(57)【要約】【課題】結晶中の転位の挙動に違いが出ることにより、転位の屈曲が起こらずＧａN層の表面まで貫通してしまうこと、及び、ピットが閉塞しないなど、ＧａN層表面の平坦化に影響が出ることに対し、ＡｌＧａN中間層なしで凹凸を形成すること。【解決手段】半導体成長用基板と、該半導体成長用基板の主面上に形成された第１の窒化ガリウム層と、該第１の窒化ガリウム層上に形成された第２の窒化ガリウム層とを有するエピタキシャル基板において、上記第１の窒化ガリウム層のａ面またはｍ面が上記半導体成長用基板の主面に平行であって、上記第１の窒化ガリウム層と第２の窒化ガリウム層との界面は上記半導体成長用基板の主面に対して非平行であること。【選択図】図1
2008056517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体成長用基板と、
該半導体成長用基板の主面上に形成された第１の窒化ガリウム層と、
該第１の窒化ガリウム層上に形成された第２の窒化ガリウム層とを有するエピタキシャル基板において、
上記第１の窒化ガリウム層のａ面またはｍ面が上記半導体成長用基板の主面に平行であって、
上記第１の窒化ガリウム層と第２の窒化ガリウム層との界面は上記半導体成長用基板の主面に対して非平行である
ことを特徴とするエピタキシャル基板。
【請求項２】
上記半導体成長用基板がサファイア基板であって、該サファイア基板の主面がｒ面であることを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル基板。
【請求項３】
上記半導体成長用基板が炭化珪素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、酸化亜鉛、珪素、ゲルマニウム、アルミン酸リチウム、ニオブ酸リチウムのいずれかである
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエピタキシャル基板。
【請求項４】
上記界面がｃ面または｛１０−１１｝面からなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエピタキシャル基板。
【請求項５】
上記界面の高低差が１０ｎｍ〜２００ｎｍである
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエピタキシャル基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のエピタキシャル基板であって、
上記第１の窒化ガリウム層と第２の窒化ガリウム層が交互に積層された
ことを特徴とするエピタキシャル基板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のエピタキシャル基板への気相成長方法であって、
上記第１の窒化ガリウム層と第２の窒化ガリウム層とをそれぞれ異なる圧力と温度で気相成長させて積層する
ことを特徴とする気相成長方法。
【請求項８】
上記第１の窒化ガリウム層を４０ｋＰａ以上１０５ｋＰａ以下の圧力で成長させる第一気相成長工程と、
上記第２の窒化ガリウム層を１ｋＰａ以上１１ｋＰａ以下の圧力で成長させる第二気相成長工程とを有する
ことを特徴とする請求項７に記載の気相成長方法。
【請求項９】
上記第１気相成長工程における窒化ガリウム層の成長温度を９００℃以上１０００℃以下とする
ことを特徴とする請求項７または８に記載の気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光装置、電界効果トランジスタなどの電子走行装置に利用されるエピタキシャル基板及び気相成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム（以下、ＡｌＮという。）、窒化ガリウム（以下、ＧａNという。）、窒化インジウム、あるいは、それらの混晶である窒化アルミニウムガリウムインジウム（以下、ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）という。）などの窒化物系半導体は受発光素子や電子走行素子に用いることができるため、近年、その結晶成長や半導体装置への応用について、幅広く研究がなされており、発光ダイオード、レーザダイオードに関しては、既に実用化されている。窒化物系半導体は大型のバルク単結晶が成長できないため、一般的には、（０００１）サファイア（以下ｃ面サファイアという）、（１１−２０）サファイア、もしくは、（０００１）４Ｈ−ＳｉＣ、（０００１）６Ｈ−ＳｉＣなどの基板を用いてヘテロエピタキシャル成長させている。エピタキシャル成長の方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ) 法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法などがあるが、実用化の面で最も一般的なのはＭＯＶＰＥ法である。上記のように、既に実用化されている半導体装置に用いられている窒化物系半導体は、結晶構造が反転対象性を持たない六方晶系のウルツ鉱構造であることに起因し、ｃ軸方向に分極を生じている。このため、同じｃ軸方向であっても、＜０００１＞と＜０００−１＞は等価ではない。一方、＜１１−２０＞や＜１−１００＞などのｃ軸に垂直な方向には、分極を生じないため無極性である。
【０００３】
従来では、図６は異なる材料からなる２層（第１層６１、及び、第２層６２）が積層された窒化物系半導体のヘテロ接合を示しているが、結晶成長方位は全てへテロ接合界面６１ａがｃ軸６３と直交している。このように、格子定数の異なる２層を積層してなるヘテロ接合を作製した場合、結晶内に歪によって大きなピエゾ電界を生じる。このピエゾ電界は半導体装置の特性に大きな影響を与えており、電界効果トランジスタなどの電子走行装置おいて問題となっている。このピエゾ電界による問題を解消する結晶成長方法として、＜１１−２０＞または＜１−１００＞のような無極性面が主面となるように配向させる（以下、それぞれ、ａ軸配向、ｍ軸配向という。）ことでピエゾ電界が生じず、半導体装置の特性を改善できると期待されている。なお、ｒ面サファイア基板を用いてａ軸配向した窒化物形半導体を成長させることについては、従来より既に公知の技術である。しかし、無極性面に垂直な方向への窒化物系半導体の気相成長において、窒化物系半導体層に発生する転位や積層欠陥などの結晶欠陥は、＜０００１＞配向（以下、ｃ軸配向という。）させた場合に比べて高密度に存在し、それ故、本来無極性面で成長させた場合に期待される半導体装置の特性が得られていない。
【０００４】
これを改善するために、いくつかの取り組みが既に成されており、図７に示すように、一度サファイア基板上にＧａNを成長させ（図中１００）、その上にマスク材を堆積し（図中１０２）、その後、マスクのパターニングを行い（図中１０４）、溶剤を使って洗浄し（図中１０６）、ＧａNの再成長を行い（図中１０８）、横方向過剰成長を利用して、転位がエピタキシャル基板の表面に貫通することを防止したエピタキシャル基板を得ている。
【０００５】
しかし、この方法では、無極性ＧａNの成長を一度行い、基板を反応炉から取り出した後に、フォトリソグラフィー技術と蒸着などの成膜技術を用いてストライプ状のマスクの作製をし、さらに、ドライエッチング技術によって段差加工を行った後にＧａN層の成長を行っており、工程が複雑であると共に、エピタキシャル基板作製時間が著しく延びてしまう問題があった。
【０００６】
そこで、図８のように、ＭＯＶＰＥ法を用いてｒ面サファイア基板１１上にＡｌＮ下地層８２、ＡｌＧａN中間層８３、ＧａN層８４を順次積層して、エピタキシャル基板８を得ることが採用されている。成長中に転位をＡｌＧａN中間層８３とＧａN層８４との界面の凹凸形状で屈曲させ、ＧａN層８４の表面まで貫通する前に転位を消滅させることにより、転位密度の低減が可能であると述べている。特にＡｌＧａN中間層８３は表面が凹凸形状となりやすいので、この効果を得るのに好都合である。この方法により、フォトリソグラフィー技術や成膜技術、ドライエッチング技術を必要としない方法であり、簡易に転位密度を低減できる（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１０，２００５，ｐｐ．７４１８−７４２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１のＡｌＧａN中間層８３はＧａNとＡｌＮとの間の混晶であり、ＡｌＮモル分率（固相中のＡｌｘＧａ１−ｘＮにおけるｘ）は、反応炉の状況によって容易に変化するため、ＡｌＧａN層を再現性良く作り出すのは困難であった。ＡｌＧａN中間層８３のＡｌＮモル分率の違いは、その上に形成するＧａN層８４に与える歪みの量が異なるため、結晶中の転位の挙動に違いが出ることにより、転位の屈曲が起こらずＧａN層８４の表面まで貫通してしまうこととなる。
【０００８】
また、ＡｌＮモル分率が異なる場合には、成長レートや凹凸形状の高さ、幅が異なることによりピットが閉塞しないなど、ＧａN層８４表面の平坦化に影響が出ることとなる。
【０００９】
これらは、凹凸形状を有する層を混晶で形成していることに起因しており、ＡｌＧａN中間層８３なしで凹凸を形成することが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記に鑑みて本発明は、半導体成長用基板と、該半導体成長用基板の主面上に形成された第１の窒化ガリウム層と、該第１の窒化ガリウム層上に形成された第２の窒化ガリウム層とを有するエピタキシャル基板において、上記第１の窒化ガリウム層のａ面またはｍ面が上記半導体成長用基板の主面に平行であって、上記第１の窒化ガリウム層と第２の窒化ガリウム層との界面は上記半導体成長用基板の主面に対して非平行であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記半導体成長用基板がサファイア基板であって、該サファイア基板の主面がｒ面であることを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記半導体成長用基板が炭化珪素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、酸化亜鉛、珪素、ゲルマニウム、アルミン酸リチウム、ニオブ酸リチウムのいずれかであることを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記界面がｃ面または｛１０−１１｝面からなることを特徴とする。
【００１４】
さらに上記界面の高低差が１０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする。
【００１５】
さらに上記エピタキシャル基板であって、上記第１の窒化ガリウム層と第２の窒化ガリウム層が交互に積層されたことを特徴とする。
【００１６】
上記エピタキシャル基板への気相成長方法であって、上記第１の窒化ガリウム層と第２の窒化ガリウム層とをそれぞれ異なる圧力と温度で気相成長させて積層することを特徴とする。
【００１７】
上記第１の窒化ガリウム層を４０ｋＰａ以上１０５ｋＰａ以下の圧力で成長させる第一気相成長工程と、上記第２の窒化ガリウム層を１ｋＰａ以上１１ｋＰａ以下の圧力で成長させる第二気相成長工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
上記第１気相成長工程における窒化ガリウム層の成長温度を９００℃以上１０００℃以下とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のエピタキシャル基板及びエピタキシャル基板への気相成長方法を用いることにより、複雑な工程を行うことなく、表面平坦性に優れた転位密度の少ない窒化ガリウム層を再現性良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図1は、本発明を用いて作製したエピタキシャル基板１の構造を示す一例である。ＧａN層はａ軸配向しており、図１（ａ）中の矢印１１ｂ、１１ｃは、それぞれ、ｒ面サファイア基板１１のｒ軸、ｃ軸を表し、矢印１３ａ、１３ｂは、それぞれＧａN層のａ軸、ｃ軸に対応する。
【００２２】
まず、ＭＯＶＰＥ法により半導体成長用基板１１上にＧａN層を成長させる。例えば、ｒ面を主面とするサファイア基板１１（以下、ｒ面サファイア基板１１という。）の主面１１ａ上に、第１のＧａN層１２を成長させる。第１のＧａN層１２は、４０ｋＰａ以上１０５ｋＰａ以下の圧力で結晶成長させることにより、表面は凹凸形状とすることが出来る。凹凸形状は、ｃ面や｛１０−１１｝など、半導体成長用基板の主面に非平行な面（その結晶構造に特有な安定面であるファセット面）であり、その発現のしやすさについては成長条件に依存する。
【００２３】
図１（ｂ）に、無極性面を主面とする窒化物系半導体（ウルツ鉱構造）の結晶面の配置を図示した。ここで主面となる無極性面１４はａ面であり、ｃ軸１３ｂは主面と平行であり、ｃ面１５は主面に対して垂直である。
【００２４】
また、凹凸形状を構成する｛１０−１１｝のうち、（０１−１１）１６を図示したが、（１０−１１）など他の面も同様に凹凸形状を形成しうる。本発明によれば凹凸形状の断面形状において、凹部と凸部との高低差が１０ｎｍから２００ｎｍとなる。第１のＧａN層１２上には、第２のＧａN層１３が積層されている。第２のＧａN層１３は１ｋＰａ以上１１ｋＰａ以下の圧力で成長させる。
【００２５】
第１のＧａN層１２が凹凸形状を有することから、図２に示すように、第１のＧａN層中の転位が界面１２ａで屈曲し、第２のＧａN層１３を貫通することなく、ぶつかり合って消滅する。図２では、第１のＧａN層１２中の転位２１が、界面１２ａによって屈曲し、第２のＧａN層１３中では転位２２のように斜めに進み、同様に屈曲してきた他の転位２２と会合することで消滅する。この結果、第２のＧａN層１３の表面では、転位密度が低減され、高品質なＧａN層を得ることができ、ａ軸配向した窒化物系半導体層を積層したエピタキシャル基板１が得られる。
【００２６】
上記の非特許文献１の方法では、ＡｌＧａN層によって凹凸形状を形成しているが、混晶のＡｌＧａNを用いることでＡｌＮモル分率や成長レートにバラツキを生じ易く、再現性が悪く、その結果、転位密度の低減を困難にする。つまり、凹凸形状の形成のため、混晶を積層することによって生じる歪みを用いている。本発明によると、混晶ではないＧａNからなる第１のＧａN層を用いれば、ほぼ一定の凹凸形状とすることができる。この結果、転位密度の低減の再現性を向上できる点で本発明は優れている。同一の材料で凹凸形状を形成するために、本発明では第１のＧａN層１２と第２のＧａN層１３の成長圧力を大きく変化させていることが重要である。これは、半導体成長用基板の主面に対して平行な無極性面を有するＧａNのファセット面の形成が成長圧力に大きく依存していることに着目したものであり、第１のＧａN層を高い圧力で成長させることで凹凸形状を形成し、その後、第２のＧａN層を低い圧力で成長させて、表面の平坦化を行うことが有効な手段である。成長温度は、第１のＧａN層１２成長時に、９００℃以上、１０００℃以下とすればよい。第１のＧａN層は１０００℃以下では表面の凹凸形状において（１１−２０）のファセット面が形成されにくくなり、その代わりにｃ面や｛１０−１１｝などのファセット面が形成されるため、その上に成長させる第２のＧａN層中の転位が表面まで貫通するのを低減できる。
【００２７】
図３は、無極性面であるａ面３１を主面とする場合の、各面の位置関係を説明するためにエピタキシャル基板を上から見たものであり、ｃ面３２、及び、｛１０−１１｝のファセット面３３によって囲まれた形状を一つ描いてある。ａ面からなる主面３１に対してｃ面３２は垂直に位置している。（１０−１１）のファセット面３３、または、それと等価な面である（０１−１１）のファセット面３４は無極性面であるａ面３１に対して斜めに位置している。 実際には、このような形状を有するＧａNのドメインが高密度に集まり、隣り合わせることで第１のＧａN層１２となり、第１のＧａN層１２の成長後の主面にはａ面は存在せず、エピタキシャル基板の表面全般に渡って凹凸形状を形成する。この凹凸形状を埋め込むように第２のＧａN層１３を形成させる。
【００２８】
このようなファセット面の形成は、エピタキシャル基板の断面を、蛍光顕微鏡を用いて観察することで確認できる。蛍光顕微鏡は紫外線を用いて観察するが、ファセット面の形成が異なることによって取り込まれる不純物濃度が変化することから、界面１２ａを明瞭に観察することが可能である。本発明において界面１２ａがｃ面または｛１０−１１｝面からなることは。蛍光顕微鏡で界面１２ａの角度を特定することで確認可能である。
【００２９】
ここで、第１のＧａN層を９００℃よりも低い温度で成長させると、転位自体が多くなり好ましくない。第２のＧａN層は圧力依存が強く、１ｋＰａ以上１１ｋＰａ以下の圧力で成長を行えば、成長温度に依存せずに表面平坦性の効果を得ることができる。
【００３０】
気相成長における圧力を１ｋＰａ以下とすると結晶成長自体が進まず、１１ｋＰａ以上とするとエピタキシャル基板の表面平坦性が劣化する。
【００３１】
第１、及び、第２のＧａN層の成長レートは、成長条件によって異なり、また、成長装置の反応炉構造やサイズにも依存するため、それに応じて成長時間を調整する必要があるが、転位密度の低減と表面平坦性の向上の効果を十分に得られる範囲において、例えば、第１、及び、第２のＧａN層でそれぞれ２．０μｍ／ｈ、及び、１．０μｍ／ｈとすれば良い。
【００３２】
また、第１のＧａN層によって形成する凹凸形状の高さが２００ｎｍ以上の場合、第２のＧａN層の成長により凹凸形状を埋め込むことが困難となり、これを埋め込んで平坦性を高めるために多大な時間を要する事となるため、第２のＧａN層の成長による凹凸形状の埋め込みが容易な高さは２００ｎｍでとどめておくことが好ましい。凹凸形状の埋め込みが十分でない場合は、第１、及び、２のＧａN層の積層を交互に繰り返すことで、転位密度の低減を行いつつ、平坦性の向上を行うことができる。必要に応じて、繰り返しの回数を定めれば良く、例えば、２〜５回繰り返せば良い。
【００３３】
図４に積層を２回繰り返してＧａNを形成したエピタキシャル基板２の断面構造を示す。
【００３４】
ｒ面サファイア基板１１上に、第１のＧａN層４２を、４０ｋＰａ以上１０５ｋＰａ以下の成長圧力で成長させ、高さ２００ｎｍ以下の凹凸形状を形成する。その後、第２のＧａN層４３を１ｋＰａ以上、１１ｋＰａ以下の成長圧力で成長させ、凹凸形状を埋め込みを行う。
【００３５】
しかしながら、表面の平坦化が不十分な場合があるので、上記第１のＧａN層４２の成長条件と同じ条件によって第３のＧａN層４４を積層する。その後、上記第２のＧａN層４３の成長条件と同じ条件によって第４のＧａN層４５を積層する。交互に積層することにより、転位密度の低減効果を損なうことなく、表面の平坦化を行うことができる。図４では２回繰り返す場合を例に説明したが、さらに回数を増しても良く、繰り返すことで表面平坦性の向上を図ることが好ましい。
【００３６】
半導体成長用基板としては、炭化珪素、ＧａN、ＡｌＮ、窒化硼素、酸化亜鉛、珪素、ゲルマニウム、アルミン酸リチウム、ニオブ酸リチウムのいずれかの単結晶を用いることができ、それぞれ適切な条件を用いて、窒化物系半導体の成長を行うことができる。
【００３７】
第１、及び、第２のＧａN層の面方位は、半導体成長用基板の面方位によって一意的に決まり、例えば、サファイア基板のｒ面を用いて、その上に成長させる窒化物系半導体層１２はａ軸配向するようにすることが好ましい。
【００３８】
また、ＳｉＣ基板のａ面を用いると、ａ面の窒化物系半導体層１２が得られ、ｍ面を用いると、ｍ面の窒化物系半導体層が得られる。このように、上記半導体成長用基板も適宜面方位を選べば、それぞれに対応した面方位の窒化物系半導体層１２を得ることができる。
【００３９】
本発明の結晶成長の方法としては、ＭＯＶＰＥ法を用いたが、本発明はこの方法に限られるものではなく、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法など、その他の気相成長法であっても構わない。
【００４０】
本発明の気相成長方法を用いて製造した窒化物系半導体のエピタキシャル基板は、表面平坦性に優れ、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したＲＭＳ表面粗さは、１０ｎｍ以下とすることができる。この値は、半導体装置を製造するにあたって十分なＲＭＳ表面粗さである。従って、このエピタキシャル基板１を用いた場合、ピエゾ電界に起因する悪影響を受けない、優れた特性を有する半導体装置を製造することができる。
【００４１】
また、図５における１はサファイアの単位格子を示している。サファイアのｒ面は、製造上の誤差によって、若干のオフアングルを有していることがある。図５に示すようなサファイア基板１１のｒ面５２のオフアングルについては、ｃ軸５３をｒ軸５４に近づける方向に０．５°程度傾けたものを用いると結晶成長が容易になるので好ましいが、あらゆる方向のオフアングルが５度以下であれば、成長条件を調節することで、本発明の効果を発揮させることが可能であるため、本発明におけるｒ面を主面とするサファイア基板は、５度以内のオフアングルを許容するものとする。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の実施例について、結果を表１に示して説明する。
【表１】
2008056517.tif 000003
【００４３】
（第１の実施例）
成長方法にはＭＯＶＰＥ法を用い、半導体成長用基板１１としてｒ面サファイア基板上に、まず第１のＧａN層１２を、基板温度を９５０℃、成長圧力を７０ｋＰａ、１５ｍｉｎで、高さ１００ｎｍの凹凸形状が形成し、引き続き、第２のＧａN層１３を基板温度９５０℃、成長圧力５ｋＰａ、６０ｍｉｎで形成することで、本発明の実施例である試料３に示すエピタキシャル基板１を得た。Ｘ線回折により第２のＧａN層１３がａ軸配向していることが確認され、断面透過型電子顕微鏡観察により、転位密度が２×１０８ｃｍ−２以下で有良好な結果を得た。エピタキシャル基板１１の表面平坦性も３ｎｍと良好であった。Ｎ数１００で同じ実験を行ったところ、歩留まりは８５％以上であり良好な再現性を有していた。
【００４４】
一方、比較例である試料１では、第１のＧａN層１２と第２のＧａN層１３の成長圧力がそれぞれ７０ｋＰａ、１００ｋＰａであり、無極性面が十分に現れず、また再現性がなく、半導体装置を作製するに堪えないエピタキシャル基板となってしまった。他の比較例である試料２では、第１のＧａN層１２と第２のＧａN層１３の成長圧力がそれぞれ５ｋＰａであり、界面１２ａが主面に対して平行となっていたため、転位密度の低減効果が得られず、１×１０１１ｃｍ−２の高い転位密度のエピタキシャル基板となってしまった。
【００４５】
次に、本発明の実施例である試料３と同じ条件で半導体成長用基板１１の材料のみを変更し、炭化珪素、ＧａN、ＡｌＮ、窒化硼素、酸化亜鉛、珪素、ゲルマニウム、アルミン酸リチウム、ニオブ酸リチウムを用いた試料４〜１２を作製した。それぞれ、無極性面が出現するような面方位を選んで実験した結果、ｒ面サファイア基板を用いた場合と同様、約１×１０８ｃｍ−２であり、良好な転位密度となっていた。また、歩留まりも９０％で良好な再現性を有していた。
【００４６】
次に、第１のＧａN層１２の成長圧力を変化させた試料１３〜１６を作製した。試料１３のように、第１のＧａN層１２の成長圧力が４０ｋＰａ以下のときは、第１のＧａN層１２と第２のＧａN層１３の界面１２ａが、局所的に半導体成長用基板１１に対して平行となる場合があり、転位密度は、２×１０１０ｃｍ−２となってしまうが使用可能な範囲である。一方、試料１６のように成長圧力を１１０ｋＰａとしたときは、界面１２ａの高低差が２３０ｎｍと大きくなり、最終的なエピタキシャル基板表面を平坦化できなかった。
【００４７】
次に、第２のＧａN層１３の成長圧力を変化させた試料１７〜２０を作製した。試料１７〜２０を原子管力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定すると、エピタキシャル基板１１のＲＭＳ表面粗さが強く影響を受けていた。試料１７と２０ではＲＭＳ表面粗さが悪化するが使用可能な範囲ではある。
【００４８】
次に、第１のＧａN層１２の成長温度を変化させた試料２１〜２４を作製した。９００℃以下のときはエピタキシャル基板１１の転位密度があまり低減されず、また、１０００℃より高い時は、界面１２ａの高低差が大きくなるため、エピタキシャル基板１１の表面平坦性がやや劣化したが、それぞれ使用可能な範囲ではある。
【００４９】
次に、第１のＧａN層１２、及び、第２のＧａN層１３の積層回数を増やして実験を行った。この実験手順を下記に示す。
【００５０】
成長方法にはＭＯＶＰＥ法を用い、半導体成長用基板１１としてｒ面サファイア基板を使用した。
【００５１】
まず、第１のＧａN層１２を基板温度９５０℃、成長圧力７０ｋＰａ、４５ｍｉｎで、高さ３００ｎｍの凹凸形状を形成し、引き続き、第２のＧａN層１３を基板温度９５０℃、成長圧力５ｋＰａ、１８０ｍｉｎとしたが、界面１２ａの凹凸形状を第２のＧａN層１２の成長によってこれを埋め込むことができず、ＲＭＳ表面粗さが大きくなった。しかし、第１のＧａN層１２の成長時間を短くすると、転位密度の低減効果が損なわれてしまうため、第１のＧａN層１２及び第２のＧａN層１３の成長時間をそれぞれ５ｍｉｎ及び２０ｍｉｎと短くする代わりに、第１のＧａN層１２及び第２のＧａN層１３の積層を交互に繰り返すことで、凹凸形状を埋め込む表面平坦性の向上と、転位密度の低減を両立させることを試みた。試料２５，２６に示すように、２回以上積層を交互に繰り返した場合は、いずれも表面平坦性と再現性に優れたエピタキシャル基板１を得ることができた。
【００５２】
なお、試料２７は非特許文献１に対応する比較例であるが、材質の異なる層が介在するため再現性が悪いものであった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）は本発明のエピタキシャル基板の実施形態を説明する断面図であり、（ｂ）は無極性面を主面とする窒化物系半導体（ウルツ鉱構造）の結晶面の模式図である。
【図２】本発明のエピタキシャル基板における転位の挙動を説明する模式図である。
【図３】本発明のエピタキシャル基板における凹凸形状を説明する模式図である。
【図４】本発明のエピタキシャル基板の他の実施形態を説明する断面図である。
【図５】本発明で用いるｒ面サファイア基板を説明する模式図である。
【図６】通常のｃ軸配向した窒化物系半導体のヘテロ接合を説明する模式図である。
【図７】従来のａ面を主面とするＧａNの転位密度の低減方法のフローチャートである。
【図８】従来のエピタキシャル基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１     エピタキシャル基板（本発明）
４     本発明のエピタキシャル基板
８     エピタキシャル基板（従来例）
１１   半導体成長用基板
１１ｂ 半導体成長用基板のｒ軸
１１ｃ 半導体成長用基板のｃ軸
１２   第１のＧａN層
１２ａ 界面
１３   第２のＧａN層
１３ａ 窒化物系半導体層のａ軸
１３ｂ 窒化物系半導体層のｃ軸
１４   無極性面
１５   ＧａN層のｃ面
１６    ＧａN層の（０１−１１）面
２１   垂直に延びる転位
２２   屈曲した転位
３１   ＧａN層のａ面
３２   ＧａN層のｃ面
３３   ＧａN層の（１０−１１）面
３４   ＧａN層の（０１−１１）面
４２   第１のＧａN層
４３   第２のＧａN層
４４   第３のＧａN層
４５   第４のＧａN層
５１   サファイアの単位胞
５２   サファイア基板のｒ面
５３   サファイア基板のｃ軸
５４   サファイア基板のｒ軸
６１   層
６１ａ ヘテロ接合界面
６２   層
６３   サファイア基板のｃ軸
８２   ＡｌＮ下地層
８３   ＡｌＧａN中間層
８４   ＧａN層
【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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【図８】
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