(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を製造するための支持体の製造方法において、
−  基板（１０）上にバッファ層（２０）を形成するステップ（１００）と、
−  前記バッファ層上に結晶層（３０）を堆積させるステップ（２００）と
を含み、
前記バッファ層はＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を含み、
前記結晶層はＩＩＩ族窒化物に基づく前記上部層の表面全体を覆うようにシリコン原子から堆積され、前記結晶層（３０）は、結晶学的方向［１−１００］における電子の斜入射回折によって得られる前記結晶層の回折像が、
−  中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）と、
−  前記中心線（０、０）と前記整数次線（０、−１）との間の２つの分数次回折線（０、−１／３）及び（０、−２／３）と、
−  前記中心線（０、０）と前記整数次線（０、１）との間の２つの分数次回折線（０、１／３）及び（０、２／３）と
を含むように、前記方向［１−１００］においてシリコン原子の三重の周期性を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記結晶層は、結晶学的方向［１−２１０］における電子の斜入射回折によって得られる前記結晶層の回折像が、中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）を、それらの間に分数次線が存在しない状態で含むように、前記方向［１−２１０］に単一の周期性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記結晶層（３０）を堆積させる前記ステップ（２００）は、前記結晶学的方向［１−１００］における回折像の前記中間の分数次線の最大光度に対応する瞬間に中断される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板はシリコンに基づいており、前記バッファ層（２０）を形成する前記ステップ（１００）は、ＩＩＩ族窒化物に基づく前記上部層を形成する窒化アルミニウムＡｌＮ層（２１）を堆積させるステップ（１１０）を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記基板はシリコンに基づいており、前記バッファ層（２０）を形成する前記ステップ（１００）は、
−  窒化アルミニウムＡｌＮ層（２１）を堆積させるステップ（１１０）と、
−  前記窒化アルミニウムＡｌＮ層（２１）上にＩＩＩ族窒化物に基づく前記上部層を形成する窒化ガリウム及びアルミニウムＡｌＧａＮ層（２２）を堆積させるステップ（１２０）と
を含む、請求項１又は３に記載の方法。
【請求項６】
前記バッファ層（２０）は、その前記形成するステップの終了時に、１０〜２００ｎｍの間の厚さを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記結晶層を堆積させる前記ステップは、超高真空蒸着、優先的には分子線エピタキシーによる堆積からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記結晶層の回折像を得るために、前記結晶層を堆積させる前記ステップの間に、結晶平面［１−１００］において電子の斜入射回折によって前記結晶層を測定するステップを含み、前記結晶層（３０）を堆積させる前記ステップの持続時間は、前記結晶学的方向［１−１００］での前記結晶層の前記回折像の少なくとも１つの分数次回折線の強度の関数である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記結晶層は、２〜６Åの間の厚さを有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１０】
前記結晶層を堆積させる前記ステップは、気相堆積からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記結晶層を堆積させる前記ステップは、金属有機気相成長による堆積からなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記結晶層は、シリコン原子及びアンモニア分子から堆積される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を製造するための支持体において、前記支持体は、
−  基板（１０）と、
−  前記基板上のバッファ層（２０）と、
−  前記バッファ層上の結晶層（３０）と
を含み、
前記バッファ層はＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を含み、
前記結晶層は、シリコン原子を含み、前記バッファ層のＩＩＩ族窒化物に基づく前記上部層の表面全体を覆い、前記結晶層（３０）は、方向［１−１００］での電子の斜入射回折によって得られる前記結晶層の回折像が、
−  中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）と、
−  前記中心線（０、０）と前記整数次線（０、−１）との間の２つの分数次回折線（０、−１／３）及び（０、−２／３）と、
−  前記中心線（０、０）と前記整数次線（０、１）との間の２つの分数次回折線（０、１／３）及び（０、２／３）と
を含むように、前記方向［１−１００］においてシリコン原子の三重の周期性を有することを特徴とする支持体。
【請求項１４】
前記結晶層（３０）の状態は、前記結晶学的方向［１−１００］における回折像の前記中間の分数次線の最大光度に対応する、請求項１３に記載の支持体。
【請求項１５】
前記結晶層は、結晶学的方向［１−２１０］における電子の斜入射回折によって得られる前記結晶層の回折像が、中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）を、それらの間に分数次線が存在しない状態で含むように、前記方向［１−２１０］に単一の周期性を有する、請求項１３又は１４に記載の支持体。
【請求項１６】
前記基板（１０）は、サファイアＡｌ２Ｏ３、シリコンＳｉ、シリコン・オン・インシュレーターＳＯＩ、炭化ケイ素ＳｉＣ、窒化アルミニウムＡｌＮ、酸化亜鉛ＺｎＯ、又はガリウム砒素ＧａＡｓに基づいている、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の支持体。
【請求項１７】
前記基板（１０）はシリコンに基づいており、前記バッファ層は、窒化アルミニウムＡｌＮ層（２１）と、前記窒化アルミニウムＡｌＮ層（２１）上にＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を形成する窒化アルミニウム及びガリウムＡｌＧａＮ層（２２）とを含む、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の支持体。
【請求項１８】
前記結晶層は、２Å〜６Åの間の厚さを有する、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の支持体。
【請求項１９】
前記バッファ層（２０）は、１０〜２００ｎｍの間の厚さを有する、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の支持体。
【請求項２０】
ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を製造する方法であって、
−  請求項１３〜１９のいずれか一項による支持体を供給するステップと、
−  前記結晶層（３０）上にＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体（４０）を成長させるステップ（３００）と
を含む方法。
【請求項２１】
前記成長させるステップ（３００）は、９５０〜１２００℃の間の温度で実行される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記成長させるステップ（３００）は、アニーリングのステップを含まない、請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記成長させるステップ（３００）は、１μｍよりも厚い、好ましくは２μｍよりも厚い厚さを有する前記結晶層（３０）上にＩＩＩ族窒化物に基づく層（４０）を成長させることを含む、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記成長させるステップ（３００）は、前記結晶層（３０）上に窒化ガリウムＧａＮ層を堆積させるステップを含む、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記成長させるステップ（３００）は、金属有機気相成長による堆積からなる、請求項２０〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体において、
−  請求項１３〜１９のいずれか一項による支持体と、
−  前記結晶層（３０）上にＩＩＩ族窒化物に基づく半導体材料と
を含むことを特徴とする構造体。
【請求項２７】
前記結晶層（３０）上のＩＩＩ族窒化物に基づく前記半導体材料は、窒化ガリウム層を含む、請求項２６に記載の構造体。
【請求項２８】
前記窒化ガリウムＧａＮは、５．１０８ｃｍ−２以下の貫通転位密度を有する、請求項２７に記載の構造体。
【請求項２９】
前記結晶層（３０）上のＩＩＩ族窒化物に基づく前記半導体材料は、アルミニウムをベースとした層を含む、請求項２８に記載の構造体。
【請求項３０】
ＩＩＩ族窒化物に基づく発光ダイオードにおいて、
−  請求項２６〜２９のいずれか一項による半導体構造体と、
−  ＩＩＩ族窒化物に基づく前記第１の半導体層上に配置された窒化ガリウムに基づく第１のコンタクト層と、
−  窒化ガリウムに基づく前記第１のコンタクト層上に配置された窒化ガリウムに基づく第２のコンタクト層と、
−  窒化ガリウムに基づく前記第１のコンタクト層と窒化ガリウムに基づく前記第２のコンタクト層との間に配置された複数の量子井戸の構造を備えた活性層と
を含むことを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を製造するための方法及びそのような半導体構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウムＧａＮに基づく材料などの、周期表のＩＩＩ族窒化物に基づく半導体材料は、電子工学及び光電子工学の分野において、とりわけ発光ダイオードの製造のために、益々重要な地位を占めるようになった。
【０００３】
例えばシリコン又はサファイアから作製された基板上に、窒化ガリウムＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を製造するための既存の方法は、一般的に、ホスト基板とＩＩＩ族窒化物に基づく半導体材料との間の格子定数の差に関連した、重要な貫通転位密度をもたらす。これらの貫通転位は、ＩＩＩ族窒化物の半導体材料に基づいて発光デバイスを形成する半導体構造体の場合には、特に不利である、というのも、貫通転位は、漏れ電流を増加させ、これらの発光デバイスの発光出力を低下させるからである。
【０００４】
ＥＬＯ（エピタキシャル横方向過度成長）、ナノピラーからのペンデオエピタキシー、抗界面活性剤種の追加、成長条件の変更などの、３次元エピタキシー法は、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体材料において貫通転位密度を低減する有効性があることが既に証明されている。貫通転位密度を低減するためにこれらの技術により使用される手法は、（アイランドによる）３次元成長モードを開始し、次いでアイランドの合体に有利に働いて２次元の窒化ガリウムＧａＮ層を得ることから構成される。
【０００５】
貫通転位密度を低減するための一般的なｉｎ−ｓｉｔｕ技術は、ＧａＮ層の下に介在性の窒化ケイ素ＳｉＮｘ層を挿入することから構成される。より正確には、窒化ケイ素ＳｉＮｘ層は、ＩＩＩ族窒化物層上にその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で堆積され、次いで、窒化ガリウムＧａＮ層が窒化ケイ素ＳｉＮｘ層上に堆積される。この技術は、従来のｃ面ＧａＮだけでなく、半非極性配向に対しても、貫通転位密度を低減する有効性があることが証明されている。
【０００６】
シリコン及びアンモニアに基づく表面処理が、ナノマスクとして作用するナノ多孔性窒化ケイ素ＳｉＮｘ層の形成につながり、ＧａＮ成長の３次元モードを開始することを可能にすることが知られている。ＧａＮの成長は、窒化ケイ素ＳｉＮｘが位置する領域では抑制される。一方、ナノ細孔、即ちナノマスクの開口部で成長が起こる。ナノマスクの開口部の密度及び寸法は、窒化ケイ素ＳｉＮｘの堆積時間により制御され、表面上のそれらの分布はランダムである。
【０００７】
例えば、以下の文献がこれらの主題を扱っている。
−  Ｓａｋａｉらによる「Ａ  Ｎｅｗ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｉｎ  ＧａＮ  Ｌａｙｅｒ  Ｇｒｏｗｎ  ｏｎ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｂｙ  ＭＯＶＰＥ」と題された、Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ、２２１、３３４（２０００）の論文、
−  Ｓ．Ｔａｎａｋａらによる「Ａｎｔｉ−Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ  ｉｎ  ＩＩＩ−Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ」と題された、Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３９、Ｌ８３  １（２０００）の論文、
−  Ｆ．Ｙｕｎらによる「Ｅｆｆｉｃａｃｙ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ  ａｎｄ  ｄｏｕｂｌｅ  ＳｉＮｘ  ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｓ  ｏｎ  ｄｅｆｅｃｔ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ＧａＮ  ｏｖｅｒｌａｙｅｒｓ  ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ  ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ」と題された、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、９８、１２３５０２（２００５）の論文、
−  独国特許出願公開第１０１５１０９２号明細書、
−  国際公開第２００７／１３３６０３号。
【０００８】
例えば、米国特許出願公開第２００４／０１３７７３２号明細書は、不連続面又は開口部を有するマスクの機能を果たす窒化ケイ素の膜を基板上に堆積させ、次いで、熱アニールを行う前に薄い窒化ガリウム層の堆積を低温で行うことを提案している。アニーリングにより、後で窒化ガリウムの成長で利用する窒化ガリウムのアイランドを得るために、マスクの開口部のレベルに窒化ガリウムを局在化させることが可能になる。
【０００９】
この種の処理は、３１／２×３１／２Ｒ３０°と表わされる結晶構造の形成にもつながり得ることが、特にＴ．Ｍａｒｋｕｒｔらによる「Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  Ｇｒｏｗｔｈ  ｂｙ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ  Ｌａｙｅｒ：Ｔｈｅ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｓｉ  ａｓ  ａｎ  Ａｎｔｉｓｕｒｆａｃｔａｎｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ＧａＮ」と題された、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １１０、０３６１０３（２０１３）の論文中で、近年示されている。この論文では、「開口部」と呼ばれる幾らか大きな覆われていない領域を有する、部分的に覆われた表面を得るために、結晶層が生成され、この層は「ナノ多孔性」と呼ばれる。
【００１０】
窒化ガリウムＧａＮ層を堆積させるステップの間、エピタキシーした窒化ガリウムは、アイランドを形成するように、ナノ多孔性層の開口部で優先的に成長する。一旦アイランドが形成されると、成長パラメータが調節されて、その結果、窒化ガリウムＧａＮが、ＳｉＮｘで覆われた領域を覆うように横方向に発達し、窒化ガリウムＧａＮ層を形成する（３Ｄ成長）ために合体する。次いで、窒化ガリウム層の成長は、所望の厚さの窒化ガリウムＧａＮが得られる（２Ｄ成長）まで、続けられる。窒化ガリウムＧａＮの合体厚さは、ＳｉＮｘ層の挿入後に完全に合体したＧａＮ層を得るのに必要とされる厚さとして規定される。
【００１１】
表面処理の持続時間の増加、従って、堆積されるＳｉＮｘの量の増加が、ＳｉＮｘ層のカバレッジレベルを増加させ、従って窒化ガリウムＧａＮアイランドの密度を低下させる効果を有し、これにより貫通転位密度を低減することが可能になることが、理解されるであろう。一方、窒化ガリウムＧａＮアイランドの密度が低くなるほど、合体を得るために必要な窒化ガリウムＧａＮの厚さが厚くなる。従って、そのような方法を産業上利用可能にするために、ＳｉＮｘ層の最適なカバレッジレベルを決定することが、とりわけ有利である。
【００１２】
更に、基板上にＧａＮに基づくデバイスを製造するための既存の方法は、一般的に、シリコン基板に対して例えば窒化アルミニウムＡｌＮであり得るバッファ層を堆積させる第１のステップと、場合によってはこれに続く、窒化アルミニウムＡｌＮバッファ層上に窒化アルミニウム及びガリウムＡｌＧａＮ層を堆積させるステップと、を含む。次に、ナノマスクを、ＡｌＮ層又はＡｌＧａＮ層上に堆積させることがある。他の方法では、サファイア基板を使用し、ＧａＮ層をバッファ層として低温で堆積させることを規定しており、この場合にはナノマスクはＧａＮバッファ層上に堆積される。
【００１３】
ＳｉＮｘのナノマスクを用いた上述の成長技術の欠点は、ＳｉＮｘ層によって覆われていないバッファ層の表面で酸化反応が起こることがあるという事実に関連している。とりわけ、バッファ層は、基板、バッファ層、及びＳｉＮｘ層から構成される支持体が空気に曝された場合に、開口部のレベルにおいて酸化することがある。結果として、従来技術の方法では、ＳｉＮｘ層上に窒化ガリウム層が堆積する前に支持体が貯蔵される可能性無しに、ＳｉＮｘ層の形成直後に、ＳｉＮｘ層上に上部（又は最終）窒化ガリウムＧａＮ層が形成される。
【００１４】
この技術の別の欠点は、ナノ多孔性のＳｉＮｘ層を堆積させるステップの最適な持続時間を規定することを可能にする手段が存在しないという事実に関係している。開口部の寸法及び密度に関連した、この最適な持続時間は、成長のために使用される出発基板、成長のために使用される反応器の種類、ガス状前駆体の濃度などの他のパラメータなどの関数として変化する。開口部の寸法及びその密度は測定不可能な量であり、従って、ナノ多孔性ＳｉＮｘ層を堆積させるステップの最適な持続時間の決定は、継続的な試験を実行することによる経験的な方法でしか得られず、この試験は、成長パラメータのうちの１つ（即ち、基板、反応器、等）が変更されるたびに繰り返されなくてはならず、時間がかかり、とりわけ、一般的な方法、即ち一般的な態様で適用可能な方法を実行することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、前述の欠点のうちの少なくとも１つを克服することを可能にする方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この点で、本発明は、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を製造するための支持体の製造方法を提案し、この方法は、
−  基板上にバッファ層を形成するステップと、
−  バッファ層上に結晶層を堆積させるステップとを含み、前記バッファ層はＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を含み、前記結晶層はＩＩＩ族窒化物に基づく上部層の表面全体を覆うようにシリコン原子から堆積され、前記結晶層は、結晶学的方向［１−１００］における電子の斜入射回折によって得られる前記結晶層の回折像が、
−  中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）と、
−  中心線（０、０）と整数次線（０、−１）との間の２つの分数次回折線（０、−１／３）及び（０、−２／３）と、
−  中心線（０、０）と整数次線（０、１）との間の２つの分数次回折線（０、１／３）及び（０、２／３）と、を含むように、結晶学的方向［１−１００］においてシリコン原子の三重の周期性を有する、ことを特徴とする。
【００１７】
基板上のバッファ層の表面全体を覆う結晶層を堆積させる事により、バッファ層の表面を完全に不動態化し、従ってバッファ層の酸化反応を防止することが可能になる。これにより、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体の堆積に先立って、基板、バッファ層、及び結晶層から構成される支持体の貯蔵が可能になる。
【００１８】
表面全体を覆う結晶層を堆積させるステップにより、ナノ多孔性ＳｉＮｘ層を堆積させるステップに基づく従来技術による方法の開発及び最適化の経験的な段階、特にナノ細孔の最適な寸法並びにナノ細孔の最適な密度の決定、を無しで済ますことが更に可能になる。
【００１９】
シリコンに基づく結晶層を堆積させるステップは、結晶層の上にＩＩＩ族窒化物に基づく層を後で成長させることを更に可能にするが、ＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を覆う非晶質のナノ多孔性層は、この、後での成長が可能ではない。説明された回折像は、ＩＩＩ族窒化物に基づく層の格子に対して３０°だけ回転された、ＩＩＩ族窒化物に基づく層の格子の格子定数よりも√３倍大きな格子定数の、六方晶系の周期的構造に対応し、これにより、結晶層のこの後での成長にとって有利に働くことが可能になる。
【００２０】
これ以降では、層Ａが層Ｂ上にあると言及される場合、これは、層Ｂ上に直接的に存在してもよく、又は、層Ｂの上方に配置され、かつ１つ若しくは複数の中間層によって前記層Ｂから分離されていてもよいことを、理解されたい。
【００２１】
また、層Ａが層Ｂ上にあると言及される場合、前記層は層Ｂの表面全体を覆っていてもよく、又は、前記層Ｂの一部を覆っていてもよいことを、理解されたい。
【００２２】
好ましくは、結晶層を堆積させるステップは、結晶学的方向［１−１００］における回折像の中間の分数次線の最大光度に対応する瞬間に中断される。
【００２３】
本発明によるデバイスの、好ましい、非限定的な態様は、以下の通りである。
−  結晶層は、ＩＩＩ族窒化物層とエピタキシャル関係にある。
−  結晶層は、シリコン原子、及び、例えばアンモニアによって供給される窒素原子から堆積される。
−  結晶層は、結晶学的方向［１−２１０］における電子の斜入射回折によって得られる前記結晶層の回折像が、中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）を、それらの間に分数次線が存在しない状態で含むように、結晶学的方向［１−２１０］に単一の周期性を有する。
−  基板はシリコンに基づいており、バッファ層を形成するステップは、ＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を形成する窒化アルミニウムＡｌＮ層を堆積させることを含む。
−  基板はシリコンに基づいており、バッファ層を形成するステップは、
−  窒化アルミニウムＡｌＮ層を堆積させることと、
−  窒化アルミニウムＡｌＮ層上に、ＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を形成する窒化ガリウム及びアルミニウムＡｌＧａＮ層を堆積させることと、を含む。
−  バッファ層は、その形成の終了時に、１０〜２００ｎｍの間の厚さを有する。
−  結晶層を堆積させるステップは、超高真空蒸着から構成される。
−  結晶層を堆積させるステップは、分子線エピタキシーによる堆積から構成される。
−  この方法は、前記結晶層の回折像を得るために、結晶層を堆積させるステップの間に、結晶学的方向［１−１００］において電子の斜入射回折によって結晶層を測定するステップを含み、結晶層を堆積させるステップの持続時間は、結晶学的方向［１−１００］での結晶層の回折像の少なくとも１つの回折線の強度の関数である。
−  結晶学的方向［１−１００］における結晶層の回折像は、
−  中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）と、
−  中心線（０、０）と整数次線（０、−１）との間の２つの分数次回折線（０、−１／３）及び（０、−２／３）と、
−  中心線（０、０）と整数次線（０、１）との間の２つの分数次回折線（０、１／３）及び（０、２／３）と、を含み、
前記分数次線の光度が最大になるときに、結晶層を堆積させるステップは中断される。
−  結晶層を堆積させるステップは、気相堆積から構成される。
−  結晶層を堆積させるステップは、金属有機気相成長による堆積から構成される。
−  結晶層は、シリコン原子及びアンモニア分子から堆積される。
【００２４】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を製造するための支持体にも関し、この支持体は、
−  基板と、
−  基板上のバッファ層と、
−  バッファ層上の結晶層とを含み、バッファ層はＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を含み、前記結晶層は、シリコン原子を含み、バッファ層のＩＩＩ族窒化物に基づく上部層の表面全体を覆い、前記結晶層は、方向［１−１００］での電子の斜入射回折によって得られる前記結晶層の回折像が、
−  中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）と、
−  中心線（０、０）と整数次線（０、−１）との間の２つの分数次回折線（０、−１／３）及び（０、−２／３）と、
−  中心線（０、０）と整数次線（０、１）との間の２つの分数次回折線（０、１／３）及び（０、２／３）と、を含むように、方向［１−１００］においてシリコン原子の三重の周期性を有する、ことを特徴とする。
【００２５】
好ましくは、結晶層の状態は、特に、その下にある表面、即ちバッファ層の表面のカバレッジのレベルは、結晶学的方向［１−１００］における回折像の中間の分数次線の最大光度に対応する。
【００２６】
本発明による支持体の、好ましい、非限定的な態様は、以下の通りである。
−  結晶層は、ＩＩＩ族窒化物層とエピタキシャル関係にある。
−  結晶層は、窒素原子も含む。
−  結晶層は、結晶学的方向［１−２１０］における電子の斜入射回折によって得られる前記結晶層の回折像が、中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）を、それらの間に分数次線が存在しない状態で含むように、結晶学的方向［１−２１０］に単一の周期性を有する。
−  基板は、サファイアＡｌ２Ｏ３、シリコンＳｉ、シリコン・オン・インシュレーターＳＯＩ、炭化ケイ素ＳｉＣ、窒化アルミニウムＡｌＮ、酸化亜鉛ＺｎＯ、又はガリウム砒素ＧａＡｓに基づいている。
−  基板はシリコンに基づいており、バッファ層は、窒化アルミニウムＡｌＮ層と、窒化アルミニウムＡｌＮ層上の窒化ガリウム及びアルミニウムＡｌＧａＮ層とを含む。
−  結晶層は、２Å〜６Åの間の厚さを有する。
−  バッファ層は、１０〜２００ｎｍの間の厚さを有する。
【００２７】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を製造する方法にも関し、本方法は、
−  本発明による支持体を供給するステップと、
−  結晶層上にＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を成長させるステップと、を含む。
【００２８】
好ましくは、成長させるステップは、９５０〜１２００℃、好ましくは１０００℃〜１１００℃の間の温度で実行される。また好ましくは、成長させるステップは、アニーリングのステップを含まない。また好ましくは、成長させるステップは、１μｍよりも厚い、好ましくは２μｍよりも厚い厚さを有する結晶層上にＩＩＩ族窒化物に基づく層を成長させることを含む。
【００２９】
好ましくは、成長させるステップは、結晶層上に窒化ガリウムＧａＮ層を堆積させるステップを含む。好ましくは、成長させるステップは、金属有機気相成長による堆積から構成される。
【００３０】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体にも関し、この半導体構造体は、
−  本発明による支持体と、
−  結晶層上のＩＩＩ族窒化物に基づく半導体材料と、を含む。
【００３１】
好ましくは、結晶層上のＩＩＩ族窒化物に基づく半導体材料は、窒化ガリウム層を含む。窒化ガリウムＧａＮは、５．１０８ｃｍ−２以下の貫通転位密度を有する。好ましくは、結晶層上のＩＩＩ族窒化物に基づく半導体材料は、アルミニウムをベースとした層を含む。
【００３２】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物に基づく発光ダイオードにも関し、この発光ダイオードは、
−  本発明による半導体構造体と、
−  ＩＩＩ族窒化物に基づく第１の半導体層上に配置された窒化ガリウムに基づく第１のコンタクト層と、
−  窒化ガリウムに基づく第１のコンタクト層上に配置された窒化ガリウムに基づく第２のコンタクト層と、
−  窒化ガリウムに基づく第１のコンタクト層と窒化ガリウムに基づく第２のコンタクト層との間に配置された複数の量子井戸の構造を備えた活性層と、を含むことを特徴とする。
【００３３】
本発明による方法並びに関連する製品の他の利点及び特徴が、非限定的な例として付与される幾つかの代替的な実施形態に続く説明から、及び添付の図面から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を製造するための方法の一例を示す。
【図２】図１に示した方法を実施することによって得られる製品の一例を概略的に示す。
【図３】本発明による結晶層の結晶学的方向［１−１００］における回折像を示す。
【図４】本発明による結晶層の結晶学的方向［１−２１０］における回折像を示す。
【図５】メサ構造を有する半導体構造体を示す。
【図６】箱形構造を有する半導体構造体を示す。
【図７】結晶層を堆積させる間の、回折像の分数次線の強度の時間変化を表す曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
異なる図面において、同じ参照符号は同様の構成要素を表わす。
【００３６】
本発明による方法を、支持体上での窒化ガリウムＧａＮ層の成長を参照して、より詳細に説明する。これにより、発光ダイオードを製造することを可能にする。ＩＩＩ族窒化物に基づく層は、厚い層（又は「テンプレート」）、又は、バルク基板とも呼ばれる自己支持層であることがある。従って、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体は、ＧａＮ、ＡｌＮなどの厚い層、又はＧａＮ、ＡｌＮなどのバルク基板、又はその代わりに、エピタキシーされた構造体（又は「エピウェハ」）であることがある。
【００３７】
しかしながら、これ以降に説明する方法を、窒化ガリウム以外のＩＩＩ族窒化物に基づく材料を成長させるために使用することができ、この材料は、発光ダイオード以外の半導体構造体を製造するために使用することができることは、当業者には明らかである。例えば、得られた構造体は、発光ダイオード、又は高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の構成を有することがある。
【００３８】
図１には、本発明による方法の代替的な実施形態が示されている。この方法は、
−  基板上にバッファ層を形成するステップ１００と、
−  バッファ層上に結晶層を堆積させるステップ２００と、
−  結晶層上に窒化ガリウム層を成長させるステップ３００と、からなるステップを含み、前記バッファ層はＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を含み、前記結晶層はシリコン原子から堆積される。
【００３９】
（基板）
半導体構造体を製造するために、基板１０を使用して、その上で異なる堆積ステップが実施される。
【００４０】
使用される基板１０は、サファイアＡｌ２Ｏ３、シリコンＳｉ、炭化ケイ素ＳｉＣ、窒化アルミニウムＡｌＮ、酸化亜鉛ＺｎＯ、又はガリウム砒素ＧａＡｓであることがある。一実施形態では、基板はシリコンである。
【００４１】
シリコン基板の使用は、サファイア基板の使用に比べて、多くの利点を有する。特に、
−  シリコン基板は、サファイア基板よりも安価である。
−  シリコン基板の寸法（一般的に、最大で１２インチ、即ち３０．４８ｃｍ）は、サファイア基板の寸法（一般的に、最大で６インチ、即ち１５．２４ｃｍ）よりも大きい。従って、シリコン基板を使用して、より大きな表面積の窒化ガリウムＧａＮ層を製造することが可能である。
−  窒化ガリウムＧａＮ層の成長後の、部品製造の異なる成長後ステップ（後面研磨、前面転写、基板の除去、等）は、サファイア基板の場合よりも、シリコン基板を使用した場合には、より単純でより安価になる。
【００４２】
従って、シリコン基板の使用により、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造が低製造コストで可能になり、照明分野で特に有利であり得る。
【００４３】
有利にも、基板１０は、図５に示すように、隆起した平坦部の形状（この寸法は、１０×１０μｍ〜４００×４００μｍまで変化し得る）を有し、かつ平坦部を囲む基板の表面をエッチングすることにより得られる、メサ構造１１を含むパターン形成された基板であることがあり、又は代わりに、図６に表わされるような箱形構造体であることがあり、この箱形構造体では、この特別な場合ではＡｌＮ及びＡｌＧａＮからできている、ＩＩＩ族窒化物に基づくバッファ層２０、これを完全に覆う結晶層３０、及び窒化ガリウム層４０が、基板１０に切り込まれた凹部１２内に配置される。例えば、誘電体材料でできたマスクによる表面の部分マスキングなどの、パターンを生成するための別の方法が、有利にも使用されることがある。
【００４４】
そのようなパターン形成された基板の使用により、基板１０上にエピタキシーされた窒化ガリウム層４０の亀裂の発生を制限することが可能になり、従って、亀裂を生じることなく基板１０上に堆積され得る窒化ガリウムＧａＮの臨界厚さを増加させることが可能になる。
【００４５】
例えば、２００×２００μｍのメサ構造を含む基板を使用して、５μｍ厚さの亀裂のない窒化ガリウムＧａＮ層を製造することが可能であるのに対して、構造化されていない基板を使用すると、１μｍ厚さの亀裂のない窒化ガリウムＧａＮ層の製造しか可能ではない。
【００４６】
（バッファ層の形成）
この方法は、ＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を含むバッファ層２０を形成するステップ１００を含む。このバッファ層は、例えば、窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化アルミニウムガリウムＡｌＧａＮ、窒化アルミニウムガリウムホウ素ＡｌＧａＢＮ、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮのスタック、段階的なＡｌＧａＮ、酸化亜鉛ＺｎＯ、又は代わりに、窒化ホウ素ＢＮ若しくは代わりに炭化ケイ素ＳｉＣの層を含むことがある。しかしながら、全ての場合で、バッファ層は、窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化アルミニウムガリウムＡｌＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を有する。
【００４７】
本明細書に記載の実施例の場合には、この形成するステップ１００は、基板１０上に窒化アルミニウムＡｌＮ層２１を堆積させること１１０を含む。この窒化アルミニウムＡｌＮ層２１は、バッファ層２０のＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を構成することがある。
【００４８】
窒化アルミニウムＡｌＮ層２１を含むバッファ層２０の形成により、後で堆積される窒化ガリウムＧａＮ層４０の品質を改善することが可能になる。
【００４９】
例えば、使用される基板１０がシリコンＳｉである場合、シリコンＳｉ上に直接的に窒化ガリウムＧａＮを成長させることは、特にガリウムＧａとシリコンＳｉとの間の高温での高い化学反応性のために、非常に困難である。
【００５０】
窒化アルミニウムＡｌＮ層２１を含むバッファ層２０の形成により、これらの困難を克服し、従ってエピタキシーされた窒化ガリウムＧａＮ層４０の品質を改善することが可能になる。
【００５１】
バッファ層２０は、１０ｎｍ〜５００ｎｍの間、優先的には１０μｍ〜２００ｎｍの間の厚さを有することがある。２００ｎｍより厚い厚さを有するバッファ層により、バッファ層２０の良好な結晶品質を得ることが可能になり、従って、後でエピタキシーされるＩＩＩ族窒化物層の結晶品質を改善することが可能になる。
【００５２】
しかしながら、バッファ層を完全に覆う、本発明による結晶層は、バッファ層の結晶品質が最高ではない場合でさえも、後でエピタキシーされるＩＩＩ族窒化物層が良好な結晶品質であることを確実にすることができる。結果として、バッファ層２０が２００ｎｍよりも厚くなることは必要ではない。従って、好ましくは、バッファ層２０は、１０〜２００ｎｍの間、又は更には５０〜１００ｎｍの間の厚さを有する。
【００５３】
バッファ層２０の厚さを２００ｎｍ未満に制限する事により、有利にも、本方法の持続時間を低減することが可能になり、窒化アルミニウムＡｌＮ層２１の成長時間が相対的に長くなる。別の利点は、結晶層によって完全に覆われた、あまり厚くないバッファ層２０の場合、結晶層３０によって解決されるこのバッファ層での転位の問題が益々迅速に解決され、これにより、転位が伝搬し転位を引き起こすことを防止することである。
【００５４】
バッファ層２０を形成するステップ１００はまた、窒化アルミニウムＡｌＮ層２１上に窒化アルミニウム及びガリウムＡｌＧａＮ層２２を堆積させる任意選択的なステップ１２０も含むことがある。次いで、この窒化アルミニウム及びガリウムＡｌＧａＮ層２２は、バッファ層２０のＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を形成する。
【００５５】
これにより、窒化アルミニウムＡｌＮと窒化アルミニウム及びガリウムＡｌＧａＮとの複合バッファ層２０を得ることが可能になる。
【００５６】
窒化アルミニウム及びガリウムＡｌＧａＮ層２２は、上に結晶層が堆積される層の貫通転位密度を低減することを可能にする。
【００５７】
有利にも、バッファ層の厚さ、従って潜在的には、窒化アルミニウムＡｌＮ並びに窒化アルミニウム及びガリウムＡｌＧａＮの層２１、２２の厚さの合計は、１０ｎｍ〜５００ｎｍの間、好ましくは５０〜２００ｎｍの間であることがあり、例えば、以下の分布を伴う。
−  ２５〜１００ｎｍの窒化アルミニウムＡｌＮと、
−  ２５〜４００ｎｍの窒化アルミニウム及びガリウムＡｌＧａＮ。
【００５８】
これにより、バッファ層を成長させる持続時間を低減することが可能になり、窒化アルミニウム層並びに窒化アルミニウム及びガリウム層の堆積に関係した利点が得られる。
【００５９】
好ましくは、上に結晶層が堆積されることになる、バッファ層の表面、即ちＩＩＩ族窒化物に基づく層の表面は、できる限り滑らかに形成される。
【００６０】
この目的で、分子線エピタキシー反応器内で、シリコン原子の流れ及び窒素原子、例えばアンモニア分子ＮＨ３、の流れの下で、９５０℃未満の温度で、バッファ層２０の表面処理を行うことが有利である。そうすると、表面は劣化せず、滑らかなままである。
【００６１】
（結晶層の堆積）
この方法は、バッファ層２０上にエピタキシャル結晶層３０を堆積させるステップ２００も含む。結晶層は、シリコンＳｉ原子及び潜在的に窒素原子を含有する前駆体から堆積される。シリコン原子を含有する前駆体は、例えば、シランＳｉＨ４、ジシランＳｉ２Ｈ６、又はトリメチルシランＳｉＨ（ＣＨ３）３であることがある。窒素原子は、例えばアンモニア分子ＮＨ３によって導入されることがある。
【００６２】
結晶層３０は、例えば窒化アルミニウム層２１又は窒化ガリウム層２２などのＩＩＩ族窒化物に基づく層の上部表面により構成されるバッファ層２０の表面全体を覆うように堆積される。結晶層３０は、ＩＩＩ族窒化物層とエピタキシーになるように、即ち、ＩＩＩ族窒化物層とエピタキシャルな関係になるように、堆積される。
【００６３】
結晶層３０を堆積させるステップは、バッファ層２０の表面上に堆積される原子の表面再構成をもたらす表面処理に相当する。
【００６４】
実際に、バッファ層２０の表面をシリコンＳｉ原子及び潜在的にアンモニア分子ＮＨ３に曝した後で、シリコンＳｉ原子、及び潜在的に窒素は、上に原子が堆積されるＩＩＩ族窒化物に基づく層の格子と比べて３０°だけ回転した、ＩＩＩ族窒化物に基づく層の格子定数よりも√３倍大きな格子定数を有する、六方晶系構造を生成することにより、バッファ層の表面と結合する。
【００６５】
この表面再構成の形成は、電子回折技術によって測定可能であり、この表面再構成の特定の回折線の強度を記録することによって、表面のカバレッジレベルを定量化することが可能である。
【００６６】
電子の回折は、物質の研究のために使用される技術であり、これは、試料に電子を衝突させ、結果として得られる回折像を観察することから構成される。
【００６７】
結晶層の構造を研究するために本発明の範囲内で使用することができる電子回折技術の例としては、反射高速電子回折（ＲＨＥＥＤ）があり、これは、超真空環境において表面の結晶構造を決定することを可能にする技術である。
【００６８】
ＲＨＥＥＤ技術は、特に、表面再構成を決定して、成長速度を測定すること、及び表面の平坦さを定性的に評価することを可能にする。ＲＨＥＥＤ装置は、表面上に焦点の合った、１０〜５０ｋｅＶのエネルギーの単一運動の電子ビームを生成することができる電子銃から構成される。電子に関連した波長は、０．１Å程度である。ビームは、１〜２度の角度の斜入射で、表面に到達する。この構成では、電子と表面との相互作用は、幾つかの原子面に制限される。表面原子によって反射され回折された電子は、蛍光スクリーン上に集められ、対応する回折パターンを視覚化することを可能にし、次いでこのパターンは、ＣＣＤカメラを使用してデジタル化されることができる。Ａｙａｈｉｋｏ  Ｉｃｈｉｍｉｙａ及びＰｈｉｌｉｐ  Ｉ．  Ｃｏｈｅｎによる「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｈｉｇｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ」という、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ、２００４の文献は、この技術について記載している。
【００６９】
図３及び図４を参照すると、それぞれの結晶学的方向［１−１００］及び［１−２１０］における結晶層の２つの回折像が示されている。
【００７０】
図４では、方向［１−２１０］における結晶層の回折像は、回折線全体、即ち、中心線（０、０）４２と、前記中心線４２の両側に２つの整数次線（０、−１）４３及び（０、１）４４と、を一意的に含む。従って、整数次線（０、−１）及び（０、１）と中心線（０、０）との間に分数次線は存在しない。なお、回折線全体の間の間隙は、表面の平面における格子定数に反比例する。
【００７１】
一方、図３では、方向［１−１００］における結晶層の回折像に対応して、表面再構成が存在すると、追加の分数次線、即ち、非整数次線が存在して、１×３と表わされる再構成に特有の特定の１／３線になる。従って、方向［１−１００］における結晶層の回折像は、
−  中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）と、
−  線（０、０）３２と線（０、−１）３３との間の、（０、−１／３）及び（０、−２／３）で表わされる、２つの分数次回折線３１と、
−  線（０、０）３２と線（０、１）３４との間の、（０、１／３）及び（０、２／３）で表わされる、２つの分数次回折線３５と、を含む。
この結果、方向［１−２１０］における回折像は、整数次線の間に１つのスペースのみを有するのに対して、方向［１−１００］における回折像は、整数次線の間に３つのスペースを有し、これが、この結晶層が１×３と表わされる理由である。
【００７２】
従って、正確な構造及び組成が分かっていないナノ多孔性ＳｉＮｘ層を堆積させるステップを含む従来技術による方法とは違い、本発明による方法は、完全に規定された構造及び組成の１×３と表わされる結晶層を堆積させることを提案し、その孔密度は、可能な限り低いか、又は実質的にゼロであることが好ましい。
【００７３】
従って、従来技術による方法では、ＩＩＩ族窒化物に基づく層の表面の総計カバレッジレベルを無くすことが探求される。しかしながら、本発明者らは、結晶層がＩＩＩ族窒化物に基づく層の表面全体を覆う場合、貫通転位密度が最小になることを発見した。
【００７４】
従って、好ましくは、結晶層３０を堆積させるステップ２００は、結晶学的方向［１−１００］における回折像の中間の分数次線の最大光度に対応する瞬間に中断される。
【００７５】
図７は、結晶層を堆積させる間の、回折像の分数次線の強度の時間変化を表す曲線の例を示す。なお、この強度は、まず０〜６０秒の間に増加することにより始まり、次いで９０秒後には低下する。従って、強度の最大レベルには、６０秒〜９０秒の間で到達する。
【００７６】
従って、図７の堆積条件では、開始後６０〜９０秒の間で堆積を中断することにより、結晶学的方向［１−１００］における回折像の中間分数次線の最大光度に対応する瞬間に、結晶不動態化層を堆積させるステップを中断することが可能である。
【００７７】
なお、結晶層１×３は、シリコン原子の単層程度の、即ち２〜３Å程度の非常に薄い厚さを有することがある。従って、結晶層１×３の結晶特性を維持するために、その厚さは６Å未満であることが好ましい。
【００７８】
有利にも、結晶層１×３の堆積は、バッファ層の表面の不動態化を引き起こす。この不動態化により、空気への露出に対してバッファ層が不活性になり、従って、酸化反応を防止することが可能になる。
【００７９】
（窒化ガリウムＧａＮを成長させるための支持体の取得）
結晶層３０を堆積させるステップ２００の終了時に、窒化ガリウムＧａＮ層などの、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を成長させるための、支持体が得られる。
【００８０】
結晶層３０が支持体の表面を不動態化するので、結晶層３０を内部で形成する反応器から前記支持体を取り外して、例えば別の反応器の中に保存する又は載置することが可能である。表面が不動態化されているので、支持体を、酸化の危険性なしに自由大気に曝すことができる。
【００８１】
この支持体は、
−  シリコンＳｉ、炭化ケイ素ＳｉＣ、窒化アルミニウムＡｌＮ、酸化亜鉛ＺｎＯ、サファイア、又はガリウム砒素ＧａＡｓからなる群から選択される基板１０と、
−  例えば、１００μｍ〜２００μｍの間の厚さを有することがある、ＩＩＩ族窒化物に基づく上部層を含む、バッファ層２０と、
−  厚さが２〜６Åの間、好ましくは２〜３Åの間であり得る、結晶層３０と、を含む。
【００８２】
（窒化ガリウム層の成長）
この方法は、結晶層３０上に、窒化ガリウム層の成長など、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を成長させるステップも含む。
【００８３】
先に得られた支持体は、例えば窒化ガリウム層が内部で成長することになる反応器の中に導入されることにより、供給される。
【００８４】
結晶層１×３上に窒化ガリウムＧａＮ層を成長させる原理は、以下の通りである。
【００８５】
結晶層１×３の堆積により、結晶層上に堆積される核種の拡散の長さ（即ち、中性子と所与の同位体との相互作用を特徴付ける拡散の振幅）を増加させることが可能になる。
【００８６】
エピタキシャル結晶層は、ＩＩＩ族窒化物の２次元成長にとってエネルギー的に好ましくない表面を形成する。この抗界面活性効果は、アイランドの形成を引き起こし、アイランドの寸法及び形状は、結晶層の表面エネルギー及び成長運動によって決定される。
【００８７】
窒化ガリウムＧａＮ層を堆積させるステップの間、窒化ガリウムＧａＮはアイランドから横方向に発達し、合体により窒化ガリウムＧａＮ層（３Ｄ成長）を形成する。次いで、窒化ガリウム層の成長は、所望の厚さの窒化ガリウムＧａＮ（２Ｄ成長）が得られるまで、続けられる。
【００８８】
好ましくは、成長させるステップ３００は、１μｍよりも厚い、好ましくは２μｍよりも厚い厚さを有するＩＩＩ族窒化物に基づく層４０を、結晶層３０上に成長させることを含む。
【００８９】
次いで、基板、バッファ層、結晶層及び窒化ガリウム層からなる層のスタックが得られる。
【００９０】
好ましくは、成長させるステップ３００は、９５０〜１２００℃の間、好ましくは１０００℃から１１００℃の間の温度で実行される。好ましくは、成長させるステップは一度の進行で実行され、従ってアニーリングのステップを含まない。
【００９１】
表面に現れる貫通転位密度は、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡法）により測定することができる。貫通転位密度は、５．１０８ｃｍ−２以下である。従って、窒化ガリウムＧａＮは、結晶層１×３を伴わない、従来技術の方法により形成されたＧａＮ層と比べて、貫通転位密度が低くなる。
【００９２】
なお、転位曲線が観察されるレベルにおける、窒化ガリウム層での合体領域は、電子顕微鏡による観察から分かるように、結晶層３０の表面から２μｍ未満の厚さに渡って延在する。
【００９３】
窒化ガリウムＧａＮの合体厚さは、完全に合体したＧａＮ層を得る、即ち、連続的な表面平面を有する、のに必要な厚さとして規定される。アイランドは、最早区別することができない。
【００９４】
明らかに、次いで、窒化ガリウムＧａＮ層は、基板及びバッファ層から分離されて、例えば、自己支持型窒化ガリウムＧａＮ層を得ることができる。
【００９５】
（使用された成長技術）
有利にも、
−  バッファ層２０を形成するステップ、及び／又は、
−  バッファ層２０上に結晶層３０を堆積させるステップは、
超高真空蒸着、好ましくは分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によって、実行されることがある。
【００９６】
結晶層３０及び／又はバッファ層２０を堆積させるステップは、気相堆積、より正確には、金属有機気相成長（ＭＯＶＰＥ）による堆積から構成することも可能である。
【００９７】
分子線エピタキシーによって、従って超高真空環境において、バッファ層を形成する事は、金属有機気相成長によってバッファ層を形成する技術に比べて、多数の利点を有する。
【００９８】
特に、分子線エピタキシーによってバッファ層２０を形成することにより、
−  一方では、一旦バッファ層２０が形成されると、基板の環境における反応性ガスの痕跡を除去し、従って、基板の表面の寄生窒化反応の危険性を制限することができ、
−  他方では、成長反応器の汚れを制限し、従って、反応器の保全業務の頻度を低減することによって、生産収率を向上させることができる。
【００９９】
更に、分子線エピタキシーによってバッファ層２０を形成することにより、非常に滑らかなＩＩＩ族窒化物に基づく層の表面を得ることが可能になり、従って、結晶層３０の形成を改善することができる。
【０１００】
更に、ＭＢＥで超高真空を使用すると、例えば電子回折による、結晶層の堆積のその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）監視を実行することが可能になる。これにより、結晶層を堆積させるステップを、結晶層の厚さが表面を完全に覆ったときに停止するように、精密に監視することが可能になる。
【０１０１】
従って、この方法は、前記結晶層３０の回折像を得るために、結晶層３０を堆積させるステップの間に、方向［１−１００］における電子の斜入射回折によって結晶層３０のカバレッジレベルを測定するステップを含むことがあり、結晶層を堆積させるステップの持続時間は、結晶学的方向［１−１００］での電子回折によって得られる結晶層の回折像の少なくとも１つの分数次回折線の強度の関数である。
【０１０２】
前述したように、このとき、方向［１−１００］における結晶層３０の回折像は、
−  中心線（０、０）並びに整数次線（０、−１）及び（０、１）と、
−  中心線（０、０）と整数次線（０、−１）との間の２つの分数次回折線（０、−１／３）及び（０、−２／３）と、
−  中心線（０、０）と整数次線（０、１）との間の２つの分数次回折線（０、１／３）及び（０、２／３）と、を含む。
【０１０３】
好ましくは、結晶層３０を堆積させるステップは、（結晶学的方向［１−１００］における）回折像の中間分数次線の光度が最大になったときに中断され、これは、結晶層３０による、ＩＩＩ族窒化物に基づく層の表面の完全なカバレッジレベルに対応する。
【０１０４】
この光度の最大値は、容易に識別可能である。実際に、ＣＣＤカメラを使用することにより、不動態化層の堆積時間の関数として、方向［１−１００］における分数次回折線のうちの１つの光度プロファイルを記録することで十分である。まず、分数次回折線が現れ、次いで、堆積する間にその光度は増加して平坦部に達し、その後、次いで減少し、消滅することによって終了する。従って、光度の最大値は、この光度の安定性によって検出可能であり、これは、使用される技術に応じて、数分間又は数十秒間続くことがある。
【０１０５】
同様に、窒化ガリウム層などの半導体構造体を成長させるステップを、ＭＯＶＰＥなどの気相堆積によって、実行することができる。
【実施例】
【０１０６】
（製造方法の実施例）
ここで、本発明による方法の実施例を説明する。
【０１０７】
ここでの目的は、シリコンＳｉ基板上に薄い窒化ガリウムＧａＮ層を生成することであり、この窒化ガリウムＧａＮ層は、貫通転位密度が低い（ＴＤＤ＜５．１０８ｃｍ−２）。
【０１０８】
使用されるシリコン基板は、結晶方位（１１１）を有する。
【０１０９】
分子線エピタキシーにより、窒化アルミニウムＡｌＮバッファ層をシリコン基板上に形成する。バッファ層の形成は、その厚さが１０〜２００ｎｍの間であるときに中断される。
【０１１０】
次に、結晶層１×３を堆積させるステップが実行される。分子線エピタキシーによるバッファ層の表面処理が、シリコン原子及びアンモニア分子ＮＨ３を用いて実施される。この表面処理は、電子回折によって測定可能かつ識別可能な、新しい明確な結晶構造の形成をもたらす。
【０１１１】
結晶層を堆積させる間、（結晶学的方向［１−１００］における）結果として得られる回折像を観察するために、形成中の結晶層上に単一運動の電子ビームを斜入射で送信することから構成される電子回折技術によって、表面を観察する。
【０１１２】
結晶層１×３の規則正しい周期的構造により、電子を回折させ、従って、特定の回折像を得ることが可能になる。
【０１１３】
結晶層を堆積させるステップの持続時間は、回折像上で観察される少なくとも１つの分数次回折線の強度の関数である。
【０１１４】
特に、結晶層を堆積させるステップは、回折像中に観察される回折線のうちの少なくとも１つの強度が最大になったときに中断され、これは、この強度の安定性により検出可能である。
【０１１５】
次に、窒化ガリウムＧａＮ層を成長させる。結晶層により、窒化ガリウムＧａＮの３Ｄ成長モードを開始することが可能になる。結晶層の表面に、窒化ガリウムＧａＮのアイランドが形成される。窒化ガリウムＧａＮのアイランドは、より大きくなり、約２μｍの合体層を形成することにより終了する。
【０１１６】
このようにして、厚さが２μｍで、４．１０８ｃｍ−２未満の貫通転位密度の窒化ガリウムＧａＮ層が得られる。
【０１１７】
他の方法によって得られる窒化ガリウム層の実施例を、表示の目的で以下の表に示す。
【０１１８】
【表１】
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【０１１９】
上記の表に記されているように、窒化ガリウム層を成長させるためにシリコン基板を使用する既存の方法では、本発明による方法と同等の質の窒化ガリウム層を得ることができない。
【０１２０】
更に、窒化ガリウム層を成長させるためにサファイア基板を使用する方法が、本発明による方法と同等の貫通転位密度を有する窒化ガリウム層を得ることが可能である場合でさえ、エピタキシーされた窒化ガリウムＧａＮ層の厚さがより厚いことに留意されたい。
【０１２１】
当業者であれば、本明細書で説明された新たな教示を実質的に超えることなく、上述した方法に多くの変更を加えることができることを、理解するであろう。
【０１２２】
例えば、バッファ層を形成し、結晶層を堆積させることから構成されるステップは、ＭＯＶＰＥによって実行されてもよい。更に、ＩＩＩ族窒化物に基づく半導体構造体を成長させるステップは、ＭＢＥにより実行されてもよい。
【０１２３】
−  前述した半導体構造体と、
−  ＩＩＩ族窒化物に基づく第１の半導体層上に配置された窒化ガリウムに基づく第１のコンタクト層と、
−  窒化ガリウムに基づく第１のコンタクト層上に配置された窒化ガリウムに基づく第２のコンタクト層と、
−  窒化ガリウムに基づく第１のコンタクト層と窒化ガリウムに基づく第２のコンタクト層との間に配置された複数の量子井戸の構造を備えた活性層と、を含む、
ＩＩＩ族窒化物に基づく発光ダイオードを得ることが可能である。
【０１２４】
従って、与えられた実施例は、決して限定するものではない特定の例示に過ぎないことは明らかである。
【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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