JP4327339B2 - 半導体層形成用基板とそれを利用した半導体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体層成長用に利用する硼化物系の基板とこれを利用した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ系半導体は、青色あるいは紫色の光を発する発光ダイオード、半導体レーザー装置などの半導体発光素子の材料として利用され、また、この系の半導体がワイドギャップ半導体としてシリコンやガリウム砒素を越える性能を持った電子制御素子としても注目されている。
【０００３】
ＧａＮ系半導体を利用した従来の半導体装置の例として、発光ダイオードが知られている（例えば、従来は、特開平４−３２１２８０号）が、ＧａＮ系発光ダイオードは、サフアイア結晶の基板上に形成されていた。
図８に、従来の発光ダイオードの一例を示すが、サファイア基板２０上には、ＧａＮバッファ層１１が形成され、ＧａＮバッファ層１１上にｎ−ＧａＮ層１６と、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１５と、ＩｎＧａＮ発光層１４と、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１３と、さらにｐ−ＧａＮ層１２とからなる多層構造のＧａＮ成長層が形成されている。
【０００４】
成長層は、ｐ−ＧａＮ層１２からｎ−ＧａＮ層１６の上部領域までがエッチングされ、最上層のｐ−ＧａＮ層１２の上面にｐ型電極４０が形成され、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮ層１６の上面にｎ型電極４１が形成されている。このような発光ダイオードの構造はラテラル構造と呼ばれる。
【０００５】
ところで、このＧａＮ系半導体は、一般には、それ自体を良好な単結晶の基板として製造するのが非常に困難であり、そこで、ＧａＮ系半導体層を作成するには、別の材料から調製した基板を使用する必要があった。そのために、例えば、ＧａＮ系半導体成長用の基板としては、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）の他に、スピネルＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、炭化珪素の６Ｈ−ＳｉＣや４Ｈ−ＳｉＣ構造の基板の（０００１）面を使用することも提案されている。
【０００６】
ＧａＮ系半導体層の成長用の基板には、上記のサファイアが最も多く利用されているが、サファイア基板を使用するには、予めサファイア基板の（０００１）面上に非晶質のＡｌＮ又はＧａＮのバッファ層を形成し、このバッファ層上にＧａＮ成長層を形成していた。非晶質バッファ層の形成は、サファイアとＧａＮの結晶の原子間距離が大きく違っており、サファイア上に欠陥の少ない単結晶ＧａＮを直接成長させることができないからである。そこで、ＧａＮ系の半導体層は、非晶質のＡｌＮ及びＧａＮのバッファ層を介して形成していた。
【０００７】
上記のように、サファイア基板上にＧａＮやＡｌＮの層を直接成長させるには、両者の格子不整合が問題となるが、これらの格子定数の関係は以下に示す通りである。ＧａＮやＡｌＮは、基板のサファイア上ではａ軸と３０度回転させた状態で成長するので、サファイアの単位格子のａ軸長さを１／１．７３２倍した数値が基準となる。サファイアは、格子定数ａ＝４．７５８０Åであり、格子が３０度回転したときの間隔値は、４．７５８×１／１．７３２＝２．７４７Åであるのに対して、ＧａＮは、格子定数ａ＝３．１８６０Å、ＡｌＮではａ＝３．１１１４Åである。サファイアを基準としたＧａＮの格子不整合率は＋１５．９８％となり、ＡｌＮとの不整合率は、＋１３．２７％となる。このようにサファイアの格子定数は、ＧａＮ及びＡｌＮの格子定数とは著しく異なっている。
【０００８】
このため、前述の発光ダイオードでは、サファイア基板２０上に非晶質のＡｌＮ又はＧａＮの非晶質のバッファ層１１を設けることによりＧａＮ成長層１０とサファイア基板２０との格子不整合を緩和させていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、サファイア基板２０とＧａＮ層との格子不整合を緩和させるために、ＧａＮ成長層１０のためのバッファ層として非晶質層を形成していたので、ＧａＮ成長層１０に格子欠陥、特に転位を多く含んでいた。このような非晶質のＡｌＮまたはＧａＮのバッファ層を介して作ったＧａＮ成長層は、欠陥の密度が１０^{7 〜 11}ｃｍ^-1もあり、同じく化合物半導体であるＧａＡｓ基板を使用したときの欠陥密度１０^{2 〜 7}ｃｍ^-1であることに比べると極めて格子欠陥が多い。
【００１０】
ＧａＮ成長層１０の結晶格子欠陥は、これから作成される半導体装置の性能を著しく制限するものであり、さらには十分にキャリアを発生させるために、半導体層中の添加元素の量を増加させる必要があった。これは、半導体層中の格子欠陥を一層増加させることになる。格子欠陥の増加は、半導体装置の寿命、耐電圧、駆動電圧、消費電力（動作効率）、動作速度、漏洩電流などのほぼ全ての特性を低下させるという問題があった。
【００１１】
別の問題として、サファイア基板２０は絶縁体であり、基板の上下方向に導電性がないので、サファイア基板２０の裏面を電極の形成に利用できない。このため、従来は、図８に示すように、基板の上面にユニポーラ型の電極を配置する必要があり、電極配置の制限を受けていた。この結果、下層のｎ−ＧａＮ層１６に電極を形成するために、ｐ−ＧａＮ層１２からｎ−ＧａＮ層１６の上部領域までを精度良くエッチングして除去する工程が必要となる。この場合、ｎ型電極４１が形成されるｎ−ＧａＮ層１６の膜厚を均一にすることは容易ではなく、その結果製造工程は複雑となり、歩留まりが低くなる。
【００１２】
また、サファイア基板２０は、熱伝導率が低いので、半導体装置において発生した熱を遮断して基板側から効率よく放熱することができなかった。このため装置の温度上昇を引き起こし、素子の短寿命化など素子性能を悪化させ、これを防止するには、特別の放熱手段を処置する必要があった。
【００１３】
また、サファイア基板２０とＧａＮないしＡｌＮの熱膨張率はかなり異なっているので、両者の熱膨張差に起因した問題もあった。ＧａＮ層１０は一般に１０００℃以上の高温で結晶成長させるが、高温で成長したＧａＮ層１０を室温まで温度降下する間に、ＧａＮ層１０はサファイア基板２０の収縮に起因する圧縮応力を受け、ＧａＮ膜への残留応力とこれに伴う転位の増殖など結晶欠陥の増加を引き起こす。
【００１４】
本発明は、以上の問題に鑑み、基板の結晶格子定数が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ若しくはＢＮを含む半導体窒化物の格子定数に近似して、これらの半導体窒化物層を基板上に直接的に成長させて、その成長層中の格子欠陥を十分低下させることのできる結晶成長用の基板を提供するものである。
また、本発明は、基板が導電性を有して基板の表面や裏面に接続用電極を直接形成の可能な結晶成長用の基板を提供するものである。
【００１５】
さらに、本発明は、相対的に熱伝導率が大きい基板を提供して、半導体装置の熱放散性の高い基板を提供しようとするものである。
さらに、成長層のＧａＮ結晶と熱膨張率に大きな差異のない基板を提供して、装置と基板との間の残留応力発生を防止するものである。
本発明は、さらに、サファイア基板を用いた従来の半導体装置に比べて、新しい基板を用いて機能と性能が改良された半導体装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、結晶層成長用の基板には、化学式ＸＢ₂（但し、Ｘ がＴｉまたはＺｒである）で表される二硼化物単結晶から成る単結晶を、利用するもである。
このＸＢ₂系単結晶基板は、特に主面に（０００１）面を利用し、その格子定数は、ガリウム、アルミニウム、インジウム、硼素の１つ以上を含む窒化物の格子定数との整合性が高い。この基板の主面上にエピタキシャル成長させた窒化物半導体の単結晶層は、格子欠陥を低減することができる。ＸＢ₂系単結晶基板と窒化物半導体の単結晶層とは、界面での格子整合性が高く、窒化物層内での格子歪みが小さくでき、歪み緩和のための転位その他の格子欠陥の導入を抑制することができる。
【００１７】
そこで、本発明の基板においては、その基板主面上に、バッファ層を介在させずに、上記の窒化物層を直接、エピタキシャル成長をさせることができる。このような基板に成長させた窒化物成長層は、結晶性が高く欠陥密度が低くいので、これら窒化物成長層から構成した半導体装置の性能を高めることができる。
【００１８】
本発明の上記基板の二硼化物は、導電性を有するので、ＧａＮなどの窒化物系半導体装置の基板として利用する際の基板に直接に、接続電極を形成することができ、これにより、多層成長層の構造と実装とが容易になる。
【００１９】
本発明の上記の二硼化物は、相対的に熱伝導率が大きいので、基板の電熱性を高め、半導体装置の基板からの熱放散を容易にする利点がある。
【００２０】
さらに、上記の二硼化物は、熱膨張率が、成長層であるＡｌＮやＧａＮの結晶の熱膨張率と近似しているので、成長層と基板との間の残留応力発生を軽減することができ、成長層と基板との熱安定性を高め、格子欠陥の導入を防止することができ、半導体装置に利用したとき長期にわたり高性能を維持することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置用の基板は、ＸＢ₂の式で表され、ＸにＴｉまたはＺｒの少なくとも１つを含む二硼化物単結晶から構成するが、本発明のＸＢ₂には、ＴｉＢ₂若しくはＺｒＢ₂又はこれらの固溶体を含んでいる。これらＸＢ₂の結晶構造は、図１に示すようなＡｌＢ₂構造と呼ばれる六方晶構造を持っている。この構造は、図２に示すＧａＮの結晶のウルツアイト構造とよく似ている。
【００２２】
化学式ＸＢ₂中のＸは、ＴｉとＺｒ以外に、少量であれば、固溶体を形成できる元素、例えば、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒなどの元素が不純物として含まれてもよい。その不純物は全量で、モル比で５％以下が好ましく、不純物が５％以上を含有すると下記の物性値が変動する。
【００２３】
上記のＴｉまたはＺｒのＸＢ₂は、六方晶系指数で（０００１）面を主面として基板にするのが好ましく、基板の主面を結晶成長に適した鏡面にして、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ若しくはＢＮまたはこれらの混晶からなる成長層を形成するのに利用される。尤も、（０００１）面以外に、（０１−１０）面、（１１−２０）面（０１−１２）面などが、ＧａＮその他窒化物半導体層の成長の主面として利用できる。特にＴｉまたはＺｒのＸＢ₂結晶の（０００１）面を主面に使用するのは、上記ＧａＮやＡｌＮとの格子整合が良好であるからである。
表１には、下記の実施例で測定したＺｒＢ₂とＴｉＢ₂の格子定数を含めて、格子定数を示している。この格子定数表から、ＸＢ₂の（０００１）面とＧａＮ又はＡｌＮとの結晶格子の整合関係をまとめて表２に示す。表２から、特に、ＴｉＢ₂とＺｒＢ₂とは、ＧａＮとＡｌＮに対して、アルミナに比べて高い整合性を示し、特に、ＺｒＢ₂は、ＧａＮとＡｌＮのいずれにも、格子定数の差が２％以下であり、極めて整合性の高い組み合わせであることが判る。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
本発明に係る半導体装置においては、上記のＸＢ₂系のＺｒＢ₂若しくはＴｉＢ₂またはこれらの固溶体を基板に用いて、基板上に、半導体層として、ガリウム、アルミニウム、インジウム、硼素のいずれか少なくとも一つの窒化物半導体層を成長形成させる。窒化物半導体の成長層は、上述のように、この基板と良好な格子整合関係を持って形成されるので、成長層中に格子欠陥が少なく、その窒化物膜の結晶性は極めて良好になる。
【００２７】
また、表２に示すように、本発明の二硼化物単結晶の基板は、サファイア基板と対比して、上記の窒化物半導体との熱膨張率の差が小さいのも特徴であり、これにより、本発明の基板上での例えばＧａＮ膜の成長過程で、温度降下する場合にＧａＮ膜に加わる（０００１）面内方向への応力発生はサファイア基板を用いたときに比べ小さくなる。それに伴って、サファイア基板を使ったときに見られようなＧａＮ膜成長させた基板の反り変形が小さくなる。
【００２８】
上記の二硼化物単結晶は、表２に示すように、サファイアよりも良好な熱伝導を示し、半導体成長用の基板として利用すれば、半導体装置部分からの放熱が良好となる。
また、上記の二硼化物単結晶は、表２に示すように、良好な導電性を示す。そこで、半導体装置に、二硼化物単結晶を基板に用いると、基板は導電性を有し、半導体層の上表面と共に、基板の表面、又は特に、裏面側に、接続用の電極を形成することが可能となる。特に、基板裏面に電極が形成できることは、装置の高効率化や小型化に有効である。さらに基板自体を電極として使用することも可能であり、リード線を直接接続することもできる。
【００２９】
実施の形態１．
本発明のＴｉ又はＺｒを含む上記の二硼化物の製造は、公知の単結晶製造方法により製造される。例えば、利用可能な単結晶法として、アルミニウムをフラックスとするフラックス法、集光灯加熱によるＦＺ法、高周波誘導帯溶融法が利用できるが、特に、高周波誘導帯溶融法が好ましい。ＺｒＢ₂の融点は、３０５０±５℃であり、ＴｉＢ₂は２７９０±５℃であり、このように、Ｔｉ又はＺｒの硼化物は融点が高いが、導電性であることを利用して、高周波誘導加熱を利用する帯溶融法が適用できる。
【００３０】
さらに、この硼化物は、帯溶融の凝固過程で結晶粒の粗大化が容易であるので、単結晶化のための種結晶を使用しなくても、帯溶融後の冷却過程で特定の結晶粒が成長して単結晶にすることができる。
【００３１】
溶製した硼化物単結晶は、次いで、特定の切断面が所望の結晶面になるように調製する。そして、基板を半導体成長用として供するために、主面を厳密な結晶方位に決定する。硼化物単結晶の結晶方位の決定には、Ｘ線回折法が利用できる。硼化物単結晶体は、任意に一旦切断し、所望の結晶面、例えば、（０００１）面の回折斑点の観察と、切断面の研削とを繰り返し、切断面をその結晶面に平行に正確に調整する。
【００３２】
研削加工には、ＴｉＢ₂やＺｒＢ₂の結晶が極めて硬いので、ダイヤモンド砥石を使用するのが好ましく、特に、粒度＃４００〜＃１０００ダイヤモンド砥石を用いた湿式研削が好ましい。乾式研削やダイヤモンドの粒度が＃４００番以下の荒い砥石を使った研削では、単結晶内部にクラックを生じる危険性がある。逆に、ダイヤモンドの粒度が＃１０００以上の細かさになると研削速度が遅いため実用的ではない。他方、ダイヤモンド以外の砥粒を使った研削方法では、鏡面が発達して研削能率を上げることはできない。
【００３３】
詳しくは、上記硼化物単結晶の切断面は、θ−２θ法によるＸ線回折装置によって回折角を割り出し、Ｘ線の波長と回折角から結晶面を特定し、（０００１）面までの角度と方向を割り出した後、（０００１）面の背面ラウエパターンが確認できるまで方向を修正しながら研削加工を行う。図３には、ＺｒＢ₂の（０００１）面の背面ラウエパターンを示す。
【００３４】
このようにして正確に（０００１）面が割り出された硼化物単結晶は、さらに、（０００１）面に厳密に平行に切断するのを繰り返して、多数の基板にする。切断にはバンドソーが利用可能である。バンドソーによる切断加工においては、加工速度は３０〜５０μｍ／ｈ程度である。
切り出された単結晶基板は、さらに、ダイヤモンド砥粒を用いて研削・研磨され、次いで、鏡面仕上げが成される。研磨の際のダイヤモンド砥粒は３μｍ以下が好ましく、３μｍ以上の砥粒を用いると顕著な傷が発生する。
【００３５】
鏡面仕上げには、例えば、ＫＯＨを溶解したアルカリ水溶液を用いて化学研磨を行うのがよい。特に、（０００１）面を化学研磨するには、研磨盤の温度を３０℃以下に制御し、且つ、研磨液の水素イオン濃度を、ｐＨ８．０〜８．５の範囲にするのが好ましい、そのようにしないと、ＺｒＢ₂の（０００１）上に顕著な選択エッチングが発生し、高さ１μｍ以下ではあるが、直径３〜２０μｍ程度の突起が無数に発生することがある。他方、（０００１）面以外の他の結晶面では、化学研磨は選択エッチングが抑えられ、比較的容易に研磨加工を行うことができる。
【００３６】
研磨された単結晶基板は、溶剤、例えば、アセトン、アルコールと、純水を用いて洗浄を行う。このとき、高い温度では基板表面に酸化層が形成され表面が荒れるために、洗浄液は３０℃以下に保つことが好ましい。洗浄液がアルカリ液であると、基板表面に酸化物層が発達し、酸であると基板が侵食されるので、純水と有機溶剤での洗浄が好ましい。
【００３７】
実施例１.
ＴｉＢ₂とＺｒＢ₂の単結晶棒（直径１０ｍｍ、長さ６０ｍｍ)を高周波帯溶融法で作成し、Ｘ線回折法により（０００１）面を決定し、＜０００１＞軸に垂直な方向での熱膨張と熱伝導の測定試験をした。
熱膨張率は、単結晶から＜０００１＞軸垂直方向に長さ９〜１６ｍｍ程度の棒状の試片を切り出し、熱分析装置（リガク（株）製：型式ＴＡＳ−２００）によって測定した。熱伝導率は、レーザーフラッシュ法（真空理工製：型式ＴＣ−７０００による）により、また、格子定数はＸ線回折装置（フィリップス製：型式ＰＷ３０５０）によって測定した。
【００３８】
上記の単結晶材料を用いて測定した熱膨張率、熱伝導率、格子定数についての単結晶の測定データを、表３に示す。一般に公開されているこれら物性値は多結晶の焼結体の値（文献;「図解ファインセラミックスの結晶化学」アグネ技術センター、東京）であるが、単結晶の実測値とは異なっていることが判る。
【００３９】
【表３】

【００４０】
実施の形態２．
本発明の二硼化物単結晶の基板を使用した半導体装置においては、この二硼化物基板（例えば、ＺｒＢ₂基板）の主面（例えば（０００１）面）上に半導体成長層１０をエピタキシャル成長させる。成長層１０は、ガリウム、インジウム、アルミニウム、硼素のうち１または２以上の元素を含む窒化物から積層構造を形成する。本発明の基板には、格子間の良好な整合性から、ＧａＮ系半導体の成長層が特に適している。以下には、ＧａＮ系成長層を利用した半導体装置の製造を示す。
【００４１】
結晶成長には、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、有機金属エピタキシー（ＭＯＣＶＤ）法、ハイドライド気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）法、昇華法などが利用される。また、これらの成長方法を組み合わせることも可能である。例えば、初期のエピタキシー成長は、表面状態を制御して成長できるＭＢＥ法により成長し、必要となる厚いＧａＮ薄膜は、高速成長の可能なＨＶＰＥ法を使うことができる。
【００４２】
本発明においては、成長させる成長層（例えば、ＧａＮ膜）は、下地層としてバッファ層を形成することなく直接、上記の二硼化物基板の主面上に成長させることができる、尤も、図４に示すように、基板３０上にバッファ層１１を用いて、その上に成長層１０を結晶成長させてもよい。バッファ層としては、好ましくは、ＧａＮを用いるが、ＺｎＯやＢＮ、ＳｉＣ層を利用することも可能である。
【００４３】
本発明の半導体装置は、上記のガリウムその他の窒化物半導体層を利用する装置に、広く利用でき、特に、発光ダイオード、レーザーダイオード、トランジスタ、サイリスタ、トライアックなどに、基板の導電性、放熱性、格子整合を有効に利用できる発光素子や電子装置を形成することが可能である。
【００４４】
実施例２．
以下には、上記実施例で作成したＺｒＢ₂の（０００１）面の基板に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いてＧａＮ層を成長させる例を示す。（０００１）面方位のＺｒＢ₂単結晶基板上には、ＭＢＥ法によりＧａＮの結晶成長を行った。高真空中において、ＺｒＢ₂基板の温度を、８００℃まで昇温し、Ｇａ分子線および高周波励起プラズマセルより供給される活性窒素を供給し結晶成長を開始した。Ｇａ分子線は１０^-2Ｐａ、窒素流量０．５ｓｃｃｍ、窒素プラズマ投入電力４００Ｗであった。
【００４５】
図５には、上記の方法で得られたＧａＮ層/ＺｒＢ₂基板構造のＸ線回折曲線を示す。θ−２θ法で（０００１）面の回折を測定したが、ＧａＮ層からの回折は（０００２）面と、（０００４）面からの回折のみが観察されており、ＧａＮ層はＺｒＢ₂基板に対してエピタキシャル成長していることが分かる。
【００４６】
図６には、上記の方法で得られたＧａＮ層/ＺｒＢ₂基板構造の表面反射率の分光スペクトルを示す。分光スペクトルは、平坦なＧａＮ成長表面と、ＧａＮ層/ＺｒＢ₂基板界面と、を反映して、明確な光学薄膜干渉による周期的変調が観察されている。また、周期的変調が消失する波長は３６８．５ｎｍであり、これはＧａＮの室温における光学バンドギャップに相当しており、光学的に高品質なＧａＮの薄膜がＺｒＢ₂基板上にエピタキシャル成長できたことを示すものである。
【００４７】
実施の形態３．
図７は、ＺｒＢ₂基板を使用した半導体装置の例として、ＺｒＢ₂基板３０上のＧａＮ成長層１０がダブルへテロ構造のｐｎ構造を持った発光ダイオードの断面を示している。ＺｒＢ₂基板３０上のＧａＮ系成長層は、ＧａＮバッファ層１１を含めて、Ｓｉ添加ｎ−ＧａＮ層１６、Ｓｉ添加ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１５、Ｓｉ及びＺｎ添加ｎ−ＩｎＧａＮ発光層１４、Ｍｇ添加ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１２、Ｍｇ添加ｐ−ＧａＮ層１２を順に含む。この例のＺｒＢ₂基板を用いた発光ダイオードでは、基板が導電性であるので、基板自体が電極として機能する。
【００４８】
このように、ＺｒＢ₂基板をＧａＮ系半導体装置に利用すると、次のような利点が認められる。即ち、ＺｒＢ₂基板は、導電性を有するので、装置の上下方向に導電性を付与でき、電極構造に伴う装置構造や製造工程を簡素化できる。また、ＺｒＢ₂基板は、ＧａＮ成長層との格子整合しているので、ＧａＮ成長層の格子欠陥が減少し、これは、ＧａＮ成長層の性能を向上できる。さらに、ＺｒＢ₂基板は透光性が無く金属光沢を示すから、発光効率が良く、ＺｒＢ₂基板の反対方向に放出させることができる。さらに、ＺｒＢ₂基板はサファイアに比べて良好な熱伝導を示すので、ＺｒＢ₂基板側からの放熱効率が向上する。
【００４９】
上記の例はＺｒＢ₂基板を用いてＧａＮ成長層を形成したものであるが、ＴｉＢ₂またはＺｒＢ₂とＴｉＢ₂の固溶体から形成した単結晶基板に、同様に、ＧａＮ成長層を形成することも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の半導体層形成用基板は、化学式ＸＢ₂で表され、ＸにＴｉ若しくはＺｒを含む二硼化物単結晶から成り、ガリウム、アルミニウムなどの窒化物から成る成長層を形成することができる。特に、基板の主面に二硼化物単結晶の（０００１）面を利用することにより、主面が、ガリウム、アルミニウムなどの窒化物の成長層と良好な格子整合を示すので、成長層の結晶性が高くなり、成長層を利用する半導体装置の性能が向上できる。さらに、主面上のバッファー層を省略することもできる。
【００５１】
本発明の半導体層形成用基板は、その熱膨張率が、ガリウム、アルミニウムなどの窒化物の熱膨張率と近似しているので、成長層形成の際の基板の変形が少なく、変形に起因する格子欠陥が低減でき、基板を利用する半導体装置の性能が向上できる。
【００５２】
本発明の半導体層形成用基板は、上記二硼化物が良好な熱伝導を持っているので、半導体装置の発する熱を効率的に放出することができる。
【００５３】
本発明の半導体層形成用基板は、上記二硼化物が良好な導電性を持っているので、基板に電極を直接接続することができ、電極構造が簡素化され、半導体装置の構造とその製造工程とが簡単になる。
【００５４】
本発明の上記半導体装置は、半導体層形成用基板上に上記半導体層を形成し、半導体層にＧａＮ系の半導体発光層を利用して、発光ダイオードに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＺｒＢ₂結晶の単位胞における原子配置（ＡｌＢ₂構造）を示す。
【図２】 ＧａＮの結晶の単位胞における原子配置（ウルツアイト構造）を示す。
【図３】 Ｘ線回折法におけるＺｒＢ₂単結晶の（０００１）面の背面ラウエパターンを示す。
【図４】 本発明の実施形態のＺｒＢ₂基板とＧａＮ成長層との配置を示す模式的断面図である。
【図５】 本発明のＺｒＢ₂基板上に成長させたＧａＮ成長層のＸ線回折曲線である。横軸はＸ線の回折角を示し、縦軸は回折Ｘ線の強度を示す。
【図６】 本発明の実施例によるＺｒＢ₂基板上に成長させたＧａＮ成長層の表面反射による分光スペクトルである。横軸は波長で縦軸は反射率である。
【図７】 本発明の実施形態によるＺｒＢ₂基板上に作成されたＧａＮ発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図８】 従来のサファイア基板を用いたＧａＮ発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ ＧａＮ成長層
１１ ＧａＮバッファ層
１２ ｐ−ＧａＮ層
１４ ＩｎＧａＮ発光層
１６ ｎ−ＧａＮ層
３０ 基板
４０ ｐ型電極
４１ ｎ型電極

Claims (10)

1. 化学式ＸＢ₂（但し、ＸはＴｉ若しくはＺｒの少なくとも１種を含む）で表される二硼化物単結晶から成る基板であって、単結晶アルミナの熱伝導率０．１０（cal/cm.sec.℃）よりも高い熱伝導性を有し、上記二硼化物単結晶の（０００１）面である主面上に、化学式ＺＮ（但し、Ｚはガリウム、アルミニウム、インジウムの少なくとも１つを含み、かつ硼素を含んでいてもよい。）で表される窒化物半導体からなる半導体層を成長させ、半導体装置を形成するための半導体装置形成用基板。
2. 上記化学式ＺＮにおけるＺが、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＢ_ｗ（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０、ｗ≧０（ｘ、ｙ、ｚは同時に０になることはない）で表される窒化物半導体からなる半導体層を成長させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置形成用基板。
3. 上記二硼化物単結晶が、さらに、５％以下の不純物元素を含む固溶体である請求項１又は２に記載の半導体装置形成用基板。
4. 上記の不純物元素が、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、及びＮｂから選ばれた１種または２種以上である請求項３に記載の半導体装置形成用基板。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置形成用基板と、該基板の主面上にエピタキシャル成長させて成る半導体層と、から成る半導体装置。
6. 上記半導体層が、化学式ＺＮ（但し、Ｚはガリウム、アルミニウム、インジウム、硼素の少なくとも１つを含む）で表される窒化物半導体から成る請求項５に記載の半導体装置。
7. 半導体装置形成用基板と半導体層との間にバッファ層を介在させた請求項５又は６に記載の半導体装置。
8. バッファ層が、ガリウム又はアルミニウムを含む結晶質又は非晶質の窒化物から成る請求項７に記載の半導体装置。
9. 上記の半導体装置形成用基板に接続電極を接合して配置した請求項５〜８のいずれかに記載の半導体装置。
10. 上記半導体装置が、上記半導体層中にＧａＮ系の半導体発光層を含む発光ダイオードである請求項５〜９のいずれかに記載の半導体装置。

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