(57)【要約】【課題】低転位で結晶性に優れた窒化物膜、特にはＡｌ含有窒化物膜を形成する低転位のＩＩＩ族窒化物膜を簡易に製造する。【解決手段】ＣＶＤ法における第１の成膜条件でエピタキシャル成長を実施した後、前記第１の成膜条件と異なる第２の成膜条件でエピタキシャル成長を実施して得た、基材の主面から立上った刃状転位が膜中で横方向に屈曲し、前記基材の前記主面と略平行に伝播してなるＩＩＩ族窒化物膜を下地層として用い、この下地層上に目的とするＩＩＩ族窒化物膜を形成する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基材の主面上に形成された、少なくともＡｌを含むＩＩＩ族窒化物膜であって、その内部において、刃状転位が前記基材の前記主面から立ち上がった後、前記主面と略平行となるように屈曲し、伝播していることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物膜。
【請求項２】
ＣＶＤ法における相異なる第１の成膜条件と第２の成膜条件とを順次に設定し、これら２つの成膜条件下において連続的に形成することを特徴とする、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物膜。
【請求項３】
前記第１の成膜条件における窒素原料ガス量を、前記第２の成膜条件における窒素原料ガス流量よりも大きくしたことを特徴とする、請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物膜。
【請求項４】
前記第１の成膜条件における前記基材の加熱温度を、前記第２の成膜条件における前記基材の加熱温度よりも小さくしたことを特徴とする、請求項２又は３に記載のＩＩＩ族窒化物膜。
【請求項５】
前記第１の成膜条件における雰囲気圧力を、前記第２の成膜条件における雰囲気圧力よりも大きくしたことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一に記載のＩＩＩ族窒化物膜。
【請求項６】
前記基材の前記主面には表面窒化層が形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のＩＩＩ族窒化物膜。
【請求項７】
前記基材と前記ＩＩＩ族窒化物膜との間において、ＩＩＩ族窒化物下地膜が形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のＩＩＩ族窒化物膜。
【請求項８】
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１〜７のいずれか一に記載のＩＩＩ族窒化物膜。
【請求項９】
ＡｌＮからなることを特徴とする、請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物膜。
【請求項１０】
所定の基材と、この基材の主面上に形成された、少なくともＡｌを含むＩＩＩ族窒化物膜とを具え、前記ＩＩＩ族窒化物膜の内部において、刃状転位が前記基材の前記主面から立ち上がった後、前記主面と略平行となるように屈曲し、伝播していることを特徴とする、エピタキシャル基板。
【請求項１１】
前記ＩＩＩ族窒化物膜は、ＣＶＤ法における相異なる第１の成膜条件と第２の成膜条件とを順次に設定し、これら２つの成膜条件下において連続的に形成することを特徴とする、請求項１０に記載のエピタキシャル基板。
【請求項１２】
前記第１の成膜条件における窒素原料ガス量を、前記第２の成膜条件における窒素原料ガス流量よりも大きくしたことを特徴とする、請求項１１に記載のエピタキシャル基板。
【請求項１３】
前記第１の成膜条件における前記基材の加熱温度を、前記第２の成膜条件における前記基材の加熱温度よりも小さくしたことを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のエピタキシャル基板。
【請求項１４】
前記第１の成膜条件における雰囲気圧力を、前記第２の成膜条件における雰囲気圧力よりも大きくしたことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一に記載のエピタキシャル基板。
【請求項１５】
前記基材の前記主面に表面窒化層を設けたことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一に記載のエピタキシャル基板。
【請求項１６】
前記基材と前記ＩＩＩ族窒化物膜との間において、ＩＩＩ族窒化物下地膜を設けたことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一に記載のエピタキシャル基板。
【請求項１７】
前記ＩＩＩ族窒化物膜における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１０〜１６のいずれか一に記載のエピタキシャル基板。
【請求項１８】
前記ＩＩＩ族窒化物膜はＡｌＮからなることを特徴とする、請求項１７に記載のエピタキシャル基板。
【請求項１９】
請求項１０〜１８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、多層膜構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード素子などの半導体発光素子又は高速ＩＣチップなどの半導体素子を構成する下地膜として好適に用いることのできる、ＩＩＩ族窒化物膜、並びにこれを用いたエピタキシャル基板及び多層膜構造に関する。
【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】このようなＩＩＩ族窒化物膜を形成する基板として、サファイア単結晶などからなる所定の基材上にエピタキシャル成長により形成した下地層を具える、いわゆるエピタキシャル基板がある。前記下地層は、特にＡｌを含有したＩＩＩ族窒化物膜のエピタキシャル成長を容易にすべく、Ａｌを含有したＩＩＩ族窒化物から構成することが好ましい。さらに、Ａｌ含有窒化物は大きなバンドギャップを有するとともに、大きな熱伝導率を有するため、このような材料からなる下地層をＩＩＩ族窒化物膜と基材との間に挿入することにより、光吸収抑制あるいは熱拡散の観点から半導体素子などの効率を向上させることもできる。
【０００４】そして、上記エピタキシャル基板を反応管内に設けられたサセプタ上に設置した後、前記サセプタ内外の加熱機構によって所定の温度に加熱する。次いで、ＩＩＩ族元素供給原料及び窒素供給原料、並びに必要に応じて他の元素の供給原料をキャリアガスとともに前記反応管内に導入するとともに、前記エピタキシャル基板上に供給し、ＭＯＣＶＤ法にしたがってＩＩＩ族窒化物膜を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述したエピタキシャル基板においては、基材と下地層との格子定数差に起因してミスフィット転位が発生してしまい、このミスフィット転位が貫通転位として前記下地層中を貫通し、その表面、すなわちエピタキシャル基板の表面に到達してしまう。このため、前記下地層上、すなわち前記エピタキシャル基板上に形成されるＩＩＩ族窒化物膜にも、前記ミスフィット転位に起因した多量の転位が生成されてしまう。
【０００６】同様の現象は、基材上にＡｌ含有ＩＩＩ族窒化物からなる下地層を形成する場合のみならず、Ｇａ含有及びその他のＩＩＩ族窒化物からなる下地層を形成する場合においても観察された。この結果、これらのＩＩＩ族窒化物膜から、例えば半導体発光素子などを構成した場合においては、その発光効率が劣化していまい、所望の特性を有する半導体発光素子を得ることができないでいた。
【０００７】本発明は、低転位で結晶性に優れた窒化物膜、特にはＡｌ含有窒化物膜を形成することを目的とする。
【０００８】
【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、所定の基材の主面上に形成された、少なくともＡｌを含むＩＩＩ族窒化物膜であって、その内部において、刃状転位が前記基材の前記主面から立ち上がった後、前記主面と略平行となるように屈曲し、伝播していることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物膜に関する。
【０００９】本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、上述したような基材と下地層との間に発生するミスフィット転位は刃状転位及び／又はらせん転位として前記下地層中を伝搬し、特に刃状転位が前記下地層中を貫通してその表面に到達する傾向が強いことを見出した。そして、このような貫通刃状転位が上方に形成された種々のＩＩＩ族窒化物膜の転位密度増大の原因になっていることを見出した。したがって、本発明者らは、刃状転位が膜中を貫通しないようにすべく鋭意検討し、上述した本発明のＩＩＩ族窒化物膜を発明するに至ったものである。
【００１０】本発明のＩＩＩ族窒化物膜は、ＣＶＤ法における相異なる第１の成膜条件と第２の成膜条件とを順次に設定し、これら２つの成膜条件下において連続的に形成することによって得ることができる。
【００１１】具体的には、前記第１の成膜条件における窒素原料ガス量を、前記第２の成膜条件における窒素原料ガス流量よりも大きくしたり、前記第１の成膜条件における前記基材の加熱温度を、前記第２の成膜条件における前記基材の加熱温度よりも小さくしたりすることによって形成することができる。さらには、前記第１の成膜条件における雰囲気圧力を、前記第２の成膜条件における雰囲気圧力よりも大きくしたりすることによっても形成することができる。
【００１２】本発明のＩＩＩ族窒化物膜における刃状転位の伝播の挙動は以下のように考えることができる。図１は、従来のＩＩＩ族窒化物膜のエピタキシャル成長過程を説明するための図であり、図２は、本発明のＩＩＩ族窒化物膜のエピタキシャル成長過程を説明するための図である。
【００１３】図１に示すように、従来のＩＩＩ族窒化物膜のエピタキシャル成長過程においては、図１（ａ）に示す基材１０上の主面１０Ａ上に対してＭＯＣＶＤ法などによって成膜処理を施すと、図１（ｂ）に示すように基材１０の主面１０Ａ上には、ＩＩＩ族窒化物膜の初期核１２が生成される。さらに、前記成膜処理を行なうことにより初期核１２から核成長が生じ、図１（ｃ）に示すような島状構造１３が形成される。さらに、前記成膜処理を継続して行なうと、島状構造１３を中心としてエピタキシャル成長が促進され、図１（ｄ）に示すような一様なＩＩＩ族窒化物膜２０が形成される。
【００１４】図１に示すエピタキシャル成長過程においては、全工程を通じて同一の成膜条件下の成膜処理が施される。この場合においては、
基材１０の主面から立ち上がったらせん転位のほとんどは島状結晶１３の拡大及び合体に伴って消失するものの、刃状転位の大部分は島状構造１３の上面１３Ａを貫通し、図中Ａで示すように上方に伝播する。したがって、従来のＩＩＩ族窒化物膜においては貫通刃状転位の割合が増大してしまっていた。
【００１５】これに対し、本発明のＩＩＩ族窒化物膜のエピタキシャル成長過程においては、図２（ａ）に示す基材１０の主面１０Ａに対して、種々の条件が設定された第１の成膜条件下でＭＯＣＶＤ法などによる成膜処理を施す。すると、従来のエピタキシャル成長過程と異なり、図２（ｂ）に示すような先端が針形状の初期核１２が形成され、さらに図２（ｃ）に示すように、初期核１２を中心として確率的にその一部が大きく成長し、さらに成長が進行することにより、図２（ｄ）に示すような針状構造１５が形成される。この際、針形状の先端が結合することにより、台形状の島状構造が形成される場合もある。
【００１６】次いで、ＭＯＣＶＤ法下における成膜条件を前記第１の成膜条件から第２の成膜条件へ変更する。すると、針状構造１５を中心として横方向にエピタキシャル成長が促進され、最終的に図２（ｅ）に示すような一様なＩＩＩ族窒化物膜２０が形成される。なお、第１の成膜条件から第２の成膜条件への変更のタイミングは、針状構造１５の高さが０．０５μｍ以上、さらには０．１μｍ以上となった段階で行なうことが好ましい。
【００１７】この場合、基材１０の主面１０Ａから立ち上がった刃状転位は図中Ｂで示すように、そのほとんどが針状構造１５の側面１５Ｂで横方向に屈曲し、主面１０Ａと略平行に伝播する。したがって、上方へ伝播する刃状転位の割合が著しく減少し、貫通刃状転位の割合が著しく低減される。
【００１８】なお、本発明の好ましい態様においては、前記基材の前記主面において表面窒化層を形成する。この場合においては、上記ミスフィット転位に起因したらせん転位の、前記ＩＩＩ族窒化物膜中への伝播をも抑制することができる。したがって、貫通らせん転位の割合をも減少させることができ、上方に形成した種々のＩＩＩ族窒化物膜中の転位密度をさらに低減することができる。
【００１９】同様に、前記基材の前記主面に対して成膜処理を施し、前記表面窒化層に代えて所定のＩＩＩ族窒化物下地膜を形成することもできる。この場合においても上記同様の作用効果を得ることができる。
【００２０】上述した本発明のＩＩＩ族窒化物膜は、好ましくはエピタキシャル基板を構成する下地層として用いることができる。この場合、前記下地層、すなわち前記エピタキシャル基板上に、ＩＩＩ族窒化物層群を形成した場合において、前記下地層の貫通刃状転位及び／又は貫通らせん転位の割合が減少しているため、前記ＩＩＩ族窒化物層群中に伝播する前記刃状転位及び／又はらせん転位を減少させることができ、結果として、前記ＩＩＩ族窒化物層群中の転位密度が減少して、結晶品質が向上する。
【００２１】なお、上記「ＩＩＩ族窒化物層群」は、作製すべき半導体素子の種類などに応じて、単層のＩＩＩ族窒化物層から構成することもできるし、複数のＩＩＩ族窒化物層が積層されてなる多層膜構造として構成することもできる。さらには、複数のＩＩＩ族窒化物層が交互に周期的に積層されてなる周期的多層膜構造として構成することもできる。
【００２２】本発明のその他の特徴及び詳細については、以下の発明の実施の形態において説明する。
【００２３】
【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。
【００２４】上述したように、本発明のＩＩＩ族窒化物膜は、ＣＶＤ法における相異なる第１の成膜条件と第２の成膜条件とを順次に設定し、これら２つの成膜条件下において連続的に形成することによって得ることができる。具体的には、以下の３つの態様を挙げることができる。
【００２５】第１には、前記第２の成膜条件及び前記第１の成膜条件における窒素原料ガス流量を変化させる。具体的には、上述したように、前記第１の成膜条件における窒素原料ガス流量を前記第２の成膜条件における窒素原料ガスの流量よりも大きくする。例えば、前記窒素原料ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ３）を用いた場合は、前記第１の成膜条件におけるアンモニアガス流量とＩＩＩ族原料ガス流量との比（Ｖ／ＩＩＩ比）を１０００〜１００００に設定し、前記第２の成膜条件におけるＶ／ＩＩＩ比を５０〜１０００に設定する。
【００２６】第２には、前記第２の成膜条件及び前記第１の成膜条件における基材の加熱温度を変化させる。具体的には、上述したように、前記第１の成膜条件における基材の加熱温度を前記第２の成膜条件における基材の加熱温度よりも小さくする。例えば、前記第１の成膜条件における基材の加熱温度を８００℃〜１１００℃に設定し、前記第２の成膜条件における基材の加熱温度を１１００℃〜１５００℃に設定する。
【００２７】第３には、前記第２の成膜条件及び前記第１の成膜条件における雰囲気圧力を変化させる。具体的には、上述したように、前記第１の成膜条件における雰囲気圧力を前記第２の成膜条件における雰囲気圧力よりも大きくする。例えば、前記第１の成膜条件における雰囲気圧力を１Ｔｏｒｒ〜３０Ｔｏｒｒに設定し、前記第２の成膜条件における雰囲気圧力を３０Ｔｏｒｒ〜２００Ｔｏｒｒに設定する。
【００２８】これら３つの態様は、それぞれ単独で用いることもできるし、これらの２以上を組み合わせて用いることもできる。
【００２９】なお、上述した具体的な数値はあくまで一例として示すものであり、使用するＣＶＤ装置の形態や大きさなどによっては、上記数値と異なる数値を適宜選択して設定する必要が生じる場合がある。
【００３０】本発明のＩＩＩ族窒化物膜は少なくともＡｌを含むことが必要である。これによって、相異なる第１の成膜条件及び第２の成膜条件を採用したＣＶＤ法を用いるのみで、図２に示すようなメカニズムに従い、刃状転位が基材の主面と略平行に伝播するようになる。このような傾向は、ＩＩＩ族窒化物膜におけるＡｌ含有量が増大するに従って顕著になり、前記Ａｌ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、さらには前記ＩＩＩ族窒化物膜がＡｌＮから構成されていることが好ましい。
【００３１】また、本発明のＩＩＩ族窒化物膜は、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。
【００３２】また、上述したように、本発明においては、前記ＩＩＩ族窒化物膜を形成すべき、前記基材を所定の単結晶基板から構成する場合においては、前記基材の前記主面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、前記基材からのらせん転位の上方への伝播を効果的に抑制することができる。したがって、貫通刃状転位のみならず、貫通らせん転位の割合も著しく減少することができる。
【００３３】表面窒化層は以下のようにして形成することができる。ＩＩＩ族窒化物膜を形成すべき基材を、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、及びメチルヒドラジン（Ｎ２Ｈ３ＣＨ３）ガスなどの窒化処理ガスが充填された容器内に容れ、５００〜１２００℃に加熱する。前記窒化処理ガスは、加熱された前記基材の前記主面と接触することによって、還元性の窒素ガスを生成する。この還元性の窒素ガスは極めて反応性に富むため、加熱された前記基材の前記主面と還元反応を生ぜしめて前記主面を窒化し、その結果、前述したような表面窒化層が形成される。
【００３４】表面窒化層は、好ましくは０．２ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに形成する。なお、この厚さはＥＳＣＡによる厚さ方向のエッチングプロファイルの窒素濃度分布より概算して求めたものである。
【００３５】また、上述したように、前記基材の前記主面に対して表面窒化処理を施す代わりに、前記主面上にＩＩＩ族窒化物下地膜を形成することもできる。この場合においても、前記同様の作用効果を実現することができる。前記下地膜は貫通らせん転位密度が少なく、少なくともＡｌを含んでいることが好ましい。また、Ａｌ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ＩＩＩ族元素の総てがＡｌであって、ＡｌＮから構成されていることが好ましい。
【００３６】図３は、本発明のＩＩＩ族窒化物膜を下地層として用いたエピタキシャル基板上に、ＩＩＩ族窒化物層群を形成した多層膜構造を概略的に示したものである。図３から明らかなように、基材１０上に本発明のＩＩＩ族窒化物膜からなる下地層２０が形成されて、エピタキシャル基板４０を構成している。そして、エピタキシャル基板４０上に所定のＩＩＩ族窒化物層群３０が形成されて、多層膜構造５０を構成している。
【００３７】多層膜構造５０から半導体発光素子などを構成する場合は、ＩＩＩ族窒化物層群３０をｎ型導電層、発光層、ｐ型導電層、及び必要に応じてクラッド層などから構成する。多層膜構造５０からショットキーデバイスなどを構成する場合は、ＩＩＩ族窒化物層群３０を導電層などから構成する。
【００３８】なお、基材１０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。特にサファイア単結晶から基材１０を構成した場合においては、本発明の効果をより効果的に発揮することができるようになる。
【００３９】
【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）
Ｃ面サファイア単結晶から基材を構成し、これを石英製の反応管内に設置されたサセプタ上に載置した後、吸引固定した。次いで、前記サセプタ内のヒータにより、前記基材をその表面温度が１２００℃になるまで加熱した。次いで、反応管内にアンモニアガス（ＮＨ３）を導入し、５分保持し、前記基材の主面上に表面窒化層を厚さ１ｎｍに形成した。
【００４０】次いで、Ａｌ供給原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、窒素供給原料ガスとしてＮＨ３を用い、これら原料ガスを水素キャリアガスとともに、ＮＨ３／ＴＭＡ＝５００ｓｃｃｍ／１ｓｃｃｍとなるようにして前記反応管内に導入するとともに、前記基材上に供給して、６０分間エピタキシャル成長を実施して、表面が一様なＡｌＮ膜を形成した。このＡｌＮ膜の５μｍ角の表面粗さＲａは１．５Åであり、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブ半値幅は６０秒であった。
【００４１】さらに、前記ＡｌＮ膜を下地膜として用い、成膜処理を継続させた。最初に、ＮＨ３／ＴＭＡ＝５０００ｓｃｃｍ／１ｓｃｃｍに設定（第１の成膜条件）して２０分間エピタキシャル処理を実施し、針の高さが０．１μｍであるＡｌＮ針状構造を形成した。次いで、ＮＨ３／ＴＭＡ＝５００ｓｃｃｍ／１ｓｃｃｍに設定（第２の成膜条件）して１２０分間エピタキシャル成長を実施し、一様なＡｌＮ膜を形成した。なお、上記エピタキシャル成長過程において、反応管内の圧力は２０Ｔｏｒｒで一定とした。
【００４２】前記ＡｌＮ膜における転位の伝播状態をＴＥＭ観察によって調べた。その結果、前記基材から立ち上がった転位の大部分が前記ＡｌＮ膜内部で屈曲し、前記基材の主面と略平行に伝播していることが観察された。
【００４３】次いで、前記ＡｌＮ膜上に、ＴＭＡ、並びにＧａ供給原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びＮＨ３を供給して、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を厚さ２μｍに形成した。このＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜中の転位密度を測定したところ５×１０８／ｃｍ２であった。
【００４４】
（実施例２）
Ｃ面サファイア単結晶から基材を構成し、実施例１と同様にして一様な表面を有するＡｌＮ膜を形成した。次いで、ＴＭＡ及びＮＨ３をＮＨ３／ＴＭＡ＝５００ｓｃｃｍ／１ｓｃｃｍとなるようにして前記反応管内に導入するとともに、基材温度を９００℃とし（第１の成膜条件）、２０分間エピタキシャル成長を実施して、針の高さが０．１μｍであるＡｌＮ針状構造を形成し、次いで基材温度を１１５０℃とし（第２の成膜条件）、１２０分間エピタキシャル成長を行なうことにより、一様なＡｌＮ膜を形成した。なお、上記エピタキシャル成長過程において、反応管内の圧力は２０Ｔｏｒｒで一定とした。
【００４５】前記ＡｌＮ膜における転位の伝播状態をＴＥＭ観察によって調べた。その結果、前記基材から立ち上がった転位の大部分が前記ＡｌＮ膜内部で屈曲し、前記基材の主面と略平行に伝播していることが観察された。
【００４６】次いで、前記ＡｌＮ膜上に、実施例１同様にＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を厚さ２μｍに形成した。このＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜中の転位密度を測定したところ５×１０８／ｃｍ２であった。
【００４７】
（実施例３）
Ｃ面サファイア単結晶から基材を構成し、実施例１と同様にして表面が一様なＡｌＮ膜を形成した。次いで、基材温度を１１５０℃に設定するとともに、ＴＭＡ及びＮＨ３を、ＮＨ３／ＴＭＡ＝５００ｓｃｃｍ／１ｓｃｃｍとなるようにして前記反応管内に導入し、雰囲気圧力を８０Ｔｏｒｒ（第１の成膜条件）としてエピタキシャル成長を２０分間行ない、高さ０．２μｍに針状構造を形成した。次いで、雰囲気圧力を２０Ｔｏｒｒ（第２の成膜条件）に変更し、１２０分間エピタキシャル成長を実施することにより、一様なＡｌＮ膜を形成した。
【００４８】前記ＡｌＮ膜における転位の伝播状態をＴＥＭ観察によって調べた。その結果、前記基材から立ち上がった転位の大部分が前記ＡｌＮ膜内部で屈曲し、前記基材の主面と略平行に伝播していることが観察された。
【００４９】次いで、前記ＡｌＮ膜上に、実施例１同様にＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を厚さ２μｍに形成した。このＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜中の転位密度を測定したところ５×１０８／ｃｍ２であった。
【００５０】
（比較例）
実施例と同様に、Ｃ面サファイア単結晶から基材を構成するとともに、前記基材上に一様な表面を有するＡｌＮ膜を形成した。次いで、基材温度を１２００℃に設定し、ＴＭＡ及びＮＨ３を、ＮＨ３／ＴＭＡ＝５００ｓｃｃｍ／１ｓｃｃｍとなるようにして前記反応管内に導入するとともに、前記基材上に供給して、１２０分間エピタキシャル成長を実施して、一様なＡｌＮ膜を形成した。なお、上記エピタキシャル成長過程において、反応管内の圧力は２０Ｔｏｒｒで一定とした。
【００５１】前記ＡｌＮ膜における転位の伝播状態をＴＥＭ観察によって調べた。その結果、前記基材から立ち上がった転位の相当部分が前記ＡｌＮ膜内部を上方に伝播し、貫通転位となっていることが判明した。
【００５２】次いで、前記ＡｌＮ膜上に、実施例１同様にＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を厚さ２μｍに形成した。このＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜中の転位密度を測定したところ１×１０１０／ｃｍ２であった。
【００５３】以上、実施例及び比較例から明らかなように、本発明に従ったＡｌＮ膜においては、基材からの転位の大部分が膜内で横方向に屈曲し、上方へ伝播しないことが分かる。したがって、貫通転位の割合が減少し、前記ＡｌＮ膜上に形成したＧａＮ膜中の転位密度も低減されて要ることが分かる。
【００５４】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。
【００５５】また、ＩＩＩ族窒化物下地膜の形成から、針状構造の形成及びＩＩＩ族窒化物膜の形成までの処理は、同一のＭＯＣＶＤ装置を用いて行なうこともできるし、異なるＭＯＣＶＤ装置を用いて実行することができる。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、貫通転位の減少したＩＩＩ族窒化物膜を得ることができる。したがって、前記ＩＩＩ族窒化物膜を下地層として用いたエピタキシャル基板を作製することにより、このエピタキシャル基板上に形成する、単独のＩＩＩ族窒化物膜又はＩＩＩ族窒化物膜の多層構造からなる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る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＩＩＩ族窒化物膜のエピタキシャル成長過程を説明するための図である。
【図２】本発明のＩＩＩ族窒化物膜のエピタキシャル成長過程を説明するための図である。
【図３】本発明の多層膜構造を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
１０　基材、１２　初期核、１３　島状構造、１５　針状構造、２０　ＩＩＩ族窒化物膜、３０　ＩＩＩ族窒化物層群、４０　エピタキシャル基板、５０　多層膜構造
【図１】
2004099337.tif 000003
【図２】
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【図３】
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