WO2002023604A1 - Materiau de base semi-conducteur et procede de fabrication dudit materiau - Google Patents

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WO2002023604A1
WO2002023604A1 PCT/JP2001/008035 JP0108035W WO0223604A1 WO 2002023604 A1 WO2002023604 A1 WO 2002023604A1 JP 0108035 W JP0108035 W JP 0108035W WO 0223604 A1 WO0223604 A1 WO 0223604A1
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crystal
growth
semiconductor
plane
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PCT/JP2001/008035
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Hiroaki Okagawa
Kazuyuki Tadatomo
Yoichiro Ouchi
Takashi Tsunekawa
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Mitsubishi Cable Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly to a structure and a method useful when a semiconductor material in which dislocation defects easily occur is used.
  • GaN-based materials use substrates that do not lattice-match, such as sapphire, SiC, spinel, and recently Si because there is no lattice-matching substrate.
  • substrates that do not lattice-match, such as sapphire, SiC, spinel, and recently Si because there is no lattice-matching substrate.
  • a N was prepared due to not lattice-matched and 1 0 1 0 / cm 2 things dislocations exist.
  • high-luminance light-emitting diodes and semiconductor lasers have been realized, but it is desired to reduce the dislocation density in order to improve the characteristics.
  • the semiconductor material containing A 1 for example, the A 1 G a N when grown on S i 0 2 mask layer with the substrate, is also grown on the mask layer, that selective growth itself does not effectively perform There were also problems.
  • a substrate provided with a buffer layer and a GaN layer on a SiC base substrate is subjected to stripe groove processing up to the SiC layer to form convex portions.
  • a method has been proposed to form and grow crystals from the GaN layer located above this part (MRS 1998 Fall Meeting Proceedings G3.38). According to this method S io also can 2 be selectively growing without mask layer, it is possible to solve the various problems caused by the use of S io 2 mask described above.
  • a sapphire substrate can be used as a base substrate, and a method thereof is also disclosed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-16959).
  • the above method requires the steps of growing a GaN-based material as a buffer layer material on a sapphire base substrate, removing it from the growth furnace, performing groove processing, and then growing the crystal again.
  • the manufacturing process became complicated, and there were problems that the number of working steps increased and the cost increased.
  • a method of suppressing the propagation of dislocations by providing an uneven groove in a substrate and growing a gallium nitride-based semiconductor so as to form a cavity in the concave portion (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-106465) Gazette).
  • a low dislocation density region can be formed by a single growth.
  • a cavity must be formed, when a light-emitting element or the like is manufactured, heat generated in the light-emitting part is transferred to the substrate. This is disadvantageous in escaping to the side, and there is a problem of promoting thermal deterioration of laser diodes and the like.
  • the propagation of dislocations is not actively controlled, there has been a problem that dislocations propagate in the upper portions of the protrusions and the reduction in dislocation density is insufficient. Disclosure of the invention
  • the semiconductor substrate of the present invention is a semiconductor substrate comprising a substrate and a semiconductor crystal grown on the substrate by vapor phase, wherein the crystal growth surface of the substrate has a concave surface, and the semiconductor crystal has a concave portion. And / or grown while forming a facet structure from the projections.
  • the semiconductor crystal is InGaA1N.
  • the convex portion of the crystal growth surface of the substrate is a vertical portion having a parallel stripe shape.
  • the semiconductor crystal is InGaA1 ⁇
  • the longitudinal direction of the stripe is the (1-100) plane or the (111-200) plane of the InGaA1N crystal. More preferably, the stripes are parallel to the plane.
  • the longitudinal direction of the stripe is parallel to the (111) or (111) plane of the InGaA1N crystal. It is desirable that the accuracy be within 1 °. Further, the sum A + B of the width A of the convex portion and the width B of the concave portion adjacent to the convex portion is within 20 / m, and the depth H of the concave portion is set to the longer width of A or B.
  • a preferred stripe structure is 20% or more.
  • the angle formed by the rising slope of the projection formed on the substrate and the substrate plane is 60 ° or more.
  • a curved portion may be provided on the bottom surface of the concave portion.
  • the crystal growth surface of the substrate is an uneven surface
  • the concave surface of the uneven surface is subjected to a process that cannot substantially grow a crystal from the surface, and the semiconductor crystal has a facet structure from the convex portion. You may make it grow while forming.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a crystal growth state of a semiconductor substrate according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a crystal growth state of a semiconductor substrate according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a crystal growth state of a semiconductor substrate according to the present invention.
  • Fig. 4 is a cross-sectional photograph showing the case where facets are completely formed.
  • Figure 5 is a cross-sectional photograph showing the case where imperfect facets are formed.
  • Figure 6 is a cross-sectional photograph showing the dislocation line (the black line in the photo) bent as the facet grows.
  • 1 indicates a substrate
  • 11 indicates a convex portion
  • 12 indicates a concave portion
  • 13 indicates a hollow portion
  • 2 indicates a semiconductor layer.
  • the present invention is characterized in that an uneven surface is provided on a substrate in which even a buffer layer or the like is not formed, so that a ground surface on which a facet surface can be formed is provided in advance from the beginning of crystal growth. . That is, by providing the substrate with an uneven surface, when performing the vapor phase growth, the concave surface and / or the convex surface defined by the mutual step are prepared as a unit reference surface where the facet structure growth is generated. Is what you do.
  • both the concave surface and the convex surface are prepared as surfaces on which the facet structure can be grown, crystal growth occurs on the entire substrate surface at the initial stage of the growth, and the growth with the facet surface in each of the convex and concave portions. Become.
  • the concave surface or the convex surface is a surface on which crystal growth is not practically possible because the width is extremely small, or crystal growth itself is possible, but the surface is processed. If the crystal growth cannot be substantially performed, the facet structure grows from either the convex portion or the concave portion. Furthermore, facet structure growth may occur from either the protrusions or recesses, but non-facet structure growth may occur from the other surface. As a result, dislocation lines extending in the C-axis direction from the substrate are bent laterally at the facet plane, and do not propagate upward. As the growth continues, the growth surface eventually becomes flat, and the vicinity of the surface becomes a low dislocation density region because dislocations do not propagate from the substrate. That is, the formation of the low dislocation density region can be achieved without using a mask layer as in the related art and without the need for an underlayer. In particular, since there is no need to form a cavity, the problem of heat dissipation can be avoided.
  • FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views for explaining a crystal growth state of a semiconductor substrate according to the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a substrate
  • 2 denotes a semiconductor crystal grown on the substrate 1 by vapor phase.
  • a convex portion 11 and a concave portion 12 are formed on a crystal growth surface of the substrate 1, and are a bare ground on which a facet surface can be formed from the convex portion 11 and / or the concave portion 12.
  • the above-mentioned substrate 1 is a substrate serving as a base for growing various semiconductor crystal layers, in which a buffer layer or the like for lattice matching has not been formed yet.
  • substrates include sapphire (C-plane, A-plane, R-plane), SiC (6H, 4H, 3C), GAN, A1N, Si, spinel, Zn0, GaAs, NGOs, etc. can be used, but other materials may be used if they correspond to the purpose of the invention.
  • the plane orientation of the substrate is not particularly limited, and may be a just substrate or a substrate having an off angle. Further, a substrate in which several / im of a GaN-based semiconductor are epitaxially grown on a sapphire substrate or the like may be used.
  • a variety of semiconductor materials can be used for the semiconductor layer grown on the substrate 1, and A 1 X G a! _ X _ StrukturIn y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) At x, G was varied composition ratio of y a n, a l 0. 2 G a 0. 8 n, I n 0. 4 G a 0. such as 6 n can be exemplified.
  • the general growth of GaN involves growing a high-temperature GaN film on a sapphire C-plane substrate via a low-temperature buffer layer by MOVPPE or the like.
  • MOVPPE metal-organic vapor phase epitaxy
  • the buffer layer becomes a nucleus, and the nuclei coalesce while growing laterally, and eventually become flat.
  • the growth proceeds so that a stable C-plane appears, so that the sapphire substrate is planarized. This is because the lateral growth rate is faster than the stable c-plane growth rate.
  • oblique facets such as ⁇ 1-101 ⁇ may be formed.
  • the above lateral growth is suppressed by performing unevenness processing on the growth of the substrate.
  • Examples of the mode of forming such a concavo-convex surface include an island-shaped interspersed convex portion, a stripe-shaped convex portion, a lattice-shaped convex portion, and a convex portion in which a line forming these is a curve. Can be exemplified.
  • convex portions those in which a stripe-shaped convex stripe is provided are preferable in that the production process can be simplified and a regular pattern can be easily produced.
  • the longitudinal direction of the stripe may be arbitrary.
  • the material to be grown on the substrate is G a N and the direction of the G a N based material is in the ⁇ 11 ⁇ 20> direction, lateral growth is suppressed, Oblique facets such as ⁇ 1—101 ⁇ planes are easily formed.
  • dislocations propagating in the C-axis direction from the substrate side are bent laterally on the facet surface, and are difficult to propagate upward, which is particularly preferable in that a low dislocation density region can be formed.
  • the direction of the stripe formed on the substrate be the ⁇ 111> or ⁇ 110> direction of the InGaA1N crystal.
  • the facets do not exactly coincide with the above directions due to a growth phenomenon in which adjacent facets are united and flattened. Therefore, although there may be a slight directional error, the direction of the stripes should be as close as possible to the direction of 1 ⁇ 10 0> or the direction of 1 1 1 2 0> of the In n A A A 1 N crystal.
  • the accuracy be kept within 1 °, particularly preferably within 0.2 °.
  • FIG. 1 illustrates a case where a substrate 1 having the same width B of the concave portion 11 and the same width A of the convex portion 12 is used as shown in FIG.
  • growth proceeds while forming a facet surface in both the convex portion 11 and the concave portion 12 to form crystal units 20 and 21, respectively.
  • the side wall and the valley portion of the facet surface are formed in the concave portion 12.
  • the valleys are filled.
  • the crystal unit 21 on the convex portion 11 and the crystal unit 21 on the concave portion will grow, and the film will be connected soon, and the substrate 1 will be formed as shown in Fig. 1 (c). Will cover the uneven surface.
  • a low dislocation region is formed in the upper portion where the facet surface is formed, and the quality of the formed film can be improved.
  • FIG. 2 illustrates a case where the substrate 1 is used, in which the width A of the convex portion 11 is narrower than the width B of the concave portion, as shown in FIG.
  • the growth proceeds while forming the facet surface in the portion 11, but crystal growth also occurs in the concave portion 12 (b).
  • the films grown from the convex portions 11 and the concave portions 12 will be connected, and will eventually cover the uneven surface as shown in FIG. 2 (c).
  • the facet surface is hardly formed in the concave portion 11 due to its shape, and the effect of bending dislocations in the lateral direction is obtained. Fades. Therefore, although the effect of reducing the dislocation density is small compared to the example of FIG. 1, the quality of the formed film can be improved.
  • the area forming the facet surface can vary in various ways depending on the combination of the width B of the concave portion and the width A of the convex portion, but the propagation of dislocations can be bent by forming the facet surface. The dislocation density can be reduced.
  • this facet plane may be of such a size as to be able to bend the propagation of dislocations.
  • the crystal unit 20 grown from one facet structure growth base plane has: This is a mountain-like configuration where both facets completely intersect at the top without having a flat part on the top (Fig. 4 shows the case where the facet is completely formed, and Fig. 5 shows the case where the facet is incomplete).
  • Each is a cross-sectional photograph shown).
  • Such a facet surface as shown in FIG. 1 (FIG. 4) is preferable because almost all dislocation lines inherited from the base surface can be bent, and the dislocation density immediately above the dislocation line can be further reduced.
  • Figure 6 is a cross-sectional photograph showing such a state, in which the dislocation lines (black lines in the photograph) are clearly observed to bend as the facets grow.
  • the facet surface formation region can be controlled by changing not only the combination of the widths but also the depth h of the concave portion (height of the convex portion).
  • the width of the concavity 12 and the concavity 11 and the depth h of the concavity are considered to be applied to the light emitting element.
  • the sum A + B of the width A of the convex portion with the irregularities and the width B of the concave portion adjacent thereto is within 20 ⁇ , and the depth h of the concave portion is the longer one of A and B. It is preferable to set the width to 20% or more.
  • the angle of the facet plane to the substrate plane is about 60 °. Therefore, the height at which the facets are completely formed in this case is 3/2 (ie, (square root of 3) ⁇ 2) with respect to the width of the bottom surface. Assuming that this bottom surface corresponds to the width ⁇ ⁇ of the concave portion or the width ⁇ of the convex portion forming the facet, a height of A or B B ⁇ ⁇ 3 ⁇ 2 is required. If ⁇ or ⁇ exceeds 20 ⁇ , the required height will be about 17 m, which tends to cause problems such as warpage due to the thickening of the substrate and prolonged growth time. As a result of the study by the present inventors, when A + B ⁇ 20 / zm, it is possible to reduce the occurrence of warpage and achieve growth that does not require a long time. Was.
  • the angle formed by the rising slope of the convex portion 11 formed in the substrate and the plane of the substrate is preferably 60 ° or more, and particularly preferably as close to a right angle as possible.
  • the angle was smaller than 60 °, the growth started from the slope of the convex part, and there was a problem that the flattening after the progress of facet growth could not be performed well.
  • the slope angle exceeds 90 °.
  • a curved surface may be provided on the bottom surface of the concave portion 12 obtained by processing the substrate into a convex shape.
  • a curved surface between the rising base of one projection 11 and the rising base of the adjacent projection 11 is a gentle concave surface in cross section.
  • FIG. 3 shows another embodiment of the present invention.
  • the formation of the irregularities is the same as that shown in FIG. 1, but as shown in FIG. 3 (a), in this embodiment, the crystal can be substantially grown from the surface of the concave portion 12 of the substrate 1.
  • No mask layer 3 is provided. In this case, growth occurs while forming a facet plane only from the projections 11 to form a crystal unit 20 (see FIG. 3 (b)).
  • the resulting crystal units 20 are connected and eventually cover the uneven surface as shown in FIG. 3 (c). Even in such a mode, the propagation of dislocations can be bent by forming the facet surface, and the dislocation density can be reduced.
  • a SiO 2 mask or the like can be used as the mask layer 3.
  • the concave portion or the ⁇ portion causes substantial crystal growth itself.
  • a plurality of semiconductor layers may be formed in a multiplex manner. With such a configuration, it is possible to gradually reduce the number of dislocations that propagate each time a layer is stacked.
  • Formation of the convex portion for example, a method of patterning in accordance with the convex shape using conventional photolithography technique, crystal growth of the semiconductor layers c on the substrate can be manufactured by performing etching using RIE techniques, etc.
  • HVPE, MO VPE, MBE method etc. are good.
  • the HVPE method is preferable, but when forming a thin film, the MO VPE method or the MBE method is preferable.
  • the facet formation can be controlled by the growth conditions (gas type, growth pressure, growth temperature, etc.) during crystal growth. Under reduced pressure growth, facets are more likely to appear on the 1_101> plane when the partial pressure of NH 3 is low. Under normal pressure growth, facets are more likely to appear than under reduced pressure.
  • the facet shape can be controlled by the growth condition.
  • the facet shape may be properly used depending on the purpose.
  • the growth conditions may be changed so as to promote lateral growth for flattening GaN. In order to do this, it is sufficient to select a growth condition in which the facet plane, which is the reverse of the above, does not easily appear.
  • Patterning of photoresist on C-plane sapphire substrate (width: 2 jum, period: 4 ⁇ , stripe orientation: stripe extension direction is 1-100> direction of the sapphire substrate), and etched into a rectangular cross section to a depth of 2 ⁇ m by RIE (Reactive Ion Etching) equipment.
  • the aspect ratio at this time was 1.
  • the substrate was mounted on a MOVPE apparatus. Thereafter, the temperature was raised to 110 in a hydrogen atmosphere, and thermal etching was performed.
  • TMG trimethylgallium
  • ammonia was flown as an N raw material to grow a layer of GaN low temperature buffer.
  • the temperature was raised to 1000 ° C, and TMG / ammonia was flowed as a raw material and silane was flowed as a dopant to grow an n-type GaN layer.
  • the growth time at that time was set to a time corresponding to 2 / zm in the GaN growth without the usual unevenness.
  • the growth was performed for a time equivalent to 6 ⁇ m in the GaN growth in the case where the normal unevenness was not applied. As a result, a flat GaN film covering the uneven portions was obtained.
  • the carrier concentration of the obtained film was measured by Ha11 measurement.
  • the X-ray rocking curve half width measurement was also performed.
  • the carrier concentration was usually about the same as GaN growth.
  • the FWHM of XRC is the smallest, 107 sec, and it can be said that it is a high-quality film overall.
  • Example 1 was the same as Example 1 except that the shape of the uneven portion was changed as follows.
  • An n-type A 1 GaN cladding layer, an In GaN emission layer, a p-type A 1 GaN cladding layer, and a p-type GaN contact layer are sequentially formed on the film obtained in Example 1. Then, an ultraviolet LED wafer having an emission wavelength of 370 nm was manufactured.
  • Example 1 was the same as Example 1 except that trimethyl aluminum (TMA) was added during the growth of the semiconductor layer. As a result, a flat film could be grown so that the film of Al GaN (Al composition 0.2) covered the uneven portion. When pits were formed by etching, there were few pits corresponding to dislocations above the convex portions. As a result, it was confirmed that high quality (low dislocation density) of the AlGaN film, which could not be achieved by the conventional ELO technology, was achieved by the present invention.
  • TMA trimethyl aluminum
  • the GaN crystal prepared in Example 1 was used as a first crystal, and a second crystal was grown thereon.
  • a photoresist is patterned on the first GaN crystal (width: 2 ⁇ , period: 4 ⁇ m, stripe orientation: ⁇ 11-20> of the GaN substrate), and a 2 ⁇ m deep RIE device is used. It was etched into a square cross section. At this time, the patterning was performed such that the ⁇ portion of the first crystal was located on the convex portion of the substrate. After removing the photoresist, ⁇ The substrate was mounted on the OVPE equipment. Thereafter, the temperature was raised to 1,000 in a mixed atmosphere of nitrogen, hydrogen and ammonia.
  • the semiconductor substrate and the method of manufacturing the same according to the present invention as described above, by performing concave and convex processing on the substrate, a base surface capable of forming a facet surface from the beginning of crystal growth without using a mask layer can be obtained. I can do it. Therefore, the problem caused by forming the mask layer is the problem of the generation of new defects in the merged portion of the lateral growth due to the minute tilting of the axis: the problem of autodoping, and the problem that the semiconductor material containing A1 cannot be selectively grown. Can be eliminated.
  • the semiconductor crystal layer such as the light emitting portion can be continuously grown from the growth of the buffer layer in one growth after providing the uneven surface on the substrate, so that there is an advantage that the manufacturing process can be simplified.
  • the invention since there is no need to form a cavity, the invention has the advantage of avoiding the problem of heat dissipation, and is a very valuable invention in terms of improving characteristics and reducing costs.

Description

半導体基材ぉよびその作製方法
技術分野
本発明は、 半導体基材及ぴその作製方法に関し、 特に転位欠陥が生じ易い半導 体材料を用いる場合に有用な構造及び方法に関するものである。
背景技術
G a N系材料を結晶成長する場合、 G a N系材料は格子整合する基板がないた めにサファイア、 S i C、 スピネル、 最近では S iなどの格子整合しない基板を 用いている。 しかしながら、 格子整合しないことに起因し作製した G a Nの膜中 には 1 0 1 0個/ c m 2もの転位が存在している。 近年高輝度の発光ダイォード、 半導体レーザーなどが実現されているが、 特性向上を図るためには転位密度の低 減が望まれている。
この転位密度低減を図る方法としては、 例えば G a N系半導体結晶等を、 パッ ファ層及び G a N基板上に気相成長するにあたり、 前記基板上に部分的なマスク を設けて選択成長する事でラテラル方向の結晶成長を行わせ、 転位密度を低減し た高品質な結晶を得る方法が提案されている （例えば特開平 1 0—3 1 2 9 7 1 号公報） 。
しかしながら上記の方法によれば、 マスク層上にラテラル方向成長された部分 において、 ラテラル成長方向に C軸が微小量ながら傾斜するといった問題が生じ、 これにより結晶品質が低下するという新たな問題が有ることが判明した (MRS1998 Fall, Meeting 予稿集 G3 · 1) 。 これは、 X線ロッキングカープ測定 ( X R C ) の入射方位依存性を測定 ( φスキャン) することでも確認できる。 即 ち、 ラテラル成長方向からの入射： X線による X線口ッキングカーブの半値全幅 ( FWHM) は、 マスク層のストライプ方向からの X線による FWHM値より大 きくなつており、 C軸の微小傾斜 （チルティング） に方位依存性がある事を示し ている。 この事は、 マスク上のラテラル成長の合体部分に新たな欠陥を多数誘起 する可能性を示唆している。 また、 マスク層材料として汎用されているものは S i 0 2などであるが、 その 上に結晶成長層が積重されると S i成分がこの結晶成長層中に移行するという、 いわゆるォートドーピング汚染の問題があることも判明した。
さらに、 A 1を含む半導体材料、 例えば A 1 G a Nを S i 0 2マスク層付き基板 上に成長させた場合、 マスク層上にも結晶成長し、 選択成長自体が効果的に行え ないという問題もあった。
このような問題を解消する試みとして、 S i Cのベース基板上にバッファ層及 ぴ G a N層を設けた基板に対して、 S i C層にまで至るストライプ溝加工を施し て凸部を形成し、 この ώ部の上方部に位置することになる G a N層から結晶成長 させる方法が提案されている （MRS 1998 Fall Meeting予稿集 G3. 38) 。 この方 法によれば S i o 2マスク層無しで選択成長させる事も出来、 上述の S i o 2マ スクを用いることに起因する各種の問題を解消することが可能となる。
上記方法は、 ベース基板としてサファイア基板を使用する事ができその方法も 開示されている （例えば、 特開平 1 1— 1 9 1 6 5 9号公報） 。 しかしながら上 記方法では、 サファイアベース基板上にバッファ層材料ならぴに G a N系材料を 結晶成長させ、 一旦成長炉から取り出して溝加工を施し、 その後再び結晶成長を 行うというステップが必要となることから、 製造プロセスが複雑化するという新 たな不都合が発生し、 作業工程が多くなりコストがかかるなどの問題を有してい た。
また、 基板に凹凸状の溝を設け、 凹部に空洞を作るように窒化ガリウム系半導 体を成長することにより転位の伝播を抑制する方法 （特開 2 0 0 0 - 1 0 6 4 5 5号公報） が開示されている。 この方法を用いると一回の成長で低転位密度領域 を形成する事が可能であるが、 空洞部を作製しなければならないため、 発光素子 などを作製した場合、 発光部で生じた熱を基板側に逃がす上で不利であり、 レー ザ一ダイオードなどの熱劣化を助長する問題があった。 また、 転位の伝播を積極 的に制御していないので凸部上部には転位が伝播し転位密度低減が不充分となる 問題があった。 発明の開示
従って本発明は上記問題に鑑み、 マスク層を用いる事に起因する種々の問題を 回避し、 かつ製造工程の簡略化を図ることを目的としている。 また従来困難であ つた A 1 G a Nの選択成長ができない問題を解決する事を目的としている。 更に 空洞部を形成することに起因する熱の問題を回避する事を目的としている。
本発明の半導体基材は、 基板と該基板上に気相成長された半導体結晶とからな る半導体基材であって、 前記基板の結晶成長面が凹 ώ面とされ、 前記半導体結晶 は凹部及び/または凸部からファセット構造を形成しながら成長されたものであ ることを特徴とするものである。
また、 上記半導体結晶が I n G a A 1 Nである場合には特に有効であるもので ある。
上記基板の結晶成長面の凸部を、 平行なストライプ形状からなる ώ部とするこ とが好ましい。 さらに、 上記半導体結晶が I n G a A 1 Νであって、 かつストラ イブの長手方向が該 I n G a A 1 N結晶の （1— 1 0 0 ) 面もしくは （1 1一 2 0 ) 面と平行であるストライプとすることがより好ましい。
上記基板に凹凸加工したストライプ構造において、 ストライプの長手方向が上 記 I n G a A 1 N結晶の （1一 1 0 0 ) 面もしくは （1 1— 2 0 ) 面と平行であ り、 その精度が 1 ° 以内であることが望ましい。 また、 凸部の幅 Aと、 これに隣 接する凹部の幅 Bとの合計 A + Bが 2 0 / m以内とされ、 前記凹部の深さ Hを A， Bのいずれか長い方の幅の 2 0 %以上とすることも好ましいストライプ構造であ る。
さらに、 上記基板に凹凸加工した凸部の立上り斜面と基板平面とが成す角度を 6 0 ° 以上とすることが望ましい。 また、 凹部の底面に、 曲面部を具備させるよ うにしても良い。
さらに上記半導体基材において、 前記基板の結晶成長面が凹凸面とされ、 凹凸 面の凹面に、 その表面からは実質的に結晶成長し得ない加工を施し、 半導体結晶 を凸部からファセット構造を形成しながら成長するようにしても良い。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係わる半導体基材の結晶成長状態を説明するための断面図で ある。
図 2は、 本発明に係わる半導体基材の結晶成長状態を説明するための断面図で ある。
図 3は、 本発明に係わる半導体基材の結晶成長状態を説明するための断面図で ある。
図 4は、 完全にファセットが形成された場合を示す断面写真である。
図 5は、 不完全なファセットが形成された場合を示す断面写真である。
図 6は、 転位線 （写真中の黒線） がファセット成長に伴って折曲されている状 態を示す断面写真である。
各図において、 1は基板、 1 1は、 凸部、 1 2は凹部、 1 3は空洞部、 2は半 導体層をそれぞれ表している。
発明の詳細な説明
本発明は、 バッファ層等すら形成していない状態の基板に対して凹凸面を設け ることで、 結晶成長当初からファセット面を形成可能な素地面を予め提供してお く点に特徴を有する。 即ち、 基板に凹凸面を具備させることで、 気相成長を行う に際し、 相互の段差にて区画された凹面と凸面のそれぞれ又はいずれかを、 ファ セット構造成長が生成される単位基準面として準備するものである。 ここで、 凹 面と凸面の双方がファセット構造成長可能な面として準備された場合は、 成長初 期には基板表面全体で結晶成長が起こり、 凸部及び凹部それぞれでファセット面 を具備した成長となる。 一方、 凹面と凸面のいずれかが極めて微小幅である等の 理由で実質的に結晶成長不可能な面である場合、 或は、 結晶成長自体は可能であ るがその表面に加工が施されて実質的に結晶成長し得ない場合は、 凸部又は凹部 のいずれかからファセット構造成長が起こることになる。 さらに、 凸部又は凹部 のいずれかからファセット構造成長が起こるが、 他方の面からは非ファセット構 造成長がおこるという場合もある。 この結果基板から C軸方向に伸びる転位線がファセット面で横方向に曲げられ、 上方に伝播しなくなる。 その後成長を続ける事でやがて成長面は平坦化され、 そ の表面近傍は基板からの転位の伝播がない為に低転位密度領域となる。 すなわち 低転位密度領域の形成が、 従来のようにマスク層を用いることなしに、 かつ、 下 地層が不要で達成されることになる。 また特には空洞部を形成する必要が無い為、 熱放散の問題が回避できるようになるものである。
以下図面に基いて、 本発明の実施態様につき詳細に説明する。
図 1 ( a ) 乃至 （c ) は本発明に係る半導体基材の結晶成長状態を説明するた めの断面図である。 図において、 1は基板であり、 2は該基板 1上に気相成長さ れた半導体結晶をそれぞれ示している。 基板 1の結晶成長面には凸部 1 1及ぴ凹 部 1 2が形成されており、 前記凸部 1 1及び/または凹部 1 2からファセット面 を形成し得る素地面とされている。
上記した基板 1とは、 各種の半導体結晶層を成長させるためのベースとなる基 板であって、 格子整合のためのバッファ層等も未だ形成されていない状態のもの を言う。 このような基板としては、 サファイア （C面、 A面、 R面） 、 S i C ( 6 H、 4 H、 3 C ) 、 G a N、 A 1 N、 S i、 スピネル、 Z n 0， G a A s， N G Oなどを用いることができるが、 発明の目的に対応するならばこのほかの材 料を用いてもよい。 なお、 基板の面方位は特に限定されなく、 更にジャスト基板 でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。 また、 サファイア基板などに 数/ i mの G a N系半導体をェピタキシャル成長してある基板を用いても良い。 基板 1上に成長される半導体層としては種々の半導体材料を用いることができ、 A 1 X G a ! _ x _„ I n y N ( 0≤ x≤ 1 , 0≤ y≤ 1 , 0≤ x + y≤ 1 ) では x、 yの組成比を変化させた G a N、 A l 0. 2 G a 0. 8 N、 I n 0. 4 G a 0. 6 Nなど が例示できる。
中でも、 A 1 G a N等の A 1を含有する半導体材料の場合、 従来のマスク方式 では S i 0 2マスク層上に成長するという問題があつたが、 本発明によるとマス クレス化によりかかる問題が解消されるため、 従来できなかった A 1 G a N低転 位密度化が可能となり低転位で高品質な膜の成長が基板直上から可能となる。 こ のため紫外線発光素子等で問題となる G a N層による光吸収がなくなり応用上特 に好適である。
基板 1の結晶成長面に囬凸形状部 1 1、 1 2を形成することにより、 ファセッ ト面を形成し得る素地面とされている状態について説明する。
G a Nの一般的な成長は M O V P E法などによりサファイア C面基板に低温パ ッファー層を介し、 高温 G a N膜を成長するものである。 低温バッファ一層上に 高温 G a Nを成長するとバッファ一層を核とし、 その核が横方向成長しながら合 体し、 やがて平坦になるというものである。 この時、 サファイア基板には何も施 されていない為、 安定である C面が出るように成長が進むため平坦化される。 こ れは安定である c面の成長速度に比べ横方向の成長速度が速い為である。
一方、 横方向成長速度を抑え、 C軸方向の成長速度を上げると、 { 1— 1 0 1 } などの斜めのファセットが形成し得る。 本発明では基板の成長 に凹凸加工 を施す事で、 上記横方向成長を抑えている。
本発明にあっては、 上記効果が出る凹凸形状であれば特に制限はなく各種の形 状を採用することができる。
このような凹凸面の形成の態様としては、 島状の点在型の凸部、 ストライプ型 の凸条からなる凸部、 格子状の ώ部、 これらを形成する線が曲線である凸部など が例示できる。
これら凸部の態様の中でも、 ストライプ型の凸条を設ける態様のものは、 その 作製工程を簡略化できると共に、 規則的なパターンが作製容易である点で好まし い。 ストライプの長手方向は任意であってよいが、 基板上に成長させる材料を G a Nとし、 G a N系材料の < 1 1— 2 0 >方向にした場合、 横方向成長が抑制さ れ、 { 1— 1 0 1 } 面などの斜めファセットが形成され易くなる。 この結果、 基 板側から C軸方向に伝播した転位がこのファセット面で横方向に曲げられ、 上方 に伝播しにくくなり、 低転位密度領域を形成できる点で特に好ましい。
一方ストライプ方向をく 1— 1 0 0 >方向にした場合であっても、 ファセット 面が形成されやすい成長条件を選ぶ事により前述と同様の効果を得ることができ る。
上記基板に凹凸加工したストライプの方向は I n G a A 1 N結晶の < 1一 1 0 0 >方向もしくはく 1 1— 2 0 >方向とすることが最も好ましい。 しかしながら、 隣り合うファセットが合体し、 平坦化するという成長現象を伴うことから、 厳格 には前記の方向に一致しない場合が生ずる。 従って若干の方向誤差を有していて も良いが、 可及的にストライプの方向を I n G a A 1 N結晶のく 1— 1 0 0 >方 向もしくはく 1 1一 2 0 >方向に対して、 その精度が 1 ° 以内でに収まるように することが望ましく、 特に好ましくは 0 . 2 ° 以内とすることが好ましい。
図 1では、 （a )図に示すように凹部 1 1の幅 Bと凸部 1 2の幅 Aが同じ基板 1 を用いる場合を例示している。 この場合凸部 1 1、 凹部 1 2の双方でファセット 面を形成しながら成長が進み結晶単位 2 0， 2 1がそれぞれ形成されるが、 凹部 1 2ではその側壁とファセット面の谷の部分での成長が生じるため、 図 1 ( b )に 示すように谷埋め部を備えた状態になる。 このような状況下、 結晶成長が続くと 凸部 1 1の上の結晶単位 2 1および、 凹部の結晶単位 2 1が成長し、 やがて膜が つながって、 図 1 ( c )のように基板 1の凹凸面を覆うことになる。 この場合、 一 且ファセット面が形成された上方部には低転位領域が形成され、 作製した膜の高 品質化が図れることになる。
図 2では、 （a )図に示すように凹部幅 Bに対し凸部 1 1幅 Aが狭い基板 1を用 いる場合を例示している。 この場合 ώ部 1 1ではファセット面を形成しながら成 長が進むが、 凹部 1 2でも結晶成長が生じる （b ) 図。 このような状況下、 結晶 成長が続く と凸部 1 1及び凹部 1 2から成長した膜がつながって、 やがて図 2 ( c )のように凹凸面を覆うことになる。 この場合、 ー且ファセッ ト面が形成され た凸部 1 1上部には低転位領域が形成されるが、 凹部 1 1ではその形状からファ セット面は形成され難く、 転位を横方向に曲げる効果は薄れる。 よって、 図 1の 例に比べると転位密度の低減効果は少ないものの、 作製した膜の高品質化が図れ ることになる。 以上の様に凹部の幅 Bと凸部の幅 Aとの組み合わせによってファセット面を形 成する領域が色々と変化しうるが、 ファセット面が形成される事により転位の伝 播を曲げる事ができ、 低転位密度化が図れる。 即ち、 このファセット面は転位の 伝播を折曲させ得る程度のものであれば良いが、 好ましい態様は図 1に示すよう に、 1つのファセット構造成長ベース面から成長された結晶単位 2 0が、 その頂 面に平坦部を有すること無く完全に両ファセット面が頂部で交差する山型の態様 である （図 4は完全にファセットが形成された場合を、 図 5は不完全な場合をそ れぞれ示す断面写真である） 。 このような図 1 (図 4 )に示す如きファセット面で あれば、 前記ベース面から承継された転位線を概ね全て曲げることができ、 その 直上の転位密度をより低減できるので好ましい。 図 6はそのような状態を示す断 面写真であって、 転位線 （写真中の黒線） がファセット成長に伴って折曲されて いる様子が明確に観察される。
なお幅の組み合わせだけでなく、 凹部の深さ （凸部の高さ） hを変化させる事 でもファセット面形成領域の制御が可能である。
上述したように、 凹凸のコンビネーションは種々の組み合わせが考えられるが、 凹部 1 2及ぴ凸部 1 1の幅、 並びに凹部深さ hは、 発光素子に応用することを考 えると、 上記基板に凹凸加工した凸部の幅 Aと、 これに隣接する凹部の幅 Bとの 合計 A + Bが 2 0 μ ΐη以内とされ、 前記凹部の深さ hを、 A、 Bのいずれか長い 方の幅の 2 0 %以上とする事が好ましい。
形成されるファセット面が { 1— 1 0 1 } 面の場合、 そのファセット面の基板 平面に対する角度は約 6 0 ° となる。 従って、 この場合ファセットが完全に形成 される高さは、 底面の幅に対し 3/ 2 (即ち、 （3の平方根） Ζ 2 ) となる。 この底面がファセットを形成する凹部幅 Βもしくは凸部幅 Αに対応すると考えた 場合、 A又は B Χ ^Γ 3 Ζ 2の高さが必要である。 Αもしくは Βが 2 0 μ πιを超え ると必要高さが 1 7 m程度となり、 基板の厚肉化に伴う反りの発生や成長時間 の長時間化などの問題が発生しがちになる。 本発明者らの検討の結果、 A + B≤ 2 0 /z mの時、 反りの発生を少なくでき長時間を要さない成長とすることができ た。
また、 凹部深さ hは上記と同様の考えのもと検討をした結果、 A、 Bいずれか 長い方の幅の 2 0 %以上とした時にファセットの形成が生じ、 転位低減が促進さ れることが確認された。
また基板に凹 ώ加工した凸部 1 1の立上り斜面と基板平面が成す角度は、 6 0 ° 以上とすることが好ましく、 可及的に直角に近いことが特に望ましい。 角度 が 6 0 ° よりも小さい場合、 凸部斜面から成長が始まりフアツセット成長進行後 の平坦化が良好に行えない問題が発生した。 本発明者らの検討の結果、 6 0 ° 以 上の角度を形成する事で、 とりわけ直角に近い立上り斜面にすると、 ファセット 形成並びにその後の平坦化が実質的に阻害されないことを見出した。 なお可能で あれば、 9 0 ° を超える斜面角度とするのも好ましい。
基板に囬凸加工した凹部 1 2の底面に、 曲面部を具備させるようにしても良い。 代表的には、 一つの凸部 1 1の立上り基部とこれに隣接する凸部 1 1の立上り基 部との間が、 断面でみて緩やかな凹曲面となっている曲面である。 かかる曲面部 を具備する場合、 凹部 1 2からの成長が遅くなり凸部 1 1からの成長が優性にな るよう調整することができる。
図 3は本発明の他の実施態様を示している。 凹凸の形成等は図 1に示したもの と同じであるが、 図 3 ( a )に示すように、 本実施態様では基板 1の凹部 1 2に、 その表面からは実質的に結晶成長し得ないマスク層 3を設けている。 この場合、 凸部 1 1のみからファセット面を形成しながらの成長が起こり結晶単位 2 0が形 成され （図 3 ( b )参照） 、 さらに結晶成長を続けると、 各凸部 1 1から成長した 結晶単位 2 0がつながって、 やがて図 3 ( c )のように凹凸面を覆うことになる。 かかる態様にあっても、 ファセット面が形成されることにより転位の伝播を曲げ る事ができ、 低転位密度化を図ることができる。
上記実施態様において、 マスク層 3としては S i 0 2マスク等を用いることが できる。 このように薄膜を形成する他、 実質的に結晶成長し得ない加工であれば 特に制限はない。 また、 凹部又は ώ部のいずれかを、 実質的な結晶成長自体が起 こり得ないような微小開口の凹部、 又は微小幅の凸部とすることで、 いずれかの みからファセット構造成長が起こるようにすることもできる。
以上、 基板 1の上に半導体層 2を一層だけ成長する場合について説明したが、 転位欠陥をより少なくするために、 同様な工程を 2回繰り返すようにしてもよい c さらに同様の工程を繰り返して、 複数の半導体層を多重的に形成するようにして も良い。 このような構成とすれば、 層を重ねる毎に伝播する転位を漸減させるこ とができる。
凸部の形成は、 例えば通常のフォトリソグラフィ技術を使って凸部形状に応じ てパターン化し、 R I E技術等を使ってエッチング加工を行うことで作製できる c 基板上に半導体層の結晶成長を行う方法は H V P E、 MO V P E、 MB E法な どがよい。 厚膜を作製する場合は H V P E法が好ましいが、 薄膜を形成する場合 は MO V P E法や MB E法が好ましい。
ファセット面の形成は結晶成長を行う時の成長条件 （ガス種、 成長圧力、 成長 温度、 など） により制御する事ができる。 減圧成長では N H 3分圧が低い場合く 1 _ 1 0 1 >面のファセットが出易く、 常圧成長では減圧に比べファセット面が 出易い。
また成長温度を上げると横方向成長が促進されるが、 低温成長すると横方向成 長よりも C軸方向の成長が速くなり、 ファセット面が形成されやすくなる。
以上成長条件によってファセット形状の制御が可能である事を示したが、 本発 明の効果が出る範囲内であれば、 目的に応じ使い分ければよい。
なおファセット面を形成し、 転位が横方向に曲げられた後は、 G a Nを平坦化 するための横方向成長を促進するように、 成長条件を変化させると良い。 これを 行うためには、 上述の逆であるファセット面が出にくい成長条件を選択すれば良 い。
実施例
実施例 1
C面サファイア基板上にフォトレジストのパターユング （幅： 2 ju m、 周期： 4 μκι、 ストライプ方位：ストライプ延伸方向がサファイア基板のく 1— 100 >方向） を行い、 R I E (Reactive Ion Etching) 装置で 2 μ mの深さまで断面 方形型にエッチングした。 この時のアスペク ト比は 1であった。 フォ トレジスト を除去後、 MOVPE装置に基板を装着した。 その後、 水素雰囲気下で 1 1 0 0でまで昇温し、 サーマルエッチングを行った。 その後温度を 500°Cまで下げ、 3族原料としてトリメチルガリウム （以下 TMG) を、 N原料としてアンモニア を流し、 G a N低温バッファ一層を成長した。 つづいて温度を 1000°Cに昇温 し原料として TMG ·アンモニアを、 ドーパントとしてシランを流し n型 G a N 層を成長した。 その時の成長時間は、 通常の凹凸の施していない場合の G a N成 長における 2 /zmに相当する時間とした。
成長後の断面を観察すると、 図 1 (b) に示すように凸部、 凹部両方での成長 が観察された。
同様の方法で通常の凹凸の施していない場合の G a N成長における 6 μ mに相 当する時間成長を行なった。 結果、 凹凸部を覆い、 平坦になった G a N膜が得ら れた。
転位密度の測定のため、 上記サンプルを H2SO4 ： H3P04- 1 : 1 (25 0°C) の溶液中で 90m i nエッチングを行ない、 形成されたピットを数えた。 また得られた膜のキャリア濃度を Ha 1 1測定にて行なった。 さらに X線ロッキ ングカーブ半値幅測定も行なつた。
なお比較の為に、 凹凸加工を施していないサファイア基板に成長したサンプル 及ぴ、 凹凸加工を施していないサファイア基板上に G a Nを 2 / m形成し S i O 2のマスクを上記と同様のストライプ方向、 幅で形成した基材の上に G a Nを 4 At m成長したサンプルも作成した。 各サンプルの評価結果を表 1に示す。 サンプル 転位密度 キヤリャ密度 XRCの FWHM
(cm-2) (cm"3) 、 s e c )
実施例 1 1 X 1 07 1 X 1 016 1 70
従来 E LO 4 X 107 5 X 1 017 200〜400 通常 G a N 2 X 109 1 X 1 016 220 実施例のサンプルでは、 転位密度の低減が従来 E LOよりも図れている事が判 る。
これは凹部でも貫通転位が曲げられる事が生じたためと考えられる。
一方、 キャリア濃度は通常 G a N成長と同程度であった。 また XRCの FWH Mは 107 s e cと一番小さく、 総合的にみて高品質の膜であるといえる。
実施例 2
実施例 1の内、 凹凸部の形状を以下の様に変更した以外は同じとした。
(幅： 2 μπι、 周期： 6 μπι、 ストライプ方位：サファイア基板のく 1— 1 00
>) を行い、 1 1 £装置で0. 5 μ mの深さまで断面方形型にエッチングした。 成長後の断面を観察すると、 図 2 (c)に示すように、 実施例 1と同様に凹凸部 が埋め込まれ平坦化した膜が得られていた。 転位密度の観察を行なう為、 実施例
1と同様の手法でピットを形成し数を数えた。
凸部上部には転位に対応したピットはほとんど観測されなかった。 これは凸部 上ではファセット面が形成された状態で成長が進み、 転位が横方向に曲げられた 結果と考えられる。 '
一方、 凹部のうち、 凸部に近いあたりではピットはあまり観測されなかったが、 中央付近の幅 4 μ mの領域ではピットが多数見られた。 これは、 凹部中央付近で はファセット面の形成が生じていないため、 転位が表面まで伝播した結果と考え られる。 しかしウェハ一全体でみると、 凹凸加工を施していない基板上の成長に 比べ転位密度は低減していることがわかる。
実施例 3
実施例 1の内、 凹部に S i 02マスクを形成した以外は同じとし、 G a Nの成 長を行なった。 2 μ πι相当成長した膜の断面を観察すると、 図 3 (b)に示すよう に凸部上部にはファセッ ト面を形成した G a Νが成長していた。 一方、 凹部には 膜は形成されていなかった。
成長をさらに行なうと隣り合う凸部上部のファセットはやがて合体した。 その 後、 合体した谷部が埋まるように成長が進み、 やがて凹部上部に空洞を残し平坦 となった G a N膜が得られた。
エッチングによりピットを形成したところ凹部中央に若干の転位に対応するピ ットが確認されたが、 それ以外ではピットはほとんど観測されなかった。
実施例 4
実施例 1で得られた膜に連続して n型 A 1 G a Nクラッド層、 I n G a N発光 層、 p型 A 1 G a Nクラッド層、 p型 G a Nコンタクト層を順に形成し、 発光波 長 3 7 0 nmの紫外 L EDウェハーを作製した。
その後、 電極形成、 素子分離を行い、 L ED素子とした。 ウェハー全体で採取 された L E Dチップの出力の平均値と逆電流特性 （一 1 0 V印加時のリーク電 流） を評価した。 比較対象としては、 従来の E LO技術を使って上記構造を作製 した紫外 L EDチップと通常のサファイア基板を使って上記構造を作製した紫外 L EDチップである。 これらの評価結果を表 2に示す。
表 2
Figure imgf000015_0001
表 2に示すように本発明を用い作製したサンプルでは従来例に比べ出力が高く, リーク電流の少ない高品質の L EDが作製できる事がわかった。
実施例 5
実施例 1の内、 半導体層成長時にトリメチルアルミニウム （TMA) を追加し た以外は同じとした。 結果、 A l G aN (A l組成 0. 2) の膜が凹凸部を覆うように平坦な膜が成 長できていた。 エッチングによりピットを形成したところ凸部上方部には転位に 対応するピットは少なかった。 これにより従来の E LO技術では成し得なかった A l G a N膜の高品質化 （低転位密度化） が本発明を用いてできた事を確認した c 実施例 6
次に G a Nを基板として用いた例を示す。 G a N基板上にフォトレジストのパ ターニング （幅： 2 μΐη、 周期： 4 /zm、 ストライプ方位： G a N基板のく 1 1 - 20 >) を行い、 R I E装置で 2 μ mの深さまで断面方形型にエッチングした。 フォトレジストを除去後、 MOVP E装置に基板を装着した。 その後、 窒素、 水 素、 アンモニア混合雰囲気下で 1 000°Cまで昇温した。 その後、 原料として T MG ·アンモニアを、 ドーパントとしてシランを流し n型 G a N層を成長した。 その時の成長時間は、 通常の凹凸の施していない場合の G a N成長における 4 μ mに相当する時間とした。
成長後の断面を観察すると基板の凹凸部を覆い、 平坦になった G a N膜が得ら れた。 続いて得られた膜のピットの評価を行った。 基板としてもちいた G a Nの ピット密度は 2 X 1 06 cm 2であったが、 本実施例の成長を行うと凹部上部で 1 X 1 06 c m— 2、 凸部上部で 5 X 1 0 c m_2にピットが減少している事がわ かった。 このように既に転位の少ない基板に対しても更なる転位密度低減効果が あることが確認できた。
実施例 7
実施例 1で作製した G a N結晶を第一結晶とし、 その上に第二結晶を成長させ た。 まず G a N第一結晶にフォトレジストのパターニング （幅： 2 μπι、 周期： 4 μ m、 ストライプ方位： G a N基板の < 1 1— 20 >) を行い、 R I E装置で 2 μ mの深さまで断面方形型にエッチングした。 この時のパターニングは基板凸 部の上に第一結晶の囬部がくるような配置とした。 フォトレジストを除去後、 Μ OVPE装置に基板を装着した。 その後、 窒素、 水素、 アンモニア混合雰囲気下 で 1 000でまで昇温した。 その後、 原料として TMG ·アンモニアを、 ドーパ ントとしてシランを流し n型 G a N層を成長した。 その時の成長時間は、 通常の 凹凸の施していない場合の G a N成長における 4 μ mに相当する時間とした。 成長後の断面を観察すると基板の凹凸部を覆い、 平坦になった G a N膜が得ら れた。 続いて得られた膜のピットの評価を行ったところ 8 X 1 0 5 c m— 2にピッ トが減少している事がわかった。 このように本実施例を繰り返す事により更なる 転位密度低減効果があることが確認できた。
産業上の利用分野
以上説明した通りの本発明の半導体基材及ぴその作製方法によれば、 基板に凹 凸加工を施すことで、 マスク層を使用することなく結晶成長当初からファセット 面を形成可能な素地面とする事が出きる。 従ってマスク層を形成することに起因 する問題点である軸の微小チルテイングによるラテラル成長部の合体部分の新た な欠陥の発生の問題ゃォートドーピングの問題、 A 1含有半導体材料が選択成長 不可という問題を解消できる。 また、 基板に凹凸面を設けた後に、 一回の成長で バッファ層成長から発光部等の半導体結晶層の成長を連続して行えるので、 製造 プロセスの簡略化が図れるという利点がある。 また特には空洞部を形成する必要 が無い為、 熱放散の問題が回避できるなどの効果もあり特性向上、 低コスト化の 面から非常に価値のある発明である。
本出願は、 日本で出願された特願 2 0 0 0— 2 8 2 0 4 7、 およぴ特願 2 0 0 1 - 6 8 0 6 7を基礎としておりそれらの内容は本明細書に全て包含されるもの である。

Claims

請求の範囲
1. 基板と該基板上に気相成長された半導体結晶とからなる半導体基材であって、 前記基板の結晶成長面が凹凸面とされ、 前記半導体結晶は凹部及び/または凸部 からファセット構造を形成しながら成長されたものであることを特徴とする半導 体基材。
2. 上記半導体結晶が I nG a A 1 Nであることを特徴とする請求の範囲 1記载 の半導体基材。
3. 上記半導体結晶が、 A 1 G a Nであることを特徴とする請求の範囲 1記載の 半導体基材。
4. 上記基板の結晶成長面の凸部が、 平行なストライプ形状からなる凸部である ことを特徴とする請求の範囲 1記載の半導体基材。
5. 上記半導体結晶が I nG a A 1 Nであって、 かつストライプの長手方向が該 I n G a A 1 N結晶の （1— 1 00) 面もしくは （1 1一 20) 面と平行である ことを特徴とする請求の範囲 4記載の半導体基材。
6. 上記基板に凹凸加工したストライプの長手方向が上記 I nG a A 1 N結晶の (1— 1 00) 面もしくは （1 1— 20) 面と平行であり、 その精度が 1° 以内 であることを特徴とする請求の範囲 5記載の半導体基材。
7. 上記基板に凹凸加工した凸部の幅 Aと、 これに隣接する四部の幅 Bとの合計 A + Bが 20 μ m以内とされ、 前記凹部の深さ hを A， Bのいずれか長い方の幅 の 20%以上としたことを特徴とする請求の範囲 6記載の半導体基材。
8. 上記基板に凹凸加工した凸部の立上り斜面と基板平面とが成す角度が 60° 以上であることを特徴とする請求の範囲 1記載の半導体基材。
9. 上記基板に凹凸加工した凹部の底面に、 曲面部を備えていることを特徴とす る請求の範囲 1記載の半導体基材。
1 0. 上記基板の凹凸面の凹面には、 その表面からは実質的に結晶成長し得ない 加工が施され、 前記半導体結晶は凸部からファセット構造を形成しながら成長さ れたものであることを特徴とする請求の範囲 1記載の半導体基材。
1 1. 上記基板が、 サファイア （C面、 A面、 R面） 、 S i C (6H、 4H、 3 C) 、 G a N、 A 1 N、 S i、 スピネル、 Z nO、 G a A s、 または NGOから なる結晶基板、 または前記結晶基板に G a N系半導体をェピタキシャル成長させ た基板であることを特徴とする請求の範囲 1記載の半導体基材。
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