半導体積層構造物と窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法
【課題】半導体積層構造物と、これを用いて高品質の窒化物半導体結晶基板及び素子を製造する方法を提供する。
【解決手段】半導体積層構造物１００は、窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板１０１と、上記基礎基板上で間隔を置いて水平方向に延長された流通孔パターン１０５を囲う成長防止膜１０３と、上記流通孔パターン１０５の間の領域で上記基礎基板１０１の上面と接触するよう上記基礎基板上に形成され、上記成長防止膜１０３を覆う窒化物半導体結晶層１０７を含む。上記半導体積層構造物は、低欠陥高品質の窒化物半導体結晶層、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子を得ることに利用される。
【解決手段】半導体積層構造物１００は、窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板１０１と、上記基礎基板上で間隔を置いて水平方向に延長された流通孔パターン１０５を囲う成長防止膜１０３と、上記流通孔パターン１０５の間の領域で上記基礎基板１０１の上面と接触するよう上記基礎基板上に形成され、上記成長防止膜１０３を覆う窒化物半導体結晶層１０７を含む。上記半導体積層構造物は、低欠陥高品質の窒化物半導体結晶層、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子を得ることに利用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法に関するものであり、特に結晶欠陥が少ない高品質の窒化物半導体結晶基板及び素子の製造方法とこれに利用される半導体積層構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表現される３族窒化物半導体（以下、簡単に窒化物半導体と称する）が光電子素子または高性能の電界効果素子応用に適した材料として注目を浴びている。窒化物半導体基盤の青色ＬＥＤを適用した交通信号灯は今日、日常的なものであり、白色照明及びディスプレイ等の分野において窒化物系ＬＥＤに対する需要が急速に増加しつつある。しかし、窒化物系単結晶の格子常数及び熱膨張係数と整合される窒化物系単結晶成長用基板が普遍化されていないという問題点がある。
【０００３】
通常窒化物半導体層は、窒化物半導体基板形成の技術的困難性によってサファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板またはＳｉ基板などの異種基板上で形成される。これによって異種基板と窒化物半導体層との間の結晶常数及び熱膨張係数の差のため、異種基板上で成長された窒化物半導体層とその上に形成された窒化物半導体素子は、転移（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）等の結晶欠陥を多量含んでいる。このような欠陥は、ＬＥＤなど窒化物半導体素子の性能を落とす主要因として作用する。
【０００４】
上記問題点を解決すべく、異種基板上に形成された窒化物半導体層を異種基板から分離させる技術が提案されてきた。例えば、特許文献１には、レーザーリフトオフ（ｌａｓｅｒ ｌｉｆｔ ｏｆｆ；ＬＬＯ）を用いてＧａＮ層またはＧａＮ系ＬＥＤをサファイア基板から分離させる技術を開示している。しかし、このようなレーザーリフトオフ法を使用する場合にも、サファイア基板と窒化物半導体との間に熱膨張係数の差などの原因で基板の反りが発生したり半導体層が損傷される問題が発生する。従って、高信頼性の基板分離方法や高品質の窒化物半導体基板または窒化物半導体素子を得ることが出来る方法が依然として要求されている。
【特許文献１】米国特許第６，０７１，７９５号登録公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、高い結晶品質の窒化物半導体基板及び素子を得ることを可能とする半導体積層構造物を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、上記半導体積層構造物を用いて高品質の窒化物半導体結晶基板を高い信頼度で製造する方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のまた異なる目的は、上記半導体積層構造物を用いて高品質の窒化物半導体素子を高い信頼度で製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の技術的課題を達成すべく、本発明による半導体積層構造物は、窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板と、上記基礎基板上で間隔を置いて水平方向に延長された流通孔パターンを囲う成長防止膜と、上記流通孔パターンの間の領域で上記基礎基板の上面と接触するよう上記基礎基板上に形成され、上記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を含む。このような半導体積層構造物は、低欠陥高品質の窒化物半導体結晶層、基板及び素子を得るのに容易に利用されることが出来る。
【０００９】
本発明の一実施形態によると、上記基礎基板はＧａＮ基板のような窒化物半導体基板であることが出来る。他の実施形態として、上記基礎基板は下層部として異種基板を含み上層部として窒化物半導体層を含むことも出来る。
【００１０】
好ましくは、上記成長防止膜はＳｉＯ２、ＳｉＮｘ及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された物質からなることが出来る。他の方案として、上記成長防止膜はタングステンまたはモリブデン等の高融点金属からなることも出来る。
【００１１】
本発明の他の目的を達成するため、本発明による窒化物半導体結晶基板の製造方法は、窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板上に熱分解性物質パターンとその熱分解性物質パターンを囲う成長防止膜を形成する段階と、上記熱分解性物質パターンの間の領域の成長防止膜を蝕刻して上記基礎基板の結晶面を露出させる段階と、上記露出された結晶面から窒化物半導体結晶を成長させることにより、上記熱分解性物質を熱分解させ流通孔パターンを形成すると共に、上記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を形成する段階と、上記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、上記基礎基板から上記半導体結晶層を分離させる段階を含む。
【００１２】
本発明の実施形態によると、上記熱分解性物質パターンと成長防止膜を形成する段階は、上記基礎基板上に第１成長防止膜を形成する段階と、上記第１成長防止膜上に相互間隔を置いて配置された熱分解性物質のパターンを形成する段階と、上記熱分解性物質パターンを囲うよう上記結果物上に第２成長防止膜を形成する段階を含む。
【００１３】
上記熱分解性物質は、窒化物半導体結晶の成長温度で熱分解されることが可能な物質である。上記熱分解性物質には、例えばＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｄＯ、ＦｅＯ、ＴｉＯ２等の熱分解性酸化物を使用することが出来る。他の方案として、上記熱分解性物質には、熱分解性樹脂を使用することが出来る。上記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃に至るフォトレジスト系ポリマーまたは熱硬化性樹脂であることが出来る。上記窒化物半導体結晶層形成時、上記熱分解性物質は分解され空き空間を残すこととなり、この空き空間はエッチング剤流通のための流通孔パターンとなる。
【００１４】
本発明のまた異なる目的の達成すべく、本発明による窒化物半導体素子の製造方法は、窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板上に熱分解性物質パターンとその熱分解性物質パターンを囲う成長防止膜を形成する段階と、上記熱分解性物質パターンの間の領域の成長防止膜を蝕刻して上記基礎基板の結晶面を露出させる段階と、上記露出された結晶面から窒化物半導体結晶を成長させることにより、上記熱分解性物質を熱分解させ流通孔パターンを形成すると共に、上記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を形成する段階を含む。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、上記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、上記基礎基板から上記窒化物半導体結晶層を分離させる段階と、上記分離された窒化物半導体結晶層上に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を順次に形成する段階をさらに含む。
【００１６】
本発明の他の一実施形態によると、上記窒化物半導体結晶層上に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を順次に形成する段階と、上記第２導電型クラッド層形成後、上記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、上記基礎基板を分離させる段階を含む。
【００１７】
本明細書において、‘窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体’または‘窒化物半導体’とは、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表現される２成分系（ｂｉａｎａｒｙ）、３成分系（ｔｅｒｎａｒｙ）または４成分系（ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ）化合物半導体を意味する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、成長防止膜によって囲われた流通孔パターンと結晶成長用窓を具備した半導体積層構造物を利用することにより、低欠陥高品質の窒化物半導体結晶層または基板を得ることが出来る。このような窒化物半導体結晶層または基板を使用して、高品質のＬＥＤ素子など窒化物半導体素子を容易に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な形態で変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態で限定されるものではない。本発明の実施形態は、当業界で一般的な知識を有している者に本発明をより完全に説明するため提供される。従って、図面における要素の形状及び大きさ等は、より明確な説明のため誇張されることができ、図面上の同一符号で表示される要素は同一要素である。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による半導体積層構造物の断面図である。図１を参照すると、半導体積層構造物１００は、基礎基板１０１と窒化物半導体結晶層１０７との間に分離部（１０３及び１０５）を介在させた構成とされている。上記分離部は、基礎基板１０１の間で間隔を置いて水平方向に延長された流通孔パターン１０５と該流通孔パターン１０５を囲う成長防止膜１０３を具備して構成されている。上記流通孔パターン１０５は、エッチング剤が容易に流通できる通路を提供し、少なくともその一部が空き空間となっている。該流通孔パターン１０５にエッチング剤を流通させることにより、流通孔パターン１０５の間の窒化物半導体と成長防止膜１０３を除去して、半導体結晶層１０７を基礎基板１０１から容易に分離させることが出来る。
【００２１】
基礎基板１０１は、その上面が窒化物半導体結晶面からなっている。図１に図示された通り、基礎基板１０１として単一層の窒化物半導体基板を使用することが出来る。しかし、これに限定はされず、上層部が窒化物半導体結晶となっている基板でであれば、これを基礎基板に使用することが出来る。即ち、下層部が異種基板（例えば、サファイア基板）で上層部が窒化物半導体層からなっている多層構造の基板も基礎基板として使用されることが出来る。
【００２２】
複数の流通孔パターン１０５の相互間の領域では基礎基板１０１の上面と窒化物半導体結晶層１０７が接触している。また、窒化物半導体結晶層１０７は、上記分離部（１０３，１０５）を覆って成長防止膜１０３の上に延長されている。後述する通り、窒化物半導体結晶層１０７は、基礎基板１０１と窒化物半導体結晶層１０７との接触部１０４から成長したものである。従って、該接触部１０４は、窒化物半導体結晶層１０７成長のための窓（ｗｉｎｄｏｗ）に相当する部分である。
【００２３】
このような半導体積層構造物１００は、低欠陥高品質の窒化物半導体結晶層、基板及び素子を得るのに容易に利用されることが出来る。即ち、上記窒化物半導体結晶層１０７は、窒化物半導体物質（基礎基板１０１の上面部）から成長されたものであるだけでなく、前記窓の接触部１０４から成長して徐々に側方向に成長して分離部（成長防止膜１０３，流通孔パターン１０５）を完全に覆っている。このように基礎基板１０１との結晶学的整合性とエピタキシャル側方向過成長法（ＥＬＯＧ；Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）による成長により、窒化物半導体結晶層１０７は低欠陥の高い結晶品質を有することとなる。
【００２４】
また、上記流通孔パターン１０５を通じエッチング剤（エッチングガスまたはエッチング液など）を流通させることにより、流通孔パターン１０５の間の窒化物半導体物質と成長防止膜１０３を容易に除去することが出来る。これによって、高い信頼度で窒化物半導体結晶層１０７を損傷すること無く、窒化物半導体結晶層１０７と基礎基板１０１とを分離することが出来る。分離された窒化物半導体結晶層１０７は、他の素子を製造するための窒化物半導体結晶基板として容易に使用される。他の方法として、上記窒化物半導体結晶層１０７上に先ず素子（例えば、ＬＥＤ）を製造して後、基礎基板１０１を分離することも出来る。いずれの場合であれ、上記半導体積層構造物１００は高品質の窒化物半導体結晶基板または素子を製造するのに有用に利用され得る。
【００２５】
好ましくは、上記成長防止膜１０３はＳｉＯ２、ＳｉＮｘまたはＡｌ２Ｏ３等の絶縁体からなることが出来る。他の例として、上記成長防止膜１０３はタングステンまたはモリブデン等の高融点金属からなることもできる。
【００２６】
図２乃至図９は、図１に図示された半導体積層構造物と該積層構造物から得られる窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【００２７】
先ず、図２を参照すると、基礎基板１０１上に第１成長防止膜１１３を形成する。基礎基板１０１には、前述した通り窒化物半導体基板または窒化物半導体層を具備した異種基板を使用する。第１成長防止膜１１３は前述したようなＳｉＯ２やＳｉＮｘ等の絶縁体またはタングステン等の高融点金属で形成する。
【００２８】
次に、図３に図示された通り、第１成長防止膜１１３上に熱分解性物質層１１５を形成する。該熱分解性物質層は、窒化物半導体結晶成長温度（約８００℃以上の温度）では容易に熱分解されることが可能な物質からなる。好ましくは、熱分解性物質層１１５はＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｄＯ、ＦｅＯ、ＴｉＯ２等の熱分解性酸化物で形成される。他の例として、上記熱分解性物質層１１５は熱分解性樹脂からなることもできる。熱分解性樹脂には、分解温度（即ち、その温度以上では熱分解される温度）が２５０乃至６００℃のフォトレジスト系ポリマーまたは熱硬化性樹脂を使用することができる。例えば、臭素系難燃剤を含有したエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはポリウレタン等を使用し、２５０乃至６００℃の分解温度を有する熱分解性樹脂層を形成することができる。
【００２９】
次に、図４に図示された通り、写真蝕刻工程などによって上記熱分解性物質層１１５をパターニングすることにより、熱分解性物質パターン１２５を形成する。該パターン１２５は、例えば一定な間隔を置いて延長された多数条の並行するストリップ（ｓｔｒｉｐｓ）形態で形成されることができる。
【００３０】
その後、図５に図示された通り、上記熱分解性物質パターン１２５の模様に沿って、第２成長防止膜１２３を薄く形成する。これによって、熱分解性物質パターン１２５は、第１及び第２成長防止膜からなる成長防止膜１０３によって囲われることとなる。この際、前記各熱分解性物質パターン１２５のストリップ末端部には第２成長防止膜１２３が被覆されないようにすることができる。
【００３１】
その後、図６に図示されるように、各熱分解性物質パターン１２５の相互間の領域の前記成長防止膜１０３を蝕刻して基礎基板１０１の窒化物結晶面を露出させる。該露出された窒化物結晶面部分は、後続の窒化物結晶成長のための接触部ともなる窓（ｗｉｎｄｏｗ；１０４）となる。この際、熱分解性物質パターン１２５は依然として成長防止膜１０３によって囲われた状態にある。
【００３２】
次に、図７に図示された通り、上記窓１０４を通じて窒化物半導体結晶１０７を成長させる。この際、例えばＭＯＣＶＤ、ＰＬＤまたはＨＶＰＥ法等を用いて窒化物半導体結晶を成長させることができる。窓１０４部分以外の成長防止膜１０３が形成された部分には結晶成長が抑制されるため、結晶面が露出された窓１０４でのみ結晶成長が起こる。従って、成長初期には窓１０４から窒化物半導体結晶が成長された後、前述のＥＬＯＧによって徐々に側方向に成長され上記成長防止膜１０３を完全に覆うこととなる。これによって、基礎基板１０１の窓１０４と成長防止膜１０３上には一定厚さを有する窒化物半導体結晶層１０７が形成される。
【００３３】
上記窒化物半導体結晶成長は、約８００℃以上の高温（好ましくは、１０００℃以上の高温）で実施されるため、結晶成長の間、熱分解性物質パターン１２５は熱分解される。この際、成長防止膜１０３が熱分解性物質パターン１２５を囲んでいるため、熱分解性物質パターン１２５の熱分解によって発生された副産物ガスは窒化物半導体結晶層１０７へ拡散されない。その代わり上記ガスは熱分解性物質パターン１２５の端部面を通じて排気される。従って、熱分解により発生されたガスの拡散による窒化物半導体結晶層１０７の欠陥発生が防止される。
【００３４】
このように窒化物半導体結晶層１０７形成の間、熱分解性物質パターン１２５が熱分解されることにより、熱分解性物質パターン１２５があったところは空き空間として残る。窒化物半導体結晶層１０７の成長後にも一部熱分解性物質が残留することができるが、熱分解によって生じた上記空き空間は、エッチング剤が流通するのに充分な流通孔パターン１０５を形成することとなる。
【００３５】
結晶成長により形成された窒化物半導体結晶層１０７は、非常に高い品質の結晶状態を有する。これは３つの要因に起因する。初めに、窒化物半導体結晶層１０７は、窒化物半導体結晶面（基礎基板１０１の窓１０４）から成長されたことである。従って、従来の異種基板面から成長された窒化物半導体結晶層に比べ欠陥が著しく少ない。二番目に、窒化物半導体結晶層１０７は、ＥＬＯＧによって成長されたことである。従って、側方向成長された部分（特に、成長防止膜１０３のすぐ上の部分）では転移欠陥の密度が少ない。最後に、成長防止膜１０３は、熱分解副産物ガス（熱分解性物質の熱分解によって発せられたガス）が窒化物半導体結晶層１０７へ拡散されることを防止する。このような要因により上記窒化物半導体結晶層１０７は、低欠陥の高い結晶品質を有することとなる。
【００３６】
以上の工程を通じ、図１（または図７）に図示された半導体積層構造物１００を得ることができる。該半導体積層構造物は、高品質の窒化物半導体基板または窒化物半導体素子を得るのに利用される。
【００３７】
図８を参照すると、図７から得られた窒化物半導体結晶層１０７を分離する状態が示されている。即ち、上記流通孔パターン１０５を通じ適切な１種類以上のエッチング剤を流通させることにより、成長防止膜１０３を除去し、各流通孔パターン１０５の相互間の各窓１０４部分（図７参照）にある窒化物半導体結晶を除去する。これによって、窒化物半導体結晶層１０７を損傷すること無く容易に基礎基板１０１から窒化物半導体結晶層１０７を分離する。分離された窒化物半導体結晶層１０７は、高品質窒化物半導体結晶基板として利用され得る。分離された半導体結晶層を素子製造用の窒化物半導体結晶基板として使用する前に、分離された半導体結晶層１０７の分離面（前記各窓１０４に対応する結晶層成長部分）を研磨したりエッチングしたり洗浄することもできる。
【００３８】
分離された基礎基板１０１は再使用されることが出来る。従って、本発明によると、一つの基礎基板１０１を数回再使用または再生することにより、材料費用を低減する効果を得ることもできる。分離された基礎基板１０１を再使用する前に基礎基板１０１の分離面を研磨したりエッチングした洗浄することもできる。
【００３９】
このように、分離された窒化物半導体結晶層１０７は、窒化物半導体結晶基板として使用されＬＥＤ、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタ等の窒化物半導体素子を製造するのに利用され得る。このような例が図９に図示されている。
【００４０】
図９に示すように、上記分離された窒化物半導体結晶層１０７をＬＥＤ素子製造用の窒化物半導体結晶基板として使用する。該結晶層１０７上にｎ型ＧａＮ系物質からなるｎ型クラッド層１３１、活性層１３２及びｐ型ＧａＮ系物質からなるｐ型クラッド層１３３を順次形成する。これによって、高品質結晶基板１０７上に形成された低欠陥高品質ＬＥＤ素子２００が得られる。基板１０７が低欠陥の高品質の窒化物半導体結晶からなっているため、その上に成長されたクラッド層１３１、１３３及び活性層１３２も高品質の結晶状態を有することとなる。
【００４１】
図１０乃至図１２は、他の実施形態による窒化物半導体素子（特に、ＬＥＤ素子）の製造方法を説明するための工程断面図である。該実施形態では、前述の実施形態とは異なり、先ず窒化物半導体結晶層１０７上にクラッド層と活性層を形成した後、基礎基板１０１を分離する。それ以外は前述の実施形態と同一である。
【００４２】
図１０のように、既に説明した図２乃至図７の如き工程段階を経て、窒化物半導体結晶層１０７を具備した半導体積層構造物（図１の符号１００相当）を得る。その後、図１１に図示された通り、窒化物半導体結晶層１０７上にｎ型ＧａＮ系クラッド層１３１、活性層１３２及びｐ型ＧａＮ系クラッド層１３３を順次形成する。これによって、基礎基板１０１上に形成されたＬＥＤ素子部を製造する。その後、流通孔パターン１０５にエッチング剤を流通することにより、図１２に図示された通り、窒化物半導体結晶層１０７を含んだＬＥＤ素子部から基礎基板１０１を分離する。これによって、高品質の窒化物半導体素子（本実施形態ではＬＥＤ素子）２００’を得ることができる。
【００４３】
本発明は上述の実施形態及び添付図面によって限定されず、添付の請求範囲によって限定されるものである。請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能ということは、当技術分野の通常の知識を有している者には自明である。例えば、上記半導体積層構造物１００はＬＥＤ素子だけでなく、窒化物半導体基盤のバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタを製造するのにも利用されることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態による半導体積層構造物の断面図である。
【図２】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図３】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図４】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図５】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図６】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図７】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図８】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図９】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態製法による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態製法による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態製法による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００ 半導体積層構造物
１０１ 基礎基板
１０３ 成長防止膜
１０５ 流通孔パターン
１０７ 窒化物半導体結晶層
１３１ ｎ型クラッド層
１３２ 活性層
１３３ ｐ型クラッド層
２００ 窒化物半導体ＬＥＤ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法に関するものであり、特に結晶欠陥が少ない高品質の窒化物半導体結晶基板及び素子の製造方法とこれに利用される半導体積層構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表現される３族窒化物半導体（以下、簡単に窒化物半導体と称する）が光電子素子または高性能の電界効果素子応用に適した材料として注目を浴びている。窒化物半導体基盤の青色ＬＥＤを適用した交通信号灯は今日、日常的なものであり、白色照明及びディスプレイ等の分野において窒化物系ＬＥＤに対する需要が急速に増加しつつある。しかし、窒化物系単結晶の格子常数及び熱膨張係数と整合される窒化物系単結晶成長用基板が普遍化されていないという問題点がある。
【０００３】
通常窒化物半導体層は、窒化物半導体基板形成の技術的困難性によってサファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板またはＳｉ基板などの異種基板上で形成される。これによって異種基板と窒化物半導体層との間の結晶常数及び熱膨張係数の差のため、異種基板上で成長された窒化物半導体層とその上に形成された窒化物半導体素子は、転移（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）等の結晶欠陥を多量含んでいる。このような欠陥は、ＬＥＤなど窒化物半導体素子の性能を落とす主要因として作用する。
【０００４】
上記問題点を解決すべく、異種基板上に形成された窒化物半導体層を異種基板から分離させる技術が提案されてきた。例えば、特許文献１には、レーザーリフトオフ（ｌａｓｅｒ ｌｉｆｔ ｏｆｆ；ＬＬＯ）を用いてＧａＮ層またはＧａＮ系ＬＥＤをサファイア基板から分離させる技術を開示している。しかし、このようなレーザーリフトオフ法を使用する場合にも、サファイア基板と窒化物半導体との間に熱膨張係数の差などの原因で基板の反りが発生したり半導体層が損傷される問題が発生する。従って、高信頼性の基板分離方法や高品質の窒化物半導体基板または窒化物半導体素子を得ることが出来る方法が依然として要求されている。
【特許文献１】米国特許第６，０７１，７９５号登録公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、高い結晶品質の窒化物半導体基板及び素子を得ることを可能とする半導体積層構造物を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、上記半導体積層構造物を用いて高品質の窒化物半導体結晶基板を高い信頼度で製造する方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のまた異なる目的は、上記半導体積層構造物を用いて高品質の窒化物半導体素子を高い信頼度で製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の技術的課題を達成すべく、本発明による半導体積層構造物は、窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板と、上記基礎基板上で間隔を置いて水平方向に延長された流通孔パターンを囲う成長防止膜と、上記流通孔パターンの間の領域で上記基礎基板の上面と接触するよう上記基礎基板上に形成され、上記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を含む。このような半導体積層構造物は、低欠陥高品質の窒化物半導体結晶層、基板及び素子を得るのに容易に利用されることが出来る。
【０００９】
本発明の一実施形態によると、上記基礎基板はＧａＮ基板のような窒化物半導体基板であることが出来る。他の実施形態として、上記基礎基板は下層部として異種基板を含み上層部として窒化物半導体層を含むことも出来る。
【００１０】
好ましくは、上記成長防止膜はＳｉＯ２、ＳｉＮｘ及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された物質からなることが出来る。他の方案として、上記成長防止膜はタングステンまたはモリブデン等の高融点金属からなることも出来る。
【００１１】
本発明の他の目的を達成するため、本発明による窒化物半導体結晶基板の製造方法は、窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板上に熱分解性物質パターンとその熱分解性物質パターンを囲う成長防止膜を形成する段階と、上記熱分解性物質パターンの間の領域の成長防止膜を蝕刻して上記基礎基板の結晶面を露出させる段階と、上記露出された結晶面から窒化物半導体結晶を成長させることにより、上記熱分解性物質を熱分解させ流通孔パターンを形成すると共に、上記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を形成する段階と、上記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、上記基礎基板から上記半導体結晶層を分離させる段階を含む。
【００１２】
本発明の実施形態によると、上記熱分解性物質パターンと成長防止膜を形成する段階は、上記基礎基板上に第１成長防止膜を形成する段階と、上記第１成長防止膜上に相互間隔を置いて配置された熱分解性物質のパターンを形成する段階と、上記熱分解性物質パターンを囲うよう上記結果物上に第２成長防止膜を形成する段階を含む。
【００１３】
上記熱分解性物質は、窒化物半導体結晶の成長温度で熱分解されることが可能な物質である。上記熱分解性物質には、例えばＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｄＯ、ＦｅＯ、ＴｉＯ２等の熱分解性酸化物を使用することが出来る。他の方案として、上記熱分解性物質には、熱分解性樹脂を使用することが出来る。上記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃に至るフォトレジスト系ポリマーまたは熱硬化性樹脂であることが出来る。上記窒化物半導体結晶層形成時、上記熱分解性物質は分解され空き空間を残すこととなり、この空き空間はエッチング剤流通のための流通孔パターンとなる。
【００１４】
本発明のまた異なる目的の達成すべく、本発明による窒化物半導体素子の製造方法は、窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板上に熱分解性物質パターンとその熱分解性物質パターンを囲う成長防止膜を形成する段階と、上記熱分解性物質パターンの間の領域の成長防止膜を蝕刻して上記基礎基板の結晶面を露出させる段階と、上記露出された結晶面から窒化物半導体結晶を成長させることにより、上記熱分解性物質を熱分解させ流通孔パターンを形成すると共に、上記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を形成する段階を含む。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、上記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、上記基礎基板から上記窒化物半導体結晶層を分離させる段階と、上記分離された窒化物半導体結晶層上に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を順次に形成する段階をさらに含む。
【００１６】
本発明の他の一実施形態によると、上記窒化物半導体結晶層上に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を順次に形成する段階と、上記第２導電型クラッド層形成後、上記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、上記基礎基板を分離させる段階を含む。
【００１７】
本明細書において、‘窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体’または‘窒化物半導体’とは、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表現される２成分系（ｂｉａｎａｒｙ）、３成分系（ｔｅｒｎａｒｙ）または４成分系（ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ）化合物半導体を意味する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、成長防止膜によって囲われた流通孔パターンと結晶成長用窓を具備した半導体積層構造物を利用することにより、低欠陥高品質の窒化物半導体結晶層または基板を得ることが出来る。このような窒化物半導体結晶層または基板を使用して、高品質のＬＥＤ素子など窒化物半導体素子を容易に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な形態で変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態で限定されるものではない。本発明の実施形態は、当業界で一般的な知識を有している者に本発明をより完全に説明するため提供される。従って、図面における要素の形状及び大きさ等は、より明確な説明のため誇張されることができ、図面上の同一符号で表示される要素は同一要素である。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による半導体積層構造物の断面図である。図１を参照すると、半導体積層構造物１００は、基礎基板１０１と窒化物半導体結晶層１０７との間に分離部（１０３及び１０５）を介在させた構成とされている。上記分離部は、基礎基板１０１の間で間隔を置いて水平方向に延長された流通孔パターン１０５と該流通孔パターン１０５を囲う成長防止膜１０３を具備して構成されている。上記流通孔パターン１０５は、エッチング剤が容易に流通できる通路を提供し、少なくともその一部が空き空間となっている。該流通孔パターン１０５にエッチング剤を流通させることにより、流通孔パターン１０５の間の窒化物半導体と成長防止膜１０３を除去して、半導体結晶層１０７を基礎基板１０１から容易に分離させることが出来る。
【００２１】
基礎基板１０１は、その上面が窒化物半導体結晶面からなっている。図１に図示された通り、基礎基板１０１として単一層の窒化物半導体基板を使用することが出来る。しかし、これに限定はされず、上層部が窒化物半導体結晶となっている基板でであれば、これを基礎基板に使用することが出来る。即ち、下層部が異種基板（例えば、サファイア基板）で上層部が窒化物半導体層からなっている多層構造の基板も基礎基板として使用されることが出来る。
【００２２】
複数の流通孔パターン１０５の相互間の領域では基礎基板１０１の上面と窒化物半導体結晶層１０７が接触している。また、窒化物半導体結晶層１０７は、上記分離部（１０３，１０５）を覆って成長防止膜１０３の上に延長されている。後述する通り、窒化物半導体結晶層１０７は、基礎基板１０１と窒化物半導体結晶層１０７との接触部１０４から成長したものである。従って、該接触部１０４は、窒化物半導体結晶層１０７成長のための窓（ｗｉｎｄｏｗ）に相当する部分である。
【００２３】
このような半導体積層構造物１００は、低欠陥高品質の窒化物半導体結晶層、基板及び素子を得るのに容易に利用されることが出来る。即ち、上記窒化物半導体結晶層１０７は、窒化物半導体物質（基礎基板１０１の上面部）から成長されたものであるだけでなく、前記窓の接触部１０４から成長して徐々に側方向に成長して分離部（成長防止膜１０３，流通孔パターン１０５）を完全に覆っている。このように基礎基板１０１との結晶学的整合性とエピタキシャル側方向過成長法（ＥＬＯＧ；Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）による成長により、窒化物半導体結晶層１０７は低欠陥の高い結晶品質を有することとなる。
【００２４】
また、上記流通孔パターン１０５を通じエッチング剤（エッチングガスまたはエッチング液など）を流通させることにより、流通孔パターン１０５の間の窒化物半導体物質と成長防止膜１０３を容易に除去することが出来る。これによって、高い信頼度で窒化物半導体結晶層１０７を損傷すること無く、窒化物半導体結晶層１０７と基礎基板１０１とを分離することが出来る。分離された窒化物半導体結晶層１０７は、他の素子を製造するための窒化物半導体結晶基板として容易に使用される。他の方法として、上記窒化物半導体結晶層１０７上に先ず素子（例えば、ＬＥＤ）を製造して後、基礎基板１０１を分離することも出来る。いずれの場合であれ、上記半導体積層構造物１００は高品質の窒化物半導体結晶基板または素子を製造するのに有用に利用され得る。
【００２５】
好ましくは、上記成長防止膜１０３はＳｉＯ２、ＳｉＮｘまたはＡｌ２Ｏ３等の絶縁体からなることが出来る。他の例として、上記成長防止膜１０３はタングステンまたはモリブデン等の高融点金属からなることもできる。
【００２６】
図２乃至図９は、図１に図示された半導体積層構造物と該積層構造物から得られる窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【００２７】
先ず、図２を参照すると、基礎基板１０１上に第１成長防止膜１１３を形成する。基礎基板１０１には、前述した通り窒化物半導体基板または窒化物半導体層を具備した異種基板を使用する。第１成長防止膜１１３は前述したようなＳｉＯ２やＳｉＮｘ等の絶縁体またはタングステン等の高融点金属で形成する。
【００２８】
次に、図３に図示された通り、第１成長防止膜１１３上に熱分解性物質層１１５を形成する。該熱分解性物質層は、窒化物半導体結晶成長温度（約８００℃以上の温度）では容易に熱分解されることが可能な物質からなる。好ましくは、熱分解性物質層１１５はＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｄＯ、ＦｅＯ、ＴｉＯ２等の熱分解性酸化物で形成される。他の例として、上記熱分解性物質層１１５は熱分解性樹脂からなることもできる。熱分解性樹脂には、分解温度（即ち、その温度以上では熱分解される温度）が２５０乃至６００℃のフォトレジスト系ポリマーまたは熱硬化性樹脂を使用することができる。例えば、臭素系難燃剤を含有したエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはポリウレタン等を使用し、２５０乃至６００℃の分解温度を有する熱分解性樹脂層を形成することができる。
【００２９】
次に、図４に図示された通り、写真蝕刻工程などによって上記熱分解性物質層１１５をパターニングすることにより、熱分解性物質パターン１２５を形成する。該パターン１２５は、例えば一定な間隔を置いて延長された多数条の並行するストリップ（ｓｔｒｉｐｓ）形態で形成されることができる。
【００３０】
その後、図５に図示された通り、上記熱分解性物質パターン１２５の模様に沿って、第２成長防止膜１２３を薄く形成する。これによって、熱分解性物質パターン１２５は、第１及び第２成長防止膜からなる成長防止膜１０３によって囲われることとなる。この際、前記各熱分解性物質パターン１２５のストリップ末端部には第２成長防止膜１２３が被覆されないようにすることができる。
【００３１】
その後、図６に図示されるように、各熱分解性物質パターン１２５の相互間の領域の前記成長防止膜１０３を蝕刻して基礎基板１０１の窒化物結晶面を露出させる。該露出された窒化物結晶面部分は、後続の窒化物結晶成長のための接触部ともなる窓（ｗｉｎｄｏｗ；１０４）となる。この際、熱分解性物質パターン１２５は依然として成長防止膜１０３によって囲われた状態にある。
【００３２】
次に、図７に図示された通り、上記窓１０４を通じて窒化物半導体結晶１０７を成長させる。この際、例えばＭＯＣＶＤ、ＰＬＤまたはＨＶＰＥ法等を用いて窒化物半導体結晶を成長させることができる。窓１０４部分以外の成長防止膜１０３が形成された部分には結晶成長が抑制されるため、結晶面が露出された窓１０４でのみ結晶成長が起こる。従って、成長初期には窓１０４から窒化物半導体結晶が成長された後、前述のＥＬＯＧによって徐々に側方向に成長され上記成長防止膜１０３を完全に覆うこととなる。これによって、基礎基板１０１の窓１０４と成長防止膜１０３上には一定厚さを有する窒化物半導体結晶層１０７が形成される。
【００３３】
上記窒化物半導体結晶成長は、約８００℃以上の高温（好ましくは、１０００℃以上の高温）で実施されるため、結晶成長の間、熱分解性物質パターン１２５は熱分解される。この際、成長防止膜１０３が熱分解性物質パターン１２５を囲んでいるため、熱分解性物質パターン１２５の熱分解によって発生された副産物ガスは窒化物半導体結晶層１０７へ拡散されない。その代わり上記ガスは熱分解性物質パターン１２５の端部面を通じて排気される。従って、熱分解により発生されたガスの拡散による窒化物半導体結晶層１０７の欠陥発生が防止される。
【００３４】
このように窒化物半導体結晶層１０７形成の間、熱分解性物質パターン１２５が熱分解されることにより、熱分解性物質パターン１２５があったところは空き空間として残る。窒化物半導体結晶層１０７の成長後にも一部熱分解性物質が残留することができるが、熱分解によって生じた上記空き空間は、エッチング剤が流通するのに充分な流通孔パターン１０５を形成することとなる。
【００３５】
結晶成長により形成された窒化物半導体結晶層１０７は、非常に高い品質の結晶状態を有する。これは３つの要因に起因する。初めに、窒化物半導体結晶層１０７は、窒化物半導体結晶面（基礎基板１０１の窓１０４）から成長されたことである。従って、従来の異種基板面から成長された窒化物半導体結晶層に比べ欠陥が著しく少ない。二番目に、窒化物半導体結晶層１０７は、ＥＬＯＧによって成長されたことである。従って、側方向成長された部分（特に、成長防止膜１０３のすぐ上の部分）では転移欠陥の密度が少ない。最後に、成長防止膜１０３は、熱分解副産物ガス（熱分解性物質の熱分解によって発せられたガス）が窒化物半導体結晶層１０７へ拡散されることを防止する。このような要因により上記窒化物半導体結晶層１０７は、低欠陥の高い結晶品質を有することとなる。
【００３６】
以上の工程を通じ、図１（または図７）に図示された半導体積層構造物１００を得ることができる。該半導体積層構造物は、高品質の窒化物半導体基板または窒化物半導体素子を得るのに利用される。
【００３７】
図８を参照すると、図７から得られた窒化物半導体結晶層１０７を分離する状態が示されている。即ち、上記流通孔パターン１０５を通じ適切な１種類以上のエッチング剤を流通させることにより、成長防止膜１０３を除去し、各流通孔パターン１０５の相互間の各窓１０４部分（図７参照）にある窒化物半導体結晶を除去する。これによって、窒化物半導体結晶層１０７を損傷すること無く容易に基礎基板１０１から窒化物半導体結晶層１０７を分離する。分離された窒化物半導体結晶層１０７は、高品質窒化物半導体結晶基板として利用され得る。分離された半導体結晶層を素子製造用の窒化物半導体結晶基板として使用する前に、分離された半導体結晶層１０７の分離面（前記各窓１０４に対応する結晶層成長部分）を研磨したりエッチングしたり洗浄することもできる。
【００３８】
分離された基礎基板１０１は再使用されることが出来る。従って、本発明によると、一つの基礎基板１０１を数回再使用または再生することにより、材料費用を低減する効果を得ることもできる。分離された基礎基板１０１を再使用する前に基礎基板１０１の分離面を研磨したりエッチングした洗浄することもできる。
【００３９】
このように、分離された窒化物半導体結晶層１０７は、窒化物半導体結晶基板として使用されＬＥＤ、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタ等の窒化物半導体素子を製造するのに利用され得る。このような例が図９に図示されている。
【００４０】
図９に示すように、上記分離された窒化物半導体結晶層１０７をＬＥＤ素子製造用の窒化物半導体結晶基板として使用する。該結晶層１０７上にｎ型ＧａＮ系物質からなるｎ型クラッド層１３１、活性層１３２及びｐ型ＧａＮ系物質からなるｐ型クラッド層１３３を順次形成する。これによって、高品質結晶基板１０７上に形成された低欠陥高品質ＬＥＤ素子２００が得られる。基板１０７が低欠陥の高品質の窒化物半導体結晶からなっているため、その上に成長されたクラッド層１３１、１３３及び活性層１３２も高品質の結晶状態を有することとなる。
【００４１】
図１０乃至図１２は、他の実施形態による窒化物半導体素子（特に、ＬＥＤ素子）の製造方法を説明するための工程断面図である。該実施形態では、前述の実施形態とは異なり、先ず窒化物半導体結晶層１０７上にクラッド層と活性層を形成した後、基礎基板１０１を分離する。それ以外は前述の実施形態と同一である。
【００４２】
図１０のように、既に説明した図２乃至図７の如き工程段階を経て、窒化物半導体結晶層１０７を具備した半導体積層構造物（図１の符号１００相当）を得る。その後、図１１に図示された通り、窒化物半導体結晶層１０７上にｎ型ＧａＮ系クラッド層１３１、活性層１３２及びｐ型ＧａＮ系クラッド層１３３を順次形成する。これによって、基礎基板１０１上に形成されたＬＥＤ素子部を製造する。その後、流通孔パターン１０５にエッチング剤を流通することにより、図１２に図示された通り、窒化物半導体結晶層１０７を含んだＬＥＤ素子部から基礎基板１０１を分離する。これによって、高品質の窒化物半導体素子（本実施形態ではＬＥＤ素子）２００’を得ることができる。
【００４３】
本発明は上述の実施形態及び添付図面によって限定されず、添付の請求範囲によって限定されるものである。請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能ということは、当技術分野の通常の知識を有している者には自明である。例えば、上記半導体積層構造物１００はＬＥＤ素子だけでなく、窒化物半導体基盤のバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタを製造するのにも利用されることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態による半導体積層構造物の断面図である。
【図２】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図３】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図４】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図５】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図６】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図７】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図８】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図９】図１の半導体積層構造物、窒化物半導体結晶基板及び窒化物半導体素子の製造方法を説明するための一実施形態製法の工程断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態製法による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態製法による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態製法による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００ 半導体積層構造物
１０１ 基礎基板
１０３ 成長防止膜
１０５ 流通孔パターン
１０７ 窒化物半導体結晶層
１３１ ｎ型クラッド層
１３２ 活性層
１３３ ｐ型クラッド層
２００ 窒化物半導体ＬＥＤ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板と、
前記基礎基板上で間隔を置いて水平方向に延長された流通孔パターンを囲う成長防止膜と、
前記流通孔パターンの間の領域で前記基礎基板の上面と接触するよう前記基礎基板上に形成され、前記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層と、
を含むことを特徴とする半導体積層構造物。
【請求項２】
前記基礎基板は、窒化物半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層構造物。
【請求項３】
前記基礎基板は、下層部として異種基板を含み上層部として窒化物半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体積層構造物。
【請求項４】
前記成長防止膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された物質からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層構造物。
【請求項５】
前記成長防止膜は、高融点金属からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層構造物。
【請求項６】
窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板上に熱分解性物質パターンとその熱分解性物質パターンを囲う成長防止膜を形成する段階と、
前記熱分解性物質パターンの間の領域の成長防止膜を蝕刻して前記基礎基板の結晶面を露出させる段階と、
前記露出された結晶面から窒化物半導体結晶を成長させることにより、前記熱分解性物質を熱分解させ流通孔パターンを形成すると共に、前記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を形成する段階と、
前記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、前記基礎基板から前記半導体結晶層を分離させる段階と、
を含むことを特徴とする窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項７】
前記熱分解性物質パターンと成長防止膜を形成する段階は、
前記基礎基板上に第１成長防止膜を形成する段階と、
前記第１成長防止膜上に相互間隔を置いて配置された熱分解性物質のパターンを形成する段階と、
前記熱分解性物質パターンを囲うよう前記結果物上に第２成長防止膜を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項８】
前記熱分解性物質は、熱分解性酸化物であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項９】
前記熱分解性酸化物は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｄＯ、ＦｅＯ及びＴｉＯ２からなるグループから選択された物質であることを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１０】
前記熱分解性物質は、熱分解性樹脂であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１１】
前記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃のフォトレジスト系ポリマーであることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１２】
前記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１３】
前記成長防止膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された物質からなることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１４】
前記成長防止膜は、高融点金属からなることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１５】
窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板上に熱分解性物質パターンとその熱分解性物質パターンを囲う成長防止膜を形成する段階と、
前記熱分解性物質パターンの間の領域の成長防止膜を蝕刻して前記基礎基板の結晶面を露出させる段階と、
前記露出された結晶面から窒化物半導体結晶を成長させることにより、前記熱分解性物質を熱分解させ流通孔パターンを形成すると共に、前記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記熱分解性物質パターンと成長防止膜を形成する段階は、
前記基礎基板上に第１成長防止膜を形成する段階と、
前記第１成長防止膜上に相互間隔を置いて配置された熱分解性物質のパターンを形成する段階と、
前記熱分解性物質パターンを囲うよう前記結果物上に第２成長防止膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記窒化物半導体結晶層形成後、前記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、前記基礎基板から前記窒化物半導体結晶層を分離させる段階と、
前記分離された窒化物半導体結晶層上に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を順次に形成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記窒化物半導体結晶層形成後、前記窒化物半導体結晶層上に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を順次に形成する段階と、
前記第２導電型クラッド層形成後、前記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより前記基礎基板を分離させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記熱分解性物質は、熱分解性酸化物であることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記熱分解性酸化物は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｄＯ、ＦｅＯ及びＴｉＯ２からなるグループから選択された物質であることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記熱分解性物質は、熱分解性樹脂であることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃のフォトレジスト系ポリマーであることを特徴とする請求項２１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記成長防止膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された物質からなることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
前記成長防止膜は、高融点金属からなることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板と、
前記基礎基板上で間隔を置いて水平方向に延長された流通孔パターンを囲う成長防止膜と、
前記流通孔パターンの間の領域で前記基礎基板の上面と接触するよう前記基礎基板上に形成され、前記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層と、
を含むことを特徴とする半導体積層構造物。
【請求項２】
前記基礎基板は、窒化物半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層構造物。
【請求項３】
前記基礎基板は、下層部として異種基板を含み上層部として窒化物半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体積層構造物。
【請求項４】
前記成長防止膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された物質からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層構造物。
【請求項５】
前記成長防止膜は、高融点金属からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層構造物。
【請求項６】
窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板上に熱分解性物質パターンとその熱分解性物質パターンを囲う成長防止膜を形成する段階と、
前記熱分解性物質パターンの間の領域の成長防止膜を蝕刻して前記基礎基板の結晶面を露出させる段階と、
前記露出された結晶面から窒化物半導体結晶を成長させることにより、前記熱分解性物質を熱分解させ流通孔パターンを形成すると共に、前記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を形成する段階と、
前記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、前記基礎基板から前記半導体結晶層を分離させる段階と、
を含むことを特徴とする窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項７】
前記熱分解性物質パターンと成長防止膜を形成する段階は、
前記基礎基板上に第１成長防止膜を形成する段階と、
前記第１成長防止膜上に相互間隔を置いて配置された熱分解性物質のパターンを形成する段階と、
前記熱分解性物質パターンを囲うよう前記結果物上に第２成長防止膜を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項８】
前記熱分解性物質は、熱分解性酸化物であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項９】
前記熱分解性酸化物は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｄＯ、ＦｅＯ及びＴｉＯ２からなるグループから選択された物質であることを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１０】
前記熱分解性物質は、熱分解性樹脂であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１１】
前記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃のフォトレジスト系ポリマーであることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１２】
前記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１３】
前記成長防止膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された物質からなることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１４】
前記成長防止膜は、高融点金属からなることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体結晶基板の製造方法。
【請求項１５】
窒化物半導体結晶面である上面を有する基礎基板上に熱分解性物質パターンとその熱分解性物質パターンを囲う成長防止膜を形成する段階と、
前記熱分解性物質パターンの間の領域の成長防止膜を蝕刻して前記基礎基板の結晶面を露出させる段階と、
前記露出された結晶面から窒化物半導体結晶を成長させることにより、前記熱分解性物質を熱分解させ流通孔パターンを形成すると共に、前記成長防止膜を覆う窒化物半導体結晶層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記熱分解性物質パターンと成長防止膜を形成する段階は、
前記基礎基板上に第１成長防止膜を形成する段階と、
前記第１成長防止膜上に相互間隔を置いて配置された熱分解性物質のパターンを形成する段階と、
前記熱分解性物質パターンを囲うよう前記結果物上に第２成長防止膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記窒化物半導体結晶層形成後、前記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより、前記基礎基板から前記窒化物半導体結晶層を分離させる段階と、
前記分離された窒化物半導体結晶層上に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を順次に形成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記窒化物半導体結晶層形成後、前記窒化物半導体結晶層上に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を順次に形成する段階と、
前記第２導電型クラッド層形成後、前記流通孔パターンにエッチング剤を流通することにより前記基礎基板を分離させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記熱分解性物質は、熱分解性酸化物であることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記熱分解性酸化物は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｄＯ、ＦｅＯ及びＴｉＯ２からなるグループから選択された物質であることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記熱分解性物質は、熱分解性樹脂であることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃のフォトレジスト系ポリマーであることを特徴とする請求項２１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記熱分解性樹脂は、分解温度が２５０乃至６００℃の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記成長防止膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された物質からなることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
前記成長防止膜は、高融点金属からなることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−５３３８５（Ｐ２００７−５３３８５Ａ）
【公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２２８６４（Ｐ２００６−２２２８６４）
【出願日】平成１８年８月１８日（２００６．８．１８）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１８日（２００６．８．１８）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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