(57)【要約】【課題】シリコン基板上に窒化ガリウム系の結晶を成長させる際にメルトバックエッチングが発生することを抑制する。【解決手段】  一実施形態に係る半導体デバイスの製造方法は、（ａ）シリコン基板上に３５０℃以上７００℃以下の成膜温度で窒化アルミニウム又酸化アルミニウムを含む中間層を成膜する工程と、（ｂ）アンモニア又は酸素を含む雰囲気中でシリコン基板及び中間層を加熱して、該シリコン基板上に中間層に含まれる窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムの結晶核を分布させる工程と、（ｃ）結晶核を起点としてシリコン基板上に窒化ガリウム系の結晶を成長させる工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に３５０℃以上７００℃以下の成膜温度で窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムを含む中間層を成膜する工程と、
アンモニア又は酸素を含む雰囲気中で前記シリコン基板及び前記中間層を加熱して、該シリコン基板上に前記中間層に含まれる窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムの結晶核を分布させる工程と、
前記シリコン基板上に分布した前記結晶核を起点として前記シリコン基板上に窒化ガリウム系結晶を成長させる工程と、
を含む、窒化ガリウム系結晶の成長方法。
【請求項２】
前記結晶核を分布させる工程においては、９００℃以上１０００℃以下の温度で前記シリコン基板及び前記中間層を加熱する、請求項１に記載の窒化ガリウム系結晶の成長方法。
【請求項３】
前記結晶核を分布させる工程においては、１Ｔｏｒｒ以上４００Ｔｏｒｒ以下の圧力下で前記シリコン基板及び前記中間層を加熱する、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系結晶の成長方法。
【請求項４】
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内に収容された被処理体を加熱するための加熱部と、
前記ガス供給部及び前記加熱部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記処理容器内にアルミニウムを含有するガスと、窒素又は酸素を含有するガスとを供給し、前記被処理体を３５０℃以上７００℃以下の温度に加熱し、
次いで、前記処理容器内にアンモニア又は酸素を含有するガスを供給し、前記被処理体を加熱し、
次いで、前記処理容器内にガリウムを含有するガス及び窒素を含有するガスを供給し、前記被処理体を加熱する
ように前記ガス供給部及び前記加熱部を制御する、
熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、窒化ガリウム系結晶の成長方法及び熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイス等の半導体デバイスの構成材料として窒化ガリウム（ＧａＮ）が知られている。一般に、ＧａＮ系結晶を成長させるためには、下地となる基板としてサファイア基板が用いられる。例えば、特許文献１には、反応管内にトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガス及び窒素（Ｎ）ガスを供給し、反応管内で加熱したサファイア基板上において、これらのガスを反応させることによってサファイア基板上にＧａＮ結晶層を形成する方法が記載されている。
【０００３】
また、大面積のＧａＮ系半導体デバイスを安価に製造するために、ＧａＮ系結晶をシリコン（Ｓｉ）基板上に成長させることが考えられる。しかし、ＳｉとＧａＮとは反応性が高いので、シリコン基板上に直接ＧａＮ系結晶を成長させるとメルトバックエッチング反応が生じ、その結果、シリコン基板上に良質なＧａＮ結晶を成長させることが困難となる。このような問題を解決するために、Ｓｉ及びＧａＮの双方と親和性の高い中間層をシリコン基板とＧａＮ結晶層との間に介在させることによって、メルトバックエッチングが発生することを防止する技術が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献２には、シリコン基板上に初期バッファ領域、多層バッファ領域、及びＧａＮ単結晶層が順に積層された半導体デバイスが記載されている。この初期バッファ領域は、ＡｌＮ単結晶層を含んでいる。このＡｌＮ単結晶層は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びアンモニア（ＮＨ３）を原料ガスとして用い、１１００℃で気相成長させることにより形成される。特許文献２に記載の半導体デバイスでは、ＡｌＮ単結晶層をシリコン基板とＧａＮ単結晶層との間に中間層として介在させることによって、メルトバックエッチングが生じることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２２７２６５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５１７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２には、ＡｌＮを結晶化させるために高い成膜温度でＡｌＮ単結晶層を形成している。しかし、ＡｌＮを結晶化させるためにはシリコン基板を融点に近い温度まで加熱する必要があり、加熱温度によってはシリコン基板が溶融してしまう場合がある。そこで、シリコン基板上に低温で非晶質のＡｌＮ膜を形成し、その上にＧａＮ単結晶を成長させることが考えられる。しかし、低温でＡｌＮ膜を形成した場合には、ＡｌＮ膜上にＧａＮの結晶を成長させる際に非晶質のＡｌＮ膜の一部が結晶化し、ＡｌＮ膜にクラックが発生する場合がある。この場合には、クラックを介してシリコン基板とＧａＮが反応することによりメルトバックエッチングが発生する可能性がある。
【０００７】
したがって、本技術分野では、シリコン基板上に窒化ガリウム系結晶を成長させる際にメルトバックエッチングが発生することを抑制することができる窒化ガリウム系結晶の成長方法が要請されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一側面では、窒化ガリウム系結晶の成長方法が提供される。この方法は、（ａ）シリコン基板上に３５０℃以上７００℃以下の成膜温度で窒化アルミニウム又酸化アルミニウムを含む中間層を成膜する工程と、（ｂ）アンモニア又は酸素を含む雰囲気中でシリコン基板及び中間層を加熱して、該シリコン基板上に中間層に含まれる窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムの結晶核を分布させる工程と、（ｃ）結晶核を起点としてシリコン基板上に窒化ガリウム系結晶を成長させる工程と、を含む。
【０００９】
上記方法の工程（ａ）では、３５０℃以上７００℃以下という比較的低温でシリコン基板上に中間層が成膜される。この中間層は、非晶質の窒化アルミニウム又酸化アルミニウムを含んでいる。次いで、工程（ｂ）では、アンモニア又は酸素を含む雰囲気中で前記シリコン基板が加熱されることによって、シリコン基板上に窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムの結晶核が形成される。この際、中間層が結晶化して体積縮小が生じることによってシリコン基板の一部が露出する。このシリコン基板の露出部分は、アンモニア又は酸素と反応して窒化又は酸化された改質領域となる。次いで、工程（ｃ）では、シリコン基板上に窒化ガリウム系の結晶が成長される。ここで、窒化ガリウム系結晶の成長温度のような高温環境下では、窒化ガリウム系結晶は窒化シリコン及び酸化シリコンを避けて成長する。よって工程（ｃ）では、窒化ガリウム系結晶はシリコン基板の改質領域からは成長せず、結晶核を起点として成長する。このように、上記方法では、窒化ガリウム系結晶が結晶核を起点として成長するので、シリコン基板と窒化ガリウム系結晶との反応が抑制される。その結果、メルトバックエッチングが発生することが抑制される。
【００１０】
一形態では、結晶核を形成する工程においては、９００℃以上１０００℃以下の温度でシリコン基板を加熱してもよい。シリコン基板上に形成される結晶核の密度は、当該シリコン基板の加熱温度に依存するが、本形態では、９００℃以上１０００℃以下の温度でシリコン基板を加熱することによって、結晶核の密度を高品質な窒化ガリウム系結晶を形成することが可能な密度にすることができる。
【００１１】
一形態では、結晶核を形成する工程においては、１Ｔｏｒｒ以上４００Ｔｏｒｒ以下の圧力下でシリコン基板を加熱してもよい。シリコン基板上に形成される結晶核の密度は結晶核の形成時の圧力に依存するが、本形態では、１Ｔｏｒｒ以上４００Ｔｏｒｒ以下の圧力下でシリコン基板を加熱することによって、結晶核の密度を高品質な窒化ガリウム系結晶を形成することが可能な密度にすることができる。
【００１２】
一側面に係る熱処理装置は、処理容器と、処理容器内にガスを供給するガス供給部と、処理容器内に収容された被処理体を加熱するための加熱部と、ガス供給部及び加熱部を制御する制御部と、を備え、制御部は、処理容器内にアルミニウムを含有するガスと、窒素又は酸素を含有するガスとを供給し、被処理体を３５０℃以上７００℃以下の温度に加熱し、次いで、処理容器内にアンモニア又は酸素を含有するガスを供給し、被処理体を加熱し、次いで、処理容器内にガリウムを含有するガス及び窒素を含有するガスを供給し、被処理体を加熱するようにガス供給部及び加熱部を制御する。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び種々の形態によれば、シリコン基板上に窒化ガリウム系結晶を成長させる際にメルトバックエッチングが発生することを抑制することができる窒化ガリウム系結晶の成長方法の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係る窒化ガリウム系結晶の成長方法を示す流れ図である。
【図２】一実施形態に係る窒化ガリウム系結晶の成長方法の実施に用いられる熱処理装置を概略的に示す断面図である。
【図３】図２に示すバルブ群、流量制御器群、及びガスソース群を詳細に示す図である。
【図４】（ａ）は、工程Ｓ１において準備されるシリコン基板を示す図であり、（ｂ）は、工程Ｓ２においてシリコン基板上に中間層が形成された被処理体を示す図であり、（ｃ）は工程Ｓ３において加熱処理が行われた被処理体を示す図である。
【図５】結晶核の分布の様子を示すシリコン基板の拡大平面図である。
【図６】工程Ｓ４においてＧａＮ系結晶が形成された被処理体を示す図である。
【図７】工程Ｓ４においてＧａＮ系結晶が形成された被処理体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１６】
図１は、一実施形態に係る窒化ガリウム系結晶の成長方法を示す流れ図である。図１に示す方法Ｍ１は、例えば発光デバイスやパワーデバイス等の製造に用いることができるものであり、工程Ｓ１〜工程Ｓ４を含んでいる。
【００１７】
以下、図１に示す方法Ｍ１の実施に用いることができる熱処理装置１について説明する。図２は、一実施形態に係る熱処理装置１を概略的に示す断面図である。図２に示すように、熱処理装置１は、アウターチューブ１０、インナーチューブ１１、ウエハ支持体１６、及び加熱部２０を備えている。
【００１８】
アウターチューブ１０は、例えば石英ガラスによって構成されており、上方が閉じられた円筒形状をなしている。アウターチューブ１０の下端には開口が設けられている。アウターチューブ１０の側壁の下端には、アウターチューブ１０の開口を取り囲むように延在するフランジ１０ｆが接続されている。フランジ１０ｆは、固定治具１２によってベースプレート１３に固定されている。
【００１９】
インナーチューブ１１は、アウターチューブ１０内に収容されている。インナーチューブ１１は、被処理体Ｗを収容する処理容器として利用される。インナーチューブ１１は、例えば石英ガラスによって構成されており、上方が閉じられた円筒形状をなしている。インナーチューブ１１の下端には開口が設けられている。インナーチューブ１１の側面にはアウターチューブ１０に連通する開口又はスリットが形成されている。また、インナーチューブ１１の側面の一部には、その側面が外側に突出する拡張部１１ａが設けられている。インナーチューブ１１の下端には、上下方向、即ちインナーチューブ１１の長手方向に沿って延在するフランジ１１ｆが接続されている。フランジ１１ｆは、固定リング７１を介してフランジ１０ｆに固定されている。これにより、インナーチューブ１１がアウターチューブ１０に対して固定されている。インナーチューブ１１は、アウターチューブ１０の下端に設けられた開口を介してアウターチューブ１０内に挿入され得る。
【００２０】
ウエハ支持体１６は、インナーチューブ１１内に収容されている。ウエハ支持体１６は、互いに等しい距離だけ離れた位置で、インナーチューブ１１の円筒軸線方向に沿って延在する少なくとも３本の支柱１６ａを有している。複数の支柱１６ａの各々には、略等間隔で切欠が形成されている。ウエハ支持体１６は、複数の支柱１６ａに形成された切欠に被処理体Ｗを挿入することによって円筒軸線方向に略等間隔で被処理体Ｗを支持する。一実施形態では、ウエハ支持体１６は１１７枚の被処理体Ｗを支持することができる。具体的には、１１７枚の被処理体Ｗのうち１００枚の被処理体Ｗを処理対象の被処理体Ｗとし、残りの１７枚の被処理体Ｗをダミーウエハとすることができる。処理対象のウエハは、２５枚の被処理体Ｗを１つのグループとして、グループ毎にウエハ支持体１６に支持される。ダミーウエハは、ウエハ支持体１６の最上部及び最下部の位置にそれぞれ４枚ずつ配置され、且つ、処理対象の被処理体Ｗの各グループの間にそれぞれ３枚ずつ配置される。なお、被処理体Ｗの枚数及び配置位置は、このような形態に限定されず任意の枚数及び配置位置とすることができる。
【００２１】
また、ウエハ支持体１６は、支持ロッド１９により下方から支持されている。支持ロッド１９は、昇降装置によって昇降可能に構成された筐体１５に支持されている。筐体１５が当該昇降装置により昇降することで、ウエハ支持体１６は、インナーチューブ１１の下部に設けられた開口を介してインナーチューブ１１内に搬入、又はインナーチューブ１１から搬出され得る。筐体１５及び支持ロッド１９の最上昇位置では、筐体１５がアウターチューブ１０のフランジ１０ｆの下面に当接され、アウターチューブ１０が密閉される。
【００２２】
アウターチューブ１０の側面には、アウターチューブ１０内に連通するように複数（図２では４本）のガイド管１０ａ〜１０ｄが接続されている。ガイド管１０ａ〜１０ｄは、アウターチューブ１０の長手方向に沿って配列されている。ガイド管１０ａ〜１０ｄには、ガス供給管１７ａ〜１７ｄがそれぞれ挿入されている。ガス供給管１７ａ〜１７ｄの一端は、インナーチューブ１１内に連通するようインナーチューブ１１の拡張部１１ａに接続されている。ガス供給管１７ａ〜１７ｄの他端は、複数のバルブ群３４、複数の流量制御器群３２を介して複数のガスソース群３０にそれぞれ接続されている。ガス供給管１７ａ〜１７ｄは、複数のガスソース群３０からのガスをインナーチューブ１１内の被処理体Ｗの各グループに対してそれぞれ供給する。
【００２３】
図３は、図２に示すバルブ群、流量制御器群、及びガスソース群を詳細に示す図である。図３に示すように、ガスソース群３０は、複数（Ｎ個）のガスソース群３０ａ〜３０ｄを含んでいる。ガスソース群３０ａ〜３０ｄはそれぞれ、アルミニウム（Ａｌ）含有ガス、ガリウム（Ｇａ）含有ガス、窒素含有ガス、及び酸素含有ガスのソースである。Ａｌ含有ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）ガスが例示される。ガリウム（Ｇａ）含有ガスとしては、トリクロロガリウム（ＧａＣｌ３）トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）が例示される。窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガスや窒素（Ｎ２）ガスが例示される。酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、或いはＯ２及びＨ２の混合ガスが例示される。
【００２４】
流量制御器群３２は、複数（Ｎ個）の流量制御器３２ａ〜３２ｄを含んでいる。流量制御器３２ａ〜３２ｄは、対応のガスソースから供給されるガスの流量を制御する。これら流量制御器３２ａ〜３２ｄは、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）であってもよく、ＦＣＳであってもよい。バルブ群３４は、複数（Ｎ個）のバルブ３４ａ〜３４ｄを含んでいる。複数のガスソース群３０はそれぞれ、複数の流量制御器群３２及び複数のバルブ群３４を介して、ガス供給管１７ａ〜１７ｄにそれぞれ接続されている。複数のガスソース群３０のガスは、ガス供給管１７ａ〜１７ｄの一端を介してインナーチューブ１１内に吐出される。これらのガスソース群３０、流量制御器群３２、及びバルブ群３４は、インナーチューブ内にガスを供給するガス供給部として利用される。なお、ガス供給部は、ガスソース群３０ａ〜３０ｄ以外のガスソースを更に含んでいてもよい。
【００２５】
図２に示すように、拡張部１１ａとウエハ支持体１６の間にはガス拡散板１１ｂが設けられている。ガス拡散板１１ｂは、例えば石英ガラスによって構成される板状部材である。ガス拡散板１１ｂのガス供給管１７ａ〜１７ｄの一端に対面する位置には、ガス拡散板１１ｂをその厚さ方向に貫く複数のスリットがそれぞれ形成されている。ガス拡散板１１ｂは、複数のガスソース群３０からガス供給管１７ａ〜１７ｄを介してインナーチューブ１１に供給されたガスをスリットにおいて拡散することにより、インナーチューブ１１内に供給されるガスの均一性を向上させる。
【００２６】
また、アウターチューブ１０の下部には、排気口１４ｅが設けられている。排気口１４ｅは、ガス供給管１７ａ〜１７ｄ及びインナーチューブ１１のスリットを通過してアウターチューブ１０内に供給されたガスを排気する。排気口１４ｅには、排気管１４を介して排気装置３６が接続されている。排気装置３６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、アウターチューブ１０及びインナーチューブ１１内を所望の真空度まで減圧することができる。
【００２７】
加熱部２０は、円筒部２３、絶縁部２４、発熱部２５及び蓋部２６を含んでいる。加熱部２０は、インナーチューブ１１内に収容された被処理体Ｗを加熱するために利用される。円筒部２３は、円筒形状を有しており、アウターチューブ１０の外側を取り囲むように配置されている。円筒部２３は、アウターチューブ１０のガイド管１０ａ〜１０ｄが設けられた側の側面が、ガイド管１０ａ〜１０ｄが設けられていない側の側面よりも円筒部２３の内周面に近接するように配置され得る。絶縁部２４は、円筒部２３の内周面に沿って設けられている。絶縁部２４内には、発熱部２５が配置されている。発熱部２５は、円筒部２３の外周面に配置される電流導入端子２５ａと電気的に接続されており、当該電流導入端子２５ａを介してヒータ電源２５ｂから供給される電力により発熱する。蓋部２６は、円筒部２３を上方から覆っている。また、円筒部２３と蓋部２６の間の高さ位置には、排気口２３ｅが設けられている。排気口２３ｅは、発熱部２５によって加熱された円筒部２３内の空気を排出する。
【００２８】
また、一実施形態では、熱処理装置１は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、熱処理装置１の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータが熱処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、熱処理装置１の稼働状況を可視化して表示すことができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、熱処理装置１で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じて熱処理装置１の各部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
【００２９】
具体的に、制御部Ｃｎｔは、流量制御器群３２、バルブ群３４、排気装置３６、ヒータ電源２５ｂに制御信号を送出し、方法Ｍ１の各工程においてインナーチューブ１１に供給されるガスの流量、インナーチューブ１１内の圧力及び温度が設定された値となるように、制御を実行する。
【００３０】
再び図１を参照して方法Ｍ１について説明する。方法Ｍ１の工程Ｓ１では、図４（ａ）に示すようにシリコン基板ＳＵＢを準備する。シリコン基板ＳＵＢは、主面の面方位が（１１１）である単結晶シリコン基板であり得る。シリコン基板ＳＵＢは、上述の熱処理装置１内に搬入されウエハ支持体１６によって支持される。なお、以下では、シリコン基板ＳＵＢ及びその上に形成された要素を併せて被処理体Ｗと称する。
【００３１】
次いで、工程Ｓ２では、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板ＳＵＢ上に中間層ＩＬが成膜される。中間層ＩＬは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（ＡｌＯ３）を含む。工程Ｓ２では、制御部Ｃｎｔの制御によってガスソース群３０からＡｌ含有ガスと窒素含有ガス（例えば、Ｎ２ガスやＮＨ３ガス）又は酸素含有ガス（例えば、Ｏ２ガス）とがインナーチューブ１１内に供給され、ウエハ支持体１６によって支持されるシリコン基板ＳＵＢ上で反応させることによってシリコン基板ＳＵＢ上に中間層ＩＬを形成する。この際、中間層ＩＬは、３５０℃以上７００℃以下という比較的低温の成膜温度で形成され、非晶質のＡｌＮ又はＡｌＯ３を含んでいる。
【００３２】
次いで、工程Ｓ３が行われる。工程Ｓ３では、制御部Ｃｎｔの制御によって、ガスソース群３０から窒素含有ガス又は酸素含有ガスがインナーチューブ１１内に供給され、且つ加熱部２０によってインナーチューブ１１内が昇温される。インナーチューブ１１内に供給される窒素含有ガス又は酸素含有ガスは、シリコン基板ＳＵＢの表面を改質するための改質ガスとして利用される。工程Ｓ３では、例えばＮＨ３又はＯ２を含む雰囲気中で被処理体Ｗが加熱される。これにより、中間層ＩＬに含まれる窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムは結晶化して体積収縮を生じ、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板ＳＵＢ上に窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムの結晶核ＣＮが形成される。この結晶核ＣＮは、図５に示すように、処理条件によって定まる密度でシリコン基板ＳＵＢ上に分布する。結晶核ＣＮの密度は、工程Ｓ３におけるシリコン基板ＳＵＢの加熱温度及びインナーチューブ１１内の圧力に依存する。一実施形態では、工程Ｓ３において被処理体Ｗの加熱温度を９００℃以上１０００℃以下の温度に設定し、インナーチューブ１１内の圧力を１Ｔｏｒｒ（１．３３×１０２Ｐａ）以上４００Ｔｏｒｒ（４．３３×１０４Ｐａ）以下の圧力に設定してもよい。
【００３３】
この結晶核ＣＮの生成によってシリコン基板ＳＵＢの表面の一部は露出する。この露出部分は、ＮＨ３又はＯ２といった改質ガスと反応して窒化又は酸化される。これにより、シリコン基板ＳＵＢの結晶核ＣＮが形成されていない領域には、窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸化シリコン（ＳｉＯ）によって構成される改質領域ＲＲが形成される。
【００３４】
次いで、工程Ｓ４では、シリコン基板ＳＵＢ上にＧａＮ系結晶が成長される。このために、工程Ｓ４では、制御部Ｃｎｔの制御によって、ガスソース群３０からＧａＣｌ３といったＧａ含有ガス及び窒素含有ガス（例えば、Ｎ２ガスやＮＨ３ガス）がインナーチューブ１１内に供給され、インナーチューブ１１内の圧力が所定の圧力に設定される。また、加熱部２０を用いて被処理体ＷがＧａＮの結晶成長温度まで加熱される。ここで、ＧａＮ系結晶の成長温度のような高温環境下では、ＧａＮ系結晶は窒化シリコン及び酸化シリコンを避けて成長する。よって工程Ｓ４では、ＧａＮ系結晶はシリコン基板ＳＵＢの改質領域ＲＲからは成長せず、結晶核ＣＮを起点として成長する。このように、方法Ｍ１では、ＧａＮ系結晶が結晶核ＣＮを起点として成長するので、シリコン基板ＳＵＢとＧａＮ系結晶との反応が抑制される。その結果、メルトバックエッチングの発生を抑制することができる。また、方法Ｍ１では、シリコン基板ＳＵＢ上に分布する結晶核ＣＮを起点としてＧａＮ系結晶を成長させることができるので、粒径が大きなＧａＮ系結晶を成長させることが可能となる。また、Ｇａ含有ガスとしてＧａＣｌ３を用いた場合には、塩素の活性種がシリコン基板ＳＵＢの表面をエッチングすることが考えられるが、方法Ｍ１ではシリコン基板ＳＵＢの表面が改質されているので、Ｃｌの活性種によってシリコン基板ＳＵＢの表面がエッチングされることを抑制することができる。
【００３５】
なお、ＧａＮ系結晶の成長方向は、ＧａＮ系結晶の成長温度及び圧力を調整することによって制御することが可能である。具体的には、ＧａＮ系結晶の成長温度を低温にするほど、或いは、ＧａＮ系結晶成長時の圧力を大きくするほど、ＧａＮ系結晶の縦方向への成長を促進することができる。図６は、工程Ｓ４において縦方向へＧａＮ系結晶ＣＬの成長を促進させた場合において、シリコン基板ＳＵＢ上に形成されるＧａＮ系結晶ＣＬの一例を示す図である。この場合には、まず結晶核ＣＮの各々を起点としてＧａＮ系結晶が個別に成長し（図６（ａ））、その後互いに離間した多数の柱状のＧａＮ系結晶ＣＬがシリコン基板ＳＵＢ上に形成される（図６（ｂ））。
【００３６】
反対に、ＧａＮ系結晶の成長温度を高温にするほど、或いは、ＧａＮ系結晶成長時の圧力を小さくするほど、ＧａＮ系結晶の横方向への成長を促進することができる。図７は、工程Ｓ４において横方向へＧａＮ系結晶ＣＬの成長を促進させた場合において、シリコン基板ＳＵＢ上に形成されるＧａＮ系結晶ＣＬの一例を示す図である。この場合には、まず結晶核ＣＮの各々を起点としてＧａＮ系結晶が個別に成長し（図７（ａ））、隣接する結晶核ＣＮから成長したＧａＮ系結晶ＣＬが互いに接触する状態を経て（図７（ｂ））、シリコン基板ＳＵＢの表面の略全面を覆うＧａＮ系結晶ＣＬの膜が形成される（図７（ｃ））。
【００３７】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。
【００３８】
例えば、方法Ｍ１は、図２に示した熱処理装置１とは異なる装置を用いて実施されてもよい。例えば、工程Ｓ２においては、熱処理装置１とは異なるＡＬＤ装置やＣＶＤ装置を用いて中間層ＩＬを形成してもよい。
【００３９】
また、工程Ｓ４においてシリコン基板ＳＵＢ上に成長されたＧａＮ系結晶は、少なくともＧａＮを含む結晶を意味しており、その他の化合物を含む結晶であってもよい。例えば、ＧａＮ系結晶としてはＧａＮ結晶及びＡｌＧａＮ結晶が含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１…熱処理装置、１０…アウターチューブ、１１…インナーチューブ、１６…ウエハ支持体、１９…支持ロッド、２０…加熱部、２３…円筒部、２４…絶縁部、２５…発熱部、２６…蓋部、３０…ガスソース群、３２…流量制御器群、３４…バルブ群、３６…排気装置、ＣＬ…ＧａＮ系結晶、ＣＮ…結晶核、ＩＬ…中間層、ＲＲ…改質領域、ＳＵＢ…シリコン基板、Ｗ…被処理体。
【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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