(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板上に、互いに隣接する複数の露出部を有する絶縁物薄膜または高融点金属薄膜からなるマスクを具備し、該隣接する露出部の隣接する両縁は平行ではなく、かつ、両縁のなす角度は０度を超え、該複数の露出部を起点としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させ、該マスク上で接合一体化させたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル成長層を有することを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
単結晶基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長層からなる基底層を備え、該基底層上に、互いに隣接する複数の露出部を有する絶縁物薄膜または高融点金属薄膜からなるマスクを具備し、該隣接する露出部の隣接する両縁は平行ではなく、かつ、両縁のなす角度は０度を超え、該複数の露出部を起点としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させ、該マスク上で接合一体化させたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル成長層を有することを特徴とする半導体基板。
【請求項３】
露出部が細線状であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板。
【請求項４】
露出部がＶ字型をなすことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の半導体基板。
【請求項５】
露出部の境界線が曲線であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の半導体基板。
【請求項６】
互いに隣接する露出部の隣接する両縁が直線状であり、この２直線のなす角度で、２直線が挟むマスク側の角度が０．３度以上であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の半導体基板。
【請求項７】
単結晶基板がサファイア基板であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の半導体基板。
【請求項８】
単結晶基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の半導体基板。
【請求項９】
基底層及び基底層上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル成長層がＩＩＩ族窒化物結晶であることを特徴とする請求項２から請求項８の何れか１項に記載の半導体基板。
【請求項１０】
単結晶基板上に、互いに隣接する複数の露出部を有する絶縁物薄膜または高融点金属薄膜からなるマスクを、該隣接する露出部の隣接する両縁は平行ではなく、かつ、両縁のなす角度は０度を超えるように形成し、該複数の露出部を起点としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させ、該マスク上で接合一体化させることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル成長層を有する半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
単結晶基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長層からなる基底層を形成し、該基底層上に、互いに隣接する複数の露出部を有する絶縁物薄膜または高融点金属薄膜からなるマスクを、該隣接する露出部の隣接する両縁は平行ではなく、かつ、両縁のなす角度は０度を超えるように形成し、該複数の露出部を起点としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させ、該マスク上で接合一体化させることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル成長層を有する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】
本発明は主としてＧａＮ系エピタキシャル成長用に有用な低転位基板に関係するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮは青色、紫色等の短波長発光素子用結晶として既に製品化され、あるいはより高性能の素子を目指して開発が進められている。また電子デバイスへの応用も研究されている。一方、ＧａＮ系結晶はそのエピタキシャル成長用の単結晶基板が無く、現在は主としてサファイア基板上に低温バッファー層を成長させ、その上に高温でＧａＮ単結晶層を成長させるという方法が採用されている。
この方法で成長したＧａＮ結晶層は基板のサファイアとＧａＮの間の格子定数の大きな差に起因して極めて多くの結晶欠陥が存在する。一般に欠陥密度は１０8 〜１０10／ｃｍ2 と言われている。
【０００３】
この様な欠陥の多い結晶を用いて作製した電子素子は劣化が起きやすい。特に大電流を用いるレーザダイオード（ＬＤ）では問題になってくる。
この為ＧａＮ結晶の欠陥を低減する方法として種々の試みがなされているが、結晶の欠陥を低減する方法の一つに横方向成長がある。
例えば特公平６−１０５７９７号公報には半導体基板上に絶縁物薄膜または高融点金属薄膜をマスクとし、マスクの一部に細線状の露出部を設け、この露出部を介してエピタキシーによって基板表面に平行な方向に（横方向に）低転位エピタキシャル層を基板全面に成長する技術が開示されている。
【０００４】
この横方向成長により低転位となる原理を要約すると、部分的に露出部が設けられた絶縁物薄膜または高融点金属薄膜をマスクとして半導体基板表面に形成し、この基板上にエピタキシャル層を成長させる。この時条件を適当に選べば，露出部を種として成長した結晶は薄膜マスク部の表面上に横方向に成長する。
この薄膜マスク上の成長層には基板からの転位を直接引き継ぐことがない為無転位ないし、低転位のエピタキシャル成長層が得られるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの横方向成長においては、隣接する２つの露出部からマスク部の表面に横方向に成長した２つの層が互いに接合した部分で結晶欠陥が発生し易いという問題がある。
例えばサファイア基板上のＧａＮ単結晶膜に横方向成長によりＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法によって成長した例（Applied Physics Letters 72巻 2号 1998 年、２１１ページ）が報告されている。
同論文の２１１ページの図１には、エピタキシャル成長層を４μｍエッチングした後の表面状態が示されている。これによるとエピタキシャル成長膜のＳｉ０2 膜マスク部の中央付近に線状のエッチピットが多数見られ、接合が不完全であることを示している。一方同論文では１μｍのエッチングではＳｉ０2 膜マスク部上の領域でエッチピットがほとんど０であり、接合は完全であるとも主張している。
いずれにしろ接合した部分で欠陥が生成しやすいことを示している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は横方向成長において、単結晶表面に形成する絶縁物薄膜部または高融点金属薄膜部（以下マスク部と称する）の形状を特別な形状とすることにより、この様なマスク部上の隣接する露出部からのエピタキシャル成長層の接合部分に現われる結晶欠陥を減少させて、従来より欠陥の少ない結晶層を提供するものである。
本発明者はこの横方向成長によるマスク上の接合部分に生じる線状の結晶欠陥の成因を詳細に検討した結果、本発明に到達した。
横方向成長において露出部と隣接するマスク部は通常平行な線状に形成され、隣接した露出部から成長した成長層の最前部（以下成長前線と称する）は平行に進行し、２つの成長前線の接触はマスク部のほぼ中央部で成長前線の全長にわたって起きる。
【０００７】
しかしながら、接触は成長前線の全長で全く同時に起きるのではなく、わずかな成長の遅速により、成長前線の多数の点で起きる。この接触部の隣接する２つの接触点の間の領域は、これまでマスク上にいわば２次元的に自由な面で成長してきた領域とは異なり、２つの接触点によって閉ざされた狭い領域となる。この狭い閉ざされた領域を埋めていく時に格子のずれが起こり結晶欠陥を誘発する。本発明者は上記の成長前線のマスク部上の接触点を１点に、あるいはより少なくすることで発生する結晶欠陥が大幅に減少することを見いだした。
【０００８】
本発明の半導体基板の製造方法について説明する。
単結晶基板材料としてはシリコンや化合物半導体等の半導体単結晶のほかに入手容易なサファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）やＳｉＣ等も使用することができる。目標とする機能層の格子定数となるべく近似した半導体や酸化物、炭化物の中から選択する。例えば機能層がＧａＮの場合はサファイアの（０００１）面を利用することができる。
あるいはまた、これら半導体や酸化物、炭化物基板材料の上の全面に、 III−Ｖ族化合物半導体からなる基底層を成長させたものを新たな基板材料とすることもできる。この基底層は基板と格子整合していないが、特公昭６２−２９３９７で開示されているような多結晶または非晶質層を介して成長することができる。しかしながら当然多数の格子欠陥を含んでいる。
【０００９】
次にこの基板或は基板上に設けた基底層の上の全面にスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等の薄膜形成手段を用いて、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の絶縁物薄膜、またはＭｏ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｉ等の高融点金属薄膜からなるマスクを形成する。薄膜の厚さは０．００３〜０．４μｍあれば良い。次にリソグラフ法等の手段を用いて薄膜マスクに幅０．１〜２μｍの細線状の露出部（スリット）を形成する。スリットの長さは１０〜４０００μｍとし、マスク全面に分布するように形成する。
【００１０】
この際互いに隣接する露出部を平行に作るのではなく、角度を持たせて構成する。即ちマスク部の幅を同じにするのではなく、幅の広い部分と狭い部分を設けるように構成する。マスクの作り方を図を用いて説明する。
【００１１】
図１は本発明で使用するマスクパターンの一例である。
図において、幅の狭い部分が薄膜をエッチング除去して形成した露出部１で、幅の広い部分がマスク部２である。図１の例では露出部、マスク部共２００μｍ毎に折れ曲がった形状で、縦方向では連続している。このようなマスクパターンを２０ｍｍ×２０ｍｍの基板全面にわたり繰り返して形成する。図中矢印で挟んだ数値は寸法を示し、単位はμｍである。
図の例ではマスクの両縁２ａ、２ｂのなす角度は約０．８６度となる。つまり、隣接する露出部１は約０．８６度の傾きをもって形成されている。
【００１２】
このようなマスクを備えた基板上に半導体結晶をエピタキシャル成長させると、露出部１を起点としてマスク部２上に向けて横方向に成長し、先ずマスク幅の狭い２ｃ領域で接触し、以後成長前線３はマスク部２上の幅の広い部分２ｄ領域に向けて移動し、ついにはマスク部２上で一体化したエピタキシャル成長層が得られる。本発明による基板の断面構造を図２に示す。図において１０は半導体基板、１１は単結晶基板、１２は基底層、１３はマスク部、１４はエピタキシャル成長層から構成されている。
【００１３】
マスク部２の両縁２ａ、２ｂのなす角度（以下、この角度をマスク境界角度と称する）を０度を越える角度、望ましくは０．３度以上の角度とする様に形成すると、隣接した露出部を種として成長した層がマスク部２上で接触する部分はマスク部の幅の最も狭い部分となり、接触部を１ヶ所にすることが出来る。
１ヶ所で接触した後、成長が進んで行くと、接触箇所は１ヶ所のままで、マスク上を成長層が広がって行き、格子のずれは起きることが無く、良質の横方向成長層が得られる。
この時、上記角度を小さく取りすぎると接触点を１点にすることが出来ない。また、図７に示すように上記角度を数十度にとりＶ字型にスリットを形成すると面発光型素子用に有用なものとなる。
しかし本発明の主たる用途と考えられるレーザダイオードの活性部分の大きさは端面発光型で数μｍ×数百μｍ角、面発光型で数十μｍ角であるので、この大きさの低転位結晶層を形成する為には、必ずしも基板全面にわたる長さで接触点を１点にする必要はなく、数十ないし数百μｍの長さで１点とすることで実用上の要求は満たされる。従って露出部分の長さを数１０〜１０００μｍとし、幅を約１μｍ程度のジグザグ状に形成するのが最も実用的である。
【００１４】
これまでの説明では露出部を細いスリット状に形成した例について説明したが、必ずしもスリット状である必要はなく、エピタキシャル成長の先端が一直線上で同時に並ばなければよい。
上記説明では半導体基板全面に連続して横方向成長膜を形成する事を基本にした方法を示したが、比較的小さい領域の良質な横方向成長膜を基板全面に作製する場合には、図８、図９に示すような逆楔形の露出部（窓）を基板全面に設けたマスクを用いて成長させる方法が有効である。良質膜を達成する原理は先に説明した細線状の窓の場合と全く同様で、角度を持ったマスク上での成長膜が接合する時、接触点を１点とする事で良質の成長膜が図８、図９のマスク部２の上に形成される。この様にして形成された低欠陥膜の領域は細線状の窓を利用した場合より狭い場合があるが、主たる用途と考えられる端面反射型レーザあるいは面発光レーザへの応用にとっては充分な良質結晶膜の面積を与える事が出来る。また図８、図９において露出部１の縁線Ａ，Ｂの外側方向に成長した成長層は、本発明の要件を満たさない成長層となるから本来は不要であるが、Ａ，Ｂの方向を結晶の低指数面と一致させると、Ａ，Ｂの外側への成長を抑制する事が出来て都合がよい。
【００１５】
さらに、上記逆楔形が２つの部分に分離したとも見なせる図１０、図１１に示す様な２つの窓部の間のマスク部２上に成長させる事も有効である。
【００１６】
露出部１の２つの直線のなる角度は、２５０度以上３５８度以下が適当である。要すれば２つの直線が平行ではなく、わずかに角度を持って構成されていればよい。角度が２５０度を下回ると擬三角形のマスク部の頂角角度が大き過ぎて、本発明の効果が発揮できない。内角が３５８度を越えると良質成長膜の幅が狭くなり過ぎて利用範囲が限られる。
【００１７】
【作用】
本発明は絶縁膜上に設けた微小露出部を起点として結晶を横方向成長させ、結晶欠陥の伝播を絶縁膜で遮断して結晶欠陥を低く抑えた基板を利用するものである。ＧａＮ系のごとく、結晶欠陥の少ない基板が得られない結晶をエピタキシャル成長させて電子素子を作る場合、単結晶基板を用い、その上に上記横方向成長を利用して結晶欠陥の少ないエピタキシャル結晶を成長させ、これを基板としてエピタキシャル成長法を使用して機能結晶層を形成すれば、結晶欠陥の極めて少ないモビリティーの高いエピタキシャル成長層が得られ高性能な電子素子が得られる。
【００１８】
【実施例】
以下実施例を用いて説明する。
（実施例１）
２０ｍｍ×２０ｍｍのサファイヤの（０００１）面上に基底層として低温ＧａＮバッファー層を介して高温ＧａＮエピタキシャル成長層を積層する。
上記基底層上にＣＶＤによって厚さ０．２μｍのＳｉ０2 膜を形成する。このＳｉＯ2 膜に通常のフォトリソグラフによって、図３に示す線状の露出部１とマスク部２を持ったパターンを基板のほぼ全面に形成した。この時、マスク部２の狭い部分２ｃの幅を３μｍ、広い部分２ｄの幅を６μｍ、マスク部２の１つの屈折点と次の屈折点までの長さを４００μｍとした。また露出部１の幅は１μｍとした。
この場合、マスク境界角度は約０．４３度となる。
【００１９】
この上にＭＯＣＶＤ法によってＧａＮエピタキシャル成長膜を６μｍの厚みに成長させたところ、ＧａＮ成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＮ成長層の断面ＴＥＭ観察によれば、Ｓｉ０2 膜マスク部２上に成長したＧａＮ成長層は露出部上に成長した層に比べて転位密度が著しく低減しており、転位密度はおよそ１．０×１０5 ／ｃｍ2 であった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＮ成長層の転位密度はおよそ１０8 ／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の接合部分３は、マスク部２の幅の最も広い部分の接合部を除いて、他のマスク部２上の成長層と概ね同程度の転位密度であった。マスク部２の幅の最も広い部分の接合部の転位密度は露出部１上のＧａＮ成長層と同程度の転位密度であった。
【００２０】
比較例として実施した、マスク部２の幅を全長にわたって３μｍとし、幅１μｍの露出部１を互いに平行に形成した他は実施例１と全く同様に成長させたＧａＮ成長層のマスク部２上のＧａＮ成長層の接合部３の転位密度は露出部１上と同程度であった。
【００２１】
（実施例２）
実施例１と同様の基板上の基底層上に、実施例１と同様のＳｉＯ2 膜パターンをほぼ全面に形成し、この上にＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）によってＧａＮエピタキシャル成長膜を２０μｍの厚さに成長させたところ、成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＮ成長層の断面ＴＥＭ観察によれば、Ｓｉ０2 膜マスク部２上に成長したＧａＮエピタキシャル層は露出部１上に成長したＧａＮ層に比べて転位密度が著しく低減しており、転位密度の数はおよそ１．５×１０5 ／ｃｍ2 であった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＮ成長層の転位密度はおよそ１０8 ／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の接合部分３は、マスク部２の幅の最も広い部分の接合部を除いて他のマスク部２上のＧａＮ成長層と概ね同程度の転位密度であった。マスク部２上の幅の最も広い部分の接合部の転位密度は、露出部１上の成長層と同程度の転位密度であった。
【００２２】
（実施例３）
実施例１と同様の基板上の基底層上に、スパッタ法によって厚さ０．０２μｍのパラジウム膜を形成した。
実施例１と同様のパターンを２０ｍｍ角の基板全面に形成した。この上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎエピタキシャル成長膜を６μｍの厚さに成長させたところ、成長層はマスク部２上で接合した。
この成長層の断面ＴＥＭ観察によれば、Ｓｉ０2 膜マスク部２上に成長したＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎエピタキシャル成長層は露出部１上に成長した層に比べて転位密度が著しく低減しており、転位密度はおよそ７．０×１０5 ／ｃｍ2 であった。一方マスクされていない露出部１上のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ成長層の転位密度はおよそ１０8 ／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の接合部分３は、マスク部２の幅の最も広い部分の接合部を除いて他のマスク部２上のＡｌＧａＮ成長層と概ね同程度の転位密度であった。マスク部２の幅の最も広い部分の接合部の転位密度は露出部１上のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ成長層と同程度の転位密度であった。
【００２３】
比較例として実施した、マスク部２の幅を全長にわたって３μｍとし、露出部１の幅を１μｍとして互いに平行に形成した他は実施例１と全く同様に成長させたＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ成長層のマスク部２上の接合部の転位密度は露出部分と同程度であった。
【００２４】
（実施例４）
実施例１と同様の基板上の基底層上にＣＶＤによって厚さ０．２μｍのＳｉ０2 膜を形成した。
通常のフォトリソグラフによって、図４に示す線状の露出部１とマスク部２を持ったパターンを２０ｍｍ角の基板のほぼ全面に形成した。この時、マスク部２の狭い部分２ｃの幅を４μｍ、広い部分２ｄの幅を８μｍ、マスク部２の１つの屈折点と次の屈折点までの長さを１００μｍとした。また露出部１の幅は１μｍとした。この場合、マスク境界角度は２．２９゜となる。この上にＭＯＣＶＤ法によってＧａＮエピタキシャル成長膜を１２μｍの厚さに成長させたところ、ＧａＮ成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＮ成長層の断面ＴＥＭ観察によれば、Ｓｉ０2 膜マスク部２上のＧａＮエピタキシャル成長層は露出部１に成長したＧａＮ層に比べて転位密度が著しく低減しており、転位密度の数はおよそ１．３×１０5 ／ｃｍ2 であった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＮ成長層の転位密度はおよそ１０8 ／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の接合部分３は、マスク部２の幅の最も広い部分の接合部を除いて他のマスク部２上のＧａＮ成長層と概ね同程度の転位密度であった。マスク部２の幅の最も広い部分の接合部の転位密度は、露出部１上のＧａＮ成長層と同程度の転位密度であった。
【００２５】
（実施例５）
２０ｍｍ×２０ｍｍのサファイヤの（０００１）面上にＣＶＤによって厚さ０．２μｍのＳｉＯ2 膜を形成する。このＳｉＯ2 膜に通常のフォトリソグラフによって、図３に示す線状の露出部１とマスク部２を持ったパターンを基板のほぼ全面に形成した。この時、マスク部２の狭い部分２ｃの幅を３μｍ、広い部分２ｄの幅を６μｍ、マスク部２の１つの屈折点と次の屈折点までの長さを４００μｍとした。また露出部１の幅は１μｍとした。
この場合、マスク境界角度は約０．４３度となる。
【００２６】
この上にＭＯＣＶＤ法によってＧａＮエピタキシャル成長膜を６μｍの厚みに成長させたところ、ＧａＮ成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＮ成長層の断面ＴＥＭ観察によれば、ＳｉＯ2 膜マスク部２上に成長したＧａＮ成長層は露出部上に成長した層に比べて転位密度が著しく低減しており、転位密度はおよそ１．０×１０8 ／ｃｍ2 であった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＮ成長層の転位密度はおよそ１×１０10／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の接合部分３は、マスク部２の幅の最も広い部分の接合部を除いて、他のマスク部２上の成長層と概ね同程度の転位密度であった。マスク部２の幅の最も広い部分の接合部の転位密度は露出部１上のＧａＮ成長層と同程度の転位密度であった。
【００２７】
比較例として実施した、マスク部２の幅を全長にわたって３μｍとし、幅１μｍの露出部１を互いに平行に形成した他は実施例１と全く同様に成長させたＧａＮ成長層のマスク部２上のＧａＮ成長層の接合部３の転位密度は露出部１上と同程度であった。
【００２８】
（実施例６）
２０ｍｍ×２０ｍｍのサファイヤの（０００１）面上に基底層として低温ＧａＮバッファー層を介して高温ＧａＮエピタキシャル成長層を積層する。
上記基底層上にＣＶＤによって厚さ０．２μｍのＳｉＯ2 膜を形成する。このＳｉＯ2 膜に通常のフォトリソグラフによって、図５に示す線状の露出部１とマスク部２を持ったパターンを基板のほぼ全面に形成した。この時、マスク部２の狭い部分２ｃの幅を６μｍ、広い部分２ｄの幅を１２μｍ、マスク部２の１つの屈折点と次の屈折点までの長さを３０μｍとした。また露出部１の幅は１μｍとした。
この場合、マスク境界角度は約１１．３度となる。
【００２９】
この上にＭＯＣＶＤ法によってＧａＮエピタキシャル成長膜を１５μｍの厚みに成長させたところ、ＧａＮ成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＮ成長層の断面ＴＥＭ観察によれば、ＳｉＯ2 膜マスク部２上に成長したＧａＮ成長層は露出部上に成長した層に比べて転位密度が著しく低減しており、転位密度はおよそ１．５×１０5 ／ｃｍ2 であった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＮ成長層の転位密度はおよそ２×１０8 ／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の成長前線３は、マスク部２の幅の最も広い部分の接合部を除いて、他のマスク部２上の成長層と概ね同程度の転位密度であった。マスク部２の幅の最も広い部分の接合部の転位密度は露出部１上のＧａＮ成長層と同程度の転位密度であった。
【００３０】
（実施例７）
２０ｍｍφのＳｉ（１００）面上に基底層として通常のＭＢＥ法により、厚さ２μｍのＧａＡｓバッファー層を積層させた。
上記基底層上にＣＶＤによって厚さ０．２μｍのＳｉ０2 膜を形成した。このＳｉＯ2 膜に通常のフォトリソグラフによって、図８に示す逆楔形状の露出部１を基板のほぼ全面に形成した。この時、露出部１の長辺Ａを１４０μｍ、長辺Ａと直交する短辺Ｂを１００μｍ、逆楔形の辺Ｃ１，Ｃ２を１２０μｍ、辺Ｃと辺Ａとは辺Ａと直交する５μｍの辺ｂを介して接している。この辺Ｃ１とＣ２とのつくる内角は約３１５度である。この逆楔形露出部１を該基板の全面に通常のフォトリソグラフ法によって形成した。
【００３１】
この上にＧａを溶媒とする通常のスライドボード液相エピタキシャル法によってＧａＡｓのエピタキシャル成長膜を９μｍの厚みに成長させたところ、ＧａＡｓ成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＡｓ成長層のＥＰＤ（エッチ・ピット・デンシティ）観察によれば、Ｓｉ０2 膜マスク部２上に成長したＧａＡｓ成長層は露出部上に成長した層に比べて転位密度が著しく低減してＥＰＤは観察されなかった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＡｓ成長層の転位密度はおよそ１０5 ／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の成長前線３は、他のマスク部２上の成長層と同様にＥＰＤは観察されなかった。
【００３２】
（実施例８）
２０ｍｍ×２０ｍｍのサファイヤの（０００１）面上に基底層として低温ＧａＮバッファー層を介して高温ＧａＮエピタキシャル成長層を積層した。
上記基底層上にＣＶＤによって厚さ０．２μｍのＳｉ０2 膜を形成した。このＳｉＯ2 膜に通常のフォトリソグラフによって、図９に示す逆楔形状の露出部１を基板のほぼ全面に形成した。この時、露出部の長辺Ａを４０μｍ、長辺Ａと直交する短辺Ｂを３０μｍ、逆楔形の辺Ｃを２０μｍ、辺Ｃと辺Ａとは辺Ａと直交する２μｍの辺ｂを介して接している。この辺Ｃ１とＣ２とのつくる内角は約３０８度である。この逆楔形露出部を該基板の全面に通常のフォトリソグラフ法によって形成した。
【００３３】
この上にＭＯＣＶＤ法によってＧａＮエピタキシャル成長膜を１６μｍの厚みに成長させたところ、ＧａＮ成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＮ成長層の断面ＴＥＭ観察によれば、Ｓｉ０2 膜マスク部２上に成長したＧａＮ成長層は露出部上に成長した層に比べて転位密度が著しく低減しており、転位密度はおよそ１．０×１０5 ／ｃｍ2 であった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＮ成長層の転位密度はおよそ１０8 ／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の成長前線３は他のマスク部２上の成長層と概ね同程度の転位密度であった。マスク部２の幅の最も広い部分の接合部の転位密度は露出部１上のＧａＮ成長層と同程度の転位密度であった。
【００３４】
（実施例９）
２０ｍｍφのＳｉ（１００）面上に基底層として通常のＭＢＥ法による２μｍのＧａＡｓバッファー層を積層させた。
上記基底層上にＣＶＤによって厚さ０．２μｍのＳｉ０2 膜を形成した。このＳｉＯ2 膜に通常のフォトリソグラフによって、図１０に示す線対称に配置された２つの合同な直角三角形を１対とする露出部１を基板のほぼ全面に形成した。この時、直角三角形の長辺Ａ１及びＡ２を１２０μｍ、長辺と直交する短辺Ｂ１及びＢ２を６０μｍ、斜辺Ｃ１及びＣ２を１３４μｍとした。この辺Ｃ１とＣ２とのつくる角度は約６０度である。
【００３５】
この上にＧａを溶媒とする通常のスライドボード液相エピタキシャル法によってＧａＡｓのエピタキシャル成長膜を９μｍの厚みに成長させたところ、ＧａＡｓ成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＡｓ成長層のＥＰＤ（エッチ・ピット・デンシティ）観察によれば、Ｓｉ０2 膜マスク部２上に成長したＧａＡｓ成長層は露出部上に成長した層に比べて転位密度が著しく低減してＥＰＤは観察されなかった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＡｓ成長層の転位密度はおよそ１０5 ／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の成長前線３は、他のマスク部２上の成長層と同様にＥＰＤは観察されなかった。
【００３６】
（実施例１０）
２０ｍｍ×２０ｍｍのサファイヤの（０００１）面上に基底層として低温ＧａＮバッファー層を介して高温ＧａＮエピタキシャル成長層を積層する。
上記基底層上にＣＶＤによって厚さ０．２μｍのＳｉ０2 膜を形成する。このＳｉＯ2 膜に通常のフォトリソグラフによって、図１０に示す線対称に配置された２つの合同な直角三角形を１対とする露出部を基板のほぼ全面に形成した。この時、直角三角形の長辺Ａ１及びＡ２を４０μｍ、長辺と直交する短辺Ｂ１及びＢ２を１０μｍ、斜辺Ｃ１及びＣ２を４１μｍとした。この辺Ｃ１とＣ２とのつくる角度は約３７度である。
【００３７】
この上にＭＯＣＶＤ法によってＧａＮエピタキシャル成長膜を１６μｍの厚みに成長させたところ、ＧａＮ成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＮ成長層の断面ＴＥＭ観察によれば、Ｓｉ０2 膜マスク部２上に成長したＧａＮ成長層は露出部上に成長した層に比べて転位密度が著しく低減しており、転位密度はおよそ１．０×１０5 ／ｃｍ2 であった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＮ成長層の転位密度はおよそ１０8 ／ｃｍ2 であった。さらにマスク部２上の成長前線３は他のマスク部２上の成長層と概ね同程度の転位密度であった。
【００３８】
（マスク境界角度比較例）
実施例１と同様のＧａＮ積層サファイア基板を用いた。
この基板上に通常のフォトリソグラフによって、図６に示すパターンを２０ｍｍ角の基板全面に形成した。この場合、マスク境界角度は０．１７度となる。この上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によってＧａＮエピタキシャル成長層を２０μｍの厚さに成長させたところ、ＧａＮ成長層はマスク部２上で接合した。
このＧａＮ成長層の断面ＴＥＭ観察によれば、Ｓｉ０2 膜マスク部２上に成長したＧａＮエピタキシャル層は露出部１に成長したＧａＮ層に比べて転位密度が著しく低減しており、転位密度はおよそ１．２×１０5 ／ｃｍ2 であった。一方マスクされていない露出部１上のＧａＮ成長層の転位密度はおよそ１０8 ／ｃｍ2 であった。しかしながらマスク部２上の接合部分の転位密度は露出部１上のＧａＮ成長層と同程度の高い転位密度であった。
マスクパターンを変更した同様の成長を試みた所、マスク境界角度が０．３度未満になるとマスク部２上の接合部分の転位密度が接合部以外の部分の転位密度より大きくなる部分が出現し、本発明の効果が限定されることが判った。
【００３９】
実施例には絶縁物薄膜としてＳｉ０2 膜を用いたが、絶縁物薄膜はこれに限ることはなく、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＴｉＮ等も用いることが出来る。高融点金属薄膜も実施例に挙げたパラジウムの他に白金、チタン、タングステン等も有効である。またマスクの膜厚は下地の単結晶表面を覆うことが出来れば良く、出来るだけ薄い方が望ましい。
下地単結晶膜上に形成するマスクパターンは上記例に示した形状に限らず、マスク部と隣接する２つの露出部１の境界線は曲線であっても本特許の目的に合致させることが出来るのは言うまでもない。
実施例には基板全面に同一パターンを形成した例を示したが、基板の一部分に所望のパターンを形成する、あるいは基板上に形成するデバイスの大きさと基板面内での繰り返しピッチに合わせてパターンを形成することもなんら本発明の有効性を妨げるものではない。
下地の基底層は実施例に示したＧａＮに限ることなくＡｌＮ、ＡｌＧａＮでも良く、該単結晶の成長用低温基底層組成もＡｌＮ、ＡｌＧａＮでも良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、電子デバイスにおいて機能層を形成するための基板として極めて転位密度の低いものを利用することができ、その上にエピタキシャル成長によって形成する機能層も結晶欠陥の極めて少ない良質の結晶層とすることができる。このような良質結晶の機能層を利用したＬＥＤやＬＤは電子やホールの移動度が大きく、高性能なデバイスが達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用するマスクの一例と横方向成長過程を示す図である。
【図２】本発明の半導体基板の断面構造を示す図である。
【図３】実施例１のマスクパターンを示す図である。
【図４】実施例４のマスクパターンを示す図である。
【図５】実施例６のマスクパターンを示す図である。
【図６】比較例のマスクパターンを示す図である。
【図７】露出部の一実施態様を示す図である。
【図８】実施例７で使用したマスクの露出部を示す図である。
【図９】実施例８で使用したマスクの露出部を示す図である。
【図１０】実施例９で使用したマスクの露出部を示す図である。
【図１１】実施例１０で使用したマスクの露出部を示す図である。
【符号の説明】
１  露出部
２  マスク部
３  成長前線
１０  半導体基板
１１  単結晶基板
１２  基底層
１３  酸化物または高融点金属薄膜
１４  エピタキシャル成長層
【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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【図１１】
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