WO2003072856A1 - Procede de production de semi-conducteur a base d'un compose nitrure du groupe iii - Google Patents

Procede de production de semi-conducteur a base d'un compose nitrure du groupe iii Download PDF

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group iii
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nitride compound
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Kazuki Nishijima
Masanobu Senda
Toshiaki Chiyo
Jun Ito
Naoki Shibata
Toshimasa Hayashi
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Toyoda Gosei Co., Ltd.
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    • H01L21/02647—Lateral overgrowth

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a group III nitride compound semiconductor.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a group III nitride compound semiconductor using lateral epitaxial growth (ELO) growth, a group III nitride compound semiconductor device, and a group III nitride compound semiconductor substrate.
  • the group III nitride-based compound semiconductors are, for example, binary systems such as A1N, GaN, and InN, Al.Ga ⁇ N, Al x Into X N, and GaJn ⁇ (all 0 ⁇ ⁇ 1).
  • Al x Ga y I ni which includes the ternary system of Al x Ga y In xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) Some are represented by _ x _ y N (0 ⁇ x ⁇ l, 0 ⁇ y ⁇ l, 0 ⁇ x + y ⁇ l).
  • a group III nitride-based compound semiconductor is simply referred to as a conduction type!
  • the expression also includes group III nitride-based compound semiconductors doped with an impurity for the) -type or n-type. Background technology>
  • Group III nitride-based compound semiconductors are, for example, light-emitting devices, which are direct-transition semiconductors whose emission spectrum ranges from ultraviolet to red, and include light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs). It is applied to light emitting devices.
  • LEDs light-emitting diodes
  • LDs laser diodes
  • the bandgap is wide, stable operation can be expected at higher temperatures than devices using other semiconductors, and applications to transistors such as FETs have been actively developed.
  • As arsenic
  • development of various semiconductor devices in general is expected from an environmental point of view.
  • a sapphire is usually used as a substrate and is formed thereon.
  • a mask is formed on a part of the upper surface to form a group III nitride-based compound semiconductor.
  • III-nitride compound semiconductor with few threading dislocations on top of the mask by vertical and lateral epitaxy growth of the group III nitride compound semiconductor from the area where no mask is formed
  • the technique described in the publication requires that the group III nitride compound semiconductor be grown twice with the mask formed therebetween. . Further, in the technology described in the publication, a group III nitride-based compound semiconductor with good adhesion is not formed on the upper portion of the mask-formed portion. A space is easily generated between the element and the element, and when the element is separated in a later step, peeling, cracking, or chipping occurs at the part where the space is generated.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and a group III nitride-based compound semiconductor layer in which threading dislocations are suppressed is formed in a small number of steps as a whole, and peeling, cracking, and chipping are caused. It is intended to provide a semiconductor element in which the occurrence of blemishes hardly occurs.
  • a method for producing a Group III nitride-based compound semiconductor in which a Group III nitride-based compound semiconductor is grown on a sapphire substrate via an A1N buffer layer includes a step of modifying at least a part of the surface of the sapphire substrate by dry etching, a step of forming an A1N buffer layer on the modified sapphire substrate, and a step of forming a desired group III nitride-based material.
  • the sapphire substrate surface is modified in the form of dots, stripes, grids, or other islands on the plane.
  • the sapphire substrate is etched by the reforming process, and its depth is desirably less than the thickness of the A1N buffer layer.
  • the sapphire substrate is a substrate having the A surface as a main surface.
  • a group III nitride-based compound semiconductor device can be formed by forming a group III nitride-based compound semiconductor and then stacking a different group III nitride-based compound semiconductor layer thereon.
  • a group III nitride-based compound semiconductor substrate can be obtained by removing substantially all parts other than the group II nitride-based compound semiconductor grown vertically and horizontally in the epitaxial direction.
  • a technique for laterally epitaxially growing a group III nitride compound semiconductor by providing a step or surface roughness on the substrate surface has been proposed.
  • the present inventors have found a method of manufacturing a group III nitride-based compound semiconductor which is particularly effective by combining a layer and a method of forming the layer.
  • the surface modification of the sapphire substrate does not need to form a step as large as 0.1 ⁇ , but can be achieved by etching in a very short time.
  • the epitaxial growth of the group III nitride compound semiconductor can be performed continuously from the vertical and horizontal epitaxial growth on the A1N buffer layer, and the A1N buffer layer is formed by reactive sputtering.
  • 1 (a) to 1 (i) are cross-sectional views showing steps for manufacturing a group III nitride-based compound semiconductor according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 2 (a) is a photograph of the RHEED image of the A1N layer 4a formed on the unmodified part of the sapphire substrate
  • Figure 2 (b) is the sapphire substrate after the modification. It is a photograph figure of the RHEED image of A1N layer 4b formed on the part.
  • the group III nitride-based compound semiconductor of the present invention was produced by vapor phase growth by metalorganic compound vapor phase epitaxy (hereinafter, referred to as “M0VPE”).
  • the gases used were ammonia (NH 3 ), carrier gas (3 ⁇ 4 or N 2 ), trimethyl gallium (Ga (CH 3 ) 3 , hereinafter referred to as “TMG”) and trimethyl aluminum (A1 (CH 3 )). 3 , hereinafter referred to as “TMA”), trimethylindium (In (CH 3 ) 3 , hereinafter referred to as “TMI”), cyclopentagenenyl magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 , hereinafter referred to as “Cp 2 Mgj).
  • the A surface cleaned by organic cleaning was used as the main surface, that is, the crystal growth surface, and a single-crystal sapphire substrate 1 was vapor-deposited with a 50 nm thick Ni film 2 (FIG. 1 (a)).
  • a photoresist 3 was coated, and a pattern jungle was formed on the A surface, that is, on the flat surface in a stripe shape by photolithography. The patterning was performed so that the width and the interval of the photoresist 3 were both 5 / xm and the direction perpendicular to the c-axis of the sapphire substrate 1 (Fig.
  • a high-purity metallic aluminum was used as a target, and a buffer layer 4 made of A1N was formed by a reactive sputtering method in a nitrogen gas.
  • the buffer layer was formed to a thickness of about 60 nm on the entire surface of the A surface of the sapphire substrate (Fig. 1 (g)).
  • FIG. 2 (a) shows an RHEED image of the A1N layer 4a formed on the unmodified portion of the sapphire substrate. Polycrystalline spots are observed.
  • FIG. 2 (b) shows an RHEED image of the A1N layer 4b formed on the modified portion of the sapphire substrate. No spot was observed.
  • the A1N layer 4a formed on the unmodified portion of the sapphire substrate functions as a buffer layer, but the A1N layer 4a formed on the modified portion of the sapphire substrate. Since the layer 4b does not function as a buffer layer, the nuclei of the group III nitride-based compound semiconductor are not generated when epitaxy of the group III nitride-based compound semiconductor is performed thereafter. As a result, vertical and horizontal growth can be achieved around the A1N layer 4a formed on the unmodified portion of the sapphire substrate.
  • the temperature of the sapphire substrate 1 was maintained at 1100 ° C with a MOCVD device, and was introduced at 20 L / min, ⁇ 3 was introduced at 10 L / min, and TMG was introduced at 5 / imol / min to modify the sapphire substrate.
  • a GaN layer 5 was formed by vertical and horizontal epitaxy (FIG. 1 (h)) centering on the A1N layer 4a formed on the untreated portion (FIG. 1 (i)). Since the A1N layer 4b formed on the modified portion of the sapphire substrate does not function as a buffer layer for growing the GaN layer 5, the GaN layer 5b may be grown depending on the growth from the A1N layer 4b. Is not formed, but is in close contact with the GaN layer 5 formed by vertical and horizontal epitaxy around the A1N layer 4a formed on the unmodified portion of the sapphire substrate. [A1N buffer layer by MO CVD]
  • the formation of the group III nitride semiconductors after the formation of the A1N buffer layer by the reactive sputtering had a significantly different effect from the case where they were replaced with other ones. Also, in the surface modification, it was not necessary to use long-time etching or dicing to generate a step, and it was achieved in an extremely short time. Further, the A1N layer 4b above the modified portion of the sapphire substrate is made of GaN formed by vertical and lateral epitaxy around the A1N layer 4a above the unmodified portion. Since it was in close contact with layer 5, no separation, cracking or chipping occurred during element separation by dicing and scribing.
  • the sapphire substrate is subjected to the modification process in a stripe shape on the plane, but the modification process may be partially applied to the sapphire substrate.
  • the surface may be subjected to the modification treatment in the form of dots, stripes, grids, or other islands.
  • M0CVD Metalorganic vapor phase epitaxy
  • M0VPE molecular beam vapor phase epitaxy
  • Halide VPE halide vapor phase epitaxy
  • LPE liquid A phase growth method
  • the thickness of the buffer layer formed by sputtering is not particularly limited, but is preferably 5 to 300 nm. More preferably, it is 10 to 120 nm, most preferably 30 to 90 nm.
  • the etching depth for modifying the surface of the sapphire substrate is not particularly limited, but is preferably 0.5 nm or more and the thickness of the A1N buffer layer 4 or less. More preferably, the thickness of the A1N buffer layer 4 is 1 Z 2 or less, most preferably 1 It is as follows.
  • a part of the composition of the group III element can be replaced by boron (B), thallium (T1), or nitrogen (
  • B boron
  • T1 thallium
  • the present invention can be applied substantially even if a part of the composition of N) is replaced with phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi). Further, those elements may be doped to such an extent that they cannot be displayed in composition.
  • n-type group III nitride compound semiconductor layer When forming an n-type group III nitride compound semiconductor layer, a group IV element or a group VI element such as Si, Ge, Se, Te, and C can be added as an n-type impurity. Further, as a p-type impurity, a group II element or a group IV element such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, and Ba can be added. A plurality of these may be doped, or an n-type impurity and a p-type impurity may be doped in the same layer.
  • the etching mask for the surface modification of the sapphire A surface may be any as long as it can be removed without affecting the A1N buffer layer.
  • Ni, Ti, a metal such as Al, silicon oxide (Si0 2), silicon nitride (Si 3 N 4), titanium oxide (TiO x), oxides such as zirconium oxide (ZrO x), nitrides, these multilayer A membrane can be used.
  • These film formation methods are optional, in addition to vapor phase growth methods such as vapor deposition, sputtering, and CVD.
  • a semiconductor element such as a FET or a light-emitting element can be formed on the entire group III nitride-based compound semiconductor having the above-described region where threading dislocation is suppressed, or on the whole or above the region where threading dislocation is suppressed.
  • the light-emitting layer can be of a multiple quantum well structure (MQW), a single quantum well structure (SQW), a homostructure, a heterostructure, or a double heterostructure. Or: It may be formed by a pn junction or the like.
  • the above-described group III nitride-based compound semiconductor having a region in which threading dislocation is suppressed can be used as a group III nitride-based compound semiconductor substrate by removing, for example, the sapphire substrate 1 and the A1N buffer layer 4. That is, a group III nitride-based compound semiconductor substrate can be obtained by removing substantially all except the group III nitride-based compound semiconductor grown vertically and horizontally in the epitaxial direction. On this, a group III nitride compound semiconductor which is the same as or different from the already formed group III nitride compound semiconductor is further laminated and formed. Thus, an in-group nitride-based compound semiconductor device can be obtained.
  • the above-described group II nitride-based compound semiconductor substrate can be used as a substrate for forming a larger group II nitride-based compound semiconductor crystal.
  • the removal method is optional in addition to the mechanochemical polishing.
  • the sapphire substrate 1 and the A1N buffer layer 4 were not removed, and the group III nitride-based compound semiconductor formed in the present embodiment was replaced with a group III-based compound semiconductor which was the same as or different from the group III nitride-based compound semiconductor already formed.
  • a group III nitride-based compound semiconductor device can be obtained by further laminating nitride-based compound semiconductors.
  • a region having a small number of threading dislocations is formed by substrate processing, a region having a small number of threading dislocations is formed above a region having a large number of threading dislocations by using various lateral epitaxy growths proposed.
  • Forming is also included in the present invention.
  • a mask is formed in a region of a group III nitride-based compound semiconductor layer having a large number of threading dislocations, and a surface of a region with a small number of threading dislocations is not formed.
  • a group II nitride-based compound semiconductor layer having a small number of threading dislocations as a whole can be obtained.
  • the second lateral epitaxal growth above the high threading dislocation region is optional.

Description

明 細 書 in族窒化物系化合物半導体の製造方法
<技術分野 >
本発明は、 III 族窒化物系化合物半導体の製造方法に関する。 特に、 横方向ェ ピタキシャル成長 （E L O ) 成長を用いる、 III 族窒化物系化合物半導体の製造 方法並びに III族窒化物系化合物半導体素子及び III族窒化物系化合物半導体基 板に関する。 尚、 III族窒化物系化合物半導体とは、 例えば A1N、 GaN、 InNのよ うな 2元系、 Al.Ga^N, AlxInト XN、 GaJn^ (いずれも 0 < χ< 1) のような 3元系、 AlxGayInト x yN (0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < x+y < 1 ) の 4元系を包括した一般式 AlxGayIni_x_yN (0≤x≤l, 0≤y≤l, 0≤x+y≤l) で表されるものがある。 なお、 本 明細書においては、 特に断らない限り、 単に III族窒化物系化合物半導体と言う 場合は、 伝導型を！)型あるいは n型にするための不純物がドープされた III族窒 化物系化合物半導体をも含んだ表現とする。 ぐ背景技術 >
III 族窒化物系化合物半導体は、 例えば発光素子とした場合、 発光スぺク トル が紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイォード（LED) やレーザダイオード（LD)等の発光素子に応用されている。 また、 そのバンドギヤ ップが広いため、 他の半導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を期 待できることから、 F E T等トランジスタへの応用も盛んに開発されている。 ま た、 ヒ素 (As)を主成分としていないことで、 環境面からも様々な半導体素子一般 への開発が期待されている。 この ΠΙ族窒化物系化合物半導体では、 通常、 サフ アイァを基板として用い、 その上に形成している。
この際、 サファイア基板上に III族窒化物系化合物半導体を形成すると、 サフ アイァと III族窒化物系化合物半導体との格子定数のミスフィ ッ トにより転位が 発生し、 このため素子特性が良くないという問題がある。 このミスフィ ッ トによ る転位は半導体層を縦方向 （基板面に垂直方向） に貫通する貫通転位であり、 III 族窒化物系化合物半導体中に 109crir2程度の転位が伝搬してしまうという問題が ある。 これは組成の異なる III族窒化物系化合物半導体各層を積層した場合に最 上層まで伝搬する。 これにより例えば発光素子の場合、 L Dの閾値電流、 L D及 び L E Dの素子寿命などの素子特性が良くならないという問題があった。 また、 他の半導体素子としても、 欠陥により電子が散乱することから、 移動度 （モピリ ティ） の低い半導体素子となるにとどまっていた。 これらは、 他の基板を用いる 場合も同様であった。
そこで例えば、 基板にバッファ層を介して又は介さないで、 I II 族窒化物系化 合物半導体層を一旦形成した後、 その上面の一部にマスクを形成して III族窒化 物系化合物半導体が縦方向ェピタキシャル成長できないようにし、 マスクを形成 していない部分からの III族窒化物系化合物半導体の縦及び横方向ェピタキシャ ル成長により、 マスク上部に貫通転位の少ない III族窒化物系化合物半導体層を 形成する方法が提案されている。
しかし、 III 族窒化物系化合物半導体成長とマスク形成とでは異なる装置を用 いるため、 当該公報記載の技術では、 マスク形成を挟んで III族窒化物系化合物 半導体成長を 2度行う必要があった。 更に、 当該公報記載の技術では、 マスク形 成した部分の上部には付着性良く III族窒化物系化合物半導体が形成されないた め、 その上部に形成された III族窒化物系化合物半導体層とマスクとの間に空間 が発生しやすく、 後の工程において素子に分離する際に、 その空間が発生した部 分で剥離、 割れ、 欠けを生ずる。
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、 全体としょり少ない 工程で、 貫通転位の抑制された III族窒化物系化合物半導体層を形成し、 且つ、 剥離、 割れ、 欠けが発生し難い半導体素子を提供するものである。 く発明の開示 >
本発明によれば、 サファイア基板の上に A1Nバッファ層を介して III族窒化物 系化合物半導体を成長させる ΠΙ族窒化物系化合物半導体の製造方法が提供され、 当該製造方法は、 ドライエッチングによりサファイア基板の表面の少なくとも一 部を改質処理する工程と、 A1Nバッファ層を改質処理後のサファイア基板の上に 形成する工程と、 所望の III族窒化物系化合物半導体を、 サファイア基板の改質 処理されなかった表面に形成された A1Nバッファ層を核として、 A1Nバッファ層 上に、縦及び横方向ェピタキシャル成長させる工程とを有し、 A1Nバッファ層は、 A1をターゲットとし、窒素雰囲気化で行う反応性スパッタリング法により形成さ れる。
サファイア基板表面の改質処理は、 その平面上において点状、 ストライプ状、 格子状等の島状に行われることが望ましい。 また、 改質処理によりサファイア基 板がエッチングされるが、 その深さは A1Nバッファ層の厚さ以下が望ましい。 さ らに、サファイア基板は A面を主面とする基板であることが望ましい。 また、 III 族窒化物系化合物半導体を形成した後、 その上に異なる ΙΠ族窒化物系化合物半 導体層を積層することにより III族窒化物系化合物半導体素子を形成することが できる。 加えて、 縦及び横方向ェピタキシャル成長した II I族窒化物系化合物半 導体以外の部分を略全部除去することにより、 III 族窒化物系化合物半導体基板 を得ることができる。
基板表面に段差或いは表面荒れ等を設けて、 III 族窒化物系化合物半導体を横 方向ェピタキシャル成長させる技術は提案されているが、 その後の検討にて下記 の通り、 基板と基板面及ぴバッファ層とその形成方法の組み合わせにより特に効 果の著しい III族窒化物系化合物半導体の製造方法を見いだしたものである。 本 願発明によればサファイア基板の表面改質は、 0. Ι μ πιもの段差を形成する必要は まるでなく、 極めて短時間のエッチングにより達成される。 また、 本願発明によ れば、 III族窒化物系化合物半導体のェピタキシャル成長は、 A1Nバッファ層上の 縦及び横ェピタキシャル成長から連続して行うことができ、 当該 A1Nバッファ層 は反応性スパッタリングにより形成するので、 ΙΠ 族窒化物系化合物半導体成長 装置に基板を装着した後は、 一貫した III族窒化物系化合物半導体成長を行うこ とができる。 よって、 全体としてより少ない工程で、 貫通転位の抑制された III 族窒化物系化合物半導体層を形成することができる。 <図面の簡単な説明 >
図 1 (a) から図 1 ( i ) は、 本発明の一実施例に係る III族窒化物系化合物 半導体の製造工程を示す断面図である。
図 2 (a) は、 サファイア基板の改質処理されていない部分の上に形成された A1N層 4 aの RHE ED像の写真図、 図 2 (b) は、 サファイア基板の改質処理 された部分の上に形成された A1N層 4 bの RHE ED像の写真図である。
<発明を実施するための最良の形態 >
本発明の III 族窒化物系化合物半導体は、 有機金属化合物気相成長法 （以下 「M0VPE」 と示す） による気相成長により製造された。 用いられたガスは、 アンモ -ァ（NH3)とキヤリァガス（¾又は N2)と トリメチルガリゥム（Ga(CH3)3,以下「TMG」 と記す） と トリメチルアルミニウム （A1(CH3)3, 以下 「TMA」 と記す）、 トリメチ ルインジウム (In(CH3)3, 以下 「TMI」 と記す）、 シクロペンタジェニルマグネシ ゥム （Mg(C5H5)2、 以下 「Cp2Mgj と記す） である。
<実施例 >
有機洗浄により洗浄した A面を主面、 すなわち結晶成長の面とし、 単結晶のサ ファイア基板 1に蒸着により Ni膜 2を 50nm蒸着させた （図 1 (a))。 次にフォ トレジスト 3をコーティングし、 フォトリソグラフィ一により A面上に、 即ち平 面上にストライプ状にパターユングを施した。 パター-ングはフォトレジスト 3 の幅と間隔をともに 5/xmとし、サファイアの基板 1の c軸に垂直方向とした（図
1 (b))。
次に酸により、 フォトレジスト 3を除去した部分の Ni 膜 2を除去した （図 1 (c))。 その後、 有機洗浄にてフォトレジスト 3を除去した。 こうして、 幅と間 隔がともに 5 μ mで、 サファイアの基板 1の c軸に垂直方向の Ni膜 2のエツチン グマスクが形成された （図 1 (d))。
次に、 Ar中、 ドライエッチングによりサファイア基板 1を 5分間、 エッチング した （図 1 (e))。 この後、 Ni 膜 2のエッチングマスクを除去した。 このとき、 サファイア基板 1のエッチングマスクを形成していない部分は、 エッチングマス クを形成した部分に比べて約 2nmの段差が生じていた。 こうして、 サファイア基 板の A面上に、 改質されていない部分と、 エッチングにより原子オーダーで改質 処理された部分 SMが形成された （図 1 ( f ))。
次に、 D Cマグネトロンスパッタ装置を用いて、 高純度金属アルミニウムをタ ーゲットとし、 窒素ガス中でリアタティプスパッタ法により A1Nから成るバッフ ァ層 4を形成した。バッファ層は、サファイア基板の A面上全面に約 60nmの厚さ で形成された （図 1 (g))。
図 2 ( a ) に、 サファイア基板の改質処理されていない部分の上に形成された A1N層 4 aの RHE ED像を示す。多結晶のスポットが観測される。これに対し、 図 2 (b ) に、 サファイア基板の改質処理された部分の上に形成された A1N層 4 bの RHE ED像を示す。 スポットは観測されていない。 このように、 サフアイ ァ基板の改質処理されていない部分の上に形成された A1N層 4 aは、 バッファ層 として機能するが、 サファイア基板の改質処理された部分の上に形成された A1N 層 4 bは、 バッファ層として機能しないため、 この後に III族窒化物系化合物半 導体のェピタキシャル成長を行う際、 III 族窒化物系化合物半導体の核が発生し ない。 これにより、 サファイア基板の改質処理されていない部分の上に形成され た A1N層 4 aを中心に縦及び横方向成長が可能となる。
次に、 MOCVD装置で、 サファイア基板 1の温度を 1100°Cに保持し、 を 20L/min、 丽3を 10L/min、 TMGを 5/i mol/minで導入して、 サファイア基板の改質 処理されていない部分の上に形成された A1N層 4 aを中心に縦及び横方向ェピタ キシャル成長 （図 1 (h)) により GaN層 5を形成した （図 1 ( i ))。 尚、 サファ ィァ基板の改質された部分の上に形成された A1N層 4 bは GaN層 5成長のための バッファ層としては機能しないので、 A1N層 4 bからの成長によっては GaN層 5 は形成されないが、 サファイア基板の改質処理されていない部分の上に形成され た A1N層 4 aを中心に縦及び横方向ェピタキシャル成長により形成される GaN層 5と密着している。 〔MO C V Dによる A1Nバッファ層〕
上記実施例に対し、 A1Nバッファ層 4を TMAと NH3による M0CVD法で形成した場 合は、 サファイア基板の改質処理した部分の A1Nバッファ層上部にも GaN層 5が 直接ェピタキシャル成長により形成され、 効率的な選択成長ができず、 貫通転位 を抑制することはできなかつた。
このように、 反応スパッタリングによる A1Nバッファ層形成後の III族窒化物 半導体の形成は、 それらを他のものと置き替えた場合とは著しく異なる効果を有 することが明らかとなった。 また、 表面改質においては、 段差を生じさせるよう な長時間のエッチングやダイシングを用いる必要はなく、 極めて短時間に達成で きた。 更に、 サファイア基板の改質処理された部分の上部の A1N層 4 bは、 改質 処理されていない部分の上部の A1N層 4 aを中心に縦及ぴ横方向ェピタキシャル 成長により形成される GaN層 5と密着しているので、 ダイシングゃスクライブ等 による素子分離の際も、 剥離、 割れ、 欠けは発生しなかった。
また、 上記実施例において、 サファイア基板はその平面上においてストライプ 状に改質処理が施されたが、 改質処理は部分的にサファイア基板に施されれば良 い。 例えば、 その平面上において点状、 ストライプ状、 格子状等の島状に改質処 理を施せばよい。
上記の発明の実施の形態としては、次の中からそれぞれ選択することができる。 III 族窒化物系化合物半導体層を形成する方法としては有機金属気相成長法 (M0CVD又は M0VPE) が好ましいが、分子線気相成長法 （MBE)、 ハライド気相成長 法 （Halide VPE)、 液相成長法 （LPE) 等を用いても良く、 各層を各々異なる成長 方法で形成しても良い。
スパッタリングによるバッファ層の厚さは特に限られないが、 5〜300nmが望ま しい。 さらに望ましくは、 10〜120nmが望ましく、 最も望ましくは、 30~90nmで ある。 また、 サファイア基板の表面改質のためのエッチングの深さも特に限られ ないが、 0. 5nm以上が望ましく、 且つ、 A1Nバッファ層 4の厚さ以下が望ましい。 更に望ましくは A1Nバッファ層 4の厚さの 1 Z 2以下、 最も望ましくは 1ノ1 0 以下である。
横方向ェピタキシャル成長させる層、 及び z又は上層の in族窒化物系化合物 半導体は、 III族元素の組成の一部は、ボロン（B)、タリウム（T1)で置き換えても、 また、 窒素 (N)の組成一部をリン（P)、 ヒ素（As)、 アンチモン（Sb)、 ビスマス（Bi) で置き換えても本発明を実質的に適用できる。 また、 これら元素を組成に表示で きない程度のドープをしたものでも良い。
n型の III族窒化物系化合物半導体層を形成する場合には、 n型不純物として、 Si、 Ge、 Se、 Te、 C等 IV族元素又は VI族元素を添加することができる。 また、 p型不純物としては、 Zn、 Mg、 Be、 Ca、 Sr、 Ba等 II族元素又は IV族元素を添加 することができる。 これらを複数或いは n型不純物と p型不純物を同一層にドー プしても良い。
サファイアの A面の表面改質のためのエッチングマスクは、 A1N バッファ層に 影響を与えることなく除去可能なものであれば良い。例えば Ni、Ti、Al等の金属、 酸化珪素（Si02)、 窒化珪素（Si3N4)、 酸化チタン（TiOx)、 酸化ジルコニウム（ZrOx) 等の酸化物、 窒化物、 これらの多層膜をもちいることができる。 これらの成膜方 法は蒸着、 スパッタ、 C V D等の気相成長法の他、 任意である。
上記の貫通転位の抑制された領域を有する III族窒化物系化合物半導体の、 全 体或いは貫通転位の抑制された領域を中心としてその上部に F E T、 発光素子等 の半導体素子を形成することができる。 発光素子の場合は、 発光層は多重量子井 戸構造 （MQW)、 単一量子井戸構造 （S QW) の他、 ホモ構造、 ヘテロ構造、 ダ プルへテロ構造のものが考えられるが、 p i n接合或いは: p n接合等により形成 しても良い。
上述の、 貫通転位の抑制された領域を有する III族窒化物系化合物半導体を、 例えばサファイア基板 1、 A1Nバッファ層 4を除去して、 III族窒化物系化合物半 導体基板とすることができる。 即ち、 縦及ぴ横方向ェピタキシャル成長した III 族窒化物系化合物半導体以外を略全部除去することにより、 III 族窒化物系化合 物半導体基板を得ることができる。 この上に、 すでに形成された III族窒化物系 化合物半導体と同じ又は異なる III族窒化物系化合物半導体をさらに積層形成し て、 in族窒化物系化合物半導体素子を得ることができる。 また、 上記 I II族窒 化物系化合物半導体基板を、 より大きな II I族窒化物系化合物半導体結晶を形成 するための基板として用いることができる。 除去方法としては、 メカノケミカル ポリッシングの他、 任意である。 さらに、 サファイア基板 1、 A1Nバッファ層 4 を除去せず、 本実施例で形成された I I I族窒化物系化合物半導体上に、 すでに形 成された III族窒化物系化合物半導体と同じ又は異なる III族窒化物系化合物半 導体をさらに積層形成して、 III 族窒化物系化合物半導体素子を得ることができ る。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、 本発明の精神と範 囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にと つて明らかである。
本出願は、 2002年 2月 28日出願の日本特許出願 （特願 2002— 055094) に基づ くものであり、 その内容はここに参照として取り込まれる。
<産業上の利用可能性 >
本発明の適用として、 基板処理により貫通転位の少ない領域を形成したのち、 更に様々に提案されている横方向ェピタキシャル成長を利用して、 貫通転位の多 い領域上部に貫通転位の少ない領域を形成することも本発明に包含される。 例え ば本発明により貫通転位の少ない領域と多い領域を有する Ι Π族窒化物系化合物 半導体層の、 貫通転位の多い領域にマスクを形成し、 マスクを形成していない貫 通転位の少ない領域表面を核としてマスク上部を横方向ェピタキシャル成長によ り覆うことで、 全体として貫通転位の少ない I II族窒化物系化合物半導体層を得 ることができる。 その他、 貫通転位の多い領域上部での第 2の横方向ェピタキシ ャル成長は任意である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . サファイア基板の上に A1Nバッファ層を介して III族窒化物系化合物 半導体を成長させる III族窒化物系化合物半導体の製造方法であって、
ドライエッチングにより前記サファイア基板の表面の少なくとも一部を改質 処理する工程と、
前記 A1Nバッファ層を、 前記改質処理後の前記サファイア基板の上に、 A1を ターゲットとし、 窒素雰囲気化で行う反応性スパッタリング法により形成するェ 程と、
前記 III族窒化物系化合物半導体を、 前記サファイア基板の改質処理されな かった表面に形成された前記 A1Nバッファ層を核として、 前記 A1Nバッファ層上 に、 縦及び横方向ェピタキシャル成長させる工程とを有する III族窒化物系化合 物半導体の製造方法。
2 . 前記サファイア基板は、 A面を主面とする基板である、 請求の範囲第 1項に記載の III族窒化物系化合物半導体の製造方法。
3 . 前記サファイア基板上に、 その平面上において点状、 ストライプ状、 格子状のうちいずれか一つの島状に前記改質処理を行う、 請求の範囲第 1項に記 載の ΙΠ族窒化物系化合物半導体の製造方法。
4 . 前記改質処理によりサファイア基板がエッチングされ、 そのエツチン グ深さは、 前記 A1Nバッファ層の厚さ以下に設定される、 請求の範囲第 1項に記 載の III族窒化物系化合物半導体の製造方法。
5 . 請求の範囲第 1項に記載の III族窒化物系化合物半導体の製造方法に より製造した前記 III族窒化物系化合物半導体層の上に、 異なる III族窒化物系 化合物半導体層を積層することにより得られる、 III 族窒化物系化合物半導体素 子。
6 . 請求の範囲第 1項に記載の III族窒化物系化合物半導体の製造方法に 加えて、 縦及び横方向ェピタキシャル成長した ΙΠ族窒化物系化合物半導体以外 の部分を略全部除去することにより、 III 族窒化物系化合物半導体基板を得る、 III族窒化物系化合物半導体基板の製造方法。
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