(57)【要約】【課題】ＭＯＣＶＤ法とは異なる成膜方法によってＧａＮ系材料層の高い膜特性を維持可能なバッファ層を形成することができるＧａＮ系デバイスの製造方法およびＡｌＮの成膜方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るＧａＮ系デバイスの製造方法は、窒素に０．１[sccm]以下の流量の酸素を添加したガスをスパッタリングガスに用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板１上に、アルミニウム極性を有する窒化アルミニウム層（バッファ層）２を形成し、窒化アルミニウム層２上に、窒化ガリウム系材料層３を形成する。【選択図】図１
2014022447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素に０．１[sccm]以下の流量の酸素を添加したガスをスパッタリングガスに用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する第１の窒化アルミニウム層を形成し、
前記第１の窒化アルミニウム層上に、窒化ガリウム系材料層を形成する
ＧａＮ系デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＧａＮ系デバイスの製造方法であって、
前記スパッタリングガスとして、窒素流量に対する酸素流量の比が０．１％以下であるガスを用いる
ＧａＮ系デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＧａＮ系デバイスの製造方法であって、さらに、
前記窒化ガリウム系材料層の形成前に、スパッタリングガスに純窒素を用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、前記第１の窒化アルミニウム層上に、第２の窒化アルミニウム層を形成する
ＧａＮ系デバイスの製造方法。
【請求項４】
窒素に０．２［sccm］以下の流量の酸素を添加したガスをスパッタリングガスに用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する第１の窒化アルミニウム層を０．５ｎｍ以下の厚みで形成し、
スパッタリングガスに純窒素を用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、前記第１の窒化アルミニウム層上に、アルミニウム極性を有する第２の窒化アルミニウム層を形成し、
前記第２の窒化アルミニウム層上に、窒化ガリウム系材料層を形成する
ＧａＮ系デバイスの製造方法。
【請求項５】
窒素に０．１[sccm]以下の流量の酸素を添加したガスのプラズマを形成し、
前記プラズマ中のイオンでアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する窒化アルミニウム層を形成する
ＡｌＮの成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）系発光素子に代表されるＧａＮ系デバイスの製造方法およびそのバッファ層として用いられるＡｌＮの成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の成膜プロセスにおいては、一般的に、サファイア基板上に、バッファ層、クラッド層、活性層等を含む各種構造膜が順次形成された積層構造を有する。これらの各層は、典型的には、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法でエピタキシャル成長させた膜で構成されている。例えば下記特許文献１には、サファイア基板上に形成されたＧａＮまたはＡｌＮで表されるバッファ層と、その上に形成されたｎ型のＧａＮ層と、その上に形成されたＡｌＮ層とＧａＮ層との多層膜とをそれぞれＭＯＣＶＤ法で成膜する、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２９８５９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤデバイスの作製プロセスにおいては、ＭＯＣＶＤ法による成膜プロセスがスループットを向上させる上でボトルネックになっていること、ＭＯＣＶＤで使用されるＭＯ原料が非常に高価であること等から、ＬＥＤの一部の構造膜（例えばバッファ層）の成膜プロセスについてＭＯＣＶＤ法から他の成膜方法への代替が求められている。
【０００５】
しかしながらＭＯＣＶＤ法以外の方法で成膜したバッファ層は、ＭＯＣＶＤ法で成膜したバッファ層と比較して、その上に形成されるＧａＮ系材料層の膜特性が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ＭＯＣＶＤ法とは異なる成膜方法によってＧａＮ系材料層の高い膜特性を維持可能なバッファ層を形成することができるＧａＮ系デバイスの製造方法およびＡｌＮの成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るＧａＮ系デバイスの製造方法は、窒素に０．１[sccm]以下の流量の酸素を添加したガスをスパッタリングガスに用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する第１の窒化アルミニウム層を形成することを含む。
上記第１の窒化アルミニウム層上に、窒化ガリウム系材料層が形成される。
【０００８】
本発明の他の形態に係るＧａＮデバイスの製造方法は、窒素に０．２［sccm］以下の流量の酸素を添加したガスをスパッタリングガスに用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する第１の窒化アルミニウム層を０．５ｎｍ以下の厚みで形成することを含む。
スパッタリングガスに純窒素を用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、上記第１の窒化アルミニウム層上に、アルミニウム極性を有する第２の窒化アルミニウム層が形成される。
上記第２の窒化アルミニウム層上に、窒化ガリウム系材料層が形成される。
【０００９】
また本発明の一形態に係る窒化ＡｌＮの成膜方法は、窒素に０．１[sccm]以下の流量の酸素を添加したガスのプラズマを形成することを含む。
上記プラズマ中のイオンでアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する窒化アルミニウム層が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態において製造されるＧａＮ系デバイスの構成を示す概略断面図である。
【図２】ＡｌＮの成膜に使用されるスパッタ装置の構成を示す概略断面図である。
【図３】本実施形態の成膜方法によって成膜された厚み２５ｎｍのＡｌＮ(002)のロッキングカーブを示す一実験結果である。
【図４】酸素流量０［sccm］の条件で成膜したＡｌＮ(002)のＫＯＨ水溶液（0.1mol/l）に対する耐性を示す一実験結果である。
【図５】酸素流量０．０２［sccm］の条件で成膜したＡｌＮ(002)のＫＯＨ水溶液（0.1mol/l）に対する耐性を示す一実験結果である。
【図６】流量０．０２［sccm］の酸素を添加して成膜したＡｌＮの上に形成したＧａＮ膜の結晶特性を示す一実験結果である。
【図７】流量０．０２［sccm］の酸素を添加して成膜したＡｌＮの上に形成したＧａＮ膜の結晶特性を示す一実験結果である。
【図８】本発明の第２の実施形態において製造されるＧａＮ系デバイスの要部の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係るＧａＮ系デバイスの製造方法は、窒素に０．１[sccm]以下の流量の酸素を添加したガスをスパッタリングガスに用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する第１の窒化アルミニウム層を形成することを含む。
上記第１の窒化アルミニウム層上には、窒化ガリウム系材料層が形成される。
【００１２】
上記製造方法においては、スパッタリングガスとして窒素に微量の酸素を混合したガスを用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上にアルミニウム極性（Ａｌ極性）を有する第１の窒化アルミニウムの結晶層を形成する。これにより、その第１の窒化アルミニウム層の上に結晶性、平坦性の優れた、高い膜特性を有する窒化ガリウム系材料層を形成することが可能となる。
【００１３】
また上記ＧａＮ系デバイスの製造方法によれば、所望の膜特性を有する第１の窒化アルミニウム層をスパッタリング法で形成することができるため、ＭＯＣＶＤ法で成膜する場合と比較して、原料コストの低減とスループットの向上とを図ることができる。これにより当該窒化アルミニウム層をバッファ層とする窒化ガリウム系デバイスの生産コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。
【００１４】
スパッタリングガスに含まれる酸素流量は０．１［sccm］以下であり、０［sccm］は含まない。酸素流量が０［sccm］又は０．１［sccm］を超えると、基板上に形成される窒化アルミニウム層の結晶性が悪化し、その上に形成される窒化ガリウム系材料層の結晶性および平坦性が損なわれ、所望とする膜特性が得られない。さらに、酸素流量が０．２［sccm］を超えると、窒化アルミニウム自体の結晶性が大幅に悪化し、やはり所望とする膜特性が得られない。
【００１５】
上記スパッタリングガスとして、窒素流量に対する酸素流量の比が０．１％以下であるガスが用いられてもよい。これによりＡｌ極性を有する窒化アルミニウム層を安定して成膜することができる。
【００１６】
上記ＧａＮ系デバイスの製造方法は、さらに、第２の窒化アルミニウム層を形成する工程を有してもよい。上記第２の窒化アルミニウム層は、上記窒化ガリウム系材料層の形成前に、スパッタリングガスに純窒素を用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで形成される。
【００１７】
第１の窒化アルミニウム層はＡｌ極性を有するため、スパッタリングガスに純窒素を用いた場合でも、第１の窒化アルミニウム層の上に、Ａｌ極性を有する第２の窒化アルミニウム層を形成することができる。したがってＧａＮ系デバイスにおいて第１および第２の窒化アルミニウム層をバッファ層として使用する場合、バッファ層の成膜初期のみ窒素に微量酸素を混合することで、所望の膜特性を有する窒化アルミニウム層および窒化ガリウム系材料層を安定に成膜することができる。
【００１８】
また本発明の他の実施形態に係るＧａＮデバイスの製造方法は、窒素に０．２［sccm］以下の流量の酸素を添加したガスをスパッタリングガスに用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する第１の窒化アルミニウム層を０．５ｎｍ以下の厚みで形成することを含む。
スパッタリングガスに純窒素を用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、上記第１の窒化アルミニウム層上に、アルミニウム極性を有する第２の窒化アルミニウム層が形成される。
上記第２の窒化アルミニウム層上に、窒化ガリウム系材料層が形成される。
【００１９】
酸素流量が０．１［sccm］を超えると、成膜される窒化アルミニウム層の結晶性が悪化する傾向にあるものの、酸素流量が０．２［sccm］以下である場合、成膜される窒化アルミニウム層は０．５ｎｍ以下の厚みにおいて良好な結晶性を維持することが確認された。そこで上記ＧａＮ系デバイスの製造方法は、０．２［sccm］以下の流量の酸素を添加したスパッタリングガスで厚み０．５ｎｍ以下の第１の窒化アルミニウム層をスパッタ成膜した後、純窒素（酸素無添加）のスパッタリングガスで第２の窒化アルミニウム層をスパッタ成膜する。これにより、結晶性および平坦性に優れた窒化ガリウム系材料層を上記第２の窒化アルミニウム層の上に形成することが可能となる。
【００２０】
一方、本発明の一実施形態に係る窒化ＡｌＮの成膜方法は、窒素に０．１[sccm]以下の流量の酸素を添加したガスのプラズマを形成することを含む。
上記プラズマ中のイオンでアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する窒化アルミニウム層が形成される。
【００２１】
上記成膜方法においては、窒素と微量酸素との混合ガスをスパッタリングガスとして使用することで、基板上にＡｌ極性を有する窒化アルミニウムの結晶層を形成するようにしている。これによりＭＯＣＶＤ法で成膜する場合と比較して、原料コストの低減とスループットの向上とを図ることができる。
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２３】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の実施形態において製造されるＧａＮ系デバイスの構成を示す概略断面図である。本実施形態においてＧａＮ系デバイス１０は、ＧａＮ系ＬＥＤで構成される。
【００２４】
ＧａＮ系デバイス１０は、基板１の上に、バッファ層２を介して各種ＧａＮ系材料層が順次形成された積層構造を有する。基板１には、典型的にはサファイア基板が用いられるが、これ以外にも、例えばＧａＮ基板が用いられてもよい。
【００２５】
バッファ層２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなり、結晶性のよいＧａＮ系膜を成長させるための下地層として形成される。すなわちバッファ層２は、サファイア基板１とＧａＮ系材料層との間の格子不整合あるいはＧａＮ系材料層の欠陥の増加を防止する緩衝層としての役割を果たす。バッファ層２は、後述するようにスパッタ法で成膜され、その厚みは、例えば１５〜５０ｎｍである。
【００２６】
ＧａＮ系材料の積層膜は、非ドープＧａＮ層３と、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層４と、多層量子井戸構造層（ＭＱＷ：Multi-layer Quantum Well）５と、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層（電子ブロック層）６と、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層７等を含み、バッファ層２の上に順次積層される。これらＧａＮ系材料層の種類、組み合わせ、膜厚等は特に限定されず、ＬＥＤ構造や発光波長等に応じて適宜設定される。これらのＧａＮ系材料層は、ＭＯＣＶＤ法で成膜される。
【００２７】
なお本例では、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層４には負極端子９ａが、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層７にはＩＴＯからなる透明電極層８を介して正極端子９ｂがそれぞれ設けられる。
【００２８】
ＧａＮ系材料層は、ＭＯＣＶＤ法により形成された二元あるいは三元混晶のエピタキシャル成長層で構成される。これらＧａＮ系材料層の膜質すなわち結晶性は、下地材料層の結晶性に影響され、特にバッファ層２の膜質がＧａＮ系デバイス１０の特性に大きな影響を及ぼす。
【００２９】
本実施形態においてバッファ層２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成され、ウルツ鉱型の結晶構造を有する。本発明者らは、ＡｌＮがＮ極性かＡｌ極性かによって、その上に積層されるＧａＮ系材料層の膜質が大きく変化することを確認した。すなわち、バッファ層２がＮ極性のＡｌＮ層で構成される場合には、その上に積層される非ドープＧａＮ層３の表面に著しい凹凸が形成されることで平坦性が低下する。これに対してバッファ層２がＡｌ極性のＡｌＮ層で構成される場合には、その上に積層される非ドープＧａＮ層３に高い平坦性が確保される。
【００３０】
そして本発明者らは、スパッタリング法でＡｌＮ層を成膜する際、成膜条件によって、成膜されるＡｌＮ層の極性が異なることを見出した。これによりＡｌ極性を有するＡｌＮ層を安定に成膜することが可能となった。また、ＭＯＣＶＤ法と比較して低コストかつ高スループットでＡｌＮ層を形成することが可能となった。
【００３１】
以下、本実施形態におけるＡｌＮの成膜方法について説明する。本実施形態では、ＧａＮ系デバイス１０におけるバッファ層２の成膜工程を例に挙げて説明する。
【００３２】
図２は、ＡｌＮの成膜に使用されるスパッタ装置１００の概略断面図である。スパッタ装置１００は、成膜室１０１を形成する真空チャンバ１０２と、基板１を支持するためのステージユニット１２０と、ターゲット１３１を保持するカソードユニット１３０とを有する。
【００３３】
真空チャンバ１０２は、真空ポンプ１０３と接続されており、成膜室１１０を所定の真空圧力に排気あるいは維持可能に構成される。真空チャンバ１０２にはさらに、成膜室１０１と真空ポンプ１０３との間を遮断可能な排気バルブ１０４が設置されている。真空チャンバ１０２は、典型的には、グランド電位に接続される。
【００３４】
ステージユニット１２０は、真空チャンバ１０２の底部に設置される。ステージユニット１２０は、ステージ１２１の中心に固定された回転軸１２２を含む回転機構、ステージ１２１の直下に配置された複数のホイストピン１２３を含むリフト機構、ステージ１２１を所定温度に加熱可能な加熱機構、ステージ１２１の高さを調整可能な調整機構等を有する。またステージユニット１２０は、ステージ１２１上に基板１を固定するための静電チャックやメカニカルチャック等の各種チャック機構を有してもよい。
【００３５】
複数のホイストピン１２３は、ステージ１２１への未処理の基板１のロード時、及び、ステージ１２１からの処理済みの基板１のアンロード時に上記リフト機構によりステージ１２１に対して上下移動させられる。成膜室１０１への基板１の搬入、及び、成膜室１０１からの基板１の搬出は、真空チャンバ１０２に設けられた開口１０２ａを介して行われる。開口１０２ａは、成膜時、ゲートバルブ１０５により密閉される。
【００３６】
カソードユニット１３０は、真空チャンバ１０２の天板１０２ｂに設置される。カソードユニット１３０は、アルミニウムターゲット１３１を含むターゲットアセンブリと、ターゲット１３１の背面側に配置され、ターゲット１３１の表面に所定の磁場を形成するマグネットアレイ１３２と、ターゲット１３１の正面側に配置されたシャッタ１３３を含むシャッタ機構等を有する。
【００３７】
ターゲット１３１の表面は、ステージ１２１の上面に対して斜め方向に対向し、ステージ１２１は成膜時に回転軸１２２のまわりに所定の回転速度で回転制御される。これにより基板１上に成膜されるＡｌＮ層２の面内均一性が高められる。スパッタパワーは例えば３３０Ｗ、ターゲット１３１と基板１との間の距離は、例えば２３５ｍｍ以上とされる。
【００３８】
基板１へのＡｌＮのスパッタ成膜時、基板１はステージ１２１上で所定温度に加熱される。これによりＡｌＮ層の結晶性を高めることができる。基板温度は特に限定されず、本実施形態では６３０℃に設定される。
【００３９】
スパッタ装置１００は、成膜室１０１内へスパッタリングガスを導入するためのガス導入ライン１４０をさらに有する。本実施形態においてスパッタリングガスとしては、窒素（Ｎ2）を主体とし、これに微量の酸素（Ｏ2）を混合したガスが用いられる。
【００４０】
ガス導入ライン１４０は、所定の割合で混合した酸素と窒素の混合ガスを成膜室１０１へ導入する単一のガス配管で構成されてもよいし、酸素と窒素とを各々流量制御して別々に成膜室１０１へ導入する複数本のガス配管で構成されてもよい。
【００４１】
本実施形態では、アルミニウムターゲット１３１をスパッタするためのスパッタリングガスとしては、純窒素に０．１［sccm］以下の流量の酸素を添加したガスが用いられる。酸素が０［sccm］のとき、成膜されるＡｌＮ層はＮ極性となる。また、酸素流量が０．１［sccm］を超えると、成膜されるＡｌＮ層の結晶性が低下する傾向にある。酸素流量を０．１［sccm］以下、例えば、０．０２［sccm］以上０．０６［sccm］以下の場合に、Ａｌ極性を有するＡｌＮ層を安定に成膜することができる。
【００４２】
スパッタリングガス中の窒素流量に対する酸素流量の比は、０．１％以下に設定される。本実施形態においてスパッタリングガスとしての窒素流量は７０［sccm］（プロセス圧力は０．４５［Pa］）とされる。この場合、酸素流量が０．０２、０．０６、０．１［sccm］の場合の窒素ガスに対する流量比（酸素分圧）はそれぞれ、２．９×１０−４（１．３×１０−４［Pa］）、８．６×１０−４（３．９×１０−４［Pa］）、１．４×１０−３（６．４×１０−４［Pa］）となる。
【００４３】
上述のようにＡｌ極性を有するＡｌＮ層の成膜に際しては、成膜室１０１内の酸素の濃度を高精度に制御する必要がある。したがって成膜前における成膜室１０１内の残留酸素の影響を抑制するため、成膜室１０１の排気時に真空チャンバ１０２を加熱して吸着酸素を除去したり、真空ポンプ１０３にコールドトラップを付加して凝縮性の酸素ガスの排気特性を高めたりしてもよい。
【００４４】
図３は、本実施形態の成膜方法によって成膜された厚み２５ｎｍのＡｌＮ(002)のロッキングカーブを示す。成膜条件は、基板温度６３０℃、窒素流量７０［sccm］、酸素流量０．０２［sccm］、スパッタパワー３３０Ｗとした。半値幅が７arcsecと非常に狭く、良好な結晶性を得られることが確認された。結晶性については、酸素流量が０より大きく０．１［sccm］以下の範囲では違いが生じなかった。
【００４５】
一方、スパッタリングガスへの酸素添加の有無によって極性由来のエッチング速度比が大きく異なることが確認された。すなわち、Ｎ極性のＡｌＮはＫＯＨ（水酸化カリウム）にエッチングされやすく、Ａｌ極性のＡｌＮはＫＯＨにエッチングされにくい。
【００４６】
図４は、酸素流量０［sccm］の条件で成膜したＡｌＮ(002)のＫＯＨ水溶液（0.1mol/l）に対する耐性を測定した一実験結果であり、実線（４１）はエッチング前のＸ線回折強度を、一点鎖線（４２）はエッチング開始から１分後のＸ線回折強度をそれぞれ示す。
【００４７】
一方、図５は、酸素流量０．０２［sccm］の条件で成膜したＡｌＮ(002)のＫＯＨ水溶液（0.1mol/l）に対する耐性を測定した一実験結果であり、実線（５１）はエッチング前のＸ線回折強度を、一点鎖線（５２）、破線（５３）および二点鎖線（５４）はそれぞれ、エッチング開始から１分後、５分後および２０時間後のＸ線回折強度をそれぞれ示す。
【００４８】
図４および図５に示すように、酸素無添加のスパッタリングガスで成膜されたＡｌＮは、ＫＯＨによりほとんどエッチングされるのに対して、酸素添加したＡｌＮではほとんどＫＯＨにエッチングされていないことが確認された。このように酸素添加の有無によりＫＯＨに対するエッチング耐性に違いが生じるのは、ＡｌＮの極性に由来するものであって、０．０２［sccm］という微量の酸素をスパッタリングガスに添加することによって、Ｎ極性からＡｌ極性に変化したものと推認される。
【００４９】
さらに本発明者らは、酸素添加量が０．１［sccm］を超えると所定の膜厚以上でＡｌＮの結晶性が低下し、その上に形成されるＧａＮ層の結晶性、平坦性が悪化する傾向にあることを確認した。この結果から、本実施形態においては、アルミニウムターゲットをスパッタして結晶性および平坦性の優れたＡｌ極性のＡｌＮ層を安定に成膜するために、スパッタリングガス中の酸素流量を０［sccm］超０．１［sccm］以下とした。
【００５０】
次に、流量０、０．０２および０．１［sccm］の酸素を添加して成膜した厚み２５ｎｍのＡｌＮの上に、ＭＯＣＶＤ法でＧａＮ膜（図１の非ドープＧａＮ層３）をそれぞれ２ｎｍの厚みで成膜した。その結果、酸素流量が０［sccm］の場合、ＧａＮ膜は３次元成長してしまい、表面に凹凸が生じたことが確認された。一方、酸素流量が０．０２および０．１［sccm］の場合、ＡｌＮ上には２次元成長と考えられるフラットな表面のＧａＮ膜を成膜することができた。このことから、下地であるＡｌＮ膜の極性に由来するものと考えられ、ＡｌＮがＡｌ極性である場合の方が、Ｎ極性である場合よりも、表面平坦性に優れたＧａＮ膜が得られ、発光デバイスのバッファ層としてより適したものであることが確認された。
【００５１】
一例として、流量０．０２［sccm］の酸素を添加して成膜したＡｌＮの上に形成したＧａＮ膜の結晶特性を図６および図７に示す。図６はＧａＮ(002)のロッキングカーブを、図７はＧａＮ(102)のロッキングカーブをそれぞれ示す。図６において半値幅は８１arcsec、図７において半値幅は２９１arcsecであった。
【００５２】
以上のように本実施形態においては、スパッタリングガスとして窒素に微量（０．１［sccm］以下）の酸素を混合したガスを用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上にアルミニウム極性（Ａｌ極性）を有する窒化アルミニウムを形成するようにしている。これにより、その窒化アルミニウム層の上に結晶性、平坦性の優れた、高い膜特性を有する窒化ガリウム系材料層を形成することが可能となる。
【００５３】
また本実施形態によれば、所望の膜特性を有する窒化アルミニウム層をスパッタリング法で形成することができるため、ＭＯＣＶＤ法で成膜する場合と比較して、原料コストの低減とスループットの向上とを図ることができる。これにより当該窒化アルミニウム層をバッファ層とする窒化ガリウム系デバイスの生産コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態では、ＧａＮ系デバイスとして、基板１とＧａＮ層３との間に、第１の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層２１とその上に積層された第２の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層２２とを含むバッファ層２０を有する。なおＧａＮ層３より上層側は図示を省略している。
【００５５】
第１のＡｌＮ層２１は、上述の第１の実施形態で説明したように、窒素に微量（０．１［sccm］以下）の酸素を添加したスパッタリングガスでアルミニウムターゲットをスパッタすること成膜された、Ａｌ極性のＡｌＮ膜で構成される。第２のＡｌＮ層２２は、スパッタリングガスとして純窒素（酸素流量０［sccm］）を用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで成膜される。この場合、第２のＡｌＮ層２２は、無酸素でスパッタ成膜されるにもかかわらず、下地である第１のＡｌＮ層２１の結晶配向にならってエピタキシャル成長したＡｌ極性を有するＡｌＮ膜で構成される。
【００５６】
上述のように本実施形態においては、微量酸素を含むスパッタリングガスで第１のＡｌＮ層２１を成膜した後、無酸素のスパッタリングガスで第２のＡｌＮ層２２を成膜することで、全体的にＡｌ極性を有するＡｌＮからなるバッファ層２０を形成するようにしている。これによりバッファ層成膜時の酸素流量の管理負担が軽減され、比較的容易に所望の配向特性を有するバッファ層を得ることができる。
【００５７】
第１および第２のＡｌＮ層２１，２２の成膜に際しては、共通のガス導入ライン１４０（図１）を用いることができる。この場合、第２のＡｌＮ層２２の成膜時は、酸素の流量をゼロにして窒素のみを成膜室１０１へ導入してもよく、窒素流量は変化させることなく一定の流量（例えば７０［sccm］）に維持してもよい。
【００５８】
第１および第２のＡｌＮ層２１，２２の厚みは特に限定されず、第２のＡｌＮ層２２は第１のＡｌＮ層２１よりも厚く形成されてもよい。例えばバッファ層２０の総厚が２５ｎｍの場合、第１のＡｌＮ層２１の厚みを２ｎｍ、第２のＡｌＮ層２２の厚みを２３ｎｍとすることができる。
【００５９】
＜第３の実施形態＞
続いて本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、上述の第２の実施形態において説明した２層構造のバッファ層２０を形成するに際して、第１の窒化アルミニウム層２１の形成方法が第２の実施形態と異なる。
【００６０】
すなわち本実施形態に係るＧａＮデバイスの製造方法は、窒素に０．２［sccm］以下の流量の酸素を添加したガスをスパッタリングガスに用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、基板上に、アルミニウム極性を有する第１の窒化アルミニウム層を０．５ｎｍ以下の厚みで形成することを含む。
スパッタリングガスに純窒素を用いてアルミニウムターゲットをスパッタすることで、上記第１の窒化アルミニウム層上に、アルミニウム極性を有する第２の窒化アルミニウム層が形成される。
上記第２の窒化アルミニウム層上に、窒化ガリウム系材料層が形成される。
【００６１】
上述のように、酸素流量が０．１［sccm］を超えると、成膜される窒化アルミニウム層の結晶性が悪化する傾向にある。しかしながら酸素流量が０．２［sccm］以下である場合には、成膜される窒化アルミニウム層は０．５ｎｍ以下の厚みにおいて良好な結晶性を維持できることが確認された。
【００６２】
そこで本実施形態では、０．２［sccm］以下の流量の酸素を添加したスパッタリングガスで厚み０．５ｎｍ以下の第１の窒化アルミニウム層をスパッタ成膜した後、純窒素（酸素無添加）のスパッタリングガスで第２の窒化アルミニウム層をスパッタ成膜する。このようにして形成された第１の窒化アルミニウム層は、Ａｌ極性を有し、その結晶性も良好である。したがってこの上に積層される第２の窒化アルミニウム層もまた、下地の結晶性を引き継いでＡｌ極性の良好な結晶性、平坦性を有する。これにより、結晶性および平坦性に優れた窒化ガリウム系材料層を上記第２の窒化アルミニウム層の上に安定に形成することが可能となる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ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変更を加え得ることは勿論である。
【００６４】
例えば以上の実施形態では、ＧａＮ系デバイスとして、ＧａＮ系ＬＥＤを例に挙げて説明したが、これ以外にも、ＧａＮ系半導体レーザ等の発光素子、パワーデバイス用のＧａＮ系ダイオードあるいはトランジスタにも、本発明は適用可能である。
【００６５】
また以上の実施形態では、ＡｌＮを成膜するスパッタ装置として図２に示す構造を示したが、これに限られず、他の構造のスパッタ装置にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１…基板
２，２０，２１，２２…バッファ層（ＡｌＮ層）
１０…ＧａＮ系デバイス
１００…スパッタ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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