JP2003252700A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】より少ない工程による貫通転位の抑制されたII
I族窒化物系化合物半導体の製造方法。 【解決手段】サファイア基板１上にドライエッチングに
よりサファイア基板１の少なくとも一部を点状、ストラ
イプ状又は格子状等の島状に改質処理する工程と、AlN
バッファ層４をサファイア基板１上に形成する工程と、
サファイア基板１の改質処理されなかった表面に形成さ
れたAlN層４ａを核として、所望のIII族窒化物系化合物
半導体５を、サファイア基板１の改質処理された表面上
に形成されたAlN層４ｂを空間無く覆うよう、縦及び横
方向エピタキシャル成長させる工程とを有し、AlNバッ
ファ層４は、Alをターゲットとし、窒素雰囲気化で行う
反応性スパッタリング法による。
I族窒化物系化合物半導体の製造方法。 【解決手段】サファイア基板１上にドライエッチングに
よりサファイア基板１の少なくとも一部を点状、ストラ
イプ状又は格子状等の島状に改質処理する工程と、AlN
バッファ層４をサファイア基板１上に形成する工程と、
サファイア基板１の改質処理されなかった表面に形成さ
れたAlN層４ａを核として、所望のIII族窒化物系化合物
半導体５を、サファイア基板１の改質処理された表面上
に形成されたAlN層４ｂを空間無く覆うよう、縦及び横
方向エピタキシャル成長させる工程とを有し、AlNバッ
ファ層４は、Alをターゲットとし、窒素雰囲気化で行う
反応性スパッタリング法による。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物系化
合物半導体の製造方法に関する。特に、横方向エピタキ
シャル成長（ＥＬＯ）成長を用いる、III族窒化物系化
合物半導体の製造方法並びにIII族窒化物系化合物半導
体素子及びIII族窒化物系化合物半導体基板に関する。
尚、III族窒化物系化合物半導体とは、例えばAlN、Ga
N、InNのような２元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn
1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、AlxGayIn
1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包
括した一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x
+y≦1）で表されるものがある。なお、本明細書におい
ては、特に断らない限り、単にIII族窒化物系化合物半
導体と言う場合は、伝導型をｐ型あるいはｎ型にするた
めの不純物がドープされたIII族窒化物系化合物半導体
をも含んだ表現とする。
合物半導体の製造方法に関する。特に、横方向エピタキ
シャル成長（ＥＬＯ）成長を用いる、III族窒化物系化
合物半導体の製造方法並びにIII族窒化物系化合物半導
体素子及びIII族窒化物系化合物半導体基板に関する。
尚、III族窒化物系化合物半導体とは、例えばAlN、Ga
N、InNのような２元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn
1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、AlxGayIn
1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包
括した一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x
+y≦1）で表されるものがある。なお、本明細書におい
ては、特に断らない限り、単にIII族窒化物系化合物半
導体と言う場合は、伝導型をｐ型あるいはｎ型にするた
めの不純物がドープされたIII族窒化物系化合物半導体
をも含んだ表現とする。
【０００２】
【従来の技術】III族窒化物系化合物半導体は、例えば
発光素子とした場合、発光スペクトルが紫外から赤色の
広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオー
ド(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用さ
れている。また、そのバンドギャップが広いため、他の
半導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を
期待できることから、ＦＥＴ等トランジスタへの応用も
盛んに開発されている。また、ヒ素(As)を主成分として
いないことで、環境面からも様々な半導体素子一般への
開発が期待されている。このIII族窒化物系化合物半導
体では、通常、サファイアを基板として用い、その上に
形成している。
発光素子とした場合、発光スペクトルが紫外から赤色の
広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオー
ド(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用さ
れている。また、そのバンドギャップが広いため、他の
半導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を
期待できることから、ＦＥＴ等トランジスタへの応用も
盛んに開発されている。また、ヒ素(As)を主成分として
いないことで、環境面からも様々な半導体素子一般への
開発が期待されている。このIII族窒化物系化合物半導
体では、通常、サファイアを基板として用い、その上に
形成している。
【０００３】この際、サファイア基板上にIII族窒化物
系化合物半導体を形成すると、サファイアとIII族窒化
物系化合物半導体との格子定数のミスフィットにより転
位が発生し、このため素子特性が良くないという問題が
ある。このミスフィットによる転位は半導体層を縦方向
（基板面に垂直方向）に貫通する貫通転位であり、III
族窒化物系化合物半導体中に109cm-2程度の転位が伝搬
してしまうという問題がある。これは組成の異なるIII
族窒化物系化合物半導体各層を積層した場合に最上層ま
で伝搬する。これにより例えば発光素子の場合、ＬＤの
閾値電流、ＬＤ及びＬＥＤの素子寿命などの素子特性が
良くならないという問題があった。また、他の半導体素
子としても、欠陥により電子が散乱することから、移動
度（モビリティ）の低い半導体素子となるにとどまって
いた。これらは、他の基板を用いる場合も同様であっ
た。
系化合物半導体を形成すると、サファイアとIII族窒化
物系化合物半導体との格子定数のミスフィットにより転
位が発生し、このため素子特性が良くないという問題が
ある。このミスフィットによる転位は半導体層を縦方向
（基板面に垂直方向）に貫通する貫通転位であり、III
族窒化物系化合物半導体中に109cm-2程度の転位が伝搬
してしまうという問題がある。これは組成の異なるIII
族窒化物系化合物半導体各層を積層した場合に最上層ま
で伝搬する。これにより例えば発光素子の場合、ＬＤの
閾値電流、ＬＤ及びＬＥＤの素子寿命などの素子特性が
良くならないという問題があった。また、他の半導体素
子としても、欠陥により電子が散乱することから、移動
度（モビリティ）の低い半導体素子となるにとどまって
いた。これらは、他の基板を用いる場合も同様であっ
た。
【０００４】そこで例えば、基板にバッファ層を介して
又は介さないで、III族窒化物系化合物半導体層を一旦
形成した後、その上面の一部にマスクを形成してIII族
窒化物系化合物半導体が縦方向エピタキシャル成長でき
ないようにし、マスクを形成していない部分からのIII
族窒化物系化合物半導体の縦及び横方向エピタキシャル
成長により、マスク上部に貫通転位の少ないIII族窒化
物系化合物半導体層を形成する方法が提案されている
（特開平１０−３１２９７１）。
又は介さないで、III族窒化物系化合物半導体層を一旦
形成した後、その上面の一部にマスクを形成してIII族
窒化物系化合物半導体が縦方向エピタキシャル成長でき
ないようにし、マスクを形成していない部分からのIII
族窒化物系化合物半導体の縦及び横方向エピタキシャル
成長により、マスク上部に貫通転位の少ないIII族窒化
物系化合物半導体層を形成する方法が提案されている
（特開平１０−３１２９７１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、III族窒化物
系化合物半導体成長とマスク形成とでは異なる装置を用
いるため、当該公報記載の技術では、マスク形成を挟ん
でIII族窒化物系化合物半導体成長を２度行う必要があ
った。更に、当該公報記載の技術では、マスク形成した
部分の上部には付着性良くIII族窒化物系化合物半導体
が形成されないため、その上部に形成されたIII族窒化
物系化合物半導体層との間に空間が発生しやすく、後の
工程において素子に分離する際に、その空間が発生した
部分で剥離、割れ、欠けを生ずる。
系化合物半導体成長とマスク形成とでは異なる装置を用
いるため、当該公報記載の技術では、マスク形成を挟ん
でIII族窒化物系化合物半導体成長を２度行う必要があ
った。更に、当該公報記載の技術では、マスク形成した
部分の上部には付着性良くIII族窒化物系化合物半導体
が形成されないため、その上部に形成されたIII族窒化
物系化合物半導体層との間に空間が発生しやすく、後の
工程において素子に分離する際に、その空間が発生した
部分で剥離、割れ、欠けを生ずる。
【０００６】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、全体としより少ない工程で、貫通転位の
抑制されたIII族窒化物系化合物半導体層を形成し、且
つ、剥離、割れ、欠けが発生し難い半導体素子を提供す
るものである。
たものであり、全体としより少ない工程で、貫通転位の
抑制されたIII族窒化物系化合物半導体層を形成し、且
つ、剥離、割れ、欠けが発生し難い半導体素子を提供す
るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載の手段によれば、サファイア基板の
上にAlNバッファ層を介してIII族窒化物系化合物半導体
を成長させるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法で
あって、ドライエッチングによりサファイア基板の少な
くとも一部を点状、ストライプ状又は格子状等の島状
に、次に成長させるAlNバッファ層の膜厚よりも浅い深
さに改質処理する工程と、AlNバッファ層を改質処理後
のサファイア基板の上に形成する工程と、所望のIII族
窒化物系化合物半導体を、サファイア基板の改質処理さ
れなかった表面に形成されたAlNバッファ層を各として
縦及び横方向エピタキシャル成長させる工程とを有し、
AlNバッファ層は、Alをターゲットとし、窒素雰囲気化
で行う反応性スパッタリング法によることを特徴とす
る。
め、請求項１に記載の手段によれば、サファイア基板の
上にAlNバッファ層を介してIII族窒化物系化合物半導体
を成長させるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法で
あって、ドライエッチングによりサファイア基板の少な
くとも一部を点状、ストライプ状又は格子状等の島状
に、次に成長させるAlNバッファ層の膜厚よりも浅い深
さに改質処理する工程と、AlNバッファ層を改質処理後
のサファイア基板の上に形成する工程と、所望のIII族
窒化物系化合物半導体を、サファイア基板の改質処理さ
れなかった表面に形成されたAlNバッファ層を各として
縦及び横方向エピタキシャル成長させる工程とを有し、
AlNバッファ層は、Alをターゲットとし、窒素雰囲気化
で行う反応性スパッタリング法によることを特徴とす
る。
【０００８】請求項２に記載の手段は、サファイア基板
はＡ面基板であることを特徴とする。また、請求項３及
び請求項４は、請求項１に記載の方法でIII族窒化物系
化合物半導体を形成した後、形成されるIII族窒化物系
化合物半導体素子、並びにIII族窒化物系化合物半導体
基板を得る製造方法の発明である。
はＡ面基板であることを特徴とする。また、請求項３及
び請求項４は、請求項１に記載の方法でIII族窒化物系
化合物半導体を形成した後、形成されるIII族窒化物系
化合物半導体素子、並びにIII族窒化物系化合物半導体
基板を得る製造方法の発明である。
【０００９】
【作用及び発明の効果】出願人はすでに特開2001-26724
2にて、基板表面に段差或いは表面荒れ等を設けて横方
向エピタキシャル成長させることを提案しているが、そ
の後の検討にて下記の通り、基板と基板面及びバッファ
層とその形成方法の組み合わせにより特に効果の著しい
III族窒化物系化合物半導体の製造方法を見いだしたも
のである。本願発明によればサファイア基板の表面改質
は、0.1μmもの段差を形成する必要はまるでなく、極め
て短時間のエッチングにより達成される。また、本願発
明によれば、III族窒化物系化合物半導体のエピタキシ
ャル成長は、AlNバッファ層上の縦及び横エピタキシャ
ル成長から連続して行うことができ、当該AlNバッファ
層は反応性スパッタリングにより形成するので、III族
窒化物系化合物半導体成長装置に基板を装着した後は、
一貫したIII族窒化物系化合物半導体成長を行うことが
できる。よって、全体としてより少ない工程で、貫通転
位の抑制されたIII族窒化物系化合物半導体層を形成す
ることができる。
2にて、基板表面に段差或いは表面荒れ等を設けて横方
向エピタキシャル成長させることを提案しているが、そ
の後の検討にて下記の通り、基板と基板面及びバッファ
層とその形成方法の組み合わせにより特に効果の著しい
III族窒化物系化合物半導体の製造方法を見いだしたも
のである。本願発明によればサファイア基板の表面改質
は、0.1μmもの段差を形成する必要はまるでなく、極め
て短時間のエッチングにより達成される。また、本願発
明によれば、III族窒化物系化合物半導体のエピタキシ
ャル成長は、AlNバッファ層上の縦及び横エピタキシャ
ル成長から連続して行うことができ、当該AlNバッファ
層は反応性スパッタリングにより形成するので、III族
窒化物系化合物半導体成長装置に基板を装着した後は、
一貫したIII族窒化物系化合物半導体成長を行うことが
できる。よって、全体としてより少ない工程で、貫通転
位の抑制されたIII族窒化物系化合物半導体層を形成す
ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明のIII族窒化物系化合物半
導体は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と
示す）による気相成長により製造された。用いられたガ
スは、アンモニア(NH3)とキャリアガス(H2又はN2)とト
リメチルガリウム（Ga(CH3)3，以下「TMG」と記す）と
トリメチルアルミニウム（Al(CH3)3，以下「TMA」と記
す）、トリメチルインジウム（In(CH3)3，以下「TMI」
と記す）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Mg(C5H
5)2、以下「Cp2Mg」と記す）である。
導体は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と
示す）による気相成長により製造された。用いられたガ
スは、アンモニア(NH3)とキャリアガス(H2又はN2)とト
リメチルガリウム（Ga(CH3)3，以下「TMG」と記す）と
トリメチルアルミニウム（Al(CH3)3，以下「TMA」と記
す）、トリメチルインジウム（In(CH3)3，以下「TMI」
と記す）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Mg(C5H
5)2、以下「Cp2Mg」と記す）である。
【００１１】〔実施例〕有機洗浄により洗浄したＡ面を
主面とし、単結晶のサファイア基板１に蒸着によりNi膜
２を50nm蒸着させた（図１の（ａ））。次にフォトレジ
スト３をコーティングし、フォトリソグラフィーにより
ストライプ状にパターニングを施した。パターニングは
フォトレジスト３の幅と間隔をともに5μmとし、サファ
イアの基板１のｃ軸に垂直方向とした（図１の
（ｂ））。
主面とし、単結晶のサファイア基板１に蒸着によりNi膜
２を50nm蒸着させた（図１の（ａ））。次にフォトレジ
スト３をコーティングし、フォトリソグラフィーにより
ストライプ状にパターニングを施した。パターニングは
フォトレジスト３の幅と間隔をともに5μmとし、サファ
イアの基板１のｃ軸に垂直方向とした（図１の
（ｂ））。
【００１２】次に酸により、フォトレジスト３を除去し
た部分のNi膜２を除去した（図１の（ｃ））。その後、
有機洗浄にてフォトレジスト３を除去した。こうして、
幅と間隔がともに5μmで、サファイアの基板１のｃ軸に
垂直方向のNi膜２のエッチングマスクが形成された（図
１の（ｄ））。
た部分のNi膜２を除去した（図１の（ｃ））。その後、
有機洗浄にてフォトレジスト３を除去した。こうして、
幅と間隔がともに5μmで、サファイアの基板１のｃ軸に
垂直方向のNi膜２のエッチングマスクが形成された（図
１の（ｄ））。
【００１３】次に、Ar中、ドライエッチングによりサフ
ァイア基板１を５分間、エッチングした（図１の
（ｅ））。この後、Ni膜２のエッチングマスクを除去し
た。このとき、サファイア基板１のエッチングマスクを
形成していない部分は、エッチングマスクを形成した部
分に比べて約2nmの段差が生じていた。こうして、サフ
ァイア基板のＡ面上に、改質されていない部分と、エッ
チングにより原子オーダーで改質処理された部分ＳMが
形成された（図１の（ｆ））。
ァイア基板１を５分間、エッチングした（図１の
（ｅ））。この後、Ni膜２のエッチングマスクを除去し
た。このとき、サファイア基板１のエッチングマスクを
形成していない部分は、エッチングマスクを形成した部
分に比べて約2nmの段差が生じていた。こうして、サフ
ァイア基板のＡ面上に、改質されていない部分と、エッ
チングにより原子オーダーで改質処理された部分ＳMが
形成された（図１の（ｆ））。
【００１４】次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用
いて、高純度金属アルミニウムをターゲットとし、窒素
ガス中でリアクティブスパッタ法によりAlNから成るバ
ッファ層４を形成した。バッファ層は、サファイア基板
のＡ面上全面に約60nmの厚さで形成された（図１の
（ｇ））。
いて、高純度金属アルミニウムをターゲットとし、窒素
ガス中でリアクティブスパッタ法によりAlNから成るバ
ッファ層４を形成した。バッファ層は、サファイア基板
のＡ面上全面に約60nmの厚さで形成された（図１の
（ｇ））。
【００１５】図２（ａ）に、サファイア基板の改質処理
されていない部分の上に形成されたAlN層４ａのＲＨＥ
ＥＤ像を示す。多結晶のスポットが観測される。これに
対し、図２（ｂ）に、サファイア基板の改質処理された
部分の上に形成されたAlN層４ｂのＲＨＥＥＤ像を示
す。スポットは観測されていない。このように、サファ
イア基板の改質処理されていない部分の上に形成された
AlN層４ａは、バッファ層として機能するが、サファイ
ア基板の改質処理された部分の上に形成されたAlN層４
ｂは、バッファ層として機能しないため、この後にIII
族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長を行う
際、III族窒化物系化合物半導体の核が発生しない。こ
れにより、サファイア基板の改質処理されていない部分
の上に形成されたAlN層４ａを中心に縦及び横方向成長
が可能となる。
されていない部分の上に形成されたAlN層４ａのＲＨＥ
ＥＤ像を示す。多結晶のスポットが観測される。これに
対し、図２（ｂ）に、サファイア基板の改質処理された
部分の上に形成されたAlN層４ｂのＲＨＥＥＤ像を示
す。スポットは観測されていない。このように、サファ
イア基板の改質処理されていない部分の上に形成された
AlN層４ａは、バッファ層として機能するが、サファイ
ア基板の改質処理された部分の上に形成されたAlN層４
ｂは、バッファ層として機能しないため、この後にIII
族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長を行う
際、III族窒化物系化合物半導体の核が発生しない。こ
れにより、サファイア基板の改質処理されていない部分
の上に形成されたAlN層４ａを中心に縦及び横方向成長
が可能となる。
【００１６】次に、ＭＯＣＶＤ装置で、サファイア基板
１の温度を1100℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/mi
n、TMGを5μmol/minで導入して、サファイア基板の改質
処理されていない部分の上に形成されたAlN層４ａを中
心に縦及び横方向エピタキシャル成長（図１の（ｈ））
によりGaN層５を形成した（図１の（ｉ））。尚、サフ
ァイア基板の改質された部分の上に形成されたAlN層４
ｂはGaN層５成長のためのバッファ層としては機能しな
いので、AlN層４ｂからの成長によってはGaN層５は形成
されないが、サファイア基板の改質処理されていない部
分の上に形成されたAlN層４ａを中心に縦及び横方向エ
ピタキシャル成長により形成されるGaN層５と密着して
いる。
１の温度を1100℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/mi
n、TMGを5μmol/minで導入して、サファイア基板の改質
処理されていない部分の上に形成されたAlN層４ａを中
心に縦及び横方向エピタキシャル成長（図１の（ｈ））
によりGaN層５を形成した（図１の（ｉ））。尚、サフ
ァイア基板の改質された部分の上に形成されたAlN層４
ｂはGaN層５成長のためのバッファ層としては機能しな
いので、AlN層４ｂからの成長によってはGaN層５は形成
されないが、サファイア基板の改質処理されていない部
分の上に形成されたAlN層４ａを中心に縦及び横方向エ
ピタキシャル成長により形成されるGaN層５と密着して
いる。
【００１７】〔ＭＯＣＶＤによるAlNバッファ層〕上記
実施例に対し、AlNバッファ層４をTMAとNH3によるMOCVD
法で形成した場合は、サファイア基板の改質処理した部
分のAlNバッファ層上部にもGaN層５が直接エピタキシャ
ル成長により形成され、効率的な選択成長ができず、貫
通転位を抑制することはできなかった。
実施例に対し、AlNバッファ層４をTMAとNH3によるMOCVD
法で形成した場合は、サファイア基板の改質処理した部
分のAlNバッファ層上部にもGaN層５が直接エピタキシャ
ル成長により形成され、効率的な選択成長ができず、貫
通転位を抑制することはできなかった。
【００１８】このように、本願発明の発明特定事項であ
る、サファイア基板のＡ面を用いた表面部分改質、反応
スパッタリングによるAlNバッファ層形成後のIII族窒化
物半導体の形成は、それらを他のものと置き替えた場合
とは著しく異なる効果を有することが明らかとなった。
また、表面改質においては、段差を生じさせるような長
時間のエッチングやダイシングを用いる必要はなく、極
めて短時間に達成できた。更に、サファイア基板の改質
処理された部分の上部のAlN層４ｂは、改質処理されて
いない部分の上部のAlN層４ａを中心に縦及び横方向エ
ピタキシャル成長により形成されるGaN層５と密着して
いるので、ダイシングやスクライブ等による素子分離の
際も、剥離、割れ、欠けは発生しなかった。
る、サファイア基板のＡ面を用いた表面部分改質、反応
スパッタリングによるAlNバッファ層形成後のIII族窒化
物半導体の形成は、それらを他のものと置き替えた場合
とは著しく異なる効果を有することが明らかとなった。
また、表面改質においては、段差を生じさせるような長
時間のエッチングやダイシングを用いる必要はなく、極
めて短時間に達成できた。更に、サファイア基板の改質
処理された部分の上部のAlN層４ｂは、改質処理されて
いない部分の上部のAlN層４ａを中心に縦及び横方向エ
ピタキシャル成長により形成されるGaN層５と密着して
いるので、ダイシングやスクライブ等による素子分離の
際も、剥離、割れ、欠けは発生しなかった。
【００１９】上記の発明の実施の形態としては、次の中
からそれぞれ選択することができる。
からそれぞれ選択することができる。
【００２０】III族窒化物系化合物半導体層を形成する
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いて
も良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いて
も良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。
【００２１】スパッタリングによるバッファ層の厚さ
は、5〜300nmが望ましい。さらに望ましくは、10〜120n
mが望ましく、最も望ましくは、30〜90nmである。ま
た、サファイア基板の表面改質のためのエッチングの深
さは0.5nm以上必要であり、且つ、AlNバッファ層４の厚
さ以下が望ましい。更に望ましくはAlNバッファ層４の
厚さの１／２以下、最も望ましくは１／１０以下であ
る。
は、5〜300nmが望ましい。さらに望ましくは、10〜120n
mが望ましく、最も望ましくは、30〜90nmである。ま
た、サファイア基板の表面改質のためのエッチングの深
さは0.5nm以上必要であり、且つ、AlNバッファ層４の厚
さ以下が望ましい。更に望ましくはAlNバッファ層４の
厚さの１／２以下、最も望ましくは１／１０以下であ
る。
【００２２】横方向エピタキシャル成長させる層、及び
／又は上層のIII族窒化物系化合物半導体は、III族元素
の組成の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換え
ても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ素(As)、
アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても本発明を
実質的に適用できる。また、これら元素を組成に表示で
きない程度のドープをしたものでも良い。
／又は上層のIII族窒化物系化合物半導体は、III族元素
の組成の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換え
ても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ素(As)、
アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても本発明を
実質的に適用できる。また、これら元素を組成に表示で
きない程度のドープをしたものでも良い。
【００２３】ｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープし
ても良い。
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープし
ても良い。
【００２４】サファイアのＡ面の表面改質のためのエッ
チングマスクは、AlNバッファ層に影響を与えることな
く除去可能なものであれば良い。例えばNi、Ti、Al等の
金属、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(Si3N4)、酸化チタン
(TiOX)、酸化ジルコニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化物、
これらの多層膜をもちいることができる。これらの成膜
方法は蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相成長法の他、任
意である。
チングマスクは、AlNバッファ層に影響を与えることな
く除去可能なものであれば良い。例えばNi、Ti、Al等の
金属、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(Si3N4)、酸化チタン
(TiOX)、酸化ジルコニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化物、
これらの多層膜をもちいることができる。これらの成膜
方法は蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相成長法の他、任
意である。
【００２５】上記の貫通転位の抑制された領域を有する
III族窒化物系化合物半導体の、全体或いは貫通転位の
抑制された領域を中心としてその上部にＦＥＴ、発光素
子等の半導体素子を形成することができる。発光素子の
場合は、発光層は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量
子井戸構造（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダ
ブルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或い
はｐｎ接合等により形成しても良い。
III族窒化物系化合物半導体の、全体或いは貫通転位の
抑制された領域を中心としてその上部にＦＥＴ、発光素
子等の半導体素子を形成することができる。発光素子の
場合は、発光層は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量
子井戸構造（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダ
ブルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或い
はｐｎ接合等により形成しても良い。
【００２６】上述の、貫通転位の抑制された領域を有す
るIII族窒化物系化合物半導体を、例えばサファイア基
板１、AlNバッファ層４を除去して、III族窒化物系化合
物半導体基板とすることができる。この上にIII族窒化
物系化合物半導体素子を形成することが可能であり、或
いはより大きなIII族窒化物系化合物半導体結晶を形成
するための基板として用いることができる。除去方法と
しては、メカノケミカルポリッシングの他、任意であ
る。
るIII族窒化物系化合物半導体を、例えばサファイア基
板１、AlNバッファ層４を除去して、III族窒化物系化合
物半導体基板とすることができる。この上にIII族窒化
物系化合物半導体素子を形成することが可能であり、或
いはより大きなIII族窒化物系化合物半導体結晶を形成
するための基板として用いることができる。除去方法と
しては、メカノケミカルポリッシングの他、任意であ
る。
【００２７】本発明の適用として、基板処理により貫通
転位の少ない領域を形成したのち、更に様々に提案され
ている横方向エピタキシャル成長を利用して、貫通転位
の多い領域上部に貫通転位の少ない領域を形成すること
も本発明に包含される。例えば本発明により貫通転位の
少ない領域と多い領域を有するIII族窒化物系化合物半
導体層の、貫通転位の多い領域にマスクを形成し、マス
クを形成していない貫通転位の少ない領域表面を核とし
てマスク上部を横方向エピタキシャル成長により覆うこ
とで、全体として貫通転位の少ないIII族窒化物系化合
物半導体層を得ることができる。その他、貫通転位の多
い領域上部での第２の横方向エピタキシャル成長は任意
である。
転位の少ない領域を形成したのち、更に様々に提案され
ている横方向エピタキシャル成長を利用して、貫通転位
の多い領域上部に貫通転位の少ない領域を形成すること
も本発明に包含される。例えば本発明により貫通転位の
少ない領域と多い領域を有するIII族窒化物系化合物半
導体層の、貫通転位の多い領域にマスクを形成し、マス
クを形成していない貫通転位の少ない領域表面を核とし
てマスク上部を横方向エピタキシャル成長により覆うこ
とで、全体として貫通転位の少ないIII族窒化物系化合
物半導体層を得ることができる。その他、貫通転位の多
い領域上部での第２の横方向エピタキシャル成長は任意
である。
【図１】本発明の一実施例に係るIII族窒化物系化合物
半導体の製造工程を示す断面図。
半導体の製造工程を示す断面図。
【図２】（ａ）は、サファイア基板の改質処理されてい
ない部分の上に形成されたAlN層４ａのＲＨＥＥＤ像の
写真図、（ｂ）は、サファイア基板の改質処理された部
分の上に形成されたAlN層４ｂのＲＨＥＥＤ像の写真
図。
ない部分の上に形成されたAlN層４ａのＲＨＥＥＤ像の
写真図、（ｂ）は、サファイア基板の改質処理された部
分の上に形成されたAlN層４ｂのＲＨＥＥＤ像の写真
図。
【符号の説明】
１ Ａ面を主面とするサファイア基板
２ Ni膜
３ フォトレジスト
４ バッファ層
５ III族窒化物系化合物半導体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 千代 敏明
愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１
番地 豊田合成株式会社内
(72)発明者 伊藤 潤
愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１
番地 豊田合成株式会社内
(72)発明者 林 稔真
愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１
番地 豊田合成株式会社内
(72)発明者 柴田 直樹
愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１
番地 豊田合成株式会社内
Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE13 BE15 DB01 EE02
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CA67 CA74 CA77
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AF09 BB08 BB12 CA10 DA53
DB06
Claims (4)
- 【請求項１】 サファイア基板の上にAlNバッファ層を
介してIII族窒化物系化合物半導体を成長させるIII族窒
化物系化合物半導体の製造方法であって、 ドライエッチングにより前記サファイア基板の少なくと
も一部を点状、ストライプ状又は格子状等の島状に、次
に成長させるAlNバッファ層の膜厚よりも浅い深さに改
質処理する工程と、 前記AlNバッファ層を改質処理後の前記サファイア基板
の上に形成する工程と、 所望のIII族窒化物系化合物半導体を、前記サファイア
基板の改質処理されなかった表面に形成された前記AlN
バッファ層を各として縦及び横方向エピタキシャル成長
させる工程とを有し、 前記AlNバッファ層は、Alをターゲットとし、窒素雰囲
気化で行う反応性スパッタリング法によることを特徴と
するIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項２】 前記サファイア基板はＡ面基板であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物
半導体の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のIII族窒
化物系化合物半導体の製造方法により製造した前記III
族窒化物系化合物半導体層の上層に、異なるIII族窒化
物系化合物半導体層を積層することにより得られること
を特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子。 - 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載のIII族窒
化物系化合物半導体の製造方法に加えて、縦及び横方向
エピタキシャル成長した部分の上層以外を略全部除去す
ることにより、前記III族窒化物系化合物半導体基板を
得ることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体基板
の製造方法。
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