JP2008156141A

JP2008156141A - 半導体基板及びその製造方法

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Publication number: JP2008156141A
Application number: JP2006344918A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Aoki; 和夫青木; Takekazu Ujiie; 建和氏家
Original assignee: Koha Co Ltd
Current assignee: Koha Co Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】ＧａＮを結晶成長させる場合でも、転移密度が低い良質なエピタキシャル結晶成長が可能なβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板、（１００）面の上にＧａＮが成長して形成されたエピタキシャル層を有するβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板、及び、これらのβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】所定の面方位である（１００）面を有し、この（１００）面の表面層の酸素が除去されたことを特徴とするβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイス、例えば、ＬＥＤ、レーザ等に使用されるβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板に関し、特に、その上にＧａＮをエピタキシャル結晶成長させても良質な単結晶膜が得られるβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板に関する。

従来、半導体デバイス、例えば、ＬＥＤ、レーザ等の半導体基板にはサファイア基板が使用されているが、その上に成長させるＧａＮとの格子不整合が１６％と大きいために良質なＧａＮの単結晶膜を成長させることができないといった問題がある。これを解決するものとして、サファイア基板と、サファイア基板の表面に低温で形成されたＡｌＮからなるバッファ層と、バッファ層の上にＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 法によりエピタキシャル成長して形成されたＧａＮ成長層とを備える半導体基板がある（特許文献１）。

この半導体基板によれば、サファイア基板とＧａＮ成長層との間にバッファ層を形成することにより、格子定数の不一致を緩和して積層されるエピタキシャル結晶の品質の低下を抑制している。
特公昭５２−３６１１７号公報

しかし、特許文献１の半導体基板によれば、サファイア基板とＧａＮ成長層との間にバッファ層を設けてはいるが、格子不整合を十分に緩和することができず、高品質のＧａＮ成長層を得ることは難しい。そして、これを用いて製造した半導体デバイス、例えば、ＬＥＤ、レーザ等の発光素子では、発光層の結晶性が十分でなく、発光効率の向上に限界があった。従って、従来は、結晶構造の異なる半導体基板に、格子定数が異なるＧａＮを結晶成長させる場合、良質なエピタキシャル結晶成長が十分ではなかった。

従って、本発明の目的は、ＧａＮを結晶成長させる場合でも、転移密度が低い良質なエピタキシャル結晶成長が可能なβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板、（１００）面の上にＧａＮが成長して形成されたエピタキシャル層を有するβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板、及び、これらのβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板の製造方法を提供することにある。

［１］本発明は、上記の目的を達成するため、所定の面方位である（１００）面を有し、前記（１００）面の表面層の酸素が除去されたことを特徴とするβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板を提供する。

［２］本発明は、上記の目的を達成するため、所定の面方位である（１００）面の表面層の酸素が除去され、前記酸素が除去された（１００）面上に、ウルツ鉱型構造のＧａＮが前記ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向に成長して形成されたエピタキシャル層を有することを特徴とするβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板を提供する。

［３］本発明は、上記の目的を達成するため、所定の面方位である（１００）面を有するβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板を準備する基板準備工程と、前記基板の前記所定の面方位である（１００）面の表面層の酸素を除去する酸素除去工程と、を有することを特徴とするβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板の製造方法を提供する。

［４］前記酸素除去工程は、１気圧以下の雰囲気中において熱処理することを特徴とする上記［３］に記載のβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板の製造方法であってもよい。

［５］前記酸素除去工程は、低温、Ｈ_２雰囲気中において熱処理することを特徴とする上記［４］に記載のβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板の製造方法であってもよい。

本発明によると、ＧａＮを結晶成長させる場合でも、転移密度が低い良質なエピタキシャル結晶成長が可能なβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板、（１００）面の上にＧａＮが成長して形成されたエピタキシャル層を有するβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板、及び、これらのβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板の製造方法を提供することができる。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る面方位を規定した半導体基板の外観斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の半導体基板の（１００）面の部分を拡大して結晶構造を示す図である。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体基板は、所定の面方位である（１００）面を有し、この（１００）面の表面層の酸素が除去されたことを特徴とするβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板１である。

半導体基板１は、β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板１であり、所定の面方位を有して板状に形成されている。β―Ｇａ_２Ｏ_３の結晶構造の方位軸は、ａ軸＜１００＞、ｂ軸＜０１０＞、ｃ軸＜００１＞で構成され、半導体基板１はこれら３つの軸により規定される所定の面方位、すなわち、（１００）面、（０１０）面、（００１）面により板状に形成されている。（１００）面は、半導体デバイスを作製する場合にこの表面にＧａＮ又はＧａＮ系化合物のエピタキシャル結晶成長が行なわれるので、図１（ａ）に示したように、（１００）面が広い面積を有する板状である。

半導体基板１の一部分を拡大して、図１（ｂ）のように結晶構造を示すと、β―Ｇａ_２Ｏ_３の結晶構造は、ａ軸＜１００＞、ｂ軸＜０１０＞、ｃ軸＜００１＞に対して所定の結晶構造で、Ｇａ（ガリウム）原子３０及びＯ（酸素）原子４０が配列されている。図１（ｂ）に示したＡ部拡大図は、半導体基板１の（１００）面の表面層の一部を示すが、この表面層においてＯ原子４０の一部が後述する酸素除去方法により除去されている。除去されるＯ原子４０は、β―Ｇａ_２Ｏ_３の結晶構造の（１００）表面におけるＯ原子１層分が好ましいが、これに限られず、ＧａＮのエピタキシャル結晶成長において転移密度が低くなる程度にＯ原子が除去されていればよい。

（第１の実施の形態に係るβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板１の製造方法）
第１の実施の形態に係るβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板１の製造方法は、所定の面方位である（１００）面を有するβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板を準備する基板準備工程と、前記基板の前記所定の面方位である（１００）面の表面の酸素を除去する酸素除去工程とを有して構成されている。

（基板準備工程）
所定の面方位である（１００）面を有するβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板を準備する基板準備工程は、上記示した所定の半導体基板１を作製するか予め製造された半導体基板１を購入する等により、次工程の酸素除去工程の準備をする工程である。

半導体基板１は、まず、ＥＦＧ法あるいはＦＺ法等によりバルク結晶を作製し、これを切断又は劈開等により板状の半導体基板１を作製する。

ＥＦＧ法は、ルツボに原料となるβ―Ｇａ_２Ｏ_３を所定量入れ、加熱して溶解し、β―Ｇａ_２Ｏ_３融液とする。ルツボ内に配置されたスリットダイに形成するスリットによりβ―Ｇａ_２Ｏ_３融液を毛細管現象によりスリットダイ上面に上昇させ、種結晶にβ―Ｇａ_２Ｏ_３融液を接触させて冷却し、任意の形状の断面を有するバルク結晶を作製する。

ＦＺ法は、赤外線加熱単結晶製造装置により作製する。種結晶の一端をシードチャックに保持し、棒状の多結晶素材の上端部を素材チャックに保持する。上部回転軸の上下位置を調節して種結晶の上端と多結晶素材の下端を接触させる。ハロゲンランプの光を種結晶の上端と多結晶素材の下端との部位に集光するように、上部回転軸および下部回転軸の上下位置を調節する。これらの調整をして、種結晶の上端と多結晶素材の下端の部位を加熱して、その加熱部位を溶解し、溶解滴を形成する。このとき、種結晶のみを回転させておく。ついで、多結晶素材と種結晶とが十分になじむように当該部を反対方向に回転させながら溶解し、多結晶素材および種結晶を互いに反対方向に引っ張りながら、適度の長さ及び太さの単結晶を形成することでバルク結晶を作製する。

上記のように作製されたβ―Ｇａ_２Ｏ_３バルク結晶から所定の面方位を有する板状の半導体基板１を次のように作製する。β―Ｇａ_２Ｏ_３バルク結晶は、ｂ軸＜０１０＞方位に結晶成長させた場合には、（１００）面の劈開性が強くなるので、（１００）面に平行な面と垂直な面で切断して所定の面方位を有する半導体基板１を作製する。ａ軸＜１００＞方位、ｃ軸＜００１＞方位に結晶成長させた場合は、（１００）面、（００１）面の劈開性が弱くなるので、全ての面の加工性が良くなり、上記のような切断面の制限はない。

（酸素除去工程）
酸素除去工程は、β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板１の（１００）面の表面層の酸素を除去する工程であり、次のような酸素除去方法を使用することが可能である。
（１）１気圧（１×１０^５Ｐａ）より低い圧力中（真空）においての熱処理
（２）低温（４００〜１０００℃未満）、Ｈ_２、Ｈｅ＋Ｈ_２、Ａｒ＋Ｈ_２、不活性ガス＋Ｈ_２雰囲気中での熱処理
（３）Ｈ_２、Ｈｅ＋Ｈ_２、Ａｒ＋Ｈ_２、不活性ガス＋Ｈ_２プラズマにおける処理

半導体基板１の（１００）面の表面層の酸素除去量は、例えば、設定気圧、熱処理温度、Ｈ_２雰囲気中での熱処理による場合はＨ_２フロ―の流量、プラズマ強度及び流量を適宜変更することにより設定される。

尚、半導体基板１の（１００）面の表面層の酸素が除去される方法であれば、上記の酸素除去方法に限定されずに、本発明の第１の実施の形態に係る半導体基板に適用できる。
（第２の実施の形態）

図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体基板１０を示す図であり、第１の実施の形態に係る半導体基板１上に、ＧａＮをエピタキシャル結晶成長させた場合の結晶成長方位を示す図であり、Ｇａ_２Ｏ_３のｂ軸方向から見た図である。同様に、図２（ｂ）は、ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向から見た図（図２（ａ）の上方向から見た図）である。

本発明の第２の実施の形態に係る半導体基板１０は、所定の面方位である（１００）面の表面層の酸素が除去され、前記酸素が除去された（１００）面上に、ウルツ鉱型構造のＧａＮが前記ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向に成長して形成されたエピタキシャル層を有するβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板である。

図３は、ウルツ鉱型構造のＧａＮの結晶構造、（ａ）Ｇａ面及び（ｂ）窒素面を示す図であり、Ｇａ（ガリウム）原子３０及びＮ（窒素）原子５０から構成されていることを表わす図である。尚、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等のＧａＮ系化合物ではＧａ原子３０の一部がＡｌ、Ｉｎ等に置換された結晶構造となる。

第２の実施の形態に係る半導体基板１０は、第１の実施の形態に係る半導体基板１、すなわち、（１００）面の表面層の酸素が除去されたβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板１の（１００）面に、ＧａＮをｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向に成長させることにより得られる。

（ＭＯＣＶＤ法によるＧａＮエピタキシャル層の形成方法）
上記示した第２の実施の形態に係る半導体基板１０をＭＯＣＶＤ法により作製する方法を示す。

まず、（１００）面の表面層の酸素が除去された半導体基板１を、反応容器内に保持する。半導体基板１の表面の温度が所定の温度、例えば、４００℃〜７００℃となるように反応容器内の温度を調節する。反応容器内を１００ｔｏｒｒまで減圧し、反応容器内にＧａ供給原料としてのＴＭＧ（トリメチルガリウム）と窒素源としてのＮＨ_３を、キャリアガスとしてのヘリウムガス又は水素ガスと共に供給して、所定の厚さのＧａＮ層をエピタキシャル成長させる。この後、いわゆる高温アニール処理を施すことが好ましい。これにより、ＧａＮの（１１−２０）面とβ―Ｇａ_２Ｏ_３の（０１０）面とがほぼ平行するようになる。

図４は、第１の実施の形態に係る半導体基板１のβ―Ｇａ_２Ｏ_３基板表面にＧａＮをエピタキシャル結晶成長させた場合における、ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向から見た、ＧａＮのＧａ原子３０及びＮ原子５０を線で結んで結晶格子を視覚化して表したもの、及び、β―Ｇａ_２Ｏ_３のＧａ原子３０及びＯ原子５０を線で結んで結晶格子を視覚化して表したものを重ねて図示したものである。また、図５は、β―Ｇａ_２Ｏ_３基板の（００１）面から見たＧａ原子３０及びＯ原子５０の配列状態を視覚化して図示したものである。

第２の実施の形態に係る半導体基板１０によれば、β―Ｇａ_２Ｏ_３とＧａＮの結晶のずれが生じていない。これは、第１の実施の形態に係る半導体基板１は、β―Ｇａ_２Ｏ_３の（１００）面の表面層の酸素が除去されているので、ＧａＮの格子定数がβ―Ｇａ_２Ｏ_３の格子定数に合致するように、ＧａＮ層のエピタキシャル成長が行なわれることによる。すなわち、ＧａＮの２単位格子でみれば、β―Ｇａ_２Ｏ_３のｂ軸、ｃ軸方向に並進性を満足すること、及び、併進の移動距離が横はβ―Ｇａ_２Ｏ_３のｃ軸の１倍、縦はβ―Ｇａ_２Ｏ_３のｂ軸の３倍となっている。

（第１及び第２の実施の形態の作用、効果）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体基板１、及び、この半導体基板１を用いて構成される本発明の第２の実施の形態に係る半導体基板１０の作用、効果を説明する。

図６は、ＧａＮ及びβ―Ｇａ_２Ｏ_３の格子定数を示す図である。ＧａＮ及びβ―Ｇａ_２Ｏ_３の結晶構造は全く異なっているが、縦・横の数値が近似している。例えば縦方向では、図示したように、ＧａＮの３．１８９とβ―Ｇａ_２Ｏ_３の３．０４は近似しているが、ミスマッチは４．７％である。また、横方向では、ＧａＮの５．５２とβ―Ｇａ_２Ｏ_３の５．８０は近似しているが、ミスマッチは５．１％である。面積で比較すると、３．１８９×５．５２と３．０４×５．８０でミスマッチは０．１６％である。

図７は、ＧａＮの格子とβ―Ｇａ_２Ｏ_３の格子像を合わせた状態を視覚化して表す図である。

β―Ｇａ_２Ｏ_３基板の格子の寸法は３．０４×５．８０である。一方、β―Ｇａ_２Ｏ_３基板の上に結晶成長するＧａＮのＧａ原子３０を線で結んで結晶格子を視覚化した６角形の縦横寸法は３．１８９×５．５２である。従って、上記したように、それぞれの格子定数は近似するものの、結晶成長する場合には格子不整合が起こり、良質なエピタキシャル結晶成長が困難である。

図８は、上記した従来のβ―Ｇａ_２Ｏ_３基板にＧａＮをエピタキシャル結晶成長させた場合における、ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向から見た、ＧａＮのＧａ原子３０及びＮ原子５０を線で結んで結晶格子を視覚化して表したもの、及び、β―Ｇａ_２Ｏ_３のＧａ原子３０及びＯ原子５０を線で結んで結晶格子を視覚化して表したものを重ねて図示したものである。また、図９は、β―Ｇａ_２Ｏ_３基板の（００１）面から見たＧａ原子３０及びＯ原子５０の配列状態を視覚化して図示したものである。

図８、９より、β―Ｇａ_２Ｏ_３基板の表面層のＯ原子５０が存在するため、ヘテロエピタキシャル成長となり基板界面では格子の不整合が生じやすい。

β―Ｇａ_２Ｏ_３基板の表面層のＯ原子５０は図５に示したように除去されており、ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向から見ると図４で示されるように、Ｇａ原子３０を線で結んで結晶格子を視覚化した６角形が明確になる。すなわち、１層のＧａ原子３０が６角形の頂点と中心に配置されていることがわかる。従って、このような状態でβ―Ｇａ_２Ｏ_３基板の表面にＧａＮをエピタキシャル結晶成長させると、β―Ｇａ_２Ｏ_３基板界面付近ではホモエピタキシャルに近い成長が得られ、良質なエピタキシャル結晶成長が可能となる。

以上から、第１及び第２の実施の形態によれば、次のような効果を有する。
（１）β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板上にＧａＮを結晶成長させる場合でも、転移密度が低い良質なエピタキシャル結晶成長が可能となる。
（２）β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板にＧａＮをヘテロエピタキシャル結晶成長させる場合、成長条件を最適化することにより転位密度を下げられる可能性がでてきた。これにより、レーザー用基板として大いに期待が持てることになった。
（３）本発明の実施の形態に係る半導体基板は、半導体デバイス、例えば、ＬＥＤ、レーザ等の発光素子を製造するための汎用的な半導体基板として使用でき、広範な用途として利用できる利点を有する。

（第２の実施の形態に係る半導体基板のレーザ発光素子への適用例）
図１０は、第２の実施の形態に係る半導体基板１０を半導体レーザへ適用した場合の半導体レーザ１０１の模式的斜視図である。半導体レーザ１０１は、β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板１０と、基板１０の上にウルツ鉱型構造のＧａＮ系化合物の（０００１）面が成長して形成されたエピタキシャル層１１１と、活性領域１１２の両端にエピタキシャル層１１１の劈開面である共振器端面１１３が形成されたレーザ共振器とを有する。

尚、β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板１０は、上記のようにβ―Ｇａ_２Ｏ_３単結晶からなることを基本とするが、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎからなる群から選ばれる１種以上を添加したＧａを主成分とした酸化物で構成してもよい。これらの元素を添加することにより、格子定数あるいはバンドギャップエネルギーを制御することができる。例えば、ＡｌとＩｎの元素を添加することにより、（ＧａｘＡｌｙＩｎ（１−ｘ−ｙ））_２Ｏ_３（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる半導体基板を得ることができる。

半導体レーザ１０１は、図１０に示すように、β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板１０の（１００）面上に、ｎ−ＧａＮ層１２２、ｎ−ＩｎＧａＮ層１２３、ｎ−ＡｌＧａＮ層１２４、ｎ−ＧａＮ層１２５、ＩｎＧａＮＭＱＷ１２６、ｐ−ＡｌＧａＮ層１２７、ｐ−ＧａＮ層１２８、ｐ−ＡｌＧａＮ層１２９、及び、ｐ−ＧａＮ層１３０がエピタキシャル層１１１として形成されている。また、基板１０のエピタキシャル層１１１が形成されていない側の面にｎ電極１３１、その反対側の面にｐ電極１３２が形成されている。尚、エピタキシャル層１１１は、上記の各層の全部または一部を有して構成されるものである。

上記において、主に、ｎ−ＧａＮ層１２２はコンタクト層、ｎ−ＩｎＧａＮ層１２３はクラッド層、ｎ−ＡｌＧａＮ層１２４は下地層、ｎ−ＧａＮ層１２５はガイド層、ＩｎＧａＮＭＱＷ１２６は発光層、ｐ−ＡｌＧａＮ層１２７はキャップ層、ｐ−ＧａＮ層１２８はガイド層、ｐ−ＡｌＧａＮ層１２９はクラッド層、及び、ｐ−ＧａＮ層１３０はコンタクト層として機能する。

ｐ電極１３２は、図１０に示すように、ストライプ型の電極とされ、ストライプ幅により電流狭窄の範囲を規定することにより活性領域１１２の範囲を設定している。

ここで、図１０に示すように、β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板１０の（１００）面にエピタキシャル層１１１が平行に形成されるが、基板１０の（００１）面は（１００）面と１０３．７°の角度を成している。従って、基板１０の劈開面である（００１）面とエピタキシャル層１１１の劈開面である（１−１００）面とは、上記の１０３．７°に対応した角度を有するが、劈開性に特に問題は生じない。

半導体レーザ１０１のレーザ共振器は、活性領域１１２を含むエピタキシャル層１１１の（１−１００）面、すなわち、エピタキシャル層１１１の両端の劈開面を共振器端面１１３として形成されている。

尚、図示は省略するが、上記の半導体レーザ１０１は、ｎ電極１３１及びｐ電極１３２にワイヤボンディング等により電流供給のための配線が施され、実装のためのパッケージングが施される。
（レーザ発光素子への適用の効果）

第２の実施の形態に係る半導体基板をレーザ発光素子へ適用する場合、以下に示す効果を有する。
（１）β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板１０の（１００）面にＧａＮ系化合物の（０００１）面を成長させているので、劈開面がほぼ同じ方向の面となる。よって劈開を利用して、容易に良質な共振器端面１１３が得られる。
（２）β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板１０は、導電性を有するので電極をエピタキシャル層１１１の側とそれと反対側の基板１０に設けた垂直構造とすることが可能となるので、半導体レーザの簡易的な製造プロセスにより作製することが可能となる。
（３）β―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板１０は、ＧａＮと熱膨張率が非常に近いため、プロセス中の基板１０の反りの影響が少なく、基板１０の全体に亘って均一なエピタキシャル層１１１が得られ歩留まりが向上する。

以上から、従来技術で実施されている、例えば、サファイア基板をレーザリフト法により除去してＳｉ基板等へ貼りかえる必要等がなく、劈開を利用して簡易な製造プロセスにより精度のよいレーザ共振器が形成された半導体レーザが可能となる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る面方位を規定した半導体基板の外観斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の半導体基板の（１００）面の部分を拡大して結晶構造を示す図である。図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体基板１０を示す図であり、第１の実施の形態に係る半導体基板１上に、ＧａＮをエピタキシャル結晶成長させた場合の結晶成長方位を示す図であり、Ｇａ_２Ｏ_３のｂ軸方向から見た図である。同様に、図２（ｂ）は、ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向から見た図（図２（ａ）の上方向から見た図）である。図３は、ウルツ鉱型構造のＧａＮの結晶構造、（ａ）Ｇａ面及び（ｂ）窒素面を示す図であり、Ｇａ（ガリウム）原子３０及びＮ（窒素）原子５０から構成されていることを表わす図である。図４は、第１の実施の形態に係る半導体基板１のβ―Ｇａ_２Ｏ_３基板表面にＧａＮをエピタキシャル結晶成長させた場合における、ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向から見た、ＧａＮのＧａ原子３０及びＮ原子５０を線で結んで結晶格子を視覚化して表したもの、及び、β―Ｇａ_２Ｏ_３のＧａ原子３０及びＯ原子５０を線で結んで結晶格子を視覚化して表したものを重ねて図示したものである。図５は、β―Ｇａ_２Ｏ_３基板の（００１）面から見たＧａ原子３０及びＯ原子５０の配列状態を視覚化して図示したものである。図６は、ＧａＮ及びβ―Ｇａ_２Ｏ_３の格子定数を示す図である。図７は、ＧａＮの格子とβ―Ｇａ_２Ｏ_３の格子像を合わせた状態を視覚化して表す図である。図８は、上記した従来のβ―Ｇａ_２Ｏ_３基板にＧａＮをエピタキシャル結晶成長させた場合における、ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向から見た、ＧａＮのＧａ原子３０及びＮ原子５０を線で結んで結晶格子を視覚化して表したもの、及び、β―Ｇａ_２Ｏ_３のＧａ原子３０及びＯ原子５０を線で結んで結晶格子を視覚化して表したものを重ねて図示したものである。図９は、β―Ｇａ_２Ｏ_３基板の（００１）面から見たＧａ原子３０及びＯ原子５０の配列状態を視覚化して図示したものである。図１０は、第２の実施の形態に係る半導体基板１０を半導体レーザへ適用した場合の半導体レーザ１０１の模式的斜視図である。

符号の説明

１、１０半導体基板
３０Ｇａ（ガリウム）原子
４０Ｏ（酸素）原子
５０Ｎ（窒素）原子
１０１半導体レーザ
１１１エピタキシャル層
１１２活性領域
１１３共振器端面
１２２ｎ−ＧａＮ層
１２３ｎ−ＩｎＧａＮ層
１２４ｎ−ＡｌＧａＮ層
１２５ｎ−ＧａＮ層
１２６ＩｎＧａＮＭＱＷ
１２７ｐ−ＡｌＧａＮ層
１２８ｐ−ＧａＮ層
１２９ｐ−ＡｌＧａＮ層
１３０ｐ−ＧａＮ層
１３１ｎ電極
１３２ｐ電極

Claims

所定の面方位である（１００）面を有し、前記（１００）面の表面層の酸素が除去されたことを特徴とするβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板。
所定の面方位である（１００）面の表面層の酸素が除去され、前記酸素が除去された（１００）面上に、ウルツ鉱型構造のＧａＮが前記ＧａＮのｃ軸＜０００１＞又は＜０００―１＞方向に成長して形成されたエピタキシャル層を有することを特徴とするβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板。
所定の面方位である（１００）面を有するβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる基板を準備する基板準備工程と、
前記基板の前記所定の面方位である（１００）面の表面層の酸素を除去する酸素除去工程と、
を有することを特徴とするβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板の製造方法。
前記酸素除去工程は、１気圧以下の雰囲気中において熱処理することを特徴とする請求項３に記載のβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板の製造方法。
前記酸素除去工程は、低温、Ｈ_２雰囲気中において熱処理することを特徴とする請求項３に記載のβ―Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶からなる半導体基板の製造方法。