(57)【要約】  本発明は、サファイヤ基板上にＳｉａＣｂＮｃ（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる第１層を形成する第１段階と、ＳｉａＣｂＮｃ（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる第１層の上にＧａＮ成分を含む窒化膜を形成する第２段階と、を含むことを特徴とするＧａＮ系窒化膜の形成方法に関する。
2008500740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイヤ基板上に ＳｉａＣｂＮｃ （ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる第１層を形成する第１段階と、
ＳｉａＣｂＮｃ （ｃ，ｂ>０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層の上にＧａＮ成分を含む窒化膜を形成する第２段階と、
を含むことを特徴とするＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項２】
前記第２段階に先立ち、
ＳｉａＣｂＮｃ
（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層の上にＡｌ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ｉｎ（ｚ１）Ｎ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，０≦ｚ１≦１，ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の組成からなる第２層を形成する段階をさらに含み、
ＧａＮ成分を含む前記窒化膜は前記第２層の上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項３】
ＳｉａＣｂＮｃ （ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層の成長温度が５００℃以上１２００℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項４】
ＳｉａＣｂＮｃ
（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層の厚さが５Å以上１０００Å以下であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項５】
Ａｌ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ｉｎ（ｚ１）Ｎ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，０≦ｚ１≦１，ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の組成からなる前記第２層の成長温度が４００℃以上1１００℃以下であることを特徴とする請求項２に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項６】
Ａｌ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ｉｎ（ｚ１）Ｎ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，０≦ｚ１≦１，ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の組成からなる前記第２層の厚さが５Å以上５０００Å以下であることを特徴とする請求項２に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項７】
ＳｉａＣｂＮｃ
（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層は、前記サファイヤ基板に近い側で該サファイヤ基板の格子定数に近接する格子定数を有し、ＧａＮ成分を含む前記窒化膜に近い側でＧａＮ成分を含む該窒化膜の格子定数に近接する格子定数を有することを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項８】
ＳｉａＣｂＮｃ （ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層は、前記サファイヤ基板に近い側で該サファイヤ基板の格子定数に近接する格子定数を有し、Ａｌ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ｉｎ（ｚ１）Ｎ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，０≦ｚ１≦１，ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の組成からなる前記第２層に近い側でＡｌ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ｉｎ（ｚ１）Ｎ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，０≦ｚ１≦１，ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の組成からなる該第２層の格子定数に近接する格子定数を有することを特徴とする請求項２に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項９】
ＳｉａＣｂＮｃ
（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層は、前記サファイヤ基板の格子定数とＧａＮ成分を含む前記窒化膜の格子定数間の格子定数値を有することを特徴とする請求項２に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項１０】
ＳｉａＣｂＮｃ
（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層は、前記サファイヤ基板の格子定数とＡｌ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ｉｎ（ｚ１）Ｎ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，０≦ｚ１≦１，ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の組成からなる前記第２層の格子定数間の格子定数値を有することを特徴とする請求項２に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項１１】
ＳｉａＣｂＮｃ
（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層は、ＧａＮ成分を含む前記窒化膜の格子定数と同一の格子定数値を有することを特徴とする請求項９に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項１２】
ＳｉａＣｂＮｃ
（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層は、Ａｌ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ｉｎ（ｚ１）Ｎ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，０≦ｚ１≦１，ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の組成からなる前記第２層の格子定数と同一の格子定数値を有することを特徴とする請求項１０に記載のＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【請求項１３】
サファイヤ基板上に ＳｉａＣｂＮｃ
（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる第１層を形成する第１段階と、
ＳｉａＣｂＮｃ
（ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる第１層の上にＡｌ（ａ）Ｉｎ（ｂ）Ｇａ（ｃ）Ｎ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）の組成からなる窒化膜を形成する第２段階と、
を含むことを特徴とするＧａＮ系窒化膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）系窒化膜（以下、「ＧａＮ系窒化膜」という）の形成方法に関するもので、特に、シリコンカーボンナイトライドバッファー層とぬれ層（ｗｅｔｔｉｎｇ
ｌａｙｅｒ）を利用して高品質のＧａＮ系窒化膜を形成する方法に関するものである。本発明によるＧａＮ系窒化膜は、特にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）及びＬＤ（Ｌａｓｅｒ
Ｄｉｏｄｅ）に適するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程において、ＧａＮ系窒化膜を成長させるために一般的にサファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などからなる基板が多用されている。しかしながら、これらの基板は、格子定数、熱膨張係数などの物質特性において、ＧａＮ系窒化膜とは相違するため、高品質のＧａＮ系窒化膜を成長させるのは困難である。従って、ＧａＮ系窒化膜を成長させる様々な技法が次々と開発され、発表されてきている。
【０００３】
最も代表的な方法は、バッファー層を用いるもので、４５０℃から６００℃でＡｌ（ｘ）Ｇａ（ｙ）Ｉｎ（ｚ）Ｎ膜（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を単一の組成、または複数の組成で成長させた後、Ａｌ（ｘ）Ｇａ（ｙ）Ｉｎ（ｚ）Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を核（ｎｕｃｌｅｉ）として形成させて、これを種にして高品質のＧａＮ系窒化膜を成長させる。
【０００４】
また、ＡｌＮバッファー層（特開昭６２‐１１９１９６号公報）、ＬＴ‐ＡｌＧａＮバッファー層（米国特許第５，２９０，３９３号明細書／特開平４‐２９７０２３号公報：１９９１）、ＬＴ-ＡｌＧａＩｎＮバッファー層（米国特許第６，５０８，８７８号明細書）、ＬＴ（低温）‐ＡｌＩｎＮバッファー層などが用いられている。
【０００５】
ところが、このような方式でＧａＮ系窒化膜を成長させると、ＧａＮ系窒化膜が１０１０〜１０１２/ｃｍ２の転位密度（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を有するという問題点がある。
また、上述したように、低い温度でサファイヤ基板上にバッファー層を成長させるのではなく、高い温度で基板上にＧａＮ系窒化膜を成長させる場合もあるが、改善の余地が多くあるのが現状である。
【０００６】
図１は、従来のサファイヤ基板上にＧａＮ系窒化膜を形成する方法を説明するための図面であり、サファイヤ基板１０上に低温（一般的に、５００℃〜８００℃）でＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮバッファー層１１を成長させた後、１０５０℃附近の高温でＧａＮ膜１２を成長させる。この場合、低温で形成されたＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮバッファー層１１は、高温になるにしたがって、その形態が変形されて３次元の形態を有するようになるが、このように変形されたバッファー層１１は、ＧａＮ膜１２とサファイヤ基板１０とのひずみ（ｓｔｒａｉｎ）を緩衝する役割をする。
【０００７】
しかし、根本的にＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮバッファー層１１は、サファイヤ基板１０の格子との不整合が非常に大きいので、その上に成長されるＧａＮ膜１２に格子欠陥が生じるようになる（格子転位密度：
１０１０〜１０１２/ｃｍ２）。
したがって、このような格子欠陥を低減させて、成長される薄膜の特性を改善するためには、既存のサファイヤ基板ではなく、ＧａＮと格子が一致する基板を使用することが好ましいが、これは現実的に不可能な状態である。
【０００８】
また、本発明者が属する研究グループが、既に発表されたＡｌ（ｘ）Ｇａ（ｙ）Ｉｎ（ｚ）Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）とは異なる物質から構成されたＳｉＣ薄膜をサファイヤ基板上にバッファー層として形成し、その上にＧａＮ系窒化膜を形成する場合、優れた物性を有するＧａＮ系窒化膜を得ることができることを確認して特許を出願した（韓国特許出願第２００３-５２９３６号明細書、韓国特許出願第２００３-８５３３４号明細書）。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、サファイヤ基板上に ＳｉａＣｂＮｃ （ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる第１層を形成する第１段階と、ＳｉａＣｂＮｃ （ｃ，ｂ＞０，ａ≧０）の組成からなる前記第１層の上にＧａＮ成分を含む窒化膜を形成する第２段階と、を含むことを特徴とするＧａＮ系窒化膜の形成方法を提供する。
【００１０】
本発明の一態様は、従来技術の問題点を解消し、成長されるＧａＮ系窒化膜の特性を改善するために、ＳｉＣＮバッファー層をサファイヤ基板上に形成した後、その上にＧａＮ系窒化膜を形成することである。本発明によると、ＳｉＣＮ層はサファイヤ基板とＧａＮ系窒化膜間の格子不整合によって生じる強いひずみを緩和して、サファイヤ基板上に成長されるＧａＮ膜の品質を画期的に改善することができる。特にＳｉｘＣｙＮｚの組成を変更することが可能であるので、サファイヤ基板とＧａＮ系窒化膜間のひずみを容易に調節することができる。
【００１１】
本発明の他の態様は、ＳｉＣＮバッファー層を利用してサファイヤ基板とＧａＮ系窒化膜間に形成される格子不整合による格子転位を減少させて薄膜の品質を改善する方法を提供することである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、ＭＯＣＶＤを利用して、既に発表されたＡｌ（ｘ）Ｇａ（ｙ）Ｉｎ（ｚ）Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）とは異なる物質から構成されたＳｉＣＮ薄膜をサファイヤ基板上にバッファー層として形成し、その上にぬれ層とＧａＮ膜を形成することにより、優れた物性を有するＧａＮ膜を成長することができ、高効率、高信頼性を有する光電子デバイス（ｏｐｔｏ‐ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｄｅｖｉｃｅ）を得ることができる。
また、本発明のバッファー層を利用することによって、サファイヤ基板とＧａＮ系窒化膜間の格子不整合が緩和された発光ダイオード及びレーザーダイオードを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の構成に対する理解を助けるために本発明の開発背景をまず説明する。
一般に、ＧａＮ系窒化膜を成長させるためにサファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）とシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などからなる基板が多用されている。特に、低価であり、かつ優れた機械的特性を有するサファイヤ基板が最も多く用いられているが、サファイヤ基板は、ＧａＮ系窒化膜とは異なる物質特性（格子定数、熱膨張係数等）を有しており、高品質の窒化膜を成長させるのが困難であるため、ＧａＮ系窒化膜は、1０1０〜1０１２/ｃｍ２の転位密度を有することになる。
【００１４】
これに対して、本発明者の属する研究グループがした出願（特願２００３‐５２９３６号公報、特願２００３‐８５３３４号公報）は、ＳｉＣバッファー層は、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）との格子定数の差（Ｌａｔｔｉｃｅ  ｍｉｓｍａｔｃｈ）が３．３％であり、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）とガリウムナイトライド（ＧａＮ）の格子定数の差である１３．８％に比べて顕著に小さい値を有することを明らかにしている。したがって、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）の上にＧａＮ系窒化膜を成長させるにあたって、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は優れたバッファー層として使用し得る。
【００１５】
本発明者は、このようなサファイヤ基板上にＧａＮ物質を成長させる場合に発生する格子不整合による特性をより一層改善するために、ＳｉＣＮ物質をバッファー層として利用することを研究することにした。
【００１６】
ＳｉＣＮ層はＳｉ、Ｃ、Ｎ物質構成によって多様な格子定数を有し得ることが知られている。また、ＧａＮ及びサファイヤのようなヘキサゴナル型の格子を有することができる（「アプライドフィジクスレター（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒ）」（７２巻)，１９号，１９９８年５月１１日，２４６３‐２４６５，クリスタリンシリコンカーボンナイトライド（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）参照）， （「フィジカルレビューＢ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｒｅｖｉｅｗ Ｂ）」（５５巻），９号，１９９７年３月１日，５６８４‐５６８８，１対１の化学量論比で混合されるカーボンナイトライド（ｃａｒｂｏｎ
ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｗｉｔｈ １：１ ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ）参照）。
【００１７】
また、ＳｉＣＮ物質は、その硬度、及び安全性がダイアモンドに比肩されるほどに優秀で、現在超精密チップのコーティング用として使われている物質である。本発明によれば、このようなＳｉＣＮ物質をサファイヤ基板上にＭＯＣＶＤ法で成長をさせて、その上にＧａＮ膜を成長させることによって、サファイヤ基板とＧａＮ系窒化膜の間のひずみを最小化することが可能である。
【００１８】
以下、ＳｉＣＮバッファー層を利用することによってストレインを従来技術に対して改善する原理を説明する。
ＣＮの格子定数（ａ）は概略的に２．６ｎｍであり、ＳｉＣの格子定数は０．３０８ｎｍ、ＧａＮの格子定数は０．３１８９、サファイヤの格子定数は０．２７４７ｎｍである。また最近の報告によるとＳｉ２３Ｃ３８Ｎ３９の場合、格子定数は０．３１１７ｎｍであることが報告されている。ここでいう格子定数（ａ）とは、ヘキサゴナル構造のある平面において、最も近接する原子間の距離を意味する。
【００１９】
このような特性を図４と図５に概略的に示した。既存のサファイヤ基板上にＧａＮ膜を成長させる場合に薄膜の品質が悪くなる理由は、サファイヤ基板の格子は０．２７２７ｎｍであり、ＧａＮの格子定数は０．３１８９ｎｍであるため、サファイヤ基板とＧａＮ膜との間で１７％程度の格子不整合があるからである。このような大きい格子不整合があることから、その薄膜の成長は非常に難しく、また高品質を得るには限界がある。
【００２０】
本研究グループは、本研究の前にした出願により、ＳｉＣバッファー層を形成する技術を発表しており、ＳｉＣは、その格子定数が０．３０８ｎｍであり、ＧａＮに比べて小さく、サファイヤ基板との格子不整合が１３％程度と小さい。したがって、ＳｉＣバッファー層は、ＧａＮバッファーを用いたものに比べて、より優れた特性を有することができる。しかし、ＳｉＣを利用する場合も格子不整合が１３％程度存在するので高品質の薄膜を得るのには相変らず問題がある。
【００２１】
したがって、本発明においては、このような格子不整合の問題をより根本的に解決するために、ＳｉＣＮ物質をバッファー層に導入した。ＣＮ（１対１の化学量論比（１：１  ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ））の格子定数は０．２６１１ｎｍであり、Ｓｉ２３Ｃ３８Ｎ３９の格子定数は０．３１１７ｎｍであることが実験的に確認されている。したがって、ＳｉＣＮの組成を調節すれば、サファイヤと格子大きさが一致するＳｉＣＮ層を形成することができる。また、ＧａＮと類似する格子定数を有するＳｉＣＮを形成することができる（一例としては、前述したＳｉ２３Ｃ３８Ｎ３９を利用する場合、ＧａＮとの格子不整合が２％程度と少なくなる。）。
【００２２】
したがって、ＳｉＣＮを利用する場合、サファイヤ基板とＧａＮ間の格子不整合を緩和することができる。また、応用技術として、ＳｉＣＮの組成を連続的または不連続的に変化させて、ＳｉＣＮ格子をサファイヤ格子の大きさからＧａＮ格子の大きさに順次調節することにより、理想的なバッファー層を形成することが可能となる。
【００２３】
この場合、サファイヤと接触するＳｉＣＮ層はサファイヤと同一の格子を有し、ＧａＮ側ではＳｉＣＮがＧａＮとほぼ同一の格子を有するようにバッファー層を形成することができる。
また、ＳｉＣＮバッファー層の上にＧａＮ膜を成長させる場合、成長条件（ＳｉＣＮ成長温度、ＳｉＣＮ物質構成比、ＧａＮ膜成長温度、Ｖ族に対するＩＩＩ族の原子比（Ｖ／ＩＩＩ  ｒａｔｉｏ）等）にしたがって様々な特徴が現れるが、特に、高温でＧａＮ系窒化膜、例えば、ＧａＮ膜を成長させると、ＳｉＣＮとＧａＮ間の接着力が良くない場合がある。初期状態ではウエハの表面全体に一様に連続的なＧａＮ膜を得ることができず、不連続的なＧａＮ膜が存在する場合がある。ここで、連続的なＧａＮ膜を結合させるためには、水平成長モードを増加させて、相当な厚さのＧａＮ膜を成長させなければならないという問題がある。
【００２４】
本発明によれば、ＳｉＣＮバッファー層とその上に成長されるＧａＮ系窒化膜との接着を良くするために、Ａｌ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ｉｎ（ｚ１）Ｎ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，０≦ｚ１≦１，ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）からなるぬれ層が採用されている。しかしながら、このぬれ層は、薄膜の特性を改善するために挿入される層であり、必ずしも必要ではない。
【００２５】
上記バッファー層として用いられるＳｉＣＮを形成させるためには、シリコン、炭素及び窒素基がＭＯＣＶＤ蒸着器内で反応される。シリコン材料としてはＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＤＴＢＳｉなどが、炭素材料としては、ＣＢｒ４、ＣＨ４などが、窒素基材料としてはアンモニアまたはハイドラジン系ソースが使用され得る。
一方、上記ＧａＮ系窒化膜を成長させるためには、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ、ＥＤＭＩｎ、ＴＭＧａ、ＴＥＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＥＡｌＮＨ３、ハイドラジンなどの多様な材料が使用され得る。
このように、本発明の構成要素である各薄膜等の材料を例示したが、本発明の思想は、これに制限されるのではない。
【００２６】
一方、本発明のＧａＮ系窒化膜の形成方法は、図２及び図３に示すように、サファイヤ基板１０上にシリコンカーボンナイトライドまたはカーボンナイトライド（ＳｉａＣｂＮｃ，ｃ，ｂ>０，ａ≧０）バッファー層（２０;  以下、「シリコンカーボンナイトライドバッファー層」と称する）を形成する段階と、シリコンカーボンナイトライドバッファー層２０上にＡｌ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ｉｎ（ｚ１）Ｎ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，０≦ｚ１≦１，ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）の組成からなるぬれ層３０を形成する段階と、を含む。
【００２７】
シリコンカーボンナイトライドバッファー層２０は、膜層の形成が可能な５００℃以上、装置の平均的許容温度である１２００℃以下で成長させることが好ましい。
シリコンカーボンナイトライドバッファー層２０の厚さは、５Å〜１０００Åの値で構成されることが好ましい。しかしながら、成長時、膜は実質的に３次元で形成されるので、その厚さを正確に規定することは難しいが、平均的な高さが上記値を有することが好ましい。
【００２８】
ぬれ層３０は、同一の化学量論的組成を有する単層として、または、各々の層が異なる化学量論的組成を有する複数の層として形成される。
また、ぬれ層３０は、４００℃〜１１００℃の温度で成長させることが好ましく、その総厚さは５Å〜５０００Åであることが好ましい。
さらに、ぬれ層３０の形成段階において、Ｖ族に対するＩＩＩ族の原子比は１〜５０００の範囲内にあることが好ましく、さらに、ＧａＮ系窒化膜１２にヒロックが発生するＶ族に対するＩＩＩ族の原子比より小さい方がより一層好ましい。
【００２９】
前述したように、ぬれ層３０は必要に応じて構成することが可能である。
一方、ぬれ層３０の上に成長されるＧａＮ系窒化膜１２は９００℃〜１２００℃間の温度で成長されることが好ましい。
さらに、ＧａＮ系窒化膜１２のＶ族に対するＩＩＩ族の原子比は５００〜２０，０００であることが好ましい。
【実施例】
【００３０】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例及び比較例を説明する。添付図面において、同一構成要素には同一符号を付し、別途の重複する説明は省略する。
上記実施例と比較例において、ＭＯＣＶＤを用い、かつ全てのサファイヤ基板１０を使用し、ＧａＮ系窒化膜の成長は、全ての実施例において同一の条件で行った。
【００３１】
［実施例１］
図２に示すように、サファイヤ基板１０に初期高温（１０００℃以上）でプレベーキングを施した後、９００℃〜１０００℃でシリコンカーボンナイトライドバッファー層２０を成長させる。このとき、資料としてはＤＴＢＳｉ、ＣＢｒ４、及びＮＨ３を使用し、シリコンカーボンナイトライドバッファー層２０の厚さは１００Åである。キャリアガスとしては水素を使用した。シリコンカーボンナイトライドバッファー層２０を成長させた後、反応器の温度を１０５０℃まで昇温させ、水分を安定にさせるために静置する。そして、ＴＭＧａ、ＮＨ３を利用してＧａＮ膜１２を成長させる。
【００３２】
［実施例２］
図３に示すように、サファイヤ基板１０に初期高温（１０００℃以上）でプレベーキングを施した後、９００℃〜１０００℃でシリコンカーボンナイトライドバッファー層２０を成長させる。このとき、資料としてはＤＴＢＳｉ、ＣＢｒ４、及びＮＨ３を使用し、シリコンカーボンナイトライドバッファー層２０の厚さ１００Åまで成長させる。キャリアガスとしては水素を利用した。次いで、シリコンカーボンナイトライドバッファー層２０の上にＩｎ０.０2Ｇａ０.９８Ｎからなるぬれ層３０が形成される。このとき、資料としてはＴＭＩｎ、ＴＭＧａ及びＮＨ３が使用され、成長温度は８００℃であった。また、ぬれ層３０の形成段階においてＶ族に対するＩＩＩ族の原子比は５０００〜６０００の範囲内で設定した。その後、ぬれ層３０の上にＧａＮ膜１２を形成する。ここで、ＧａＮ膜１２の成長条件は通常知られている条件を使用するが、概して１０５０℃近くの温度で成長させる。
【００３３】
以上でＧａＮ系窒化膜の成長方法に対して説明したが、本発明はこれに制限されるのではなく、Ａｌ（ａ）Ｉｎ（ｂ）Ｇａ（ｃ）Ｎ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）基盤窒化膜の成長に拡張されることもできる、すなわち、ＩｎＮの格子定数が３．５４４Åであり、ＡｌNの格子定数が３．１１１Åであるから、本発明のシリコンカーボンナイトライドバッファー層はＡｌ（ａ）Ｉｎ（ｂ）Ｇａ（ｃ）Ｎ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）基盤窒化膜の成長にも適用されることが出来るはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、従来技術によってＧａＮ系窒化膜を形成する方法を説明するための図である。
【図２】図２は、サファイヤ基板上にＳｉＣＮバッファー層を形成した後、その上にＧａＮ膜を形成する方法を説明するための図である。
【図３】図３は、サファイヤ基板上にＳｉＣＮバッファー層を形成した後、ぬれ層を成長させ、その上にＧａＮa膜を形成する方法を説明するための図である。
【図４】図４は、ＳｉＣＮのシリコンの含有による格子定数の変化を示すグラフである。
【図５】図５は、様々な物質の格子定数表である。
【図１】
2008500740.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008500740.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008500740.tif 000007
【国際調査報告】
2008500740.tif 000008
2008500740.tif 000009