JP2004137135A

JP2004137135A - 薄膜付き石英基板

Info

Publication number: JP2004137135A
Application number: JP2002305980A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Yamamoto; 山本　俊郎
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-21
Also published as: JP4036073B2

Abstract

【課題】ＧａＮなどの良質な六方晶系の窒化物半導体結晶を成長させるのに適した、ＺｎＯ薄膜付き石英基板において、半導体結晶成長時に　７００〜９００　℃の温度に加熱されても、ＺｎＯ系薄膜にマイクロクラックが発生しないよう、耐熱性を改善する。
【解決手段】石英基板上に、ＺｎとＳｉと酸素を含み、Ｚｎ／Ｓｉ原子比が０．２２〜３．７　の非晶質薄膜からなる、好ましくは厚みが約１０〜８０　ｎｍ　の中間層を形成した後、その上に、ｃ軸方向に優先配向した結晶質のＺｎＯ薄膜を形成した、ＺｎＯ薄膜付き石英基板とする。ＺｎＯ薄膜は、Ａｌ、ＢなどのＩＩＩ　族元素をドープして導電性を高め、透明電極として機能させうる。中間層とＺｎＯ系薄膜は、例えば、スパッタ法により、続けて成膜することができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光デバイスや受光デバイスに用いられる半導体結晶の結晶成長に使用される基板に関する。特に、７００　℃以上の高温での結晶成長が必要である、ＧａＮなどの化合物半導体の結晶性を向上させる機能を持つ透明な薄膜が形成された、薄膜付き石英基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
青色光を発生する発光ダイオード用や紫外光を検出する受光　（光電変換）　ダイオード用の半導体材料として、ＧａＮなどの　ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が用いられている。この種の半導体は大型の単結晶を作製することが困難であることから、同じ六方晶のサファイア結晶のｃ面　（００１　面）　を基板とし、その上にＭＢＥ　（分子線エピタキシー）　法やＭＯＣＶＤ　（有機金属気相成長）　法などにより結晶を成長させるという方法で製作される。基板温度は、ＭＢＥ法によるＧａＮ成膜の場合で　７００〜９００　℃であり、ＭＯＣＶＤ法では一般に１０００℃以上となる。
【０００３】
サファイア基板は、高価で、直径が４インチ（約１０　ｃｍ）を超える大面積化は困難である。そこで、安価で光学的特性と耐熱性とに優れ、４インチ以上の大面積化が可能な、石英ガラス　（シリカガラス）　からなる石英基板上にＧａＮなどの半導体からなるデバイスを製作することが、従来より望まれている。
【０００４】
しかし、そのような石英基板は、通常のガラス基板と同様に、非晶質であるため、良質な半導体結晶をその上に形成することができない。
そこで、特許文献１には、ガラス基板上に、ｃ軸に優先配向した六方晶ＺｎＯ結晶をまず成長させ、こうして形成された結晶質のＺｎＯ薄膜の上にＧａＮ結晶を成長させることによって、ｃ軸に優先配向したＧａＮ結晶の薄膜を作製した、ＧａＮ発光素子が提案されている。なお、特許文献１では、基板はガラスのような非晶質材料と結晶質材料のいずれでもよいとされているが、具体的にはガラス基板を使用している。
【０００５】
ＺｎＯ結晶からなる薄膜は、可視光波長域では透明であるため、発光ダイオードなどに使用される透明基板上に形成しても、基板の透明性を損なわない。また、ＺｎＯ薄膜は、通常の成膜条件ではＺｎ過剰の組成または酸素欠乏の組成となってｎ型伝導を示すことから、好ましくはＡｌやＧａをドープして導電性を高めて、透明電極などの透明導電膜として機能させることも行われている。
【０００６】
なお、本明細書では、ドーパント（ドープ元素）を含有するＺｎＯ薄膜と含有しないＺｎＯ薄膜とを含む意味でＺｎＯ系薄膜と称する。
特許文献２には、後述する課題の解決手段に関連する、中間層を設けた透明導電膜におけるマイクロクラック（ヘアクラック）の発生を防止する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５７−１０２８０　号公報　（特許請求の範囲、第２頁左上欄〜右上欄）
【特許文献２】
特開２０００−２６１０１３号公報　（特許請求の範囲、００１１欄、００１３欄）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示の技術を、熱膨張係数の極めて小さい石英基板に適用した場合、ｃ軸配向したＺｎＯ系薄膜を設けた石英基板を、その上にＧａＮ結晶を成長させるために加熱する際に、ＺｎＯと石英との熱膨張係数の差による歪みのために、ＺｎＯ系薄膜に図２に示すようなマイクロクラックが発生する。ＺｎＯ系薄膜に発生したマイクロクラックは、その上に成長させるＧａＮ結晶のクラック発生の原因となり、良質のＧａＮ結晶の成長を不可能にする。また、ＺｎＯ系薄膜を透明導電膜としても機能させる場合には、マイクロクラックによりＺｎＯ系薄膜の導電性が劣化することも問題となる。
【０００９】
従って、特許文献１に開示の技術は、ガラス基板に比べて熱膨張係数が極めて小さい石英基板には、そのままでは適用することができない。
本発明は、ＧａＮなどの良質な半導体結晶、特に六方晶系の半導体結晶を成長させることができる石英基板を提供することを課題とする。より具体的な課題は、結晶質のＺｎＯ系薄膜を設けた石英基板であって、半導体結晶の成長時に７００　℃以上の温度に加熱されてもＺｎＯ系薄膜にマイクロクラックが発生しない、耐熱性に優れたＺｎＯ系薄膜付き石英基板を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、石英基板上のＺｎＯ系薄膜を加熱した際に基板との熱膨張係数の差が原因でＺｎＯ系薄膜に発生するマイクロクラックを、基板と薄膜との間に中間層を介在させることで防止すべく検討した。
【００１１】
そのような中間層の利用は、例えば、特許文献２に開示されている。特許文献２に開示の技術では、太陽電池に適したＳｎＯ_２からなる透明導電膜に関して、ガラス（アルカリ含有）基板上に、結晶性を有する金属酸化物（例、ＺｎＯ）の下地膜を形成して表面に微細凹凸を導入し、その上に常法に従ってアルカリバリア用のＳｉＯ_２膜とＳｎＯ_２透明導電膜とを形成する。
【００１２】
しかし、この技術をＺｎＯ系薄膜の成膜に適用して、結晶性を有する金属酸化物の下地膜の上にＺｎＯ系薄膜を形成しても、下地膜が表面凹凸を有する結晶質の薄膜であるため、その上に形成されたＺｎＯ系薄膜は、ｃ軸配向した結晶質の薄膜とはならないことが判明した。
【００１３】
本発明者は、石英基板上のＺｎＯ系薄膜に加熱時に発生するマイクロクラックの防止に有効な中間層を探索した。その結果、Ｚｎ−Ｓｉ−Ｏ系の非晶質薄膜を石英基板とＺｎＯ系薄膜との間に中間層として介在させると、その上に成長させたＺｎＯ結晶はｃ軸に優先配向し、かつ加熱時の熱膨張係数差に起因する歪みが小さくなってマイクロクラックが発生しにくくなり、マイクロクラック発生温度が、中間層がない場合に比べて　１００〜３００　℃高くなることが明らかになった。
【００１４】
この知見に基づいて完成した本発明は、
石英ガラスからなる石英基板上に、所定方向に優先配向した、ドーパントを含有していてもよい結晶質ＺｎＯ系薄膜を備えた薄膜付き石英基板であって、
前記薄膜と石英基板との間に、ＺｎとＳｉと酸素を含む非晶質薄膜からなる中間層が形成されていることを特徴とする薄膜付き石英基板
である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る薄膜付き石英基板は、図１に示すように、非晶質ＳｉＯ_２（石英ガラス）からなる石英基板上に、ＺｎとＳｉと酸素を含む非晶質薄膜からなる中間層を介して、所定方向（通常は図１に記載のようにｃ軸方向）に優先配向した結晶質のＺｎＯ系薄膜を有する。ＺｎＯ系薄膜は、前述したように、ドーパントを含有するＺｎＯ薄膜と、ＺｎＯのみからなる薄膜のいずれでもよい。
【００１６】
ＺｎＯ系薄膜は、ガラス基板や石英基板といった非晶質の基板上に直接成膜した場合には、一般に多結晶化してｃ軸方向に優先配向される。従って、その上にｃ軸配向したＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させることができるので、ＺｎＯ系薄膜付きの基板は、良質なＧａＮ結晶の成長用基板として使用できる。
【００１７】
発光ダイオード等として機能させるＧａＮ結晶を成長させる場合、基板は高い透明性を示し、かつＧａＮ結晶成長時の温度に耐える耐熱性に優れた材料から構成する必要がある。従って、通常のガラス基板では耐熱性が不十分で、石英基板が好適となる。しかし、石英基板上にＺｎＯ系薄膜を形成すると、ｃ軸配向した薄膜とはなるものの、前述したように、基板との熱膨張係数の差が大きいため、ＺｎＯ系薄膜上にＧａＮ結晶を成長させる際の加熱によってＺｎＯ系薄膜にマイクロクラックが発生するため、良質のＧａＮ結晶の成長が妨げられる。
【００１８】
本発明では、石英基板とＺｎＯ系薄膜との間に、ＺｎとＳｉと酸素を含む非晶質薄膜からなる中間層を介在させることで、その上に形成したＺｎＯ系薄膜の優先配向性を確保しつつ、ＺｎＯ系薄膜の耐熱性を高め、加熱されてもマイクロクラックが発生しにくい、ｃ軸配向したＺｎＯ系薄膜を石英基板上に実現することができる。
【００１９】
中間層が、特許文献２に開示されているようにＺｎＯ薄膜であると、表面に微小凹凸を有する結晶質の中間層となる。この結晶質のＺｎＯ中間層の上に、さらにＺｎＯ結晶を成長させた場合、中間層の表面凹凸によって結晶の優先配向性が乱され、ｃ軸に優先配向したＺｎＯ系薄膜を得ることができない。
【００２０】
本発明で利用する中間層は、ＺｎとＳｉと酸素を含む非晶質薄膜である。この中間層の組成は、Ｚｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚなる組成式で示すことができる。ここで、ｘ、ｙ、ｚはいずれも０より大であるが、非晶質の薄膜が形成可能であれば、組成は特に制限されない。この中間層は、Ｚｎ−Ｏ結合とＳｉ−Ｏ結合とを含有するＺｎとＳｉとの複合酸化物から構成され、石英基板とＺｎＯ系薄膜との中間の熱膨張係数を有するため、加熱時にＺｎＯ系薄膜が受ける歪みを低減し、マイクロクラックの発生を防止することができる。しかし、この中間層は、単に基板のＳｉＯ_２と薄膜のＺｎＯとの中間的な性質を有するものではない。
【００２１】
即ち、結晶学的には、この中間層は石英基板と同様に非晶質であって、非晶質である基板と結晶質であるＺｎＯ系薄膜との中間的な性質（部分的に結晶質を含むこと）を有してはいない。本発明で利用する中間層が非晶質となるのは、中間層に含まれるＳｉ−Ｏ結合が、中間層の成膜時にＺｎＯの多結晶化を防ぐ役割をするからである。中間層に含まれるＳｉ原子数が少ないと、石英基板に接して多結晶化するＺｎＯ領域が多くなるため、非晶質の薄膜とはならない。
【００２２】
中間層の組成は、上記組成式におけるｘ／ｙ比（即ち、Ｚｎ／Ｓｉ原子比）が０．２２〜３．７　の範囲内となる組成であることが好ましい。Ｚｎ／Ｓｉ原子比が０．２２より小さいと、中間層に含まれるＳｉ原子数が多すぎ、中間層の結晶構造が石英基板の結晶構造に近くなって、石英基板に直接ＺｎＯ結晶を成長させた場合と同様の結果となることがある。つまり、ＺｎＯ系薄膜のｃ軸配向性は得られるものの、加熱時のマイクロクラック発生が中間層／ＺｎＯ系薄膜の界面で起こり易くなり、中間層によるマイクロクラック発生の防止効果が十分には得られないことがある。一方、Ｚｎ／Ｓｉ原子比が３．７　より大きいと、中間層に含まれるＳｉ原子数が少なすぎて、中間層全体が非晶質にはならず、中間層の表面凹凸が大きくなって、石英基板に垂直方向へのＺｎＯ成長が妨げられる結果、ＺｎＯ系薄膜のｃ軸配向性が劣化する。また、中間層の結晶構造がＺｎＯ薄膜の結晶構造に近くなり、ＺｎＯ系薄膜のマイクロクラックの発生が起こり易くなる。Ｚｎ／Ｓｉ原子比は、より好ましくは　０．５〜２．０　の範囲である。
【００２３】
中間層の厚みは約１０〜８０　ｎｍ　の範囲内とすることが好ましい。この範囲内では、中間層の上に良好なｃ軸配向のＺｎＯ系薄膜を成膜することができ、中間層の厚みも均一となる。しかし、中間層の厚みが約８０　ｎｍ　より大きくなると、中間層の表面近傍の凹凸が大きくなり、それぞれの微小な領域で基板表面に垂直な方向から大きくずれてＺｎＯ結晶が成長するため、良好なｃ軸配向のＺｎＯ系薄膜が得られにくくなる。一方、約１０　ｎｍ　より薄い中間層は、一般に膜厚制御がむずかしく、成膜法によっては　（例、スパッタ法）　中間層が島状に成長するため、均一な厚みの中間層を安定して形成することが困難である。さらに、中間層の厚みが１０　ｎｍ　より薄いと、基板とＺｎＯ系薄膜との熱膨張係数の差に起因する加熱時のマイクロクラックの発生を防止する効果も非常に小さくなる。中間層の厚みは、より好ましくは約３０〜７０　ｎｍ　の範囲内である。
【００２４】
前述した非晶質の中間層の上にＺｎＯ系薄膜を形成すると、ＺｎＯ系薄膜はｃ軸に優先配向した六方晶結晶構造の薄膜となる。そのため、このＺｎＯ系薄膜を表面に有する薄膜付き石英基板の上に、ＧａＮなどの六方晶結晶を成長させて、良質な結晶質機能膜を成膜することができる。本発明の薄膜付き石英基板上に成膜可能な機能材料の例としては、青色発光ダイオードや紫外レーザなどとして有用な、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮといった、Ｇａを含む窒化物半導体が挙げられる。
【００２５】
ＺｎＯ系薄膜のｃ軸配向性は、本発明の薄膜付き石英基板のＸ線回折計による測定　（θ−２θ法）　で判定することができる。石英基板と中間層は非晶質であり、回折ピークを示さないので、結晶質のＺｎＯ系薄膜からの回折ピークだけが測定される。この測定で得られたＸ線回折パターンが、図３に示すように、　（００１）面の回折ピークのみを示す場合、ＺｎＯ系薄膜はｃ軸に優先配向していると見なすことができる。
【００２６】
ＺｎＯ系薄膜が石英基板に優先配向性（例、ｃ軸配向性）を付与する機能だけを果たせばよい場合には、この層はＺｎＯのみからなる薄膜でよい。一方、ＺｎＯ系薄膜がｎ型伝導性を有することを利用して、この層に透明導電体（例、透明電極）としての機能も同時に持たせる場合には、ＺｎＯの導電性を高めるのに有効な適当な元素（例、Ｂ、Ａｌ、ＧａなどのＩＩＩ　族元素）　をドーパントとして含有させることが好ましい。ドーパントの添加量は、Ｚｎに対する原子比率で０．０５〜０．５　％程度である。ＺｎＯ系薄膜の厚みは　１００〜４００　ｎｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは　１２０〜３００　ｎｍの範囲内である。
【００２７】
石英基板は、透明な非晶質ＳｉＯ_２（石英ガラス）　からなる任意の基板でよく、例えば、四塩化ケイ素の火炎加水分解法や気相軸付け法により製造される合成石英と、天然石英（例、水晶）を溶融して得られる溶融石英のいずれからなる基板であってもよい。
【００２８】
中間層およびＺｎＯ系薄膜の成膜方法は特に制限されず、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法などを含む、適用可能な任意の方法でこれらの層を形成することができる。後述する実施例ではスパッタ法による成膜例を示すが、他の方法でも成膜できることは当業者には理解されよう。
【００２９】
【実施例】
合成石英または溶融石英を原料とする、厚さ約０．５　ｍｍ、直径３インチ（７６ｃｍ）　の円形ウエハ上に、高周波スパッタ法により、中間層としてＺｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚの非晶質薄膜を成膜する。スパッタのターゲットには、所定のｘ／ｙ比率　（Ｚｎ／Ｓｉ原子比）　となるようにＳｉＯ_２粉末とＺｎＯ粉末とを混合して約１ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で固めたディスクを用いる。スパッタ条件は、真空度１Ｐａ、Ａｒ雰囲気、基板温度１２０　℃、高周波出力１００　Ｗである。
【００３０】
中間層を形成した石英基板を、真空外に出すことなく、同じスパッタ装置内で基板を別のターゲット上に移動させることにより、ＺｎＯ系薄膜の成膜に供する。ＺｎＯ系薄膜に透明電極の機能を持たせる場合にはＡｌドープを行う。スパッタのターゲットは、非ドープ時には通常のＺｎＯ焼結体、Ａｌドープ時にはＡｌ_２Ｏ_３を２質量％含有するＺｎＯ焼結体を用いる。スパッタ条件は真空度　０．２〜１Ｐａ、Ａｒ雰囲気、基板温度３００　℃、高周波出力２００　Ｗである。Ａｌドープ時のＺｎＯ系薄膜のＡｌ含有量は、Ｚｎに対する原子比率で約０．１　％であり、ターゲット中のＡｌ含有量より非常に少なくなる。これは、Ａｌ_２Ｏ_３のスパッタリング率がＺｎＯより低いためである。
【００３１】
こうして得られたＺｎＯ系薄膜付き石英基板について、ＺｎＯ系薄膜のｃ軸配向の有無を、Ｘ線回折計　（Ｘ線源のパワー：１ｋＷ、ターゲット：Ｃｏ）　で測定される回折パターンにより評価した。　（００１）面からの回折ピークのみが検出された場合、ＺｎＯ系薄膜はｃ軸配向した結晶からなり、ｃ軸配向性が有ると判定した。一方、　（００１）面からの回折ピークが検出限界より小さいか、および／または他の面の回折ピークが検出された場合は、ｃ軸配向性が無いと判定した。
【００３２】
中間層のＺｎ原子とＳｉ原子との比率　（Ｚｎ／Ｓｉ原子比、即ち、上記組成式のｘ／ｙ比）は、基板の断面を測定面とする試料を作成し、電子線マイクロアナライザ法により測定した。
【００３３】
基板加熱時のＺｎＯ系薄膜のマイクロクラック発生の有無は、ＺｎＯ系薄膜付き石英基板の試料を、約２Ｅ−３（＝２×１０^−３）　Ｐａの真空中、５４０　℃、７４０　℃、８４０　℃、および９００　℃の温度で２０分間熱処理した後、ＺｎＯ系薄膜の表面を１００　倍の顕微鏡で目視観察することにより判定した。熱処理は、昇温速度１℃／秒、冷却速度１０℃／分で行った。
【００３４】
以上の試験結果を、基板が合成石英の基板、中間層の厚みが５０　ｎｍ　、ＺｎＯ系薄膜がＡｌをドープした厚み１５０　ｎｍのＺｎＯ系薄膜であり、中間層の組成　（Ｚｎ／Ｓｉ原子比）　を変化させた場合について、表１にまとめて示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１に示した薄膜付き石英基板のすべてのＺｎＯ系薄膜は、　４００〜９００　ｎｍの波長範囲で７５％以上の透過率を示す透明な膜であった。ＡｌドープしたＺｎＯ系薄膜のシート抵抗は、いずれの基板でも約２７Ω／□であった。中間層は、試料６除いて、電子顕微鏡を用いた電子線回折パターンから判断して、非晶質であった。試料６　（Ｓｉなし）　は、特許文献２に開示のように中間層がＺｎＯである場合であり、中間層は非晶質ではなく、六方晶の多結晶質であった。
【００３７】
表１に示すように、中間層がない場合（石英基板上に直接ＺｎＯ系薄膜をスパッタした場合）、ＺｎＯ系薄膜はｃ軸配向性があったが、７４０　℃での熱処理でマイクロクラックが発生した。
【００３８】
これに対して、Ｚｎ／Ｓｉ原子比が０．２２から３．７　の範囲の中間層を形成すると、ＺｎＯ系薄膜のｃ軸配向性を確保しながら、そのマイクロクラック発生温度が１００〜３００　℃高くなるという効果が得られた。このＺｎＯ系薄膜の耐熱性の改善により、７００　℃より高い結晶成長温度を必要とする、ＧａＮなどの窒化物半導体の結晶成長に使用可能な、大面積で安価な基板の提供が可能となる。
【００３９】
しかし、中間層が結晶質であった試料６では、その上にｃ軸配向性の結晶質のＺｎＯ系薄膜を形成することができなかった。また、耐熱性も、中間層がない場合と同様であり、中間層による耐熱性の向上も得られなかった。
【００４０】
なお、表１には、ＺｎＯ系薄膜がＡｌドープされたＺｎＯ系薄膜である場合についての結果を示したが、非ドープのＺｎＯ系薄膜である場合も表１と同様の結果となり、膜の透明性も上記と同様である。
【００４１】
表２には、中間層のＺｎ／Ｓｉ原子比が１．２　で、その厚みが異なる、本発明に係るＺｎＯ系薄膜付き石英基板について、ＺｎＯ系薄膜の　（００１）面からのＸ線回折ピーク強度を、他の面からの回折ピークの有無とともに示す。ＺｎＯ系薄膜の（００１）　面回折ピーク強度は、図３に示すＸ線回折パターンに準じて求めたものである。ＺｎＯ系薄膜は、上記と同様、厚み１５０　ｎｍのＡｌドープＺｎＯ系薄膜であった。
【００４２】
【表２】

【００４３】
表２からわかるように、中間層の厚みが大きくなると、ＺｎＯ系薄膜の　（００１）面回折ピーク強度が小さくなり、ＺｎＯ系薄膜の結晶性は低下する傾向がある。しかし、中間層の厚みが約８０　ｎｍ　までは、良好なｃ軸配向のＺｎＯ系薄膜が得られる。中間層の厚みが約８０　ｎｍ　より大きくなると、中間層の表面近傍の凹凸が大きくなり、ＺｎＯの成長方向が不揃いになるため、（００１）　面回折ピーク強度が次第に検出限界に近づくようになる。中間層の厚みが１１０　ｎｍでは、回折ピーク強度が検出限界以下となり、他の面からの回折ピークも現れるようになる。このように結晶性が低下したＺｎＯ系薄膜の上に、例えばＧａＮ結晶を成長させても、良質なＧａＮ結晶とはならず、高輝度の青色発光ダイオードを作製することはできない。
【００４４】
なお、１０　ｎｍ　より薄い中間層は、均一な膜厚での成膜が難しい上、中間層による基板の耐熱性向上　（加熱時のＺｎＯ系薄膜のマイクロクラック発生の防止）　の効果が不十分となり、マイクロクラック発生温度は、表１に示した中間層なしの場合　（試料１）　と同様になる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明により、安価で大面積の透明基板を容易に作製することができる石英基板を用いて、その上に、　７００〜９００　℃に加熱されてもマイクロクラックが発生しない、ｃ軸配向したＺｎＯ系薄膜を有する、耐熱性に優れたＺｎＯ系薄膜付き石英基板を供給することが可能となる。
【００４６】
本発明の薄膜付き石英基板は、成膜時の基板温度が　７００〜９００　℃となる、ｃ軸配向性の透明膜を成膜する際の基板として有用であり、例えば、ＭＢＥ法により青色発光ダイオード用のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体結晶を成長させるための基板として好適である。従来の高価で大面積化ができないサファイア基板の代わりに、本発明の石英基板を使用して、例えば、ＧａＮ青色発光ダイオードを製造すると、その製造コストの大幅な低減が可能となる。青色発光ダイオードは、発光ダイオードを利用したフルカラー大型ディスプレイ装置における最も高価な素子であるので、本発明により、このようなディスプレイ装置の低価格化も可能となる。
【００４７】
本発明の薄膜付き石英基板は、好ましくはＺｎＯ系薄膜をドープすることにより、基板表面のＺｎＯ系薄膜を透明電極として利用することができる。従来のサファイア基板には、絶縁体であることから、裏面電極として導電性を持つＧａＮ膜成長が必要であり、そのため製造コストが高くなるという欠点があったが、本発明の石英基板ではこの欠点も解消される。ＺｎＯ系薄膜は、例えばＧａＮ結晶の成長のために７００　℃以上に加熱されてもマイクロクラックが発生しないため、マイクロクラック発生による導電性の低下がなく、透明電極として良好に機能することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＺｎＯ系薄膜付き石英基板の構造を示す説明図である。
【図２】従来のＺｎＯ系薄膜付き石英基板を熱処理した時にＺｎＯ系薄膜に発生するマイクロクラックを示す、基板表面の顕微鏡写真である。
【図３】本発明に係るＺｎＯ系薄膜付き石英基板におけるＺｎＯ系薄膜のｃ軸配向を示すＸ線回折パターンの１例を示す。

Claims

石英ガラスからなる石英基板上に、所定方向に優先配向した、ドーパントを含有していてもよい結晶質ＺｎＯ系薄膜を備えた薄膜付き石英基板であって、
前記薄膜と石英基板との間に、ＺｎとＳｉと酸素を含む非晶質薄膜からなる中間層が形成されていることを特徴とする薄膜付き石英基板。
前記非晶質薄膜中のＺｎ／Ｓｉの原子比が０．２２〜３．７　の範囲内である請求項１に記載の薄膜付き石英基板。
Ｇａを含む窒化物半導体を結晶成長させるための請求項１または２に記載の薄膜付き石英基板。