(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主方位面上に予め薄膜形成領域を区画し、該薄膜形成領域に（０００１）面を主面とする窒化物半導体の薄膜を選択的に気相成長させるための窒化物半導体の作製方法であって、
前記薄膜形成領域を画定する辺のうちの２辺の各々は、
前記基板の［１−１００］方向に伸長する直線部分を少なくとも１ヶ所有するように区画され、
前記直線部分の近傍に｛１１−２０｝面の垂直ファセットを有する前記薄膜を形成する場合には、前記直線部分と該直線部分の両端に接する区画辺との成す前記薄膜形成領域側の角度を何れも１８０度以下とし、
前記直線部分の近傍に｛１１−２ｘ｝（ｘ＝１または２）面の斜めファセットを有する前記薄膜を形成する場合には、前記直線部分と該直線部分の両端に接する区画辺との成す前記薄膜形成領域側の角度のうちの少なくとも１つを１８０度よりも大きくし、
前記薄膜形成領域に前記薄膜を気相成長させて、該薄膜の一方の端面に形成される垂直ファセットと他の端面に形成される斜めファセットとを一回の気相成長で同時形成することを特徴とする窒化物半導体の作製方法。
【請求項２】
基板の主方位面上に予め薄膜形成領域を区画し、該薄膜形成領域に（０００１）面を主面とする窒化物半導体の薄膜を選択的に気相成長させるための窒化物半導体の作製方法であって、
前記薄膜形成領域を画定する辺のうちの２辺の各々は、
前記基板の［１１−２０］方向に伸長する直線部分を少なくとも１ヶ所有するように区画され、
前記直線部分の近傍に｛１−１００｝面の垂直ファセットを有する前記薄膜を形成する場合には、前記直線部分と該直線部分の両端に接する区画辺との成す前記薄膜形成領域側の角度を何れも１８０度以下とし、
前記直線部分の近傍に｛１−１０１｝面の斜めファセットを有する前記薄膜を形成する場合には、前記直線部分と該直線部分の両端に接する区画辺との成す前記薄膜形成領域側の角度のうちの少なくとも１つを１８０度よりも大きくし、
前記薄膜形成領域に前記薄膜を気相成長させて、該薄膜の一方の端面に形成される垂直ファセットと他の端面に形成される斜めファセットとを一回の気相成長で同時形成することを特徴とする窒化物半導体の作製方法。
【請求項３】
前記薄膜形成領域は、前記基板の主方位面上に形成された開口部を有するマスク材によって区画されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体の作製方法。
【請求項４】
前記薄膜形成領域は、前記基板の主方位面上に設けられた溝によって区画されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体の作製方法。
【請求項５】
前記溝の形状は、幅が前記薄膜の膜厚の２倍以上であり、深さが前記薄膜の膜厚以上であることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体の作製方法に関し、より詳細には、基板上に窒化物半導体薄膜を成膜する際に、窒化物半導体薄膜の端面の垂直ファセットと斜めファセットを一回の気相成長で同時形成することを可能とする窒化物半導体の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体は、ＩＩＩ族元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちの少なくとも１種類の元素と窒素との化合物であり、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＢＡｌＮ、あるいは、ＢＡｌＩｎＧａＮなどが知られており、近年では、琥珀色、緑色、青色から近紫外領域の短波長帯の発光材料や、ハイパワー高温動作デバイスの材料として盛んに研究と技術開発が行なわれている電子材料である。
【０００３】
このような窒化物半導体薄膜を基板上に結晶成長させるに際しては、開口部を備えるマスク材で結晶成長の主方位面の一部を残して覆った基板や、結晶成長面の一部に予め溝を設けた基板を用いることにより、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＯＶＰＥ）などの方法で選択的に成長を行わせて、貫通転位密度を低減させたりミクロンサイズの平坦な結晶面（ファセット）を形成させたりすることが可能である。
【０００４】
このようなＭＯＶＰＥによる選択成長法を用いて、結晶成長基板の主方位面に対して完全に垂直で原子レベルで平坦なファセットを側面とする六角柱構造体を形成させたり（安藤他、応用物理６５、７２８（１９９６））、この六角柱構造体をリングレーザに応用して室温での電流注入発振をさせることも可能となっている（Ｔ．Ａｋａｓａｋａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７９，１４１４（２００１））。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＯＶＰＥによる窒化物半導体結晶の選択成長法においては、ファセットの方位面を制御するためには、形成しようとするファセット面に応じて結晶成長条件を変更する必要があった。
【０００６】
このため、結晶成長基板の主方位面に対して垂直な主方位面をもつファセット（以下、「垂直ファセット」という）と、結晶成長基板の主方位面に対して垂直方向に９０度未満の角度を成す主方位面をもつファセット（以下、「斜めファセット」という）とを同一の基板上に作製しようとすると、各々のファセットが得られるための選択成長を実行する必要があり、これに伴って、マスク材の形成や溝の形成プロセスとＭＯＶＰＥ成長プロセスが２回ずつ必要となって素子の作製プロセスが複雑となって工程完了までの時間が長くなったり製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、基板上に窒化物半導体薄膜を成膜する際に、窒化物半導体薄膜の端面の垂直ファセットと斜めファセットを一回の気相成長で同時形成することを可能とする窒化物半導体の作製方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板の主方位面上に予め薄膜形成領域を区画し、該薄膜形成領域に（０００１）面を主面とする窒化物半導体の薄膜を選択的に気相成長させるための窒化物半導体の作製方法であって、前記薄膜形成領域を画定する辺のうちの２辺の各々は、前記基板の［１−１００］方向に伸長する直線部分を少なくとも１ヶ所有するように区画され、前記直線部分の近傍に｛１１−２０｝面の垂直ファセットを有する前記薄膜を形成する場合には、前記直線部分と該直線部分の両端に接する区画辺との成す前記薄膜形成領域側の角度を何れも１８０度以下とし、前記直線部分の近傍に｛１１−２ｘ｝（ｘ＝１または２）面の斜めファセットを有する前記薄膜を形成する場合には、前記直線部分と該直線部分の両端に接する区画辺との成す前記薄膜形成領域側の角度のうちの少なくとも１つを１８０度よりも大きくし、前記薄膜形成領域に前記薄膜を気相成長させて、該薄膜の一方の端面に形成される垂直ファセットと他の端面に形成される斜めファセットとを一回の気相成長で同時形成することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、基板の主方位面上に予め薄膜形成領域を区画し、（０００１）面を主面とする窒化物半導体の薄膜を選択的に気相成長させるための窒化物半導体の作製方法であって、前記薄膜形成領域を画定する辺のうちの２辺の各々は、前記基板の［１１−２０］方向に伸長する直線部分を少なくとも１ヶ所有するように区画され、前記直線部分の近傍に｛１−１００｝面の垂直ファセットを有する前記薄膜を形成する場合には、前記直線部分と該直線部分の両端に接する区画辺との成す前記薄膜形成領域側の角度を何れも１８０度以下とし、前記直線部分の近傍に｛１−１０１｝面の斜めファセットを有する前記薄膜を形成する場合には、前記直線部分と該直線部分の両端に接する区画辺との成す前記薄膜形成領域側の角度のうちの少なくとも１つを１８０度よりも大きくし、前記薄膜形成領域に前記薄膜を気相成長させて、該薄膜の一方の端面に形成される垂直ファセットと他の端面に形成される斜めファセットとを一回の気相成長で同時形成することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の窒化物半導体の作製方法において、前記薄膜形成領域は、前記基板の主方位面上に形成された開口部を有するマスク材によって区画されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の窒化物半導体の作製方法において、前記薄膜形成領域は、前記基板の主方位面上に設けられた溝によって区画されていることを特徴とする。
【００１２】
更に、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の窒化物半導体の作製方法において、前記溝の形状は、幅が前記薄膜の膜厚の２倍以上であり、深さが前記薄膜の膜厚以上であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の窒化物半導体の作製方法の例を説明するための図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。なお、この例では、ウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化物半導体の基板の上に同じ結晶構造の窒化物半導体薄膜を選択成長させる例を示しているが、使用する基板は、選択成長させる窒化物半導体薄膜に応じて適宜に選択が可能であり、ウルツ鉱型の窒化ガリウムのほか、例えば、ウルツ鉱型の炭化珪素、コランダム型のサファイヤ、ダイヤモンド構造のシリコンやＧａＡｓ等であってもよい。
【００１５】
この図に示すように、窒化物半導体の基板１１の上には基板１１の主方位面（主面）である（０００１）面の上に開口部１３を有するマスク材１２が設けられ、開口部１３以外の基板１１表面を覆っている。
【００１６】
この開口部１３の形状は形成しようとするファセットにより種々に変更可能であるが、マスク材１２の開口部１３の直線部分とその両端に接する部分との成す角度が何れも１８０度以下となるようにすると（図１（ａ）中のＡＢ）、開口部１３の直線部分（ＡＢ）近傍の窒化物半導体薄膜の端面には｛１１−２０｝面のファセットが形成され、マスク材１２の開口部１３の直線部分とその両端に接する部分との成す角度がひとつでも１８０度より大きな角度となるようにすると（図１（ａ）中のＣＤＥ）、開口部１３の直線部分（ＣＤ）近傍の窒化物半導体薄膜の端面には｛１１−２ｘ｝（ｘ＝１または２）面のファセットが形成される。
【００１７】
なお、本明細書全体をとおして、結晶面指数は、例えば、
【００１８】
【外１】
0003626737.tif 000002
【００１９】
を、｛ｈｋ−ｉｌ｝（エイチ、ケイ、マイナス・アイ、エル）のように表示する。
【００２０】
図１（ａ）に示した例では、開口部１３の形状は、＜１１−２０＞方向に伸長する２つの辺（ＡＥおよびＢＣ）と、＜１−１００＞方向に伸長する２つの辺（ＡＢおよびＣＤ）と、辺ＣＤのＤ点と辺ＡＥのＥ点とを結ぶ辺であるＤＥで形成される５角形であり、辺ＡＢおよび辺ＣＤＥは、共に、［１−１００］方向に平行な直線部分を少なくとも一ヶ所有し、辺ＣＤＥはＤ点において、１８０度よりも大きな角度（θ＝∠ＣＤＥ＞１８０度）での折れ曲がり部分を有する形状となっている。
【００２１】
図２は、図１に示した状態の試料をＭＯＶＰＥ装置に挿入し、基板１１の主方位面（０００１）上に窒化物半導体の薄膜をエピタキシャルに選択成長させて得られた窒化物半導体薄膜のファセットの様子を説明するための図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は断面図である。これらの図に示すように、マスク材１２の直線部分であるＡＢ近傍に成長した窒化物半導体の薄膜１４の端部は、（１１−２０）面をファセットとする垂直ファセット１５となっている一方、他方の直線部分であるＣＤ近傍に成長した窒化物半導体薄膜の端部は（−１−１２２）面をファセットとする斜めファセット１６となっている。
【００２２】
このように、マスク材１２の開口部１３の形状によって、（１１−２０）面の垂直ファセットが形成されたり（−１−１２２）面の斜めファセットが形成されたりするメカニズムは、以下のように説明される。
【００２３】
図１（ａ）に示したマスク材１２の開口部１３のＤ付近のように、＜１−１００＞方向に伸長する直線部分ＣＤとＤ点において連続する直線部分ＤＥとの成す角度（θ＝∠ＣＤＥ）が１８０度よりも大きな角度（θ＞１８０度）で折れ曲がる部分を有する場合には、この折れ曲がり部分の近傍において気相やマスク材の表面を介しての原料の拡散量（供給量）が多くなり、このような折れ曲がり部分がない場合に比較して結晶成長速度が速くなる。すなわち、辺ＡＢ近傍での結晶成長速度と辺ＣＤ近傍での結晶成長速度を比較すると、１８０度よりも大きな折れ曲がり部分を有する辺ＣＤ近傍での結晶成長速度が相対的に大きくなる。
【００２４】
一般に、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物半導体結晶の選択成長においては、結晶成長速度が比較的遅い場合には（１１−２０）面の垂直ファセットが形成され、ある結晶成長速度以上となると（−１−１２２）面の斜めファセットが形成される傾向があるため、辺ＣＤ近傍のＧａＮ薄膜の端面には（−１−１２２）面の斜めファセットが形成され、辺ＡＢ近傍の端面には（１１−２０）面の垂直ファセットが形成されることとなる。
【００２５】
すなわち、ＡＢ近傍に成長した窒化物半導体薄膜の端部が垂直ファセット１５となる理由は、直線部分ＡＢと、その両端ＡおよびＢに接する辺であるＡＥおよびＢＣとの成す角度∠ＢＡＥおよび∠ＡＢＣが何れも１８０度以下の９０度であるためであり、ＣＤ近傍に成長した窒化物半導体薄膜の端部が斜めファセット１６となるのは、直線部分ＣＤとその端Ｄに接する辺であるＤＥとの成す角度が１８０度よりも大きな角度を有するためである。
【００２６】
このように、マスク材１２の開口部１３の形状を工夫することにより、一回のマスク材形成工程と、一回のＭＯＶＰＥ選択成長により、窒化物半導体薄膜１４の（１１−２０）面の垂直ファセットと（−１−１２２）面の斜めファセットとを同一の基板上に同時に形成することが可能である。
【００２７】
なお、図１に示した例では、開口部１３に辺ＡＥおよび辺ＢＣを設けることとしこの開口部１３にアイランド状の窒化物半導体薄膜を選択成長させることとしたが、辺ＡＢおよび辺ＣＤＥを基板１１の端にまで伸長させてもよく、この場合には、基板１１の一方の端から他方の端に伸長し、（１１−２０）面の垂直ファセットと（−１−１２２）面の斜めファセットとを有する、ストライプ状の窒化物半導体薄膜を選択成長させることが可能である。
【００２８】
このように、本発明の窒化物半導体の作製方法によれば、窒化物半導体薄膜を選択成長させるに際して、垂直ファセットと斜めファセットとを一回の結晶成長で同時に形成することが可能となるから、窒化物半導体薄膜を用いたレーザの共振器ミラーやそのレーザ光の進路を変更させるためのマイクロミラー等を、同時に同一の基板上に従来の方法よりも短時間かつ低コストで作製することが可能である。
【００２９】
なお、結晶学においては、（１１−２０）面および（−１−１２２）面に等価なすべての面を｛１１−２０｝面および｛１１−２２｝面と表記することとされているから、本明細書においても必要に応じてこの表記法に従って表記している。
【００３０】
また、本発明の作製方法においては開口部の形状にはいくつかのバリエーションが存在し、上述したマスク材の開口部の直線部分の向きを、選択成長する窒化物半導体薄膜の［１−１００］に平行な方向、または、［１１−２０］に平行な方向と選択することも可能である。
【００３１】
更に、基板の主方位面にマスク材を形成するかわりに、基板表面上に、適当な方向に伸長する溝を形成してその溝で区画される基板表面に窒化物半導体薄膜を成長させることとしても同様な効果を得ることが可能である。
【００３２】
以下に、本発明の作製方法に従って、窒化物半導体のひとつであるウルツ鉱型結晶構造を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）の選択成長を行なった実施例について説明する。
【００３３】
〔実施例１〕
図３は、本発明の窒化物半導体の作製方法に従ってＧａＮの選択成長をおこなう際の第１の実施例を説明するための図で、図３（ａ）は開口部を有するマスク材を表面に設けた成長基板の平面図、図３（ｂ）はその断面図である。これらの図は、ウルツ鉱型結晶構造を有するＧａＮ結晶の基板３１の主方位面である（０００１）面に、開口部３３を有するマスク材３２を形成した状態を示している。
【００３４】
マスク材３２は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、基板３１上にスパッタ装置で蒸着して１００ｎｍの厚みで成膜し、フォトリソグラフィーと希フッ酸によるエッチングで開口部３３を形成したものである。この開口部３３の面積は、０．０１平方μｍ〜１０平方ｍｍの範囲で自由に設定可能である。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、開口部３３の形状は、＜１１−２０＞方向に伸長する２つの辺（ＡＥおよびＢＣ）と、＜１−１００＞方向に伸長する２つの辺（ＡＢおよびＣＤ）と、辺ＣＤのＤ点と辺ＡＥのＥ点とを結ぶ辺であるＤＥで形成される５角形である。この開口部形状の＜１−１００＞方向に伸長する直線部分であるＡＢと、その両端ＡおよびＢに接する辺であるＡＥおよびＢＣとが成す角度∠ＥＡＢおよび∠ＡＢＣは何れも９０度であり、もうひとつの＜１−１００＞方向に伸長する直線部分であるＣＤと、その両端ＣおよびＤに接する辺であるＢＣおよびＤＥとが成す角度∠ＢＣＤおよび∠ＣＤＥは、各々、９０度および１９５度となっている。従って、角度∠ＡＥＤは７５度となる。
【００３６】
図３に示した状態の試料をＭＯＶＰＥ装置に挿入し、アンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を原料ガス、水素をキャリアガスとして、マスク材３２の開口部３３内側に露出しているＧａＮ結晶の基板３１の主方位面（０００１）上にＧａＮの薄膜をエピタキシャルに選択成長させた。
【００３７】
図４は、このようにして得られたＧａＮ薄膜のファセットの様子を説明するための図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は断面図である。これらの図に示すように、マスク材３２の直線部分であるＡＢ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部は、（１１−２０）面をファセットとする垂直ファセット３５となっている一方、他方の直線部分であるＣＤ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部は（−１−１２２）面をファセットとする斜めファセット３６となっている。
【００３８】
ＡＢ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部が垂直ファセット３５となる理由は、直線部分ＡＢと、その両端ＡおよびＢに接する辺であるＡＥおよびＢＣとの成す角度∠ＢＡＥおよび∠ＡＢＣが何れも１８０度以下の９０度であるためであり、ＣＤ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部が斜めファセット３６となるのは、直線部分ＣＤとその端Ｄに接する辺であるＤＥとの成す角度が１９５度であり１８０度よりも大きな角度を有するためである。
【００３９】
このように、マスク材３２の開口部３３の形状を工夫することにより、一回のマスク材形成工程と、一回のＭＯＶＰＥ選択成長により、窒化物半導体であるＧａＮ薄膜３４の（１１−２０）面の垂直ファセットと（−１−１２２）面の斜めファセットとを同一の基板上に同時に形成することが可能である。
【００４０】
すなわち、本発明の窒化物半導体の作製方法によれば、窒化物半導体であるＧａＮ薄膜を選択成長させるに際して、垂直ファセットと斜めファセットとを一回の結晶成長で同時に形成することが可能となるから、窒化物半導体薄膜を用いたレーザの共振器ミラーやそのレーザ光の進路を変更させるためのマイクロミラー等を、同時に同一の基板上に従来の方法よりも短時間かつ低コストで作製することが可能である。
【００４１】
また、ＧａＮ薄膜３４を半導体レーザの共振器ミラーとして用いたり、そのレーザ光の進路を変えるためのマイクロミラーとして用いる場合には、薄膜３４の膜厚を０．５〜１０μｍとすると都合がよい。
【００４２】
更に、水素ガスとアンモニアガスの流量は、それぞれ、０．１〜１００ＳＬＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｌｉｔｅｒ  ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅ）の範囲で設定可能であり、ＴＭＧガスの流量は、０．０１〜１０ＳＣＣＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｕｂｉｃ  Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ  ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅ）の範囲で設定可能である。
【００４３】
〔実施例２〕
本実施例では、実施例１において説明したマスク開口部の方向を９０度回転させて選択成長させた。
【００４４】
図５は、本発明の窒化物半導体の作製方法に従ってＧａＮの選択成長をおこなう際の第２の実施例を説明するための図で、図５（ａ）は開口部を有するマスク材を表面に設けた成長基板の平面図、図５（ｂ）はその断面図である。これらの図は、ウルツ鉱型結晶構造を有するＧａＮ結晶の基板５１の主方位面である（０００１）面に、開口部５３を有するマスク材５２を形成した状態を示している。
【００４５】
マスク材５２は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、基板５１上にスパッタ装置で蒸着して１００ｎｍの厚みで成膜し、フォトリソグラフィーと希フッ酸によるエッチングで開口部５３を形成したものである。この開口部５３の面積は、０．０１平方μｍ〜１０平方ｍｍの範囲で自由に設定可能である。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、開口部５３の形状は、＜１−１００＞方向に伸長する２つの辺（ＡＥおよびＢＣ）と、＜１１−２０＞方向に伸長する２つの辺（ＡＢおよびＣＤ）と、辺ＣＤのＤ点と辺ＡＥのＥ点とを結ぶ辺であるＤＥで形成される５角形である。この開口部形状の＜１１−２０＞方向に伸長する直線部分であるＡＢと、その両端ＡおよびＢに接する辺であるＡＥおよびＢＣとが成す角度∠ＥＡＢおよび∠ＡＢＣは何れも９０度であり、もうひとつの＜１１−２０＞方向に伸長する直線部分であるＣＤと、その両端ＣおよびＤに接する辺であるＢＣおよびＤＥとが成す角度∠ＢＣＤおよび∠ＣＤＥは、各々、９０度および１９５度となっている。従って、角度∠ＡＥＤは７５度となる。
【００４７】
図５に示した状態の試料をＭＯＶＰＥ装置に挿入し、アンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を原料ガス、水素をキャリアガスとして、マスク材５２の開口部５３内側に露出しているＧａＮ結晶の基板５１の主方位面（０００１）上にＧａＮの薄膜をエピタキシャルに選択成長させた。
【００４８】
図６は、このようにして得られたＧａＮ薄膜のファセットの様子を説明するための図で、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図である。これらの図に示すように、マスク材５２の直線部分であるＡＢ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部は、（１−１００）面をファセットとする垂直ファセット５５となっている一方、他方の直線部分であるＣＤ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部は（−１１０１）面をファセットとする斜めファセット５６となっている。
【００４９】
ＡＢ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部が垂直ファセット５５となり、ＣＤ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部が斜めファセット５６となる理由は、実施例１で既に説明した理由と同じ理由による。
【００５０】
このように、マスク材５２の開口部５３の形状を工夫することにより、一回のマスク材形成工程と、一回のＭＯＶＰＥ選択成長により、窒化物半導体であるＧａＮ薄膜５４の（１−１００）面の垂直ファセット５５と（−１１０１）面の斜めファセット５６とを同一の基板上に同時に形成することが可能である。
【００５１】
〔実施例３〕
本実施例では、（０００１）面を主方位面とするＧａＮ結晶の基板の主方位面の一部をドライエッチングにより掘り下げて溝を形成し、この溝により囲まれた主方位面上にＧａＮの薄膜結晶を選択成長させた。
【００５２】
図７は、本発明の窒化物半導体の作製方法に従ってＧａＮの選択成長をおこなう際の第３の実施例を説明するための図で、図７（ａ）はＧａＮ結晶の基板の主方位面の一部に溝を形成した成長基板の平面図、図７（ｂ）はその断面図である。
【００５３】
これらの図に示すように、ＧａＮ結晶基板７１の主方位面の一部にはドライエッチングにより形成した深さＤで幅Ｗの溝７３が設けられており、この溝７３で囲まれた基板７１の主方位面領域７２の形状は、実施例１において説明したマスク材の開口部の形状と全く同じ形状とされている。また、溝７３で囲まれた基板７１の主方位面領域７２の面積は、０．０１平方μｍ〜１０平方ｍｍの範囲で自由に設定可能である。
【００５４】
具体的には、図７（ａ）に示すように、溝７３で囲まれた基板７１の主方位面領域７２の形状が、＜１１−２０＞方向に伸長する２つの辺（ＡＥおよびＢＣ）と、＜１−１００＞方向に伸長する２つの辺（ＡＢおよびＣＤ）と、辺ＣＤのＤ点と辺ＡＥのＥ点とを結ぶ辺であるＤＥで形成される５角形となるように溝７３が形成されている。
【００５５】
この＜１−１００＞方向に伸長する直線部分であるＡＢと、その両端ＡおよびＢに接する辺であるＡＥおよびＢＣとが成す角度∠ＥＡＢおよび∠ＡＢＣは何れも９０度であり、もうひとつの＜１−１００＞方向に伸長する直線部分であるＣＤと、その両端ＣおよびＤに接する辺であるＢＣおよびＤＥとが成す角度∠ＢＣＤおよび∠ＣＤＥは、各々、９０度および１９５度となっている。従って、角度∠ＡＥＤは７５度となる。
【００５６】
図７に示した状態の試料をＭＯＶＰＥ装置に挿入し、アンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を原料ガス、水素をキャリアガスとして、ＧａＮ結晶の基板７１の主方位面（０００１）上にＧａＮの薄膜をエピタキシャルに結晶成長させて、溝７３で囲まれた基板７１の主方位面領域７２に選択成長させた。
【００５７】
図８は、このようにして得られたＧａＮ薄膜７４のファセットの様子を説明するための図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は断面図である。なお、これらの図において、ＧａＮ薄膜７４のうち、溝７３で囲まれた基板７１の主方位面領域７２内部に成長したＧａＮ薄膜を符号７４ａで表記し、この領域外部に成長したＧａＮ薄膜を符号７４ｂで表記している。
【００５８】
図８に示すように、直線部分であるＡＢ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部は、（１１−２０）面をファセットとする垂直ファセット７５となっている一方、他方の直線部分であるＣＤ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部は（−１−１２２）面をファセットとする斜めファセット７６となっている。
【００５９】
ＡＢ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部が垂直ファセット７５となり、ＣＤ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部が斜めファセット７６となる理由は、実施例１で既に説明した理由と同じ理由による。
【００６０】
なお、ＧａＮ薄膜７４の成長過程においては原料ガスは上方向から供給されるため、供給される原料ガスの殆どはＧａＮ薄膜７４の成長によって消費されて溝７３の部分のＧａＮ結晶基板表面には原料ガスが供給され難い。このため、本実施例の結晶成長条件下では溝７３の部分のＧａＮ結晶基板上にはＧａＮ薄膜７４の成長は認められなかった。
【００６１】
図８（ｂ）に示すように、ＧａＮ薄膜７４ａおよび７４ｂの横方向成長により、溝７３の上にＧａＮ薄膜７４の「せり出し」が生じる。この「せり出し」の程度（せり出し長さ）は最大でＧａＮ薄膜７４の膜厚に相当する。従って、この「せり出し」によってＧａＮ薄膜７４ａと７４ｂとの合体が生じないようにするためには、溝７３の幅Ｗを成長させるＧａＮ薄膜７４の膜厚の２倍以上とする必要がある。溝７３の幅Ｗについての原理的な制限は特にないが、必要以上に広くするとドライエッチング時間が長くなりコスト的に不利となるため、ＧａＮ薄膜７４の膜厚の２倍強であることが好ましい。
【００６２】
また、溝７３の深さＤについては、この溝７３の部分に原料ガスが供給され難くするためにＧａＮ薄膜７４の膜厚よりも深いことが好ましいが、必要以上に深くすることによるコスト上昇を考慮すれば、ＧａＮ薄膜７４の膜厚の１倍強が好ましい。
【００６３】
このように、溝７３の形状を工夫することにより、一回の溝形成工程と、一回のＭＯＶＰＥ選択成長により、窒化物半導体であるＧａＮ薄膜７４ａの（１１−２０）面の垂直ファセット７５と（−１−１２２）面の斜めファセット７６とを同一の基板上に同時に形成することが可能である。
【００６４】
〔実施例４〕
本実施例では、実施例３において説明した溝を９０度回転させて形成し、この溝で囲まれたＧａＮ結晶基板の主方位面領域にＧａＮ薄膜を選択成長させた。
【００６５】
図９は、本発明の窒化物半導体の作製方法に従ってＧａＮの選択成長をおこなう際の第４の実施例を説明するための図で、図９（ａ）はＧａＮ結晶の基板の主方位面の一部に溝を形成した成長基板の平面図、図９（ｂ）はその断面図である。
【００６６】
これらの図に示すように、ＧａＮ結晶基板９１の主方位面の一部にはドライエッチングにより形成した深さＤで幅Ｗの溝９３が設けられており、この溝９３で囲まれた基板９１の主方位面領域９２の形状は、実施例１において説明したマスク材の開口部の形状と全く同じ形状とされている。また、溝９３で囲まれた基板９１の主方位面領域９２の面積は、０．０１平方μｍ〜１０平方ｍｍの範囲で自由に設定可能である。
【００６７】
具体的には、図９（ａ）に示すように、溝９３で囲まれた基板９１の主方位面領域９２の形状が、＜１−１００＞方向に伸長する２つの辺（ＡＥおよびＢＣ）と、＜１１−２０＞方向に伸長する２つの辺（ＡＢおよびＣＤ）と、辺ＣＤのＤ点と辺ＡＥのＥ点とを結ぶ辺であるＤＥで形成される５角形となるように溝９３が形成されている。
【００６８】
この＜１１−２０＞方向に伸長する直線部分であるＡＢと、その両端ＡおよびＢに接する辺であるＡＥおよびＢＣとが成す角度∠ＥＡＢおよび∠ＡＢＣは何れも９０度であり、もうひとつの＜１１−２０＞方向に伸長する直線部分であるＣＤと、その両端ＣおよびＤに接する辺であるＢＣおよびＤＥとが成す角度∠ＢＣＤおよび∠ＣＤＥは、各々、９０度および１９５度となっている。従って、角度∠ＡＥＤは７５度となる。
【００６９】
図９に示した状態の試料をＭＯＶＰＥ装置に挿入し、アンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を原料ガス、水素をキャリアガスとして、ＧａＮ結晶の基板９１の主方位面（０００１）上にＧａＮの薄膜をエピタキシャルに結晶成長させて、溝９３で囲まれた基板９１の主方位面領域９２に選択成長させた。
【００７０】
図１０は、このようにして得られたＧａＮ薄膜７４のファセットの様子を説明するための図で、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は断面図である。なお、これらの図において、ＧａＮ薄膜９４のうち、溝９３で囲まれた基板９１の主方位面領域９２内部に成長したＧａＮ薄膜を符号９４ａで表記し、この領域外部に成長したＧａＮ薄膜を符号９４ｂで表記している。
【００７１】
図１０に示すように、直線部分であるＡＢ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部は、（１−１００）面をファセットとする垂直ファセット９５となっている一方、他方の直線部分であるＣＤ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部は（−１１０１）面をファセットとする斜めファセット９６となっている。
【００７２】
ＡＢ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部が垂直ファセット９５となり、ＣＤ近傍に成長したＧａＮ薄膜の端部が斜めファセット９６となる理由は、実施例１で既に説明した理由と同じ理由による。
【００７３】
なお、本実施例の結晶成長条件下においても溝９３の部分のＧａＮ結晶基板上にはＧａＮ薄膜９４の成長は認められず、ＧａＮ薄膜９４の「せり出し」を考慮して、溝９３の幅Ｗを成長させるＧａＮ薄膜９４の膜厚の２倍以上とする必要があること、および、溝９３の深さＤをＧａＮ薄膜９４の膜厚よりも深くする必要があることは実施例３において説明したのと同様である。
【００７４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、薄膜形成領域を画定する辺のうちの２辺の各々を、基板の［１−１００］方向に伸長する直線部分を少なくとも１ヶ所有するように区画し、この直線部分の近傍に｛１１−２０｝面の垂直ファセットを有する前記薄膜を形成する場合には、直線部分と直線部分の両端に接する区画辺との成す薄膜形成領域側の角度を何れも１８０度以下とする一方、直線部分の近傍に｛１１−２ｘ｝（ｘ＝１または２）面の斜めファセットを有する薄膜を形成する場合には、直線部分と直線部分の両端に接する区画辺との成す薄膜形成領域側の角度のうちの少なくとも１つを１８０度よりも大きくすることとしたので、窒化物半導体基板上に窒化物半導体薄膜を成膜する際に、窒化物半導体薄膜の端面の垂直ファセットと斜めファセットを一回の気相成長で同時形成することを可能とする窒化物半導体の作製方法を提供することが可能となる。
【００７５】
また、本発明によれば、薄膜形成領域を画定する辺のうちの２辺の各々を、基板の［１１−２０］方向に伸長する直線部分を少なくとも１ヶ所有するように区画し、この直線部分の近傍に｛１−１００｝面の垂直ファセットを有する薄膜を形成する場合には、直線部分と直線部分の両端に接する区画辺との成す薄膜形成領域側の角度を何れも１８０度以下とする一方、直線部分の近傍に｛１−１０１｝面の斜めファセットを有する薄膜を形成する場合には、直線部分と直線部分の両端に接する区画辺との成す薄膜形成領域側の角度のうちの少なくとも１つを１８０度よりも大きくすることとしたので、窒化物半導体基板上に窒化物半導体薄膜を成膜する際に、窒化物半導体薄膜の端面の垂直ファセットと斜めファセットを一回の気相成長で同時形成することを可能とする窒化物半導体の作製方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化物半導体の作製方法を説明するための図で、（ａ）は開口部を有するマスク材を表面に設けた成長基板の平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図２】図１に示した本発明の窒化物半導体の作製方法を用いて選択成長させた窒化物半導体のファセットの様子を説明するための図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体の作製方法に従ってＧａＮの選択成長をおこなう際の第１の実施例を説明するための図で、（ａ）は開口部を有するマスク材を表面に設けた成長基板の平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図４】図３に示した本発明の窒化物半導体の作製方法を用いて選択成長させたＧａＮ薄膜結晶のファセットの様子を説明するための図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の窒化物半導体の作製方法に従ってＧａＮの選択成長をおこなう際の第２の実施例を説明するための図で、（ａ）は開口部を有するマスク材を表面に設けた成長基板の平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図６】図５に示した本発明の窒化物半導体の作製方法を用いて選択成長させたＧａＮ薄膜結晶のファセットの様子を説明するための図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】本発明の窒化物半導体の作製方法に従ってＧａＮの選択成長をおこなう際の第３の実施例を説明するための図で、（ａ）は一部に溝を設けた成長基板の平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図８】図７に示した本発明の窒化物半導体の作製方法を用いて選択成長させたＧａＮ薄膜結晶のファセットの様子を説明するための図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図９】本発明の窒化物半導体の作製方法に従ってＧａＮの選択成長をおこなう際の第４の実施例を説明するための図で、（ａ）は一部に溝を設けた成長基板の平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図１０】図９に示した本発明の窒化物半導体の作製方法を用いて選択成長させたＧａＮ薄膜結晶のファセットの様子を説明するための図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１１、３１、５１、７１、９１  基板
１２、３２  マスク材
１３、３３  開口部
１４、３４、５４、７４、９４  薄膜
１５、３５、５５、７５、９５  垂直ファセット
１６、３６、５６、７６、９６
７２、９２  溝で囲まれた基板の主方位面領域
７３、９３  溝
【図１】
0003626737.tif 000003
【図２】
0003626737.tif 000004
【図３】
0003626737.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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