JP2009155141A - 半導体基板の作成方法ならびに半導体基板およびそれを用いる化合物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】安価なＳｉ基板上に良好な半導体素子が得られるＡｌＮ基板を短時間で作成する方法を提供する。
【解決手段】Ｓｉから成るダミー基板１上に、Ｓｉに反応性を有するＧａを散布し、加熱して凝集体を形成させ、浸食体２とする。加熱すると、ＧａはＳｉと反応し、ダミー基板１がエッチングされ、凹部３および凸部４が形成される。その後、ＡｌＮ層を成長させると、一体化したメイン基板５が形成される。したがって、メイン基板５は、薄い壁の凸部４から成長し、基板１，５の熱膨張係数の差に起因する歪の影響を受けにくく、安価なＳｉ基板１上に貫通転位の少ない良質な結晶のＡｌＮ基板５を作成できる。また、浸食体２は、従来のフォトリソ形成などによる凹凸に比べて極微小で、ダミー基板１上に分散するので、横方向の成長の遅いＡｌＮであっても、平坦なメイン基板５を短時間で作成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、化合物半導体発光素子の作成に好適に用いられる半導体基板の作成方法ならびにその半導体基板およびそれを用いる前記化合物半導体発光素子に関する。

近年、Ｖ族元素に窒素を含む窒化物半導体が発光素子の分野で脚光を浴びている。その理由は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮを始めとする窒化物半導体が、直接遷移型の半導体であり、さらにそれらが混晶を形成することで赤外から深紫外の非常に幅広い発光領域を得ることができるからである。特に紫外域では、短波長側への発光領域の拡大および効率改善の努力が、様々な研究機関にて行なわれている。

前記紫外域の半導体発光素子を成長させるための基板には、これまで一般的に、サファイア（非特許文献１、非特許文献２）や炭化ケイ素（非特許文献３、非特許文献４）が用いられてきた。その基板上に作成される半導体発光素子は、基板上にＡｌＮテンプレートを形成した後、ｎ型Ａｌ（Ｇａ）Ｎ、Ａｌ（Ｇａ）Ｎ発光層、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）Ｎを順次積層させる構造となっている。

ここで、サファイア基板は、絶縁体ではあるが、紫外領域で透明であり、発光層で生じた紫外光を吸収することなく外部へ取出すことが可能である。他方、炭化ケイ素基板は、紫外領域で不透明ではるが、窒化物半導体に対して格子定数が近く、高品質な結晶が得易い。

しかしながら、低価格な紫外半導体発光素子を提供しようとする場合、上記サフィア基板や炭化ケイ素基板は高価であり、また高い品質で大面積化することは難しい。そこで、そのような課題を解決するためには、基板にシリコン（Ｓｉ）を用いた結晶成長が有望である。Ｓｉ基板は、安価であり、かつ高品質で大面積なものが既に得られている。また、Ｓｉ基板上に形成される論理回路との集積化も容易になる。

さらに、放熱性改善などのために、基板を剥離する場合、サファイア基板では化学的に非常に安定であるので、通常、レーザを用いたリフトオフが行なわれるが、Ｓｉ基板の場合、通常のウエットエッチングにより、容易に剥離を行なうことが可能になる。したがって、Ｓｉ基板上に半導体発光素子を形成することは、非常に有望である。

しかしながら、Ｓｉ基板上への半導体発光素子の形成には、以下に述べる大きな課題が生じる。ここでは課題を簡潔に述べるために、特にＳｉ基板とＡｌＮとについて言及する。ただし、Ｇａが含まれたＡｌＧａＮについても、本質は変わらない。

先ず第１の課題としては、成長させたＡｌＮに高密度な貫通転位が生じるということである。これは、Ｓｉの格子定数が５．４３０１Åであるのに対して、ＡｌＮのａ格子定数が３．１１２Åと大きく異なるためである。この格子不整合の大きさから、成長させたＡｌＮに非常に高密度の転位が生じ、転位はその近傍に多くの点欠陥を含んでいるので、発光層に転位が有る場合、著しく発光効率を低下させる要因となる。

次に第２の課題としては、クラックの発生である。通常、このような異種基板上へ半導体発光素子を形成しなければならない窒化物半導体発光素子の場合、ｎ型層、発光層、ｐ型層を積層させる前に、基板上に高品質なテンプレート（バッファ層）が形成される。特に、紫外発光素子の前記ＡｌＮを形成する場合、Ａｌ（Ｇａ）Ｎがテンプレートとして用いられる。そして、高品質なテンプレートを得ようとする場合、厚膜化することで、転位を或る程度減少させて対応している。しかしながら、ＳｉとＡｌＮとでは、Ｓｉの熱膨張係数が３．５９×１０^−６／Ｋであるのに対して、ＡｌＮの熱膨張係数が４．２×１０^−６／Ｋと大きく異なり、成長中、もしくは成長後の降温中に高密度のクラックが発生してしまい、厚膜化を阻害してしまう。

このため、上記課題を解決するために、高品質なＡｌＮを得るための手法が、いくつかの機関から報告がなされている。たとえば、Ｙ．Ｋｕｍａｇａｉらの報告（非特許文献５）では、Ｓｉ基板上にHydride Vapor Phase Epitaxy法を用いてＡｌＮの結晶成長を行い、３×１０^９ｃｍ^−２まで低転位化を行なっている。しかしながら、上記手法では、Ｓｉ基板の影響を強く受けるので、さらなる高品質化が難しい。

そこで、Ｑ．Ｆａｒｅｅｄらの報告（非特許文献６）では、サファイア基板に凹凸を設け、その上に、Ａｌ原料であるＴＭＡｌを一定流量流しながら、窒素原料であるＮＨ_３をパルス状に供給する手法を用いて横方向成長を行い、局所的ではあるが、１０^８ｃｍ^−２程度の低転位化に成功している。

同様に、ＧａＮでは、特許文献１は、Ｓｉ基板に、Ｇａに対するダメージを避けるための反応防止層を形成し、その反応防止層に凹凸を付けさらにバッファ層を経て、ＧａＮを横方向に成長させている。

また、特許文献２では、ダミー基板となる溝付Ｓｉ基板上にハイライド気相成長（ＨＶＰＥ）によってＧａＮを成長させ、それをメイン基板として素子を形成している。

さらにまた、特許文献３でも、サファイアなどをダミー基板としてストライプ状または格子状に空隙（溝）を形成して、前記空隙では積層が起きない条件で、メイン基板となるＧａＮなどの半導体層を形成し、前記空隙に液体を侵入させて膨張圧でダミー基板を切離している。
H. Hirayama et al., Applied Physics Letter, Vol. 91, Page 071901 (2007) V. Adivarahan et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 23, Page L537 (2007) G. G. Moe et al., Vol.44, No. 17, Page L502 (2005) Y. Taniyasu et al., Nature, Vol. 441, Page 325 (2006) Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 17, Page L389, (2007) Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 31, Page L752, (2007) 特開２００２−２９３６９８号公報 特開２００２−２８９５４１号公報 ＷＯ２００３／０１２１７８号公報

しかしながら、前記非特許文献５の手法では、低転位化を行なえるのは局所的であり、生産性に欠けるという問題がある。

これに対して、非特許文献６および特許文献１〜３では、ダミー基板に凹凸を設け、その上にメイン基板を成長させることで低転位化を行なっており、高品質な結晶が得られるものと思われる。しかしながら、ＧａＮは横方向に比較的良く成長するが、ＡｌＮはＧａＮに比べて横方向の成長が遅く、上記各従来技術では、成長に時間がかかるという問題がある。

本発明の目的は、安価なシリコン基板上に、良好な半導体素子を作成することができる基板を短時間で作成することができる半導体基板の作成方法ならびに半導体基板およびそれを用いる化合物半導体発光素子を提供することである。

本発明の半導体基板は、シリコンから成り、前記シリコンに対して反応性を有する金属材料によって表面が部分的に浸食された凹部を複数有するダミー基板と、前記ダミー基板の凹部以外の部分から、前記凹部を覆うように一体に成長して成り、アルミニウムを含有するメイン基板とを含むことを特徴とする。

また、本発明の半導体基板の作成方法は、シリコンから成るダミー基板上に、前記シリコンに対して反応性を有する金属材料を散布し、加熱して凝集体を形成させる第１の工程と、前記凝集体を浸食体として、加熱によって前記ダミー基板を部分的にエッチングさせて、該ダミー基板の表面上に複数の凹部を形成させる第２の工程と、前記ダミー基板の凹部以外の部分から、アルミニウムを含有する材料によって、前記凹部を覆うように一体に成長させ、メイン基板を形成する第３の工程とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、半導体素子が形成され、特に発光素子に適した窒化物半導体から成る結晶基板およびその作成方法において、前記結晶基板を、Ｓｉから成るダミー基板と、実際に前記半導体素子が形成され、前記窒化物半導体から成るメイン基板との２階建てとし、その２階部分のメイン基板を成長させるにあたって、第１の工程から第２の工程において、前記ダミー基板の表面を、前記Ｓｉに反応性を有するＧａなどの金属材料から成り、該ダミー基板上に凝集体を形成する浸食体によってエッチングさせ、複数の凹部を形成しておく。そして、第３の工程においてＡｌを含有する材料から成る前記メイン基板を成長させると、該メイン基板は、前記凹部以外の部分から、厚み方向に成長するとともに、面方向にも成長し、やがて前記凹部を跨ぐようにブリッジを形成し、一体化して平坦面となる。

したがって、Ａｌを含有する材料から成る前記メイン基板は、Ｓｉから成るダミー基板から立上がった薄い壁の凸部から成長してゆくので、それらの基板の熱膨張係数の差に起因する歪の影響を受けにくく、互いにクラックが生じ難くなるとともに、成長させたメイン基板を貫通転位の少ない良質な結晶で作成することができる。これによって、たとえば現状ではＧａＮ基板が用いられているのに対して、結果的にダミーのＳｉ基板上に紫外ＬＥＤを作成するようなことも可能になり、コストを低減することができるとともに、良好な半導体素子を作成することができる。

また、従来では、Ｓｉ基板上にバッファ層程度しか積層できなかったＡｌＮを、そのＳｉ基板上に該Ｓｉに反応性を有する金属材料を散布し、加熱するという簡易な方法を加えることで、良質な単結晶の基板にまで成長させることができるとともに、前記Ｓｉに反応性を有する金属材料から成る浸食体は、従来のフォトリソ形成などによる凹凸に比べて極微小で、ダミー基板上に分散するので、横方向の成長の遅いＡｌＮであっても、平坦なメイン基板を短時間で作成することができる。

なお、前記ダミー基板は、メイン基板の成長後に、適宜切離されてもよい。そうすれば、ＡｌＮの紫外領域での透明性を用いることができ、発光素子には好適である。

さらにまた、本発明の半導体基板の作成方法では、前記第１の工程における金属材料は、ガリウムであることを特徴とする。

上記の構成によれば、ＧａはＳｉと反応性が高く、好適である。

また、本発明の半導体基板の作成方法は、前記第１の工程において、前記金属材料の原料ガスの供給を、前記ダミー基板の昇温中から行うことを特徴とする。

上記の構成によれば、工程に必要な時間を大幅に削減できる。

さらにまた、本発明の半導体基板では、前記メイン基板は、窒化アルミニウム基板であることを特徴とする。

上記の構成によれば、紫外領域で透明性を有し、紫外ＬＥＤの作成に好適なＡｌＮ基板の結晶性を向上することができる。

また、本発明の化合物半導体発光素子では、前記のメイン基板上に、ｎ型層、発光層およびｐ型層を順次積層して成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のように安価であっても、貫通転位の少ない良好な結晶性の基板を用いて、良好な結晶性の化合物半導体発光素子を得ることができる。

本発明の半導体基板およびその作成方法は、以上のように、半導体素子が形成され、特に発光素子に適した窒化物半導体から成る結晶基板およびその作成方法において、前記結晶基板を、Ｓｉから成るダミー基板と、実際に前記半導体素子が形成され、前記窒化物半導体から成るメイン基板との２階建てとし、その２階部分のメイン基板を成長させるにあたって、第１の工程から第２の工程において、前記ダミー基板の表面を、前記Ｓｉに反応性を有するＧａなどの金属材料から成り、該ダミー基板上に凝集体を形成する浸食体によってエッチングさせ、複数の凹部を形成しておく。

それゆえ、第３の工程においてＡｌを含有する材料から成る前記メイン基板が、Ｓｉから成るダミー基板から立上がった薄い壁の凸部から成長してゆくので、それらの基板の熱膨張係数の差に起因する歪の影響を受けにくく、互いにクラックが生じ難くなるとともに、成長させたメイン基板を貫通転位の少ない良質な結晶で作成することができる。これによって、たとえば現状ではＧａＮ基板が用いられているのに対して、結果的にダミーのＳｉ基板上に紫外ＬＥＤを作成するようなことも可能になり、コストを低減することができるとともに、良好な半導体素子を作成することができる。

また、従来では、Ｓｉ基板上にバッファ層程度しか積層できなかったＡｌＮを、そのＳｉ基板上に該Ｓｉに反応性を有する金属材料を散布し、加熱するという簡易な方法を加えることで、良質な単結晶の基板にまで成長させることができるとともに、前記Ｓｉに反応性を有する金属材料から成る浸食体の凝集体は、従来のフォトリソ形成などによる凹凸に比べて極微小で、ダミー基板上に分散するので、横方向の成長の遅いＡｌＮであっても、平坦なメイン基板を短時間で作成することができる。

さらにまた、本発明の半導体基板の作成方法は、以上のように、前記金属材料をＧａとする。

それゆえ、ＧａはＳｉと反応性が高く、好適である。

また、本発明の半導体基板の作成方法は、以上のように、前記金属材料の原料ガスの供給を、前記ダミー基板の昇温中から行う。

それゆえ、工程に必要な時間を大幅に削減できる。

さらにまた、本発明の半導体基板は、以上のように、前記メイン基板を窒化アルミニウム基板とする。

それゆえ、紫外領域で透明性を有し、紫外ＬＥＤの作成に好適なＡｌＮ基板の結晶性を向上することができる。

また、本発明の化合物半導体発光素子は、以上のように、前記のメイン基板上に、ｎ型層、発光層およびｐ型層を順次積層して成る。

それゆえ、上述のように安価であっても、貫通転位の少ない良好な結晶性の基板を用いて、良好な結晶性の化合物半導体発光素子を得ることができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る半導体基板１０の作成方法を説明するための断面図である。この半導体基板１０は、大略的に、図１（ｃ）で示すように、Ｓｉから成るダミー基板１と、前記Ｓｉに反応性を有する金属材料から成り、前記ダミー基板１上に凝集体を形成する浸食体２と、前記浸食体２の浸食によって前記ダミー基板１に形成された凹部３および凸部４の内、前記浸食体２で覆われていない凸部４から、前記浸食体２を覆うように一体に成長して成り、ＡｌＮ層から成るメイン基板５とを備えて構成される。

その作成方法は、先ず第１の工程では、図１（ａ）で示すように、前記Ｓｉから成るダミー基板１上に、前記Ｓｉに反応性を有する金属材料を散布し、加熱して凝集体を形成させ、前記浸食体２とする。前記Ｓｉと反応性のある金属として、代表としてＧａについて言及するが、散布される金属材料はＳｉと反応すればよく、特に限定されるものではない。また、金属を供給する原料も限定されるものではなく、金属単体（蒸着、スパッタ等）、や有機金属化合物または塩化物（原料ガスで供給）等が挙げられる。前記加熱によって、前記金属材料は、極微小で、ダミー基板１上に分散して前記凝集体を形成する。

次に、第２の工程では、図１（ｂ）で示すように、前記凝集体を浸食体２として、加熱によって前記ダミー基板１をエッチングさせて、前記凹部３および凸部４を形成させる。前記Ｓｉは、１０００℃程度の温度から金属との反応性が特に高くなる。したがって、前記第１の工程で金属材料から成る凝集体が形成されたダミー基板１を、この温度以上に加熱することで金属材料とＳｉとの反応が進行し、ダミー基板１の表面がエッチングされる。

続いて、第３の工程では、前記図１（ｃ）で示すように、前記浸食体２の浸食によって前記ダミー基板１に形成された凹部３および凸部４の内、前記浸食体２で覆われていない凸部４から、前記浸食体２を覆うようにＡｌＮ層を一体に成長させ、メイン基板５を形成する。ここで、前記Ｇａは、その融点が２９．７６℃と、前記１０００℃の温度域では液体であり、この液体上に成長温度が１２００℃以上のＡｌＮは成長せず、前記Ｓｉから成るダミー基板１の凸部４のみから、前記ＡｌＮ層は成長する。そして、このＡｌＮ層の厚さを厚くすることで、次第に凹部３上にもＡｌＮ層が延びてゆき、最終的に図１（ｃ）で示すように、ダミー基板１との間に連通した空洞６が形成される。ただし、ＡｌＮ層を形成することが望まれるが、これに限定されるものではなく、Ｇａ、Ｂ、Ｉｎ等の元素が含まれていてもよい。また、ＡｌＮ層の成長には、有機金属気相成長法（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy:ＭＯＣＶＤ)を用いるが、成長方法も限定されるものではない。たとえば、ハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy:ＨＶＰＥ）や分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy:ＭＢＥ)も挙げられる。

前記第１〜第３の工程は、ダミー基板１の温度変化に合わせて、下記の態様で行うことができる。

先ず、第１の態様は、概略的には、冷えたダミー基板１上にＧａを散布するものである。具体的には、図２で示すように、従来から一般的に用いられている手法によって、ダミー基板１の表面を洗浄した後、真空蒸着装置に基板を導入し、たとえば真空度が１×１０^−６Ｔｏｒｒ程度になるまで真空引きを行ない、Ｇａを２Å／ｓ程度の速度で堆積させ、第１の工程とする。蒸着後、前記ダミー基板１を取出し、速やかにＡｌＮ層を成長させるための有機金属気相成長装置の反応室内に導入し、７６Ｔｏｒｒの減圧下に真空引きした後、ＡｌＮ層の成長温度である１３００℃まで昇温する。その昇温過程において、ＳｉとＧａとを反応させ、ダミー基板１に前記凹部３および凸部４を形成させて第２の工程とする。この時、反応は昇温中だけに限らず、反応が不十分であれば、ＡｌＮの成長温度と同じ温度になってからも反応が継続する。次に、キャリアガスを水素とし、またＡｌ原料としてトリメチルアルミニウム（Trimethiyaluminum:ＴＭＡｌ）、窒素原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を用いて、前記ＡｌＮ層から成るメイン基板５を成長させ、第３の工程とする。ただし、ＡｌＮ層の成長条件は、前記空洞６を形成するように横方向に成長すればよく、特に限定されるものではない。このような工程を経ることで、Ｇａ散布に様々な手法を用いることができる。

次に、第２の態様は、概略的には、ＡｌＮ層を成長させるための昇温中にＧａを散布するものである。具体的には、図３で示すように、従来から一般的に用いられている手法によって、ダミー基板１の表面を洗浄した後、速やかにＡｌＮ層を成長させるための有機金属気相成長装置の反応室内に導入し、７６Ｔｏｒｒの減圧下に真空引きした後、ＡｌＮ層の成長温度である１３００℃まで昇温を開始する。その昇温中、５００℃を経過した段階で、ダミー基板１上にＧａ原料であるトリメチルガリウム（Trimethylgallium:ＴＭＧａ）を２ＳＣＣＭの流量で供給し、第１の工程とする。ただし、Ｇａの供給を開始する温度は、ＧａとＳｉとが反応するもう少し高い温度領域であってもよい。また、図４に示すように、昇温中、一旦所定の温度で安定させた状態になってから供給を開始するようにしてもよい。そして、その後のＡｌＮの成長温度になるまでの昇温過程で、ダミー基板１のエッチングを行い、凹部３および凸部４を形成し、第２の工程とする。ただし、第１の工程が、既にＧａとＳｉとが反応する温度以上である場合、この第２の工程を前記第１の工程と同じ温度で行なってもよい。また、この第２の工程がＡｌＮ層の成長温度と同じでもよい。その後の第３の工程によるメイン基板５の形成条件は、前記第１の態様と同一である。このような工程を経ることで、Ｇａを散布しながら、同時にダミー基板１のエッチングが可能になるので、工程に必要な時間を大幅に削減できる。

続いて、第３の態様は、概略的には、ＡｌＮ層を成長させるための温度に昇温後にＧａを散布するものである。具体的には、図５で示すように、従来から一般的に用いられている手法によって、ダミー基板１を洗浄した後、速やかにＡｌＮ層を成長させるための有機金属気相成長装置の反応室内に導入し、７６Ｔｏｒｒの減圧下に真空引きした後、ＡｌＮ層の成長温度である１３００℃まで昇温を開始する。昇温後、前記トリメチルガリウムによってＧａを供給し、第１の工程とする。その後、Ｇａの供給を停止しても、温度を維持し、またＡｌＮ層の材料を供給せず、これによってダミー基板１のエッチングを行い、凹部３および凸部４を形成し、第２の工程とする。そのまま温度を維持し、前記第１の態様と同様にメイン基板５を形成し、第３の工程とする。このような工程を経ることで、Ｇａを散布する温度、ＧａとＳｉとを反応させる温度、ＡｌＮ層を形成する温度が全て等しくなるので、各工程の温度をそれぞれ検討する必要が無くなり、より簡易にダミー基板１に凹部３および凸部４を形成することが可能になる。

図６は、上述のように作成される半導体基板１０を用いて作製される発光素子１１の構造を示す断面図である。以降、前記有機金属気相成長法を用いてＡｌＮ層から成るメイン基板５を形成した後、同じ有機金属気相成長装置内で継続して該発光素子１１を作成する場合について述べるが、発光素子１１の作製方法は特に限定されるものではなく、前記ハイドライド気相成長法や分子線エピタキシー法が用いられてもよい。また、原料の種類や形成条件についても、発光素子１１が形成できればよく、限定されるものではない。

前記１３００℃でのメイン基板５の形成後、基板温度を１１００℃まで降温し、ｎ型ＡｌＧａＮ層１２を２μｍ積層する。それには、ＮＨ_３を３ＳＬＭにし、さらにＴＭＧａ，ＴＭＡｌをそれぞれ所定の流量比に設定し、供給する。本実施の形態では、前記ＴＭＧａとＴＭＡｌとのモル供給量の和が、１００ｕｍｏｌ／ｍｉｎになるように制御した。また、ｎ型伝導性を得るために、ドーパントとしてＳｉを用い、テトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を供給する。

続いて、同じ温度を用いて、ＡｌＧａＮ層から成る発光層１３を形成する。該発光層１３は、井戸層と障壁層とから成る多重量子井戸構造とし、上記のｎ型ＡｌＧａＮ層の形成条件を利用し、井戸層に比べ、障壁層のＡｌ組成を１０％高くなるように流量を制御した。たとえば、井戸層のＡｌ組成が２０％であるとき、障壁層のＡｌ組成が３０％となるようにする。この時、井戸層の厚さは２ｎｍとし、障壁層の厚さは１０ｎｍとし、井戸の数は５とした。ただし、この発光層１３の構造は限定されるものではなく、また該発光層１３にドーパントは供給しない。

次に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１４を１５ｎｍ形成する。基本的な形成条件は上記の発光層１３と同じである。ただし、障壁層のＡｌ組成からさらに１５％高くなるように、Ａｌ組成を調整した。また、ｐ型伝導性を得るために、ドーパントとしてＭｇを用いた。Ｍｇの原料として、ＣＰ_２Ｍｇ（Biscyclopentadienylmagnesium）を用いた。

その後、ｐ型ＡｌＧａＮ層１５を５０ｎｍ形成する。基本的な条件は、発光層１３の障壁層に用いたものと同一であり、ｐ型ドーパントとしてＭｇを用いている。さらに、ｐ型ＧａＮコンタクト層１６を２０ｎｍ形成する。基本的な条件は、ｐ型ＡｌＧａＮ層１５と同一であり、ＴＭＡｌの供給を停止するのみで形成することができる。このようにして、発光素子１１を作成することができる。

以上のように、本発明の半導体基板１０は、特に発光素子１１に適した窒化物半導体から成る結晶基板において、その結晶基板を、Ｓｉから成るダミー基板１と、実際に半導体素子が形成され、前記窒化物半導体から成るメイン基板５との２階建てとし、その２階部分のメイン基板５を成長させるにあたって、前記ダミー基板１の表面を、前記Ｓｉに反応性を有するＧａなどの金属材料から成り、該ダミー基板１上に凝集体を形成する浸食体２によってエッチングさせ、凹部３および凸部４を形成しておくので、Ａｌを含有する材料から成る前記メイン基板５を成長させると、該メイン基板５は、前記凹部３および凸部４の内、前記浸食体２で覆われていない凸部４から、厚み方向に成長するとともに、面方向にも成長し、やがて前記凹部３を跨ぐようにブリッジを形成し、一体化して平坦面となる。

したがって、前記メイン基板５は、Ｓｉから成るダミー基板１から立上がった薄い壁の凸部４から成長してゆくので、それらの基板１，５の熱膨張係数の差に起因する歪の影響を受けにくく、互いにクラックが生じ難くなるとともに、成長させたメイン基板５を貫通転位の少ない良質な結晶で作成することができる。これによって、たとえば現状ではＧａＮ基板が用いられているのに対して、結果的にダミーのＳｉ基板上に紫外ＬＥＤを作成するようなことも可能になり、コストを低減することができるとともに、良好な半導体素子を作成することができる。

また、従来では、Ｓｉ基板上にバッファ層程度しか積層できなかったＡｌＮを、そのＳｉから成るダミー基板１上に、該Ｓｉに反応性を有する金属材料を散布し、加熱するという簡易な方法を加えることで、良質な単結晶のメイン基板５にまで成長させることができるとともに、前記Ｓｉに反応性を有する金属材料から成る浸食体２は、従来のフォトリソ形成などによる凹凸に比べて極微小で、ダミー基板１上に分散するので、横方向の成長の遅いＡｌＮであっても、平坦なメイン基板５を短時間で作成することができる。

なお、前記ダミー基板１は、メイン基板５の成長後に、適宜切離されてもよい。そうすれば、ＡｌＮの紫外領域での透明性を用いることができ、たとえば殺菌用の２５０ｎｍの発光素子等に好適である。

本発明の実施の一形態に係る半導体基板の作成方法を説明するための断面図である。 第１の態様の成長シーケンスを説明するための図である。 第２の態様の成長シーケンスを説明するための図である。 第２の態様の他の成長シーケンスを説明するための図である。 第３の態様の成長シーケンスを説明するための図である。 前記半導体基板を用いて作製される発光素子の構造を示す断面図である。

符号の説明

１ ダミー基板
２ 浸食体
３ 凹部
４ 凸部
５ メイン基板
１０ 半導体基板
１１ 発光素子
１２ ｎ型ＡｌＧａＮ層
１３ 発光層
１４ ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層
１５ ｐ型ＡｌＧａＮ層
１６ ｐ型ＧａＮコンタクト層

Claims (6)

1. シリコンから成るダミー基板上に、前記シリコンに対して反応性を有する金属材料を散布し、加熱して凝集体を形成させる第１の工程と、
   前記凝集体を浸食体として、加熱によって前記ダミー基板を部分的にエッチングさせて、該ダミー基板の表面上に複数の凹部を形成させる第２の工程と、
   前記ダミー基板の凹部以外の部分から、アルミニウムを含有する材料によって、前記凹部を覆うように一体に成長させ、メイン基板を形成する第３の工程とを含むことを特徴とする半導体基板の作成方法。
2. 前記第１の工程における金属材料は、ガリウムであることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の作成方法。
3. 前記第１の工程において、前記金属材料の原料ガスの供給を、前記ダミー基板の昇温中から行うことを特徴とする請求項１または２記載の半導体基板の作成方法。
4. シリコンから成り、前記シリコンに対して反応性を有する金属材料によって表面が部分的に浸食された凹部を複数有するダミー基板と、
   前記ダミー基板の凹部以外の部分から、前記凹部を覆うように一体に成長して成り、アルミニウムを含有するメイン基板とを含むことを特徴とする半導体基板。
5. 前記メイン基板は、窒化アルミニウム基板であることを特徴とする請求項４記載の半導体基板。
6. 前記請求項４または５記載のメイン基板上に、ｎ型層、発光層およびｐ型層を順次積層して成ることを特徴とする化合物半導体発光素子。

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