JP2002289540A

JP2002289540A - ＧａＮ系半導体結晶の製造方法およびＧａＮ系半導体基材

Info

Publication number: JP2002289540A
Application number: JP2001091129A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Tadatomo; 一行只友; Hiroaki Okagawa; 広明岡川
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高品質なＧａＮ系結晶を提供することが可能
な該結晶の製造方法、および該製造方法によって高品質
なＧａＮ系結晶を成長させ得るＧａＮ系半導体基材を提
供すること。【解決手段】ＧａＮ系半導体とは異なる材料からなる
結晶基板１の表面に凹凸（または段差）１ａを加工し、
該凹凸の加工された表面に低温ＧａＮ系バッファ層を介
することなく直接的にＧａＮ系結晶２を成長させ、Ｇａ
Ｎ系結晶層３とする。結晶基板表面の凹凸（または段
差）によって、ＧａＮ系結晶は横方向の成長を抑制さ
れ、バッファ層を介さずとも平坦化する。

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系半導体結
晶の製造方法、およびその製造方法によって得られるＧ
ａＮ系半導体基材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ系半導体結晶（以下、「ＧａＮ系
結晶」とも略す）を成長させるための結晶基板には、本
来、ＧａＮ系結晶と同質の化学的性質、格子定数、熱膨
張係数を有するＧａＮ結晶基板を使用することが望まし
い。しかし、高品質で安価なＧａＮ結晶基板を市場から
得ることは未だ困難である。

【０００３】ＧａＮ系結晶を成長させるための結晶基板
の条件としては、先ず六方晶系であって、しかもＧａＮ
系半導体素子用のエピタキシャル結晶成長に通常用いら
れる有機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＶＰＥ：
Metal Organic Vapor PhaseEpitaxy）の成長温度、成長
ガス雰囲気に対する耐性を有し、しかも市場から安価に
入手できなくてはならない。これらの点を完全には満足
し得ないが、他に替る材料が無い点から、サファイア基
板を専ら用いられているのが現状である。

【０００４】しかし、サファイア基板上にＧａＮ系結晶
を１０００℃前後の高温にて直接成長させると、図４
（ａ）〜（ｃ）に成長プロセスを示すように、比較的大
きな結晶粒が成長するのみで、半導体素子、特に能動層
の作製に必要な二次元成長による平坦な表面が得られな
い。平坦な表面が得られないと、素子機能を発現する半
導体薄膜（能動層）が形成できず、当然に、素子機能の
高度化には対応できない。

【０００５】サファイア基板上にＧａＮ系結晶を直接成
長させた場合に、二次元成長による平坦な表面が得られ
ない原因は、図４（ａ）に示すように、サファイア基板
上に高温雰囲気で生成する初期の結晶成長核の発生密度
が小さく、これが核となって三次元結晶成長が進行する
ためであり、その後、図４（ｂ）〜（ｃ）に示すよう
に、結晶粒と結晶粒がぶつかりあいながら大きな結晶粒
に成長するために、素子の作製に必要な平坦な表面が得
られないからであると考えられている。

【０００６】サファイア基板上に平坦なＧａＮ系結晶を
成長させるためには、例えば、文献（I. Akasakiら、J.
Crystal Growth、９８（１９８９）２０９.）で明らか
にされたように、ＡｌＮ、ＧａＮなどを比較的低温で成
長させたバッファ層（所謂、低温成長ＡｌＧａＮバッフ
ァ層）を介した成長が極めて有効であり、現在では高品
質ＧａＮ系半導体結晶を得るための必須技術となってい
る。

【０００７】低温成長ＡｌＧａＮバッファ層の作用効
果、および該作用効果が発現されるメカニズムは平松ら
の執筆した日本結晶成長学会誌、２０（１９９３）３４
６.に詳しいが、簡単に説明すると次の通りである。先
ず、低温成長したＧａＮ系バッファ層は、５００℃前後
の比較的低温にてＧａＮ系薄膜として成長した後の昇温
過程において微細な高密度の微結晶粒に変化する。該微
結晶粒は、その上に１０００℃前後の成長条件で成長さ
せるＧａＮ系結晶の結晶成長核として作用する。低温成
長ＡｌＧａＮバッファ層による結晶核密度が高いため
に、その上に成長するＧａＮ系結晶の成長の初期過程
で、成長途中の結晶同士の合体が進行し、速やかに二次
元成長に移行すると考えられる。

【０００８】上記の低温バッファ層を使った方法では、
比較的高品質なＧａＮ結晶が得られており、発光ダイオ
ード、半導体レーザ、各種電子デバイス、受光素子など
が実用レベルに到達している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の低温バ
ッファ層を使った方法では、成長の初期段階で進行する
結晶同士の合体および二次元成長への移行が進行する過
程で、結晶にモザイク性が導入されるという問題や、通
常の成長では１０⁸〜１０⁹ｃｍ^-2もの高密度の転位が発
生するなどの問題があった。

【００１０】本発明の課題は、上記問題を解決し、高品
質なＧａＮ系結晶を提供することが可能な該結晶の製造
方法、および該製造方法によって高品質なＧａＮ系結晶
層を表層として有するＧａＮ系半導体基材を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を達成すべく鋭意研究を行った結果、基板に凹凸・段差
加工を施すことで、ＧａＮ系結晶の成長領域を制限する
ことによって、バッファ層を介さずとも、良好な品質の
ＧａＮ系結晶を成長させ得ることを見出し、本発明を完
成させた。即ち、本発明は次の特徴を有するものであ
る。

【００１２】（１）ＧａＮ系半導体とは異なる材料から
なる結晶基板の表面に凹凸または段差が加工され、該凹
凸または段差が加工された表面に、バッファ層を介する
ことなく直接的に、ＧａＮ系半導体が結晶成長している
ことを特徴とするＧａＮ系半導体基材。

【００１３】（２）上記凹凸または段差が、その上に成
長するＧａＮ系結晶の成長領域を、少なくとも一つの方
向に関して２０μｍ以下に制限し得るパターンとして形
成されている上記（１）または（２）記載のＧａＮ系半
導体基材。

【００１４】（３）結晶基板の表面に凹凸が加工され、
該凹凸が加工された面から、第二の結晶層が実質的にフ
ァセット構造を形成しながら成長したものである上記
（１）または（２）記載の半導体基材。

【００１５】（４）上記凹凸が、ストライプパターンと
して形成され、該ストライプの長手方向が、その上に結
晶成長するＧａＮ系半導体の〈１１−２０〉方向、また
は〈１−１００〉方向である上記（１）〜（３）のいず
れかに記載のＧａＮ系半導体基材。

【００１６】（５）上記凹凸が、断面矩形波状のストラ
イプパターンとして形成され、凹溝の幅が０．２μｍ〜
２０μｍ、凸条の幅が０．２μｍ〜２０μｍである請求
項（１）〜（４）のいずれかに記載のＧａＮ系半導体基
材。

【００１７】（６）上記凹凸が、ドット状の凸部が配列
されたパターンとして形成されている上記（１）〜
（３）のいずれかに記載のＧａＮ系半導体基材。

【００１８】（７）結晶基板が、サファイア、Ｓｉ、Ｇ
ａＡｓ、ＧａＰ、またはＺｎＯからなる結晶基板である
上記（１）〜（６）のいずれかに記載のＧａＮ系半導体
基材。

【００１９】（８）ＧａＮ系半導体とは異なる材料から
なる結晶基板の表面に凹凸または段差を加工し、該凹凸
または段差の加工された表面にバッファ層を介すること
なく直接的にＧａＮ系半導体結晶を成長させることを特
徴とする、ＧａＮ系半導体結晶の製造方法。

【００２０】（９）上記凹凸または段差が、その上に成
長するＧａＮ系結晶の成長領域を、少なくとも一つの方
向に関して２０μｍ以下に制限し得るパターンとして形
成されている上記（８）記載の製造方法。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明によるＧａＮ系結
晶の製造方法を詳細に説明すると共に、それによって得
られるＧａＮ系半導体基材（以下、「当該基材」ともい
う）を説明する。本発明によるＧａＮ系結晶の製造方法
は、図１（ａ）、図２（ａ）に例示するように、ＧａＮ
系半導体とは異なる材料からなる結晶基板１の表面に凹
凸（または段差）１ａを加工し、該凹凸１ａが加工され
た表面に、バッファ層を介することなく直接的に、Ｇａ
Ｎ系半導体２を結晶成長させて、図１（ｃ）に示すよう
に凹部が該ＧａＮ系結晶によって実質的に充填された、
または図２（ｃ）に示すように凹部が空洞として残され
た状態として、ＧａＮ系結晶層３を成長させる工程を有
するものである。図１（ｃ）、図２（ｃ）に示すよう
に、ＧａＮ系結晶が、結晶層３として層状に成長した状
態のものが、当該基材である。

【００２２】上記構成のように、結晶基板の成長領域を
凹凸または段差によって制限することによって、ＧａＮ
系低温バッファ層を介することなく、例えば、サファイ
ア基板上に直接ＧａＮ系結晶を成長させても、平坦に成
長させることが可能となる。基板の表面に凸凹・段差を
加工し、ＧａＮ系結晶を直接成長させると、大きな結晶
粒への成長途中で横方向成長モード（横方向への成長が
エンハンスされた状態）に変換され、低温バッファ層が
介在しない成長でありながら、平坦な表面の得られる二
次元成長モードとなる。即ち、結晶基板に加工した領域
制限用の凸凹・段差が、ＧａＮ系結晶の成長モードを三
次元成長から二次元成長（横方向成長モード）に変換す
るのである。

【００２３】これに対して、従来のように、凹凸または
段差を加工せずに、フラットな結晶基板面にＧａＮ系結
晶を直接成長させると、結晶核生成密度が低いために、
図４（ａ）に示すように、個々のＧａＮ系結晶による結
晶核が発生し、図４（ｂ）に示すように、その結晶核か
ら結晶成長が進行し、図４（ｃ）に示すように、大きな
結晶粒へ成長するだけであり、平坦に成長することがな
い。

【００２４】結晶基板は、ＧａＮ系結晶とは異なる材料
からなり、ＧａＮ系結晶が成長可能なものであればよ
い。また当然に、格子整合のためのバッファ層等も未だ
形成されていない状態のものを言う。好ましい結晶基板
としては、サファイア（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面）、ＳｉＣ
（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、Ｓｉ、スピネル、ＺｎＯ，Ｇａ
Ａｓ、ＧａＰ、ＮＧＯなどを用いることができるが、発
明の目的に対応するならばこのほかの材料を用いてもよ
い。なお、基板の面方位は特に限定されなく、更にジャ
スト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良
い。

【００２５】ＧａＮ系半導体とは、Ｉｎ_XＧａ_YＡｌ_ZＮ
（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝
１）で示される化合物半導体であって、混晶比は任意で
あるが、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧ
ａＮなどが重要な化合物として挙げられる。

【００２６】結晶基板に加工する凹凸または段差は、そ
の上に成長するＧａＮ系結晶の成長領域を、少なくとも
一つの方向に関して２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ
以下に制限し得るパターンとして形成すればよく、この
ような領域的な制限によって上記の作用効果が得られ
る。この領域制限の下限は、特に限定されないが、加工
上の限界から、０．２μｍ〜１μｍ程度が好ましい下限
である。

【００２７】結晶基板の表面に加工する凹凸・段差は、
ＧａＮ系結晶の成長領域を種々の段差の組み合せによっ
て制限するものであればよい。よって、図１、２に示す
ような凹凸であっても、図３に示すような段差であって
もよいが、素子構造に用いるための基材として、より薄
く平坦なものとする点からは、凹凸が好ましい態様であ
る。以下、図１、２に示すように、結晶基板の表面に凹
凸を加工する態様について説明する。

【００２８】上記したように、結晶基板面に凹凸を加工
することで横方向成長に結晶成長領域の寸法的な制限が
加わる。例えば、凹凸の凹溝の長手方向が〈１１−２
０〉方向を向いたストライプ形状であれば、〈１−１０
０〉方向の成長に制限が加わるために、Ｃ軸方向の成長
速度が上昇し、結晶成長速度が遅く安定な｛１−１０
１｝などの斜めのファセットが形成し得る。

【００２９】結晶基板に加工した凹凸面にＧａＮ系結晶
を直接成長させる際には、例えば、図１に示すように、
凹面および凸面の両方から成長を開始させて凹部を実質
的に充填してもよく、専ら凸部の上面から成長を開始さ
せて凹部を空洞として残してもよい。また、専ら凸部の
上面から成長を開始させる場合であっても、凹凸の寸法
形状や成長条件によって、凹部を充填させてもよい。

【００３０】凹凸の配置パターンは、ドット状の凸部
（または凹部）が配列されたパターン、直線状または曲
線状の凹溝（または凸尾根）が一定間隔で配列されたス
トライプ状の凹凸パターンが挙げられる。凸条が格子状
をなすように配置されたパターンは、角穴ドット状の凹
部が規則的に配列されたパターンの一種であり、凹溝が
格子状をなすように配置されたパターンは、角錐台ドッ
ト状の凸部が規則的に配列されたパターンの一種であ
る。また、凹凸の断面形状は、基本的に矩形（台形を含
む）波状が好ましい。ピッチは、必ずしも一定である必
要はない。

【００３１】凹凸をドット状の凹凸とする場合、ドット
状の凸部が配置されたパターンとする態様が好ましい。
ここでいうドット状の凸部は、例えば角柱や角錐台のよ
うに、上面にＧａＮ系結晶の成長領域となる面を有する
ものである。この凸部の上面が、ＧａＮ系結晶の成長を
領域的に制限するように作用する。ドット状の凸部の上
面形状と寸法を選択することによって、その上に成長す
るＧａＮ系結晶の成長領域を、全方向に関して２０μｍ
以下に制限することも可能である。

【００３２】ドット状の凸部上面の好ましい形状は限定
されず、ＧａＮ系結晶の成長を領域的に制限するもので
あればよいが、例えば、円形、三角形、四角形、ひし
形、六角形などの多角形、異形などが挙げられる。これ
らの上面形状の外形線は、成長するＧａＮ系結晶の〈１
１−２０〉方向、または〈１−１００〉方向を含んでい
ることが好ましい。

【００３３】凹凸を、直線状または曲線状の凹溝（また
は凸尾根）が一定間隔で配列されたストライプ状の凹凸
パターンとする態様は、その作製工程を簡略化できると
共に、パターンの作製が容易であるので好ましい。

【００３４】凹凸のパターンをストライプ状とする場
合、そのストライプの長手方向を、これを埋め込んで成
長するＧａＮ系結晶にとって〈１１−２０〉方向とした
場合、横方向成長に寸法的な制限が加わった時に｛１−
１０１｝面などの斜めファセットが形成され易くなる。
この結果、基板側からＣ軸方向に伝播した転位がこのフ
ァセット面で横方向に曲げられ、上方に伝播し難くな
り、低転位密度領域を形成できる点で特に好ましい。

【００３５】一方、ストライプの長手方向を〈１−１０
０〉方向にした場合であっても、ファセット面が形成さ
れやすい成長条件を選ぶ事により前述と同様の効果を得
ることができる。

【００３６】凹凸をストライプパターンとする場合、凹
溝の幅Ｗ１は、０．５μｍ〜２０μｍ、特に１μｍ〜１
０μｍが好ましい。また、凸部の幅Ｗ２は、０．５μｍ
〜２０μｍ、特に１μｍ〜１０μｍが好ましい。また、
凹凸の振幅（凹溝の深さ）ｄは、０．０５μｍ〜５μ
ｍ、特に０．２μｍ〜３μｍが好ましい。これらの値
は、凹凸をドット状の凹凸とする場合の、各部の寸法
（凸部上面の寸法、凸部間の隙間、凸部の高さなど）と
して適用してよい。

【００３７】凹部の幅と凸部の幅との組み合せによっ
て、成長するＧａＮ系結晶に形成されるファセット面は
色々と変化し得るが、このファセット面は転位の伝播を
折曲させ得る程度のものが好ましく、凹凸で制限された
個々の基板面から成長した結晶単位が、それぞれの頂部
に平坦部を有すること無く完全に両ファセット面が頂部
で交差する山形（三角錐や山脈状に長く連なった屋根
形）の態様が好ましい。このようなファセット面であれ
ば、結晶基板との界面で生じた転位線を概ね全て曲げる
ことができ、その直上の転位密度をより低減できる。な
お、凹凸の幅の組み合せだけでなく、凹部の深さ（凸部
の高さ）ｄを変化させる事でもファセット面形成領域の
制御が可能である。

【００３８】凹凸の加工方法としては、例えば、通常の
フォトリソグラフイ技術を用いて、目的の凹凸の態様に
応じてパターン化し、ＲＩＥ技術等を使ってエッチング
加工を施して目的の凹凸を得る方法などが例示される。

【００３９】基板上に半導体結晶層の成長を行う方法は
ＨＶＰＥ、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ法などがよい。厚膜を作
製する場合はＨＶＰＥ法が好ましいが、薄膜を形成する
場合はＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法が好ましい。

【００４０】ＧａＮ系結晶をファセット面を形成させな
がら成長させる場合、該ファセット面は結晶成長を行う
時の成長条件（ガス種、成長圧力、成長温度、など）に
より制御する事ができる。減圧成長ではＮＨ₃分圧が低
い場合｛１−１０１｝面のファセットが出易く、常圧成
長では減圧に比べファセット面が出易い。また成長温度
を上げると横方向成長が促進されるが、低温成長すると
横方向成長よりもＣ軸方向の成長が速くなり、ファセッ
ト面が形成されやすくなる。以上成長条件によってファ
セット形状の制御が可能である事を示したが、本発明の
効果が出る範囲内であれば、目的に応じ使い分ければよ
い。

【００４１】本発明によるＧａＮ系半導体基材上に、種
々のＧａＮ系結晶層を成長させることによって、発光ダ
イオード、半導体レーザ、その他、種々のＧａＮ系デバ
イスを形成することができる。

【００４２】

【実施例】実施例１本実施例では、図１に示すように、Ｃ面サファイア基板
にストライプ状の凹凸を加工し、これを埋め込むよう
に、直接ＧａＮを成長させて、その結晶品質を評価し
た。

【００４３】Ｃ面ジャストのサファイア基板に、凹溝の
幅２μｍ、周期４μｍ、深さ２μｍのストライプ状の凹
凸をエッチングによって加工した。ストライプの長手方
向は、成長するＧａＮ結晶の〈１１−２０〉方向とし
た。

【００４４】この基板を、通常の常圧横方向成長装置に
装填し、先ず、１１００℃まで昇温し、水素雰囲気中で
１０分間保持した。その後、１０００℃まで降温し、Ｔ
ＭＧとアンモニアを流して、サファイア基板上に直接、
ＧａＮの結晶成長を開始した。成長初期の１μｍを無添
加のＧａＮとし、さらにＳｉ添加ｎ型ＧａＮ層を３μｍ
成長させることで、表面を平坦にすることができた。こ
の状態のものが、本発明によるＧａＮ系半導体基材であ
る。

【００４５】基板上に成長したＧａＮ結晶は、成長初期
においては三次元成長が支配的であったが、平均して結
晶粒の高さが１μｍ程度に成長した頃から横方向成長モ
ードが支配的となり、低温バッファ層を介した成長速度
と略同じ成長速度でｃ軸方向の成長が進行した。

【００４６】成長後のＧａＮ結晶層の表面のモザイク性
をＣＬ像によって観察し、転位密度をカソードルミネセ
ンス法によって測定し、結晶品質をＸＲＤ−ＦＷＨＭ
（Ｘ線回折半値全幅；（１０−１２）面反射による）に
よって評価した。この結果を、下記表１に示す。

【００４７】比較例１表面が平滑なＣ面サファイア基板を用いて、４５０℃で
の成長による低温成長ＧａＮバッファ層を介して、厚さ
４μｍのＧａＮ結晶層を成長させた。上記実施例と同様
に、ＧａＮ結晶層の表面のモザイク性、転位密度、結晶
品質を観察、測定した結果を、下記表１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】上記表１の比較から明らかなとおり、得ら
れたＧａＮ結晶は、従来の低温成長ＧａＮバッファ層を
介して成長したＧａＮ結晶に比べて、低転位化されてお
り、かつ、従来ではＧａＮ結晶をサファイア基板上に直
接成長させた場合の一つの特質であったモザイク性が、
本発明による領域制限によって低減していることが分か
った。

【００５０】実施例２本実施例では、上記実施例１と同様にＧａＮ系半導体基
材を形成し、そのまま引き続いて、成長装置内において
ＧａＮ系結晶層の積層を行い、ＧａＮ系ＬＥＤを製作
し、その発光出力を評価した。

【００５１】上記実施例１と同様に形成したＧａＮ結晶
層（アンドープ１μｍ、ｎ型３μｍ）に引き続いて、８
００℃まで温度を下げ、発光層として多重量子井戸構造
を形成した。多重量子井戸構造の構成は、厚さ１０ｎｍ
のＩｎ_0.04Ｇａ_0.96Ｎ障壁層と、厚さ３ｎｍのＩｎ_1-X
Ｇａ_XＮ井戸層（ｘは発光ピーク波長が４７０ｎｍとな
る組成である）とを有し、井戸層は４層である。

【００５２】再び１０００℃に昇温し、Ｍｇ添加による
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、Ｍｇ添加によるｐ型ＧａＮ
コンタクト層を順次成長させて、発光波長４７０ｎｍの
ＬＥＤ用エピ基板とした。ｐ型活性化処理、ｎ型層を露
出させるためのエッチング処理、電極形成を行い、発光
ダイオードを作製した。

【００５３】基板全体で採取されたＬＥＤチップ（ベア
チップ状態、波長４７０ｎｍ、通電２０ｍＡにて）の各
出力を測定した。測定結果（平均値）は、下記のとおり
である。

【００５４】比較例２比較のために、上記比較例１と同様に、サファイア基板
上に低温ＧａＮバッファ層を介してＧａＮ結晶層（アン
ドープ１μｍ、ｎ型３μｍ）を形成し、そのまま、装置
内において、上記実施例２と同様に、発光層（多重量子
井戸構造）、Ｍｇ添加によるｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層、Ｍｇ添加によるｐ型ＧａＮコンタクト層を順次成長
させて、発光波長４７０ｎｍのＬＥＤ用エピ基板とし、
ｐ型活性化処理、ｎ型層を露出させるためのエッチング
処理、電極形成を行い、発光ダイオードを作製した。基
板全体で採取されたＬＥＤチップの各出力を実施例２と
同様に測定した結果（ベアチップの発光出力平均値）は
下記のとおりである。

【００５５】実施例２：５．３ｍＷ。比較例２：４．２ｍＷ。上記の比較から明らかなとおり、得られた素子特性は、
従来の低温成長ＧａＮバッファ層を介して成長した発光
ダイオードに比べて、発光強度は２５％向上しており、
サファイア基板への直接的なＧａＮ系結晶の成長によっ
ても、優れた素子が形成できることがわかった。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、結晶基板の表面に凹凸ま
たは段差を形成して、成長領域を限定することにより、
低温バッファ層を介さずとも、高品質なＧａＮ系結晶が
直接的に成長できるようになった。また、これによっ
て、高品質なＧａＮ系結晶を成長させ得る結晶成長用基
材が得られるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法およびＧａＮ系半導体基材を
示す模式図である。

【図２】本発明の製造方法およびＧａＮ系半導体基材の
他の態様例を示す模式図である。

【図３】本発明において、結晶基板に加工する段差のパ
ターンの一例を示す模式図である。

【図４】従来において、表面がフラットなサファイア基
板に、低温バッファ層を介さず直接的にＧａＮ系結晶を
成長させた場合の、結晶成長の様子を模式的に示した図
である。

【符号の説明】

１結晶基板１ａ凹凸２ＧａＮ系半導体３ＧａＮ系結晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F041 AA40 CA05 CA23 CA34 CA40 CA46 CA65 CA74 CA75 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AD14 AF03 AF04 AF09 AF12 BB12 CA10 DA52 5F073 AA74 CA07 CB05 DA35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＮ系半導体とは異なる材料からなる
結晶基板の表面に凹凸または段差が加工され、該凹凸ま
たは段差が加工された表面に、バッファ層を介すること
なく直接的に、ＧａＮ系半導体が結晶成長していること
を特徴とするＧａＮ系半導体基材。
【請求項２】上記凹凸または段差が、その上に成長す
るＧａＮ系結晶の成長領域を、少なくとも一つの方向に
関して２０μｍ以下に制限し得るパターンとして形成さ
れている請求項１または２記載のＧａＮ系半導体基材。
【請求項３】結晶基板の表面に凹凸が加工され、該凹
凸が加工された面から、第二の結晶層が実質的にファセ
ット構造を形成しながら成長したものである請求項１ま
たは２記載の半導体基材。
【請求項４】上記凹凸が、ストライプパターンとして
形成され、該ストライプの長手方向が、その上に結晶成
長するＧａＮ系半導体の〈１１−２０〉方向、または
〈１−１００〉方向である請求項１〜３のいずれかに記
載のＧａＮ系半導体基材。
【請求項５】上記凹凸が、断面矩形波状のストライプ
パターンとして形成され、凹溝の幅が０．２μｍ〜２０
μｍ、凸条の幅が０．２μｍ〜２０μｍである請求項１
〜４のいずれかに記載のＧａＮ系半導体基材。
【請求項６】上記凹凸が、ドット状の凸部が配列され
たパターンとして形成されている請求項１〜３のいずれ
かに記載のＧａＮ系半導体基材。
【請求項７】結晶基板が、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、またはＺｎＯからなる結晶基板である請求
項１〜６のいずれかに記載のＧａＮ系半導体基材。
【請求項８】ＧａＮ系半導体とは異なる材料からなる
結晶基板の表面に凹凸または段差を加工し、該凹凸また
は段差の加工された表面にバッファ層を介することなく
直接的にＧａＮ系半導体結晶を成長させることを特徴と
する、ＧａＮ系半導体結晶の製造方法。
【請求項９】上記凹凸または段差が、その上に成長す
るＧａＮ系結晶の成長領域を、少なくとも一つの方向に
関して２０μｍ以下に制限し得るパターンとして形成さ
れている請求項８記載の製造方法。