(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、
基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して前記成長基板を形成するステップと、
ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して、前記成長基板上に前記バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップと
を含み、
前記成長基板上に前記バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、
金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つをＨＶＰＥ堆積システムの反応チャンバ内への導入前に分解して金属塩化物ＩＩＩ族前駆体気体を形成するサブステップと、
前記金属塩化物ＩＩＩ族前駆体気体を前記反応チャンバ内へ導入し、前記反応チャンバ内で前記金属塩化物ＩＩＩ族前駆体気体をＶ族前駆体気体と反応させて、前記成長基板上に前記バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を形成するサブステップと、
を含み、
前記基板上に前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理を使用して、前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、方法。
【請求項２】
前記プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理を使用して、前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、
前記基板上に金属窒化物材料を堆積させるサブステップと、
前記堆積させた金属窒化物材料を１つ又は複数の熱処理にさらして、前記堆積させた金属窒化物材料の結晶性を向上させるサブステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積させた金属窒化物材料を１つ又は複数の熱処理にさらして、前記堆積させた金属窒化物材料の結晶性を向上させるサブステップが、前記堆積させた金属窒化物材料を急速熱アニール処理にさらす工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１のチャンバ内で前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップと、
第２の異なるチャンバ内で前記成長基板上に前記バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップと
をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
チャンバ内で前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップと、
前記金属窒化物核生成テンプレート層が形成される前記チャンバ内で前記成長基板上に前記バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップと
をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]本発明の実施形態は、一般に、基板上にＩＩＩ族窒化物材料を堆積させる方法、及びそうした方法によって形成される構造体に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、金属窒化物材料を含む成長テンプレート層を含む基板上にＩＩＩ族窒化物材料を堆積させるための方法、及びそうした方法によって形成される構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
[002]化学気相堆積（ＣＶＤ）は、基板上に固形材料を堆積させるために使用される化学的な処理であり、半導体デバイスの製造において一般に用いられている。化学気相堆積処理においては、基板は、１つ又は複数の試薬ガスにさらされ、この試薬ガスが、結果として基板の表面上に固形材料を堆積させるように、反応し、分解し、又は反応と分解の両方を行う。
【０００３】
[003]１つの特定のタイプのＣＶＤ処理は、当技術分野において気相エピタキシー（ＶＰＥ）と呼ばれる。ＶＰＥ処理では、基板は、反応チャンバ内で１つ又は複数の試薬気体にさらされ、この試薬気体が、結果として基板の表面上に固形材料をエピタキシャル堆積させるように、反応し、分解し、又は反応と分解の両方を行う。ＶＰＥ処理は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積させるためにしばしば使用される。ＶＰＥ処理における試薬気体のうちの１つがハロゲン化物気体を含む場合、この処理は、ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理と呼ばれることがある。
【０００４】
[004]有機金属（ＭＯ）前駆体材料を反応チャンバ内で分解してＩＩＩ族窒化物半導体材料を形成するＶＰＥ処理を使用して、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物半導体材料を形成することが当技術分野において知られている。そうした処理は、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）処理としばしば呼ばれ、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）処理として特徴付けられることもある。そうしたＭＯＶＰＥ処理は、通常、所望のバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる前に、いくつかの連続した前堆積処理を利用して行なわれる。これらの連続した前堆積処理には、成長基板（例えば、サファイア基板）の高温水素ベーク、成長基板の窒化処理、比較的低温での成長基板上でのＩＩＩ族窒化物材料の核生成層の形成、比較的より高温での核生成層のアニール、核生成層の合体、及び、最後に、核生成層上へのバルクＩＩＩ族窒化物材料層の成長を含むことができる。
【０００５】
[005]また、ＨＶＰＥ処理は、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物半導体材料を形成するためにも使用される。そうした処理においては、反応チャンバ内で約５００℃〜約１，０００℃の高温でガリウム一塩化物（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ３）との気相反応を行うことによって、結果として基板上にＧａＮのエピタキシャル成長を得ることができる。ＮＨ３は、標準的なＮＨ３ガス源から供給されてもよい。一部の方法では、（標準的なＨＣｌガス源から供給することができる）塩化水素（ＨＣｌ）ガスを加熱された液体ガリウム（Ｇａ）上方を通過せることによってＧａＣｌ気体を供給して、反応チャンバ内においてインシチュー（ｉｎ  ｓｉｔｕ）でＧａＣｌを形成する。液体ガリウムは、約７５０℃〜約８５０℃の温度にまで加熱することができる。ＧａＣｌ及びＮＨ３は、半導体材料のウェーハなどの加熱された基板の表面に（例えば、表面上方に）導くことができる。Ｓｏｌｏｍｏｎらによる、２００１年１月３０日に発行された米国特許第６，１７９，９１３号は、そうしたシステム及び方法において使用するためのガス注入システムを開示している。
【０００６】
[006]バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を形成するために使用されるＭＯＶＰＥ処理に関して、上で言及したいくつかの連続する前堆積処理を、ＨＶＰＥ堆積反応炉内で行うのが困難な場合がある。
【発明の概要】
【０００７】
[007]本概要は、単純化された形態で、ある選択されたコンセプトを紹介するために提供され、このコンセプトは、本発明の一部の例示的な実施形態に関する以下の詳細な説明においてさらに説明される。本概要は、特許請求される主題の主な特徴、又は本質的な特徴を特定することは意図されておらず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図されていない。
【０００８】
[008]先に論じたように、核生成層上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる前に成長基板上にＩＩＩ族窒化物材料の核生成層を形成するために使用されるいくつかの連続する前堆積処理を、ＨＶＰＥ堆積反応炉内で行うのが困難な場合がある。その結果、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるために使用される既知のＨＶＰＥ方法は、ＭＯＣＶＤ処理を使用して、基板上にエクスシチュー（ｅｘ  ｓｉｔｕ）で（すなわち別個のチャンバにおいて行なわれる別個の堆積処理において）堆積した金属窒化物材料の核生成層を含む成長基板を一般に利用してきた。その場合、所望のバルクＩＩＩ族窒化物材料が、別個のチャンバにおいて行なわれる別個のＨＶＰＥ処理において成長基板上に堆積される。
【０００９】
[009]一部の実施形態において、本発明は、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる方法を含む。金属窒化物核生成テンプレート層が基板上に形成されて成長基板を形成し、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料が、ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して、成長基板上に堆積される。成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップは、金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを分解して金属塩化物ＩＩＩ族前駆体気体を形成するサブステップ、及び金属塩化物ＩＩＩ族前駆体気体をＶ族前駆体気体と反応させて成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を形成するサブステップを含むことができる。
【００１０】
[010]少なくとも一部の実施形態において、本発明は、ＭＯＣＶＤ処理を使用して核生成テンプレート層をエクスシチューで形成することなく、ＨＰＶＥ処理を使用して成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物材料を堆積させる方法を含む。
【００１１】
[011]一部の実施形態において、本発明は、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる方法を含む。金属窒化物核生成テンプレート層が、第１のチャンバ内で非有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）処理を使用して基板上に形成されて成長基板を形成し、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料が、第２のチャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して、成長基板上に堆積される。成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップは、ＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを第２のチャンバに向けて流すサブステップを含むことができる。
【００１２】
[012]成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる方法のさらなる実施形態において、金属窒化物核生成テンプレート層がチャンバ内で有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）処理を使用して基板上に形成されて成長基板を形成し、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料が、同一チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して、成長基板上に堆積される。ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップは、ＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを同一チャンバへ向けて流すサブステップを含むことができる。
【００１３】
[013]成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる方法のさらなる実施形態において、金属窒化物核生成テンプレート層がチャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して基板上に形成されて成長基板を形成し、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料が同一チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して、成長基板上に堆積される。ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップは、ＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを同一チャンバへ向けて流すサブステップを含むことができる。
【００１４】
[014]本発明のさらなる実施形態は、本明細書で開示される方法を使用して形成されるバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を含む構造を含む。
【００１５】
[015]本発明は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照することによってより完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の方法の実施形態によって用いることができる基板の簡略化された断面図である。
【図２】本発明の方法の実施形態によって用いることができ、図１の基板上に核生成テンプレート層を堆積させることによって形成することができる成長基板の簡略化された断面図である。
【図３】本発明の方法の実施形態によって図２の成長基板の核生成テンプレート層一面に堆積させたバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を含む構造の簡略化された断面図である。
【図４Ａ】反応チャンバ及び少なくとも１つのガス注入装置を含み、本発明の方法の実施形態によって用いることができるＨＶＰＥ堆積システムの例示的な実施形態を概略的に示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す線分４Ｂ−４Ｂに沿ってとられた、図４Ａに示す反応チャンバの概略断面図である。
【図５】図４Ａの堆積システムにおいて用いることができる熱運動化ガス注入装置の実施形態を示す概略図である。
【図６】図４Ａの堆積システムにおいて用いることができるガス注入装置の別の例示的な実施形態を示す概略図である。
【図７】図６のガス注入装置の拡大部分切欠き図である。
【図８】本発明の実施形態により、及び図４Ａ及び４Ｂに示すＨＶＰＥ堆積システムを使用して、成長基板一面にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるために使用することができる堆積処理を概略的に表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[025]本明細書で提示される図は、任意の特定の構成要素、装置又はシステムについての実際の図面であることは意図されておらず、本発明の実施形態について説明するために用いられる、単に理想化された表現にすぎない。
【００１８】
[026]いくつかの参照文献が本明細書で引用されるが、引用される参照文献のいずれも、本明細書でどのように特徴づけられているかにかかわらず、主題請求項の本発明に対する従来技術として本明細書で認めているわけではない。
【００１９】
[027]本明細書で使用されるとき、「ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料」という用語は、周期表のＩＩＩＡ族からの１つ又は複数の元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＴｉ）、並びに周期表のＶＡ族からの１つ又は複数の元素（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、及びＢｉ）で少なくとも主に構成される任意の半導体材料を意味し、含む。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮＰなどを含むが、これらには限定されない。
【００２０】
[028]本明細書で使用されるとき、「ＩＩＩ族窒化物半導体材料」という用語は、周期表のＩＩＩＡ族からの１つ又は複数の元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＴｉ）、並びに窒素で少なくとも主に構成される任意のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を意味し、含む。例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体材料は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＡｌＮなどを含む。
【００２１】
[029]本明細書で使用されるとき、「金属窒化物」という用語は、金属と窒素の化合物を意味する。金属窒化物材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ハフニウム（Ｈｆ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、及び窒化タンタル（ＴａＮ）を含むが、これらには限定されない。
【００２２】
[030]本明細書で使用されるとき、「化学気相堆積」及び「ＣＶＤ」という用語は、同意語であり、反応チャンバ内で基板上に固形材料（複数可）を堆積させるために使用される任意の処理を意味し、含み、この反応チャンバ内で基板が１つ又は複数の試薬ガスにさらされ、結果として基板の表面上に固形材料（複数可）の堆積が得られるように、この試薬ガスが反応し、分解し、又は反応と分解の両方を行う。
【００２３】
[031]本明細書で使用されるとき、「気相エピタキシー」及び「ＶＰＥ」という用語は、同意語であり、基板が１つ又は複数の試薬気体にさらされる任意のＣＶＤ処理を意味し、含み、結果として基板の表面上に固形材料（複数可）のエピタキシャル堆積が得られるように、この試薬気体が、反応し、分解し、又は反応と分解の両方を行う。
【００２４】
[032]本明細書で使用されるとき、「ハロゲン化物気相エピタキシー」及び「ＨＶＰＥ」という用語は、同意語であり、ＶＰＥ処理において使用される少なくとも１つの試薬気体がハロゲン化物気体を含む任意のＶＰＥ処理を意味し、含む。
【００２５】
[033]本明細書で使用されるとき、「有機金属」という用語は、少なくとも１つの金属元素、及び少なくとも１つの炭素を主成分とする配位子を含む有機化学種を含む任意の化合物を意味し、含む。有機金属は、当技術分野において「有機金属化合物」としばしば呼ばれ、そうした用語は、本開示の目的とっては同意語である。有機金属は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）、及びテトラキス（ジメチルアミド）チタニウム（ＴＤＭＡＴ）を含むが、これらには限定されない。
【００２６】
[034]本明細書で使用されるとき、「有機金属気相エピタキシー」及び「ＭＯＶＰＥ」という用語は、同意語であり、ＶＰＥ処理において使用される少なくとも１つの試薬気体が有機金属気体を含む任意のＶＰＥ処理を意味し、含む。
【００２７】
[035]本明細書で使用されるとき、「非有機金属化学気相堆積処理」及び「非ＭＯＣＶＤ処理」という用語は、同意語であり、ＭＯＣＶＤ処理でない任意の堆積処理を意味し、含む。
【００２８】
[036]本明細書で使用されるとき、「非有機金属気相エピタキシー処理」及び「非ＭＯＶＰＥ処理」という用語は、同意語であり、ＭＯＶＰＥ処理でない任意の堆積処理を意味し、含む。
【００２９】
[037]本明細書で使用されるとき、「ガス」という用語は、ガス（独立した形状も容積も有していない流体）、及び気体（拡散された液体、又は懸濁された固形物を含むガス）を含み、「ガス」及び「気体」という用語は、本明細書では同義的に使用される。
【００３０】
[038]図１〜図３は、本発明の実施形態による成長基板上へのバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の堆積を示す。図１を参照すると、基板１０が用意される。基板１０は、略平面の円盤形状の本体、及び略円形の長方形などであってもよい。基板１０は、当技術分野において「ダイ」又は「ウェーハ」と呼ばれるものを含むことができる。基板１０は、少なくとも実質的に、均質材料１２からなってもよい。材料１２は、例えば、酸化物（例えば、二酸化けい素（ＳｉＯ２）、若しくは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）（例えば、α−Ａｌ２Ｏ３であるサファイア））などのセラミック、又は窒化物（例えば、窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）、若しくは窒化ほう素（ＢＮ））を含むことができる。さらなる例として、材料１２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料などの半導体材料を含むことができる。一部の実施形態において、基板１０の材料１２は、少なくとも実質的に、単結晶材料１２からなってもよい。さらに、そうした実施形態において、単結晶は選択された結晶学的配向を有することができ、それによって材料１２の露出した主表面１４が、材料１２の単結晶の選択された結晶学的な面を含むことになる。非限定的な例として、基板１０は、サファイア基板を含むように選択されてもよい。そうしたサファイア基板は、市販で入手可能である。
【００３１】
[039]図２を参照すると、露出した主表面１４上に金属窒化物核生成テンプレート層１８を形成して（例えば、堆積させて）成長基板２０を形成することができる。本発明の方法の実施形態によると、いくつかの様々な方法で金属窒化物核生成テンプレート層１８を基板上に形成することができ、これについて以下でさらに詳細に説明する。限定することなく一例を挙げると、金属窒化物核生成テンプレート層１８が約２ナノメートル（２ｎｍ）〜約５ミクロン（５μｍ）の平均的な厚さＴ1を有するように、露出した主表面１４上にテンプレート層１８を堆積させることができる。
【００３２】
[040]この金属窒化物核生成テンプレート層１８を用いて、堆積されるバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料内の欠陥密度を望ましい密度に維持しながら、基板１０一面にバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を望ましい平均的な全厚さまで堆積させることができる。基板１０の材料１２の結晶格子構造と基板１０一面に堆積されることになるバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の結晶格子構造との差（この差は、しばしば当技術分野において「結晶格子不整合」と呼ばれる）により、バルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の結晶構造は、バルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料が基板１０の露出した主表面１４上に直接堆積される場合には、比較的高い、望ましくない密度の転位などの欠陥を含む可能性がある。したがって、金属窒化物核生成テンプレート層１８が基板１０上に設けられ、バルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、金属窒化物核生成テンプレート層１８が、基板１０とバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料との間の結晶格子不整合と比較して、基板１０及び基板１０一面に堆積されることになるバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料のそれぞれと相対的に低い結晶格子不整合を有するように選択される組成及び／又は微細構造を有することができる。言いかえれば、基板１０と基板１０一面に堆積されることになるバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料との間の結晶格子不整合をバッファーするために核生成テンプレート層を使用することができ、そうした核生成テンプレート層１８は、当技術分野において「バッファー」層とも呼ばれる。さらに、バルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の核成長に対するシード層として核生成テンプレート層を使用することができ、そうした核生成テンプレート層１８は、当技術分野において「シード」層とも呼ばれる。
【００３３】
[041]図３を参照すると、成長基板２０を形成した後、ＨＶＰＥ処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層１８の露出した主表面１９上にバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料２２を核生成し、堆積させることができる。図３の簡略化された図面において金属窒化物核生成テンプレート層１８とバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料２２との間に不連続な境界が見えるが、金属窒化物核生成テンプレート層１８及びバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料２２は、一部の実施形態において、少なくとも実質的に同一の組成を有することができ、金属窒化物核生成テンプレート層１８とバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料２２との間にいかなる不連続な境界も視覚化する又は別の方法で識別するのは、困難であり又は不可能でありうることに留意されたい。
【００３４】
[042]限定ではなく一例を挙げると、バルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料２２を、成長基板２０一面に少なくとも約５ミクロン（５μｍ）、少なくとも約７ミクロン（７μｍ）、少なくとも約１０ミクロン（１０μｍ）、少なくとも約２０ミクロン（２０μｍ）、又はさらには少なくとも約３０ミクロン（３０μｍ）の平均的な全厚さＴ２になるまで堆積させることができる。本発明の実施形態により作製される金属窒化物核生成テンプレート層１８の存在によって、バルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料２２の露出した主表面２３におけるバルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料２２内の転位密度を１平方センチメートル当たり約５×１０８個以下の密度に維持しながら、バルクＩＩＩ−Ｖ族半導体材料２２をそうした平均的な全厚さＴ２にまで堆積させることができる。
【００３５】
[043]図４Ａ及び図４Ｂは、本明細書で説明されるように、本発明の方法の実施形態において用いることができるＨＶＰＥ堆積システム１００の実施形態を概略的に示す簡略化された図である。非限定的な例として、堆積システム１００は、Ａｒｅｎａらにより２００９年９月１０日に公開された米国特許出願公開第２００９／０２２３４４２Ａ１号、Ａｒｅｎａらにより２００９年３月３日に出願された米国特許仮出願第６１／１５７，１１２号、及びＢｅｒｔｒａｎにより２０１０年９月３０日に出願された米国特許出願第１２／８９４，７２４号のいずれかに記載されている堆積システムを備えることができる。図４Ａ及び図４Ｂに示される堆積システム１００は、（以下でさらに詳細に説明されるように）反応チャンバ１０２及び１つ又は複数のガス注入装置を含む。
【００３６】
[044]堆積システム１００、より具体的には堆積システム１００の反応チャンバ１０２についての以下の説明において、「長手の」及び「横断の」という用語は、図４Ａ及び図４Ｂの視点から見た反応チャンバ１０２に対する方向を指すために使用され、長手方向は、図４Ａの視点から見て垂直方向、及び図４Ｂの面の中に延びる方向であり、横断方向又は横方向は、図４Ａ及び図４Ｂのそれぞれの視点から見て水平に延びる方向である。横断方向は、「反応炉を横切って」延びる方向とも呼ばれる。
【００３７】
[045]堆積システム１００は、反応チャンバ１０２と、堆積システム１００内で材料を堆積させるか又は別の方法で提供することが望まれる１つ又は複数の加工基板１０６（この基板は、初めは図１に示される基板１０、又は図２に示される成長基板２０を含むことができる）を支持するように構成された基板支持体構造１０４（例えば、支持台）とを含む。非限定的な例を挙げると、反応チャンバ１０２は、高さ約２インチ、幅約１２インチ、及び長さ約２０インチを有することができ、基板支持体構造１０４は、１つの８インチ加工基板１０６、１つの６インチ加工基板１０６、３つの４インチ加工基板１０６、又は８つの２インチ加工基板１０６を支持するように構成されてもよい。堆積システム１００は、加熱素子１０８（図４Ｂ）をさらに含み、この加熱素子１０８を選択的に用いて堆積システム１００を加熱し、それによって反応チャンバ１０２内の平均温度を堆積処理中に望ましい温度上昇の範囲内に制御することができる。加熱素子１０８は、例えば、抵抗加熱素子又は放射加熱素子を含むことができる。
【００３８】
[046]図４Ｂに示されるように、基板支持体構造１０４は、スピンドル１１０に取り付けることができ、このスピンドル１１０は、スピンドル１１０、したがって反応チャンバ１０２内の基板支持体構造１０４を回転させるように構成された電気モータなどの駆動装置１１２に結合すること（例えば、直接構造的に結合する、磁気的に結合する、など）ができる。
【００３９】
[047]一部の実施形態において、反応チャンバ１０２、基板支持体構造１０４、スピンドル１１０、及び反応チャンバ１０２内の任意の他の構成要素のうちの１つ又は複数は、耐熱性のセラミックス材料、例えば、セラミック酸化物（例えば、シリカ（石英）、アルミナ、ジルコニアなど）、カーバイド（例えば、炭化けい素、炭化ほう素など）、又は窒化物（例えば、窒化けい素、窒化ほう素など）で少なくとも実質的に構成されうる。
【００４０】
[048]堆積システム１００は、反応チャンバ１０２内に１つ又は複数のガスを注入し、反応チャンバ１０２からガスを排出するために使用されるガス流動システムをさらに含む。図４Ａを参照すると、堆積システム１００は、それぞれのガス源１２８Ａ、１２８Ｂ、１２８Ｃからのガスを運ぶ３つのガス流入導管１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃを含むことができる。ガス流入導管１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃそれぞれを通るガスの流れを選択的に制御するために、任意で、バルブ、背圧レギュレータ、及び質量流量コントローラのうちの１つ又は複数を備えることができる装置１１７Ａ、１１７Ｂ、１１７Ｃを使用することができる。
【００４１】
[049]一部の実施形態において、ガス源１２８Ａ、１２８Ｂのうちの少なくとも１つは、米国特許出願公開第２００９／０２２３４４２Ａ１号に記載されている金属三塩化物、例えば、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、又はＡｌＣｌ３の外部源を備えることができる。ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３は、それぞれ、例えば、Ｇａ２Ｃｌ６、Ｉｎ２Ｃｌ６、及びＡｌ２Ｃｌ６などの二量体の形態で存在することができる。したがって、ガス源１２８Ａ、１２８のうちの少なくとも１つは、Ｇａ２Ｃｌ６、Ｉｎ２Ｃｌ６、又はＡｌ２Ｃｌ６などの二量体を含むことができる。非限定的な例として、ガス源１２８Ａ、１２８Ｂのうちの１つ又は複数は、ＩＩＩＡ族前駆体成分としてＧａＣｌ３気体の質量流を供給することができる。ガス源１２８Ｃは、アンモニア（ＮＨ３）などのＶＡ族前駆体の外部源を備えることができる。
【００４２】
[050]ガス源１２８Ａ、１２８Ｂのうちの１つ又は複数がＧａＣｌ３源である、又はＧａＣｌ３源を含む実施形態において、ＧａＣｌ３源は、少なくとも１２０℃（例えば、ほぼ１３０℃）の温度に維持された液体ＧａＣｌ３の貯蔵容器を含み、液体ＧａＣｌ３の蒸発速度を促進するための物理的手段を含むことができる。そうした物理的手段には、例えば、液体ＧａＣｌ３を撹拌するように構成された装置、液体ＧａＣｌ３を噴霧するように構成された装置、液体ＧａＣｌ３上方にキャリアガスを迅速に流すように構成された装置、液体ＧａＣｌ３を通るキャリアガスを泡立たせるように構成された装置、圧電装置などの超音波で液体ＧａＣｌ３を分散させるように構成された装置などを含むことができる。非限定的な例として、Ｈｅ、Ｎ２、Ｈ２、若しくはＡｒ、又はそれらの混合物（例えば、Ｎ２とＨ２の混合物）などのキャリアガスを、液体ＧａＣｌ３を少なくとも１２０℃の温度に維持しながら、原料ガスが１つ又は複数のキャリアガスを含むことができるように液体ＧａＣｌ３通して泡立たせることができる。
【００４３】
[051]ガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂのうちの１つ又は複数へのＧａＣｌ３気体の流束を、本発明の一部の実施形態において、制御することができる。例えば、キャリアガスが液体ＧａＣｌ３を通って泡立てられる実施形態において、ガス源１２８Ａ、１２８Ｂ、１２８ＣからのＧａＣｌ３の流束は、例えば、ＧａＣｌ３の温度、ＧａＣｌ３上方の圧力、及びＧａＣｌ３を通って泡立てられるキャリアガスの流量を含む１つ又は複数の要因に依存する。これらのパラメータのうちのいずれかによって、原則としてＧａＣｌ３の質量流束を制御することができるが、一部の実施形態においては、ＧａＣｌ３の質量流束は、質量流量コントローラを使用して、キャリアガスの流量を変えることによって制御されてもよい。
【００４４】
[052]一部の実施形態において、ガス流入導管１１４Ａ、１１４Ｂの温度は、ガス源１２８Ａ、１２８Ｂとガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂとの間で制御されうる。ガス流入導管１１４Ａ、１１４Ｂ及び関連づけられている質量流量センサ、コントローラなどの温度は、ガス流入導管１１４Ａ、１１４Ｂ内のガス（例えば、ＧａＣｌ３気体）の凝結を防ぐために、それぞれのガス源１２８Ａ、１２８Ｂからの出口の第１の温度（例えば、約１２０℃以上）から、ガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂの第２の温度（例えば、約１６０℃以下）にまで徐々に増加してもよい。任意で、それぞれのガス源１２８Ａ、１２８Ｂとガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂとの間のガス流入導管１１４Ａ、１１４Ｂの長さは、約９０センチメートル（約３フィート）以下、約６０センチメートル（約２フィート）以下、又はさらには約３０センチメートル（約１フィート）以下とすることができる。原料ガスの圧力は、１つ又は複数の圧力制御システムを使用して制御されうる。
【００４５】
[053]２つのガス流入導管１１４Ａ、１１４Ｂのそれぞれは、任意で、２つのガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂのそれぞれのガス注入装置にまで延びることができ、これに関しては以下で詳細に説明する。
【００４６】
[054]さらなる実施形態において、堆積システム１００は、２つ未満（すなわち、１つ）のガス流入導管、及びそれぞれのガス注入装置を含むことができ、又は、堆積システム１００は、２つを超える（例えば、３つ、４つ、５つなどの）ガス流入導管、及びそれぞれのガス注入装置を含むことができる。
【００４７】
[055]図４Ａ及び図４Ｂの実施形態において、ガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂは、反応チャンバ１０２の外側にすべて位置する。しかし、他の実施形態においては、ガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂは、すべて反応チャンバ１０２内に配置されてもよく、又は、少なくともガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂの一部は、少なくとも部分的に反応チャンバ１０２を貫いて延びることができる。
【００４８】
[056]堆積システム１００は、反応チャンバ１０２の外部と内部との間の流体連通を提供する３つのガスポート１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃをさらに含むことができる。ガスポート１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃのそれぞれは、反応チャンバ１０２の側壁、天井、又は床部のうちの１つ又は複数を貫いて、ガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂのそれぞれのガス注入装置と反応チャンバ１０２内のそれぞれのガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃとの間で、流体連通を提供することができる。
【００４９】
[057]反応チャンバ１０２内のガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃは、エンクロージャ（密閉室）内の望ましい場所へガスを運ぶために使用されうる。ガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃは、基板支持体構造１０４上に搬送された加工基板１０６に対して選択された方向で、反応チャンバ１０２の内部へとガスを注入するように位置づけられ、構成されうる。ガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃによって運ばれたガス、例えば前駆体ガス及びキャリアガスは、反応チャンバ１０２を通って長手方向（図４Ａの視点から垂直方向）に流れることができ、そこから、反応チャンバ１０２内で加工基板１０６に向かって長手方向に延びる方向であって、加工基板１０６の上部の露出した主表面と少なくとも実質的に平行な向きである方向に注入されうる。ガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃは、導管支持体治具を使用して、反応チャンバ１０２内の適位置に支持され保持されうる。
【００５０】
[058]ガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃの具体的なレイアウト及び構成は、本発明の実施形態において使用されうる多くのレイアウト及び構成のうちの単に１つにすぎず、反応チャンバ１０２のさらなる実施形態は、反応チャンバ１０２内のガス分散導管の様々な構成及びレイアウトを有することができる。
【００５１】
[059]ガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃは、能動的に加熱されても、受動的に加熱されても、又は受動的及び能動的の両方で加熱されてもよい。例えば、熱発生素子（図示せず）を、ガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃの少なくとも一部に隣接して配置することができる。一部の実施形態において、ガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃは、加熱素子１０８（図４Ｂ）によって加熱される。任意で、受動熱伝達構造（例えば、黒体と同様に作用する材料を含む構造）を、反応チャンバ１０２内のガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃの少なくとも一部に隣接して又は近接して配置し、ガス分散導管１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃへの熱の伝達を改善することができる。
【００５２】
[060]受動熱伝達構造（例えば、黒体と同様に振る舞う材料を含む構造）を、例えば、２００９年８月２７日にＡｒｅｎａらにより公開された米国特許出願公開第２００９／０２１４７８５Ａ１号に開示されている反応チャンバ１０２内に設けることができる。例えば、（図４Ａ及び図４Ｂにおいて破線によって表される）熱伝達板１２４を、熱伝達板１２４が反応チャンバ１０２を横切って基板支持体構造１０４及び基板支持体構造１０４によって支持された加工基板１０６上方に延びるように反応チャンバ１０２内に配置することができる。熱伝達板１２４は、（発熱体１０８などの）加熱素子からの放射を吸収し、吸収した熱をプロセスガスに再放射することによって、熱伝達板１２４の近くを流れるプロセスガスを熱運動させるのに役立ちうる。
【００５３】
[061]そうした受動熱伝達構造は、反応チャンバ１０２の内部の熱の伝達を改善することができ、反応チャンバ１０２内の温度の均一性及び恒常性を改善することができる。受動熱伝達構造は、堆積システム１００内で遭遇する可能性がある高温、腐食環境にも耐えることができる（１に近い）高い放射率値を有する材料（黒体材料）を含むことができる。そうした材料としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化けい素（ＳｉＣ）、及び炭化ほう素（Ｂ４Ｃ）を含むことができ、これらは、それぞれ０．９８、０．９２、及び０．９２の放射率値を有する。
【００５４】
[062]ガス状副産物、キャリアガス、及び任意の過剰前駆体ガスは、チャンバ出口１２６を通って反応チャンバ１０２から排出されうる。
【００５５】
[063]先に言及したように、図４Ａ及び図４Ｂの堆積システム１００のガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂのうちの１つ又は複数は、図５〜図７を参照して以下でさらに説明するガス注入装置であってよく、又はそのようなガス注入装置を含んでもよい。
【００５６】
[064]一部の実施形態において、ガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂは、２０１０年９月１０日にＡｒｅｎａらによって公開された国際公開第２０１０／１０１７１５Ａ１号パンフレットに開示されているガス注入装置を備えることができる。例えば、図５は、図４Ａに示されるガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂのうちの１つ又は両方に使用することができる熱運動化ガス注入装置１６０の透視図である。図６に示すように、ガス注入装置１６０は、導管１６２を含み、この導管１６２は、入口部分１６４、コイル巻きされた中央部分１６６、及び出口部分１６８を含む。原料ガス（例えば、ＧａＣｌ３）、キャリアガス（例えば、Ｈ２、Ｎ２など）、又は原料ガスとキャリアガスの混合物は、入口部分１６４に供給されうる。これらの１つ又は複数のガスは、入口部分１６４から、コイル巻きされた中央部分１６６を通って、出口部分１６８から出て、反応チャンバ１０２（図４Ａ）内へと流入する。少なくとも導管１６２のコイル巻きされた中央部分１６６は、さらに以下で詳細に論じるように、加熱されうる。導管１６２をコイル巻きすることによって、導管１６２が占有する物理的な空間の長さは、導管１６２を通り抜ける流路の実際の長さよりも著しく短くなる。別の言い方をすると、導管１６２の長さは、入口部分１６４と出口部分１６８間の最短距離より長くなる可能性がある。導管１６２は、他の構成を有することができる。例えば、導管１６２は、１８０°の角度で延びる曲線区間によって端部間で一緒に接続される複数の略平行な直線区間を含む蛇行構成を有することができる。
【００５７】
[065]導管１６２は、望ましい時間（すなわち、滞留時間）の間、導管１６２を流れるガスを加熱するように構成されてもよく、この時間は、導管１６２内の流路の断面積、導管１６２を通る原料ガスの流量、及び導管１６２の全体の長さの関数となりうる。さらに以下で詳細に論じるように、導管１６２は、１つ又は複数の能動又は受動加熱素子に近接して位置するように成形され、構成されうる。
【００５８】
[066]図５に示すように、少なくとも導管１６２のコイル巻きされた中央部分１６６は、外側ハウジング１７０内に含まれてもよい。また、外側ハウジング１７０は、パージガスなどのガスに対する付加的なガス伝導導管として働くこともできる。例えば、図５に示すように、外側ハウジング１７０は、ハウジング入口１７２及びハウジング出口１７４を備えることができる。パージガスを、外側ハウジング１７０を通って、ハウジング入口１７２からハウジング出口１７４にまで流すようにすることができる。パージガスは、外側ハウジング１７０を通り抜けるときに、熱運動化ガス注入装置１６０によって加熱されうる。
【００５９】
[067]導管１６２及び外側ハウジング１７０は、それらが使用中にさらされる高温において安定で不活性な耐火性材料を含むことができる。例えば、導管１６２及び外側ハウジング１７０は、石英から形成され、少なくとも実質的に石英で構成されてもよい。
【００６０】
[068]外側ハウジング１７０及び導管１７２のコイル巻きされた中央部分１６６のうちの１つ又は複数に近接して（例えば、隣接して）配置された能動熱生成素子を使用して、熱運動化ガス注入装置１６０を加熱することができる。能動加熱素子は、例えば、加熱ランプ、誘導性加熱素子、抵抗性加熱素子などの電気的な加熱素子などの放熱放射素子を含む。また、熱運動化ガス注入装置１６０は、熱そのものは生成しないが、熱運動化ガス注入装置１６０内で、及びその周囲で熱伝達を再分配し、反射し、又は他の方法で熱伝達に影響を与えるために使用される受動加熱素子を含むことができる。例えば、図５に示すように、熱運動化ガス注入装置１６０は、能動加熱素子１８０を含んでもよく、この能動加熱素子は、外側ハウジング１７０の外部を少なくとも部分的に取り囲む抵抗性加熱クランプシェルヒーター（ｃｌａｍｐ−ｓｈｅｌｌ  ｈｅａｔｅｒ）を備えることができる。したがって、導管１６２及び／又は外側ハウジング１７０を流れるガスは、能動加熱素子１８０によって加熱されうる。図５に示すように、能動的又は受動的となりうる任意選択の加熱素子１８２を外側ハウジング１７０内に配置することができる。図５に示すように、加熱素子１８２は、細長い円柱形状を有することができ、コイル１６２が巻かれる中央部分１６６を、加熱素子１８２の周りにコイル巻きすることができる。限定することなく例を挙げると、加熱素子１８２は、能動加熱素子１８０によって生成された熱を再分配するために使用される黒体材料を含むロッドを備えることができる。加熱素子１８２の存在によって、コイル１６２巻きされた中央部分１６６内部のガス及び外側ハウジング１７０内部のガスが能動加熱素子１８０によって加熱される効率を改善することができる。
【００６１】
[069]ガス源１２８Ａ、１２８Ｂのうちの１つによって熱運動化ガス注入装置１６０に供給される原料ガスがＧａＣｌ３などの金属三塩化物及び水素キャリアガスＨ２を含む本発明の実施形態において、金属三塩化物及び水素ガスは、分解してＧａＣｌ及びＨＣｌ気体などの金属一塩化物気体を形成することができ、これらの気体は、導管１６２の出口部分１６８から出され、反応チャンバ１０２へ渡されうる。
【００６２】
[070]さらなる実施形態において、ガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂは、米国特許仮出願第１２／８９４，７２４号に開示されているガス注入装置を備えてもよい。例えば、ガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂは、例えば、液体ガリウム（Ｇａ）、液体アルミニウム（Ａｌ）、若しくは液体インジウム（Ｉｎ）などの液体金属、又は他の元素、或いはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）、テトラキス（ジメチルアミド）チタン（ＴＤＭＡＴ）などの有機金属物質を保持するよう構成された貯蔵容器を備えることができる。さらなる実施形態において、貯蔵容器は、原料ガス（又は原料ガスの分解若しくは反応生成物）と反応するための固体試薬を保持するように構成されてもよい。例えば、貯蔵容器は、例えば、固体のけい素（Ｓｉ）又は固体のマグネシウム（Ｍｇ）などの１つ又は複数の材料の固体容積を保持するように構成されてもよい。
【００６３】
[071]図６は、ガス注入装置２００の透視図であり、このガス注入装置２００を、図４Ａに示すガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｂのうちの１つ又は両方に対して使用することができる。図６に示すように、ガス注入装置２００は、入口２０２、出口２０４、熱運動化導管２０６、及び容器２１０を含む。容器２１０は、その中に液体試薬を保持するように構成される。例えば、液体ガリウム、液体インジウム、液体アルミニウムなどの液体金属、又は液体有機金属の物質を、容器２１０内に配置することができる。原料ガス（例えば、ＧａＣｌ３）、キャリアガス（例えば、Ｈ２、Ｎ２など）、又は原料ガスとキャリアガスの混合物を入口２０２に供給することができる。これらの１つ又は複数のガスは、入口２０２から熱運動化導管２０６内へ流れることができる。熱運動化導管２０６は、望ましい時間（すなわち、滞留時間）の間、熱運動化導管２０６を流れるガスを加熱するように構成されえて、この時間は、熱運動化導管２０６内の流路の断面積、熱運動化導管２０６を通る原料ガスの流量、及び熱運動化導管２０６の全体の長さの関数となりうる。熱運動化導管２０６は、以下でさらに詳細に論じるように、１つ又は複数の能動又は受動加熱素子に近接して位置するように成形され、構成されうる。
【００６４】
[072]さらに、熱運動化導管２０６は、熱運動化導管２０６によって占有される物理的な空間の長さが、熱運動化導管２０６を通る流路の実際の長さよりも実質的に短くなるように、１つ又は複数の曲線区間又は折り返し部を含むことができる。別の言い方をすると、熱運動化導管２０６の長さは、入口２０２と液体容器２１０との間の最短距離より長くてもよい。一部の実施形態において、熱運動化導管２０６の長さは、入口２０２と液体コンテナ２１０との間の最短距離の少なくとも約２倍、入口２０２と液体コンテナ２１０との間の最短距離の少なくとも約３倍、又はさらには入口２０２と液体コンテナ２１０との間の最短距離の少なくとも約４倍であってもよい。例えば、図６に示すように、熱運動化導管２０６は、蛇行構成を有することができ、この蛇行構成は、１８０°の角度で延びる曲線区間によって端部間で一緒に接続される複数の略平行な直線区間を含む。
【００６５】
[073]熱運動化導管２０６は、例えば、石英などの耐火性材料で少なくとも実質的に構成される管を備えることができる。
【００６６】
[074]一部の実施形態において、ガスは、熱運動化導管２０６内で少なくとも部分的に分解する原料ガスを含むことができる。例えば、ガスがＧａＣｌ３の原料ガス、及びＨ２を含むキャリアガスを含む実施形態においては、原料ガスは、分解して、ガス状のＧａＣｌ、及び塩化水素（ＨＣｌ）を形成することができる。
【００６７】
[075]各ガスは、熱運動化導管２０６から容器２１０へ流入する。図７は、容器２１０の拡大部分切欠き図である。図７に示すように、容器２１０は、底壁２１２、頂壁２１４、及び少なくとも１つの側壁２１６を含む。図６及び図７の実施形態において、貯蔵容器は、略円筒形状を有し、それによって、底壁２１２及び頂壁２１４のそれぞれが、円形形状を有し、少なくとも実質的に平面であって、側壁２１６が少なくとも実質的に円筒形状（例えば、管形状）を有する。本発明のさらなる実施形態において、貯蔵容器は、代替の幾何学構成で構成されてもよい。底壁２１２、頂壁２１４、及び少なくとも１つの側壁２１６は、ともに中空本体を画成し、中空本体の内部が液体ガリウムなどの液体試薬又は有機金属物質を保持するための貯蔵容器を画成する。
【００６８】
[076]中空容器２１０内の内部空間は、液体試薬で部分的に充填されてもよい。例えば、容器２１０は、図７の破線２２０によって示さるレベルまで液体試薬で充填されてもよく、それによってすき間又は空間２２２が容器２１０内の液体試薬上方に存在することになる。熱運動化導管２０６から流出するガスを、容器２１０内の液体試薬上方の空間２２２に注入することができる。非限定的な例として、熱運動化導管２０６から流出するガスは、底壁２１２を通り抜けて管２２４内に流入することができる。一部の実施形態において、管２２４は、容器２１０内へ延出する熱運動化導管２０６の一体化部分を構成することができる。管２２４は、液体容器内に配置された液体試薬を通り抜けて液体試薬上方の空間２２２に延びることができる。管２２４は、管２２４の端部が液体試薬上方を水平に延びるように、９０度の屈曲部を備えることができる。
【００６９】
[077]図７に示すように、管２２４の円筒状の側壁を貫く開口が液体試薬の表面に面する側に設けられ、それによって管２２４を流れるガスが開口２２６を通って管２２４から出る。開口２２６を出たガスは、開口から出て液体試薬の表面方向に向けて導かれ、ガスの１つ又は複数の成分と液体試薬との間で反応を促進することができる。例えば、原料ガスがＨ２などのキャリアガス内で運ばれるＧａＣｌ３を含み、原料ガスが熱運動化導管２０６内で分解してガス状のＧａＣｌ、及び、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）などの塩素化種を含む実施形態において、液体容器内の液体試薬は、液体ガリウムを含むことができ、この液体ガリウムが熱運動化導管２０６内で生成された塩素化ガス（例えば、ＨＣｌ）と反応して、さらなるガス状のＧａＣｌを形成することができる。容器２１０内の液体試薬上方の空間２２２内のガスは、出口ポート２２８を通って容器から流出することができる。例えば、出口ポート２２８は、管２２４の水平に延びる部分上方の容器の頂壁２１４に位置することができる。出口ポート２２８は、出口導管２３０に通じることができ、この出口導管２３０の端部がガス注入装置２００の出口２０４を画成することができる。
【００７０】
[078]さらなる実施形態において、熱運動化導管２０６から流出するガスを、容器２１０内の液体試薬内に注入することができ、それによってガスを、液体試薬を通って液体試薬上方の空間２２２内へと泡立たせることができる。
【００７１】
[079]容器２１０の様々な構成要素は、例えば石英などの耐火性材料で少なくとも実質的に構成されてもよい。
【００７２】
[080]ＧａＣｌは、ＧａＮを形成するための望ましい前駆体ガスとなりうる。したがって、例えば、（ＧａＣｌ３及びＨ２を含む原料ガスを使用するシステムにおいて）ＧａＣｌ３及びＨ２の熱分解によってもたらされる塩化水素ガス（ＨＣｌ）などの過剰な塩素化種をさらなるＧａＣｌに変換することによって、反応チャンバ１０２に入る塩素化種の量を低減することができるので、過剰な塩素化種が、堆積されたＧａＮ材料へ与える有害な影響を回避することができる。そうした有害な影響には、例えば、窒化ガリウム結晶格子内への塩素原子の混入、及び堆積されたＧａＮ膜のクラック又は層間剥離が含まれうる。過剰な塩化水素ガス（ＨＣｌ）が反応チャンバ内へ導入されることによって、塩化水素が反応チャンバ内のＧａＮに対するエッチャントとして作用し、それによって、ＧａＮの成長速度を低減させ、又は成長を阻害さえすることがある。さらに、過剰な塩素化種を液体ガリウムと反応させてさらなるＧａＣｌを形成することによって、堆積装置１００の効率を改善することができる。
【００７３】
[081]図４Ａ及び図４Ｂを参照して上で説明したＨＶＰＥ成膜装置１００は、図３を参照して上で説明したように、本発明の実施形態による成長基板２０一面にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を堆積させるために使用することができる。図８は、図４Ａ及び図４Ｂの堆積装置１００を使用して、成長基板２０一面にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を堆積させるために使用することができるＨＶＰＥ堆積処理の非限定的な例を概略的に表すグラフである。図８に示す堆積処理は、例として提供され、他のＨＶＰＥ堆積処理も成長基板２０（図３）一面にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を堆積させるために使用することができる。
【００７４】
[082]図８を参照すると、例示の堆積処理は、時間ｔの関数として反応チャンバ１０２内の温度Ｔをプロットすることによって表されている。グラフに示すように、堆積処理は、１０段階を含み、この１０段階にはＳ１〜Ｓ１０まで順次ラベルが付されている。Ｓ１〜Ｓ１０の１０段階それぞれにわたって、堆積処理の非限定的なプロセスパラメータが以下の表１に提供されている。
【表１】
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【００７５】
[083]図８及び表１に示すように、段階Ｓ１は、加工基板１０６を基板支持体構造１０４上に載せるロード段階である。基板支持体構造１０４上に加工基板１０６を載せた後に、反応チャンバ１０２にＮ２を含むパージガスを毎分１０標準リットル（ｓｌｍ）の流量で流しながら、反応チャンバ１０２を大気圧で３５０℃の温度Ｔ１にまで加熱する。
【００７６】
[084]図８に示すように、安定化段階Ｓ２は、時間ｔ１の時に始まり、３０秒間にわたって持続する。安定化段階Ｓ２中に、反応チャンバ１０２にパージガスを流しながら、反応チャンバ１０２を、２００Ｔｏｒｒの圧力で４００℃の温度Ｔ２にまで加熱する。パージガスは、１５ｓｌｍの流量のＮ２及び２ｓｌｍの流量のＨ２を含む。
【００７７】
[085]ランプ段階Ｓ３は、時間ｔ２の時に始まり、４．５分間にわたって持続する。ランプ段階Ｓ３に、反応チャンバ１０２は、温度Ｔ２から１０２５℃の温度Ｔ３にまで実質的に一定のランプレートで着実に連続的に加熱される。反応チャンバ１０２内の圧力は、ランプ段階Ｓ３中、２００Ｔｏｒｒに維持される。ランプ段階Ｓ３中に、ＮＨ３を含むＶ族原料ガスを１ｓｌｍの流量で反応チャンバ１０２に流し、２３ｓｌｍの流量のＮ２及び１６ｓｌｍの流量のＨ２を含むパージガスを反応チャンバ１０２を通過させる。
【００７８】
[086]安定化段階Ｓ４は、時間ｔ３の時に始まり、３０秒間にわたって持続する。安定化段階Ｓ４中、反応チャンバ１０２は、１０２５℃の温度Ｔ３及び２００Ｔｏｒｒの圧力に維持される。安定化段階Ｓ４中、ＮＨ３を含むＶ族原料ガスを１８ｓｌｍの流量で反応チャンバ１０２に流し、２３ｓｌｍの流量のＮ２及び５ｓｌｍの流量のＨ２を含むパージガスを反応チャンバ１０２を通過させる。
【００７９】
[087]第１の堆積段階Ｓ５は、時間ｔ４の時に始まり、５．０分間にわたって持続する。堆積段階Ｓ５中、反応チャンバ１０２は、１０２５℃の温度Ｔ３及び２００Ｔｏｒｒの圧力に維持される。堆積段階Ｓ５中、ＧａＣｌ３を含むＩＩＩ族原料ガスを、２．５ｓｌｍの流量のＮ２及び０．８ｓｌｍの流量のＨ２を含むキャリアガスとともに、毎分５１標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の流量で反応チャンバに流す。ＮＨ３を含むＶ族原料ガスを、１８ｓｌｍの流量で反応チャンバ１０２に流す。また、２３ｓｌｍの流量のＮ２及び５ｓｌｍの流量のＨ２を含むパージガスも、反応チャンバ１０２に流す。
【００８０】
[088]第２の堆積段階Ｓ６は、時間ｔ５の時に始まり、２０．０分間にわたって持続する。反応チャンバ１０２は、第２の堆積段階Ｓ６中、１０２５℃の温度Ｔ３及び２００Ｔｏｒｒの圧力に維持される。ＧａＣｌ３ＩＩＩ族原料ガスの流量を、堆積段階Ｓ６中に８０ｓｃｃｍに増加させ、ＧａＣｌ３は、２．５ｓｌｍの流量のＮ２及び１．２ｓｌｍの流量のＨ２を含むキャリアガスによって運ばれる。ＮＨ３を含むＶ族原料ガスを、１８ｓｌｍの流量で反応チャンバ１０２に流す。また、２３ｓｌｍの流量のＮ２及び５ｓｌｍの流量のＨ２を含むパージガスも、第２の堆積段階Ｓ６中、反応チャンバ１０２に流す。
【００８１】
[089]第１の堆積段階Ｓ５及び第２の堆積段階Ｓ６の少なくとも１つの期間に、ＨＶＰＥ処理において、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を毎時少なくとも約１０ミクロン（１０μｍ）の速度で、又はさらには毎時少なくとも約２０ミクロン（２０μｍ）の速度で成長基板２０一面に堆積させることができる。そうした堆積速度は、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるためにＭＯＣＶＤ処理を使用して付着させることができる堆積速度よりも著しく高い可能性がある。
【００８２】
[090]アニール段階Ｓ７は、時間ｔ６に始まり、２０．０分間にわたって持続する。アニール段階Ｓ７中、反応チャンバ１０２は、１０２５℃の温度Ｔ３及び２００Ｔｏｒｒの圧力に維持される。アニール段階Ｓ７中、ＮＨ３を含むＶ族原料ガスを１４ｓｌｍの流量で反応チャンバ１０２に流し、２３ｓｌｍの流量のＮ２及び５ｓｌｍの流量のＨ２を含むパージガスを反応チャンバ１０２を通過させる。
【００８３】
[091]ランプ段階Ｓ８は、時間ｔ７の時に始まり、４．５分間にわたって持続する。ランプ段階Ｓ８中、反応チャンバ１０２は、温度Ｔ３から４００℃の温度Ｔ２にまで実質的に一定のランプレートで着実に連続的に冷やされる。反応チャンバ１０２内の圧力は、ランプ段階Ｓ８中、２００Ｔｏｒｒに維持される。ランプ段階Ｓ８中、ＮＨ３を含むＶ族原料ガスを１４ｓｌｍの流量で反応チャンバ１０２に流し、２３ｓｌｍの流量のＮ２及び１２ｓｌｍの流量のＨ２を含むパージガスを反応チャンバ１０２を通過させる。
【００８４】
[092]パージ段階Ｓ９は、時間ｔ８の時に始まり、５．０分間にわたって持続する。パージ段階Ｓ９中、反応チャンバ１０２は、４００℃の温度Ｔ２に維持され、一方反応チャンバ１０２内の圧力は、２００Ｔｏｒｒから大気圧にまで下げられる。パージ段階Ｓ９中、１６ｓｌｍの流量のＮ２を含むパージガスを、反応チャンバ１０２を通過させる。
【００８５】
[093]時間ｔ９で、アンロード段階Ｓ１０が始まり、加工基板１０６が反応チャンバ１０２から取り外されるまで持続する。アンロード段階Ｓ１０中、反応チャンバ１０２は、３５０℃の温度Ｔ１にまで下げられ，その温度に維持され、圧力は大気圧に維持され、一方１０ｓｌｍの流量のＮ２を含むパージガスを反応チャンバ１０２を通過させる。
【００８６】
[094]再び図１〜図３を参照すると、先に言及したように、本発明の方法の実施形態によると、ＭＯＣＶＤ処理を使用して基板１０上に金属窒化物核生成テンプレート層１８をエクスシチューで（例えば、別の堆積装置を使用して、及び／又は別の反応チャンバ内で）形成することなく、（上記の処理など）ＨＰＶＥ処理を使用して成長基板２０上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を堆積させることができる。
【００８７】
[095]一部の実施形態において、第１の反応チャンバ内で非ＭＯＣＶＤ処理を使用して、基板１００上に金属窒化物核生成テンプレート層１８（図２）を形成して成長基板２０を形成し、第１の反応チャンバとは異なる第２の反応チャンバ内で、上記の処理など、ＨＶＰＥ処理を使用して、成長基板２０上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を堆積する。例えば、金属窒化物核生成テンプレート層１８（図２）は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）のうちの少なくとも１つを含み、プラズマ物理堆積処理（ＰＥＰＶＤ）又はプラズマ化学堆積処理（ＰＥＣＶＤ）を使用して、基板１００上に形成されうる。
【００８８】
[096]限定することなく例を挙げると、金属窒化物核生成テンプレート層１８は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含み、プラズマ物理気相堆積（ＰＥＰＶＤ）システム、及び２００４年８月３１日にＣｕｏｍｏらにより発行された米国特許第６，７８４，０８５号に開示されている方法を使用して作製されてもよい。例えば、基板１００及びＩＩＩ族金属ターゲットを（ＨＶＰＥ堆積装置１００の反応チャンバ１０２とは別の）スパッタ堆積チャンバ内に装填することができる。アルゴンなどの適切な背景ガスを使用して、高エネルギープラズマ支援環境をスパッタ堆積チャンバ内に生成することができる。別の窒素を含有する原料ガスをチャンバ内へ導くことができる。加えて、又は代替として、プラズマを生成するために利用されるガスを、反応性原料ガスとして使用することができ、その場合には、背景ガスは、窒素種を供給することができる。ＩＩＩ族金属ターゲットは、スパッタされて、ＩＩＩ族金属原料気体を生成する。ＩＩＩ族金属原料気体は、二原子窒素、窒素原子、窒素イオン、及び部分的にイオン化した窒素、並びにアンモニアなどの窒素含有化合物などの１つ又は複数種を含むことで特徴付けられる窒素含有ガスと結合する。その結果、ＩＩＩ族金属及び窒素の成分を含む反応性気体種が、反応チャンバ内で生成され、基板１０の露出した主表面１４上に、及び主表面１４一面に堆積される。堆積直後の（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）反応性気体種は、基板１００上に堆積されて、図２の金属窒化物核生成テンプレート層１８を生成する。一部の実施形態において、堆積直後の金属窒化物核生成テンプレート層１８は、１つ又は複数の熱処理を受け、堆積直後の金属窒化物核生成テンプレート層１８の結晶品質を改善することができる。例えば、堆積されたままの状態の金属窒化物材料は、多結晶及び／又は非晶質となる可能性があり、１つ又は複数の熱処理にさらされて、金属窒化物核生成テンプレート層１８の結晶性を向上することができる。一部の実施形態において、１つ又は複数の熱処理は、急速熱アニール処理（ＲＴＡ）処理を含むことができる。１つ又は複数の熱処理は、例えば、炉、急速熱アニールチャンバ及び化学気相堆積反応炉のうちの１つ又は複数において行なわれてもよい。限定ではなく例を挙げると、１つ又は複数の熱処理は、堆積直後の金属窒化物核生成テンプレート層１８を、ほぼ６００℃よりも高い、ほぼ８００℃よりも大きな、又はさらにはほぼ１０００℃よりも高い温度（複数可）にさらすことを含むことができる。堆積直後の金属窒化物核生成テンプレート層１８を処理するための１つ又は複数の熱処理は、制御された気体雰囲気内で行なわれてもよい。例えば、気体雰囲気は、アンモニア、窒素、水素、及びアルゴンのうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００８９】
[097]金属窒化物核生成テンプレート層１８は、任意選択で、既知のドーピング方法を使用して、１つ又は複数のドーパント元素でドープされてもよい。例えば、ドーパント含有ガスは、制御された状態で反応チャンバ内へ導入されうる。
【００９０】
[098]別の非限定的な例として、金属窒化物核生成テンプレート層１８は、窒化チタン（ＴｉＮ）を含むことができ、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）システム、及び１９９７年３月１１日にＦｏｓｔｅｒらによって発行された米国特許第５，６１０，１０６号に開示されている方法を使用して作製されうる。例えば、基板１０を、（ＨＶＰＥ堆積装置１００の反応チャンバ１０２とは別の）化学気相堆積チャンバ内に装填することができる。無線周波数（ＲＦ）を生成するシャワヘッド／電極をＣＶＤチャンバ内に設けることができ、反応性ガスを、シャワヘッド／電極を介して、基板１０の方に向けてチャンバ内に送り込むことができる。反応性ガスは、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、アンモニア（ＮＨ３）、及び希釈ガスを含む。希釈ガスは、水素、ヘリウム、アルゴン、及び窒素のうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００９１】
[099]活性イオンが基板１０を打つように、基板１０は、シャワヘッド／電極から約０．２５〜３インチ離れて配置されうる。プラズマは、反応性ガスがシャワヘッド／電極を通過するときに、ＲＦを生成するシャワヘッド／電極を使用して、反応性ガスから生成される。プラズマの反応性イオンが基板１０を打つ。
【００９２】
[0100]ＣＶＤチャンバの圧力は、約０．５Ｔｏｒｒから約２０Ｔｏｒｒの間（例えば、約５Ｔｏｒｒ）に維持されうる。基板１０は、堆積処理中、約４００℃から約５００℃（例えば４５０℃）の温度に維持されうる。基板１０は、堆積処理中、基板１０が載る支持体構造を加熱することにより加熱されうる。さらに、基板１０が載る支持体構造は、堆積処理中、毎分約１００回転以上（ｒｐｍ）回転することができる。
【００９３】
[0101]ＣＶＤチャンバ内の反応性ガスの濃度は、流量によって制御されうる。一般に、四塩化チタンを、約１ｓｃｃｍから約４０ｓｃｃｍ（例えば、約１０ｓｃｃｍ）の流量で導入することができる。ＴｉＣｌ４の分圧は、ＴｉＮを形成するのに十分に低くすべきである。ＴｉＣｌ４の分圧が高くなりすぎる場合は、ＴｉＮが形成されないことがある。全圧力が５Ｔｏｒｒである場合、ＴｉＣｌ４の分圧は、０．０２Ｔｏｒｒより小さくてもよい（例えば、約０．０１Ｔｏｒｒから約０．００１Ｔｏｒｒ）。さらに低い圧力（すなわち、約０．０００１Ｔｏｒｒ）では、反応速度が著しく低下することがあり、ステップカバレージが許容しがたくなる場合がある。全圧力が５Ｔｏｒｒを超えて増加すると、それに応じてＴｉＣｌ４の分圧を増加させることができる。一般に、ＴｉＣｌ４に対するＮＨ３の分子比は、約２：１（ＮＨ３対ＴｉＣｌ４）から約１００：１（ＮＨ３対ＴｉＣｌ４）（例えば、約１０：１）であってもよい。
【００９４】
[0102]金属窒化物核生成テンプレート層１８を形成する方法のそうした実施形態に従って、金属窒化物核生成テンプレート層１８を、約２５ナノメートル以下（２５ｎｍ）、又はさらに約１０ナノメートル以下（１０ｎｍ）の平均的な厚さＴ１を有するように形成することができ、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を、金属窒化物核生成テンプレート層１８上に、及びその層１８一面に、少なくとも約２ミクロン（２μｍ）、少なくとも約５ミクロン（５μｍ）、又はさらには約１０ミクロン以上（１０μｍ）の平均的な厚さＴ２にまで堆積させることができる。
【００９５】
[0103]米国特許第６，７８４，０８５号に開示されているＰＥＰＶＤ堆積処理を使用して、サファイア基板上にＡｌＮ核生成テンプレート層を形成し、引き続いて、上記の処理など、ＨＶＰＥ堆積処理で金属三塩化物原料ガスを使用して、ＡｌＮ核生成テンプレート層一面にバルクＧａＮを堆積させることによってサンプルを作製した。第１のサンプルでは、ＡｌＮ核生成テンプレート層の露出した主表面１９（図２）は、ＡｌＮ結晶構造のＡ面に対して０．５°オフカットされ、ＡｌＮ核生成テンプレート層は、約１０ナノメートル（１０ｎｍ）の平均的な厚さを有していた。第２のサンプルでは、ＡｌＮ核生成テンプレート層の露出した主表面１９（図２）は、ＡｌＮ結晶構造のＭ面に対して０．２５°オフカットされ、ＡｌＮ核生成テンプレート層は、約２５ナノメートル（２５ｎｍ）の平均的な厚さを有していた。
【００９６】
[0104]得られたバルクＧａＮ材料の結晶品質は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）解析を使用して、測定され、その結晶品質は、従来のＭＯＣＶＤ技術を使用して形成されたバルクＧａＮに関し報告されている結晶品質と実質的に等価であることが分かった。さらに、バルクＧａＮ材料の露出した主表面２３の表面粗さを、成長基板のＡｌＮ核生成テンプレート層一面にバルクＧａＮ材料を堆積した後に測定した。第１のサンプル（Ａ面に対して０．５°オフカットされている１０ｎｍのＡｌＮ核生成テンプレート層）一面に堆積されたバルクＧａＮ材料の露出した主表面が、第２のサンプル（Ｍ面に対して０．２５°オフカットされている２５ｎｍのＡｌＮ核生成テンプレート層）一面に堆積されたバルクＧａＮ材料の露出した主表面よりも平坦であることが観察された。特に、第１のサンプルは、約９．７２ｎｍの二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗さを示し、第２のサンプルは、約１０．５８ｎｍのＲＭＳ表面粗さを示した。
【００９７】
[0105]図１〜図３を再び参照して、さらなる実施形態において、金属窒化物核生成テンプレート層１８（図２）は、引き続いてその層１８一面にＨＶＰＥ処理でバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を堆積させるために使用される同一反応チャンバ１０２（図４Ａ及び図４Ｂ）内においてインシチューでＭＯＣＶＤ処理を使用して、基板１００上に形成される。例えば、金属窒化物核生成テンプレート層１８（図２）は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００９８】
[0106]したがって、一部の実施形態において、図４Ａ及び図４Ｂを参照して先に説明した堆積システム１００は、ＭＯＣＶＤ処理及びＨＶＰＥ処理のそれぞれを行うことができ、それぞれを行うように構成されうる。図４Ａを参照すると、限定ではなく例を挙げると、ガス源１２８Ａ、１２８Ｂのうちの１つは、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）、及びテトラキス（ジメチルアミド）チタン（ＴＤＭＡＴ）のうちの１つ又は複数の有機金属の前駆体源を含むことができる。そうした実施形態において、キャリアガスを使用して、有機金属の前駆体を反応チャンバ内に運ぶことができるが、有機金属の前駆体源と併せて熱運動化ガス注入装置１５０Ａ、１５０Ｃを利用する必要がない場合がある。例えば、キャリアガスが加熱した液体有機金属前駆体の貯蔵容器を通って泡立てられて有機金属の気体を形成することができ、その後、この有機金属の気体が反応チャンバ１０２へと流入することができる。有機金属の気体１０２は、反応チャンバ１０２内で分解し、結果として金属窒化物核生成テンプレート層１８を加工基板１０６（例えば、図１に示す基板１００）上に堆積させることができる。本明細書に記載する堆積システムを使用して、ＨＶＰＥ処理でバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるために使用される同一反応チャンバ１０２内においてインシチューで金属窒化物核生成テンプレート層１８を形成するために使用することができるＭＯＣＶＤ方法は、例えば、２００９年７月２３日にＣｈｏｉの名のもとに公開された米国特許出願公開第２００９／０１８４３９８Ａ１号において開示されている。
【００９９】
[0107]そうした実施形態においては、金属窒化物核生成テンプレート層１８は、約２分の１ナノメートル（０．５ｎｍ）から約２ミクロン（２μｍ）の平均的な厚さＴ１を有するように形成されえて、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２は、少なくとも約２ミクロン（２μｍ）、少なくとも約５ミクロン（５μｍ）、少なくとも約７ミクロン（７μｍ）、少なくとも約１０ミクロン（１０μｍ）、少なくとも約２０ミクロン（２０μｍ）、又はさらには少なくとも約３０ミクロン（３０μｍ）の平均的な厚さＴ２を有するように形成されうる。さらに、堆積されたバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２の露出した主表面２３は、一部の実施形態において、約２ナノメートル（２．０ｎｍ）以下（例えば約０．１１２ｎｍ）の二乗平均平方根表面粗さを有することができる。
【０１００】
[0108]図１〜図３を再び参照すると、さらなる実施形態において、金属窒化物核生成テンプレート層１８（図２）は、引き続いてその層１８一面に本明細書に記載するＨＶＰＥ処理でバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を堆積させるために使用される同一反応チャンバ１０２（図４Ａ及び図４Ｂ）内においてインシチューでＨＶＰＥ処理を使用して、基板１００上に形成される。例えば、金属窒化物核生成テンプレート層１８（図２）は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）のうちの少なくとも１つを含み、Ｃｈｅｎらにより２００１年４月２４日に発行された米国特許第６，２２１，１７４号、及びＡｒｅｎａらの名のもとに２０１０年９月１０日に公開された国際公開第２０１０／１０１７１５Ａ１号パンフレットに開示されている方法を使用して形成されうる。
【０１０１】
[0109]図４Ａを参照すると、原料ガス１２８ＡをＨＶＰＥ処理での金属窒化物核生成テンプレート層１８（図２）の形成において用いることができ、原料ガス１２８Ｂを続くＨＶＰＥ処理でのバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２の形成において用いることができる。
【０１０２】
[0110]非限定的な例として、金属窒化物核生成テンプレート層１８（図２）は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含むことができ、ガス源１２８Ａは、ＡｌＣｌ３のガス源を含むことができる。ＡｌＣｌ３のガス源は、少なくとも１９０℃（例えば、ほぼ１９５℃）の温度、及び約２．５気圧の圧力に維持された液体ＡｌＣｌ３の貯蔵容器を含むことができ、任意で液体ＡｌＣｌ３の蒸発速度を向上させるための物理的手段を含んでもよい。そうした物理的手段には、例えば、液体ＡｌＣｌ３を撹拌するように構成された装置、液体ＡｌＣｌ３を噴霧するように構成された装置、キャリアガスを液体ＡｌＣｌ３上方で迅速に流すように構成された装置、液体ＡｌＣｌ３を通るキャリアガスを泡立てるように構成された装置、超音波で液体ＡｌＣｌ３を分散させるように構成された圧電装置などの装置などを含むことができる。非限定的な例として、液体ＡｌＣｌ３を少なくとも１９５℃の温度に維持しながら、Ｈｅ、Ｎ２、Ｈ２若しくはＡｒ、又はそれらの混合物（例えば、Ｎ２とＨ２の混合物）などのキャリアガスを液体ＡｌＣｌ３を通して泡立てることができ、それによって、原料ガスが１つ又は複数のキャリアガスを含むこができる。任意で、ＡｌＣｌ３及びＨ２を含むキャリアガスを、熱運動化注入装置１５０Ａに供給することができ、そこで、ＡｌＣｌ３が分解し、ＡｌＣｌ及びＨＣｌを形成することができる。ＨＣｌは、熱運動化注入装置１５０Ａ内に保持される液体アルミニウムと反応して、さらなるＡｌＣｌを形成することができる。その後、ガスは、反応チャンバ１０２内へと導かれ、そこで、ＡｌＣｌは、ガス源１２８Ｃから供給されたＮＨ３と反応して、基板上に及び基板一面にＡｌＮを形成することができる。
【０１０３】
[0111]別の非限定的な例として、金属窒化物核生成テンプレート層１８（図２）は、窒化チタン（ＴｉＮ）を含むことができ、ガス源１２８Ａは、ＴｉＣｌ４のガス源を含むことができる。ＴｉＣｌ４のガス源は、少なくとも８０℃の温度に維持された液体ＴｉＣｌ４の貯蔵容器を含むことができ、任意で、上で論じた手段など、液体ＴｉＣｌ４の蒸発速度を向上させるための物理的手段を含んでもよい。非限定的な例として、液体ＴｉＣｌ４を少なくとも１３７℃の温度に維持しながら、Ｈｅ、Ｎ２、Ｈ２若しくはＡｒ、又はそれらの混合物（例えば、Ｎ２とＨ２の混合物）などのキャリアガスを液体ＴｉＣｌ４を通して泡立て、それによって、原料ガスが１つ又は複数のキャリアガスを含むことができる。その後、ＴｉＣｌ４気体は、反応チャンバ１０２内へと導かれ、そこで、ＴｉＣｌ４は、ガス源１２８Ｃから供給されたＮＨ３と反応して、基板上に及び基板一面にＴｉＮを形成することができる。そうした処理におけるＴｉＮを形成するためのプロセスパラメータに関連するさらなる詳細は、前述の米国特許第６，２２１，１７４号に見いだすことができる。
【０１０４】
[0112]上で論じたようにＨＶＰＥ処理を使用して、反応チャンバ１０２内で金属窒化物核生成テンプレート層１８を形成した後に、図３及び図８を参照して先に説明したように、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を同一反応チャンバ１０２内でＨＶＰＥ処理で形成することができる。バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２は、金属窒化物核生成テンプレート層１８を形成した後に且つ成長基板２０上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料２２を堆積させる前に、成長基板２０を反応チャンバ１０２から取り除くことなく、金属窒化物核生成テンプレート層１８を形成した後に成長基板２０上に堆積されうる。
【０１０５】
[0113]本発明の方法の実施形態によって、ＭＯＣＶＤ処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層をエクスシチューで形成する必要なしに、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を作製することが可能になる。したがって、本発明の方法の少なくとも一部の実施形態は、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の形成において既に知られている方法と比較してよりコスト効率が良くなる可能性がある。
【０１０６】
[0114]本発明のさらなる非限定的な例示の実施形態を以下に記載する。
【０１０７】
[0115]実施形態１：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成するステップと、ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップとを含み、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを分解して金属塩化物ＩＩＩ族前駆体気体を形成するサブステップと、金属塩化物ＩＩＩ族前駆体気体をＶ族前駆体気体と反応させて成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を形成するサブステップとを含む、方法。
【０１０８】
[0116]実施形態２：基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが非有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、実施形態１の方法。
【０１０９】
[0117]実施形態３：基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップがプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、実施形態１の方法。
【０１１０】
[0118]実施形態４：プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、基板上に金属窒化物材料を堆積させるサブステップと、堆積させた金属窒化物材料を１つ又は複数の熱処理にさらして、堆積させた金属窒化物材料の結晶性を向上させるサブステップとを含む、実施形態３の方法。
【０１１１】
[0119]実施形態５：堆積させた金属窒化物材料を１つ又は複数の熱処理にさらして、堆積させた金属窒化物材料の結晶性を向上させるステップが、堆積させた金属窒化物材料を急速熱アニール処理にさらすサブステップを含む、実施形態４の方法。
【０１１２】
[0120]実施形態６：基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップがハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、実施形態１の方法。
【０１１３】
[0121]実施形態７：ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、ＡｌＣｌ３、及びＴｉＣｌ４のうちの少なくとも１つを分解して三塩化物、二塩化物、及び一塩化物ＩＩＩ族前駆体気体のうちの少なくとも１つを形成するサブステップと、ＩＩＩ族前駆体気体をＮＨ３前駆体気体と反応させて基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップとを含む、実施形態６の方法。
【０１１４】
[0122]実施形態８：第１のチャンバ内で金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップと、第２の異なるチャンバ内で成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップとをさらに含む、実施形態１〜７のいずれか１つの方法。
【０１１５】
[0123]実施形態９：チャンバ内で金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップと、金属窒化物核生成テンプレート層が形成されるチャンバ内で成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップとをさらに含む、実施形態１〜７のいずれか１つの方法。
【０１１６】
[0124]実施形態１０：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、第１のチャンバ内で非有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）処理を使用して基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成するステップと、第２のチャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップとを含み、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップがＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを第２のチャンバへ向けて流すサブステップを含む、方法。
【０１１７】
[0125]実施形態１１：サファイア基板を含むように基板を選択するステップをさらに含む実施形態１０に記載の方法。
【０１１８】
[0126]実施形態１２：窒化アルミニウム及び窒化チタンのうちの少なくとも１つを含むように金属窒化物核生成テンプレート層を選択するステップをさらに含む、実施形態１０又は実施形態１１に記載の方法。
【０１１９】
[0127]実施形態１３：非有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）処理を使用して、基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、プラズマ堆積処理を使用して、基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、実施形態１０〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【０１２０】
[0128]実施形態１４：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上にＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、及びＩｎＡｌＮのうちの少なくとも１つを堆積させるサブステップを含む、実施形態１０〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【０１２１】
[0129]実施形態１５：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を毎時少なくとも約１０ミクロン（１０μｍ）の速度で堆積させるサブステップを含む、実施形態１０〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【０１２２】
[0130]実施形態１６：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を毎時少なくとも約１０ミクロン（１０μｍ）の速度で堆積させるステップが、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を毎時少なくとも約２０ミクロン（２０μｍ）の速度で堆積させるサブステップを含む、実施形態１５に記載の方法。
【０１２３】
[0131]実施形態１７：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に少なくとも約２ミクロンの平均的な厚さを有するバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の層を堆積させるサブステップを含む、実施形態１０〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【０１２４】
[0132]実施形態１８：基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、約５０ナノメートル（５０ｎｍ）以下の平均的な厚さを有するように金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップをさらに含む、実施形態１０〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【０１２５】
[0133]実施形態１９：約５０ナノメートル（５０ｎｍ）以下の平均的な厚さを有するように金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、約１０ナノメートル以下（１０ｎｍ）の平均的な厚さを有するように金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップ含む、実施形態１８に記載の方法。
【０１２６】
[0134]実施形態２０：ＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを第２のチャンバに向けて流すステップが、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、ＡｌＣｌ３、及びＴｉＣｌ４のうちの少なくとも１つを第２のチャンバへ向けて流すサブステップを含む、実施形態１０〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【０１２７】
[0135]実施形態２１：ＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを第２のチャンバへ向けて流すステップが、金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを約１００ｓｃｃｍ以下の流量で第２のチャンバへ向けて流すサブステップをさらに含む、実施形態２０に記載の方法。
【０１２８】
[0136]実施形態２２：金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを約１００ｓｃｃｍ以下の流量で第２のチャンバへ向けて流すステップが、金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを約８０ｓｃｃｍ以下の流量で第２のチャンバへ向けて流すサブステップを含む、実施形態２１に記載の方法。
【０１２９】
[0137]実施形態２３：ＧａＣｌ３を含むように金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを選択するステップをさらに含む、実施形態２０〜２２のいずれか１つに記載の方法。
【０１３０】
[0138]実施形態２４：バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として約１０ナノメートル（１０ｎｍ）以下の二乗平均平方根表面粗さを有する堆積させたバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態１０〜２３のいずれか１つに記載の方法。
【０１３１】
[0139]実施形態２５：バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として１平方センチメートル当たり約５〜９×１０８以下の平均転位密度を有する堆積させたバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態１０〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【０１３２】
[0140]実施形態２６：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、チャンバ内で有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）処理を使用して基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成するステップと、同一チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップとを含み、ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、ＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを同一チャンバに向けて流すサブステップを含む、方法。
【０１３３】
[0141]実施形態２７：サファイア基板を含むように基板を選択するステップをさらに含む、実施形態２６に記載の方法。
【０１３４】
[0142]実施形態２８：窒化ガリウム、窒化アルミニウム、アルミニウム窒化ガリウム、窒化ハフニウム、窒化クロム、窒化タングステン、及び窒化チタンのうちの少なくとも１つを含むように金属窒化物核生成テンプレート層を選択するステップをさらに含む、実施形態２６又は実施形態２７に記載の方法。
【０１３５】
[0143]実施形態２９：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上にＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、及びＩｎＡｌＮのうちの少なくとも１つを堆積させるサブステップを含む、実施形態２６〜２８のいずれか１つに記載の方法。
【０１３６】
[0144]実施形態３０：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に毎時少なくとも約１０ミクロン（１０μｍ）の速度でバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態２６〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【０１３７】
[0145]実施形態３１：成長基板上に毎時少なくとも約１０ミクロン（１０μｍ）の速度でバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に毎時少なくとも約２０ミクロン（２０μｍ）の速度でバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態３０に記載の方法。
【０１３８】
[0146]実施形態３２：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に少なくとも約２ミクロン（２μｍ）の平均的な厚さを有するバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の層を堆積させるサブステップを含む、実施形態２６〜３１のいずれか１つに記載の方法。
【０１３９】
[0147]実施形態３３：基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、約２分の１ナノメートル（０．５ｎｍ）から約２ミクロン（２．０μｍ）の平均的な厚さを有する金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップをさらに含む、実施形態２６〜３２のいずれか１つに記載の方法。
【０１４０】
[0148]実施形態３４：ＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを同一チャンバに向けて流すステップが、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、ＡｌＣｌ３、及びＴｉＣｌ４のうちの少なくとも１つを同じチャンバに向けて流すサブステップを含む、実施形態２６〜３３のいずれか１つに記載の方法。
【０１４１】
[0149]実施形態３５：ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、ＡｌＣｌ３、及びＴｉＣｌ４のうちの少なくとも１つを同一チャンバに向けて流すステップが、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、ＡｌＣｌ３、及びＴｉＣｌ４のうちの少なくとも１つを約１００ｓｃｃｍ以下の流量で同一チャンバへ向けて流すサブステップをさらに含む、実施形態３４に記載の方法。
【０１４２】
[0150]実施形態３６：ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、ＡｌＣｌ３、及びＴｉＣｌ４のうちの少なくとも１つを約１００ｓｃｃｍ以下の流量で同一チャンバに向けて流すステップが、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、ＡｌＣｌ３、及びＴｉＣｌ４のうちの少なくとも１つを約８０ｓｃｃｍ以下の流量で同一チャンバへ向けて流すサブステップを含む、実施形態３５に記載の方法。
【０１４３】
[0151]実施形態３７：ＧａＣｌ３を含むように金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを選択するステップをさらに含む、実施形態２６〜３６のいずれか１つに記載の方法。
【０１４４】
[0152]実施形態３８：バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として約２ナノメートル（２．０ｎｍ）以下の二乗平均平方根表面粗さを有する堆積させたバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態２６〜３７のいずれか１つに記載の方法。
【０１４５】
[0153]実施形態３９：バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップにより、結果として１平方センチメートル当たり約５×１０８以下の平均転位密度を有する堆積させたバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態２６〜３８のいずれか１つに記載の方法。
【０１４６】
[0154]実施形態４０：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成するステップと、同一チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップとを含み、ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、ＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを同一チャンバへ向けて流すサブステップを含む、方法。
【０１４７】
[0155]実施形態４１：サファイア基板を含むように基板を選択するステップをさらに含む実施形態４０に記載の方法。
【０１４８】
[0156]実施形態４２：窒化アルミニウム及び窒化チタンのうちの少なくとも１つを含むように金属窒化物核生成テンプレート層を選択するステップをさらに含む、実施形態４０又は実施形態４１に記載の方法。
【０１４９】
[0157]実施形態４３：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上にＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、及びＩｎＡｌＮのうちの少なくとも１つを堆積させるサブステップを含む、実施形態４０〜４２のいずれか１つに記載の方法。
【０１５０】
[0158]実施形態４４：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に毎時少なくとも約１０ミクロン（１０μｍ）の速度でバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態４０〜４３のいずれか１つに記載の方法。
【０１５１】
[0159]実施形態４５：成長基板上に毎時少なくとも約１０ミクロン（１０μｍ）の速度でバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に毎時少なくとも約２０ミクロン（２０μｍ）の速度でバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態４４に記載の方法。
【０１５２】
[0160]実施形態４６：成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に少なくとも約２ミクロン（２μｍ）の平均的な厚さを有するバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の層を堆積させるサブステップを含む、実施形態４０〜４５のいずれか１つに記載の方法。
【０１５３】
[0161]実施形態４７：基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、約５０ナノメートル（５０ｎｍ）以下の平均的な厚さを有する金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップをさらに含む、実施形態４０〜４６のいずれか１つに記載の方法。
【０１５４】
[0162]実施形態４８：ＮＨ３、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを同一チャンバへ向けて流すステップが、約１００ｓｃｃｍ以下の流量で金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを同一チャンバへ向けて流すサブステップをさらに含む、実施形態４７に記載の方法。
【０１５５】
[0163]実施形態４９：約１００ｓｃｃｍ以下の流量で金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを同一チャンバへ向けて流すステップが、約８０ｓｃｃｍ以下の流量で金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを同一チャンバへ向けて流すサブステップを含む、実施形態４８に記載の方法。
【０１５６】
[0164]実施形態５０：ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、ＡｌＣｌ３、及びＴｉＣｌ４のうちの少なくとも１つを含むように金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも１つを選択するステップをさらに含む、実施形態４０〜４９のいずれか１つに記載の方法。
【０１５７】
[0165]実施形態５１：バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として約１０ナノメートル（１０．０ｎｍ）以下の二乗平均平方根表面粗さを有する堆積させたバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態４０〜５０のいずれか１つに記載の方法。
【０１５８】
[0166]実施形態５２：バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として１平方センチメートル当たり約５×１０８以下の平均転位密度を有する堆積させたバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態４０〜５１のいずれか１つに記載の方法。
【０１５９】
[0167]実施形態５３：同一チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）処理を使用して成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成した後に、且つ成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させる前に、同一チャンバから成長基板を取り除くことなしに、成長基板上にバルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態４０〜５２のいずれか１つに記載の方法。
【０１６０】
[0168]実施形態５４：実施形態１〜５３のいずれか１つに記載される方法により作製される、バルクＩＩＩ族窒化物半導体材料を含む構造体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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