JPH11162847A - 半導体基板および半導体基板の形成方法 - Google Patents
半導体基板および半導体基板の形成方法Info
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- JPH11162847A JPH11162847A JP30621597A JP30621597A JPH11162847A JP H11162847 A JPH11162847 A JP H11162847A JP 30621597 A JP30621597 A JP 30621597A JP 30621597 A JP30621597 A JP 30621597A JP H11162847 A JPH11162847 A JP H11162847A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】結晶欠陥密度の低いIII族窒化物半導体露出基
板の形成。 【解決手段】III族窒化物半導体単結晶露出基板上に結
晶化温度より低い温度でIII族窒化物半導体の薄膜を低
温堆積した後、該薄膜を単結晶化し、その上に所望III
族窒化物半導体単結晶薄膜を成長させて改良された露出
基板を得た。
板の形成。 【解決手段】III族窒化物半導体単結晶露出基板上に結
晶化温度より低い温度でIII族窒化物半導体の薄膜を低
温堆積した後、該薄膜を単結晶化し、その上に所望III
族窒化物半導体単結晶薄膜を成長させて改良された露出
基板を得た。
Description
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は半導体素子の製造方法に関
し、特にIII族窒化物半導体素子の形成に好適な低結晶
欠陥密度を有する半導体基板とその形成方法とに関す
る。
し、特にIII族窒化物半導体素子の形成に好適な低結晶
欠陥密度を有する半導体基板とその形成方法とに関す
る。
【０００２】なお、本明細書において、その注目表面
（以下特記しないときは、表面は注目表面およびその部
分である）に半導体素子を形成するための基板を下記の
ように細分している。III族窒化物半導体単結晶のみか
らなる基板を単結晶基板、注目表面の少なくとも一部で
III族窒化物半導体単結晶が露出しているものをIII族窒
化物半導体露出基板（以下露出基板と略称）、特に注目
表面の全面がIII族窒化物半導体単結晶であるものを全
面露出基板と称し、注目表面の全面がIII族窒化物半導
体以外である基板を異種基板と称する。また、全面露出
基板には単結晶基板をも含めるものとします。異種基板
の注目表面の一部あるいは全部にIII族窒化物半導体単
結晶を堆積した基板をそれぞれ堆積異種基板あるいは全
面堆積異種基板と称することもできるものとします。な
お、全面露出基板、全面堆積異種基板はそれぞれ露出基
板、堆積異種基板の部分集合であり、堆積異種基板は露
出基板の部分集合である。また通常の基板とは異なり半
導体回路素子が集積された集積回路の一部が上記表面を
有する場合も本発明で言う基板に該当する。
（以下特記しないときは、表面は注目表面およびその部
分である）に半導体素子を形成するための基板を下記の
ように細分している。III族窒化物半導体単結晶のみか
らなる基板を単結晶基板、注目表面の少なくとも一部で
III族窒化物半導体単結晶が露出しているものをIII族窒
化物半導体露出基板（以下露出基板と略称）、特に注目
表面の全面がIII族窒化物半導体単結晶であるものを全
面露出基板と称し、注目表面の全面がIII族窒化物半導
体以外である基板を異種基板と称する。また、全面露出
基板には単結晶基板をも含めるものとします。異種基板
の注目表面の一部あるいは全部にIII族窒化物半導体単
結晶を堆積した基板をそれぞれ堆積異種基板あるいは全
面堆積異種基板と称することもできるものとします。な
お、全面露出基板、全面堆積異種基板はそれぞれ露出基
板、堆積異種基板の部分集合であり、堆積異種基板は露
出基板の部分集合である。また通常の基板とは異なり半
導体回路素子が集積された集積回路の一部が上記表面を
有する場合も本発明で言う基板に該当する。
【０００３】
【従来の技術】短波長発光素子／受光素子やそれらと同
一基板に集積できる単極／双極トランジスタ、各種ダイ
オード、受動素子の開発が活発におこなわれている。こ
れらの各種素子はIII族窒化物半導体材料を用いて組立
てられ、それら素子を含むシステムの性能向上にともな
って、各種情報関連装置の情報処理能力の一層の向上と
消費エネルギーの低減、高温動作などが期待されてい
る。
一基板に集積できる単極／双極トランジスタ、各種ダイ
オード、受動素子の開発が活発におこなわれている。こ
れらの各種素子はIII族窒化物半導体材料を用いて組立
てられ、それら素子を含むシステムの性能向上にともな
って、各種情報関連装置の情報処理能力の一層の向上と
消費エネルギーの低減、高温動作などが期待されてい
る。
【０００４】従来、III族窒化物半導体単結晶を成長す
るための表面を備えた基板としてIII族窒化物半導体単
結晶基板（全面露出基板に属する）や、サファイアやSi
Cなどの異種基板が用いられている。現在、直径数mm〜1
cm程度の大きさの表面を有するIII族窒化物半導体単結
晶基板が得られているが、実用に供するには十分な大き
さではない。サファイア或いはSiCなどの異種基板上に
成長する場合、直接III族窒化物半導体単結晶を成長す
ると膜状単結晶の形成が容易でないため、低温堆積緩衝
薄膜などを堆積し、その後単結晶を形成した（III族窒
化物半導体単結晶）堆積異種基板を用いるのが一般的と
なっている。本明細書でいう「低温」とは「単結晶の成
長温度より低い温度」をいい、多くの場合「単結晶の成
長温度よりおおむね１００℃以上低い温度」である。
るための表面を備えた基板としてIII族窒化物半導体単
結晶基板（全面露出基板に属する）や、サファイアやSi
Cなどの異種基板が用いられている。現在、直径数mm〜1
cm程度の大きさの表面を有するIII族窒化物半導体単結
晶基板が得られているが、実用に供するには十分な大き
さではない。サファイア或いはSiCなどの異種基板上に
成長する場合、直接III族窒化物半導体単結晶を成長す
ると膜状単結晶の形成が容易でないため、低温堆積緩衝
薄膜などを堆積し、その後単結晶を形成した（III族窒
化物半導体単結晶）堆積異種基板を用いるのが一般的と
なっている。本明細書でいう「低温」とは「単結晶の成
長温度より低い温度」をいい、多くの場合「単結晶の成
長温度よりおおむね１００℃以上低い温度」である。
【０００５】III族窒化物半導体単結晶堆積異種基板で
は直径５cm程度の基板が得られ、該基板を用いて発光ダ
イオード、レーザーダイオード、電界効果トランジスタ
（FET：単極トランジスタ）、フォトダイオードなどが
実現されている。ところが、基板の結晶欠陥、特に貫通
転位と呼ばれる欠陥が1cm2当たり、107〜1011程度発生
し、製造された素子の性能向上を制限していた。そこ
で、貫通転位の減少を目的として、選択成長技術が開発
された（例えばA.Usui, H. Sunakawa, A. Sakai and Ya
maguchi, Jpn. J. Appl. Phys., 36 (1997) L899.参
照）。この従来技術では、サファイアなどの異種基板上
にIII族窒化物半導体を低温堆積緩衝薄膜として堆積
し、その後単結晶を形成したIII族窒化物半導体単結晶
堆積異種基板の表面上に、SiO2などの絶縁体薄膜を一部
分形成し、絶縁体薄膜を形成していないIII族窒化物半
導体単結晶表面部分より該III族窒化物半導体を選択成
長させた。このようにして異種基板との界面より発生し
たIII族窒化物半導体単結晶薄膜内の貫通転位を絶縁体
薄膜で制止し、その絶縁体薄膜上に結晶転位密度が105
〜107cm-2程度のIII族窒化物半導体単結晶膜を得て該II
I族窒化物半導体単結晶膜の表面を素子形成に用いる低
結晶欠陥密度露出基板を得ている。
は直径５cm程度の基板が得られ、該基板を用いて発光ダ
イオード、レーザーダイオード、電界効果トランジスタ
（FET：単極トランジスタ）、フォトダイオードなどが
実現されている。ところが、基板の結晶欠陥、特に貫通
転位と呼ばれる欠陥が1cm2当たり、107〜1011程度発生
し、製造された素子の性能向上を制限していた。そこ
で、貫通転位の減少を目的として、選択成長技術が開発
された（例えばA.Usui, H. Sunakawa, A. Sakai and Ya
maguchi, Jpn. J. Appl. Phys., 36 (1997) L899.参
照）。この従来技術では、サファイアなどの異種基板上
にIII族窒化物半導体を低温堆積緩衝薄膜として堆積
し、その後単結晶を形成したIII族窒化物半導体単結晶
堆積異種基板の表面上に、SiO2などの絶縁体薄膜を一部
分形成し、絶縁体薄膜を形成していないIII族窒化物半
導体単結晶表面部分より該III族窒化物半導体を選択成
長させた。このようにして異種基板との界面より発生し
たIII族窒化物半導体単結晶薄膜内の貫通転位を絶縁体
薄膜で制止し、その絶縁体薄膜上に結晶転位密度が105
〜107cm-2程度のIII族窒化物半導体単結晶膜を得て該II
I族窒化物半導体単結晶膜の表面を素子形成に用いる低
結晶欠陥密度露出基板を得ている。
【０００６】図１は上記方法で調整した全面露出基板上
に形成した青紫レーザ１０の断面の概略を示すものであ
る。サファイア基板１の（０００１）面上に堆積された
ＧａＮ緩衝薄膜２上にＳｉＯ2上のマスク・パターン
４、５を形成し、ＧａＮ緩衝薄膜の貫通転位を制止す
る。さらに結晶成長をつづけてＧａＮ緩衝薄膜３を形成
し、マスク・パターン４、５上に良質のＧａＮ単結晶膜
を得ている。該緩衝薄膜３上に従来技術によりｎ型Ｇａ
Ｎ薄膜とその他の薄膜、電極等を形成して青紫レーザ１
０を製造している（日経エレクトロニクス、ｐ．２１、
1997年10月20日号参照）。
に形成した青紫レーザ１０の断面の概略を示すものであ
る。サファイア基板１の（０００１）面上に堆積された
ＧａＮ緩衝薄膜２上にＳｉＯ2上のマスク・パターン
４、５を形成し、ＧａＮ緩衝薄膜の貫通転位を制止す
る。さらに結晶成長をつづけてＧａＮ緩衝薄膜３を形成
し、マスク・パターン４、５上に良質のＧａＮ単結晶膜
を得ている。該緩衝薄膜３上に従来技術によりｎ型Ｇａ
Ｎ薄膜とその他の薄膜、電極等を形成して青紫レーザ１
０を製造している（日経エレクトロニクス、ｐ．２１、
1997年10月20日号参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絶縁体
薄膜を形成するため一旦III族窒化物半導体の成長炉か
ら取り出す必要があり取扱が面倒で、品質のさらなる劣
化や素子の価格が上昇するなどのプロセスおよび作業に
おいて改善すべき点がある。また、そのためもあり、絶
縁薄膜等を介在させて形成された緩衝薄膜の機械的特性
が劣化して剥がれやすい、などの問題もあった。さら
に、緩衝薄膜の転位密度のさらなる低下によりより高性
能な素子の形成の要望にこたえることがより一層望まれ
る。
薄膜を形成するため一旦III族窒化物半導体の成長炉か
ら取り出す必要があり取扱が面倒で、品質のさらなる劣
化や素子の価格が上昇するなどのプロセスおよび作業に
おいて改善すべき点がある。また、そのためもあり、絶
縁薄膜等を介在させて形成された緩衝薄膜の機械的特性
が劣化して剥がれやすい、などの問題もあった。さら
に、緩衝薄膜の転位密度のさらなる低下によりより高性
能な素子の形成の要望にこたえることがより一層望まれ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の発明者
等は、III族窒化物半導体基板やサファイア等の異種基
板上にIII族窒化物半導体を成長させ低温堆積緩衝薄膜
の結晶化過程を透過電子顕微鏡などにより詳細に観察
し、基板成長の機構を解明して本発明に至った。
等は、III族窒化物半導体基板やサファイア等の異種基
板上にIII族窒化物半導体を成長させ低温堆積緩衝薄膜
の結晶化過程を透過電子顕微鏡などにより詳細に観察
し、基板成長の機構を解明して本発明に至った。
【０００９】すなわち、本発明では所望のIII族窒化物
半導体を成長させるための単結晶基板や単結晶露出基板
上に結晶化温度より低い温度でIII族窒化物半導体の薄
膜を低温堆積した後、該薄膜にエネルギを与え単結晶化
（賦活単結晶化）している（このようにして形成された
単結晶薄膜を低温堆積単結晶薄膜と呼ぶ）。つぎに、低
温堆積単結晶薄膜を表面に備えた露出基板上にIII族窒
化物半導体単結晶薄膜を単結晶成長させて改良された露
出基板を得ている。低温堆積単結晶薄膜はその下面に接
するIII族窒化物半導体の単結晶の貫通転位の多くを終
端して転位の伝播を緩衝し、その上に単結晶成長した薄
膜の結晶欠陥密度を下地のIII族窒化物半導体単結晶の
結晶欠陥密度より小さなものとする。
半導体を成長させるための単結晶基板や単結晶露出基板
上に結晶化温度より低い温度でIII族窒化物半導体の薄
膜を低温堆積した後、該薄膜にエネルギを与え単結晶化
（賦活単結晶化）している（このようにして形成された
単結晶薄膜を低温堆積単結晶薄膜と呼ぶ）。つぎに、低
温堆積単結晶薄膜を表面に備えた露出基板上にIII族窒
化物半導体単結晶薄膜を単結晶成長させて改良された露
出基板を得ている。低温堆積単結晶薄膜はその下面に接
するIII族窒化物半導体の単結晶の貫通転位の多くを終
端して転位の伝播を緩衝し、その上に単結晶成長した薄
膜の結晶欠陥密度を下地のIII族窒化物半導体単結晶の
結晶欠陥密度より小さなものとする。
【００１０】本発明の方法では上記低温堆積と賦活単結
晶化およびその上への単結晶成長からなる単位工程によ
り単結晶化薄膜と単結晶成長薄膜とから成る対構造得
る。この単位工程を所望により修飾しつつさらにくりか
えして同様な対構造を形成し露出部においてより結晶欠
陥密度の低い露出基板を得ている。そして、好もしくは
本発明の露出基板の製造においては途中で露出基板を成
長炉から取り出したりしないで、あるいは回路素子形成
に伴う不可欠な取り出しを伴って形成され、該取り出し
に伴うその品質の劣化を防止あるいは低減あるいは極少
化する。
晶化およびその上への単結晶成長からなる単位工程によ
り単結晶化薄膜と単結晶成長薄膜とから成る対構造得
る。この単位工程を所望により修飾しつつさらにくりか
えして同様な対構造を形成し露出部においてより結晶欠
陥密度の低い露出基板を得ている。そして、好もしくは
本発明の露出基板の製造においては途中で露出基板を成
長炉から取り出したりしないで、あるいは回路素子形成
に伴う不可欠な取り出しを伴って形成され、該取り出し
に伴うその品質の劣化を防止あるいは低減あるいは極少
化する。
【００１１】
【発明の実施例】以下に示す本発明の実施例は、本発明
の範囲を限定するためのものではなく、本発明の実施を
希望する当業者がその実施を容易に行えるようにするた
めのものである。
の範囲を限定するためのものではなく、本発明の実施を
希望する当業者がその実施を容易に行えるようにするた
めのものである。
【００１２】工程の流れを示す図２と基板の断面をしめ
す図３を参照して本発明の好適実施例の一つについて説
明する。本実施例では本発明の緩衝構造が含まれる緩衝
基板が生産される。図２を参照するとまず異種基板であ
るサファイア基板３１を用意しアセトン、メタノール等
の有機溶剤で洗浄の後、サファイア基板３１を有機金属
化合物気相成長装置内加熱部に設置し、水素にて装置内
窒素を置換した（ステップ２０１）。
す図３を参照して本発明の好適実施例の一つについて説
明する。本実施例では本発明の緩衝構造が含まれる緩衝
基板が生産される。図２を参照するとまず異種基板であ
るサファイア基板３１を用意しアセトン、メタノール等
の有機溶剤で洗浄の後、サファイア基板３１を有機金属
化合物気相成長装置内加熱部に設置し、水素にて装置内
窒素を置換した（ステップ２０１）。
【００１３】しかる後、水素を導入したまま基板温度を
1,150℃に昇温して10分程度放置し基板表面の清浄化を
行った（ステップ２０２）。次に、基板温度を500℃ま
で降温し（ステップ２０３）、アンモニア3slm（slmは
流量単位で、常温、１気圧換算で毎分１０００cm3であ
る）及びトリメチルアルミニウム(TMAl):(CH3)3Alを30
μmol/min（毎分３０μmol)で供給して、5分間第１低温
堆積緩衝薄膜３２を堆積した（ステップ２０４）。第１
低温堆積緩衝薄膜３２の膜厚は30nmであった。
1,150℃に昇温して10分程度放置し基板表面の清浄化を
行った（ステップ２０２）。次に、基板温度を500℃ま
で降温し（ステップ２０３）、アンモニア3slm（slmは
流量単位で、常温、１気圧換算で毎分１０００cm3であ
る）及びトリメチルアルミニウム(TMAl):(CH3)3Alを30
μmol/min（毎分３０μmol)で供給して、5分間第１低温
堆積緩衝薄膜３２を堆積した（ステップ２０４）。第１
低温堆積緩衝薄膜３２の膜厚は30nmであった。
【００１４】次にTMAlの供給を止め、基板を１乃至３０
分かけて1,050℃に昇温した。昇温過程で、第１低温堆
積緩衝薄膜３２は基板付近から徐々に単結晶化し最終的
に全体が単結晶化し低温堆積単結晶膜となった（ステッ
プ２０５）。次にトリメチルガリウム（TMGa）:(CH3)3G
aを30μmol/minで供給すると、単結晶化した第1低温堆
積緩衝薄膜３２（AlN）上に第1単結晶GaN薄膜３３が所
望の厚さに成長した（ステップ２０６Ａ）。直接サファ
イア基板３１上に成長させた場合と比較して、第１低温
堆積緩衝薄膜３２を用いた場合の第1単結晶GaN薄膜３３
の種々の品質は格段に優れており、この方法で製造した
堆積異種基板を用いて青色LED（発光ダイオード）、緑
色LEDなどが実用化し、また紫色LD（レーザ・ダイオー
ド）やマイクロ波FET（電界効果トランジスタ）が実現
した。
分かけて1,050℃に昇温した。昇温過程で、第１低温堆
積緩衝薄膜３２は基板付近から徐々に単結晶化し最終的
に全体が単結晶化し低温堆積単結晶膜となった（ステッ
プ２０５）。次にトリメチルガリウム（TMGa）:(CH3)3G
aを30μmol/minで供給すると、単結晶化した第1低温堆
積緩衝薄膜３２（AlN）上に第1単結晶GaN薄膜３３が所
望の厚さに成長した（ステップ２０６Ａ）。直接サファ
イア基板３１上に成長させた場合と比較して、第１低温
堆積緩衝薄膜３２を用いた場合の第1単結晶GaN薄膜３３
の種々の品質は格段に優れており、この方法で製造した
堆積異種基板を用いて青色LED（発光ダイオード）、緑
色LEDなどが実用化し、また紫色LD（レーザ・ダイオー
ド）やマイクロ波FET（電界効果トランジスタ）が実現
した。
【００１５】しかしながら、この工程までからなる方法
で単結晶成長した第1単結晶GaN薄膜３３には107〜1011c
m2程度のナノパイプと呼ばれる貫通転位等の結晶欠陥が
存在し、LDにおける内部損失の増大や性能劣化、寿命短
縮などデバイス特性上の問題を生じていた。
で単結晶成長した第1単結晶GaN薄膜３３には107〜1011c
m2程度のナノパイプと呼ばれる貫通転位等の結晶欠陥が
存在し、LDにおける内部損失の増大や性能劣化、寿命短
縮などデバイス特性上の問題を生じていた。
【００１６】本発明では、更に次の工程の変更と追加と
をおこなって露出基板を製造した。即ち、第１低温堆積
緩衝薄膜３２上に第1単結晶GaN薄膜３３を1mm程度成長
させた後TMGaの供給を止め（ステップ２０６Ｂ）、つい
で基板温度を500℃まで降温した後にTMGaの供給を再開
して、少なくともGaと窒素を含む薄膜３４を堆積する。
これを第２低温堆積緩衝薄膜３４と呼ぶ。この第２低温
堆積緩衝薄膜３４は堆積したままでは多結晶が混在する
非晶質半導体であった（ステップ２０７）。次にTMGaの
供給を止め、基板温度を単結晶成長温度である1,050℃
に昇温する過程で、第2低温堆積緩衝薄膜３４は単結晶
化した（ステップ２０８）。下地の第1単結晶GaN薄膜３
３にあったナノパイプは殆どこの単結晶化第2低温堆積
緩衝薄膜３４で終端した。
をおこなって露出基板を製造した。即ち、第１低温堆積
緩衝薄膜３２上に第1単結晶GaN薄膜３３を1mm程度成長
させた後TMGaの供給を止め（ステップ２０６Ｂ）、つい
で基板温度を500℃まで降温した後にTMGaの供給を再開
して、少なくともGaと窒素を含む薄膜３４を堆積する。
これを第２低温堆積緩衝薄膜３４と呼ぶ。この第２低温
堆積緩衝薄膜３４は堆積したままでは多結晶が混在する
非晶質半導体であった（ステップ２０７）。次にTMGaの
供給を止め、基板温度を単結晶成長温度である1,050℃
に昇温する過程で、第2低温堆積緩衝薄膜３４は単結晶
化した（ステップ２０８）。下地の第1単結晶GaN薄膜３
３にあったナノパイプは殆どこの単結晶化第2低温堆積
緩衝薄膜３４で終端した。
【００１７】次に、この単結晶化第2低温堆積緩衝薄膜
３４上にGaN薄膜を単結晶成長させると、成長した第2単
結晶GaN薄膜３５はナノパイプ密度が殆ど零に近く結晶
欠陥密度が第1単結晶GaN薄膜３３に比べかなり低く結晶
欠陥低減効果がえられている。このようにして形成した
露出基板は、従来技術の基板に比べ実用上ほとんど問題
ない特性を得ることが可能となった。第２低温堆積緩衝
薄膜３４を堆積するステップ２０７で、Gaと窒素にかえ
てAlと窒素を含むようしても同様に低結晶欠陥密度の第
2単結晶GaN薄膜３５を成長させることができる。
３４上にGaN薄膜を単結晶成長させると、成長した第2単
結晶GaN薄膜３５はナノパイプ密度が殆ど零に近く結晶
欠陥密度が第1単結晶GaN薄膜３３に比べかなり低く結晶
欠陥低減効果がえられている。このようにして形成した
露出基板は、従来技術の基板に比べ実用上ほとんど問題
ない特性を得ることが可能となった。第２低温堆積緩衝
薄膜３４を堆積するステップ２０７で、Gaと窒素にかえ
てAlと窒素を含むようしても同様に低結晶欠陥密度の第
2単結晶GaN薄膜３５を成長させることができる。
【００１８】本発明の有用性を示すために図４、図５に
従来の方法で製造された第1単結晶GaN薄膜３３と本発明
により製造された第２単結晶GaN薄膜３５とのエッチピ
ットの表面微分干渉顕微鏡による観察例を示す。観察の
ためのエッチングは、燐酸と硫酸を１：３の割合で混
ぜ、250℃で10分間行った。第1単結晶GaN薄膜３３では
図４に示すように、個数密度が107〜1011cm-2程度の多
数のエッチピットが観察されたが、本発明のGaNでは図
５に示すように全くエッチピットは観察されなかった。
図5に点在する２個のエッチピットらしきものがある
が、写真撮影にともなう異物の映像であり、この異物を
計数しても結晶欠陥密度（すなわちエッチピット密度）
は103cm-2以下であり、実勢は102cm-2以下であると推測
される。上記のように結晶欠陥密度が貫通転位密度に大
きく依存するが、結晶欠陥密度がエッチピット密度によ
り測定されるので、貫通転位だけでなく他の結晶欠陥も
エッチピットの原因となっている可能性がある。さらに
第2単結晶GaN薄膜３５のみに関係する原因で発生するエ
ッチピットもあるので、結晶欠陥密度はそれらの全体の
影響をうけて定まる。結晶欠陥密度がかなり低減される
（数分の１以下）のであれば基板の使用において有効で
あり、大きく低減される（１／１０〜１／１００以下）
のであればさらに顕著な素子特性の向上が、また極端に
低減される（１／１０００〜）のであれば回路様式の画
期的変革が期待される。
従来の方法で製造された第1単結晶GaN薄膜３３と本発明
により製造された第２単結晶GaN薄膜３５とのエッチピ
ットの表面微分干渉顕微鏡による観察例を示す。観察の
ためのエッチングは、燐酸と硫酸を１：３の割合で混
ぜ、250℃で10分間行った。第1単結晶GaN薄膜３３では
図４に示すように、個数密度が107〜1011cm-2程度の多
数のエッチピットが観察されたが、本発明のGaNでは図
５に示すように全くエッチピットは観察されなかった。
図5に点在する２個のエッチピットらしきものがある
が、写真撮影にともなう異物の映像であり、この異物を
計数しても結晶欠陥密度（すなわちエッチピット密度）
は103cm-2以下であり、実勢は102cm-2以下であると推測
される。上記のように結晶欠陥密度が貫通転位密度に大
きく依存するが、結晶欠陥密度がエッチピット密度によ
り測定されるので、貫通転位だけでなく他の結晶欠陥も
エッチピットの原因となっている可能性がある。さらに
第2単結晶GaN薄膜３５のみに関係する原因で発生するエ
ッチピットもあるので、結晶欠陥密度はそれらの全体の
影響をうけて定まる。結晶欠陥密度がかなり低減される
（数分の１以下）のであれば基板の使用において有効で
あり、大きく低減される（１／１０〜１／１００以下）
のであればさらに顕著な素子特性の向上が、また極端に
低減される（１／１０００〜）のであれば回路様式の画
期的変革が期待される。
【００１９】低温堆積後単結晶化されるあるいは単結晶
成長されるIII族窒化物半導体材料に関しては、GaNのほ
か、AlN, InN, BN, AlInN, GaInN, AlGaN, BAlN,
BInN, BGaN、BalGaInN等から選択して、それら材料
の組合わせかえて前記の方法で基板の製作を試みたが何
れの場合も顕著な低ナノパイプ化、低欠陥密度化が確認
された。従って、本発明で言うIII族窒化物半導体には
少なくとも上記GaN、AlN,InN, BN, AlInN, GaInN,
AlGaN, BAlN, BInN, BGaN、BAlGaInN等が包含される
ものとして解釈されなければならない。各材料は基板に
形成される素子に依存したり、基板製造工程の難易やコ
スト等に依存して選択される。
成長されるIII族窒化物半導体材料に関しては、GaNのほ
か、AlN, InN, BN, AlInN, GaInN, AlGaN, BAlN,
BInN, BGaN、BalGaInN等から選択して、それら材料
の組合わせかえて前記の方法で基板の製作を試みたが何
れの場合も顕著な低ナノパイプ化、低欠陥密度化が確認
された。従って、本発明で言うIII族窒化物半導体には
少なくとも上記GaN、AlN,InN, BN, AlInN, GaInN,
AlGaN, BAlN, BInN, BGaN、BAlGaInN等が包含される
ものとして解釈されなければならない。各材料は基板に
形成される素子に依存したり、基板製造工程の難易やコ
スト等に依存して選択される。
【００２０】従って図３に関連して形成される各薄膜は
互いに異なるIII族窒化物半導体材料で形成されてもよ
く、また必要ならば、上記低温堆積緩衝薄膜を堆積して
単結晶化しその上にIII族窒化物半導体単結晶薄膜を成
長させる工程対を単位工程とし、該単位工程をさらに繰
り返すことに何等支障はない。単位工程間でIII族窒化
物半導体材料の違いや寸法の違いそれらに伴う工程パラ
メータの適宜の調整が行われてよい。
互いに異なるIII族窒化物半導体材料で形成されてもよ
く、また必要ならば、上記低温堆積緩衝薄膜を堆積して
単結晶化しその上にIII族窒化物半導体単結晶薄膜を成
長させる工程対を単位工程とし、該単位工程をさらに繰
り返すことに何等支障はない。単位工程間でIII族窒化
物半導体材料の違いや寸法の違いそれらに伴う工程パラ
メータの適宜の調整が行われてよい。
【００２１】そこで図６に本発明の特徴を良く表わす一
般的な基板構造の要部を示し説明する。図6に示す要部
構造６０は、一のIII族窒化物半導体露出基板上に露出
するIII族窒化物半導体単結晶６１の表面に、順次形成
した第１、第２のIII族窒化物半導体単結晶薄膜（以下
単結晶薄膜と称する）６３、６５からなる対構造を１つ
あるいは複数堆積した構造のである。第１の単結晶薄膜
６３が結晶欠陥密度緩衝薄膜として機能し、第２の単結
晶薄膜６５の結晶欠陥密度が前記一のIII族窒化物半導
体露出基板表面に露出するIII族窒化物半導体単結晶６
１の結晶欠陥密度よりかなり低くなる結晶欠陥低減効果
がえられる。第２の単結晶薄膜６５を備えた基板を形成
するための前駆体として第１の単結晶薄膜６３まで堆積
あるいは堆積・単結晶化した基板を準備しておき後続の
工程に備えるのが便利なこともある。
般的な基板構造の要部を示し説明する。図6に示す要部
構造６０は、一のIII族窒化物半導体露出基板上に露出
するIII族窒化物半導体単結晶６１の表面に、順次形成
した第１、第２のIII族窒化物半導体単結晶薄膜（以下
単結晶薄膜と称する）６３、６５からなる対構造を１つ
あるいは複数堆積した構造のである。第１の単結晶薄膜
６３が結晶欠陥密度緩衝薄膜として機能し、第２の単結
晶薄膜６５の結晶欠陥密度が前記一のIII族窒化物半導
体露出基板表面に露出するIII族窒化物半導体単結晶６
１の結晶欠陥密度よりかなり低くなる結晶欠陥低減効果
がえられる。第２の単結晶薄膜６５を備えた基板を形成
するための前駆体として第１の単結晶薄膜６３まで堆積
あるいは堆積・単結晶化した基板を準備しておき後続の
工程に備えるのが便利なこともある。
【００２２】基板の製造方法は、上記図2の例では有機
金属化合物気相成長法を用いたが、そのほか、分子線エ
ピタキシー法およびハロゲン気相成長（ＨＶＰＥ）法、
レーザーアブレーション法で同様の効果が確認された。
HVPE法により作製した厚膜GaN基板に単位工程を実施し
て形成した露出基板おいても同様の結晶欠陥効果がたし
かめられた。大きな基板を得るために有効である。
金属化合物気相成長法を用いたが、そのほか、分子線エ
ピタキシー法およびハロゲン気相成長（ＨＶＰＥ）法、
レーザーアブレーション法で同様の効果が確認された。
HVPE法により作製した厚膜GaN基板に単位工程を実施し
て形成した露出基板おいても同様の結晶欠陥効果がたし
かめられた。大きな基板を得るために有効である。
【００２３】異種基板に関しては、サファイア基板を用
いて表面を(0001)面のほか、(10-12)面、(11-20)面、(1
0-10)面などを試みたが、何れも効果があった。（なお
面指数の表記において上バーを有する慣用表記にかえ
て”−”を前置する表記としている。）。更に6H-SiC、4
H-SiC、3C-SiC、スピネル（MgAl2O4）、Si、LiGaO2の何
れの異種基板を用いても図2に関連して得られたと同様
の欠陥密度低減効果を確認した。この結果と、上述の他
の結果とから、本発明で言う異種基板には少なくとも上
記サファイア、6H-SiC、4H-SiC、3C-SiC、スピネル（MgA
l2O4）、Si、LiGaO等が包含されると解釈されなければ
ならない。
いて表面を(0001)面のほか、(10-12)面、(11-20)面、(1
0-10)面などを試みたが、何れも効果があった。（なお
面指数の表記において上バーを有する慣用表記にかえ
て”−”を前置する表記としている。）。更に6H-SiC、4
H-SiC、3C-SiC、スピネル（MgAl2O4）、Si、LiGaO2の何
れの異種基板を用いても図2に関連して得られたと同様
の欠陥密度低減効果を確認した。この結果と、上述の他
の結果とから、本発明で言う異種基板には少なくとも上
記サファイア、6H-SiC、4H-SiC、3C-SiC、スピネル（MgA
l2O4）、Si、LiGaO等が包含されると解釈されなければ
ならない。
【００２４】しかも、図2、図3において第２低温堆積緩
衝薄膜３４の形成のための下地基板表面３３は、全てII
I族窒化物半導体単結晶が露出している必要はなく、絶
縁膜或いは高融点金属で覆われた表面の一部分にIII族
窒化物半導体が露出していればよいことが分かった。従
って本発明をさらに明確に理解するため本発明の基板の
要部を図６に関連して示せば図7に示すとおりである。
図6におけると同等の機能を有する薄膜部分には同一参
照番号を付してある。
衝薄膜３４の形成のための下地基板表面３３は、全てII
I族窒化物半導体単結晶が露出している必要はなく、絶
縁膜或いは高融点金属で覆われた表面の一部分にIII族
窒化物半導体が露出していればよいことが分かった。従
って本発明をさらに明確に理解するため本発明の基板の
要部を図６に関連して示せば図7に示すとおりである。
図6におけると同等の機能を有する薄膜部分には同一参
照番号を付してある。
【００２５】図7において、要部構造７０は、一のIII族
窒化物半導体露出基板上に露出するIII族窒化物半導体
単結晶６１の表面に第１、第２のIII族窒化物半導体単
結晶薄膜（以下単結晶薄膜と称する）６３、６５を順次
堆積して形成した対構造を１つ堆積して形成したもので
ある。図6の場合と異なり、露出するIII族窒化物半導体
単結晶６１の表面は絶縁膜或いは高融点金属からなる異
種材料部分６２を有する。第１の単結晶薄膜６３が結晶
欠陥密度緩衝薄膜として機能し、第２の単結晶薄膜６５
の結晶欠陥密度はIII族窒化物半導体単結晶６１の結晶
欠陥密度よりかなり低くなって結晶欠陥密度低減効果が
得られている。なお、第１のIII族窒化物半導体単結晶
薄膜６３は低温堆積されたのち昇温されるにつれIII族
窒化物半導体単結晶６１近傍より単結晶化し上方に単結
晶化が進行するとともに、異種材料部分６２の上方へも
単結晶化が進行して、ついには第１のIII族窒化物半導
体単結晶薄膜６３全体が単結晶化する。なお、異種材料
部分６２を形成する等の最終素子や回路構成上不可欠な
工程を経るため基板を現在使用中の成長装置外（炉外）
に取り出すときは、その取り出し回数と時間を極少に成
るようにする。
窒化物半導体露出基板上に露出するIII族窒化物半導体
単結晶６１の表面に第１、第２のIII族窒化物半導体単
結晶薄膜（以下単結晶薄膜と称する）６３、６５を順次
堆積して形成した対構造を１つ堆積して形成したもので
ある。図6の場合と異なり、露出するIII族窒化物半導体
単結晶６１の表面は絶縁膜或いは高融点金属からなる異
種材料部分６２を有する。第１の単結晶薄膜６３が結晶
欠陥密度緩衝薄膜として機能し、第２の単結晶薄膜６５
の結晶欠陥密度はIII族窒化物半導体単結晶６１の結晶
欠陥密度よりかなり低くなって結晶欠陥密度低減効果が
得られている。なお、第１のIII族窒化物半導体単結晶
薄膜６３は低温堆積されたのち昇温されるにつれIII族
窒化物半導体単結晶６１近傍より単結晶化し上方に単結
晶化が進行するとともに、異種材料部分６２の上方へも
単結晶化が進行して、ついには第１のIII族窒化物半導
体単結晶薄膜６３全体が単結晶化する。なお、異種材料
部分６２を形成する等の最終素子や回路構成上不可欠な
工程を経るため基板を現在使用中の成長装置外（炉外）
に取り出すときは、その取り出し回数と時間を極少に成
るようにする。
【００２６】また、図2、図３の実施例の第２低温堆積
緩衝薄膜３４や図6、図7の第１の単結晶薄膜６３等の低
温堆積緩衝薄膜の膜厚は、１原子薄膜即ち0.2nmから効
果が確認された。またこの膜厚が800nmを超えると低温
堆積緩衝薄膜自身の多結晶化が高進し、その影響がその
上部に成長する単結晶薄膜にもおよび、結晶欠陥密度の
改善は見られなかった。結晶欠陥低減効果を効率よくか
つ確実に得ようとすれば低温堆積緩衝薄膜の膜厚は２nm
から500nmがこのましい。また、堆積温度は室温から850
℃までが効果的であったが、おおむね２００℃から700
℃が効率的である。堆積時の温度が低いと非晶質半導体
の割合が多く（多結晶半導体の割合が少なく）不規則性
が大きく、堆積時の温度が低いと非晶質半導体の割合が
少なく（多結晶半導体の割合が多く）いずれも昇温して
単結晶化するのが困難となるためである。また、基板温
度を２００℃以上とするなど、高めにするときは成長装
置の温度振幅を小さく抑えることができる有利な点もあ
る。
緩衝薄膜３４や図6、図7の第１の単結晶薄膜６３等の低
温堆積緩衝薄膜の膜厚は、１原子薄膜即ち0.2nmから効
果が確認された。またこの膜厚が800nmを超えると低温
堆積緩衝薄膜自身の多結晶化が高進し、その影響がその
上部に成長する単結晶薄膜にもおよび、結晶欠陥密度の
改善は見られなかった。結晶欠陥低減効果を効率よくか
つ確実に得ようとすれば低温堆積緩衝薄膜の膜厚は２nm
から500nmがこのましい。また、堆積温度は室温から850
℃までが効果的であったが、おおむね２００℃から700
℃が効率的である。堆積時の温度が低いと非晶質半導体
の割合が多く（多結晶半導体の割合が少なく）不規則性
が大きく、堆積時の温度が低いと非晶質半導体の割合が
少なく（多結晶半導体の割合が多く）いずれも昇温して
単結晶化するのが困難となるためである。また、基板温
度を２００℃以上とするなど、高めにするときは成長装
置の温度振幅を小さく抑えることができる有利な点もあ
る。
【００２７】本発明における単位工程の繰り返しは前述
のように１回に限らない。回数を増やす毎に転位密度は
低減した。即ち、第２、第３の単位工程も結晶欠陥密度
の低減に有効であった。従って、所望の結晶欠陥密度に
応じて回数を必要最低限に選ぶことができる。また、前
記第２低温堆積緩衝薄膜を堆積するためのIII族窒化物
半導体単結晶薄膜の膜厚は一原子薄膜厚以上が必要で一
原子薄膜厚以上であればよい。
のように１回に限らない。回数を増やす毎に転位密度は
低減した。即ち、第２、第３の単位工程も結晶欠陥密度
の低減に有効であった。従って、所望の結晶欠陥密度に
応じて回数を必要最低限に選ぶことができる。また、前
記第２低温堆積緩衝薄膜を堆積するためのIII族窒化物
半導体単結晶薄膜の膜厚は一原子薄膜厚以上が必要で一
原子薄膜厚以上であればよい。
【００２８】更に、図３を参照して、第１低温堆積緩衝
薄膜３２を昇温して単結晶化したあと、第1単結晶GaN薄
膜３３を全く成長させずに降温してIII族窒化物半導体
の第２低温堆積緩衝薄膜３４を堆積し昇温単結晶化した
場合、単結晶化第２単結晶GaN薄膜３５の結晶品質は劣
悪であり実用に供せる結晶欠陥密度低減効果はえられな
かった。本発明では、第1単結晶GaN薄膜３３を成長させ
て高品質な基板を得ている。この性質は他のIII族窒化
物半導体材料の場合も同様であり、本発明では、堆積−
単結晶化薄膜と成長単結晶薄膜を交互に形成して結晶欠
陥低減効果を得ているわけである。単結晶と堆積・単結
晶化薄膜と単結晶成長薄膜にくみあわせにより有効な結
晶欠陥密度低減効果が得られている。
薄膜３２を昇温して単結晶化したあと、第1単結晶GaN薄
膜３３を全く成長させずに降温してIII族窒化物半導体
の第２低温堆積緩衝薄膜３４を堆積し昇温単結晶化した
場合、単結晶化第２単結晶GaN薄膜３５の結晶品質は劣
悪であり実用に供せる結晶欠陥密度低減効果はえられな
かった。本発明では、第1単結晶GaN薄膜３３を成長させ
て高品質な基板を得ている。この性質は他のIII族窒化
物半導体材料の場合も同様であり、本発明では、堆積−
単結晶化薄膜と成長単結晶薄膜を交互に形成して結晶欠
陥低減効果を得ているわけである。単結晶と堆積・単結
晶化薄膜と単結晶成長薄膜にくみあわせにより有効な結
晶欠陥密度低減効果が得られている。
【００２９】低温堆積緩衝薄膜の単結晶化は、基板加熱
ホルダーの昇温のみならず、炭酸ガスレーザー照射によ
る昇温、エキシマーレーザー照射あるいは電子線照射に
よっても、それらの組み合わせでもよく、本発明で言う
賦活にはそれらの何れの方法によるエネルギー賦与も包
含されると解されなければならない。
ホルダーの昇温のみならず、炭酸ガスレーザー照射によ
る昇温、エキシマーレーザー照射あるいは電子線照射に
よっても、それらの組み合わせでもよく、本発明で言う
賦活にはそれらの何れの方法によるエネルギー賦与も包
含されると解されなければならない。
【００３０】図8は本発明の一実施例の基板を用いて図1
に示すと同様な青紫レーザ８０を構成した場合のレーザ
の断面を示す。サファイア基板８１上に単結晶か化第1
低温堆積緩衝薄膜８２、第1成長単結晶薄膜８３、該第1
成長単結晶薄膜８３上に形成された絶縁膜あるいは高融
点金属ストリップ８４、第1成長単結晶薄膜８３と任意
選択的絶縁膜あるいは高融点金属ストリップ８４との上
に堆積され結晶化された第2低温堆積緩衝薄膜８５、第2
成長単結晶薄膜８６が順次形成され本発明の堆積異種基
板が与えられる。その堆積異種基板上に従来技術により
ｎ型ＧａＮ薄膜とその他の薄膜、電極等を形成して青紫
レーザ８０を製造している。なお、クラッド層が図１と
は異なり超格子構造ではないが超格子構造であってもよ
い。
に示すと同様な青紫レーザ８０を構成した場合のレーザ
の断面を示す。サファイア基板８１上に単結晶か化第1
低温堆積緩衝薄膜８２、第1成長単結晶薄膜８３、該第1
成長単結晶薄膜８３上に形成された絶縁膜あるいは高融
点金属ストリップ８４、第1成長単結晶薄膜８３と任意
選択的絶縁膜あるいは高融点金属ストリップ８４との上
に堆積され結晶化された第2低温堆積緩衝薄膜８５、第2
成長単結晶薄膜８６が順次形成され本発明の堆積異種基
板が与えられる。その堆積異種基板上に従来技術により
ｎ型ＧａＮ薄膜とその他の薄膜、電極等を形成して青紫
レーザ８０を製造している。なお、クラッド層が図１と
は異なり超格子構造ではないが超格子構造であってもよ
い。
【００３１】つぎに、本発明を実施した基板を使用して
更に種々の素子を組立てると、従来技術のみにより形成
した基板を用いた場合に比較しつぎのような効果が得ら
れる。 （イ） 本発明を実施してAlGaN/GaN変調ドープ電界効
果トランジスタを試作した結果、ゲート長0.25mmのFET
において遷移周波数fmaxが100GHz以上で増大した。 （ロ）本発明を実施してリッジ導波LDを試作し、連続発
振が実現し内部損失の大幅な減少を得た。 （ハ）本発明を実施してpn接合型PD（光検出ダイオー
ド）を試作したところ暗電流の減少と増幅度の向上を記
録した。 （ニ）本発明を実施してAlN/GaN半導体多薄膜反射膜を
形成すると、クラックフリーでしかも波長400nmにて高
い反射率を記録した。 （ホ）本発明を実施してAlN/GaNサブバンド間遷移デバ
イスを組立てると、ウェル幅の違いにより波長1.5mm〜2
0mmの第一励起準位と基底準位間の遷移を明瞭に観測し
た。従来は、クラックの発生を防止できなかった。
更に種々の素子を組立てると、従来技術のみにより形成
した基板を用いた場合に比較しつぎのような効果が得ら
れる。 （イ） 本発明を実施してAlGaN/GaN変調ドープ電界効
果トランジスタを試作した結果、ゲート長0.25mmのFET
において遷移周波数fmaxが100GHz以上で増大した。 （ロ）本発明を実施してリッジ導波LDを試作し、連続発
振が実現し内部損失の大幅な減少を得た。 （ハ）本発明を実施してpn接合型PD（光検出ダイオー
ド）を試作したところ暗電流の減少と増幅度の向上を記
録した。 （ニ）本発明を実施してAlN/GaN半導体多薄膜反射膜を
形成すると、クラックフリーでしかも波長400nmにて高
い反射率を記録した。 （ホ）本発明を実施してAlN/GaNサブバンド間遷移デバ
イスを組立てると、ウェル幅の違いにより波長1.5mm〜2
0mmの第一励起準位と基底準位間の遷移を明瞭に観測し
た。従来は、クラックの発生を防止できなかった。
【００３２】
【発明の効果】本発明の実施態様に応じて得られる可能
性のある効果の一端を次にかかげる。 ・結晶転位の大きさと密度の小さい基板により高性能素
子が形成される。 ・各種素子が容易に高性能で得られるので高性能基板で
しか形成できなかった素子を含めより多くの素子が集積
可能となり、システムの小型化が達成できる。 ・また各素子後との特別な微調整処理が不要で、処理コ
ストが低、イールドも高いから廉価かつ短時間で所望の
素子が得られる。 ・イールドが高ければ余分な処理や材料消費が無く省資
源効果が得られ、環境汚染の恐れも減る。 ・本発明の基板の製造は従来のように炉からそれらを出
し入れする必要はなくより高品質にしやすい。また、不
可欠な工程を経るため基板を現在使用中の成長装置外
（炉外）に取り出すとしても、その取り出し回数と時間
を極少にできる。 ・結晶転位密度を段階的に減少できるので、形成すべき
素子に応じてその段階を選べるので品質とコストの按配
をしやすい。 ・結晶欠陥密度の低減が容易となったのでより広い面積
で結晶欠陥が多い基板をつくりそれを低結晶欠陥密度化
できるので大面積基板をえることができる。
性のある効果の一端を次にかかげる。 ・結晶転位の大きさと密度の小さい基板により高性能素
子が形成される。 ・各種素子が容易に高性能で得られるので高性能基板で
しか形成できなかった素子を含めより多くの素子が集積
可能となり、システムの小型化が達成できる。 ・また各素子後との特別な微調整処理が不要で、処理コ
ストが低、イールドも高いから廉価かつ短時間で所望の
素子が得られる。 ・イールドが高ければ余分な処理や材料消費が無く省資
源効果が得られ、環境汚染の恐れも減る。 ・本発明の基板の製造は従来のように炉からそれらを出
し入れする必要はなくより高品質にしやすい。また、不
可欠な工程を経るため基板を現在使用中の成長装置外
（炉外）に取り出すとしても、その取り出し回数と時間
を極少にできる。 ・結晶転位密度を段階的に減少できるので、形成すべき
素子に応じてその段階を選べるので品質とコストの按配
をしやすい。 ・結晶欠陥密度の低減が容易となったのでより広い面積
で結晶欠陥が多い基板をつくりそれを低結晶欠陥密度化
できるので大面積基板をえることができる。
【図1】従来技術により形成した基板上に組立てられた
青紫レーザの概略断面図である。
青紫レーザの概略断面図である。
【図２】III族窒化物半導体単結晶薄膜を有する露出基
板を形成するための工程流図である。
板を形成するための工程流図である。
【図３】本発明を実施して形成される基板の要部の概略
断面図である。
断面図である。
【図４】従来の方法で製造された単結晶GaN薄膜のエッ
チピットの分布を表面微分干渉顕微鏡で観測した結果を
示す図である。
チピットの分布を表面微分干渉顕微鏡で観測した結果を
示す図である。
【図５】本発明の方法で製造された単結晶GaN薄膜のエ
ッチピットの分布を表面微分干渉顕微鏡で観測した結果
を示す図である。
ッチピットの分布を表面微分干渉顕微鏡で観測した結果
を示す図である。
【図６】本発明の特徴を表わす一般的な基板構造の要部
の概略断面図である。
の概略断面図である。
【図７】絶縁膜や高融点金属膜が存在する場合の本発明
の基板の要部を図６に関連して示す基板の概略断面図で
ある。
の基板の要部を図６に関連して示す基板の概略断面図で
ある。
【図８】本発明を実施して形成した基板上に組立てられ
た青紫レーザの概略断面図である。
た青紫レーザの概略断面図である。
３１ サファイア基板 ３２ 第１低温堆積緩衝薄膜 ３３ 第1単結晶GaN薄膜 ３４ 第２低温堆積緩衝薄膜 ３５ 第2単結晶GaN薄膜 ６１ III族窒化物半導体単結晶 ６２ 異種材料部分 ６３ III族窒化物半導体単結晶薄膜 ６５ III族窒化物半導体単結晶薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤▲崎▼ 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番 38− 805号
Claims (15)
- 【請求項１】一のIII族窒化物半導体露出基板上に、順
次形成される第１、第２のIII族窒化物半導体単結晶薄
膜（以下単結晶薄膜と称する）からなる対構造を１つあ
るいは複数備える基板であって、第１の単結晶薄膜が結
晶欠陥密度緩衝薄膜として機能し、第２の単結晶薄膜の
結晶欠陥密度が前記一のIII族窒化物半導体露出基板表
面に露出するIII族窒化物半導体単結晶の結晶欠陥密度
よりかなり低いことを特徴とする半導体基板。 - 【請求項２】前記第１の単結晶薄膜の厚さが０．２ｎｍ
以上で８００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１
に記載の半導体基板。 - 【請求項３】前記第１の単結晶薄膜の厚さが２ｎｍ以上
で５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記
載の半導体基板。 - 【請求項４】前記一のIII族窒化物半導体半導体基板は
異種基板に前記対構造を１つ堆積したものであることを
特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の半導体基板。 - 【請求項５】前記異種基板の表面を構成する材料が、サ
ファイア、6H-SiC、4H-SiC、3C-SiC、スピネル、Siおよ
びLiGaO2からなる群より選ばれた一の材料よりなること
を特徴とする請求項４に記載の半導体基板。 - 【請求項６】前記異種基板がサファイア単結晶で、その
表面の面方位が｛０００１｝、｛１０−１２｝、｛１１
−２０｝あるいは｛１０−１０｝のいずれかである請求
項第５に記載の半導体基板。 - 【請求項７】請求項１の半導体基板を形成するための前
駆体であって前記第１の単結晶薄膜がその表面の少なく
とも一部分を形成する前駆半導体基板。 - 【請求項８】（イ）第１のIII族窒化物半導体の単結晶
が表面の少なくとも一部分で露出する露出基板を用意す
る工程と、（ロ）第２のIII族窒化物半導体の単結晶の
成長温度よりも低い温度で該第２のIII族窒化物半導体
からなる低温堆積緩衝薄膜を前記露出基板上に所定の厚
さに堆積する工程と、（ハ）前記低温堆積緩衝薄膜にエ
ネルギーを賦与して賦活単結晶化させる工程と、（ニ）
前記単結晶化した低温堆積緩衝薄膜に第3のIII族窒化物
半導体の単結晶膜を成長させる工程と、を含む半導体基
板の形成方法。 - 【請求項９】前記（ロ）〜（ハ）の工程を前記III族窒
化物半導体と同一のIII族窒化物半導体あるいは前記III
族窒化物半導体とは異なるIII族窒化物半導体について
所望の回数繰り返すことを特徴とする請求項８に記載の
半導体基板の形成方法。 - 【請求項１０】前記露出基板のIII族窒化物半導体単結
晶は少なくとも１原子薄膜厚以上の薄膜であることを特
徴とする請求項８あるいは請求項９に記載の半導体基板
の形成方法。 - 【請求項１１】前記露出基板は異種基板の表面の少なく
とも一部分にIII族窒化物半導体単結晶が形成されたも
のである請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の半導
体基板の形成方法。 - 【請求項１２】前記第２のIII族窒化物半導体の単結晶
の成長温度よりも低い温度が常温から８５０℃の間の温
度であることを特徴とする請求項８〜請求項１１の何れ
かに記載の半導体基板の形成方法。 - 【請求項１３】前記第２のIII族窒化物半導体の単結晶
の成長温度よりも低い温度が２００℃から７００℃の間
の温度であることを特徴とする請求項１２に記載の半導
体基板の形成方法。 - 【請求項１４】前記低温堆積緩衝薄膜の膜厚が、0.2nm
〜800nmの範囲内であることを特徴とする請求項８〜請
求項１３の何れかに記載の半導体基板の形成方法。 - 【請求項１５】前記（ロ）〜（ニ）の工程を同一成長炉
内で行うことを特徴とする請求項８あるいは請求項９に
記載の半導体基板の形成方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30621597A JP4783483B2 (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 半導体基板および半導体基板の形成方法 |
| EP98956453A EP1029368A1 (en) | 1997-11-07 | 1998-11-02 | Semiconductor substrate and method for making the same |
| PCT/US1998/023277 WO1999025030A1 (en) | 1997-11-07 | 1998-11-02 | Semiconductor substrate and method for making the same |
| CN98812986.8A CN1285955A (zh) | 1997-11-07 | 1998-11-02 | 半导体衬底及其制造方法 |
| KR1020007004889A KR20010031819A (ko) | 1997-11-07 | 1998-11-02 | 반도체 기판 및 그 제조 방법 |
| US09/562,978 US6537513B1 (en) | 1997-11-07 | 2000-04-27 | Semiconductor substrate and method for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30621597A JP4783483B2 (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 半導体基板および半導体基板の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11162847A true JPH11162847A (ja) | 1999-06-18 |
| JP4783483B2 JP4783483B2 (ja) | 2011-09-28 |
Family
ID=17954383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30621597A Expired - Lifetime JP4783483B2 (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 半導体基板および半導体基板の形成方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6537513B1 (ja) |
| EP (1) | EP1029368A1 (ja) |
| JP (1) | JP4783483B2 (ja) |
| KR (1) | KR20010031819A (ja) |
| CN (1) | CN1285955A (ja) |
| WO (1) | WO1999025030A1 (ja) |
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| US7372077B2 (en) | 2003-02-07 | 2008-05-13 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
| JP2013080942A (ja) * | 2006-12-22 | 2013-05-02 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 歪みを減少させるためのテンプレート上に成長させたｉｉｉ族窒化物光放出デバイス |
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| US6784074B2 (en) | 2001-05-09 | 2004-08-31 | Nsc-Nanosemiconductor Gmbh | Defect-free semiconductor templates for epitaxial growth and method of making same |
| JP2002343717A (ja) * | 2001-05-18 | 2002-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶の製造方法 |
| GB2407701A (en) * | 2003-10-28 | 2005-05-04 | Sharp Kk | Manufacture of a semiconductor light-emitting device |
| EP1766667A4 (en) * | 2004-05-19 | 2011-06-01 | Epivalley Co Ltd | METHOD FOR DRAWING GAN-BASED NITRIDE LAYER MATERIAL |
| EP1782457A2 (en) * | 2004-08-31 | 2007-05-09 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Growth of nitride semiconductor crystals |
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