(57)【要約】【課題】基板の主表面上に、基板の主表面を構成する材料の格子定数とは格子定数の異なる材料からなる薄膜を成膜することによりヘテロエピタキシャル膜を成膜させる際に、膜の界面付近において組成が急峻に変化していない遷移層が出現する。この遷移層が、ヘテロエピタキシャル膜の界面付近における結晶の特性を劣化させる。【解決手段】成膜させたい薄膜を構成する材料の格子定数と、薄膜が成膜される基板の一方の主表面を構成する材料の格子定数とに応じて、主表面に沿った方向に対して基板を湾曲させる。そして、基板を湾曲させた状態で、その基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる成膜方法であり、
基板を準備する工程と、
前記主表面に沿った方向に対して前記基板を湾曲させる工程と、
前記基板を湾曲させた状態で、前記基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる工程とを備えている成膜方法。
【請求項２】
前記基板を湾曲させる工程において前記基板を湾曲させた方向と、前記主表面に沿った方向に対して反対方向に、前記基板を湾曲させる工程と、
前記反対方向に前記基板を湾曲させた状態で、前記基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる工程とをさらに備えている、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記基板を湾曲させる工程においては、
成膜させたい前記薄膜を構成する材料の格子定数である第１の格子定数と、前記薄膜が成膜される前記基板の一方の主表面を構成する材料の格子定数である第２の格子定数と、に応じて、前記主表面に沿った方向に対して前記基板を湾曲させる、請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記基板を湾曲させる工程においては、
前記第１の格子定数が、前記第２の格子定数よりも大きければ、前記基板を、前記基板を湾曲させる工程を行なう前の形状よりも、前記一方の主表面側に凸向きの方向に湾曲させ、前記第１の格子定数が、前記第２の格子定数よりも小さければ、前記基板を、前記基板を湾曲させる工程を行なう前の形状よりも、前記一方の主表面側に凹向きの方向に湾曲させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記基板を湾曲させる工程においては、
前記第１の格子定数が、前記第２の格子定数よりも大きければ、前記基板を、前記一方の主表面側に凸形状となるように湾曲させ、前記第１の格子定数が、前記第２の格子定数よりも小さければ、前記基板を、前記一方の主表面側に凹形状となるように湾曲させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記基板を湾曲させる工程においては、前記基板の一方の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材と、前記一方の主表面と反対側に位置する前記基板の他方の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材との加熱温度を独立に制御して、前記基板を湾曲させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記基板を準備する工程においては、互いに熱膨張係数の異なる材料からなる複数の層が積層した基板を準備する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記薄膜を成膜させる工程においては、加熱させた前記基板の一方の主表面上に、成膜させたい薄膜を構成する成分の原料ガスを供給する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記原料ガスは有機金属化合物の蒸気を含む、請求項８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記原料ガスはＩＩＩ族元素の化合物の蒸気を含む、請求項８または９に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる成膜方法に関するものであり、より特定的には、成膜させたい薄膜を構成する材料の格子定数に応じて基板を湾曲させた状態で薄膜を成膜させる成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板、たとえば半導体基板の一方の主表面上に、半導体素子を形成させるために薄膜を成長させる際には、加熱しながら半導体基板の一方の主表面上を、形成させたい薄膜を構成する原料のガスに曝露させる方法が一般的に行なわれている。原料ガスとしてはたとえば、カチオンとなるＩＩＩ族窒化物半導体の有機金属化合物や、アニオンとなるＶ族元素を含む原料ガスが用いられる。これらの原料ガスを、加熱された半導体基板の主表面上に供給することにより、半導体基板の一方の主表面上に薄膜を成長させる。
【０００３】
上述したように薄膜を成長させる方法を気相成長法という。気相成長法は、エピタキシャル結晶成長法の一種である。薄膜を成長（成膜）させる場合には、たとえば基板上に、基板を構成する材料と異なる材料の薄膜を気相成長させる場合も考えられる。このように基板を構成させる材料と異なる材料の薄膜を気相成長させる技術をヘテロエピタキシャル成長といい、成膜（成長）された薄膜をヘテロエピタキシャル膜、また基板と成膜された薄膜との界面をヘテロ界面という。なお、後述するように、ここで基板とは、成膜される側の部材のことを指し、基板１層のみであり、その１層の基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させるための基板と、一方の主表面上に既に１層以上の薄膜が成膜されており、その薄膜の一方の主表面上に薄膜を成膜させるための基板（いわゆるエピタキシャル膜つき基板であり、ここではエピウェハと定義する）との両方の場合を含むこととする。
【０００４】
ところで、上述したようなヘテロエピタキシャル膜を成膜させる場合、たとえばＩＩＩ族窒化物半導体１２章（非特許文献１）に示す、窒化ガリウム（ＧａＮ）の結晶の上にヘテロエピタキシャル成長させた窒化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＮ）の薄膜は、ＩｎＧａＮとＧａＮとの界面の組成の急峻な変化が実現しにくいという問題が多い結晶であるとされる。具体的には、ＧａＮの結晶の上に狙い通りの組成のＩｎＧａＮの薄膜が形成されるわけではなく、たとえば約５ｎｍ厚みのＩｎＧａＮ層を形成させた場合、ＩｎＧａＮとＧａＮとの界面から厚み方向に１〜２ｎｍ程度、特にインジウム（Ｉｎ）の組成が低い遷移層が存在し、これが界面の組成変化の急峻性の低下を招いているとされている。他の材料、たとえばＧａＮの結晶の上にヘテロエピタキシャル成長させた窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）の薄膜についても同様の遷移層が発生することがある。
【０００５】
上述した、ヘテロエピタキシャル成長において界面付近に形成される、組成が不均一となったり組成が低くなった遷移層は、ヘテロエピタキシャル膜を用いた半導体素子の特性を劣化させることがある。そこで、遷移層の発生を抑制して、界面において薄膜の組成が急峻に変化するヘテロエピタキシャル成長を行なうことは、ヘテロエピタキシャル膜を用いた半導体素子の特性を向上させるために重要である。
【０００６】
たとえばＩＩＩ族窒化物半導体８章（非特許文献２）においては、ヘテロエピタキシャル膜の多層構造を形成させる際に、界面において膜の組成を急峻に変化させるために、原料ガスの供給を瞬時に切り替えるための、デッドスペースのないガス切り替えバルブを行ない、反応管へのガス供給量とベントへのガス供給量とをほぼ同じにする方法が開示されている。
【非特許文献１】赤崎勇編書、「ＩＩＩ族窒化物半導体」１２章、培風館、１９９９年、ｐ．２３０−２３５
【非特許文献２】赤崎勇編書、「ＩＩＩ族窒化物半導体」８章、培風館、１９９９年、ｐ．１４７−１６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、たとえばＧａＮの基板ないし薄膜の上に格子定数が異なるＩｎＧａＮのヘテロエピタキシャル膜を成長させようとしても、非特許文献２に開示されている、原料ガスの供給を瞬時に切り替える方法を用いただけでは難しい。ＩｎＧａＮの薄膜は、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニアガスのそれぞれの気相を原料ガスとして供給することにより成長させるが、このようなガスの供給を行なってもＧａＮの上には同種で同一格子定数のＧａＮが成長されやすい。このため、ＩｎＧａＮの成長を行なうにも特に最初はＩｎが取り込まれにくく、組成が安定するまで時間を要する。その結果、ＧａＮとＩｎＧａＮとの界面には組成が急峻に変化していない遷移層が出現するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した各問題に鑑みなされたものであり、その目的は、成膜させたい薄膜を構成する材料の格子定数に応じて、界面付近における結晶の特性を向上させることが可能な成膜方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る成膜方法は、基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる成膜方法である。この成膜方法には、基板を準備する工程と、主表面に沿った方向に対して基板を湾曲させる工程と、基板を湾曲させた状態で、基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる工程とを備えている。また、上述したように基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる工程を行なった後、上述した基板を湾曲させる工程において基板を湾曲させた方向と、主表面に沿った方向に対して反対方向に、基板を湾曲させる工程と、反対方向に基板を湾曲させた状態で、基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる工程とをさらに備えている、成膜方法である。
【００１０】
ここでいう基板を湾曲させる工程とは、薄膜を成膜させる際に、意図的に基板を主表面に沿った方向に対して湾曲させることを意味する。このようにすれば、基板と薄膜との界面における組成を急峻に変化させることにより、界面付近における結晶の特性を向上させることができる。
【００１１】
薄膜を形成させる際に、意図的に基板を主表面に沿った方向に対して湾曲させる工程としては、具体的には、成膜させたい薄膜を構成する材料の格子定数である第１の格子定数と、薄膜が成膜される、基板の一方の主表面を構成する材料の格子定数である第２の格子定数と、に応じて、主表面に沿った方向に対して基板を湾曲させる工程とを備える。
【００１２】
上述した成膜方法についてより具体的に述べると、基板を湾曲させる工程においては、第１の格子定数が、第２の格子定数よりも大きければ、基板を、基板を湾曲させる工程を行なう前の形状よりも、一方の主表面側に凸向きの方向に湾曲させる。同様に、第１の格子定数が、第２の格子定数よりも小さければ、基板を、基板を湾曲させる工程を行なう前の形状よりも、一方の主表面側に凹向きの方向に湾曲させる。
【００１３】
以上のように、成膜させたい薄膜を構成する材料の格子定数（第１の格子定数）と、成膜される側の基板（エピウェハを含む）の主表面を構成する材料の格子定数（第２の格子定数）とを比較することにより、基板をいずれの方向に湾曲させるべきかを決定する。その上で、たとえば第１の格子定数が、第２の格子定数よりも大きければ、基板を湾曲させる工程を行なう前よりも、一方の主表面側が凸向きに湾曲した形状に近い形状となるように湾曲させる。ここでいう一方の主表面側に凸向きの方向とは、成膜される側の主表面が、基板の外側から見て、より凸形状に近づくよう湾曲する方向を意味する。同様に、一方の主表面側に凹向きの方向とは、成膜させる側の主表面が、基板の外側から見て、より凹形状に近づくよう湾曲する方向を意味する。したがって、たとえば基板を湾曲させる工程を行なう前に、一方の主表面が、基板の外側から見て大きく凹形状に湾曲しているところへ、一方の主表面側に凸向きの方向に湾曲させる場合には、たとえば次の図１（Ｂ）に示すように、凹形状の曲率が小さくなる（すなわち凸形状の湾曲に近づく）方向に湾曲させる処理を行なった場合も含まれる。
【００１４】
ただし、基板を湾曲させる工程においては、第１の格子定数が、第２の格子定数よりも大きければ、基板を、一方の主表面側に凸形状となるように湾曲させることがより好ましい。これは具体的には、次の図１（Ｃ）に示すように、湾曲させた結果、成膜される側の主表面が、基板の外側から見て、凸形状となるように湾曲することを意味する。同様に、第１の格子定数が、第２の格子定数よりも小さければ、基板を、一方の主表面側に凹形状となるように湾曲させることがより好ましい。これは具体的には、湾曲させた結果、成膜される側の主表面が、基板の外側から見て、凹形状となるように湾曲することを意味する。
【００１５】
図１（Ａ）は、基板を湾曲させる工程を行なう前の基板の形状を示す概略断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の基板を、一方の主表面側に凸向きの方向に湾曲させた基板の状態の例を示す概略断面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の基板を、一方の主表面側に凸形状となるように湾曲させた基板の状態の例を示す概略断面図である。図１（Ａ）に示す基板１０は、一方の主表面側に凹形状に湾曲しているとする。ここで一方の主表面側とは、図１（Ａ）に示すように、紙面の上側とする。たとえば上述した第１の格子定数が、第２の格子定数よりも大きければ、図１（Ａ）に示す状態よりも、一方の主表面側が凸向きに湾曲した形状に近い形状となるように湾曲させる。その結果、図１（Ｂ）に示すように、凹形状の湾曲が小さくなるように湾曲させてもよい。また、たとえば上述した第１の格子定数が、第２の格子定数よりも大きければ、基板を、一方の主表面側に凸形状となるように湾曲させるというのは、図１（Ｃ）に示すように、成膜される側の主表面が、基板の外側から見て、凸形状となるように湾曲することを意味する。
【００１６】
以上のように基板を湾曲させれば、基板と異なる格子定数の材料を成膜（ヘテロエピタキシャル成長）させる場合においても、湾曲させることで格子間の間隔を示す格子定数が広がったり狭まったりするため、実質的に第２の格子定数が第１の格子定数に近くなる。このため、界面において薄膜の組成を急峻に変化させることができる。その結果、界面付近における結晶の特性や膜質を向上させることができる。
【００１７】
ここでの基板を湾曲させる方法としては、基板の一方の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材と、基板の一方の主表面と反対側に位置する基板の他方の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材との加熱温度を独立に制御して、前記基板を湾曲させるという方法を用いることが好ましい。より具体的には、たとえば第１の格子定数が、第２の格子定数よりも大きければ、第１の加熱部材の温度が、第２の加熱部材の温度よりも高くなるように、第１の加熱部材および第２の加熱部材の温度を制御する。同様に、第１の格子定数が、第２の格子定数よりも小さければ、第１の加熱部材の温度が、第２の加熱部材の温度よりも低くなるように、第１の加熱部材および第２の加熱部材の温度を制御する。後述するように、基板を加熱する方向により、基板が反れる方向が変化する。この性質を利用して基板を湾曲させることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る成膜方法において、基板を準備する工程においては、互いに熱膨張係数の異なる材料からなる複数の層が積層した基板を準備してもよい。このようにすれば、通常の、１層の基板よりも湾曲を大きくさせることができる。そのため、基板と異なる格子定数の材料を成膜（ヘテロエピタキシャル成長）させる場合において、界面において薄膜の組成をより急峻に変化させることができる。その結果、界面付近における結晶の特性や膜質を向上させることができる。
【００１９】
また、薄膜を成膜させる工程においては、加熱させた基板の一方の主表面上に、成膜させたい薄膜を構成する成分の原料ガスを供給することが好ましい。このようにすれば、基板の主表面上に供給された原料ガスは熱分解されて、基板の主表面上に結晶（薄膜）を形成（成膜）させることができる。なお、この原料ガスとは、有機金属化合物の蒸気を含んでいてもよい。また、ＩＩＩ族元素の化合物の蒸気を含むことがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の成膜方法によれば、基板を構成する材料の格子定数と異なる格子定数の材料からなる薄膜を成膜させる場合において、界面における薄膜の組成を急峻に変化させることができる。その結果、界面付近における結晶の特性や膜質を向上させ、それを用いた半導体素子の特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施の形態）
まず、本発明の成膜方法の原理について説明する。図２は、本発明の実施の形態における気相成長による成膜装置の内部の概要を示す概略断面図である。図２に示すように、本発明の実施の形態における気相成長による成膜装置２００は基板１０をセットするためのサセプタ１の上側に、加熱治具６を介して、サセプタ１の上側の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材としてのヒータ７を備えている。また、図２に示すように、サセプタ１の下側にも、第２の加熱部材としてのヒータ２が配置されている。なお、ここで主表面とは、たとえば基板１０やサセプタ１などの表面のうち最も面積の大きい、水平方向に沿った方向にセットされている表面をいう。また、ここでいう対向とは、たとえばサセプタ１の上側に、加熱治具６を介して配置されたヒータ７のように、両者間に別の部材が介在する場合も含むこととする。
【００２２】
非特許文献２において開示されている、ヘテロエピタキシャル成長を行なうために半導体基板を加熱する方法は、いずれもサセプタの上に、加熱させたい半導体基板をセットしている。そして、たとえばＲＦ加熱、抵抗加熱、赤外線ランプ加熱などの方法により、サセプタを加熱している。非特許文献２において開示されているサセプタは加熱するヒータとしての役割を有するため、半導体基板はその下側から加熱されることになる。このように半導体基板が、その主表面に沿った方向に対して片側のみから加熱されれば、半導体基板は、主表面に沿った方向に対して上側と下側との温度差により反りを起こして湾曲する。
【００２３】
ここで、図３は、基板の下側にヒータを設置して下側から加熱した場合の基板の反りを示す概略図である。また、図４は、基板の上側にヒータを設置して上側から加熱した場合の基板の反りを示す概略図である。基板１０の下側にヒータ８を設置して基板１０の下側から加熱した場合、基板１０の主表面はヒータ８に対向する下側の主表面の方が、ヒータ８に対向しない上側の主表面よりも加熱されて展延性を示す。その結果、図３に示すように、下側の主表面が延びることに伴い上側の主表面に対して圧縮応力が発生する。逆に言えば、上側の主表面に対し、下側の主表面には、引っ張り応力が発生し、基板１０は下側に凸形状となるように反りを起こす。逆に、基板１０の上側から加熱した場合、図４に示すように、上側の主表面が延びることに伴い下側の主表面に対して圧縮応力が発生し、基板１０は上側に凸形状となるように反りを起こす。
【００２４】
したがって、たとえば非特許文献２において開示されているサセプタのように半導体基板を設置、加熱した場合、半導体基板は、主表面に沿った方向に対して下側から加熱される。このため、半導体基板の下側に凸形状となるように反りを起こす。このように、半導体基板の、基板の主表面に沿った方向に関する反りとは本来、あるヘテロエピタキシャル成長を、たとえば原料ガスを供給する量、圧力、温度（装置に投入する電力）などのある成長条件で行なった際に、その成長条件に対する結果として発生するものである。
【００２５】
ここで、先述した図３および図４より、基板を加熱する場合、加熱を行なう方向により、基板が反れる方向や量が変化する。このため、加熱を行なう方向を制御することにより、基板が反れる方向や量を制御することができるといえる。したがって、たとえば先述した図２に示す成膜装置２００のように、サセプタ１上にセットされた基板１０の一方（上側）の主表面に対向するヒータ７と、基板１０の主表面に対して、ヒータ７と反対側（下側）の主表面に対向するヒータ２とを備える。このようにすれば、基板１０の主表面に対して、上側もしくは下側のいずれからでも、基板１０を加熱させることができる。したがって、ヒータ７およびヒータ２の出力（加熱温度）を制御することにより、基板１０が反れる方向や量を制御することができる。
【００２６】
ところで、たとえばガリウム砒素（ＧａＡｓ）の基板の一方の主表面上に、ガリウム砒素インジウム（ＩｎＧａＡｓ）の薄膜をヘテロエピタキシャル成長により成膜させると、基板が主表面に沿った方向に対して、成膜したＩｎＧａＡｓの薄膜側に凸形状となるように反りを起こす。
【００２７】
このことを説明するために、次の図５は、基板の一方の主表面上に、基板を構成する材料の格子定数よりも大きい格子定数をもつ材料の薄膜を成膜させる状態をイメージするための格子の模式図である。図６は、図５のそれぞれの材料を接合させた状態をイメージするための模式図である。図５に示すように、格子定数の小さい（図の左右方向の幅が小さい）小格子９１の一方の主表面、すなわち図５における小格子９１の上側の辺である結晶軸の上に、小格子９１よりも格子定数の大きい大格子９２（図の左右方向の幅が大きい）を接合させる。すると、格子定数の大きい大格子９２は、格子定数の小さい小格子９１に結晶軸長さを合わせて接合しようとする。その結果、図６に示すように、大格子９２側に凸形状となるように、大格子９２および小格子９１は反りを起こして湾曲する。したがって、ＧａＡｓよりも格子定数の大きいＩｎＧａＡｓの薄膜を、ＧａＡｓの基板の上に成膜させると、ＩｎＧａＡｓの薄膜側に凸形状となるように湾曲を起こす。
【００２８】
したがって、たとえばＧａＡｓの基板の上にＩｎＧａＡｓの薄膜を成膜させる際には、ＩｎＧａＡｓが成膜される側のＧａＡｓの基板の主表面に対向するように配置されたヒータを加熱させて、あらかじめＧａＡｓの基板に凸形状、すなわちＧａＡｓの基板の主表面に沿った方向に対して、ＩｎＧａＡｓが成膜される側に反りを発生させた状態でＩｎＧａＡｓの成膜を行なうことが好ましい。このようにすれば、ＩｎＧａＡｓが成膜される側の、ＩｎＧａＡｓが成膜されるＧａＡｓの最表面の格子定数は、見かけ上は凸向きの方向に反りを発生させているために広がって大きくなり、実質的にＩｎＧａＡｓの格子定数との差が小さくなるためである。このため、ＩｎＧａＡｓはＧａＡｓに対して、少しでも容易に、急峻に成膜できるようになる。以上より、加熱によりあらかじめＧａＡｓＩｎＧａＡｓはＧａＡｓに対して急峻に成膜でき、界面の特性を向上させることができる。
【００２９】
次の図７は、基板の一方の主表面上に、基板を構成する材料の格子定数よりも小さい格子定数をもつ材料の薄膜を成膜させる状態をイメージするための格子の模式図である。図８は、図７のそれぞれの材料を接合させた状態をイメージするための模式図である。図７に示すように、格子定数の大きい大格子９３の一方の主表面、すなわち図７における大格子９３の上側の辺である結晶軸の上に、大格子９３よりも格子定数の小さい小格子９４を接合させる。すると、格子定数の小さい小格子９４は、格子定数の大きい大格子９３に結晶軸長さを合わせて接合しようとする。その結果、図８に示すように、小格子９４側に凹形状となるように、小格子９４および大格子９３は反りを起こして湾曲する。
【００３０】
以上のように、原料ガスの流れや供給の切り替えを制御することとは別に、基板を加熱する向きを制御して成膜させたい基板の反りの向きを制御することにより、ヘテロエピタキシャル膜を形成させる際に界面における薄膜の組成をより急峻に変化させることができる。その結果、界面付近における結晶の特性や膜質を向上させることができるため、当該ヘテロエピタキシャル膜を使用したたとえば半導体素子のチャネル移動度などの電気的特性を向上させることができる。
【００３１】
続いて、本発明の成膜方法について詳細に説明する。図９は、本発明の成膜方法の手順を示すフローチャートである。図９に示すように、まず、基板を準備する工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、ヘテロエピタキシャル成長により成膜させたい（成膜される）基板を準備する工程である。
【００３２】
ここで基板とは、成膜される側の部材のことを指し、基板１層のみであり、その１層の基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させるための基板と、一方の主表面上に既に１層以上の薄膜が成膜されており、その薄膜の一方の主表面上に薄膜を成膜させるための基板（いわゆるエピタキシャル膜つき基板であり、ここではエピウェハと定義する）との両方の場合を含むこととする。さらに、たとえば一方の主表面上に、その基板を構成する材料の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数をもつ材料からなる１層以上の薄膜の層が（エピタキシャル成長とは異なる手法にて）積層された基板も、ここでいう基板に含めることができる。
【００３３】
上述した、基板１層のみの基板としては、たとえばサファイア基板やシリコン基板などを挙げることができる。その他、化合物半導体であるＧａＮや炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化アルミガリウム（ＡｌＧａＮ）のウェハ（基板）を用いてもよい。また、一方の主表面上に既に１層以上の薄膜が成膜された基板（エピウェハ）については、たとえばサファイア基板の一方の主表面上にＧａＮの薄膜が成膜された基板（いわゆるＧａＮテンプレート）などを挙げることができる。
【００３４】
次に、基板を湾曲させる工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、まず先の成膜装置２００のサセプタ１の上側に、成膜させようとする基板１０をセットする。その上で、成膜装置２００のヒータ７およびヒータ２の出力（加熱温度）を制御して、基板１０をその主表面に沿った方向に対して所望の方向に湾曲させる工程である。このように、ここでいう基板を湾曲させる工程とは、薄膜を成膜させる際に、意図的に基板を主表面に沿った方向に対して湾曲させることを意味する。
【００３５】
成膜装置２００の内部の天井部（上側）に設置されたモジュール５から照射されるレーザー光を用いて、後述する基板１０の曲率あるいは反り、すなわち基板１０の主表面に沿った方向に関する湾曲の程度を測定することができる。
【００３６】
なお、図２においては、加熱治具６およびヒータ７、フローチャネル３は、左右方向において一部不連続になっているが、これはモジュール５から照射されるレーザー光を基板１０の主表面上に伝播させるイメージを容易にするためである。したがって、レーザー光を透過可能であれば、加熱治具６およびヒータ７の左右方向が連続になった部材を用いてもよい。また、図２は断面図であるので、実際は加熱治具６、ヒータ７、フローチャネル３ともに１つの部材である。なお、図２では、モジュール５からのレーザー光を上部から照射しているが、フローチャネル３の斜め側面からレーザー光を入射することも可能であり、その場合は、加熱治具６およびヒータ７を図２のように左右方向において不連続となるよう加工する必要はない。
【００３７】
先述したように、サセプタ１は基板１０をセットするためのものである。しかしそれに加えて、サセプタ１および加熱治具６はいずれも、ヒータの熱を均一に基板１０に伝える役割を備えている。具体的には、加熱治具６はヒータ７の発生する熱を、サセプタ１はヒータ２の発生する熱を、均一に基板１０に伝播させる。サセプタ１、加熱治具６ともに、たとえば炭化ケイ素（ＳｉＣ）の薄膜をコートさせたカーボン（Ｃ）で形成させる。炭化ケイ素は熱伝導性が高く、かつ耐熱性に優れているため、基板１０に対して熱をスムーズに伝播させることができる。なお、上述した材質の他に、サセプタ１、加熱治具６の材質として、たとえば石英、サファイア、ＳｉＣ、熱分解炭素をコートしたカーボン、窒化ボロン（ＢＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）を用いることができる。
【００３８】
工程（Ｓ２０）は、成膜させたい薄膜を構成する材料の格子定数（第１の格子定数）と、薄膜が成膜される、基板の一方の主表面を構成する材料の格子定数（第２の格子定数）と、に応じて、主表面に沿った方向に対して基板を湾曲させる工程である。なお、ここでの基板の主表面を構成する材料とは、たとえば基板が１層のみである場合はその基板を構成する材料の格子定数が第２の格子定数となる。しかし、先述した内容より、たとえば一方の主表面上に既に１層以上の薄膜が成膜された基板（エピウェハ）である場合には、その最上層の、次に薄膜が成膜されようとする薄膜の主表面が、薄膜が成膜される表面（基板の主表面）であり、この薄膜が成膜される表面を構成する材料の格子定数が第２の格子定数となる。
【００３９】
第１の格子定数と第２の格子定数とを比較することにより、基板をいずれの方向に湾曲させるべきかを決定する。そして、第１の格子定数が第２の格子定数よりも大きければ、基板１０の一方の主表面（成膜させる側：図の上側）に対向するように配置された第１の加熱部材としてのヒータ７の温度が、一方の主表面と反対側に位置する、基板１０の他方の主表面（図の下側）に対向するように配置された第２の加熱部材としてのヒータ２の温度よりも高くなるように、ヒータ７およびヒータ２の温度を制御する。また、第１の格子定数が第２の格子定数よりも小さければ、ヒータ７の温度が、ヒータ２の温度よりも低くなるように、ヒータ７およびヒータ２の温度を制御する。
【００４０】
具体的には、第１の格子定数が第２の格子定数よりも大きい場合は、先述した図４に示す基板１０のような状態が好ましい。たとえば上側からのヒータ８による加熱により、基板１０を、基板１０を湾曲させる工程を行なう前の形状よりも、基板１０の一方の主表面側（成膜させる側：上側）に凸向きの方向に湾曲させる力を基板１０に対して与えることにより、好ましくは上側に凸形状となるように湾曲させる。たとえば基板１０を加熱する前の初期状態にて、基板１０が上側に凹方向に大きな曲率で湾曲していれば、図４に示すように上側からのヒータ８による加熱を行なっても、基板１０が上側に凸形状とならない場合もあるが、この場合は少なくとも基板１０を上側に凸向きの方向へ湾曲させることにより凹方向への湾曲の曲率を小さくし、初期状態よりも凸形状に近い状態にすることが好ましい。この場合、図４に示すように、基板１０の上側から、すなわちたとえばヒータ７（図２参照）のみを加熱させることにより、基板１０を、上側に凸向きの方向に湾曲させることが好ましい。あるいは、ヒータ７の加熱温度が、ヒータ２の加熱温度よりも高くなるように、両方のヒータの加熱温度を独立に制御してもよい。
【００４１】
また同様に、第１の格子定数が第２の格子定数よりも小さければ、先述した図３に示す基板１０のような状態が好ましい。たとえば下側からのヒータ８による加熱により、基板１０を、基板１０を湾曲させる工程を行なう前の形状よりも、基板１０の一方の主表面側（成膜させる側：上側）に凹向きの方向に湾曲される力を基板１０に対して与えることにより、好ましくは上側に凹形状となるように湾曲させる。たとえば基板１０を加熱する前の初期状態にて、基板１０が上側に凸方向に大きな曲率で湾曲していれば、図４に示すように下側からのヒータ８による加熱を行なっても、基板１０が上側に凹形状とならない場合もあるが、この場合は少なくとも基板１０を上側に凹向きの方向へ湾曲させることにより凸方向への湾曲の曲率を小さくし、初期状態よりも凹形状に近い状態にすることが好ましい。この場合、図３に示すように、基板１０の下側から、すなわちたとえばヒータ２（図２参照）のみを加熱させることにより、基板１０を、上側が凹となる方向に湾曲させることが好ましい。あるいは、ヒータ７の加熱温度が、ヒータ２の加熱温度よりも低くなるように、両方のヒータの加熱温度を独立に制御してもよい。
【００４２】
ここで、図１０は、ヒータの温度を制御する制御部を備えた成膜装置２０１の内部の概要を示す概略断面図である。図１０に示す成膜装置２０１は、図２に示す成膜装置２００に、基板１０の一方の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材としてのヒータ７および、一方の主表面と反対側に位置する基板１０の他方の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材としてのヒータ２の温度を制御する制御部３０をさらに備えた構成となっている。制御部３０はモジュール５に接続されており、モジュール５が基板１０の主表面に沿った方向の曲率を測定した結果に応じて、基板１０の曲率および反りの方向や量を所定の方向や値にするように、リアルタイムでヒータ７およびヒータ２の加熱温度を独立に制御することができる。モジュール５に接続された制御部３０をヒータ７およびヒータ２に接続し、リアルタイムでヒータ７およびヒータ２の加熱温度を独立に制御することにより、基板１０の一方の主表面に対向する領域と、他方の主表面に対向する領域との温度差を生じさせる。これは、たとえば図３や図４のような状態をつくりあげ、基板１０の曲率および反りの方向や量を制御することになる。その結果、基板１０の曲率および反りの方向や量を所定の方向や値にすることができる。
【００４３】
なお、基板１０の湾曲の程度である曲率を測定するモジュール５としては、たとえばｉｎ−ｓｉｔｕモニターを用いることができる。成膜中の基板１０の曲率（反り）を測定するための、モジュール５（ｉｎ−ｓｉｔｕモニター）としては、市販のものを用いてもよく、基板１０のある１点の曲率を測定するものもあれば、基板１０の反りの形状を測定することが可能なものもある。ここではそれらのいずれを用いてもよい。あるいはその他のものを用いてもよい。成膜後の基板１０の反りを測定するためには、上述した装置を用いてもよいが、加えてたとえば段差計や表面粗さ計を用いてもよい。ただし、図９における工程（Ｓ２０）および次に詳述する工程（Ｓ３０）、あるいは工程（Ｓ２０）から工程（Ｓ３０）への工程の移行は成膜装置内の成長シーケンスである。このため、段差計や表面粗さ計を用いる場合においても、成膜装置２００（または成膜装置２０１）の内部にて測定が行なえる機構を用いることが好ましい。
【００４４】
そして、薄膜を成膜させる工程（Ｓ３０）を行なう。具体的には、上述したように工程（Ｓ２０）にて成膜装置２００（または成膜装置２０１）の、基板１０を加熱させる２台のヒータの加熱温度を独立に制御させることにより、基板１０を所望の方向および量に湾曲させた状態で、基板１０の一方の主表面上に、基板１０の主表面とは異なる格子定数をもつ材料からなるヘテロエピタキシャル膜を成膜させる工程である。
【００４５】
成膜装置２００の、基板１０を加熱させる２台のヒータの加熱温度を独立に制御し、基板１０の曲率および反りの方向や量を制御させた状態では、基板１０は加熱されている。この、基板１０が湾曲しながら加熱されている状態を保ちながら、基板１０の一方の主表面上に、成膜させたい薄膜を構成する成分の原料ガスを供給する。このようにすれば、基板１０の主表面上に供給された原料ガスは熱分解されて、基板１０の主表面上に結晶（薄膜）を形成させることができる。
【００４６】
先の図２および図１０に示すように、成膜装置２００または成膜装置２０１の、サセプタ１の上側には原料ガスを流すためのフローチャネル３が設置されている。ヒータ７およびヒータ２がサセプタ１およびその上の基板１０を加熱しながら、フローチャネル３の一方の端部（上流側）に設置された、原料ガスノズル４から、成膜させたい薄膜を構成する成分の原料ガスをフローチャネル３の内部に流し、基板１０の一方の主表面（図２または図１０に示す上側の主表面）がこの原料ガスを曝露する状態にする。すると加熱された基板１０の主表面上には、供給された原料ガスにて構成される薄膜が成膜される。
【００４７】
フローチャネル３は、基板１０の主表面上に原料ガスを供給するために設けられた配管である。このフローチャネル３の材質としては、たとえば石英を用いるが、この他にたとえばＳｉＣの薄膜をコートしたカーボン、サファイア、ＳｉＣ、熱分解炭素をコートしたカーボン、ＢＮ、ＴａＣ、ＳＵＳ、ニッケル（Ｎｉ）を用いることができる。また、原料ガスノズル４から、フローチャネル３の内部に、形成させたい薄膜を構成する原料のガスを供給する。このとき、ヒータ７およびヒータ２によって基板１０が加熱されていると、基板１０の主表面上に供給された原料ガスは熱分解されて、基板１０の主表面上に結晶（薄膜）を形成させることができる。
【００４８】
たとえば、基板１０としてサファイア基板（ｃ面）を用いて、サファイア基板の一方の主表面上にＩＩＩ族化合物半導体の薄膜を形成させたい場合を考える。この場合、原料ガスノズル４から基板１０の主表面上に供給されるガスとしては、薄膜を構成する金属にメチル基（−ＣＨ３）を付加させることにより形成される、常温で高い蒸気圧を有する液体または固体の有機金属化合物の蒸気と、非金属材料の水素化物ガスとを用いる。これらのガスを、加熱した基板１０の主表面上に吹きつけ、熱分解させて半導体結晶を得る、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いることにより、ＩＩＩ族化合物半導体の薄膜を基板１０の主表面上に成膜させることができる。以上のようにヒータによる加熱は、供給したガスを熱分解させて結晶を薄膜として成膜させるために行なうものである。
【００４９】
あるいは、原料ガスノズル４から基板１０の主表面上に供給されるガスとして、塩化物ガスを用いる気相成長法（ＶＰＥ法）を用いてもよい。特に塩化物ガスと、非金属材料の水素化物ガスとを用いる気相成長法を、ハイドライド気相成長法（Ｈ−ＶＰＥ法）という。これらの原料ガスを、加熱した基板１０の主表面上に吹きつけ、熱分解させて半導体結晶を得る。成膜装置２００を用いれば、上述したＭＯＶＰＥ法、ＶＰＥ法、Ｈ−ＶＰＥ法のいずれを行なうこともできる。いずれの場合においても、たとえばＩＩＩ族元素の化合物半導体の薄膜を成膜させたい場合には、ＩＩＩ族元素の化合物の蒸気を原料ガスノズル４から供給させることが好ましい。
【００５０】
なお、以上に述べた成膜方法を用いて成膜を行なうのは、実際には１層だけではなく、異なる材料からなるヘテロエピタキシャル膜を２層以上積層させることが多い。したがって、先述した基板を湾曲させる工程（Ｓ２０）において基板を湾曲させた方向と、主表面に沿った方向に対して反対方向に、基板を湾曲させる工程（Ｓ２０）と、上述した反対方向に基板すなわちエピウェハを湾曲させた状態で、基板の一方の主表面上に薄膜を成膜させる工程（Ｓ３０）とを再度行なってもよい。たとえば、上述した第２の格子定数よりも大きな第１の格子定数（αとする）をもつ材料を薄膜としてエピタキシャル成長させた後、そのエピタキシャル成長させた薄膜の主表面上に、α（第２の格子定数）よりも小さな第１の格子定数（βとする）をもつ材料を薄膜としてエピタキシャル成長させる場合を考える。この場合は、最初の格子定数がαである薄膜を成膜する際にはたとえば図２におけるヒータ７のみを加熱させて図４のような状態とした上で成膜を行なう。また、その上に格子定数がβである薄膜を成膜する際には、β＜αなので、たとえば図２におけるヒータ２のみを加熱させて図３のような状態とした上で成膜を行なう。このようにして、適宜基板１０を加熱させるヒータの種類や、ヒータの加熱温度を切り替え、基板を湾曲させる工程（Ｓ２０）および薄膜を成膜させる工程（Ｓ３０）を繰り返すことにより、異なる材料からなるヘテロエピタキシャル膜を２層以上積層させることが好ましい。
【００５１】
以上に述べた成膜方法を用いて、反りの方向や量を制御した上で基板１０に対してヘテロエピタキシャル膜を成膜すれば、成膜したヘテロエピタキシャル膜と成膜された基板の主表面との界面において、薄膜の組成を急峻に変化させることができる。その結果、界面付近における結晶の特性や膜質を向上させることができる。
【実施例１】
【００５２】
有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を利用したヘテロエピタキシャル成長により、以下に述べるヘテロエピタキシャル膜の積層構造（ヘテロエピタキシャル構造）の試料を準備した。図１１は、本発明の実施例１におけるヘテロエピタキシャル構造の概略断面図である。図１１に示すように、直径が１インチのサファイア基板１１の一方の主表面上に、厚みが２５ｎｍの低温ＧａＮ２１を成膜させた。その上に、厚みが３μｍのＧａＮ２２を成膜させた。さらにその上に、厚みが１０ｎｍのＧａＮ２２を成膜させ、その上に、厚みが３ｎｍで、インジウム（Ｉｎ）の組成が１５％であるＩｎＧａＮ５２の薄膜を、さらにその上には厚みが１０ｎｍのＧａＮ２２を成膜させた。以上の積層構造を有する単層量子井戸層（single quantum well）である。すなわち、ここで形成した単層量子井戸層は、最表面層から基板へ順に、ＧａＮ（１０ｎｍ）／ＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成１５％、３ｎｍ）／ＧａＮ（１０ｎｍ）／ＧａＮ（３μｍ）／低温ＧａＮ（２５ｎｍ）／サファイア基板となる。ここでは、上述した単層量子井戸層のサンプルを、以下に述べる３種類に分けて準備した。
【００５３】
ところで図１８は、従来から用いられている気相成長による成膜装置の内部の概要を示す概略図である。図１８に示すように、従来から用いられている気相成長による成膜装置１００は基板１０をセットするためのサセプタ１の主表面方向に対して下側（図１８において、基板１０をセットした側と反対側の主表面に対向する方向）にのみ、加熱部材としてのヒータ２を備えている。この点が、成膜装置１００に関して、本発明の成膜装置２００と異なる点である。
【００５４】
試料１−１は、成膜装置１００を用いて成膜を行なっている。すなわち、全てのエピタキシャル膜を、基板１０の下側から加熱することにより成膜を行ない、上述した単層量子井戸層を形成した。また、試料１−２は、成膜装置２００を用いて、全てのエピタキシャル膜を、基板１０の下側から（ヒータ２を用いて）加熱することにより成膜を行ない、上述した単層量子井戸層を形成した。試料１−３についても、成膜装置２００を用いて、サファイア基板１１の一方の主表面上の低温ＧａＮ２１（厚み２５ｎｍ）およびその上のＧａＮ２２（厚み３μｍ）についてはヒータ２により基板１０の下側から加熱することにより成膜を行なった。そしてその上のＧａＮ２２（１０ｎｍ）、ＩｎＧａＮ５２（３ｎｍ、１５％Ｉｎ）、ＧａＮ２２（１０ｎｍ）からなる量子井戸層についてはヒータ７を用いて基板１０の上側から加熱することにより成膜を行なった。
【００５５】
なお、試料１−１、試料１−２、試料１−３のそれぞれの量子井戸層に対して成膜を行なったときの条件は、基板１０の温度が７５０℃、原料ガスによる圧力は常圧とした。そして、成膜装置１００および成膜装置２００においては図示されないが、成膜装置２０１に図示されている制御部３０を用いてヒータ（ヒータ７およびヒータ２）の加熱温度を制御しながら、モジュール５を用いて基板１０の曲率をリアルタイム測定した。また、反りの方向や量についても、リアルタイム測定を行なった。
【００５６】
試料１−１、試料１−２を形成する際には、基板１０の主表面に沿った方向に対して下側（ヒータ２側）から加熱を行なっていたため、全てのエピタキシャル膜の成膜中において、基板１０はヒータ７側に凹形状となるように湾曲していた。また、試料１−３を形成する際には、サファイア基板１１の一方の主表面上の低温ＧａＮ２１（厚み２５ｎｍ）およびその上のＧａＮ２２（厚み３μｍ）を成膜した時点では、基板１０の下側から加熱を行なっていたため、基板１０はヒータ７側に凹形状となるように湾曲していた。しかし、そのあとの量子井戸層を形成する際には、基板１０の上側から加熱を行なっていたため、基板１０の反りの方向が変化し、ＩｎＧａＮ５２の成膜中にヒータ７側に凸形状となるように反転した。そして、反転した後においては、基板１０はヒータ７側に凸形状となるように湾曲していた。
【００５７】
図１０および先述した内容より、界面における薄膜の組成を急峻に変化させるためには、成膜させたい薄膜を構成する材料の格子定数である第１の格子定数が、基板の（成膜される）主表面を構成する材料の格子定数である第２の格子定数よりも大きい場合は、基板１０よりも上側に配置されているヒータ７を加熱することが好ましい。また、第１の格子定数が第２の格子定数よりも小さい場合には、基板１０よりも下側に配置されているヒータ２を加熱することが好ましい。ここで、ＩｎＧａＮ５２の格子定数は、ＧａＮ２２の格子定数より大きいため、特にＩｎＧａＮ５２を成膜させる際には、たとえば試料１−３のように基板１０よりも上側に配置されているヒータ７を加熱することが好ましいといえる。
【００５８】
以上のように形成させた３種類の試料に対し、高分解能ＲＢＳや断面ＴＥＭを用いて、量子井戸層である、ＧａＮ２２（１０ｎｍ）と、その上に成膜させたＩｎＧａＮ５２（３ｎｍ、１５％Ｉｎ）との界面付近におけるＩｎ組成の組成急峻性を評価した。また、Ｘ線反射率測定（ＸＲＲまたはＧＩＸＡ）を用いて、Ｘ線の干渉から界面急峻性を評価した。さらに、Ｈｅ−Ｃｄレーザーを用いて、半導体中の発光を調べる半導体材料の評価方法の１つであるＰＬ評価を行なった。その結果を次の表１に示す。なお、表１中のたとえば試料番号が１−１とは、上述した試料１−１を表わす。
【００５９】
【表１】
2010010440.tif 000003
【００６０】
表１に示す、界面付近におけるＩｎ組成の急峻性としての組成急峻性のデータは、遷移層の幅が小さいほど急峻な界面が形成されていると判断できる。表１より、ヒータの加熱を制御せず、終始基板１０の下側のヒータ２のみ加熱させながら成膜を行なった試料１−１や試料１−２に比べて、ＩｎＧａＮ５２を成膜させる際には基板１０の上側のヒータ７を加熱させながら成膜を行なった試料１−３については、遷移層の幅が小さくなり、急峻性が改善された。また、Ｉｎの急峻性が改善された試料１−３については、ＸＲＲを用いて測定を行なった界面急峻性の評価結果においても、試料１−１および試料１−２の「良」に対し、「極めて良」となった。さらに表１から、試料１−１のＰＬ強度の評価結果を１としたときの試料１−２および試料１−３のＰＬ強度の相対的な結果についても、試料１−３は試料１−１や試料１−２よりも格段に改善されていることがわかる。なお、ここで界面急峻性の評価結果の「良」とは、具体的には界面のラフネスが１〜２ｎｍ程度という状態であった場合の評価であり、「極めて良」とは、具体的には、界面のラフネスが１ｎｍ未満という状態であった場合の評価である。
【００６１】
以上の結果から、基板１０の反りの方向を制御させることが可能な成膜装置２００（ＭＯＶＰＥ炉）を用いてＩｎＧａＮの薄膜を成膜する際には、通常は基板１０はヒータ７側に凹向きの方向（凹形状）となるように湾曲するのに対し、ヒータ７側に凸向きの方向（凸形状）となるように湾曲させれば、界面急峻性やＰＬ強度の向上を図ることができた。したがって、基板１０の反りの方向を制御することにより、界面における薄膜の組成を急峻に変化させることができた。その結果、界面付近における結晶の特性や膜質を向上させることができた。
【００６２】
ＩｎＧａＮ５２の薄膜は、ＭＯＶＰＥ法においては、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）のガスとトリメチルガリウム（ＴＭＧ）のガス、およびアンモニアガスをたとえば成膜装置２００の原料ガスノズル４から供給させることにより基板１０上にエピタキシャル成長させることができる。しかし、ＧａＮの薄膜の上には同種で同一格子定数のＧａＮが成長されやすいため、ＩｎＧａＮの成長を行なうにも特に最初はＩｎが取り込まれにくく、組成が安定するまで時間を要する。その結果、設計値よりもＩｎの組成（濃度）が低い、ＩｎＧａＮの遷移層が形成される。そこで、基板１０の反りの方向を、ヒータ７側に凸向きの方向となるように湾曲させれば、成膜される側の最表面の格子定数は、見かけ上は凸向きの方向に反りを発生させているために広がって大きくなり、ＧａＮよりも格子定数の大きいＩｎＧａＮの格子定数との差が小さくなる。このため、Ｉｎが取り込まれやすくなり、ＩｎＧａＮはＧａＮに対して、少しでも容易に、急峻に成膜できるようになる。その結果、Ｉｎ組成の急峻性が向上した。そして、Ｉｎ組成の急峻性が向上した結果として、ＸＲＲを用いて測定を行なった界面急峻性についても、さらにはＰＬ強度についても、向上した結果を得ることができたと考えられる。
【００６３】
なお、量子井戸層を２層以上積層させた多層量子井戸（multi quantum well）構造の場合にも、上述した量子井戸層が１層の場合と同様の効果が得られた。
【００６４】
なお、ＧａＮ２２（厚み３μｍ）の成長条件によっては、ＧａＮ２２を成膜した時点で大きく凹形状に反っている場合もあり、そのとき、ヒータによる加熱を基板１０の下側のヒータ２のみ加熱する状態から基板１０の上側のヒータ７のみ加熱する状態に切り替えても、凹形状の反りを小さくできるものの、凸形状にできないこともある。その場合も、ＧａＮ２２（厚み３μｍ）の後の量子井戸層を成長するときにも基板１０の下側のヒータ２のみ加熱する場合に比べて、量子井戸層を成長するとき基板１０の上側のヒータ７から加熱する方が優れた特性が実現できる。
【実施例２】
【００６５】
実施例２においても、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を利用したヘテロエピタキシャル成長により、以下に述べるヘテロエピタキシャル膜の積層構造（ヘテロエピタキシャル構造）の試料を準備した。図１２は、本発明の実施例２におけるヘテロエピタキシャル構造の概略断面図である。図１２に示すように、直径が１インチのサファイア基板１１の一方の主表面上に、厚みが２５ｎｍの低温ＧａＮ２１を成膜させた。その上に、厚みが３μｍのＧａＮ２２を成膜させた。さらにその上に、厚みが２５ｎｍで、アルミニウム（Ａｌ）の組成が２５％であるＡｌＧａＮ４２の薄膜を成膜させた。以上の積層構造を有する、いわゆるＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴ（high electron mobility transistor）といわれるヘテロエピタキシャル膜の積層構造である。すなわち、ここで形成した単層量子井戸層は、最表面層から基板へ順に、ＡｌＧａＮ（２５ｎｍ、２５％Ａｌ）／ＧａＮ（３μｍ）／低温ＧａＮ（２５ｎｍ）／サファイア基板となる。ここでは、上述した積層構造のサンプルを、以下に述べる３種類に分けて準備した。
【００６６】
試料２−１は、成膜装置１００を用いて成膜を行なっている。すなわち、全てのエピタキシャル膜を、基板１０の下側から加熱することにより成膜を行ない、上述した積層構造を形成した。また、試料２−２は、成膜装置２００を用いて、全てのエピタキシャル膜を、基板１０の下側から（ヒータ２を用いて）加熱することにより成膜を行ない、上述した積層構造を形成した。試料２−３についても、成膜装置２００を用いて、サファイア基板１１の一方の主表面上の低温ＧａＮ２１（厚み２５ｎｍ）およびその上のＧａＮ２２（厚み３μｍ）についてはヒータ２により基板１０の下側から加熱することにより成膜を行なった。そしてその上のＡｌＧａＮ４２（２５ｎｍ、２５％Ａｌ）からなる積層構造についてはヒータ７を用いて基板１０の上側から加熱することにより成膜を行なった。
【００６７】
なお、試料２−１、試料２−２、試料２−３のそれぞれのＡｌＧａＮ４２の層に対して成膜を行なったときの条件は、基板１０の温度が１０５０℃、原料ガスによる圧力は常圧とした。また、ここでも試料１−１、試料１−２、試料１−３を成膜したときと同様に、モジュール５を用いて基板１０の曲率をリアルタイム測定した。また、反りの方向や量についても、リアルタイム測定を行なった。
【００６８】
ここで、ＡｌＧａＮ４２の格子定数は、ＧａＮ２２の格子定数より小さいため、特にＡｌＧａＮ４２を成膜させる際には、理論的には、たとえば試料２−１および試料２−２のように基板１０よりも下側に配置されているヒータ２を加熱することが好ましいといえる。
【００６９】
以上のように形成させた３種類の試料に対し、高分解能ＲＢＳや断面ＴＥＭを用いて、ＧａＮ２２（３μｍ）と、その上に成膜させたＡｌＧａＮ４２（２５ｎｍ、２５質量％Ａｌ）との界面付近におけるＡｌ組成の組成急峻性を評価した。また、Ｘ線反射率測定器（ＸＲＲまたはＧＩＸＡ）を用いて、Ｘ線の干渉から界面急峻性を評価した。さらに、ホール測定を用いて、半導体中における電子などのキャリアの移動度および、積層構造のシート抵抗の評価を行なった。その結果を次の表２に示す。
【００７０】
【表２】
2010010440.tif 000004
【００７１】
表２に示す、界面付近におけるＡｌ組成の急峻性としての組成急峻性のデータは、遷移層の幅が小さいほど急峻な界面が形成されていると判断できる。表２より、ＡｌＧａＮ４２を成膜させる際において、基板１０の下側のヒータ２のみ加熱させながら成膜を行なった試料２−１や試料２−２の方が、ＡｌＧａＮ４２を成膜させる際には基板１０の上側のヒータ７を加熱させながら成膜を行なった試料２−３よりも、遷移層の幅が小さくなり、急峻性がより良好であった。また、Ａｌの急峻性がより良好であった試料２−１および試料２−２については、ＸＲＲを用いて測定を行なった界面急峻性の評価結果においても、試料２−３の「良」に対し、「極めて良」となった。さらに表２から、試料２−３よりも、試料２−１および試料２−２の方が、電子などのキャリアの移動度の測定結果についても良好となっている。シート抵抗についても、試料２−１および試料２−２は、試料２−３よりも小さくなっている。
【００７２】
以上の結果から、基板１０の反りの方向を制御させることが可能な成膜装置２００（ＭＯＶＰＥ炉）を用いてＡｌＧａＮの薄膜を成膜する際には、ヒータ７で加熱した場合、通常は基板１０はヒータ７側に凸向きの方向（凸形状）となるように湾曲するのに対し、ヒータ２で加熱を行ない、ヒータ７側に凹向きの方向（凹形状）となるように湾曲させれば、界面急峻性やキャリアの移動度などの向上を図ることができた。したがって、基板１０の反りの方向を制御することにより、界面における薄膜の組成を急峻に変化させることができた。その結果、界面付近における結晶の特性や膜質を向上させることができた。
【００７３】
ＡｌＧａＮ４２の薄膜は、ＭＯＶＰＥ法においては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）のガスとトリメチルガリウム（ＴＭＧ）のガス、およびアンモニアガスをたとえば成膜装置２００の原料ガスノズル４から供給させることにより基板１０上にエピタキシャル成長させることができる。しかし、ＧａＮの薄膜の上には同種で同一格子定数のＧａＮが成長されやすいため、ＡｌＧａＮの成長を行なうにも特に最初はＡｌが取り込まれにくく、組成が安定するまで時間を要する。その結果、設計値よりもＡｌの組成（濃度）が低い、ＡｌＧａＮの遷移層が形成される。そこで、基板１０の反りの方向を、ヒータ７側に凹向きの方向となるように湾曲させれば、成膜される側の最表面の格子定数は、見かけ上は凹向きの方向に反りを発生させているために狭まって小さくなり、ＧａＮよりも格子定数の小さいＡｌＧａＮの格子定数との差が小さくなる。このため、Ａｌが取り込まれやすくなり、ＡｌＧａＮはＧａＮに対して、少しでも容易に、急峻に成膜できるようになる。その結果、Ａｌ組成の急峻性が向上した。そして、Ａｌ組成の急峻性が向上した結果として、ＸＲＲを用いて測定を行なった界面急峻性についても、さらにはキャリアの移動度についても、向上した結果を得ることができたと考えられる。
【実施例３】
【００７４】
実施例１および実施例２にて形成した積層構造を、発光ＬＥＤに適用した場合の効果について調査するため、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を利用したヘテロエピタキシャル成長により、以下に述べるヘテロエピタキシャル膜の積層構造（ヘテロエピタキシャル構造）の試料を準備した。図１３は、本発明の実施例３におけるヘテロエピタキシャル構造の概略断面図である。図１３に示すように、直径が１インチのサファイア基板１１の一方の主表面上に、厚みが２５ｎｍの低温ＧａＮ２１を成膜させた。その上に、厚みが３μｍのｎ＋ＧａＮ２３を成膜させた。さらにその上に順に、厚みが１０ｎｍのｎ＋ＧａＮ２３、厚みが３ｎｍで、インジウム（Ｉｎ）の組成が１５％であるＩｎＧａＮ５２、厚みが１０ｎｍのＧａＮ２２、厚みが２０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＮ４６、２０ｎｍのｐ−ＧａＮ２６、そして２０ｎｍのｐ＋ＧａＮ２５の薄膜を成膜させた。以上の積層構造を有する、いわゆる単層量子井戸を用いた標準的なＬＥＤ構造である。すなわち、ここで形成した単層量子井戸層は、最表面層から基板へ順に、ｐ＋ＧａＮ（２０ｎｍ）／ｐ−ＧａＮ（２０ｎｍ）／ｐ−ＡｌＧａＮ（２０ｎｍ）／ＧａＮ（１０ｎｍ）／ＩｎＧａＮ（１５％Ｉｎ、３ｎｍ）／ｎ＋ＧａＮ（１０ｎｍ）／ｎ＋ＧａＮ（３μｍ）／低温ＧａＮ（２５ｎｍ）／サファイア基板となる。ここでは、上述した積層構造のサンプルを、以下に述べる４種類に分けて準備した。
【００７５】
試料３−１は、成膜装置１００を用いて成膜を行なっている。すなわち、全てのエピタキシャル膜を、基板１０の下側から加熱することにより成膜を行ない、上述した積層構造を形成した。また、試料３−２は、成膜装置２００を用いて、全てのエピタキシャル膜を、基板１０の下側から（ヒータ２を用いて）加熱することにより成膜を行ない、上述した積層構造を形成した。試料３−３についても、成膜装置２００を用いて、サファイア基板１１の一方の主表面上の低温ＧａＮ２１（厚み２５ｎｍ）およびその上のｎ＋ＧａＮ２３（厚み３μｍ）についてはヒータ２により基板１０の下側から加熱することにより成膜を行なった。そしてその上のｎ＋ＧａＮ２３（厚み１０ｎｍ）以降に成膜させた薄膜についてはヒータ７を用いて基板１０の上側から加熱することにより成膜を行なった。すなわち、試料３−３については、ＩｎＧａＮ５２についても、ｐ−ＡｌＧａＮ４６についても、ヒータ７を用いて基板１０の上側から加熱することにより成膜を行なった。また、試料３−４については、成膜装置２００を用いて、サファイア基板１１の一方の主表面上の低温ＧａＮ２１（厚み２５ｎｍ）およびその上のｎ＋ＧａＮ２３（厚み３μｍ）についてはヒータ２により基板１０の下側から加熱することにより成膜を行なった。そしてその上のｎ＋ＧａＮ２３（厚み１０ｎｍ）、ＩｎＧａＮ５２（３ｎｍ）、ＧａＮ２２（１０ｎｍ）についてはヒータ７を用いて基板１０の上側から加熱することにより成膜を行なった。そして、その上のｐ−ＡｌＧａＮ４６（２０ｎｍ）、ｐ−ＧａＮ２６（２０ｎｍ）およびｐ＋ＧａＮ２５（２０ｎｍ）については再びヒータ２により基板１０の下側から加熱することにより成膜を行なった。すなわち、試料３−４については、ＩｎＧａＮ５２は上側からの加熱、ｐ−ＡｌＧａＮ４６は下側からの加熱により成膜を行なった。
【００７６】
なお、試料３−１、試料３−２、試料３−３、試料３−４のそれぞれに対して成膜を行なったときの条件は、先の実施例１および２にて準備した各試料に対して成膜を行なったときの条件に順ずる。ただし、ｐ−ＡｌＧａＮ４６（２０ｎｍ）、ｐ−ＧａＮ２６（２０ｎｍ）およびｐ＋ＧａＮ２５（２０ｎｍ）を成膜したときの基板１０の温度は１０００℃とした。また、ここでも先の実施例１および２にて準備した各試料を成膜したときと同様に、モジュール５を用いて基板１０の曲率をリアルタイム測定した。また、反りの方向や量についても、リアルタイム測定を行なった。
【００７７】
先述したとおり、ＩｎＧａＮの格子定数は、ＧａＮの格子定数より大きいため、特にＩｎＧａＮ５２を成膜させる際には、理論的には、基板１０よりも上側に配置されているヒータ７を加熱することが好ましいといえる。また、ＡｌＧａＮの格子定数は、ＧａＮの格子定数より小さいため、特にｐ−ＡｌＧａＮ４６を成膜させる際には、理論的には、基板１０よりも下側に配置されているヒータ２を加熱することが好ましいといえる。
【００７８】
以上の手順により準備した各試料３−１〜３−４に対して、Ｈｅ−Ｃｄレーザーを用いて、ＰＬ評価を行なった。さらに、これらの各試料にｎ型電極およびｐ型電極をさらに施してＬＥＤダイオードを形成し、そのＬＥＤの発光出力を評価するＥＬ評価を行なった。その結果を次の表３に示す。
【００７９】
【表３】
2010010440.tif 000005
【００８０】
表３においては、試料３−１のＰＬ評価によるＰＬ強度およびＥＬ評価の結果を示すデータを１として、試料３−２、３−３および３−４については相対的な結果を示している。表３より、全ての薄膜を、下側からの加熱により成膜させた試料３−１、３−２に比べて、ｎ＋ＧａＮ２３（１０ｎｍ）の上にＧａＮよりも格子定数の大きいＩｎＧａＮ５２（３ｎｍ）を成膜させる際に、上側からの加熱を行なった試料３−３、３−４の方が、ＰＬ強度（ＰＬ特性）、ＥＬ評価（ＥＬ特性）ともに改善されたといえる。また、ｎ＋ＧａＮ２３（１０ｎｍ）以降に成膜させた薄膜については全て上側からの加熱により行なわれた試料３−３に比べて、ＧａＮ２２（１０ｎｍ）の上にＧａＮよりも格子定数の小さいｐ−ＡｌＧａＮ４６（２０ｎｍ）を成膜させる際に、再び下側からの加熱を行なった試料３−４の方がＰＬ強度（ＰＬ特性）、ＥＬ評価（ＥＬ特性）ともにさらに良好な結果となった。なお、量子井戸層を２層以上積層させた多層量子井戸（multi quantum well）構造を用いたＬＥＤダイオードの場合にも、上述した量子井戸層が１層の場合と同様の効果が得られた。
【００８１】
以上の結果より、たとえばＧａＮの上にＩｎＧａＮを成膜させるときのように、基板の主表面の格子定数よりも格子定数の大きい材料からなる薄膜を成膜させる場合には、基板を上側から加熱させ、ヒータ７側に凸向きの方向となるように湾曲させ、逆にたとえばＧａＮの上にＡｌＧａＮを成膜させるときのように、基板の主表面の格子定数よりも格子定数の小さい材料からなる薄膜を成長させる場合には、基板を下側から加熱させ、ヒータ７側に凹向きの方向となるように湾曲させることが好ましいといえる。このように、加熱を行なう方向により、基板が反れる方向が変化することを利用して、ヘテロエピタキシャル成長を行なっているときの基板の反りの方向を制御することにより、成膜させた薄膜による多層構造のＰＬ特性やＥＬ特性などの特性を向上させることができた。これは、成膜時の界面における組成急峻性、界面急峻性を向上させたことによるものと考えられる。また、上述したように基板の反りの方向を制御して多層構造の薄膜の界面における組成急峻性や界面急峻性を向上させることにより、キャリアの移動度やシート抵抗などの特性についても向上させることができ、総合的に膜質を向上させることができる。
【実施例４】
【００８２】
以上においてはサファイア基板を用いて多層構造を形成させた場合の実施例について述べた。しかし、サファイア基板やシリコン基板などの基板の、多層構造を成膜させる側の主表面と反対側に位置する主表面上にも成膜を行なうことにより、さらに基板の反りを大きくさせることができる。図１４は、サファイア基板の、多層構造を成膜させる側の主表面と反対側に位置する主表面上にシリコン酸化膜を成膜させた基板の概略断面図である。図１４に示す基板８３は、サファイア基板１１の、多層構造を成膜させる側の主表面（図の上側）と反対側の主表面（図の下側）上に、シリコン酸化膜８１（ＳｉＯ２）を成膜させた基板である。ここで、ＳｉＯ２は、サファイアよりも熱膨張係数が小さい。このため、たとえば基板８３を加熱させると、サファイア基板１１よりもシリコン酸化膜８１の方が膨張する割合が小さい。このため、基板８３は、サファイア基板１１の主表面に沿った方向に対して、シリコン酸化膜８１側に凹形状となるように湾曲する。逆に見れば、基板８３は、サファイア基板１１側に凸形状となるように湾曲する。図１５は、基板８３が加熱により膨張して湾曲した状態を示す概略断面図である。上述した理由により、基板８３を加熱させると、図１５に示すように湾曲する。なお、同様の効果を奏するために、シリコン酸化膜８１の代わりに、たとえばシリコンを用いた薄膜を用いてもよい。
【００８３】
たとえば基板８３を、成膜装置２００のサセプタ１に、サファイア基板１１が上側、シリコン酸化膜８１が下側となるように（シリコン酸化膜８１の一方の主表面がサセプタ１と接触するように）セットする。そして、サセプタ１の上側に配置されている、第１の加熱部材としてのヒータ７を加熱させ、基板８３を、図の上側から加熱させる。この場合、サファイア基板１１の方が、シリコン酸化膜８１よりもより加熱されることになる。また、サファイア基板１１の方がシリコン酸化膜８１よりも熱膨張係数が大きい。以上より、主表面に対してサファイア基板１１側から基板８３を加熱すれば、サファイア基板１１はヒータ７側に（上側に）凸形状となるように大きく湾曲される。この反りの量は、シリコン酸化膜８１が成膜されていないサファイア基板１１を同様に加熱させた場合に、サファイア基板１１がヒータ７側に（上側に）凸形状となるように湾曲される反りの量よりもさらに大きくなる。このように、互いに熱膨張係数の異なる材料からなる複数の層が積層した基板８３を準備することにより、基板の反りの量をより大きくすることができる。
【００８４】
それに対して、上述したように基板８３を成膜装置２００のサセプタ１に、サファイア基板１１が上側、シリコン酸化膜８１が下側となるように（シリコン酸化膜８１の一方の主表面がサセプタ１と接触するように）セットする。そして、サセプタ１の下側に配置されている、第２の加熱部材としてのヒータ２を加熱させ、基板８３を、図の下側から加熱させる。この場合、下側となるようにセットされたシリコン酸化膜８１の方が、上側となるようにセットされたサファイア基板１１よりも加熱されることになる。しかし、シリコン酸化膜８１は、サファイア基板１１に比べて熱膨張係数が小さいため、加熱されてもサファイア基板１１よりも膨張する割合が小さい。したがって、このように主表面に対してシリコン酸化膜８１側から基板８３を加熱すれば、サファイア基板１１側から基板８３を加熱した場合よりも基板８３の反りの量は小さくなる。
【００８５】
以上に述べた基板８３を用いて、先述した実施例１と同様の試料を準備し、同様の評価を行なった。図１１に示すヘテロエピタキシャル構造の、サファイア基板１１の、積層構造が成膜されている主表面の反対側に位置する主表面上に（図のサファイア基板１１の下側に）、シリコン酸化膜８１が成膜された構造を準備した。シリコン酸化膜８１の一方の主表面が成膜装置１００または成膜装置２００のサセプタ１と接触するようにセットしている。その他の各条件はすべて、実施例１に順じており、試料１−１に順じた試料４−１、試料１−２に順じた試料４−２、試料１−３に順じた試料４−３を形成した。そして、これらの試料４−１、４−２および４−３に対して、実施例１と同様の評価を行なった。その結果を表４に示す。
【００８６】
【表４】
2010010440.tif 000006
【００８７】
表４の結果と表１の結果とを比較すると、たとえば試料１−１よりも、試料１−１に順じた試料４−１の方が、遷移層の幅が小さくなり、さらに急峻性が改善された。試料１−２に順じた試料４−２、試料１−３に順じた試料４−３についても同様の結果となった。また、界面急峻性の評価結果においても、試料１−１および試料１−２の「良」に対し、これらに順ずる試料４−１および試料４−２は「極めて良」となった。さらに表４から、試料１−１のＰＬ強度の評価結果を１としたときの試料４−１のＰＬ強度の相対的な結果についても、格段に改善されていることがわかる。同様に、試料４−２は試料１−２よりも、試料４−３は試料１−３よりも格段にＰＬ強度の結果が向上した。すなわち、量子井戸層を成長するときに、より大きな曲率となるよう凸向きの方向に湾曲させることにより、ＩｎＧａＮ５２の膜中のＩｎ組成の急峻性が向上し、ＰＬ特性が向上したと考えられる。
【実施例５】
【００８８】
図１６は、サファイア基板の、多層構造を成膜させる側の主表面と反対側に位置する主表面上にニッケルの薄膜を成膜させた基板の概略断面図である。図１６に示す基板８４は、サファイア基板１１の、多層構造を成膜させる側の主表面（図の上側）と反対側の主表面（図の下側）上に、ニッケル薄膜８２（Ｎｉ）を成膜させた基板である。ここで、Ｎｉは、サファイアよりも熱膨張係数が大きい。このため、たとえば基板８４を加熱させると、サファイア基板１１よりもニッケル薄膜８２の方が膨張する割合が大きい。このため、基板８４は、サファイア基板１１の主表面に沿った方向に対して、ニッケル薄膜８２側に凸形状となるように湾曲する。逆に見れば、基板８４は、サファイア基板１１側に凹形状となるように湾曲する。図１７は、基板８４が加熱により膨張して湾曲した状態を示す概略断面図である。上述した理由により、基板８４を加熱させると、図１７に示すように湾曲する。なお、同様の効果を奏するために、ニッケル薄膜８２の代わりに、たとえば金、プラチナを用いた薄膜を用いてもよい。
【００８９】
たとえば基板８４を、成膜装置２００のサセプタ１に、サファイア基板１１が上側、ニッケル薄膜８２が下側となるように（ニッケル薄膜８２の一方の主表面がサセプタ１と接触するように）セットする。そして、サセプタ１の下側に配置されている、第２の加熱部材としてのヒータ２を加熱させ、基板８４を、図の下側から加熱させる。この場合、ニッケル薄膜８２の方が、サファイア基板１１よりもより加熱されることになる。また、ニッケル薄膜８２の方がサファイア基板１１よりも熱膨張係数が大きい。以上より、主表面に対してニッケル薄膜８２側から基板８４を加熱すれば、サファイア基板１１はヒータ７側に（上側に）凹形状となるように大きく湾曲される。この反りの量は、ニッケル薄膜８２が成膜されていないサファイア基板１１を同様に加熱させた場合に、サファイア基板１１がヒータ７側に（上側に）凹形状となるように湾曲される反りの量よりもさらに大きくなる。このように、互いに熱膨張係数の異なる材料からなる複数の層が積層した基板８４を準備することにより、基板の反りの量をより大きくすることができる。
【００９０】
それに対して、上述したように基板８４を成膜装置２００のサセプタ１に、サファイア基板１１が上側、ニッケル薄膜８２が下側となるように（ニッケル薄膜８２の一方の主表面がサセプタ１と接触するように）セットする。そして、サセプタ１の上側に配置されている、第１の加熱部材としてのヒータ７を加熱させ、基板８４を、図の上側から加熱させる。この場合、上側となるようにセットされたサファイア基板１１の方が、下側となるようにセットされたニッケル薄膜８２よりも加熱されることになる。しかし、サファイア基板１１は、ニッケル薄膜８２に比べて熱膨張係数が小さいため、加熱されてもニッケル薄膜８２よりも膨張する割合が小さい。したがって、このように主表面に対してサファイア基板１１側から基板８４を加熱すれば、ニッケル薄膜８２側から基板８４を加熱した場合よりも基板８４の反りの量は小さくなる。
【００９１】
以上に述べた基板８４を用いて、先述した実施例２と同様の試料を準備し、同様の評価を行なった。図１２に示すヘテロエピタキシャル構造の、サファイア基板１１の、積層構造が成膜されている主表面の反対側に位置する主表面上に（図のサファイア基板１１の下側に）、ニッケル薄膜８２が成膜された構造を準備した。ニッケル薄膜８２の一方の主表面が成膜装置１００または成膜装置２００のサセプタ１と接触するようにセットしている。その他の各条件はすべて、実施例２に順じており、試料２−１に順じた試料５−１、試料２−２に順じた試料５−２、試料２−３に順じた試料５−３を形成した。そして、これらの試料５−１、５−２および５−３に対して、実施例２と同様の評価を行なった。その結果を表５に示す。
【００９２】
【表５】
2010010440.tif 000007
【００９３】
表５の結果と表２の結果とを比較すると、たとえば試料２−１よりも、試料２−１に順じた試料５−１の方が、遷移層の幅が小さくなり、さらに急峻性が改善された。試料２−２に順じた試料５−２、試料２−３に順じた試料５−３についても同様の結果となった。また、移動度についても、試料２−１よりも試料２−１に順じた試料５−１の方が向上した。試料５−２、試料５−３についても同様の結果となった。さらにシート抵抗についても、試料２−１よりも試料２−１に順じた試料５−１の方が低下（改善）した。試料５−２、試料５−３についても同様の結果となった。以上の結果より、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴのヘテロエピタキシャル構造におけるＡｌＧａＮ４２を成膜させる際において、より大きな曲率となるよう凹向きの方向に湾曲させることにより、ＡｌＧａＮ４２の膜中のＡｌ組成の急峻性が向上し、移動度が向上し、シート抵抗が低下したと考えられる。
【００９４】
なお、実施例４、実施例５に示す基板８３および基板８４に、成膜装置２００を用いて成膜を行なう場合、たとえばヒータ７およびヒータ２の出力（加熱温度）をほぼ同じにして、基板の一方の主表面に対向する領域と、一方の主表面と反対側に位置する他方の主表面に対向する領域との温度差を小さくしても、基板の一方の主表面側と、他方の主表面側との熱膨張係数の差により、基板に湾曲を発生させることができる。
【００９５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の成膜方法は、ヘテロエピタキシャル膜の界面における組成を急峻に変化させることにより、ヘテロエピタキシャル構造の特性を向上させる技術として、特に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】（Ａ）基板を湾曲させる工程を行なう前の基板の形状を示す概略断面図である。（Ｂ）図１（Ａ）の基板を、一方の主表面側に凸向きの方向に湾曲させた基板の状態の例を示す概略断面図である。（Ｃ）図１（Ａ）の基板を、一方の主表面側に凸形状となるように湾曲させた基板の状態の例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における気相成長による成膜装置の内部の概要を示す概略断面図である。
【図３】基板の下側にヒータを設置して下側から加熱した場合の基板の反りを示す概略図である。
【図４】基板の上側にヒータを設置して上側から加熱した場合の基板の反りを示す概略図である。
【図５】基板の一方の主表面上に、基板を構成する材料の格子定数よりも大きい格子定数をもつ材料の薄膜を成膜させる状態をイメージするための格子の模式図である。
【図６】図５のそれぞれの材料を接合させた状態をイメージするための模式図である。
【図７】基板の一方の主表面上に、基板を構成する材料の格子定数よりも小さい格子定数をもつ材料の薄膜を成膜させる状態をイメージするための格子の模式図である。
【図８】図７のそれぞれの材料を接合させた状態をイメージするための模式図である。
【図９】本発明の成膜方法の手順を示すフローチャートである。
【図１０】ヒータの温度を制御する制御部を備えた成膜装置２０１の内部の概要を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施例１におけるヘテロエピタキシャル構造の概略断面図である。
【図１２】本発明の実施例２におけるヘテロエピタキシャル構造の概略断面図である。
【図１３】本発明の実施例３におけるヘテロエピタキシャル構造の概略断面図である。
【図１４】サファイア基板の、多層構造を成膜させる側の主表面と反対側に位置する主表面上にシリコン酸化膜を成膜させた基板の概略断面図である。
【図１５】基板８３が加熱により膨張して湾曲した状態を示す概略断面図である。
【図１６】サファイア基板の、多層構造を成膜させる側の主表面と反対側に位置する主表面上にニッケルの薄膜を成膜させた基板の概略断面図である。
【図１７】基板８４が加熱により膨張して湾曲した状態を示す概略断面図である。
【図１８】従来から用いられている気相成長による成膜装置の内部の概要を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９８】
１  サセプタ、２  ヒータ、３  フローチャネル、４  原料ガスノズル、５  モジュール、６  加熱治具、７  ヒータ、８  ヒータ、１０  基板、１１  サファイア基板、２１  低温ＧａＮ、２２  ＧａＮ、２３  ｎ＋ＧａＮ、２５  ｐ＋ＧａＮ、２６  ｐ−ＧａＮ、３０  制御部、４２  ＡｌＧａＮ、４６  ｐ−ＡｌＧａＮ、５２  ＩｎＧａＮ、８１  シリコン酸化膜、８２  ニッケル薄膜、８３  基板、８４  基板、９１  小格子、９２  大格子、９３  大格子、９４  小格子、１００  成膜装置、２００  成膜装置、２０１  成膜装置。
【図１】
2010010440.tif 000008
【図２】
2010010440.tif 000009
【図３】
2010010440.tif 000010
【図４】
2010010440.tif 000011
【図５】
2010010440.tif 000012
【図６】
2010010440.tif 000013
【図７】
2010010440.tif 000014
【図８】
2010010440.tif 000015
【図９】
2010010440.tif 000016
【図１０】
2010010440.tif 000017
【図１１】
2010010440.tif 000018
【図１２】
2010010440.tif 000019
【図１３】
2010010440.tif 000020
【図１４】
2010010440.tif 000021
【図１５】
2010010440.tif 000022
【図１６】
2010010440.tif 000023
【図１７】
2010010440.tif 000024
【図１８】
2010010440.tif 000025