(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温気体により侵食可能な基板上にバッファ層を介し若しくは介さずに、１層又は複数層からなる第１のIII族窒化物系化合物半導体を形成する第１層形成工程と、
前記基板を高温気体により侵食して除去する基板除去工程と、
前記基板の除去された前記第１のIII族窒化物系化合物半導体の最上層の格子欠陥を含む部分を、格子欠陥を含まない部分よりも侵食しやすい気体により処理する気相ピット形成工程と、
当該気相ピット形成工程により形成された前記第１のIII族窒化物系化合物半導体の最上層のピットでない、平坦な部分を核として第２のIII族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向エピタキシャル成長させる横成長工程とを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記横成長工程においては、前記ピット形成工程によって形成された前記第１のIII族窒化物系化合物半導体の最上層のピットの側面から前記第２のIII族窒化物系化合物半導体が成長するよりも、前記平坦な部分を核として前記第２のIII族窒化物系化合物半導体が縦及び横方向エピタキシャル成長により前記ピットの上方が覆われるような条件が選ばれることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記第１のIII族窒化物系化合物半導体の少なくとも最上層と前記第２のIII族窒化物系化合物半導体とが同組成であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記ピット形成工程又は前記気相ピット形成工程におけるピットの深さは1乃至20μmであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III族窒化物系化合物半導体の製造方法に関する。特に、横方向エピタキシャル成長（ＥＬＯ）を用いる、III族窒化物系化合物半導体の製造方法に関する。尚、III族窒化物系化合物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような２元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、AlxGayIn1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表されるものがある。なお、本明細書においては、特に断らない限り、単にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝導型をｐ型あるいはｎ型にするための不純物がドープされたIII族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とする。
【０００２】
【従来の技術】
III族窒化物系化合物半導体は、例えば発光素子とした場合、発光スペクトルが紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用されている。また、そのバンドギャップが広いため、他の半導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を期待できることから、ＦＥＴ等トランジスタへの応用も盛んに開発されている。また、ヒ素(As)を主成分としていないことで、環境面からも様々な半導体素子一般への開発が期待されている。このIII族窒化物系化合物半導体では、通常、サファイアを基板として用い、その上に形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サファイア基板上にIII族窒化物系化合物半導体を形成すると、サファイアとIII族窒化物系化合物半導体との格子定数のミスフィットにより転位が発生し、このため素子特性が良くないという問題がある。このミスフィットによる転位は半導体層を縦方向（基板面に垂直方向）に貫通する貫通転位であり、III族窒化物系化合物半導体中に105〜1010個cm-2の転位が伝搬してしまうという問題がある。これは組成の異なるIII族窒化物系化合物半導体各層を最上層まで伝搬する。これにより例えば発光素子の場合、ＬＤの閾値電流、ＬＤ及びＬＥＤの素子寿命などの素子特性が良くならないという問題があった。また、他の半導体素子としても、欠陥により電子が散乱することから、移動度（モビリティ）の低い半導体素子となるにとどまっていた。これらは、他の基板を用いる場合も同様であった。
【０００４】
これについて、図３の模式図で説明する。図３は、基板９１と、その上に形成されたバッファ層９２と、更にその上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層９３を示したものである。基板９１としてはサファイアなど、バッファ層９２としては窒化アルミニウム(AlN)などが従来用いられている。窒化アルミニウム(AlN)のバッファ層９２は、サファイア基板９１とIII族窒化物系化合物半導体層９３とのミスフィットを緩和させる目的で設けられているものであるが、それでも転位の発生を０とすることはできない。この転位発生点９００から、縦方向（基板面に垂直方向）に貫通転位９０１が伝播し、それはバッファ層９２、III族窒化物系化合物半導体層９３をも貫いていく。こうして、III族窒化物系化合物半導体層９３の上層に、所望の様々なIII族窒化物系化合物半導体を積層して半導体素子を形成しようとすると、III族窒化物系化合物半導体層９３の表面に達した転位９０２から、半導体素子を貫通転位が更に縦方向に伝搬していくこととなる。このように、従来の技術では、III族窒化物系化合物半導体層を形成する際、転位の伝搬を阻止できないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、貫通転位の発生を抑制したIII族窒化物系化合物半導体を製造することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の手段は、高温気体により侵食可能な基板上にバッファ層を介し若しくは介さずに、１層又は複数層からなる第１のIII族窒化物系化合物半導体を形成する第１層形成工程と、基板を高温気体により侵食して除去する基板除去工程と、基板の除去された第１のIII族窒化物系化合物半導体の最上層の格子欠陥を含む部分を、格子欠陥を含まない部分よりも侵食しやすい気体により処理する気相ピット形成工程と、当該気相ピット形成工程により形成された第１のIII族窒化物系化合物半導体の最上層のピットでない、平坦な部分を核として第２のIII族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向エピタキシャル成長させる横成長工程とを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体の製造方法である。ここで高温気体とは、基板を侵食可能な化学物質を含有する単一又は混合気体を言う。
【０００９】
また、請求項２に記載の手段は、横成長工程においては、ピット形成工程によって形成された第１のIII族窒化物系化合物半導体の最上層のピットの側面から第２のIII族窒化物系化合物半導体が成長するよりも、平坦な部分を核として第２のIII族窒化物系化合物半導体が縦及び横方向エピタキシャル成長によりピットの上方が覆われるような条件が選ばれることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の手段は、第１のIII族窒化物系化合物半導体の少なくとも最上層と第２のIII族窒化物系化合物半導体とが同組成であることを特徴とする。更に請求項４に記載の手段は、ピット形成工程又は気相ピット形成工程におけるピットの深さは1乃至20μmであることを特徴とする。
【００１１】
【作用及び発明の効果】
一般に、異種基板を用いてIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させた場合、いわゆるバッファ層を介しても、貫通転位が多数生じる。また、最近開発されているGaN基板等同種基板を用いても、当該同種基板が貫通転位を有していれば、それはエピタキシャル成長させた上層のIII族窒化物系化合物半導体にも伝播する。ところで、最上層表面まで達した貫通転位は表層の格子欠陥であり、III族窒化物系化合物半導体は例えば熱KOH溶液、HCl蒸気等により最上層の格子欠陥を含む部分を、格子欠陥を含まない部分よりも速く侵食させることができることは周知である。そこでこれらの第１のIII族窒化物系化合物半導体の最上層の格子欠陥を含む部分を、格子欠陥を含まない部分よりも侵食しやすい溶液又は蒸気により処理すれば、例えば貫通転位の場合はそれを軸とする倒立６角錐状のピットが形成される。この貫通転位の場合はピットの頂点は貫通転位の終端である。そこでこのようなピットを形成した後、第１のIII族窒化物系化合物半導体の最上層のピットでない、平坦な部分を核として第２のIII族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向エピタキシャル成長させることで、全ての貫通転位は伝播させないように第２のIII族窒化物系化合物半導体を形成することが可能となる。即ち、これにより、第１のIII族窒化物系化合物半導体に比して貫通転位を減少させた、第２のIII族窒化物系化合物半導体を得ることができる。こののち基板を除去することで、表層の貫通転位を減少させた、III族窒化物系化合物半導体基板を得ることができる。
【００１２】
ピットを形成する前に基板を気相で除去することが可能であり、且つピット形成を気相でできるならば、第１のIII族窒化物系化合物半導体形成から第２のII族窒化物系化合物半導体の横成長まで一貫して高温で行うことができる。これは基板と第１及び第２のII族窒化物系化合物半導体の熱膨張係数の差によるクラックの発生等を考慮しないで良いので、工程が簡略化できるとともに、室温等に冷却する際のクラックを生じさせない、III族窒化物系化合物半導体基板の製造方法とすることができる（請求項１）。
【００１３】
横成長工程において、ピット形成工程によって形成された第１のIII族窒化物系化合物半導体の最上層のピットの側面から第２のIII族窒化物系化合物半導体が成長するよりも、平坦な部分を核として第２のIII族窒化物系化合物半導体が縦及び横方向エピタキシャル成長によりピットの上方が覆われるような条件を選ぶことで、第１のIII族窒化物系化合物半導体形成から第２のII族窒化物系化合物半導体への貫通転位の伝播を的確に抑制することができる（請求項２）。第１のIII族窒化物系化合物半導体の少なくとも最上層と第２のIII族窒化物系化合物半導体とが同組成であれば横方向成長は容易となる（請求項３）。ピットの深さは1乃至20μmとすることが良い。ピットの深さが1μm未満では本願発明の効果が少なく、ピットの深さが20μmを越えると、ピット形成後の第１のIII族窒化物系化合物半導体の平坦部分がなくなってしまう可能性が高くなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本願の請求項１に係る発明のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法の実施の形態の一例の概略を示す。基板１上に、バッファ層２と、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３とを順に形成する。第１のIII族窒化物系化合物半導体層３は、貫通転位１０１、１０２を有しているものとする。このうち、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の表面まで伝播しているほうを貫通転位１０２とする（図１の（ａ））。次に、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の格子欠陥を含む部分を、格子欠陥を含まない部分よりも速く侵食させる条件でピットを形成させる。すると、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の表面まで伝播している貫通転位１０２は格子欠陥であるため容易に侵食され、ピットＰを形成する。こうして、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の表面まで伝播している貫通転位１０２は悉くピットＰを形成する（図１の（ｂ））。
【００１５】
この後、ピットでない、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の平坦部を核として、第２のIII族窒化物系化合物半導体４を縦及び横方向エピタキシャル成長させる。このとき第２のIII族窒化物系化合物半導体４には、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３のピットＰから伝播する貫通転位は極めて少ない。即ち、第２のIII族窒化物系化合物半導体４に伝播する貫通転位は第１のIII族窒化物系化合物半導体層３のピットＰの数よりも少なく、貫通転位の密度は極めて小さくなる。（図１の（ｃ））。このように形成された、基板１、バッファ層２、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の上の第２のIII族窒化物系化合物半導体４は、その上に素子を形成すれば、貫通転位による素子劣化が起こりにくい。即ちIII族窒化物系化合物半導体素子用のIII族窒化物系化合物半導体として本願発明は極めて有効である。尚、ピットＰが第２のIII族窒化物系化合物半導体４によって埋められてしまうかどうかは本願の本質とは必ずしも関係しない。どのピットＰも埋められなければ当然貫通転位は伝播しないが、埋められるピットＰがあったとしても、そのピットＰの頂点の貫通転位が埋められる際に貫通転位が消滅することで本願効果が生じることも当然あり得る。
【００１６】
上述の製造方法は図１の（ｃ）で工程を止めたが、つぎのように第２のIII族窒化物系化合物半導体４を厚膜に形成してそれのみ使用するようにしても良い。即ち、第２のIII族窒化物系化合物半導体４のエピタキシャル成長を長時間行い、厚膜に形成する（図１の（ｄ））。この後、基板１を除いて、バッファ層２と第１のIII族窒化物系化合物半導体３上の第２のIII族窒化物系化合物半導体４とする、或いはバッファ層２、第１のIII族窒化物系化合物半導体３全てを除いて第２のIII族窒化物系化合物半導体４のみとする（図１の（ｅ））ことができる。こうして、基板１として異種基板を用いた場合に問題となる、熱膨張係数の差の影響のない、III族窒化物系化合物半導体基板を得ることができる。
【００１７】
図２に本願の請求項３に係る発明のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法の実施の形態の一例の概略を示す。基板を侵食可能な化学物質を含有する単一又は混合気体である高温蒸気により侵食可能な基板１０上に、バッファ層２と、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３とを順に形成する。第１のIII族窒化物系化合物半導体層３は、貫通転位１０１、１０２を有しているものとする（図２の（ａ））。このうち、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の表面まで伝播しているほうを貫通転位１０２とする。次に、基板１０を侵食可能な高温蒸気により基板１０を侵食除去する（図２の（ｂ））。こうして、バッファ層２と、貫通転位１０１、１０２を有する第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の積層物が得られる。
【００１８】
次に、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の格子欠陥を含む部分を、格子欠陥を含まない部分よりも速く気相で侵食させる条件でピットを形成させる。すると、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の表面まで伝播している貫通転位１０２は格子欠陥であるため容易に侵食され、ピットＰを形成する。こうして、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の表面まで伝播している貫通転位１０２は悉くピットＰを形成する（図２の（ｃ））。
【００１９】
この後、ピットでない、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の平坦部を核として、第２のIII族窒化物系化合物半導体４を縦及び横方向エピタキシャル成長させる。このとき第２のIII族窒化物系化合物半導体４には、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３のピットＰから伝播する貫通転位は極めて少ない。即ち、第２のIII族窒化物系化合物半導体４に伝播する貫通転位は第１のIII族窒化物系化合物半導体層３のピットＰの数よりも少なく、貫通転位の密度は極めて小さくなる。（図２の（ｄ））。このように形成された、バッファ層２、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３の上の第２のIII族窒化物系化合物半導体４は、その上に素子を形成すれば、貫通転位による素子劣化が起こりにくい。即ちIII族窒化物系化合物半導体素子用のIII族窒化物系化合物半導体として本願発明は極めて有効である。
【００２０】
上述の製造方法は図２の（ｄ）で工程を止めたが、つぎのように第２のIII族窒化物系化合物半導体４を厚膜に形成してそれのみ使用するようにしても良い。即ち、第２のIII族窒化物系化合物半導体４のエピタキシャル成長を長時間行い、厚膜に形成する（図２の（ｅ））。この後、バッファ層２、第１のIII族窒化物系化合物半導体３全てを除いて第２のIII族窒化物系化合物半導体４のみとする（図２の（ｆ））ことができる。こうして、基板１０として異種基板を用いた場合に問題となる、熱膨張係数の差の影響のない、III族窒化物系化合物半導体基板を得ることができる。
【００２１】
上記の発明の実施の形態としては、次の中からそれぞれ選択することができる。
【００２２】
基板上にIII族窒化物系化合物半導体を順次積層を形成する場合は、基板としてはサファイア、シリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、ZnO、MgOその他の無機結晶基板、リン化ガリウム又は砒化ガリウムのようなIII-V族化合物半導体あるいは窒化ガリウム(GaN)その他のIII族窒化物系化合物半導体等を用いることができる。
【００２３】
III族窒化物系化合物半導体層を形成する方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いても良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。横方向成長には、有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）又はハライド気相成長法（Halide VPE）が好ましい。成長方向の制御のためにはV/III族比を制御する（III族を少なくすると横方向成長しやすい）、供給量自体を落とす、減圧下で行うことの他、それらに応じて基板等の温度を制御する必要がある。なお、Mg他、以下で述べるｐ型ドーパントを添加すると横方向成長が容易となる。
【００２４】
例えばサファイア基板上にIII族窒化物系化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層を形成することが好ましい。他の基板を使用する場合もバッファ層を設けることが望ましい。バッファ層としては、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）、より好ましくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。このバッファ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良い。バッファ層の形成方法は、380〜420℃の低温で形成するものでも良く、逆に1000〜1180℃の範囲で、ＭＯＣＶＤ法で形成しても良い。また、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガスを原材料として、リアクティブスパッタ法によりAlNから成るバッファ層を形成することもできる。同様に一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1、組成比は任意）のバッファ層を形成することができる。更には蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＥＣＲ法を用いることができる。物理蒸着法によるバッファ層は、200〜600℃で行うのが望ましい。さらに望ましくは300〜500℃であり、さらに望ましくは350〜450℃である。これらのスパッタリング法等の物理蒸着法を用いた場合には、バッファ層の厚さは、100〜3000Åが望ましい。さらに望ましくは、100〜400Åが望ましく、最も望ましくは、100〜300Åである。多重層としては、例えばAlxGa1-xN（0≦x≦1）から成る層とGaN層とを交互に形成する、組成の同じ層を形成温度を例えば600℃以下と1000℃以上として交互に形成するなどの方法がある。勿論、これらを組み合わせても良く、多重層は３種以上のIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）を積層しても良い。一般的には緩衝層は非晶質であり、中間層は単結晶である。緩衝層と中間層を１周期として複数周期形成しても良く、繰り返しは任意周期で良い。繰り返しは多いほど結晶性が良くなる。
【００２５】
バッファ層及び上層のIII族窒化物系化合物半導体は、III族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても本発明を実質的に適用できる。また、これら元素を組成に表示できない程度のドープをしたものでも良い。例えば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有しないIII族窒化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN（0≦x≦1）に、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原子半径の大きなインジウム(In)、又は窒素(N)よりも原子半径の大きなヒ素(As)をドープすることで、窒素原子の抜けによる結晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性を良くしても良い。この場合はアクセプタ不純物がIII族原子の位置に容易に入るため、ｐ型結晶をアズグローンで得ることもできる。このようにして結晶性を良くすることで本願発明と合わせて更に貫通転位を１００乃至１０００分の１程度にまで下げることもできる。バッファ層とIII族窒化物系化合物半導体層とが２周期以上で形成されている基底層の場合、各III族窒化物系化合物半導体層に主たる構成元素よりも原子半径の大きな元素をドープすると更に良い。なお、発光素子として構成する場合は、本来III族窒化物系化合物半導体の２元系、若しくは３元系を用いることが望ましい。
【００２６】
ｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。また、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープしても良い。
【００２７】
ピットを形成する方法としては、液体に浸す場合においては、液体は熱KOH溶液等の塩基性溶液が好ましい。一方、気相で形成する場合は、HCl等のハロゲン化水素を用いると、III族原子も窒素原子も気体化合物として除去可能となる。
【００２８】
基板を気相で侵食除去する方法及びその基板としては、例えばHCl等のハロゲン化水素でシリコン基板を除去する方法が挙げられる。
【００２９】
上記の貫通転位の抑制されたIII族窒化物系化合物半導体にＦＥＴ、発光素子等の半導体素子を形成することができる。発光素子の場合は、発光層は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダブルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或いはｐｎ接合等により形成しても良い。
【００３０】
上述の、貫通転位の抑制された第２のIII族窒化物系化合物半導体４を、例えば基板１、バッファ層２、及び第１のIII族窒化物系化合物半導体３から分離してIII族窒化物系化合物半導体基板とすることができる。この基板上にIII族窒化物系化合物半導体素子を形成することが可能であり、或いはより大きなIII族窒化物系化合物半導体結晶を形成するための基板として用いることができる。除去方法としては、メカノケミカルポリッシングの他、任意である。
【００３１】
以下、発明の具体的な実施例に基づいて説明する。本発明は下記実施例に限定されるものではなく、任意の素子に適用できるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法を開示している。
【００３２】
本発明のIII族窒化物系化合物半導体は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示す）による気相成長により製造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3)とキャリアガス(H2又はN2)とトリメチルガリウム（Ga(CH3)3，以下「TMG」と記す）とトリメチルアルミニウム（Al(CH3)3，以下「TMA」と記す）、トリメチルインジウム（In(CH3)3，以下「TMI」と記す）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Mg(C5H5)2、以下「Cp2Mg」と記す）である。
【００３３】
〔第１実施例〕
本実施例の工程を図１に示す。有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１上に、温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給してAlNのバッファ層２を約40nmの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを20μmol/minで導入し、膜厚約20μmのGaN層３を形成した（図１の（ａ））。
【００３４】
次に、室温に冷却して基板を取り出し、約180℃の熱KOH溶液でGaN層３の表面を処理した。これにより、GaN層３の表面に深さ数μmの倒立６角錐状のピットＰが多数形成された（図１の（ｂ））。
【００３５】
次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを20μmol/minで導入し、GaN層３の平坦部を核としてGaN層４を横方向エピタキシャル成長により形成した（図１の（ｃ））。こうして横方向エピタキシャル成長によりピットＰ上方もGaN層４に覆われ、表面が平坦となった（図１の（ｄ））。こののち、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを20μmol/minで導入し、GaN層４を成長させ、GaN層３とGaN層４とを合計30μmの厚さとした。GaN層４は、GaN層３に比して貫通転位が著しく抑えられた。
【００３６】
〔第２実施例〕
本実施例では基板としてシリコン(Si)基板を用いた。本実施例の工程を図２に示す。尚、本実施例では特殊な持具を用い、シリコン基板の表面側及び裏面側いずれかのみに気相エッチングを行うことができるようにした。シリコン(Si)基板１０上に温度1150℃で、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMGを100μmol/min、TMAを10μmol/minで供給し、Al0.15Ga0.85Nから成るバッファ層２を約40nmの厚さに形成した。次に、シリコン(Si)基板１０の温度を1000℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを20μmol/minで導入し、膜厚約200μmのGaN層３を形成した（図２の（ａ））。
【００３７】
次に、GaN層３を形成していない、シリコン(Si)基板１０の裏面にHClを導入し、シリコン(Si)基板１０のエッチング及び除去を行った。こうして、バッファ層２とGaN層３から成る複層物を得た（図２の（ｂ））。この後、GaN層３表面にHClを導入して処理した。これにより、GaN層３の表面に深さ数μmの倒立６角錐状のピットＰが多数形成された（図２の（ｃ））。
【００３８】
次に、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを20μmol/minで導入し、GaN層３の平坦部を核としてGaN層４を横方向エピタキシャル成長により形成した（図２の（ｄ））。こうして横方向エピタキシャル成長によりピットＰ上方もGaN層４に覆われ、表面が平坦となった（図２の（ｅ））。こののち、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを20μmol/minで導入し、GaN層４を成長させ、GaN層３とGaN層４とを合計400μmの厚さとした。GaN層４は、GaN層３に比して貫通転位が著しく抑えられた。
【００３９】
〔第３実施例〕
第２実施例で得られたGaN層３上のGaN層４を新たな基板１として用いて、窒化アルミニウムのバッファ層２を用いない他は第１実施例とほぼ同様にピットを形成したGaN層の上にGaN層を横方向成長させた。最上層のGaN層は、基板として用いたGaN層より、更に貫通転位が抑えられた。
【００４０】
〔第４実施例〕
本実施例ではSiCを基板１として用いて、第１実施例とほぼ同様にピットＰを形成したGaN層３の上にGaN層４を横方向成長させた。この場合も、第１実施例と同様に、GaN層４は、GaN層３に比して貫通転位が抑えられた。
【００４１】
〔第５実施例〕
本実施例ではサファイア基板のｃ面を主面とする他は、第１実施例とほぼ同様に、ピットＰを形成したGaN層３の上にGaN層４を横方向成長させた。GaN層４は、GaN層３に比して貫通転位が抑えられ、抑制度合いは第１実施例と同様であった。
【００４２】
〔第６実施例〕
本実施例では、多重層から成るバッファ層を用いた。有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１上に、温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給して第１のAlN層（第１の緩衝層）２１を約40nmの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを20μmol/minで導入し、膜厚約0.3μmのGaN層（中間層）２２を形成した。次に温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給して第２のAlN層（第２の緩衝層）２３を約40nmの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを20μmol/minで導入し、膜厚約20μmのGaN層３を形成した。こうして、膜厚約40nmの第１のAlN層（第１の緩衝層）２１、膜厚約0.3μmのGaN層（中間層）２２、膜厚約40nmの第２のAlN層（第２の緩衝層）２３から成るバッファ層２を形成した。一般的には緩衝層は非晶質であり、中間層は単結晶である。緩衝層と中間層を１周期として複数周期形成しても良く、繰り返しは任意周期で良い。繰り返しは多いほど結晶性が良くなる。
【００４３】
この後第１実施例と同様にピットを形成し、GaN層３の平坦部分を核としてGaN層４を横方向エピタキシャル成長により形成した。GaN層４は、GaN層３に比して貫通転位が著しく抑えられた。
【００４４】
上記第３実施例は、いわば本願発明を２度繰り返したことを意味する。このように本願発明には本願発明を繰り返して適用することも包含されることは当然である。上記第１実施例の第１のGaN層３の形成、第１のGaN層３表面にピットを形成し、その上に第２のGaN層４を横成長ののち、更に第２のGaN層４の表面にピットを形成して第３のGaN層の横成長も、本願発明に包含される。この２回繰り返しの他、何回繰り返しても良い。異種基板等をどこで除去するのかも、全く任意であって全て本願発明に包含される。
【００４５】
また、他の横方向成長等により予め貫通転位を減らした第１のIII族窒化物系化合物半導体層を得て、その表面にピットを形成して第１のIII族窒化物系化合物半導体層を横方向成長することも本願発明に当然に包含される。各ピットの深さは均一な深さとする必要はなく、一部のピットが極めて浅い場合であっても、本願発明の効果は全体としては失われない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造工程を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造工程を示す断面図。
【図３】  III族窒化物系化合物半導体を伝搬する貫通転位を示す断面図。
【符号の説明】
１、１０  基板
２  バッファ層
３  第１のIII族窒化物系化合物半導体（層）
４  第２のIII族窒化物系化合物半導体（層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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