(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｎ基板（ＩＩＩは、元素周期表のＩＩＩ族元素のうち少なくとも１つの元素を表す）を製造するＩＩＩ−Ｎ基板製造方法において、
少なくとも１００μｍの厚さを有するＩＩＩ−Ｎ厚膜層を、予め定められたＮ／ＩＩＩ比および予め定められたリアクタ圧力でエピタキシャル成長させて、基板上に堆積させる工程を含み、
前記ＩＩＩ−Ｎ厚膜層を、エピタキシャル成長させたＩＩＩ−Ｎ薄膜層を備えた基板のテンプレート上に、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）によりエピタキシャル成長させ、
少なくとも１００μｍの厚さを有する前記ＩＩＩ−Ｎ厚膜層のエピタキシャル成長工程の最終段階であってエピタキシャル成長の全工程の最後に、前記Ｎ／ＩＩＩ比および／または前記リアクタ内の圧力それぞれを、前記予め定められたＮ／ＩＩＩ比および／または前記予め定められたリアクタ圧力より、低下させ、
前記Ｎ／ＩＩＩ比および／または前記リアクタ圧力それぞれを、前記エピタキシャル成長工程の最後の１０分間に低下させることを特徴とするＩＩＩ−Ｎ基板製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載するＩＩＩ−Ｎ基板製造方法において、
前記Ｎ／ＩＩＩ比および／または前記リアクタ圧力を、前記予め定められたＮ／ＩＩＩ比の５０％〜５％の範囲、かつ／または前記予め定められた圧力の６５％〜２５％の範囲に、それぞれ低下させることを特徴とするＩＩＩ−Ｎ基板製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載するＩＩＩ−Ｎ基板製造方法において、
前記基板は０．１°〜２°の結晶の配向方位差を有することを特徴とするＩＩＩ−Ｎ基板製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載するＩＩＩ−Ｎ基板製造方法において、
前記基板は約０．１°〜１°未満の結晶の配向方位差を有することを特徴とするＩＩＩ−Ｎ基板製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載するＩＩＩ−Ｎ基板製造方法において、
前記基板は約０．３°〜約０．６°の結晶の配向方位差を有することを特徴とするＩＩＩ−Ｎ基板製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載するＩＩＩ−Ｎ基板製造方法において、
前記ＩＩＩ−Ｎ厚膜層を堆積させた後に、前記基板を除去し、自立ＩＩＩ−Ｎ層を作成することを特徴とするＩＩＩ−Ｎ基板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｎ基板を作成する方法（Ｎは窒素であり、ＩＩＩは、元素周期表のＩＩＩ族の少なくとも１つの元素、特に、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎから選択された１つまたは複数の元素である（以下、簡単にＩＩＩ−Ｎと表す））、ならびに、表面モルフォロジーが改善されたＩＩＩ−Ｎ基板に関する。詳しくは、ＩＩＩ−Ｎ材料は、結晶質、特に単結晶質のものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｎ材料体系は、今日の半導体材料において重要な役割を果たしている。その体系は、多くの重要な光電子装置や電子装置に使用されている。これらの装置は、適切な基板結晶上にエピタキシャル成長させた半導体層構造を基礎とするものである。エピタキシャル成長は、通常、ホモエピタキシーが行われる場合、すなわち層が同じ組成の基板上に生成される場合に、最良の結果をもたらす。このように、ホモエピタキシーにより成長させるためにはＩＩＩ−Ｎ基板を用いるのが望ましい。しかしながら、そのようなＩＩＩ−Ｎ基板は、製造するのに大きな課題があるので、ほとんど市販されていない(非特許文献１）。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｎ基板を提供する１つの可能性として、ＩＩＩ−Ｎ層を厚く堆積させることが考えられる。ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いたＧａＮ厚膜層のヘテロエピタキシャル成長は、近年、多数の研究グループによって開発されてきた（非特許文献２，３）。これらの開発の目的は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）およびＳｉＣなどの異種基板をＧａＮに基づく技術に置き換えることであるが、これは、そのような異種基板の使用によって装置性能が制限されるからである。これらの制限の主な理由は、格子定数と熱膨脹係数の不整合を伴う異種基板上のヘテロエピタキシーに起因する高い欠陥密度である。厚膜層となるように成長させる場合、その成長を異種基板上で直接始めるよりも、異種基板上に成長させたＩＩＩ−Ｎ薄膜層上で始めるほうが、良好な結果を得ることができる（非特許文献４）。文献および以下の説明において、少なくとも１つの異種基板と少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ薄膜層を含むこの組み合わせをテンプレートと呼ぶ。
【０００４】
ＨＶＰＥによって成長させたテンプレートを使用して、電子装置および光電子装置、特にＧａＮレーザーダイオード（非特許文献５，６）、ならびにＵＶスペクトル領域で発光
する発光ダイオード（ＬＥＤ）（非特許文献７）が作成されてきた。しかしながら、これらのテンプレートには依然として多くの問題がある。これらのテンプレートは、通常、強く反り返りやすく、クラックを形成しやすい傾向がある。これら二つの悪影響は、ＧａＮと異種基板（通常はサファイア）との熱膨張の差異によるものである。さらに、ＨＶＰＥ法によって成長させたＧａＮ層は、通常、表面が粗く、さらなるエピタキシャル成長のテンプレートとして使用可能となる前に、さらなる研磨工程を必要とする（非特許文献８）。
【０００５】
クラックが形成される可能性は、異種基板の選択に加えて、それぞれＨＶＰＥ成長に使用される異種基板と層またはテンプレートの間に形成された核形成層または緩衝層に強く依存する。典型的には、１．５μｍの厚膜層ＧａＮテンプレートが使用される。このテンプレートは、２インチのサファイアウェハ上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によって生成されたものである。クラックの無いより厚膜層のＨＶＰＥ成長が可能となるのは、従来のＧａＮ核形成層の代わりに、低温で成長させたＡｌＮ核形成層（非特許文献９）が、テンプレートを作成するためＭＯＶＰＥプロセスに使用された場合（非特許文献１０）である。
明らかに、室温における核形成層の結果として得られるより高い圧縮歪みは、この改善に関与している。なぜなら、約１０００℃の典型的なＨＶＰＥ成長温度における正味の引張歪みが低減または排除されるからである。（例えば、選択的に成長させたＧａＮストライプのように）パターニングされたテンプレート上に、クラックの無いさらに厚膜層を成長させることが可能である（非特許文献１１）。
【０００６】
初期の研究（非特許文献１２）では、ＨＶＰＥ成長させたＧａＮ層のモルフォロジーにおける顕著な違いが観察された。これらの違いは、明らかにテンプレートの選択に関係があった。標準的な特性決定方法（光学顕微鏡法、Ｘ線回折、フォトルミネセンス分光法、原子／走査力顕微鏡）によって評価された他の層特性では、著しい違いは明らかにならなかった。したがって、以下においては、初期の調査では徹底的に研究されなかったテンプレート特性に注目した。
【０００７】
ごく最近になって、いくつかのグループにより、ＭＯＶＰＥ成長させたＧａＮ薄膜層（非特許文献１３−１５）またはＡｌＮ層（非特許文献１６）の表面モルフォロジーが、わずかなミスカット（約０．３°のミスカット角度）を有するサファイアウェハを使用することによって改善されることが報告された。そのような挙動は、窒素の代わりにＶ族元素がヒ素および／またはリンである、ＩＩＩ族ヒ化物およびリン化物のＭＯＶＰＥ（非特許文献１７、１８）およびＨＶＰＥ（非特許文献１９−２１）から分かる。しかしながら、これらの化合物については、最適なミスカット角度は数度であり、２°が標準値である。
そのような大きなミスカット角度は、ＩＩＩ−Ｎ成長には有利ではなく（非特許文献２２、２３）、むしろ不利であってより質の悪いモルフォロジーがもたらされる（非特許文献２４）。おそらく、ＩＩＩ−Ｎエピタキシャル成長における最適なミスカット角度が、特にサファイア上で、相対的に小さいものであるため、基板ミスカットの有利な効果が長年見落とされてきたものと考えられる。
【０００８】
パターニングされた基板の使用によってＩＩＩ−Ｎウェハの特性を改善する従来の方策は、以下のように要約することができる。
【０００９】
Ｐａｒｉｌｌａｕｄ（非特許文献２５）は、テンプレート上のＨＶＰＥ成長を研究しているが、２°〜６°の範囲の中で基板の比較的大きなミスカット角度を使用していた。Ｂａｎ（特許文献１）は、ＩＩＩ−Ｎ基板およびＩＩＩ−Ｎ層から成るＧａＮベースのウェハを開示しており、ＩＩＩ−Ｎ基板の表面は１°〜１０°の間のミスカットを有する。Ｆｌｙｎｎ（特許文献２）もまた、ＶＰＥによるホモエピタキシャル成長を開示しており、基板ミスカットの可能性は検討されているが、特に重要であるとは考えられていない。双方の場合において、ＩＩＩ−ＮウェハまたはＩＩＩ−Ｎ基板の利用可能性を必須のものとするホモエピタキシャル成長だけが検討されている。これらの方法は、異種基板上のヘテロエピタキシャル成長に適しておらず、また、典型的な異種基板上にＩＩＩ−Ｎウェハを作成することにも適していない。
Ｋｉｔａｏｋａ（特許文献３）は、基板とＩＩＩ−Ｎ層とを含むＩＩＩ−Ｎ基板を開示している。別個のプロセス工程における基板上のＩＩＩ−Ｎ薄膜層には、傾斜表面を得るために斜角が付けられている。対照的に、出発基板はミスカットを有していない。したがって、傾斜表面を得るため、高価な追加のプロセス工程が必要となる。次に、この傾斜したＩＩＩ−Ｎ表面を液相エピタキシー（ＬＰＥ）によって全面成長させる。
Ｋａｉｎｏｓｈｏ（特許文献４）は、ペロブスカイト基板上にＧａＮベースの半導体を成長させることを開示している。ペロブスカイト基板の（０１１）結晶表面に対して１°〜４°のミスカットが選択されている。この方法は、サファイアまたは炭化シリコンなどのＩＩＩ−Ｎ成長のための典型的な異種基板を使用することには関連していないが、それは、これらの物理的特性および利用可能性がＩＩＩ−Ｎ層の成長に特に適しているためである。
Ｍｏｒｉｓｈｉｍａ（特許文献５）は、ハロゲンを含むガスを用いたテンプレートの必要な追加の反応性イオンエッチング工程と共に、０．５°未満のミスカットを有するシリコン・オン・サファイア基板上でのＩＩＩ−Ｎ層の成長について開示している。この工程は、後に続くＩＩＩ−Ｎ成長のため、テンプレートの「鏡のように平滑な」表面を設けるのに必要である。
【００１０】
Ｍａｔｓｕｏｋａ（特許文献６）は、８°〜２０°の範囲でｃ軸の周りで（０１１０）面を回転させて、サファイア基板を成長させることを開示している。Ｍｏｒｉｔａ（特許文献７）は、任意にミスカットを有してもよいが、ｃ面に垂直な表面を有するＩＩＩ−Ｎ基板を開示している。したがって、これらの２つの方法は、Ｍ面またはＡ面表面を有するが、Ｃ面表面を有さないＩＩＩ−Ｎウェハの作成にのみ適している。
Ｓｕｍｍｅｒｆｅｌｔ（特許文献８）は、１°〜１０°のミスカットを有するセラミック異種基板上に、ＳｉＣ、ＡｌＮ、またはＧａＮなどの半導体をヘテロエピタキシャル成長させることを開示している。ここで、半導体層をエピタキシャル成長させる前に、少なくとも１２００℃の温度で少なくとも１時間のアニーリング工程、ならびに異種基板上へのセラミック緩衝層の成長が必要である。開示された実施形態によれば、これらの手段によって、半導体層の成長が開始する前に、緩衝層が高い表面品質を有することが確保される。緩衝層および半導体層は両方ともＣＶＤによって成長する。実施形態では、ｃ軸に対して５°のミスカット（または「オフ角」）が選択され、成長したＳｉＣ層は厚さ０．３μｍであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，７３４，５３０号
【特許文献２】米国特許第６，４４７，６０４号
【特許文献３】米国特許公開公報ＵＳ２００４／０１４４３００Ａ１
【特許文献４】日本特許公開公報ＪＰ２００２−２７４９９７Ａ
【特許文献５】日本特許公開公報ＪＰ２００３−３４７２２６Ａ
【特許文献６】米国特許第６５８６８１９号、ＥＰ０１１１９５１６に対応
【特許文献７】米国特許第６５０１１５４号
【特許文献８】米国特許第３０８３８１２号、ＥＰ９４１０１３７４に対応
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｉ．Ｇｒｚｅｇｏｒｙ  ａｎｄ  Ｓ．Ｐｏｒｏｗｓｋｉ、ｉｎ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，１９９９，ＩＮＳＰＥＣ，Ｂ１．１，３５９−３６６
【非特許文献２】Ｓ．Ｓ．Ｐａｒｋ，Ｉ．Ｐａｒｋ，ａｎｄ  Ｓ．Ｈ．Ｃｈｏｈ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３９，Ｌ１１４１（２０００）
【非特許文献３】Ｘ．Ｘｕ，Ｒ．Ｐ．Ｖａｕｄｏ，Ｃ．Ｌｏｒｉａ，Ａ．Ｓａｌａｎｔ，Ｇ．Ｒ．Ｂｒａｎｄｅｓ，ａｎｄ  Ｊ．Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ２４６，２２３（２００２）
【非特許文献４】Ｔ．Ｐａｓｋｏｖａ  ｅｔ  ａｌ．，ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ａ），１９９９，１７６，４１５−４１９
【非特許文献５】Ｓ．Ｎａｇａｈａｍａ，Ｔ．Ｙａｎａｍｏｔｏ，Ｍ．Ｓａｎｏ，ａｎｄ  Ｔ．Ｍｕｋａｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４０，３０７５（２００１）
【非特許文献６】Ｍ．Ｋｕｒａｍｏｔｏ，Ｃ．Ｓａｓａｏｋａ，Ｙ．Ｈｉｓａｎａｇａ，Ａ．Ｋｉｍｕｒａ，Ａ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｈ．Ｓｕｎａｋａｗａ，Ｎ．Ｋｕｒｏｄａ，Ｍ．Ｎｉｄｏ，Ａ．Ｕｓｕｉ，ａｎｄ  Ｍ．Ｍｉｚｕｔａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８，Ｌ１８４（１９９９）
【非特許文献７】Ｘ．Ａ．Ｃａｏ，Ｓ．Ｆ．ＬｅＢｏｅｕｆ，Ｍ．Ｐ．ＤＥｖｅｌｙｎ，Ｓ．Ｄ．Ａｒｔｈｕｒ，Ｊ．Ｋｒｅｔｃｈｍｅｒ，Ｃ．Ｈ．Ｙａｎ，ａｎｄ  Ｚ．Ｈ．Ｙａｎｇ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８４，４３１３（２００４）
【非特許文献８】Ｓ．Ｓ：Ｐａｒｋ  ｅｔ  ａｌ．，ｓｕｐｒａ；およびＬ．Ｌｉｕ  ａｎｄ  Ｊ．Ｈ．Ｅｄｇａｒ，Ｍａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇｉｎ．Ｒ  ３７，６１（２００２）
【非特許文献９】Ｂ．Ｋｕｈｎ  ａｎｄ  Ｆ．Ｓｃｈｏｌｚ，ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ａ）１８８，６２９（２００１）
【非特許文献１０】Ｆ．Ｈａｂｅｌ，Ｐ．Ｂｒｕｃｋｎｅｒ，ａｎｄ  Ｆ．Ｓｃｈｏｌｚ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ２７２，５１５（２００４）
【非特許文献１１】Ｐ．Ｂｒｕｃｋｎｅｒ，Ｆ．Ｈａｂｅｌ，ａｎｄ  Ｆ．Ｓｈｏｌｚ（２００５），Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｔｏ  ＩＣＮＳ  ６，Ｂｒｅｍｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ，Ａｕｇｕｓｔ  ２００５
【非特許文献１２】Ｆ．Ｈａｂｅｌ，Ｐ．Ｂｒｕｃｋｎｅｒ，Ｊ．Ｔｓａｙ，Ｗ．Ｌｉｕ，Ｆ．Ｓｃｈｏｌｚ，Ｄ．Ｓｃｈｍｉｔｚ，ａｎｄ  Ｍ．Ｈｅｕｋｅｎ，ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ｃ）２，２０４９（２００５）
【非特許文献１３】Ｔ．Ｙｕａｓａ，Ｙ．Ｕｅｔａ，Ｙ．Ｔｓｕｄａ，Ａ．Ｏｇａｗａ，Ｍ．Ｔａｎｅｙａ，ａｎｄ  Ｋ．Ｔａｋａｏ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８，Ｌ７０３（１９９９）
【非特許文献１４】Ｄ．Ｌｕ，Ｄ．Ｉ．Ｆｌｏｒｅｓｃｕ，Ｄ．Ｓ．Ｌｅｅ，Ｖ．Ｍｅｒａｉ，Ｊ．Ｃ．Ｒａｍｅｒ，Ａ．Ｐａｒｅｋｈ，ａｎｄ  Ｅ．Ａ．Ａｒｍｏｕｒ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ２７２，３５３（２００４）
【非特許文献１５】Ｙ．Ｎ．Ｄｒｏｚｄｏｖ，Ｎ．Ｖ．Ｖｏｓｔｏｋｏｖ，Ｄ．Ｍ．Ｇａｐｏｎｏｖａ，Ｖ．Ｍ．Ｄａｎｉｌｔｓｅｖ，Ｍ．Ｎ．Ｄｒｏｚｄｏｖ，Ｏ．Ｉ．Ｋｈｒｙｋｉｎ，Ａ．Ｓ．Ｆｉｌｉｍｏｎｏｖ，ａｎｄ  Ｖ．Ｉ．Ｓｈａｓｈｋｉｎ，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ３９，１（２００５）
【非特許文献１６】Ｑ．Ｐａｄｕａｎｏ  ａｎｄ  Ｄ．Ｗｅｙｂｕｒｎｅ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４４，Ｌ１５０（２００５）
【非特許文献１７】Ｒ．Ｓａｓａｋｉ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  １６０，２７（１９９６）
【非特許文献１８】Ｍ．Ｒａｚｅｇｈｉ  ａｎｄ  Ｊ．Ｐ．Ｄｕｃｈｅｍｉｎ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ６４，７６（１９８３）
【非特許文献１９】Ｍ．Ｊ．ＭｃＣｏｌｌｕｍ  ａｎｄ  Ｇ．Ｅ．Ｓｔｉｌｌｍａｎ，Ｈｉｇｈ  ｐｕｒｉｔｙ  ＩｎＰ  ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｓｔｏｎ，１９９０），ｖｏｌ．３１  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ，ｃｈａｐ．２，ｐ．３７
【非特許文献２０】Ｈ．Ｈａｓｐｅｋｌｏ，Ｐｈ．Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ  Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ（１９８４）
【非特許文献２１】Ｊ．Ｖ．ＤｉＬｏｒｅｎｚｏ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  １７，１８９（１９７２）
【非特許文献２２】Ｏ．Ｐａｒｉｌｌａｕｄ，Ｖ．Ｗａｇｎｅｒ，Ｈ．Ｂｕｈｌｍａｎｎ，Ｆ．Ｌｅｌａｒｇｅ，ａｎｄ  Ｍ．Ｉｌｅｇｅｍｓ，ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｊ．Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．５Ｓ１，Ｗ３．１３（２０００）
【非特許文献２３】Ｂ．Ｐｅｃｚ，Ｍ．Ａ．ｄｉ  Ｆｏｒｔｅ−Ｐｏｉｓｓｏｎ，Ｆ．Ｈｕｅｔ，Ｇ．Ｒａｄｎｏｃｚｉ，Ｌ．Ｔｏｔｈ，Ｖ．Ｐａｐａｉｏａｎｎｏｕ，ａｎｄ  Ｊ．Ｓｔｏｅｍｅｎｏｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８６，６０５９（１９９９）
【非特許文献２４】Ｋ．Ｈｉｒａｍａｔｓｕ，Ｈ．Ａｍａｎｏ，Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ，Ｈ．Ｋａｔｏ，Ｎ．Ｋｏｉｄｅ，ａｎｄ  Ｋ．Ｍａｎａｂｅ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  １０７，５０９（１９９１）
【非特許文献２５】ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｖｏｌ．５Ｓ１，Ａｒｔ．Ｗ３．１３（２０００）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、（０００１）面またはＣ面表面を有して成長し、改善された表面特性を示すことが可能なＩＩＩ−Ｎ厚膜層であって、さらなるエピタキシャル成長工程の基板として特に適したものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の態様に係るＩＩＩ−Ｎ基板製造方法は、ＩＩＩ−Ｎ基板（ＩＩＩは、元素周期表のＩＩＩ族元素のうち少なくとも１つの元素を表す）を製造するＩＩＩ−Ｎ基板製造方法において、異種基板およびＩＩＩ−Ｎ薄膜層を含むテンプレートのＩＩＩ−Ｎ薄膜層上に、少なくとも４０μｍの厚さを有するＩＩＩ−Ｎ層を堆積させ、前記異種基板が、前記ＩＩＩ−Ｎ層を堆積させる表面が隣接する結晶格子面に対して、意図的に設けられた僅かな配向方位差を有することを特徴とする。
この態様において、ミスカットを有する異種基板上に成長させたテンプレートは、ＩＩＩ−Ｎ厚膜層を堆積させるための基礎的な役割を果たしている。この態様では、ＩＩＩ−Ｎ薄膜層の堆積によって、正確な配向を有しミスカットを有さない異種基板上にテンプレートを作成する。これにより、薄膜層に平滑な表面モルフォロジーを得ることができる。さらに、テンプレート（このテンプレートは良質なものであることが予想される）の平滑な表面上に膜を成長させることによって、高密度の六角錐によって覆われることが多い微視的に粗い表面を有する厚膜層を得ることができる。この発明によれば、驚くべきことに、エピタキシャル成長が、その表面上に隣接する結晶格子面に対してわずかなミスカットを有する異種基板を備えたテンプレート上で行われ、かつ第一ＩＩＩ−Ｎ薄膜層がその上に堆積されたとき、少なくとも４０μｍの厚さのＩＩＩ−Ｎ厚膜層が、初期の第一ＩＩＩ−Ｎ層に、高温アニーリング（例えば、少なくとも１２００℃で少なくとも１時間）および／またはエッチングもしくは研磨などの追加工程を施さなくても、非常に平滑な表面モルフォロジーを有していた。
【００１５】
この態様では、所望の厚膜層よりも薄い第一ＩＩＩ−Ｎ薄膜層は、わずかなミスカットを有する異種基板上に堆積される。したがって、本発明による方法の場合、ＩＩＩ−Ｎ基板は必ずしも必要ではない。このテンプレート上に、厚いＡｌxＧａ(1-x)Ｎを直接、あるいはさらに中間層を介して成長させることができる。したがって、表面にさらなる処理をする必要がない。特に、ハロゲンを含むガスによるエッチング工程を省くことができる。厚さが少なくとも４０μｍ、好ましくは少なくとも５０μｍ、特に少なくとも１００μｍのＩＩＩ−Ｎ厚膜層が有する表面特性は、特に、２°未満、その中でも特に１°未満であって、０．１°を超える意図的なミスカットを形成した場合で、さらに、ＩＩＩ−Ｎ厚膜層を、ＭＯＶＰＥによって成長させたサファイア−ＩＩＩ−Ｎテンプレート上にＨＶＰＥによって成長させた場合に、非常に改善されたものとなる。サファイア基板は、結晶質であるのが好ましく、単結晶質であるのが特に好ましい。
【００１６】
さらに別の態様に係るＩＩＩ−Ｎ基板製造方法では、少なくとも１つの工程において、少なくとも４０μｍの厚さを有するＩＩＩ−Ｎ厚膜層を、予め定められたＮ／ＩＩＩ比および予め定められたリアクタ圧力でエピタキシャル成長させて、基板上に堆積させる工程を含み、前記ＩＩＩ−Ｎ厚膜層のエピタキシャル成長工程の最終段階では、前記Ｎ／ＩＩＩ比および／または前記リアクタ内の圧力それぞれを、前記予め定められたＮ／ＩＩＩ比および／または前記予め定められたリアクタ圧力より、低下させることを特徴とする。成長プロセスのそのような最終段階においても、ＩＩＩ−Ｎ材料は依然として、異なる条件下で成長するものとする。この態様では、Ｎ／ＩＩＩ比を、成長プロセスの前に規定されたＮ／ＩＩＩ比の好ましくは少なくとも２５％、より好ましくは約５０％〜約５％、その中でも特に約７．５％〜２５％の範囲（例えば約１０％）に低下させ、かつ／または、リアクタ内の成長圧力を、成長プロセスの前の規定された圧力の好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは２５％〜６５％、その中でも特に約４５％〜５５％の範囲（例えば約５０％）に低下させる。
驚くべきことに、Ｎ／ＩＩＩ比および／またはリアクタ圧力がエピタキシャル成長プロセスの最終段階において低下している場合、表面モルフォロジーを顕著に改善できることが実証されている。これは、上述のミスカットを有さない正確な基板を使用したときにも同様の結果が得られる。本発明の構成上の利点として異種基板の材料が特に重要となるので、その基板は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｌｉ（Ａｌ；Ｇａ）Ｏx（０≦ｘ≦３、特にｘ＝２）などのような異種基板、または他の異種基板、あるいはそのような異種基板とＩＩＩ−Ｎ薄膜層とを含むテンプレートであることが好ましい。同様に、本発明に係るこの態様のように、成長工程の最終段階において、成長パラメータを修正しつつＨＶＰＥ成長させることにより、本来のＩＩＩ−Ｎ基板またはテンプレート上におけるホモエピタキシャル成長させた場合の表面モルフォロジーをも改善することができる。この態様によって表面モルフォロジーを改善する場合には、特に、ＩＩＩ−Ｎ厚膜層の成長をＨＶＰＥにより行い、Ｎ／ＩＩＩ比および／またはＨＶＰＥリアクタ内の成長圧力を、ＩＩＩ−Ｎ厚膜層の成長プロセスの最後の６０分間、好ましくは最後の３０分間、その中でも特に最後の１０分間に低下させることが望ましい。
この態様において、表面品質を、異種基板が上述の配向方位差（ミスカット）を有する場合に、さらに改善することができる。
【００１７】
また、ＩＩＩ−Ｎ厚膜層製造方法として、エピタキシャル成長によりＩＩＩ−Ｎ厚膜層（ＩＩＩは、元素周期表のＩＩＩ族元素のうち少なくとも１つの元素を表す）を製造するＩＩＩ−Ｎ厚膜層製造方法において、前記ＩＩＩ−Ｎ厚膜層は、４０μｍ以上の厚さであり、０．１°〜２°の配向方位差を有する異種基板上に堆積されるようにしてもよい。
【００１８】
この場合、エピタキシャル成長は、異種基板としてのサファイア上に、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）によって行われる。それによって、基板のミスカットは明確に規定される。サファイア基板は、結晶質であるのが好ましく、単結晶質であるのがより好ましい。２°を超えるより大きなミスカット角度を備えた異種基板の場合に比べ、０．１°〜１°未満、特に０．１〜約０．６°の範囲のミスカット角度を備えた異種基板の場合には、驚くべきことに、表面モルフォロジーを顕著に改善することができる。
【００１９】
現状の技術では、ホモエピタキシャル成長が要求されるため、その成長前にＩＩＩ−Ｎ厚膜層を形成しなければならない。これに対して、本発明は、異種基板、特にサファイア基板に対して有利に適用することができる。特に限定はされないが、異種基板と好ましくはＨＶＰＥにより成長させたＩＩＩ−Ｎ厚膜層との間に、エピタキシャル成長、好ましくはＭＯＶＰＥによって成長させたＩＩＩ−Ｎ薄膜層を、テンプレートとして設けることが望ましい。なお、サファイア上へＨＶＰＥにより直接成長させることも可能である。
【００２０】
したがって、本発明は、上記した各態様において、ＨＶＰＥによるＩＩＩ−Ｎのエピタキシャル成長プロセスの開始および終了に関する基板上（すなわち、基板またはテンプレート上）のＩＩＩ−Ｎ厚膜層の最適な成長条件を提示している。
【００２１】
本発明において、「配向方位差」および「ミスカット」という用語は、基板表面の斜角または傾斜を意味する。その基板表面上には、ＩＩＩ−Ｎ厚膜層を成長させる。また、斜角または傾斜は、結晶格子の配向面に対して明確に規定された方向である。例えば、ＩＩＩ−Ｎ層の成長が通常は（０００１）面上で行われるサファイアを異種基板とした場合、成長表面は、サファイアの（０００１）面に対してわずかに傾斜する。この配向方位差の向きは、自由に選択できる。例えば、通常は平坦な配向とされているＡ面もしくは｛１１−２０｝面に対して、または基板のＭ面もしくは｛１−１００｝面に対して、自由に選択される。他の異種基板としては、他の表面が本発明によるＩＩＩ−Ｎ層の成長に適している場合、前記配向面、特にシリコンの｛１１１｝、ヒ化ガリウムの｛１１１｝、またはリチウムアルミネートもしくはリチウムガレートの｛００１｝に対して、基板表面にわずかな配向方位差を有するものが使用される。
【００２２】
さらに、そのような配向方位差（ミスカット）は、０．１°〜２°、好ましくは約０．１°〜１．０°未満、より好ましくは約０．１°〜約０．６°、その中でも特に約０．３°〜約０．６°とすべきである。
【００２３】
上記の定義では、ＩＩＩは、元素周期表のＩＩＩ族の少なくとも１つの元素を表す。したがって、このＩＩＩ元素は、単一の元素または元素の組み合わせとして、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎの中から選択される。よって、各一般式は、ＡｌxＧａyＩｎzＮであり、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。ＩＩＩ−Ｎ化合物の例としては、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎのような四元化合物、（Ａｌ，Ｇａ）Ｎ、（Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ、および（Ａｌ，Ｉｎ）Ｎなどの三元化合物、またはＧａＮもしくはＡｌＮなどの二元化合物である。上記の括弧に例示したようなＩＩＩ族の選択された元素の間で、自由な混合比率とすることができる。すなわち各要素の原子を０〜１００％（例えば、（Ａ
ｌ，Ｇａ）Ｎ＝ＡｌxＧａ1-xＮ、このとき０≦ｘ≦１）とすることができる。この中で
も、（Ａｌ， Ｇａ）ＮおよびＧａＮが特に好ましい。特定の態様に係る以下の説明は、
所定のＩＩＩ−Ｎ化合物に限定されるものではなく、すべてのＩＩＩ−Ｎ化合物に適用す
ることができる。さらに、第一ＩＩＩ−Ｎ薄膜層およびＩＩＩ−Ｎ厚膜層の組成は、互いに独立に選択することができる。すなわち、この組成は同じでもよく、異なってもよい。そして、上記製造工程によって作成されるＩＩＩ−Ｎ層、特にＭＯＶＰＥ成長させるＩＩＩ−Ｎ薄膜層およびＨＶＰＥ成長させるＩＩＩ−Ｎ厚膜層は、好ましくは結晶質、特に単結晶質である。また、サファイア基板との組み合わせに特に適しているのは、ＧａＮまたはＡｌＮを含む薄膜層およびＧａＮを含む厚膜層である。
【００２４】
任意に堆積させるＩＩＩ−Ｎ薄膜層の厚さを約１０μｍ以上とすることは可能であるが、通常は不要である。通常、この薄膜層の厚さは、最も大きい場合であっても５μｍ程度であり、典型的には、薄膜層を使用する場合、約０〜約３μｍの範囲内、例えば約１μｍ〜約２μｍである。
【００２５】
ＩＩＩ−Ｎ厚膜層を含む基板を用いて、少なくとも２インチ（約５ｃｍ）、少なくとも３インチ（約７．６ｃｍ）、または少なくとも４インチ（約１０ｃｍ）以上の直径を得ることができる。
【００２６】
本発明によれば、層表面の平均粗さが５０ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下のＩＩＩ−Ｎ層を備えた基板を形成することができる。平均粗さは、例えば、表面プロフィロメトリーまたは原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）によって測定することができる。本発明によれば、少なくとも約４０μｍ、好ましくは少なくとも約５０μｍ、より好ましくは少なくとも約１００μｍ、その中でも特に少なくとも約３００μｍの厚さのＩＩＩ−Ｎ厚膜層に対して、その表面を良好かつ非常に滑らかなものとすることができる。ＩＩＩ−Ｎ基板は上述の方法で得ることができる。また、初期の異種基板を除去した後には、自立ＩＩＩ−Ｎ基板が得られる。
【００２７】
このようにして、上述のウェハ特性固有の組み合わせを達成することができ、限定された範囲だけではなくウェハ全体にわたって平均表面粗さを非常に小さくするとともに、（自立層が必要または望ましい場合には）所望の直径の自立ＩＩＩ−Ｎ層を得ることがで
きる。
【００２８】
本発明により表面モルフォロジーを改善したＩＩＩ−Ｎ層は、半導体装置を製造するためのさらなるエピタキシャル成長工程の基板として用いることができる。例えば、ＩＩＩ−Ｎ厚膜層の表面を平滑にするための、結晶に作用する熱的、機械的、および／または化学的プロセスを、希望により自由に回避、省略することができる。当然ながら、例えば結晶に影響しない溶剤による単純な清浄または洗浄工程を、必要に応じて、いつでも使用す
ることができる。
【００２９】
本発明によれば、さらに、４０μｍ以上の厚さを有するＩＩＩ−Ｎ厚膜層を備えた異種基板上に半導体装置が設けられ、異種基板は、０．１°〜２°、好ましくは約０．１°〜１．０°未満、より好ましくは約０．１°〜約０．６°、その中でも特に約０．３°〜約０．６°の範囲の配向方位差（ミスカット）を有する。異種基板は、好ましくはサファイア、特に単結晶サファイアである。さらに、本発明によれば、この装置は、４０μｍ以上の厚さを有し、上記に規定された５０ｎｍ以下の平均表面粗さを有するＩＩＩ−Ｎ基板を含む。
【００３０】
本発明による上述の半導体装置におけるＩＩＩ−Ｎ厚膜層またはＩＩＩ−Ｎ基板は、約１００μｍ以上、特に約３００μｍ以上の厚さを有する。
そして、ＩＩＩ−Ｎ材料は、上述の組成を有しており、その中でもＧａＮであることが好ましく、単結晶ＧａＮであることが特に好ましい。
【００３１】
本発明によれば、上述のＩＩＩ−Ｎ基板または上述の装置のＩＩＩ−Ｎ厚膜層の平均表面粗さを、４０ｎｍ以下、さらには３０ｎｍ以下とすることができる。本発明による基板または装置のさらなる特徴は、研磨またはエッチングを行うことなく、この非常に小さい表面粗さが得られることである。また、ＩＩＩ−Ｎ薄膜層は、研磨またはエッチングを必要としない。これにより、特に、エッチングおよび／または研磨の最中にたやすく生じる処理済み表面直下の欠陥（表面下の破損）を抑制して、欠陥密度を低減することができる。
【００３２】
表面特性の最適化を、本発明に係る上述の方法および／または物の特徴を一または複数組み合わせることによって行うことができる。一例として、任意のＩＩＩ−Ｎ薄膜層をＭＯＶＰＥにより成長させ、ＩＩＩ−Ｎ厚膜層をＨＶＰＥにより成長させることにより、リアクタチャンバ内の温度、圧力、Ｎ／ＩＩＩ比などのプロセスパラメータを特に有利なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】同じＭＯＶＰＥプロセス工程において並べて成長させた、２つのテンプレートの低温（Ｔは約２０Ｋ）でのフォトルミネセンス・スペクトルを示す。
【図２】図１の各ＭＯＶＰＥテンプレート上にＨＶＰＥ成長させた、２つの代表的なＧａＮ厚膜層の表面の光学ノマルスキー干渉コントラストの顕微鏡画像を示しており、図２Ａは、正確な配向を有するサファイア異種基板を含むテンプレート上の層を示し、図２Ｂは、０．３°の配向方位差（ミスカット）を有するサファイア異種基板を含むテンプレート上の層を示す。
【図３】正確な配向を備えたテンプレート（実線）上に、または０．３°の配向方位差（ミスカット）を有するテンプレート（破線）上に、ＨＶＰＥによって成長されたＧａＮ層の表面プロファイル（表面プロフィロメトリーによって測定したもの）を示す。
【図４】図２Ａおよび２Ｂからの２つの層の低温（Ｔは約２０Ｋ）でのフォトルミネセンス・スペクトルを示す。
【図５】異なる配向方位差角を有するサファイア異種基板上にＨＶＰＥ成長させた、２つの代表的なＧａＮ層の表面の光学ノマルスキー干渉コントラストの顕微鏡画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、添付図面を参照して、好ましい実施形態および実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。与えられる好ましい実施形態および実施例は、単に例示のためのものであり、決して本発明の範囲を限定しないものとする。
【００３５】
図１は、同じＭＯＶＰＥプロセス工程において並べて成長させた、２つのテンプレートの低温（Ｔは約２０Ｋ）でのフォトルミネセンス・スペクトルを示す。実線は、正確な配向を有するサファイア異種基板上に成長させたテンプレートを示し、破線は、０．３°の配向方位差（ミスカット）を備えたサファイア異種基板上のテンプレートを示す。曲線のスペクトル形状は関連性があり、したがって、後者のサンプルの強度は２倍にシフトされている。
【００３６】
図２Ａおよび２Ｂは、図１の各ＭＯＶＰＥテンプレート上にＨＶＰＥ成長させた、２つの代表的なＧａＮ厚膜層の表面の光学ノマルスキー干渉コントラストの顕微鏡画像を示しており、図２Ａは、正確な配向を有するサファイア異種基板を含むテンプレート上の層を示し、図２Ｂは、０．３°の配向方位差（ミスカット）を有するサファイア異種基板を含むテンプレート上の層を示す。
【００３７】
図３は、正確な配向を備えたテンプレート（実線）上に、または０．３°の配向方位差（ミスカット）を有するテンプレート（破線）上に、ＨＶＰＥによって成長されたＧａＮ層の表面プロファイル（表面プロフィロメトリーによって測定したもの）を示す。
【００３８】
図４は、図２Ａおよび２Ｂからの２つの層の低温（Ｔは約２０Ｋ）でのフォトルミネセンス・スペクトルを示す。
【００３９】
図５は、異なる配向方位差角を有するサファイア異種基板上にＨＶＰＥ成長させた、２つの代表的なＧａＮ層の表面の光学ノマルスキー干渉コントラストの顕微鏡画像を示す。縦の列は、正確な配向（左側）、０．３°の配向方位差（中央）、および０．６°の配向方位差（右側）を備えたサファイア基板上におけるＨＶＰＥ成長プロセスの結果を示す。プロセス条件は、成長持続時間全体にわたって一定に維持された（上段）か、あるいは、Ｎ／ＩＩＩ比に関して（中段）または成長における圧力に関して（下段）成長プロセスの最終段階において変更された。
【実施例１】
【００４０】
一例として、Ａｉｘｔｒｏｎ  ２００／４ＲＦ−Ｓ  ＭＯＶＰＥシステム内において、ＧａＮ薄膜層を、０．３°の配向方位差を有するサファイア異種基板上に成長させることができる。このＧａＮ層の厚さは、例えば、２μｍ未満、特に１〜２μｍである。このテンプレートは、ＭＯＶＰＥリアクタから取り出され、Ａｉｘｔｒｏｎ  ＬＰ−ＨＶＰＥリアクタに装填される。そこで、厚さ数百μｍのＧａＮ厚膜層をこのテンプレート上に成長させる。ＨＶＰＥプロセスは、例えば、約５０％の水素と約５０％の窒素を混合したものをキャリアガスとして、１０４０℃〜１０７５℃の温度、９００〜１００ｍｂａｒの圧力、および約４０のＮ／ＩＩＩ比で行われる。この実施例における成長速度は約４０μｍ／ｈである。わずかな配向方位差を備えた異種基板を使用することにより、ＨＶＰＥ成長後に大変よく改善された表面モルフォロジーが得られる。ＧａＮ厚膜層の層厚が４０μｍ以上であっても、表面モルフォロジーは、ＭＯＶＰＥ成長させた非常に薄い層に匹敵する。したがって、本発明のこの実施形態によって形成された層は、さらなる処理工程を何も必要とせずに、例えば、半導体装置の層の後に続くエピタキシャル成長のための基板と
して使用するのに好適である。
【実施例２】
【００４１】
本発明の構成において、配向方位差を備えたサファイア異種基板上のいくつかのテンプレートを、同じＨＶＰＥ成長プロセスにおいて並べて使用することにより、正確な配向を備えた従来のものと比較した。
【００４２】
ＨＶＰＥ成長プロセスはすべて、水平の石英リアクタを備えたＡＩＸＴＲＯＮ  ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｆｅｒ  ＨＶＰＥシステム内で行われた。通常通り、金属のＧａはＨＣｌガスによって基板に供給される。アンモニアは窒素源として使用される。Ｇａ源は８５０℃で動作し、基板領域は１０４０〜１０７５℃まで加熱された。Ｎ2とＨ2の１：１混合物がキャリアガスとして使用された。実験は、大気圧および約４０のＮ／ＩＩＩ比で行われた。
【００４３】
ＨＶＰＥ成長させた層はすべて、ＭＯＶＰＥによって、異種基板としての２インチのサファイアウェハ上に成長させたＧａＮテンプレート上に、堆積させた。分割により異なるテンプレートから作成した４分の１のテンプレートを４つ装填することによって、４つ以下の異なるテンプレートを並行して使用することができた。発明者らの典型的な成長条件下では、約４０μｍ／ｈの成長速度が得られた。４０〜１４０μｍの厚さを備えたＨＶＰＥ成長によって作成したテンプレートおよび厚膜層を、光学顕微鏡法、高分解能ｘ線回折（ＨＲＸＲＤ）、低温フォトルミネセンス（ＰＬ）、および表面プロフィロメトリーなどの標準的な方法により評価した。
これらの測定により、テンプレートの層特性が配向方位差を除いて非常に類似していることが明らかになった。多重ウェハＭＯＶＰＥリアクタ上に同時に成長させた２つのテンプレートの低温ＰＬスペクトルは、図１に典型的に示される。２つのテンプレートは、それらの表面品質においてわずかに異なっているのみであり、それによって、上述の結果が示される。特に、層の歪み、またはＰＬスペクトルもしくはＨＲＸＲＤのロッキング曲線の線幅において、違いは見られなかった。これらのウェハ上のＧａＮ層は、その上に成長させたサファイア基板と同じ配向方位差を有していた。ＭＯＶＰＥ成長させたＧａＮ薄膜層のサファイア基板に対する最大傾斜は、約２００ａｒｃｓｅｃであることが分かった。したがって、驚くべきことに、ＩＩＩ−Ｎ薄膜層における表面特性およびその他の特性は、正確な配向とわずかな配向方位差との間で違いを示さなかったと言うことができる。
【００４４】
ＨＶＰＥプロセスの直前に、標準的な溶剤中でテンプレートを洗浄して、ほこり、粒子、およびウェハの取扱いに起因するさらなる汚染物質を除去した。表面モルフォロジーと貯蔵時間（ＭＯＶＰＥ成長させてからテンプレートをＨＶＰＥ成長のために使用するまでの時間）とには、その貯蔵時間がわずか数時間から数ヶ月までの期間内で、相関関係が見られなかった。
したがって、表面の酸化、または他の要因による著しい影響を、確実に除外することができる。
【００４５】
一方、わずかな配向方位差が優れた表面モルフォロジーの獲得に起因するという明確な兆候が見出された。配向方位差を有するテンプレート上にＨＶＰＥ成長させた厚膜層は、１００μｍの厚さおよび上述の鏡状の表面モルフォロジー（図２）の場合であっても、最先端技術のＭＯＶＰＥによって成長させた非常に薄い膜と同等にみなすことができる。その一方、通常の高い角錐形状の正確な配向を備えたテンプレート上にＨＶＰＥ成長させた厚膜層は、ＨＶＰＥによって従来どおりに成長させた、通常見られる厚膜層と同様に形成される。正確な配向におけるより高い粗度は、表面プロフィロメトリーによっても明らかにされ、それによって粗度を定量化することができる（図３）。
エピタキシャル成長は、わずかな配向方位差を有する基板上における表面段差によって生じるステップフローによって制御されるものと仮定される［Ｗ．Ｋ．Ｂｕｒｔｏｎ，Ｎ．Ｃａｂｒｅｒａ，ａｎｄ  Ｆ．Ｃ．Ｆｒａｎｋ，Ｐｈｉｌ．Ｔｒａｎｓ．Ａ  ２４３，２９９（１９５１）］。０．３°の配向方位差の場合、これらの段差は約５０ｎｍの平均距離を有する。これは、明らかに、表面に吸着されたＧａ原子の拡散距離よりも小さい（典型的には、高いＮ／ＩＩＩ比およびＮ原子の容易な脱着により、ＩＩＩ族の原
子のみを考慮すればよい）。同時に、段差距離は、転位の平均距離よりも著しく小さい
（薄いテンプレートに典型的な１０9ｃｍ-2の転位密度において約３００ｎｍ）。これ
は、段差縁部における二次元成長に有利になるように、転位における三次元の核形成を抑制する理由になり得る。
テンプレートに関して既に観察されたように、ＨＶＰＥ成長させた厚膜層も、わずかな配向方位差（ミスカット）を有するときの改善された表面モルフォロジーを除いて、その光学特性および結晶特性において著しい違いを示さなかった。やはり、ＰＬにおいてドナーによって制限された励起のエネルギーによって示されるような層の中の歪みは、基板の配向に関係なく同じであることが強調されるべきである（図４）。
【００４６】
要約すると、ＨＶＰＥ成長させたＧａＮ厚膜層の表面品質は、わずかなミスカット（例えば、約０．３°）を備えた基板を使用することによって改善できる一方、正確な配向を備えた基板上に成長させることにより、ＨＶＰＥによって従来どおり成長させた厚膜層に一般に観察される角錐形状を形成することができる。したがって、配向方位差を備えた基板上に成長させた層は、理想的には、追加の作成工程を必要とすることなく、さらなるエピタキシャル成長工程の基板として適したものである。
【実施例３】
【００４７】
実施例２に記載されたプロセスを、以下のように変更する。
【００４８】
実施例３．１：正確な配向を備えた（ミスカットのない）、または０．３°のオフ角（ミスカット）もしくは０．６°のオフ角（ミスカット）の配向方位差を備えたテンプレート上におけるＨＶＰＥプロセスを、他の点では、エピタキシャル成長の最終段階における圧力およびＮ／ＩＩＩ比に関して一定の条件で行う。
【００４９】
実施例３．２：実施例３．１と同様である。ただし、エピタキシャル成長の最後の１０分間において、Ｎ／ＩＩＩ比を４０から５まで低下させるが、圧力は不変である。
【００５０】
実施例３．３：実施例３．１と同様である。ただし、エピタキシャル成長の最後の１０分間において、Ｎ／ＩＩＩ比を４０から５まで低下させ、成長圧力を９００ｍｂａｒから５００ｍｂａｒまで低下させる。
【００５１】
各エピタキシャル成長プロセスを有効かつ明白に比較するため、４つのウェハ部分（２インチのウェハの各１／４）について同時に堆積させた。これは、配向方位差を有するタイプあるいは有さないタイプという異なったテンプレート上の層を、同一の条件下で成長させるためである。
結果は図５に要約される。
使用されたすべてのプロセス条件に対して、正確な配向の場合に表面品質は最悪であったが、この最悪の場合であっても、Ｎ／ＩＩＩ比を変化させることにより、特にＮ／ＩＩＩ比ならびに成長圧力を変化させることにより、表面品質を著しく改善することができた（図５において左側の縦の列を参照）。Ｎ／ＩＩＩ比および成長圧力を変化させない場合、０．６°の配向方位差のものは０．３°のものよりも優れていた。成長プロセスの最終段階にＮ／ＩＩＩ比のみを低下させたとき、０．３°に関する結果の方が良好であったが、それでもなお、０．６°の配向方位差に対する表面品質は非常に良好であった。最良の結果は、わずかな配向方位差のみ、好ましくは０．３°と、エピタキシャル成長プロセ
スの最終段階のＮ／ＩＩＩ比および圧力の低下との最適な組み合わせによって得られた。この組み合わせにより、特に良好な表面品質がもたらされた。
【００５２】
本発明を、実施形態および実施例によって詳細に記載してきたが、変更および修正が当業者には明白になるであろう。したがって、添付の請求項は、技術的現状と比較して可能な限り広く解釈されるべきであり、すべての変更および修正は本発明の範囲内に含まれる。
【図１】
0005908853.tif 000002
【図３】
0005908853.tif 000003
【図４】
0005908853.tif 000004
【図２】
0005908853.tif 000005
【図５】
0005908853.tif 000006