(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶性のよいIII族窒化物半導体層を形成することができるIII族窒化物半導体層の形成方法、III族窒化物半導体基板の製造方法、III族窒化物半導体基板を提供する。【解決手段】サファイア基板１０上に平面形状が正方形形状の被覆部１２２を有するマスク１２を形成する。マスク１２の被覆部１２２の角部１２２ＡにＧａＮ半導体層の３次元核１４０を形成する。この３次元核１４０をさらに成長させて、サファイア基板１０の基板面に対して傾斜したファセット面１４１Ａを有する構造体１４１を形成する。さらに、構造体１４１を成長させ、構造体１４１同士を合体させてＧａＮ半導体層を形成する。【選択図】図２
2006316308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板上に平面形状が多角形形状の被覆部を有するマスクを形成する工程と、
少なくとも、前記マスクの前記被覆部の角部にIII族窒化物半導体層の核を成長させる工程と、
前記核から、前記下地基板の基板面に対して傾斜するファセット面を有する構造体を成長させ、前記構造体同士を合体して、III族窒化物半導体層を得る工程と、
を備えることを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
前記III族窒化物半導体層の核を成長させる工程及び前記III族窒化物半導体層を得る工程では、ＨＶＰＥ(hydride vapor phase epitaxy)法を使用することを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
前記III族窒化物半導体層の核を成長させる工程及び前記III族窒化物半導体層を得る工程では、前記III族窒化物半導体層を構成する窒素の原料ガスの供給量と、前記III族窒化物半導体層を構成するIII族の原料ガスの供給量との比であるＶ／III比が３０以上であることを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
前記マスクを形成する工程では、ストライプ状に所定の間隔をあけて平行配置される第一の被覆部と、この第一の被覆部間に配置された第二の被覆部とを備え、
前記第二の被覆部が、平面形状が多角形形状の前記被覆部であるマスクを形成することを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
前記第一の被覆部は、形成される前記III族窒化物半導体層の<１１−２０>方向に延在することを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
前記マスクを形成する工程では、少なくとも１辺が、形成される前記III族窒化物半導体層の<１１−２０>方向に沿った多角形形状の前記被覆部を有するマスクを形成することを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
前記マスクを形成する工程では、平面形状が正六角形形状の被覆部を有し、この被覆部の各辺がIII族窒化物半導体層の<１１−２０>方向に沿ったマスクを形成することを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項８】
III族窒化物半導体基板の製造方法であって、
請求項１乃至７の何れかに記載の方法により、前記下地基板上に前記III族窒化物半導体層を成長させて、前記III族窒化物半導体層を得る工程と、
前記III族窒化物半導体層と下地基板とを分離させる工程とを含み、
前記III族窒化物半導体層を含むIII族窒化物半導体基板を得ることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法により製造されたことを特徴とするIII族窒化物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体層を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶を窒化物系光デバイスや電子デバイス作製用基板として用いることが提案されており、この基板を得るためにバルク結晶を作製する試みが、多くの研究機関で行われている。しかしながら、ＧａＮ結晶の窒素の解離圧が高いために、ＧａＡｓのように溶液から大きなバルク結晶を得ることが難しく、ＧａＮ半導体基板として利用できるＧａＮバルク結晶の作製は非常に困難である。
【０００３】
このため、ＧａＮ半導体基板の製造方法としては、特許文献１に記載されるような方法が提案されている。
この製造方法では、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上に、島状の被覆部を有するマスクを形成し、被覆部の周囲の開口部からＧａＮ半導体層を成長させる。このとき、開口部から成長するＧａＮ半導体層は、特許文献１の請求項１等に記載されているように、断面略Ｔ字型となる。
そして、マスクの被覆部上面の中央で、ＧａＮ半導体層同士を合体させる。マスクの被覆部の上面の中央で、ＧａＮ半導体層同士を合体させることで、転位が発生しやすいＧａＮ半導体層同士の合体点の面積を最小限に抑制することができる。
その後、ＧａＮ半導体層とサファイア基板とを剥離し、ＧａＮ半導体基板を得る。
【特許文献１】特開２００３−５５０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
特許文献１に記載されたようなＧａＮ半導体層の成長方法では、下地基板の成長領域からＧａＮ半導体層を成長させる際に、下地基板から受け継いだ貫通転位が、積層方向上方に向かって成長する。そのため、ＧａＮ半導体層には、貫通転位が多く残存し、ＧａＮ半導体層の結晶性が悪いという問題がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、結晶性のよいIII族窒化物半導体層を形成することができるIII族窒化物半導体層の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、下地基板上に平面形状が多角形形状の被覆部を有するマスクを形成する工程と、少なくとも、前記マスクの前記被覆部の角部にIII族窒化物半導体層の核を成長させる工程と、前記核から、前記下地基板の基板面に対して傾斜するファセット面を有する構造体を成長させ、前記構造体同士を合体して、III族窒化物半導体層を得る工程と、
を備えることを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法が提供される。
【０００７】
ここで、被覆部の角部にIII族窒化物半導体層の核を成長させる工程では、被覆部上のIII族窒化物半導体が角部に集まり、核を形成する。従って、被覆部の角部は、１８０°よりも小さい必要がある。角部の形成する角度が１８０°以上となると角部に核を形成することができなくなるからである。
被覆部の角部の角度は、１２０°以下が好ましい。被覆部の角部の角度を１２０°以下とすることで、安定的にIII族窒化物半導体層の核を形成することができる。
また、角部はIII族窒化物半導体層の核が形成できればよく、角部が多少丸みを帯びていてもよい。
さらに、マスクの被覆部の形状としては、平面形状が多角形形状であれば任意であるが、平面四角形形状、平面六角形形状であることが好ましい。
【０００８】
この発明によれば、被覆部の角部にIII族窒化物半導体層の核を成長させ、この核から下地基板に対して傾斜するファセット面を有する構造体を成長させている。下地基板から受け継いだ貫通転位は、前記構造体の下地基板に対して傾斜するファセット面で折れ曲がる。
被覆部の角部の核から成長した各構造体は、マスクの被覆部の中央部に向かって、発達しながら成長する。本発明による方法では、ファセット面を有する構造体は被覆部の角部から成長するために、各構造体の周囲がファセット面に囲まれて発達することになり、下地基板から受け継いだ貫通転位はより曲がりやすくなる。
そして、各構造体は、マスクの被覆部の上面で集まって合体するので、貫通転位も、マスクの被覆部上面に集まることになり、従来のように断面Ｔ字型のIII族窒化物半導体層同士を合体させる場合と比較して、貫通転位をより特定の部分に集中させることが可能となる。そのため、異なるバーガースベクトルを有する転位同士の反応を促進することができる。これにより、転位ループを形成してより効果的に、貫通転位を低減することができる。
これに加え、構造体は、マスクの被覆部上で集まって合体するばかりではなく、マスクの開口部でも各構造体同士の同様な合体が生じるために、その効果はより大きくなる。
従って、本発明による方法ではIII族窒化物半導体層中に生じる転位の密度を少なくすることができ、結晶性の良いIII族窒化物半導体層を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結晶性のよいIII族窒化物半導体層を形成することができるIII族窒化物半導体層の形成方法、III族窒化物半導体基板の製造方法、III族窒化物半導体基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明では、前記III族窒化物半導体層の核を成長させる工程及び前記III族窒化物半導体層を得る工程では、ＨＶＰＥ(hydride vapor phase epitaxy)法を使用してもよい。
ＨＶＰＥ法を用いることで、マスクの被覆部の角部にIII族窒化物半導体層の核を確実に成長させ、さらに、核から、下地基板の基板面に対して傾斜するファセット面を有する構造体を成長させることができる。
【００１１】
さらに、本発明では、前記III族窒化物半導体層の核を成長させる工程及び前記III族窒化物半導体層を得る工程では、前記III族窒化物半導体層を構成する窒素の原料ガスの供給量と、前記III族窒化物半導体層を構成するIII族の原料ガスの供給量との比であるＶ／III比が３０以上であることが好ましい。
ＨＶＰＥ法を用い、Ｖ／III比を３０以上とすることで、マスクの被覆部の角部にIII族窒化物半導体層の核をより確実に成長させ、さらに、核から、下地基板の基板面に対して傾斜するファセット面を有する構造体を成長させることができる。
【００１２】
また、本発明では、前記マスクを形成する工程では、ストライプ状に所定の間隔をあけて平行配置される第一の被覆部と、この第一の被覆部間に配置された第二の被覆部とを備え、前記第二の被覆部が、平面形状が多角形形状の前記被覆部であるマスクを形成してもよい。
さらには、前記第一の被覆部は、形成される前記III族窒化物半導体層の<１１−２０>方向に延在してもよい。
このような本発明では、III族窒化物半導体層の<１１−２０>方向に延在する第一の被覆部がストライプ状に所定の間隔をあけて平行配置されているので、第一の被覆部間で、ファセット面を有する構造体が形成されることとなる。
従って、多角形形状の第二の被覆部の角部からファセット面を有する構造体が成長するとともに、この角部から成長した構造体同士が合体して、第一の被覆部間で、新たにファセット面を有する構造体を形成することとなる。
これにより、より結晶性の高いIII族窒化物半導体層を得ることができる。
【００１３】
また、本発明では、前記マスクを形成する工程では、少なくとも１辺が、形成される前記III族窒化物半導体層の<１１−２０>方向に沿った多角形形状の前記被覆部を有するマスクを形成してもよい。
ここで、III族窒化物半導体層の<１１−２０>方向とは、III族窒化物半導体層の<１１−２０>方向と完全に等価な方向である必要はなく、III族窒化物半導体層の<１１−２０>方向と完全に等価な方向とのずれが１０°以下のものも含む。
このような本発明によれば、多角形の被覆部の１辺がIII族窒化物半導体層の<１１−２０>方向に沿っているので、III族窒化物半導体層の核から、ファセット面を有する構造体を確実に形成することができる。
さらに、本発明では、前記マスクを形成する工程では、平面形状が正六角形形状の被覆部を有し、この被覆部の各辺が前記III族窒化物半導体層の<１１−２０>方向に沿ったマスクを形成してもよい。
このような本発明によれば、平面正六角形形状の被覆部の各辺がIII族窒化物半導体層の<１１−２０>方向に沿っているので、被覆部の角部を構成する２辺それぞれに直交する前記構造体の断面が、三角形状となる。そのため、より、結晶性のよいIII族窒化物半導体層を形成することができる。
【００１４】
本発明では、上述した何れかの方法により、前記下地基板上に前記III族窒化物半導体層を成長させて、III族窒化物半導体層を得る工程と、前記III族窒化物半導体層と下地基板とを分離させる工程とを含み、前記III族窒化物半導体層を含むIII族窒化物半導体基板を得ることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法も提供できる。
さらには、本発明では、前記III族窒化物半導体基板の製造方法により製造されたIII族窒化物半導体基板も提供できる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
本発明の実施形態を図１〜図３の概略図を参照して説明する。
本実施形態のＧａＮ基板の製造方法は、下地基板としてのサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板１０上に平面形状が多角形形状の被覆部１２２を有するマスク１２を形成する工程と、少なくとも、マスク１２の被覆部１２２の角部１２２ＡにＧａＮ半導体層１４の３次元核１４０を成長させる工程と、３次元核１４０から、サファイア基板１０の基板面に対して傾斜するファセット面１４１Ａを有する構造体１４１を成長させ、構造体１４１同士を合体して、ＧａＮ半導体層１４を得る工程とを含む。
【００１７】
以下に、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法について詳細に説明する。
先ず、厚さ２μｍのＧａＮ膜１１が形成された（１０００）面のサファイア基板１０に、０．５μｍの厚さの酸化珪素（ＳｉＯ2）膜１２を形成する（図１（Ａ））。
次に、リソグラフィ技術を用いて、酸化珪素（ＳｉＯ2）膜１２をエッチングし、マスク１２とする。マスク１２の開口部１２１の巾（隣接する被覆部１２２間の幅）は３μｍであり、開口部１２１は格子状に形成されている（図１（Ｂ），（Ｃ））。
また、このマスク１２は、平面形状が正方形形状の複数の被覆部１２２を有する。被覆部１２２の周囲は、前記開口部１２１に囲まれている。
被覆部１２２の辺の方向は、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１４の<１１−２０>方向）、及びサファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１４の<１−１００>方向）である。
【００１８】
次に、図４に示すＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）装置３の反応管３０内の基板ホルダ３１にマスク１２が形成されたサファイア基板１０をセットする。
そして、ガス導入管３３、３４より窒素（Ｎ2）ガスを供給して反応管３０内をパージする。反応管３０内に供給したガスは、排出口３８より排出される。反応管３０内を十分パージした後、水素（Ｈ2）ガスに切替えて、ヒータ３５により反応管３０を昇温する。成長領域３６の温度が５００℃前後となったら、ガス導入管３４よりアンモニア（ＮＨ3）ガスを加えて昇温する。さらにＧａソース３７領域の温度が８５０℃、成長領域３６の温度が１０４０℃になるまで昇温を続ける。
Ｇａソース３７領域の温度及び成長領域３６の温度が安定してからガス導入管３３よりＨＣｌガスを加えて供給し、ソースボート３９内のガリウム（Ｇａ）と反応させて塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を生成し、成長領域３６に輸送する。成長領域３６では、ＮＨ3ガスとＧａＣｌが反応する。このとき、マスク１２の被覆部１２２表面は、化学的に活性が低く、これらの原料ガスあるいは反応により生じたＧａＮ分子状ガスは吸着しにくい。このために、マスク１２の被覆部１２２表面に達したこれらのガスは、表面を拡散することによって、あるいは再蒸発によって核発生に好ましい部位に集まることになる。この核発生に好ましい部位がマスク１２の被覆部１２２における角部１２２Ａ（四隅）である。
【００１９】
このとき、ＮＨ3ガスの供給量と、ＨＣｌガスの供給量との比であるＶ／III比は、３０以上であることが好ましい。本実施形態では、ＨＣｌガスの供給量を３０ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ3ガスの供給量を２０００ｃｃ／ｍｉｎとしている。
被覆部１２２の角部１２２ＡのＧａＮ半導体を、２分間程度成長させると、マスク１２の角部１２２ＡにＧａＮ半導体層１４の３次元核１４０が形成される（図２（Ｄ），（Ｅ））。
ＧａＮ半導体層１４の３次元核１４０が成長した後、その核を基点としてマスク１２の開口部１２１やマスク１２の被覆部１２２に成長が広がり、サファイア基板１０の基板面に対して傾斜したファセット面１４１Ａを有する構造体１４１が形成される（図２(Ｆ)，（Ｇ））。
【００２０】
さらに、ＧａＮ半導体層１４の成長を続けると、マスク１２の被覆部１２２の４つの角部１２２Ａから成長した構造体１４１同士が、マスク１２の被覆部１２２上面のほぼ中央で合体する。また、構造体１４１同士は、開口部１２１の４つの被覆部１２２に囲まれた部分のほぼ中央でも合体する。
構造体１４１が形成された後、さらに、３０分間程度成長を続けると、ＧａＮ半導体層１４は、マスク１２の開口部１２１や被覆部１２２を埋め込んでしまう。
その後、さらに、ＨＣｌガス供給量を２００ｃｃ／ｍｉｎに増加して成長を続ける。
４時間の成長を続けるとＧａＮ半導体層１４は、マスク１２を埋め込んでしまい、凹凸の少ない表面が形成できる（図３（Ｈ），（Ｉ））。この成長で形成したＧａＮ半導体層１４の膜厚は、３５０μｍ程度であった。
得られたＧａＮ半導体層１４の表面のリン酸と硫酸の混合溶液によるエッチピット密度を測定したところ、１ｃｍ２当たり７×１０６個となった。
また、サファイア基板１０と、ＧａＮ半導体層１４とを分離することで、ＧａＮ基板（自立基板）を得ることができた。
【００２１】
このような本実施形態の作用効果を以下に説明する。
図５及び図６の模式図を参照して説明する。
図５は、特許文献１に記載されたような従来のＧａＮ半導体層における転位の状態を示す断面図である。
図６は、本実施形態のＧａＮ半導体層１４における転位の状態を示す断面図である。
【００２２】
図５に示すように、特許文献１に記載されたような従来のＧａＮ半導体層の形成方法では、マスク１００の被覆部１０１上面でＧａＮ半導体層１０２同士を合体させて、連続したＧａＮ半導体層１０２を得る。この方法では、サファイア基板１０とＧａＮ半導体層１０２の界面から発生した貫通転位Ｙ２は、積層方向上方に向かって残ることになる。
これに対し、本実施形態では、マスク１２の被覆部１２２の角部１２２Ａの３次元核１４０から、サファイア基板１０の基板面に対して傾斜したファセット面１４１Ａを有する構造体１４１を成長させている。図６に示すように、この構造体１４１においては、サファイア基板１０の基板面に対して傾斜したファセット面１４１Ａによって、サファイア基板１０とＧａＮ半導体層１４の界面から発生した貫通転位Ｙ２が折れ曲がる。本実施形態では、構造体１４１は被覆部１２２の角部１２２Ａから成長するために、各構造体１４１の周囲がファセット面１４１Ａに囲まれて発達することになり、サファイア基板１０から受け継いだ貫通転位Ｙ２はより曲がりやすくなる。
そして、各構造体１４１は、マスク１２の被覆部１２２上面で集まって合体するので、貫通転位Ｙ２も、マスク１２の被覆部１２２上面に集まることになり、従来のように断面Ｔ字型のＧａＮ半導体層１０２同士を合体させる場合と比較して、貫通転位Ｙ２をより特定の部分に集中させることが可能となる。
そのため、異なるバーガースベクトルを有する転位同士の反応を促進することができる。これにより、転位ループを形成してより効果的に、貫通転位Ｙ２を低減することができる。
これに加え、マスク１２の被覆部１２２の上面で合体するばかりではなく、マスク１２の開口部１２１でも各構造体１４１同士の同様な合体が生じるために、その効果はより大きくなる。
以上により、ＧａＮ半導体層１４中に生じる転位を大幅に低減することができ、結晶性のよいＧａＮ半導体層１４を得ることができる。
なお、ストライプ状に被覆部を配置したマスクを使用し、マスクの角部からではなく、開口部からファセット面を有する構造体を成長させる場合に比べ、本実施形態のように、被覆部の角部からファセット面を有する構造体を形成する方が下地基板から受け継いだ貫通転位はより曲がりやすくなる。
【００２３】
また、本実施形態では、ＨＶＰＥ法を用いているため、マスク１２の被覆部１２２の角部１２２ＡにＧａＮ半導体層１４の３次元核１４０を確実に成長させることができ、さらに、３次元核１４０から、構造体１４１を成長させることができる。
さらに、ＧａＮ半導体層１４を成長させる際に、ＮＨ3ガスの供給量とＨＣｌガスの供給量との比であるＶ／III比を３０以上としているため、マスク１２の被覆部１２２の角部１２２ＡにＧａＮ半導体層１４の３次元核１４０を成長させ、３次元核１４０から、構造体１４１をより一層確実に成長させることができる。
【００２４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
例えば、前記実施形態では、マスク１２の被覆部１２２の平面形状を正方形形状とし、被覆部１２２の辺の方向をサファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１４の<１１−２０>方向）、及びサファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１４の<１−１００>方向）としたが、被覆部の辺の方向は、これに限られるものではない。
【００２５】
さらに、被覆部１２２の平面形状は正方形形状に限らず、多角形の形状であれば任意である。
例えば、図７（Ａ）に示すマスク２１のように、被覆部２１２の形状を平面三角形形状としてもよい。マスク２１は複数の被覆部２１２を有し、被覆部２１２は、島状に点在している。被覆部２１２の周囲は、開口部２１１により囲まれている。
被覆部２１２の１辺は、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１４の<１１−２０>方向）に沿っている。
【００２６】
また、図７（Ｂ）に示すマスク４１のように、被覆部４１２の形状を平面正六角形形状としてもよい。マスク４１は複数の被覆部４１２を有し、被覆部４１２は、島状に点在している。被覆部４１２の周囲は、開口部４１１により囲まれている。
被覆部４１２の各辺は、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１４の<１１−２０>方向）に沿っている。
従って、被覆部４１２の角部から成長する構造体の前記被覆部４１２の角部を構成する２辺それぞれに直交する断面は、三角形状となる。そのため、より結晶性のよいＧａＮ半導体層を形成することができる
【００２７】
さらに、図８に示すような形状のマスク５１を形成してもよい。
このマスク５１は、長尺状の複数の第一の被覆部５１３と、第一の被覆部５１３間に配置された複数の第二の被覆部５１２とを備える。
第一の被覆部５１３は、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層の<１１−２０>方向）に延在している。
第二の被覆部５１２は、前記実施形態の被覆部１２２と同様の形状であり、平面正方形形状となっている。第二の被覆部５１２の周囲は、開口部５１１に囲まれており、複数の第二の被覆部５１２は離間配置されている。第二の被覆部５１２の辺の方向は、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１４の<１１−２０>方向）、及びサファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１４の<１−１００>方向）である。
このようなマスク５１を使用して、ＧａＮ半導体層を成長させる際には、まず、第二の被覆部５１２の角部にＧａＮ半導体層の３次元核を成長させる。そして、この３次元核からファセット面を有する構造体を形成する。構造体は、成長に伴い第二の被覆部５１２上面のほぼ中央で合体する。
この合体した構造体を成長させると、第一の被覆部５１３間で大きなファセット面を有する構造体となる。さらに、この第一の被覆部５１３間の大きな構造体を成長させると、第一の被覆部５１３を挟んで隣接する構造体が合体し、ＧａＮ半導体層が形成されることとなる。
従って、このようなマスク５１を使用してＧａＮ半導体層を形成する際には、３次元核からファセット面を有する構造体を成長させた後、さらに、第一の被覆部５１３間でファセット面を有する構造体を成長させることとなるので、より結晶性の高いＧａＮ半導体層を形成することができる。
【００２８】
また、前記実施形態では、ＧａＮ半導体層１４の膜厚を３５０μｍ程度としたが、これに限らず、ＧａＮ半導体層をより厚い膜厚に成長させることで、転位密度の低減化が行なえ、１ｃｍ２当たり１×１０６個以下の結晶が形成できる。
【００２９】
また、前記実施形態では、ＧａＮ半導体層１４を成長させた直後にサファイア基板１０を分離していたが、これに限らず、ＧａＮ半導体層１４上に発光ダイオード等の発光素子、さらには、トランジスタ等の電子デバイスを作成した後に、サファイア基板１０を除去し、発光素子、電子デバイスを得てもよい。これらのデバイスを製造する場合には、サファイア基板を除去して裏面に電極を形成してもよい。
さらに、前記実施形態では、単層のＧａＮ半導体層１４を得たが、これに限られるものではない。本発明で製造されるIII族窒化物半導体層は多層構造であってもよい。例えば、下地基板上に第一層としてＧａＮ半導体の層を形成し、この第一層上にさらにIII族窒化物半導体で構成される第二層（例えば、n-ＡｌＧａＮの層）、第三層（例えば、ＩｎＧａＮの層）等を形成して本発明で得られるIII族窒化物半導体層を半導体レーザとしてもよい。
このような半導体レーザを製造する場合には、下地基板上に第一層目のＧａＮ半導体層を形成し、この第一層上に第二層目、第三層目等のIII族窒化物半導体の層を成長させた後、最後に下地基板を分離させる。
【００３０】
さらに、前記実施形態では、ＧａＮ半導体層１４の作製を行なったが、ＧａＮ半導体層１４に限らず、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ層（0≦Ｘ≦1）やＡｌＸＧａ１−ＸＮ層（0≦Ｘ≦1）を形成してもよい。
また、前記実施形態では、サファイア基板１０上にＧａＮ膜１1を形成し、このＧａＮ膜１１上にマスク１２を形成したが、サファイア基板１０上にマスク１２を直接、形成してもよい。
【００３１】
さらに、前記実施形態ではＨＶＰＥ法により、ＧａＮ半導体層１４を形成する際に、Ｖ／III比を３０以上としたが、これに限らず、Ｖ／III比は、３０未満であってもよい。
また、前記実施形態では、ＨＶＰＥ法により、ＧａＮ半導体層１４を形成したが、ＧａＮ半導体層を形成するための方法は、ＨＶＰＥ法に限られるものではない。ＧａＮ半導体層の成長条件を適宜設定し、マスクの被覆部の角部にIII族窒化物半導体層の核を成長させることができれば、任意の方法でＧａＮ半導体層を形成することができる。
さらに、前記実施形態では、マスク１２の被覆部１２２の角部１２２Ａにのみ３次元核１４０を成長させたが、これに限らず、角部１２２Ａに加えて、マスク１２の開口部１２１に３次元核を成長させてもよい。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
前記実施形態で示した成長条件で、ＧａＮ半導体基板を製造した。
【００３３】
（比較例１）
マスクの被覆部をストライプ状に形成し、被覆部の角部にＧａＮ半導体層の核を成長させずに、ＧａＮ半導体基板を形成した。マスクの被覆部は、サファイア基板の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層の<１１−２０>方向）に延びている。ＧａＮ半導体層は、被覆部の長辺の両側にサファイア基板の基板面に対して傾斜したファセット面を有する構造体を成長させ、得たものであり、いわゆるＦＩＥＬＯ法（facet-initiated epitaxial lateral overgrowth）により成長したものである。
【００３４】
（比較例２）
前記実施形態で使用したマスクを使用し、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法を用いて、ＧａＮ半導体層を成長させた。比較例２においては、ＧａＮ半導体層の成長を途中で止め、ＧａＮ半導体層の成長の状態を観察した。
ＧａＮ半導体層は開口部から成長しており、被覆部の角部にＧａＮ半導体層の核は形成されなかった。
【００３５】
（実施例１及び比較例１，２の結果）
図９に、ＧａＮ半導体基板の膜厚と、転位密度との関係の結果を示す。
図９の黒丸は、実施例１で製造したＧａＮ半導体基板を示し、図９の黒三角は、比較例１で製造したＧａＮ半導体基板を示す。
実施例１で製造したＧａＮ半導体基板の方が、比較例１で製造したＧａＮ半導体基板よりも転位密度が低くなっている。
以上より、実施例１において、結晶性の高いＧａＮ半導体基板を得ることができることが確認できた。
【００３６】
また、図１０に、ＧａＮ半導体基板の膜厚と、ＧａＮ半導体基板の（０００２）反射で得られたＸ線ロッキングカーブの半値幅との関係の結果を示す。
図１０の黒丸は、実施例１で製造したＧａＮ半導体基板を示し、図１０の黒三角は、比較例１で製造したＧａＮ半導体基板を示す。
実施例１で製造したＧａＮ半導体基板の方が比較例１で製造したＧａＮ半導体基板よりも半値幅が小さくなっている。
以上より、実施例１において、結晶性の高いＧａＮ半導体基板を得ることができることが確認できた。
また、比較例２で製造したＧａＮ半導体層は、開口部から成長しており、被覆部の角部にＧａＮ半導体層の核は形成されなかったため、単に、平面形状が多角形形状の被覆部を有するマスクを使用しただけでは、被覆部の角部に核を形成することができないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るＧａＮ基板の製造工程を模式的に示した断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の平面図である。
【図２】図２（Ｄ）は、ＧａＮ基板の製造工程を模式的に示した断面図であり、図２（Ｅ）は、図２（Ｄ）の平面図である。図２（Ｆ）は、ＧａＮ基板の製造工程を模式的に示した断面図であり、図２（Ｇ）は、図２（Ｆ）の平面図である。
【図３】図３（Ｈ）は、ＧａＮ基板の製造工程を模式的に示した断面図であり、図３（Ｉ）は、図３（Ｈ）の平面図である。
【図４】ＨＶＰＥ装置を模式的に示す図である。
【図５】従来のＧａＮ半導体層における転位の状態を示す断面図である。
【図６】本実施形態のＧａＮ半導体層における転位の状態を示す断面図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、マスクの変形例を示す平面図である。
【図８】マスクの他の変形例を示す平面図である。
【図９】実施例及び比較例におけるＧａＮ半導体基板の膜厚と転位密度との関係を示す図である。
【図１０】実施例及び比較例におけるＧａＮ半導体基板の膜厚とＸ線ロッキングカーブの半値幅との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
３    ＨＶＰＥ装置
１０    サファイア基板
１１    ＧａＮ膜
１２    マスク
１４    ＧａＮ半導体層
２１    マスク
３０    反応管
３１    基板ホルダ
３３    ガス導入管
３４    ガス導入管
３５    ヒータ
３６    成長領域
３７    ソース
３８    排出口
３９    ソースボート
４１    マスク
５１    マスク
１００    マスク
１０１    被覆部
１０２    ＧａＮ半導体層
１２１    開口部
１２２    被覆部
１２２Ａ    角部
１４０    ３次元核
１４１Ａ    ファセット面
１４１    構造体
２１１    開口部
２１２    被覆部
４１１    開口部
４１２    被覆部
５１１    開口部
５１２    第二の被覆部
５１３    第一の被覆部
Ｙ２    貫通転位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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