JPH1192296A - ＧａＮ系結晶成長用基板およびその用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚膜で、しかも転位などの欠陥を内包しない
高品質なＧａＮ系結晶基板を得ることができるＧａＮ系
結晶成長用基板と、それを用いたＧａＮ系結晶基板の製
造方法を提供すること。 【解決手段】 ＧａＮ系結晶が成長可能なベース基板１
の面にマスク層２を設け、該マスク層の上面に複数の開
口部４を設け、該開口部内の底にベース基板面を露出さ
せる。マスク層の上面における開口部の配置パターン
は、四角形Ｓ１を最小構成単位とする網目の交点に、開
口部が位置するよう配置されたパターンであり、その四
角形Ｓ１は、平行四辺形であるか、または、ベース基板
上に成長するＧａＮ系結晶の〈１１−２０〉方向の辺を
有しない方形である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＮ系結晶成長
用基板と、それを用いたＧａＮ系結晶基板の製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なＧａＮ系半導体結晶（以下、Ｇ
ａＮ系結晶）の厚膜成長方法としては、サファイア基板
上にＺｎＯ等のバッファ層を形成し、その上にハイドラ
イド気相エピタキシャル成長法（以下、ＨＶＰＥ）で該
ＧａＮ系結晶を成長させる方法がある。また、その改良
技術として、サファイア基板に代え、スピネル、ＬＧ
Ｏ、ＬＡＯ、ＺｎＯ、ＳｉＣ等の基板を用いたり、易劈
開性の基板を用いたり、或いは基板表面にマスクを設け
その上に選択成長させる方法等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧａＮ
系結晶が厚膜成長すると、ＧａＮ系結晶とサファイア基
板との格子定数及び熱膨張係数の違いから界面に多大の
ストレスが掛かり、ＧａＮ系結晶が割れ大型基板が得ら
れないといった問題点があった。また、転位密度が極め
て大きい（１×１０⁹ ｃｍ^-2〜１×１０¹⁰ｃｍ^-2）基板
しか得られないといった問題点があった。ここで転位と
は、基板上に半導体層を成長させるときに、格子定数が
合致していない（格子不整合）状態で成長させた場合に
発生する欠陥であり、これら転位は結晶欠陥であるため
非発光再結合中心として働いたり、そこが電流のパスと
して働き漏れ電流の原因になるなど、当該ＧａＮ系半導
体材料を発光素子に用いた場合に発光特性や寿命特性を
低下させる原因となる。

【０００４】本発明は、厚膜で、しかも転位などの欠陥
を内包しない高品質なＧａＮ系結晶基板を得ることがで
きるＧａＮ系結晶成長用基板と、それを用いたＧａＮ系
結晶基板の製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の特徴を
有するものである。 （１）ＧａＮ系結晶が成長可能なベース基板の面にマス
ク層が設けられ、マスク層はそれ自身の表面からは実質
的に結晶成長し得ない材料からなり、マスク層の上面に
は複数の開口部が設けられ、該開口部内の底にはベース
基板が露出しており、マスク層の上面における開口部の
配置パターンが、四角形を最小構成単位とする網目の交
点に開口部が位置するよう配置されたパターンであっ
て、その網目の最小構成単位の四角形が、平行四辺形で
あるか、または、ベース基板上に成長するＧａＮ系結晶
の〈１１−２０〉方向の辺を有しない方形であることを
特徴とするＧａＮ系結晶成長用基板。

【０００６】（２）開口部の開口形状が、ベース基板上
に成長するＧａＮ系結晶の〈１−１００〉方向に延びる
平行な２辺を有する方形である上記（１）記載のＧａＮ
系結晶成長用基板。

【０００７】（３）上記平行四辺形が、ベース基板上に
成長するＧａＮ系結晶の〈１−１００〉方向に延びる平
行な２辺を有する平行四辺形である上記（１）記載のＧ
ａＮ系結晶成長用基板。

【０００８】（４）上記平行四辺形が、ベース基板上に
成長するＧａＮ系結晶の〈１１−２０〉方向に延びる平
行な２辺を有する平行四辺形である上記（１）記載のＧ
ａＮ系結晶成長用基板。

【０００９】（５）上記平行四辺形が、ベース基板上に
成長するＧａＮ系結晶の〈１−１００〉方向に延びる直
線および〈１１−２０〉方向に延びる直線のいずれも辺
に含まない平行四辺形である上記（１）記載のＧａＮ系
結晶成長用基板。

【００１０】（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記
載のＧａＮ系結晶成長用基板を用い、該基板上の開口部
内の底に露出したベース基板面を出発点としてマスク層
上を覆うまでＧａＮ系結晶層を成長させる工程を有する
ことを特徴とするＧａＮ系結晶基板の製造方法。

【００１１】本明細書でいう「平行四辺形」は、「方
形」を含まない。

【００１２】ベース基板自体の結晶方位とその上に成長
するＧａＮ系結晶の結晶方位とは一義的な関係にある
が、完全に一致しない場合がある。例えばサファイア結
晶基板のＣ面上に成長するＧａＮ結晶は、Ｃ軸方向には
一致しているが、ａ軸については互いに回転方向に３０
°ずれた関係にある。従って、本明細書では、ミラー指
数（ｈｋｉｌ）によって、ベース基板面やマスク層上面
などの面内に特定の方向を指定する場合、別段の断りが
無い限り、ベース基板面に成長した結果のＧａＮ系結晶
の結晶方位で示すものとする。

【００１３】本明細書では、ＧａＮ系結晶などの六方格
子結晶の格子面を４つのミラー指数（ｈｋｉｌ）によっ
て指定する場合があれば、記載の便宜上、指数が負のと
きには、その指数の前にマイナス記号を付けて表記する
ものとし、この負の指数に関する表記方法以外は、一般
的なミラー指数の表記方法に準じる。従って、ＧａＮ系
結晶の場合では、Ｃ軸に平行なプリズム面（特異面）は
６面あるが、例えば、その１つの面は（１−１００）と
表記し、６面を等価な面としてまとめる場合には｛１−
１００｝と表記する。また、前記｛１−１００｝面に垂
直でかつＣ軸に平行な面を等価的にまとめて｛１１−２
０｝と表記する。また、（１−１００）面に垂直な方向
は〔１−１００〕、それと等価な方向の集合を〈１−１
００〉とし、（１１−２０）面に垂直な方向は〔１１−
２０〕、それと等価な方向の集合を〈１１−２０〉と表
記する。但し、図面では、指数が負である場合には、そ
の指数の上にマイナス記号を付けて表記しミラー指数の
表記方法に全て準じる。

【００１４】本明細書では、ベース基板面のうち、マス
ク層によって被覆された領域を「マスク領域」、マスク
層に設けられた開口部内の底面に露出した領域を「非マ
スク領域」とも呼んで説明する。マスク層の上面の領域
は、マスク領域に等しいものとみなし、同義として説明
に用いる。

【００１５】

【作用】本発明者らは、先にＧａＮ系結晶とサファイア
結晶基板との格子定数及び熱膨張係数の違いに起因する
ＧａＮ系結晶層のクラック対策として、図７に示すよう
に、ベース基板１上に、マスク層２を設け、該マスク層
に開口部をマトリクス状に点在させて設け（換言する
と、マスク層を格子状に設け）、該開口部内にベース基
板面を露出させてこの部分を非マスク領域とし、図６
（ａ）に示すように、非マスク領域１１だけにＧａＮ系
結晶層３０を成長させることを提案している（特開平７
−２７３３６７号公報）。ベース基板面全体に対してチ
ップサイズのＧａＮ系結晶層３０を点在させることによ
って、個々のＧａＮ系結晶層の面積が微小化し、クラッ
クは防止される。

【００１６】その後本発明者らがさらに研究を重ねた結
果、点在的に成長させたＧａＮ系結晶層３０をさらに成
長させると、厚さ方向だけでなく、図６（ｂ）に示すよ
うに、厚さ方向に垂直な方向、即ち、開口部を中心とし
てマスク層上面に沿って拡がる方向（以下、単に「横方
向」という）へも成長が行われることが確認された。し
かも、厚さ方向（Ｃ軸方向）と同じ程度の成長速度があ
り、結晶方位依存性が判明した。

【００１７】さらに、ＧａＮ系結晶層３０におけるＧａ
Ｎ系結晶中に存在する転位は、ベース基板を含む下地か
ら継承するか、何れかの成長界面で発生し、結晶成長と
共に成長する特性があるが、図６（ｂ）に示す如く、マ
スク層２の上に当たる領域（≒マスク領域）には発生源
となる下地（成長界面）が存在しないので、無転位状態
となることを知見した。また、上述の横方向の成長をさ
らに進めると、図６（ｃ）に示す如く、ＧａＮ系結晶は
マスク層２の上を完全に覆ってマスク層を埋め込み、こ
の領域には非常に欠陥の少ない平坦でクラックの無い大
型且つ厚膜のＧａＮ系結晶層３が得られる事を見いだし
た。

【００１８】また、開口部の形状については、外形線に
〈１−１００〉方向の辺を有する形状が好ましいことが
わかった。特に〈１−１００〉方向に延びる平行な２辺
を有する方形状とすることによって、この開口部から横
方向に成長するＧａＮ系結晶（以下、単に「結晶」とも
いう）の成長面には、｛１１−２０｝面が確保される。
この｛１１−２０｝面はオフファセットな面であり、フ
ァセットな｛１−１００｝面（Ｍ面）に比べて、結晶が
高速に成長する。逆に、ファセットな面は、安定した面
であって、結晶成長は遅い。

【００１９】さらに本発明者らは、マスク層に開口部を
点在させるに際し、開口部の配置パターンを、図７に示
すような〈１−１００〉方向、〈１１−２０〉方向の直
交のマトリクス状配置としたときに、解決すべき問題が
存在することを見い出した。これを次に説明する。図８
（ａ）は、図７の１つの開口部およびその周辺を部分的
に拡大し、１つの方形状の開口部からＧａＮ系結晶が横
方向に成長する様子を示した図である。開口部４ａはＧ
ａＮ系結晶に隠れており二点鎖線で示している。開口部
４ａの辺のうち〈１−１００〉方向に延びる辺からは、
オフファセットな面３２が〈１１−２０〉方向へ高速に
成長し、また、〈１１−２０〉方向に延びる辺からは、
ファセットな面３１が〈１−１００〉方向へ緩やかに成
長する。説明のために、以下、オフファセットな面を太
い破線で、ファセットな面を太線で示す。結晶が開口部
から横方向に成長を開始した直後は、横方向の成長面は
互いに直交する２方向の面（図８（ａ）では３１、３
２）だけとみなしてよい。しかし、成長が進むにつれ、
面３１と面３２とが交わる角部にファセットな面３３が
現れる。

【００２０】従って、開口部を、図７に示すような〈１
−１００〉方向、〈１１−２０〉方向の直交のマトリク
ス状配置としたとき、図８（ｂ）に示すように、その最
小のマトリクス２×２を構成する４つの開口部４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ｄに囲まれて各々から等しい距離にある中
央の領域（中心点ｍの付近）は、ある時点で、成長の遅
いファセットな面３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄだけ
で閉鎖的に囲まれた状態になる。

【００２１】いったん、このようなファセットな面だけ
で囲まれた状態になると、次の問題が生じる。これが上
記した解決すべき問題である。 Ａ．成長の遅いファセットな面だけで囲まれているか
ら、その囲まれた領域（空間）を、結晶成長を継続して
閉じるためには長時間を要する。 Ｂ．結晶成長を継続して囲まれた領域を閉じるとき、そ
の間、結晶は厚さ方向（Ｃ軸方向）には高速で成長する
ので、囲まれた領域が閉じる頃には、結晶の厚さは意図
した寸法をはるかに超えて無駄に長大な寸法となる。 Ｃ．囲まれた領域が閉じたとしても、最後に閉じた部分
（中心ｍ）は、４方向からの成長面がほぼ１点に合流し
た状態となるために、その合流した部分の結晶品質は、
少しずつ結晶方位の異なったものが融合したものとな
り、転位を含む高密度の欠陥が集中した低い結晶品質と
なる。

【００２２】本発明では、開口部の配置パターンを、
〈１１−２０〉方向、〈１−１００〉方向の直交の方形
マトリクス状配置を避け、平行四辺形、または〈１１−
２０〉方向の辺を含まない方形とすることによって、フ
ァセットな面だけで囲まれる状態を回避し、上記３つの
問題のうち少なくとも１つを改善している。特に、図３
に示すように、各開口部から集合して来た結晶の成長面
が中央の領域を囲んだ時、２つのファセットな面と、１
つのオフファセットな面とによって囲む状態となるよう
に、開口部の位置を移動することによって、上記３つの
問題は次のように全て解消する。 ａ．オフファセットな面の高速な成長によって、囲まれ
た領域を短時間で閉じることができる。 ｂ．囲まれた領域が厚さ方向の成長に対して早い時期に
閉じるため、意図する厚さの結晶を得ることができる。 ｃ．最後に閉じた部分（中心ｍ）は、３方向から集まっ
た結晶構造となるために、４方向からの集合に比べて結
晶品質が改善される。これに加えて、囲まれた領域が早
い時期に閉じその後に厚さ方向に成長するので、閉じた
部分の結晶品質は、厚さ方向へ成長するにつれて回復
し、意図する厚さとなった時点における表層付近の結晶
品質は、閉じた時点よりもさらに改善されている。

【００２３】

【発明の実施の形態】先ず、本発明によるＧａＮ系結晶
成長用基板について説明する。図１に示すように、ベー
ス基板１（マスク層を部分的に切欠いて見せている）の
面上にマスク層２が設けられている。マスク層２にはそ
の上面から複数の開口部４が設けられ、該開口部内の底
にベース基板面が露出している。マスク層２の上面にお
ける開口部４の配置パターンは、マスク層の上面に四角
形Ｓ１（太線で示す）を最小構成単位とする網目を想定
し、その網目の交点に開口部３が位置する様に配置され
たパターンである。本発明では、マスク層上面に想定し
た前記網目（以下、単に「網目」とだけいう）の最小構
成単位である四角形Ｓ１を、平行四辺形とするか、また
は、〈１１−２０〉方向の辺を有しない方形とする。

【００２４】ベース基板は、ＧａＮ系結晶が成長可能な
ものであればよく、例えば、従来からＧａＮ系結晶を成
長させる際に汎用されている、サファイア、水晶、Ｓｉ
Ｃ等を用いてもよい。なかでも、サファイアのＣ面、Ａ
面、６Ｈ−ＳｉＣ基板、特にＣ面サファイア基板が好ま
しい。またこれら材料の表面に、ＧａＮ系結晶との格子
定数や熱膨張係数の違いを緩和するためのＺｎＯ、Ｍｇ
ＯやＡｌＮ等のバッファ層を設けたものであっても良
い。

【００２５】ベース基板は、成長させるＧａＮ系結晶と
なるべく格子定数が近く且つ熱膨張係数ができるだけ近
いものを選択することが、転位などの欠陥を本来的に少
なくする点及びクラック等をより生じにくくする点で望
ましい。また、後述するマスク層の薄膜形成の際におけ
る高熱やエッチングに対する耐性に優れることが好まし
い。このような点から、ベース基板は、少なくともその
表層がＩｎ_X Ｇａ_Y Ａｌ_Z Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦
１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなるものが挙げ
られる。具体的には、サファイア基板上に、ＭＯＶＰＥ
法によりＺｎＯやＡｌＮ等のバッファ層、及びＧａＮ又
はＧａＡｌＮの薄層を順次成膜したものが好適に用い得
る。このようなベース基板であれば、該ベース基板上に
成長させるＧａＮ系結晶内に新たに発生する転位の密度
を低く抑える事が出来、良好な結晶性を得ることができ
る。

【００２６】マスク層は、それ自身の表面からは実質的
にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料を用いる。このよう
な材料としては、例えば非晶質体が例示され、さらにこ
の非晶質体としてＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ等の窒化物や
酸化物等が例示される。特に、耐熱性に優れると共に成
膜及びエッチング除去が比較的容易なＳｉＯ₂ 膜が好適
に使用できる。

【００２７】マスク層は、例えば真空蒸着、スパッタ、
ＣＶＤ等の方法により基板全表面を覆うように形成した
後、通常のフォトリソグラフィー技術によって光感光性
レジストのパターニングを行い、エッチングによって基
板の一部を露出させる等の手段で形成される。

【００２８】開口部の開口形状は、上記作用の説明で述
べたように、〈１−１００〉方向に延びる平行な２辺を
有する方形が好ましい。この〈１−１００〉方向に延び
る２辺からは、オフファセットな面が高速に成長を開始
するので、この辺を長い寸法として確保することが好ま
しく、逆に、〈１１−２０〉方向に延びる２辺は、短く
する方が基板面の無駄がない。

【００２９】開口部の開口形状は、全てを合同な形状と
する必要はなく、必要に応じて大小の変化を設けてもよ
い。開口形状をさらに好ましく限定する条件について
は、開口部の配置パターンと関連させて後述する。

【００３０】開口部の配置パターンは、上記したよう
に、網目の最小構成単位の四角形を、平行四辺形、また
は、〈１１−２０〉方向、〈１−１００〉方向からなる
方形以外の方形となるように配置するパターンである。
図１の態様では、網目の最小構成単位の四角形は、〈１
−１００〉方向に延びる平行な２直線ｙ１、ｙ２の一部
を２辺として有する平行四辺形Ｓ１である。同図では、
説明のために開口部の総数を９穴としている。マスク層
上面に想定される網目全体のパターンは、図１の例で
は、〈１−１００〉方向に延びる平行な直線ｙ１〜ｙ３
と、これらと直角以外の角度θ１（＝平行四辺形の内角
の１つ）で交わる平行線ｍ１〜ｍ３とが交差してなる網
目である。網目全体の外周形状は、同図の例では最小構
成単位の平行四辺形Ｓ１と相似形になっているが、例え
ば、開口部４ｅ、４ｆを省略するなど、基板の外形に応
じて外周付近の開口部を増設・削減してよい。

【００３１】また、網目の最小構成単位の四角形を、
〈１−１００〉方向に延びる平行な２辺を有することが
条件の平行四辺形とする場合、その様な網目のパターン
は、図１の例のように２方向の平行線だけで決定された
全て合同な平行四辺形からなるものだけではない。例え
ば、図２（ａ）のように、互いに鏡面対称の平行四辺形
Ｓ１、Ｓ２を交互に組合わせたパターンや、図２（ｂ）
のように、全ての平行四辺形Ｓ11、Ｓ12、Ｓ21、Ｓ22を
互いに異なる平行四辺形として組合わせたパターン、お
よび、図２（ａ）、（ｂ）のパターンを任意に組合わせ
たパターンなどが挙げられる。

【００３２】開口部の配置パターンを図１〜図２に示す
態様とすることによって、網目の最小構成単位である平
行四辺形の４つの頂点に位置する開口部４ａ、４ｂ、４
ｃ、４ｄから集まって来た結晶の成長面が中央の領域を
囲んだ時、ファセットな面だけで４方を囲まれる状態が
解消される。この特徴をより顕著なものとするために
は、図３に示すように、２つのファセットな面３３ａ、
３３ｃと、１つのオフファセットな面３２ｄによって囲
まれる状態（このとき、面３３ｂ、３３ｄ、３２ａによ
って囲まれる状態も同時に存在する）となるように、網
目の最小構成単位である平行四辺形の形状と開口部の開
口形状とを次のように決定するのが好ましい。

【００３３】開口形状については、〈１−１００〉方向
の長辺を有する長方形とする場合、該長辺の長さは、図
３で説明すると、２つの開口４ａ、４ｃからのファセッ
トな面３３ａと面３３ｃとが接触したとき、オフファセ
ットな面３２ｄがこれら面３３ａと３３ｃと対応し三角
形を形成し得るように、オフファセットな面の成長に伴
う減少を考慮して充分な長さとするのが好ましい。具体
的な開口形状の寸法を例示すると、〈１−１００〉方向
１０μｍ〜１０ｍｍ、〈１１−２０〉方向１μｍ〜１０
μｍの範囲のなかから、〈１−１００〉方向に長い長方
形となるよう選択するのが好ましい。

【００３４】網目の最小構成単位である平行四辺形の形
状については、〈１−１００〉方向の２辺のうちの一方
が、他方に対して、該辺の長さの半分だけ〈１−１０
０〉方向にずれた形状が好ましい。換言すると、図１の
場合では、平行四辺形の４つの頂点に位置する開口部４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのうち、３つの開口部の組（４
ａ、４ｃ、４ｄ）および（４ａ、４ｄ、４ｂ）が各々２
等辺３角形の頂点に位置するような平行四辺形の形状で
ある。平行四辺形の〈１−１００〉方向の辺の長さは、
上記開口形状の寸法と、〈１−１００〉方向の開口部間
の間隙（マスク領域の長さ）とから決定される。〈１−
１００〉方向の開口部間の間隙は、１μｍ〜１０μｍ程
度であり、これに対して結晶が高速に成長する〈１１−
２０〉方向の開口部間の間隙は、２μｍ〜５０μｍ程度
である。これら寸法は、横方向の結晶成長速度を参照し
決定すればよい。

【００３５】次に、開口部の配置パターンの他の態様を
示す。図４に示す態様は、網目の最小構成単位の四角形
を、〈１１−２０〉方向に延びる平行な２辺を有する平
行四辺形Ｓ３とした態様である。同図に示す態様とする
ことによって、横方向に結晶を成長させた場合には、フ
ァセットな面だけで囲まれた状態（ハッチングで示す領
域）となり、早期にこの領域が閉じることはできない
が、図８（ｂ）に示す４方向からの合流の態様と比べる
と、上記作用の説明で述べたように、最後に閉じた部分
は、３方向から合流した結晶構造となるために、結晶品
質が改善される。

【００３６】図５に示す態様は、網目の最小構成単位の
四角形を、〈１−１００〉方向に延びる直線および〈１
１−２０〉方向に延びる直線のいずれも辺に含まない平
行四辺形とした態様である。また、網目の最小構成単位
の四角形を、〈１−１００〉方向に延びる直線および
〈１１−２０〉方向に延びる直線のいずれも辺に含まな
い方形とする態様も、図５と同じ作用を示す同類であ
る。このような態様とすることによって、横方向の成長
面が中央の領域を囲んだときの形状は複雑になるが、オ
フファセット面の存在によって、この領域は早期に閉じ
られ、図１の態様と同様、最後に閉じる部分の結晶品質
が改善され得る。

【００３７】本発明のＧａＮ系結晶基板の製造方法は、
上記説明のＧａＮ系結晶成長用基板を用いてＧａＮ系結
晶を成長させる製造方法である。ＧａＮ系結晶の成長
は、ベース基板上の非マスク部（開口部の底面）が出発
点となって始まる。成長を続けると、図６（ａ）に示す
ように、開口部内はＧａＮ系結晶によって充填され、さ
らに図６（ｂ）に示すように、ＧａＮ系結晶はマスク層
の上面よりも高く膨出する。このとき、ＧａＮ系結晶は
高さ方向（Ｃ軸方向）だけでなく、前記膨出部の側面を
出発点として横方向へも成長が始まる。横方向への成長
については、図１〜５に示すとおりである。やがて、横
方向への成長面によって囲まれた領域は閉じ、図６
（ｃ）に示すように、マスク層２上を完全に覆うと共に
厚さ方向への成長が継続し、ＧａＮ系結晶層が形成され
る。このＧａＮ系結晶層だけを切り出して、またはベー
ス基板と一体のままで、ＧａＮ系結晶基板として用い
る。

【００３８】本発明によるＧａＮ系結晶成長用基板上に
形成されたＧａＮ系結晶層は、図６（ｃ）に示すよう
に、非マスク部直上に相当する部分には転位等の欠陥が
継承されることがある。しかし、少なくともマスク層２
上の部分は、膨出部の側面（転位等の欠陥が存在しない
面）を出発点とする横方向成長にて形成されたものであ
るので、転位等の欠陥が存在しない極めて高品質な結晶
である。しかもＧａＮ系結晶層とベース基板との直接接
触部位は非マスク部のみであって接触面積は小さく、両
者の熱膨脹係数の相違の影響をあまり受けないことか
ら、厚肉のＧａＮ系結晶層が容易に成長させ得るという
利点もある。

【００３９】本発明のＧａＮ系結晶成長用基板上に結晶
成長させるべきＧａＮ系結晶は、式Ｉｎ_X Ｇａ_Y Ａｌ_Z
Ｎ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ
＝１）で決定される化合物半導体である。特に、厚膜層
として有用なものとしてはＧａＮが挙げられる。

【００４０】ＧａＮ系結晶の成長方法については制限は
なく、ＨＶＰＥ、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥなどが例示できる
が、とりわけＨＶＰＥは成長速度が非常に大きいという
利点があるため好ましい。

【００４１】本発明の製造方法によって得られたＧａＮ
系結晶基板またはＧａＮ系半導体基板を用い、該基板上
にクラッド層と活性層とからなる発光部等及び電極を形
成することで、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子を製造するこ
とができる。

【００４２】

【実施例】

実施例１ 本実施例では、図１に示す様に、開口部の配置パターン
における網目の最小構成単位の四角形を、〈１−１０
０〉方向に延びる平行な２辺を有する平行四辺形とし
て、ＧａＮ系結晶成長用基板を製作し、さらに、該基板
を用いてＧａＮ結晶基板を製作した。

【００４３】〔ＧａＮ系結晶成長用基板の製作〕直径２
インチ、厚さ３３０μｍ、Ｃ面サファイア基板上に、Ｍ
ＯＶＰＥ装置を使って、厚さ２０ｎｍのＡｌＮバッファ
層を低温成長し、続いて１．５μｍのＧａＮ薄層を成長
し、ベース基板とした。この基板の表面に、ＳｉＯ₂ 薄
膜からなるマスク層をスパッタリング法で全面に形成し
た後、エッチングによって開口部を設け、図１に示すタ
イプのＧａＮ系結晶成長用基板を得た。

【００４４】開口部の開口形状は全て合同であって、
〈１１−２０〉方向３μｍ×〈１−１００〉方向１００
μｍの長方形である。

【００４５】開口部の配置パターンは、互いに隣合った
開口部間の間隔（開口部間に挟まれたマスク領域の幅）
が、〈１１−２０〉方向５μｍ、〈１−１００〉方向２
μｍであって、網目の最小構成単位の平行四辺形におけ
る〈１−１００〉方向の２辺のうちの一方が、他方に対
して、該辺の長さの半分だけ〈１−１００〉方向にずれ
てなる平行四辺形のパターンである。

【００４６】〔ＧａＮ系結晶層の形成〕上記ＧａＮ系結
晶成長用基板をＨＶＰＥ装置に装填し、図６に示すよう
に、非マスク領域を出発点として厚さ２００μｍのＧａ
Ｎ系結晶層を形成した。ＧａＮ系結晶はマスク層上を横
方向にも成長しマスク層を完全に覆った。

【００４７】ＧａＮ系結晶層上の平坦性は良好であっ
た。また、各開口部から結晶が横方向に成長して合流し
た部分は、３方向から１点への合流であり、合流の後に
厚さ方向に成長し、表層付近の結晶品質は良好であっ
た。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＧａＮ
系結晶成長用基板における開口部の配置パターンの特徴
によって、〈１１−２０〉方向、〈１−１００〉方向の
直交マトリクス状配置パターンに比べて、各開口部から
横方向に成長した結晶が早期に合流点を閉じることが可
能となり、その後の厚さ方向への成長によって、結晶品
質を改善することができる。また、合流点に集合する横
方向の成長面の数も、４面から３面へと減少でき、この
点からも結晶品質は改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＧａＮ系結晶成長用基板の一例を示す
図であって、マスク層上の開口部の配置パターンを示す
図である。

【図２】図１に示す開口部の配置パターンのバリエーシ
ョンを示す図である。基板から配置パターンだけを抜き
出して示している。図２（ｂ）の紙面上での結晶方位は
図２（ａ）と同様、上下〈１−１００〉、左右〈１１−
２０〉である。

【図３】図１または図２の配置パターンによる作用を示
す図である。

【図４】本発明のＧａＮ系結晶成長用基板における開口
部の配置パターンの他の例を示す図であって、同時に、
各開口部から成長した結晶の横方向の成長面が中央の領
域を囲んだ状態を示している。囲まれた領域にはハッチ
ングを施している。

【図５】本発明のＧａＮ系結晶成長用基板の他の例を示
す図である。

【図６】ＧａＮ系結晶層がマスク層上を横方向に成長す
る様子を示す図である。

【図７】開口部の配置パターンを、〈１−１００〉方向
と〈１１−２０〉方向からなる直交のマトリクス状の配
置パターンとした例を示す図である。この図では、マス
ク層２を一部破断で切欠いてベース基板１を見せてい
る。マスク層上面にはハッチングを施しており、各開口
部４の内部底面にはベース基板面が現れている。

【図８】開口部から結晶が横方向に成長する様子を示す
図であって、特に、図８（ｂ）では、ＧａＮ系結晶が４
方向から１点に合流する状態を示している。図８（ｂ）
の紙面上での結晶方位は図８（ａ）と同様、上下〈１−
１００〉、左右〈１１−２０〉である。

【符号の説明】

１ ベース基板 ２ マスク層 ４ 開口部 Ｓ１ 網目の最小構成単位の四角形

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 洋一郎 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧａＮ系結晶が成長可能なベース基板の
   面にマスク層が設けられ、マスク層はそれ自身の表面か
   らは実質的に結晶成長し得ない材料からなり、マスク層
   の上面には複数の開口部が設けられ、該開口部内の底に
   はベース基板が露出しており、 マスク層の上面における開口部の配置パターンが、四角
   形を最小構成単位とする網目の交点に開口部が位置する
   よう配置されたパターンであって、その網目の最小構成
   単位の四角形が、平行四辺形であるか、または、ベース
   基板上に成長するＧａＮ系結晶の〈１１−２０〉方向の
   辺を有しない方形であることを特徴とするＧａＮ系結晶
   成長用基板。
2. 【請求項２】 開口部の開口形状が、ベース基板上に成
   長するＧａＮ系結晶の〈１−１００〉方向に延びる平行
   な２辺を有する方形である請求項１記載のＧａＮ系結晶
   成長用基板。
3. 【請求項３】 上記平行四辺形が、ベース基板上に成長
   するＧａＮ系結晶の〈１−１００〉方向に延びる平行な
   ２辺を有する平行四辺形である請求項１記載のＧａＮ系
   結晶成長用基板。
4. 【請求項４】 上記平行四辺形が、ベース基板上に成長
   するＧａＮ系結晶の〈１１−２０〉方向に延びる平行な
   ２辺を有する平行四辺形である請求項１記載のＧａＮ系
   結晶成長用基板。
5. 【請求項５】 上記平行四辺形が、ベース基板上に成長
   するＧａＮ系結晶の〈１−１００〉方向に延びる直線お
   よび〈１１−２０〉方向に延びる直線のいずれも辺に含
   まない平行四辺形である請求項１記載のＧａＮ系結晶成
   長用基板。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載のＧａＮ
   系結晶成長用基板を用い、該基板上の開口部内の底に露
   出したベース基板面を出発点としてマスク層上を覆うま
   でＧａＮ系結晶層を成長させる工程を有することを特徴
   とするＧａＮ系結晶基板の製造方法。