(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶成長時に結晶中に取り込まれる不純物量を低減して、Ａｌ含有率が高いIII族窒化物半導体を品質よく製造する方法を提供する。【解決手段】基板１１上に、組成式ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮで表され、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１．０，Ｂ≧０，Ｃ≧０，０．５≦Ａ≦１．０である関係を満足するＡｌＧａＩｎＮ層１３が形成されたIII族窒化物半導体を製造する方法であって、反応炉１内に設置したダミー基板上に、組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮで表され、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０であり、かつＹ≦Ｂ、Ｚ≦Ｃである関係を満足するダミー層を１１００℃以上の温度で形成する準備処理工程と、反応炉内からダミー基板を取り出し、ダミー基板とは異なる基板１１を反応炉１内に設置し、該基板１１上に、組成式ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮで表される前記ＡｌＧａＩｎＮ層を形成する第一製造工程と、を含む。【選択図】図１
2010258375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、組成式ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮで表され、前記組成式中のＡ、ＢおよびＣが、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１．０，Ｂ≧０，Ｃ≧０，０．５≦Ａ≦１．０である関係を満足するＡｌＧａＩｎＮ層が形成されたIII族窒化物半導体を製造する方法であって、
反応炉内にダミー基板を設置し、該ダミー基板上に、組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮで表され、前記組成式中のＸ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０であり、かつＹ≦Ｂ、Ｚ≦Ｃである関係を満足するダミー層を１１００℃以上の温度で形成する準備処理工程と、
反応炉内から前記ダミー層が形成された前記ダミー基板を取り出し、前記ダミー基板とは異なる基板を該反応炉内に設置し、該基板上に、組成式ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮで表される前記ＡｌＧａＩｎＮ層を形成する第一製造工程と、
を含むことを特徴とするIII族窒化物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記準備処理工程において、前記ダミー層を形成する前に、水素を含む雰囲気において、前記ダミー基板を１２５０℃以上の温度にする熱処理工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記準備処理工程において、前記ダミー層を窒化アルミニウム層とすることを特徴とする請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記準備処理工程よりも前に、
前記反応炉内において、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含有するIII族窒化物半導体を製造する第二製造工程を実施していることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のIII族窒化物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体の製造方法に係り、さらに詳しくはＡｌ含有率の高いIII族窒化物層を有するIII族窒化物半導体を高品質で製造できる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表されるIII族窒化物半導体は可視領域から紫外領域に相当するエネルギー帯の全領域で直接遷移型のバンド構造を持ち、高効率な発光デバイスの作製が可能である。そのため発光ダイオードおよびレーザーダイオードの研究が活発に行われ、現在では、可視領域から近紫外領域までの発光ダイオード、青色レーザーダイオードなどの半導体素子が製品化されている。
【０００３】
このような半導体素子は、たとえば、特許文献１および２に記載されているように、公知の結晶成長法を用いて、基板上にバッファ層、Ｎ型キャップ層、Ｎ型クラッド層、活性層、Ｐ型クラッド層、Ｐ型キャップ層をエピタキシャル成長させて作製される。このような結晶成長法はバッチ方式で行われる。
【０００４】
一方、波長が３００ｎｍ以下の深紫外領域で発光し、しかも光出力の高い発光ダイオードおよびレーザーダイオードを実現するためには、Ａｌ含有率が高いIII族窒化物半導体（たとえば組成式ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮにおいてＡが０．５以上）が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２２３８３２号
【特許文献２】特開２００３−２３１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、Ａｌ含有率が高いIII族窒化物半導体（Ａｌ含有率が高いIII族窒化物層）を製造する場合には、結晶成長時において、反応炉内に存在するIII族原子や炭素、酸素等の不純物による影響が非常に大きいことが判明した。
【０００７】
具体的には、III族窒化物半導体（III族窒化物層）を製造した後には、原料の流通経路であって、基板加熱時に高温となる反応炉内壁面に、原料に由来するIII族原子（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）とＮとを主成分とした堆積物が形成される。そして、新たなバッチ処理において、反応炉内温度が上昇することによって前記堆積物が脱離するものと考えられる。
【０００８】
このとき、該バッチ処理において、Ａｌ含有率が高いIII族窒化物層を製造すると、結晶中にＡｌ以外のIII族原子が不純物として結晶成長時に取り込まれることによって、結晶表面の平滑性が悪化し、また、それに伴って酸素や炭素などの不純物濃度も増加する傾向にあることが分かった。そのため、安定した品質を維持しながら、Ａｌ含有率が高いIII族窒化物層を製造することが困難であった。
【０００９】
特許文献１および２に記載されているようなＡｌ含有率の低いＡｌＧａＩｎＮ層を形成する場合には上記の問題は生じないため、上記の問題を解決するには、新たなアプローチが必要となっていた。
【００１０】
本発明はこのような実状に鑑みてなされ、その目的は、結晶成長時に結晶中に取り込まれる不純物量を低減して、Ａｌ含有率が高いIII族窒化物半導体を品質よく製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係るIII族窒化物半導体を製造する方法は、
基板上に、組成式ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮで表され、前記組成式中のＡ、ＢおよびＣが、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１．０，Ｂ≧０，Ｃ≧０，０．５≦Ａ≦１．０である関係を満足するＡｌＧａＩｎＮ層が形成されたIII族窒化物半導体を製造する方法であって、
反応炉内にダミー基板を設置し、該ダミー基板上に、組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮで表され、前記組成式中のＸ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０であり、かつＹ≦Ｂ、Ｚ≦Ｃである関係を満足するダミー層を１１００℃以上の温度で形成する準備処理工程と、
反応炉内から前記ダミー層が形成された前記ダミー基板を取り出し、前記ダミー基板とは異なる基板を該反応炉内に設置し、該基板上に、組成式ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮで表される前記ＡｌＧａＩｎＮ層を形成する第一製造工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る製造方法では、III族窒化物半導体を製造する前（第一製造工程前）に、上記の準備処理工程を行う。この工程では、III族窒化物半導体の製造に用いる基板とは異なるダミー基板を１１００℃以上に加熱し、その上にダミー層を結晶成長させる。このようにすることで、III族窒化物半導体の製造時に反応炉内に堆積したIII族原子とＮ（窒素原子）を主成分とする堆積物が脱離し、反応炉内から除去（低減）される、もしくはダミー層に取り込まれるものと考えられる。
【００１３】
また、ダミー層を形成する温度まで昇温する過程において、反応炉内の壁面の堆積物を脱離させ、次いで、ダミー層を形成する際に、使用する原料ガス組成に応じた高いＡｌ含有率の堆積物を、再度、反応炉内の壁面に形成することにより、反応炉内の状況（環境）を安定にできるものと考えられる。しかも、ダミー層の組成において、Ｇａ、Ｉｎの含有率を、III族窒化物半導体を構成する層に含まれるＧａ、Ｉｎの含有率以下としているため、上記効果がより発揮されるものと考えられる。
【００１４】
中でも、ダミー層は、窒化アルミニウム層であることが好ましい。
【００１５】
そのため、準備処理工程後には、反応炉内の堆積物に含まれるＧａおよびＩｎを低減できる。そして、次にＡｌ含有率の高いIII族窒化物半導体を製造しても、堆積物に由来するＧａおよびＩｎが該III族窒化物半導体に取り込まれるのを低減することができるため、表面の平滑性を良好にし、結晶欠陥を効果的に抑制することができる。さらに、該III族窒化物半導体は、平滑な表面を形成できるため、結晶成長中に炭素および酸素等の不純物が取り込まれるのを抑制できるものと考えられる。
【００１６】
好ましくは、前記準備処理工程において、前記ダミー層を形成する前に、水素を含む雰囲気において、前記ダミー基板を１２５０℃以上の温度にする熱処理工程を行う。このようにすることで、反応炉内に堆積しているＧａおよびＩｎの脱離を促進し、本発明の効果を高めることができる。
【００１７】
また、本発明は、前記準備処理工程よりも前に、前記反応炉内において、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含有するIII族窒化物半導体を製造する第二製造工程を実施している場合に、特に顕著な効果を発揮する。
【００１８】
つまり、準備処理工程の前に、Ｇａ、およびＩｎの一方あるいは双方を必ず含むIII族窒化物半導体、たとえば、ＧａＮ層を形成した場合には、反応炉内の壁面には、Ｇａを多く含む堆積物が存在するものと考えられ、準備処理工程を実施する効果がより顕著に発揮される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る製造方法によれば、上記の準備処理工程を設けることで、反応炉内に存在するIII族原子、およびＮ（窒素原子）の影響を低減することができる。その結果、III族窒化物半導体に取り込まれる不純物量が抑制され、高品質のIII族窒化物半導体を製造することができる。特に、III族窒化物半導体は、Ｇａ、Ｉｎの含有率が高いIII族窒化物半導体を製造する場合も多く、本発明によれば、このようなIII族窒化物半導体層を製造した後でも、同一の反応炉でＡｌ含有率の高いIII族窒化物半導体を安定した品質で製造することができるため、その工業的利用価値は非常に高い。
【００２０】
このIII族窒化物半導体はＡｌ含有率が高いため、たとえば３００ｎｍ以下の波長を有する光を発し、十分な出力を有するIII族窒化物半導体素子に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るIII族窒化物半導体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】図２は、成長工程を行った場合の他の実施形態に係るIII族窒化物半導体の製造方法に関するフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態に係るIII族窒化物半導体の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るIII族窒化物半導体の製造方法において、製造工程を示す要部断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係るIII族窒化物半導体の製造方法において、第一製造工程と第二製造工程を連続して行った場合の要部断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係るIII族窒化物半導体の製造方法において、準備処理工程を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００２３】
III族窒化物半導体
本発明に係る方法により製造されるIII族窒化物半導体は、特定組成を有するＡｌＧａＩｎＮ層を少なくとも含む。
【００２４】
ＡｌＧａＩｎＮ層は、III族原子であるＡｌ、ＧａおよびＩｎと、Ｖ族原子であるＮと、からなる化合物からなり、組成式を用いて、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ（ただし、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１．０）と表すことができる。本発明に係る方法により製造されるIII族窒化物半導体は、たとえば、深紫外域の波長を有する発光素子に好適に使用されるため、ＡｌＧａＩｎＮ層はＡｌ含有率が高いＡｌＧａＩｎＮで構成される。なお、ＡｌＧａＩｎＮ層は、アンドープであってもよいし、Ｐ型またはＮ型であってもよい。
【００２５】
上記の組成式において「Ａ」は、組成式ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮにおけるＡｌの含有率を表しており、０．５≦Ａ≦１．０である。このようなＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層をバッファ層、クラッド層、ガイド層等として用いることで、波長が３００ｎｍ以下の光を発する発光素子を得ることができる。より波長の短い光を発生させる場合には、Ａは０．５５以上であることが好ましく、より好ましくは０．６５以上であり、さらに好ましくは０．７以上である。また、Ａの上限は１．０であり、組成式ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮがＡｌＮとなる。
【００２６】
本発明においては、このようなＡｌ含有率の高いIII族窒化物層を有する半導体を製造する場合に、特に優れた効果を発揮する。
【００２７】
また、上記の組成式において、「Ｂ」はＧａの含有率、「Ｃ」はＩｎの含有率を表している。本発明では、Ｂ≧０，Ｃ≧０，０≦Ｂ＋Ｃ≦０．５である。ＢとＣとの比率は所望の特性等に応じて適宜決定すればよい。本実施形態では、好ましくは０≦Ｂ≦０．４５、より好ましくは０≦Ｂ≦０．３である。また、好ましくは０≦Ｃ≦０．１、より好ましくは０≦Ｃ≦０．０５である。
【００２８】
以上のような組成を満足するＡｌＧａＩｎＮ層は、上記Ａ、Ｂ、およびＣが前記範囲を満足するものであれば、組成の異なる多層構造であってもよい。つまり、たとえば、前記バッファ層、クラッド層、およびガイド層は、上記Ａ、Ｂ、およびＣが前記範囲を満足するものであれば、組成が異なるＡｌＧａＩｎＮ層の多層構造体（積層体）から構成されてもよい。
【００２９】
さらに、本発明に係る方法により製造されるIII族窒化物半導体において、前記ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層上に、さらに、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を必須成分として含むIII族窒化物層が積層されていてもよい。具体的には、該III族原子を多く含み、前記ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層よりもＡｌ含有率が低いIII族窒化物層、たとえば、ＧａＮ層が形成されてもよい。この該III族原子を含むIII族窒化物層も、アンドープであってもよいし、Ｐ型またはＮ型であってもよい。
【００３０】
なお、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＮの含有量は、２次イオン質量分析法などにより測定することができる。
【００３１】
III族窒化物半導体の製造方法
次に、本発明に係るIII族窒化物半導体の製造方法を図１、図２、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
図１には、最も簡単な本発明の実施態様の一例を示す。図２には、同一の反応炉を使用して、第二製造工程、準備処理工程、および第一製造工程を実施する態様の一例を示す。
【００３３】
また、図３には、準備処理工程、第一製造工程と第二製造工程を連続して行う工程の実施態様を示す。第一製造工程と第二製造工程を連続して行うとは、第一製造工程後に得られたIII族窒化物半導体を反応炉から取り出すことなく、引き続き、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含むIII族窒化物層を形成することを指す。
【００３４】
そのため、第一製造工程において、たとえば、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層を多層構造体とし、最終的に積層した層がＧａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含むIII族窒化物層である場合には、第一製造工程の最終層の製造と第二製造工程とは同一の製造工程になる。
【００３５】
また、第一製造工程において、前記範囲を満足するＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層を基板上に形成し、さらに、第二製造工程として、該ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層上に、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含み、Ａｌ含有率が０．５未満となるIII族窒化物層、たとえば、ＧａＮ層を連続して形成することもできる。
【００３６】
本発明においては、基板上にＡｌ含有率が高いＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層を形成する第一製造工程前に、準備処理工程を実施することが重要である。この準備処理工程を行うことにより、品質の安定したIII族窒化物半導体を製造することができる。
【００３７】
なお、本発明の第一製造工程、準備処理工程、および第二製造工程においては、各層を単結晶の状態で結晶成長させる方法を用いることが好ましく、そのような方法であれば、特に制限されない。具体的には、たとえば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線成長法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などが挙げられるが、本実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合の説明を行う。
【００３８】
また、準備処理工程も、製造工程、および成長工程と同じ方法でダミー層を形成することが好ましい。そのため、本実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合の説明を行う。
【００３９】
先ずは、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層を形成する第一製造工程について説明する。
【００４０】
（第一製造工程）
本発明において、製造工程では、図４に示すように、III族窒化物半導体としてのＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４（図４においては、バッファ層（ＡｌＮ層）１２とＡｌＧａＩｎＮ層１３の両層がＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層に該当する）を形成する。なお、この第一製造工程の前には、後述する準備処理工程がすでに行われているものとする。
【００４１】
本実施形態では、ＡｌＧａＩｎＮ層１３がバッファ層１２上に形成される場合を示すが、基板１１上に、単一層のＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を直接形成してもよい。この場合には、格子の不整合を防ぐように、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４の組成および基板１１の材料を決定すればよい。あるいは、発光素子におけるクラッド層、活性層、ガイド層等の上に形成されていてもよい。すなわち、基板上にＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層を形成するとは、基板上に直接ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層が形成される場合や、基板上に直接形成された層上に、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層が形成される場合を含む趣旨である。
【００４２】
なお、基板１１は、半導体素子の製造時の処理温度に耐える材料であれば、特に制限されず、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＺｎＯ、ＺｒＢ２などを用いればよい。本実施形態ではサファイア単結晶を用いることが好ましい。なお、下記に詳述するダミー基板５１も、上記基板１１と同じ材質のものを使用することができる。
【００４３】
ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を形成するために用いられる原料は特に制限されないが、本実施形態では、III族原料ガスとして、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡとする）、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧとする）およびトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩとする）を用い、Ｖ族原料ガスとしてアンモニアを用いる。また、このＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を形成する際の温度は、特に制限されるものではなく、通常、８００〜１４００℃の範囲で実施することができる。
【００４４】
Ｎ型またはＰ型特性を示すＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を形成する場合には、これらの原料ガスおよびキャリアガスに加え、ドナー不純物原子またはアクセプター不純物原子の原料ガスを反応炉内に導入し、不純物原子がドーピングされたＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を形成する。組成、不純物原子濃度および結晶成長条件は所望の特性に応じて適宜決定すればよい。
【００４５】
本実施形態では、上記の第一製造工程によってIII族窒化物半導体が製造され、バッチ処理を終了することもできる。その場合、図４において、反応炉内の温度が下がった後に、III族窒化物半導体としてのＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４は基板１１と共に反応炉１から取り出される。ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４の形成時には、基板１１上以外に、原料の供給経路であって、かつ基板１１からの輻射や熱伝達により比較的高温になる反応炉内の壁面部分にも、使用した原料ガスに応じて、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＮを主成分とした堆積物が形成される。
【００４６】
このような堆積物は必ずしも単結晶の状態ではなく、大部分は不安定な多結晶もしくはアモルファス状であると考えられる。そのため、次のバッチ処理において、新たにIII族窒化物半導体（ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４）を基板１１上に製造する場合、反応炉内の温度が上昇するにつれ反応炉１内の堆積物から上記原子に由来する原料成分が脱離するものと考えられる。そして、この脱離した原料成分が、次に、結晶成長するＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４に取り込まれるものと推定される（バッファ層１２を設ける場合には、バッファ層１２（ＡｌＮ層）に取り込まれるものと推定される。）。
【００４７】
ここで、Ａｌ含有率が高いＡｌＧａＩｎＮ層は、上記の脱離する原料成分のうち、Ａｌ、およびＮ以外の成分、すなわちＡｌ以外のIII族原子であるＧａ、Ｉｎが成長状態や結晶品質に大きな影響を及ぼし、それらがＡｌ含有率の高いＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層中に取り込まれることによって、表面状態が悪化するものと推定される。
【００４８】
そして、次に形成されるＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４、すなわち、III族窒化物半導体には、取り込まれたＡｌ以外のIII族原子に起因する表面粗さの悪化が生じ、その結果、反応炉内に存在する炭素や酸素などの不純物がIII族窒化物半導体中に取り込まれる等の不具合が生じてしまうものと考えられる。この不具合は、基板上に直接形成される層だけではなく、その上に形成される層にも影響を与えることになる。
【００４９】
そのため、たとえば、次のバッチ処理においてバッファ層を介して新たなＡｌＧａＩｎＮ層が形成された場合にも、バッファ層およびＡｌＧａＩｎＮ層の両方に結晶欠陥や表面粗さの悪化が生じ、III族窒化物半導体としてのＡｌＧａＩｎＮ層の特性低下の要因となってしまう。
【００５０】
中でも、第一製造工程を行う前に、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を多層とし、最上層として、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含むIII族窒化物層を形成する場合や、特に、該ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４上に、Ａｌ含有率がＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４よりも低い層、たとえば、ＧａＮ層などを形成する場合には、上記現象が顕著に発現されるものと推定される。以上のような層を形成する工程は、第二製造工程に該当する。以下、この工程について説明する。
【００５１】
（第二製造工程）
以上説明した通り、基板１１上にＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を形成する場合には、同じ反応炉でその前に形成したIII族窒化物層の影響を受け、特に、該III族窒化物層が、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含む層である場合には、該III族原子の影響を強く受けるものと考えられる。
【００５２】
そのため、本発明においては、第二製造工程を実施した反応炉、つまり、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含むIII族窒化物半導体層（III族窒化物半導体）を製造した反応炉において、準備処理工程を行うことにより、その効果をより発揮することができる。
【００５３】
この第二製造工程では、前記基板１１に、直接、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含むIII族窒化物層を形成することもできる。この場合は、第二製造工程は、第一製造工程のＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層と同様に、III族原料ガスとしてＴＭＡ、ＴＭＧ、およびＴＭＩを用い、Ｖ族原料ガスとしてアンモニアを用い、所望のIII族窒化物半導体となるよう製造すればよい。第二製造工程における温度も、特に制限されるものではなく、通常、８００〜１４００℃の範囲で実施することができる。
【００５４】
また、当然のことながら、この第二製造工程で製造するＧａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含むIII族窒化物層は、これらの原料ガスおよびキャリアガスに加え、ドナー不純物原子またはアクセプター不純物原子の原料ガスを反応炉内に導入し、不純物原子がドーピングされたIII族窒化物層とすることもできる。
【００５５】
また、図５に示すように、この第二製造工程は、前記の通り、第一製造工程において、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を多層とし、最上層にＧａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含むIII族窒化物層１５を形成した場合には、この最上層を形成する工程が第二製造工程となる。
【００５６】
さらに、下記に詳述する準備処理工程は、この第二製造工程が、第一製造工程で形成したＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層上に、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含み、Ａｌ含有率が０．５未満となるIII族窒化物層、たとえば、ＧａＮ層などを連続して形成した場合においても、優れた効果を発揮する。層厚み等の影響もあると考えられるが、第二製造工程において、Ａｌ含有率が０．５未満となるIII族窒化物層、つまり、Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子の含有率が高いIII族窒化物層を形成した後には、反応炉内の堆積物中にＧａ、および／またはＩｎが多く含まれるものと考えられ、準備処理工程を行う効果が顕著に発揮されるものと考えられる。
【００５７】
本発明の方法は、基板１１上にＡｌ含有率の高いＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層を形成するに際し、下記に詳述する準備処理工程を先に実施しておくことにより、バッチ処理ごとに反応炉内の状態をなるべく同じ状態にして、該ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層を形成するものである。以下に、この準備処理工程について説明する。
【００５８】
（準備処理工程）
本発明においては、図４に示す、基板１１上にＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を形成する第一製造工程前に、以下に詳述する準備処理工程を行うことを特徴とする。この準備処理工程は、反応炉内にダミー基板を設置し、該ダミー基板上に、組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮで表され、前記組成式中のＸ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０であり、かつＹ≦Ｂ、Ｚ≦Ｃである関係を満足するダミー層を１１００℃以上の温度で形成するものである。
【００５９】
まず、図６に示すように、基板１１とは異なるダミー基板５１をサセプター２上に設置する。ダミー基板５１は、基板１１の説明において述べた材料を用いればよく、基板１１と同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料であってもよい。本実施形態では、サファイア単結晶基板を用いる。
【００６０】
本発明においては、ダミー基板５１をサセプター２上に設置した後は、そのまま、該ダミー基板上に、組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮで表され、前記組成式中のＸ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０であり、かつＹ≦Ｂ、Ｚ≦Ｃである関係を満足するダミー層５２を１１００℃以上で形成することもできるが、本実施形態では、該ダミー層形成の前に、以下の熱処理工程を行うことが好ましい。
【００６１】
（熱処理工程)
本発明において、該ダミー層５２を形成する前の熱処理工程では、反応炉内に水素ガスを所定の流量で導入しながら、ダミー基板５１を好ましくは１２５０℃以上、より好ましくは１３００℃以上に加熱してやればよい。ダミー基板５１を１２５０℃以上に加熱する場合、その温度は、１２５０℃以上であれば一定の温度に保持してもよいし、変化させることもできる。また、ダミー基板５１を１２５０℃以上の温度にする時間は、特に制限されるものではなく、好ましくは１０分以上、より好ましくは２０分以上である。
【００６２】
この熱処理工程を行うことにより、反応炉内に堆積したIII族原子とＮ（窒素原子）を主成分とした堆積物を脱離させ、反応炉内から除去（低減）できるものと考えられる。そのため、この熱処理工程を行った後、ダミー層５２を形成することにより、反応炉内における堆積物の組成をより一定のものとすることができ、バッチ処理ごとの第一製造工程において、不純物が少なく、平滑なＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を形成することができる。
【００６３】
上記の通り、この熱処理工程は、第一製造工程、または第二製造工程において反応炉内に堆積した堆積物を反応炉内から除去することを主目的とするため、ダミー基板５１を１２５０℃以上にする時間の上限は、反応炉内の堆積物の組成、量等に応じて適宜決定すればよいが、通常は、３時間程度である。また、保持中の温度の上限も、特に制限されるものではないが、１６００℃であることが好ましい。
【００６４】
この熱処理工程を行わなくても、ダミー基板５１を１１００℃以上に昇温する際に反応炉内の堆積物を脱離することができるが、より一定の反応炉内の条件下で第一製造工程を行うためには、前記熱処理工程を実施することが好ましい。
【００６５】
本発明においては、図６に示すように、前記熱処理工程の後、ダミー基板５１の温度を１１００℃以上、好ましくは１１５０℃以上として、原料ガスとしてのＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびアンモニアと、キャリアガスとを反応炉内に導入して、ダミー基板５１上にダミー層５２を形成する。Ｖ／III比、結晶成長条件等は適宜決定すればよい。なお、このダミー層５２は製品として用いることはない。また、ダミー層５２を形成する際の温度の上限は、特に制限されるものではなく、１６００℃であることが好ましい。
【００６６】
このダミー層５２は、組成式を用いて、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ（ただし、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０）と表すことができる。上記の組成式において、「Ｘ」はＡｌの含有率、「Ｙ」はＧａの含有率、「Ｚ」はＩｎの含有率を表している。また、Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０である。このＹと上記のＢとは、Ｂ≧Ｙの関係を満足し、このＺと上記のＣとは、Ｃ≧Ｚである関係を満足する。すなわち、ダミー層５２は、第一製造工程において形成されるＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４と比較して、Ｇａ、およびＩｎの含有率が同じか、それよりも低い組成のＡｌＸＧａＹＩｎＺＮとなる。
【００６７】
なお、引き続き実施される第一製造工程において、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４が単一層である場合には、ダミー層５２におけるＹ、およびＺの値は、該単一層におけるＢ、Ｃの値と比較する。また、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を多層構造とする場合には、ダミー層５２におけるＹ、およびＺの値は、該ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４の最上層におけるＢ、Ｃの値と比較する。
【００６８】
また、上記の組成式中のＸ、ＹおよびＺは、本実施形態では、上記関係を満足し、さらに好ましくは０≦Ｙ≦０．３、より好ましくは０≦Ｙ≦０．２である。また、好ましくは０≦Ｚ≦０．０５、より好ましくは０≦Ｚ≦０．０３である。
【００６９】
Ｙ、およびＺが小さいほど、すなわち、Ｇａ、およびＩｎの含有率が低いほど、上述した不具合を低減できる。そのため、該ダミー層５２は、Ｂ≧Ｙ、およびＣ≧Ｚとなる組成であり、より好ましくは、Ｂ／３≧Ｙ、およびＣ／３≧Ｚとなる組成である。ダミー層５２が上記組成を満足することにより、次バッチで形成されるＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層の結晶性を高めることができる。
【００７０】
そのため、準備処理工程において、ダミー層５２は、窒化アルミニウム層（ＡｌＮ層  Ｘ＝１．０、Ｙ＝Ｚ＝０）であることが最も好ましい。
【００７１】
なお、ダミー層５２の上記の組成式は、ダミー層５２の形成時に供給される原料ガス量により定まるものであり、取り込まれるＧａ、およびＩｎ量を考慮したものではない。
【００７２】
ダミー層５２の積層方向における層厚みは、好ましくは０．１〜３．０μｍ、より好ましくは０．３〜１．０μｍである。層厚みが薄すぎると、Ａｌ以外のIII族原子成分の脱離が不完全になる、もしくは炉内壁面への堆積物の形成が不十分となる傾向にある。層厚みが厚すぎると、製造効率、コスト等の観点から、好ましくない傾向にある。
【００７３】
以上より、準備処理工程を行うことで、まず、前のバッチ処理（第一製造工程、または第二製造工程）において反応炉内に堆積した原料成分（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＮ）が脱離する。そして、ダミー基板５１上にダミー層５２を形成することで、脱離した原料成分が排気される、もしくはダミー層５２に取り込まれる。特に、反応炉内を水素雰囲気とし、上記の温度とすること（熱処理工程を実施する）で、原料成分の脱離を促進することができる。
【００７４】
さらに、ダミー層５２におけるＧａ、およびＩｎの含有率を、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４におけるＧａ、およびＩｎの含有率以下としているため、準備処理工程の際に反応炉内に堆積するＧａ、およびＩｎを抑制できる。
【００７５】
したがって、準備処理工程後には、反応炉内に堆積しているＧａ、およびＩｎは非常に少なくなっている。特に、ＹをＢの１／３以下、およびＺをＣの１／３以下、最も好ましくはＹ＝Ｚ＝０、すなわち、ＡｌＮ層を形成することで、この効果をより高めることができる。
【００７６】
その結果、準備処理工程の後に、次のバッチ処理において、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４を形成しても（第一製造工程）、Ｇａ、Ｉｎが取り込まれないため、形成されるＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４の表面粗さは悪化しない。その結果、平滑な表面を形成できるため、炭素、および酸素等の不純物をも低減できるものと考えられる。
【００７７】
そのため、たとえば、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４をＡｌＮ層１２（バッファ層）、ＡｌＧａＩｎＮ層１３の多層としても、ＡｌＮ層１２に不純物が取り込まれにくくなる。そして、該ＡｌＮ層１２は平滑なため、該ＡｌＮ層１２上に形成されたＡｌＧａＩｎＮ層１３の表面粗さも悪化せず、また、結晶欠陥も生じない。すなわち、高品質のＡｌＧａＩｎＮ層１３を得ることができる。
【００７８】
そして、このバッチ処理後に、再び準備処理工程を行うことで、それ以降のバッチ処理においても、高品質のＡｌＧａＩｎＮ層を得ることができる。
【００７９】
したがって、本発明に係る製造方法により得られるIII族窒化物半導体は、Ｂが０．５以上のＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層を有しており、たとえば、発光される光の波長が３００ｎｍ以下である発光素子等に好適に使用できる。しかも、このＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層は、反応炉内の堆積物に由来するＧａ、Ｉｎおよび炭素、酸素等の不純物が少なく、その表面は平滑化されている。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。
【００８１】
上述した実施形態では、III族窒化物半導体（ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４）を形成した後に（第一製造工程）、上記の準備処理工程を行い、その後に、ＡｌＮ層１２（バッファ層）を形成させている（第一製造工程）。
【００８２】
しかしながら、別の実施形態として、たとえば、ＭＯＣＶＤ装置を初めて使用する場合、最初のIII族窒化物半導体を形成する前に、上記の準備処理工程を行ってもよい。このようにすることで、使用前の反応炉内に存在している不純物がダミー層に取り込まれるため、その後に形成されるＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４（III族窒化物半導体）の特性低下を抑制することができる。
【００８３】
また、上述した実施形態では、III族窒化物半導体としてのＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４が形成された場合について説明したが、該ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４は、組成を変化させた複数層であってもよい。特に、ＧａおよびＩｎの一方あるいは双方を必ず含むIII族窒化物半導体、たとえば、ＧａＮ層を形成することもできる（第二製造工程)。
【００８４】
この場合には、準備処理工程の直後において、上記のＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層１４に相当する層が形成されていればよい。
【００８５】
さらには、III族窒化物半導体を製造するバッチ処理ごとに準備処理工程を行う必要はなく、バッチ処理を複数回行った後に、準備処理工程を行ってもよい。このようにすることで、製造効率を向上させることができる。ただし、より品質の高いIII族窒化物半導体を製造するためには、バッチ処理ごとに準備処理工程を行うことが好ましい。
【実施例】
【００８６】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００８７】
実施例１
本実施例では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、III族窒化物半導体を作製した。
【００８８】
III族窒化物半導体の作製
（１回目の第一製造工程）
まず、III族窒化物半導体を結晶成長させるための基板として、サファイアＣ面単結晶基板を用いた。これをＭＯＣＶＤ装置の反応炉内のサセプター上に設置した後、水素ガスを１３ｓｌｍの流量で流しながら、サファイア基板を１２５０℃まで加熱し、１０分間保持することで基板表面のクリーニングを行った。次いで、ＴＭＡ流量が２６μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が０．５ｓｌｍ、全体のガス流量が１０ｓｌｍ、圧力が２５Ｔｏｒｒの条件で、基板上にＡｌＮ層を層厚み１．０μｍで形成した。このＡｌＮ層はバッファ層として機能する。
【００８９】
上記で得られたＡｌＮ層上に、アンドープのＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を層厚み１．０μｍで形成した（第二製造工程が第一製造工程に含まれる場合の例である。）。すなわち、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層において、Ａ＝０．７、Ｂ＝０．３、Ｃ＝０である。
【００９０】
なお、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層の形成は、基板温度が１１８０℃、ＴＭＧ流量が１３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍ、全体のガス流量が１０ｓｌｍ、圧力が４０Ｔｏｒｒの条件で行った。Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層の形成後、サセプターの温度が室温付近まで下がったことを確認して、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層が形成された基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した。
【００９１】
（準備処理工程）
（熱処理工程）
次に、ダミー基板を反応炉内のサセプター上に設置した後、水素ガスを１３ｓｌｍの流量で流しながら、ダミー基板を１２８０℃まで加熱し、３０分間保持して、反応炉内に堆積したＧａ等の脱離を行った。ダミー基板としては、サファイアＣ面単結晶基板を用いた。
【００９２】
次いで、ダミー基板の温度を１２００℃とし、ＴＭＡ流量が２２μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が０．５ｓｌｍ、全体のガス流量が１０ｓｌｍ、圧力が２５Ｔｏｒｒの条件で、ダミー基板上にダミー層（ＡｌＮ）を層厚み０．３μｍで形成した。すなわち、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層において、Ｘ＝１．０、Ｙ＝Ｚ＝０である。ダミー層を形成後、サセプター温度が室温付近まで下がったことを確認して、ダミー層が形成されたダミー基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した。
【００９３】
（２回目の第一製造工程  検証実験）
次に、ダミー基板とは異なるサファイアＣ面単結晶基板を、反応炉内のサセプター上に設置した後、水素ガスを１３ｓｌｍの流量で流しながら、サファイア基板を１２５０℃まで加熱し、１０分間保持することで基板表面のクリーニングを行った。次いで、ＴＭＡ流量が２６μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が０．５ｓｌｍ、全体のガス流量が１０ｓｌｍ、圧力が２５Ｔｏｒｒの条件で、基板上にＡｌＮ層を層厚み１．０μｍで形成した。すなわち、ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層において、Ａ＝１．０、Ｂ＝Ｃ＝０である。ＡｌＮ層を形成後、サセプター温度が室温付近まで下がったことを確認して、ＡｌＮ層が形成された基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した。
【００９４】
２回目の第一製造工程において得られたＡｌＮ層について下記に示す評価を行った。
【００９５】
（ＡｌＮ層の表面粗さの測定）
原子間力顕微鏡（東陽テクニカ製Ｎａｎｏ−Ｒ）によりＡｌＮ層の表面について、５μｍ角の表面凹凸像を取得し、その像からＡｌＮ層の表面の２乗平均粗さ（ＲＭＳ）を測定した。本実施例では、ＡｌＮ層の表面のＲＭＳが１ｎｍ以下を良好とした。実施例１に係る試料のＡｌＮ層の表面は非常に平滑であり、ＲＭＳは０．５ｎｍであった。
【００９６】
（ＡｌＮ層中の炭素、酸素およびガリウムの定量分析）
２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によりＡｌＮ層中の炭素、酸素、ガリウムの定量分析を行った。炭素および酸素濃度測定は１次イオン種にセシウムイオンを用い、１次加速電圧５．０ｋＶの条件で行った。また濃度はＧａＮ標準試料の窒素２次イオン強度に基づき定量した。ガリウム濃度測定は１次イオン種に酸素イオンを用い、１次加速電圧６．０ｋＶの条件で行った。ＡｌＮ層中のガリウム濃度は、濃度変換のための適切な標準試料が無いため、２次イオン強度により評価した。
【００９７】
ＡｌＮ層中の炭素濃度は検出下限（１×１０１７ｃｍ−３）以下であった。また酸素濃度は、ＡｌＮ層の層厚み増加とともに減少し、表面近傍では９×１０１７ｃｍ−３であった。Ｇａの２次イオン強度は３×１０２ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃであった。
【００９８】
実施例２
実施例１の準備処理工程において、ダミー層（ＡｌＮ）の代わりに、ダミー層（Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ｎ）を形成した以外は同様の条件で、１回目の第一製造工程においてＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を形成し、２回目の第一製造工程においてＡｌＮ層を形成し、ＡｌＮ層について実施例１と同様の評価を行った。すなわち、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層において、Ｘ＝０．９、Ｙ＝０．１、Ｚ＝０である。
【００９９】
ダミー層（Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ｎ）は、ダミー基板の温度を１１８０℃とし、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量が４μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．２ｓｌｍ、全体のガス流量が１０ｓｌｍ、圧力が３０Ｔｏｒｒの条件で形成した。
【０１００】
このとき、実施例２に係る試料（２回目の第一製造工程で得られたIII族窒化物半導体）のＡｌＮ層の表面は非常に平滑であり、ＲＭＳは０．６ｎｍであった。また、炭素濃度は検出限界以下であり、ＡｌＮ層の表面近傍での酸素濃度は１×１０１８ｃｍ−３であった。また、Ｇａの２次イオン強度は４×１０２ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃであった。
【０１０１】
比較例１
実施例１において、準備処理工程を行わない以外は、実施例１と同様にして、１回目の第一製造工程においてＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を形成し、２回目の第一製造工程においてＡｌＮ層を形成し、ＡｌＮ層について実施例１と同様の評価を行った。
【０１０２】
このとき、比較例１に係る試料のＡｌＮ層の表面のＲＭＳは１．４ｎｍであった。また、炭素濃度は１×１０１８ｃｍ−３であり、ＡｌＮ層の表面近傍での酸素濃度は１×１０１９ｃｍ−３であった。また、Ｇａの２次イオン強度は１×１０３ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃであった。
【０１０３】
比較例２
実施例１の準備処理工程において、ダミー層（ＡｌＮ）の代わりに、ダミー層（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ）を形成した以外は同様の条件で、１回目の第一製造工程においてＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を形成し、２回目の第一製造工程においてＡｌＮ層を形成し、ＡｌＮ層について実施例１と同様の評価を行った。すなわち、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層において、Ｘ＝０．３、Ｙ＝０．７、Ｚ＝０である。
【０１０４】
ダミー層（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ）は、ダミー基板の温度を１１８０℃とし、ＴＭＡ流量が１１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量が４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍ、全体のガス流量が１０ｓｌｍ、圧力が３０Ｔｏｒｒの条件で形成した。
【０１０５】
このとき、比較例２に係る試料（２回目の第一製造工程で得られたIII族窒化物半導体）のＡｌＮ層の表面のＲＭＳは１．８ｎｍであった。また、炭素濃度は３×１０１８ｃｍ−３であり、ＡｌＮ層の表面近傍での酸素濃度は１×１０１９ｃｍ−３であった。また、Ｇａの２次イオン強度は９×１０２ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃであった。
【０１０６】
実施例１、２および比較例１、２についての評価結果を下記の表１に示す。
【０１０７】
【表１】
2010258375.tif 000003
【０１０８】
実施例３
（１回目の第一製造工程、および第二製造工程）
実施例１の１回目の第一製造工程において、基板上にＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を形成した後、ＭＯＣＶＤ装置から該基板を取り出すことなく、該Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層上に、第二製造工程として、ＧａＮ層を形成した。形成条件は基板温度が１０８０℃、ＴＭＧ流量が２２μｍｏｌ／ｍｉｎ、のアンモニア流量が２．０ｓｌｍ、全流量が７ｓｌｍ、圧力が１５０Ｔｏｒｒの条件とした。ＧａＮ層の形成後、サセプターの温度が室温付近まで下がったことを確認して、ＧａＮ層が形成された基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した。
【０１０９】
（準備処理工程）
次いで、ダミー基板を反応炉内のサセプター上に設置し、実施例１と同じ条件で準備処理工程を行った。ダミー層を形成後、サセプター温度が室温付近まで下がったことを確認して、ダミー層が形成されたダミー基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した。
【０１１０】
（２回目の第一製造工程）
次に、ダミー基板とは異なるサファイアＣ面単結晶基板を、反応炉内のサセプター上に設置し、実施例１の２回目の第一製造工程と同じ条件でサファイア基板上にＡｌＮ層を形成した。得られた試料（２回目の第一製造工程で得られたIII族窒化物半導体）のＡｌＮ層の表面は非常に平滑であり、ＲＭＳは０．６ｎｍであった。また、炭素濃度は検出限界以下であり、ＡｌＮ層の表面近傍での酸素濃度は２×１０１８ｃｍ−３であった。また、Ｇａの２次イオン強度は３×１０２ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃであった。
【０１１１】
比較例３
実施例３において、準備処理工程を行わない以外は、実施例３と同様にして、１回目の第一製造工程、および第二製造工程としてＧａＮ層を形成し、２回目の第一製造工程においてＡｌＮ層を形成し、ＡｌＮ層について実施例１と同様の評価を行った。
【０１１２】
このとき、比較例３に係る試料のＡｌＮ層の表面のＲＭＳは２．３ｎｍであった。また、炭素濃度は４×１０１８ｃｍ−３であり、ＡｌＮ層の表面近傍での酸素濃度は１×１０１９ｃｍ−３であった。また、Ｇａの２次イオン強度は２×１０３ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃであった。
【０１１３】
実施例３および比較例３についての評価結果を下記の表２に示す。
【０１１４】
【表２】
2010258375.tif 000004
【０１１５】
表１より、実施例１と比較例１および実施例３と比較例３とを比較することで、準備処理工程を設けた効果が確認できる。すなわち、準備処理工程を経て形成されたＡｌＮ層（実施例１および実施例３）は、準備処理工程を有さない比較例１および比較例３のＡｌＮ層よりも表面が平滑であることが確認できる。また、ＡｌＮ層中のＧａ、炭素および酸素の量は、比較例１および比較例３の方が多くなっている。
【０１１６】
したがって、このＡｌＮ層をバッファ層として、その上にIII族窒化物半導体としてのＡｌＧａＩｎＮ層を形成した場合にも、実施例１および実施例３のＡｌＧａＩｎＮ層の表面は、比較例１および比較例３のＡｌＧａＩｎＮ層よりも平滑になり、不純物（Ｇａ、炭素および酸素）の量は、比較例１および比較例３のＡｌＧａＩｎＮ層の方が多くなる。
【０１１７】
また、準備処理工程において、Ｇａを含むダミー層を形成した場合（実施例２）であっても、実施例１と同等の効果が得られていることが確認できる。これは、ダミー層におけるＧａの含有率（Ｙ）が、ＡｌＧａＩｎＮ層のＧａの含有率（Ｂ）よりも低いためである。
【０１１８】
これに対し、比較例２のように、ＹをＢよりも大きくすると、本発明の効果が得られないことが確認できる。
【符号の説明】
【０１１９】
１…  反応炉
２…  サセプター
１１…  基板
１２…  バッファ層（ＡｌＮ層）
１３…  ＡｌＧａＩｎＮ層
１４…  ＡｌＡＧａＢＩｎＣＮ層
１５…  Ｇａ、およびＩｎから選ばれる少なくとも１種のIII族原子を含むIII族窒化物層
５１…  ダミー基板
５２…  ダミー層（ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層）  
【図１】
2010258375.tif 000005
【図２】
2010258375.tif 000006
【図３】
2010258375.tif 000007
【図４】
2010258375.tif 000008
【図５】
2010258375.tif 000009
【図６】
2010258375.tif 000010