(57)【要約】【課題】窒化物半導体単結晶層の割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生を抑制し、かつ、窒化物半導体単結晶層の結晶性の向上を図ることができる化合物半導体基板の提供。【解決手段】結晶面方位が｛１１１｝面であるＳｉ単結晶基板１００上に形成され、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａと、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された金属化合物層１１０ｂとがこの順で互いに積層され、最上層αが３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａまたは金属化合物層１１０ｂのいずれかで構成された第１の中間層１１０を備える。【選択図】図１
2009070873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶面方位が｛１１１｝面であるＳｉ単結晶基板上に形成され、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層と、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が前記３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層または前記金属化合物層のいずれかで構成された第１の中間層と、
前記第１の中間層上に形成され、ＩｎWＧａxＡｌ1-w-xＮ単結晶（０≦ｗ＜１、０≦ｘ＜１、ｗ＋ｘ＜１）で構成された第２の中間層と、
前記第２の中間層上に形成され、ＩｎyＧａzＡｌ1-y-zＮ単結晶（０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｙ＋ｚ＜１）で構成された窒化物半導体単結晶層と、を備えたことを特徴とする化合物半導体基板。
【請求項２】
前記最上層は、前記金属化合物層であることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体基板。
【請求項３】
前記金属化合物層は、ＴｉＣまたはＶＣのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の化合物半導体基板。
【請求項４】
結晶面方位が｛１１１｝面であるＳｉ単結晶基板上に形成され、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層と、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された第１の金属化合物層と、前記第１の金属化合物層と異なるＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された第２の金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が前記３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層、前記第１の金属化合物層、前記第２の金属化合物層のうちいずれかで構成された第１の中間層と、
前記第１の中間層上に形成され、ＩｎWＧａxＡｌ1-w-xＮ単結晶（０≦ｗ＜１、０≦ｘ＜１、ｗ＋ｘ＜１）で構成された第２の中間層と、
前記第２の中間層上に形成され、ＩｎyＧａzＡｌ1-y-zＮ単結晶（０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｙ＋ｚ＜１）で構成された窒化物半導体単結晶層と、を備えたことを特徴とする化合物半導体基板。
【請求項５】
前記最上層は、前記第１の金属化合物層または前記第２の金属化合物層のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の化合物半導体基板。
【請求項６】
前記第１の金属化合物層または前記第２の金属化合物層は、ＴｉＣまたはＶＣのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイスや電子デバイスに好適に用いられる化合物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等に代表される窒化物半導体は、高い電子移動度、高い耐熱性等に優れた特性を備えているため、発光デバイスや、高速、高温動作が可能な電子デバイス等への応用が期待されている。
【０００３】
従来、このような窒化物半導体を形成する基板としては、サファイア、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）等が用いられる。これらの基板の中でもＳｉ単結晶基板は、他の基板と比べて、結晶性に優れ、大面積で、高純度で、かつ、低価格で製造することが可能であるため、好適に用いられる。また、Ｓｉ単結晶基板を用いることで、その後のデバイス工程は、現在のデバイス工程をそのまま使用することができるため、開発コスト面においても優位であり、その実用化が求められている。
【０００４】
しかしながら、Ｓｉ単結晶基板と窒化物半導体との熱膨張係数を比較すると、窒化物半導体の方が２倍近く高い値を有しているため、窒化物半導体単結晶層に引張応力が発生して割れ（クラック）が発生する。更に、Ｓｉと窒化物半導体との結晶格子定数の差に起因した結晶欠陥が生じる。そのため、Ｓｉ単結晶基板上に、３Ｃ−ＳｉＣやＡｌＮで構成される中間層を介して窒化物半導体単結晶層を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、前記中間層を介しても前述した割れ、結晶欠陥等の発生の抑制には限界がある。従って、窒化物半導体単結晶層を厚膜形成（例えば、１μｍ以上）するには限界があった。
また、窒化物半導体単結晶層の結晶性を向上させることは、非常に重要な要素である。層の結晶性の向上は、発光デバイスでは発光効率、輝度を向上させ、電子デバイスではデバイス特性を向上させる。なお、窒化物半導体単結晶層の結晶性を向上させるためには、その膜厚を厚くすることで達成することは可能である。しかしながら、窒化物半導体単結晶層を厚膜化する場合には、前述した割れ、結晶欠陥等の抑制が更に困難となる。
【０００６】
なお、高い発光効率、低い作動電圧、及び優れた熱発散能力を有する窒化物系発光素子を提供するにあたり、サファイア、シリコン、亜鉛酸化物、ガリウム砒素を含む基板上に金属、酸化物、窒化物、カーバイド等で構成されたシード物質層と、Ａｌ−Ｏ、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ−Ｏ等を含む多機能性基板と、良質の３族元素と窒素で構成され、６００℃以下の温度と水素及びアンモニアガス雰囲気で成長した低温バッファ層と、１０００℃以上の高温と水素及びアンモニアガスなどの還元雰囲気で成長した単結晶窒化物系多層薄膜または窒化物系低温バッファ層の上部にｎ型の窒化物系クラッド層、窒化物系活性層及びｐ型の窒化物系クラッド層が順次に積層された発光素子用発光構造体とを備えた窒化物系発光素子が提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００６−２１６５７６号公報
【特許文献２】特開２００７−５３３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の発明は、基板上部から発生する機械的及び熱的変形と分解を防止するものであるが、割れや結晶欠陥の発生を抑制し、かつ、窒化物半導体単結晶層の結晶性を向上させることを目的とするものではない。
また、特許文献２では、シード物質層、多機能性基板に様々な材料が適用可能であるという点においても、窒化物半導体単結晶層の割れ、結晶欠陥等の抑制には限界がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、窒化物半導体単結晶層の割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生を抑制し、かつ、窒化物半導体単結晶層の結晶性の向上を図ることができる化合物半導体基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る化合物半導体基板は、結晶面方位が｛１１１｝面であるＳｉ単結晶基板上に形成され、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層と、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が前記３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層または前記金属化合物層のいずれかで構成された第１の中間層と、前記第１の中間層上に形成され、ＩｎWＧａxＡｌ1-w-xＮ単結晶（０≦ｗ＜１、０≦ｘ＜１、ｗ＋ｘ＜１）で構成された第２の中間層と、前記第２の中間層上に形成され、ＩｎyＧａzＡｌ1-y-zＮ単結晶（０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｙ＋ｚ＜１）で構成された窒化物半導体単結晶層と、を備えたことを特徴とする。
このような構成とすることで、窒化物半導体単結晶層の割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生を抑制し、かつ、窒化物半導体単結晶層の結晶性の向上を図ることができる。
【００１０】
前記最上層は、前記金属化合物層であることが好ましい。
このような構成を備えることで、この化合物半導体基板を発光デバイスとして適用した場合、発光効率、輝度を向上させることができる。
前記金属化合物層は、ＴｉＣまたはＶＣのいずれかで構成されていることが更に好ましい。
このような構成を備えることで、この化合物半導体基板を発光デバイスとして適用した場合、発光効率、輝度を更に向上させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る化合物半導体基板は、結晶面方位が｛１１１｝面であるＳｉ単結晶基板上に形成され、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層と、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された第１の金属化合物層と、前記第１の金属化合物層と異なるＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された第２の金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が前記３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層、前記第１の金属化合物層、前記第２の金属化合物層のうちいずれかで構成された第１の中間層と、前記第１の中間層上に形成され、ＩｎWＧａxＡｌ1-w-xＮ単結晶（０≦ｗ＜１、０≦ｘ＜１、ｗ＋ｘ＜１）で構成された第２の中間層と、前記第２の中間層上に形成され、ＩｎyＧａzＡｌ1-y-zＮ単結晶（０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｙ＋ｚ＜１）で構成された窒化物半導体単結晶層と、を備えたことを特徴とする。
このような構成とすることで、窒化物半導体単結晶層の割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生を抑制し、かつ、窒化物半導体単結晶層の結晶性の向上を図ることができる。
【００１２】
前記最上層は、前記第１の金属化合物層または前記第２の金属化合物層のいずれかであることが好ましい。
このような構成を備えることで、この化合物半導体基板を発光デバイスとして適用した場合、発光効率、輝度を向上させることができる。
【００１３】
前記第１の金属化合物層または前記第２の金属化合物層は、ＴｉＣまたはＶＣのいずれかで構成されていることが更に好ましい。
このような構成を備えることで、この化合物半導体基板を発光デバイスとして適用した場合、発光効率、輝度を更に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、窒化物半導体単結晶層の割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生を抑制し、かつ、窒化物半導体単結晶層の結晶性の向上を図ることができる化合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】
【００１５】
本発明に係る化合物半導体基板の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１、図２は、本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。
本実施形態に関る化合物半導体基板は、図１または図２に示すように、Ｓｉ単結晶基板１００上に、第１の中間層１１０、第２の中間層１２０、化合物半導体単結晶層１３０とが順次積層された構成を備えている。
【００１６】
Ｓｉ単結晶基板１００は、表面の結晶面方位が｛１１１｝面であるものが用いられる。なお、ここでいう面方位｛１１１｝には、結晶面方位｛１１１｝の微傾斜（約十数度）、あるいは、｛２１１｝等の高次面指数の結晶面方位が含まれる。このように、Ｓｉ単結晶基板１００の表面の結晶面方位を｛１１１｝とすることにより、アンチフェーズバンダリー欠陥の発生が低減され、欠陥への電界集中を緩和することができる。
【００１７】
また、Ｓｉ単結晶基板１００は、ＣＺ（チョクラルスキー）法により製造されたものが好適に用いられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＦＺ（フローティングゾーン）法により製造されたもの、又は、これらの方法を用いて製造されたＳｉ単結晶基板上に気相成長によりＳｉ単結晶層を成膜させたものを用いることができる。
Ｓｉ単結晶基板１００は、例えば、キャリア濃度１０16〜１０21／ｃｍ3（抵抗率約１〜０．００００１Ωｃｍ）、伝導型ｎ型のものが用いられる。
【００１８】
第１の中間層１１０は、図１または図２に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａと、金属化合物層１１０ｂとがこの順で互いに積層され、最上層αが３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａ（図２）または金属化合物層１１０ｂ（図１）のいずれかで構成されている。
すなわち、本実施形態に係る第１の中間層１１０は、３Ｃ−ＳｉＣ層１１０ａ、金属化合物層１１０ｂをそれぞれ１層としてカウントした場合、図１に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａと、金属化合物層１１０ｂとがこの順で互いに交互に連続して積層された２を含まない偶数層（第２の中間層１２０と接する最上層αが金属化合物層１１０ｂ）の積層構造と、図２に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａと、金属化合物層１１０ｂとがこの順で互いに交互に連続して積層された１を含まない奇数層（第２の中間層１２０と接する最上層αが３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａ）の積層構造を両方含む。
【００１９】
言い換えれば、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａ、金属化合物層１１０ｂを各々１層としてカウントした場合、本概念は、「少なくとも３層以上の積層構造」を含むものとし、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａと、金属合物層１１０ｂとが一層ずつ形成された２層のみからなる第１の中間層１１０を排除している。
３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａは、六方晶３Ｃ−ＳｉＣ単結晶で構成されている。
３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａは、膜厚が、１ｎｍ〜１００ｎｍで構成されていることが好ましい。
【００２０】
３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａの膜厚が１ｎｍ未満だと異なる材料同士で積層して構成する第１の中間層１１０の一層として機能することができない。また、膜厚が１００ｎｍを超えると、自身の層から前述した歪みや割れ等が発生してしまうため、好ましくない。
３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａは、例えば、キャリア濃度１０15〜１０20／ｃｍ3、伝導型ｎ型のものが用いられる。
【００２１】
金属化合物層１１０ｂは、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、窒化バナジウム（ＶＮ）のうちいずれか一種で構成されている。
従来、化合物半導体基板の中間層に用いることができる金属化合物としては、前述した特許文献２に示すように、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｙ、Ｖ等の酸化物、窒化物、炭化物等を挙げることができる。しかしながら、通常、前述した特許文献１に記載されているように、Ｓｉに近い熱膨張係数、結晶格子定数を備え、かつ、上層にＧａＮ、ＡｌＮを積層可能なものとして３Ｃ−ＳｉＣが好適に用いられている。なお、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮは、いずれも３Ｃ−ＳｉＣに近い熱膨張係数、結晶格子定数を備えており、熱膨張係数、結晶格子定数の違いという面では、問題とされるところは無い。
【００２２】
金属化合物層１１０ｂは、膜厚が、１ｎｍ〜５０ｎｍで構成されていることが好ましい。
金属化合物層１１０ｂの膜厚が１ｎｍ未満だと異なる材料同士で積層して構成する第１の中間層１１０の一層として機能することができない。また、膜厚が５０ｎｍを超えると、自身の層から前述した歪みや割れ等が発生してしまうため、好ましくない。
【００２３】
第２の中間層１２０は、第１の中間層１１０上、詳しくは、第１の中間層１１０の最上層α上に形成され、ＩｎWＧａxＡｌ1-w-xＮ単結晶（０≦ｗ＜１、０≦ｘ＜１、ｗ＋ｘ＜１）で構成されている。
第２の中間層１２０は、その膜厚が１〜２００ｎｍの範囲内であることが好ましい。膜厚が１ｎｍ未満だと、層が薄すぎて中間層としての機能を備えることができない。また、膜厚が２００ｎｍを超えると自身の層から前述した割れ等が発生してしまうため、好ましくない。
【００２４】
窒化物半導体単結晶層１３０は、第２中間層１２０上に形成され、ＩｎyＧａzＡｌ1-y-zＮ単結晶（０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｙ＋ｚ＜１）で構成されている。
なお、第２の中間層１２０のＩｎWＧａxＡｌ1-w-xＮ単結晶は、ＡｌＮ（ｗ＝０、ｘ＝０）であり、窒化物半導体単結晶層１３０のＩｎyＧａzＡｌ1-y-zＮ単結晶は、ＧａＮ（ｙ＝０、ｚ＝１）であることが好ましい。これは、ＡｌＮ及びＧａＮの各格子定数は、３．１１２Å（ａ軸換算）、３．１８Åであり、かつ、格子不整合が小さいため、このような窒化物を用いることで、格子不整合により発生する結晶欠陥（ミスフィット転位欠陥）の発生を低減することができる。
【００２５】
第１の中間層１１０、第２の中間層１２０、窒化物半導体単結晶層１３０は、例えば、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）やＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）を初めとしたＣＶＤ法、レーザービームを用いた蒸着法、雰囲気ガスを用いたスパッタリング法等により形成することができる。なお、本発明では、ＭＯＣＶＤ法を用いるものとする。
【００２６】
上述したように、本実施形態に関る化合物半導体基板は、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層と、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層または金属化合物層のいずれかで構成された第１の中間層を備えている。
【００２７】
このような第１の中間層１１０の金属化合物層１１０ｂを構成するＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮの格子定数は３Ｃ−ＳｉＣのそれに比べ小さいため、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮの結晶格子は横方向（図１、２中γ方向）に広がろうとし（引張応力）、逆に、３Ｃ−ＳｉＣの結晶格子は横方向γに縮まろうとする。すなわち、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａには、圧縮応力が働く。また、熱膨張係数は、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのほうが大きく、さらに、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａに圧縮応力が付加される。この３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａの圧縮応力が、その上層の第２の中間層１２０、ひいては、窒化物半導体単結晶１３０の引張応力を緩和させる。そのため、このような構成とすることで、窒化物半導体単結晶層１３０の割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生を抑制することができる。
【００２８】
また、第１の中間層１１０をこのような構成とすることで、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａを第１の中間層１１０内で累積して厚く形成することができる。このため、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａの結晶性を向上させることができ、それに伴って、その上層の第２の中間層１２０、ひいては、窒化物半導体単結晶層１３０の結晶性をも向上させることができる。
従って、本実施形態に係る化合物半導体基板は、窒化物半導体単結晶層１３０を厚膜化することなく、窒化物半導体単結晶層１３０の結晶性を向上させることができる。
【００２９】
前記最上層αは、前記金属化合物層１１０ｂであることが好ましい。
より好ましくは、前記金属化合物層１１０ｂは、ＴｉＣまたはＶＣのいずれかで構成されていることが好ましい。
通常、本実施形態に係るようなＳｉ単結晶を基板とする化合物半導体基板を、発光デバイスとして用いる場合は、Ｓｉ単結晶基板上に周知の発光構造体を形成する（図示せず）。
【００３０】
このような構成の場合、発光デバイスとして光を発光する方向は、化合物半導体基板の積層方向（図１、２中β方向）となる。しかしながら、発光構造体から発光される光は前記発光方向（積層方向β）のみならず、前記発光方向と反対の方向（すなわち、積層方向βと反対の方向）にも光が発光される。
この場合において、発光デバイスとして、発光効率を上げるためには、通常、反対の方向に進んだ光を前記発光方向（積層方向β）に反射させる反射層を、発光構造体の下層、すなわち、化合物半導体基板の積層構造中に設けることが好ましい。
【００３１】
なお、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された金属化合物層は、３Ｃ−ＳｉＣで構成された層よりも反射層としての機能（反射率）が高い。これは、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮが金属化合物であるのに対し、３Ｃ−ＳｉＣは、バンドギャップが２．２ｅＶであり可視光を吸収することによる。また、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうち、ＴｉＣ、ＶＣは、ＴｉＮ、ＶＮよりも反射層としての機能（反射率）がより高い。
従って、反射層として第２の中間層１２０と接する少なくとも第１の中間層１１０の最上層αを、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのいずれか一つの金属化合物で、より好ましくは、ＴｉＣ、ＶＣのいずれか一つの金属化合物で構成させることで、この化合物半導体基板を発光デバイスとして適用した場合、発光効率、輝度をより向上させることができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る化合物半導体基板は、前述したような第１の中間層１１０を備えているため、窒化物半導体単結晶層１３０を、割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生しない限度において厚く形成することもできる。窒化物半導体単結晶１３０を厚く形成することは、より自身の層の結晶性を向上することができる。
なお、本実施形態では、第１の中間層１１０の積層数は、第２の中間層１２０及び窒化物半導体単結晶１３０の厚さ等により適時、設計、変更される。また、窒化物半導体単結晶層１３０の割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生しない限度における膜厚は、第１の中間層１１０の積層数と、第２の中間層１２０及び窒化物半導体単結晶１３０の厚さの関係によるため、一概に定義はできないが、最大で８．０μｍ程度まで厚膜化が可能である。
【００３３】
（第２の実施形態）
図３から図５は、本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。
本実施形態に関る化合物半導体基板は、第１の実施形態における金属化合物層１１０ｂが、第１の金属化合物層１１０ｂ１、第２の金属化合物層１１０ｂ２に置き換えられた構成を備えている。その他の構成は、第１の実施形態と同様なため説明を省略する。
【００３４】
すなわち、本実施形態に係る第１の中間層１１０は、図３から図５に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａと、第１の金属化合物層１１０ｂ１と、第２の金属化合物層１１０ｂ２とがこの順で互いに積層され、最上層が３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａ（図５）、第１の金属化合物層１１０ｂ１（図４）、第２の金属化合物層１１０ｂ２（図３）のうちいずれかで構成されている。
【００３５】
詳しくは、本実施形態に係る第１の中間層１１０は、３Ｃ−ＳｉＣ層１１０ａ、第１の金属化合物層１１０ｂ１、第２の金属化合物層１１０ｂ２をそれぞれ１層としてカウントした場合、図３に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａと、第１の金属化合物層１１０ｂ１と、第２の金属化合物層１１０ｂ２とがこの順で互いに交互に連続して積層された３を含まない３ｎ層（ｎ＝２、３・・・）（第２の中間層１２０と接する最上層αが第２の金属化合物層１１０ｂ２）の積層構造と、図４に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａと、第１の金属化合物層１１０ｂ１と、第２の金属化合物層１１０ｂ２とがこの順で互いに交互に連続して積層された２を含まない３ｎ−１層（ｎ＝２、３・・・）（第２の中間層１２０と接する最上層αが第１の金属化合物層１１０ｂ１）の積層構造と、図５に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａと、第１の金属化合物層１１０ｂ１と、第２の金属化合物層１１０ｂ２とがこの順で互いに交互に連続して積層された１を含まない３ｎ−２層（ｎ＝２、３・・・）（第２の中間層１２０と接する最上層αが３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａ）の積層構造を両方含む。
【００３６】
言い換えれば、３Ｃ−ＳｉＣ層１１０ａ、第１の金属化合物層１１０ｂ１、第２の金属化合物層１１０ｂ２を各々１層としてカウントした場合、本概念は、「少なくとも４層以上の積層構造」を含むものとし、３Ｃ−ＳｉＣ層１１０ａ、第１の金属化合物層１１０ｂ１、第２の金属化合物層１１０ｂ２とが一層ずつ形成された３層のみからなる第１の中間層１１０を排除している。
第１の金属化合物層１１０ｂ１、第２の金属化合物層１１０ｂ２は、それぞれ、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、窒化バナジウム（ＶＮ）のうちいずれか一種で構成されている。
【００３７】
従来、化合物半導体基板の中間層に用いることができる金属化合物としては、前述した特許文献２に示すように、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｙ、Ｖ等の酸化物、窒化物、炭化物等を挙げることができる。しかしながら、通常、前述した特許文献１に記載されているように、Ｓｉに近い熱膨張係数、結晶格子定数を備え、かつ、上層にＧａＮ、ＡｌＮを積層可能なものとして３Ｃ−ＳｉＣが好適に用いられている。なお、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮは、いずれも３Ｃ−ＳｉＣに近い熱膨張係数、結晶格子定数を備えており、熱膨張係数、結晶格子定数の違いという面では、問題とされるところは無い。
【００３８】
また、第１の金属化合物層１１０ｂ１と、第２の金属化合物層１１０ｂ２は、互いに異なる金属化合物で構成されている。
なお、第１の金属化合物層１１０ｂ１と第２の金属化合物層１１０ｂ２との積層が、同じ金属化合物で構成されている場合は、同じ金属化合物の層が厚膜化してしまう構成となるため、自身の層から割れ等が発生してしまうため好ましくない。
以上より、第１の金属化合物層１１０ｂ１と第２の金属化合物層１１０ｂ２との組み合わせは、ＴｉＣ−ＶＣ、ＴｉＣ−ＶＮ、ＴｉＮ−ＶＣ、ＴｉＮ―ＶＣであることが好ましい。
【００３９】
第１の金属化合物層１１０ｂ１、第２の金属化合物層１１０ｂ２は、膜厚が、１ｎｍ〜５０ｎｍで構成されていることが好ましい。
第１の金属化合物層１１０ｂ１、第２の金属化合物層１１０ｂ２の膜厚が１ｎｍ未満だと異なる金属化合物で積層して構成する第１の中間層１１０の一層として機能することができない。また、膜厚が５０ｎｍを超えると、自身の層から前述した歪みや割れ等が発生してしまうため、好ましくない。
【００４０】
第１の中間層１１０の第１の金属化合物層１１０ｂ１、第２の金属化合物１１０ｂ２を構成するＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮの格子定数は３Ｃ−ＳｉＣのそれに比べ小さいため、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮの結晶格子は横方向（図３から５中γ方向）に広がろうとし（引張応力）、逆に、３Ｃ−ＳｉＣの結晶格子は横方向γに縮まろうとする。すなわち、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａには、圧縮応力が働く。また、熱膨張係数は、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのほうが大きく、さらに、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａに圧縮応力が付加される。
【００４１】
なお、本実施形態では、第１の実施形態と比べると、この３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａに圧縮応力を付加する要因となる金属化合物層が、第１の実施形態と比べると２層も設けられているため、より３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａに圧縮応力が付加される。
この３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａの圧縮応力が、その上層の第２の中間層１２０、ひいては、窒化物半導体単結晶１３０の引張応力を緩和させる。そのため、このような構成とすることで、窒化物半導体単結晶層１３０の割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生を抑制することができる。
【００４２】
また、第１の中間層１１０をこのような構成とすることで、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａを第１の中間層１１０内で累積して厚く形成することができる。このため、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａの結晶性を向上させることができ、それに伴って、その上層の第２の中間層１２０、ひいては、窒化物半導体単結晶層１３０の結晶性をも向上させることができる。
【００４３】
前記最上層αは、第１の金属化合物層１１０ｂ１（図４）または第２の金属化合物層１１０ｂ２（図３）のいずれかであることが好ましい。
より好ましくは、第１の金属化合物層１１０ｂ１または第２の金属化合物層１１０ｂ２は、ＴｉＣまたはＶＣのいずれかで構成されていることが好ましい。
通常、本実施形態に係るようなＳｉ単結晶を基板とする化合物半導体基板を、発光デバイスとして用いる場合は、Ｓｉ単結晶基板上に周知の発光構造体を形成する（図示せず）。
【００４４】
このような構成の場合、発光デバイスとして光を発光する方向は、化合物半導体基板の積層方向（図３から５中β方向）となる。しかしながら、発光構造体から発光される光は前記発光方向（積層方向β）のみならず、前記発光方向と反対の方向（すなわち、積層方向βと反対の方向）にも光が発光される。
この場合において、発光デバイスとして、発光効率を上げるためには、通常、反対の方向に進んだ光を前記発光方向（積層方向β）に反射させる反射層を、発光構造体の下層、すなわち、化合物半導体基板の積層構造中に設けることが好ましい。
【００４５】
なお、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうちいずれか一種で構成された金属化合物層は、３Ｃ−ＳｉＣで構成された層よりも反射層としての機能（反射率）が高い。これは、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮが金属化合物であるのに対し、３Ｃ−ＳｉＣは、バンドギャップが２．２ｅＶであり可視光を吸収することによる。また、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＶＣ、ＶＮのうち、ＴｉＣ、ＶＣは、ＴｉＮ、ＶＮよりも反射層としての機能（反射率）がより高い。
【００４６】
従って、反射層として第２の中間層１２０と接する少なくとも第１の中間層１１０の最上層αを、第１の金属化合物層１１０ｂ１または第２の金属化合物層１１０ｂ２のいずれかで、より好ましくは、第１の金属化合物層１１０ｂ１または第２の金属化合物層１１０ｂ２を、ＴｉＣまたはＶＣのいずれかで構成されていることで、この化合物半導体基板を発光デバイスとして適用した場合、発光効率、輝度をより向上させることができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る化合物半導体基板は、前述したような第１の中間層１１０を備えているため、窒化物半導体単結晶層１３０を、割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生しない限度において厚く形成することもできる。窒化物半導体単結晶１３０を厚く形成することは、より自身の層の結晶性を向上することができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、第１の中間層１１０の積層数は、第２の中間層１２０及び窒化物半導体単結晶１３０の厚さ等により適時、設計、変更される。また、窒化物半導体単結晶層１３０の割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生しない限度における膜厚は、第１の中間層１１０の積層数と、第２の中間層１２０及び窒化物半導体単結晶１３０の厚さの関係によるため、一概に定義はできないが、最大で８．０μｍ程度まで厚膜化が可能である。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
実施形態で説明した化合物半導体基板（図１）を下記の方法で作製した。
結晶面方位｛１１１｝、キャリア濃度１０18／ｃｍ3、伝導型ｎ型で、ＣＺ法により製造された厚さ５００μｍのＳｉ単結晶基板１００を、水素雰囲気下、１０００℃で熱処理を行い、表面を清浄にした。
【００５０】
次に、プロパンを供給し、基板温度を１１５０℃として、Ｓｉ単結晶基板１００の表面を炭化させたのち、プロパン及びシランを供給し、厚さ２０ｎｍの３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａを、続いて、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａ上に、基板温度を同温度で、四塩化チタニウム及びプロパンを供給し、金属化合物層１１０ｂとして、厚さ２０ｎｍのＴｉＣ層を形成した。これらの形成を繰り返して、各々５０層、計１００層積層した第１の中間層１１０を形成させた。なお、形成した際の最上層αはＴｉＣ層である。
【００５１】
次に、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム及びアンモニアを用い、基板温度を１１００℃として、第１の中間層１１０上に、第２の中間層１２０として、厚さ５ｎｍの六方晶ＡｌＮ層を、形成した。
更に、原料ガスとしてトリメチルガリウム及びアンモニアを用い、基板温度を１０００℃として、第２の中間層１２０上に、化合物半導体単結晶層１３０として、厚さ５μｍの六方晶ＧａＮ単結晶層を、形成した。
【００５２】
第１の中間層１１０、第２の中間層１２０、化合物半導体層１３０の厚さは、原料ガスの流量及び熱処理時間により調整した。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層１３０の表面をＸ線により分析して割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックがほとんど認められなかった。結晶欠陥は１０8／ｃｍ2より低く抑制された。
【００５３】
［実施例２］
金属化合物層１１０ｂとして、厚さ５ｎｍのＶＣ層を形成した。ＶＣ層の形成は、Ｓｉ単結晶基板１００の基板温度を１１５０℃として、ビスシクロペンタジエニルバナジウム及びプロパンを供給して行った。その他は、実施例１と同様な方法で行った。すなわち、形成した際の最上層αはＶＣ層である。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層１３０の表面をＸ線により分析して割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックがほとんど認められなかった。結晶欠陥は１０8／ｃｍ2より低く抑制された。
【００５４】
［実施例３］
金属化合物層１１０ｂとして、厚さ１０ｎｍのＴｉＮ層を形成した。ＴｉＮ層の形成は、Ｓｉ単結晶基板１００の基板温度を１１５０℃として、四塩化チタニウム及びアンモニアを供給して行った。その他は、実施例１と同様な方法で行った。すなわち、形成した際の最上層はＴｉＮ層である。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層１３０の表面をＸ線により分析して割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックがほとんど認められなかった。結晶欠陥は１０8／ｃｍ2より低く抑制された。
【００５５】
［実施例４］
金属化合物層１１０ｂとして、厚さ５ｎｍのＶＮ層を形成した。ＶＮ層の形成は、Ｓｉ単結晶基板１００の基板温度を１１５０℃として、ビスシクロペンタジエニルバナジウム及びアンモニアを供給して行った。その他は、実施例１と同様な方法で行った。すなわち、形成した際の最上層はＶＮ層である。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層１３０の表面をＸ線により分析して割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックがほとんど認められなかった。結晶欠陥は１０8／ｃｍ2より低く抑制された。
【００５６】
［実施例５］
実施例１と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、第１中間層１１０は、９９層とし、１００層目の金属化合物層１１０ｂは形成しなかった。すなわち、形成した際の最上層αは３Ｃ−ＳｉＣ層である。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層１３０の表面をＸ線により分析して割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックがほとんど認められなかった。結晶欠陥は１０8／ｃｍ2より低く抑制された。
【００５７】
［比較例１］
実施例１と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、第１中間層１１０は、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａ、金属化合物層１１０ｂを各々１層のみとし、計２層で行った。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層１３０の表面をＸ線により分析して割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、全面でクラックの発生が認められた。結晶欠陥は１０11／ｃｍ2程度認められた。
【００５８】
［実施例６］
実施形態で説明した化合物半導体基板（図３）を下記の方法で作製した。
結晶面方位｛１１１｝、キャリア濃度１０18／ｃｍ3、伝導型ｎ型で、ＣＺ法により製造された厚さ５００μｍのＳｉ単結晶基板１００を、水素雰囲気下、１０００℃で熱処理を行い、表面を清浄にした。
【００５９】
次に、プロパンを供給し、基板温度を１１５０℃として、Ｓｉ単結晶基板１００の表面を炭化させたのち、プロパン及びシランを供給し、厚さ２０ｎｍの３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａを、続いて、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａ上に、Ｓｉ単結晶基板１００の基板温度を１１５０℃として、四塩化チタニウム及びプロパンを供給し、第１の金属化合物層１１０ｂ１として、厚さ２０ｎｍのＴｉＣ層を、更に、続いて、第１の金属化合物層１１０ｂ１上に、ビスシクロペンタジエニルバナジウム及びプロパンを供給し、第２の金属化合物層１１０ｂ２として、厚さ５ｎｍのＶＣ層を形成した。これらの形成を繰り返して、各々３３層、計９９層積層した第１の中間層１１０を形成させた。その他の条件は、実施例１と同様な方法で行った。
【００６０】
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層１３０の表面をＸ線により分析して割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックがほとんど認められなかった。結晶欠陥は１０8／ｃｍ2より低く抑制された。
【００６１】
［比較例２］
実施例６と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、第１の金属化合物層１１０ｂ１と、第２の金属化合物層１１０ｂ２は、それぞれＴｉＣ層で構成した。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層１３０の表面をＸ線により分析して割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、比較例１よりは良化しているもののクラックや結晶欠陥はほぼ同程度であった。
【００６２】
［比較例３］
実施例６と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、第１中間層１１０は、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層１１０ａ、第１の金属化合物層１１０ｂ１及び第２の金属化合物層１１０ｂ２を各々１層のみとし、計３層で行った。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層１３０の表面をＸ線により分析して割れ（クラック）、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、全面でクラックが認められた。結晶欠陥は１０11／ｃｍ2程度確認された。
【００６３】
［発光デバイスに関する実施例］
実施例１から５で作製した化合物半導体基板を用いて、表面に周知の構造の発光構造体を形成し、輝度（ｃｄ／ｍｍ2）を評価した。その結果を表１に示す。なお、表１は、実施例５を１．０としたときの対比率で示している。
【００６４】
【表１】
2009070873.tif 000003
【００６５】
表１に示すように、最上層αが３Ｃ−ＳｉＣで構成された実施例５よりも、ＴｉＮ、ＶＮで構成された実施例３、４の方が輝度の良化が認められる。また、最上層αがＴｉＮ、ＶＮで構成された実施例３、４よりも、ＴｉＣ、ＶＣで構成された実施例１、２の方が輝度の良化が認められる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００      Ｓｉ単結晶基板
１１０      第１の中間層
１１０ａ    ３Ｃ−ＳｉＣ単結晶層
１１０ｂ    金属化合物層
１１０ｂ１  第１の金属化合物層
１１０ｂ２  第２の金属化合物層
１２０      第２中間層
１３０      化合物半導体単結晶層
【図１】
2009070873.tif 000004
【図２】
2009070873.tif 000005
【図３】
2009070873.tif 000006
【図４】
2009070873.tif 000007
【図５】
2009070873.tif 000008