(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含有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これを用いた半導体積層構造を提供するとともに、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Ｂを含み、ＩＩＩ族窒化物下地層２が露出した開口部４を有する介在層３からエピタキシャル基板１０を構成する。次いで、エピタキシャル基板１０上にＩＩＩ族窒化物層群をエピタキシャル成長させる。【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、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族窒化物下地層と、
前記ＩＩＩ族窒化物下地層上に形成された、島状又は網目状の介在層と、
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ＩＩＩ族元素に対して５０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】
前記介在層の厚さが、０．５ｎｍ〜１０００ｎｍ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】
前記介在層は、金属、金属間化合物、及び合金の少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１〜４に記載のエピタキシャル基板。
【請求項６】
前記介在層は、ＡｌｐＧａｑＩｎｒＮ（ｏ≦ｐ，ｑ，ｒ≦１，ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）を除く窒化物からなることを特徴とする、請求項１〜４に記載のエピタキシャル基板。
【請求項７】
前記介在層は、酸化物からなることを特徴とする、請求項１〜４に記載のエピタキシャル基板。
【請求項８】
請求項１〜８のいずれか一に記載のエピタキシャル基板と、このエピタキシャル基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物層群とを具えることを特徴とする、半導体積層構造。
【請求項９】
前記ＩＩＩ族窒化物層群のバンドギャップよりも、前記介在層のバンドギャップが大きいことを特徴とする、請求項８に記載の半導体積層構造。
【請求項１０】
所定の基材上に、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、島状又は網目状の介在層を順次に形成してエピタキシャル基板を作製し、このエピタキシャル基板上に前記介在層を介して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１１】
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５０原子％以上であることを特徴とする、請求項１０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族窒化物下地層はＡｌＮからなることを特徴とする、請求項１１に記載のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【請求項１３】
前記ＩＩＩ族窒化物介在層の厚さが、０．５ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１０〜１２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１４】
前記介在物は、金属、金属間化合物、及び合金の少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１０〜１３に記載のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【請求項１５】
前記介在物は、ＡｌｐＧａｑＩｎｒＮ（ｏ≦ｐ，ｑ，ｒ≦１，ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）を除く窒化物からなることを特徴とする、請求項１０〜１３に記載のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【請求項１６】
前記介在層は、酸化物からなることを特徴とする、請求項１０〜１３に記載のＩＩＩ族窒化物層群の転位低減方法。
【請求項１７】
前記ＩＩＩ族窒化物層群のバンドギャップよりも、前記介在層のバンドギャップが大きいことを特徴とする、請求項１０〜１６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、半導体積層構造及び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半導体積層構造、並びに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、フィールドエミッタへの応用材料として注目されている。
【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】しかしながら、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含有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これを用いた半導体積層構造を提供するとともに、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、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族窒化物下地層と、
前記ＩＩＩ族窒化物下地層上に形成された、島状又は網目状の介在層と、
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、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、島状又は網目状の介在層を順次に形成してエピタキシャル基板を作製し、このエピタキシャル基板上に前記介在層を介して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含有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き、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、前記下地層の結晶性を向上させ、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、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】しかしながら、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、特に、Ａｌ含有ＩＩＩ族窒化物層群を上記下地層上に成長する場合には、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。
【００１６】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、島状又は網目状の介在層を形成することを想到した。
【００１７】このような介在層は一般の薄膜形成法とＭＯＣＶＤ装置内での熱処理で容易に形成でき、前記下地層から伝搬してきた転位は、介在層被覆部においては、転位の伝搬が妨げられ、介在層被覆部上方に位置する部分では転位密度は著しく低減される。また、前記下地層の開口部上方においても、転位の屈曲による転位低減効果が期待される。また、前記介在層の開口部は、確率的に均一に存在するため、転位が均一に分散することができる。
【００１８】結果として、Ａｌ含有の高結晶品質の下地層と、開口部を有するＢ含有の介在層とからエピタキシャル基板を構成し、このエピタキシャル基板上にＩＩＩ族窒化物層群を形成することにより、そ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。
【００１９】なお、本発明の好ましい態様においては、前記介在層を金属、金属間化合物、及び合金の少なくとも一つ、ＡｌｐＧａｑＩｎｒＮ（ｏ≦ｐ，ｑ，ｒ≦１，ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）を除く窒化物、酸化物、さらには形成すべきＩＩＩ族窒化物層群のバンドギャップよりも、前記介在層のバンドギャップが大きくなるような材料を用いて形成することが望ましい。特に、酸化物材料以外の材料を用いた場合は、Ａｌ含有のＩＩＩ族窒化物層を成長させる際の介在層上での多結晶層を抑制できる効果を持つ。また、前記ＩＩＩ族窒化物層群のバンドギャップよりも前記介在層のバンドギャップを大きくすることにより、短波長領域での透過率を向上させることができ、短波長領域での受発光デバイスの効率を改善することもできる。
【００２０】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。
【００２１】
【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と、この基材１上に形成されたＩＩＩ族窒化物下地層２及びＩＩＩ族窒化物介在層３を含んでいる。介在層３は島状構造を呈し、各島状構造部分間において下地層２が露出した開口部４を有している。
【００２２】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、窒化物層３さらにはその上に形成すべきＩＩＩ族窒化物層群を、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。
【００２３】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側から窒化物層３側に減少するようにすることによって、以下に示すように、基材１を特にサファイア単結晶などのＡｌ含有単結晶から構成し、形成すべきＩＩＩ族窒化物層群をＧａ系窒化物層から構成した場合などにおいて、これらの格子定数差をより効果的に補完できるようになる。したがって、ミスフィット転位などの発生をより効果的に低減できるようになり、下地層２及びＩＩＩ族窒化物層群の結晶品質をより向上させることができるようになる。
【００２４】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。
【００２５】下地層２中の転位密度は１×１０１１／ｃｍ２以下であることが必要であり、さらには５×１０１１／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必要であり、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上に形成するＩＩＩ族窒化物層群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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】介在層３は金属、金属間化合物、及び合金の少なくとも一つ、ＡｌｐＧａｑＩｎｒＮ（ｏ≦ｐ，ｑ，ｒ≦１，ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）を除く窒化物、酸化物、さらには形成すべきＩＩＩ族窒化物層群のバンドギャップよりも、前記介在層のバンドギャップが大きい材料のいずれかを用いて形成させる必要がある。どの材料を用いるかは、本エピタキシャル基板の用途などに応じて適宜に選択する。
【００３０】但し、介在層３は、Ｇａの他に、Ａｌ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。
【００３１】また、ＩＩＩ族窒化物層群のエピタキシャル成長を良好な状態に下に行なうべく、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、介在層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１０００ｎｍ程度である。介在層３の厚さを１０００ｎｍを超えて厚くしてもエピタキシャル成長の度合いに変化は見られない。
【００３２】介在層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、介在層の形状を変化させるため、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。
【００３３】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、Ｚｒ２Ｂ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。
【００３４】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及び窒化物層３、並びにエピタキシャル基板１０上に形成すべき窒化物層群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含有雰囲気中に配置し、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。
【００３５】図２は、図１に示すエピタキシャル基板１０上にＩＩＩ族窒化物層群１５を形成してなる半導体積層構造の一例を示す構成図である。図２から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物層群１５の形成初期においては、介在層３の開口部４内を埋設するようにして垂直方向にエピタキシャル成長が進行し、その後、介在層３の島状構造部分の上面３Ａに沿って横方向に成長するようになる。したがって、下地層２との界面で生じた転位も垂直方向に伝播した後、介在層３の島状構造部分の上面３Ａに沿って横方向に屈曲するものもある。また島状構造被覆部分においては、転位の伝搬が被覆により妨げられる。その結果、ＩＩＩ族窒化物層群１５の、開口部４の上方の領域１５Ａでは転位密度が低減され、結晶品質に優れたＩＩＩ族窒化物層群の提供が可能となる。
【００３６】
【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、トリメチルアルミニウム（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線回折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。
【００３７】次いで、基板温度を１２００℃とし、前記ＡｌＮ層上にトリメチルボロン（ＹＭＢ）及びＮＨ３を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流して、前記ＡｌＮ層上に介在層としての島状構造のＢＮ層を厚さ２０ｎｍに形成し、エピタキシャル基板を作製した。なお、前記ＢＮ層の島状構造部分は円柱状を呈していた。
【００３８】次いで、基板温度を１２００℃とし、ＴＭＡ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びＮＨ３を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流して、前記ＡｌＮ層上に島状構造の前記ＢＮ層を介して、ＩＩＩ族窒化物層群としてのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を厚さ２μｍ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。
【００３９】（実施例２）
２インチ径の暑さ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。
【００４０】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で流して、熱処理を加え、Ｔｉ膜をＴｉＮｘ膜とした上、網目構造とした。
【００４１】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層上に島状構造の前記ＴｉＮｘ層を介して、ＩＩＩ族窒化物層群としてのＡｌＧａＮ膜を厚さ２μｍ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。
【００４２】（比較例１）
上記実施例において、下地層を低温緩衝層を用いて形成したＧａＮ膜とし、ＩＩＩ族窒化物層群としてのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を試みたが、クラックが多量に発生し、実用に供するＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ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。
【００４３】（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１×１０１１／ｃｍ２であることが判明した。
【００４４】以上、実施例及び比較例１から明らかなように、介在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、その結晶品質を向上できることが分かる。
【００４５】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。例えば、エピタキシャル基板と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。
【００４６】さらには、エピタキシャル基板を構成する基材を凹面状のサファイア単結晶などから構成することによって、前記エピタキシャル基板の反り量をさらに低減することもできる。
【００４７】
【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含有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これを用いた半導体積層構造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】本発明の半導体積層構造の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１  基材、２  下地層、３  中間層、４  開口部、１０  エピタキシャル基板、１５  ＩＩＩ族窒化物層群、２０  半導体積層構造
【図１】
2004247493.tif 000003
【図２】
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