(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ面から０.０３°以上１.０°以下の範囲で傾斜した表面を有する窒化物半導体自立基板であって、前記窒化物半導体自立基板の表面全体の各点でのＣ軸と表面の接線との成す角度が最大となる方向であるＯＦＦ方向が、６回対称であるＭ軸のうちある特定のＭ軸方向から０.５°以上１６°以下の範囲でずれており、かつ前記ＯＦＦ方向の前記特定のＭ軸方向からのずれ角をφとしたとき、−０．５°＜φ＜＋０．５°の領域を含まないことを特徴とする窒化物半導体自立基板。
【請求項２】
前記ＯＦＦ方向が、前記ある特定のＭ軸方向から１°以上１３°以下の範囲でずれていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体自立基板。
【請求項３】
前記ＯＦＦ方向が、前記ある特定のＭ軸方向から２°以上８°以下の範囲でずれていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体自立基板。
【請求項４】
請求項１に記載の窒化物半導体自立基板上に窒化物半導体からなる発光層を有する窒化物半導体発光デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の窒化物半導体自立基板上に窒化物半導体からなる電子デバイス層を有する窒化物半導体電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体自立基板及びそれを用いたデバイスに関し、更に詳しくは、Ｃ面から所定の角度傾斜した表面を有する窒化物半導体自立基板及びそれを用いて作製されるデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、青、緑および紫外発光デバイス材料として、また、高出力用途の電子デバイス材料として注目されている。
従来、デバイス応用が報告されている窒化物半導体は、そのほとんど全てが、例えば、サファイアや４Ｈ−ＳｉＣなどの異種基板上に、低温ＧａＮ、ＡｌＮバッファあるいは高温ＡｌＮバッファを介して窒化物半導体を成長することで実現されている。
【０００３】
これらの基板の表面は、通常、Ｃ面（（０００１）面）から０.１°〜１０°程度傾斜した面に形成されている。これは、基板表面をＣ面から傾けることで表面に規則正しく分子ステップ（以下、単にステップと呼ぶ）が並ぶため、基板上に窒化物半導体結晶を成長する際に、基板表面に供給された原子種がステップに取り込まれやすく、いわゆるステップフローモードの成長となり、欠陥の少ない良質な結晶が得られるためである。
このような基板のＯＦＦ方向、すなわちＣ軸と表面の接線の成す角度が最大となる方向としては、通常、Ｍ軸方向あるいはＡ軸方向が選ばれる。これらは、結晶の対称性が高い方向（すなわち、原子が整然と並ぶ方向）であり、直線性の高いステップを得るために、このような方向が選ばれるのである。
【０００４】
上記ステップフローモードの成長を実現するために、従来、ＳｉＣ結晶の（０００１）面に対して傾斜角度０.０２度から０.６度の範囲内で傾斜した面を有するＳｉＣ基板が提案されている（特許文献１）。
また、ＧａＮ結晶の（０００１）面に対して傾斜角度１度以上２０度以下で傾斜した面を有するＧａＮ基板が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３３３９１号公報
【特許文献２】特開２００２−１６０００号公報
【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、上記従来の傾斜した表面を有する基板を用い、これら基板上に窒化物半導体層を形成した実用デバイスも未だ種々の欠点を有しており、これが窒化物半導体デバイスの応用範囲を狭めている。
【０００７】
例えば、現在実用化されている窒化物半導体発光ダイオードの欠点としては、色純度が悪い、すなわち、発光スペクトルの半値幅が広いということが挙げられる。このことは、表示用途に用いる場合には特に問題とならない場合もあるが、例えば液晶ディスプレーのバックライトに用いる際には大きな問題となる。すなわち、発光ダイオードを用いた液晶ディスプレーにおいては、発光ダイオードから出た光は光学フィルタを通して画面上に表示されるため、光学フィルタの帯域外の光は光学フィルタでカットされて無駄になってしまい、結果として必要な画面の明るさを得るための消費電力が増えてしまうことになる。
また、窒化物半導体レーザーダイオードにおいても、同様に、発光層の色純度が悪いために、レーザー発振の閾値電流が大きくなってしまうという問題が生じている。
【０００８】
更に、窒化物半導体電子デバイス、例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）では、通電動作に伴い、増幅度が変化する電流コラプスという現象が存在し、これを抑制するために結晶成長および素子プロセス全体で多大な努力が払われているのが現実である。
【０００９】
更に言えば、これらのデバイスを製作する上で、結晶成長の不均一性が重大な問題となっている。この結晶成長の不均一性のために、例えば、基板表面のある特定の領域に製作したデバイスは満足な特性が得られたとしても、基板表面のそれ以外の領域に製作したデバイスの特性は、所定の性能を満たさないということが往々にしてある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決し、基板上に均一な窒化物半導体層を成長できる窒化物半導体自立基板、並びに、この基板を用いて作製される特性の優れた窒化物半導体発光デバイス及び窒化物半導体電子デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、Ｃ面から０.０３°以上１.０°以下の範囲で傾斜した表面を有する窒化物半導体自立基板であって、前記窒化物半導体自立基板の表面全体の各点でのＣ軸と表面の接線との成す角度が最大となる方向であるＯＦＦ方向が、６回対称であるＭ軸のうちある特定のＭ軸方向から０.５°以上１６°以下の範囲でずれており、かつ前記ＯＦＦ方向の前記特定のＭ軸方向からのずれ角をφとしたとき、−０．５°＜φ＜＋０．５°の領域を含まないことを特徴とする窒化物半導体自立基板である。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様の窒化物半導体自立基板において、前記ＯＦＦ方向が、前記ある特定のＭ軸方向から１°以上１３°以下の範囲でずれていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の態様は、の窒化物半導体自立基板において、前記ＯＦＦ方向が、前記ある特定のＭ軸方向から２°以上８°以下の範囲でずれていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１の態様に記載の窒化物半導体自立基板上に窒化物半導体からなる発光層を有する窒化物半導体発光デバイスである。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１の態様に記載の窒化物半導体自立基板上に窒化物半導体からなる電子デバイス層を有する窒化物半導体電子デバイスである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の窒化物半導体自立基板によれば、基板上に均一で良好な窒化物半導体層の成長ができ、また、この窒化物半導体自立基板を用いて特性の優れた窒化物半導体発光デバイス及び窒化物半導体電子デバイスを基板全域に亘って均一に作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る窒化物半導体自立基板、窒化物半導体発光デバイス、および窒化物半導体電子デバイスの実施形態を説明する。
【００１８】
本発明者らは、上述した従来の窒化物半導体デバイスの問題点を改善すべく鋭意検討を行った。その結果、図１に示すように、窒化物半導体自立基板の表面がＣ面（（０００１）面）から角度θ＝０.０３°以上１.０°以下傾斜（微傾斜）した基板を用いる場合に、従来のように結晶基板のＭ軸またはＡ軸をＯＦＦ方向（基板の表面全体の各点でのＣ軸と表面の接線との成す角度が最大となる方向）とした基板ではなく、Ｍ軸方向（〈１１−２０〉方向、若しくはこれと等価な方向）から角度φ＝０.５°以上１６°以下ずれた方向をＯＦＦ方向とし、かつ基板表面に−０．５°＜φ＜＋０．５°の領域を含まない窒化物半導体自立基板を用いることで、従来の窒化物半導体デバイスの問題点を克服できることを見出した。
なお、図１においては、６回対称であるＭ軸の６方向のうち、ＯＦＦ方向から０.５°以上１６°以下の範囲でずれた特定のＭ軸方向を表示し、また、同様に６回対称であるＡ軸の６方向のうち、前記特定のＭ軸方向と直交するＡ軸方向を表示している。
【００１９】
上記ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれは、１°以上１３°以下の範囲がより好ましく、更に好ましくは２°以上８°以下の範囲とするのがよいことも分かった。
上記の窒化物半導体自立基板は、ＧａＮからなる自立基板が好ましいが、その他、ＡｌＧａＮやＡｌＮなどからなる自立基板でも勿論よい。
また、上記窒化物半導体自立基板を用いれば、基板上に面内均一で高品質の窒化物半導体層の成長ができるので、窒化物半導体自立基板上に窒化物半導体層を有する優れた特性の窒化物半導体発光デバイスおよび窒化物半導体電子デバイスを作製できる。
【００２０】
上記の検討において、本発明者は、まず、ＯＦＦ方向が概ねＡ軸方向を向いている場合には、基板上に成長する結晶表面のステップが乱雑になること、およびＯＦＦ方向が概ねＭ軸方向を向いている場合には、若干ステップの直線性が改善されることを確認した（これに関しては、既に文献「 X.Q. Shen and H. Okumura, Journal of Crystal Growth, 300(2007) 75-78 」で報告されている）。
しかし、ＯＦＦ方向が丁度Ｍ軸を向いている場合にステップの直線性が改善されると言っても、実際には、広い視野（１００μｍ角程度の領域）でステップを観察すると、ステップは数十μｍの幅で大きく蛇行していることも判明した。ＯＦＦ方向が丁度Ｍ軸方向を向いている場合には、理想的に考えると、Ｍ軸と垂直な方向に直線的なステップが得られるはずである。ところが、現実の基板表面は、転位、不純物、基板平坦度の不完全性など様々な不完全性を有するため、ステップが前後に揺らぎ、ステップの直線性が大幅に損なわれてしまうのである。
【００２１】
更に、上記検討を通じて、本発明者は、ＯＦＦ方向がＭ軸から０.５°以上１６°以下の範囲でずれている場合には、広い視野（１００μｍ角程度の領域）で見たときに、ステップの直線性を劇的に改善できることを見出した。ＯＦＦ方向がＭ軸から０.５°以上１６°以下の範囲でずれている場合には、ステップは、Ｍ軸に垂直なステップと、Ａ軸に垂直なステップとの混合状態となり、両ステップの比率はＯＦＦ方向のＭ軸からのずれで決定されることが分かった。この場合、広い視野で見たときにはステップは直線的であるが、ミクロに見るとステップは直線的ではなくジグザグなステップ状になっている。このため、基板表面に不完全性が存在した場合でも、比較的容易にその不完全性を吸収し、本来そのステップがあるべき位置・方向にステップが復帰できるため、広い視野で見た場合のステップの直線性を向上できるのである。
【００２２】
また、窒化物半導体自立基板の製法は現在幾つか知られているが、これらの方法で製作したＧａＮ基板を詳細に調べたところ、結晶自体がまだまだ完全ではなく、そもそもＣ面自体がゆがんでいる場合が多いということが判明した。このため、基板の表面を研磨等して幾何学的に平坦にした場合には、基板表面のＯＦＦ方向は一定でなくなり、ある特定のＭ軸に対して±数十度のＯＦＦ方向分布を持つ場合さえあった。大きなＯＦＦ方向分布を持った基板の場合、基板表面には−０．５°＜φ＜＋０．５°にある位置・領域が存在し、このような基板上に素子を形成した場合、−０．５°＜φ＜＋０．５°の位置・領域での素子の特性が著しく低下するということが生じた。そこで、本実施形態では、基板表面に−０．５°＜φ＜＋０．５°となる領域を含まない窒化物半導体自立基板としている。
【００２３】
窒化物半導体自立基板としては、大島らにより報告されたボイド形成剥離（ＶＡＳ）法（Yuichi OSHIMA et al., Japanese Journal of Applied Physics，Vol.42(2003) pp.L1-L3）を用いて形成したＧａＮ自立基板が好ましい。このＶＡＳ法によるＧａＮ自立基板の製造では、まず、サファイア基板上にＧａＮ薄膜とＴｉ膜を形成し、ＧａＮ薄膜とＴｉ膜が形成されたサファイア基板を熱処理して、ＧａＮ薄膜に多数のボイド（空隙）を形成し且つＴｉ膜を網目構造のＴｉＮ膜（ＴｉＮナノマスク）とし、次いで、前記ボイドを有するＧａＮ薄膜上にＧａＮ厚膜を形成した後、サファイア基板からＧａＮ厚膜を剥離してＧａＮ自立基板として用いる。ＶＡＳ法により作製されたＧａＮ自立基板は、低転位密度で面内均一性が高く、反りも少ない。
各種製法で作製される窒化物半導体自立基板は、様々なＯＦＦ方向のバラツキを有することが多いが、基板の中心位置でのＯＦＦ方向（研磨等によって形成する傾斜方向）を適切に選択することにより、基板表面全体にわたってＣ軸と表面の接線の成す角度が最大となる方向（ＯＦＦ方向）が、Ｍ軸方向から０.５°以上１６°以下の範囲であり、かつ基板表面に−０．５°＜φ＜＋０．５°の領域を含まないように基板を作製することが可能である。
【００２４】
上記窒化物半導体自立基板を用いてデバイスを作製する場合、例えば、発光デバイスにおいては、通常、発光層にＩｎＧａＮが用いられる。発光層の発光波長分布は、ＩｎＧａＮ層内のＩｎ組成の分布に支配されているので、ＩｎＧａＮ層を上記のように直線性が向上したステップを持つ窒化物半導体上に成長すると、Ｉｎ原子が均一にステップに取り込まれ、面内均一な組成のＩｎＧａＮ層が得られる。このため、発光層の発光波長分布が従来より狭まり、発光ダイオードおよびレーザーダイオードの特性が改善できるのである。
【００２５】
また、上記窒化物半導体自立基板上にＨＥＭＴ構造の窒化物半導体層を成長させて作製したＨＥＭＴにおいても、電流コラプスを大幅に抑制することができた。電流コラプスの原因については未だ結論がでていないが、キャリア供給層であるＡｌＧａＮ層中の欠陥が関与しているものと考えられている。表面のステップが揺らいでいる従来の窒化物半導体上にＡｌＧａＮを成長した場合には、上記のＩｎＧａＮの場合と同様にＡｌ組成が不均一になると考えられる。このため、ＡｌＧａＮ層中の欠陥を低減するために成長条件を様々に変えたとしても、あるＡｌ組成を有する領域のＡｌＧａＮ層中の欠陥は低減できても、別のＡｌ組成を持つ領域のＡｌＧａＮ層に欠陥が生じてしまうために、どのようにしてもＡｌＧａＮ層全体から欠陥を無くすことが出来ないと思われる。これに対して、本実施形態の窒化物半導体自立基板を用いて、直線性の高い表面ステップを持つ窒化物半導体上にＡｌＧａＮを成長させれば、上記のＩｎＧａＮの場合と同様に、Ａｌ組成の均一性の高いＡｌＧａＮ層が得られ、このためＡｌＧａＮの成長条件を適切に選べば、ＡｌＧａＮ層全体の欠陥を効果的に抑制できる。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
本実施例においては窒化物半導体自立基板として、上述したボイド形成剥離（ＶＡＳ）法によって形成したＧａＮ自立基板を用いた。ＶＡＳ法によるＧａＮ自立基板の製作方法を図２を用いて説明する。
まず、サファイア基板１上にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）によりＧａＮ薄膜２を成長したＧａＮ薄膜／サファイア基板の構造上に、蒸着により金属膜としてＴｉ膜を形成し、その後に電気炉で熱処理を行うことで、Ｔｉ／ＧａＮ界面付近に多数のボイド４を形成し、且つＴｉ膜を網目状のＴｉＮ膜（ＴｉＮナノマスク）３とする（図２（ａ））。
次に、ボイド４を有するＧａＮ薄膜２上に、ＨＶＰＥ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長法）でＧａＮ厚膜５を３００μｍ以上の厚さに成長する（図２（ｂ））。
成長後にＴｉＮ膜３を境界として機械的にＧａＮ厚膜５を剥離し、剥離して得られたＧａＮ厚膜５を用いてＧａＮ自立基板６を作製する（図２（ｃ））。
【００２７】
ここで得られたＧａＮ自立基板６の表面および裏面を、研削し研磨して、基板表面の中心位置においてＣ面から０.３度傾斜し、かつ、そのＯＦＦ方向がＭ軸方向からＡ軸方向までの３０度の間の様々な方向（ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれ角が、０度、０.３度、０.５度、１度、２度、５度、８度、１０度、１１度、１２度、１３度、１６度、１８度、２０度、２５度、３０度）を有する、複数のＧａＮ自立基板を得た（図３参照）。
【００２８】
これらのＧａＮ自立基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸を成長した。成長手順としては、まず上記のＧａＮ自立基板をＭＯＶＰＥ装置に設置した後に、約１０１３２５Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）の水素／窒素混合ガス雰囲気中（水素４０ｓｌｍ、窒素４０ｓｌｍ）で、窒素原料としてアンモニアガスを２０ｓｌｍ、基板温度を１０７５℃として、電子濃度が５×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープＧａＮ層を４μｍ成長した。その後、基板温度を７５０℃に下げ、６周期のＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造を形成した。発光のピーク波長は４６０ｎｍになるように、Ｉｎ組成を調整した。
【００２９】
図３に、ＧａＮ自立基板の基板中心位置でのＯＦＦ方向と、基板中心位置でのフォトルミネセンス（ＰＬ）の発光半値幅の関係を示す。ＰＬ測定は室温で、Ｈｅ−Ｃｄレーザーを用いて行った。励起光強度は５Ｗ／ｃｍ２であった。
図３に示すように、ＯＦＦ方向がＭ軸方向（ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれ角が０度）の場合には発光半値幅は３５ｎｍであり、ＯＦＦ方向がＡ軸方向（ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが３０度）の場合には４５ｎｍであった。ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが０.３度以下あるいは１８度以上の場合には、発光半値幅は３５ｎｍ程度かそれ以上であり、ＯＦＦ方向が丁度Ｍ軸の方向で有る場合と同じか、むしろ半値幅が大きくなってしまった。
これに対して、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが０.５度以上１６度以下の場合には、発光半値幅は３０ｎｍ以下と小さくなった。更に、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが１度以上１３度以下の場合には発光の半値幅は２０ｎｍ程度以下と非常に細くなった。更には、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが、２度以上８度以下の場合にはより顕著な改善効果が得られており、発光の半値幅は１０ｎｍ程度と極めて小さい値となり、色純度の非常に高い発光が得られた。
【００３０】
この半値幅改善効果の原因を調べるために、上記と同様な方法でＳｉドープＧａＮ層までを成長した試料を作製して、その表面の原子間力顕微鏡にて表面のステップの状態を観察した。
ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが０.３度以下の場合には、数μｍのレンジで見ると直線性の高いステップが形成されているものの、数百μｍ程度の大きい領域で見ると、ステップが大きく蛇行しているのが見て取れた。また、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが１８度以上の場合には、ステップは数μｍレンジの視野で見た場合でも大きく蛇行していた。
これに対して、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれを０.５度以上１６度以下とした場合には、ステップの蛇行が抑制された。ステップの蛇行の改善効果は、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが、２度以上８度以下の場合に最大となることも明らかとなった。
このように、ステップの蛇行の度合いと発光半値幅との間には明確な相関がみられたことから、発光層であるＩｎＧａＮ層をこれらの表面上に結晶成長した場合に、ステップの直線性が高いほど、Ｉｎ原子が均一にステップに取り込まれ、均一なＩｎ組成のＩｎＧａＮ層が得られるため、発光半値幅が小さくなると考えられる。
【００３１】
更に、上記と同様な発光半値幅の測定を基板全面に対して行った。
各基板は、様々なＯＦＦ方向のバラツキを有していたが、基板中心位置でのＯＦＦ方向を適切に選択すると、基板表面全体にわたってＣ軸と表面の接線の成す角度が最大となる方向（ＯＦＦ方向）が、Ｍ軸方向から０.５度以上１６度以下の範囲であり、かつ基板表面に−０．５°＜φ＜＋０．５°の領域を含まない基板を作製することができる。
基板表面に−０．５°＜φ＜＋０．５°の領域を含む場合には、発光の半値幅は１０ｎｍ〜３５ｎｍと大きな分布を持ったが、基板表面に−０．５°＜φ＜＋０．５°の領域を含まない基板の場合には、発光の半値幅の分布は改善し、例えば基板全面に渡って半値幅が２０ｎｍ程度以下、あるいは、１０ｎｍ程度とすることが可能であった。
【００３２】
［実施例２］
ＧａＮ自立基板表面のＣ面からの傾きを、０度〜２度の範囲で種々に変えた基板を作製し、実施例１と同様の実験を行った。その結果、基板表面のＣ面からの傾きが０.０３度以上１.０度以下の範囲では、実施例１と同様の結果が得られた。
一方、基板表面のＣ面からの傾きが０.０３度未満、あるいは１.０度よりも大きい場合には、発光半値幅に明確なＯＦＦ方向依存性は見られなかった。基板表面のＣ面からの傾きが０.０３度未満の場合には、表面の加工精度の問題から面内でＯＦＦ方向が制御しきれておらず、結果として意図したＯＦＦ方向の制御が出来ていないのが原因と考えられる。また、基板表面のＣ面からの傾きが１.０度よりも大きい場合には、表面のステップが単分子ステップではなく、多段ステップとなっており、その段数はＯＦＦ方向のみでは制御できなかった。この場合、ステップ段数の揺らぎが発光半値幅の支配的要因となり、発光半値幅に明確なＯＦＦ方向依存性が見られなかったものと考えられる。
【００３３】
［実施例３］
実施例１と同様なＧａＮ自立基板を作製し、その基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、青紫レーザーダイオード構造の窒化物半導体層を積層形成した。
ＧａＮ自立基板上に、まず、Ｓｉドープのｎ−ＧａＮ層を成長し、その上にｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮの短周期超格子構造を形成した。その上に更にｎ−ＧａＮ層を介して、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの３周期の多重量子井戸発光層を形成した。次いで、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＧａＮ層、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮの短周期超格子構造、ｐ−ＧａＮコンタクト層を形成した。
このエピタキシャル基板を用いて、リッジ幅５μｍ、共振器長４００μｍのレーザー素子を製作し、レーザー素子の特性を評価した。図４に、製作したレーザーの発振閾値電流の、ＯＦＦ方向のＭ軸からのずれ角度依存性を示す。
この実施例でも、先の実施例と同様に、下地であるＧａＮ自立基板表面のステップの直線性が良いほど特性が向上し、発振閾値電流が低下するということが確認された。具体的に言うと、ＯＦＦ方向が丁度Ｍ軸を向いている場合の発振閾値電流は３０ｍＡであったが、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれを０.５度以上１６度以下とした場合には、発振閾値電流が３０ｍＡ未満となった。ことに、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが、２度以上８度以下の場合に、発振閾値電流が最も下がり、２１〜２２ｍＡ程度と極めて低い値となった。
更に、基板表面に−０．５°＜φ＜＋０．５°の領域を含まない基板を用いた場合には、基板全面に渡って発振閾値電流を２０ｍＡ程度とすることが可能であった。
【００３４】
［実施例４］
実施例１と同様なＧａＮ自立基板を作製し、その上にアンドープのＧａＮ層を成長し、更にＳｉドープＡｌＧａＮ層を成長し、ＨＥＭＴ構造を形成した。
作製したＨＥＭＴ構造に、ソース、ドレイン、ゲート電極を形成し素子化し、特性を調査した。図５に、ソース−ドレイン間の電流−電圧特性を模式的に示すが、一度、ソース−ドレイン間に５０Ｖ程度の電圧を印加すると、その後に素子に流れる電流が低下する（図５に実線で示す電流−電圧特性が、５０Ｖの電圧印加後には破線で示す電流−電圧特性となる）、いわゆる電流コラプス現象が観測された。
図５において、ゲート電圧ＶＧが５Ｖで、ソース−ドレイン間の電圧Ｖが３０Ｖの場合の、電流Ｉの低下率（％）を、ＨＥＭＴ構造を形成したＧａＮ自立基板のＯＦＦ方向（Ｍ軸方向からのずれ）に対してプロットしたのが図６である。
この実施例でも、先の実施例と同様に、下地であるＧａＮ基板表面のステップの直線性が良いほど特性が向上し、電流低下が抑制されることが確認された。具体的に言うと、ＯＦＦ方向が丁度Ｍ軸を向いている場合の電流低下率は６０％もあったが、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれを０.５度以上１６度以下とした場合には、これを３０％程度以下とすることができた。ことに、ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれが、２度以上８度以下の場合には、電流低下がほとんど見られず、電流コラプスをほぼ完全に抑制できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体自立基板の表面における傾斜角及びＯＦＦ方向を説明する図である。
【図２】実施例で作製したＧａＮ自立基板の製造工程を示す工程図である。
【図３】実施例のＧａＮ自立基板の基板中心位置でのＯＦＦ方向と、基板中心位置でのフォトルミネセンス（ＰＬ）の発光半値幅の関係を示す図である。
【図４】実施例のレーザダイオードの発振閾値電流と基板表面のＯＦＦ方向のＭ軸からのずれとの関係を示す図である。
【図５】実施例のＨＥＭＴの電流−電圧特性を模式的に示す図である。
【図６】実施例のＨＥＭＴにおける電流低下率を、ＨＥＭＴ構造を形成したＧａＮ自立基板のＯＦＦ方向に対してプロットした図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  サファイア基板
２  ＧａＮ薄膜
３  ＴｉＮ膜
４  ボイド
５  ＧａＮ厚膜
６  ＧａＮ自立基板
Θ  基板表面のＣ面からの傾斜角
Φ  ＯＦＦ方向のＭ軸方向からのずれ角
【図１】
0005262545.tif 000002
【図２】
0005262545.tif 000003
【図３】
0005262545.tif 000004
【図４】
0005262545.tif 000005
【図５】
0005262545.tif 000006
【図６】
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