(57)【要約】【課題】異種材料からなる基板とＡｌＮとを用いたテンプレート基板で、Ｇａを含む窒化物半導体を用いた特性のよい素子が形成できるようにする。【解決手段】窒化物半導体とは異なる材料から構成された基板１０１と、基板１０１の上に形成されたＡｌＮからなる半導体薄膜１０２と、半導体薄膜１０２の上に形成されたＡｌ2Ｏ3からなるキャップ層１０３とを備える。キャップ層１０３は、半導体薄膜１０２の表面に接して形成されている。また、キャップ層１０３は、半導体薄膜１０２を覆って形成されている。基板１０１は、例えば、シリコンから構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体とは異なる材料から構成された基板の上にＡｌＮからなる半導体薄膜を形成する第１工程と、
前記半導体薄膜の上に前記半導体薄膜の表面に接して前記半導体薄膜を覆うキャップ層を形成する第２工程と
を備え、
前記キャップ層は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのいずれかの酸化物から構成されたものであることを特徴とする窒化物半導体成長用基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の窒化物半導体成長用基板の製造方法において、
前記キャップ層は、Ａｌ2Ｏ3から構成されたものであることを特徴とする窒化物半導体成長用基板の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の窒化物半導体成長用基板の製造方法において、
前記基板は、シリコンから構成され、
前記第１工程は、
前記基板の表面を水素終端化する工程と、
水素終端化した前記基板の表面にＡｌの単原子膜を形成する工程と、
前記単原子膜の上にＡｌＮを堆積して堆積したＡｌＮに前記単原子膜が同質化した前記半導体薄膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする窒化物半導体成長用基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２記載の窒化物半導体成長用基板の製造方法において、
前記基板は、シリコンから構成されていることを特徴とする窒化物半導体成長用基板の製造方法。
【請求項５】
窒化物半導体とは異なる材料から構成された基板と、
前記基板の上に形成されたＡｌＮからなる半導体薄膜と、
前記半導体薄膜の上に前記半導体薄膜の表面に接して前記半導体薄膜を覆って形成されたキャップ層と
を備え、
前記キャップ層は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのいずれかの酸化物から構成されたものであることを特徴とする窒化物半導体成長用基板。
【請求項６】
請求項５記載の窒化物半導体成長用基板において、
前記キャップ層は、Ａｌ2Ｏ3から構成されたものであることを特徴とする窒化物半導体成長用基板。
【請求項７】
請求項５または６記載の窒化物半導体成長用基板において、
前記基板はシリコンから構成されていることを特徴とする窒化物半導体成長用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体の層を形成する窒化物半導体成長用基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮをはじめとした窒化物半導体は、高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率、および高い電子飽和速度などの特性を有しており、高周波のハイパワーデバイス向けの材料として優れている。例えば、ＧａＮバッファ層およびＡｌＧａＮバリア層を有するヘテロ接合構造では、ヘテロ接合界面近傍に電子が高濃度に蓄積され、いわゆる２次元電子ガス（two dimensional electron gas；２ＤＥＧ）が形成される。この２ＤＥＧは、散乱要因となる導電性不純物が存在しないアンドープＧａＮ層内を走行できるため、高い電子移動度を示す。従って、上述したヘテロ接合構造を有する素子は、いわゆる高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ；High Electron Mobility Transistor）として動作させることが可能である。
【０００３】
上述した例をはじめ、窒化物半導体から構成される積層構造を利用した光デバイス・電子デバイスを作製する場合、窒化物半導体結晶を基板上に順次成長することにより所望の積層構造を作製する。このような窒化物半導体結晶を成長するために通常用いられる基板は、サファイア、シリコンカーバイドあるいはシリコンといった、いわゆる異種材料から構成されたものとなる。これは、窒化物半導体基板の作製が技術的に非常に難しく、容易に入手できないためである。特に、ハイパワーデバイスとしての応用に注目が集まる中、大口径基板を容易に入手できるシリコン基板が、成長用基板として広く用いられるようになってきている（非特許文献１，２，３参照）。
【０００４】
ここで、シリコン基板上に窒化物半導体であるＧａを含む層を形成する場合、シリコン基板にＧａが接触するとメルトバックエッチング反応によりシリコン基板がエッチングされるなどの異常成長が生じる。このため、通常は、シリコン基板上にＡｌＮ層を成長することでシリコン基板にＧａが接触しない状態としてメルトバックエッチングを回避している。
【０００５】
具体例として、シリコン基板上にＡｌＧａＮからなるバリア層およびＧａＮからなるチャネル層を有するＨＥＭＴ用多層構造を成長する場合について説明する。まず、前処理としてＨＦによる水素終端化処理を施したシリコン基板を、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置、あるいは分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置などの成長装置の成長室に装填し、成長室を密閉状態とする。
【０００６】
次に、装置を動作させて基板温度を成長温度まで上げる。次いで、アルミニウム原料ガスおよび窒素原料ガス（ＭＯＣＶＤの場合、例えばトリメチルアルミニウムとアンモニア）を供給し、シリコン基板上にＡｌＮを成長する。次いで、Ｇａ原料ガスの供給を開始し、ＧａＮやＡｌＮあるいはこれらの混晶であるＡｌＧａＮから構成されるバッファ構造を成長し、次いで、ＧａＮチャネル層およびＡｌＧａＮバリア層を成長する（非特許文献４参照）。
【０００７】
しかしながら、上述した方法では、シリコン基板にＧａが接触する可能性が排除できない。例えば、連続して上述した窒化物半導体層の積層構造による素子製造を実施する場合、先に実施した素子製造により、成長室内においては、壁面や基板支持台に大量のＧａの付着物が残っている。このＧａを含む付着物が、次の素子製造の際に、シリコン基板に付着し、前述したメルトダウンエッチングを起こす可能性がある。
【０００８】
この問題を防ぐために、あらかじめＡｌＮ膜をシリコン基板に堆積させたテンプレート基板を用い、既に形成されているＡｌＮ膜の上に上述したような素子形成のためのＧａを含む窒化物半導体からなる多層構造を成長する技術が提案されている。テンプレート基板を形成するためのＡｌＮ膜の成長は、ガリウムを含む材料の堆積を行わない装置により行えばよい。実際に、ＡｌＮ膜が既に形成されているテンプレート基板が入手可能である（非特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】IMEC annual report 2011(http://annualreport.imec.be/Domains/Energy/GaN-technology/page.aspx/1096)
【非特許文献２】AZZURRO Semiconductors 製品案内(http://www.azzurro-semiconductors.com/products/power-semiconductor-wafers)
【非特許文献３】NTTアドバンステクノロジ株式会社 製品案内(http://keytech.ntt-at.co.jp/electro/prd_1002.html)
【非特許文献４】A. Dadgar, A. Strittmatter, J. Blasing, M. Poschenrieder, O. Contreras, P. Veit,1 T. Riemann, F. Bertram, A. Reiher, A. Krtschil, A. Diez, T. Hempel, T. Finger, A. Kasic, M. Schubert, D. Bimberg, F. A. Ponce, J. Christen, and A. Krost, "Metalorganic chemical vapor phase epitaxy of gallium-nitride on silicon," Physica Status Solidi C, vol.0, no.6, pp.1583-1606, 2003.
【非特許文献５】Kyma Technologies 製品情報(http://www.kymatech.com/products/template-products/aln-templates/aln-template-detail)
【非特許文献６】A. Yamamoto, D. Hironaga, A. Mihara, Y. Muramatsu, K. Sugita, A. G. Bhuiyan, A. Hashimoto, N. Shigekawa, N. Watanabe, "MOVPE growth of InxGa1-xN (x~0.5) on Si(111) substrates with a pn junction on the surface", submitted to Physica Status Solidi C.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ＡｌＮはバンドギャップが６．２ｅＶと大きいために絶縁体であり、特に高耐圧が要求されるハイパワートランジスタを製造する上で有効と考えられてきた。しかしながら、シリコンとＡｌＮとの間にはおよそ２０％近い格子不整合があり、また、熱膨張係数の不整合もきわめて大きい組み合わせである。この不整合のため、シリコン基板上に成長されたＡｌＮの膜には１０10ｃｍ-2をはるかに超える高密度の貫通転位が存在する。この貫通転位の存在により、シリコン基板上に成長されたＡｌＮの絶縁性はほとんどなく、むしろ比較的電流が流れやすい状態にある。
【００１１】
非特許文献６には、導電性（ｐ型）のシリコン基板上にＡｌＮを成長したテンプレート基板上に、ｎ型のＩｎＧａＮを成長した試料の表面および基板裏面に電極金属を形成して測定した電流・電圧特性について報告されている。ＡｌＮが絶縁体であって高抵抗を示すものであるなら、ほとんど電流は流れないはずであるが、図９に示すように、特性はほぼ完全にオーミック性を示している（非特許文献６Figure4(a)参照）。
【００１２】
このように、異種材料からなる基板を用いたテンプレート基板に用いられているＡｌＮは、高密度の貫通転位の存在により低抵抗となり、物質が本来持ち合わせている絶縁性を発揮できず、ハイパワートランジスタへの応用に対してなんら利点がない状態である。このように、現在提供されている異種材料からなる基板とＡｌＮとを用いたテンプレート基板では、高い絶縁性が得られず、Ｇａを含む窒化物半導体からなる特性のよい素子が形成できないという問題があった。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、異種材料からなる基板とＡｌＮとを用いたテンプレート基板で、Ｇａを含む窒化物半導体を用いた特性のよい素子が形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る窒化物半導体成長用基板は、窒化物半導体とは異なる材料から構成された基板と、基板の上に形成されたＡｌＮからなる半導体薄膜と、半導体薄膜の上に半導体薄膜の表面に接して半導体薄膜を覆って形成されたキャップ層とを備え、キャップ層は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのいずれかの酸化物から構成されたものである。
【００１５】
上記窒化物半導体成長用基板において、キャップ層は、Ａｌ2Ｏ3から構成されたものである。また、基板はシリコンから構成されていればよい。
【００１６】
また、本発明に係る窒化物半導体成長用基板の製造方法は、窒化物半導体とは異なる材料から構成された基板の上にＡｌＮからなる半導体薄膜を形成する第１工程と、半導体薄膜の上に半導体薄膜の表面に接して半導体薄膜を覆うキャップ層を形成する第２工程とを備え、キャップ層は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのいずれかの酸化物から構成されたものである。例えば、基板は、シリコンから構成すればよい。
【００１７】
上記窒化物半導体成長用基板の製造方法において、キャップ層は、Ａｌ2Ｏ3から構成されたものである。ここで、この場合、基板をシリコンから構成した場合、第１工程は、基板の表面を水素終端化する工程と、水素終端化した基板の表面にＡｌの単原子膜を形成する工程と、単原子膜の上にＡｌＮを堆積して堆積したＡｌＮに単原子膜が同質化した半導体薄膜を形成する工程とを含むようにするとよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したことにより、本発明によれば、異種材料からなる基板とＡｌＮとを用いたテンプレート基板で、Ｇａを含む窒化物半導体を用いた特性のよい素子が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の製造方法による各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の製造方法による各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の製造方法による各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の製造方法による各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の製造方法による各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の窒化物半導体成長用基板の上に窒化物半導体の層を結晶成長させた構造を模式的に示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板を用いた窒化物半導体層の形成について説明する説明図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板を用いた窒化物半導体層の形成について説明する説明図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板を用いた窒化物半導体層の形成について説明する説明図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板を用いた窒化物半導体層の形成について説明する説明図である。
【図５】図５は、Ｘ線回折による（０００２）からの対称反射スペクトルを示した特性図である。
【図６】図６は、本発明の窒化物半導体成長用基板上に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造を形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の窒化物半導体成長用基板上に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造および電極を形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、図７に示す電極７０１と電極７０２との間に電圧を印加した際に流れる電流を測定した結果を示す特性図である。
【図９】図９は、非特許文献６に示された、導電性のシリコン基板上にＡｌＮを成長したテンプレート基板上に、ｎ型のＩｎＧａＮを成長した試料の表面および基板裏面に電極金属を形成して測定した電流・電圧特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。はじめに、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の構成を示す断面図である。
【００２１】
この窒化物半導体成長用基板は、窒化物半導体とは異なる材料から構成された基板１０１と、基板１０１の上に形成されたＡｌＮからなる半導体薄膜１０２と、半導体薄膜１０２の上に形成されたＡｌ2Ｏ3からなるキャップ層１０３とを備える。キャップ層１０３は、半導体薄膜１０２の表面に接して形成されている。また、キャップ層１０３は、半導体薄膜１０２を覆って形成されている。基板１０１は、例えば、シリコンから構成されている。
【００２２】
キャップ層１０３は、半導体薄膜１０２の表面を保護する役割を有する。加えて、キャップ層１０３は、基板１０１と半導体薄膜１０２との不整合により、基板１０１と半導体薄膜１０２との界面で発生し、半導体薄膜１０２内をこの表面へ向かって伝播している貫通転位が、これより上に形成（成長）される窒化物半導体の層に伝搬することを止める働きを有する。このことにより、例えば、キャップ層１０３の上にＡｌＮ層を成長すれば、この層をより貫通転位密度の低い状態とすることができる。この結果、本実施の形態の窒化物半導体成長用基板を用いてＡｌＮ層を成長させることで、抵抗率を増大させ、ハイパワートランジスタへの応用に対してより高耐圧が実現できるようになる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の製造方法による各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【００２４】
まず、例えば、単結晶シリコンからなる基板１０１の表面に対し、ＨＦによる前処理などにより、水素原子による終端化を施しておく。
【００２５】
次に、図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃに示すように、基板１０１の上に、ＡｌＮからなる半導体薄膜１０２を形成する（第１工程）。例えば、ＥＣＲ（Electron Cycrotron Resonance）プラズマ成膜装置を用いて半導体薄膜１０２を形成する。
【００２６】
まず、上述したように前処理をした基板１０１を、ＥＣＲプラズマ成膜装置の成膜室に装填（配置）する。基板温度は室温（２０〜２５℃程度）とする。次に、ＥＣＲプラズマ成膜装置を動作させ、図２Ａに示すように、表面が水素２０１により終端された基板１０１の上に、Ａｒプラズマ中でＡｌ単原子２０２を堆積する。このＡｌ単原子２０２の堆積により、前処理によって基板１０１の表面を終端化していた水素はＡｌと置換され、図２Ｂに示すように、Ａｌが基板１０１の表面のＳｉと結合したＡｌ単原子膜２０３が形成される。
【００２７】
次いで、Ａｌと窒素を用い、図２Ｂに示すように、Ａｒプラズマ中でＡｌ単原子２０２とＮ単原子２０４とを堆積する。この堆積に伴い、初期に堆積したＡｌ単原子膜２０３は、ＡｌＮと同質化し、Ａｌ単原子膜は消失し、図２Ｃに示すように、ＡｌＮからなる半導体薄膜１０２が形成される。また、ＡｌとＳｉが結合した状態を反映し、形成された半導体薄膜１０２は、多結晶やアモルファスではなく、基板１０１を構成している単結晶シリコンの格子の情報を引き継いだ単結晶となる。このように、半導体薄膜１０２の形成は、エピタキシャル成長、少なくとも、エピタキシャル成長に近い状態で進む。なお、言い換えると、半導体薄膜１０２は、基板１０１の上にエピタキシャル成長させればよい。
【００２８】
次に、図２Ｄ，図２Ｅに示すように、半導体薄膜１０２の上に半導体薄膜１０２の表面に接して半導体薄膜１０２を覆うＡｌ2Ｏ3からなるキャップ層１０３を形成する（第２工程）。まず、上述したＥＣＲプラズマ成膜装置の成膜室において、図２Ｄに示すように、Ａｒプラズマ中でＡｌ単原子２０２および酸素（Ｏ）原子２０５を堆積する。これにより、図２Ｅに示すように、Ａｌ2Ｏ3からなるキャップ層１０３が形成される。形成されたキャップ層１０３においても、半導体薄膜１０２の格子の情報を引き継ぎ、アモルファスではなく結晶として形成される。
【００２９】
上述した実施の形態における窒化物半導体成長用基板の製造方法において、本質的に重要な点は、堆積初期に形成するＡｌ単原子膜２０３である。水素終端化処理は、シリコンからなる基板１０１表面の酸化膜の除去および保護のためには最適であるが、シリコン表面に結合した水素原子は、室温ではおろか、６００℃程度の温度にしてもほとんど除去できない。このため、水素終端された状態でＡｌＮの堆積を開始すると、十分品質の高いＡｌＮ結晶を得ることができない。
【００３０】
これに対し、初期には、Ａｌ単原子膜２０３を形成するようにすると、Ａｌ原子は、活性が高いために基板１０１表面の水素と容易に置換され、均一なＡｌ単原子膜２０３を形成することが容易である。この状態にすることで、良質なＡｌＮからなる半導体薄膜１０２の形成が可能となる。
【００３１】
仮に、水素原子が容易に除去できてシリコン表面を露出させることができたとしても、Ａｌ単原子膜を形成せずにＡｌと窒素を供給してＡｌＮ膜の形成を行うと、いわゆるＩＩＩ族極性面およびＶ族極性面が表面側となるＡｌＮが同時に形成されてしまい、やはり品質の高いＡｌＮ結晶からなる半導体薄膜１０２が得られない。これに対し、Ａｌ単原子膜２０３を形成することにより、均一なＩＩＩ族極性面を形成することが可能となり、良質なＡｌＮからなる半導体薄膜１０２が形成できる。このように、Ａｌ単原子膜２０３の形成は、上述した実施形態においてきわめて重要な工程である。なお、Ａｌ単原子膜２０３は、基板１０１の全面を覆うことが重要である。従って、Ａｌ単原子膜２０３は、基板１０１の全域が覆われる程度の膜厚以上に形成されていればよい。また、Ａｌ単原子膜２０３の膜厚は、２モノレイヤを上限とする。
【００３２】
なお、上述した実施の形態では、室温（例えば、２０℃）で各層を形成しているが、この温度に限定されない。上述した実施の形態では、室温程度でも窒化物半導体成長用基板が形成できることがいわゆる効果であり、上述した各層の形成における温度が、室温より低温であってもよく、また、高温であってもよい。
【００３３】
また、上述の実施の形態において、成膜装置としてＥＣＲプラズマ成膜装置を使用しているが、これに限定されず、プラズマ援用化学気相堆積装置、マグネトロンスパッタ装置をはじめとした各種スパッタ装置、あるいは酸素を導入したＭＢＥ装置，ＭＯＣＶＤ装置など、適切に上述した各層を形成できる装置であればいずれのものも使用できる。
【００３４】
次に、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板を用いた窒化物半導体層成長における効果について説明する。本発明の形態における窒化物半導体成長用基板を用いることで、例えば、図３に示すように、ＡｌＮ層１０４，ＧａＮ層１０５を、高品質な状態で形成できる。図３は、本発明の窒化物半導体成長用基板の上に窒化物半導体の層を結晶成長させた構造を模式的に示す断面図である。
【００３５】
以下、上述したＡｌＮ層１０４，ＧａＮ層１０５の形成について図４Ａ〜図４Ｄを用いて説明する。図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板を用いた窒化物半導体層の形成について説明する説明図である。図４Ａ〜図４Ｄでは、各工程における状態（断面）を模式的に示している。
【００３６】
まず、半導体薄膜１０２およびキャップ層１０３が形成された基板１０１（窒化物半導体成長用基板）を、よく知られたＭＯＣＶＤ装置の成長室内に装填し、成長室内に水素ガスを供給した状態で、成長室内の圧力（成長室圧力）を９８０６．６５Ｐａ（０．１気圧）程度に保つ。次いで、この状態で、基板温度をＡｌＮやＧａＮなどの窒化物半導体がエピタキシャル成長する温度（およそ１０００℃前後）まで上昇させる。
【００３７】
基板温度を上昇させる過程で、基板温度が５００℃程度に達したところで、成長室にアンモニアを導入する。これにより、図４Ａに示すように、基板１０１（キャップ層１０３）の表面にアンモニア４０１が供給されるようになる。このように、高温下でアンモニア４０１にさらされることで、キャップ層１０３が変質する。キャップ層１０３は、これを構成しているＡｌ2Ｏ3の一部が、ＯがＮに置き換わることでＡｌＮに代わり、図４Ｂに示すように、キャップ層１０３はＡｌ2Ｏ3層１３１のみではなく、島状にＡｌＮ層１３２が点在するような状態に変化する。
【００３８】
次に、基板温度が成長温度に達したところで、アンモニア４０１に加え、図４Ｃに示すように、Ａｌの原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）４０２を供給すると、ＡｌＮ層１０４の成長が開始される。ここで、成長するＡｌＮ層１０４への貫通転位の伝播は、Ａｌ2Ｏ3層１３１の中に島状にＡｌＮ層１３２が形成されたキャップ層１０３によって阻害される。この貫通転位伝播の阻害は、Ａｌ2Ｏ3層１３１ではＡｌ2Ｏ3層１３１自身が貫通転位に対するストッパとなる。また、ＡｌＮ層１３２では島状の形状により転位の伝播方向が基板１０１表面と平行な方向に屈曲されることによって成長方向への貫通転位の伝播を抑制する。
【００３９】
次に、以上のようにしてＡｌＮ層１０４を成長した後、ＴＭＡｌ４０２の供給を停止するとともに、図４Ｄに示すように、Ｇａの原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）４０３を供給することで、ＧａＮ層１０５の成長が開始される。
【００４０】
次に、上述したことにより作製したＧａＮ層１０５の結晶性をＸ線回折により評価した結果について、図５を用いて説明する。図５は、Ｘ線回折による（０００２）からの対称反射スペクトルを示した特性図である。図５において、（ａ）はＧａＮ層１０５における測定結果を示し、（ｂ）は、従来技術によるＧａＮ層における測定結果を示している。図５の（ａ）と（ｂ）とを比較すれば分かるように、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板を用いて形成したＧａＮ層１０５の方が、強度が高く，半値幅が狭い状態であり、高い（高品質な）結晶性が得られていることが分かる。
【００４１】
また、非対称反射スペクトルの半値幅からＧａＮ中の転位密度を見積もったところ、従来技術では、５×１０11ｃｍ-2程度の転位密度となるが、ＧａＮ層１０５では、４×１０9ｃｍ-2程度となり、約２桁改善された。ＧａＮ層１０５における転位密度が改善されたのは、基板１０１の上のＡｌＮからなる半導体薄膜１０２中の高密度な貫通転位の伝播が、キャップ層１０３によって阻害されてＡｌＮ層１０４へ伝播せず、ＡｌＮ層１０４が低転位密度となったためである。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板上に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造によるＨＥＭＴを形成した例について説明する。図６は、本発明の窒化物半導体成長用基板上に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造を形成した状態を模式的に示す断面図である。
【００４３】
図６に示すように、Ａｌ2Ｏ3層１３１と複数の島状のＡｌＮ層１３２とから構成された状態のキャップ層１０３の上に、ＡｌＮ層１０４，ＧａＮ層１０５を形成し、ＧａＮ層１０５の上に、ｎ型のＡｌＧａＡｓからなるＡｌＧａＮ層１０６を形成している。ＧａＮ層１０５とＡｌＧａＮ層１０６とのヘテロ接合界面に近いＧａＮ層１０５に、電子が２ＤＥＧ１５１として蓄積される。
【００４４】
上述したＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造のＡｌＧａＮ層１０６上に、ソース電極およびドレイン電極を形成し、さらにこれらの間にゲート電極を形成すれば、ＨＥＭＴが構成できる。このＨＥＭＴでは、ゲート電圧によって２ＤＥＧ１５１の密度を変化させることにより、ソース・ドレイン間に流れる電流が制御できる。
【００４５】
このＨＥＭＴをハイパワー応用に供する場合には、高電圧化での基板へのリーク電流が少ないことが要求される。ここで、上述したＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造において、図７に示すように、ＡｌＧａＮ層１０６の表面に電極７０１を形成し、基板１０１の裏面に電極７０２を形成し、これらの電極間に電圧を印加した際に流れる電流（＝リーク電流）を評価（測定）した。測定した結果を図８の（ａ）に示す。なお、図８の（ｂ）は、従来技術によるＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造の、上述同様のリーク電流測定結果である。
【００４６】
図８の（ｂ）に示すように、２００Ｖ印加時のリーク電流の値は、従来技術では６５ｍＡ／ｃｍ2であったが、図８の（ａ）に示すように、本発明により０．５ｍＡ／ｃｍ2にまで２桁以上低減された。これは、本発明の窒化物半導体成長用基板の上に成長したＡｌＮの層が低転位であることにより、抵抗率が高くなったことを反映したものである。
【００４７】
以上に説明したように、本発明によれば、異種材料からなる基板の上に形成されたＡｌＮからなる半導体薄膜の上に、Ａｌ2Ｏ3からなるキャップ層を形成するようにしたので、異種材料からなる基板とＡｌＮとを用いたテンプレート基板で、Ｇａを含む窒化物半導体を用いた特性のよい素子が形成できるようになる。
【００４８】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、単結晶シリコンからなる基板を用い、この上にＡｌＮからなる半導体薄膜を形成するようにしたが、これに限るものではなく、例えば、コランダム（サファイア），シリコンカーバイド，ＺｎＯなどの結晶基板を用いるようにしてもよい。また、キャップ層は、ＧａやＩｎの酸化物から構成してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０１…基板、１０２…半導体薄膜、１０３…キャップ層。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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【図９】
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