JP2008303136A - 化合物半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体結晶を、厚さを大きくすることなしに結晶性よく基板上に成長させる、化合物半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】成長基板１１上に、成長基板１１及び３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体のいずれとも異なる異種材料が埋め込まれた窒化物半導体を含む窒化物半導体層１３を設けて化合物半導体基板を製造する場合、異種材料としてタンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、プラチナ、バナジウム、パラジウム、またはそれらのいずれかを含む合金からなる金属材料を選択し、該金属材料による埋め込み部１２Ａを成長基板１１上に形成し、埋め込み部１２Ａによって横方向成長を促進させつつ３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体をエピタキシャル結晶成長させ、これにより、成長基板１１の上に３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶を積層する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に、異種材料が埋め込まれた化合物半導体エピタキシャル結晶が形成されて成る化合物半導体基板及びその製造方法に関するものである。

高機能デバイスとして、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ等を用いた各種化合物半導体デバイスが開発されてきている。該化合物半導体を用いて受発光素子、高速・高周波半導体素子用の各種デバイスが製造されてきている。また、一般式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体は、３族元素の組成により紫外から赤色に対応するバンドギャップが調整可能であるため、紫外から可視領域にわたる高効率の発光素子用材料として利用可能である。また、該３−５族窒化物半導体は、これまで一般に用いられているＳｉやＧａＡｓなどの半導体に比べて大きなバンドギャップを持つため、従来の半導体では動作できない高温においても半導体としての特性を有するから、このことを利用して、耐環境性に優れた電子デバイスの作製を原理的に可能にするものである。特に該化合物半導体のデバイス応用を考える上で、電極、絶縁物等を構成するため３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体とは異なる異種材料を該化合物半導体に埋め込んだ構造は、縦型半導体デバイス、静電誘導トランジスタなどの作製を可能とするので重要である。

そこで、従来から、基板上に３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体及び該基板のいずれとも異なる異種材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶が形成されて成る化合物半導体エピタキシャル基板の製造方法が各種提案されている。

例えば、非特許文献１には、サファイアからなる基板上にＭＯＶＰＥ法によりＧａＮ層を成長させ、その表面にＣＶＤ法によりＳｉＯ₂ 層を形成し、該ＳｉＯ₂ 層を通常のフォトリソグラフ法により１〜４μｍの幅のストライプ状（複数の棒状）に除去して下層のＧａＮ層をストライプ状に露出させるストライプ状のＳｉＯ₂ マスクを形成した後、ＳｉＯ₂ の除去により露出したＧａＮ層と残存するストライプ状のＳｉＯ₂ からなる凹凸面上に、ＭＯＶＰＥ法によりＧａＮ層を成長させ、これにより、基板上に、該基板及びＧａＮとは異なる異種材料であるＳｉＯ₂ が埋め込まれるように３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶を成長させる、化合物半導体エピタキシャル基板を製造する方法が提案されている。
A. Usui, H. Sunkawa, A. Sakai and A. Yamaguchi, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 36, 1997, 899p １９９７年、Ｌ８９９ページ

提案された上記の従来技術は、ＳｉＯ₂ の如き異種材料を３−５族窒化物半導体エピタキシャル結晶中に埋め込む方法である。該方法では、異種材料で覆われていない部分では通常の結晶成長が進むのに対して、異種材料上では結晶成長が起こらないかまたは異常な結晶成長が起こり、結晶成長の不均一化が生じる。このため、通常の場合とは異なり、一様には結晶成長が進まないばかりか、結晶成長の不均一性が成長の進行につれ次第に大きくなる傾向がある。したがって、実際に基板全面に化合物半導体エピタキシャル結晶を得るためには、異種材料で形成した層よりも上部の３−５族窒化物半導体エピタキシャル結晶層を充分厚くする必要があるという問題点を有している。

本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる化合物半導体基板及びその製造方法を提供することにある。

本発明の目的は、成長基板の上に、異種材料が埋め込まれた化合物半導体が形成されてなる化合物半導体基板を製造する場合、例えば３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶が形成されて成る化合物半導体基板であって、前記化合物半導体中に異種材料が埋め込まれてなる化合物半導体基板を製造する場合において、化合物半導体単結晶の厚さを大きくすることなしに、化合物半導体を、例えば３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体を結晶性良く成長させることができるようにした化合物半導体基板の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、異種材料として特定の金属材料を選択することによって、所要の化合物半導体エピタキシャル結晶の横方向成長が促進されることを見出した。本発明では、この知見に基づき、異種材料上での化合物半導体エピタキシャル結晶の成長を横方向に促進させて異種材料を埋め込み、その結晶の厚さを大きくすることなく、結晶欠陥を低減した所要の化合物半導体基板（エピタキシャル基板と称することがある）を得ることができるようにしたものである。

請求項１の発明によれば、成長基板の上に、該成長基板及び化合物半導体のいずれとも異なる異種材料が埋め込まれた化合物半導体エピタキシャル結晶が設けられて成る化合物半導体基板を製造するための方法であって、前記異種材料として、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、プラチナ、バナジウム、パラジウム、またはそれらのいずれかを含む合金からなる金属材料を選択する工程と、前記成長基板の上に前記金属材料からなる埋め込み部を形成する工程と、前記埋め込み部が化合物半導体に埋め込まれるように横方向成長をさせつつ化合物半導体を前記成長基板の上にエピタキシャル結晶成長させる工程とを含み、前記成長基板の上に化合物半導体結晶を積層するようにしたことを特徴とする化合物半導体基板の製造方法が提案される。

請求項２の発明によれば、成長基板の上に、該成長基板及び３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体のいずれとも異なる異種材料が埋め込まれた化合物半導体エピタキシャル結晶が設けられて成る化合物半導体基板を製造するための方法であって、前記異種材料としてタンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、プラチナ、バナジウム、パラジウム、またはそれらのいずれかを含む合金からなる金属材料を選択する工程と、前記成長基板の上に前記金属材料からなる埋め込み部を形成する工程と、前記埋め込み部が化合物半導体に埋め込まれるように横方向成長をさせつつ３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体をエピタキシャル結晶成長させる工程とを含み、前記成長基板の上に３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶を積層するようにしたことを特徴とする化合物半導体エピタキシャル基板の製造方法が提案される。

請求項３の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明において、前記異種材料として、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、プラチナ、バナジウム又はパラジウムのいずれかとアルミニウムとの合金である金属材料を選択するようにした化合物半導体基板の製造方法が提案される。

請求項４の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明において、前記異種材料として、チタンまたはバナジウムのいずれかとアルミニウムとの合金である金属材料を選択するようにした化合物半導体基板の製造方法が提案される。

請求項５の発明によれば、請求項１、２、３又は４に記載の発明において、前記埋め込み部が、前記成長基板に達する開口部を有している化合物半導体基板の製造方法が提案される。

請求項６の発明によれば、請求項５に記載の発明において、前記埋め込み部の形状が、ストライプパターン形状であり、前記化合物半導体エピタキシャル結晶が六方晶系であり、該ストライプパターン形状のストライプ方向と、六方晶系である前記化合物半導体エピタキシャル結晶の［１１−２０］軸となす角度Ｙ度が、Ｙ＝３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である化合物半導体基板の製造方法が提案される。

請求項７の発明によれば、請求項６に記載の発明において、前記化合物半導体エピタキシャル結晶の厚さと前記埋め込み部のストライプパターン形状のストライプ部の幅との比が１以下である化合物半導体基板の製造方法が提案される。

請求項８の発明によれば、請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の発明において、前記成長基板が、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＭｇＡｌＯ₄ 、ＬｉＴａＯ₃ 、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｒＢ₂ 、ＣｒＢ₂ 又はこれらの上に予め式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族窒化物半導体が積層されてなる３−５族窒化物半導体テンプレートである化合物半導体基板の製造方法が提案される。

請求項９の発明によれば、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８に記載の発明において、前記埋め込み部が電極として機能する部材である化合物半導体基板の製造方法が提案される。

請求項１０の発明によれば、成長基板の上に化合物半導体と前記化合物半導体中に埋め込まれてなる埋め込み部とが設けられており、前記埋め込み部は前記成長基板及び前記化合物半導体のいずれとも異なる異種材料からなる化合物半導体基板であって、前記異種材料がタンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、プラチナ、バナジウム、パラジウム、またはそれらのいずれかを含む合金からなる金属材料であることを特徴とする化合物半導体基板が提案される。

請求項１１の発明によれば、請求項１０に記載の発明において、前記化合物半導体が３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体である化合物半導体基板が提案される。

請求項１２の発明によれば、請求項１０又は１１に記載の発明において、前記異種材料が、チタンまたはバナジウムのいずれかとアルミニウムとの合金からなるからなる金属材料である化合物半導体基板が提案される。

本発明の製造方法によれば、化合物半導体エピタキシャル結晶層の厚さを大きくすることなく、パターン形状を有する異種材料が埋め込まれた化合物半導体、例えば３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶を成長してなる化合物半導体基板を得ることができる。これにより、化合物半導体エピタキシャル結晶の厚さの制限が大幅に緩くなり、反りなどで発生する歩留まり低下を抑制でき、生産性も上がる。さらに埋め込み部が電極として機能するので、縦型半導体デバイスなど種々のデバイス作製が簡便にできるようになる。さらに結晶欠陥を低減した化合物半導体エピタキシャル結晶が得られるので、高出力の発光デバイスや電子デバイスなどのデバイス作製が簡便にできるようになり得、高出力用途などに好適に使用することができ、工業的に極めて有用である。

以下、本発明の実施の形態の一例について図面を参照して詳細に説明する。

以下では、３−５族窒化物半導体の例を挙げるが、Ｉｎ_a Ｇａ_b Ａｌ_c Ａｓ（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１）やＩｎ_u Ｇａ_v Ａｌ_w Ｐ（ただし、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦１）等の３−５族化合物半導体などの化合物半導体の場合も同様にして、化合物半導体基板を製造できる。

図１は、本発明による化合物半導体基板の製造方法の一実施形態を説明するための工程説明図である。先ず、図１の（ａ）に示されるように、予め用意された成長基板１１の上に、埋め込み部１２Ａ（金属層）を形成する。成長基板１１は、後述する一般式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族窒化物半導体を結晶成長させるための成長基板である。但し、結晶はこれらに限定されるものではない。

したがって、成長基板１１として用いることができるのは、例えばサファイアの他、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＭｇＡｌＯ₄ 、ＬｉＴａＯ₃ 、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｒＢ₂ 、ＣｒＢ₂ 又はこれらの上に予め式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族窒化物半導体が積層されてなる３−５族窒化物半導体テンプレート等からなる基板を用いることができる。高温での基板の安定性が優れること、基板のウェハ入手が容易であること等の観点から、サファイア、ＳｉＣ、３−５族窒化物半導体テンプレートが好ましく、サファイア、３−５族窒化物半導体テンプレートがより好ましい。

埋め込み部１２Ａは特定の金属材料から成る。すなわち、埋め込み部１２Ａは成長基板１１及び３−５族窒化物半導体のいずれとも異なる異種材料である。そして、埋め込み部１２Ａは、後述するように、３−５族窒化物半導体内に埋め込まれる埋め込み部となる。埋め込み部１２Ａはどのような形状であってもよいが、ここでは、１又は複数の開口部を設けることにより埋め込み部１２Ａの下部の一部を露出させる形状となっている。言い換えれば、前記埋め込み部が、成長基板に達する１または複数の開口部を有している。具体的にはストライプパターン形状となっており、埋め込み部１２Ａは成長基板１１の表面をマスクするマスク部分を示している。相隣るマスク部分（１２Ａ）の間には成長基板１１の表面が露出しており、成長領域１２Ｂとなっている。なお、短冊形状の埋め込み部１２Ａを複数設け、複数の埋め込み部１２Ａを整列配置させて、全体としてストライプパターン形状とする構成でもよい。

このように、埋め込み部１２Ａは成長基板１１上に形成されるストライプパターン形状を有する異種材料であるが、その上に積層される３−５族窒化物半導体の結晶成長時の横方向成長の促進のために、金属材料が選択されているのである。

埋め込み部１２Ａの材料は、一般式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体の成長環境において耐え得る金属材料であって、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、プラチナ（Ｐｔ）、バナジウム（Ｖ）、パラジウム（Ｐｄ）、またはそれらの何れかを含む合金である。好ましくは、それらの何れかとアルミニウム（Ａｌ）との合金である。アルミニウムとの合金であると、３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体の異常成長が抑制される効果がある。最も好ましいのは、前記合金が、チタンまたはバナジウムとアルミニウムとの合金である。これらの合金材料によれば、３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体の異常成長が抑制され、その結果、結晶性の良好な化合物半導体が作製できる。さらに、これらは後述するドーピングによってｎ型３−５族窒化物半導体の電極になり得る。このことを利用して、例えば３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶表面に対となる電極を形成することによって、縦に通電する種々の半導体デバイスを作製することができる。

また、本発明を発光デバイスに適用する場合、前記金属はいずれも反射機能を有するので、発光出力が向上する効果も得ることができる。

埋め込み部１２Ａのパターン形状は、特に限定されない。一般的にライン・スペースと呼ばれる、一定の幅のストライプ状パターンを一定の幅の開口部を隔てて平行に並べたものの他、部分的に円形状、多角形状に下地を露出させたもの、或いは金属粒子を配置した形状などを用いることができる。これらのパターン形状は、化合物半導体エピタキシャル結晶の成長条件、パターンの材質などにあわせて選ぶことができる。

埋め込み部１２Ａのパターン形状をストライプにする場合、該パターン形状のストライプ方向と、六方晶系の３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶の［１１−２０］軸とのなす角度Ｙ度が、Ｙ＝３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）であると好ましい。そのストライプ方向が、３−５族窒化物半導体の［１−１００］方向或いは［１１−２０］方向にあるとより好ましい。埋め込み部１２Ａのパターン形状がストライプ状であると、ファセット制御による成長によってその上に結晶成長する３−５族窒化物半導体の結晶欠陥を低減でき、結晶性を高めることができる。さらに、ストライプ方向が［１１−２０］方向である場合に比べて、［１−１００］方向である場合には、成長条件によりファセットの形状を斜めに傾いたものから、下地結晶の表面に平行なものへと制御しやすいという利点が得られる。

埋め込み部１２Ａのパターン形状をライン・スペースのパターンにする場合（いわゆるストライプパターン形状にする場合）、埋め込み部１２Ａの短冊状のパターン部（ストライプパターン形状のストライプ部）の幅ｗは特に限定されないが、パターンの埋め込みに要する時間が長くなるという観点から、上限は通常１００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下である。また欠陥密度を低減するという観点から、０．０５μｍ以上が好ましい。同様な理由で、円形状あるいは多角形状の開口部を有するパターンにおいても、開口部間の距離は０．０５μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。ストライプパターン形状のストライプ部の幅とは、ストライプの長辺と短辺のうち、短辺の長さをいう。

成長基板１１上に上述した種々のパターン形状を有する埋め込み部１２Ａを作製する方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）、メッキ法等の公知の方法を採用できるが、好ましくは真空蒸着法である。真空蒸着法による蒸着は、通常室温以上６００℃以下程度、好ましくは室温程度である。圧力は蒸着可能な真空であれば良く、通常１０^-9Ｐａ以上１０^-3Ｐａ以下程度である。また堆積速度は、通常０．０１ｎｍ／秒以上１０ｎｍ／秒以下、好ましくは０．１ｎｍ／秒以上１ｎｍ／秒以下である。埋め込み部１２Ａの厚さは、通常１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下程度、好ましくは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度、より好ましくは２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

埋め込み部１２Ａは、金属材料からなり、該金属材料は、金属単体でも合金でもよい。合金からなる埋め込み部１２Ａの作製方法としては、例えば、ある金属層を形成し、その上に前記とは別の金属材料からなる金属層を積層し、二種の異なる金属層の積層構造を形成し、公知の合金化方法で二種の異なる金属層を合金化して、合金層を形成する方法が挙げられる。

公知の合金化方法としては、電子線照射、レーザー照射や熱処理などが挙げられるが、熱処理が好ましい。熱処理による合金化の場合、その温度は通常１００℃以上２０００℃以下程度、好ましくは３００℃以上１０００℃以下程度である。熱処理雰囲気は、特に限定されないが、好ましくは不活性ガスである窒素である。

埋め込み部１２Ａに代えて、成長基板１１上に金属粒子を配置する構成を用いることができる。この場合は、金属粒子の平均粒径は、通常０．０５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以上２０μｍ以下である。金属粒子は球状、板状、針状、不定形など任意の形状のものが使用でき、中でも球状が方向性を持たないためより好ましい。

成長基板１１上に金属粒子を配置する方法は、特に限定されないが、金属粒子を水等の媒体に分散させたスラリーを用いて、該スラリー中へ基板を浸漬させるか、または、該スラリーを基板上に塗布や噴霧した後に乾燥させることにより行うことができる。乾燥処理の際、スピナーを用いることもできる。このようにして、成長基板１１上に埋め込み部１２Ａを形成したならば、図１の（ｂ）に示されるように、埋め込み部１２Ａが形成されている成長基板１１の表面上に３−５族窒化物半導体を公知の適宣の方法でエピタキシャル結晶成長する。

該３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶の製造方法としては、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）が挙げられ、この中でＭＯＶＰＥ法が好ましく用いられる。本実施の形態においては、ＭＯＶＰＥ法が用いられている。

３−５族窒化物半導体のエピタキシャル成長工程においては、成長領域１２Ｂに３−５族窒化物半導体結晶が成長する。ここでは、埋め込み部１２Ａが成長基板１１の表面に設けられているので、その結晶成長時に後述する図２（ｂ）で示すようなファセット構造は形成し難く、３−５族窒化物半導体は成長領域１２Ｂを種結晶として、高速で埋め込み部１２Ａのストライプの方向に結晶成長し、すばやく埋め込み部１２Ａが埋め込まれる（図１の（ｂ））。異種材料が埋め込み部１２Ａでなく、ＳｉＯ₂ 酸化物であるような場合には、ファセット構造ができる。

図２は、従来技術として、基板上にＳｉＯ₂ 酸化物のストライプパターンを作製した上に、３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶を積層して化合物半導体エピタキシャル基板を得る製造工程を説明するための工程説明図である。図２を参照して、ＳｉＯ₂ 酸化物のストライプパターンを用いた場合の異種材料埋め込みによるエピタキシャル基板の製造過程を説明し、本願発明による場合の異種材料の埋め込みにおける作用効果上の差異を明確にする。

先ず、成長基板２１上にストライプパターン形状を有するＳｉＯ₂ 埋め込み部２２Ａを作製する（図２の（ａ））。２２Ａはマスク部分である。次に、第１のエピタキシャル成長により、成長領域２２Ｂに窒化物半導体を成長させる。ここでは、成長領域２２Ｂの上に、ファセット構造２３を形成しながら成長する（図２の（ｂ））。次に、第２のエピタキシャル成長により、該ファセット構造２３を埋め込んで表面を平坦化した３−５族窒化物半導体２４を成長させる（図２の（ｃ））。すなわち、成長条件を適宜選んで横方向成長を促進させることにより、ファセット構造２３を埋め込んで平坦化させる。一般にファセットまで到達した転位は横方向に曲げられるため、結晶欠陥を大幅に減らせることができる。なお、図２の（ｂ）、図２の（ｃ）の成長条件は適宜選択すればよい。従来の工程によると、ストライプパターン形状により設けられた成長領域２２Ｂにおけるエピタキシャル成長で、ファセット構造２３が形成されるため、これを埋め込んで表面を平坦化させる必要があり、３−５族窒化物半導体２４の厚さが大きくなってしまう。

図２を参照して説明したように、埋め込み部１２Ａに代えて、ＳｉＯ₂ 埋め込み部２２Ａによるストライプマスク層を用いた従来の選択成長の場合には、ファセット構造ができるのであるが、埋め込み部１２Ａ（金属層）を用いることにより、成長領域１２Ｂにおいて３−５族窒化物半導体の横方向成長が促進される。この結果、そこに形成される窒化物半導体層１３は、その厚みが小さくても連続的な層とすることができ、且つ結晶性を良好なものとすることができる。さらにより一層の平坦な表面を得たいときには、図１の（ｂ）の工程につづけて３−５族窒化物半導体をさらにエピタキシャル成長し、これにより、窒化物半導体層１４とすることより、表面を平坦化することができる。なお、図１の（ｂ）、図１の（ｃ）の各成長条件は適宜選択すればよい。

以上説明したように、埋め込み部１２Ａ（金属層）によって、３−５族窒化物半導体のエピタキシャル成長の横方向成長が促進されるため、成長基板１１上に埋め込み部１２Ａが埋め込まれたときの化合物半導体エピタキシャル結晶の厚さｔは、特定の金属材料と成長条件とを選択することにより、埋め込み部１２Ａのストライプ幅ｗより小さくすることができる。すなわち、ｔ／ｗ＜１とすることができる。後述する実施例において説明されるように、具体的には、図１の（ｂ）の成長条件下で、埋め込み部１２Ａのストライプ幅ｗが（５μｍ）の場合、化合物半導体エピタキシャル結晶の厚さｔを（２μｍ）とすることができ、埋め込み部１２Ａ（金属層）をｔ／ｗが０．４以下で埋め込むことができる。

図１の（ｂ）の工程において、成長条件を適宜選択することによって微小なファセット構造を形成しながら３−５族窒化物半導体をエピタキシャル成長するようにしてもよい。これにより、微小なファセットまで到達した転位は横方向に曲げられるため、窒化物半導体層１３の結晶欠陥を大幅に減らすことができる。

図１の（ｂ）の工程において、３−５族窒化物半導体のエピタキシャル成長条件は、成長炉、基板などによって適宜選ぶことができる。一般には、ファセットを制御する因子としては、各原料の供給量、成長温度、成長圧力、キャリアガス、不純物などが挙げられ、ファセット制御しやすい主因子として、成長圧力、成長温度が好ましく用いられる。３−５族窒化物半導体の成長圧力、成長温度はそれぞれ、通常０．００１〜１０気圧、４００℃〜１２００℃の範囲であり、結晶性が良好な３−５族窒化物半導体の成長条件としては、０．１〜１気圧、６００℃〜１２００℃が好ましい範囲である。図１の（ｂ）の工程での成長条件は、図１の（ｃ）の工程と比較して、成長圧力を比較的高く（例えば１気圧）、成長温度を比較的低く（例えば８００℃）することが好ましい。これに対して、図１の（ｃ）の工程での成長条件は、成長圧力を比較的低く（例えば１／２気圧）、成長温度を比較的高く（例えば１０００℃）することが好ましい。また、埋め込み部１２Ａによって、３−５族窒化物半導体のエピタキシャル成長の横方向成長が促進されるため、例えば、図１の（ｃ）の工程での成長温度に関して、前記埋め込み部１２Ａが露出している場合に適用するときは、図２の（ｃ）の工程での成長温度と比較し低温で同様な平坦化を得ることができる。

なお、成長基板１１がサファイアである場合、本発明によれば、サファイア基板の上にパターン形状を有する埋め込み部１２Ａを作製した上に、３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶を成長する工程となるが、所要の化合物半導体エピタキシャル結晶の成長前に、低温バッファ層の成長（例えば成長温度５００℃）をしてから、図１の（ｂ）の成長の工程を行うようにしてもよい。

但し、上述の如く低温バッファ層を成長する場合、埋め込み部１２Ａの周辺に多結晶状等の化合物半導体が異常成長する場合がある。このような場合には、成長基板１１上の埋め込み部１２Ａの材料としてアルミニウムとの合金材料を選択すれば、３−５族窒化物半導体の異常成長を抑制する効果がある。

次に、図１の（ｂ）、（ｃ）の工程で用いる、ＭＯＶＰＥ法による３−５族窒化物半導体のエピタキシャル結晶成長について詳しく説明する。ＭＯＶＰＥ法を用いて窒化物半導体層１３、１４を成長させる場合は、以下のような原料から適宜選択し、これを用いることができる。

３族のガリウム原料としては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）等の一般式Ｒ₁ Ｒ₂ Ｒ₃ Ｇａ（ここで、Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ は低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキルガリウムが挙げられる。

アルミニウム原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリイソブチルアルミニウム等の一般式Ｒ₁ Ｒ₂ Ｒ₃ Ａｌ（ここで、Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ は低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキルアルミニウムが挙げられる。

インジウム原料としては、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム等の一般式Ｒ₁ Ｒ₂ Ｒ₃ Ｉｎ（ここで、Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ は低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキルインジウム、ジエチルインジウムクロライドなどのトリアルキルインジウムから１ないし３つのアルキル基をハロゲン原子に交換したもの、インジウムクロライドなど一般式ＩｎＸ（Ｘはハロゲン原子）で表されるハロゲン化インジウム等があげられる。

これらの３族原料の中で、ガリウム源としてはＴＭＧ、アルミニウム源としてはＴＭＡ、インジウム源としてはＴＭＩが好ましい。

また、５族原料としては、例えばアンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、１, １−ジメチルヒドラジン、１, ２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミン、エチレンジアミン、などがあげられる。これらは単独で、または任意の組み合わせで混合して用いることができる。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないため、半導体中への炭素汚染の影響が少なく好適であり、高純度品が入手しやすい観点からは、アンモニアがより好適である。

以上の原料ガスを反応炉に導入して３−５族窒化物半導体を成長させる。反応炉としては、原料供給装置から原料ガスを反応炉に供給する原料供給ラインを備え、反応炉内には基板を加熱するためのサセプタが設けられ、サセプタは、３−５族窒化物半導体を均一に成長させるために、回転装置によって回転できる構造となっている。サセプタの内部の加熱装置による加熱により、原料供給ラインを通じて反応炉に供給される原料ガスを成長基板上で熱分解し、成長基板上に所要の化合物を気相成長させることができる。

また、ＨＶＰＥ法を用いて窒化物系化合物半導体を結晶成長させる場合、以下のような化合物を出発原料として用いることができる。３族原料としては、ガリウム金属を塩化水素ガスと高温で反応させて生成する塩化ガリウムガスやインジウム金属を塩化水素ガスと高温で反応させて生成する塩化インジウムガス等が挙げられる。５族原料としては、アンモニアが挙げられる。キャリアガスとしては、窒素、水素、アルゴン、ヘリウムなどの気体を単独あるいは混合して用いることができ、水素、ヘリウムが好ましい。以上の原料ガスを反応炉に導入して３−５族窒化物半導体を成長させる。

また、ＭＢＥ法を用いて３−５族窒化物半導体を結晶成長させる場合、以下のような化合物を出発原料として用いることができる。３族原料としては、ガリウム、アルミニウム及びインジウム等の金属が挙げられる。５族原料としては、窒素やアンモニア等のガスが挙げられる。以上の原料ガスを反応炉に導入して窒化物系化合物半導体を成長させる。

その他の成長条件としては、具体的には以下のものが挙げられる。成長温度については、成長する該３−５族窒化物半導体の物性にも依存するが、Ｉｎを構成元素として含まない場合、良好なエピタキシャル結晶を得る観点から、６００℃以上１２００℃以下が好ましい。また、該化合物半導体がＩｎを構成元素として含む場合、熱的安定性が低下するため、６００℃以上９００℃以下が好ましい。

なお、本発明の製造方法においては、成長基板上の異種材料を埋め込むための、３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶の成長工程は、同一の成長基板に対して複数回繰り返してもよい。複数回行うと、１回だけ行う場合より、結晶欠陥を大幅に低減できることがある。

前記３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶には、該化合物半導体エピタキシャル結晶の伝導度を制御するため、ドーピングを施してもよい。ｎ型層は、通常、Ｓｉ、Ｏ、Ｓｅ、ＣまたはＧｅがドープされている３−５族窒化物半導体などからなり、好ましくはＳｉまたはＧｅが高濃度にドープされている３−５族窒化物半導体などからなる。ｐ型層は、通常、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃ、ＣａまたはＨｇがドープされている３−５族窒化物半導体であり、好ましくはＭｇ、Ｃa が高濃度にドープされている３−５族窒化物半導体である。

ｎ型ドーパント原料としては、シラン、ジシラン、ゲルマン、テトラメチルゲルマニウム、テトラエチルゲルマニウムなどが好適である。

ｐ型ドーパントであるＭｇの原料としては、例えばビスシクロペンタジエチルマグネシウム［（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｍｇ］、ビスメチルシクロペンタジエチルマグネシウム［（Ｃ₅ Ｈ₄ ＣＨ₃ ）₂ Ｍｇ］、ビスエチルシクロペンタジエチルマグネシウム［（Ｃ₅ Ｈ₄ Ｃ₂ Ｈ₅ ）₂ Ｍｇ］などを使用することができる。Ｃａの原料としては、ビスシクロペンタジエニルカルシウム（（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｃａ）およびその誘導体、例えば、ビスメチルシクロペンタジエニルカルシウム（（Ｃ₅ Ｈ₄ ＣＨ₃ ）₂ Ｃａ）、ビスエチルシクロペンタジエニルカルシウム（（Ｃ₅ Ｈ₄ Ｃ₂ Ｈ₅ ）₂ Ｃａ）、ビスパーフロロシクロペンタジエニルカルシウム（（Ｃ₅ Ｆ₅ ）₂ Ｃａ）、または、ジ−1 −ナフタレニルカルシウムおよびその誘導体、または、カルシウムアセチリドおよびその誘導体、例えば、ビス（４，４−ジフロロー３−ブテン−１−イニル）−カルシウム、ビスフェニルエチニルカルシウムなどを使用することができる。これらの原料を単独あるいは、複数混合して使用してもよい。

なお、ｐ型ドーパント原料は反応炉に残留しやすく、ｐ型ドーパント原料を用いた成長よりも後の成長で作製する発光層の品質に悪影響を及ぼす場合があることがいわゆるメモリー効果として知られている。したがってｐ型ドーパントのメモリー効果の小さい反応炉の設計や、ｐ型ドーパント原料を使用する炉と、主に発光層までを成長するためのｐ型ドーパント原料を使用しない炉の複数の炉を利用して結晶成長を行なうことが有効である。メモリー効果によって引き起こされるこれらの不具合を回避するため、ｐ型ドーパント原料を使用する反応炉とｐ型ドーパント原料を使用しない反応炉の２つを利用して成長させる方法を用いることができる。

以下、さらに具体的に本発明を実施例により説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。

（比較例１）
ＭＯＶＰＥ法を用いた結晶成長による成膜を行って、サファイア（０００１）／ＧａＮ（０００１）の３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、ストライプパターン形状を有するＳｉＯ₂ 酸化物を作製し、さらに３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶を成長した。詳しい手順は下記の通りである。

先ず、４３０μｍ厚、直径２インチ径のサファイア（０００１）上に、成長炉内の圧力を１気圧とし、キャリアガスとして水素を１６０ｓｌｍ、原料としてアンモニア、ＴＭＧ（バブラー温度は３０℃）をそれぞれ６０ｓｌｍ、７０ｓｃｃｍ供給して、成長温度４８５℃、成長時間１００ｓｅｃで、低温バッファ層としてのＧａＮを、サファイア上に約５０ｎｍ成長した。その後、成長炉内の圧力を１気圧とし、キャリアガスとして水素を１２０ｓｌｍ、原料としてアンモニア、ＴＭＧ（バブラー温度は３０℃）をそれぞれ８０ｓｌｍ、１００ｓｃｃｍ供給して、成長温度９８０℃、成長時間４０ｍｉｎで、アンドープＧａＮを約３μｍ成長し、３−５族窒化物半導体テンプレート基板を作製した。

次に、この３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、［１−１００］方向にスペース部５μｍ幅、ライン部５μｍ幅からなるＳｉＯ₂ 酸化物をストライプパターン形状に作製した。具体的には、３−５族窒化物半導体テンプレート基板表面上に、フォトリソグラフィ法によるレジスト塗布、レジストベーキング、パターン露光、パターン現像を順次行った後、真空蒸着装置にて、室温（２５℃）、約６×１０^-4Ｐａの真空下に、ＳｉＯ₂ を約０．２ｎｍ／秒の堆積速度で堆積させることにより、ＳｉＯ₂ を１００ｎｍ蒸着した。次にリフトオフ法により、基板表面上にストライプパターン形状のＳｉＯ₂ 酸化物を作製した。

次に、ストライプパターン形状のＳｉＯ₂ 酸化物を有する下地の上に、テンプレート基板上のＧａＮから３−５族窒化物半導体を成長した。具体的には、基板上にストライプパターン状のＳｉＯ₂ 酸化物を有する下地の上に、成長炉内の圧力を１気圧とし、キャリアガスとして水素を１２０ｓｌｍ、原料としてアンモニア、ＴＭＧ（バブラー温度は３０℃）をそれぞれ８０ｓｌｍ、１００ｓｃｃｍ供給して、成長温度８００℃、成長時間２０ｍｉｎで、アンドープＧａＮを成長し、エピタキシャル基板を作製した。

得られたエピタキシャル基板の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。ＧａＮ表面と平行な面が消失し、斜めに傾いたファセットが成長し、［１−１００］方向からみた断面は三角形のファセットとなり、ストライプ上のＧａＮは［１１−２０］方向に両端から１μｍ程度の埋め込みまでで、５μｍ幅のストライプを埋め込むことはできなかった。

（実施例１）
成長基板上に、Ｔｉを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度で５０ｎｍ堆積させ、引き続きＡｌを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度で５０ｎｍ堆積させ、熱処理炉で窒素雰囲気７００℃、３０秒の熱処理により、ストライプパターン形状のＴｉＡｌ合金を作製したこと以外は、比較例１と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、パターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長し、エピタキシャル基板を作製した。

得られたエピタキシャル基板の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。５μｍ幅のストライプは埋め込まれ、比較例１と比較して横方向成長速度は２．５倍以上となり、基板上のＴｉＡｌ金属によって、横方向成長が促進された。成長したエピタキシャル結晶層厚は平均して２μｍであった。これにより基板上の材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶からなるエピタキシャル基板ができた。

（実施例２）
成長基板上に、Ｖを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度、約５００秒で５０ｎｍ堆積させ、引き続きＡｌを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度、約５００秒で５０ｎｍ堆積させ、熱処理炉で窒素雰囲気７００℃、３０秒の熱処理により、ストライプのパターン形状のＶＡｌ合金を作製したこと以外は、比較例１と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、パターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長し、エピタキシャル基板を作製した。

（実施例３）
成長基板上にＮｉを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度、約５００秒で５０ｎｍ堆積させ、引き続きＴｉを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度、約５００秒で５０ｎｍ堆積させ、熱処理炉で窒素雰囲気５００℃、３０秒の熱処理により、ＮｉＴｉ合金のストライプパターン形状を作製したこと以外は、比較例１と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、パターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長し、エピタキシャル基板を作製した。

実施例２、３で得られた３−５族窒化物半導体の各結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。５μｍ幅のストライプは埋め込まれ、比較例１と比較して横方向成長速度は２．５倍以上となり、基板上のＶＡｌ、或いはＮｉＴｉ金属によって、横方向成長が促進されていた。これにより基板上の材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶からなるエピタキシャル基板ができた。

（実施例４）
実施例２と同様、成長基板上に、Ｖを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度、約５００秒で５０ｎｍ堆積させ、引き続きＡｌを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度、約５００秒で５０ｎｍ堆積させ、熱処理炉で窒素雰囲気７００℃、３０秒の熱処理により、ストライプのパターン形状のＶＡｌ合金を作製した。さらに成長温度８２０℃、成長時間を半分にしたこと以外は、比較例１と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、３−５族窒化物半導体を成長し、エピタキシャル基板を作製した。

得られたエピタキシャル基板の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。５μｍ幅のストライプは埋め込まれ、これにより基板上の材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶からなるエピタキシャル基板ができた。成長したエピタキシャル結晶層厚は、マスクの上で平均して１μｍであった。

（実施例５〜１２）
基板上に形成する金属のストライプパターンのための金属材料を８種類選んで、それぞれの金属材料による３−５族窒化物半導体を作製した。用意した８つの基板上に、Ｖ（実施例５）、Ｔａ（実施例６）、Ｔｉ（実施例７）、Ｚｒ（実施例８）、Ｈｆ（実施例９）、Ｎｂ（実施例１０）、Ｐｔ（実施例１１）、Ｐｄ（実施例１２）をそれぞれ約０．１ｎｍ／秒の堆積速度、約１０００秒で１００ｎｍ堆積させ、ストライプパターン形状のＶ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｐｄを作製したこと以外は、比較例１と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、ストライプパターン形状の埋め込み部１２Ａを作製し、３−５族窒化物半導体を成長して、実施例５〜１２のエピタキシャル基板を作製した。

実施例５〜１２のエピタキシャル基板の化合物半導体エピタキシャル結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。５μｍ幅のストライプは埋め込まれ、比較例１と比較して横方向成長速度は２．５倍以上となり、基板上のＶ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｐｔ、或いはＰｄ金属によって、横方向成長が促進されていた。これにより基板上の異種材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶からなるエピタキシャル基板ができた。

（比較例２、３）
基板上に形成するストライプパターンのための材料として、Ｔａ₂ Ｏ₅ （比較例２）、Ｎｂ₂ Ｏ₅ （比較例３）を選んで３−５族窒化物半導体を次のように作製した。基板上に、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ それぞれを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度、約１０００秒で１００ｎｍ堆積させたことにより、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ それぞれ金属のストライプパターン形状を作製したこと以外は、比較例１と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、パターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長し、比較例２、３のエピタキシャル基板を得た。

比較例２、３の各３−５族窒化物半導体結晶の表面及び断面のＳＥＭ観察を行った。ＧａＮ表面と平行な面が消失し、斜めに傾いたファセットが成長し、［１−１００］方向からみた断面は三角形のファセットとなり、５μｍ幅のストライプを埋め込むことはできなかった。Ｎｂ₂ Ｏ₅ に関しては、ＳＥＭ断面観察から、一部のストライプ長辺端下部に多結晶状の異常成長が観察された。

（実施例１３）
エピタキシャル基板を次のようにして作製した。先ず実施例１と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、ＴｉＡｌ合金ストライプのパターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長した。さらに、成長炉内の圧力を１／２気圧とし、キャリアガスとして水素を１２０ｓｌｍ用い、原料としてアンモニア、ＴＭＧ（バブラー温度は３０℃）をそれぞれ８０ｓｌｍ、１００ｓｃｃｍ供給して、成長温度９８０℃と３−５族窒化物半導体であるＧａＮの成長条件を変え成長を行い、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、アンドープＧａＮを成長し、化合物半導体基板を作製した。

（実施例１４）
ＴｉＡｌ合金ストライプのパターン形状に代えて、ＶＡｌ合金ストライプのパターン形状としたことを除いては、実施例１３と同様にして、エピタキシャル基板を作製した。

（実施例１５）
ＴｉＡｌ合金ストライプのパターン形状に代えて、ＮｉＴｉ合金ストライプのパターン形状としたことを除いては、実施例１３と同様にして、エピタキシャル基板を作製した。

実施例１３、１４、１５の各エピタキシャル基板の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。いずれも平坦な表面を有し、５μｍ幅のストライプは埋め込まれたことを確認した。触針式の表面粗度測定装置による表面粗さを評価した。平均表面粗さはそれぞれ約３ｎｍであった。Ｘ線回折の（０００４）回折を評価し、パターン形状を作製しなかった場合と比較して、半値幅が低減した。

（実施例１６）
成長基板上に、［１−１００］（［１１−２０］軸となす角度９０°）方向と［１１−２０］方向に、スペース部５μｍ幅、ライン部５μｍ幅からなるストライプパターン形状のＶＡｌ合金を作製したこと以外は、比較例１と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、パターン形状を作製し、アンドープＧａＮを成長し、エピタキシャル基板を作製した。

実施例１６におけるストライプパターン形状のＶＡｌ合金の作製を具体的に説明すると、成長基板表面上に、フォトリソグラフィ法によるレジスト塗布、レジストベーキング、２回のパターン露光、パターン現像を順次行った後、真空蒸着装置にて、室温（２５℃）、約６×１０^-4Ｐａの真空下に、Ｖを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度で５０ｎｍ堆積させ、引き続きＡｌを約０．１ｎｍ／秒の堆積速度で５０ｎｍ堆積させ、熱処理炉で窒素雰囲気７００℃、３０秒の熱処理により、ストライプパターン形状のＶＡｌ合金を作製した。

実施例１６のエピタキシャル基板の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。［１−１００］方向と［１１−２０］方向にある５μｍ幅のストライプは埋め込まれ、比較例１と比較して、基板上のＶＡｌ合金によって、横方向成長が促進された。これにより基板上の異種材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶からなるエピタキシャル基板が作製できた。

（実施例１７）
実施例１６と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、ストライプパターン形状のＶＡｌ合金を作製し、３−５族窒化物半導体を成長した。さらに、実施例１３と同じ３−５族窒化物半導体を用いて、その成長条件を変え成長を行い、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、アンドープＧａＮを成長し、エピタキシャル基板を作製した。

実施例１７のエピタキシャル基板の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。平坦な結晶表面を有し、［１−１００］方向と［１１−２０］方向にある５μｍ幅のストライプは埋め込まれたことを確認した。触針式の表面粗度測定装置による表面粗さの評価により、平均表面粗さは実施例１３と同等であった。Ｘ線回折の（０００４）回折評価により、結晶性を評価した。半値幅もそれと同等であった。

（比較例４）
４３０μｍ厚、直径２インチ径のサファイア基板（０００１）上に、成長炉内の圧力を１気圧とし、キャリアガスとして水素を１６０ｓｌｍ、原料としてアンモニア、ＴＭＧ（バブラー温度は３０℃）をそれぞれ６０ｓｌｍ、７０ｓｃｃｍ供給して、成長温度４８５℃、成長時間１００ｓｅｃで、低温バッファ層としてのＧａＮを、サファイア上に約５０ｎｍ積層した３−５族窒化物半導体テンプレート基板を作製したこと以外は、比較例１と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、ＳｉＯ₂ パターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長し、エピタキシャル基板を作製した。

比較例４のエピタキシャル基板の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。ＧａＮ表面と平行な面が消失し、斜めに傾いたファセットが成長し、［１−１００］方向からみた断面は三角形のファセットとなり、ストライプ上のＧａＮは［１１−２０］方向に両端から１μｍ程度の埋め込みまでで、５μｍ幅のストライプを埋め込むことはできなかった。

（実施例１８）
実施例１３と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板を作製し、該３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、実施例２と同様にして、ＶＡｌ合金のストライプパターン形状を作製したこと以外は、実施例１３と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、パターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長し、エピタキシャル基板を作製した。

実施例１８の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。５μｍ幅のストライプは埋め込まれ、比較例１と比較して、基板上のＶＡｌ金属によって、横方向成長が促進された。これにより基板上の材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶からなるエピタキシャル基板ができた。

（実施例１９）
実施例１８と同様にして、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、ＶＡｌ合金ストライプのパターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長した。さらに、実施例１３と同じ３−５族窒化物半導体を用いて、その成長条件を変え成長を行い、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、アンドープＧａＮを成長し、エピタキシャル基板を作製した。

実施例１９の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。その結晶表面は平坦な表面を有し、５μｍ幅のストライプは埋め込まれたことを確認した。触針式の表面粗度測定装置による表面粗さの評価により、結晶面の平均表面粗さは実施例１３と同等であった。Ｘ線回折の（０００４）回折評価により、結晶性を評価し、半値幅もそれと同等であった。

（比較例５）
４３０μｍ厚、直径２インチ径のサファイア基板（０００１）上に、比較例１と同様にしてＳｉＯ₂ パターン形状を作製した。次に、成長炉内の圧力を１気圧とし、キャリアガスとして水素を１６０ｓｌｍ、原料としてアンモニア、ＴＭＧ（バブラー温度は３０℃）をそれぞれ６０ｓｌｍ、７０ｓｃｃｍ供給して、成長温度４８５℃、成長時間１００ｓｅｃで、低温バッファ層としてのＧａＮを、サファイア上に約５０ｎｍを成長してから、比較例１と同様にして、３−５族窒化物半導体を成長し、エピタキシャル基板を作製した。

比較例５の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。ＧａＮ表面と平行な面が消失し、斜めに傾いたファセットが成長し、［１−１００］方向からみた断面は三角形のファセットとなり、ストライプ上のＧａＮは［１１−２０］方向に両端から１μｍ程度の埋め込みまでで、５μｍ幅のストライプを埋め込むことはできなかった。またＳＥＭ断面観察から、一部のストライプの長辺端下部に多結晶状の異常成長が観察された。

（実施例２０）
４３０μｍ厚、直径２インチ径のサファイア（０００１）基板上に、実施例３と同様にしてストライプパターン形状のＶを作製したこと以外は、比較例５と同様にして、サファイア基板上に、パターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長し、エピタキシャル基板を作製した。

実施例２０の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。５μｍ幅のストライプは埋め込まれ、比較例５と比較して横方向成長速度は２．５倍以上となり、基板上のＶ金属によって、横方向成長が促進された。但し、比較例５と同様、ＳＥＭ断面観察から、一部のストライプの長辺端下部に多結晶状の異常成長が観察されたが、ストライプは埋め込まれた。これにより基板上の材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶からなるエピタキシャル基板ができた。

（実施例２１）
４３０μｍ厚、直径２インチ径のサファイア（０００１）基板上に、実施例２と同様にしてストライプパターン形状のＶＡｌ合金を作製したこと以外は、比較例５と同様にして、サファイア基板上に、パターン形状を作製し、３−５族窒化物半導体を成長し、エピタキシャル基板を作製した。

実施例２１の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。５μｍ幅のストライプは埋め込まれ、比較例５と比較して横方向成長速度は２．５倍以上となり、基板上のＶＡｌ合金によって、横方向成長が促進された。さらに、比較例５の多結晶状の異常成長は観察されなかった。これにより基板上の材料が埋め込まれた３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶からなるエピタキシャル基板ができた。

（実施例２２）
実施例２１と同様にして、サファイア基板上に、ストライプパターン形状のＶＡｌ合金を作製した。さらに、実施例１３と同じ３−５族窒化物半導体を用いて、その成長条件を変え成長を行い、３−５族窒化物半導体テンプレート基板上に、アンドープＧａＮを成長し、エピタキシャル基板を作製した。

実施例２２の３−５族窒化物半導体の結晶の表面及び断面をＳＥＭ観察した。その結晶表面は平坦な表面を有し、５μｍ幅のストライプは埋め込まれたことを確認した。触針式の表面粗度測定装置による表面粗さの評価により、結晶面の平均表面粗さは実施例１３と同等であった。Ｘ線回折の（０００４）回折評価により、結晶性を評価し、半値幅もそれと同等であった。

なお、上記では、３−５族窒化物半導体の例を挙げて、成長条件等を説明したが、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰなどの化合物半導体の場合も同様にして、基板上の該金属によって成長が促進され、化合物半導体基板を製造できる。

本発明による化合物半導体基板の製造方法の一実施形態を説明するための工程説明図。 従来の化合物半導体基板の製造方法を説明するための工程説明図。

符号の説明

１１、２１ 成長基板
１２Ａ 埋め込み部
１２Ｂ、２２Ｂ 成長領域
１３、１４ 窒化物半導体層
２２Ａ ＳｉＯ₂ 埋め込み部
２３ ファセット構造
２４ ３−５族窒化物半導体

Claims (12)

1. 成長基板の上に、該成長基板及び化合物半導体のいずれとも異なる異種材料が埋め込まれた化合物半導体エピタキシャル結晶が設けられて成る化合物半導体基板を製造するための方法であって、
   前記異種材料として、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、プラチナ、バナジウム、パラジウム、またはそれらのいずれかを含む合金からなる金属材料を選択する工程と、
   前記成長基板の上に前記金属材料からなる埋め込み部を形成する工程と、
   前記埋め込み部が化合物半導体に埋め込まれるように横方向成長をさせつつ化合物半導体を前記成長基板の上にエピタキシャル結晶成長させる工程とを含み、
   前記成長基板の上に化合物半導体結晶を積層するようにしたことを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。
2. 成長基板の上に、該成長基板及び３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体のいずれとも異なる異種材料が埋め込まれた化合物半導体エピタキシャル結晶が設けられて成る化合物半導体基板を製造するための方法であって、
   前記異種材料としてタンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、プラチナ、バナジウム、パラジウム、またはそれらのいずれかを含む合金からなる金属材料を選択する工程と、
   前記成長基板の上に前記金属材料からなる埋め込み部を形成する工程と、
   前記埋め込み部が化合物半導体に埋め込まれるように横方向成長をさせつつ３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体をエピタキシャル結晶成長させる工程とを含み、
   前記成長基板の上に３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体エピタキシャル結晶を積層するようにしたことを特徴とする化合物半導体エピタキシャル基板の製造方法。
3. 前記異種材料として、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、プラチナ、バナジウム又はパラジウムのいずれかとアルミニウムとの合金である金属材料を選択するようにした請求項１又は２に記載の化合物半導体基板の製造方法。
4. 前記異種材料が、チタンまたはバナジウムのいずれかとアルミニウムとの合金である金属材料を選択するようにした請求項１又は２に記載の化合物半導体基板の製造方法。
5. 前記埋め込み部が、前記成長基板に達する開口部を有している請求項１、２、３又は４に記載の化合物半導体基板の製造方法。
6. 前記埋め込み部の形状が、ストライプパターン形状であり、前記化合物半導体エピタキシャル結晶が六方晶系であり、該ストライプパターン形状のストライプ方向と、六方晶系である前記化合物半導体エピタキシャル結晶の［１１−２０］軸となす角度Ｙ度が、Ｙ＝３０Ｘ（Ｘ＝０〜５の整数）である請求項５に記載の化合物半導体基板の製造方法。
7. 前記化合物半導体エピタキシャル結晶の厚さと前記埋め込み部のストライプパターン形状のストライプ部の幅との比が１以下である請求項６に記載の化合物半導体基板の製造方法。
8. 前記成長基板が、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＭｇＡｌＯ₄ 、ＬｉＴａＯ₃ 、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｒＢ₂ 、ＣｒＢ₂ 又はこれらの上に予め式Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族窒化物半導体が積層されてなる３−５族窒化物半導体テンプレートである請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の化合物半導体基板の製造方法。
9. 前記埋め込み部が電極として機能する部材である請求項１、２、３、４、５、６、７又は８に記載の化合物半導体基板の製造方法。
10. 成長基板の上に化合物半導体と前記化合物半導体中に埋め込まれてなる埋め込み部とが設けられており、前記埋め込み部は前記成長基板及び前記化合物半導体のいずれとも異なる異種材料からなる化合物半導体基板であって、
    前記異種材料がタンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、プラチナ、バナジウム、パラジウム、またはそれらのいずれかを含む合金からなる金属材料であることを特徴とする化合物半導体基板。
11. 前記化合物半導体が３−５族窒化物半導体を含む化合物半導体である請求項１０記載の化合物半導体基板。
12. 前記異種材料が、チタンまたはバナジウムのいずれかとアルミニウムとの合金からなるからなる金属材料である請求項１０又は１１に記載の化合物半導体基板。

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