JP4904210B2 - Ｉｉｉ族窒化物結晶基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法、ＩＩＩ族窒化物結晶基板、および半導体デバイスに関し、より特定的には転位密度の低いＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法、ＩＩＩ族窒化物結晶基板、および半導体デバイスに関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）またはレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）などの半導体デバイスの基板として、ＩＩＩ族窒化物結晶基板などが用いられている。ＩＩＩ族窒化物結晶基板は、その裏面に電極を設けることができるため、半導体デバイスの駆動電圧を低減することができる。しかし、ＩＩＩ族窒化物結晶基板は、転位密度が高く、ＬＥＤなどにおいて発光の一部が転位密度の高いＩＩＩ族窒化物結晶基板に吸収され、発光強度を低下させるという問題があった。

そこで、転位密度を低減することを目的として、特開２００５−２８１０６７号公報（特許文献１）に、凹凸表面が形成されたＩＩＩ族窒化物結晶を有する下地基板の凹凸表面上に、液相法によりＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程を含むＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法が開示されている。特許文献１によれば、凹凸表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることにより、下地基板の一部を水平方向に進行させることができ、転位密度の低いＩＩＩ族窒化物結晶を得ることが出来ることが開示されている。

しかしながら、上記特許文献１に開示の方法では、下地基板表面の凹凸状態によらず、フラックス法・高窒素圧溶液法等の液相法にて成長した結晶層内において、転位が増殖して、結晶性が悪化する場合があった。
特開２００５−２８１０６７号公報

本発明の目的は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、転位密度を低減できるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法、ＩＩＩ族窒化物結晶基板、および半導体デバイスを提供することである。

本発明のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、準備工程と、成長工程と、除去工程とを備え、除去された側の面の転位密度が除去された側の面と反対側の面の転位密度よりも低いことを特徴としている。準備工程では、下地基板を準備する。成長工程では、下地基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を液相法により成長させて、下地基板とＩＩＩ族窒化物結晶とを有する被成長基板を得る。除去工程では、下地基板側から少なくとも下地基板とＩＩＩ族窒化物結晶との界面を越える位置まで被成長基板を除去する。

本発明のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法によれば、成長工程により成長された被成長基板において、除去された側の面の転位密度を除去された側の面と反対側の面の転位密度よりも小さくできる。また、下地基板とＩＩＩ族窒化物結晶との界面は転位密度が高いため、界面も除去している。そのため、液相法により製造された被成長基板のうち、転位密度が低減された面を、除去された側の面とできる。よって、除去された側の面の転位密度を低減できる。

なお、上記特許文献１に開示のフラックス法や高窒素圧溶液法等の液相法では、熱力学的に平衡状態に近い準平衡状態で結晶成長が進行する。そのため、成長中の核発生が抑制され、一般に転位密度が低く結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。しかし、液相法による結晶成長は、窒素の平衡蒸気圧が高いために液相への窒素の溶解量が一般に少なく、成長速度は１０μｍ／ｈ程度と遅い。そのため、液相法により成長した結晶が自立できるに必要な厚みまでＩＩＩ族窒化物結晶を下地基板上に成長させようとすると、数十〜数百時間を要する。そのような長時間において、高温高圧で熱力学的に準安定状態を保つことは困難であり、成長途中で成長に適した成長条件から外れてしまう。その結果、上記特許文献１に開示の方法では、表面の状態にかかわらず結晶性が著しく悪化する事態が生じることが頻繁に生じたと考えられる。本発明では、除去された側の面を転位密度の低い方の面と特定してＩＩＩ族窒化物結晶基板を製造することによって、成長工程で良好に成長した面である除去された側の面を有効に活用することができる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法において好ましくは、準備工程では、下地基板においてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる面がＩＩＩ族窒化物結晶よりなる下地基板を準備する。

成長させる面がＩＩＩ族窒化物結晶からなる下地基板は、格子定数などから、当該面上に、品質の良いＩＩＩ族窒化物結晶を成長させやすい。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法において好ましくは、成長工程では、フラックス法および高窒素圧溶液法の少なくとも一方の方法によりＩＩＩ族窒化物結晶の成長が行なわれる。

これにより、成長工程で、転位密度をより低減したＩＩＩ族窒化物結晶を成長させやすい。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法において好ましくは、成長工程では、初期の成長速度よりも後期の成長速度が高い。

初期では、ＩＩＩ族窒化物結晶において除去される面側の品質を良好にできる条件でＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができる。後期では、成長時間を短縮できるため、コストを低減できる。そのため、低コストで、除去された側の面の転位密度を低減した良質のＩＩＩ族窒化物結晶基板を製造できる。

なお、上記「初期」とは、相対的に低成長速度で相対的に高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる期間をいう。また、「後期」とは、相対的に高成長速度でＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる期間をいう。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法において好ましくは、初期の成長速度は０．１μｍ／ｈ以上２０μｍ／ｈ以下である。これにより、成長工程における除去された側の面の転位密度をより低減でき、品質をより良好にできる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法において好ましくは、成長工程では、１０μｍを超えて３００μｍ以下の厚みのＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる。

これにより、ＩＩＩ族窒化物結晶を良好に成長させることができるとともに、コストを低減できる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法において好ましくは、除去工程では、下地基板と、ＩＩＩ族窒化物結晶において下地基板上の面から１０μｍ以上５０μｍ以下の厚みのＩＩＩ族窒化物結晶とを除去する。

これにより、成長されたＩＩＩ族窒化物結晶のうち、より良好な面を除去された面とすることができる。そのため、除去された面の転位密度をより低減できる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法において好ましくは、除去工程後の被成長基板の除去された側の面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程をさらに備えている。

転位密度を低減した除去された側の面上にＩＩＩ族窒化物結晶板を成長されているので、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物結晶基板を製造できる。

以上説明したように、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法によれば、除去された側の面の転位密度を除去された側の面と反対側の面の転位密度よりも小さくできること、および下地基板とＩＩＩ族窒化物結晶との界面の転位密度の高い部分を除去することによって、転位密度を低減できるＩＩＩ族窒化物結晶基板を製造できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態および実施例を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付してその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。図２は、本発明の実施の形態１における成長工程を説明するための概略断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における除去工程を説明するための概略断面図である。図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法を説明する。

図１および図２に示すように、まず、下地基板１１を準備する準備工程（Ｓ１０）を実施する。なお、下地基板１１とは、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０を成長させるための基板をいう。

準備工程（Ｓ１０）では、後述する成長工程（Ｓ２０）で良好な結晶を成長させる観点から、下地基板１１においてＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させる面１１ａがＩＩＩ族窒化物結晶よりなる下地基板１１を準備することが好ましい。たとえば、下地基板１１全体がＩＩＩ族窒化物結晶からなるものであってもよい。また下地基板１１は、サファイア基板やＳｉＣ（炭化珪素）基板などの異種基板と、当該異種基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物結晶からなる層とを有していてもよい。

また、準備工程（Ｓ１０）では、下地基板１１においてＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させる面１１ａが、後述する成長工程（Ｓ２０）で成長させるＩＩＩ族窒化物結晶と同種の下地基板１１を準備することがより好ましい。これにより、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物結晶１２との格子不整合を無くして、ＩＩＩ族窒化物結晶１２の転位をさらに抑制することができる。

また、準備工程（Ｓ１０）では、図２に示すように、面１１ａに凹凸が形成された下地基板１１を準備してもよい。この場合、面１１ａの表面粗さＲ_P-Vは、０．０１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。ここで、表面粗さＲ_P-Vとは、図２に示すように、面１１ａにおける凸部と凹部との高低差距離の最大値をいう。

なお、準備する下地基板１１の形状は特に限定されない。下地基板１１の平面形状は、矩形であっても円形であってもよい。また、下地基板１１の厚みは、特に限定されないが、面１１ａに凹凸を形成する場合には、たとえば、０．０１μｍ以上であることが好ましい。

次に、図１および図２に示すように、下地基板１１上にＩＩＩ族窒化物結晶１２を液相法により成長させて、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物結晶１２とを有する被成長基板１０を得る成長工程（Ｓ２０）を実施する。なお、液相法とは、液相からＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法をいう。

成長工程（Ｓ２０）では、フラックス法および高窒素圧溶液法の少なくとも一方の方法によりＩＩＩ族窒化物結晶の成長が行なわれることが好ましい。なお、フラックス法とは、温度が６００℃以上９００℃以下で、圧力が０．３ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下の雰囲気下で、ＩＩＩ族元素とフラックス（アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素の少なくともいずれか一方を含む）とを含有する融液に窒素元素を溶存させてＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させる方法をいう。また、高窒素圧溶液法とは、温度が１４００℃以上１６００℃以下で、圧力が１ＧＰａ以上２ＧＰａ以下の雰囲気下で、ＩＩＩ族元素を含有する融液に窒素元素を溶存させてＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させる方法をいう。

成長工程（Ｓ２０）では、１０μｍを超えて３００μｍ以下の厚みＤ１のＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させることが好ましく、厚みＤ１は、５０μｍを超えて２００μｍ以下であることがより好ましい。１０μｍを超える厚みＤ１とすることにより、後述する除去工程（Ｓ３０）で得られるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０の厚みを確保しやすい。厚みＤ１が５０μｍを超えることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０の厚みをより確保しやすい。一方、厚みＤ１を３００μｍ以下とすることにより、良好な結晶性を維持できるとともに、低コストでＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させることができる。厚みＤ１を２００μｍ以下とすることにより、より低コストでＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させることができる。

成長工程（Ｓ２０）では、初期の成長速度よりも後期の成長速度が高いことが好ましい。すなわち、成長工程（Ｓ２０）開始時の成長速度よりも成長工程（Ｓ２０）終了時の成長速度が速く、かつ、成長速度は徐々に速くなるまたは同じであることが好ましい。たとえば、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶１２を目標とする厚みに成長する毎に条件を変更して、段階的に成長速度を高くする場合、および成長工程（Ｓ２０）開始時の成長速度よりも成長工程（Ｓ２０）終了時の成長速度が徐々に高くなる場合などが挙げられる。また、後期とは、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶１２の厚みを半分まで成長させた後から、成長を完了するまでの期間であることが好ましい。

成長工程（Ｓ２０）において成長速度を変更する場合には、初期の成長速度は０．１μｍ／ｈ以上２０μｍ／ｈ以下であることが好ましく、１μｍ／ｈ以上１０μｍ／ｈ以下であることがより好ましい。初期の成長速度を０．１μｍ／ｈ以上とすることによって、ＩＩＩ族窒化物結晶１２の結晶性をより良好にできるとともに、成長に要する時間を抑制できる。初期の成長速度を１μｍ／ｈ以上とすることにより、良好なＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させるのに要する時間をより抑えることができる。一方、初期の成長速度を２０μｍ／ｈ以下とすることによって、ＩＩＩ族窒化物結晶１２の良好な結晶性を維持するとともに、成長に要する時間をより短縮できる。初期の成長速度を１０μｍ／ｈ以下とすることによって、ＩＩＩ族窒化物結晶１２の良好な結晶性を維持するとともに、成長に要する時間をより一層短縮できる。

また、後期の成長速度は、５０μｍ／ｈ以上５００μｍ／ｈ以下であることが好ましい。後期の成長速度を５０μｍ／ｈ以上とすることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶１２の良好な結晶性を維持するとともに、ＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させる時間を短縮できる。一方、５００μｍ／ｈ以下とすることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶１２の必要な結晶性を維持するとともに、ＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させる時間をより短縮できる。

次に、図１および図３に示すように、下地基板１１側から少なくとも下地基板１１とＩＩＩ族窒化物結晶１２との界面を越える位置まで被成長基板１０を除去する除去工程（Ｓ３０）を実施する。これにより、除去された側の面２０ａの転位密度が除去された側の面２０ａと反対側の面２０ｂの転位密度よりも低いＩＩＩ族窒化物結晶基板２０を製造できる。その理由は以下の通りである。

成長工程（Ｓ２０）では、液相法によりＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させている。液相法は良好なＩＩＩ族窒化物結晶を成長できるが、結晶成長させる時間が長いため、成長時間全体に渡って良好な結晶が成長する条件を保つことが難しい。その結果、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長が進むにつれて、転位密度が増えていってしまう。

一方、被成長基板１０において、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物結晶１２との界面は、上記特許文献１にも開示のように、下地基板１１の垂直方向のみならず水平方向にもＩＩＩ族窒化物結晶が成長して、転位をＩＩＩ族窒化物結晶内に閉じ込めるため、転位密度が高くなる。すなわち、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物結晶１２との界面は転位密度の高いことが考えられる。

したがって、本願発明者は、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物結晶１２との界面を含まず、かつＩＩＩ族窒化物結晶１２において界面側に位置する面を、被成長基板１０における転位密度が低い面と特定した。そして、成長工程（Ｓ２０）で成長させた被成長基板において特定した転位密度が低い面を形成するために、除去工程（Ｓ３０）を実施することにより、転位密度の低い面（除去された側の面２０ａ）を有するＩＩＩ族窒化物結晶を製造できることを見出した。

なお、従来、液相法によって成長させた結晶は、気相法など他の方法により成長した結晶と比較して、転位密度が低く結晶性が良好であった。そのため、下地基板上に液相法によって成長させた結晶を除去工程（Ｓ３０）を実施することなく用いていた。したがって、除去された側の面２０ａを有するＩＩＩ族窒化物結晶を製造することは実施されていなかった。

具体的には、除去工程（Ｓ３０）では、下地基板１１と、ＩＩＩ族窒化物結晶１２において下地基板１１上の面１２ａから１０μｍ以上５０μｍ以下の厚みＤ２のＩＩＩ族窒化物結晶１２とを除去することが好ましく、厚みＤ２を１５μｍ以上３０μｍ以下とすることがより好ましい。１０μｍ以上とすることにより、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物結晶１２との界面の影響をより受けにくい。１５μｍ以上することにより、界面の影響をより一層受けにくい。一方、５０μｍ以下とすることによって、ＩＩＩ族窒化物結晶１２のうち、非常に良好な成長条件で成長した面を除去された側の面２０ａにできる。３０μｍ以下とすることによって、ＩＩＩ族窒化物結晶１２のうち、最も良好な成長条件で成長した面を除去された側の面２０ａにできる。

また、除去工程（Ｓ３０）で下地基板１１と厚みＤ２に相当するＩＩＩ族窒化物結晶１２とを除去する方法は、任意の方法を採用でき、たとえば、機械的研磨や化学機械的研磨などの各種研磨、気相エッチングや液相エッチングなどの各種エッチングが挙げられる。各種研磨および各種エッチングは、それぞれ１回以上実施してもよいし、単独で１回以上実施してもよい。各種研磨は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０の表面を鏡面とする場合に効果的な方法である。また、各種エッチングは、各種研磨などによりＩＩＩ族窒化物結晶基板２０の表面に形成された加工変質層を除去するのに効果的な方法である。

また、被成長基板１０において除去される面は、図３に示すように、下地基板１１の面１１ａに平行な面に限定されず、面１１ａに対して任意の傾きを有する面をスライスすることもできる。

以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ３０）を実施することによって、除去された側の面２０ａの転位密度が、除去された側の面２０ａと反対側の面２０ｂの転位密度よりも低いＩＩＩ族窒化物結晶基板２０を製造できる。ここで、「転位密度」とは、たとえば、結晶表面を酸やアルカリの溶液、融液中でエッチング処理を行ない、その際に生じた単位面積当たりのピットの個数として測定される値を指すものとする。

以上説明したように、本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０の製造方法によれば、除去工程（Ｓ３０）で下地基板１１側から少なくとも下地基板１１とＩＩＩ族窒化物結晶１２との界面を越える位置まで被成長基板１０を除去している。これにより、成長工程（Ｓ２０）により成長された被成長基板１０において、除去された側の面２０ａの転位密度を、除去された側の面２０ａと反対側の面２０ｂの転位密度よりも小さくできる。また、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物結晶１２との界面は転位密度が高いため、界面も除去している。そのため、液相法により成長された被成長基板１０のうち、転位密度が低減された面を、除去された側の面２０ａにできる。すなわち、液相法によって成長されたＩＩＩ族窒化物結晶１２を有する被成長基板１０において良好な成長条件で成長された面を、除去された側の面２０ａとして有効に活用することができる。よって、除去された側の面２０ａの転位密度を低減できる。

なお、実施の形態１では、成長工程（Ｓ２０）において液相法によりＩＩＩ族窒化物結晶１２を成長させる際の成長条件を常時一定にする必要がないため、特に厚みの大きいＩＩＩ族窒化物結晶基板２０を製造する際に有利である。

（実施の形態２）
図４〜図６を参照して、本発明の実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法について説明する。なお、図４は、本発明の実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。図５は、本発明の実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法によって製造されるＩＩＩ族窒化物結晶基板を示す概略断面図である。図６は、本発明の実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法によって製造される別のＩＩＩ族窒化物結晶基板を示す概略断面図である。

実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、基本的には実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０の製造方法と同様であるが、除去工程（Ｓ３０）後の被成長基板の除去された側の面２０ａ上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程をさらに備える点においてのみ、実施の形態１と異なる。

具体的には、図５に示すように、実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０の製造方法によって製造されたＩＩＩ族窒化物結晶基板２０を準備する。実施の形態２では、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０を下地基板とする。

次に、図４および図５に示すように、除去工程（Ｓ３０）後の被成長基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０）の除去された側の面２０ａ上にＩＩＩ族窒化物結晶２１を液相法により成長させて、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０とＩＩＩ族窒化物結晶２１とを有する被成長基板（実施の形態２では、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２２）を得る再成長工程（Ｓ４０）を実施する。再成長工程（Ｓ４０）は、実施の形態１における成長工程（Ｓ２０）と下地基板が異なる点においてのみ異なる。

再成長工程（Ｓ４０）を実施することにより、実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０上に形成されたＩＩＩ族窒化物結晶２１とを有する被成長基板からなるＩＩＩ族窒化物結晶基板２２を製造できる。転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶基板２０の除去された側の面２０ａ上にＩＩＩ族窒化物結晶２１を成長させているので、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２２は、転位密度をより低減できる。

なお、再成長工程（Ｓ４０）後に、下地基板であるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０側から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０とＩＩＩ族窒化物結晶２１との界面を越える位置まで、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２２（被成長基板）を除去する再除去工程（Ｓ５０）をさらに実施してもよい。再除去工程（Ｓ５０）は、実施の形態１における除去工程（Ｓ３０）と被成長基板が異なる点においてのみ異なる。

再除去工程（Ｓ５０）をさらに実施することにより、図６に示すように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２３を製造できる。転位密度をより低減したＩＩＩ族窒化物結晶基板２２のうち、転位密度をより一層低減した面（除去された側の面２３ａ）を形成できる。

以上説明したように、本発明の実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法によれば、実施の形態１における転位密度が低減された除去された側の面２０ａ上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させているので、転位密度をさらに低減したＩＩＩ族窒化物結晶基板２２，２３を製造できる。

（実施の形態３）
図７を参照して、本発明の実施の形態３における半導体デバイスを説明する。なお、図７は、本発明の実施の形態３における半導体デバイスを示す概略断面図である。

図７に示すように、半導体デバイスとして、たとえばＬＥＤ３０としている。ＬＥＤ３０は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０上に形成されたｎ型層３１と、ｎ型層３１上に形成された障壁層３２と、障壁層３２上に形成された活性層３３と、活性層３３上に形成されたバッファ層３４と、バッファ層３４上に形成された障壁層３５と、障壁層３５上に形成されたｐ型層３６と、ｐ型層３６上に形成されたｐ型電極３７と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０下に形成されたｎ型電極３８とを備えている。

ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０は、実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０である。ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０において転位密度の低い側の面である、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０の除去された側の面２０ａ上にｎ型層３１が形成されている。

実施の形態３では、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０とＩＩＩ族窒化物結晶基板２０において転位密度の低い側の面上に形成される半導体層とを備えているが、半導体層が形成される基板は、実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０に特に限定されない。たとえばＩＩＩ族窒化物結晶基板２０に代えて、図５に示す実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０上に形成されたＩＩＩ族窒化物結晶２１とを有するＩＩＩ族窒化物結晶基板２２を用いてもよい。この場合には、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２２において転位密度の低い側の面である、ＩＩＩ族窒化物結晶２１の面２２ａ上に、ｎ型層３１が形成される。

また、たとえばＩＩＩ族窒化物結晶基板２０に代えて、図６に示す実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０上に形成されたＩＩＩ族窒化物結晶基板２０とを有する被成長基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板２２）から、少なくともＩＩＩ族窒化物結晶基板２０と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０とＩＩＩ族窒化物結晶２１との界面が除去されたＩＩＩ族窒化物結晶基板２３を用いてもよい。この場合には、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２３において転位密度の低い側の面である、除去された側の面２３ａ上に、ｎ型層３１が形成される。

また、実施の形態３では、半導体デバイスの一例としてＬＥＤを例に挙げて説明したが、特にこれに限定されない。半導体デバイスとしては、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor：高電子移動度トランジスタ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（Surface Acoustic Wave Device：表面弾性波素子）などが挙げられる。

以上説明したように、本発明の実施の形態３における半導体デバイスによれば、ＬＥＤ３０は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０において転位密度の低い側の面上に形成される半導体層とを備えている。ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０において転位密度の低い側の面は非常に転位密度が低いので、半導体層も転位密度が低くなる。そのため、有用な半導体デバイスを得られる。

［実施例］
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法に従ってＩＩＩ族窒化物結晶基板を製造した。

具体的には、まず、下地基板を準備する準備工程（Ｓ１０）を実施した。準備工程（Ｓ１０）では、縦が１０ｍｍ、横が１０ｍｍ、厚さが３００μｍであり、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる面が（０００１）面であるウルツ鉱型ＧａＮ結晶からなる下地基板を準備した。なお、下地基板の面には凹凸を形成せず、平坦性の良好な状態とした。

次に、下地基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を液相法により成長させて、下地基板とＩＩＩ族窒化物結晶とを有する被成長基板を得る成長工程（Ｓ２０）を実施した。成長工程（Ｓ２０）では、下地基板上にフラックス法によりＧａＮ結晶を６００μｍ成長させた。詳細には、アルミナ坩堝中に下地基板の（０００１）面を上に向けて坩堝の底面に置き、２．０ｇの金属Ｇａ（ガリウム）と１．０ｇの金属Ｎａ（ナトリウム）とを入れて８００℃まで加熱し、ＧａとＮａとを含む融液を形成した。このＧａとＮａとを含む融液中に、窒素ガスをガス分圧が５０ＭＰａと一定になるように６０時間供給することにより、１０μｍ／ｈの成長速度にて厚みが６００μｍのＧａＮ結晶からなるＩＩＩ族窒化物結晶を成長させた。そして、得られたＩＩＩ族窒化物結晶（被成長基板）を坩堝から取り出した。そして、得られたＩＩＩ族窒化物結晶を鏡面研磨した。これにより、ＧａＮ結晶からなる下地基板と、下地基板上に形成されたＧａＮ結晶からなるＩＩＩ族窒化物結晶とを有する被成長基板を得た。

次に、下地基板側から少なくとも下地基板とＩＩＩ族窒化物結晶との界面を越える位置まで被成長基板を除去する除去工程（Ｓ３０）を実施した。具体的には、成長工程（Ｓ２０）により得られた被成長基板から、下地基板と、ＩＩＩ族窒化物結晶における下地基板上の面から５０μｍの厚みＤ２のＩＩＩ族窒化物結晶とを機械的研磨により除去した。そして、除去された側の面を鏡面研磨した。これにより、実施例１のＩＩＩ族窒化物結晶基板であるＧａＮ結晶基板を製造した。

さらに、実施例１では、得られたＧａＮ結晶基板を用いて、図７に示す実施の形態３におけるＬＥＤを製造した。

具体的には、ＧａＮ結晶基板において除去された側の面上にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法により、厚さ１μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型層３１、厚さ１０ｎｍのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎからなる障壁層３２、厚さ３ｎｍのＡｌ_0.04Ｇａ_0.96Ｎからなる活性層３３、厚さ３ｎｍのＡｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎからなるバッファ層３４、厚さ１０ｎｍのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎからなる障壁層３５、および厚さ１０ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型層３６をこの順にエピタキシャル成長させて形成した。そして、ｐ型層３６上の一部に、直径８０μｍで、厚さ１０ｎｍのｐ型電極３７を形成した。ｐ型電極３７は、厚さ５ｎｍのＰｄ（パラジウム）と厚さ５ｎｍのＡｕ（金）とが積層されてなり、Ｐｄがｐ型層３６と接触するように配置されていた。また、ＧａＮ結晶基板において除去された側の面と反対側の面下に、厚さ２０ｎｍのｎ型電極を形成した。ｎ型電極３８は、厚さ１０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）と厚さ１０ｎｍのＡｕとが積層されてなり、ＡｌがＧａＮ結晶基板と接触するように配置されていた。これにより、実施例１のＬＥＤを製造した。

（実施例２）
実施例２のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、基本的には実施例１のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法と同様であるが、下地基板におけるＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる面に凹凸を形成した点においてのみ実施例１と異なる。

具体的には、準備工程（Ｓ１０）では、下地基板におけるＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる面に、表面粗さＲ_p-vが１０μｍとなるように凹凸を形成した。

また、実施例２のＬＥＤは、実施例２で得られたＧａＮ結晶基板を用いて、実施例１と同じ条件で製造した。

（実施例３）
実施例３のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、基本的には実施例１のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法と同様であるが、成長工程（Ｓ２０）における成長条件においてのみ実施例１と異なる。

具体的には、成長工程（Ｓ２０）では、実施例１と同様に８００℃でＧａとＮａとを含む融液を形成した。そして、このＧａとＮａとを含む融液中に、窒素ガスをガス分圧が５０ＭＰａと一定になるように２０時間供給することにより、１０μｍ／ｈの成長速度にて厚みが２００μｍのＧａＮ結晶を成長させた。そして、その他の条件はそのままで温度のみを７００℃に変更して、５０μｍ／ｈの成長速度にて厚みが４００μｍのＧａＮ結晶を成長させた。

また、実施例３のＬＥＤは、実施例３で得られたＧａＮ結晶基板を用いて、実施例１と同じ条件で製造した。

（実施例４）
実施例４のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、基本的には実施例２のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法と同様であるが、成長工程（Ｓ２０）における成長条件においてのみ実施例２と異なる。

具体的には、成長工程（Ｓ２０）における成長条件は、実施例３と同様に、１０μｍ／ｈの成長速度にて厚みが２００μｍのＧａＮ結晶を成長させた後に、５０μｍ／ｈの成長速度にて厚みが４００μｍのＧａＮ結晶を成長させた。

さらに、実施例４のＬＥＤは、実施例４で得られたＧａＮ結晶基板を用いて、実施例１と同じ条件で製造した。

（比較例１）
比較例１のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、基本的には実施例１と同様であるが、除去工程（Ｓ３０）を実施していない点においてのみ実施例１と異なる。すなわち、比較例１のＩＩＩ族窒化物結晶基板は、実施例１の成長工程（Ｓ２０）後の被成長基板である。

さらに、比較例１のＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いて、実施例１と同じ条件でＬＥＤを製造した。ただし、実施例１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板において除去された側の面と反対の面上にｎ型層３１が形成された。

（比較例２）
比較例２のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、基本的には実施例２と同様であるが、除去工程（Ｓ３０）を実施していない点においてのみ実施例２と異なる。すなわち、比較例２のＩＩＩ族窒化物結晶基板は、実施例２の成長工程（Ｓ２０）後の被成長基板である。

さらに、比較例２のＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いて、比較例１と同じ条件でＬＥＤを製造した。

（比較例３）
比較例３のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、基本的には実施例３と同様であるが、除去工程（Ｓ３０）を実施していない点においてのみ実施例３と異なる。すなわち、比較例３のＩＩＩ族窒化物結晶基板は、実施例３の成長工程（Ｓ２０）後の被成長基板である。

さらに、比較例３のＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いて、比較例１と同じ条件でＬＥＤを製造した。

（比較例４）
比較例４のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、基本的には実施例４と同様であるが、除去工程（Ｓ３０）を実施していない点においてのみ実施例４と異なる。すなわち、比較例４のＩＩＩ族窒化物結晶基板は、実施例４の成長工程（Ｓ２０）後の被成長基板である。

さらに、比較例４のＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いて、比較例１と同じ条件でＬＥＤを製造した。

（測定方法）
実施例１〜４におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の除去された側の面および比較例１〜４のＩＩＩ族窒化物結晶基板の除去された側と反対側の面に対して、酸系エッチャントを用いて、エッチピットを生成した。そして、生成されたエッチピット数をエッチピット密度（ＥＰＤ：Etch Pit Density）として測定した。その結果を表１に示す。なお、ＥＰＤは、高精度に測定された転位密度である。

また、実施例１〜４および比較例１〜４におけるＬＥＤについて波長３６０ｎｍにおける発光ピーク強度を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１において、発光ピーク相対強度は、比較例１のＬＥＤの発光ピーク強度を１．０としたときの実施例１〜４および比較例２〜４の発光ピーク強度の値とした。

（測定結果）
表１に示すように、実施例１〜４におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の除去された側の面のＥＰＤは、それぞれ比較例１〜４におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の除去された側と反対側の面のＥＰＤよりも低かった。また、実施例１と、比較例１および比較例２とを対比すると、下地基板に凹凸を形成することよりも、除去工程（Ｓ３０）を実施して除去された側の面を形成することの方が、転位密度の低減に寄与できることがわかった。

また、実施例１〜４におけるＬＥＤの発光ピーク強度は、それぞれ比較例１〜４のＬＥＤの発光ピーク強度と比較して高かった。

また、実施例１と実施例３とを対比すると、成長工程において後半の速度を前半の速度より高くしても、転位密度の低減および発光ピーク強度に影響を与えないことがわかった。そのため、良好な結晶性を維持するとともに、コストを低減してＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体基板を製造できることが確認できた。

本実施例によれば、除去工程（Ｓ３０）を実施して除去された側の面を形成することによって、転位密度を低減できることが確認できた。また、除去工程（Ｓ３０）を実施して形成される除去された側の面上に半導体層を形成してなる半導体デバイスは、その特性を向上できることが確認できた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法によって製造されるＩＩＩ族窒化物結晶基板は、除去された側の面の転位密度を低減できる。そのため、除去された側の面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させると転位密度の低減できるＩＩＩ族窒化物結晶が得られるので、下地基板に好適に用いられる。また、除去された面上に半導体層を形成することによって、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴなどの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイスなどの半導体デバイスに好適に用いられる。

本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における成長工程を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態１における除去工程を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法によって製造されるＩＩＩ族窒化物結晶基板を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法によって製造される別のＩＩＩ族窒化物結晶基板を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体デバイスを示す概略断面図である。

符号の説明

１０ 被成長基板、１１ 下地基板、１１ａ，１２ａ，２２ａ 面、１２，２１ ＩＩＩ族窒化物結晶、２０，２２，２３ ＩＩＩ族窒化物結晶基板、２０ａ，２３ａ 除去された側の面、２０ｂ，２３ｂ 除去された側と反対側の面、３０ ＬＥＤ、３１ ｎ型層、３２，３５ 障壁層、３３ 活性層、３４ バッファ層、３６ ｐ型層、３７ ｐ型電極、３８ ｎ型電極。

Claims (8)

1. 下地基板を準備する準備工程と、
   前記下地基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を液相法により成長させて、前記下地基板と前記ＩＩＩ族窒化物結晶とを有する被成長基板を得る成長工程と、
   前記下地基板側から少なくとも前記下地基板と前記ＩＩＩ族窒化物結晶との界面を越える位置まで前記被成長基板を除去する除去工程とを備え、
   除去された側の面の転位密度が前記除去された側の面と反対側の面の転位密度よりも低いことを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法。
2. 前記準備工程では、前記下地基板において前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる面がＩＩＩ族窒化物結晶よりなる前記下地基板を準備する、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法。
3. 前記成長工程では、フラックス法および高窒素圧溶液法の少なくとも一方の方法により前記ＩＩＩ族窒化物結晶の成長が行なわれる、請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法。
4. 前記成長工程では、初期の成長速度よりも後期の成長速度が高い、請求項１〜３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法。
5. 前記初期の成長速度は０．１μｍ／ｈ以上２０μｍ／ｈ以下である、請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法。
6. 前記成長工程では、１０μｍを超えて３００μｍ以下の厚みの前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる、請求項１〜５のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法。
7. 前記除去工程では、前記下地基板と、前記ＩＩＩ族窒化物結晶において前記下地基板上の面から１０μｍ以上５０μｍ以下の厚みの前記ＩＩＩ族窒化物結晶とを除去する、請求項１〜６のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法。
8. 前記除去工程後の被成長基板の前記除去された側の面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程をさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法。

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