JPH11260835A - 電子デバイス用基板 - Google Patents

電子デバイス用基板

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JPH11260835A
JPH11260835A JP16768698A JP16768698A JPH11260835A JP H11260835 A JPH11260835 A JP H11260835A JP 16768698 A JP16768698 A JP 16768698A JP 16768698 A JP16768698 A JP 16768698A JP H11260835 A JPH11260835 A JP H11260835A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｓｉ基板上に、半導体膜等の機能膜として、
あるいはこのような機能膜の下地としての使用が可能
な、ウルツァイト型の結晶構造をもつエピタキシャル膜
が存在する電子デバイス用基板を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ単結晶基板の表面に、バッファ層を
介して表面層を有し、前記バッファ層が、希土類元素の
酸化物および／または酸化ジルコニウムを含むＲ−Ｚｒ
系酸化物薄膜、Ａ（希土類元素）、ＭｎおよびＯを含
み、六方晶ＹＭｎＯ3型構造をもつＡＭｎＯ3系薄膜、Ａ
ｌおよびＯを含むＡｌＯx系薄膜、窒化チタン、窒化ニ
オブ、窒化タンタルおよび窒化ジルコニウムの１種以上
を含むＮａＣｌ型窒化物薄膜のいずれかを少なくとも含
み、前記表面層が、ウルツァイト型の酸化物および／ま
たは窒化物を含む電子デバイス用基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子デバイス用基
板、具体的には、ウルツァイト型の薄膜をＳｉ基板上に
備え、ＳＡＷ（弾性表面波）素子等の圧電効果利用のデ
バイス、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザーダイオー
ドなどの半導体発光素子、ＩＣ用のヒートシンク、光変
調器、光スイッチ、ＯＥＩＣ（光・電子集積回路：opto
-electronic integrated circuits ）等の光学素子など
に適用される電子デバイス用基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体結晶基板であるＳｉ基板上に、酸
化物、窒化物などの機能膜を形成して集積化した電子デ
バイスが考案されている。例えば、半導体基板と誘電体
薄膜とを組み合わせることにより、集積度のさらに高い
ＬＳＩ、ＳＯＩ技術による誘電体分離ＬＳＩが検討され
ている。さらに、誘電体の一種である強誘電体からなる
薄膜を用いると、不揮発性メモリ、赤外線センサ、光変
調器および光スイッチ、ＯＥＩＣ等が構成可能である。
また、半導体基板と超伝導体薄膜との組み合わせでは、
ＳＱＵＩＤ、ジョセフソン素子、超伝導トランジスタ、
電磁波センサ、超伝導配線ＬＳＩなどが構成可能であ
り、半導体基板と圧電体薄膜との組み合わせでは、ＳＡ
Ｗ素子、コンボルバ、コリメータ、メモリ素子、イメー
ジスキャナ、薄膜バルク共振器、フィルタなどが構成可
能である。
【０００３】これらの機能膜を用いた半導体デバイスに
おいて、最適なデバイス特性を実現し、かつその再現性
を確保するためには、半導体基板として単結晶を用いる
ことが好ましい。多結晶体では粒界による物理量の撹乱
のため、良好なデバイス特性を得ることが難しい。この
ことは機能膜についても同様であり、機能膜は単結晶に
できるだけ近いエピタキシャル膜であることが望まれて
いる。
【０００４】応用的に価値のある主な圧電体の結晶構造
は、ＺｎＯ、ＡｌＮに代表されるようにウルツァイト型
をとっている。ウルツァイト型化合物のエピタキシャル
成長は、基板材料の結晶方位に大きく依存するので、立
方晶であるＳｉ単結晶基板上に直接エピタキシャル成長
させることは難しい。
【０００５】また、ＺｎＯ薄膜をＳｉ基板上に直接エピ
タキシャル成長させようとすると、Ｓｉ基板表面にＳｉ
Ｏ2層が形成されてしまう。Ｓｉ基板表面にＳｉＯ2層が
存在すると、ＺｎＯ結晶が成長する際にＳｉ結晶の配列
情報が伝達されなくなる。このため、成長したＺｎＯ薄
膜は、ｃ軸配向の多結晶膜となってしまう。したがっ
て、これまでＳｉ基板上にＺｎＯ薄膜をエピタキシャル
成長させたという報告はない。
【０００６】ＡｌＮ薄膜をＳｉ基板上に直接エピタキシ
ャル成長させようとする試みについては、いくつかの報
告がある。例えばJpn.J.Apl.Phys.vol.20.L173(1981)に
は、ＭＯＣＶＤ（有機金属を用いた化学的気相成長）法
を用い、Ｓｉ基板の温度を１２６０℃としてＡｌＮをエ
ピタキシャル成長させたことが報告されている。また、
ＧａＮ系の発光素子用のバッファ層としてＡｌＮを用い
た研究例が、いくつか報告されている。例えば電子通信
学会技術研究報告CPM92 1-13、P45(1992)には、ＭＯＶＰ
Ｅ（有機金属気相成長）法により１１００℃以上でエピ
タキシャル成長できることが報告されている。
【０００７】これらのいずれの場合においても、ＡｌＮ
薄膜の成長温度は１１００℃以上と高い。ＡｌＮ薄膜を
１０００℃以上で形成すると、ＡｌＮの構成要素である
ＡｌがＳｉ基板と反応してアルミニウムシリサイドを形
成しやすい。したがって、形成温度が１０００℃以上と
なる場合には、アルミニウムシリサイドの生成を抑える
ために細心の注意を払う必要があるので、量産性および
再現性が低くなってしまうという問題がある。
【０００８】また、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）または
窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）あるいはそ
れらの混晶等のIII−Ｖ族窒化物半導体からなる薄膜
は、電界効果型トランジスタ、ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）、レーザーダイオード等の窒化物半導体装置に利用
されており、特に最近では、例えば日経エレクトロニク
スno.674、p.79 (1996)に示されるように、これら窒化
物半導体層の積層構造を含み、青色、緑色等の短い波長
の光を発光するＬＥＤが注目されている。
【０００９】III−Ｖ族窒化物半導体層、例えばＧａＮ
薄膜を用いた半導体素子では、ＧａＮ薄膜を形成するた
めの基板として一般にサファイアが用いられている。し
かし、サファイアはＧａＮと格子定数および熱膨張係数
が大きく異なるため、基板とＧａＮとの界面からＧａＮ
側に転位が導入されたり、ＧａＮ結晶が応力により変形
を受けたりし、良質な結晶が得られないという問題があ
る。また、サファイア基板は劈開面を出して割ることが
難しく、レーザーダイオードを作製する場合に端面の形
成が難しいという問題がある。また、サファイア基板は
Ｓｉ等の半導体基板と比べると高価であり、表面平坦性
が悪いなどの問題もある。さらに、サファイア基板に
は、導電性がないという問題もある。
【００１０】一方、Ｓｉも、ＧａＮに対し格子定数差、
熱膨張係数差、格子構造の差が大きいため、Ｓｉ単結晶
基板の上に良質のＧａＮ薄膜を形成することは困難であ
る。
【００１１】ＧａＮ等の窒化物半導体からなる薄膜の結
晶性を向上させるための提案として、例えば、特開平９
−４５９６０号公報には、サファイア基板やＳｉ基板上
にＺｎＯバッファ層を介してＩｎＧａＡｌＮ層を設ける
ことが記載されている。同公報では、Ｓｉ基板上にＺｎ
Ｏバッファ層をスパッタ法等により直接形成している。
しかし、本発明者らの実験では、前述したように、Ｓｉ
基板上にＺｎＯバッファ層を単結晶膜（本明細書におけ
るエピタキシャル膜）として形成することは実質的に不
可能であり、結晶性および表面性に優れた膜とすること
ができないことがわかった。このため、このようなＺｎ
Ｏバッファ層上には、良好な結晶性を有する窒化物半導
体層を形成することはできない。
【００１２】また、特開平８−２６４８９４号公報に
は、ＳｉやＳｉＣ基板上に、ＣａxＭｇ1-xＦ2（０≦ｘ
≦１）層およびＭｇtＣａ3-tＮ2（０≦ｔ≦３）層の少
なくとも一方を形成し、この上にＧａyＩｎzＡｌ1-y-z
Ｎ（０≦ｙ，ｚ≦１）層を形成した半導体素子が記載さ
れている。同公報では、表面の平坦性が高いＳｉやＳｉ
Ｃ等を用いることができ、かつ良質のＧａＩｎＡｌＮ層
を形成できることを効果としている。しかし、本発明者
らの実験によれば、Ｓｉ基板上に形成したＣａxＭｇ1-x
Ｆ2層やＭｇtＣａ3-tＮ2層は、結晶性および表面性が不
十分であることがわかった。このため、これらの層の上
には、良好な結晶性を有する窒化物半導体層を形成する
ことはできない。
【００１３】また、Ｓｉ基板上にＧａＮ薄膜を形成する
際に、バッファ層としてＡｌＮ薄膜やＳｉＣ薄膜を利用
することも知られている［J.Cryst.Growth 128,391(199
3)およびJ.Cryst.Growth 115,634(1991)］。しかし、本
発明者らの実験によれば、Ｓｉ基板上に直接形成したＡ
ｌＮ薄膜やＳｉＣ薄膜は、結晶性および表面性が不十分
であることがわかった。このため、これらの薄膜の上に
は、良好な結晶性を有する窒化物半導体層を形成するこ
とはできない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｓｉ
基板上に、半導体膜等の機能膜として、あるいはこのよ
うな機能膜の下地としての使用が可能な、ウルツァイト
型の結晶構造をもつエピタキシャル膜が存在する電子デ
バイス用基板を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（６）のいずれかの構成により達成される。 （１） 少なくとも表面がＳｉ単結晶からなる基板の表
面に、バッファ層を介して表面層を有し、前記バッファ
層が、酸化物バッファ層および／または窒化物バッファ
層から構成されており、前記酸化物バッファ層が、希土
類元素（ＳｃおよびＹを含む）の酸化物および／または
酸化ジルコニウムを主成分とするエピタキシャル膜であ
るＲ−Ｚｒ系酸化物薄膜を含むか、Ａ［Ａは、希土類元
素（ＳｃおよびＹを含む）である］、ＭｎおよびＯを主
成分とし、六方晶ＹＭｎＯ3型の結晶構造を有するエピ
タキシャル膜であるＡＭｎＯ3系薄膜を含むか、Ａｌお
よびＯを主成分とするエピタキシャル膜であるＡｌＯx
系薄膜を含むか、前記Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜と、前記Ａ
ＭｎＯ3系薄膜および／または前記ＡｌＯx系薄膜とを含
むものであり、前記窒化物バッファ層が、窒化チタン、
窒化ニオブ、窒化タンタルおよび窒化ジルコニウムの少
なくとも１種を主成分とするエピタキシャル膜であるＮ
ａＣｌ型窒化物薄膜を含むものであり、前記表面層が、
ウルツァイト型結晶構造を有する酸化物エピタキシャル
膜および／またはウルツァイト型結晶構造を有する窒化
物エピタキシャル膜を含むものである電子デバイス用基
板。 （２） 前記表面層が、Ａｌ、ＧａおよびＩｎから選択
される少なくとも１種とＮとを主成分とするＡｌＧａＩ
ｎＮ系薄膜を含むか、酸化亜鉛を主成分とするＺｎＯ系
薄膜を含むか、前記ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜および前記Ｚ
ｎＯ系薄膜を含む上記（１）の電子デバイス用基板。 （３） 前記ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜が半導体である上記
（２）の電子デバイス用基板。 （４） 前記基板がＳｉ（１００）面を表面に有するも
のであり、前記基板のＳｉ（１１０）面と前記表面層の
（１−１００）面とが平行である上記（１）〜（３）の
いずれかの電子デバイス用基板。 （５） 前記表面層上、前記表面層中、前記バッファ層
と前記表面層との間、または前記バッファ層中に金属薄
膜を有し、この金属薄膜が、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、
Ｐｄ、ＲｈおよびＲｕの少なくとも１種を主成分とする
エピタキシャル膜である上記（１）〜（４）のいずれか
の電子デバイス用基板。 （６） 前記金属薄膜の（１１１）面または（０００
１）面が基板表面と平行に配向している上記（５）の電
子デバイス用基板。
【００１６】
【作用および効果】ウルツァイト型化合物からなる薄膜
を、Ｓｉ基板上に直接エピタキシャル成長させようとす
ると、Ｓｉ基板表面は非常に反応性に富むためにエピタ
キシャル成長前に不要な化合物が形成され、これがウル
ツァイト型化合物のエピタキシャル成長を妨げる。例え
ばウルツァイト型化合物としてＺｎＯを用いる場合、Ｚ
ｎＯがエピタキシャル成長する前に、Ｓｉ表面に非晶質
のＳｉＯ2層が薄く形成され、ＺｎＯのエピタキシャル
成長を妨げる。また、ウルツァイト型化合物としてＡｌ
Ｎ等の窒化物を用いる場合、窒化物が成長する前に、Ｓ
ｉ表面に非晶質のＳｉＮ層が薄く形成され、目標とする
窒化物のエピタキシャル成長を妨げる。
【００１７】そこで、本発明では、Ｓｉ表面を有する基
板上にバッファ層を設け、このバッファ層上にウルツァ
イト型化合物薄膜（表面層）を形成する。バッファ層に
は、上記したＡＭｎＯ3系薄膜、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄
膜、ＡｌＯx系薄膜、ＮａＣｌ型窒化物薄膜を用いる。
このバッファ層は、Ｓｉ基板上に、高結晶性かつ表面平
坦性に優れる薄膜として形成することが可能である。そ
して、上記バッファ層を構成する材料は、ウルツァイト
型化合物と結晶構造および格子定数が共に近似している
ため、上記バッファ層を介することにより、上記ＺｎＯ
系薄膜や上記ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜などのウルツァイト
型の結晶構造をもつ薄膜を、Ｓｉ基板上にエピタキシャ
ル膜として形成することが可能となる。
【００１８】したがって、本発明によれば、品質の高い
大径の単結晶が容易に得られ、しかも単結晶の中でも極
めて安価なＳｉ基板上に、ウルツァイト型化合物からな
るエピタキシャル膜が存在する電子デバイス用基板を得
ることができる。ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ等の
ウルツァイト型化合物は圧電性を示すので、本発明の電
子デバイス用基板は、ＳＡＷ素子、コンボルバ、薄膜バ
ルク共振器、各種フィルタ、レゾネータに適用できる。
また、表面層の上に窒化物半導体層を形成するか、表面
層自体を窒化物半導体層とすることにより、ＬＥＤやレ
ーザーダイオードに適用される窒化物半導体装置を構成
することができる。Ｓｉ単結晶基板は劈開しやすいた
め、本発明の電子デバイス用基板は、レーザーダイオー
ド等のレーザー素子への応用に特に適している。
【００１９】また、本発明では、Ｓｉ（１１１）基板だ
けでなくＳｉ（１００）基板を用いた場合でも、結晶性
が良好で表面が平坦なウルツァイト型化合物薄膜を形成
できるため、Ｓｉ（１００）基板の使用が可能である。
Ｓｉは（１１０）面が劈開性を示し、また、本発明で
は、Ｓｉ（１００）基板とウルツァイト型化合物薄膜と
の面方位の関係を、Ｓｉ（１００）//ウルツァイト型化
合物（０００１）かつＳｉ（１１０）//ウルツァイト型
化合物（１−１００）とすることが可能なので、基板と
ウルツァイト型化合物薄膜とで劈開面を一致させること
ができ、例えばレーザー素子に適用する場合に有利であ
る。なお、（１−１００）における「−１」は、上線を
付した１を意味する。
【００２０】本発明で用いるＳｉ単結晶基板は、サファ
イア基板やＳｉＣ単結晶基板に比べ安価であるため、安
価な電子デバイス用基板が実現できる。
【００２１】本発明において、半導体化したウルツァイ
ト型窒化物を表面層に用いれば、窒化物半導体薄膜を有
する半導体基板を提供できる。
【００２２】本発明の電子デバイス用基板は、ＬＥＤや
レーザーダイオードのほか、前述したように、不揮発性
メモリ、赤外線センサ、光変調器、光スイッチ、ＯＥＩ
Ｃ、ＳＱＵＩＤ、ジョセフソン素子、超伝導トランジス
タ、電磁波センサ、超伝導配線ＬＳＩ、ＳＡＷ素子、コ
ンボルバ、コリメータ、メモリ素子、イメージスキャ
ナ、薄膜バルク共振器、各種フィルタなどの様々なデバ
イスに適用可能である。
【００２３】本発明では、バッファ層の上や中、および
表面層の上や中に、高結晶性かつ表面平坦性の良好な金
属薄膜を形成することができる。しかも、この金属薄膜
上に形成したバッファ層やウルツァイト型化合物薄膜
は、エピタキシャル膜となる。この金属薄膜は電極層や
反射層として利用できるので、本発明では、電子デバイ
ス用基板に、特性低下を招くことなく電極層や反射層を
組み込むことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【００２５】本発明の電子デバイス用基板は、少なくと
も表面がＳｉ単結晶である基板表面上にバッファ層を有
し、このバッファ層上に、表面層を有する。バッファ層
は、ＡＭｎＯ3系薄膜、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜、ＡｌＯx
系薄膜およびＮａＣｌ型窒化物薄膜から選択され、表面
層は、ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜やＺｎＯ系薄膜などのウル
ツァイト型化合物薄膜から選択される。また、表面層の
上もしくは中、バッファ層と表面層との間、またはバッ
ファ層中には、必要に応じて金属薄膜が設けられる。各
薄膜の詳細については、後に説明する。
【００２６】本発明の電子デバイス用基板の構成例を、
図１の（ａ）〜（ｅ）に示す。図１（ａ）に示す電子デ
バイス用基板２０は、Ｓｉ単結晶基板２上に、バッファ
層２１と表面層２２とをこの順で有する。図１（ｂ）に
示す電子デバイス用基板２０は、表面層２２上に金属薄
膜２３を有するほかは図１（ａ）に示すものと同様であ
る。図１（ｃ）に示す電子デバイス用基板２０は、表面
層２２中に金属薄膜２３を有するほかは図１（ａ）に示
すものと同様である。図１（ｄ）に示す電子デバイス用
基板２０は、バッファ層２１と表面層２２との間に金属
薄膜２３を有するほかは図１（ａ）に示すものと同様で
ある。図１（ｅ）に示す電子デバイス用基板２０は、バ
ッファ層２１中に金属薄膜２３を有するほかは図１
（ａ）に示すものと同様である。
【００２７】バッファ層２１が、２種以上の薄膜からな
る積層構造である場合、各薄膜の積層順は特に限定され
ないが、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜を含む場合には、Ｒ−Ｚ
ｒ系酸化物薄膜を基板側に設けることが好ましい。な
お、図１（ｃ）の表面層や図１（ｅ）のバッファ層のよ
うに金属薄膜を挟んで２層に分かれた構成とする場合、
上下の層の組成は同一であってもよく、異なっていても
よい。
【００２８】本発明では、このように、Ｓｉ単結晶基板
上にウルツァイト型化合物薄膜を形成するに際し、両者
の間に所定のバッファ層を介在させる。以下、バッファ
層として前記各薄膜を用いる理由を説明する。
【００２９】２層の薄膜を連続して形成する場合、下地
となる薄膜（以下、下地薄膜という）とその上に成長す
る薄膜（以下、成長薄膜という）との間の格子の不整合
度は、ミスマッチ度で表される。例えば、下地薄膜構成
材料のバルク体の格子定数をｄsubとし、成長薄膜構成
材料のバルク体の格子定数をｄepiとすれば、ミスマッ
チ度δ（単位：％）は、 δ（％）＝［（ｄepi−ｄsub）／ｄsub］×１００ で表される。成長薄膜の格子定数が下地薄膜のそれより
大きければ、δは正の値となる。一方、δが負の場合、
下地薄膜の格子定数が成長薄膜のそれよりも大きいこと
になる。δ＝０である場合には、下地薄膜と成長薄膜と
の格子が一致している、すなわち格子が完全に整合して
いることになる。δの符号にかかわらず、δの値が大き
いほど格子不整合度が大きく、格子不整合に起因する歪
みや欠陥等が結晶に導入されやすくなるので、好ましく
ない。
【００３０】ＡｌＮ薄膜等のウルツァイト型化合物薄膜
をＳｉ基板上に直接形成する場合、エピタキシャル成長
時の両結晶の関係は、Ｓｉ［１１１］//ＡｌＮ［０００
１］とすると、Ｓｉ（１１１）面内の格子定数は０．３
８４nm、ＡｌＮ（０００１）面内の格子定数（ａ軸の格
子定数）は０．３１１nmなので、ミスマッチ度δは−１
９．０％と大きくなる。
【００３１】これに対し、本発明におけるバッファ層と
してＲ−Ｚｒ系酸化物薄膜、例えばＹＳＺ（ＺｒＯ2に
Ｙを添加した安定化ジルコニア）薄膜を用いる場合、Ｙ
ＳＺ結晶は、通常、立方晶であり、そのａ軸の格子定数
は０．５２０nmなので、図２に示すようにＹＳＺ（１１
１）面内の格子定数は０．３６８nmとなり、ＹＳＺ（１
１１）面内の格子がＡｌＮ（０００１）面内の格子と整
合して、そのときのδは−１５．５％となる。したがっ
て、Ｓｉ基板上にＹＳＺ薄膜からなるバッファ層を設け
ることにより、Ｓｉ基板上にＡｌＮ薄膜を直接形成した
場合に対しミスマッチ度が改善され、ＡｌＮ薄膜をエピ
タキシャル膜として形成することが可能となる。
【００３２】また、バッファ層として上記ＹＳＺを用
い、ウルツァイト型化合物薄膜としてＧａＮ薄膜を用い
る場合、ＹＳＺ（１１１）面内の格子とＧａＮ（０００
１）面内の格子（格子定数０．３１９nm）とが整合し、
そのときのδは−１３．３％と小さくなる。
【００３３】また、ＹＳＺに替えてＹｂ2Ｏ3、Ｌｕ
2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3を用いれば、（１１１）面内の格子定数
はそれぞれ０．３６７９nm、０．３６７４nm、０．３４
８１nmとなり、ＧａＮ（０００１）面とのマッチングは
さらに良好となる。
【００３４】また、ＹＳＺに替えてＴｉＮ、ＺｒＮを用
いれば、（１１１）面内の格子定数はそれぞれ０．３０
０nm、０．３２６nmとなり、ＧａＮ（０００１）面との
ミスマッチ度はそれぞれ＋６．３３％、−２．１５％と
極めて小さくなる。
【００３５】また、ウルツァイト型化合物薄膜として上
記ＧａＮ薄膜を用い、バッファ層としてＡＭｎＯ3系薄
膜、例えばＨｏＭｎＯ3薄膜を用いると、ＨｏＭｎＯ
3（０００１）面内の格子定数は０．６１４nmであり、
この格子は１／２でＧａＮ（０００１）面内の格子と整
合し、そのときのδは＋３．９１％と極めて小さくな
る。
【００３６】本発明の電子デバイス用基板を利用した窒
化物半導体装置では、表面層の上に、窒化物半導体層や
その下地となる窒化物層が形成される。これらの窒化物
層は、一般にＧａxＩｎyＡｌ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０
≦ｘ＋ｙ≦１）で表される組成をもつウルツァイト型結
晶から構成されるので、表面層との間で格子整合性が極
めて良好となる。具体的には、表面層として用いられる
ＺｎＯ系薄膜およびＡｌＧａＩｎＮ系薄膜の構成材料、
例えばＺｎＯ結晶およびＡｌＮ結晶では、（０００１）
面内の格子定数がそれぞれ０．３２５nmおよび０．３１
１nmであり、窒化物半導体層またはその下地層にＧａＮ
を用いる場合には、表面層の（０００１）面内の格子が
ＧａＮ（０００１）面内の格子と整合し、そのときのδ
はＺｎＯでは−１．８５％、ＡｌＮでは＋２．５７％と
極めて小さくなる。
【００３７】また、金属薄膜の構成材料、例えばＰｔ結
晶では、（１１１）面内の格子定数が０．５５４nmであ
る。この格子は１／２でＧａＮ（０００１）面内の格子
と整合し、そのときのδは＋１５．１％と小さいので、
表面層の下や上に金属薄膜を設けても、電子デバイス用
基板表面の結晶性はほとんど乱れない。
【００３８】また、組成の異なる２種以上の薄膜の積層
体からなるバッファ層、および、厚さ方向で組成が徐々
に変化する傾斜構造膜であるバッファ層では、バッファ
層最表面の結晶格子と、ウルツァイト型化合物からなる
表面層の結晶格子のミスフィットをさらに小さくするこ
とが可能なので、結晶性のより高い表面層の形成が可能
となる。例えば（１１１）配向のＹＳＺからなるバッフ
ァ層上に（０００１）配向のＡｌＮからなる表面層を形
成した場合のδは、上記したように−１５．５％である
が、バッファ層をＹＳＺ薄膜とＺｒＮ薄膜（ＮａＣｌ型
窒化物薄膜）との積層構造として、ＡｌＮ薄膜にＺｒＮ
薄膜が接する構成とすることにより、δをより小さくす
ることができる。ＺｒＮのａ軸の格子定数は０．４６１
nmなので、ＺｒＮ膜における（１１１）面内の格子定数
は、（２1/2×０．４６１）／２＝０．３２６nmであ
る。この格子はＡｌＮ（０００１）面内の格子と整合
し、そのときのδは−４．６％となるので、ミスマッチ
度を大きく改善することができる。
【００３９】バッファ層を積層構造とすることによる効
果は、ミスマッチ度の改善に限らず、例えば、薄膜積層
構造体全体の応力の減少や、電子デバイス用基板の特性
改善（温度特性の改善等）などが挙げられる。
【００４０】このように本発明では、Ｓｉ基板上に所定
のバッファ層を介してウルツァイト型化合物薄膜を形成
することにより、Ｓｉ基板上に直接ウルツァイト型化合
物薄膜を形成した場合に比べ格子不整合度が小さくなる
ので、結晶性の高いウルツァイト型化合物からなる表面
層を形成することができる。
【００４１】次に、本発明の電子デバイス用基板を構成
する基板および各薄膜の構成について詳細に説明する。
【００４２】基板 基板には、Ｓｉ単結晶を表面に有するものを用いる。基
板表面は、Ｓｉ単結晶の（１１１）面または（１００）
面から構成されていることが好ましく、特に（１１１）
面から構成されていることが好ましい。また、条件によ
っては基板上に形成される各種薄膜にクラックが生じる
場合があるが、基板の厚さを好ましくは１０〜１００μ
m程度、より好ましくは２５〜７５μm程度と薄くするこ
とにより、このようなクラックの発生を抑えることがで
きる。
【００４３】バッファ層 結晶性の高い表面層を形成するためには、バッファ層
は、結晶性および表面平坦性に優れるものであることが
好ましい。具体的には、バッファ層を構成する薄膜は、
Ｘ線回折による（１１１）面の反射のロッキングカーブ
の半値幅が１．５０°以下となる程度の結晶性を有して
いることが好ましい。また、バッファ層を構成する薄膜
の表面性を、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により測定され
る表面粗さＲｚ（十点平均粗さ、基準長さ５００nm）で
表したとき、Ｒｚは、好ましくは２nm以下、より好まし
くは０．６０nm以下である。なお、このような表面粗さ
は、表面の好ましくは８０％以上、より好ましくは９０
％以上、さらに好ましくは９５％以上の領域で実現して
いることが望ましい。上記表面粗さは、基板全面にわた
って薄膜を形成したときに、面積１０cm2以上の領域に
わたって平均に分布した任意の１０箇所以上を測定して
の値である。本明細書において、薄膜表面の例えば８０
％以上でＲｚが２nm以下であるとは、上記のように１０
箇所以上を測定したときにその８０％以上の箇所でＲｚ
が２nm以下であることを意味する。なお、表面粗さＲｚ
は、JIS B 0610に規定されている。
【００４４】バッファ層を構成する薄膜におけるロッキ
ングカーブの半値幅およびＲｚの下限値は特になく、小
さいほど好ましいが、現在のところ、ロッキングカーブ
の半値幅の下限値は、一般に０．７°程度、特に０．４
°程度、上記Ｒｚの下限値は０．１０nm程度である。
【００４５】なお、バッファ層を構成する薄膜のＲＨＥ
ＥＤ像がストリークであって、しかもシャープである場
合、その薄膜は結晶性および表面平坦性が優れているこ
とになる。このことは、表面層や金属薄膜など他の薄膜
についても同様である。
【００４６】次に、バッファ層を構成する各薄膜につい
て、具体的に説明する。
【００４７】ＡＭｎＯ3系薄膜 ＡＭｎＯ3系薄膜は、六方晶ＹＭｎＯ3型の結晶構造を有
し、主成分がＡ［Ａは、希土類元素（ＳｃおよびＹを含
む）である］、ＭｎおよびＯであり、基板表面と平行に
ｃ面が配向している薄膜である。
【００４８】ＡＭｎＯ3系薄膜を構成するＡＭｎＯ3系材
料において、原子比Ａ／Ｍｎは、好ましくは０．８〜
１．２、より好ましくは０．９〜１．１である。Ａ／Ｍ
ｎをこの範囲とすることにより、ＡＭｎＯ3系薄膜の結
晶性および表面性が良好となる。ＡＭｎＯ3系薄膜は、
その上に良質の窒化物薄膜を形成するためのバッファ層
であるため、高結晶性でかつ表面性に優れることが要求
される。なお、ＡＭｎＯ3系材料には、通常、酸素欠陥
または過剰な酸素が存在するので、Ｍｎに対するＯの比
率は、通常、２．７〜３．３程度である。
【００４９】ＡＭｎＯ3系材料には、六方晶系の結晶構
造を持つものと斜方晶系の結晶構造を持つものとがある
が、本発明では、六方晶系のＡＭｎＯ3系材料を用い
る。本発明では六方晶系のＧａＩｎＡｌＮ系窒化物薄膜
を形成する必要があるため、格子を整合するためには、
ＡＭｎＯ3系薄膜も六方晶系の結晶材料から構成する必
要がある。
【００５０】ＡＭｎＯ3系材料におけるＡとしては、例
えばＹ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、ＴｍおよびＬｕの少なくと
も１種が好ましい。すなわち、ＡＭｎＯ3系材料とし
て、Ａの異なる２種以上のＡＭｎＯ3を含む固溶体を用
いてもよい。
【００５１】ＡＭｎＯ3系薄膜は、基板と平行にｃ面が
配向した薄膜、すなわち（０００１）配向膜であり、好
ましくはｃ面単一配向膜、より好ましくはエピタキシャ
ル膜である。単一配向膜は、結晶性および表面性が良好
であるため好ましく、エピタキシャル膜は、結晶性およ
び表面性がさらに優れるので、より好ましい。
【００５２】なお、本明細書における単一配向膜とは、
Ｘ線回折による測定を行ったとき、目的とする面以外の
ものの反射のピーク強度が目的とする面の最大ピーク強
度の１０％以下、好ましくは５％以下である膜である。
例えば、（０００１）単一配向膜、すなわちｃ面単一配
向膜は、膜の２θ−θＸ線回折で（０００Ｌ）面以外の
反射ピークの強度が、（０００Ｌ）面反射の最大ピーク
強度の１０％以下、好ましくは５％以下の膜である。な
お、本明細書において（０００Ｌ）は、（０００１）や
（０００２）などの等価な面を総称する表示である。ま
た、例えば（１１１）単一配向膜は、（ＬＬＬ）面以外
の反射ピークの強度が、（ＬＬＬ）面反射の最大ピーク
強度の１０％以下、好ましくは５％以下の膜である。な
お、（ＬＬＬ）は、（１１１）や（２２２）などの等価
な面を総称する表示である。
【００５３】また、本明細書におけるエピタキシャル膜
とは、上記単一配向膜において、膜面内をＸ−Ｙ面と
し、膜厚方向をＺ軸としたとき、結晶がＸ軸、Ｙ軸およ
びＺ軸方向にともに揃って配向しているものである。こ
のような配向は、ＲＨＥＥＤ評価でスポットまたはスト
リークパターンを示すことで確認できる。なお、ＲＨＥ
ＥＤとは、反射高速電子線回折（Reflection High Ener
gy Electron Diffraction）であり、ＲＨＥＥＤ評価
は、膜面内における結晶軸の配向の指標である。
【００５４】ＡＭｎＯ3系薄膜の厚さは、好ましくは１
〜１０００nm、より好ましくは３〜５０nmである。ＡＭ
ｎＯ3系薄膜が薄すぎると、均質な連続膜とすることが
困難となり、厚すぎると、優れた表面性が得られにくく
なる。
【００５５】Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜 Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜は、単独でバッファ層として用い
てもよく、他の酸化物バッファ層（ＡＭｎＯ3系薄膜、
ＡｌＯx系薄膜）や窒化物バッファ層（ＮａＣｌ型窒化
物薄膜）と積層してバッファ層としてもよい。バッファ
層を積層構造とする場合、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜は、バ
ッファ層内の他の薄膜の下地層として設けることが好ま
しい。Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜を下地層として設けること
により、前記他の薄膜の剥離を防ぐことができる。ま
た、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜は、前記他の薄膜との格子整
合性が良好であるため、特に、前記他の薄膜を比較的厚
く形成する場合には、前記他の薄膜のエピタキシャル成
長を助け、その結晶性向上に寄与する。ただし、前記他
の薄膜が比較的薄い場合には、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜を
設けなくても、前記他の薄膜の結晶性は良好となる。
【００５６】Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜は、希土類元素（Ｓ
ｃおよびＹを含む）の酸化物および／または酸化ジルコ
ニウムを主成分とするエピタキシャル膜である。
【００５７】希土類元素の酸化物は、Ｙｂ2Ｏ3、Ｔｍ2
Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ
3、Ｔｂ2Ｏ3、Ｐｒ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｅｕ
2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3またはＬｕ2Ｏ3か
ら構成されることが好ましく、前述した格子定数のマッ
チングを考慮すると、Ｙｂ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3またはＬｕ2
Ｏ3から構成されることがより好ましい。なお、希土類
元素の酸化物は、これらから選択される２種以上の酸化
物の固溶体から構成されていてもよい。希土類元素を２
種以上含むとき、その比率は任意である。なお、これら
の酸化物は、化学量論組成から偏倚していてもよい。
【００５８】酸化ジルコニウムは、組成が実質的にＺｒ
Ｏ2であることが好ましいが、化学量論組成から偏倚し
ていてもよい。
【００５９】Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜が希土類元素酸化物
と酸化ジルコニウムとの固溶体である場合、固溶比率は
任意である。ただし、表面平坦性を良好にするために
は、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜を、実質的に希土類元素酸化
物から構成するか、実質的に酸化ジルコニウムから構成
することが好ましい。また、酸化ジルコニウムを主成分
とする場合、酸化ジルコニウムの純度が高いほど絶縁抵
抗も高くなり、リーク電流も小さくなることから、絶縁
特性を必要とする場合には好ましい。酸化ジルコニウム
を主成分とする場合には、薄膜中の酸素を除く構成元素
中におけるＺｒの比率は、好ましくは９３mol%超、より
好ましくは９５mol%以上、さらに好ましくは９８mol%以
上、最も好ましくは９９．５mol%以上である。高純度の
酸化ジルコニウム薄膜において、酸素およびＺｒを除く
構成元素は、通常、希土類元素やＰなどである。なお、
Ｚｒの比率の上限は、現在のところ９９．９９mol%程度
である。また、現在の高純度化技術ではＺｒＯ2とＨｆ
Ｏ2との分離は難しいので、ＺｒＯ2の純度は、通常、Ｚ
ｒ＋Ｈｆでの純度を指している。したがって、本明細書
におけるＺｒＯ2の純度は、ＨｆとＺｒとを同元素とみ
なして算出された値であるが、ＨｆＯ2は本発明におけ
るＲ−Ｚｒ系酸化物薄膜においてＺｒＯ2と全く同様に
機能するため、問題はない。
【００６０】Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜には、特性改善のた
めに添加物を導入してもよい。例えば、ＣａやＭｇなど
のアルカリ土類元素をドーピングすると、膜のピンホー
ルが減少し、リークを抑制することができる。また、Ａ
ｌおよびＳｉは、膜の抵抗率を向上させる効果がある。
さらに、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷移元素は、膜
中において不純物による準位（トラップ準位）を形成す
ることができ、この準位を利用することにより導電性の
制御が可能になる。
【００６１】Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜は、ＡＭｎＯ3系薄
膜または表面層に対し格子定数のマッチングが良好であ
る必要があり、ＡＭｎＯ3系材料および表面層構成材料
はいずれも六方晶系の結晶から構成されるため、Ｒ−Ｚ
ｒ系酸化物薄膜は、（１１１）配向のエピタキシャル膜
から構成されることが好ましい。ただし、後述する金属
薄膜は、下地となる薄膜が（００１）配向であっても
（１１１）配向となるため、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜上に
金属薄膜を設ける場合には、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜が
（００１）配向の薄膜であってもよい。
【００６２】Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜のうち希土類元素酸
化物薄膜は、Ｓｉ（１１１）基板上に形成する場合でも
Ｓｉ（１００）基板上に形成する場合でも（１１１）配
向となる。なお、Ｓｉ（１００）基板上に形成する場合
には、希土類元素酸化物薄膜をＰｒ2Ｏ3から構成するこ
とが好ましい。Ｐｒ2Ｏ3から構成することにより、結晶
性の高い薄膜が得られる。一方、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜
のうち酸化ジルコニウム薄膜は、Ｓｉ（１１１）基板上
では（１１１）配向となるが、Ｓｉ（１００）基板上で
は（００１）配向となる。
【００６３】Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜の好ましい厚さは用
途によって異なるが、好ましくは５〜５００nm、より好
ましくは１０〜５０nmである。Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜
は、その結晶性、表面性、絶縁性を損なわない程度に薄
いことが好ましいが、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜を絶縁層と
して用いる場合には、１０〜５００nm程度のものが好ま
しい。
【００６４】なお、Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜は、組成の異
なる２種以上の薄膜を積層したものであってもよく、厚
さ方向において組成が徐々に変化する傾斜構造膜であっ
てもよい。
【００６５】ＡｌＯx系薄膜 ＡｌＯx系薄膜は、ＡｌおよびＯを主成分とするエピタ
キシャル膜である。ＡｌＯx系薄膜は、Ｘ線回折による
分析からγ−Ａｌ2Ｏ3型構造をとるときにバッファ層と
しての効果が得られると考えられる。ｘの値は、通常、
１．０〜１．７であることが好ましい。
【００６６】なお、ＡｌＯx系薄膜は、Ｓｉ（１１１）
基板上に直接形成するか、（１１１）配向の酸化物バッ
ファ層の上に形成する。いずれの場合も、ＡｌＯx系薄
膜は（１１１）配向のエピタキシャル膜となる。
【００６７】ＡｌＯx系薄膜の厚さは、好ましくは５〜
５００nm、より好ましくは５〜２０nmである。ＡｌＯx
系薄膜は、その結晶性、表面性を損なわない程度に薄い
ことが好ましい。
【００６８】なお、ＡｌＯx系薄膜は、組成の異なる２
種以上の薄膜を積層したものであってもよく、厚さ方向
において組成が徐々に変化する傾斜構造膜であってもよ
い。
【００６９】ＮａＣｌ型窒化物薄膜 ＮａＣｌ型窒化物薄膜は、窒化チタン、窒化ニオブ、窒
化タンタルおよび窒化ジルコニウムから選択される１種
から構成されるか、これらの２種以上を含む固溶体から
構成されるエピタキシャル膜である。
【００７０】ＮａＣｌ型窒化物薄膜が２種以上の窒化物
の固溶体から構成される場合、窒化物の構成比率は任意
である。なお、ＮａＣｌ型窒化物薄膜に含まれる窒化物
は、化学量論組成から偏倚していてもよい。
【００７１】ＮａＣｌ型窒化物薄膜は、その上に形成さ
れるウルツァイト型化合物からなる表面層との間で、格
子定数を好ましくマッチングさせることにより、結晶性
の高い表面層を形成する役割を果たす。ＮａＣｌ型窒化
物薄膜に接して形成される表面層は六方晶なので、Ｎａ
Ｃｌ型窒化物薄膜は基板表面と平行に（１１１）面が配
向したエピタキシャル膜であることが好ましい。
【００７２】なお、ＮａＣｌ型窒化物薄膜は、Ｓｉ（１
１１）基板上に直接形成するか、（１１１）配向の酸化
物バッファ層の上に形成する。いずれの場合も、ＮａＣ
ｌ型窒化物薄膜は（１１１）配向のエピタキシャル膜と
なる。
【００７３】ＮａＣｌ型窒化物薄膜の好ましい厚さは、
好ましくは５〜５００nm、より好ましくは１０〜５０nm
である。ＮａＣｌ型窒化物薄膜は、その結晶性、表面性
を損なわない程度に薄いことが好ましい。
【００７４】なお、ＮａＣｌ型窒化物薄膜は、組成の異
なる２種以上の薄膜を積層したものであってもよく、厚
さ方向において組成が徐々に変化する傾斜構造膜であっ
てもよい。
【００７５】表面層 表面層は、ウルツアイト型の結晶構造を有する化合物か
ら構成されるエピタキシャル膜であり、好ましくは、基
板表面と平行に（０００１）面が配向したものである。
【００７６】本発明では、表面にＳｉ（１００）面を有
する基板と、前述した（１１１）配向のＲ−Ｚｒ系酸化
物薄膜等のバッファ層や後述する（１１１）配向の金属
薄膜とを利用することにより、基板と表面層との間にお
ける結晶格子の関係を、Ｓｉ（１００）//ウルツアイト
型化合物（０００１）かつＳｉ（１１０）//ウルツアイ
ト型化合物（１−１００）とすることができる。したが
って、本発明は、結晶の劈開を利用して製造されるデバ
イスへの応用に特に適する。
【００７７】高特性の電子デバイス用基板を製造するた
めには、表面層が結晶性および表面平坦性に優れるもの
であることが好ましい。具体的には、表面層は、Ｘ線回
折における（０００１）面の反射のロッキングカーブの
半値幅が２．５０°以下となる程度の結晶性を有してい
ることが好ましい。また、表面層の表面性を、ＡＦＭ
（原子間力顕微鏡）により測定される表面粗さＲｚ（十
点平均粗さ、基準長さ５００nm）で表したとき、Ｒｚ
は、好ましくは２０nm以下、より好ましくは１０nm以下
である。なお、このような表面粗さは、表面の好ましく
は８０％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ま
しくは９５％以上の領域で実現していることが望まし
い。上記表面粗さは、基板全面にわたって表面層を形成
したときに、面積１０cm2以上の領域にわたって平均に
分布した任意の１０箇所以上を測定しての値である。
【００７８】表面層におけるロッキングカーブの半値幅
およびＲｚの下限値は特になく、小さいほど好ましい
が、現在のところ、ロッキングカーブの半値幅の下限値
は、一般に１．７°程度、特に１．０°程度、上記Ｒｚ
の下限値は０．１０nm程度である。
【００７９】なお、表面層の表面を研磨して、平坦性を
向上させてもよい。研磨には、アルカリ溶液等を用いる
化学的研磨、コロイダルシリカ等を用いる機械的研磨、
化学的研磨と機械的研磨との併用などを利用すればよ
い。このような研磨は、表面層以外の各層に対して行っ
てもよい。
【００８０】表面層の厚さは、好ましくは５nm〜５０μ
m、より好ましくは０．５〜１０μmである。表面層が薄
すぎると、用途によっては高特性の電子デバイス用基板
が得られなくなる。一方、表面層が厚すぎると、生産性
が低くなる。なお、本発明の電子デバイス用基板をＳＡ
Ｗ素子用の基板に適用する場合、表面層を伝搬する弾性
表面波が伝搬速度の遅いＳｉ基板の影響を受けないよう
に、表面層の厚さを３μm程度以上とすることが好まし
い。
【００８１】表面層は、組成の異なる２種以上の薄膜を
積層したものであってもよく、厚さ方向において組成が
徐々に変化する傾斜構造膜であってもよい。
【００８２】表面層の組成は特に限定されず、目的とす
る電子デバイス用基板に必要な特性が得られるように適
宜決定すればよい。例えば、組成によって格子定数およ
び熱膨張係数を調整することが可能なので、電子デバイ
ス用基板上に形成する薄膜の格子定数や熱膨張係数に応
じた組成を選択すればよい。ただし、好ましくは、以下
に説明するＡｌＧａＩｎＮ系薄膜またはＺｎＯ系薄膜か
ら表面層を構成する。
【００８３】ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜 ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎから選
択される少なくとも１種とＮとを主成分とし、ウルツァ
イト型の結晶構造を有するエピタキシャル膜である。
【００８４】ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜の組成は特に限定さ
れないが、実質的にＧａxＩｎyＡｌ1-x-yＮ（０≦ｘ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される組成を有することが好
ましい。
【００８５】ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜は、ｎ型やｐ型の半
導体膜としてもよい。半導体化した場合には、後述する
窒化物半導体装置の一部として利用することができる。
半導体化を行う場合には、例えばＳｉやＭｇなど、Ｇａ
xＩｎyＡｌ1-x-yＮの半導体化において公知のドーピン
グ元素を添加すればよい。また、Ｐ−Ｎ接合やダブルヘ
テロ接合をもつように多層化した構成としてもよい。
【００８６】ＺｎＯ系薄膜 ＺｎＯ系薄膜は、酸化亜鉛を主成分とし、好ましくは実
質的にＺｎＯから構成される。
【００８７】金属薄膜 金属薄膜を設ける理由は、以下の通りである。本発明の
電子デバイス用基板において、金属薄膜は主に電極とし
て機能する。ＺｎＯやＡｌＮなどのウルツァイト型化合
物薄膜を機能膜として利用した電子部品、たとえば、光
変調器、薄膜バルク共振器などでは、機能膜の厚さ方向
に電界を印加することにより、部品としての諸機能が発
現する。このような用途では、機能膜の下側に電極が必
要となる。また、ＬＥＤやレーザーダイオード等の発光
素子では、高輝度化が重要である。半導体薄膜の高品質
化によっても高輝度化は達成可能であるが、素子中に発
光光を反射する機能を設ければ、高輝度化を容易に達成
できることがある。例えば、反射層として働く薄膜を素
子中の適当な位置に配置して、素子外部への発光の放出
を助長することが可能である。本発明における金属薄膜
は、このような反射層として機能させることができる。
また、金属薄膜は、薄膜積層体中において応力を吸収す
る役割を果たすので、金属薄膜の上に形成される薄膜の
クラック発生を防ぐ効果も示す。
【００８８】また、金属薄膜は、その上に形成される薄
膜との間で格子定数を好ましくマッチングさせることに
より、結晶性の高い薄膜を形成する役割を果たす。この
ためには、金属薄膜は上記したＲ−Ｚｒ系酸化物薄膜と
同様に結晶性および表面平坦性に優れることが好まし
い。
【００８９】金属薄膜は、基本的に立方晶または六方晶
から構成され、膜面と平行に（１１１）面または（００
０１）面が配向したエピタキシャル膜である。ただし、
応力によって結晶が変形して、正方晶など、立方晶や六
方晶からずれた結晶となることもある。なお、（１１
１）配向の金属薄膜を形成するためには、その下に設け
るＲ−Ｚｒ系酸化物薄膜は、（１１１）配向であっても
（００１）配向であってもよい。いずれの場合も、金属
薄膜は（１１１）配向となる。また、（０００１）配向
の金属薄膜を形成するためには、通常、その下に設ける
Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜を（１１１）配向とすることが好
ましいが、（００１）配向とした場合でも、金属薄膜を
（０００１）配向とすることは可能である。
【００９０】金属薄膜を設ける位置は特に限定されず、
図１の（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すように、表面
層上、表面層中、バッファ層と表面層との間、バッファ
層中のいずれであってもよく、適用される電子デバイス
に応じて適宜決定すればよい。
【００９１】金属薄膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐ
ｄ、ＲｈおよびＲｕの少なくとも１種を主成分とするこ
とが好ましく、これらの金属の単体またはこれらの金属
を含む合金から構成されることが好ましい。なお、Ｐ
ｔ、Ｉｒ、ＰｄおよびＲｈは立方晶となり、Ｏｓ、Ｒｅ
およびＲｕは六方晶となる。
【００９２】金属薄膜の厚さは用途により異なるが、好
ましくは５〜５００nm、より好ましくは５０〜１５０nm
であり、結晶性、表面性を損なわない程度に薄いことが
好ましい。より具体的には、反射鏡として十分に機能さ
せるためには、厚さを３０nm以上とすることが好まし
く、１００nm以下の厚さで十分な反射能が得られる。ま
た、電極として十分に機能させるためには、厚さを５０
〜５００nmとすることが好ましい。
【００９３】窒化物半導体装置 本発明の電子デバイス用基板を窒化物半導体装置に適用
する場合、窒化物からなる表面層を前述したように半導
体化する構成とすることが好ましいが、必要に応じ、表
面層上に窒化物半導体層を形成する構成としてもよい。
そして、さらに電極などを付加して窒化物半導体装置を
構成する。
【００９４】窒化物からなる表面層上にさらに窒化物半
導体層を設ける理由は、以下のとおりである。窒化物か
らなる表面層を形成する際に、基板温度が高いと成長核
を均一に形成することが比較的難しくなるため、良好な
表面性が得られにくくなる。一方、基板温度が低いと、
成長核が均一に形成されても結晶性を良好とすることが
比較的難しくなる。したがって、単一の窒化物薄膜から
なる表面層において、良好な表面性と高結晶性とを両立
させることが困難な場合には、窒化物からなる表面層を
比較的低温で形成して下地とした後、その上に窒化物半
導体層を比較的高温で形成すればよい。この場合におい
て、表面層と窒化物半導体層とは組成が異なっていても
よく、同じであってもよい。
【００９５】窒化物半導体層は、半導体化したＡｌＧａ
ＩｎＮ系薄膜と同様に形成することができる。
【００９６】窒化物半導体層の厚さは、その機能によっ
ても異なるが、通常、２nm〜５μm程度とする。
【００９７】本発明の電子デバイス用基板を利用した窒
化物半導体装置の用途は特に限定されず、窒化物半導体
層の高結晶性および平坦性を利用した各種用途に好まし
く適用できる。具体的には、例えば、１層の窒化物半導
体層上にショットキー電極を形成してショットキーダイ
オードを構成したり、複数の窒化物半導体層を設けてｐ
ｎ接合を形成し、ダイオード、トランジスタ、太陽電池
等を構成したり、さらに活性層を設けて発光ダイオード
を構成したり、共振構造としてレーザーダイオードを構
成したりすることができる。
【００９８】本発明の電子デバイス用基板を発光ダイオ
ードに適用したときの構成例を、図３に示す。
【００９９】図３に示す発光ダイオードは、本発明の電
子デバイス用基板２０の表面層［（０００１）配向Ｇａ
Ｎ薄膜］上に、窒化物半導体層を含む膜構造体を形成し
たものである。この膜構造体は、電子デバイス用基板２
０側から、Ｓｉを高濃度ドープしたｎ型ＧａＮ（０００
１）成長膜からなるｎ型コンタクト層１０４、Ｓｉをド
ープしたｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ膜からなる第２のｎ型ク
ラッド層１０５、Ｓｉをドープしたｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ｎ膜からなる第１のｎ型クラッド層１０６、ノンド
ープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ膜からなる活性層１０７、Ｍ
ｇをドープしたｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ膜からなる第１
のｐ型クラッド層１０８、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ｎ膜からなる第２のｐ型クラッド層１０９、
Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ膜からなるｐ型コンタクト
層１１０を含む。
【０１００】このような発光ダイオードを形成する際に
は、膜構造体中のｐ型層の半導体特性を向上させるた
め、各層形成後にアニールすることが好ましい。アニー
ル後、エッチングにより所定の位置のｎ型コンタクト層
を露出させ、また、ｐ型コンタクト層上にはＡｕからな
る正電極１１１を、ｎ型コンタクト層上にはＡｌからな
る負電極１１２を蒸着法等により形成した後、基板を素
子単位に分離して、発光ダイオードとする。
【０１０１】製造方法 本発明の電子デバイス用基板を製造するに際し、各薄膜
の形成方法は特に限定されないが、バッファ層および金
属薄膜の形成には、本出願人による特開平８−１０９０
９９号公報に記載された方法に準じて蒸着法を用いるこ
とが好ましい。また、表面層の形成には、スパッタリン
グ法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法またはＭＢＥ
（分子線エピタキシー）法を用いることが好ましく、特
に、スパッタリング法を用いることが好ましい。ＭＯＶ
ＰＥ法では基板温度を１０００℃程度と高くする必要が
あるが、本発明者らの実験によれば、スパッタリング法
では基板温度６００℃程度で高結晶性の表面層の形成が
可能であり、さらに低温であっても、具体的には基板温
度が２００℃以上であれば、結晶性の十分に良好な表面
層が形成できる。また、スパッタリング法はＭＯＶＰＥ
法と異なり、薄膜の内部応力を多種類の条件、例えばガ
ス圧、基板−ターゲット間距離、入力パワーなどによっ
て自在に制御できるので、内部応力を小さくすることが
容易である。
【０１０２】バッファ層および表面層と、必要に応じて
設けられる金属薄膜とからなる薄膜積層体が設けられる
基板には、通常、Ｓｉ単結晶ウエハを用いる。Ｓｉ単結
晶ウエハは、大面積化、例えば１０cm2以上の面積とす
ることが容易で、しかも単結晶としては極めて安価なの
で、本発明の電子デバイス用基板は製造コストを極めて
低くすることができる。現状では２〜８インチのＳｉウ
エハを用いた半導体プロセス、特に６インチタイプが主
流であるが、本発明の電子デバイス用基板の製造に際し
てはこのような半導体プロセスが利用可能である。な
お、マスク等を用いて、ウエハの一部だけに薄膜積層体
を形成する構成としてもよい。
【０１０３】本発明の電子デバイス用基板では、基板表
面、すなわちバッファ層形成面が浅く（例えば深さ５nm
程度以下）酸化されて、ＳｉＯ2などの酸化層が形成さ
れていることがある。このような酸化層は、薄膜積層体
中に存在する酸化物中の酸素が基板表面に拡散すること
により形成される。また、薄膜積層体形成時に、形成方
法によっては基板表面が酸化されるが、このとき生じた
酸化層が残留して上記酸化層となることもある。
【０１０４】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
【０１０５】実施例１ １．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＡＭｎＯ3系薄膜（ＨｏＭｎＯ3薄膜）、 ３．表面層（ＧａＮ薄膜） の順で薄膜が積層された電子デバイス用基板２０を、以
下の手順で作製した。
【０１０６】Ｓｉ（１１１）基板には、表面が（１１
１）面となるように切断して鏡面研磨したＳｉ単結晶ウ
エハ（直径２インチの円形、厚さ３００μm）を用い
た。研磨表面は、４０％フッ化アンモニウム水溶液によ
りエッチング洗浄した。
【０１０７】次に、図４に示す蒸着装置１を用い、その
真空槽１ａ内に設置された、回転軸４およびモータ５に
よる回転機構と、ヒータ６による加熱機構とを備えた基
板ホルダ３に、単結晶基板２を固定し、真空槽内を１０
-6Torrまで油拡散ポンプにより排気した。次に、基板洗
浄面をＳｉ酸化物により保護するために、まず、基板を
２０rpmで回転させ、酸化性ガス供給装置７の酸化性ガ
ス供給ノズル８から、酸素を基板付近に２５cc／分の割
合で導入しながら、６００℃に加熱した。これにより熱
酸化が生じて、基板表面に厚さ約１nmのＳｉ酸化物層が
形成された。
【０１０８】次いで、基板を９００℃に加熱し、２０rp
mで回転させると共にノズルから酸素ガスを２５cc／分
の割合で導入しながら、Ｍｎ蒸発部９と希土類元素蒸発
部１０とからそれぞれ金属Ｍｎと金属Ｈｏとを、Ｈｏ／
Ｍｎ（原子比）が１．０となるように制御しながら蒸発
させて、基板表面に供給した。これにより、前工程で形
成したＳｉ酸化物の還元とＨｏＭｎＯ3膜の形成とを、
続けて行った。このＨｏＭｎＯ3薄膜の厚さは、１５nm
とした。
【０１０９】このＨｏＭｎＯ3薄膜を、ＲＨＥＥＤによ
り評価した。図５に、この薄膜のＲＨＥＥＤパターンを
示す。電子線の入射方法はＳｉ基板の［１１０］方向と
した。図５に示すように、薄膜表面の回折パターンは、
完全にストリークであるパターンである。この完全にス
トリークであるパターンは、このＨｏＭｎＯ3薄膜が結
晶性、表面性に優れるものであることを表している。こ
のパターンとＸ線回折による評価とから、このＨｏＭｎ
Ｏ3薄膜が六方晶であって、ｃ面配向のエピタキシャル
膜であることが確認できた。また、この薄膜表面のほぼ
全体にわたる１０箇所において、JIS B 0610による十点
平均粗さＲｚ（基準長さＬ：５００nm）を測定したとこ
ろ、平均で０．５０nm、最大で０．８０nm、最小で０．
０８nmであり、分子レベルで平坦であることが確認され
た。
【０１１０】次に、ＨｏＭｎＯ3薄膜を表面に有する基
板を、９００℃に加熱しながら２０rpmで回転させた。
このとき、ＥＣＲラジカル窒素源から窒素ガスを２５cc
／分の割合で基板近傍に導入しながら、金属Ｇａを蒸発
源から蒸発させて基板表面に供給することにより、厚さ
２０nmのＧａＮ薄膜を成長させ、電子デバイス用基板を
得た。
【０１１１】このＧａＮ薄膜を、ＲＨＥＥＤにより評価
した。図６に、このＧａＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンを
示す。電子線の入射方法はＳｉ基板の［１１０］方向と
した。図６は、バッファ層であるＨｏＭｎＯ3薄膜上
に、ＧａＮ薄膜がエピタキシャル成長していることを示
している。また、このパターンとＸ線回折による評価と
から、このＧａＮ薄膜が六方晶であって、ｃ面配向のエ
ピタキシャル膜であることが確認できた。
【０１１２】実施例２ 実施例１で使用したＳｉ単結晶基板を用いて、 １．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜（ＺｒＯ2薄膜）、 ３．ＡＭｎＯ3系薄膜（ＨｏＭｎＯ3薄膜）、 ４．表面層（ＧａＮ薄膜） の順で薄膜が積層された電子デバイス用基板を、以下の
手順で作製した。
【０１１３】ＺｒＯ2薄膜の形成は、本出願人による特
開平８−１０９０９９号公報に記載された方法に準じ
て、以下の手順で行った。
【０１１４】まず、実施例１と同様にして、基板表面に
厚さ約１nmのＳｉ酸化物層を形成した。
【０１１５】次いで、基板を９００℃に加熱し、２０rp
mで回転させると共にノズルから酸素ガスを２５cc／分
の割合で導入しながら、金属Ｚｒを蒸発させて基板表面
に供給した。これにより、前工程で形成したＳｉ酸化物
の還元とＺｒＯ2薄膜の形成とを行った。このＺｒＯ2薄
膜の厚さは、１０nmとした。
【０１１６】このＺｒＯ2薄膜についてＸ線回折を行っ
たところ、ＺｒＯ2の（１１１）ピークが明瞭に観察さ
れ、単一配向性の高結晶性の膜であることがわかった。
この（１１１）反射のロッキングカーブの半値幅は０．
７°（Ｓｉ基板の反射を含む実測値）であり、配向性に
優れることも確認できた。また、このＺｒＯ2薄膜を、
ＲＨＥＥＤにより評価した。その結果、この薄膜表面の
回折パターンは、完全にストリークであるパターンであ
った。この完全にストリークであるパターンは、このＺ
ｒＯ2薄膜が結晶性、表面性に優れるものであることを
示している。また、この薄膜表面のほぼ全体にわたる１
０箇所において、JIS B 0610による十点平均粗さＲｚ
（基準長さＬ：５００nm）を測定したところ、平均で
０．８０nm、最大で１．００nm、最小で０．０８nmであ
り、分子レベルで平坦であることが確認された。
【０１１７】なお、ＺｒＯ2薄膜に替えて希土類元素酸
化物薄膜を形成し、同様に結晶性と表面性とを評価した
ところ、ＺｒＯ2薄膜と同等の結果が得られた。ただ
し、ＺｒＯ2と希土類元素酸化物との固溶体からなる薄
膜を形成した場合には、表面性がやや悪くなった。ま
た、ＺｒＯ2薄膜およびＹＳＺ（Ｙにより安定化したジ
ルコニウム）薄膜の抵抗率を測定した結果、ＺｒＯ2薄
膜はＹＳＺ薄膜に比べ５倍の高抵抗を示し、絶縁性に優
れることが確認された。
【０１１８】次に、ＺｒＯ2薄膜上に、厚さを５０nmと
したほかは実施例１と同様にしてＨｏＭｎＯ3薄膜を形
成した。
【０１１９】このＨｏＭｎＯ3薄膜を、Ｘ線回折および
ＲＨＥＥＤにより評価した。この結果、この薄膜は六方
晶でｃ面配向であり、かつエピタキシャル膜であること
が確認された。
【０１２０】その後、実施例１と同様にしてＧａＮ薄膜
を形成して電子デバイス用基板とし、このＧａＮ薄膜を
実施例１と同様にして評価したところ、六方晶ｃ面配向
のエピタキシャル膜であることが確認された。
【０１２１】実施例３ 表面が（１００）面となるように切断、鏡面研磨したＳ
ｉ単結晶からなるＳｉ（１００）基板と、表面が（１１
１）面となるように切断、鏡面研磨したＳｉ単結晶から
なるＳｉ（１１１）基板とを準備し、これらの基板の表
面を、４０％フッ化アンモニウム水溶液によりエッチン
グ洗浄した。なお、上記単結晶基板は、すべて直径２イ
ンチの円形であり、厚さは３００μmである。これらの
基板を用いて、 １．Ｓｉ（１００）基板またはＳｉ（１１１）基板、 ２．Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜（ＺｒＯ2薄膜）、 ３．金属薄膜（Ｐｔ薄膜）、 ４．ＡＭｎＯ3系薄膜（ＨｏＭｎＯ3薄膜）、 ５．表面層（ＧａＮ薄膜） の順で薄膜が積層された電子デバイス用基板を、以下の
手順で作製した。
【０１２２】Ｓｉ単結晶基板の表面処理およびＺｒＯ2
薄膜の形成は、実施例２と同様にして行った。
【０１２３】ＺｒＯ2薄膜についてＸ線回折を行ったと
ころ、Ｓｉ（１００）基板上のＺｒＯ2薄膜では、蛍石
構造の（００２）ピークが明瞭に観察され、基板の結晶
構造、対称性を反映した方位に強く配向した結晶膜が得
られたことが確認された。一方、Ｓｉ（１１１）基板上
のＺｒＯ2薄膜では、実施例２と同じ結果が得られた。
【０１２４】また、各ＺｒＯ2薄膜をＲＨＥＥＤにより
評価したところ、回折パターンがシャープなストリーク
状になっていることから、膜は単結晶で、その表面は原
子レベルで平坦であることが確認された。また、これら
２種のＺｒＯ2薄膜表面のほぼ全体にわたる１０箇所に
おいて、JIS B 0610による十点平均粗さＲｚ（基準長さ
Ｌ：５００nm）を測定したところ、Ｓｉ（１００）基板
上のＺｒＯ2（００１）薄膜では、平均で０．７０nm、
最大で０．９５nm、最小で０．１０nmであり、Ｓｉ（１
１１）基板上のＺｒＯ2（１１１）薄膜では、平均で
０．８０nm、最大で１．００nm、最小で０．０８nmであ
り、いずれも分子レベルで平坦であった。
【０１２５】次に、ＺｒＯ2薄膜を表面に有する各基板
を７００℃に加熱し、２０rpmで回転させながら、厚さ
１００nmのＰｔ薄膜を形成した。
【０１２６】得られた各Ｐｔ薄膜についてＸ線回折を行
ったところ、Ｓｉ（１００）基板を用いた場合とＳｉ
（１１１）基板を用いた場合のいずれにおいてもＰｔ
（１１１）ピークが明瞭に観察され、どちらの基板を用
いた場合でも、結晶構造、対称性を反映した方位に強く
配向したＰｔ（１１１）単一配向膜が得られていること
がわかった。
【０１２７】また、各Ｐｔ薄膜をＲＨＥＥＤにより評価
した結果、回折パターンがシャープなストリーク状にな
っていることから、両Ｐｔ薄膜ともにエピタキシャル膜
であることがわかった。
【０１２８】なお、ＺｒＯ2薄膜に替えて希土類元素酸
化物薄膜を形成したところ、Ｓｉ（１００）基板を用い
た場合でもＳｉ（１１１）基板を用いた場合でも希土類
元素酸化物薄膜は（１１１）配向のエピタキシャル膜と
なり、表面性はＺｒＯ2薄膜と同様となった。そして、
この希土類元素酸化物薄膜の上にＰｔ薄膜を上記条件に
より形成したところ、ＺｒＯ2薄膜の上に形成されたＰ
ｔ薄膜と全く同様な結晶性、表面平坦性を有するＰｔ
（１１１）薄膜が得られた。
【０１２９】次に、Ｐｔ薄膜上に、厚さを３００nmとし
たほかは実施例１と同様にしてＨｏＭｎＯ3薄膜を形成
した。
【０１３０】各ＨｏＭｎＯ3薄膜をＸ線回折により評価
した結果、Ｓｉ（１００）基板を用いた場合もＳｉ（１
１１）基板を用いた場合も六方晶のｃ面反射ピークだけ
が検出され、単一配向膜であることがわかった。また、
両薄膜共にＲＨＥＥＤにおける回折パターンはストリー
クパターンであり、エピタキシャル膜であることがわか
った。
【０１３１】なお、ＺｒＯ2薄膜に替えて、ＺｒＯ2と希
土類元素酸化物との固溶体からなる薄膜を形成した場合
には、表面性がやや悪くなった。また、Ｐｔ薄膜に替え
てＩｒ薄膜など他の金属薄膜を介在させた場合は、Ｐｔ
薄膜の場合と同様な結果が得られることが確認できた。
【０１３２】その後、実施例１と同様にしてＧａＮ薄膜
を形成して電子デバイス用基板とし、各ＧａＮ薄膜を実
施例１と同様にして評価したところ、六方晶ｃ面配向の
エピタキシャル膜であることが確認された。
【０１３３】実施例４ 金属薄膜上のＡＭｎＯ3系薄膜（ＨｏＭｎＯ3薄膜）を、
厚さ３０nmのＲ−Ｚｒ系酸化物薄膜（ＺｒＯ2薄膜）に
替えたほかは実施例３と同様にして、電子デバイス用基
板を作製した。すなわち、金属薄膜がＲ−Ｚｒ系酸化物
薄膜に挟まれた構成とした。
【０１３４】これらの電子デバイス用基板のうちＳｉ
（１００）基板を用いたものでは、Ｓｉ（１００）//Ｇ
ａＮ（０００１）かつＳｉ（１１０）//ＧａＮ（１−１
００）となっていることが、ＲＨＥＥＤおよびＸ線回折
により確認できた。すなわち、Ｓｉ基板の劈開面とＧａ
Ｎ薄膜の劈開面とが一致していることが、確認できた。
【０１３５】実施例５ 実施例１で使用したＳｉ単結晶基板を用いて、 １．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜（ＺｒＯ2薄膜）、 ３．表面層（ＡｌＮ薄膜） の順で薄膜が積層された電子デバイス用基板を、以下の
手順で作製した。
【０１３６】Ｓｉ単結晶基板の表面処理およびＺｒＯ2
薄膜の形成は、実施例２と同様にして行った。
【０１３７】次に、ＺｒＯ2薄膜上に、厚さ２μmのＡｌ
Ｎ薄膜を形成した。ＡｌＮ薄膜の形成には、Ｎ2雰囲気
中におけるＲＦマグネトロンスパッタリング法を用い
た。ターゲットには金属Ａｌを用い、基板温度は６００
℃、Ｎ2ガス圧は０．２５Pa、ＲＦパワーは８００Wとし
た。
【０１３８】このＡｌＮ薄膜についてＸ線回折を行った
ところ、ＡｌＮの（０００２）ピークが明瞭に観察さ
れ、単一配向性のウルツァイト型の高結晶性の膜である
ことがわかった。この（０００２）反射のロッキングカ
ーブの半値幅は１．９°であり、配向性に優れることも
確認できた。
【０１３９】また、このＡｌＮ薄膜を、ＲＨＥＥＤによ
り評価した。ＲＨＥＥＤにおける回折パターンは、基板
を面内において回転させたときに図７のパターンと図８
のパターンとが回転角３０°ごとに交互に現れるもので
あった。このパターンから、このＡｌＮ薄膜がエピタキ
シャル膜であることがわかる。
【０１４０】このＡｌＮ薄膜表面のほぼ全体にわたる１
０箇所において、JIS B 0610による十点平均粗さＲｚ
（基準長さＬ：５００nm）を測定したところ、平均で
２．５nm、最大で５nm、最小で１．０nmであり、平坦で
あることが確認された。
【０１４１】実施例６ 実施例１で使用したＳｉ単結晶基板を用いて、 １．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜（ＺｒＯ2薄膜）、 ３．金属薄膜（Ｐｔ薄膜）、 ４．表面層（ＺｎＯ薄膜） の順で薄膜が積層された電子デバイス用基板を、以下の
手順で作製した。
【０１４２】ＺｒＯ2薄膜の形成までは、実施例４と同
じ手順で行った。次いで、ＺｒＯ2薄膜を形成したＳｉ
基板を５００℃に加熱して２０rpmで回転させながら金
属Ｐｔを蒸着し、厚さ１００nmのＰｔ薄膜を形成した。
【０１４３】このＰｔ薄膜についてＸ線回折を行ったと
ころ、Ｐｔの（１１１）ピークが明瞭に観察され、単一
配向性の高結晶性の膜であることがわかった。この（１
１１）反射のロッキングカーブの半値幅は０．７８°で
あり、配向性に優れることも確認できた。また、このＰ
ｔ薄膜を、ＲＨＥＥＤにより評価した。その結果、この
薄膜表面の回折パターンは、完全にストリークであるパ
ターンであった。この完全にストリークであるパターン
は、このＰｔ薄膜が結晶性、表面性に優れるものである
ことを示している。
【０１４４】次いで、Ｐｔ薄膜上に、厚さ１μmのＺｎ
Ｏ薄膜を形成した。ＺｎＯ薄膜の形成には、Ａｒ＋Ｏ2
雰囲気中におけるＲＦマグネトロンスパッタリング法を
用いた。ターゲットにはＺｎＯを用い、基板温度は５０
０℃、Ｏ2／（Ａｒ＋Ｏ2）は１０％、ガス圧は０．４Ｐ
ａ、ＲＦパワーは１５０Wとした。
【０１４５】このＺｎＯ薄膜についてＸ線回折を行った
ところ、ＺｎＯの（０００２）ピークが明瞭に観察さ
れ、単一配向性のウルツァイト型の高結晶性の膜である
ことがわかった。この（０００２）反射のロッキングカ
ーブの半値幅は０．９９°であり、配向性に優れること
も確認できた。
【０１４６】また、このＺｎＯ薄膜を、ＲＨＥＥＤによ
り評価した。ＲＨＥＥＤにおける回折パターンは、基板
を面内において回転させたときに図９のパターンと図１
０のパターンとが回転角３０°ごとに交互に現れるもの
であった。このパターンから、このＺｎＯ薄膜がエピタ
キシャル膜であることがわかる。
【０１４７】このＺｎＯ薄膜表面のほぼ全体にわたる１
０箇所において、JIS B 0610による十点平均粗さＲｚ
（基準長さＬ：５００nm）を測定したところ、平均で
８．５nm、最大で１０nm、最小で２nmであり、平坦であ
ることが確認された。
【０１４８】実施例７ 実施例３で使用したＳｉ（１００）基板とＳｉ（１１
１）基板とを用いて、 １．Ｓｉ（１００）基板またはＳｉ（１１１）基板、
２．Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜（Ｐｒ2Ｏ3薄膜）、 ３．表面層（ＧａＮ薄膜） の順で薄膜が積層された電子デバイス用基板を、以下の
手順で作製した。
【０１４９】まず、実施例１と同様にして各基板表面に
Ｓｉ酸化物層を形成し、次いで、金属Ｚｒの替わりに金
属Ｐｒを用いたほかは実施例１と同様にして、Ｐｒ2Ｏ3
薄膜を形成した。Ｐｒ2Ｏ3薄膜の厚さは１０nmとした。
【０１５０】異なる基板上に形成されたこれらのＰｒ2
Ｏ3薄膜についてＸ線回折を行ったところ、Ｓｉ（１０
０）基板を用いた場合にはＰｒ2Ｏ3の希土類Ｃ型構造の
（２２２）ピークが明瞭に観察され、強く配向した結晶
膜が得られたことが確認された。一方、Ｓｉ（１１１）
基板を用いた場合にも、同様に（２２２）ピークが明瞭
に観察され、基板の結晶構造、対称性を反映した方位に
強く配向した結晶膜が得られたことが確認された。ま
た、各Ｐｒ2Ｏ3薄膜をＲＨＥＥＤにより評価したとこ
ろ、回折パターンがシャープなストリーク状になってい
ることから、膜は単結晶で、その表面は原子レベルで平
坦であることが確認された。また、これら２種のＰｒ2
Ｏ3薄膜表面のほぼ全体にわたる１０箇所において、JIS
B 0610による十点平均粗さＲｚ（基準長さＬ：５００n
m）を測定したところ、Ｓｉ（１００）基板上のＰｒ2Ｏ
3（１１１）薄膜では、平均で０．７０nm、最大で０．
９５nm、最小で０．１０nmであり、Ｓｉ（１１１）基板
上のＰｒ2Ｏ3（１１１）薄膜では、平均で０．８０nm、
最大で１．００nm、最小で０．０８nmであり、いずれも
分子レベルで平坦であった。
【０１５１】次に、各Ｐｒ2Ｏ3薄膜上に、厚さ１μmの
ＧａＮ薄膜を形成した。ＧａＮ薄膜の形成には、Ｎ2雰
囲気中におけるＲＦマグネトロンスパッタリング法を用
いた。ターゲットには金属Ｇａを用い、基板温度は５０
０℃、Ｎ2ガス圧は０．２５Pa、ＲＦパワーは３００Wと
した。
【０１５２】Ｓｉ（１１１）基板上に形成したＧａＮ薄
膜についてＸ線回折を行ったところ、ＧａＮの（０００
１）ピークが明瞭に観察され、単一配向性のウルツァイ
ト型の高結晶性の膜であることがわかった。この（００
０１）反射のロッキングカーブの半値幅は１．９°（Ｓ
ｉ基板の反射を含む実測値）であり、配向性に優れるこ
とも確認できた。
【０１５３】また、Ｓｉ（１１１）基板上に形成したＧ
ａＮ薄膜を、ＲＨＥＥＤにより評価した。ＲＨＥＥＤに
おける回折パターンは、基板を面内において回転させた
ときに図１１のパターンと図１２のパターンとが回転角
３０°ごとに交互に現れるものであった。このパターン
から、このＧａＮ薄膜がエピタキシャル膜であることが
わかる。
【０１５４】Ｓｉ（１１１）基板上に形成したＧａＮ薄
膜表面のほぼ全体にわたる１０箇所において、JIS B 06
10による十点平均粗さＲｚ（基準長さＬ：５００nm）を
測定したところ、平均で０．９nm、最大で１．５nm、最
小で０．５nmであり、平坦であることが確認された。
【０１５５】なお、Ｓｉ（１００）基板上に形成したＧ
ａＮ薄膜においても、Ｘ線回折、ＲＨＥＥＤおよび表面
平坦性の評価において同様な結果が得られた。
【０１５６】これらの電子デバイス用基板のうちＳｉ
（１００）基板を用いたものでは、Ｓｉ（１００）//Ｇ
ａＮ（０００１）かつＳｉ（１１０）//ＧａＮ（１−１
００）となっていることが、ＲＨＥＥＤおよびＸ線回折
により確認できた。すなわち、Ｓｉ基板の劈開面とＧａ
Ｎ薄膜の劈開面とが一致していることが、確認できた。
【０１５７】実施例８ 実施例１で使用したＳｉ単結晶基板を用いて、 １．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＮａＣｌ型窒化物薄膜（ＺｒＮ薄膜）、 ３．表面層（ＩｎＮ薄膜） の順で薄膜が積層された電子デバイス用基板を、以下の
手順で作製した。
【０１５８】図４に示す蒸着装置を用い、真空槽内を１
０-6Torrまで油拡散ポンプにより排気し、基板を９００
℃に加熱して２０rpmで回転させると共にノズルから窒
素ガスを１０cc／分の割合で導入しながら、金属Ｚｒを
蒸発させて基板表面に供給し、ＺｒＮ薄膜を形成した。
このＺｒＮ薄膜の厚さは、１０nmとした。
【０１５９】このＺｒＮ薄膜についてＸ線回折を行った
ところ、ＺｒＮの（１１１）ピークが明瞭に観察され、
単一配向性の高結晶性の膜であることがわかった。この
（１１１）反射のロッキングカーブの半値幅は０．７８
°であり、配向性に優れることも確認できた。
【０１６０】また、このＺｒＮ薄膜を、ＲＨＥＥＤによ
り評価した。その結果、このＺｒＮ薄膜表面の回折パタ
ーンは、ストリークであるパターンであった。このスト
リークであるパターンは、このＺｒＮ薄膜が結晶性、表
面性に優れるものであることを示している。
【０１６１】次に、ＺｒＮ薄膜上に、厚さ１μmのＩｎ
Ｎ薄膜を形成した。ＩｎＮ薄膜の形成には、Ｎ2雰囲気
中におけるＲＦマグネトロンスパッタリング法を用い
た。ターゲットには金属Ａｌを用い、基板温度は６００
℃、Ｎ2ガス圧は０．２５Pa、ＲＦパワーは３００Wとし
た。
【０１６２】このＩｎＮ薄膜についてＸ線回折を行った
ところ、ＩｎＮの（０００２）ピークが明瞭に観察さ
れ、単一配向性のウルツァイト型の高結晶性の膜である
ことがわかった。この（０００２）反射のロッキングカ
ーブの半値幅は０．９９°であり、配向性に優れること
も確認できた。
【０１６３】また、このＩｎＮ薄膜を、ＲＨＥＥＤによ
り評価した。ＲＨＥＥＤにおける回折パターンは、基板
を面内において回転させたときに図１３のパターンと図
１４のパターンとが回転角３０°ごとに交互に現れるも
のであった。このパターンから、このＩｎＮ薄膜がエピ
タキシャル膜であることがわかる。
【０１６４】実施例９ 実施例１で使用したＳｉ単結晶基板を用いて、 １．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＡｌＯx系薄膜（ＡｌＯx薄膜）、 ３．表面層（ＧａＮ薄膜） の順で薄膜が積層された電子デバイス用基板を、以下の
手順で作製した。
【０１６５】まず、実施例１と同様にして、基板表面に
厚さ約１nmのＳｉ酸化物層を形成した。
【０１６６】次いで、基板を９００℃に加熱し、２０rp
mで回転させると共にノズルから酸素ガスを２５cc／分
の割合で導入しながら、金属Ａｌを蒸発させて基板表面
に供給した。これにより、前工程で形成したＳｉ酸化物
の還元とＡｌＯx薄膜の形成とを行った。このＡｌＯx薄
膜の厚さは、１０nmとした。
【０１６７】このＡｌＯx薄膜をＸ線回折により分析し
たところ、γ−Ａｌ2Ｏ3型の結晶構造を有する（１１
１）配向膜であることがわかった。
【０１６８】また、このＡｌＯx薄膜を、ＲＨＥＥＤに
より評価した。その結果を図１５に示す。この薄膜表面
の回折パターンは、完全にストリークであるパターンで
あった。この完全にストリークであるパターンは、この
ＡｌＯx薄膜が結晶性、表面性に優れるものであること
を示している。また、この薄膜表面のほぼ全体にわたる
１０箇所において、JIS B 0610による十点平均粗さＲｚ
（基準長さＬ：５００nm）を測定したところ、平均で
０．７０nm、最大で１．００nm、最小で０．０８nmであ
り、分子レベルで平坦であることが確認された。
【０１６９】次に、このＡｌＯx薄膜上に、厚さ２μmの
ＧａＮ薄膜を形成した。ＧａＮ薄膜の形成には、Ｎ2雰
囲気中におけるＲＦマグネトロンスパッタリング法を用
いた。ターゲットには金属Ｇａを用い、基板温度は６０
０℃、Ｎ2ガス圧は０．２５Pa、ＲＦパワーは８００Wと
した。
【０１７０】このＧａＮ薄膜のＲＨＥＥＤにおける回折
パターンは、基板を面内において回転させたときに図１
６のパターンと図１７のパターンとが回転角３０°ごと
に交互に現れるものであった。このパターンから、この
ＧａＮ薄膜がエピタキシャル膜であることがわかる。
【０１７１】このＧａＮ薄膜表面のほぼ全体にわたる１
０箇所において、JIS B 0610による十点平均粗さＲｚ
（基準長さＬ：５００nm）を測定したところ、平均で
１．５nm、最大で２nm、最小で０．７nmであり、平坦で
あることが確認された。
【０１７２】実施例１０ 下記順序で薄膜を積層した電子デバイス用基板を作製し
たところ、下記結晶配向のエピタキシャル膜が得られ
た。なお、以下に示す（０００１）配向ＧａＩｎＡｌＮ
系薄膜とは、ＡｌＮ（０００１）薄膜、ＧａＮ（０００
１）薄膜およびＩｎＮ（０００１）薄膜である。
【０１７３】なお、ＺｎＯ（０００１）薄膜の形成は、
蒸着法またはスパッタ法により行った。蒸着法では、基
板を６００℃に加熱して２０rpmで回転させ、基板近傍
にＥＣＲラジカル酸素源から酸素ガスを２５cc／分の割
合で導入しながら、金属Ｚｎを蒸発源から蒸発させて基
板表面に供給することにより、膜形成を行った。スパッ
タ法における条件は、実施例６と同様とした。
【０１７４】また、（０００１）配向ＧａＩｎＡｌＮ系
薄膜の形成も、蒸着法またはスパッタ法により行った。
蒸着法では、基板を６００℃に加熱して２０rpmで回転
させ、基板近傍にＥＣＲラジカル窒素源から窒素ガスを
２５cc／分の割合で導入しながら、原料金属を蒸発源か
ら蒸発させて基板表面に供給することにより、膜形成を
行った。スパッタ法における条件は、実施例５、７、８
と同様とした。
【０１７５】なお、他の薄膜は、上記各実施例と同様に
して形成した。
【０１７６】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＨｏＭｎＯ3（０００１）薄膜、 ３．Ｐｔ（１１１）薄膜、 ４．（０００１）配向ＧａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１７７】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＺｒＯ2（１１１）薄膜、 ３．ＨｏＭｎＯ3（０００１）薄膜、 ４．Ｐｔ（１１１）薄膜、 ５．ＨｏＭｎＯ3（０００１）薄膜、 ６．（０００１）配向ＧａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１７８】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＺｒＯ2（１１１）薄膜、 ３．Ｐｔ（１１１）薄膜、 ４．ＨｏＭｎＯ3（０００１）薄膜、 ５．（０００１）配向ＧａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１７９】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＺｒＯ2（１１１）薄膜、 ３．Ｐｔ（１１１）薄膜、 ４．ＺｒＯ2（１１１）薄膜、 ５．ＨｏＭｎＯ3（０００１）薄膜、 ６．（０００１）配向ＧａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１８０】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．Ｓｃ2Ｏ3（１１１）薄膜、 ３．（０００１）配向ＧａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１８１】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＺｒＯ2（１１１）薄膜、 ３．Ｐｔ（１１１）薄膜、 ４．（０００１）配向ＧａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１８２】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．Ｌｕ2Ｏ3（１１１）薄膜、 ３．ＺｎＯ（０００１）薄膜または（０００１）配向Ｇ
ａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１８３】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＺｒＯ2（１１１）薄膜、 ３．ＺｎＯ（０００１）薄膜または（０００１）配向Ｇ
ａＩｎＡｌＮ系薄膜 ４．Ｐｔ（１１１）薄膜、 ５．（０００１）配向ＧａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１８４】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＺｒＯ2（１１１）薄膜、 ３．ＺｎＯ（０００１）薄膜または（０００１）配向Ｇ
ａＩｎＡｌＮ系薄膜、 ４．Ｐｔ（１１１）薄膜、 ５．ＺｎＯ（０００１）薄膜または（０００１）配向Ｇ
ａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１８５】１．Ｓｉ（１１１）基板、 ２．ＺｒＯ2（１１１）薄膜、 ３．Ｐｔ（１１１）薄膜、 ４．ＺｒＯ2（１１１）薄膜、 ５．ＺｎＯ（０００１）薄膜または（０００１）配向Ｇ
ａＩｎＡｌＮ系薄膜
【０１８６】以上の実施例の結果から、本発明の効果が
明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の電子デバイス用基
板の構成例を示す模式図である。
【図２】ＹＳＺ立方晶の格子定数を説明するための模式
図である。
【図３】窒化物半導体装置の一例であるＬＥＤの構造を
示す概略断面図である。
【図４】本発明の電子デバイス用基板の製造に用いられ
る蒸着装置の一例を示す図である。
【図５】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板上に形成したＨｏＭｎＯ3膜のＲＨＥＥ
Ｄパターンであり、電子線の入射方向はＳｉ単結晶［１
１０］方向である。
【図６】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／ＨｏＭｎＯ3（０００１）構造上に形
成したＧａＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンであり、電子線
の入射方向はＳｉ単結晶［１１０］方向である。
【図７】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／ＺｒＯ2（１１１）薄膜上に形成した
ＡｌＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンである。
【図８】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／ＺｒＯ2（１１１）薄膜上に形成した
ＡｌＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンであり、電子線の入射
方向を、図７を基準として基板面内において３０°回転
させた場合のものである。
【図９】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／ＺｒＯ2（１１１）薄膜／Ｐｔ（１１
１）薄膜上に形成したＺｎＯ薄膜のＲＨＥＥＤパターン
である。
【図１０】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／ＺｒＯ2（１１１）薄膜／Ｐｔ（１１
１）薄膜上に形成したＺｎＯ薄膜のＲＨＥＥＤパターン
であり、電子線の入射方向を、図９を基準として基板面
内において３０°回転させた場合のものである。
【図１１】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／Ｐｒ2Ｏ3（１１１）薄膜上に形成した
ＧａＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンである。
【図１２】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／Ｐｒ2Ｏ3（１１１）薄膜上に形成した
ＧａＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンであり、電子線の入射
方向を、図１１を基準として基板面内において３０°回
転させた場合のものである。
【図１３】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／ＺｒＮ（１１１）薄膜上に形成したＩ
ｎＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンである。
【図１４】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／ＺｒＮ（１１１）薄膜上に形成したＩ
ｎＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンであり、電子線の入射方
向を、図１３を基準として基板面内において３０°回転
させた場合のものである。
【図１５】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板上に形成したＡｌＯx薄膜のＲＨＥＥＤ
パターンである。
【図１６】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／ＡｌＯx（１１１）薄膜上に形成した
ＧａＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンである。
【図１７】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ｓｉ
（１１１）基板／ＡｌＯx（１１１）薄膜上に形成した
ＧａＮ薄膜のＲＨＥＥＤパターンであり、電子線の入射
方向を、図１６を基準として基板面内において３０°回
転させた場合のものである。
【符号の説明】
１ 蒸着装置 １ａ 真空槽 ２ 基板 ２０ 電子デバイス用基板 ２１ バッファ層 ２２ 表面層 ２３ 金属薄膜 ３ ホルダ ４ 回転軸 ５ モータ ６ ヒータ ７ 酸化性ガス供給装置 ８ 酸化性ガス供給ノズル ９ Ｍｎ蒸発部 １０ 希土類元素蒸発部 １０４ ｎ型コンタクト層 １０５ 第２のｎ型クラッド層 １０６ 第１のｎ型クラッド層 １０７ 活性層 １０８ 第１のｐ型クラッド層 １０９ 第２のｐ型クラッド層 １１０ ｐ型コンタクト層 １１１ 正電極 １１２ 負電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも表面がＳｉ単結晶からなる基
    板の表面に、バッファ層を介して表面層を有し、 前記バッファ層が、酸化物バッファ層および／または窒
    化物バッファ層から構成されており、 前記酸化物バッファ層が、希土類元素（ＳｃおよびＹを
    含む）の酸化物および／または酸化ジルコニウムを主成
    分とするエピタキシャル膜であるＲ−Ｚｒ系酸化物薄膜
    を含むか、Ａ［Ａは、希土類元素（ＳｃおよびＹを含
    む）である］、ＭｎおよびＯを主成分とし、六方晶ＹＭ
    ｎＯ3型の結晶構造を有するエピタキシャル膜であるＡ
    ＭｎＯ3系薄膜を含むか、ＡｌおよびＯを主成分とする
    エピタキシャル膜であるＡｌＯx系薄膜を含むか、前記
    Ｒ−Ｚｒ系酸化物薄膜と、前記ＡＭｎＯ3系薄膜および
    ／または前記ＡｌＯx系薄膜とを含むものであり、 前記窒化物バッファ層が、窒化チタン、窒化ニオブ、窒
    化タンタルおよび窒化ジルコニウムの少なくとも１種を
    主成分とするエピタキシャル膜であるＮａＣｌ型窒化物
    薄膜を含むものであり、 前記表面層が、ウルツァイト型結晶構造を有する酸化物
    エピタキシャル膜および／またはウルツァイト型結晶構
    造を有する窒化物エピタキシャル膜を含むものである電
    子デバイス用基板。
  2. 【請求項２】 前記表面層が、Ａｌ、ＧａおよびＩｎか
    ら選択される少なくとも１種とＮとを主成分とするＡｌ
    ＧａＩｎＮ系薄膜を含むか、酸化亜鉛を主成分とするＺ
    ｎＯ系薄膜を含むか、前記ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜および
    前記ＺｎＯ系薄膜を含む請求項１の電子デバイス用基
    板。
  3. 【請求項３】 前記ＡｌＧａＩｎＮ系薄膜が半導体であ
    る請求項２の電子デバイス用基板。
  4. 【請求項４】 前記基板がＳｉ（１００）面を表面に有
    するものであり、前記基板のＳｉ（１１０）面と前記表
    面層の（１−１００）面とが平行である請求項１〜３の
    いずれかの電子デバイス用基板。
  5. 【請求項５】 前記表面層上、前記表面層中、前記バッ
    ファ層と前記表面層との間、または前記バッファ層中に
    金属薄膜を有し、この金属薄膜が、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、
    Ｒｅ、Ｐｄ、ＲｈおよびＲｕの少なくとも１種を主成分
    とするエピタキシャル膜である請求項１〜４のいずれか
    の電子デバイス用基板。
  6. 【請求項６】 前記金属薄膜の（１１１）面または（０
    ００１）面が基板表面と平行に配向している請求項５の
    電子デバイス用基板。
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