JP3257442B2 - 窒化ガリウム結晶の製造方法 - Google Patents

窒化ガリウム結晶の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば短波長の半
導体レーザや高温高速トランジスタなどに利用できる窒
化ガリウム結晶の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは光ディスクの読み出し、
書き込みに広く用いられている。光ディスクの単位面積
当たり記録可能な情報量は半導体レーザの波長の２乗に
反比例するので、高密度記録実現のためにはレーザの短
波長化が必要不可欠である。窒化ガリウムは禁制帯幅3.
4eVと大きくかつ直接遷移型半導体であり、窒化アルミ
ニウム及び窒化インジウムとの混晶が作製可能である。
このため半導体レーザ実現のために必要な禁制帯幅の異
なる半導体接合ダブルヘテロ構造を容易に作製できるの
で、波長400nm前後の短波長レーザ用材料として期待さ
れている。
【０００３】また前記窒化ガリウムは禁制帯幅が大き
く、絶縁破壊電界が5 × 106V/cm 、電子の飽和ドリフ
ト速度が1.5 × 107cm/sと大きいという特長を有し、高
温高速トランジスタ用材料としても期待されている。
【０００４】窒化ガリウム系材料の結晶成長には、良好
な窒化ガリウム基板が存在しないため、一般にサファイ
アを基板に用いたヘテロエピタキシャル成長が行われて
きた。一般に用いられている有機金属気相成長法や分子
線エピタキシー法に加え、さらなる結晶性改善を目指し
て、アンモニアを窒素原料、加熱したガリウム表面を経
て供給される塩化水素ガスをガリウム原料にそれぞれ用
いたハライドVPE法による成長速度100ミクロン/hr以上
の高速製膜法による厚膜成長が注目され、研究開発が活
発に行われている。
【０００５】従来のハライドVPE法による窒化ガリウム
結晶の製造方法においては、基板にサファイアを用い、
前記ハライドVPE法により膜厚100ミクロン以上の窒化ガ
リウム結晶を形成していた。
【０００６】以下、従来の窒化ガリウム結晶の製造方法
について説明する。図３３は従来の窒化ガリウム結晶の
製造方法である。図３３において、１１はサファイア基
板、１２は窒化ガリウム結晶である。
【０００７】サファイア基板１１の膜厚約600ミクロンm
のサファイア基板を例えば1000℃に昇温し、この上に、
例えばアンモニアガスと、850℃に加熱した金属ガリウ
ム表面を経由して塩化水素ガスを供給することにより形
成される塩化ガリウムを反応させることにより、窒化ガ
リウム１２を100ミクロン形成する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような窒化ガリウム結晶の製造方法では、サファイア基
板上に窒化ガリウムを形成する際に、サファイアと窒化
ガリウムでは格子定数が異なり、結晶歪みエネルギーが
シリコン、窒化ガリウム側に蓄えられる。窒化ガリウム
の膜厚がサファイアの膜厚よりも小さいため、窒化ガリ
ウムの格子１つあたりにかかる結晶歪みエネルギーはサ
ファイア側のそれよりも大きく、その結果、結晶転位等
の結晶欠陥は窒化ガリウム側に生じ、結晶性に優れた厚
膜窒化ガリウム結晶を得るのが困難であった。また、基
板に電気伝導性のないサファイアを用いているため、半
導体レーザ、発光ダイオードの応用では電極を形成する
ために窒化物系半導体を選択的にエッチングしなければ
ならず工程が複雑となる、かつ従来のガリウム砒素系半
導体レーザや発光ダイオードで行われているような、基
板表面側、裏面側に電極を形成する場合に比べ、前記基
板表面側に２つの電極を形成した場合には直列抵抗が大
きくなり、前記半導体レーザ、発光ダイオードの動作電
圧が大きくなるという課題があった。また従来の製造方
法をトランジスタへの応用へ適用した場合には、サファ
イアの熱伝導率が0.11W/cm Kと小さいため、前記トラン
ジスタが扱える出力電力には限界があった。
【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、結晶性に優れた窒化ガリウム厚膜結晶を提供するこ
と、また製造工程が簡単でかつ動作電圧の低い窒化ガリ
ウム系半導体レーザ、発光ダイオードを提供すること、
大きな出力電力を取り扱える窒化ガリウム系トランジス
タを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム結
晶の製造方法は、シリコン基板上に非晶質二酸化ケイ素
その上に単結晶シリコン薄膜を形成した後に窒化ガリウ
ム厚膜結晶を形成することにより、ヘテロエピタキシャ
ル成長の際に生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウ
ム側でなく前記非晶質二酸化ケイ素上に形成された単結
晶シリコン薄膜側に生じさせ、その結果、窒化ガリウム
の結晶欠陥を大幅に低減でき、結晶性の良好な窒化ガリ
ウム厚膜結晶が形成できるという知見を見いだし、該知
見に基づいて成されたものである。また、前記窒化ガリ
ウム厚膜結晶を形成後に前記シリコン基板及び二酸化ケ
イ素及びシリコン薄膜を除去することにより、導電性が
ありかつ放熱に優れた窒化ガリウム結晶が形成できると
いう知見を見いだし、該知見に基づいて成されたもので
ある。
【００１１】請求項１記載の発明は、シリコン基板上に
酸素イオンを注入する工程と、熱処理して前記シリコン
基板中に非晶質の二酸化ケイ素薄膜をシリコン基板の面
内の一部に形成し、少なくとも前記二酸化ケイ素薄膜上
に前記シリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成
する工程と、前記シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形成
する工程とを備えたという構成を有する。この構成によ
れば、窒化ガリウム厚膜を非晶質二酸化ケイ素薄膜上に
形成された単結晶シリコン薄膜上に形成することによ
り、ヘテロエピタキシャル成長の際に生じる結晶転位等
の結晶欠陥を窒化ガリウム側でなく前記非晶質二酸化ケ
イ素上に形成された単結晶シリコン薄膜側に生じさせ、
その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減でき、
結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成することが
可能となる。
【００１２】請求項２記載の発明は、シリコン基板上に
酸素イオンを注入する工程と、熱処理して前記シリコン
基板中に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成し、前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記シリコン基板による単結晶のシリ
コン薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜上に窒化
ガリウムを形成する工程と、前記シリコン基板、前記二
酸化ケイ素薄膜および前記シリコン薄膜を除去する工程
を備えたという構成を有する。この構成によれば、請求
項１の発明と同様、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低
減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成す
ることが可能となる。この窒化ガリウム厚膜上に窒化ガ
リウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造
を形成することにより、前記シリコン基板及び二酸化ケ
イ素及びシリコン薄膜が除去されているため、窒化ガリ
ウムの両面にそれぞれ電極を形成できるので、サファイ
アを基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡単化
でき、かつ直列抵抗を低減できるので動作電圧を低減す
ることが可能となる。前記窒化ガリウム厚膜上に窒化ガ
リウム系トランジスタ構造を形成することにより、サフ
ァイアを基板に用いていた場合に比べて放熱を改善で
き、より大電力の出力が可能となる。
【００１３】請求項３記載の発明は、シリコン基板上に
選択的にフォトレジストを形成する工程と、前記シリコ
ン基板上に酸素イオンを注入する工程と、熱処理して前
記シリコン基板中の前記フォトレジストが無い領域に対
応する領域に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成し、前記
二酸化ケイ素薄膜上に前記シリコン基板による単結晶の
シリコン薄膜を形成する工程および前記シリコン薄膜上
に窒化ガリウムを形成する工程とを備えたという構成を
有する。この構成によれば、シリコン基板の一部分にて
非晶質二酸化ケイ素上が埋め込まれて形成される構成と
なっており、請求項１の発明と同様、ヘテロエピタキシ
ャル成長の際に生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリ
ウム側でなく前記非晶質二酸化ケイ素上に形成されたシ
リコン薄膜側に生じさせ、その結果、窒化ガリウムの結
晶欠陥を大幅に低減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム
厚膜結晶を形成することが可能となる。また、シリコン
基板の一部分のみに非晶質二酸化ケイ素を埋め込む構成
にすることにより、シリコン基板の表面の結晶性は非晶
質二酸化ケイ素の埋め込まれていない部分の結晶性の良
好な部分の結晶性を引き継ぎ、請求項１の発明のように
シリコン基板全面にてシリコン薄膜の下に非晶質二酸化
ケイ素、その下にシリコン基板という構成にする場合に
比べ、窒化ガリウム厚膜下のシリコンの結晶性を改善
し、その結果、前記シリコンの上に形成される窒化ガリ
ウム厚膜の結晶性を改善することが可能となる。
【００１４】請求項４記載の発明は、シリコン基板の内
部に非晶質二酸化ケイ素がその表面が必ず前記シリコン
基板の内部と接する形で形成され、前記シリコン基板上
に窒化ガリウムを形成し、続いて前記シリコン基板及び
二酸化ケイ素を除去するという構成を有する。この構成
によれば、請求項３の発明と同様、窒化ガリウムの結晶
欠陥を大幅に低減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚
膜結晶を形成することが可能となる。この窒化ガリウム
厚膜上に窒化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオード
のｐｎ接合構造を形成することにより、前記シリコン基
板及び二酸化ケイ素及びシリコン薄膜が除去されている
ため、窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極を形成できる
ので、サファイアを基板に用いる場合に比べデバイス製
造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減できるので動
作電圧を低減することが可能となる。前記窒化ガリウム
厚膜上に窒化ガリウム系トランジスタ構造を形成するこ
とにより、サファイアを基板に用いていた場合に比べて
放熱を改善でき、より大電力の出力が可能となる。
【００１５】請求項５記載の発明は、第１のシリコン基
板上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、同
二酸化ケイ素薄膜上に第２のシリコン基板を密着させた
後、同第２のシリコン基板をエッチングして前記二酸化
ケイ素薄膜上に前記第２のシリコン基板による単結晶の
シリコン薄膜を形成する工程と、同シリコン薄膜をフォ
トレジストを用いて選択的に除去して前記シリコン薄膜
に前記二酸化ケイ素薄膜が露出した開口部を形成する工
程および前記シリコン薄膜上および前記開口部内の前記
二酸化ケイ素薄膜上に窒化ガリウムを形成する工程とを
備えたという構成を有する。この構成によれば、シリコ
ン基板上の全面に形成された非晶質二酸化ケイ素上に部
分的に単結晶シリコン薄膜が形成される構成となってお
り、請求項１の発明と同様、ヘテロエピタキシャル成長
の際に生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側で
なく前記非晶質二酸化ケイ素上に形成されたシリコン薄
膜側に生じさせ、その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を
大幅に低減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶
を形成することが可能となる。また、部分的に形成され
た単結晶シリコン薄膜によって構成される段差上に窒化
ガリウム厚膜結晶を形成することにより、シリコンと窒
化ガリウムの格子定数の差から生じるストレスを前記段
差の部分において緩和し、その結果、その上に形成され
る窒化ガリウム厚膜の結晶性を改善することが可能とな
る。
【００１６】請求項６記載の発明は、シリコン基板上に
非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上に
単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄膜
を一つ以上の開口部を有する形で選択的に除去し、さら
に前記シリコン薄膜及び二酸化ケイ素薄膜上に窒化ガリ
ウムを形成し、続いて前記シリコン基板及び二酸化ケイ
素及びシリコン薄膜を除去するという構成を有する。こ
の構成によれば、請求項５の発明と同様、結晶性の良好
な窒化ガリウム厚膜結晶を形成することが可能となる。
この窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウム系半導体レー
ザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形成することによ
り、前記シリコン基板及び二酸化ケイ素及びシリコン薄
膜が除去されているため、窒化ガリウムの両面にそれぞ
れ電極を形成できるので、サファイアを基板に用いる場
合に比べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗
を低減できるので動作電圧を低減することが可能とな
る。前記窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウム系トランジ
スタ構造を形成することにより、サファイアを基板に用
いていた場合に比べて放熱を改善でき、より大電力の出
力が可能となる。
【００１７】請求項７記載の発明は、第１のシリコン基
板上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、同
二酸化ケイ素薄膜上に第２のシリコン基板を密着させた
後、同第２のシリコン基板をエッチングして前記二酸化
ケイ素薄膜上に前記第２のシリコン基板による単結晶の
シリコン薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜上に
フォトレジストを形成し、前記シリコン薄膜と前記二酸
化ケイ素薄膜を選択的に除去して前記第１のシリコン基
板が露出した開口部を形成する工程および前記シリコン
薄膜上および前記開口部内の前記第１のシリコン基板上
に窒化ガリウムを形成する工程とを備えたという構成を
有する。この構成によれば、シリコン基板上に部分的に
非晶質二酸化ケイ素薄膜その上に単結晶シリコン薄膜が
形成される構成となっており、請求項１の発明と同様、
ヘテロエピタキシャル成長の際に生じる結晶転位等の結
晶欠陥を窒化ガリウム側でなく前記非晶質二酸化ケイ素
上に形成されたシリコン薄膜側に生じさせ、その結果、
窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減でき、結晶性の良
好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成することが可能とな
る。また、部分的に形成された単結晶シリコン薄膜及び
二酸化ケイ素薄膜によって構成される段差上に窒化ガリ
ウム厚膜結晶を形成することにより、シリコンと窒化ガ
リウムの格子定数の差から生じるストレスを前記段差の
部分において緩和し、かつその結果、その上に形成され
る窒化ガリウム厚膜の結晶性を改善することが可能とな
る。前記窒化ガリウムは前記シリコン薄膜かあるいは前
記シリコン基板の表面の上に形成され、請求項５の発明
のように窒化ガリウム厚膜を部分的に二酸化ケイ素薄膜
の表面上に形成する場合に比べ、その上に形成される窒
化ガリウム厚膜は必ず下地シリコンの基板の格子の情報
を受け継いで形成されるため、単結晶が形成されやす
く、その結果、窒化ガリウム厚膜の結晶性を、請求項５
の発明の場合に比べ改善することが可能となる。
【００１８】請求項８記載の発明は、シリコン基板上に
非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上に
単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄膜
及び二酸化ケイ素薄膜を一つ以上の開口部を有する形で
選択的に除去し、前記開口部内のシリコン基板及び前記
シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形成し、続いて前記シ
リコン基板及び二酸化ケイ素薄膜及びシリコン薄膜を除
去するという構成を有する。この構成によれば、請求項
７の発明と同様、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶
を形成することが可能となる。この窒化ガリウム厚膜上
に窒化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ
接合構造を形成することにより、前記シリコン基板及び
二酸化ケイ素及びシリコン薄膜が除去されているため、
窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極を形成できるので、
サファイアを基板に用いる場合に比べデバイス製造工程
を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減できるので動作電圧
を低減することが可能となる。前記窒化ガリウム厚膜上
に窒化ガリウム系トランジスタ構造を形成することによ
り、サファイアを基板に用いていた場合に比べて放熱を
改善でき、より大電力の出力が可能となる。
【００１９】請求項９記載の発明は、シリコン基板上に
非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上に
単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄膜
上に炭化ケイ素薄膜続いて窒化ガリウムを形成するとい
う構成を有する。この構成によれば、窒化ガリウム厚膜
を単結晶シリコン薄膜上に形成された炭化ケイ素薄膜上
に形成し、かつ前記単結晶シリコン薄膜は非晶質二酸化
ケイ素薄膜上に形成されていることにより、ヘテロエピ
タキシャル成長の際に生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒
化ガリウム側でなく前記非晶質二酸化ケイ素上に形成さ
れた炭化ケイ素薄膜及び単結晶シリコン薄膜側に生じさ
せ、その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減で
き、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成するこ
とが可能となる。また、炭化ケイ素の格子定数が六方晶
a軸にて3.08オングストローム、窒化ガリウムの格子定
数が六方晶a軸にて3.19オングストロームとその格子不
整合が3.45%程度と小さいために、前記炭化ケイ素をシ
リコン薄膜と窒化ガリウム厚膜結晶の間に挿入する形で
形成することにより、直接シリコン薄膜上に窒化ガリウ
ムを形成する場合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を
低減することが可能となる。
【００２０】請求項１０記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜上に炭化ケイ素薄膜続いて窒化ガリウムを形成し、続
いて前記シリコン基板及び二酸化ケイ素を除去するとい
う構成を有する。この構成によれば、請求項９の発明と
同様、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を前記炭化
ケイ素薄膜上に形成することが可能となる。この窒化ガ
リウム厚膜上に窒化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイ
オードのｐｎ接合構造を形成することにより、前記シリ
コン基板及び二酸化ケイ素及びシリコン薄膜が除去され
ているため、窒化ガリウム側、炭化ケイ素薄膜側のそれ
ぞれ電極を形成できるので、サファイアを基板に用いる
場合に比べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵
抗を低減できるので動作電圧を低減することが可能とな
る。前記窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウム系トランジ
スタ構造を形成することにより、サファイアを基板に用
いていた場合に比べて放熱を改善でき、より大電力の出
力が可能となる。
【００２１】請求項１１記載の発明は、シリコン基板上
に選択的にフォトレジストを形成する工程と、前記シリ
コン基板上に酸素イオンを注入する工程と、熱処理して
前記シリコン基板中の前記フォトレジストが無い領域に
対応する領域に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を、前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記シリコン基板による単結晶のシリ
コン薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜上に炭化
ケイ素薄膜を形成する工程および前記炭化ケイ素薄膜上
に窒化ガリウムを形成する工程とを備えた構成とする。
この構成によれば、シリコン基板の一部分にて非晶質二
酸化ケイ素上が埋め込まれて形成され、かつ前記シリコ
ン基板上に炭化ケイ素薄膜が形成される構成となってお
り、請求項９の発明と同様、ヘテロエピタキシャル成長
の際に生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側で
なく前記非晶質二酸化ケイ素上に形成された炭化ケイ素
薄膜及び単結晶シリコン薄膜側に生じさせ、その結果、
窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減でき、結晶性の良
好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成することが可能とな
る。また、シリコン基板の一部分のみに非晶質二酸化ケ
イ素を埋め込む構成にすることにより、シリコン基板の
表面の結晶性は非晶質二酸化ケイ素の埋め込まれていな
い部分の結晶性の良好な部分の結晶性を引き継ぎ、請求
項９の発明のようにシリコン基板全面にてシリコン薄膜
の下に非晶質二酸化ケイ素、その下にシリコン基板とい
う構成にする場合に比べ、炭化ケイ素薄膜下のシリコン
の結晶性を改善し、その結果、前記シリコンの上に形成
される炭化ケイ素薄膜の結晶性を改善し、さらにはその
上に形成される窒化ガリウム厚膜の結晶性を改善するこ
とが可能となる。また、炭化ケイ素と窒化ガリウムの格
子不整合が3.45%程度と小さいために、前記炭化ケイ素
をシリコン薄膜と窒化ガリウム厚膜結晶の間に挿入する
形で形成することにより、直接シリコン薄膜上に窒化ガ
リウムを形成する場合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠
陥を低減することが可能となる。
【００２２】請求項１２記載の発明は、シリコン基板の
内部に非晶質二酸化ケイ素がその表面が必ず前記シリコ
ン基板の内部と接する形で形成され、前記シリコン基板
上に炭化ケイ素薄膜続いて窒化ガリウムを形成した後
に、前記シリコン基板及び二酸化ケイ素を除去するとい
う構成を有する。この構成によれば、請求項１１の発明
と同様、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減でき、結
晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成することが可
能となる。この窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウム系半
導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形成する
ことにより、前記シリコン基板及び二酸化ケイ素及びシ
リコン薄膜が除去されているため、窒化ガリウム側、炭
化ケイ素薄膜側のそれぞれ電極を形成できるので、サフ
ァイアを基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡
単化でき、かつ直列抵抗を低減できるので動作電圧を低
減することが可能となる。前記窒化ガリウム厚膜上に窒
化ガリウム系トランジスタ構造を形成することにより、
サファイアを基板に用いていた場合に比べて放熱を改善
でき、より大電力の出力が可能となる。
【００２３】請求項１３記載の発明は、第１のシリコン
基板上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、
同二酸化ケイ素薄膜上に第２のシリコン基板を密着させ
た後、同第２のシリコン基板をエッチングして前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記第２のシリコン基板による単結晶
のシリコン薄膜を形成する工程と、同シリコン薄膜をフ
ォトレジストを用いて選択的に除去して前記シリコン薄
膜に前記二酸化ケイ素薄膜が露出した開口部を形成する
工程および前記シリコン薄膜上および前記開口部内の前
記二酸化ケイ素薄膜上に炭化ケイ素薄膜を形成する工程
および前記炭化ケイ素薄膜の上に窒化ガリウムを形成す
る工程とを備えたという構成を有する。この構成によれ
ば、シリコン基板上の全面に形成された非晶質二酸化ケ
イ素上に部分的に単結晶シリコン薄膜が形成され、その
上に炭化ケイ素薄膜が形成される構成となっており、請
求項９の発明と同様、ヘテロエピタキシャル成長の際に
生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でなく前
記非晶質二酸化ケイ素上に形成された炭化ケイ素薄膜及
びシリコン薄膜側に生じさせ、その結果、窒化ガリウム
の結晶欠陥を大幅に低減でき、結晶性の良好な窒化ガリ
ウム厚膜結晶を形成することが可能となる。また、部分
的に形成された単結晶シリコン薄膜によって構成される
段差上に炭化ケイ素薄膜、さらにその上に窒化ガリウム
厚膜結晶を形成することにより、シリコンと窒化ガリウ
ムの格子定数の差から生じるストレスを前記段差の部分
において緩和し、その結果、その上に形成される窒化ガ
リウム厚膜の結晶性を改善することが可能となる。ま
た、炭化ケイ素と窒化ガリウムの格子不整合が3.45%程
度と小さいために、前記炭化ケイ素をシリコン薄膜と窒
化ガリウム厚膜結晶の間に挿入する形で形成することに
より、直接シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形成する場
合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減することが
可能となる。
【００２４】請求項１４記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜を一つ以上の開口部を有する形で選択的に除去し、前
記シリコン薄膜及び二酸化ケイ素薄膜上に炭化ケイ素薄
膜続いて窒化ガリウムを形成し、続いて前記シリコン基
板及び二酸化ケイ素及びシリコン薄膜を除去するという
構成を有する。この構成によれば、請求項１３の発明と
同様、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成する
ことが可能となる。この窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリ
ウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を
形成することにより、前記シリコン基板及び二酸化ケイ
素及びシリコン薄膜が除去されているため、窒化ガリウ
ム側、炭化ケイ素薄膜側のそれぞれ電極を形成できるの
で、サファイアを基板に用いる場合に比べデバイス製造
工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減できるので動作
電圧を低減することが可能となる。前記窒化ガリウム厚
膜上に窒化ガリウム系トランジスタ構造を形成すること
により、サファイアを基板に用いていた場合に比べて放
熱を改善でき、より大電力の出力が可能となる。
【００２５】請求項１５記載の発明は、第１のシリコン
基板上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、
同二酸化ケイ素薄膜上に第２のシリコン基板を密着させ
た後、同第２のシリコン基板をエッチングして前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記第２のシリコン基板による単結晶
のシリコン薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜上
にフォトレジストを形成し、前記シリコン薄膜と前記二
酸化ケイ素薄膜を選択的に除去して前記第１のシリコン
基板が露出した開口部を形成する工程および前記シリコ
ン薄膜上および前記開口部内の前記第１のシリコン基板
上に炭化ケイ素薄膜を形成する工程および前記炭化ケイ
素薄膜の上に窒化ガリウムを形成する工程とを備えたと
いう構成を有する。この構成によれば、シリコン基板上
に部分的に非晶質二酸化ケイ素薄膜その上に単結晶シリ
コン薄膜が形成され、その上全面に炭化ケイ素薄膜が形
成される構成となっており、請求項９の発明と同様、ヘ
テロエピタキシャル成長の際に生じる結晶転位等の結晶
欠陥を窒化ガリウム側でなく前記非晶質二酸化ケイ素上
に形成された炭化ケイ素薄膜及びシリコン薄膜側に生じ
させ、その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減
でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成する
ことが可能となる。また、部分的に形成された単結晶シ
リコン薄膜及び二酸化ケイ素薄膜によって構成される段
差上に炭化ケイ素薄膜、さらにその上に窒化ガリウム厚
膜結晶を形成することにより、シリコンと窒化ガリウム
の格子定数の差から生じるストレスを前記段差の部分に
おいて緩和し、その結果、その上に形成される窒化ガリ
ウム厚膜の結晶性を改善することが可能となる。前記炭
化ケイ素薄膜は前記シリコン薄膜かあるいは前記シリコ
ン基板の表面の上に形成され、請求項１３の発明のよう
に前記炭化ケイ素薄膜を部分的に二酸化ケイ素薄膜の表
面上に形成する場合に比べ、その上に形成される炭化ケ
イ素薄膜は必ず下地シリコンの基板の格子の情報を受け
継いで形成されるため、単結晶が形成されやすく、その
結果、前記炭化ケイ素薄膜ならびにその上に形成される
窒化ガリウム厚膜の結晶性を、請求項１３の発明の場合
に比べ改善することが可能となる。また、炭化ケイ素と
窒化ガリウムの格子不整合が3.45%程度と小さいため
に、前記炭化ケイ素をシリコン薄膜と窒化ガリウム厚膜
結晶の間に挿入する形で形成することにより、直接シリ
コン薄膜上に窒化ガリウムを形成する場合に比べて、窒
化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可能となる。
【００２６】請求項１６記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜及び二酸化ケイ素薄膜を一つ以上の開口部を有する形
で選択的に除去し、前記開口部内のシリコン基板及び前
記シリコン薄膜上に炭化ケイ素薄膜続いて窒化ガリウム
を形成し、続いて前記シリコン基板及び二酸化ケイ素薄
膜及びシリコン薄膜を除去するという構成を有する。こ
の構成によれば、請求項１５の発明と同様、結晶性の良
好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成することが可能とな
る。この窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウム系半導体レ
ーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形成することに
より、前記シリコン基板及び二酸化ケイ素及びシリコン
薄膜が除去されているため、窒化ガリウム側、炭化ケイ
素薄膜側にそれぞれ電極を形成できるので、サファイア
を基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡単化で
き、かつ直列抵抗を低減できるので動作電圧を低減する
ことが可能となる。前記窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリ
ウム系トランジスタ構造を形成することにより、サファ
イアを基板に用いていた場合に比べて放熱を改善でき、
より大電力の出力が可能となる。
【００２７】請求項１７記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜を炭化水素雰囲気中で加熱し前記シリコン薄膜を炭化
ケイ素薄膜に変換し、シリコン基板上に二酸化ケイ素、
炭化ケイ素がこの順に形成される構成とし、続いて前記
炭化ケイ素上に窒化ガリウムを形成するという構成を有
する。この構成によれば、窒化ガリウム厚膜を非晶質二
酸化ケイ素薄膜上に形成された炭化ケイ素薄膜上に形成
することにより、ヘテロエピタキシャル成長の際に生じ
る結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でなく前記非
晶質二酸化ケイ素上に形成された炭化ケイ素薄膜側に生
じさせ、その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低
減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成す
ることが可能となる。また、炭化ケイ素の格子定数が六
方晶a軸にて3.08オングストローム、窒化ガリウムの格
子定数が六方晶a軸にて3.19オングストロームとその格
子不整合が3.45%程度と小さいために、前記炭化ケイ素
上に窒化ガリウム厚膜結晶を形成することにより、直接
シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形成する場合に比べ
て、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可能とな
る。また、炭化水素雰囲気中にてシリコン薄膜を加熱し
炭化ケイ素薄膜を形成するために、請求項９の発明のよ
うに、炭化ケイ素薄膜をシリコン薄膜上に形成する場合
に比べ、炭化ケイ素薄膜形成工程を簡単化し、かつ膜厚
のばらつきを低減することが可能となる。
【００２８】請求項１８記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜を炭化水素雰囲気中で加熱し前記シリコン薄膜を炭化
ケイ素薄膜に変換し、シリコン基板上に二酸化ケイ素、
炭化ケイ素がこの順に形成される構成とし、続いて前記
炭化ケイ素上に窒化ガリウムを形成した後に前記シリコ
ン基板及び二酸化ケイ素を除去するという構成を有す
る。この構成によれば、請求項１７の発明と同様、結晶
性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を前記炭化ケイ素薄膜
上に形成することが可能となる。この窒化ガリウム厚膜
上に窒化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐ
ｎ接合構造を形成することにより、前記シリコン基板及
び二酸化ケイ素及びシリコン薄膜が除去されているた
め、窒化ガリウム側、炭化ケイ素薄膜側にそれぞれ電極
を形成できるので、サファイアを基板に用いる場合に比
べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減
できるので動作電圧を低減することが可能となる。前記
窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウム系トランジスタ構造
を形成することにより、サファイアを基板に用いていた
場合に比べて放熱を改善でき、より大電力の出力が可能
となる。
【００２９】請求項１９記載の発明は、シリコン基板上
に選択的にフォトレジストを形成する工程と、前記シリ
コン基板上に酸素イオンを注入する工程と、熱処理して
前記シリコン基板中の前記フォトレジストが無い領域に
対応する領域に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を、前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記シリコン基板による単結晶のシリ
コン薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜を炭化水
素雰囲気中で加熱して前記シリコン薄膜を炭化ケイ素薄
膜に変換する工程および前記炭化ケイ素薄膜上に窒化ガ
リウムを形成する工程とを備えた構成とする。この構成
によれば、シリコン基板の一部分にて非晶質二酸化ケイ
素上が埋め込まれて形成され、かつ前記シリコン基板の
表面部分が炭化ケイ素薄膜となる構成となっており、請
求項１７の発明と同様、ヘテロエピタキシャル成長の際
に生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でなく
前記非晶質二酸化ケイ素上に形成された炭化ケイ素薄膜
部分に生じさせ、その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を
大幅に低減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶
を形成することが可能となる。また、シリコン基板の一
部分のみに非晶質二酸化ケイ素を埋め込む構成にするこ
とにより、シリコン基板の表面の結晶性は非晶質二酸化
ケイ素の埋め込まれていない部分の結晶性の良好な部分
の結晶性を引き継ぎ、請求項９の発明のようにシリコン
基板全面にてシリコン薄膜の下に非晶質二酸化ケイ素、
その下にシリコン基板という構成にする場合に比べ、炭
化ケイ素薄膜下のシリコンの結晶性を改善し、その結
果、前記シリコンを変換することにより形成される炭化
ケイ素薄膜の結晶性を改善し、さらにはその上に形成さ
れる窒化ガリウム厚膜の結晶性を改善することが可能と
なる。また、炭化ケイ素と窒化ガリウムの格子不整合が
3.45%程度と小さいために、前記炭化ケイ素をシリコン
薄膜と窒化ガリウム厚膜結晶の間に挿入する形で形成す
ることにより、直接シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形
成する場合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減す
ることが可能となる。また、炭化水素雰囲気中にてシリ
コン基板を加熱し表面を炭化ケイ素薄膜に変換するため
に、請求項１１の発明のように、炭化ケイ素薄膜をシリ
コン薄膜上に形成する場合に比べ、炭化ケイ素薄膜形成
工程を簡単化し、かつ膜厚のばらつきを低減することが
可能となる。
【００３０】請求項２０記載の発明は、シリコン基板の
内部に非晶質二酸化ケイ素がその表面が必ず前記シリコ
ン基板の内部と接する形で形成され、前記シリコン基板
を炭化水素雰囲気中で加熱し前記シリコン基板表面を炭
化ケイ素薄膜に変換し、前記炭化ケイ素薄膜上に窒化ガ
リウムを形成した後に、前記シリコン基板及び二酸化ケ
イ素を除去するという構成を有する。この構成によれ
ば、請求項１９の発明と同様、窒化ガリウムの結晶欠陥
を大幅に低減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結
晶を形成することが可能となる。この窒化ガリウム厚膜
上に窒化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐ
ｎ接合構造を形成することにより、前記シリコン基板及
び二酸化ケイ素及びシリコン薄膜が除去されているた
め、窒化ガリウム側、炭化ケイ素薄膜側のそれぞれ電極
を形成できるので、サファイアを基板に用いる場合に比
べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減
できるので動作電圧を低減することが可能となる。前記
窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウム系トランジスタ構造
を形成することにより、サファイアを基板に用いていた
場合に比べて放熱を改善でき、より大電力の出力が可能
となる。
【００３１】請求項２１記載の発明は、第１のシリコン
基板上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、
同二酸化ケイ素薄膜上に第２のシリコン基板を密着させ
た後、同第２のシリコン基板をエッチングして前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記第２のシリコン基板による単結晶
のシリコン薄膜を形成する工程と、同シリコン薄膜をフ
ォトレジストを用いて選択的に除去して前記シリコン薄
膜に前記二酸化ケイ素薄膜が露出した開口部を形成する
工程および前記シリコン薄膜を炭化水素雰囲気中で加熱
して前記シリコン薄膜を炭化ケイ素薄膜に変換する工程
および前記炭化ケイ素薄膜上および前記開口部内の前記
二酸化ケイ素薄膜上に窒化ガリウムを形成する工程とを
備えたという構成を有する。この構成によれば、シリコ
ン基板上の全面に形成された非晶質二酸化ケイ素上に部
分的に炭化ケイ素薄膜が形成される構成となっており、
請求項１７の発明と同様、ヘテロエピタキシャル成長の
際に生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でな
く前記非晶質二酸化ケイ素上に形成された炭化ケイ素薄
膜側に生じさせ、その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を
大幅に低減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶
を形成することが可能となる。また、部分的に形成され
た炭化ケイ素薄膜によって構成される段差上に窒化ガリ
ウム厚膜結晶を形成することにより、シリコンと窒化ガ
リウムの格子定数の差から生じるストレスを前記段差の
部分において緩和し、その結果、その上に形成される窒
化ガリウム厚膜の結晶性を改善することが可能となる。
また、炭化ケイ素と窒化ガリウムの格子不整合が3.45%
程度と小さいために、前記炭化ケイ素上に窒化ガリウム
厚膜結晶を形成することにより、直接シリコン薄膜上に
窒化ガリウムを形成する場合に比べて、窒化ガリウムの
結晶欠陥を低減することが可能となる。また、炭化水素
雰囲気中にてシリコン薄膜を加熱し炭化ケイ素薄膜に変
換するために、請求項１３の発明のように、炭化ケイ素
薄膜をシリコン薄膜上に形成する場合に比べ、炭化ケイ
素薄膜形成工程を簡単化し、かつ膜厚のばらつきを低減
することが可能となる。
【００３２】請求項２２記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜を一つ以上の開口部を有する形で選択的に除去し、前
記シリコン基板を炭化水素雰囲気中で加熱し前記シリコ
ン薄膜を炭化ケイ素薄膜に変換し、前記炭化ケイ素薄膜
及び二酸化ケイ素薄膜上に窒化ガリウムを形成し、続い
て前記シリコン基板及び二酸化ケイ素薄膜を除去すると
いう構成を有する。この構成によれば、請求項２１の発
明と同様、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成
することが可能となる。この窒化ガリウム厚膜上に窒化
ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構
造を形成することにより、前記シリコン基板及び二酸化
ケイ素薄膜が除去されているため、窒化ガリウム側、炭
化ケイ素薄膜側のそれぞれ電極を形成できるので、サフ
ァイアを基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡
単化でき、かつ直列抵抗を低減できるので動作電圧を低
減することが可能となる。前記窒化ガリウム厚膜上に窒
化ガリウム系トランジスタ構造を形成することにより、
サファイアを基板に用いていた場合に比べて放熱を改善
でき、より大電力の出力が可能となる。
【００３３】請求項２３記載の発明は、第１のシリコン
基板上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、
同二酸化ケイ素薄膜上に第２のシリコン基板を密着させ
た後、同第２のシリコン基板をエッチングして前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記第２のシリコン基板による単結晶
のシリコン薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜上
にフォトレジストを形成し、前記シリコン薄膜と前記二
酸化ケイ素薄膜を選択的に除去して前記第１のシリコン
基板が露出した開口部を形成する工程および前記第１の
シリコン基板を炭化水素雰囲気中で加熱して前記シリコ
ン薄膜および前記開口部内の前記第１のシリコン基板表
面を炭化ケイ素薄膜に変換する工程および前記炭化ケイ
素薄膜の上に窒化ガリウムを形成する工程とを備えたと
いう構成を有する。この構成によれば、シリコン基板上
に部分的に非晶質二酸化ケイ素薄膜その上に単結晶シリ
コン薄膜が形成され、前記シリコン基板の開口部及び非
晶質二酸化ケイ素薄膜上の単結晶シリコン薄膜を炭化ケ
イ素薄膜に変換する構成となっており、請求項１９の発
明と同様、ヘテロエピタキシャル成長の際に生じる結晶
転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でなく前記非晶質二
酸化ケイ素上に形成された炭化ケイ素薄膜側に生じさ
せ、その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減で
き、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成するこ
とが可能となる。また、部分的に形成された炭化ケイ素
薄膜及び二酸化ケイ素薄膜によって構成される段差上に
窒化ガリウム厚膜結晶を形成することにより、シリコン
と窒化ガリウムの格子定数の差から生じるストレスを前
記段差の部分において緩和し、その結果、その上に形成
される窒化ガリウム厚膜の結晶性を改善することが可能
となる。前記窒化ガリウム厚膜結晶は必ず炭化ケイ素薄
膜上に形成され、請求項２１の発明のように前記窒化ガ
リウム厚膜結晶を部分的に二酸化ケイ素薄膜の表面上に
形成する場合に比べ、前記窒化ガリウム厚膜結晶は必ず
下地炭化ケイ素薄膜の基板の格子の情報を受け継いで形
成されるため、単結晶が形成されやすく、その結果、前
記窒化ガリウム厚膜の結晶性を、請求項２１の発明の場
合に比べ改善することが可能となる。また、炭化ケイ素
と窒化ガリウムの格子不整合が3.45%程度と小さいため
に、前記炭化ケイ素をシリコン薄膜と窒化ガリウム厚膜
結晶の間に挿入する形で形成することにより、直接シリ
コン薄膜上に窒化ガリウムを形成する場合に比べて、窒
化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可能となる。ま
た、炭化水素雰囲気中にて加熱しシリコン基板の開口部
の表面ならびに部分的に形成されたシリコン薄膜を炭化
ケイ素薄膜に変換するために、請求項１５の発明のよう
に、炭化ケイ素薄膜をシリコン薄膜上に形成する場合に
比べ、炭化ケイ素薄膜形成工程を簡単化し、かつ膜厚の
ばらつきを低減することが可能となる。
【００３４】請求項２４記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜及び二酸化ケイ素薄膜を一つ以上の開口部を有する形
で選択的に除去し、前記シリコン基板を炭化水素雰囲気
中で加熱し前記開口部内のシリコン基板表面及び前記シ
リコン薄膜を炭化ケイ素薄膜に変換し、前記炭化ケイ素
薄膜上に窒化ガリウムを形成し続いて前記シリコン基板
及び二酸化ケイ素薄膜及びシリコン薄膜を除去するとい
う構成を有する。この構成によれば、請求項２３の発明
と同様、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成す
ることが可能となる。この窒化ガリウム厚膜上に窒化ガ
リウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造
を形成することにより、前記シリコン基板及び二酸化ケ
イ素が除去されているため、窒化ガリウム側、炭化ケイ
素薄膜側にそれぞれ電極を形成できるので、サファイア
を基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡単化で
き、かつ直列抵抗を低減できるので動作電圧を低減する
ことが可能となる。前記窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリ
ウム系トランジスタ構造を形成することにより、サファ
イアを基板に用いていた場合に比べて放熱を改善でき、
より大電力の出力が可能となる。
【００３５】請求項２５記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜上に酸化亜鉛薄膜続いて窒化ガリウムを形成するとい
う構成を有する。この構成によれば、窒化ガリウム厚膜
を単結晶シリコン薄膜上に形成された酸化亜鉛薄膜上に
形成し、かつ前記単結晶シリコン薄膜は非晶質二酸化ケ
イ素薄膜上に形成されていることにより、ヘテロエピタ
キシャル成長の際に生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒化
ガリウム側でなく前記非晶質二酸化ケイ素上に形成され
た酸化亜鉛薄膜及び単結晶シリコン薄膜側に生じさせ、
その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減でき、
結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成することが
可能となる。また、酸化亜鉛の格子定数が六方晶a軸に
て3.25オングストローム、窒化ガリウムの格子定数が六
方晶a軸にて3.19オングストロームとその格子不整合が
1.91%程度と小さいために、前記酸化亜鉛をシリコン薄
膜と窒化ガリウム厚膜結晶の間に挿入する形で形成する
ことにより、直接シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形成
する場合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減する
ことが可能となる。
【００３６】請求項２６記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜上に酸化亜鉛薄膜続いて窒化ガリウムを形成し、続い
て前記シリコン基板及び二酸化ケイ素及び酸化亜鉛薄膜
を除去するという構成を有する。この構成によれば、請
求項２５の発明と同様、結晶性の良好な窒化ガリウム厚
膜結晶を前記酸化亜鉛薄膜上に形成することが可能とな
る。この窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウム系半導体レ
ーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形成することに
より、前記シリコン基板及び二酸化ケイ素及びシリコン
薄膜及び酸化亜鉛薄膜が除去されているため、窒化ガリ
ウムの両面にそれぞれ電極を形成できるので、サファイ
アを基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡単化
でき、かつ直列抵抗を低減できるので動作電圧を低減す
ることが可能となる。前記窒化ガリウム厚膜上に窒化ガ
リウム系トランジスタ構造を形成することにより、サフ
ァイアを基板に用いていた場合に比べて放熱を改善で
き、より大電力の出力が可能となる。
【００３７】請求項２７記載の発明は、シリコン基板上
に選択的にフォトレジストを形成する工程と、前記シリ
コン基板上に酸素イオンを注入する工程と、熱処理して
前記シリコン基板中の前記フォトレジストが無い領域に
対応する領域に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を、前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記シリコン基板による単結晶のシリ
コン薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜上に酸化
亜鉛薄膜を形成する工程および前記酸化亜鉛薄膜上に窒
化ガリウムを形成する工程とを備えた構成とする。この
構成によれば、シリコン基板の一部分にて非晶質二酸化
ケイ素上が埋め込まれて形成され、かつ前記シリコン基
板上に酸化亜鉛薄膜が形成される構成となっており、請
求項２５の発明と同様、ヘテロエピタキシャル成長の際
に生じる結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でなく
前記非晶質二酸化ケイ素上に形成された酸化亜鉛薄膜及
び単結晶シリコン薄膜側に生じさせ、その結果、窒化ガ
リウムの結晶欠陥を大幅に低減でき、結晶性の良好な窒
化ガリウム厚膜結晶を形成することが可能となる。ま
た、シリコン基板の一部分のみに非晶質二酸化ケイ素を
埋め込む構成にすることにより、シリコン基板の表面の
結晶性は非晶質二酸化ケイ素の埋め込まれていない部分
の結晶性の良好な部分の結晶性を引き継ぎ、請求項２５
の発明のようにシリコン基板全面にてシリコン薄膜の下
に非晶質二酸化ケイ素、その下にシリコン基板という構
成にする場合に比べ、酸化亜鉛薄膜下のシリコンの結晶
性を改善し、その結果、前記シリコンの上に形成される
酸化亜鉛薄膜の結晶性を改善し、さらにはその上に形成
される窒化ガリウム厚膜の結晶性を改善することが可能
となる。また、酸化亜鉛と窒化ガリウムの格子不整合が
1.91%程度と小さいために、前記酸化亜鉛をシリコン薄
膜と窒化ガリウム厚膜結晶の間に挿入する形で形成する
ことにより、直接シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形成
する場合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減する
ことが可能となる。
【００３８】請求項２８記載の発明は、シリコン基板の
内部に非晶質二酸化ケイ素がその表面が必ず前記シリコ
ン基板の内部と接する形で形成され、前記シリコン基板
上に酸化亜鉛薄膜続いて窒化ガリウムを形成した後に、
前記シリコン基板及び二酸化ケイ素及び酸化亜鉛薄膜を
除去するという構成を有する。この構成によれば、請求
項２７の発明と同様、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に
低減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成
することが可能となる。この窒化ガリウム厚膜上に窒化
ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構
造を形成することにより、前記シリコン基板及び二酸化
ケイ素及びシリコン薄膜及び酸化亜鉛薄膜が除去されて
いるため、窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極を形成で
きるので、サファイアを基板に用いる場合に比べデバイ
ス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減できるの
で動作電圧を低減することが可能となる。前記窒化ガリ
ウム厚膜上に窒化ガリウム系トランジスタ構造を形成す
ることにより、サファイアを基板に用いていた場合に比
べて放熱を改善でき、より大電力の出力が可能となる。
【００３９】請求項２９記載の発明は、第１のシリコン
基板上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、
同二酸化ケイ素薄膜上に第２のシリコン基板を密着させ
た後、同第２のシリコン基板をエッチングして前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記第２のシリコン基板による単結晶
のシリコン薄膜を形成する工程と、同シリコン薄膜をフ
ォトレジストを用いて選択的に除去して前記シリコン薄
膜に前記二酸化ケイ素薄膜が露出した開口部を形成する
工程および前記シリコン薄膜上および前記開口部内の前
記二酸化ケイ素薄膜上に酸化亜鉛薄膜を形成する工程お
よび前記酸化亜鉛薄膜の上に窒化ガリウムを形成する工
程とを備えたという構成を有する。この構成によれば、
シリコン基板上の全面に形成された非晶質二酸化ケイ素
上に部分的に単結晶シリコン薄膜が形成され、その上に
酸化亜鉛薄膜が形成される構成となっており、請求項２
５の発明と同様、ヘテロエピタキシャル成長の際に生じ
る結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でなく前記非
晶質二酸化ケイ素上に形成された酸化亜鉛薄膜及びシリ
コン薄膜側に生じさせ、その結果、窒化ガリウムの結晶
欠陥を大幅に低減でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚
膜結晶を形成することが可能となる。また、部分的に形
成された単結晶シリコン薄膜によって構成される段差上
に酸化亜鉛薄膜、さらにその上に窒化ガリウム厚膜結晶
を形成することにより、シリコンと窒化ガリウムの格子
定数の差から生じるストレスを前記段差の部分において
緩和し、その結果、その上に形成される窒化ガリウム厚
膜の結晶性を改善することが可能となる。また、酸化亜
鉛と窒化ガリウムの格子不整合が1.91%程度と小さいた
めに、前記酸化亜鉛をシリコン薄膜と窒化ガリウム厚膜
結晶の間に挿入する形で形成することにより、直接シリ
コン薄膜上に窒化ガリウムを形成する場合に比べて、窒
化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可能となる。
【００４０】請求項３０記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜を一つ以上の開口部を有する形で選択的に除去し、前
記シリコン薄膜及び二酸化ケイ素薄膜上に酸化亜鉛薄膜
続いて窒化ガリウムを形成し、続いて前記シリコン基板
及び二酸化ケイ素及びシリコン薄膜及び酸化亜鉛薄膜を
除去するという構成を有する。この構成によれば、請求
項２９の発明と同様、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜
結晶を形成することが可能となる。この窒化ガリウム厚
膜上に窒化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードの
ｐｎ接合構造を形成することにより、前記シリコン基板
及び二酸化ケイ素及びシリコン薄膜及び酸化亜鉛薄膜が
除去されているため、窒化ガリウムの両面にそれぞれ電
極を形成できるので、サファイアを基板に用いる場合に
比べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低
減できるので動作電圧を低減することが可能となる。前
記窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウム系トランジスタ構
造を形成することにより、サファイアを基板に用いてい
た場合に比べて放熱を改善でき、より大電力の出力が可
能となる。
【００４１】請求項３１記載の発明は、第１のシリコン
基板上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、
同二酸化ケイ素薄膜上に第２のシリコン基板を密着させ
た後、同第２のシリコン基板をエッチングして前記二酸
化ケイ素薄膜上に前記第２のシリコン基板による単結晶
のシリコン薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜上
にフォトレジストを形成し、前記シリコン薄膜と前記二
酸化ケイ素薄膜を選択的に除去して前記第１のシリコン
基板が露出した開口部を形成する工程および前記シリコ
ン薄膜上および前記開口部内の前記第１のシリコン基板
上に酸化亜鉛薄膜を形成する工程および前記酸化亜鉛薄
膜の上に窒化ガリウムを形成する工程とを備えたという
構成を有する。この構成によれば、シリコン基板上に部
分的に非晶質二酸化ケイ素薄膜その上に単結晶シリコン
薄膜が形成され、その上全面に酸化亜鉛薄膜が形成され
る構成となっており、請求項２５の発明と同様、ヘテロ
エピタキシャル成長の際に生じる結晶転位等の結晶欠陥
を窒化ガリウム側でなく前記非晶質二酸化ケイ素上に形
成された酸化亜鉛薄膜及びシリコン薄膜側に生じさせ、
その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減でき、
結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成することが
可能となる。また、部分的に形成された単結晶シリコン
薄膜及び二酸化ケイ素薄膜によって構成される段差上に
酸化亜鉛薄膜、さらにその上に窒化ガリウム厚膜結晶を
形成することにより、シリコンと窒化ガリウムの格子定
数の差から生じるストレスを前記段差の部分において緩
和し、その結果、その上に形成される窒化ガリウム厚膜
の結晶性を改善することが可能となる。前記酸化亜鉛薄
膜は前記シリコン薄膜かあるいは前記シリコン基板の表
面の上に形成され、請求項２９の発明のように前記酸化
亜鉛薄膜を部分的に二酸化ケイ素薄膜の表面上に形成す
る場合に比べ、その上に形成される酸化亜鉛薄膜は必ず
下地シリコンの基板の格子の情報を受け継いで形成され
るため、単結晶が形成されやすく、その結果、前記酸化
亜鉛薄膜ならびにその上に形成される窒化ガリウム厚膜
の結晶性を、請求項２９の発明の場合に比べ改善するこ
とが可能となる。また、酸化亜鉛と窒化ガリウムの格子
不整合が1.91%程度と小さいために、前記酸化亜鉛をシ
リコン薄膜と窒化ガリウム厚膜結晶の間に挿入する形で
形成することにより、直接シリコン薄膜上に窒化ガリウ
ムを形成する場合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を
低減することが可能となる。
【００４２】請求項３２記載の発明は、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上
に単結晶シリコン薄膜を形成した後に、前記シリコン薄
膜及び二酸化ケイ素薄膜を一つ以上の開口部を有する形
で選択的に除去し、前記開口部内のシリコン基板及び前
記シリコン薄膜上に酸化亜鉛薄膜続いて窒化ガリウムを
形成し、続いて前記シリコン基板及び二酸化ケイ素薄膜
及びシリコン薄膜及び酸化亜鉛薄膜を除去するという構
成を有する。この構成によれば、請求項３１の発明と同
様、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶を形成するこ
とが可能となる。この窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリウ
ム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形
成することにより、前記シリコン基板及び二酸化ケイ素
及びシリコン薄膜が除去されているため、窒化ガリウム
の両面にそれぞれ電極を形成できるので、サファイアを
基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡単化で
き、かつ直列抵抗を低減できるので動作電圧を低減する
ことが可能となる。前記窒化ガリウム厚膜上に窒化ガリ
ウム系トランジスタ構造を形成することにより、サファ
イアを基板に用いていた場合に比べて放熱を改善でき、
より大電力の出力が可能となる。
【００４３】請求項３３記載の発明は、シリコン基板に
ドーズ量1017cm-2以上の酸素イオンを注入し、さらに10
00℃以上に加熱することにより、シリコン基板上に非晶
質二酸化ケイ素薄膜及び前記二酸化ケイ素薄膜上に単結
晶シリコン薄膜を形成するという構成を有する。この構
成によれば、高ドーズ量の酸素イオンをシリコン基板表
面付近での酸素イオン濃度が小さくなるようにシリコン
基板へ注入し、さらに1000℃以上に加熱することによ
り、シリコン基板の表面から順にシリコン薄膜、非晶質
二酸化ケイ素薄膜、シリコンを形成することが可能とな
る。シリコン基板表面に形成されるシリコン薄膜は、イ
オン注入前のシリコン基板表面の結晶格子の情報を引き
継いで形成されるため、シリコン基板上に非晶質二酸化
ケイ素薄膜続いて単結晶シリコン薄膜を連続的に例えば
気相成長法などにより形成する場合に比べて、前記シリ
コン薄膜の結晶性を改善し、その結果前記シリコン薄膜
上に形成する窒化ガリウムの結晶性を向上させることが
可能となる。
【００４４】請求項３４記載の発明は、さらにシリコン
基板上に酸素イオンを注入する工程が、前記シリコン基
板にドーズ量１０ 17 ｃｍ -2 以上の酸素イオンを注入し、
熱処理する工程が、フォトレジストを除去後、１０００
℃以上の温度で加熱するという構成とする。この構成に
よれば、前記シリコン基板とは異なる材料の薄膜を通し
ては酸素イオンが注入されないようにした後、高ドーズ
量の酸素イオンをシリコン基板表面付近での酸素イオン
濃度が小さくなるようにシリコン基板の一部分へ注入
し、さらに1000℃以上に加熱することにより、シリコン
基板の一部分にて非晶質二酸化ケイ素が埋め込まれるよ
う形成することが可能となる。
【００４５】
【００４６】請求項３５記載の発明は、窒化ガリウム形
成前にシリコン基板をガリウムを含むガス雰囲気中で加
熱した後に窒化ガリウムを形成するという構成を有す
る。この構成によれば、下地のシリコン基板あるいは炭
化ケイ素薄膜あるいは酸化亜鉛薄膜をガリウムを含むガ
ス雰囲気中で加熱することにより、初期の窒化ガリウム
成長核形成が均一にかつ高密度で行うことが可能とな
る。前記ガリウムを含むガス雰囲気中で加熱を行わない
場合に比べ３次元成長が抑制され得られる窒化ガリウム
厚膜結晶の表面を平坦化することが可能となる。
【００４７】請求項３６記載の発明は、第一の非晶質窒
化ガリウムあるいは多結晶窒化ガリウムあるいは単結晶
窒化ガリウムを形成し、前記第一の窒化ガリウムの形成
温度よりも高温で第二の単結晶窒化ガリウムを形成する
ことにより窒化ガリウムを形成するという構成を有す
る。この構成によれば、第二の窒化ガリウムよりも結晶
性の劣る第一の窒化ガリウムを第二の窒化ガリウムの下
に挿入する形で形成することにより下地のシリコン基板
あるいは炭化ケイ素薄膜あるいは酸化亜鉛薄膜と第二の
窒化ガリウムの格子不整合が緩和され、第二の窒化ガリ
ウムの結晶性を向上させることが可能となる。
【００４８】請求項３７記載の発明は、窒化ガリウム形
成前にシリコン基板をガリウムを含むガス雰囲気中で加
熱した後に、第一の非晶質窒化ガリウムあるいは多結晶
窒化ガリウムあるいは単結晶窒化ガリウムを形成し、前
記第一の窒化ガリウムの形成温度よりも高温で第二の単
結晶窒化ガリウムを形成することにより窒化ガリウムを
形成するという構成を有する。この構成によれば、下地
のシリコン基板あるいは炭化ケイ素薄膜あるいは酸化亜
鉛薄膜をガリウムを含むガス雰囲気中で加熱することに
より、初期の成長核形成が均一にかつ高密度で行うこと
ができ、この結果３次元成長が抑制され得られる窒化ガ
リウム厚膜結晶の表面を平坦化することが可能となる。
また第二の窒化ガリウムよりも結晶性の劣る第一の窒化
ガリウムを第二の窒化ガリウムの下に挿入する形で形成
することにより下地のシリコン基板あるいは炭化ケイ素
薄膜あるいは酸化亜鉛薄膜と第二の窒化ガリウムの格子
不整合が緩和され、第二の窒化ガリウムの結晶性を向上
させることが可能となる。以上により、結晶性及び平坦
性に優れた窒化ガリウム厚膜結晶を実現することが可能
となる。
【００４９】請求項３８記載の発明は、シリコン薄膜あ
るいは炭化ケイ素薄膜あるいは酸化亜鉛薄膜表面を、７
８℃の融点以上に保たれた三塩化ガリウム(GaCl3)表面
を経由して供給されるガス雰囲気にて加熱した後に窒化
ガリウムを形成する構成とする。この構成によれば、三
塩化ガリウムが分解して生ずる金属ガリウムが前記シリ
コン薄膜あるいは炭化ケイ素薄膜あるいは酸化亜鉛薄膜
表面に高密度にかつ均一に吸着し、窒化ガリウムの成長
核となり、続いて形成される窒化ガリウム結晶の平坦性
を向上させることが可能となる。
【００５０】請求項３９記載の発明は、シリコン薄膜あ
るいは炭化ケイ素薄膜あるいは酸化亜鉛薄膜表面を、８
５０℃以上に保たれた金属ガリウム表面を経由して供給
される塩化水素ガス雰囲気にて加熱した後に窒化ガリウ
ムを形成する構成とする。この構成によれば、金属ガリ
ウムが前記シリコン薄膜あるいは炭化ケイ素薄膜あるい
は酸化亜鉛薄膜表面に高密度にかつ均一に吸着し、窒化
ガリウムの成長核となり、続いて形成される窒化ガリウ
ム結晶の平坦性を向上させることが可能となる。
【００５１】請求項４０記載の発明は、シリコン薄膜あ
るいは炭化ケイ素薄膜あるいは酸化亜鉛薄膜表面を、ガ
リウムを含む有機金属表面を経由して供給されるガス雰
囲気にて加熱した後に窒化ガリウムを形成する構成とす
る。この構成によれば、ガリウムを含む有機金属が分解
して生ずる金属ガリウムが前記シリコン薄膜あるいは炭
化ケイ素薄膜あるいは酸化亜鉛薄膜表面に高密度にかつ
均一に吸着し、窒化ガリウムの成長核となり、続いて形
成される窒化ガリウム結晶の平坦性を向上させることが
可能となる。
【００５２】請求項４１記載の発明は、シリコン基板の
少なくとも一方の面が（１１１）面方位から１０゜以内
の表面を有しており、この上に窒化ガリウムを形成する
構成とする。この構成によれば、（１１１）面は原子の
最密充填面であるために、前記基板あるいはその上に形
成される炭化ケイ素薄膜あるいは酸化亜鉛薄膜上に形成
される窒化ガリウムは、基板からの原子位置の情報を引
継ぎにくく、窒化ガリウムの結晶形は成長温度によって
決定されることが可能となる。従って１０００℃程度の
成長温度では六方晶が支配的となるために立方晶部分の
混在が少ない六方晶の窒化ガリウムを形成することが可
能となり、結果として得られる窒化ガリウムの結晶転位
密度を低減させることが可能となる。
【００５３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【００５４】図１は、本発明の実施の形態１における窒
化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同図に
おいて、１はシリコン(111)基板（以下、シリコン基板
１と記載する）、２は非晶質二酸化ケイ素、３は単結晶
シリコン薄膜、４はハライドVPE法により形成された第
一の非晶質窒化ガリウム、５はハライドVPE法により形
成された第二の単結晶窒化ガリウムである。
【００５５】シリコン基板１上に、酸素イオンを加速電
圧190keVにてドーズ量1.8×1018cm -2注入する。前記イ
オン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シリ
コン基板１上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二
酸化ケイ素２、その上に厚さ約2100オングストロームの
単結晶シリコン薄膜３を形成する。単結晶シリコン薄膜
３上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリウム表面を
経由して塩化水素ガスを供給することにより形成される
塩化ガリウムとアンモニアを反応させるハライドVPE法
により非晶質窒化ガリウム４を約500オングストローム
形成する。さらに基板温度を1000℃とし、非晶質窒化ガ
リウム４上に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化ガ
リウム５を約100ミクロン形成する。
【００５６】従って、本実施の形態では、非晶質二酸化
ケイ素２上に形成される単結晶シリコン薄膜３上に、窒
化ガリウム４、５を形成することにより、シリコンと窒
化ガリウムの格子定数の差により生じ結晶転位等の結晶
欠陥を窒化ガリウム側でなく、単結晶シリコン薄膜３側
に生じさせることが可能となる。シリコンと窒化ガリウ
ムでは格子定数が異なり、前記ヘテロエピタキシャル成
長では結晶歪みエネルギーがシリコン、窒化ガリウム側
に蓄えられる。本実施の形態のように、窒化ガリウム
４、５が膜厚約100ミクロンm、単結晶シリコン薄膜３が
膜厚約2100オングストロームと、シリコン薄膜の膜厚が
窒化ガリウムの膜厚よりもはるかに小さい場合は、シリ
コン薄膜の格子１つあたりにかかる結晶歪みエネルギー
が窒化ガリウム側のそれよりもはるかに大きく、その結
果、結晶転位等の結晶欠陥はシリコン薄膜３側に生じさ
せることが可能となり、窒化ガリウム４、５の結晶性を
向上させることが可能となる。また、シリコン基板１上
に、酸素イオンを加速電圧190keVにてドーズ量1.8×10
18cm-2注入した後に前記イオン注入済みシリコン基板を
1320℃にて熱処理し、シリコン基板１上に厚さ約3800オ
ングストロームの非晶質二酸化ケイ素２、その上に厚さ
約2100オングストロームの単結晶シリコン薄膜３を形成
することにより、シリコン基板１表面に形成されるシリ
コン薄膜は、イオン注入前のシリコン基板表面の結晶格
子の情報を引き継いで形成されるため、シリコン基板１
上に非晶質二酸化ケイ素薄膜２続いて単結晶シリコン薄
膜を連続的に例えば気相成長法などにより形成する場合
に比べて、前記シリコン薄膜の結晶性を改善し、その結
果前記シリコン薄膜上に形成する窒化ガリウムの結晶性
を向上させることが可能となる。また非晶質窒化ガリウ
ム４を形成し、非晶質窒化ガリウム４の形成温度よりも
高温で単結晶窒化ガリウム５を形成することにより、窒
化ガリウム５よりも結晶性の劣る窒化ガリウム４を窒化
ガリウム５の下に挿入する形で形成することにより下地
のシリコン薄膜３と窒化ガリウム４、５の格子不整合が
緩和され、窒化ガリウム５の結晶性を向上させることが
可能となる。
【００５７】図２は、本発明の実施の形態２における窒
化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同図に
おいて、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ素、
３は単結晶シリコン薄膜、４はハライドVPE法により形
成された第一の非晶質窒化ガリウム、５はハライドVPE
法により形成された第二の単結晶窒化ガリウムである。
【００５８】シリコン基板１上に、酸素イオンを加速電
圧190keVにてドーズ量1.8×1018cm- 2注入する。前記イ
オン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シリ
コン基板１上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二
酸化ケイ素２、その上に厚さ約2100オングストロームの
単結晶シリコン薄膜３を形成する。前記単結晶シリコン
薄膜３上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリウム表
面を経由して塩化水素ガスを供給することにより形成さ
れる塩化ガリウムとアンモニアを反応させるハライドVP
E法により非晶質窒化ガリウム４を約500オングストロー
ム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、非晶質窒化
ガリウム４上に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化
ガリウム５を約100ミクロン形成する。続いて、前記シ
リコン基板上の窒化ガリウム結晶を、例えばフッ硝酸(H
F:HNO3=1:5)に浸すことにより、シリコン基板１、非晶
質二酸化ケイ素２、単結晶シリコン薄膜３を除去する。
【００５９】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１の工程終了後、前記シリコン基板１及び二酸化
ケイ素２及びシリコン薄膜３を除去する構成となってお
り、本発明の実施の形態１と同様、窒化ガリウム４、５
の結晶性を向上させることが可能となる。また、前記シ
リコン基板１及び二酸化ケイ素２及びシリコン薄膜３を
除去することにより、窒化ガリウム５上に窒化ガリウム
系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形成
すれば、窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極を形成でき
るので、サファイアを基板に用いる場合に比べデバイス
製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減できるので
例えば半導体レーザの動作電圧を低減することが可能と
なる。窒化ガリウム５上に窒化ガリウム系トランジスタ
構造を形成することにより、窒化ガリウムの熱伝導率が
1.3W/cm Kとサファイアの熱伝導率0.11W/cm Kと比べ共
に大きいため、従来のサファイア基板１１を用いた場合
に比べて放熱を改善でき、より高出力のトランジスタ動
作が可能となる。
【００６０】図３は、本発明の実施の形態３における窒
化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同図に
おいて、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ素、
４はハライドVPE法により形成された第一の非晶質窒化
ガリウム、５はハライドVPE法により形成された第二の
単結晶窒化ガリウム、６はフォトレジストである。
【００６１】シリコン基板１上に複数個の開口部を有す
るフォトレジスト６を形成した後に、シリコン基板１
に、酸素イオンを加速電圧190keVにてドーズ量1.8 × 1
018cm- 2注入する。フォトレジスト下のシリコン基板１
へは酸素イオンが注入されないよう、フォトレジスト６
の膜厚は決定される。前記フォトレジスト６を除去した
後に前記イオン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処
理し、シリコン基板１の表面から深さ約2100オングスト
ロームから深さ約5900オングストロームの範囲に非晶質
二酸化ケイ素２をシリコン基板１内に埋め込まれるよう
形成する。前記シリコン基板１上に例えば基板温度600
℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供
給することにより形成される塩化ガリウムとアンモニア
を反応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム
４を約500オングストローム形成する。さらに基板温度
を1000℃とし、非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハライ
ドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形
成する。
【００６２】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１と同様、シリコン基板１の一部分にてシリコン
基板１の内部に非晶質二酸化ケイ素２が埋め込まれて形
成され、かつ非晶質二酸化ケイ素２上のシリコンは約21
00オングストロームと非常に薄いので、非晶質二酸化ケ
イ素２が埋め込まれた上部のシリコン表面上に窒化ガリ
ウム４、５を形成した場合には、シリコンの格子１つあ
たりにかかる結晶歪みエネルギーが窒化ガリウム側のそ
れよりもはるかに大きく、その結果、結晶転位等の結晶
欠陥はシリコン基板１表面に生じさせることが可能とな
り、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させることが可
能となる。また、シリコン基板１の一部分のみに非晶質
二酸化ケイ素２を埋め込む構成にすることにより、シリ
コン基板１の表面の結晶性は非晶質二酸化ケイ素２の埋
め込まれていない部分の結晶性の良好な部分の結晶性を
引き継ぎ、本発明の実施の形態１のようにシリコン基板
１全面にてシリコン薄膜の下に非晶質二酸化ケイ素２、
その下にシリコン基板１という構成にする場合に比べ、
窒化ガリウム４下のシリコンの結晶性を改善し、その結
果、シリコンの上に形成される窒化ガリウム４、５の結
晶性を改善することが可能となる。
【００６３】図４は、本発明の実施の形態４における窒
化ガリウム結晶の製造方法を示す図である。同図におい
て、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ素、４は
ハライドVPE法により形成された第一の非晶質窒化ガリ
ウム、５はハライドVPEにより形成された第二の単結晶
窒化ガリウム、６はフォトレジストである。
【００６４】シリコン基板１上に複数個の開口部を有す
るフォトレジスト６を形成した後に、シリコン基板１
に、酸素イオンを加速電圧190keVにてドーズ量1.8×10
18cm-2注入する。フォトレジスト６の下のシリコン基板
１へは酸素イオンが注入されないよう、フォトレジスト
６の膜厚は決定される。フォトレジスト６を除去した後
に前記イオン注入済みシリコン基板１を1320℃にて熱処
理し、シリコン基板１の表面から深さ約2100オングスト
ロームから深さ約5900オングストロームの範囲に非晶質
二酸化ケイ素２をシリコン基板１内に埋め込まれるよう
形成する。シリコン基板１上に例えば基板温度600℃に
て、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供給す
ることにより形成される塩化ガリウムとアンモニアを反
応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を
約500オングストローム形成する。さらに基板温度を100
0℃とし、非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハライドVPE
法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成す
る。続いて、シリコン基板１上の窒化ガリウム結晶４
を、例えばフッ硝酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことにより、
シリコン基板１、非晶質二酸化ケイ素２を除去する。
【００６５】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態３の工程後、前記シリコン基板１及び二酸化ケイ
素２を除去する構成となっており、本発明の実施の形態
３と同様、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させるこ
とが可能となる。また、シリコン基板１及び２の二酸化
ケイ素を除去することにより、窒化ガリウム５上に窒化
ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構
造を形成すれば、窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極を
形成できるので、サファイアを基板に用いる場合に比べ
デバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減で
きるので例えば半導体レーザの動作電圧を低減すること
が可能となる。窒化ガリウム５上に窒化ガリウム系トラ
ンジスタ構造を形成することにより、窒化ガリウムの熱
伝導率が1.3W/cm Kとサファイアの熱伝導率0.11W/cm K
と比べ共に大きいため、従来のサファイア基板１１を用
いた場合に比べて放熱を改善でき、より高出力のトラン
ジスタ動作が可能となる。
【００６６】図５は、本発明の実施の形態５における窒
化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同図に
おいて、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVPE法
により形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５はハラ
イドVPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリウ
ム、６はフォトレジスト、７は第一のシリコン(111)基
板（以下、シリコン基板７と記載する）、８は第二のシ
リコン(111)基板（以下、シリコン基板８と記載する）
である。
【００６７】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。非晶質
二酸化ケイ素２とシリコン基板を密着させ、1000℃に加
熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２とシリコ
ン基板８上に結合させる。シリコン基板８を非晶質二酸
化ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約2000オン
グストロームと薄膜化する。複数個の開口部を有するフ
ォトレジスト６をシリコン表面に形成した後に、例えば
Cl2ガスプラズマにシリコン基板８をさらすことによ
り、フォトレジスト６の開口部下のシリコン基板８を除
去した後、フォトレジスト６を除去する。続いて前記シ
リコン基板８上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリ
ウム表面を経由して塩化水素ガスを供給することにより
形成される塩化ガリウムとアンモニアを反応させるハラ
イドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500オングス
トローム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、非晶
質窒化ガリウム４上に、前記ハライドVPE法により単結
晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。
【００６８】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１と同様、シリコン基板７の上に全面に非晶質二
酸化ケイ素２がされ、非晶質二酸化ケイ素２上にシリコ
ン基板８が複数個の開口部を有する形で形成され、シリ
コン基板８は約2000オングストロームと非常に薄いの
で、シリコン基板８表面上に窒化ガリウム４、５を形成
した場合には、シリコンの格子１つあたりにかかる結晶
歪みエネルギーが窒化ガリウム側のそれよりもはるかに
大きく、その結果、結晶転位等の結晶欠陥はシリコン基
板８に生じさせることが可能となり、窒化ガリウム４、
５の結晶性を向上させることが可能となる。また、部分
的に形成されたシリコン基板８によって構成される段差
上に窒化ガリウム厚膜結晶を形成することにより、シリ
コンと窒化ガリウムの格子定数の差から生じるストレス
をこの段差の部分において緩和し、その結果、その上に
形成される窒化ガリウム厚膜の結晶性を改善することが
可能となる。
【００６９】図６は、本発明の実施の形態６における窒
化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同図に
おいて、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVPE法
により形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５はハラ
イドVPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリウ
ム、６はフォトレジスト、７はシリコン基板、８はシリ
コン基板である。
【００７０】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。非晶質
二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、1000℃に
加熱することにより、非晶質二酸化ケイ素２と８のシリ
コン基板上を結合させる。シリコン基板８を非晶質二酸
化ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約2000オン
グストロームと薄膜化する。複数個の開口部を有するフ
ォトレジスト６をシリコン基板８表面に形成した後に、
例えばCl2ガスプラズマに前記シリコン基板をさらすこ
とにより、前記フォトレジスト６開口部下のシリコン基
板８を除去した後、フォトレジスト６を除去する。続い
てシリコン基板８上に例えば基板温度600℃にて、金属
ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供給することに
より形成される塩化ガリウムとアンモニアを反応させる
ハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500オン
グストローム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、
非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハライドVPE法により
単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。続い
て、シリコン基板８上の窒化ガリウム結晶を、例えばフ
ッ硝酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことにより、シリコン基板
７、非晶質二酸化ケイ素２、シリコン基板８を除去す
る。
【００７１】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態５の工程後、シリコン基板７、８及び二酸化ケイ
素２を除去する構成となっており、本発明の実施の形態
５と同様、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させるこ
とが可能となる。また、シリコン基板７、８及び二酸化
ケイ素２を除去することにより、窒化ガリウム５上に窒
化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合
構造を形成すれば、窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極
を形成できるので、サファイアを基板に用いる場合に比
べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減
できるので例えば半導体レーザの動作電圧を低減するこ
とが可能となる。窒化ガリウム５上に窒化ガリウム系ト
ランジスタ構造を形成することにより、窒化ガリウムの
熱伝導率が1.3W/cm Kとサファイアの熱伝導率0.11W/cm
Kと比べ共に大きいため、従来のサファイア基板１１を
用いた場合に比べて放熱を改善でき、より高出力のトラ
ンジスタ動作が可能となる。
【００７２】図７は、本発明の実施の形態７における窒
化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同図に
おいて、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVPE法
により形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５はハラ
イドVPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリウ
ム、６はフォトレジスト、７はシリコン基板、８はシリ
コン基板である。
【００７３】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて１００
０℃に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約４
０００Ａをシリコン基板７上に形成する。前記非晶質二
酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、１０００℃
に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２と８
のシリコン基板上を結合させる。シリコン基板を非晶質
二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約2000
オングストロームと薄膜化する。複数個の開口部を有す
るフォトレジスト６をシリコン基板８表面に形成した後
に、例えばCl2ガスプラズマにシリコン基板８をさらす
ことにより、フォトレジスト６開口部下のシリコン基板
８を除去し、さらに例えばCHF3ガスによる反応性イオン
エッチングによりフォトレジスト６の開口部下の非晶質
二酸化ケイ素２を除去した後、フォトレジスト６を除去
する。シリコン基板８上に例えば基板温度600℃にて、
金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供給するこ
とにより形成される塩化ガリウムとアンモニアを反応さ
せるハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500
オングストローム形成する。さらに基板温度を1000℃と
し、非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハライドVPE法に
より単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。
【００７４】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１と同様、シリコン基板７の上に前記非晶質二酸
化ケイ素２及びシリコン基板８が複数個の開口部を有す
る形で形成され、シリコン基板８は約2000オングストロ
ームと非常に薄いので、シリコン表面８上に窒化ガリウ
ム４、５を形成した場合には、シリコンの格子１つあた
りにかかる結晶歪みエネルギーが窒化ガリウム側のそれ
よりもはるかに大きく、その結果、結晶転位等の結晶欠
陥はシリコン基板８に生じさせることが可能となり、窒
化ガリウム４、５の結晶性を向上させることが可能とな
る。また、部分的に形成されたシリコン基板８と非晶質
二酸化ケイ素２によって構成される段差上に窒化ガリウ
ム厚膜結晶を形成することにより、シリコンと窒化ガリ
ウムの格子定数の差から生じるストレスを前記段差の部
分において緩和し、その結果、その上に形成される窒化
ガリウム厚膜の結晶性を改善することが可能となる。窒
化ガリウム４、５はシリコン基板８かあるいはその開口
部の下のシリコン基板７の表面の上に形成され、本発明
の実施の形態５のように窒化ガリウム４、５を部分的に
二酸化ケイ素薄膜２の表面上に形成する場合に比べ、そ
の上に形成される窒化ガリウムは必ず下地シリコンの基
板の格子の情報を受け継いで形成されるため、単結晶が
形成されやすく、その結果、窒化ガリウム４、５の結晶
性を、本発明の実施の形態５の場合に比べ改善すること
が可能となる。
【００７５】図８は、本発明の実施の形態８における窒
化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同図に
おいて、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVPE法
により形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５はハラ
イドVPEにより形成された第二の単結晶窒化ガリウム、
６はフォトレジスト、７はシリコン基板、８はシリコン
基板である。
【００７６】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。非晶質
二酸化ケイ素２と第２のシリコン基板８を密着させ、10
00℃に加熱することにより、非晶質二酸化ケイ素２と８
のシリコン基板上を結合させる。シリコン基板８を非晶
質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約20
00オングストロームと薄膜化する。複数個の開口部を有
するフォトレジスト６をシリコン基板８表面に形成した
後に、例えばCl2ガスプラズマにシリコン基板８をさら
すことにより、フォトレジスト６開口部下のシリコン基
板８を除去し、さらに例えばCHF3ガスによる反応性イオ
ンエッチングによりフォトレジスト６開口部下の非晶質
二酸化ケイ素２を除去した後、フォトレジスト６を除去
する。続いてシリコン基板８上に例えば基板温度600℃
にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供給
することにより形成される塩化ガリウムとアンモニアを
反応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム４
を約500オングストローム形成する。さらに基板温度を1
000℃とし、前記４の非晶質窒化ガリウム上に、前記ハ
ライドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロ
ン形成する。続いて、シリコン基板８上の窒化ガリウム
結晶を、例えばフッ硝酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことによ
り、シリコン基板７、非晶質二酸化ケイ素２、シリコン
基板８を除去する。
【００７７】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態７の後、シリコン基板８及び２の二酸化ケイ素を
除去する構成となっており、本発明の第７の実施の形態
と同様、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させること
が可能となる。また、シリコン基板７、８及び２の二酸
化ケイ素を除去することにより、窒化ガリウム５上に窒
化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合
構造を形成すれば、窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極
を形成できるので、サファイアを基板に用いる場合に比
べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減
できるので例えば半導体レーザの動作電圧を低減するこ
とが可能となる。窒化ガリウム５上に窒化ガリウム系ト
ランジスタ構造を形成することにより、窒化ガリウムの
熱伝導率が1.3W/cm Kとサファイアの熱伝導率0.11W/cm
Kと比べ共に大きいため、従来のサファイア基板を用い
た場合に比べて放熱を改善でき、より高出力のトランジ
スタ動作が可能となる。
【００７８】図９は、本発明の実施の形態９における窒
化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同図に
おいて、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ素、
３は単結晶シリコン薄膜、４はハライドVPE法により形
成された第一の非晶質窒化ガリウム、５はハライドVPE
法により形成された第二の単結晶窒化ガリウム、９は炭
化ケイ素薄膜である。
【００７９】シリコン基板１上に、酸素イオンを加速電
圧190keVにてドーズ量1.8 × 1018cm -2注入する。イオ
ン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シリコ
ン基板１上に２の厚さ約3800オングストロームの非晶質
二酸化ケイ素、その上に厚さ約2100オングストロームの
単結晶シリコン薄膜を形成する。続いてシリコン基板１
を1300℃に加熱し、前記単結晶シリコン薄膜３上にモノ
シランガス(SiH4)及びメタンガス(CH4)と反応させるこ
とにより炭化ケイ素薄膜９を約1000オングストローム形
成する。前記炭化ケイ素薄膜９上に例えば基板温度600
℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供
給することにより形成される塩化ガリウムとアンモニア
を反応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム
４を約500オングストローム形成する。さらに基板温度
を1000℃とし、非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハライ
ドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形
成する。
【００８０】従って、本実施の形態では、非晶質二酸化
ケイ素２上に形成される単結晶シリコン薄膜３及び炭化
ケイ素薄膜９上に、窒化ガリウム４、５を形成すること
により、シリコンと窒化ガリウムの格子定数の差により
生じ結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でなく、炭
化ケイ素薄膜９及び単結晶シリコン薄膜３側に生じさせ
ることが可能となる。シリコンと窒化ガリウムでは格子
定数が異なり、前記ヘテロエピタキシャル成長では結晶
歪みエネルギーがシリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム
側に蓄えられる。本実施の形態のように、窒化ガリウム
４、５が膜厚約100ミクロンm、単結晶シリコン薄膜３、
炭化ケイ素薄膜９の膜厚が合計約3100オングストローム
と、炭化ケイ素及びシリコン薄膜の膜厚が窒化ガリウム
の膜厚よりもはるかに小さい場合は、炭化ケイ素薄膜及
びシリコン薄膜の格子１つあたりにかかる結晶歪みエネ
ルギーが窒化ガリウム側のそれよりもはるかに大きく、
その結果、結晶転位等の結晶欠陥は炭化ケイ素薄膜９及
びシリコン薄膜３側に生じさせることが可能となり、窒
化ガリウム４、５の結晶性を向上させることが可能とな
る。また、シリコン基板１上に、酸素イオンを加速電圧
190keVにてドーズ量1.8 × 1018cm-2注入した後にイオ
ン注入済みシリコン基板１を1320℃にて熱処理し、シリ
コン基板１上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二
酸化ケイ素２、その上に厚さ約2100オングストロームの
単結晶シリコン薄膜３を形成することにより、シリコン
基板１の表面に形成されるシリコン薄膜は、イオン注入
前のシリコン基板１表面の結晶格子の情報を引き継いで
形成されるため、シリコン基板１上に非晶質二酸化ケイ
素薄膜続いて単結晶シリコン薄膜を連続的に例えば気相
成長法などにより形成する場合に比べて、シリコン薄膜
の結晶性を改善し、その結果シリコン薄膜上に形成する
炭化ケイ素９及び窒化ガリウム４、５の結晶性を向上さ
せることが可能となる。また、炭化ケイ素の格子定数が
六方晶a軸にて3.08オングストローム、窒化ガリウムの
格子定数が六方晶a軸にて3.19オングストロームとその
格子不整合が3.45%程度と小さいために、炭化ケイ素９
を３のシリコン薄膜と窒化ガリウム４、５厚膜結晶の間
に挿入する形で形成することにより、直接シリコン薄膜
上に窒化ガリウムを形成する場合に比べて、窒化ガリウ
ムの結晶欠陥を低減することが可能となる。また非晶質
窒化ガリウム４を形成し、非晶質窒化ガリウム４の形成
温度よりも高温で単結晶窒化ガリウムを形成することに
より、窒化ガリウム５よりも結晶性の劣る窒化ガリウム
４を窒化ガリウム５の下に挿入する形で形成することに
より下地の３のシリコン薄膜と窒化ガリウム４、５の格
子不整合が緩和され、窒化ガリウム５の結晶性を向上さ
せることが可能となる。
【００８１】図１０は、本発明の実施の形態１０におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、３は単結晶シリコン薄膜、４はハライドVPE法によ
り形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５はハライド
VPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリウム、９
は炭化ケイ素薄膜である。
【００８２】シリコン基板１上に、酸素イオンを加速電
圧190keVにてドーズ量1.8×1018cm -2注入する。イオン
注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シリコン
基板上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二酸化ケ
イ素２、その上に厚さ約2100オングストロームの単結晶
シリコン薄膜３を形成する。続いてシリコン基板１を13
00℃に加熱し、単結晶シリコン薄膜３上にモノシランガ
ス(SiH4)及びメタンガス(CH4)と反応させることにより
炭化ケイ素薄膜９を約1000オングストローム形成する。
炭化ケイ素薄膜９上に例えば基板温度600℃にて、金属
ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供給することに
より形成される塩化ガリウムとアンモニアを反応させる
ハライドVPE法により４の非晶質窒化ガリウムを約500オ
ングストローム形成する。さらに基板温度を1000℃と
し、非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハライドVPE法に
より単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。
続いて、シリコン基板１上の窒化ガリウム結晶を、例え
ばフッ硝酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことにより、シリコン
基板１、非晶質二酸化ケイ素２、単結晶シリコン薄膜３
を除去する。
【００８３】従って、本実施の形態では、本発明の第９
の実施の形態の後、シリコン基板１及び二酸化ケイ素２
及びシリコン薄膜３を除去する構成となっており、窒化
ガリウム４、５の結晶性を向上させることが可能とな
る。また、シリコン基板１及び二酸化ケイ素２及びシリ
コン薄膜３を除去することにより、窒化ガリウム５上に
窒化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接
合構造を形成すれば、窒化ガリウム側及び炭化ケイ素薄
膜側にそれぞれ電極を形成できるので、サファイアを基
板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡単化でき、
かつ直列抵抗を低減できるので例えば半導体レーザの動
作電圧を低減することが可能となる。前記窒化ガリウム
５上に窒化ガリウム系トランジスタ構造を形成すること
により、窒化ガリウムの熱伝導率が1.3W/cm Kとサファ
イアの熱伝導率0.11W/cm Kと比べ共に大きいため、従来
のサファイア基板を用いた場合に比べて放熱を改善で
き、より高出力のトランジスタ動作が可能となる。
【００８４】図１１は、本発明の実施の形態１１におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、４はハライドVPE法により形成された第一の非晶質
窒化ガリウム、５はハライドVPE法により形成された第
二の単結晶窒化ガリウム、６はフォトレジスト、９は炭
化ケイ素薄膜である。
【００８５】シリコン基板１上に複数個の開口部を有す
るフォトレジスト６を形成した後に、シリコン基板１
に、酸素イオンを加速電圧190keVにてドーズ量1.8×10
18 cm - 2注入する。フォトレジスト下のシリコン基板へ
は酸素イオンが注入されないよう、フォトレジスト６膜
厚は決定される。フォトレジスト６を除去した後にイオ
ン注入済みシリコン基板１を1320℃にて熱処理し、シリ
コン基板１の表面から深さ約2100オングストロームから
深さ約5900オングストロームの範囲に非晶質二酸化ケイ
素２をシリコン基板１内に埋め込まれるよう形成する。
続いてシリコン基板１を1300℃に加熱し、シリコン基板
１上にモノシランガス(SiH4)及びメタンガス(CH4)と反
応させることにより炭化ケイ素薄膜９を約1000オングス
トローム形成する。炭化ケイ素薄膜９上に例えば基板温
度600℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガ
スを供給することにより形成される塩化ガリウムとアン
モニアを反応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガ
リウム４を約500オングストローム形成する。さらに基
板温度を1000℃とし、非晶質窒化ガリウム４上に、前記
ハライドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミク
ロン形成する。
【００８６】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態９同様、シリコン基板１の一部分にてシリコン基
板１の内部に非晶質二酸化ケイ素２が埋め込まれて形成
され、シリコン基板１の上に炭化ケイ素薄膜約1000オン
グストロームが形成され、かつ非晶質二酸化ケイ素２上
のシリコン及び炭化ケイ素薄膜は合計で約3100オングス
トロームと窒化ガリウム４、５の膜厚約100ミクロンmと
比べると非常に薄いので、非晶質二酸化ケイ素２が埋め
込まれた上部のシリコン基板１表面上に炭化ケイ素薄膜
９続いて窒化ガリウム４、５を形成した場合には、シリ
コン及び炭化ケイ素の格子１つあたりにかかる結晶歪み
エネルギーが窒化ガリウム側のそれよりもはるかに大き
く、その結果、結晶転位等の結晶欠陥はシリコン基板１
表面及び炭化ケイ素薄膜９に生じさせることが可能とな
り、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させることが可
能となる。また、シリコン基板１の一部分のみに非晶質
二酸化ケイ素２を埋め込む構成にすることにより、シリ
コン基板１の表面の結晶性は非晶質二酸化ケイ素２の埋
め込まれていない部分の結晶性の良好な部分の結晶性を
引き継ぎ、本発明の実施の形態９のようにシリコン基板
１全面にてシリコン薄膜の下に非晶質二酸化ケイ素２、
その下にシリコン基板１という構成にする場合に比べ、
炭化ケイ素薄膜下９のシリコンの結晶性を改善し、その
結果、前記シリコンの上に形成される炭化ケイ素薄膜９
及びその上に形成される窒化ガリウム４、５の結晶性を
改善することが可能となる。また、炭化ケイ素と窒化ガ
リウムの格子不整合が3.45%程度と小さいために、炭化
ケイ素９をシリコン基板１と窒化ガリウム４、５厚膜結
晶の間に挿入する形で形成することにより、直接シリコ
ン基板１上に窒化ガリウムを形成する場合に比べて、窒
化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可能となる。ま
た非晶質窒化ガリウム４を形成し、非晶質窒化ガリウム
５の形成温度よりも高温で単結晶窒化ガリウム５を形成
することにより、窒化ガリウム５よりも結晶性の劣る窒
化ガリウム４を窒化ガリウム５の下に挿入する形で形成
することにより下地のシリコン基板１と窒化ガリウム
４、５の格子不整合が緩和され、窒化ガリウム５の結晶
性を向上させることが可能となる。
【００８７】図１２は、本発明の実施の形態１２におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、４はハライドVPE法により形成された第一の非晶質
窒化ガリウム、５はハライドVPE法により形成された第
二の単結晶窒化ガリウム、６はフォトレジスト、９は炭
化ケイ素薄膜である。
【００８８】シリコン基板１上に複数個の開口部を有す
るフォトレジスト６を形成した後に、シリコン基板１
に、酸素イオンを加速電圧190keVにてドーズ量1.8×10
18cm-2注入する。フォトレジスト下のシリコン基板１へ
は酸素イオンが注入されないよう、フォトレジスト６の
膜厚は決定される。フォトレジスト６を除去した後に前
記イオン注入済みシリコン基板１を1320℃にて熱処理
し、シリコン基板１の表面から深さ約2100オングストロ
ームから深さ約5900オングストロームの範囲に非晶質二
酸化ケイ素２をシリコン基板１内に埋め込まれるよう形
成する。続いてシリコン基板１を1300℃に加熱し、シリ
コン基板１上にモノシランガス(SiH4)及びメタンガス(C
H4)と反応させることにより炭化ケイ素薄膜９を約1000
オングストローム形成する。炭化ケイ素薄膜９上に例え
ば基板温度600℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩
化水素ガスを供給することにより形成される塩化ガリウ
ムとアンモニアを反応させるハライドVPE法により非晶
質窒化ガリウム４を約500オングストローム形成する。
さらに基板温度を1000℃とし、前記非晶質窒化ガリウム
４上に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化ガリウム
５を約100ミクロン形成する。続いて、前記シリコン基
板上の窒化ガリウム結晶を、例えばフッ硝酸(HF:HNO3=
1:5)に浸すことにより、シリコン基板１、非晶質二酸化
ケイ素２を除去する。
【００８９】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１１の後、シリコン基板１及び二酸化ケイ素２を
除去する構成となっており、本発明の実施の形態３と同
様、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させることが可
能となる。また、前記シリコン基板１及び二酸化ケイ素
２を除去することにより、窒化ガリウム５上に窒化ガリ
ウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を
形成すれば、窒化ガリウム側、炭化ケイ素側にそれぞれ
電極を形成できるので、サファイアを基板に用いる場合
に比べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を
低減できるので例えば半導体レーザの動作電圧を低減す
ることが可能となる。前記窒化ガリウム５上に窒化ガリ
ウム系トランジスタ構造を形成することにより、窒化ガ
リウムの熱伝導率が1.3W/cm Kとサファイアの熱伝導率
0.11W/cm Kと比べ共に大きいため、従来のサファイア基
板を用いた場合に比べて放熱を改善でき、より高出力の
トランジスタ動作が可能となる。
【００９０】図１３は、本発明の実施の形態１３におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５は
ハライドVPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリ
ウム、６はフォトレジスト、７はシリコン基板、８はシ
リコン基板、９は炭化ケイ素薄膜である。
【００９１】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。非晶質
二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、1000℃に
加熱することにより、非晶質二酸化ケイ素２とシリコン
基板８上を結合させる。シリコン基板８を非晶質二酸化
ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約2000オング
ストロームと薄膜化する。複数個の開口部を有するフォ
トレジスト６をシリコン基板８表面に形成した後に、例
えばCl2ガスプラズマに前記シリコン基板をさらすこと
により、フォトレジスト６開口部下のシリコン基板８を
除去した後、フォトレジスト６を除去する。続いてシリ
コン基板８を1300℃に加熱し、シリコン基板８及び前記
開口部の非晶質二酸化ケイ素２上にモノシランガス(SiH
4)及びメタンガス(CH4)と反応させることにより炭化ケ
イ素薄膜９を約1000オングストローム形成する。炭化ケ
イ素薄膜９上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリウ
ム表面を経由して塩化水素ガスを供給することにより形
成される塩化ガリウムとアンモニアを反応させるハライ
ドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500オングスト
ローム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、非晶質
窒化ガリウム４上に、前記ハライドVPE法により単結晶
窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。
【００９２】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態９同様、シリコン基板７の上に全面に非晶質二酸
化ケイ素２がされ、非晶質二酸化ケイ素２上にシリコン
基板８が複数個の開口部を有する形で形成され、シリコ
ン基板８及びシリコン基板８の開口部の非晶質二酸化ケ
イ素２上に炭化ケイ素薄膜９が形成されており、シリコ
ン基板８及び炭化ケイ素薄膜９は合計約3000オングスト
ロームと非常に薄いので、前記炭化ケイ素薄膜９上に窒
化ガリウム４、５を形成した場合には、シリコン及び炭
化ケイ素の格子１つあたりにかかる結晶歪みエネルギー
が窒化ガリウム側のそれよりもはるかに大きく、その結
果、結晶転位等の結晶欠陥はシリコン基板８及び炭化ケ
イ素薄膜９に生じさせることが可能となり、窒化ガリウ
ム４、５の結晶性を向上させることが可能となる。ま
た、部分的に形成されたシリコン基板８によって構成さ
れる段差上に炭化ケイ素薄膜９、及び窒化ガリウム４、
５を形成することにより、シリコンと窒化ガリウムの格
子定数の差から生じるストレスを前記段差の部分におい
て緩和し、その結果、その上に形成される窒化ガリウム
の結晶性を改善することが可能となる。また、炭化ケイ
素と窒化ガリウムの格子不整合が3.45%程度と小さいた
めに、炭化ケイ素９をシリコン基板１と窒化ガリウム
４、５厚膜結晶の間に挿入する形で形成することによ
り、直接シリコン基板上に窒化ガリウムを形成する場合
に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可
能となる。また非晶質窒化ガリウム４を形成し、前記非
晶質窒化ガリウム４の形成温度よりも高温で単結晶窒化
ガリウム５を形成することにより、窒化ガリウム５より
も結晶性の劣る窒化ガリウム４を窒化ガリウム５の下に
挿入する形で形成することにより下地のシリコン基板１
と窒化ガリウム４、５の格子不整合が緩和され、窒化ガ
リウム５の結晶性を向上させることが可能となる。
【００９３】図１４は、本発明の実施の形態１４におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５は
ハライドVPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリ
ウム、６はフォトレジスト、７はシリコン基板、８はシ
リコン基板、９は炭化ケイ素薄膜である。
【００９４】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。非晶質
二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、1000℃に
加熱することにより、非晶質二酸化ケイ素２とシリコン
基板８上を結合させる。シリコン基板８を非晶質二酸化
ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約2000オング
ストロームと薄膜化する。複数個の開口部を有するフォ
トレジスト６をシリコン基板８表面に形成した後に、例
えばCl2ガスプラズマにシリコン基板８をさらすことに
より、フォトレジスト６開口部下のシリコン基板８を除
去した後、フォトレジスト６を除去する。続いてシリコ
ン基板８を1300℃に加熱し、シリコン基板８及び前記開
口部の非晶質二酸化ケイ素２上にモノシランガス(SiH4)
及びメタンガス(CH4)と反応させることにより炭化ケイ
素薄膜９を約1000オングストローム形成する。炭化ケイ
素薄膜９上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリウム
表面を経由して塩化水素ガスを供給することにより形成
される塩化ガリウムとアンモニアを反応させるハライド
VPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500オングストロ
ーム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、前記非晶
質窒化ガリウム４上に、前記ハライドVPE法により単結
晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。続いて、
シリコン基板８上の窒化ガリウム結晶を、例えばフッ硝
酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことにより、シリコン基板７、
非晶質二酸化ケイ素２、シリコン基板８を除去する。
【００９５】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１３の後、シリコン基板７、８及び二酸化ケイ素
２を除去する構成となっており、本発明の実施の形態５
と同様、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させること
が可能となる。また、シリコン基板７、８及び二酸化ケ
イ素を除去することにより、窒化ガリウム５上に窒化ガ
リウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造
を形成すれば、窒化ガリウム側、炭化ケイ素薄膜側にそ
れぞれ電極を形成できるので、サファイアを基板に用い
る場合に比べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列
抵抗を低減できるので例えば半導体レーザの動作電圧を
低減することが可能となる。前記窒化ガリウム５上に窒
化ガリウム系トランジスタ構造を形成することにより、
窒化ガリウムの熱伝導率が1.3W/cm Kとサファイアの熱
伝導率0.11W/cm Kと比べ共に大きいため、従来のサファ
イア基板１１を用いた場合に比べて放熱を改善でき、よ
り高出力のトランジスタ動作が可能となる。
【００９６】図１５は、本発明の実施の形態１５におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５は
ハライドVPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリ
ウム、６はフォトレジスト、７はシリコン基板、８はシ
リコン基板、９は炭化ケイ素薄膜である。
【００９７】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。前記非
晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、1000
℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２と
シリコン基板８上を結合させる。シリコン基板８を非晶
質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約20
00オングストロームと薄膜化する。複数個の開口部を有
するフォトレジスト６をシリコン基板８表面に形成した
後に、例えばCl2ガスプラズマにシリコン基板８をさら
すことにより、フォトレジスト６開口部下のシリコン基
板８を除去し、さらに例えばCHF3ガスによる反応性イオ
ンエッチングにより前記フォトレジスト６開口部下の非
晶質二酸化ケイ素２を除去した後、フォトレジスト６を
除去する。続いてシリコン基板８を1300℃に加熱し、前
記シリコン基板８及び前記開口部のシリコン基板７表面
上にモノシランガス(SiH4)及びメタンガス(CH4)と反応
させることにより炭化ケイ素薄膜９を約1000オングスト
ローム形成する。前記炭化ケイ素薄膜９上に例えば基板
温度600℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素
ガスを供給することにより形成される塩化ガリウムとア
ンモニアを反応させるハライドVPE法により非晶質窒化
ガリウム４を約500オングストローム形成する。さらに
基板温度を1000℃とし、前記非晶質窒化ガリウム４上
に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を
約100ミクロン形成する。
【００９８】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態９同様、シリコン基板７の上に前記非晶質二酸化
ケイ素２及びシリコン基板８が複数個の開口部を有する
形で形成された後に炭化ケイ素薄膜９が形成され、シリ
コン基板８及び炭化ケイ素薄膜９は膜厚が合計約3000オ
ングストロームと非常に薄いので、炭化ケイ素薄膜９上
に窒化ガリウム４、５を形成した場合には、シリコン及
び炭化ケイ素の格子１つあたりにかかる結晶歪みエネル
ギーは窒化ガリウム側のそれよりもはるかに大きく、そ
の結果、結晶転位等の結晶欠陥はシリコン基板８及び炭
化ケイ素薄膜９に生じさせることが可能となり、窒化ガ
リウム４、５の結晶性を向上させることが可能となる。
また、部分的に形成されたシリコン基板８と非晶質二酸
化ケイ素２によって構成される段差上に炭化ケイ素薄膜
９及び窒化ガリウム４、５を形成することにより、シリ
コンと窒化ガリウムの格子定数の差から生じるストレス
を前記段差の部分において緩和し、その結果、その上に
形成される窒化ガリウム厚膜の結晶性を改善することが
可能となる。前記炭化ケイ素薄膜９はシリコン基板８か
あるいは前記シリコン基板８の開口部の下のシリコン基
板７表面の上に形成され、本発明の実施の形態１３のよ
うに炭化ケイ素薄膜９を部分的に二酸化ケイ素薄膜２の
表面上に形成する場合に比べ、その上に形成される炭化
ケイ素薄膜９は必ず下地シリコンの基板の格子の情報を
受け継いで形成されるため、単結晶が形成されやすく、
その結果、炭化ケイ素薄膜９及びその上に形成される窒
化ガリウム４、５の結晶性を、本発明の実施の形態１３
の場合に比べ改善することが可能となる。また、炭化ケ
イ素と窒化ガリウムの格子不整合が3.45%程度と小さい
ために、炭化ケイ素９をシリコン基板１と窒化ガリウム
４、５厚膜結晶の間に挿入する形で形成することによ
り、直接シリコン基板上に窒化ガリウムを形成する場合
に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可
能となる。また非晶質窒化ガリウム４を形成し、前記非
晶質窒化ガリウム４の形成温度よりも高温で単結晶窒化
ガリウム５を形成することにより、窒化ガリウム５より
も結晶性の劣る窒化ガリウム４を窒化ガリウム５の下に
挿入する形で形成することにより下地のシリコン基板１
と窒化ガリウム４、５の格子不整合が緩和され、窒化ガ
リウム５の結晶性を向上させることが可能となる。
【００９９】図１６は、本発明の実施の形態１６におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５は
ハライドVPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリ
ウム、６はフォトレジスト、７はシリコン基板、８はシ
リコン基板、９は炭化ケイ素薄膜である。
【０１００】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。前記非
晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、1000
℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２と
シリコン基板８上を結合させる。シリコン基板８を非晶
質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約20
00オングストロームと薄膜化する。複数個の開口部を有
するフォトレジスト６をシリコン基板８表面に形成した
後に、例えばCl2ガスプラズマにシリコン基板８をさら
すことにより、フォトレジスト６開口部下のシリコン基
板８を除去し、さらに例えばCHF3ガスによる反応性イオ
ンエッチングにより前記フォトレジスト６開口部下の非
晶質二酸化ケイ素２を除去した後、フォトレジスト６を
除去する。前記シリコン基板８及び前記開口部のシリコ
ン基板７表面上にモノシランガス(SiH4）及びメタンガ
ス(CH4)と反応させることにより炭化ケイ素薄膜９を約1
000オングストローム形成する。前記炭化ケイ素薄膜９
上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリウム表面を経
由して塩化水素ガスを供給することにより形成される塩
化ガリウムとアンモニアを反応させるハライドVPE法に
より非晶質窒化ガリウム４を約500オングストローム形
成する。さらに基板温度を1000℃とし、前記非晶質窒化
ガリウム４上に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化
ガリウム５を約100ミクロン形成する。続いて、前記シ
リコン基板上の窒化ガリウム結晶を、例えばフッ硝酸(H
F:HNO3=1:5)に浸すことにより、シリコン基板７、非晶
質二酸化ケイ素２、シリコン基板８を除去する。
【０１０１】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１５の後、シリコン基板７、８及び二酸化ケイ素
２を除去する構成となっており、窒化ガリウム４、５の
結晶性を向上させることが可能となる。また、シリコン
基板７、８及び二酸化ケイ素２を除去することにより、
窒化ガリウム５上に窒化ガリウム系半導体レーザ、発光
ダイオードのｐｎ接合構造を形成すれば、窒化ガリウム
側、炭化ケイ素薄膜側にそれぞれ電極を形成できるの
で、サファイアを基板に用いる場合に比べデバイス製造
工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減できるので例え
ば半導体レーザの動作電圧を低減することが可能とな
る。前記窒化ガリウム５上に窒化ガリウム系トランジス
タ構造を形成することにより、窒化ガリウムの熱伝導率
が1.3W/cm Kとサファイアの熱伝導率0.11W/cm Kと比べ
共に大きいため、従来のサファイア基板を用いた場合に
比べて放熱を改善でき、より高出力のトランジスタ動作
が可能となる。
【０１０２】図１７は、本発明の実施の形態１７におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、３は単結晶シリコン薄膜、４はハライドVPE法によ
り形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライドVPE法
により形成された単結晶窒化ガリウム、９は炭化ケイ素
薄膜である。
【０１０３】シリコン基板１上に、酸素イオンを加速電
圧190keVにてドーズ量1.8×1018cｍ -2注入する。前記イ
オン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シリ
コン基板上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二酸
化ケイ素２、その上に厚さ約2100オングストロームの単
結晶シリコン薄膜３を形成する。続いてシリコン基板１
を1300℃に加熱し、前記の単結晶シリコン薄膜３をメタ
ンガス(CH4)と反応させることにより単結晶シリコン薄
膜３を炭化ケイ素薄膜９約2100オングストロームに変換
する。前記炭化ケイ素薄膜９上に例えば基板温度600℃
にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供給
することにより形成される塩化ガリウムとアンモニアを
反応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム４
を約500オングストローム形成する。さらに基板温度を1
000℃とし、前記非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハラ
イドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン
形成する。
【０１０４】従って、本実施の形態では、非晶質二酸化
ケイ素２上に形成される炭化ケイ素薄膜９上に、窒化ガ
リウム４，５を形成することにより、炭化ケイ素と窒化
ガリウムの格子定数の差により生じる結晶転位等の結晶
欠陥を窒化ガリウム側でなく、炭化ケイ素薄膜９側に生
じさせることが可能となる。炭化ケイ素と窒化ガリウム
では格子定数が異なり、前記ヘテロエピタキシャル成長
では結晶歪みエネルギーが炭化ケイ素、窒化ガリウム側
に蓄えられる。本実施の形態のように、窒化ガリウム
４，５が膜厚約100ミクロンm、炭化ケイ素薄膜９の膜厚
が約2100オングストロームと、炭化ケイ素薄膜の膜厚が
窒化ガリウムの膜厚よりもはるかに小さい場合は、炭化
ケイ素薄膜及びシリコン薄膜の格子１つあたりにかかる
結晶歪みエネルギーが窒化ガリウム側のそれよりもはる
かに大きく、その結果、結晶転位等の結晶欠陥は炭化ケ
イ素薄膜９側に生じさせることが可能となり、窒化ガリ
ウム４、５の結晶性を向上させることが可能となる。ま
た、シリコン基板１上に、酸素イオンを加速電圧190keV
にてドーズ量1.8×1018cm-2注入した後に前記イオン注
入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シリコン基
板上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二酸化ケイ
素２、その上に厚さ約2100オングストロームの単結晶シ
リコン薄膜３を形成することにより、シリコン基板表面
に形成されるシリコン薄膜は、イオン注入前のシリコン
基板表面の結晶格子の情報を引き継いで形成されるた
め、シリコン基板上に非晶質二酸化ケイ素薄膜続いて単
結晶シリコン薄膜を連続的に例えば気相成長法などによ
り形成する場合に比べて、前記シリコン薄膜の結晶性を
改善し、その結果前記シリコン薄膜を変換して形成する
炭化ケイ素薄膜９及び、その上に形成される窒化ガリウ
ム４、５の結晶性を向上させることが可能となる。ま
た、炭化ケイ素の格子定数が六方晶a軸にて3.08オング
ストローム、窒化ガリウムの格子定数が六方晶a軸にて
3.19オングストロームとその格子不整合が3.45%程度と
小さいために、前記窒化ガリウム厚膜結晶４、５を前記
炭化ケイ素薄膜９上に形成することにより、本発明の実
施の形態１のようにシリコン薄膜上に窒化ガリウムを形
成する場合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減す
ることが可能となる。また非晶質窒化ガリウム４を形成
し、前記非晶質窒化ガリウム４の形成温度よりも高温で
単結晶窒化ガリウム５を形成することにより、窒化ガリ
ウム５よりも結晶性の劣る窒化ガリウム４を窒化ガリウ
ム５の下に挿入する形で形成することにより下地の炭化
ケイ素薄膜９との窒化ガリウム４、５の格子不整合が緩
和され、窒化ガリウム５の結晶性を向上させることが可
能となる。
【０１０５】図１８は、本発明の実施の形態１８におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、３は単結晶シリコン薄膜、４はハライドVPE法によ
り形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライドVPE法
により形成された単結晶窒化ガリウム、９は炭化ケイ素
薄膜である。
【０１０６】シリコン基板１上に、酸素イオンを加速電
圧190keVにてドーズ量1.8×1018cｍ -2注入する。前記イ
オン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シリ
コン基板上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二酸
化ケイ素２、その上に厚さ約2100オングストロームの単
結晶シリコン薄膜３を形成する。続いて前記シリコン基
板１を1300℃に加熱し、前記単結晶シリコン薄膜３をメ
タンガス(CH4)と反応させることにより単結晶シリコン
薄膜３を炭化ケイ素薄膜９約2100オングストロームに変
換する。前記炭化ケイ素薄膜９上に例えば基板温度600
℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供
給することにより形成される塩化ガリウムとアンモニア
を反応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム
４を約500オングストローム形成する。さらに基板温度
を1000℃とし、前記非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハ
ライドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロ
ン形成する。続いて、前記シリコン基板上の窒化ガリウ
ム結晶を、例えばフッ硝酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことに
より、シリコン基板１、非晶質二酸化ケイ素２、単結晶
シリコン薄膜３を除去する。
【０１０７】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１７の後、シリコン基板１及び二酸化ケイ素２及
びシリコン薄膜３を除去する構成となっており、本発明
の実施の形態１７と同様、窒化ガリウム４、５の結晶性
を向上させることが可能となる。また、前記シリコン基
板１及び二酸化ケイ素２及びシリコン薄膜３を除去する
ことにより、窒化ガリウム５上に窒化ガリウム系半導体
レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形成すれば、
窒化ガリウム側及び炭化ケイ素薄膜側にそれぞれ電極を
形成できるので、サファイアを基板に用いる場合に比べ
デバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減で
きるので例えば半導体レーザの動作電圧を低減すること
が可能となる。前記窒化ガリウム５上に窒化ガリウム系
トランジスタ構造を形成することにより、窒化ガリウム
の熱伝導率が1.3W/cm Kとサファイアの熱伝導率0.11W/c
m Kと比べ共に大きいため、従来のサファイア基板を用
いた場合に比べて放熱を改善でき、より高出力のトラン
ジスタ動作が可能となる。
【０１０８】図１９は、本発明の実施の形態１９におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、４はハライドVPE法により形成された非晶質窒化ガ
リウム、５はハライドVPE法により形成された単結晶窒
化ガリウム、６はフォトレジスト、９は炭化ケイ素薄膜
である。
【０１０９】シリコン基板１上に複数個の開口部を有す
るフォトレジスト６を形成した後に、シリコン基板１
に、酸素イオンを加速電圧190keVにてドーズ量1.8×10
18cｍ-2注入する。フォトレジスト下のシリコン基板へ
は酸素イオンが注入されないよう、フォトレジスト６の
膜厚は決定される。前記フォトレジスト６を除去した後
に前記イオン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理
し、シリコン基板の表面から深さ約2100オングストロー
ムから深さ約5900オングストロームの範囲に非晶質二酸
化ケイ素をシリコン基板内に埋め込まれるよう形成す
る。続いてシリコン基板１を1300℃に加熱し、前記シリ
コン基板１の表面をメタンガス(CH4)と反応させること
により、シリコン基板１の表面を炭化ケイ素薄膜９約21
00オングストロームに変換する。前記炭化ケイ素薄膜９
上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリウム表面を経
由して塩化水素ガスを供給することにより形成される塩
化ガリウムとアンモニアを反応させるハライドVPE法に
より非晶質窒化ガリウム４を約500オングストローム形
成する。さらに基板温度を1000℃とし、前記非晶質窒化
ガリウム４上に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化
ガリウム５を約100ミクロン形成する。
【０１１０】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１７同様、シリコン基板１の一部分にて前記シリ
コン基板１の内部に非晶質二酸化ケイ素が埋め込まれて
形成され、前記シリコン基板表面から約2100オングスト
ロームが炭化ケイ素薄膜９に変換され、前記非晶質二酸
化ケイ素２上の炭化ケイ素薄膜は窒化ガリウム４、５の
膜厚約100ミクロンmと比べると非常に薄いので、前記非
晶質二酸化ケイ素２が埋め込まれた上部の炭化ケイ素薄
膜９上に窒化ガリウム４、５を形成した場合には、炭化
ケイ素の格子１つあたりにかかる結晶歪みエネルギーが
窒化ガリウム側のそれよりもはるかに大きく、その結
果、結晶転位等の結晶欠陥は炭化ケイ素薄膜９に生じさ
せることが可能となり、窒化ガリウム４、５の結晶性を
向上させることが可能となる。また、シリコン基板１の
一部分のみに非晶質二酸化ケイ素２を埋め込む構成にす
ることにより、シリコン基板の表面の結晶性は非晶質二
酸化ケイ素の埋め込まれていない部分の結晶性の良好な
部分の結晶性を引き継ぎ、本発明の第１７の実施例のよ
うにシリコン基板全面にてシリコン薄膜の下に非晶質二
酸化ケイ素、その下にシリコン基板という構成にする場
合に比べ、シリコン基板表面の結晶性を改善し、その結
果、前記シリコン表面を変換して形成される炭化ケイ素
薄膜９及びその上に形成される窒化ガリウム４、５の結
晶性を改善することが可能となる。また、炭化ケイ素と
窒化ガリウムの格子不整合が3.45%程度と小さいため
に、前記９の炭化ケイ素薄膜上に窒化ガリウム厚膜結晶
４、５を形成することにより、本発明の実施の形態３の
ようにシリコン基板上に窒化ガリウムを形成する場合に
比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可能
となる。また非晶質窒化ガリウム４を形成し、前記非晶
質窒化ガリウム４の形成温度よりも高温で単結晶窒化ガ
リウム５を形成することにより、前記窒化ガリウム５よ
りも結晶性の劣る前記窒化ガリウム４を前記窒化ガリウ
ム５の下に挿入する形で形成することにより下地の炭化
ケイ素薄膜９と窒化ガリウム４、５の格子不整合が緩和
され、窒化ガリウム５の結晶性を向上させることが可能
となる。
【０１１１】図２０は、本発明の実施の形態２０におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、４はハライドVPE法により形成された非晶質窒化ガ
リウム、５はハライドVPE法により形成された単結晶窒
化ガリウム、６はフォトレジスト、９は炭化ケイ素薄膜
である。
【０１１２】シリコン基板１上に複数個の開口部を有す
るフォトレジスト６を形成した後に、前記シリコン基板
１に、酸素イオンを加速電圧190keVにてドーズ量1.8×1
018cｍ-2注入する。フォトレジスト下のシリコン基板へ
は酸素イオンが注入されないよう、フォトレジストの膜
厚は決定される。前記フォトレジスト６を除去した後に
前記イオン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理
し、シリコン基板の表面から深さ約2100オングストロー
ムから深さ約5900オングストロームの範囲に非晶質二酸
化ケイ素をシリコン基板１内に埋め込まれるよう形成す
る。続いてシリコン基板１を1300℃に加熱し、前記シリ
コン基板１表面をメタンガス(CH4)と反応させることに
より、シリコン基板１表面を炭化ケイ素薄膜９約2100オ
ングストロームに変換する。前記炭化ケイ素薄膜９上に
例えば基板温度600℃にて、金属ガリウム表面を経由し
て塩化水素ガスを供給することにより形成される塩化ガ
リウムとアンモニアを反応させるハライドVPE法により
非晶質窒化ガリウム４を約500オングストローム形成す
る。さらに基板温度を1000℃とし、前記非晶質窒化ガリ
ウム４上に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化ガリ
ウム５を約100ミクロン形成する。続いて、前記シリコ
ン基板上の窒化ガリウム結晶を、例えばフッ硝酸(HF:HN
O3=1:5)に浸すことにより、シリコン基板１、非晶質二
酸化ケイ素２を除去する。
【０１１３】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１９の後、前記シリコン基板１及び二酸化ケイ素
２を除去する構成となっており、本発明の実施の形態１
９と同様、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させるこ
とが可能となる。また、前記シリコン基板１及び二酸化
ケイ素２を除去することにより、窒化ガリウム５上に窒
化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合
構造を形成すれば、窒化ガリウム側、炭化ケイ素側にそ
れぞれ電極を形成できるので、サファイアを基板に用い
る場合に比べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列
抵抗を低減できるので例えば半導体レーザの動作電圧を
低減することが可能となる。前記窒化ガリウム５上に窒
化ガリウム系トランジスタ構造を形成することにより、
窒化ガリウムの熱伝導率が1.3W/cm Kとサファイアの熱
伝導率0.11W/cm Kと比べ共に大きいため、従来のサファ
イア基板を用いた場合に比べて放熱を改善でき、より高
出力のトランジスタ動作が可能となる。
【０１１４】図２１は、本発明の実施の形態２１におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライ
ドVPE法により形成された単結晶窒化ガリウム、６はフ
ォトレジスト、７はシリコン基板、８はシリコン基板、
９は炭化ケイ素薄膜である。
【０１１５】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。前記非
晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、1000
℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２と
シリコン基板８上を結合させる。前記シリコン基板を非
晶質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約
2000オングストロームと薄膜化する。複数個の開口部を
有するフォトレジスト６を前記シリコン基板８表面に形
成した後に、例えばCl2ガスプラズマに前記シリコン基
板をさらすことにより、前記フォトレジスト６の開口部
下のシリコン基板８を除去した後、フォトレジスト６を
除去する。続いてシリコン基板８を1300℃に加熱し、前
記シリコン基板８をメタンガス(CH4)と反応させること
により炭化ケイ素薄膜９約2000オングストロームに変換
する。前記炭化ケイ素薄膜９及び前記開口部の非晶質二
酸化ケイ素２上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリ
ウム表面を経由して塩化水素ガスを供給することにより
形成される塩化ガリウムとアンモニアを反応させるハラ
イドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500オングス
トローム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、前記
非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハライドVPE法により
単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。
【０１１６】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１７同様、第一のシリコン基板７の上に全面に非
晶質二酸化ケイ素２が形成され、前記非晶質二酸化ケイ
素２上に炭化ケイ素薄膜９が複数個の開口部を有する形
で形成され、前記炭化ケイ素薄膜９は約2000オングスト
ロームと非常に薄いので、前記炭化ケイ素薄膜９の上に
窒化ガリウム４、５を形成した場合には、炭化ケイ素の
格子１つあたりにかかる結晶歪みエネルギーが窒化ガリ
ウム側のそれよりもはるかに大きく、その結果、結晶転
位等の結晶欠陥は炭化ケイ素薄膜９に生じさせることが
可能となり、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させる
ことが可能となる。また、部分的に形成された炭化ケイ
素薄膜９によって構成される段差上に窒化ガリウム４、
５を形成することにより、炭化ケイ素と窒化ガリウムの
格子定数の差から生じるストレスを前記段差の部分にお
いて緩和し、その結果、その上に形成される窒化ガリウ
ムの結晶性を改善することが可能となる。また、炭化ケ
イ素と窒化ガリウムの格子不整合が3.45%程度と小さい
ために、前記炭化ケイ素薄膜９上に窒化ガリウム厚膜結
晶４、５を形成することにより、本発明の実施の形態５
のようにシリコン基板上に窒化ガリウムを形成する場合
に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可
能となる。また非晶質窒化ガリウム４を形成し、前記非
晶質窒化ガリウム４の形成温度よりも高温で単結晶窒化
ガリウム５を形成することにより、窒化ガリウム５より
も結晶性の劣る窒化ガリウム４を窒化ガリウム５の下に
挿入する形で形成することにより下地の炭化ケイ素薄膜
９と窒化ガリウム４、５の格子不整合が緩和され、窒化
ガリウム５の結晶性を向上させることが可能となる。
【０１１７】図２２は、本発明の実施の形態２２におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライ
ドVPE法により形成された単結晶窒化ガリウム、６はフ
ォトレジスト、７はシリコン基板、８はシリコン基板、
９は炭化ケイ素薄膜である。
【０１１８】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。前記非
晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、1000
℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２と
シリコン基板８上を結合させる。前記シリコン基板を非
晶質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約
2000オングストロームと薄膜化する。複数個の開口部を
有するフォトレジスト６を前記シリコン基板８の表面に
形成した後に、例えばCl2ガスプラズマに前記シリコン
基板８をさらすことにより、前記フォトレジスト６の開
口部下のシリコン基板８を除去した後、フォトレジスト
６を除去する。続いてシリコン基板８を1300℃に加熱
し、前記シリコン基板８をメタンガス(CH4)と反応させ
ることにより、シリコン基板８を炭化ケイ素薄膜９約20
00オングストロームに変換する。前記炭化ケイ素薄膜９
及び前記開口部の非晶質二酸化ケイ素２上に例えば基板
温度600℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素
ガスを供給することにより形成される塩化ガリウムとア
ンモニアを反応させるハライドVPE法により非晶質窒化
ガリウム４を約500オングストローム形成する。さらに
基板温度を1000℃とし、前記非晶質窒化ガリウム４上
に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を
約100ミクロン形成する。続いて、前記シリコン基板上
の窒化ガリウム結晶を、例えばフッ硝酸(HF:HNO3=1:5)
に浸すことにより、シリコン基板７、非晶質二酸化ケイ
素２、シリコン基板８を除去する。
【０１１９】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態２１の後、前記シリコン基板７、８及び二酸化ケ
イ素２を除去する構成となっており、本発明の実施の形
態２１と同様、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させ
ることが可能となる。また、前記シリコン基板７、８及
び二酸化ケイ素２を除去することにより、窒化ガリウム
５上に窒化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードの
ｐｎ接合構造を形成すれば、窒化ガリウム側、炭化ケイ
素薄膜側にそれぞれ電極を形成できるので、サファイア
を基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡単化で
き、かつ直列抵抗を低減できるので例えば半導体レーザ
の動作電圧を低減することが可能となる。前記窒化ガリ
ウム５上に窒化ガリウム系トランジスタ構造を形成する
ことにより、窒化ガリウムの熱伝導率が1.3W/cm Kとサ
ファイアの熱伝導率0.11W/cm Kと比べ共に大きいため、
従来のサファイア基板を用いた場合に比べて放熱を改善
でき、より高出力のトランジスタ動作が可能となる。
【０１２０】図２３は、本発明の実施の形態２３におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライ
ドVPE法により形成された単結晶窒化ガリウム、６はフ
ォトレジスト、７はシリコン基板、８はシリコン基板、
９は炭化ケイ素薄膜である。
【０１２１】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７上に形成する。前記非
晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、1000
℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２と
シリコン基板８上を結合させる。前記シリコン基板を非
晶質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚さ約
2000オングストロームと薄膜化する。複数個の開口部を
有するフォトレジスト６を前記シリコン表面８に形成し
た後に、例えばCl2ガスプラズマに前記シリコン基板を
さらすことにより、前記フォトレジスト６の開口部下の
シリコン基板８を除去し、さらに例えばCHF3ガスによる
反応性イオンエッチングにより前記フォトレジスト６の
開口部下の非晶質二酸化ケイ素２を除去した後、フォト
レジスト６を除去する。続いてシリコン基板８を1300℃
に加熱し、前記シリコン基板８及び前記開口部のシリコ
ン基板７の表面をメタンガス(CH4)と反応させることに
より、シリコン基板８及び前記開口部のシリコン基板７
の表面を炭化ケイ素薄膜９約2000オングストロームに変
換する。前記炭化ケイ素薄膜９の上に例えば基板温度60
0℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを
供給することにより形成される塩化ガリウムとアンモニ
アを反応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガリウ
ム４を約500オングストローム形成する。さらに基板温
度を1000℃とし、前記非晶質窒化ガリウム４上に、前記
ハライドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミク
ロン形成する。
【０１２２】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態１７と同様、シリコン基板７の上に前記非晶質二
酸化ケイ素２及びシリコン基板８が複数個の開口部を有
する形で形成された後に炭化ケイ素薄膜９が形成され、
かつ前記開口部はシリコン基板が炭化ケイ素薄膜に変換
されており、前記炭化ケイ素薄膜９は膜厚は約2000オン
グストロームと非常に薄いので、前記炭化ケイ素薄膜９
上に窒化ガリウム４、５を形成した場合には、炭化ケイ
素の格子１つあたりにかかる結晶歪みエネルギーは窒化
ガリウム側のそれよりもはるかに大きく、その結果、結
晶転位等の結晶欠陥は炭化ケイ素薄膜９に生じさせるこ
とが可能となり、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上さ
せることが可能となる。また、部分的に形成された炭化
ケイ素薄膜９と非晶質二酸化ケイ素２によって構成され
る段差上に窒化ガリウム４、５を形成することにより、
炭化ケイ素と窒化ガリウムの格子定数の差から生じるス
トレスを前記段差の部分において緩和し、その結果、そ
の上に形成される窒化ガリウム厚膜の結晶性を改善する
ことが可能となる。前記窒化ガリウム４、５は炭化ケイ
素薄膜９の上に形成され、本発明の実施の形態２１のよ
うに窒化ガリウム４、５を部分的に二酸化ケイ素薄膜２
の表面上に形成する場合に比べ、必ず下地炭化ケイ素の
格子の情報を受け継いで形成されるため、単結晶が形成
されやすく、その結果、窒化ガリウム４、５の結晶性
を、本発明の第２１の実施例の場合に比べ改善すること
が可能となる。また、炭化ケイ素と窒化ガリウムの格子
不整合が3.45%程度と小さいために、前記炭化ケイ素薄
膜９の上に窒化ガリウム厚膜結晶４、５を形成すること
により、本発明の実施の形態５のようにシリコン基板上
に窒化ガリウムを形成する場合に比べて、窒化ガリウム
の結晶欠陥を低減することが可能となる。また非晶質窒
化ガリウム４を形成し、前記非晶質窒化ガリウム４の形
成温度よりも高温で単結晶窒化ガリウム５を形成するこ
とにより、窒化ガリウム５よりも結晶性の劣る窒化ガリ
ウム４を窒化ガリウム５の下に挿入する形で形成するこ
とにより下地の炭化ケイ素薄膜９と窒化ガリウム４、５
の格子不整合が緩和され、窒化ガリウム５の結晶性を向
上させることが可能となる。
【０１２３】図２４は、本発明の実施の形態２４におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライ
ドVPE法により形成された単結晶窒化ガリウム、６はフ
ォトレジスト、７はシリコン基板、８はシリコン基板、
９は炭化ケイ素である。
【０１２４】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７の上に形成する。前記
非晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、10
00℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２
とシリコン基板８上を結合させる。前記シリコン基板８
を非晶質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚
さ約2000オングストロームと薄膜化する。複数個の開口
部を有するフォトレジスト６を前記シリコン８の表面に
形成した後に、例えばCl2ガスプラズマに前記シリコン
基板をさらすことにより、前記フォトレジスト６の開口
部下のシリコン基板８を除去し、さらに例えばCHF3ガス
による反応性イオンエッチングにより前記フォトレジス
ト６の開口部下の非晶質二酸化ケイ素２を除去した後、
フォトレジスト６を除去する。前記シリコン基板８を13
00℃に加熱し、シリコン基板８及び前記開口部のシリコ
ン基板７の表面をメタンガス(CH4)と反応させることに
より炭化ケイ素薄膜９約2000オングストロームに変換す
る。前記炭化ケイ素薄膜９上に例えば基板温度600℃に
て、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供給す
ることにより形成される塩化ガリウムとアンモニアを反
応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を
約500オングストローム形成する。さらに基板温度を100
0℃とし、前記非晶質窒化ガリウム４上に、前記ハライ
ドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形
成する。続いて、前記シリコン基板上の窒化ガリウム結
晶を、例えばフッ硝酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことによ
り、シリコン基板７、非晶質二酸化ケイ素２、シリコン
基板８を除去する。
【０１２５】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態２３の後、前記シリコン基板７、８及び二酸化ケ
イ素２を除去する構成となっており、本発明の実施の形
態２３と同様、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させ
ることが可能となる。また、前記シリコン基板７、８及
び二酸化ケイ素２を除去することにより、窒化ガリウム
５上に窒化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードの
ｐｎ接合構造を形成すれば、窒化ガリウム側、炭化ケイ
素薄膜側にそれぞれ電極を形成できるので、サファイア
を基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡単化で
き、かつ直列抵抗を低減できるので例えば半導体レーザ
の動作電圧を低減することが可能となる。前記窒化ガリ
ウム５上に窒化ガリウム系トランジスタ構造を形成する
ことにより、窒化ガリウムの熱伝導率が1.3W/cm Kとサ
ファイアの熱伝導率0.11W/cm Kと比べ共に大きいため、
従来のサファイア基板を用いた場合に比べて放熱を改善
でき、より高出力のトランジスタ動作が可能となる。
【０１２６】図２５は、本発明の実施の形態２５におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、３は単結晶シリコン薄膜、４はハライドVPE法によ
り形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５はハライド
VPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリウム、１
０は酸化亜鉛薄膜である。
【０１２７】シリコン基板１の上に、酸素イオンを加速
電圧190keVにてドーズ量1.8×1018cｍ-2注入する。前記
イオン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シ
リコン基板上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二
酸化ケイ素２、その上に厚さ約2100オングストロームの
単結晶シリコン薄膜３を形成する。続いてシリコン基板
１を550℃に加熱し、0.01Torrの酸素ガス雰囲気中で酸
化亜鉛ターゲットをスパッタすることにより酸化亜鉛薄
膜１０を約1000オングストローム形成する。前記酸化亜
鉛薄膜１０の上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリ
ウム表面を経由して塩化水素ガスを供給することにより
形成される塩化ガリウムとアンモニアを反応させるハラ
イドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500オングス
トローム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、前記
非晶質窒化ガリウム４の上に、前記ハライドVPE法によ
り単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。
【０１２８】従って、本実施の形態では、非晶質二酸化
ケイ素２の上に形成される単結晶シリコン薄膜３及び酸
化亜鉛薄膜１０の上に、窒化ガリウム４、５を形成する
ことにより、シリコンと窒化ガリウムの格子定数の差に
より生じ結晶転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でな
く、酸化亜鉛薄膜１０及び単結晶シリコン薄膜３側に生
じさせることが可能となる。シリコンと窒化ガリウムで
は格子定数が異なり、前記ヘテロエピタキシャル成長で
は結晶歪みエネルギーがシリコン、酸化亜鉛、窒化ガリ
ウム側に蓄えられる。本実施の形態のように、窒化ガリ
ウム４、５が膜厚約100ミクロンm、単結晶シリコン薄膜
３、酸化亜鉛薄膜１０の膜厚が合計約3100オングストロ
ームと、酸化亜鉛及びシリコン薄膜の膜厚が窒化ガリウ
ムの膜厚よりもはるかに小さい場合は、酸化亜鉛薄膜及
びシリコン薄膜の格子１つあたりにかかる結晶歪みエネ
ルギーは窒化ガリウム側のそれよりもはるかに大きく、
その結果、結晶転位等の結晶欠陥は酸化亜鉛薄膜１０及
びシリコン薄膜３側に生じさせることが可能となり、窒
化ガリウム４、５の結晶性を向上させることが可能とな
る。また、シリコン基板１の上に、酸素イオンを加速電
圧190keVにてドーズ量1.8×1018cｍ-2注入した後に前記
イオン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シ
リコン基板上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二
酸化ケイ素２、その上に厚さ約2100オングストロームの
単結晶シリコン薄膜３を形成することにより、シリコン
基板表面に形成されるシリコン薄膜は、イオン注入前の
シリコン基板表面の結晶格子の情報を引き継いで形成さ
れるため、シリコン基板上に非晶質二酸化ケイ素薄膜続
いて単結晶シリコン薄膜を連続的に例えば気相成長法な
どにより形成する場合に比べて、前記シリコン薄膜の結
晶性を改善し、その結果前記シリコン薄膜上に形成する
酸化亜鉛薄膜１０及び窒化ガリウム４、５の結晶性を向
上させることが可能となる。また、酸化亜鉛の格子定数
が六方晶a軸にて3.25オングストローム、窒化ガリウム
の格子定数が六方晶a軸にて3.19オングストロームとそ
の格子不整合が1.91%程度と小さいために、前記酸化亜
鉛薄膜１０をシリコン薄膜３と窒化ガリウム厚膜結晶
４、５の間に挿入する形で形成することにより、直接シ
リコン薄膜上に窒化ガリウムを形成する場合に比べて、
窒化ガリウムの結晶欠陥を低減することが可能となる。
また非晶質窒化ガリウム４を形成し、前記非晶質窒化ガ
リウム４の形成温度よりも高温で単結晶窒化ガリウム５
を形成することにより、窒化ガリウム５よりも結晶性の
劣る窒化ガリウム４を窒化ガリウム５の下に挿入する形
で形成することにより下地のシリコン薄膜３及び酸化亜
鉛薄膜１０と窒化ガリウム４、５の格子不整合が緩和さ
れ、窒化ガリウム５の結晶性を向上させることが可能と
なる。
【０１２９】図２６は、本発明の実施の形態２６におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン(111)基板、２は非晶質二酸
化ケイ素、３は単結晶シリコン薄膜、４はハライドVPE
法により形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライド
VPEにより形成された単結晶窒化ガリウム、１０は酸化
亜鉛薄膜である。
【０１３０】シリコン基板１の上に、酸素イオンを加速
電圧190keVにてドーズ量1.8×1018cｍ-2注入する。前記
イオン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理し、シ
リコン基板上に厚さ約3800オングストロームの非晶質二
酸化ケイ素２、その上に厚さ約2100オングストロームの
単結晶シリコン薄膜３を形成する。続いてシリコン基板
１を550℃に加熱し、0.01Torrの酸素ガス雰囲気中で酸
化亜鉛ターゲットをスパッタすることにより酸化亜鉛薄
膜１０を約1000オングストローム形成する。前記酸化亜
鉛薄膜１０の上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリ
ウム表面を経由して塩化水素ガスを供給することにより
形成される塩化ガリウムとアンモニアを反応させるハラ
イドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500オングス
トローム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、前記
非晶質窒化ガリウム４の上に、前記ハライドVPE法によ
り単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。続
いて、前記シリコン基板上の窒化ガリウム結晶を、例え
ばフッ硝酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことにより、シリコン
基板１、非晶質二酸化ケイ素２、単結晶シリコン薄膜３
を除去し、さらに例えば王水(HCl:HNO3=3:1)に浸すこと
により、酸化亜鉛薄膜１０を除去する。
【０１３１】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態２５の後、前記シリコン基板１及び二酸化ケイ素
２及びシリコン薄膜３及び酸化亜鉛薄膜１０を除去する
構成となっており、本発明の実施の形態２５と同様、窒
化ガリウム４、５の結晶性を向上させることが可能とな
る。また、前記シリコン基板１及び二酸化ケイ素２及び
シリコン薄膜３及び酸化亜鉛薄膜１０を除去することに
より、窒化ガリウム５上に窒化ガリウム系半導体レー
ザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形成すれば、窒化
ガリウムの両面にそれぞれ電極を形成できるので、サフ
ァイアを基板に用いる場合に比べデバイス製造工程を簡
単化でき、かつ直列抵抗を低減できるので例えば半導体
レーザの動作電圧を低減することが可能となる。前記窒
化ガリウム５の上に窒化ガリウム系トランジスタ構造を
形成することにより、窒化ガリウムの熱伝導率が1.3W/c
m Kとサファイアの熱伝導率0.11W/cm Kと比べ共に大き
いため、従来のサファイア基板を用いた場合に比べて放
熱を改善でき、より高出力のトランジスタ動作が可能と
なる。
【０１３２】図２７は、本発明の実施の形態２７におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、４はハライドVPE法により形成された非晶質窒化ガ
リウム、５はハライドVPE法により形成された単結晶窒
化ガリウム、６はフォトレジスト、１０は酸化亜鉛薄膜
である。
【０１３３】シリコン基板１の上に複数個の開口部を有
するフォトレジスト６を形成した後に、シリコン基板１
に、酸素イオンを加速電圧190keVにてドーズ量1.8×10
18cｍ -2注入する。フォトレジスト下のシリコン基板へ
は酸素イオンが注入されないよう、フォトレジスト６の
膜厚は決定される。前記フォトレジスト６を除去した後
に前記イオン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理
し、シリコン基板の表面から深さ約2100オングストロー
ムから深さ約5900オングストロームの範囲に非晶質二酸
化ケイ素をシリコン基板内に埋め込まれるよう形成す
る。続いてシリコン基板１を550℃に加熱し、0.01Torr
の酸素ガス雰囲気中で酸化亜鉛ターゲットをスパッタす
ることにより酸化亜鉛薄膜１０を約1000オングストロー
ム形成する。前記酸化亜鉛薄膜１０の上に例えば基板温
度600℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素ガ
スを供給することにより形成される塩化ガリウムとアン
モニアを反応させるハライドVPE法により非晶質窒化ガ
リウム４を約500オングストローム形成する。さらに基
板温度を1000℃とし、前記非晶質窒化ガリウム４の上
に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を
約100ミクロン形成する。
【０１３４】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態２５同様、シリコン基板１の一部分にてシリコン
基板１の内部に非晶質二酸化ケイ素が埋め込まれて形成
され、前記シリコン基板の上に酸化亜鉛薄膜約1000オン
グストロームが形成され、かつ前記非晶質二酸化ケイ素
２の上のシリコン及び酸化亜鉛薄膜は合計で約3100オン
グストロームと窒化ガリウム４、５の膜厚約100ミクロ
ンと比べると非常に薄いので、前記非晶質二酸化ケイ素
２が埋め込まれた上部のシリコン表面上に酸化亜鉛薄膜
１０続いて窒化ガリウム４、５を形成した場合には、シ
リコン及び酸化亜鉛の格子１つあたりにかかる結晶歪み
エネルギーは窒化ガリウム側のそれよりもはるかに大き
く、その結果、結晶転位等の結晶欠陥は１のシリコン基
板表面及び酸化亜鉛薄膜１０に生じさせることが可能と
なり、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させることが
可能となる。また、シリコン基板１の一部分のみに非晶
質二酸化ケイ素２を埋め込む構成にすることにより、シ
リコン基板の表面の結晶性は非晶質二酸化ケイ素の埋め
込まれていない部分の結晶性の良好な部分の結晶性を引
き継ぎ、本発明の実施の形態２５のようにシリコン基板
全面にてシリコン薄膜の下に非晶質二酸化ケイ素、その
下にシリコン基板という構成にする場合に比べ、酸化亜
鉛薄膜下のシリコンの結晶性を改善し、その結果、前記
シリコンの上に形成される酸化亜鉛薄膜１０及びその上
に形成される窒化ガリウム４、５の結晶性を改善するこ
とが可能となる。また、酸化亜鉛と窒化ガリウムの格子
不整合が1.91%程度と小さいために、前記酸化亜鉛薄膜
１０をシリコン基板１と窒化ガリウム厚膜結晶４、５の
間に挿入する形で形成することにより、本発明の実施の
形態３のようにシリコン基板上に窒化ガリウムを形成す
る場合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減するこ
とが可能となる。また非晶質窒化ガリウム４を形成し、
前記非晶質窒化ガリウム４の形成温度よりも高温で単結
晶窒化ガリウム５を形成することにより、窒化ガリウム
５よりも結晶性の劣る窒化ガリウム４を窒化ガリウム５
の下に挿入する形で形成することにより下地のシリコン
基板１及び酸化亜鉛薄膜１０と窒化ガリウム４、５の格
子不整合が緩和され、窒化ガリウム５の結晶性を向上さ
せることが可能となる。
【０１３５】図２８は、本発明の実施の形態２８におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、１はシリコン基板、２は非晶質二酸化ケイ
素、４はハライドVPE法により形成された非晶質窒化ガ
リウム、５はハライドVPE法により形成された単結晶窒
化ガリウム、６はフォトレジスト、１０は酸化亜鉛薄膜
である。
【０１３６】シリコン基板１の上に複数個の開口部を有
するフォトレジスト６を形成した後に、シリコン基板１
に、酸素イオンを加速電圧190keVにてドーズ量1.8×10
18cｍ -2注入する。フォトレジスト下のシリコン基板へ
は酸素イオンが注入されないよう、フォトレジスト６の
膜厚は決定される。前記フォトレジスト６を除去した後
に前記イオン注入済みシリコン基板を1320℃にて熱処理
し、シリコン基板１の表面から深さ約2100オングストロ
ームから深さ約5900オングストロームの範囲に非晶質二
酸化ケイ素をシリコン基板１内に埋め込まれるよう形成
する。続いてシリコン基板１を550℃に加熱し、0.01Tor
rの酸素ガス雰囲気中で酸化亜鉛ターゲットをスパッタ
することにより酸化亜鉛薄膜１０を約1000オングストロ
ーム形成する。前記酸化亜鉛薄膜１０の上に例えば基板
温度600℃にて、金属ガリウム表面を経由して塩化水素
ガスを供給することにより形成される塩化ガリウムとア
ンモニアを反応させるハライドVPE法により非晶質窒化
ガリウム４を約500オングストローム形成する。さらに
基板温度を1000℃とし、前記非晶質窒化ガリウム上に４
の、前記ハライドVPE法により単結晶窒化ガリウム５を
約100ミクロン形成する。続いて、前記シリコン基板上
の窒化ガリウム結晶を、例えばフッ硝酸(HF:HNO3=1:5)
に浸すことにより、シリコン基板１、非晶質二酸化ケイ
素２を除去し、さらに例えば王水(HCl:HNO3=3:1)に浸す
ことにより、酸化亜鉛薄膜１０を除去する。
【０１３７】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態２７の後、前記シリコン基板１及び二酸化ケイ素
２及び酸化亜鉛薄膜１０を除去する構成となっており、
本発明の実施の形態２７と同様、窒化ガリウム４、５の
結晶性を向上させることが可能となる。また、前記シリ
コン基板１及び二酸化ケイ素２及び酸化亜鉛薄膜１０を
除去することにより、窒化ガリウム５の上に窒化ガリウ
ム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形
成すれば、窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極を形成で
きるので、サファイアを基板に用いる場合に比べデバイ
ス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減できるの
で例えば半導体レーザの動作電圧を低減することが可能
となる。前記窒化ガリウム５の上に窒化ガリウム系トラ
ンジスタ構造を形成することにより、窒化ガリウムの熱
伝導率が1.3W/cm Kとサファイアの熱伝導率0.11W/cm K
と比べ共に大きいため、従来のサファイア基板を用いた
場合に比べて放熱を改善でき、より高出力のトランジス
タ動作が可能となる。
【０１３８】図２９は、本発明の実施の形態２９におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された第一の非晶質窒化ガリウム、５は
ハライドVPE法により形成された第二の単結晶窒化ガリ
ウム、６はフォトレジスト、７はシリコン基板、８はシ
リコン基板、１０は酸化亜鉛薄膜である。
【０１３９】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより非晶質二酸化ケイ素２を約4000オ
ングストロームをシリコン基板７の上に形成する。前記
非晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、10
00℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２
とシリコン基板８上を結合させる。前記シリコン基板８
を非晶質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚
さ約2000オングストロームと薄膜化する。複数個の開口
部を有するフォトレジスト６を前記シリコン表面８に形
成した後に、例えばCl2ガスプラズマに前記シリコン基
板をさらすことにより、前記フォトレジスト６の開口部
下のシリコン基板８を除去した後、フォトレジスト６を
除去する。続いてシリコン基板８を550℃に加熱し、前
記シリコン基板８及び開口部の非晶質二酸化ケイ素２の
上に、0.01Torrの酸素ガス雰囲気中で酸化亜鉛ターゲッ
トをスパッタすることにより酸化亜鉛薄膜１０を約1000
オングストローム形成する。前記酸化亜鉛薄膜１０の上
に例えば基板温度600℃にて、金属ガリウム表面を経由
して塩化水素ガスを供給することにより形成される塩化
ガリウムとアンモニアを反応させるハライドVPE法によ
り非晶質窒化ガリウム４を約500オングストローム形成
する。さらに基板温度を1000℃とし、前記非晶質窒化ガ
リウム４の上に、前記ハライドVPE法により単結晶窒化
ガリウム５を約100ミクロン形成する。
【０１４０】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態２５同様、シリコン基板７の上に全面に非晶質二
酸化ケイ素２が形成され、前記非晶質二酸化ケイ素２の
上にシリコン基板８が複数個の開口部を有する形で形成
され、前記シリコン基板８及び前記シリコン基板８の開
口部の非晶質二酸化ケイ素２の上に酸化亜鉛薄膜１０が
形成されており、前記シリコン基板８及び酸化亜鉛薄膜
１０は合計約3000オングストロームと非常に薄いので、
前記酸化亜鉛薄膜１０の上に窒化ガリウム４、５を形成
した場合には、シリコン及び酸化亜鉛の格子１つあたり
にかかる結晶歪みエネルギーは窒化ガリウム側のそれよ
りもはるかに大きく、その結果、結晶転位等の結晶欠陥
はシリコン基板８及び酸化亜鉛薄膜１０に生じさせるこ
とが可能となり、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上さ
せることが可能となる。また、部分的に形成されたシリ
コン基板８によって構成される段差上に酸化亜鉛薄膜１
０、及び窒化ガリウム４、５を形成することにより、シ
リコンと窒化ガリウムの格子定数の差から生じるストレ
スを前記段差の部分において緩和し、その結果、その上
に形成される窒化ガリウムの結晶性を改善することが可
能となる。また、酸化亜鉛と窒化ガリウムの格子不整合
が1.91%程度と小さいために、前記酸化亜鉛薄膜１０を
シリコン基板１と窒化ガリウム厚膜結晶４、５の間に挿
入する形で形成することにより、直接シリコン基板上に
窒化ガリウムを形成する場合に比べて、窒化ガリウムの
結晶欠陥を低減することが可能となる。また非晶質窒化
ガリウム４を形成し、前記非晶質窒化ガリウム４の形成
温度よりも高温で単結晶窒化ガリウム５を形成すること
により、窒化ガリウム５よりも結晶性の劣る窒化ガリウ
ム４を窒化ガリウムの下５に挿入する形で形成すること
により下地のシリコン基板１及び酸化亜鉛薄膜１０と窒
化ガリウム４、５の格子不整合が緩和され、窒化ガリウ
ム５の結晶性を向上させることが可能となる。
【０１４１】図３０は、本発明の実施の形態３０におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライ
ドVPEにより形成された単結晶窒化ガリウム、６はフォ
トレジスト、７はシリコン基板、８はシリコン基板、１
０は酸化亜鉛薄膜である。
【０１４２】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより約4000オングストロームの非晶質
二酸化ケイ素２をシリコン基板７の上に形成する。前記
非晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、10
00℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２
とシリコン基板８の上を結合させる。前記シリコン基板
を非晶質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し厚
さ約2000オングストロームと薄膜化する。複数個の開口
部を有するフォトレジスト６を前記シリコン基板８の表
面に形成した後に、例えばCl2ガスプラズマに前記シリ
コン基板８をさらすことにより、前記フォトレジスト６
の開口部下のシリコン基板８を除去した後、フォトレジ
スト６を除去する。続いてシリコン基板８を550℃に加
熱し、前記シリコン基板８及び開口部の非晶質二酸化ケ
イ素２の上に、0.01Torrの酸素ガス雰囲気中で酸化亜鉛
ターゲットをスパッタすることにより酸化亜鉛薄膜１０
を約1000オングストローム形成する。前記酸化亜鉛薄膜
１０の上に例えば基板温度600℃にて、金属ガリウム表
面を経由して塩化水素ガスを供給することにより形成さ
れる塩化ガリウムとアンモニアを反応させるハライドVP
E法により非晶質窒化ガリウム４を約500オングストロー
ム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、前記非晶質
窒化ガリウム４の上に、前記ハライドVPE法により単結
晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成する。続いて、
前記シリコン基板上の窒化ガリウム結晶を、例えばフッ
硝酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことにより、シリコン基板
７、非晶質二酸化ケイ素２、シリコン基板８を除去し、
さらに例えば王水(HCl:HNO3=3:1)に浸すことにより、酸
化亜鉛薄膜１０を除去する。
【０１４３】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態２９の後、前記シリコン基板７、８及び二酸化ケ
イ素２及び酸化亜鉛薄膜１０を除去する構成となってお
り、本発明の実施の形態２９と同様、窒化ガリウム４、
５の結晶性を向上させることが可能となる。また、前記
シリコン基板７、８及び２の二酸化ケイ素を除去するこ
とにより、窒化ガリウム５の上に窒化ガリウム系半導体
レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合構造を形成すれば、
窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極を形成できるので、
サファイアを基板に用いる場合に比べデバイス製造工程
を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減できるので例えば半
導体レーザの動作電圧を低減することが可能となる。前
記窒化ガリウム５の上に窒化ガリウム系トランジスタ構
造を形成することにより、窒化ガリウムの熱伝導率が1.
3W/cm Kとサファイアの熱伝導率0.11W/cm Kと比べ共に
大きいため、従来のサファイア基板を用いた場合に比べ
て放熱を改善でき、より高出力のトランジスタ動作が可
能となる。
【０１４４】図３１は、本発明の実施の形態３１におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライ
ドVPE法により形成された単結晶窒化ガリウム、６はフ
ォトレジスト、７はシリコン基板、８はシリコン基板、
１０は酸化亜鉛薄膜である。
【０１４５】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより約4000オングストロームの非晶質
二酸化ケイ素２をシリコン基板７の上に形成する。前記
非晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、10
00℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２
とシリコン基板８の上を結合させる。前記シリコン基板
８を非晶質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し
厚さ約2000オングストロームと薄膜化する。複数個の開
口部を有するフォトレジスト６を前記シリコン基板８の
表面に形成した後に、例えばCl2ガスプラズマに前記シ
リコン基板をさらすことにより、前記フォトレジスト６
の開口部下のシリコン基板８を除去し、さらに例えばCH
F3ガスによる反応性イオンエッチングにより前記フォト
レジスト６の開口部下の非晶質二酸化ケイ素２を除去し
た後、フォトレジスト６を除去する。続いてシリコン基
板８を550℃に加熱し、前記シリコン基板８及び開口部
のシリコン基板７の上に、0.01Torrの酸素ガス雰囲気中
で酸化亜鉛ターゲットをスパッタすることにより酸化亜
鉛薄膜１０を約1000オングストローム形成する。前記酸
化亜鉛薄膜１０の上に例えば基板温度600℃にて、金属
ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供給することに
より形成される塩化ガリウムとアンモニアを反応させる
ハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500オン
グストローム形成する。さらに基板温度を1000℃とし、
前記非晶質窒化ガリウム４の上に、前記ハライドVPE法
により単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成す
る。
【０１４６】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態２５同様、シリコン基板７の上に前記非晶質二酸
化ケイ素２及びシリコン基板８が複数個の開口部を有す
る形で形成された後に酸化亜鉛薄膜１０が形成され、前
記シリコン基板８及び酸化亜鉛薄膜１０は膜厚が合計約
3000オングストロームと非常に薄いので、前記酸化亜鉛
薄膜１０の上に窒化ガリウム４、５を形成した場合に
は、シリコン及び酸化亜鉛の格子１つあたりにかかる結
晶歪みエネルギーは窒化ガリウム側のそれよりもはるか
に大きく、その結果、結晶転位等の結晶欠陥はシリコン
基板８及び酸化亜鉛薄膜１０に生じさせることが可能と
なり、窒化ガリウム４、５の結晶性を向上させることが
可能となる。また、部分的に形成されたシリコン基板８
と非晶質二酸化ケイ素２によって構成される段差上に酸
化亜鉛薄膜１０及び窒化ガリウム４、５を形成すること
により、シリコンと窒化ガリウムの格子定数の差から生
じるストレスを前記段差の部分において緩和し、その結
果、その上に形成される窒化ガリウム厚膜の結晶性を改
善することが可能となる。前記酸化亜鉛薄膜１０はシリ
コン基板８かあるいは前記シリコン基板８の開口部の下
のシリコン基板７の表面の上に形成され、本発明の実施
の形態２９のように酸化亜鉛薄膜１０を部分的に二酸化
ケイ素薄膜２の表面上に形成する場合に比べ、その上に
形成される酸化亜鉛薄膜は必ず下地シリコンの格子の情
報を受け継いで形成されるため、単結晶が形成されやす
く、その結果、酸化亜鉛薄膜１０及びその上に形成され
る窒化ガリウム４、５の結晶性を、本発明の実施の形態
２９の場合に比べ改善することが可能となる。また、酸
化亜鉛と窒化ガリウムの格子不整合が1.91%程度と小さ
いために、前記酸化亜鉛薄膜１０をシリコン基板１と窒
化ガリウム厚膜結晶４、５の間に挿入する形で形成する
ことにより、直接シリコン基板上に窒化ガリウムを形成
する場合に比べて、窒化ガリウムの結晶欠陥を低減する
ことが可能となる。また非晶質窒化ガリウム４を形成
し、前記非晶質窒化ガリウム４の形成温度よりも高温で
単結晶窒化ガリウム５を形成することにより、窒化ガリ
ウム５よりも結晶性の劣る窒化ガリウム４を窒化ガリウ
ム５の下に挿入する形で形成することにより下地のシリ
コン基板１及び酸化亜鉛薄膜１０と窒化ガリウム４、５
の格子不整合が緩和され、窒化ガリウム５の結晶性を向
上させることが可能となる。
【０１４７】図３２は、本発明の実施の形態３２におけ
る窒化ガリウム結晶の製造方法を示す構成図である。同
図において、２は非晶質二酸化ケイ素、４はハライドVP
E法により形成された非晶質窒化ガリウム、５はハライ
ドVPE法により形成された単結晶窒化ガリウム、６はフ
ォトレジスト、７はシリコン基板、８はシリコン基板、
１０は酸化亜鉛薄膜である。
【０１４８】シリコン基板７を酸素雰囲気中にて1000℃
に加熱することにより約4000オングストロームの非晶質
二酸化ケイ素２をシリコン基板７の上に形成する。前記
非晶質二酸化ケイ素２とシリコン基板８を密着させ、10
00℃に加熱することにより、前記非晶質二酸化ケイ素２
とシリコン基板８の上を結合させる。前記シリコン基板
８を非晶質二酸化ケイ素２に接していない面から除去し
厚さ約2000オングストロームと薄膜化する。複数個の開
口部を有する６のフォトレジストを前記シリコン基板８
の表面に形成した後に、例えばCl2ガスプラズマに前記
シリコン基板をさらすことにより、前記フォトレジスト
６の開口部下のシリコン基板８を除去し、さらに例えば
CHF3ガスによる反応性イオンエッチングにより前記フォ
トレジスト６の開口部下の非晶質二酸化ケイ素２を除去
した後、フォトレジスト６を除去する。続いてシリコン
基板８を550℃に加熱し、前記シリコン基板８及び開口
部のシリコン基板７の上に、0.01Torrの酸素ガス雰囲気
中で酸化亜鉛ターゲットをスパッタすることにより酸化
亜鉛薄膜１０を約1000オングストローム形成する。前記
酸化亜鉛薄膜１０の上に例えば基板温度600℃にて、金
属ガリウム表面を経由して塩化水素ガスを供給すること
により形成される塩化ガリウムとアンモニアを反応させ
るハライドVPE法により非晶質窒化ガリウム４を約500オ
ングストローム形成する。さらに基板温度を1000℃と
し、前記非晶質窒化ガリウム４の上に、前記ハライドVP
E法により単結晶窒化ガリウム５を約100ミクロン形成す
る。続いて、前記シリコン基板上の窒化ガリウム結晶
を、例えばフッ硝酸(HF:HNO3=1:5)に浸すことにより、
シリコン基板７、非晶質二酸化ケイ素２、シリコン基板
８を除去し、さらに例えば王水(HCl:HNO3=3:1)に浸すこ
とにより、酸化亜鉛薄膜１０を除去する。
【０１４９】従って、本実施の形態では、本発明の実施
の形態３１の後、前記シリコン基板７、８及び二酸化ケ
イ素２及び酸化亜鉛薄膜１０を除去する構成となってお
り、本発明の実施の形態３１と同様、窒化ガリウム４、
５の結晶性を向上させることが可能となる。また、前記
シリコン基板７、８及び二酸化ケイ素２及び酸化亜鉛薄
膜１０を除去することにより、窒化ガリウム５の上に窒
化ガリウム系半導体レーザ、発光ダイオードのｐｎ接合
構造を形成すれば、窒化ガリウムの両面にそれぞれ電極
を形成できるので、サファイアを基板に用いる場合に比
べデバイス製造工程を簡単化でき、かつ直列抵抗を低減
できるので例えば半導体レーザの動作電圧を低減するこ
とが可能となる。前記窒化ガリウム５の上に窒化ガリウ
ム系トランジスタ構造を形成することにより、窒化ガリ
ウムの熱伝導率が1.3W/cm Kとサファイアの熱伝導率0.1
1W/cm Kと比べ共に大きいため、従来のサファイア基板
を用いた場合に比べて放熱を改善でき、より高出力のト
ランジスタ動作が可能となる。
【０１５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、シリコ
ン基板上に非晶質二酸化ケイ素その上に単結晶シリコン
薄膜を形成した後に窒化ガリウム厚膜結晶を形成するこ
とにより、ヘテロエピタキシャル成長の際に生じる結晶
転位等の結晶欠陥を窒化ガリウム側でなく前記非晶質二
酸化ケイ素上に形成された単結晶シリコン薄膜側に生じ
させ、その結果、窒化ガリウムの結晶欠陥を大幅に低減
でき、結晶性の良好な窒化ガリウム厚膜結晶が形成でき
るという優れた効果を有する窒化ガリウム結晶の製造方
法を提供するものである。
【０１５１】また、本発明は、前記窒化ガリウム厚膜結
晶を形成後に前記シリコン基板及び二酸化ケイ素及びシ
リコン薄膜を除去することにより、導電性がありかつ放
熱に優れた窒化ガリウム結晶が形成できるという優れた
効果を有する窒化ガリウム結晶の製造方法を提供するも
のである。
【０１５２】本発明は、窒化ガリウムを格子不整合が少
ない炭化ケイ素あるいは酸化亜鉛を形成した後に形成す
ることにより、結晶転位密度の少ない窒化ガリウム結晶
が形成できるという優れた効果を有する窒化ガリウム結
晶の製造方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における窒化ガリウム結
晶の製造方法を示す図
【図２】本発明の実施の形態２における窒化ガリウム結
晶の製造方法を示す図
【図３】本発明の実施の形態３における窒化ガリウム結
晶の製造方法を示す図
【図４】本発明の実施の形態４における窒化ガリウム結
晶の製造方法を示す図
【図５】本発明の実施の形態５における窒化ガリウム結
晶の製造方法を示す図
【図６】本発明の実施の形態６における窒化ガリウム結
晶の製造方法を示す図
【図７】本発明の実施の形態７における窒化ガリウム結
晶の製造方法を示す図
【図８】本発明の実施の形態８における窒化ガリウム結
晶の製造方法を示す図
【図９】本発明の実施の形態９における窒化ガリウム結
晶の製造方法を示す図
【図１０】本発明の実施の形態１０における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図１１】本発明の実施の形態１１における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図１２】本発明の実施の形態１２における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図１３】本発明の実施の形態１３における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図１４】本発明の実施の形態１４における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図１５】本発明の実施の形態１５における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図１６】本発明の実施の形態１６における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図１７】本発明の実施の形態１７における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図１８】本発明の実施の形態１８における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図１９】本発明の実施の形態１９における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２０】本発明の実施の形態２０における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２１】本発明の実施の形態２１における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２２】本発明の実施の形態２２における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２３】本発明の実施の形態２３における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２４】本発明の実施の形態２４における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２５】本発明の実施の形態２５における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２６】本発明の実施の形態２６における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２７】本発明の実施の形態２７における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２８】本発明の実施の形態２８における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図２９】本発明の実施の形態２９における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図３０】本発明の実施の形態３０における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図３１】本発明の実施の形態３１における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図３２】本発明の実施の形態３２における窒化ガリウ
ム結晶の製造方法を示す図
【図３３】従来の窒化ガリウム結晶の製造方法を示す図
【符号の説明】
１ シリコン(111)基板 ２ 非晶質二酸化ケイ素 ３ 単結晶シリコン薄膜 ４ 非晶質窒化ガリウム ５ 単結晶窒化ガリウム ６ フォトレジスト ７ 第一のシリコン(111)基板 ８ 第二のシリコン(111)基板 ９ 炭化ケイ素薄膜 １０ 酸化亜鉛薄膜 １１ サファイア基板 １２ 窒化ガリウム結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−163114（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−249499（ＪＰ，Ａ) Ｖ．Ｇ．ＡＮＴＩＰＯＶ ｅｔ ａ ｌ．，，Ｇａｓ−ｓｏｕｒｃｅ ｍｏｌ ｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘ ｙ ｏｆ ＧａＮ ｏｎ ＳＩＭＯＸ （111）ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｕｓｉ ｎｇ ｈｙｄｒａｚｉｎｅ，Ｐａｐｅｒ Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ 23ｒｄ Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｓｔ Ｐｅｔｅｒｓｂｕｒｇ，Ｒｕｓｓｉａ, 23−27 Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ 1996 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 29/38 H01L 21/205 H01L 29/12 H01S 3/18 ＣＡ（ＳＴＮ)

Claims (50)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン基板上に酸素イオンを注入する
    工程と、熱処理して前記シリコン基板中に非晶質の二酸
    化ケイ素薄膜をシリコン基板の面内の一部に形成し、少
    なくとも前記二酸化ケイ素薄膜上に前記シリコン基板に
    よる単結晶のシリコン薄膜を形成する工程と、前記シリ
    コン薄膜上に窒化ガリウムを形成する工程とを備えたこ
    とを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  2. 【請求項２】 シリコン基板上に酸素イオンを注入する
    工程と、熱処理して前記シリコン基板中に非晶質の二酸
    化ケイ素薄膜を形成し、前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    シリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成する工
    程と、前記シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形成する工
    程と、前記シリコン基板、前記二酸化ケイ素薄膜および
    前記シリコン薄膜を除去する工程を備えたことを特徴と
    する窒化ガリウム結晶の製造方法。
  3. 【請求項３】 シリコン基板上に選択的にフォトレジス
    トを形成する工程と、前記シリコン基板上に酸素イオン
    を注入する工程と、熱処理して前記シリコン基板中の前
    記フォトレジストが無い領域に対応する領域に非晶質の
    二酸化ケイ素薄膜を形成し、前記二酸化ケイ素薄膜上に
    前記シリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成す
    る工程および前記シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形成
    する工程とを備えたことを特徴とする窒化ガリウム結晶
    の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形
    成する工程の後に、前記シリコン基板、前記二酸化ケイ
    素薄膜および前記シリコン薄膜を除去する工程を備えた
    ことを特徴とする請求項３記載の窒化ガリウム結晶の製
    造方法。
  5. 【請求項５】 第１のシリコン基板上に非晶質の二酸化
    ケイ素薄膜を形成する工程と、同二酸化ケイ素薄膜上に
    第２のシリコン基板を密着させた後、同第２のシリコン
    基板をエッチングして前記二酸化ケイ素薄膜上に前記第
    ２のシリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成す
    る工程と、同シリコン薄膜をフォトレジストを用いて選
    択的に除去して前記シリコン薄膜に前記二酸化ケイ素薄
    膜が露出した開口部を形成する工程および前記シリコン
    薄膜上および前記開口部内の前記二酸化ケイ素薄膜上に
    窒化ガリウムを形成する工程とを備えたことを特徴とす
    る窒化ガリウム結晶の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記シリコン薄膜上および前記開口部内
    の前記二酸化ケイ素薄膜上に窒化ガリウムを形成する工
    程の後に、前記第１のシリコン基板、前記二酸化ケイ素
    薄膜および前記シリコン薄膜を除去する工程を備えたこ
    とを特徴とする請求項５記載の窒化ガリウム結晶の製造
    方法。
  7. 【請求項７】 第１のシリコン基板上に非晶質の二酸化
    ケイ素薄膜を形成する工程と、同二酸化ケイ素薄膜上に
    第２のシリコン基板を密着させた後、同第２のシリコン
    基板をエッチングして前記二酸化ケイ素薄膜上に前記第
    ２のシリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成す
    る工程と、前記シリコン薄膜上にフォトレジストを形成
    し、前記シリコン薄膜と前記二酸化ケイ素薄膜を選択的
    に除去して前記第１のシリコン基板が露出した開口部を
    形成する工程および前記シリコン薄膜上および前記開口
    部内の前記第１のシリコン基板上に窒化ガリウムを形成
    する工程とを備えたことを特徴とする窒化ガリウム結晶
    の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記シリコン薄膜上および前記開口部内
    の前記第１のシリコン基板上に窒化ガリウムを形成する
    工程の後に、前記第１のシリコン基板、前記二酸化ケイ
    素薄膜および前記シリコン薄膜を除去する工程を備えた
    ことを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム結晶の製
    造方法。
  9. 【請求項９】 シリコン基板上に酸素イオンを注入する
    工程と、熱処理して前記シリコン基板中に非晶質の二酸
    化ケイ素薄膜を、前記二酸化ケイ素薄膜上に前記シリコ
    ン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成する工程と、
    前記シリコン薄膜上に炭化ケイ素薄膜を形成する工程お
    よび前記炭化ケイ素薄膜上に窒化ガリウムを形成する工
    程とを備えたことを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造
    方法。
  10. 【請求項１０】 前記炭化ケイ素薄膜上に窒化ガリウム
    を形成する工程の後に、前記シリコン基板、前記二酸化
    ケイ素薄膜および前記シリコン薄膜を除去する工程を備
    えたことを特徴とする請求項９記載の窒化ガリウム結晶
    の製造方法。
  11. 【請求項１１】 シリコン基板上に選択的にフォトレジ
    ストを形成する工程と、前記シリコン基板上に酸素イオ
    ンを注入する工程と、熱処理して前記シリコン基板中の
    前記フォトレジストが無い領域に対応する領域に非晶質
    の二酸化ケイ素薄膜を、前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    シリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成する工
    程と、前記シリコン薄膜上に炭化ケイ素薄膜を形成する
    工程および前記炭化ケイ素薄膜上に窒化ガリウムを形成
    する工程とを備えたことを特徴とする窒化ガリウム結晶
    の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記炭化ケイ素薄膜上に窒化ガリウム
    を形成する工程の後に、前記シリコン基板、前記二酸化
    ケイ素薄膜および前記シリコン薄膜を除去する工程を備
    えたことを特徴とする請求項１１記載の窒化ガリウム結
    晶の製造方法。
  13. 【請求項１３】 第１のシリコン基板上に非晶質の二酸
    化ケイ素薄膜を形成する工程と、同二酸化ケイ素薄膜上
    に第２のシリコン基板を密着させた後、同第２のシリコ
    ン基板をエッチングして前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    第２のシリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成
    する工程と、同シリコン薄膜をフォトレジストを用いて
    選択的に除去して前記シリコン薄膜に前記二酸化ケイ素
    薄膜が露出した開口部を形成する工程および前記シリコ
    ン薄膜上および前記開口部内の前記二酸化ケイ素薄膜上
    に炭化ケイ素薄膜を形成する工程および前記炭化ケイ素
    薄膜の上に窒化ガリウムを形成する工程とを備えたこと
    を特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記炭化ケイ素薄膜の上に窒化ガリウ
    ムを形成する工程の後に、前記第１のシリコン基板、前
    記二酸化ケイ素薄膜および前記シリコン薄膜を除去する
    工程を備えたことを特徴とする請求項１３記載の窒化ガ
    リウム結晶の製造方法。
  15. 【請求項１５】 第１のシリコン基板上に非晶質の二酸
    化ケイ素薄膜を形成する工程と、同二酸化ケイ素薄膜上
    に第２のシリコン基板を密着させた後、同第２のシリコ
    ン基板をエッチングして前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    第２のシリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成
    する工程と、前記シリコン薄膜上にフォトレジストを形
    成し、前記シリコン薄膜と前記二酸化ケイ素薄膜を選択
    的に除去して前記第１のシリコン基板が露出した開口部
    を形成する工程および前記シリコン薄膜上および前記開
    口部内の前記第１のシリコン基板上に炭化ケイ素薄膜を
    形成する工程および前記炭化ケイ素薄膜の上に窒化ガリ
    ウムを形成する工程とを備えたことを特徴とする窒化ガ
    リウム結晶の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記炭化ケイ素薄膜の上に窒化ガリウ
    ムを形成する工程の後に、前記第１のシリコン基板、前
    記二酸化ケイ素薄膜および前記シリコン薄膜を除去する
    工程を備えたことを特徴とする請求項１５記載の窒化ガ
    リウム結晶の製造方法。
  17. 【請求項１７】 シリコン基板上に酸素イオンを注入す
    る工程と、熱処理して前記シリコン基板中に非晶質の二
    酸化ケイ素薄膜を、前記二酸化ケイ素薄膜上に前記シリ
    コン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成する工程
    と、前記シリコン薄膜を炭化水素雰囲気中で加熱して前
    記シリコン薄膜を炭化ケイ素薄膜に変換する工程および
    前記炭化ケイ素薄膜上に窒化ガリウムを形成する工程と
    を備えたことを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方
    法。
  18. 【請求項１８】 前記炭化ケイ素薄膜の上に窒化ガリウ
    ムを形成する工程の後に、前記シリコン基板および前記
    二酸化ケイ素薄膜を除去する工程を備えたことを特徴と
    する請求項１７記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  19. 【請求項１９】 シリコン基板上に選択的にフォトレジ
    ストを形成する工程と、前記シリコン基板上に酸素イオ
    ンを注入する工程と、熱処理して前記シリコン基板中の
    前記フォトレジストが無い領域に対応する領域に非晶質
    の二酸化ケイ素薄膜を、前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    シリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成する工
    程と、前記シリコン薄膜を炭化水素雰囲気中で加熱して
    前記シリコン薄膜を炭化ケイ素薄膜に変換する工程およ
    び前記炭化ケイ素薄膜上に窒化ガリウムを形成する工程
    とを備えたことを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記炭化ケイ素薄膜上に窒化ガリウム
    を形成する工程の後に、前記シリコン基板および前記二
    酸化ケイ素薄膜を除去する工程を備えたことを特徴とす
    る請求項１９記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  21. 【請求項２１】 第１のシリコン基板上に非晶質の二酸
    化ケイ素薄膜を形成する工程と、同二酸化ケイ素薄膜上
    に第２のシリコン基板を密着させた後、同第２のシリコ
    ン基板をエッチングして前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    第２のシリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成
    する工程と、同シリコン薄膜をフォトレジストを用いて
    選択的に除去して前記シリコン薄膜に前記二酸化ケイ素
    薄膜が露出した開口部を形成する工程および前記シリコ
    ン薄膜を炭化水素雰囲気中で加熱して前記シリコン薄膜
    を炭化ケイ素薄膜に変換する工程および前記炭化ケイ素
    薄膜上および前記開口部内の前記二酸化ケイ素薄膜上に
    窒化ガリウムを形成する工程とを備えたことを特徴とす
    る窒化ガリウム結晶の製造方法。
  22. 【請求項２２】 前記炭化ケイ素薄膜および前記開口部
    内の前記二酸化ケイ素薄膜の上に窒化ガリウムを形成す
    る工程の後に、前記第１のシリコン基板および前記二酸
    化ケイ素薄膜を除去する工程を備えたことを特徴とする
    請求項２１記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  23. 【請求項２３】 第１のシリコン基板上に非晶質の二酸
    化ケイ素薄膜を形成する工程と、同二酸化ケイ素薄膜上
    に第２のシリコン基板を密着させた後、同第２のシリコ
    ン基板をエッチングして前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    第２のシリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成
    する工程と、前記シリコン薄膜上にフォトレジストを形
    成し、前記シリコン薄膜と前記二酸化ケイ素薄膜を選択
    的に除去して前記第１のシリコン基板が露出した開口部
    を形成する工程および前記第１のシリコン基板を炭化水
    素雰囲気中で加熱して前記シリコン薄膜および前記開口
    部内の前記第１のシリコン基板表面を炭化ケイ素薄膜に
    変換する工程および前記炭化ケイ素薄膜の上に窒化ガリ
    ウムを形成する工程とを備えたことを特徴とする窒化ガ
    リウム結晶の製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記炭化ケイ素薄膜の上に窒化ガリウ
    ムを形成する工程の後に、前記第１のシリコン基板と前
    記二酸化ケイ素薄膜を除去する工程を備えたことを特徴
    とする請求項２３記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  25. 【請求項２５】 シリコン基板上に酸素イオンを注入す
    る工程と、熱処理して前記シリコン基板中に非晶質の二
    酸化ケイ素薄膜を、前記二酸化ケイ素薄膜上に前記シリ
    コン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成する工程
    と、前記シリコン薄膜上に酸化亜鉛薄膜を形成する工程
    および前記酸化亜鉛薄膜上に窒化ガリウムを形成する工
    程とを備えたことを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造
    方法。
  26. 【請求項２６】 前記酸化亜鉛薄膜上に窒化ガリウムを
    形成する工程の後に、前記シリコン基板と前記二酸化ケ
    イ素薄膜と前記シリコン薄膜および前記酸化亜鉛薄膜を
    除去する工程を備えたことを特徴とする請求項２５記載
    の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  27. 【請求項２７】 シリコン基板上に選択的にフォトレジ
    ストを形成する工程と、前記シリコン基板上に酸素イオ
    ンを注入する工程と、熱処理して前記シリコン基板中の
    前記フォトレジストが無い領域に対応する領域に非晶質
    の二酸化ケイ素薄膜を、前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    シリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成する工
    程と、前記シリコン薄膜上に酸化亜鉛薄膜を形成する工
    程および前記酸化亜鉛薄膜上に窒化ガリウムを形成する
    工程とを備えたことを特徴とする窒化ガリウム結晶の製
    造方法。
  28. 【請求項２８】 前記酸化亜鉛薄膜上に窒化ガリウムを
    形成する工程の後に、前記シリコン基板と前記二酸化ケ
    イ素薄膜と前記シリコン薄膜および前記酸化亜鉛薄膜を
    除去する工程を備えたことを特徴とする請求項２７記載
    の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  29. 【請求項２９】 第１のシリコン基板上に非晶質の二酸
    化ケイ素薄膜を形成する工程と、同二酸化ケイ素薄膜上
    に第２のシリコン基板を密着させた後、同第２のシリコ
    ン基板をエッチングして前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    第２のシリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成
    する工程と、同シリコン薄膜をフォトレジストを用いて
    選択的に除去して前記シリコン薄膜に前記二酸化ケイ素
    薄膜が露出した開口部を形成する工程および前記シリコ
    ン薄膜上および前記開口部内の前記二酸化ケイ素薄膜上
    に酸化亜鉛薄膜を形成する工程および前記酸化亜鉛薄膜
    の上に窒化ガリウムを形成する工程とを備えたことを特
    徴とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  30. 【請求項３０】 前記酸化亜鉛薄膜上に窒化ガリウムを
    形成する工程の後に、前記第１のシリコン基板と前記二
    酸化ケイ素薄膜と前記シリコン薄膜および前記酸化亜鉛
    薄膜を除去する工程を備えたことを特徴とする請求項２
    ９記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  31. 【請求項３１】 第１のシリコン基板上に非晶質の二酸
    化ケイ素薄膜を形成する工程と、同二酸化ケイ素薄膜上
    に第２のシリコン基板を密着させた後、同第２のシリコ
    ン基板をエッチングして前記二酸化ケイ素薄膜上に前記
    第２のシリコン基板による単結晶のシリコン薄膜を形成
    する工程と、前記シリコン薄膜上にフォトレジストを形
    成し、前記シリコン薄膜と前記二酸化ケイ素薄膜を選択
    的に除去して前記第１のシリコン基板が露出した開口部
    を形成する工程および前記シリコン薄膜上および前記開
    口部内の前記第１のシリコン基板上に酸化亜鉛薄膜を形
    成する工程および前記酸化亜鉛薄膜の上に窒化ガリウム
    を形成する工程とを備えたことを特徴とする窒化ガリウ
    ム結晶の製造方法。
  32. 【請求項３２】 前記酸化亜鉛薄膜上に窒化ガリウムを
    形成する工程の後に、前記第１のシリコン基板と前記二
    酸化ケイ素薄膜と前記シリコン薄膜および前記酸化亜鉛
    薄膜を除去する工程を備えたことを特徴とする請求項３
    １記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  33. 【請求項３３】 シリコン基板上に酸素イオンを注入す
    る工程が、前記シリコン基板にドーズ量１０17ｃｍ-2以
    上の酸素イオンを注入し、熱処理する工程が、１０００
    ℃以上の温度で加熱することを特徴とする請求項１、
    ２、９、１０、１７、１８、２５または２６記載の窒化
    ガリウム結晶の製造方法。
  34. 【請求項３４】 シリコン基板上に酸素イオンを注入す
    る工程が、前記シリコン基板にドーズ量１０17ｃｍ-2以
    上の酸素イオンを注入し、熱処理する工程が、フォトレ
    ジストを除去後、１０００℃以上の温度で加熱すること
    を特徴とする請求項３、４、１１、１２、１９、２０、
    ２７または２８記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  35. 【請求項３５】 窒化ガリウムを形成する工程が、シリ
    コン基板または第１のシリコン基板をガリウムを含むガ
    ス雰囲気中で加熱した後に窒化ガリウムを形成すること
    を特徴とする請求項１ないし３２のいずれかに記載の窒
    化ガリウム結晶の製造方法。
  36. 【請求項３６】 窒化ガリウムを形成する工程が、非晶
    質窒化ガリウムあるいは多結晶窒化ガリウムあるいは単
    結晶窒化ガリウムの第１の窒化ガリウムを形成し、次に
    前記第１の窒化ガリウムの形成温度よりも高い温度で単
    結晶の第２の窒化ガリウムを形成することにより窒化ガ
    リウムを形成することを特徴とする請求項１ないし３２
    のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  37. 【請求項３７】 窒化ガリウムを形成する工程が、シリ
    コン基板または第１のシリコン基板をガリウムを含むガ
    ス雰囲気中で加熱した後に、非晶質窒化ガリウムあるい
    は多結晶窒化ガリウムあるいは単結晶窒化ガリウムの第
    １の窒化ガリウムを形成し、次に前記第１の窒化ガリウ
    ムの形成温度よりも高い温度で単結晶の第２の窒化ガリ
    ウムを形成することを特徴とする請求項１ないし請求項
    ３２のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  38. 【請求項３８】 ガリウムを含むガス雰囲気が、７８℃
    以上に加熱した三塩化ガリウム表面を経由して導入され
    るガスにより形成されることを特徴とする請求項３５ま
    たは３７に記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  39. 【請求項３９】 ガリウムを含むガス雰囲気が、８５０
    ℃以上に加熱した金属ガリウム表面を経由して導入され
    るガスにより形成されることを特徴とする請求項３５ま
    たは３７に記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  40. 【請求項４０】 ガリウムを含むガス雰囲気が、ガリウ
    ムを含む有機金属表面を経由して導入されるガスにより
    形成されることを特徴とする請求項３５または３７に記
    載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  41. 【請求項４１】 シリコン基板または第１のシリコン基
    板が、少なくとも一方の面が（１１１）面方位から１０
    °以内の表面を有していることを特徴とする請求項１な
    いし３２のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶の製造方
    法。
  42. 【請求項４２】 シリコン基板表面またはシリコン基板
    上の面内の一部に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成しか
    つ少なくとも前記非晶質の二酸化ケイ素薄膜の上に単結
    晶のシリコン薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜
    上に窒化ガリウムを形成する工程とを備えたことを特徴
    とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  43. 【請求項４３】 シリコン基板表面またはシリコン基板
    上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成しかつ前記非晶質
    の二酸化ケイ素薄膜の上に単結晶のシリコン薄膜を形成
    する工程と、前記シリコン薄膜上に窒化ガリウムを形成
    する工程と、前記シリコン基板、前記二酸化ケイ素薄膜
    および前記単結晶のシリコン薄膜を除去することを特徴
    とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  44. 【請求項４４】 シリコン基板表面に開口部を有する非
    晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成しかつ少なくとも前記非
    晶質の二酸化ケイ素薄膜の上に単結晶のシリコン薄膜を
    形成する工程と、前記シリコン薄膜上に窒化ガリウムを
    形成する工程とを備えたことを特徴とする窒化ガリウム
    結晶の製造方法。
  45. 【請求項４５】 シリコン基板表面またはシリコン基板
    上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成しかつ少なくとも
    前記非晶質の二酸化ケイ素薄膜の上に単結晶のシリコン
    薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜に開口部を形
    成する工程と、前記シリコン薄膜上と前記開口部に窒化
    ガリウムを形成する工程とを備えたことを特徴とする窒
    化ガリウム結晶の製造方法。
  46. 【請求項４６】 シリコン基板表面またはシリコン基板
    上に非晶質の二酸化ケイ素薄膜を形成しかつ少なくとも
    前記非晶質の二酸化ケイ素薄膜の上に単結晶のシリコン
    薄膜を形成する工程と、前記シリコン薄膜と前記二酸化
    ケイ素薄膜に開口部を形成する工程と、前記シリコン薄
    膜上と前記開口部に窒化ガリウムを形成する工程とを備
    えたことを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  47. 【請求項４７】 窒化ガリウムを形成する工程の後に、
    前記シリコン基板、二酸化ケイ素薄膜および単結晶のシ
    リコン薄膜を除去することを特徴とする請求項４２、ま
    たは請求項４４ないし４６のいずれかに記載の窒化ガリ
    ウム結晶の製造方法。
  48. 【請求項４８】 シリコン基板表面に非晶質の二酸化ケ
    イ素薄膜と単結晶のシリコン薄膜を形成する工程が、酸
    素イオンの注入と、熱処理により行うことを特徴とする
    請求項４２ないし４７のいずれかに記載の窒化ガリウム
    結晶の製造方法。
  49. 【請求項４９】 シリコン基板上に非晶質の二酸化ケイ
    素薄膜と単結晶のシリコン薄膜を形成する工程が、前記
    シリコン基板上に前記二酸化ケイ素薄膜を形成し、同二
    酸化ケイ素薄膜上に別のシリコン基板を密着させ、前記
    別のシリコン基板をエッチングして単結晶のシリコン薄
    膜を形成することを特徴とする請求項４２ないし４７の
    いずれかに記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  50. 【請求項５０】 シリコン基板上に非晶質二酸化ケイ素
    薄膜および前記二酸化ケイ素薄膜上に単結晶シリコン薄
    膜を形成した後に、前記シリコン薄膜上に窒化ガリウム
    を形成することを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方
    法。
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