JPH10287497A - 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶性に優れた窒化ガリウム厚膜結晶を提供
する。 【解決手段】 シリコン基板1上に、非晶質の二酸化ケ
イ素薄膜2を形成し、その後、この二酸化ケイ素薄膜2
上に、単結晶のシリコン薄膜3を形成し、さらにこのシ
リコン薄膜3上に窒化ガリウム4を形成する。

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
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
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する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、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、続い
て前記シリコン薄膜及び二酸化ケイ素薄膜上に窒化ガリ
ウムを形成する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、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するという構成を
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する構成
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、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する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、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
を形成する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
リウムを形成する構成とする。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、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するとい
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、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する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する構成と
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、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する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、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
形成する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、シリコン基板の
表面に一つ以上の開口部を有するシリコン基板とは異な
る材料の薄膜を形成した後に、ドーズ量1017cm-2以上の
酸素イオンを注入し、前記開口部を有するシリコン基板
とは異なる材料の薄膜を除去後、1000℃以上に加熱する
ことにより、シリコン基板の内部に非晶質二酸化ケイ素
をその表面が必ず前記シリコン基板の内部と接する形で
形成する構成とする。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】請求項35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を形成した後に、前記二酸化
ケイ素薄膜上にシリコン基板を密着させた後に600℃以
上に加熱し、続いて前記シリコン基板をその二酸化ケイ
素に接着していない表面より除去し薄膜化することによ
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、シリコン基板上
に非晶質二酸化ケイ素薄膜を形成した後に、600℃以上
に加熱することにより、前記二酸化ケイ素薄膜とシリコ
ン基板表面が貼り合わされ、前記貼り合わされたシリコ
ン基板を薄膜化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。形成されるシリコン薄膜
は、シリコン基板の一部であり結晶性に優れているた
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。
【0046】請求項36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37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38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、78
℃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、85
0℃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41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42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

Claims (42)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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。
  2. 【請求項2】 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
    する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】 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
    ることを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  5. 【請求項5】 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、続いて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することを
    特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  6. 【請求項6】 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
    除去することを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方
    法。
  7. 【請求項7】 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
    ガリウムを形成する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】 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ことを特徴とす
    る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】 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ことを特徴とする窒化ガリ
    ウム結晶の製造方法。
  11. 【請求項11】 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する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】 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ことを特徴とする窒化ガリウ
    ム結晶の製造方法。
  13. 【請求項13】 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
    を形成する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】 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ことを特徴とする窒化ガリウ
    ム結晶の製造方法。
  15. 【請求項15】 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することを特徴
    とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  16. 【請求項16】 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
    除去することを特徴とする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】 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
    素を除去することを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造
    方法。
  19. 【請求項19】 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するこ
    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】 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こと
    を特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  21. 【請求項21】 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する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】 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ことを特徴とする窒化ガ
    リウム結晶の製造方法。
  23. 【請求項23】 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
    を形成する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】 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ことを特徴とする窒化ガリ
    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】 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ことを特徴
    とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
  27. 【請求項27】 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する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】 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ことを特徴と
    する窒化ガリウム結晶の製造方法。
  29. 【請求項29】 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
    形成する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】 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ことを特徴と
    する窒化ガリウム結晶の製造方法。
  31. 【請求項31】 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することを特徴と
    する窒化ガリウム結晶の製造方法。
  32. 【請求項32】 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ことを特徴とする窒化ガリウム
    結晶の製造方法。
  33. 【請求項33】 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、さらに1000℃以上に加熱す
    ることにより、前記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
    膜を形成することを特徴とする請求項1または請求項2
    または請求項5または請求項6または請求項7または請
    求項8または請求項9または請求項10または請求項1
    3または請求項14または請求項15または請求項16
    または請求項17または請求項18または請求項21ま
    たは請求項22または請求項23または請求項24また
    は請求項25または請求項26または請求項29または
    請求項30または請求項31または請求項32のいずれ
    かに記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  34. 【請求項34】 前記シリコン基板の表面に一つ以上の
    開口部を有するシリコン基板とは異なる材料の薄膜を形
    成した後に、ドーズ量1017cm-2以上の酸素イオンを注入
    し、前記開口部を有するシリコン基板とは異なる材料の
    薄膜を除去後、1000℃以上に加熱することにより、シリ
    コン基板の内部に非晶質二酸化ケイ素をその表面が前記
    シリコン基板の内部と接する形で形成することを特徴と
    する請求項3または請求項4または請求項11または請
    求項12または請求項19または請求項20または請求
    項27または請求項28記載の窒化ガリウム結晶の製造
    方法。
  35. 【請求項35】 シリコン基板上に非晶質二酸化ケイ素
    薄膜を形成した後に、前記二酸化ケイ素薄膜上にシリコ
    ン基板を密着させた後に600℃以上に加熱し、続いて前
    記シリコン基板をその二酸化ケイ素に接着していない表
    面より除去し薄膜化することにより、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ことを特徴とする請求項
    1または請求項2または請求項5または請求項6または
    請求項7または請求項8または請求項9または請求項1
    0または請求項13または請求項14または請求項15
    または請求項16または請求項17または請求項18ま
    たは請求項21または請求項22または請求項23また
    は請求項24または請求項25または請求項26または
    請求項29または請求項30または請求項31または請
    求項32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
    ムを形成することを特徴とする請求項1ないし請求項3
    5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】 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
    ウムを形成することを特徴とする請求項1ないし請求項
    35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】 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ことを特徴と
    する請求項1ないし請求項35のいずれかに記載の窒化
    ガリウム結晶の製造方法。
  39. 【請求項39】 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ガリウムを含むガス
    雰囲気を形成することを特徴とする請求項36または請
    求項38に記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  40. 【請求項40】 500℃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塩化水素ガスによりガリウムを
    含むガス雰囲気を形成することを特徴とする請求項36
    または請求項38に記載の窒化ガリウム結晶の製造方
    法。
  41. 【請求項41】 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ガリウムを含むガス雰囲気を形
    成することを特徴とする請求項36または請求項38に
    記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  42. 【請求項42】 前記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いること
    を特徴とする請求項1ないし請求項41のいずれかに記
    載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
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