JP2001156002A

JP2001156002A - 半導体基材及びその作製方法

Info

Publication number: JP2001156002A
Application number: JP33642199A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Okagawa; 広明岡川; Kazuyuki Tadatomo; 一行只友; Yoichiro Ouchi; 洋一郎大内; Masahiro Koto; 雅弘湖東
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2001-06-08
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: JP3471687B2

Abstract

(57)【要約】【課題】通常のマスク層を用いるＥＬＯ成長に起因す
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。【解決手段】 (ａ)図に示すように、成長面が凹凸面と
され、凹面１２にマスク３が形成された基板１を用い
る。この基板を用いて気相成長した場合、マスク３が存
在するため、凸部１１の上方部からしか結晶成長が起こ
らない。従って(ｂ)図に示すように、結晶成長開始時は
結晶単位２０が発生し、さらに結晶成長を続けると凸部
１１の上方部を起点とし横方向に成長した膜がつながっ
て、やがて(ｃ)図のように凹部に空洞部１３を残したま
ま、基板１の凹凸面を覆う。この場合、横方向に成長し
た部分、つまり凹部１２上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ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基材及びその作
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。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ系材料を結晶成長する場合、Ｇａ
Ｎ系材料は格子整合する基板がないためにサファイア、
ＳｉＣ、スピネル、最近ではＳｉ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ＧａＮの膜中には１０¹⁰個／ｃｍ²も
の転位が存在している。近年高輝度の発光ダイオード、
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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この転位密度低減を図
る方法としては、例えばＧａＮ系半導体結晶等を、サフ
ァイア基板上にバッファ層、ＧａＮ層を成長しこれを下
地基板とし、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１０−３１２９７１号公報）。

【０００４】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（ＭＳＲ１９９８ Fall 、Meeti
ng 予稿集Ｇ３・１）。これは、Ｘ線ロッキングカーブ
測定（ＸＲＣ）の入射方位依存性を測定（¢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線ロッキングカーブの半値全幅（Ｆ
ＷＨＭ）は、マスク層のストライプ方向からのＸ線によ
るＦＷＨＭ値より大きくなっており、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。

【０００５】このような問題を解消する試みとして、Ｓ
ｉＣのベース基板上にバッファ層及びＧａＮ層を設けた
基板に対して、ＳｉＣ層にまで至るストライプ溝加工を
施して凸部を形成し、この凸部の上方部に位置すること
になるＧａＮ層から結晶成長させる方法が提案されてい
る（ＭＲＳ１９９８ Fall Meeting予稿集Ｇ３．38）。
この方法によればＳｉＯ²マスク層無しで選択成長させ
る事も出来、上述のＳｉＯ²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。

【０００６】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１１−１９１６５９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
材料ならびにＧａＮ系材料を結晶成長させ、一旦成長炉
から取り出し溝加工を施し、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。

【０００７】また（応用物理学会９９秋予稿集２Ｐ−Ｗ
−８）ではＧａＮ基板に段差をつけ埋め込み成長をする
ことで低転位密度領域を得る試みも開示されている。こ
こでは埋め込んだ層の一部に低転位密度領域が形成され
ている。しかしながら上記方法では低転位密度領域を得
るためには、凸部の間隔を広げる必要、もしくは凹部の
深さを深くする必要があった。このようにするため埋め
込みに時間をかけ厚く成長をする必要があり、厚膜化に
伴うクラックの発生、時間がかかるためコストがかか
る、など種々の問題を内在していた。

【０００８】またＳｉ基板上にＧａＮ系材料を結晶成長
する試みもなされているが、ＧａＮ系結晶を成長すると
熱膨張係数差に起因した反りやクラックが発生し良質の
結晶成長を行えない問題があった。

【０００９】従って本発明は上記問題に鑑み、通常のマ
スク層を用いるＥＬＯ成長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。またマスクを持たない段差構造の埋め込み成長に起
因した問題を解決する事を目的としている。さらにＳｉ
基板等を用いた場合の反りやクラックの発生を押さえる
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】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凸面と
され、凹部はその層からは実質的に結晶成長し得ないマ
スクで覆われ、前記半導体結晶は該凹凸面における凸部
の上方部から専ら結晶成長されたものであることを特徴
とするものである。この場合、上記半導体結晶がＩｎＧ
ａＡｌＮであることが望ましい。

【００１１】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凸部とすることが好ましい。さら
に、上記半導体結晶がＩｎＧａＡｌＮであって、かつス
トライプの長手方向が該ＩｎＧａＡｌＮ結晶の（１−１
００）面と垂直であるストライプとすることがより好ま
しい。

【００１２】本発明にかかるより具体的な半導体基材
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凸
面とされ、凹部はその層からは実質的に結晶成長し得な
いマスクで覆われ、前記半導体結晶は該凹凸面における
凸部の上方部から専ら結晶成長された半導体基材におい
て、前記凹凸面が成長された半導体結晶で覆われてお
り、この半導体結晶層と前記凹凸面における凹部との間
には空洞部が形成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１３】また、当該半導体基材を、基板の結晶成長
面を凹凸面とし、凹部をその層からは実質的に結晶成長
し得ないマスクで覆い、気相成長法により前記凹凸面に
おける凸部の上方部から専ら結晶成長されることで形成
された第一の半導体結晶と、この第一の半導体結晶の表
面を凹凸面とし、同様に凹部をその層からは実質的に結
晶成長し得ないマスクで覆い、その凸部の上方部から専
ら結晶成長されることで形成された第二の半導体結晶と
からなる構成とすることもできる。

【００１４】さらに、上記半導体基材における第二の半
導体結晶の表面を凹凸面とし、凹部をその層からは実質
的に結晶成長し得ないマスクで覆い、その上に同様に気
相成長法により形成された第３の半導体層乃至は同様の
工程を繰り返すことで多重的に形成された複数の半導体
層を具備させるようにしても良い。

【００１５】本発明の半導体基材の作製方法は、基板上
に半導体結晶を気相成長させるにあたり、予め基板表面
に凹凸面加工を施し、該凹凸面における凹部をその層か
らは実質的に結晶成長し得ないマスクで覆い、次いで該
基板に対して原料ガスを供給し、前記凹凸面における凸
部の上方部から専ら結晶成長される半導体結晶にて前記
基板の凹凸面を覆うことを特徴とする。

【００１６】

【作用】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、凹部にその層からは実
質的に成長し得ないマスクで覆うことで、結晶成長当初
から実質的に低転位密度領域を形成可能なラテラル成長
を起こす素地面を予め提供しておく点に特徴を有する。
即ち、気相成長させた場合、成長初期には基板表面全体
に原料が拡散するが、凹部マスク上では結晶成長が生じ
難いため、凸部での成長が優位となり、ひいては凸部か
ら成長した層に覆われるというものである。

【００１７】この凸部の成長ではＣ軸と垂直方向のいわ
ゆるラテラル成長が起き、低転位密度領域の形成が達成
されることになる。このように低転位密度領域を有する
結晶基材の成長が、一回行うだけで可能となり、その後
の成長工程を連続して行うことができるものである。ま
た凹部での成長を抑えることができるため、ラテラル成
長の効率が良くなるものである。

【００１８】

【発明の実施の態様】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１１及び凹部１２が形
成されており、前記凸部１１の上方部から専ら結晶成長
が行われるよう構成されている。また凹部１２は、その
層からは実質的に成長し得ないマスク３で覆われてい
る。

【００１９】本発明でいう基板とは、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）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、
ＧａＮ、Ｓｉ、スピネル、ＺｎＯ，ＧａＡｓ，ＮＧＯ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。またこれら基板から
ｏｆｆしたものを用いてもよい。

【００２０】基板1上に成長される半導体結晶としては
種々の半導体材料を用いることができ、Ａｌ_xＧａ_1-x-y
Ｉｎ_yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）ではｘ、ｙの組成
比を変化させたＧａＮ、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.05Ｎ、Ｉｎ_0.5Ｇ
ａ_0.05Ｎなどが例示できる。

【００２１】基板1の結晶成長面に形成される凸部１１
は、その上方部から専ら結晶成長が行われるような形状
とすると有効である。「上方部から専ら結晶成長が行わ
れる」とは、凸部１１の頂点ないし頂面及びその近傍で
の結晶成長が優勢に行い得る状態をいい、成長初期には
凹部での成長が生じてもよいが最終的には凸部１１の結
晶成長が優勢となることを指す。

【００２２】また、凹部１２上に作製するマスク３は、
その層からは実質的に結晶成長し得ない作用を果たして
いればよい。「その層からは実質的に成長し得ない」と
は結晶成長が生じ難い状態のことをいい、成長初期には
凹部マスク上での成長が生じてもよいが最終的には凸部
１１の結晶成長が優勢となることを指す。つまり上方部
を起点としたラテラル成長により低転位密度領域が形成
されれば、従来のマスクを要するＥＬＯと同様の効果が
ある。これが本発明では基板の加工のみで、結晶成長一
回で低転位密度領域を形成できる点に特徴がある。以
下、この点についての説明を、図1、図２に基づいて行
う。

【００２３】図１、図２は凸部をストライプ状に形成し
たものの横断面図である。先ず、図１では、(ａ)図に示
すように溝幅Ｂに対し溝深さ（凸部高さ）ｈが深い基板
１を用いる場合を例示している。この場合原料ガスが凹
部１２及びその近傍に十分至らず、また凹部１２にはマ
スク３を施していることもあって、凸部１１の上方部か
らしか結晶成長が起こらない。図１(ｂ)において、２０
はこの結晶成長開始時の結晶単位を示している。このよ
うな状況下、結晶成長が続くと凸部１１の上方部を起点
とし横方向に成長した膜がつながって、やがて図１(ｃ)
のように凹部に空洞部１３を残したまま、基板１の凹凸
面を覆うことになる。この場合、横方向に成長した部
分、つまり凹部１２上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ている。

【００２４】図２は、溝幅Ｂに対し溝深さ（凸部高さ）
ｈが非常に浅い場合、もしくは凸部１１の幅Ａに対し溝
幅Ｂが非常に広い基板１を用いる場合を例示している
（図２(ａ)参照）。この場合、原料ガスは凹部１２のマ
スク３上及びその近傍にまで到達し得るため凹部１２で
の成長が生じる可能性はある。しかし、凸部上部での成
長に比べ成長速度は非常に遅い。これはマスク３上に到
達した原料が再びガス中に脱離する割合が多いからであ
る。而して、凸部１１の上方部から横方向の結晶成長が
生じ、図２(ｂ)に示すように、凸部１１の上方部と凹部
１２表面に結晶単位２０が生成される状態となる。この
ような状況下、結晶成長が続くと凸部１１の上方部を起
点とし横方向に成長した膜がつながって、やがて図２
(ｃ)のように基板１の凹凸面を覆うことになる。この場
合、凸部１１を起点とし横方向成長した部分が図1の例
に比べて多いため、低転位領域の割合が多く、作製した
膜全体でみると図1の場合に比べて高品質化が図れてい
ることになる。

【００２５】本発明にあっては、このような凸部１１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。具体的には、上述したような溝幅Ｂに対し溝深さ
（凸部高さ）ｈが深い場合、溝幅Ｂに対し溝深さ（凸部
高さ）ｈが浅い場合、さらに溝幅Ｂに対し溝深さ（凸部
高さ）ｈが非常に浅い場合、もしくは凸部１１の幅Ａに
対し溝幅Ｂが非常に広い場合など種々の組み合わせを行
う事ができる。特に凸部１１の幅Ａに対し溝幅Ｂが広い
場合、凸部１１上部を起点とし横方向成長した部分が多
くなり、低転位領域が広く形成される点で好ましい。

【００２６】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、格子状の凸部、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ＧａＮとした場合、
ＧａＮ系材料の＜１１−２０＞方向や＜１−１００＞方
向が好ましい。特に＜１−１００＞方向にした場合、
｛１−１０１｝面などの斜めファセットが形成され難い
ため横方向成長（ラテラル成長）が速くなる。この結果
凹凸面を覆うのが速くなる点で特に好ましい。

【００２７】凹部１２上に形成するマスク３としては、
その層からは実質的に成長し得ないようにしていればよ
く、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２などが利
用できる。またこれら材料の積層構造とすることも可能
である。

【００２８】図１に示す実施例のように、空洞部１３を
残したまま基板１の凹凸部を埋め込み、続いてその上に
発光部を成長して発光素子を作製した場合、空洞部と半
導体界面の屈折率差が大きく取れる。この結果発光部下
方に向かった光がこの界面で反射される割合が増える。
例えばＬＥＤを、サファイア基板面を下側にしてダイボ
ンドを行った場合は上方に取り出せる光量が増えるため
好ましい。

【００２９】また空洞部１３を残したまま埋め込む事
は、基板１とその上に成長する半導体層との接触面積を
小さくできるという事であるため、半導体中に格子定数
差や熱膨張係数差に起因する歪を低減できる面で好まし
い。この歪の低減は、サファイア上にＧａＮ系材料を厚
く成長した時に発生する反りを低減させる効果がある。
特に従来法ではＳｉ基板上にＧａＮ系材料を結晶成長す
る際に熱膨張係数差に起因した反りやクラックが発生し
良質の結晶成長を行えない問題があったが、本発明によ
る歪低減によりこの問題を解消できる。

【００３０】さらに基板１とその上に成長する半導体層
２との接触面積を小さくできる事を利用すると、半導体
層２を厚く成長していった場合、この小さい接触部に応
力が集中し、この部分から基板１と半導体層２の分離が
可能となる。これを応用する事でＧａＮなどの基板が作
製可能となる。

【００３１】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。即ち、図４に示すように、上記と同様な手法にて
基板１の凹凸面を覆うように第一の半導体層２ａの結晶
成長を行った後に、該第一の半導体層２ａの表面を凹凸
面とする加工を施し、その上に気相成長により第一半導
体層２ａの凸部１１ａの上方部から専ら結晶成長するよ
う、マスク３ａを設けて第二の半導体結晶２ｂを形成す
ることもできる。この場合、特に基板１の凸部１１と上
記第一の半導体層２ａに形成する凸部１１ａの位置と
を、垂直方向にずらす態様にすれば、第二の半導体層２
ｂには第一の半導体層２ａの凸部１１ａ上部にある多く
の転位が伝播しないことになる。つまり、かかる構成と
すれば、第二の半導体層２ｂ全域を低転位領域とするこ
とができ、より高品質の半導体層が得られるものであ
る。

【００３２】また、第二の半導体結晶２ｂの表面をさら
に凹凸面とし、その上に同様に気相成長法により形成さ
れる第３の半導体層を形成するようにしても良い。或い
は、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、上述したような上下間の凸部の位置調整を意図
的に行わずとも、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。

【００３３】凸部の形成は、例えば通常のフォトリソグ
ラフイ技術を使って凸部形状に応じてパターン化し、Ｒ
ＩＥ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。

【００３４】基板上に半導体層の結晶成長を行う方法は
ＨＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ法などがよい。厚膜を作
製する場合はＨＶＰＥ法が好ましいが、薄膜を形成する
場合はＭＯＣＶＤ法が好ましい。

【００３５】基板上に半導体層の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）は、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。

【００３６】

【実施例】［実施例1］c面サファイア基板上にフォトレ
ジストのパターニング（幅：２μｍ、周期：６μｍ、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
＜１１−２０＞方向）を行い、ＲＩＥ（Reactive Ion E
tching）装置で２μｍの深さまで断面方形型にエッチン
グした。続いて基板全面にＳｉＯ_２膜を０．１μｍ堆積
し、その後リフトオフ工程によりフォトレジスト及びそ
の上に堆積されたＳｉＯ_２膜を除去した。このようにし
て基板凹部にマスク層を施した。その後、MOVPE装置に
基板を装着し、水素雰囲気下で１１００℃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℃ま
で下げ、３族原料としてトリメチルガリウム（以下ＴＭ
Ｇ）を、Ｎ原料としてアンモニアを流し、ＧａＮ低温バ
ッファー層を成長した。つづいて温度を１０００℃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ＧａＮ層を基板上に成長した。その
時の成長時間は、通常の凹凸の施していない場合のＧａ
Ｎ成長における４μｍに相当する時間とした。

【００３７】成長後の断面を観察すると基板凹部マスク
上に若干の成長の痕跡は見られるものの、図２(ｃ)に示
すように凹部に空洞部13を残したまま凹凸部を覆い、平
坦になったＧａＮ膜が得られた。

【００３８】比較のために、通常のc面サファイア基板
上に同じ成長条件で成膜したＧａＮ層と、同じパターン
のＳｉＯ₂マスクを使ってELO成長したＧａＮ膜を用意し
た。評価は、ＩｎＧａＮ（ＩｎＮ混晶比＝０．２、１０
０ｎｍ厚）を続けて成長して現れるピット（転位に対応
している）をカウントして転位密度とした。評価結果を
表1に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】実施例のサンプルでは転位密度の低減が従
来ＥＬＯと同程度に図れている事が判る。またＸＲＣの
ＦＷＨＭは１７０ｓｅｃと一番小さく、総合的にみて高
品質の膜であるといえる。

【００４１】［実施例２］実施例1で得られた膜に連続
してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ発光層、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順
に形成し、発光波長370ｎｍの紫外ＬＥＤウエハーを作
製した。その後、電極形成、素子分離を行い、LED素子
とした。ウェハ全体で採取されたLEDチップの出力の平
均値と逆電流特性を評価した。比較対象としては、従来
のELO技術を使って上記構造を作製した紫外LED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
LEDチップである。これらの評価結果を表2に示す。

【００４２】

【表２】

【００４３】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ＬＥＤが作製できる事がわかった。

【００４４】［実施例３］次にＧａＮを基板として用い
た例を示す。ＧａＮ基板上にフォトレジストのパターニ
ング（幅：２μｍ、周期：６μｍ、ストライプ方位：Ｇ
ａＮ基板の＜1−100＞）を行い、RIE（Reactive Ion Et
ching）装置で２μｍの深さまで断面方形型にエッチン
グした。続いて基板全面にＳｉＯ_２膜を０．１μｍ厚さ
に堆積し、その後リフトオフ工程によりフォトレジスト
及びその上に堆積されたＳｉＯ_２膜を除去した。このよ
うに加工したＧａＮ基板をＭOVPE装置に装着し、窒素、
水素、アンモニア混合雰囲気下で１０００℃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ＧａＮ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ＧａＮ
成長における４μｍに相当する時間とした。

【００４５】成長後の断面を観察すると基板凹部マスク
上に若干の成長の痕跡、凸部側面への成長が見られるも
のの、図３に示すように空洞部を残したまま凹凸部を覆
い、平坦になったＧａＮ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ＧａＮ
のピット密度は２×１０⁵ｃｍ^-3であったが、本実施例
の成長を行うと凸部上部で１×１０⁵ｃｍ^-3、凹部上部
で５×１０³ｃｍ^-3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。

【００４６】［実施例４］実施例1で作製したＧａＮ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ＧａＮ第一結晶にフォトレジストのパターニング
（幅：２μｍ、周期：６μｍ、ストライプ方位：ＧａＮ
基板の＜1−100＞）を行い、RIE装置で２μｍ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凹部がくるような配置とし
た。続いて基板全面にＳｉＯ_２膜を０．１μｍ厚さに堆
積し、その後リフトオフ工程によりフォトレジスト及び
その上に堆積されたＳｉＯ_２膜を除去した。このような
加工後、MOVPE装置に基板を装着し、窒素、水素、アン
モニア混合雰囲気下で１０００℃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ＧａＮ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ＧａＮ成長にお
ける４μｍに相当する時間とした。

【００４７】成長後の断面を観察すると基板凹部マスク
上に若干の成長の痕跡、凸部側面への成長が見られるも
のの、図４に示すように空洞部を残したまま凹凸部を覆
い、平坦になったＧａＮ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８×１０⁵ｃｍ^-3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。

【００４８】

【発明の効果】以上説明した通りの本発明の半導体基材
及びその作製方法によれば、基板に対して凸部を設け、
凹部にその層からは実質的に成長し得ないマスクで覆う
ことで、結晶成長当初から実質的に低転位密度領域を形
成可能なラテラル成長を優先的に行わせることができ
る。従って通常のマスク層を形成するＥＬＯ成長に起因
する問題点である軸の微小チルティ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やオートド
ーピングの問題を解消できる。また、基板に上記加工を
施すだけで、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。特に凹部での
成長を抑えることが出きるため、ラテラル成長の効率が
良くなる利点がある。さらに空洞部の利用による反射率
向上や、残留歪の抑制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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】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】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】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。

【符号の説明】

１基板１１凸部１２凹部１３空洞部２半導体層３マスク

フロントページの続き (72)発明者湖東雅弘兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 DB01 ED04 ED05 EE07 5F045 AA04 AA05 AB14 AB17 AB18 AC01 AC08 AC12 AC15 AC19 AD14 AF02 AF04 AF09 AF12 CA11 DB02 DB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、凹部はその層からは実質的に結晶
成長し得ないマスクで覆われ、前記半導体結晶は該凹凸
面における凸部の上方部から専ら結晶成長されたもので
あることを特徴とする半導体基材。
【請求項２】上記半導体結晶がＩｎＧａＡｌＮである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体基材。
【請求項３】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
求項１記載の半導体基材。
【請求項４】上記半導体結晶がＩｎＧａＡｌＮであっ
て、かつストライプの長手方向が該ＩｎＧａＡｌＮ結晶
の（１−１００）面と垂直であることを特徴とする請求
項3記載の半導体基材。
【請求項５】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、凹部はその層からは実質的に結晶
成長し得ないマスクで覆われ、前記半導体結晶は該凹凸
面における凸部の上方部から専ら結晶成長された半導体
基材において、前記凹凸面が成長された半導体結晶で覆
われており、この半導体結晶層と前記凹凸面における凹
部との間には空洞部が形成されていることを特徴とする
請求項１記載の半導体基材。
【請求項６】基板の結晶成長面を凹凸面とし、凹部を
その層からは実質的に結晶成長し得ないマスクで覆い、
気相成長法により前記凹凸面における凸部の上方部から
専ら結晶成長されることで形成された第一の半導体結晶
と、この第一の半導体結晶の表面を凹凸面とし、同様に
凹部をその層からは実質的に結晶成長し得ないマスクで
覆い、その凸部の上方部から専ら結晶成長されることで
形成された第二の半導体結晶とからなることを特徴とす
る半導体基材。
【請求項７】請求項６の半導体基材における第二の半
導体結晶の表面を凹凸面とし、凹部をその層からは実質
的に結晶成長し得ないマスクで覆い、その上に同様に気
相成長法により形成された第３の半導体層乃至は同様の
工程を繰り返すことで多重的に形成された複数の半導体
層を有することを特徴とする半導体基材。
【請求項８】基板上に半導体結晶を気相成長させるに
あたり、予め基板表面に凹凸面加工を施し、該凹凸面に
おける凹部をその層からは実質的に結晶成長し得ないマ
スクで覆い、次いで該基板に対して原料ガスを供給し、
前記凹凸面における凸部の上方部から専ら結晶成長され
る半導体結晶にて前記基板の凹凸面を覆うことを特徴と
する半導体基材の作製方法。