【手続補正書】
【提出日】平成17年9月9日(2005.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】半導体薄膜および半導体素子の製造方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  基板上に、複数のファセットが配列された下地半導体層を形成する工程と、
該下地半導体層を覆う選択成長埋込み半導体層を成長させる成長工程とを有し、
前記ファセットは、前記下地半導体層の配置面に対して傾斜する面に形成することを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】  前記選択成長埋込み半導体層の成長は、前記下地半導体層のファセットから前記下地半導体層の前記配置面にほぼ沿う方向に成長する過程を経て成長させて該選択成長埋込み半導体層の貫通転位が前記下地半導体層のファセットから前記下地半導体層の前記配置面にほぼ沿う方向に屈曲伸長し、相対するファセットからの貫通転位と会合して、前記配置面と交叉する方向に屈曲伸長して形成されことを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】  前記下地半導体層と前記選択成長埋込み半導体層との結晶方位のずれが０．１°以下であるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】  前記下地半導体層の形成工程が、マスクを用いた反応性イオンエッチングによることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】  前記下地半導体層の形成工程が、２酸化ケイ素、または窒化ケイ素、あるいは酸化アルミニウムをマスクとした、反応性イオンエッチングによることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】  前記選択成長埋込み半導体層上に、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群のうち少なくとも１種のＩＩＩ族元素と窒素（Ｎ）とを含むＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体層を成長する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】  前記選択成長埋込み半導体層を、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含むＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体によって形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】  前記選択成長埋込み半導体層を気相成長法によって成膜することを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９】  前記基板が、サファイアによることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０】  前記基板が、炭化珪素（ＳｉＣ）によることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１】  前記基板が、単結晶のガリウムナイトライドによることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２】  前記下地半導体層が、前記基板に直接形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３】  基板上に、複数のファセットが配列された下地半導体層を形成する工程と、該下地半導体層を覆う選択成長埋込み半導体層を成長させる成長工程と、
半導体素子本体を形成する工程とを有し、
前記ファセットは、前記下地半導体層の配置面に対して傾斜する面に形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１４】  前記選択成長埋込み半導体層の成長は、前記下地半導体層のファセットから前記下地半導体層の前記配置面にほぼ沿う方向に成長する過程を経て成長させて該選択成長埋込み半導体層の貫通転位が前記下地半導体層のファセットから前記下地半導体層の前記配置面にほぼ沿う方向に屈曲伸長し、相対するファセットからの貫通転位と会合して、前記配置面と交叉する方向に屈曲伸長して形成されことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１５】  前記下地半導体層と前記選択成長埋込み半導体層との結晶方位のずれが０．１°以下であるようにしたことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１６】  前記下地半導体層の形成工程が、マスクを用いた反応性イオンエッチングによることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１７】  前記下地半導体層の形成工程が、二酸化ケイ素、または窒化ケイ素、あるいは酸化アルミニウムをマスクとした、反応性イオンエッチングによることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１８】  前記選択成長埋込み半導体層上に、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群のうち少なくとも１種のＩＩＩ族元素と窒素（Ｎ）とを含むＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体層を成長する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１９】  前記選択成長埋込み半導体層を、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含むＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体によって形成することを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２０】  前記選択成長埋込み半導体層を気相成長法によって成膜することを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２１】  前記基板が、サファイアによることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２２】  前記基板が、炭化珪素（ＳｉＣ）によることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２３】  前記基板が、単結晶のガリウムナイトライドによることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２４】  前記下地半導体層が、前記基板に直接形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体による半導体薄膜および半導体素子の製造方法に係わる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
これに対し、本発明者らは、鋭意、研究、解析、考察を重ねた結果、貫通転位の密度の低減化を図り、しかも結晶方位のずれの発生を抑制することができるようにした半導体薄膜および半導体素子の製造方法を見出すに至った。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明による半導体薄膜の製造方法は、基板上に、複数のファセットが配列された下地半導体層を形成する工程と、該下地半導体層を覆う選択成長埋込み半導体層を成長させる成長工程とを有し、前記ファセットは、前記下地半導体層の配置面に対して傾斜する面に形成することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明による半導体薄膜の製造方法は、前記選択成長埋込み半導体層の成長は、前記下地半導体層のファセットから前記下地半導体層の前記配置面にほぼ沿う方向に成長する過程を経て成長させて該選択成長埋込み半導体層の貫通転位が前記下地半導体層のファセットから前記下地半導体層の前記配置面にほぼ沿う方向に屈曲伸長し、相対するファセットからの貫通転位と会合して、前記配置面と交叉する方向に屈曲伸長して形成されことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明による半導体素子の製造方法は、基板上に、複数のファセットが配列された下地半導体層を形成する工程と、該下地半導体層を覆う選択成長埋込み半導体層を成長させる成長工程とを有し、前記ファセットは、前記下地半導体層の配置面に対して傾斜する面に形成することを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明による半導体素子の製造方法は、基板上に、複数のファセットが配列された下地半導体層を形成する工程と、該下地半導体層を覆う選択成長埋込み半導体層を成長させる成長工程とを有し、前記ファセットは、前記下地半導体層の配置面に対して傾斜する面に形成することを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
上述したように、本発明による半導体薄膜および半導体素子の製造方法においては、下地半導体層のファセットすなわち斜面から、選択成長させた選択成長埋込み半導体層を形成するものであって、この構成によるとき、この選択成長埋込み半導体層に生じる貫通転位が、ファセットから横方向、すなわち下地半導体層の配置面にほぼ沿う方向に屈曲伸長し、相対するファセットからの貫通転位と会合して、下地半導体層の配置面と交叉する方向に屈曲伸長して生じることの究明に基くものであり、この構成による選択成長埋込み半導体層における上述した貫通転位の会合部分以外において、貫通転位が殆ど存在しない貫通転位の低欠陥密度領域を形成するものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明による半導体薄膜の一形態は、図１にその一例の概略断面図を示すように、複数のファセット１が配列された例えばＧａとＮ（窒素）とを含むＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体による下地半導体層２と、この下地半導体層２を覆う例えば同様に、ＧａとＮとを含むＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体による選択成長埋込み半導体層３とを有し、そのファセット１が、下地半導体層２の配置面Ａ−Ａ´に対して傾斜する面によって形成された構成を有する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
このようにして形成した選択成長埋込み半導体層３を、透過電子顕微鏡によって観察したところ、ファセット１の面で下地半導体層２に存在する転位ｄが、このファセット１で屈曲することが確認された。したがって、下地半導体層２においてｃ軸方向にほぼ垂直に貫通する転位ｄが、エッチングによる溝１０の側面による人為的に形成した擬似ファセットによるファセット１で屈曲し、下地半導体層２の配置面、すなわち基板６の板面にほぼ沿う水平方向に走り、上部には貫通しない。そして、相対するファセット１からそれぞれ成長してその成長が突き当たったところで、相対するファセット１から貫通転位ｄが会合し、下地半導体層２の配置面と交叉する方向すなわち積層方向に、一部の貫通転位が屈曲して上方に延びて行くことによって選択成長埋込み半導体層３における欠陥密度は、１×１０７／ｃｍ２に減少する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
この例においても、例えばＣ面サファイア基板１を用意し、例えばＭＯＣＶＤ法により、図１１Ａに示すように、主面６ａ上に例えば厚さ３０ｎｍのＧａＮよりなるバッファ層７を形成する。このときの基板温度は例えば５２０℃とし、原料ガスはトリメチルガリウムガス（（ＣＨ３）３Ｇａ）とアンモニアガス（ＮＨ３）を用いる。次いで、バッファ層７の上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、同様にしてＧａＮよりなる下地層１２を基板温度例えば１０５０℃で２μｍの厚さに平坦に形成する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
この下地層１２上に、ファセットが配列された下地半導体層２を形成するために、図１１Ｂに示すように、半導体の選択成長を行う例えばＳｉＯ２による選択成長マスク１３を、厚さ例えば５μｍで、＜１１−２０＞方向に延びるストライプ状をなし、＜１−１００＞方向に１２μｍのピッチ、例えば幅５μｍ、間隔７μｍをもって平行配列されたパターンに形成する。この選択成長マスク１３の形成は、例えばＣＶＤ法により、基板温度例えば４５０℃でＳｉＯ２層を全面的に形成し、フォトリソグラフィによるパターンエッチング、すなわちフォトレジストの塗布、パターン露光、現像によってパターン化されたフォトレジスト層をエッチングマスクとするパターンエッチングを行うことによってストライプ状の開口１３ｗを形成することによって上述したパターンに形成することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
続いて、図１２Ａに示すように、フッ酸（ＨＦ）に十分に浸すことによって、選択成長マスク１３を完全にエッチング除去する。その後、アセトン（ＣＨ３ＣＯＣＨ３）とメタノール（ＣＨ３ＯＨ）により洗浄を行い、更に、希釈した塩酸（ＨＣｌ）または希釈したフッ酸（ＨＦ）に１０秒間程度浸したのち、純水により洗浄を行う。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
この場合においても、透過電子顕微鏡による観察によると、この選択成長によって形成したファセット１に関しても、ファセット１で貫通転位ｄの屈曲が起こることが確認された。すなわち、下地層１２においてｃ軸方向にほぼ垂直に貫通する転位は、ファセット１で屈曲し、下地半導体層２の配置面すなわち基板１とほぼ水平方向に沿って走り、上部には貫通しない。すなわち、図１０Ｂで説明したと同様に、相対するファセット１からそれぞれ成長してその成長が突き当たったところで、相対するファセット１からの転位ｄが会合し、下地半導体層２の配置面と交叉する方向すなわち積層方向に、一部の転位が屈曲して上方に延びて行くことによって選択成長埋込み半導体層３における欠陥密度は、１×１０７／ｃｍ２に減少する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
上述の各半導体層２１〜２８は、例えば基板温度８００〜１０００℃とし、前述した原料の、例えばアルミニウムの原料ガスとしては、トリメチルアルミニウムガス（（ＣＨ３）３Ａｌ）、ガリウムの原料としてはトリメチルガリウムガス（（ＣＨ３）３Ｇａ）、窒素の原料ガスとしてはアンモニア（ＮＨ３）、シリコンの原料ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ４）、マグネシウムの原料ガスとしてはビス＝メチルシクロペンタジェニルマグネシウムガス（ＭｅＣｐ２Ｍｇ）やビス＝シクロペンタジエニルマグネシウムガス（Ｃｐ２Ｍｇ）をそれぞれ用いることができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2000164929.tif 000001
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2000164929.tif 000002
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2000164929.tif 000003
【手続補正２０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2000164929.tif 000004
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2000164929.tif 000005
【手続補正２２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2000164929.tif 000006
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2000164929.tif 000007
【手続補正２４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2000164929.tif 000008
【手続補正２５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2000164929.tif 000009