(57)【要約】【課題】低転位で結晶性に優れたＩＩＩ族窒化物層群、特にはＡｌを含有する窒化物層群を形成することのできる、新規なエピタキシャル基板、及び形成すべきＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法を提供する。【解決手段】所定の基材上において、少なくともＡｌを含み、転位密度が１×１０１１／ｃｍ２以下であり、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブ半値幅が２００秒以下であるＩＩＩ族窒化物下地層２、及び少なくとも融点１３００℃以上の遷移金属を含む単結晶の中間層３、およびＩＩＩ族窒化物層群４とを含むエピタキシャル基板１０を構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基材と、
前記基材上に形成された、転位密度が１×１０１１／ｃｍ２以下であり、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブ半値幅が２００秒以下である、少なくとも全ＩＩＩ族元素に対して５０原子％以上のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物下地層と、
前記ＩＩＩ族窒化物下地層上に形成された、融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層と、
前記融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層上に形成された、少なくともＡｌを含み、転位密度が１×１０１０／ｃｍ２以下であるＩＩＩ族窒化物層群を具えることを特徴とするエピタキシャル基板。
【請求項２】
前記ＩＩＩ族窒化物下地層中のＡｌ含有量が、全てのＩＩＩ族元素に対して８０原子％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のエピタキシャル基板。
【請求項３】
前記ＩＩＩ族窒化物下地層はＡｌＮからなることを特徴とする、請求項２に記載のエピタキシャル基板。
【請求項４】
前記融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層の厚さが、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のエピタキシャル基板。
【請求項５】
前記融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層がＴｉ、ＴｉＮｘ、Ｎｉ、ＮｉＮｘ、Ｃｒ、ＣｒＮｘのうちいずれか一からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のエピタキシャル基板。
【請求項６】
前記ＩＩＩ族窒化物層群のＡｌ含有量が、前記ＩＩＩ族窒化物下地層のＡｌ含有量以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のエピタキシャル基板。
【請求項７】
所定の基材上に、転位密度が１×１０１１／ｃｍ２以下であり、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブ半値幅が２００秒以下である、少なくとも全てのＩＩＩ族元素に対して５０原子％以上のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物下地層、融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層を順次に形成し、さらに前記中間層上に少なくともＡｌを含むＩＩＩ族窒化物層群を形成することにより、前記ＩＩＩ族窒化物層群中の転位密度を低減させることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【請求項８】
前記ＩＩＩ族窒化物下地層中のＡｌ含有量が、全ＩＩＩ族元素に対して８０原子％以上であることを特徴とする、請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【請求項９】
前記ＩＩＩ族窒化物下地層はＡｌＮからなることを特徴とする、請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【請求項１０】
前記融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層の厚さが、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一に記載のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【請求項１１】
前記融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層がＴｉ、ＴｉＮｘ、Ｎｉ、ＮｉＮｘ、Ｃｒ、ＣｒＮｘのうちいずれか一からなることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一に記載のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【請求項１２】
前記ＩＩＩ族窒化物層群のＡｌ含有量が、前記ＩＩＩ族窒化物下地層のＡｌ含有量以下であることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか一に記載のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エピタキシャル基板、及びＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法に関し、詳しくは、フォトニックデバイス及び電子デバイスなどの半導体素子、並びにフィールドエミッタなどの素子を構成する基板として好適に用いることのできるエピタキシャル基板、及び前記素子を作製する際のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ族窒化物膜は、フォトニックデバイス及び電子デバイスなどの半導体素子を構成する半導体膜として用いられており、近年においては、携帯電話などに用いられる高速ＩＣチップなどを構成する半導体膜としても注目を浴びている。また、特にＡｌを含むＩＩＩ族窒化物膜は、紫外領域での受発光素子やフィールドエミッタへの応用材料としても注目されている。
【０００３】上記のようなＩＩＩ族窒化物膜は、通常ＭＯＣＶＤ法によって形成される。具体的には、前記ＩＩＩ族窒化物膜を形成すべき基板を、所定の反応管内に設けられたサセプタ上に設置させるとともに、このサセプタ内あるいはサセプタ外に設置された加熱機構に埋め込まれたヒータによって１０００℃以上にまで加熱する。そして、前記反応管内に所定の原料ガスをキャリアガスとともに導入し、前記基板上に供給する。
【０００４】すると、前記基板上で熱化学反応が生じて、前記各原料ガスは構成元素に分解されるとともに、これら構成元素同士が互いに反応し、目的とするＩＩＩ族窒化物膜が前記基板上に堆積されて製造されるものである。そして、これらのＩＩＩ族窒化物膜は、半導体素子を構成した場合において設計値どおりの特性を得るべく、転位密度の低いことが要求される。
【０００５】ところで、ＩＩＩ族窒化物材料の融点は相対的に高いために、前記ＩＩＩ族窒化物材料からバルク単結晶基板を作製することは困難であった。したがって、ＩＩＩ族窒化物膜は、例えば、サファイア単結晶基板のような異なる材料系のバルク単結晶基板上にヘテロエピタキシャル成長させることにより、作製せざるを得ない。この場合、前記バルク単結晶基板と前記ＩＩＩ族窒化物膜との格子定数差に起因して、これら界面に比較的多量のミスフィット転位が生成され、このミスフィット転位に起因して前記ＩＩＩ族窒化物膜中に多量の転位が導入されてしまい、その結晶品質が著しく劣化してしまっていた。
【０００６】かかる観点より、前記基板と前記ＩＩＩ族窒化物膜との間に低温で成膜したバッファ層を挿入したり、ストライプ状のＳｉＯ２マスクなどを用いたＥＬＯ技術などが開発されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したバッファ層を用いた場合などにおいては、バッファ層自体の低結晶性に基づいた転位が前記ＩＩＩ族窒化物膜中に生成されてしまい、前記ＩＩＩ族窒化物膜中の転位密度を十分に低減させることができないでいた。また、従来のＥＬＯ技術は材料選択性が大きく、特にＡｌを多量に含むＩＩＩ族窒化物膜をエピタキシャル成長させることは困難であった。
【０００８】本発明は、低転位で結晶性に優れたＩＩＩ族窒化物層群、特にはＡｌを含有する窒化物層群を形成することのできる、新規なエピタキシャル基板、及び形成すべきＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の基材と、
前記基材上に形成された、転位密度が１×１０１１／ｃｍ２以下であり、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブ半値幅が２００秒以下である、少なくとも全ＩＩＩ族元素に対して５０原子％以上のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物下地層と、
前記ＩＩＩ族窒化物下地層上に形成された、融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層と、
前記融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層上に形成された、少なくともＡｌを含み、転位密度が１×１０１０／ｃｍ２以下であるＩＩＩ族窒化物層群を具えることを特徴とするエピタキシャル基板に関する。
【００１０】また、本発明は、所定の基材上に、転位密度が１×１０１１／ｃｍ２以下であり、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブ半値幅が２００秒以下である、少なくとも全ＩＩＩ族元素に対して５０原子％以上のＡｌを含むＩＩＩ族窒化物下地層、融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層を順次に形成し、さらに前記中間層上に少なくともＡｌを含むＩＩＩ族窒化物層群を形成することにより、前記ＩＩＩ族窒化物層群中の転位密度を低減させることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法に関する。
【００１１】本発明者らは、サファイア単結晶などからなる基材上に、低転位密度かつ高結晶性の、Ａｌを含有するＩＩＩ族窒化物膜を形成すべく、長年研究を行なっている。従来においては、エピタキシャル基板を構成するバッファ層などの下地層は、基材と前記エピタキシャル基板上に形成すべきＩＩＩ族窒化物膜などのＩＩＩ族窒化物層群との格子定数差を補完してミスフィット転位の発生を抑制すべく、比較的低温で形成した低結晶品質のＩＩＩ族窒化物から構成するのが常識であると考えられていた。
【００１２】このような低結晶品質の下地層を用いた場合、ミスフィット転位の低減に起因して、前記ＩＩＩ族窒化物層群中の転位密度はある程度の割合で低減することができる。しかしながら、前記下地層自身の低結晶品質に起因して、前記ＩＩＩ族窒化物層群中の転位密度を十分に低減することができないでいた。
【００１３】これに対して、本発明者らは、前記下地層をＡｌを比較的多量に含むＩＩＩ族窒化物から構成した場合は、前記下地層の転位密度を低減させて結晶品質を向上させた場合においても、前記基材と前記ＩＩＩ族窒化物層群との格子定数差が補完され、ＩＩＩ族窒化物内のミスフィット転位の発生が抑制されることを見出した。そして、前記下地層の高結晶品質に起因して、前記ＩＩＩ族窒化物層群の結晶品質をも向上させることができ、転位密度のさらなる低減を実現できるとともに、結晶性の向上をも実現できることを見出したものである。
【００１４】ただし、上述した転位密度低減の効果は、前記下地層のＡｌ含有量に対して前記ＩＩＩ族窒化物層群のＡｌ含有量が少なく、かつ、Ａｌ含有量差が大きいほど顕著であるが、特に、Ａｌを含有するＩＩＩ族窒化物層群を上記下地層上に成長する場合には、ＩＩＩ族窒化物層群のＡｌ含有量が増加するほどＡｌ含有量差
が小さくなるため、上述した高結晶品質のＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物下地層を設けたのみでは、目的とするＩＩＩ族窒化物層群中の転位密度を十分に低減させることができず、その結晶品質を十分に向上させることができないでいた。かかる状況に鑑み、本発明者らは、上述したＡｌ含有の高結晶品質の下地層を含むエピタキシャル基板に対してＥＬＯ技術を適用し、形成すべきＩＩＩ族窒化物層群中の転位密度をさらに低減させるようにした。
【００１５】しかしながら、前述したエピタキシャル基板上に、ＳｉＯ２などからなるマスクを形成して、ＩＩＩ族窒化物層群を形成する場合には、マスク形成のためのフォトリソ工程が必要となり、工程が煩雑になるという問題があった。また、マスクのパターンに従って、転位密度の濃淡が顕著に現れ、デバイス形成の場合の歩留まり低下の一因ともなっていた。さらに、特にＡｌを含有するＩＩＩ族窒化物層群を成長する場合には、マスク上にもＩＩＩ族窒化物層が堆積してしまい、ＥＬＯ成長による転位低減が有効に行うことができなかった。
【００１６】これに変わる技術として、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４２（２００３）ｐｐ．Ｌ１〜Ｌ３において大島らが網目状でかつ多結晶のＴｉＮ膜を中間層として挿入し、この膜をマスクとして利用することにより転位密度が低減できることを報告している。しかしながら、本技術をＡｌを含むＩＩＩ族窒化物層群の形成に応用したところ、ＴｉＮを用いた場合にもマスクとしての効果は得られず、表面凹凸の激しい膜が形成されてしまい、良質なＡｌを含むＩＩＩ族窒化物層群を形成することができなかった。
【非特許文献】
大島他  Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４２（２００３）ｐｐ．Ｌ１〜Ｌ３
【００１７】このような状況に鑑みて、本発明者らはさらなる検討を実施し、上述したＡｌ含有の高結晶品質の下地層を有するエピタキシャル基板上に、融点１３００℃以上の遷移金属を含む均一な単結晶膜を中間層として挿入することを検討した。この場合、融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層はマスクとしての効果は全くなく、この中間層上へ直接Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物層群を形成することを意味する。
【００１８】このような中間層は一般の薄膜形成法やＭＯＣＶＤ装置内での成長により容易に形成できる。前記下地層から伝搬してきた転位は、融点１３００℃以上の遷移金属を含む単結晶膜からなる中間層内に発生する応力やこの中間層とＩＩＩ族窒化物膜の界面での格子ミスマッチにより、転位の伝搬方向の変化を引き起こし、転位の結合による転位の消失を引き起こす。
【００１９】結果として、Ａｌ含有の高結晶品質の下地層と、均一な単結晶膜からなる中間層、さらに少なくともＡｌを含むＩＩＩ族窒化物層群とからエピタキシャル基板を構成した場合には、ＩＩＩ族窒化物層群の転位密度を著しく低減することができ、結晶品質を向上させることができる。さらに、Ａｌ含有の高結晶品質の下地層を用いることにより、Ａｌ含有のＩＩＩ族窒化物層群を、クラックを発生させることなく容易に形成させることができる。
【００２０】なお、本発明の好ましい態様においては、前記中間層として融点１３００℃以上の遷移金属を含む単層膜、あるいはこのような遷移金属を含む少なくとも一種の単結晶膜を多層化して形成したものを用いる。
【００２１】また、「ＩＩＩ族窒化物層群」とは単独のＩＩＩ族窒化物層又は複数のＩＩＩ族窒化物層が複数積層されてなる多層膜構造などを総称したものであり、作製すべき半導体素子の種類などに応じて適当な構成を採る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のエピタキシャル基板の構成を示す図である。図１に示すエピタキシャル基板１０は、基材１、この基材１上に形成されたＩＩＩ族窒化物下地層２及び融点１３００℃以上の遷移金属を含む中間層３、およびこの中間層上に形成されたＩＩＩ族窒化物層群４とを含んでいる。
【００２３】下地層２はＡｌを含んでいることが必要であり、その含有量は全ＩＩＩ族元素に対して５０原子％以上であることが好ましく、さらには８０原子％以上、さらには好ましくは、下地層２をＡｌＮ（全ＩＩＩ族元素に対して１００原子％）から構成することが好ましい。これによって、下地層２の結晶品質を以下に示すように向上させた場合においても、基材１との格子定数差を補完することができ、中間層３さらにはその上に形成すべきＩＩＩ族窒化物層群４を、その結晶品質を高度に維持しながらエピタキシャル成長させることができる。
【００２４】なお、下地層２におけるＡｌは、膜厚全体を通じて均一に含有させても良いが、膜厚方向において組成勾配を有するように含有させても良い。後者の場合、例えばＡｌ組成を基材１側から中間層３側に減少するようにすることによって、成長中に発生する引っ張り応力を格子定数差により緩和することができ、特に中間層上に膜厚の大きいＩＩＩ族窒化物層群４を形成したときの問題であるクラックの発生を抑制することができる。
【００２５】なお、下地層２は、Ａｌの他に、Ｇａ及びＩｎなどのＩＩＩ族元素、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｂｅ及びＭｇなどの添加元素を含むこともできる。さらに、意識的に添加した元素に限らず、成膜条件などに依存して必然的に取り込まれる微量元素、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含むこともできる。
【００２６】下地層２中の転位密度は１×１０１１／ｃｍ２以下であることが好ましく、さらには５×１０１０／ｃｍ２以下、特には１×１０１０／ｃｍ２以下であることが好ましい。また、下地層２の（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブ半値幅は２００秒以下であることが好ましく、さらには１５０秒以下、特には１００秒以下であることが好ましい。上述したように、下地層２がこのように高い結晶品質を有することによって、下地層２の上方に形成するＩＩＩ族窒化物層群４の結晶品質を向上させることができる。したがって、最終的に得た半導体素子、例えば、半導体発光素子などの発光効率などのデバイス特性を向上させることができる。
【００２７】また、下地層２の表面粗さＲａは２Å以下であることが好ましい。本測定は、ＡＦＭを用いて５μｍ角の範囲で測定する。
【００２８】なお、下地層２の膜厚は大きい方が好ましく、具体的には０．１μｍ以上、さらには０．５μｍ以上の厚さに形成することが好ましい。下地層２の厚さの上限値は特に限定されるものではなく、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択し、設定する。
【００２９】下地層２は、上記要件を満足する限り公知の成膜手段を用いて形成することができる。しかしながら、ＭＯＣＶＤ法を用い、その成膜温度を１１００℃以上に設定することによって簡易に得ることができる。なお、本特許の成膜温度は、基材１自身の設定温度を意味する。なお、下地層２の表面の粗れなどを抑制する観点より、前記成膜温度は１２５０℃以下であることが好ましい。
【００３０】なお、下地層の上方に形成されるＩＩＩ族窒化物層群４の成膜温度を１２５０℃として成膜する可能性もあることから、中間層に用いる遷移金属の融点は余裕を考慮して１３００℃以上であることが望ましい。ＩＩＩ族窒化物層群４の成膜中に中間層３が融解し、表面張力等の影響により、中間層３が島状の構造になることを防ぐ必要があるからである。また融点の上限については、特に制限されるものではなく、目的とする用途、プロセスとの整合性等を考慮に入れ、適宜選択する。
【００３１】但し、中間層３は、融点１３００℃以上の遷移金属を含み、たとえばＴｉ、ＴｉＮｘ、Ｎｉ、ＮｉＮｘ、Ｃｒ、ＣｒＮｘなどのうちいずれか一つ、あるいはこれらのうち少なくとも一種の多層膜からなる単結晶膜から構成されることが好ましい。また、Ａｌを含有するＩＩＩ族窒化物膜層群４を成長させる場合、横方向成長による穴埋め効果は期待できないため、サイズの大きいボイドは存在しない均一膜であることが好ましい。
【００３２】また、ＩＩＩ族窒化物層群４のエピタキシャル成長を良好な状態で行なうべく、中間層３の厚さは０．５ｎｍ以上であることが好ましく、さらには１ｎｍ以上であることが好ましい。なお、中間層３の厚さの上限は形成すべきＩＩＩ族窒化物層群の厚さなどに依存するが、約１００ｎｍ程度である。中間層３の厚さが１００ｎｍを超えてもエピタキシャル成長の度合いに変化は見られない。
【００３３】中間層３は、上記要件を満足する限り公知の成膜手段を用いて形成することができる。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用い、下地層２と同一バッチあるいは別バッチで形成することができる。あるいは、スパッタリング、真空蒸着などのＰＶＤ法、各種ＣＶＤ法を用いることもできる。また、プラズマ・光などの各種アシスト方法も併用可能である。また、中間層の組成あるいは結晶系を変化させるため、適当なガス雰囲気下での熱処理を加えることも可能である。この場合、単結晶化を促進させるため、基板温度１０００℃以上での水素、窒素、およびアンモニアのうちいずれか一つを含む雰囲気下での熱処理を加えることが好ましい。
【００３４】なお、中間層３は、実質的に、融点１３００℃以上の遷移金属、あるいはその遷移金属の化合物からなり、下地層２あるいはＩＩＩ族窒化物層群４に含まれる元素、たとえばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＢなどのＩＩＩ族元素あるいはＳｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｂｅ及びＭｇなども含むこともできる。さらに成膜条件などに依存して必然的に取り込まれる微量元素、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含むこともできる。
【００３５】また、基材１は、サファイア単結晶、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＡｌ２Ｏ４単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶などのＩＶ族あるいはＩＶ−ＩＶ族単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶、及びＡｌＧａＮ単結晶などのＩＩＩ−Ｖ族単結晶、ＺｒＢ２などのホウ化物単結晶などの、公知の基板材料から構成することができる。
【００３６】特に基材１をサファイア単結晶から構成する場合においては、基材１の主面１Ａに対して窒化処理を行ない、主面１Ａにおいて表面窒化層を形成することが好ましい。これによって、下地層２、中間層３、及び窒化物層群４の結晶品質をより向上させることができる。前記窒化処理は、基材１をアンモニアなどの窒素を含有する雰囲気中に配置し、所定温度に加熱することによって実施することができる。
【００３７】なお、基材１・下地層２・中間層３の上記組み合わせを用いることにより、上記中間層３上には、少なくともＡｌを含有するＩＩＩ族窒化物層群４として、１×１０１０／ｃｍ２以下、さらには５×１０９／ｃｍ２以下の転位密度のＩＩＩ族窒化物膜を実現することができる。
【００３８】なお、好ましいＩＩＩ族窒化物層群４の平均組成としては、Ａｌの組成が下地層２のＡｌの組成以下であることが望ましい。この場合、中間層３の効果に加え、組成差による面内への圧縮応力の効果が転位低減を促進し、より低転位なＩＩＩ  属窒化物層群４を実現することができる。
【００３９】もちろんのことであるが、下地層２と窒化物層群４のＡｌの組成を等しくした場合でも、十分な転位低減の効果が期待できる。下地層２の全てのＩＩＩ  族元素に対するＡｌ組成が、５０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは１００％（すなわち下地層がＡｌＮ）であることから、従来低転位化が困難であった窒化物層群４の全てのＩＩＩ族元素に対するＡｌ組成が５０％以上の領域、さらには下地層がＡｌＮである場合においても、低転位化を実現することができる。
【００４０】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
２インチ径の厚さ４３０μｍのサファイア基板をＨ２ＳＯ４＋Ｈ２Ｏ２で前処理した後、ＭＯＣＶＤ装置の中に設置した。キャリアガスとして、Ｈ２を流速１ｍ／ｓｅｃで流しながら、基板を１２００℃まで昇温した後、トリメチルアルメニウム（ＴＭＡ）及びＮＨ３を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流して、前記サファイア基板上に下地層としてのＡｌＮ層を厚さ１μｍまで成長させた。前記ＡｌＮ層の（００２）面におけるＸ線回析ロッキングカーブの半値幅は９０秒であり、転位密度は２×１０１０／ｃｍ２であり、結晶品質に優れることが判明した。また、表面粗さＲａは２Åであった。
【００４１】次いで、上記ＡｌＮ層上にＴｉを２０ｎｍの厚さに真空蒸着し、再度ＭＯＣＶＤ装置の中に設置した。基板温度を１２００℃とし、ＮＨ３を平均流速１ｍ／ｓｅｃで１分流して、熱処理を加え、Ｔｉ膜を単結晶ＴｉＮｘ膜とした。
【００４２】次いで、基板温度を１２００℃とし、ＴＭＡ、及びＮＨ３を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流して、前記ＡｌＮ層上に前記単結晶ＴｉＮｘからなる中間層を介して、ＩＩＩ族窒化物層群としてのＡｌＮ膜を厚さ３μｍに形成した。このＡｌＮ膜中の転位密度をＴＥＭ観察によって測定したところ１×１０９／ｃｍ２であることが判明した。また表面粗さＲａは２．５Åという平坦な膜が形成できた。
【００４３】図２、図３、および図４に断面のＴＥＭ観察結果を示す。図２において、Ｔｉを含有する中間層の上層である、ＩＩＩ族窒化物層群としてのＡｌＮ層において転位密度が著しく低減できていることが確認できる。また、図３にＴｉを含有する中間層を拡大したものを示すが、Ｔｉを含有する膜が２０ｎｍ程度の厚みで均一に形成されていることが確認できる。さらに、図４にＴｉを含有する膜の格子像を示すが、単結晶膜が形成されていることが確認できる。
（実施例２）
【００４４】サファイア基板上に下地層としてのＡｌＮ層を、実施例１と同様に、厚さ１μｍまで成長させた。
【００４５】次いで、上記ＡｌＮ層上にＮｉを５ｎｍの厚さに真空蒸着し、再度ＭＯＣＶＤ装置の中に設置した。基板温度を１２００℃とし、ＮＨ３を平均流速１ｍ／ｓｅｃで１５秒流して、熱処理を加え、ＮｉＮｘ膜とした。
【００４６】次いで、基板温度を１２００℃とし、ＴＭＡ、及びＮＨ３を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流して、前記ＡｌＮ層上に前記単結晶ＮｉＮｘからなる中間層を介して、ＩＩＩ族窒化物層群としてのＡｌＮ膜を厚さ３μｍに形成した。このＡｌＮ膜中の転位密度をＴＥＭ観察によって測定したところ５×１０８／ｃｍ２であることが判明した。また表面粗さＲａは２．０Åという平坦な膜が形成できた。
【００４７】（比較例１）
上記実施例において、下地層を低温緩衝層であるＧａＮ膜とし、その上にＩＩＩ族窒化物層群としてのＡｌＮ膜を試みたが、クラックが多量に発生し、実用に供するＡｌＮ膜のエピタキシャル成長を実現させることができなかった。なお、本ＧａＮ下地層の（００２）ロッキングカーブの半値幅は３００秒であった。
【００４８】（比較例２）
下地層を６００℃の低温で形成したＡｌＮから構成した以外は、実施例と同様にしてＩＩＩ族窒化物層群としてのＡｌＮ膜を形成した。このＡｌＮ膜中の転位密度をＴＥＭ観察によって測定したところ３×１０１１／ｃｍ２であることが判明した。
【００４９】実施例及び比較例１から明らかなように、中間層を設けない場合においてはＡｌＮ膜のエピタキシャル成長ができないことが分かる。また、実施例及び比較例２から明らかなように、高結晶品質のＡｌＮ下地膜に代えて、低温成膜の低結晶品質のＡｌＮ下地膜を用いた場合においては、最終的に得たＩＩＩ族窒化物層群としてのＡｌＮ膜の転位密度を低減できず、その結晶品質を向上できないことが分かる。
【００５０】以上、具体例を挙げながら、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記発明の実施に形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能である。たとえば、本例では中間層の全体を窒化膜としたが、表層のみを窒化して組成に分布をつけることも可能である。
【００５１】さらには、中間層とＩＩＩ族窒化物層群との間にバッファ層やひずみ超格子などの多層積層膜を挿入し、前記ＩＩＩ族窒化物層群の結晶品質をさらに向上させることもできる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、低転位で結晶性に優れたＩＩＩ族窒化物層群、特にはＡｌを含有する窒化物層群を形成することができ、新規なエピタキシャル基板を提供することができる。さらには、前記ＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエピタキシャル基板の一例を示す構成図である。
【図２】本発明のエピタキシャル基板の断面の状態を示すＴＥＭ像である。
【図３】本発明のエピタキシャル基板の断面の状態を示すＴＥＭ像である。
【図４】本発明のエピタキシャル基板の断面の状態を示すＴＥＭ像である。
【符号の説明】
１  基材、２  下地層、３  中間層、４  ＩＩＩ族窒化物層群、１０  エピタキシャル基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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