいて半値幅１５ｎｍと狭
い半導体発光素子が得られた。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明について、以下に実施の形
態を示しつつ説明する。
態を示しつつ説明する。
【００２２】＜実施の形態１＞図１は本実施の形態にお
ける窒化物半導体膜の(１−１０１)ファセット面７０を
形成するための概念図、図２は、本窒化物半導体発光素
子の構造を示す概略断面図である。本実施の形態の窒化
物半導体発光素子は、［０−１−１］方向への７．３°
（００１）Ｓｉオフ基板１上に、部分的にＳｉＯ2５２
によるマスクを施し、そのＳｉＯ2５２からなるマスク
のない部分に対してエッチングを行なうことで、このオ
フ基板（主面）６０から６２度の関係の(１１１) ファ
セット面６１をもつ溝を形成し、そのファセット面６１
から下記の説明の通りに順次平坦化されて積層されてい
くｎ−ＡｌＧａＩｎＮ層１０、ｎ−ＧａＩｎＮからなる
第一のクラッド層２，ＩｎxＧａ1-xＮからなる発光層
３，ｐ−ＡｌＧａＩｎＮからなるキャリアブロック層
４、ｐ−ＧａＩｎＮからなる第二のクラッド層５が順に
積層された構造を有する。さらに、シリコン基板下面に
は電極１５が、第二のクラッド層５の上面には透明電極
１６が設けられ、透明電極１６の上面の一部には、ボン
ディング電極１７が設けられている。なお、図２におい
てＳｉＯ2マスク５２、溝等の構造は省略されている。
ける窒化物半導体膜の(１−１０１)ファセット面７０を
形成するための概念図、図２は、本窒化物半導体発光素
子の構造を示す概略断面図である。本実施の形態の窒化
物半導体発光素子は、［０−１−１］方向への７．３°
（００１）Ｓｉオフ基板１上に、部分的にＳｉＯ2５２
によるマスクを施し、そのＳｉＯ2５２からなるマスク
のない部分に対してエッチングを行なうことで、このオ
フ基板（主面）６０から６２度の関係の(１１１) ファ
セット面６１をもつ溝を形成し、そのファセット面６１
から下記の説明の通りに順次平坦化されて積層されてい
くｎ−ＡｌＧａＩｎＮ層１０、ｎ−ＧａＩｎＮからなる
第一のクラッド層２，ＩｎxＧａ1-xＮからなる発光層
３，ｐ−ＡｌＧａＩｎＮからなるキャリアブロック層
４、ｐ−ＧａＩｎＮからなる第二のクラッド層５が順に
積層された構造を有する。さらに、シリコン基板下面に
は電極１５が、第二のクラッド層５の上面には透明電極
１６が設けられ、透明電極１６の上面の一部には、ボン
ディング電極１７が設けられている。なお、図２におい
てＳｉＯ2マスク５２、溝等の構造は省略されている。
【００２３】ＩｎxＧａ1-xＮ発光層はＧａxＩｎ1-xＮの
組成ｘを変えることにより、バンド間発光の波長を紫外
から赤色まで発光させることができるが、本実施の形態
では、Ｇａの固相の組成がＸ＝０．８２からなる、青色
で発光するものとした。マグネシウムがドープされｐ伝
導型の第二のクラッド層５は抵抗が大きい。従って、第
二のクラッド層５の一端へボンディング電極１７のみか
ら電流、即ち正孔を注入しても、電流密度が発光層３の
全域において均一とならないおそれがある。そこで、電
極１７と第二のクラッド層５との間に、第二のクラッド
層５のほぼ全面にわたる薄膜の透明電極１６が設けら
れ、この部分より多くの発光を取り出すことができる。
ｎ伝導型のシリコン基板上に接続される電極１５には金
属を用いればよく、Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，のいずれかを含むことが望ましい。ｐ伝導型のＧａ
Ｎ第二のクラッド層５に接続される透明電極１６には、
２０ｎｍ以下の膜厚の金属を用いればよく、Ｔａ，Ｃ
ｏ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕのいず
れかを含むことが望ましい。
組成ｘを変えることにより、バンド間発光の波長を紫外
から赤色まで発光させることができるが、本実施の形態
では、Ｇａの固相の組成がＸ＝０．８２からなる、青色
で発光するものとした。マグネシウムがドープされｐ伝
導型の第二のクラッド層５は抵抗が大きい。従って、第
二のクラッド層５の一端へボンディング電極１７のみか
ら電流、即ち正孔を注入しても、電流密度が発光層３の
全域において均一とならないおそれがある。そこで、電
極１７と第二のクラッド層５との間に、第二のクラッド
層５のほぼ全面にわたる薄膜の透明電極１６が設けら
れ、この部分より多くの発光を取り出すことができる。
ｎ伝導型のシリコン基板上に接続される電極１５には金
属を用いればよく、Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，のいずれかを含むことが望ましい。ｐ伝導型のＧａ
Ｎ第二のクラッド層５に接続される透明電極１６には、
２０ｎｍ以下の膜厚の金属を用いればよく、Ｔａ，Ｃ
ｏ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕのいず
れかを含むことが望ましい。
【００２４】次に、本実施形態の発光素子の製造方法に
ついて図１も参照しつつ説明する。まず、シリコン基板
を洗浄し、その上に、スパッタもしくはＣＶＤの技術を
用い、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜５２を、
１００ｎｍ堆積させる。その後、フォトリソグラフの技
術を行なうことで、部分的にシリコン酸化膜もしくはシ
リコン窒化膜をストライプ状に除去する。さらにそのウ
エハーを、バッファードフッ酸などの酸エッチング等に
よって、Ｓｉ（１１１）ファセット面６１をもつ溝を形
成する。この溝は、Ｓｉ［０１−１］方向に延伸したス
トライプ状の溝である。図１に示す通り、（１１１）フ
ァセット面６１は、シリコン基板の主面６０を上記所定
の面方位としたのでこれに対して６２度の関係を有して
いるものであった。この面は、従来知られている酸エッ
チャントの温度を適宜調整し、エッチング速度を適宜調
整することで容易に形成できる。また、ＫＯＨ等のアル
カリのエッチャントを用いることでも容易に形成でき
る。また、溝およびＳｉ基板表面上において、上記所定
の（１１１）ファセット面６１からの結晶成長を優先的
に行わせるために、これの露出する以外の領域は、シリ
コン窒化物、シリコン酸化物等のその上に窒化物半導体
が成長することが抑制されるような材料でマスクしてお
くことが好ましい。
ついて図１も参照しつつ説明する。まず、シリコン基板
を洗浄し、その上に、スパッタもしくはＣＶＤの技術を
用い、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜５２を、
１００ｎｍ堆積させる。その後、フォトリソグラフの技
術を行なうことで、部分的にシリコン酸化膜もしくはシ
リコン窒化膜をストライプ状に除去する。さらにそのウ
エハーを、バッファードフッ酸などの酸エッチング等に
よって、Ｓｉ（１１１）ファセット面６１をもつ溝を形
成する。この溝は、Ｓｉ［０１−１］方向に延伸したス
トライプ状の溝である。図１に示す通り、（１１１）フ
ァセット面６１は、シリコン基板の主面６０を上記所定
の面方位としたのでこれに対して６２度の関係を有して
いるものであった。この面は、従来知られている酸エッ
チャントの温度を適宜調整し、エッチング速度を適宜調
整することで容易に形成できる。また、ＫＯＨ等のアル
カリのエッチャントを用いることでも容易に形成でき
る。また、溝およびＳｉ基板表面上において、上記所定
の（１１１）ファセット面６１からの結晶成長を優先的
に行わせるために、これの露出する以外の領域は、シリ
コン窒化物、シリコン酸化物等のその上に窒化物半導体
が成長することが抑制されるような材料でマスクしてお
くことが好ましい。
【００２５】そして、その基板上にＭＯＣＶＤ（有機金
属化学気相成長）法を用いて、以下の成長条件で窒化物
半導体膜を成長する。
属化学気相成長）法を用いて、以下の成長条件で窒化物
半導体膜を成長する。
【００２６】この基板を用いた場合、図３に示す通り、
シリコン基板から６２度の関係を有するファセット面６
１に対して、垂直な軸を窒化物半導体膜のｃ軸として結
晶成長が進行し、さらに窒化物半導体膜の(１−１０１)
ファセット面が平面７０として形成される。
シリコン基板から６２度の関係を有するファセット面６
１に対して、垂直な軸を窒化物半導体膜のｃ軸として結
晶成長が進行し、さらに窒化物半導体膜の(１−１０１)
ファセット面が平面７０として形成される。
【００２７】ここで用いたシリコン基板は（００１）面
から７．３°［０−１−１］方向に傾けた、すなわち
（００１）面から［０１−１］軸のまわりで７．３度回
転した主面６０を持つものでありこれより平面７０はシ
リコン基板の主面６０とほぼ同じ面方位を持つことがで
きる。この面から任意の方向に３度以内の範囲で傾いて
あった場合も、実質的に（１−１０１）面を有する極め
て平坦なＧａＮ面が得られた。図１のように溝上にの
み、窒化物半導体膜を成長し、窒化物半導体膜の（１−
１０１）ファセット面７０の上につづけて発光素子構造
を形成してもよいが、さらに窒化物半導体膜の成長を続
けた場合、図３内の左図から右図のようにしだいに結晶
成長が進行し、できた連続膜の上に半導体発光素子を形
成することも可能である。本実施の形態ではこの様にし
て得た連続膜の上に素子を形成した。
から７．３°［０−１−１］方向に傾けた、すなわち
（００１）面から［０１−１］軸のまわりで７．３度回
転した主面６０を持つものでありこれより平面７０はシ
リコン基板の主面６０とほぼ同じ面方位を持つことがで
きる。この面から任意の方向に３度以内の範囲で傾いて
あった場合も、実質的に（１−１０１）面を有する極め
て平坦なＧａＮ面が得られた。図１のように溝上にの
み、窒化物半導体膜を成長し、窒化物半導体膜の（１−
１０１）ファセット面７０の上につづけて発光素子構造
を形成してもよいが、さらに窒化物半導体膜の成長を続
けた場合、図３内の左図から右図のようにしだいに結晶
成長が進行し、できた連続膜の上に半導体発光素子を形
成することも可能である。本実施の形態ではこの様にし
て得た連続膜の上に素子を形成した。
【００２８】まず、上記で記したプロセスによって溝を
形成したシリコン基板１をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、
水素（Ｈ2）雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリ
ーニングを行なう。
形成したシリコン基板１をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、
水素（Ｈ2）雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリ
ーニングを行なう。
【００２９】その後、キャリアガスとしてＮ2を１０l/m
in.流しながら、８００℃でＮＨ3とトリメチルアルミニ
ュウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジュウム（ＴＭ
Ｉ）、ＳｉＨ4(シラン)ガスを、それぞれ5l/min.、１0
μmol/min.、17μmol/min. 0.1μmol/min.導入して、約
１０ｎｍの厚みのシリコンドープＡｌ0.85Ｉｎ0.15Ｎ層
１０を成長する。
in.流しながら、８００℃でＮＨ3とトリメチルアルミニ
ュウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジュウム（ＴＭ
Ｉ）、ＳｉＨ4(シラン)ガスを、それぞれ5l/min.、１0
μmol/min.、17μmol/min. 0.1μmol/min.導入して、約
１０ｎｍの厚みのシリコンドープＡｌ0.85Ｉｎ0.15Ｎ層
１０を成長する。
【００３０】続いて、同じ温度で、ＴＭＡの供給を停止
し、トリメチルガリュウム（ＴＭＧ）、ＴＭＩ、ＳｉＨ
4(シラン)ガスを約20μmol/min.、100μmol/min. 、0.0
5μmol/min.それぞれ導入し、約３ミクロンの厚さのシ
リコンドープＧａ0.92Ｉｎ0.0 8Ｎ第一のクラッド層２を
成長する。
し、トリメチルガリュウム（ＴＭＧ）、ＴＭＩ、ＳｉＨ
4(シラン)ガスを約20μmol/min.、100μmol/min. 、0.0
5μmol/min.それぞれ導入し、約３ミクロンの厚さのシ
リコンドープＧａ0.92Ｉｎ0.0 8Ｎ第一のクラッド層２を
成長する。
【００３１】これによって、溝部は埋められ、さらに隣
接するＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ第一のクラッド層２がそれぞ
れつながり、Ｓｉ基板上に平坦な(１−１０１)面７０を
有するＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ第一のクラッド層２が形成さ
れる。
接するＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ第一のクラッド層２がそれぞ
れつながり、Ｓｉ基板上に平坦な(１−１０１)面７０を
有するＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ第一のクラッド層２が形成さ
れる。
【００３２】この第一のクラッド層２は前記ＡｌＩｎＮ
中間層１０を堆積した後、その成長温度を高温に上げ、
ＧａＮの膜としても構わなかったが、Ｉｎを含みＡｌを
含まないＧａＩｎＮクラッド層を用いることで、高温に
成長温度を上げることなく低温成長が可能となり、この
場合クラックの発生が少なかった。
中間層１０を堆積した後、その成長温度を高温に上げ、
ＧａＮの膜としても構わなかったが、Ｉｎを含みＡｌを
含まないＧａＩｎＮクラッド層を用いることで、高温に
成長温度を上げることなく低温成長が可能となり、この
場合クラックの発生が少なかった。
【００３３】その後、ＴＭＡ、ＴＭＩ、ＴＭＧの供給を
停止して、基板温度を７６０℃までまで降温し、インジ
ウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を６．
５μmol/min.、ＴＭＧを２．８μmol/min.導入し、Ｉｎ
0.18Ｇａ0.82Ｎよりなる3nm厚の井戸層を成長する。そ
の後再び、８５０℃まで昇温し、ＴＭＧを14μmol/min.
導入しＧａＮよりなる障壁層を成長する。同様に井戸
層，障壁層の成長を繰り返し、４ペアーからなる多重量
子井戸（ＭＱＷ）からなる発光層３を成長する。
停止して、基板温度を７６０℃までまで降温し、インジ
ウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を６．
５μmol/min.、ＴＭＧを２．８μmol/min.導入し、Ｉｎ
0.18Ｇａ0.82Ｎよりなる3nm厚の井戸層を成長する。そ
の後再び、８５０℃まで昇温し、ＴＭＧを14μmol/min.
導入しＧａＮよりなる障壁層を成長する。同様に井戸
層，障壁層の成長を繰り返し、４ペアーからなる多重量
子井戸（ＭＱＷ）からなる発光層３を成長する。
【００３４】上記発光層の成長が終了した後、最後の障
壁層と同じ温度で、ＴＭＧを１１μmol/min.、ＴＭＡを
１.1μmol/min.、ＴＭＩを４０μmol/min.ｐ型ドーピン
グ原料ガスであるビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ムを（Ｃｐ2Ｍｇ）を10nmol/min.流し、５０ｎｍ厚のｐ
型Ａｌ0.20Ｇａ0.75Ｉｎ0.05Ｎキャリアブロック層４を
成長する。キャリアブロック層４の成長が終了すると、
同じ成長温度において、ＴＭＡの供給を停止し、８０nm
厚のｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ第二のクラッド層５の成長を
行ない発光素子構造の成長を終了する。成長が終了する
と、ＴＭＧ，ＴＭＩおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止した
後、室温まで冷却し、ＭＯＣＶＤ装置より取り出す。そ
の後、ｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層からなる第二のクラッド
層の上面に透明電極１６を、さらにその上の一部にボン
ディング電極１７を、Ｓｉ基板下面に電極１５を形成
し、本実施の形態の発光素子が完成する。
壁層と同じ温度で、ＴＭＧを１１μmol/min.、ＴＭＡを
１.1μmol/min.、ＴＭＩを４０μmol/min.ｐ型ドーピン
グ原料ガスであるビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ムを（Ｃｐ2Ｍｇ）を10nmol/min.流し、５０ｎｍ厚のｐ
型Ａｌ0.20Ｇａ0.75Ｉｎ0.05Ｎキャリアブロック層４を
成長する。キャリアブロック層４の成長が終了すると、
同じ成長温度において、ＴＭＡの供給を停止し、８０nm
厚のｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ第二のクラッド層５の成長を
行ない発光素子構造の成長を終了する。成長が終了する
と、ＴＭＧ，ＴＭＩおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止した
後、室温まで冷却し、ＭＯＣＶＤ装置より取り出す。そ
の後、ｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層からなる第二のクラッド
層の上面に透明電極１６を、さらにその上の一部にボン
ディング電極１７を、Ｓｉ基板下面に電極１５を形成
し、本実施の形態の発光素子が完成する。
【００３５】そして、作製した半導体素子の特性を測定
した。その結果、活性層においても極めて平坦性の高
く、その層厚のゆらぎが少ないため、発光スペクトルに
おいて半値幅１５ｎｍと狭い半導体発光素子が得られ
た。またその発光強度は、従来技術であるＳｉ（１１
１）基板上に形成した素子と比較して、１０倍以上であ
った。
した。その結果、活性層においても極めて平坦性の高
く、その層厚のゆらぎが少ないため、発光スペクトルに
おいて半値幅１５ｎｍと狭い半導体発光素子が得られ
た。またその発光強度は、従来技術であるＳｉ（１１
１）基板上に形成した素子と比較して、１０倍以上であ
った。
【００３６】＜実施の形態２＞実施の形態１において
は、（００１）面より７．３度傾けたシリコン基板上に
直接発光素子構造の作製を行なったが、このシリコンオ
フ基板をＧａＮ基板作製のための下地基板として用い、
シリコンを除去することで得られた平坦なＧａＮ基板を
用い半導体素子を作製することも可能であった。
は、（００１）面より７．３度傾けたシリコン基板上に
直接発光素子構造の作製を行なったが、このシリコンオ
フ基板をＧａＮ基板作製のための下地基板として用い、
シリコンを除去することで得られた平坦なＧａＮ基板を
用い半導体素子を作製することも可能であった。
【００３７】ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用
い、このＳｉオフ基板上に一旦ＡｌＮ中間層を用いてＧ
ａＮの成長を行なう。ただしこの中間層はＡｌＩｎＮ、
ＡｌＧａＮ中間層を用いても同様の結果が得られた。
い、このＳｉオフ基板上に一旦ＡｌＮ中間層を用いてＧ
ａＮの成長を行なう。ただしこの中間層はＡｌＩｎＮ、
ＡｌＧａＮ中間層を用いても同様の結果が得られた。
【００３８】その基板をＨＶＰＥ（ハイドライドＶＰ
Ｅ）装置内に導入する。Ｎ2キャリアガスとＮＨ3を、そ
れぞれ5l/min.流しながら、基板の温度を約１０５０℃
まで昇温する。その後、基板上にＧａClを100cc/min.導
入してＧａＮの厚膜の成長を開始する。ＧａClは約８５
０℃に保持されたＧａ金属にＨＣｌガスを流すことによ
り生成される。また、基板近傍まで単独で配管してある
不純物ドーピングラインを用いて不純物ガスを流すこと
により、任意に成長中に不純物のドーピングを行なうこ
とができる。本実施例ではSiをドーピングする目的で、
成長を開始すると同時に、モノシラン（ＳｉＨ4）を200
nmol/min.供給（Si不純物濃度約3.8x1018cm-3）してSi
ドープＧａＮ膜を成長した。
Ｅ）装置内に導入する。Ｎ2キャリアガスとＮＨ3を、そ
れぞれ5l/min.流しながら、基板の温度を約１０５０℃
まで昇温する。その後、基板上にＧａClを100cc/min.導
入してＧａＮの厚膜の成長を開始する。ＧａClは約８５
０℃に保持されたＧａ金属にＨＣｌガスを流すことによ
り生成される。また、基板近傍まで単独で配管してある
不純物ドーピングラインを用いて不純物ガスを流すこと
により、任意に成長中に不純物のドーピングを行なうこ
とができる。本実施例ではSiをドーピングする目的で、
成長を開始すると同時に、モノシラン（ＳｉＨ4）を200
nmol/min.供給（Si不純物濃度約3.8x1018cm-3）してSi
ドープＧａＮ膜を成長した。
【００３９】上記方法で、８時間の成長を行ない、膜厚
の合計が約３５０μmの厚さのＧａＮをＳｉ基板上に成
長した。成長後、研磨乃至はエッチングによりＳｉ基板
を除去し、（１−１０１）面を有する極めて平坦なＧａ
Ｎ基板を得る。こうして、本実施の形態によれば、（１
−１０１）面を表面に有するＧａＮ基板を得ることが出
来る。
の合計が約３５０μmの厚さのＧａＮをＳｉ基板上に成
長した。成長後、研磨乃至はエッチングによりＳｉ基板
を除去し、（１−１０１）面を有する極めて平坦なＧａ
Ｎ基板を得る。こうして、本実施の形態によれば、（１
−１０１）面を表面に有するＧａＮ基板を得ることが出
来る。
【００４０】そして、洗浄したこのこのＧａＮ基板をＭ
ＯＣＶＤ装置内に導入した後、ＧａＮ基板上に、基板温
度を７６０℃まで昇温し、インジウム原料であるトリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）を６．５μmol/min.、ＴＭＧ
を２．８μmol/min.導入し、Ｉｎ0.18Ｇａ0.72Ｎよりな
る3nm厚の井戸層を成長する。その後再び、８５０℃ま
で昇温し、ＴＭＧを14μmol/min.導入しＧａＮよりなる
障壁層を成長する。同様に井戸層，障壁層の成長を繰り
返し、４ペアーからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）からな
る発光層３を成長する。
ＯＣＶＤ装置内に導入した後、ＧａＮ基板上に、基板温
度を７６０℃まで昇温し、インジウム原料であるトリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）を６．５μmol/min.、ＴＭＧ
を２．８μmol/min.導入し、Ｉｎ0.18Ｇａ0.72Ｎよりな
る3nm厚の井戸層を成長する。その後再び、８５０℃ま
で昇温し、ＴＭＧを14μmol/min.導入しＧａＮよりなる
障壁層を成長する。同様に井戸層，障壁層の成長を繰り
返し、４ペアーからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）からな
る発光層３を成長する。
【００４１】上記発光層の成長が終了した後、最後の障
壁層と同じ温度で、ＴＭＧを１１μmol/min.、ＴＭＡを
１.1μmol/min.、ＴＭＩを４０μmol/min.ｐ型ドーピン
グ原料ガスであるビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ムを（Ｃｐ2Ｍｇ）を10nmol/min.流し、５０ｎｍ厚のｐ
型Ａｌ0.20Ｇａ0.75Ｉｎ0.05Ｎキャリアブロック層４を
成長する。キャリアブロック層４の成長が終了すると、
同じ成長温度において、ＴＭＡの供給を停止し、８０nm
厚のｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ第二のクラッド層５の成長を
行ない発光素子構造の成長を終了する。成長が終了する
と、ＴＭＧ，ＴＭＩおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止した
後、室温まで冷却し、ＭＯＣＶＤ装置より取り出す。そ
の後、ｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層からなる第二のクラッド
層の上面に透明電極１６を、さらにその上の一部にボン
ディング電極１７を、ＧａＮ基板下面に電極１５を形成
し、本実施の形態の発光素子の作製を行なった。
壁層と同じ温度で、ＴＭＧを１１μmol/min.、ＴＭＡを
１.1μmol/min.、ＴＭＩを４０μmol/min.ｐ型ドーピン
グ原料ガスであるビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ムを（Ｃｐ2Ｍｇ）を10nmol/min.流し、５０ｎｍ厚のｐ
型Ａｌ0.20Ｇａ0.75Ｉｎ0.05Ｎキャリアブロック層４を
成長する。キャリアブロック層４の成長が終了すると、
同じ成長温度において、ＴＭＡの供給を停止し、８０nm
厚のｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ第二のクラッド層５の成長を
行ない発光素子構造の成長を終了する。成長が終了する
と、ＴＭＧ，ＴＭＩおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止した
後、室温まで冷却し、ＭＯＣＶＤ装置より取り出す。そ
の後、ｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層からなる第二のクラッド
層の上面に透明電極１６を、さらにその上の一部にボン
ディング電極１７を、ＧａＮ基板下面に電極１５を形成
し、本実施の形態の発光素子の作製を行なった。
【００４２】上記のごとく、Ｓｉ基板を出発基板とし
て、（１−１０１）面７０を有する極めて平坦なＧａＮ
基板を作製し、その後、半導体素子を作製することで、
発光スペクトルにおいて半値幅１５ｎｍと狭い半導体発
光素子が得られた。また、こうして得られた発光素子の
発光強度は実施の形態１の素子のさらに３倍以上であ
り、きわめて高輝度のものであった。
て、（１−１０１）面７０を有する極めて平坦なＧａＮ
基板を作製し、その後、半導体素子を作製することで、
発光スペクトルにおいて半値幅１５ｎｍと狭い半導体発
光素子が得られた。また、こうして得られた発光素子の
発光強度は実施の形態１の素子のさらに３倍以上であ
り、きわめて高輝度のものであった。
【００４３】＜実施の形態３＞実施の形態１において
は、（００１）面より７．３度傾けたシリコン基板上に
有機金属を用いた気相成長法を用いた発光素子構造の作
製を行なったが、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によ
る成長法によって作製することも可能であった。本実施
の形態では、実施の形態１のＭＯＣＶＤ成長工程を以下
のＭＢＥ成長工程に変更した。
は、（００１）面より７．３度傾けたシリコン基板上に
有機金属を用いた気相成長法を用いた発光素子構造の作
製を行なったが、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によ
る成長法によって作製することも可能であった。本実施
の形態では、実施の形態１のＭＯＣＶＤ成長工程を以下
のＭＢＥ成長工程に変更した。
【００４４】Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎソースとしてはそれぞれ
金属Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎを用いた。またＮのソースとして
はＮＨ3を用いた。
金属Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎを用いた。またＮのソースとして
はＮＨ3を用いた。
【００４５】洗浄したシリコン基板１をＭＢＥ装置内に
導入し、高真空中、約１１００℃の高温でクリーニング
を行なう。
導入し、高真空中、約１１００℃の高温でクリーニング
を行なう。
【００４６】その後、８００℃でＮＨ3と金属Ａｌ、Ｉ
ｎを導入して、約２０ｎｍの厚みのＡｌ0.85Ｉｎ0.15Ｎ
層１０を成長する。
ｎを導入して、約２０ｎｍの厚みのＡｌ0.85Ｉｎ0.15Ｎ
層１０を成長する。
【００４７】続いて、同じ温度で、金属Ａｌの供給を停
止し、金属Ｇａ、Ｉｎをそれぞれ導入し、約３００ｎｍ
の厚さのシリコンドープＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ第一のクラ
ッド層２を成長する。
止し、金属Ｇａ、Ｉｎをそれぞれ導入し、約３００ｎｍ
の厚さのシリコンドープＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ第一のクラ
ッド層２を成長する。
【００４８】その後、金属Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ供給を停止
して、基板温度を７６０℃までまで降温した後、多重量
子井戸（ＭＱＷ）からなる発光層３を成長する。
して、基板温度を７６０℃までまで降温した後、多重量
子井戸（ＭＱＷ）からなる発光層３を成長する。
【００４９】上記発光層の成長が終了した後、最後の障
壁層と同じ温度で、金属Ｇａを金属Ａｌ，Ｉｎおよびｐ
型ドーピング原料ガスであるＭｇを導入し５０ｎｍ厚の
ｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.75Ｉｎ0.05Ｎキャリアブロック層４
を成長する。キャリアブロック層４の成長が終了する
と、同じ成長温度において、金属Ａｌの供給を停止し、
８０nm厚のｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ第二のクラッド層５の
成長を行ない発光素子構造の成長を終了する。以上のよ
うにＭＢＥ法の後、ｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層からなる第
二のクラッド層の上面に透明電極１６を、さらにその上
の一部にボンディング電極１７を、Ｓｉ基板下面に電極
１５を形成し、本実施の形態の発光素子が完成する。
壁層と同じ温度で、金属Ｇａを金属Ａｌ，Ｉｎおよびｐ
型ドーピング原料ガスであるＭｇを導入し５０ｎｍ厚の
ｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.75Ｉｎ0.05Ｎキャリアブロック層４
を成長する。キャリアブロック層４の成長が終了する
と、同じ成長温度において、金属Ａｌの供給を停止し、
８０nm厚のｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ第二のクラッド層５の
成長を行ない発光素子構造の成長を終了する。以上のよ
うにＭＢＥ法の後、ｐ型Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層からなる第
二のクラッド層の上面に透明電極１６を、さらにその上
の一部にボンディング電極１７を、Ｓｉ基板下面に電極
１５を形成し、本実施の形態の発光素子が完成する。
【００５０】＜実施の形態４＞実施の形態１では、Ｓｉ
（１１１）面が、エッチャントを用いたエッチング方法
（湿式エッチング）により容易に形成される性質を利用
し、シリコン主面から約６２度傾斜した溝斜面を得てい
た。こうして得られた斜面は、いわゆる結晶ファセット
であり、加工精度が安定しているだけでなく、平坦性に
も優れており、窒化物半導体を成長させる下地として優
れている。しかしながら、本発明の適用範囲はこれだけ
に限られるものではない。発明者の数々の実験より、
（００１）面より７．３度傾けたシリコン基板を主面と
して用いるだけでなく、他の面においてもシリコン主面
に実施の形態１と同様に、部分的にマスク５２を施し、
さらにエッチングの温度、速度を変えることで、主面に
対して６２度からなる傾斜溝を形成することが可能とな
った。
（１１１）面が、エッチャントを用いたエッチング方法
（湿式エッチング）により容易に形成される性質を利用
し、シリコン主面から約６２度傾斜した溝斜面を得てい
た。こうして得られた斜面は、いわゆる結晶ファセット
であり、加工精度が安定しているだけでなく、平坦性に
も優れており、窒化物半導体を成長させる下地として優
れている。しかしながら、本発明の適用範囲はこれだけ
に限られるものではない。発明者の数々の実験より、
（００１）面より７．３度傾けたシリコン基板を主面と
して用いるだけでなく、他の面においてもシリコン主面
に実施の形態１と同様に、部分的にマスク５２を施し、
さらにエッチングの温度、速度を変えることで、主面に
対して６２度からなる傾斜溝を形成することが可能とな
った。
【００５１】そこで、その面を用い検討を行なった場
合、同様の結果が得られた。つまり、実施の形態１と同
じように、ＧａＮ（１−１０１）面が、基板主面とほぼ
平行になるような結晶成長が可能であり、このような成
長を続ける結果、平坦なＧａＮ（１−１０１）面を表面
にもつ連続した結晶膜が得られた。ＧａＮは配向性の強
い結晶であり通常の方法では、主面に垂直にｃ軸配向
し、よって得られる結晶はＣ面を主面とするものしか得
られずＣ面とは異なる面を有する結晶を得ることは困難
であったが、本発明により、ＧａＮ（１−１０１）面を
表面にもつ結晶が容易に得られるようになった。
合、同様の結果が得られた。つまり、実施の形態１と同
じように、ＧａＮ（１−１０１）面が、基板主面とほぼ
平行になるような結晶成長が可能であり、このような成
長を続ける結果、平坦なＧａＮ（１−１０１）面を表面
にもつ連続した結晶膜が得られた。ＧａＮは配向性の強
い結晶であり通常の方法では、主面に垂直にｃ軸配向
し、よって得られる結晶はＣ面を主面とするものしか得
られずＣ面とは異なる面を有する結晶を得ることは困難
であったが、本発明により、ＧａＮ（１−１０１）面を
表面にもつ結晶が容易に得られるようになった。
【００５２】＜実施の形態５＞本発明の半導体素子の製
造方法についてさらに具体的に説明する。
造方法についてさらに具体的に説明する。
【００５３】(００１)面より［０−１−１］方向に７．
３°オフした傾けたシリコン基板に、図４の通り、ファ
セット形成用のシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜
からなる厚さ１００ｎｍのマスク５２を、スパッタ法等
の製膜技術、さらに、フォトリソグラフィーの技術を用
い、Ｓｉ［０１−１］方向に延伸したストライプ状パタ
ーンをもって形成する。その後、図５の通り、希釈した
ＫＯＨ水溶液によって（１１１）ファセット面６１を斜
面に有する溝をエッチング形成する。このとき、溝の形
状自体は、Ｖ字もしくは底の領域が平坦になっている変
形のＶ字等の形状を持ち、もう一方の斜面は、（１−１
−１）ファセット面となる。なお、シリコン基板がオフ
基板であるために、Ｖ字の形状は左右対称でなく、（１
１１）斜面は基板主面に対して約６２°傾斜した面であ
るが、（１−１−１）斜面は同約４７°傾斜した面であ
る。この基板をスパッタ装置内で傾けた状態で設置する
ことで（１１１）ファセット面６１には膜がつかないよ
うに、製膜を行い、（１−１−１）ファセット面も覆う
ようにシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜からなる
マスク５２を施し、図６の通りとする。これを、窒化物
半導体膜作成用の基板とする。図８に、この際のＳｉ基
板とファセット面等の方位関係について示した。
３°オフした傾けたシリコン基板に、図４の通り、ファ
セット形成用のシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜
からなる厚さ１００ｎｍのマスク５２を、スパッタ法等
の製膜技術、さらに、フォトリソグラフィーの技術を用
い、Ｓｉ［０１−１］方向に延伸したストライプ状パタ
ーンをもって形成する。その後、図５の通り、希釈した
ＫＯＨ水溶液によって（１１１）ファセット面６１を斜
面に有する溝をエッチング形成する。このとき、溝の形
状自体は、Ｖ字もしくは底の領域が平坦になっている変
形のＶ字等の形状を持ち、もう一方の斜面は、（１−１
−１）ファセット面となる。なお、シリコン基板がオフ
基板であるために、Ｖ字の形状は左右対称でなく、（１
１１）斜面は基板主面に対して約６２°傾斜した面であ
るが、（１−１−１）斜面は同約４７°傾斜した面であ
る。この基板をスパッタ装置内で傾けた状態で設置する
ことで（１１１）ファセット面６１には膜がつかないよ
うに、製膜を行い、（１−１−１）ファセット面も覆う
ようにシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜からなる
マスク５２を施し、図６の通りとする。これを、窒化物
半導体膜作成用の基板とする。図８に、この際のＳｉ基
板とファセット面等の方位関係について示した。
【００５４】そして、この処理を行ったＳｉ基板に、Ｍ
ＯＣＶＤ法を用い成長を行う。このＳｉオフ基板上に、
ＡｌＩｎＮ中間層の成長を行い、続いてＧａＮの成長を
行なうことで、図７（ａ）〜（ｄ）のような成長過程を
経て、連続膜からなるＧａＮ基板を作製することが可能
となる。結晶成長は（１１１）ファセット上から結晶成
長が開始する（ａ）。成長する窒化物半導体は、斜面に
対して＜０００１＞方向が垂直に配向する。成長した結
晶の上面には、基板主面にほぼ平行にＧａＮ（１−１０
１）面が現れ、そのため、成長途中の段階ではストライ
プ方向に伸びた三角柱のような形状の結晶となる
（ｂ）。さらに成長が進むにしたがって、三角柱の径は
大きくなり、ついには隣接する三角柱状結晶同士が接触
するようになる（ｃ）。またさらに成長を続けると、分
離していた各三角柱状結晶は合体し、表面に平坦なＧａ
Ｎ（１−１０１）面をもったＧａＮ結晶膜が得られるこ
とになる（ｄ）。
ＯＣＶＤ法を用い成長を行う。このＳｉオフ基板上に、
ＡｌＩｎＮ中間層の成長を行い、続いてＧａＮの成長を
行なうことで、図７（ａ）〜（ｄ）のような成長過程を
経て、連続膜からなるＧａＮ基板を作製することが可能
となる。結晶成長は（１１１）ファセット上から結晶成
長が開始する（ａ）。成長する窒化物半導体は、斜面に
対して＜０００１＞方向が垂直に配向する。成長した結
晶の上面には、基板主面にほぼ平行にＧａＮ（１−１０
１）面が現れ、そのため、成長途中の段階ではストライ
プ方向に伸びた三角柱のような形状の結晶となる
（ｂ）。さらに成長が進むにしたがって、三角柱の径は
大きくなり、ついには隣接する三角柱状結晶同士が接触
するようになる（ｃ）。またさらに成長を続けると、分
離していた各三角柱状結晶は合体し、表面に平坦なＧａ
Ｎ（１−１０１）面をもったＧａＮ結晶膜が得られるこ
とになる（ｄ）。
【００５５】成長初期に用いたこの中間層としてはＡｌ
ＩｎＮ中間層、ＡｌＧａＮ中間層、ＡｌＧａＩｎＮ中間
層を用いても同様の結果が得られた。
ＩｎＮ中間層、ＡｌＧａＮ中間層、ＡｌＧａＩｎＮ中間
層を用いても同様の結果が得られた。
【００５６】ここでは、上記所要の（００１）面シリコ
ンオフ基板を用い、（１１１）ファセット面を主面から
６２°傾斜した斜面として用いたが、KOHのエッチャン
ト濃度、温度を制御することで（１１１）の代わりに、
（２１１）からなるＳｉファセット面をエッチングによ
り形成することもできる。この場合、（２−１−１）面
から［１００］方向に８．６°オフしたシリコン基板上
に、［０１−１］方向に延伸したストライプ状溝を作成
することで（２１１）ファセット面を主面から６２°傾
斜した斜面として形成することが出来、これによっても
上記同様な表面が平坦なＧａＮ結晶膜が得られた。
ンオフ基板を用い、（１１１）ファセット面を主面から
６２°傾斜した斜面として用いたが、KOHのエッチャン
ト濃度、温度を制御することで（１１１）の代わりに、
（２１１）からなるＳｉファセット面をエッチングによ
り形成することもできる。この場合、（２−１−１）面
から［１００］方向に８．６°オフしたシリコン基板上
に、［０１−１］方向に延伸したストライプ状溝を作成
することで（２１１）ファセット面を主面から６２°傾
斜した斜面として形成することが出来、これによっても
上記同様な表面が平坦なＧａＮ結晶膜が得られた。
【００５７】これは窒化物半導体結晶が、この（２１
１）ファセット面に対しても垂直軸をｃ軸として、成長
が行われ、この場合にも、（２１１）面から６２°の角
度の関係を有するＳｉオフ基板を用いることで、同様な
平坦なＧａＮ基板が得られるものと考えられる。
１）ファセット面に対しても垂直軸をｃ軸として、成長
が行われ、この場合にも、（２１１）面から６２°の角
度の関係を有するＳｉオフ基板を用いることで、同様な
平坦なＧａＮ基板が得られるものと考えられる。
【００５８】このように本発明では、Ｓｉ基板を用いた
場合、窒化物半導体膜は基板に対してｃ軸配向の結晶成
長が行われやすく、ファセットと基板のオフ角の関係が
６２°からなる基板を用いることで、平坦な窒化物半導
体の（１−１０１）ファセット面を有す結晶膜を用いる
ことができる。
場合、窒化物半導体膜は基板に対してｃ軸配向の結晶成
長が行われやすく、ファセットと基板のオフ角の関係が
６２°からなる基板を用いることで、平坦な窒化物半導
体の（１−１０１）ファセット面を有す結晶膜を用いる
ことができる。
【００５９】このようにして得られた連続膜からなる窒
化物半導体膜上に、実施の形態１と同様にして図２の通
りの半導体発光素子を形成することでＳｉ基板上への高
輝度の半導体発光素子の作製が可能となった。こうして
得られた半導体発光素子は、その発光層（活性層）が
（１−１０１）面を主面として有している。これは、従
来、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ（１１１）基板
を用いて形成されていた素子が（０００１）を主面とし
ていたのと異なっている。ウルツ鉱構造結晶である窒化
物半導体の（０００１）を主面としていた薄膜は、その
主面に平行な方向では、バンド構造的に等価であるが、
本発明のように（１−１０１）面を主面とした薄膜は、
その主面に平行な方向もバンド構造的に等価ではない。
よって、本発明を応用した発光素子は、発光層（活性
層）に平行な方向のバンドの縮退が解けており、よっ
て、発光効率が高く、また、半導体レーザ素子に応用し
た場合に格段の低閾値を実現することが出来る。
化物半導体膜上に、実施の形態１と同様にして図２の通
りの半導体発光素子を形成することでＳｉ基板上への高
輝度の半導体発光素子の作製が可能となった。こうして
得られた半導体発光素子は、その発光層（活性層）が
（１−１０１）面を主面として有している。これは、従
来、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ（１１１）基板
を用いて形成されていた素子が（０００１）を主面とし
ていたのと異なっている。ウルツ鉱構造結晶である窒化
物半導体の（０００１）を主面としていた薄膜は、その
主面に平行な方向では、バンド構造的に等価であるが、
本発明のように（１−１０１）面を主面とした薄膜は、
その主面に平行な方向もバンド構造的に等価ではない。
よって、本発明を応用した発光素子は、発光層（活性
層）に平行な方向のバンドの縮退が解けており、よっ
て、発光効率が高く、また、半導体レーザ素子に応用し
た場合に格段の低閾値を実現することが出来る。
【００６０】＜実施の形態６＞実施の形態５において
は、図７（ｄ）に示される成長過程までを経て、連続膜
からなる窒化物半導体膜を形成し、その上に、半導体発
光素子を作製したが、本実施例の形態においては、成長
過程（ａ）から（ｂ）の過程、すなわち、個々の三角柱
形状の結晶体が合体しない状態で各窒化物半導体層の結
晶成長を終え、図９の通りに示すように、個々の三角柱
形状の結晶体に半導体発光素子を別個に形成して、個別
に発光素子を発光させることを可能とするものである。
は、図７（ｄ）に示される成長過程までを経て、連続膜
からなる窒化物半導体膜を形成し、その上に、半導体発
光素子を作製したが、本実施例の形態においては、成長
過程（ａ）から（ｂ）の過程、すなわち、個々の三角柱
形状の結晶体が合体しない状態で各窒化物半導体層の結
晶成長を終え、図９の通りに示すように、個々の三角柱
形状の結晶体に半導体発光素子を別個に形成して、個別
に発光素子を発光させることを可能とするものである。
【００６１】素子の構成としては、Ｓｉ基板上に形成し
たファセット面６１に順次積層されたｎ−ＡｌＧａＩｎ
Ｎ中間層１０、ｎ-ＧａＮ下地層１１、ｎ−ＧａＩｎＮ
からなる第一のクラッド層２，ＩｎxＧａ1-xＮからなる
発光層３，ｐ−ＡｌＧａＩｎＮからなるキャリアブロッ
ク層４、ｐ−ＧａＩｎＮからなる第二のクラッド層５が
順に積層された構造を有する。さらに、シリコン基板下
面には電極１５が、第二のクラッド層５の上面には透明
電極１６が設けられ、透明電極１６の上面の一部には、
ボンディング電極１７が設けられている。
たファセット面６１に順次積層されたｎ−ＡｌＧａＩｎ
Ｎ中間層１０、ｎ-ＧａＮ下地層１１、ｎ−ＧａＩｎＮ
からなる第一のクラッド層２，ＩｎxＧａ1-xＮからなる
発光層３，ｐ−ＡｌＧａＩｎＮからなるキャリアブロッ
ク層４、ｐ−ＧａＩｎＮからなる第二のクラッド層５が
順に積層された構造を有する。さらに、シリコン基板下
面には電極１５が、第二のクラッド層５の上面には透明
電極１６が設けられ、透明電極１６の上面の一部には、
ボンディング電極１７が設けられている。
【００６２】＜実施の形態７＞実施の形態１ないし４の
説明では、Ｓｉ基板に設けたストライプ溝の片側の斜面
にのみ、窒化物半導体を成長させることを説明したが、
本実施の形態では両サイドの斜面を主面からの所定のオ
フ角度を有するものとして形成し、図１０に示す通り、
両サイドのＳｉ斜面に、実施の形態６の説明と同様に個
々の半導体発光素子を形成した。
説明では、Ｓｉ基板に設けたストライプ溝の片側の斜面
にのみ、窒化物半導体を成長させることを説明したが、
本実施の形態では両サイドの斜面を主面からの所定のオ
フ角度を有するものとして形成し、図１０に示す通り、
両サイドのＳｉ斜面に、実施の形態６の説明と同様に個
々の半導体発光素子を形成した。
【００６３】上記実施の形態では、主に、半導体素子と
してＬＥＤである半導体発光素子をとりあげて説明した
が、本発明の適用範囲はこれに限られるものではなく、
半導体レーザ素子に適用してもよく、また上記手法を用
い、ＡｌＧａＮ層からなる高抵抗層を介し、Ｓｉドープ
を行なったＧａＮ層を成長させ作製を行なった膜にソー
ス、ドレイン、ゲートからなる電極を作製したＧａＮ系
ＭＥＳＦＥＴ(Metalsemiconductor Field effect tra
nsistor)、さらにはＧａＮチャネル層上にＳｉの変調ド
ープを行なったＧａＮ系ＭＯＤＦＥＴ（Modulation do
pe Field effect transistor)にも適用でき、これらに
おいては各層の平坦性を向上できることからが、チャネ
ル層界面の急峻性が良く、凹凸散乱によるチャネル層内
を走行する電子の移動度の向上が実現でき、その遮断周
波数などで電気的特性の良好な半導体素子が得られると
共に、Ｓｉ基板との窒化物半導体層との間の導電性を確
保することができることから、Ｓｉ基板上にも一体に素
子を形成し、集積化した半導体素子回路を製造すること
が出来るようになる。
してＬＥＤである半導体発光素子をとりあげて説明した
が、本発明の適用範囲はこれに限られるものではなく、
半導体レーザ素子に適用してもよく、また上記手法を用
い、ＡｌＧａＮ層からなる高抵抗層を介し、Ｓｉドープ
を行なったＧａＮ層を成長させ作製を行なった膜にソー
ス、ドレイン、ゲートからなる電極を作製したＧａＮ系
ＭＥＳＦＥＴ(Metalsemiconductor Field effect tra
nsistor)、さらにはＧａＮチャネル層上にＳｉの変調ド
ープを行なったＧａＮ系ＭＯＤＦＥＴ（Modulation do
pe Field effect transistor)にも適用でき、これらに
おいては各層の平坦性を向上できることからが、チャネ
ル層界面の急峻性が良く、凹凸散乱によるチャネル層内
を走行する電子の移動度の向上が実現でき、その遮断周
波数などで電気的特性の良好な半導体素子が得られると
共に、Ｓｉ基板との窒化物半導体層との間の導電性を確
保することができることから、Ｓｉ基板上にも一体に素
子を形成し、集積化した半導体素子回路を製造すること
が出来るようになる。
【００６４】以上のように本発明の実施の形態について
説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示さ
れ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更が含まれる。
説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示さ
れ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更が含まれる。
【００６５】
【発明の効果】本発明によれば、シリコン基板上に作製
する窒化物半導体素子に関し、シリコン基板の主面より
６２度傾斜した面、シリコン基板（００１）面を［０１
−１］軸のまわりで７．３度回転した面、もしくは、こ
れらの面から任意の方向に３度以内の範囲で傾いた面を
用いることで、（１−１０１）エピタキシャル面を有す
る極めて平坦な高品質結晶膜を得ることが可能となり、
そのエピタキシャル面を用いることで界面の急峻な、優
れた光電特性を有する半導体素子を提供することが可能
となった。
する窒化物半導体素子に関し、シリコン基板の主面より
６２度傾斜した面、シリコン基板（００１）面を［０１
−１］軸のまわりで７．３度回転した面、もしくは、こ
れらの面から任意の方向に３度以内の範囲で傾いた面を
用いることで、（１−１０１）エピタキシャル面を有す
る極めて平坦な高品質結晶膜を得ることが可能となり、
そのエピタキシャル面を用いることで界面の急峻な、優
れた光電特性を有する半導体素子を提供することが可能
となった。
【図１】 窒化物半導体膜の(１−１０１)ファセット面
を形成するための概念図である。
を形成するための概念図である。
【図２】 本発明の実施の形態の発光素子を示す断面図
である。
である。
【図３】 本発明に用いた基板窒化物半導体膜の関係を
示す図である。
示す図である。
【図４】 本発明の化合物半導体の製造方法を説明する
ための図である。
ための図である。
【図５】 本発明の化合物半導体の製造方法を説明する
ための図である。
ための図である。
【図６】 本発明の化合物半導体の製造方法を説明する
ための図である。
ための図である。
【図７】 本発明の化合物半導体の製造方法を説明する
ための図である。
ための図である。
【図８】 実施の形態５のＳｉ基板における結晶方位関
係を説明するための図である。
係を説明するための図である。
【図９】 実施の形態６の半導体発光素子を示す断面図
である。
である。
【図１０】 実施の形態７の半導体発光素子を示す断面
図である。
図である。
１ Ｓｉ（００１）オフ基板、２ ｎ−ＧａＩｎＮから
なる第一のクラッド層、３ ノンドープＩｎＧａＮ発光
層、４ ｐ−ＡｌＧａＩｎキャリアブロック層、５ ｐ
−ＧａＩｎＮからなる第二のクラッド層、１０ ｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＮ層、１１ ＧａＮ下地層、１５ 電極、１
６ 透明電極、１７ ボンディング電極、５２ マスク
（シリコン酸化膜、もしくはシリコン窒化膜）、５３
窒化物半導体結晶、６０ シリコンの（００１）面、６
１ シリコンの（１１１）ファセット面、７０ 窒化物
半導体の（１−１０１）ファセット面、７１ 窒化物半
導体の（０００１）ファセット面、７２ 連続膜の状態
になった窒化物半導体の（１−１０１）面、８０ 窒化
物半導体のｃ軸、８１ 窒化物半導体の成長進行方向。
なる第一のクラッド層、３ ノンドープＩｎＧａＮ発光
層、４ ｐ−ＡｌＧａＩｎキャリアブロック層、５ ｐ
−ＧａＩｎＮからなる第二のクラッド層、１０ ｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＮ層、１１ ＧａＮ下地層、１５ 電極、１
６ 透明電極、１７ ボンディング電極、５２ マスク
（シリコン酸化膜、もしくはシリコン窒化膜）、５３
窒化物半導体結晶、６０ シリコンの（００１）面、６
１ シリコンの（１１１）ファセット面、７０ 窒化物
半導体の（１−１０１）ファセット面、７１ 窒化物半
導体の（０００１）ファセット面、７２ 連続膜の状態
になった窒化物半導体の（１−１０１）面、８０ 窒化
物半導体のｃ軸、８１ 窒化物半導体の成長進行方向。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出 典克 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 古川 勝紀 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA05 CA33 CA34 CA40 CA57 CA65 CA74 5F045 AA02 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AC08 AC12 AC15 AC19 AD11 AD12 AF03 AF11 AF13 DA55 DB02 DB09 HA06 5F103 AA04 DD01 GG01 HH03 KK10 LL01 RR06
Claims (10)
- 【請求項１】 シリコン基板と、前記シリコン基板の主
面上に形成された一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦
１）で表される化合物半導体層とを有する半導体素子で
あって、前記シリコン基板は、前記シリコン基板の主面
より、６２度の傾斜した面か、もしくはこの面から任意
の方向に３度以内の範囲で傾いた面を斜面として有する
溝を備え、前記化合物半導体層は前記斜面上に形成され
ていることを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）
で表される化合物半導体層を有する半導体素子におい
て、前記化合物半導体層が、（１００）面を［０１−
１］軸のまわりで７．３度回転した面、もしくは、この
面から任意の方向に３度以内傾けた範囲にある面で構成
される主面を有するシリコン基板を用いて形成され、前
記シリコン基板は、(１１１)面を斜面として有する溝を
備え、前記化合物半導体層は前記斜面上に形成されるこ
とを特徴とする半導体素子。 - 【請求項３】 前記化合物半導体層の＜０００１＞方向
は前記斜面に略垂直であることを特徴とする、請求項１
または請求項２に記載の半導体素子。 - 【請求項４】 前記化合物半導体層は、（１−１０１）
面を面方位として有することを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の半導体素子。 - 【請求項５】 前記半導体素子は、発光層を有する半導
体発光素子であり、前記化合物半導体層は前記発光層を
含み、 該発光層は（１−１０１）面を面方位として有すること
を特徴とする請求項４に記載の半導体素子。 - 【請求項６】 シリコン基板の主面に、該主面より６２
度の傾斜した面か、もしくはこの面から任意の方向に３
度以内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝を形成す
る工程と、 前記斜面上に一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋
ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で
表される化合物半導体層を形成する工程とを備えた、半
導体素子の製造方法。 - 【請求項７】 （１００）面を［０１−１］軸のまわり
で７．３度回転した面もしくはこの面から任意の方向に
３度以内傾けた範囲内にある面で構成される主面を有す
るシリコン基板の前記主面に、（１１１）面を斜面とし
て有する溝を形成する工程と、 前記斜面上に一般式ＡｌxＧａyＩｎzＮ（ただし、ｘ＋
ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で
表される化合物半導体層を形成する工程とを備えた、半
導体素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記溝はＳｉ基板上に複数設けられてな
り、前記各溝の斜面上から形成された前記化合物半導体
層を、結晶成長にしたがって合体させることを特徴とす
る請求項６または７に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記化合物半導体層形成後に、前記シリ
コン基板を除去する工程を備えることを特徴とする請求
項８に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 シリコン基板の主面に、該主面より６
２度の傾斜した面か、もしくはこの面から任意の方向に
３度以内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝を複数
形成する工程と、 前記斜面上に一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋
ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）で
表される化合物半導体結晶を形成する工程と、 前記各溝の斜面上から形成された化合物半導体結晶を、
さらに成長して合体させることにより、連続した膜状の
化合物半導体結晶を得る工程と、 前記膜状の化合物半導体結晶を得た後、前記シリコン基
板を除去し、該化合物半導体結晶からなる半導体基板を
得る工程とを備えた半導体基板の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001112821A JP4743989B2 (ja) | 2000-12-15 | 2001-04-11 | 半導体素子およびその製造方法ならびに半導体基板の製造方法 |
| US10/021,677 US6635901B2 (en) | 2000-12-15 | 2001-12-12 | Semiconductor device including an InGaAIN layer |
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
| JP2000-382320 | 2000-12-15 | ||
| JP2000382320 | 2000-12-15 | ||
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| JP2001112821A JP4743989B2 (ja) | 2000-12-15 | 2001-04-11 | 半導体素子およびその製造方法ならびに半導体基板の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002246646A true JP2002246646A (ja) | 2002-08-30 |
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003347585A (ja) * | 2002-03-19 | 2003-12-05 | Nobuhiko Sawaki | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| WO2007024017A1 (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 発光層形成用基材、発光体及び発光物質 |
| US7393763B2 (en) | 2002-11-25 | 2008-07-01 | Osaka Prefecture | Manufacturing method of monocrystalline gallium nitride localized substrate |
| JP2010016191A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系発光素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハを作製する方法 |
| JP2010056234A (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物系半導体発光素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハを作製する方法 |
| KR101292438B1 (ko) | 2011-05-24 | 2013-07-31 | 가부시끼가이샤 도시바 | 반도체 발광 소자, 질화물 반도체층 및 질화물 반도체층의 형성 방법 |
| JP2014078590A (ja) * | 2012-10-10 | 2014-05-01 | Tokyo Electron Ltd | 半導体素子の製造方法及び半導体素子 |
| US9006778B2 (en) | 2010-05-20 | 2015-04-14 | Panasonic Intellectual Property Mangement Co., Ltd. | Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| WO2016132746A1 (ja) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | 国立大学法人名古屋大学 | 薄膜基板と半導体装置とこれらの製造方法および成膜装置および成膜方法およびＧａＮテンプレート |
| JP2017523599A (ja) * | 2014-06-09 | 2017-08-17 | セレン フォトニクス リミテッド | 半極性結晶構造の製造 |
-
2001
- 2001-04-11 JP JP2001112821A patent/JP4743989B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JPN7010003420, Ｙｏｓｈｉｏ ＨＯＮＤＡ ｅｔ ａｌ．, "Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｎ （１１１） ｆａｃｅｔｓ ｏｆ ａ （００１） Ｓｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｂｙ ＭＯＶＰＥ", ＩＰＡＰ Ｃｏｎｆ． Ｓｅｒｉｅｓ １, 20001130, ｐｐ３０４−３０７ * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6844572B2 (en) | 2002-03-19 | 2005-01-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting semiconductor device and method of fabricating the same |
| JP2003347585A (ja) * | 2002-03-19 | 2003-12-05 | Nobuhiko Sawaki | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US7393763B2 (en) | 2002-11-25 | 2008-07-01 | Osaka Prefecture | Manufacturing method of monocrystalline gallium nitride localized substrate |
| US8338853B2 (en) | 2005-08-25 | 2012-12-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Substrate for forming light-emitting layer, light emitter and light-emitting substance |
| WO2007024017A1 (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 発光層形成用基材、発光体及び発光物質 |
| JP2010016191A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系発光素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハを作製する方法 |
| JP2010056234A (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物系半導体発光素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハを作製する方法 |
| US9006778B2 (en) | 2010-05-20 | 2015-04-14 | Panasonic Intellectual Property Mangement Co., Ltd. | Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| KR101292438B1 (ko) | 2011-05-24 | 2013-07-31 | 가부시끼가이샤 도시바 | 반도체 발광 소자, 질화물 반도체층 및 질화물 반도체층의 형성 방법 |
| JP2014078590A (ja) * | 2012-10-10 | 2014-05-01 | Tokyo Electron Ltd | 半導体素子の製造方法及び半導体素子 |
| JP2017523599A (ja) * | 2014-06-09 | 2017-08-17 | セレン フォトニクス リミテッド | 半極性結晶構造の製造 |
| WO2016132746A1 (ja) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | 国立大学法人名古屋大学 | 薄膜基板と半導体装置とこれらの製造方法および成膜装置および成膜方法およびＧａＮテンプレート |
| JPWO2016132746A1 (ja) * | 2015-02-20 | 2017-11-30 | 国立大学法人名古屋大学 | 薄膜基板と半導体装置とこれらの製造方法および成膜装置および成膜方法およびＧａＮテンプレート |
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