JP2004115305A - 窒化ガリウム単結晶基板、その製造方法、窒化ガリウム系半導体素子および発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】転位密度が低く結晶品質に優れ、且つ大口径の珪素（Ｓｉ）単結晶を基板として利用し、その表面上に積層した窒化ガリウム単結晶層から結晶欠陥密度の小さい大面積の窒化ガリウム単結晶基板を製造する方法とその方法により製造された窒化ガリウム単結晶基板を提供する。
【解決手段】珪素単結晶基板の表面に、硼素とリンとを含む非晶質層を形成し、次に、非晶質層上にリン化硼素単結晶層を形成し、次に、リン化硼素単結晶層上に、第１の窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶層を成長させ、その後、上記の珪素単結晶基板、非晶質層およびリン化硼素単結晶層を除去して、第１の窒化ガリウム単結晶層を分離し、その後、第１の窒化ガリウム単結晶層の表面上に、第２の窒化ガリウム単結晶層を積層させて窒化ガリウム単結晶基板を製造する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、珪素（Ｓｉ）単結晶基板の表面上に、リン化硼素単結晶層を介して形成した窒化ガリウム単結晶層からなる窒化ガリウム単結晶基板とその製造方法、及びそれを用いて作製した窒化ガリウム系半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ガリウム・インジウム（ＧａＩｎＮ）、窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、近紫外帯、青色帯或いは緑色帯の短波長光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）を構成する機能層として利用されている。或いは、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接合型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）やヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等の高周波電子デバイスを構成するに利用されている。
【０００３】
従来より、窒化ガリウム系半導体素子を構成するための積層構造体をなすＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、もっぱらサファイア（α−Ａｌ_２Ｏ_３単結晶）或いは炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶を基板に用いて、その表面に気相成長を行っていた。例えば、有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）気相成長（ＶＰＥ）法や分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等の気相成長手段に依り形成されていた。しかしながら、例えばサファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）と窒化ガリウムとの格子ミスマッチ度は、約１４％と大である。従って、サファイア基板上に気相成長させた窒化ガリウム単結晶層は、内部におよそ１０^１０ｃｍ^−２或いはそれ以上の密度で転位を含む結晶品質に劣る結晶層となっている。
【０００４】
このため、最近では、窒化ガリウムとの格子整合性に優れる結晶材料、例えば、窒化ガリウム単結晶を基板に用いて、窒化ガリウム単結晶層が形成されている。基板として利用できる数十〜数百μｍの厚さの窒化ガリウム単結晶を得る技術手段として、例えば、１０ギガパスカル（単位：ＧＰａ）程度の高圧環境下に於いて、ガリウム（Ｇａ）とアンモニア（ＮＨ_３）とを化合させて窒化ガリウムを合成する高圧合成法が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。また、サファイア基板の表面に気相成長させた窒化ガリウム単結晶層を下地層とし、その上にハイドライド気相成長（ｈｙｄｒｉｄｅ　ＶＰＥ）法に依り、数十μｍ程度の窒化ガリウムの厚膜を成長させた後、サファイア基板を除去し、残存させた窒化ガリウム単結晶層を基板として利用する技術手段も開示されている（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】シルベスター　ポロスキー（Ｓｙｌｗｅｓｔｅｒ　Ｐｏｒｏｗｓｋｉ）、「ジャーナル　オブ　クリスタル　グロース（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＣｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ）」、オランダ、１９９８年、第１８９／１９０巻、ｐ．１５３〜１５８
【非特許文献２】ジェイ・エイ・フレイタス・ジュニア（Ｊ．Ａ．ＦＲＥＩＴＡＳ，ＪＲ）、外７名、「フィジカ　ステイタス　ソリディ（エイ）（ｐｈｙｓｉｃａ　ｓｔａｔｕｓ　ｓｏｌｉｄｉ（ａ））」、ドイツ、２００１年、第１８８巻、第１号、ｐ．４５７−４６１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、窒化ガリウム単結晶基板を得るための従来技術、例えば、上記の高圧合成法で得られる窒化ガリウム単結晶の大きさは、現状に於いて数ミリメートル（ｍｍ）から数センチメーチル（ｃｍ）の小片である。従って、例えば、ＬＥＤを廉価で多量に製造するに寄与できない。また、従来のハイドライドＶＰＥ法で得られる窒化ガリウム単結晶基板は、格子不整合性の大きなサファイアを下地として成長させているため、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位等の結晶欠陥が多量に含まれ、結晶品質の向上が望まれている。
【０００７】
本発明は、これらの従来技術の欠点を克服すべく成されたもので、転位密度が低く結晶品質に優れ、且つ大口径の珪素（Ｓｉ）単結晶を基板として利用し、その表面上に積層した窒化ガリウム単結晶層から結晶欠陥密度の小さい大面積の窒化ガリウム単結晶基板を製造する方法とその方法により製造された窒化ガリウム単結晶基板を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、
（１）珪素（Ｓｉ）単結晶基板の表面に、２５０℃以上１２００℃以下の基板温度で硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを含む非晶質層を形成し、次に、非晶質層上に７５０℃以上１２００℃以下の基板温度でリン化硼素（ＢＰ）単結晶層を形成し、次に、リン化硼素単結晶層上に、第１の窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶層を成長させ、その後、上記の珪素単結晶基板、非晶質層およびリン化硼素単結晶層を除去して、第１の窒化ガリウム単結晶層を分離し、その後、第１の窒化ガリウム単結晶層の表面上に、第２の窒化ガリウム単結晶層を積層させることを特徴とする窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
（２）リン化硼素単結晶層上に、非晶質からなる窒化ガリウム薄膜層を形成し、該窒化ガリウム薄膜層上に第１の窒化ガリウム単結晶層を堆積させることを特徴とする上記（１）に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
（３）窒化ガリウム薄膜層の層厚が、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする上記（２）に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
（４）窒化ガリウム薄膜層を、有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により２５０℃〜７５０℃の範囲の温度で形成することを特徴とする上記（２）または（３）に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
（５）基板に｛１１１｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板を用いることを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
（６）硼素とリンとを含む非晶質層の厚さを１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
（７）硼素とリンとを含む非晶質層とリン化硼素単結晶層とを、ともにＭＯＣＶＤ法で成長することを特徴とする上記（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
（８）第１の窒化ガリウム単結晶層および第２の窒化ガリウム単結晶層を、ともにハイドライド気相成長法により８００℃以上１１５０℃以下の温度で成長させることを特徴とする上記（１）ないし（７）のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
（９）第１の窒化ガリウム単結晶層上に、第１の窒化ガリウム単結晶層の層厚以上の第２の窒化ガリウム単結晶層を堆積することを特徴とする上記（１）ないし（８）のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
である。
【０００９】
また本発明は、
（１０）上記（１）ないし（９）のいずれか１項に記載の方法に依り製造された窒化ガリウム単結晶基板。
（１１）上記（１０）に記載の窒化ガリウム単結晶基板を備えていることを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子。
（１２）上記（１）ないし（９）のいずれか１項に記載の方法に依り製造された窒化ガリウム単結晶基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層を含む機能層が形成され、機能層の表面と窒化ガリウム単結晶基板の裏面にそれぞれオーミック電極が形成されていることを特徴とする発光ダイオード。
である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の珪素（Ｓｉ）単結晶基板としては、例えば、｛１００｝、｛１１０｝或いは｛１１１｝等の低いミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）指数の結晶面を表面とする珪素単結晶（シリコン）を用いることができる。或いはそれらの結晶面より角度にして数度から十数度傾斜した、所謂、オフカット（ｏｆｆ−ｃｕｔ）結晶面を表面とする珪素単結晶を基板として利用できる。ダイヤモンド（ｄｉａｍｏｎｄ）構造型の単結晶であるが故に、珪素原子が最も密に充填されている｛１１１｝結晶面を表面とする珪素単結晶は、特に好ましく使用できる。珪素単結晶表面上に設ける上層を構成する元素が、珪素単結晶表面からその内部へ侵入し拡散するのを抑制して、珪素単結晶の規則的な結晶構造が乱雑となるのを防止するに効果を上げられるからである。また、上層との間で平坦な接合界面を形成するに優位となるからである。また、転位密度の低い珪素単結晶基板は、上層へ貫通して伝搬する転位を減ずるに有効である。特に、転位密度を１×１０^２ｃｍ^−２以下、更には１×１０ｃｍ^−２以下とする低転位密度の珪素単結晶基板は、貫通転位の密度の低い上層を得るに効果を奏する。
【００１１】
珪素単結晶基板としては、高抵抗の結晶やｎ形またはｐ形の伝導形を呈する導電性の結晶の何れでも使用できるが、「反り」を抑制して、珪素単結晶基板を均一な温度に保持しつつ、窒化ガリウム単結晶層の成長を達成するためには、珪素単結晶基板の厚さは数百μｍ程度とするのが適する。直径５０ｍｍの珪素単結晶基板にあっては、およそ２５０μｍ〜４００μｍの厚さであるのが好適である。直径１００ｍｍの珪素単結晶基板にあっては、概して４００μｍ〜７００μｍの厚さであるのが適する。基板の厚さの約１／３〜約１／２の相当する深さの溝を裏面に設けた珪素単結晶基板は、窒化ガリウム単結晶層等の上層に亀裂（ｃｒａｃｋ）が発生するのを防止できる有益な基板として利用できる。
【００１２】
本発明では、珪素単結晶基板上に第１の窒化ガリウム単結晶層及び第２の窒化ガリウム単結晶層を堆積するに際し、先ず硼素とリンとを含む非晶質層を設ける。この非晶質層は、硼素とリンとを構成元素として含むリン化硼素系材料から構成する。リン化硼素系材料には、例えばＢ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{１− α − β − γ}Ｐ_{１− δ}Ａｓ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）、Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{１− α − β − γ}Ｐ_{１− δ}Ｎ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）等がある。より具体的には、単量体のリン化硼素（ＢＰ）やリン化硼素・ガリウム（Ｂ_αＧａ_γＰ：０＜α≦１、０≦γ＜１、α＋γ＝１）或いは窒化リン化硼素（ＢＰ_{１− δ}Ｎ_δ：０≦δ＜１）、窒化砒化硼素（Ｂ_αＡｓ_{１− δ}Ｎ_δ）等の複数のＶ族元素を含む混晶を例示できる。
【００１３】
リン化硼素系材料からなる非晶質層は、例えば、三塩化硼素（ＢＣｌ_３）や三塩化リン（ＰＣｌ_３）を出発原料とするハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法に依り気相成長できる。また、ボラン（ＢＨ_３）またはジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）とホスフィン（ＰＨ_３）等を原料とするハイドライド法や分子線エピタキシャル法で気相成長させられる。また、有機硼素化合物とリンの水素化合物を原料とする有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法に依り気相成長させられる。特に、ＭＯＣＶＤ法はトリエチル硼素（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ）等の易分解性の物質を硼素源としているため、低温で非晶質層を気相成長させるに有利な成長手段となる。
【００１４】
非晶質層は、その成長を妨害する酸化珪素膜或いは窒化珪素膜を、珪素単結晶基板の表面に形成させないために、酸素や窒素を多量に含まない雰囲気中で成長させる。例えば、水素（Ｈ_２）雰囲気中或いは水素とアルゴン（Ａｒ）等の単原子不活性ガスとの混合雰囲気中で成長させるのが好適である。非晶質層は、例えば、トリエチル硼素（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ_３）／水素（Ｈ_２）反応系常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法に依り、珪素単結晶基板の温度を２５０℃以上１２００℃以下として成長させる。７５０℃を超える高温では硼素とリンとを含む単結晶層或いは多結晶層が形成され易い傾向にあるが、この様な高温領域の成長では、硼素源に対しリン源の供給量、所謂、Ｖ／ＩＩＩ比率を低くすると非晶質層を形成できる。例えば、上記の反応系を利用するＭＯＣＶＤ法にあって、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝ＰＨ_３／（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ供給濃度比率）を０．２〜５０の低比率とすると、上記の高温領域でも非晶質層を安定して形成できる。非晶質層の厚さは、珪素単結晶の表面を充分に一様に被覆するに足る１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするのが好ましい。更に、５ｎｍ〜２０ｎｍの層厚とするのが好適である。非晶質層の層厚は、成長領域への硼素源の供給時間を調整して制御する。非晶質層の層厚は、例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）に依る断面ＴＥＭ技法等で実測できる。また、ＴＥＭを利用した非晶質層からの電子線回折像はハロー（ｈａｌｏ）なものとなる。
【００１５】
硼素とリンとを含む非晶質層上には、単量体のリン化硼素単結晶層を堆積する。リン化硼素単結晶層も非晶質層の場合と同じ成長手段に依り成長させるのが好ましい。成長温度としては、Ｂ_１３Ｐ_２等の多量体のリン化硼素結晶の発生を抑止できる１２００℃以下が適する。また、単結晶のリン化硼素層を得るに珪素単結晶の温度を７５０℃以上として成長させるのが適する。ところで、珪素単結晶の格子定数は０．５４３ｎｍであり、立方晶閃亜鉛鉱型のリン化硼素単結晶のそれは０．４５４ｎｍである。従って、珪素とリン化硼素との格子ミスマッチ度は約１６．５％と大きい。ここで上記の非晶質層は、この大きな格子ミスマッチを緩和して、ミスフィット転位等の結晶欠陥密度の低い良質のリン化硼素単結晶層をもたらす作用を有する。非晶質層とリン化硼素単結晶層の各々は異なる成長手段で形成できるが、非晶質層を形成したのと同一のＭＯＣＶＤ成長装置を使用して、非晶質層の成長に引き続き、同一のＭＯＣＶＤ法でリン化硼素単結晶層を成長させる手段が簡便にリン化硼素単結晶層を得るに最も有効となる。
【００１６】
閃亜鉛鉱（ｚｉｎｃ−ｂｌｅｎｄｅ）結晶型のリン化硼素単結晶の格子定数は、０．４５４ｎｍであり、立方晶（ｃｕｂｉｃ）の窒化ガリウム単結晶の格子定数０．４５１ｎｍと略同等である。また、リン化硼素単結晶の｛１１０｝結晶面の格子面間隔は、約０．３２０ｎｍである。この格子面間隔はウルツ鉱結晶型（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）の窒化ガリウムのａ軸の格子定数である０．３１９ｎｍに略一致する。即ち、単量体のリン化硼素単結晶層は、立方晶または六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）の窒化ガリウム単結晶層を堆積させるに際し、ミスマッチ度の極めて矮小な下地層（被堆積層）として有効に作用する。このため、窒化ガリウム単結晶層と接合する表面はリン化硼素単結晶層とするのが好適である。特に、六方晶の窒化ガリウム単結晶層を堆積するためには、リン化硼素単結晶層は、｛１１１｝結晶面、｛１１０｝結晶面、または｛１００｝結晶面等を表面とする単結晶層から構成するのが望ましい。これらの低ミラー指数の結晶表面では、表面に直角に交差する｛１１０｝結晶面が存在するからである。リン化硼素単結晶層の表面の面方位は、例えば、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）や電子線回折法等の手段により調査できる。
【００１７】
リン化硼素単結晶層の層厚は数十ｎｍから数百ｎｍとする。概して、３０００ｎｍ未満とするのが好適である。リン化硼素単結晶層は、導電性を付与する不純物を添加（ｄｏｐｉｎｇ）しつつ成長させても構わない。ｎ形の伝導を付与できる不純物には、元素周期律の第ＶＩ族の硫黄（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）がある。ｐ形不純物には、第ＩＩ族のベリリウム（Ｂｅ）等がある。また、リン化硼素単結晶層はアンドープ層であっても構わない。不純物を故意に添加しなくとも、成長温度如何に依ってアンドープでｐ形のリン化硼素単結晶層を得ることができる。約１０００℃未満の成長温度では、ｎ形の伝導を呈するアンドープのリン化硼素単結晶層が得られる。これらアンドープのリン化硼素単結晶層を下地層とすれば、窒化ガリウム単結晶層への不純物の拡散、侵入を抑制するに効果を上げられる。窒化ガリウム単結晶層の内部の不純物の濃度は、例えば、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等の分析手段に依り定量できる。
【００１８】
リン化硼素単結晶層上には、第１の窒化ガリウム単結晶層及び第２の窒化ガリウム単結晶層を成長させる。第１の窒化ガリウム単結晶層及び第２の窒化ガリウム単結晶層は何れも、昇華（ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ）法やハイドライドＶＰＥ法、ハロゲンＶＰＥ法或いはＭＯＣＶＤ法等の気相成長法に依り成長できる。特に、ハイドライドＶＰＥ法は毎時数μｍから数十μｍの大きな速度で窒化ガリウム単結晶層の成長を果たせるため、厚膜の窒化ガリウム単結晶層を成長させるに好適に利用できる。ハイドライドＶＰＥ法に依り窒化ガリウム単結晶層を成長させる温度は、８００℃〜１１５０℃とするのが望ましい。ハイドライドＶＰＥ法に依り窒化ガリウム単結晶層を成長させるに際し、窒素源にはアンモニア（ＮＨ_３）やジメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２Ｎ_２Ｈ_２）等を使用できる。アンモニア（ＮＨ_３）を窒素源とするハイドライドＶＰＥ法にあって、窒化ガリウム単結晶層を気相成長させるに好適な温度は約９５０℃〜約１１５０℃の範囲である。より低温の約８００℃〜約１０００℃での窒化ガリウム単結晶層の成長には、熱分解し易い非対称な分子構造のジメチルヒドラジンを窒素源とするのが適する。立方晶（ｃｕｂｉｃ）の窒化ガリウム単結晶層を得るには、ジメチルヒドラジン等の易熱分解性の窒素源を用いて比較的低温で成長するのが適する。
【００１９】
第１の窒化ガリウム単結晶層を設けるに際し、リン化硼素単結晶層上に予め、窒化ガリウムの薄膜層を「種」（ｓｅｅｄ）結晶層として設ければ、第１の窒化ガリウム単結晶層の堆積を促進するに効果が奏される。この「種」結晶層は、第１の窒化ガリウム単結晶層の堆積にあたり、成長核を提供する作用を有する。従って、リン化硼素単結晶層の表面の全面で均一な第１の窒化ガリウム単結晶層の成長を促進させるには、窒化ガリウム薄膜層は、リン化硼素単結晶層の表面の全面を均等に被覆できる厚さである必要がある。窒化ガリウム薄膜層は具体的には、１ｎｍ以上とするのが望ましい。更には、５ｎｍ以上の層厚とするのが好適である。窒化ガリウム薄膜層は、リン化硼素単結晶層と第１の窒化ガリウム単結晶層との間で熱膨張率の差異に因り発生する熱応力を緩和するに有効となる非晶質層から構成するのが最適である。非晶質の窒化ガリウム薄膜層は、例えば、トリエチルガリウム（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ_３）／水素（Ｈ_２）反応系常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法に依り、２５０℃〜７５０℃の範囲の温度で形成できる。特に、７５０℃を超える高温で成長させた層厚を５０ｎｍを超える窒化ガリウム薄膜層は、多結晶層となり、熱応力を充分に緩和できないことから好ましく利用できない。１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の好適な層厚の非晶質層からなる窒化ガリウム薄膜層は、リン化硼素単結晶層から第１の窒化ガリウム単結晶層が剥離するのを防止するにも有効に作用する。窒化ガリウム薄膜層の層厚は、成長領域へのガリウム源の供給時間を調整して制御でき、その膜厚は例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）に依る断面ＴＥＭ技法等で実測できる。また、非晶質層であれば、電子線回折像はハロー（ｈａｌｏ）なものとなる。
【００２０】
第１の窒化ガリウム単結晶層及び第２の窒化ガリウム単結晶層の合計の層厚は、直径５０ｍｍの珪素単結晶基板を用いた場合は、約８０μｍ以上で約４５０μｍ以下とするのが望ましい。また、直径１００ｍｍの珪素単結晶基板を用いた場合では、約３００μｍ以上で約７００μｍ以下とするのが望ましい。この様な合計の層厚の窒化ガリウム単結晶層は、本発明では複数回に分割して堆積する。例えば、２回の堆積を反復して、所望の層厚の窒化ガリウム単結晶層を得ることとする。例えば、リン化硼素単結晶層上への、層厚を８０μｍとする第１の窒化ガリウム単結晶層の堆積を終了した時点で、一旦、堆積を停止する。然る後、気相成長装置より取り出し、この時点で珪素単結晶基板と非晶質層とリン化硼素単結晶層を除去して、第１の窒化ガリウム単結晶層を分離し、残存させる。次に、残存させた第１の窒化ガリウム単結晶層を気相成長装置の内部に再び載置して、層厚が例えば、約１２０μｍの第２の窒化ガリウム単結晶層を第１の窒化ガリウム単結晶層上に堆積させる。これより、２回の気相成長をもって層厚を２００μｍとする厚膜の窒化ガリウム単結晶層を製造する。
【００２１】
上記に例示した如く、第１の窒化ガリウム単結晶層上に反復して窒化ガリウム単結晶層を堆積させて所望の層厚の窒化ガリウム単結晶層を得るにあって、リン化硼素単結晶層上に接合させて設ける第１の窒化ガリウム単結晶層の層厚は、窒化ガリウムと珪素単結晶基板との熱膨張率との差異に因り、珪素単結晶基板に然したる「反り」を発生させない層厚未満に留めておく。例えば、直径５０ｍｍの珪素単結晶基板については、第１の窒化ガリウム単結晶層の層厚は、望ましくは約３０μｍを超え、約１００μｍ未満とする。珪素単結晶基板、非晶質層およびリン化硼素単結晶層を除去した後に機械的強度を維持するためには、第１の窒化ガリウム単結晶層は約３０μｍを超える層厚とする必要がある。更には、約５０μｍ〜約８０μｍ程度とするのが好適である。
【００２２】
第１の窒化ガリウム単結晶層の堆積を終了した時点で珪素単結晶基板、非晶質層およびリン化硼素単結晶層を除去してしまえば、以後の窒化ガリウム単結晶層の堆積時に於ける「反り」を抑制するに効果的である。珪素単結晶基板は例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ_３）との混合液を用いる湿式エッチング法に依り好適に除去できる。フッ化水素酸（ＨＦ）−硝酸（ＨＮＯ_３）混合液に依る珪素単結晶の概略のエッチング速度は公知例より知れる。また、ドライ（ｄｒｙ）エッチング手段等に依り除去できる。例えば、三塩化硼素（ＢＣｌ_３）などのハロゲン化物を使用するプラズマ（ｐｌａｓｍａ）エッチング手段に依り除去できる。または、ダイヤモンド（ｄｉａｍｏｎｄ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化硼素（ＢＮ）或いは酸化物からなる高硬度の砥粒を使用して機械的な研磨に依り研削して除去できる。硼素とリンとを含む非晶質及びリン化硼素単結晶層は化学的な安定性が高いため、化学薬品に依る湿式エッチング手段よりも、プラズマエッチング手段や研削手段を利用して除去する手段が便宜である。
【００２３】
残存させた第１の窒化ガリウム単結晶層を新たに基板として、第２の窒化ガリウム単結晶層を堆積する手段に依れば、同種（ｈｏｍｏ）接合の関係に基づき、熱膨張率の差異に因る顕著な「反り」も無く、窒化ガリウムの厚膜結晶を得ることができる。残存させた第１の窒化ガリウム単結晶層上に設ける第２の窒化ガリウム単結晶層の場合、熱膨張率を相違する珪素単結晶基板上に設ける第１の窒化ガリウム単結晶層の場合とは相違し、層厚の制限は加わらない。従って、第２の窒化ガリウム単結晶層の層厚を、第１の窒化ガリウム単結晶層以上として堆積することとすれば、省力的に所望の層厚の厚膜の窒化ガリウム単結晶基板を得るに有効となる。第１の窒化ガリウム単結晶層上に、第２の窒化ガリウム単結晶層を堆積成長させるにあって、第１の窒化ガリウム単結晶層の結晶性は、その上層の第２の窒化ガリウム単結晶層等の結晶性に当然の事ながら影響を与える。転位密度等の結晶欠陥の少ない第１の窒化ガリウム単結晶層は、結晶性に優れる厚膜の窒化ガリウム単結晶基板を得るに貢献できる。転位密度の少ない良質の第１の窒化ガリウム単結晶層を得るには、本発明に係わる硼素とリンとを含む非晶質層とリン化硼素単結晶層とを下地とするのが得策となる。
【００２４】
第１の窒化ガリウム単結晶層上に、第２の窒化ガリウム単結晶層を接合させるに際し、第２の窒化ガリウム単結晶層は、通常、リン化硼素単結晶層が接合していたのとは反対側の表面、即ち、第１の窒化ガリウム単結晶層の表面上に設けることとする。リン化硼素単結晶層との接合界面の近傍の領域よりも、第１の窒化ガリウム単結晶層の成長表面側での結晶欠陥密度は低濃度となっており、結晶欠陥密度の小さな第２の窒化ガリウム単結晶層を得るに優位となるからである。第２の窒化ガリウム単結晶層をハイドライドＶＰＥ法に依り成長させる際の温度は、第１の窒化ガリウム単結晶層の成長温度と略同一とするのが望ましい。具体的には、８００℃〜１１５０℃の温度とするのが望ましい。約８００℃未満の低温では、例え、易分解性の窒素源を利用しても、第２の窒化ガリウム単結晶層は多結晶となり易く、単結晶層を得るに難を来す。また、第２の窒化ガリウム単結晶層を１１５０℃を超える高温で成長させると、ドナー（ｄｏｎｏｒ）として作用する窒素の空孔（ｖａｃａｎｃｙ）が顕著に発生することとなり、第１の窒化ガリウム単結晶層と同程度のドナー濃度の第２の窒化ガリウム単結晶層を得るのが困難となる。第２の窒化ガリウム単結晶層は、８００℃〜１１５０℃の温度範囲に於いて、第１の窒化ガリウム単結晶層の成長温度に対し大凡、±２５℃以内の成長温度で成長するのが望ましい。
【００２５】
また、第１の窒化ガリウム単結晶層と第２の窒化ガリウム単結晶層の伝導形は一致させるのが好ましい。第１の窒化ガリウム単結晶層と第２の窒化ガリウム単結晶層とで、不純物種は相違しても構わないが、各単結晶層間でキャリア濃度や抵抗率は略同一とするのが望ましい。結果として、厚膜方向にキャリア濃度を略均一とする厚膜の窒化ガリウム単結晶基板を得るためである。所望する導電率或いは抵抗率の窒化ガリウム単結晶層を得るのは、成長時に導電性を付与する不純物を堆積環境へ添加（ｄｏｐｉｎｇ）する手段に依る。例えば、調整された量の両性（ａｍｐｈｏｔｅｒｉｃ）不純物である珪素（Ｓｉ）を堆積環境に添加すればｎ形またはｐ形の伝導性の窒化ガリウム単結晶層を成長できる。窒化ガリウム単結晶層のキャリア濃度や抵抗率等は、一般的なホール（Ｈａｌｌ）効果測定法や電解Ｃ−Ｖ（容量−電圧）法等に依り測定できる。
【００２６】
上記のようにして、第１の窒化ガリウム単結晶層と第２の窒化ガリウム単結晶層とからなる本発明に係る窒化ガリウム単結晶基板を製造することができる。この窒化ガリウム単結晶基板を利用すれば、電気的特性に優れる化合物半導体素子を形成できる。例えば、導電性の厚膜の窒化ガリウム単結晶基板の裏面に一方の極性のオーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極を設け、表面上の、発光部を備えた積層構造体の構成層上に他方の極性のオーミック電極を配置してＬＥＤ或いはＬＤを構成できる。また、高抵抗である厚膜の窒化ガリウム単結晶基板を利用して、当該基板表面上に堆積された窒化ガリウム・インジウム混晶層（Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）を電子走行層とする電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を形成できる。珪素単結晶基板上に硼素とリンとを含む非晶質層とリン化硼素単結晶層とを介在させて設けた窒化ガリウム単結晶層は、転位密度が小さい等の結晶性に優れている。このため、本発明に記載の方法に依り形成した厚膜の窒化ガリウム単結晶層からなる窒化ガリウム単結晶基板は、局所的な耐圧不良の少ないＬＥＤ等の発光素子、或いは暗電流（ｄａｒｋ　ｃｕｒｒｅｎｔ）が低減されたアバランシェ（ａｖａｌａｎｃｈｅ）型またはＰＩＮ接合型受光素子を形成するに貢献できる。また、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）型ゲート（ｇａｔｅ）電極の漏洩（ｌｅａｋ）電流を抑制するに効果を挙げられ、ゲートピンチオフ（ｇａｔｅ　ｐｉｎｃｈ−ｏｆｆ）特性に優れ、高い相互コンダクタンス（所謂、ｇ_ｍ）のショットキー接合型ＦＥＴを形成するに有利となる。
【００２７】
【作用】
珪素単結晶基板と窒化ガリウム単結晶層との中間に設ける、硼素とリンとを含む非晶質層は、上層のリン化硼素単結晶層と珪素単結晶基板との格子ミスマッチを緩和して、ミスフィット転位等の結晶欠陥の少ないリン化硼素単結晶層をもたらす作用を有する。結晶性に優れるリン化硼素単結晶層は、窒化ガリウム単結晶との良好なマッチング性から、しいては、転位等の結晶欠陥の少ない第１の窒化ガリウム単結晶層及び第２の窒化ガリウム単結晶層をもたらす作用を発揮する。
【００２８】
リン化硼素単結晶層上に設ける窒化ガリウム薄膜層は、上層として第１の窒化ガリウム単結晶層を堆積するに際し、第１の窒化ガリウム単結晶層の堆積を促進する成長核を提供する種結晶層として作用すると共に、熱膨張率の相違に因る熱応力を緩和して、リン化硼素単結晶層からの第１の窒化ガリウム単結晶層の剥離を防止する作用を有する。
【００２９】
【実施例】
（第１実施例）
珪素単結晶基板上に、単量体のリン化硼素単結晶層を介して成長させた第１の窒化ガリウム単結晶層及び第２の窒化ガリウム単結晶層を利用して、窒化ガリウム単結晶基板を製造する場合を例にして、本発明の内容を具体的に説明する。
【００３０】
図１に、本第１実施例に係る窒化ガリウム単結晶基板を得るために形成した積層体１０の断面模式図を示す。珪素単結晶基板１０１には、硼素（Ｂ）を添加したｐ形の（１１１）面を有する直径２インチの珪素単結晶を用いた。この珪素単結晶の室温での比抵抗（抵抗率）は約１×１０^−３オーム・センチメートル（Ω・ｃｍ）であった。また、表面が鏡面（ｍｉｒｒｏｒ）に研磨され、裏面が粗研磨状態（ａｓ−ｌａｐｐｉｎｇ）の珪素単結晶基板１０１の厚さは約３５０μｍであった。
【００３１】
珪素単結晶基板１０１の表面上には、常圧（略大気圧）有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）手段を利用して、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを含む非晶質層１０２を堆積した。非晶質層１０２は、トリエチル硼素（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ）を硼素源とし、また、ホスフィン（ＰＨ_３）をリン源として、４５０℃で堆積した。硼素源に対するリン源のＭＯＣＶＤ反応系への単位時間に於ける供給比率（ＰＨ_３／（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ濃度比率；Ｖ／ＩＩＩ比率）は、約３０に設定した。非晶質層１０２の層厚は約１０ｎｍとした。非晶質層１０２上には、上記と同一のＭＯＣＶＤ手段に依り、リン化硼素（ＢＰ）単結晶層１０３を堆積させた。リン化硼素単結晶層１０３は、トリエチル硼素（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ）を硼素源とし、また、ホスフィン（ＰＨ_３）をリン源として、１０２５℃で堆積した。硼素源に対するリン源の供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率）は、約１２６０に設定した。キャリアガスとして用いた水素ガスの流量は１６リットル／分とした。リン化硼素単結晶層１０３の層厚は約５００ｎｍとした。不純物を故意に添加しない、所謂、アンドープ状態で形成したリン化硼素単結晶層１０３はｐ形の伝導を呈した。そのキャリア濃度は室温で約２×１０^１９ｃｍ^−３であった。
【００３２】
リン化硼素単結晶層１０３上には、ＭＯＣＶＤ手段に依り、窒化ガリウム（ＧａＮ））薄膜層１０４を堆積させた。窒化ガリウム薄膜層１０４は、トリメチルガリウム（（ＣＨ_３）_３Ｇａ）をガリウム源とし、また、アンモニア（ＮＨ_３）を窒素源として、３５０℃で堆積した。ガリウム源に対する窒素源の供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率）は、約３００に設定した。キャリアガスとして用いた水素ガスの流量は１６リットル／分とした。後のハイドライドＶＰＥ手段に依り、厚膜の窒化ガリウム単結晶層を堆積する際の種（ｓｅｅｄ）結晶とするための窒化ガリウム薄膜層１０４の層厚は２０ｎｍとした。
【００３３】
窒化ガリウム薄膜層１０４上には、ガリウム（Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ_３）／水素（Ｈ_２）反応系ハイドライドＶＰＥ手段により、第１の窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶層１０５を堆積した。第１の窒化ガリウム単結晶層１０５は、１０５０℃で堆積した。第１の窒化ガリウム単結晶層１０５の層厚が約５０μｍに到達した時点で、第１の窒化ガリウム単結晶層１０５の堆積を終了させた。約５５０℃の温度迄、アンモニアを堆積環境内に流通しつつ、第１の窒化ガリウム単結晶層１０５の温度を降下させた。さらにアンモニアの流通を停止し室温近傍の温度まで冷却した後、基板をハイドライドＶＰＥ装置より外部へ取り出した。
【００３４】
電子線回折法に依る解析から、リン化硼素単結晶層１０３は、閃亜鉛鉱型のリン化硼素結晶の｛１１１｝結晶面から構成されているのが示された。また、断面ＴＥＭ技法に依る観察では、リン化硼素単結晶層１０３の内部には、珪素単結晶基板１０１とリン化硼素単結晶層１０３との格子不整合に起因するミスフィット転位は殆ど視認され無かった。一方で、リン化硼素の（１１１）結晶方位に沿った積層欠陥（ｓｔａｃｋｉｎｇ　ｆａｕｌｔｓ）または（１１１）結晶面を双晶面とする双晶（ｔｗｉｎｎｉｎｇ）の存在が認められた。この事より、積層欠陥のミスフィット転位の吸収作用に依り、ミスフィット転位が視認されないと想到された。また、第１の窒化ガリウム単結晶層１０５は、リン化硼素単結晶層１０３の｛１１１｝表面に直角に交差する｛１１０｝結晶面の格子間隔と略同等の格子定数を有する｛０００１｝結晶面から構成されるものとなっていた。また、リン化硼素単結晶層１０３表面の略全面を被覆する様に設けた窒化ガリウム薄膜層１０４を介して第１の窒化ガリウム単結晶層１０５を堆積させたため、窒化ガリウム薄膜層１０４と第１の窒化ガリウム単結晶層１０５の接合界面には空洞（ｖｏｉｄ）の発生は認められず、また、第１の窒化ガリウム層１０５のリン化硼素単結晶層１０３からの剥離も生じていなかった。
【００３５】
その後、窒化ガリウム単結晶層１０５とは格子定数及び熱膨張率を異にする珪素単結晶基板１０１を、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ_３）との混合液でエッチングして除去した。超純水により洗浄した後、さらにダイアモンド（ｄｉａｍｏｎｄ）砥粒を用いて、非晶質層１０２とリン化硼素単結晶層１０３とを研削し、除去した。これより、窒化ガリウム薄膜層１０４及び第１の窒化ガリウム単結晶層１０５を残存させた。
【００３６】
残存させた窒化ガリウム薄膜層１０４及び第１の窒化ガリウム単結晶層１０５からなる接合体を、ハイドライドＶＰＥ装置の内部に再び載置して、第１の窒化ガリウム単結晶層１０５上に、第２の窒化ガリウム単結晶層１０６を堆積した。第２の窒化ガリウム単結晶層１０６は、第１の窒化ガリウム単結晶層１０５と同じく１０５０℃で堆積した。第２の窒化ガリウム単結晶層１０６も、第１の窒化ガリウム単結晶層１０５と同じく亀裂の無い連続した｛０００１｝面を有する単結晶層となった。第２の窒化ガリウム単結晶層１０６の層厚は、約２００μｍとした。従って、第１の窒化ガリウム単結晶層１０５および第２の窒化ガリウム単結晶層１０６の合計の層厚は約２５０μｍとなった。第２の窒化ガリウム単結晶層１０６の堆積を終了した後、アンモニア（ＮＨ_３）ガスをハイドライドＶＰＥ反応系に通流しつつ、第１の窒化ガリウム単結晶層１０５及び第２の窒化ガリウム単結晶層１０６からなる窒化ガリウム単結晶基板を、約５５０℃の温度まで降温した。その後、アンモニアの通流を停止し室温近傍の温度に徐冷した後、窒化ガリウム単結晶基板をハイドライドＶＰＥ装置より外部へ取り出した。第１の窒化ガリウム単結晶層１０５及び第２の窒化ガリウム単結晶層１０６の何れにも亀裂（ｃｒａｃｋ）は認められかった。
【００３７】
次に、第１の窒化ガリウム単結晶層１０５の裏面（窒化ガリウム薄膜層１０４が接合していた側の面）をダイヤモンド（ｄｉａｍｏｎｄ）砥粒を使用して機械的に研磨した。一方の第２の窒化ガリウム単結晶層１０６の表面は、ダイヤモンド砥粒及び酸化セリウムの細粒で鏡面に研磨した。研磨により、第２の窒化ガリウム単結晶層１０６の表層部の深さ約５ｎｍの領域が研削され除去された。その後、フッ化水素酸と硝酸との混合液を用いて、研磨した第１の窒化ガリウム単結晶層１０５及び第２の窒化ガリウム単結晶層１０６の表面をフッ化水素酸及び硝酸の混酸で化学的に処理を施した。
【００３８】
厚膜の第１の窒化ガリウム単結晶層１０５及び第２の窒化ガリウム単結晶層１０６が接合してなる窒化ガリウム単結晶基板の転位密度は、約２×１０^５ｃｍ^−２と従来に無く低密度であった。また、「反り」はワープ（ｗａｒｐ）にして８．６×１０^−４ｃｍと少なかった。一般のホール（Ｈａｌｌ）効果測定法で判別される伝導形はｎ形で、キャリア濃度は約７×１０^１７ｃｍ^−３であった。これより、本発明に依れば、低転位密度の窒化ガリウム単結晶基板が製造できるのが示された。
【００３９】
（第２実施例）
本発明により製造した窒化ガリウム単結晶基板を用いて窒化ガリウム系発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造した例を用いて、本発明の内容を具体的に説明する。
【００４０】
図２に本第２実施例に係わるＬＥＤ１２の断面構造を模式的に示す。基板１０７には、上記の第１実施例で得られたものと同じｎ形の窒化ガリウム単結晶基板を使用した。窒化ガリウム単結晶基板１０７上には、次の（１）〜（４）に記載の材料からなる各機能層を順次ＭＯＣＶＤ法で気相成長させて、ＬＥＤ用途の積層構造体１１を形成した。
（１）珪素（Ｓｉ）ドープのｎ形窒化ガリウム層からなる下部クラッド層１０８
（２）Ｓｉドープのｎ形窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_０．８５Ｉｎ_０．１５Ｎ）層からなる発光層１０９
（３）アンドープでｎ形の単量体リン化硼素層からなる蒸発防止層１１０
（４）マグネシウム（Ｍｇ）ドープｐ形窒化ガリウム層からなる上部クラッド層１１１。
下部クラッド層１０８をなすｎ形ＧａＮ層のキャリア濃度は約３×１０^１８ｃｍ^−３で、層厚は４００ｎｍとした。発光層１０９はキャリア濃度が約６×１０^１７ｃｍ^−３で層厚が約１２０ｎｍのＧａ_０．８０Ｉｎ_０．２０Ｎ層から構成した。蒸発防止層１１０はキャリア濃度が約１×１０^１９ｃｍ^−３で層厚が約１５ｎｍのＢＰ層とした。また、上部クラッド層１１１をなすｐ形ＧａＮ層は、キャリア濃度が約５×１０^１７ｃｍ^−３で層厚が１１０ｎｍとした。
【００４１】
積層構造体１１の最表層の上部クラッド層１１１の中央部に、台座（ｐａｄ）電極として直径を約１．３×１０^−２ｃｍとするｐ形オーミック電極１１２を配置した。ｐ形オーミック電極１１２は、上部クラッド層１１１に接触する側を酸化ニッケルとしたＮｉＯ／金（Ａｕ）からなる２層重層構造から構成した。また、ｎ形の窒化ガリウム単結晶基板１０７の裏面の略全面には、ｎ形オーミック電極１１３を形成した。ｎ形オーミック電極１１３は、基板１０７に接する側をアルミニウム（Ａｌ）としたＡｌ／チタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）の３層構造から構成した。次に積層構造体１１を、一辺を約３．０×１０^−２ｃｍとする正方形のチップに裁断し、図２に示すような、窒化ガリウム単結晶基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層を含む機能層が形成され、機能層の表面と窒化ガリウム結晶基板の裏面にそれぞれオーミック電極が形成されているＬＥＤ１２を形成した。
【００４２】
ｐ形オーミック電極１１２とｎ形オーミック電極１１３と間に順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の順方向電流を通流し、ＬＥＤ１２を発光させた。得られた発光特性を以下に纏める。
（ａ）発光波長：約４３０ｎｍ
（ｂ）発光スペクトル半値幅（ＦＷＨＭ）：　約０．３ｅＶ
（ｃ）発光強度（チップ状態）：約１．４×１０^−２ワット（Ｗ）
（ｄ）順方向電圧（順方向電流２０ｍＡ時）：約３．６ボルト（Ｖ）
（ｅ）逆方向電圧（逆方向電流１０μＡ時）：約１４Ｖ
特に、約２×１０^５ｃｍ^−２と転位密度の低い厚膜のＧａＮ単結晶基板を利用したために、局所的な耐圧不良（ｌｏｃａｌ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）は殆ど無く、安定して良好な整流性が発揮され、順方向及び逆方向電圧共々、均一なＬＥＤが提供された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に依れば、珪素単結晶基板上に、硼素とリンとを含む非晶質層およびリン化硼素単結晶層を介して第１の窒化ガリウム単結晶層を堆積した時点で、窒化ガリウム結晶とは格子定数及び熱膨張率とを異にする珪素単結晶基板を除去して、改めて第１の窒化ガリウム単結晶層上に第２の窒化ガリウム単結晶層を堆積するため、珪素単結晶と窒化ガリウム結晶との熱膨張率の差異に因って生ずる「反り」を回避することができるので、第１の窒化ガリウム単結晶層上にそれよりも厚膜の第２の窒化ガリウム単結晶層を問題無く堆積でき、亀裂も無い低転位密度の窒化ガリウム単結晶基板を製造することができる。
【００４４】
特に本発明では、リン化硼素単結晶層上に窒化ガリウム薄膜層を介在させて、第１の窒化ガリウム単結晶層を堆積することとしたので、窒化ガリウム薄膜層の「種」結晶層としての作用に因り、空洞が無く、連続性のある第１の窒化ガリウム単結晶層を形成するに効果を挙げられ、しいては「反り」の少ない、低転位密度の第２の窒化ガリウム単結晶層をもたらすに貢献できる。
【００４５】
また、本発明の低転位密度の窒化ガリウム単結晶基板を利用すれば、耐圧不良の少ない安定した整流性を呈するＬＥＤ等の窒化ガリウム系半導体素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る積層体の断面模式図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るＬＥＤの断面模式図である。
【符号の説明】
１０　積層体
１１　積層構造体
１２　ＬＥＤ
１０１　珪素単結晶基板
１０２　非晶質層
１０３　リン化硼素単結晶層
１０４　窒化ガリウム薄膜層
１０５　第１の窒化ガリウム単結晶層
１０６　第２の窒化ガリウム単結晶層
１０７　窒化ガリウム単結晶基板
１０８　下部クラッド層
１０９　発光層
１１０　蒸発防止層
１１１　上部クラッド層
１１２　ｐ形オーミック電極
１１３　ｎ形オーミック電極

Claims (12)

1. 珪素（Ｓｉ）単結晶基板の表面に、２５０℃以上１２００℃以下の基板温度で硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを含む非晶質層を形成し、次に、非晶質層上に７５０℃以上１２００℃以下の基板温度でリン化硼素（ＢＰ）単結晶層を形成し、次に、リン化硼素単結晶層上に、第１の窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶層を成長させ、その後、上記の珪素単結晶基板、非晶質層およびリン化硼素単結晶層を除去して、第１の窒化ガリウム単結晶層を分離し、その後、第１の窒化ガリウム単結晶層の表面上に、第２の窒化ガリウム単結晶層を積層させることを特徴とする窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
2. リン化硼素単結晶層上に、非晶質からなる窒化ガリウム薄膜層を形成し、該窒化ガリウム薄膜層上に第１の窒化ガリウム単結晶層を堆積させることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
3. 窒化ガリウム薄膜層の層厚が、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
4. 窒化ガリウム薄膜層を、有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により２５０℃〜７５０℃の範囲の温度で形成することを特徴とする請求項２または３に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
5. 基板に｛１１１｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
6. 硼素とリンとを含む非晶質層の厚さを１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
7. 硼素とリンとを含む非晶質層とリン化硼素単結晶層とを、ともにＭＯＣＶＤ法で成長することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
8. 第１の窒化ガリウム単結晶層および第２の窒化ガリウム単結晶層を、ともにハイドライド気相成長法により８００℃以上１１５０℃以下の温度で成長させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
9. 第１の窒化ガリウム単結晶層上に、第１の窒化ガリウム単結晶層の層厚以上の第２の窒化ガリウム単結晶層を堆積することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法に依り製造された窒化ガリウム単結晶基板。
11. 請求項１０に記載の窒化ガリウム単結晶基板を備えていることを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子。
12. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法に依り製造された窒化ガリウム単結晶基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層を含む機能層が形成され、機能層の表面と窒化ガリウム単結晶基板の裏面にそれぞれオーミック電極が形成されていることを特徴とする発光ダイオード。

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