(57)【要約】      （修正有）【課題】基板上に３族窒化物半導体結晶のうち六方晶系の半導体結晶を成長させることが出来る基板、及びその製造方法を提供する。【解決手段】水晶を加熱及び加圧処理してトリジマイトに転移させ、更に冷却して得られる低温型トリジマイトを切断して３族窒化物半導体結晶成長用の基板とする。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に六方晶系の３族窒化物半導体結晶を成長させる、水晶を原料とするトリジマイトから成る３族窒化物半導体結晶成長用基板。
【請求項２】
３族窒化物半導体結晶成長用基板の製造方法において、
水晶を加熱、及び加圧処理して、該水晶をトリジマイトに転移させ、更に該トリジマイトを冷却して得る低温型トリジマイトを切断して基板とする３族窒化物半導体結晶成長用基
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に３族窒化物半導体結晶のうち六方晶系の半導体結晶を成長させる為の基板、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３族窒化物半導体の結晶膜作製において、同じ結晶の基板上に結晶膜を作製することが品質上望ましいが、３族窒化物半導体は大型の単結晶を作製することが困難であるため、異なる結晶の基板上に結晶膜を作製しているのが現状である。その基板としてはサファイヤ基板が主に挙げられる。このサファイヤ基板は異結晶であるので格子不整合があるが、緩衝層を設けることで良質な結晶膜が作製されている。
【０００３】
サファイヤ以外の基板材料には、炭化ケイ素（SiC）が挙げられるが高価でコスト上のメリットが少ない。また、近年、窒化ガリウム（GaN）の大型単結晶がフラックス法や安熱合成法などにおいて作製されることからGaN基板も挙げられるが、現状ではまだ高値である。そこでコスト面での解決策として、ガラスや水晶基板上に結晶膜を育成した例が報告されている。サファイヤやSiC、及びGaN基板は高価であるのに対し、特に水晶は結晶性の良い高品質な大型単結晶を安価で大量に供給できる点で非常に優れた材料である。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−７９８９７号公報
【特許文献２】特開平８−８３９２８号公報
【特許文献３】特開２００４−１３７１３５号公報
【特許文献４】特許第３３９９３９２号公報
【特許文献５】特開第３２８９６８２号公報
【０００５】
なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、３族窒化物半導体結晶の結晶膜は、700℃以上の高温で作製され、MOCVD（有機金属気相成長）法では一般に基板温度は1000℃以上に成るが、水晶を基板として用いた場合、水晶は573℃で低温型水晶（α-水晶）から高温型水晶（β-水晶）に、また867℃で高温型トリジマイト、もしくは573℃で高温型水晶に転移した後、直接クリストバライトに転移するため、結晶膜作製のプロセスで結晶構造が非常に不安定であるという問題があった。
【０００７】
また、先述の基板の結晶構造変化による応力が結晶膜に加われば、クラックなどの結晶欠陥が生じる可能性が高くなり、その結果、良質の結晶膜を得ることが出来ないおそれがあるといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであって、従って、その目的は、基板上に六方晶系の３族窒化物半導体結晶を成長させる為の基板、及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述する課題を解決するために本発明は、基板上に六方晶系の３族窒化物半導体結晶を成長させる、水晶を原料とするトリジマイトから成る３族窒化物半導体結晶成長用基板であることを特徴とする。
【００１０】
また、３族窒化物半導体結晶用基板の製造方法において、水晶を加熱、及び加圧処理して、先の水晶をトリジマイトに転移させ、更にこのトリジマイトを冷却して得る低温型トリジマイトを切断して基板とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、サファイヤ基板、SiC基板、及びGaN基板よりも安価に３族窒化物半導体結晶用基板を提供出来るので、半導体発光素子などを含む半導体素子を非常に安価に製造することが出来る。
【００１２】
また、本発明の３族窒化物半導体結晶成長用基板は、サファイヤ基板よりも硬度が低くエッチングがし易いので、著しく製造コストを削減でき、そのリードタイムを短縮することが出来る。
【００１３】
また、本発明の３族窒化物半導体用基板は、水晶に比べて３族窒化物半導体の結晶膜成長プロセス中においてその構造が安定であるので、基板の結晶構造変化による基板の応力を基板上の結晶膜が受けることが少なく、そのために結晶性に優れた良質な結晶膜を基板上に作製することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
【００１５】
図１は本発明の３族窒化物半導体結晶成長用基板の製造工程図である。即ち、まず水晶を加熱処理、もしくは加熱・加圧処理して高温型水晶を経てトリジマイトに転移させ(S101)、その後、冷却して(S102)、低温型トリジマイトを得る。この低温型トリジマイトを切断して基板とし(S103)、その基板を用いることによって結晶性に優れた良質の３族窒化物半導体の結晶膜をその基板上に作製することが出来る。
【００１６】
GaNを例に挙げれば、安価に大型のGaN単結晶を得ることは難しいので、ヘテロエピタキシャル成長とするのが一般的である。主に用いられるのは、GaNと同じ六方晶系で、耐熱性に優れ比較的大きな単結晶が入手しやすいサファイヤ基板である。サファイヤとGaNには大きな格子不整合があるが、適切な緩衝層を入れることで良質な結晶膜を基板上に得ることが出来る。
【００１７】
ヘテロエピタキシャル成長では基板との組み合わせに応じた工夫が不可欠であり、工夫することによってガラス、水晶上にもGaNを成長させる多くの例が報告されている。
【００１８】
サファイヤ以外の基板で、水晶は大きな単結晶が入手し易い結晶である。また、水晶は三方晶であるが、六方晶と同じように対称軸を持つので六方晶のGaNを成長させる基板として使用することが出来る。
【００１９】
しかしながら、水晶を基板に用いたその基板上へのGaN結晶膜成長では、通常は成長前に500℃〜600℃で緩衝層を低温堆積させ、900℃〜1100℃で本成長させるが、そのプロセス中、水晶（常温常圧下では、低温型水晶である）は、573℃以上で高温型水晶に、867℃以上でトリジマイト、もしくはクリストバライトに転移してしまう。ヘテロエピタキシャル成長である上、結晶膜作製中に先述のように構造変化するので、水晶は基板として非常に不安定で、そのために結晶の成長膜に応力が掛かるのは明らかである。結晶の成長膜に応力がかかれば、その応力を緩和する為に成長膜に転位やクラックが入り、良質な結晶膜を得ることが出来ない。
【００２０】
図２にシリカ鉱物の多型転移を示す。その格子形は、低温型水晶が三方晶、高温型水晶が六方晶、トリジマイトが六方晶、クリストバライトが立方晶である。水晶、トリジマイト、及びクリストバライトのどれも低温−高温の転移は、原子のわずかな移動だけで対称のみ変化するので可逆であるが、水晶−トリジマイト、トリジマイト−クリストバライトの転移は、SiO４四面体の結合がきれて再配列する為に不可逆である。
【００２１】
本発明で着目したトリジマイトは、GaNと同じ六方晶である。低温型トリジマイトは、117℃で高温トリジマイトに転移するが、その後クリストバライトに転移するのは1470℃である。つまり、低温型トリジマイトをGaN結晶膜成長用基板に用いれば、水晶と違い成長プロセス中にSiO４四面体の結合がきれて再配列するような大きな結晶の構造変化を伴う転移は起こらない。従って、水晶よりも安定した基板として使用することが出来、結晶性に優れた良質なGaN結晶膜を作製することが出来る。
【００２２】
工業用大型オートクレーブで育成される水晶は低温型水晶であるが、これに573℃以上の熱を加えると、高温型水晶に転移する。これに更に熱を加えると、高温型トリジマイトに転移する。これを急速に冷却すれば低温型トリジマイトを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の３族窒化物半導体結晶用基板の製造工程図である。
【図２】シリカ鉱物の多型転移を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年9月30日(2004.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
３族窒化物半導体結晶成長用基板の製造方法において、水晶を加熱、及び加圧処理して、該水晶をトリジマイトに転移させ、更に該トリジマイトを冷却して得る低温型トリジマイトを切断して基板とする３族窒化物半導体結晶成長用基板の製造方法。