(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉから成る単結晶基板の一主面上に、非晶質もしくは多結晶のＧａＡｓから成る第１ＧａＡｓ層および単結晶ＧａＡｓから成る第２ＧａＡｓ層を順次、成長させる工程（１）と、
前記第２ＧａＡｓ層上に、単結晶ＧａＮから成るＧａＮ層を成長させる工程（２）と、
前記第１ＧａＡｓ層及び第２ＧａＡｓ層をエッチング液で選択的に浸蝕することによりＧａＮ層を単結晶基板より分離してＧａＮ層から成る半導体基板を得る工程（３）と、を含む半導体基板の製造方法。
【請求項２】
Ｓｉから成る単結晶基板の一主面上に、非晶質もしくは多結晶のＧａＡｓから成る第１ＧａＡｓ層および単結晶ＧａＡｓから成る第２ＧａＡｓ層を順次、成長させる工程（１）と、
前記第２ＧａＡｓ層上に非晶質もしくは多結晶のＧａＮ、或いはＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X≦１）から成る中間層を形成し、該中間層上に単結晶ＧａＮから成るＧａＮ層を成長させる工程（２）と、
前記第１ＧａＡｓ層及び第２ＧａＡｓ層をエッチング液で選択的に浸蝕することによりＧａＮ層および中間層を単結晶基板より分離して前記ＧａＮを含む半導体基板を得る工程（３）と、を含む半導体基板の製造方法。
【請求項３】
Ｓｉから成る単結晶基板の一主面上に、非晶質もしくは多結晶のＧａＰから成るＧａＰ層を形成し、該ＧａＰ層上に該非晶質もしくは多結晶のＧａＡｓから成る第１ＧａＡｓ層および単結晶ＧａＡｓから成る第２ＧａＡｓ層を順次、成長させる工程（１）と、
前記第２ＧａＡｓ層上に、単結晶ＧａＮから成るＧａＮ層を成長させる工程（２）と、
前記第１ＧａＡｓ層及び第２ＧａＡｓ層をエッチング液で選択的に浸蝕することによりＧａＮ層を単結晶基板より分離してＧａＮ層から成る半導体基板を得る工程（３）と、を含む半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ系化合物半導体から成り、半導体レーザや発光ダイオード用の基板として好適に用いられる半導体基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクや光磁気ディスクへの記録・再生用光源、プリンタ用光源、ディスプレイ用光源等として、青色等の短波長光を発する半導体発光装置が注目を集めている。
【０００３】
このような短波長光を発する半導体発光装置の基板材料には、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）等の化合物半導体が用いられ、かかるＧａＮ基板を得るための方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法やハイドライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法等を採用し、サファイア、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）等から成る単結晶基板上にＧａＮの単結晶をエピタキシャル成長させるといった方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の製法によってＧａＮ基板を製造する際、単結晶基板がサファイアで形成されていると、サファイアは硬質で劈開性に乏しいことから、素子の外形加工を容易にするためには、素子を分離する前に単結晶基板の厚みを研磨等によってできるだけ薄く削っておく必要がある。しかしながら、単結晶基板の厚みは、通常、３００μｍ〜５００μｍと比較的厚いことから、その研磨に長時間を要することとなり、半導体基板、並びにそれを用いた半導体装置の生産性向上に供することが不可となる欠点を有していた。
【０００５】
一方、単結晶基板がＧａＡｓによって形成されている場合、サファイアに比し研磨加工は容易であるものの、大きな単結晶基板を製作することが難しいため、得られるＧａＮ基板の大きさにも制約を受ける不都合があり、またこの場合、ＧａＡｓそのものを単結晶基板として用いているために、単結晶基板上にＧａＮの単結晶を従来周知の有機金属気相成長法等によって成長させる際、単結晶基板中のＡｓが成膜時の熱等によって多量に昇華し、成膜室内に充満するとともに、これらのＡｓがＧａＮ中に混入することによってＧａＮの特性が劣化する欠点も有していた。
【０００６】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、大型で高品質のＧａＮ基板を効率良く製作することができる半導体基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体基板の製造方法は、シリコンから成る単結晶基板の一主面上に、非晶質もしくは多結晶のＧａＡｓから成る第１ＧａＡｓ層および単結晶ＧａＡｓから成る第２ＧａＡｓ層を順次、成長させる工程（１）と、前記第２ＧａＡｓ層上に、単結晶ＧａＮから成るＧａＮ層を成長させる工程（２）と、前記第１ＧａＡｓ層及び第２ＧａＡｓ層をエッチング液で選択的に浸蝕することによりＧａＮ層を単結晶基板より分離してＧａＮ層から成る半導体基板を得る工程（３）と、を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明の半導体基板の製造方法は、Ｓｉから成る単結晶基板の一主面上に、非晶質もしくは多結晶のＧａＡｓから成る第１ＧａＡｓ層および単結晶ＧａＡｓから成る第２ＧａＡｓ層を順次、成長させる工程（１）と、前記第２ＧａＡｓ層上に非晶質もしくは多結晶のＧａＮ、或いはＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X≦１）から成る中間層を形成し、該中間層上に単結晶ＧａＮから成るＧａＮ層を成長させる工程（２）と、前記第１ＧａＡｓ層及び第２ＧａＡｓ層をエッチング液で選択的に浸蝕することによりＧａＮ層および中間層を単結晶基板より分離して前記ＧａＮ層を含む半導体基板を得る工程（３）と、を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
更に本発明の半導体基板の製造方法は、Ｓｉから成る単結晶基板の一主面上に、非晶質もしくは多結晶のＧａＰから成るＧａＰ層を形成し、該ＧａＰ層上に該非晶質もしくは多結晶のＧａＡｓから成る第１ＧａＡｓ層および単結晶ＧａＡｓから成る第２ＧａＡｓ層を順次、成長させる工程（１）と、前記第２ＧａＡｓ層上に、単結晶ＧａＮから成るＧａＮ層を成長させる工程（２）と、前記第１ＧａＡｓ層及び第２ＧａＡｓ層をエッチング液で選択的に浸蝕することによりＧａＮ層を単結晶基板より分離してＧａＮ層から成る半導体基板を得る工程（３）と、を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、Ｓｉ製の単結晶基板上にＧａＡｓ層及びＧａＮ層を順次、エピタキシャル成長させ、その後、硝酸系エッチング液等を用いてＧａＡｓ層を選択的にエッチングすることによりＧａＮ層を単結晶基板より分離してＧａＮ層から成る半導体基板を得るようにしたものであり、この場合、研磨等のプロセスは一切必要ないことから、結晶性に優れたＧａＮ基板（転位密度：１×１０7ｃｍ-2以下）を比較的短時間で得ることができ、半導体基板、並びにそれを用いた半導体装置の生産性を向上させることが可能となる。
【００１１】
また本発明によれば、単結晶基板を形成するＳｉは比較的大型に形成することができることから、大型のＳｉ基板を単結晶基板として用いることにより、その上にエピタキシャル成長されるＧａＮ層も単結晶基板のサイズと同等の大きなものとなすことができ、これによって大きなサイズのＧａＮ製半導体基板を得ることが可能となる。
【００１２】
更に本発明によれば、単結晶基板を形成するＳｉはＧａＮをエピタキシャル成長させる際の熱等が印加されても殆ど昇華することがなく、またＧａＮ層の下地として設けられる第１・第２ＧａＡｓ層の厚みは僅か数μｍ程度に極めて薄く形成しておけば良いことから、これらＧａＡｓ層中のＡｓがＧａＮをエピタキシャル成長させる際の熱等によって多量に昇華することもない。従って、Ａｓ等の不純物が成膜室内に充満してＧａＮ中に多量に混入するといった不都合を有効に防止することができ、高純度、高品質の単結晶ＧａＮを得ることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施形態に係る半導体基板の製造方法を説明するための工程毎の断面図であり、図中の１はＳｉから成る単結晶基板、２は第１ＧａＡｓ層、５は第２ＧａＡｓ層、６は中間層、７及び９はＧａＮ層である。本実施形態においては、単結晶ＧａＮから成る半導体基板１０を以下のプロセス（１）〜（３）によって製作する。
【００１４】
（１）まず、図１（ａ）に示す如く、単結晶Ｓｉから成る単結晶基板１を準備し、次に図１（ｂ）に示す如く単結晶基板１の一主面上に非晶質ＧａＡｓから成る第１ＧａＡｓ層２および単結晶ＧａＡｓから成る第２ＧａＡｓ層５を順次、成長させる。
【００１５】
前記単結晶基板１は、従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）等を採用することによって単結晶シリコンのインゴット（塊）を形成し、これを所定厚み（３００μｍ〜１０００μｍ）にスライスした上、表面を研磨することによって製作される。尚、単結晶基板１は、後述するＧａＮ層７，９の総厚みの３倍以上の厚みに設定しておくことが好ましい。
【００１６】
また第１ＧａＡｓ層２および第２第２ＧａＡｓ層５は、例えば従来周知の有機金属気相成長法等を採用することによって形成され、第１ＧａＡｓ層２は、ＧａＡｓが通常結晶化する温度よりも低い温度、例えば３００℃〜４５０℃の温度で成長させることにより５０Å〜３００Åの厚みに形成され、第２ＧａＡｓ層５は例えば５５０℃〜７００℃の温度でエピタキシャル成長させることによって０．５μm〜２μｍの厚みに形成される。
【００１７】
前記第１ＧａＡｓ層２および第２第２ＧａＡｓ層５は、その上下に隣接する単結晶基板１ならびに中間層６、ＧａＮ層７，９等と格子定数を合致させるためのものであり、これらのＧａＡｓ層２，５を単結晶基板１−ＧａＮ層７，９間に介在させておくことにより格子不整合を有効に防止することができる。
【００１８】
また、単結晶ＧａＡｓから成る第２ＧａＡｓ層５の形成前に非晶質ＧａＡｓから成る第１ＧａＡｓ層２を形成するのは、第２ＧａＡｓ層５の結晶性を上げるためであり、これによって第２ＧａＡｓ層５の転位密度を１×１０7ｃｍ-2以下に抑えることができる。
【００１９】
尚、第２ＧａＡｓ層５の結晶品質を向上させるには、第１ＧａＡｓ層２の形成後、単結晶基板１及び第１ＧａＡｓ層２に対し熱サイクルアニールを施し、転位の多くを第１ＧａＡｓ層２内に閉じ込めてしまうことが好ましく、また第２ＧａＡｓ層５のエピタキシャル成長を開始する直前、もしくは第２ＧａＡｓ層５の成長途中で歪み層を介在させるようにすれば、歪み層との界面で転位の一部を止めることができ、これによっても第２ＧａＡｓ層５の結晶品質を向上させることができる。
【００２０】
更にこの場合、第１ＧａＡｓ層２の形成に先立って、単結晶基板１の一主面上に非晶質もしくは多結晶のＧａＰから成るＧａＰ層を形成し、該ＧａＰ層上に第１ＧａＡｓ層２を成長させるようにすれば、第１ＧａＡｓ層２及び第２ＧａＡｓ層５の品質をより良好なものとなすことができる利点もある。従って、単結晶基板１の一主面上に、まず非晶質もしくは多結晶のＧａＰから成るＧａＰ層を形成し、該ＧａＰ層上に第１ＧａＡｓ層２および第２ＧａＡｓ層５を順次、成長させるようにすることが好ましい。
【００２１】
（２）次に図１（ｃ）に示す如く、第２ＧａＡｓ層５上に、非晶質もしくは多結晶のＧａＮ、或いはＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X≦１）から成る中間層６を形成し、しかる後、図１（ｄ）に示す如く中間層６上に単結晶ＧａＮから成るＧａＮ層７，９を成長させる。
前記中間層６は、先に述べた第１ＧａＡｓ層２と同様の理由、即ち、その上にエピタキシャル成長されるＧａＮ層７，９の結晶性を良好となすために設けられた層であり、例えば非晶質のＧａＮにより形成する場合、従来周知の有機金属気相成長法等を採用し、ＧａＮが結晶化する温度よりも低い温度（例えば４００℃〜６００℃）でＧａＮを成長させることによって５０Å〜３００Åの厚みに形成され、その後、熱サイクルアニールが施される。
【００２２】
この場合、第２ＧａＡｓ層５中のＡｓがＧａＮ層７，９中に拡散しようとするのを中間層６で良好に遮断することができるため、ＧａＮ層７，９の不純物濃度は低く抑えられ、ＧａＮ層７，９の結晶性をより良好になすことができる。
【００２３】
また一方、前記ＧａＮ層は、第１のＧａＮ層７と第２のＧａＮ層９の２層で構成され、両ＧａＮ層７，９の間にはＳｉＯ２から成る選択成長マスク８が介在されている。
【００２４】
前記第１のＧａＮ層７および第２のＧａＮ層９は、例えば従来周知の有機金属気相成長法等を採用し、第２ＧａＡｓ層５の上面に８００℃〜１１００℃の温度で第１のＧａＮ層７を０．２μm〜１μｍ、また第１のＧａＮ層７と同じ温度条件で第２ＧａＮ層９を８０μm〜３００μｍの厚みに順次、エピタキシャル成長させることによって形成される。
【００２５】
また前記選択成長マスク８は、第２のＧａＮ層９の結晶品質を上げるために設けられたもので、選択成長マスク８上では選択成長マスク８全体を覆うようにして単結晶ＧａＮが横方向に成長することから第２のＧａＮ層９の欠陥密度を飛躍的に減少させることができる。かかる選択成長マスク８は、例えば従来周知のスパッタリングやフォトエッチングにより０．１μｍ〜０．３μｍの厚みで所定パターンに形成される。
【００２６】
ここで、単結晶基板１を形成するＳｉはＧａＮをエピタキシャル成長させる際の熱等が印加されても殆ど昇華することがなく、またＧａＮ層７，９の下地として設けられる第１・第２ＧａＡｓ層２，５の厚みは僅か数μｍ程度に極めて薄く形成しておけば良いことから、これらＧａＡｓ層２，５中のＡｓがＧａＮをエピタキシャル成長させる際の熱等によって多量に昇華することもない。従って、Ａｓ等の不純物が成膜室内に充満してＧａＮ層７，９中に多量に混入するといった不都合を有効に防止することができ、高純度、高品質の単結晶ＧａＮを得ることが可能である。
【００２７】
尚、上述したＧａＮ層７，９は、後述する（３）の工程で単結晶基板１から分離された後、単板での取り扱いが容易となるように５０μm以上の厚みに形成しておくことが好ましい。
【００２８】
（３）そして最後に図１（ｅ）に示す如く、第１ＧａＡｓ層２及び第２ＧａＡｓ層５を所定のエッチング液で選択的に浸蝕することによりＧａＮ層７，９を単結晶基板１より分離する。
【００２９】
前記エッチング液としては、例えば硝酸系のエッチング液が用いられ、かかるエッチング液に（２）の工程で得た積層体を所定時間浸漬することによって第１ＧａＡｓ層２及び第２ＧａＡｓ層５が選択的に浸蝕され、これによってＧａＮ層７，９が中間層６と共に単結晶基板１より分離されて、ＧａＮ層７，９及び中間層６から成る半導体基板が得られる。
【００３０】
尚、前記中間層６は、そのまま残して半導体基板の一部として用いても良いし、研磨等によって完全に削り取ってしまっても構わない。
【００３１】
以上のような本実施形態の製造方法によれば、大型基板の製造が比較的容易なＳｉ製の単結晶基板１上にＧａＡｓ層２，５及びＧａＮ層７，９を順次、エピタキシャル成長させ、その後、硝酸系エッチング液等を用いてＧａＡｓ層２，５を選択的にエッチングすることによりＧａＮ層７，９を単結晶基板１より中間層６と共に分離してＧａＮ層７，９を含む半導体基板を得るようにしたことから、研磨等のプロセスは一切不要で、結晶性に優れたＧａＮ基板（転位密度：１×１０7ｃｍ-2以下）を比較的短時間で得ることができ、半導体基板、並びにそれを用いた半導体装置の生産性を向上させることが可能となる。
【００３２】
また本実施形態の製造方法によれば、単結晶基板１の材質にＳｉが用いられており、かかるＳｉ製の単結晶基板１は比較的大型に形成することができることから、その上にエピタキシャル成長されるＧａＮ層７，９も単結晶基板１のサイズと同等の大きなものになすことができ、これによって大きなサイズのＧａＮ製半導体基板を得ることが可能である。
【００３３】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００３４】
例えば上述の実施形態では、ＧａＡｓ層２，５やＧａＮ層７，９を成長させるのに有機金属気相成長法を採用したが、これに代えて、分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy）法等の他の成長法を採用しても構わない。
【００３５】
また上述の実施形態では、選択成長マスク８の形成にスパッタリングを採用するようにしたが、これに代えて、プラズマＣＶＤ法等の他の薄膜形成技術を採用しても構わない。
【００３６】
更に上述の実施形態では、工程（３）で第１ＧａＡｓ層２及び第２ＧａＡｓ層５をエッチングするのに硝酸系のエッチング液を用いるようにしたが、第１ＧａＡｓ層２と第２ＧａＡｓ層５とを選択的にエッチングできるエッチング液であれば、塩酸系エッチング液等の他のエッチング液を用いても構わない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｓｉ製の単結晶基板上にＧａＡｓ層及びＧａＮ層を順次、エピタキシャル成長させ、その後、硝酸系エッチング液等を用いてＧａＡｓ層を選択的にエッチングすることによりＧａＮ層を単結晶基板より分離してＧａＮ層から成る半導体基板を得るようにしたものであり、この場合、研磨等のプロセスは一切必要ないことから、結晶性に優れたＧａＮ基板（転位密度：１×１０7ｃｍ-2以下）を比較的短時間で得ることができ、半導体基板、並びにそれを用いた半導体装置の生産性を向上させることが可能となる。
【００３８】
また本発明によれば、単結晶基板の材質にＳｉが用いられており、かかるＳｉ製の単結晶基板は比較的大型に形成することができることから、その上にエピタキシャル成長されるＧａＮ層も単結晶基板のサイズと同等の大きなものになすことができ、これによって大きなサイズのＧａＮ製半導体基板を得ることが可能となる。
【００３９】
更に本発明によれば、単結晶基板を形成するＳｉはＧａＮをエピタキシャル成長させる際の熱等が印加されても殆ど昇華することがなく、またＧａＮ層の下地として設けられる第１・第２ＧａＡｓ層の厚みは僅か数μｍ程度に極めて薄く形成しておけば良いことから、これらＧａＡｓ層中のＡｓがＧａＮをエピタキシャル成長させる際の熱等によって多量に昇華することもない。従って、Ａｓ等の不純物が成膜室内に充満してＧａＮ中に多量に混入するといった不都合を有効に防止することができ、高純度、高品質の単結晶ＧａＮを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施形態に係る半導体基板の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【符号の説明】
１・・・単結晶基板
２・・・第１ＧａＡｓ層
５・・・第２ＧａＡｓ層
６・・・中間層
７・・・第１のＧａＮ層
８・・・選択成長マスク
９・・・第２のＧａＮ層
【図１】
0004126452.tif 000002