(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎的窒化ガリウム層（１０６）内のポストの側壁（１０５）を、前記基礎的窒化ガリウム層にあるトレンチ（１０７）内に横方向に成長させつつ、前記ポストの頂部上で前記基礎的窒化ガリウム層を、前記側壁の横方向の成長速度よりも遅い速度で縦方向に成長させて、これにより横方向の窒化ガリウム半導体層（１０８ａ）を形成するステップを含んでなる窒化ガリウム半導体層の製造方法。
【請求項２】
前記形成するステップに続いて、前記横方向の窒化ガリウム半導体層の中に少なくとも１つのマイクロ電子デバイス（１１０）を形成するステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層の一対の側壁を前記一対の側壁の間の前記基礎的窒化ガリウム層にあるトレンチ内に、前記成長した一対の側壁が前記トレンチ内で結合するまで成長させるステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層の前記側壁を金属有機気相エピタキシーを用いて横方向に成長させるステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記形成するステップが、基板（１０２ａ）上の前記側壁を含む前記基礎的窒化ガリウム層を形成するステップにより先行される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基礎的窒化ガリウム層を形成するステップが、
基板上にバッファ層を形成するステップと、
前記基礎的窒化ガリウム層を前記基板に対向する前記バッファ層（１０２ｂ）上に形成するステップと
を含んでいる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基礎的窒化ガリウム層を形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層内に、前記側壁を含む前記トレンチを形成するステップを含んでいる請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記基礎的窒化ガリウム層を形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層上にポストを形成するステップを含み、前記ポストが前記側壁及び頂部を含みかつ前記トレンチを規定する請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記形成するステップが、
前記基礎的窒化ガリウム層の側壁を横方向に成長させ、これにより所定の欠陥密度よりも低い欠陥密度の前記横方向の窒化ガリウム層を形成するステップと、
前記低い欠陥密度を伝播しながら前記横方向の窒化ガリウム層を縦方向に成長させるステップと
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層の前記側壁を、１０００℃〜１１００℃の温度において、１３〜３９μモル／分のトリエチルガリウム及び１５００ｓｃｃｍのアンモニアの金属有機気相エピタキシーを用いて成長させるステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記トレンチを形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層を選択的にエッチングして、前記側壁を含む前記トレンチを形成するステップを含んでいる請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記ポストを形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層の選択的なエピタキシャル成長により成長させて、前記側壁を含む前記ポストを形成するステップを含んでいる請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記形成するステップが、
基礎的窒化ガリウム層にあるポストの複数の側壁を、前記基礎的窒化ガリウム層を縦方向に前記ポストの頂部上へと成長させることに比べて、前記基礎的窒化ガリウム層にある複数のトレンチ内に優先的に横方向に成長させて、これにより横方向の窒化ガリウム層を形成するステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記形成するステップに続いて、
開口部のアレイを含むマスク（２０６）を用いて前記縦方向の窒化ガリウム層をマスクするステップと、
前記横方向の窒化ガリウム層を前記開口部のアレイを通って前記マスク（２０６）上に成長させて、これにより過度成長した窒化ガリウム半導体層を形成するステップと
がある請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記形成するステップに続いて、
前記横方向の窒化ガリウム層を縦方向に成長させる（３０６）ステップと、
前記縦方向に成長した横方向の窒化ガリウム層内に複数の第２の側壁（３０５）を形成して、複数の第２のポストと第２のトレンチ（３０７）を規定するステップと、
前記縦方向に成長した横方向の窒化ガリウム層の前記複数の第２の側壁を、前記縦方向に成長させた横方向の窒化ガリウム層を縦方向に前記第２のポストの頂部上に成長させることに比べて、前記複数の第２のトレンチ内に優先的に横方向に成長させて（３０８ａ）、これにより第２の横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップと
がある請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記過度成長した窒化ガリウム半導体層を形成するステップに続いて、前記過度成長した窒化ガリウム半導体層内に少なくとも１つのマイクロ電子デバイス（２１０）を形成するステップがある請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数の第２の横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップに続いて、前記第２の横方向の窒化ガリウム半導体層内に少なくとも１つのマイクロ電子デバイスを形成するステップがある請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層の前記複数の側壁を前記基礎的窒化ガリウム層にある前記複数のトレンチ内に、前記複数の成長した側壁が前記トレンチ内で結合するまで成長させるステップを含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記過度成長した窒化ガリウム半導体層を形成するステップが、前記横方向の窒化ガリウム層を前記開口部のアレイを通って前記マスク上に、前記成長した横方向の窒化ガリウム層が前記マスク上で結合して、連続し過度成長した窒化ガリウム半導体層を形成するまで成長させるステップを含んでいる請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップが、前記縦方向に成長した横方向の窒化ガリウム層の前記複数の第２の側壁を前記複数の第２のトレンチ内に、前記複数の横方向に成長した第２の側壁が前記複数の第２のトレンチ内で結合するまで、横方向に成長させるステップを含んでいる請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層の前記複数の側壁を、金属有機気相エピタキシーを用いて横方向に成長させるステップを含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記横方向の窒化ガリウム層を形成するステップが、
前記基礎的窒化ガリウム層の前記複数の側壁を前記複数のトレンチ内に横方向に成長させ、これにより所定の欠陥密度よりも低い欠陥密度の横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップと、
前記低い欠陥密度を伝播しながら前記横方向の窒化ガリウム層を縦方向に成長させるステップと
を含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップが、前記基礎的窒化ガリウム層の前記複数の側壁を、１０００℃〜１１００℃の温度において、１３〜３９μモル／分のトリエチルガリウム及び１５００ｓｃｃｍのアンモニアの金属有機気相エピタキシーを用いて横方向に成長させるステップを含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記トレンチがトレンチフロアを含み、前記横方向に成長させるステップが前記基礎的窒化ガリウム層の前記側壁を前記トレンチフロアから間隔を空けて、前記トレンチ内に横方向に成長させて、これにより片持ちで横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記トレンチがトレンチフロアを含み、前記横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップが前記基礎的窒化ガリウム層の前記一対の側壁を、前記トレンチフロアから間隔を空けて、前記トレンチ内に横方向に成長させるステップを含んでいる請求項３に記載の方法。
【請求項２６】
前記トレンチがトレンチフロアを含み、前記横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップが前記基礎的窒化ガリウム層の前記複数の側壁を前記トレンチフロアから間隔を空けて、前記複数のトレンチ内に横方向に成長させて、これにより片持ちで横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップを含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２のトレンチが第２のトレンチフロアを含み、前記横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップが、前記縦方向に成長した横方向の窒化ガリウム層の前記複数の第２の側壁を、前記第２のトレンチフロアから間隔を空けて、前記複数の第２のトレンチ内に横方向に成長させて、これにより片持ちで第２の横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップを含んでいる請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
側壁（１０５）及び頂部を有すると共にトレンチ（１０７）を規定するポストを含む基礎的窒化ガリウム層（１０６）と、
前記基礎的窒化ガリウム層の前記側壁から前記トレンチ内に伸びる横方向の窒化ガリウム層（１０８ａ）と、
前記ポスト頂部上にあり、前記横方向の窒化ガリウム層よりも高い欠陥密度を有する縦方向の窒化ガリウム層（１０８ｂ）と
を含んでいる窒化ガリウム半導体の構造体。
【請求項２９】
前記横方向の窒化ガリウム層から伸び、前記縦方向の窒化ガリウム層よりも欠陥密度が低い第２の縦方向の窒化ガリウム層をさらに含んでいる請求項２８に記載の構造体。
【請求項３０】
前記第２の縦方向の窒化ガリウム層内に少なくとも１つのマイクロ電子デバイス（１１０）をさらに含んでいる請求項２８に記載の構造体。
【請求項３１】
基板をさらに含み、前記基礎的窒化ガリウム層が前記基板（１０２ａ）上にある請求項２８に記載の構造体。
【請求項３２】
前記基板と前記基礎的窒化ガリウム層との間にバッファ層（１０２ｂ）をさらに含んでいる請求項３１に記載の構造体。
【請求項３３】
前記基礎的窒化ガリウム層が複数の側壁及び頂部を有すると共に複数のトレンチを規定するポストを含み、前記横方向の窒化ガリウム層が前記基礎的窒化ガリウム層の前記複数の側壁から前記複数のトレンチ内に伸び、前記縦方向の窒化ガリウム層が前記複数のポスト頂部上に存在する請求項２８に記載の窒化ガリウム半導体の構造体。
【請求項３４】
前記縦方向の窒化ガリウム層上に開口部のアレイを含むマスク（２０６）と、
前記横方向の窒化ガリウム層から前記開口部を通り前記マスク上に伸びて、前記縦方向の窒化ガリウム層よりも小さい欠陥密度を有する第２の縦方向の窒化ガリウム層（２０８ａ）と
をさらに含んでいる請求項３３に記載の構造体。
【請求項３５】
前記横方向の窒化ガリウム層から伸び、複数の第２の側壁（３０５）を含み、欠陥密度が前記縦方向の窒化ガリウム層よりも小さい第２の縦方向の窒化ガリウム層（３０６）と、
前記複数の第２の側壁から伸びる第２の横方向の窒化ガリウム層（３０８ａ）と
をさらに含んでいる請求項３３に記載の構造体。
【請求項３６】
前記横方向の窒化ガリウム層内に少なくとも１つのマイクロ電子デバイス（２１０）をさらに含んでいる請求項３４に記載の構造体。
【請求項３７】
前記第２の横方向の窒化ガリウム層内に少なくとも１つのマイクロ電子デバイスをさらに含んでいる請求項３５に記載の構造体。
【請求項３８】
前記横方向の窒化ガリウム層が前記複数の側壁から前記複数のトレンチ内に伸びて、前記トレンチ内の連続した横方向の窒化ガリウム層を規定する請求項３３に記載の構造体。
【請求項３９】
前記トレンチがトレンチフロアを含み、前記横方向の窒化ガリウム層が、前記基礎的窒化ガリウム層の側壁から前記トレンチ内に伸び、前記トレンチフロアから間隔を空けた片持ちで横方向の窒化ガリウム層である請求項２８に記載の構造体。
【請求項４０】
前記トレンチがトレンチフロアを含み、前記横方向の窒化ガリウム層が、前記基礎的窒化ガリウム層の前記複数の側壁から前記トレンチ内に伸び、前記トレンチフロアから間隔を空けた片持ちで横方向の窒化ガリウム層である請求項２８に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ電子デバイス及び製造方法に関し、より詳細には、窒化ガリウム半導体デバイス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウムは、トランジスタ、電界エミッタ、及び光電子デバイスを含むマイクロ電子デバイスに対して広く研究されているが、これらに限定されているわけではない。本願で使用されるように、「窒化ガリウム」には、窒化アルミニウムガリウム、窒化インジウムガリウム、及び窒化アルミニウムインジウムガリウムなどの窒化ガリウムの合金も含まれることは理解されよう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
窒化ガリウムベースのマイクロ電子デバイスを製造する上での主な問題は、小さい欠陥密度を有する窒化ガリウム半導体層を製造することである。欠陥密度に対する１つの誘因は、窒化ガリウム層を成長させるのに用いる基板にあることは周知である。このため、窒化ガリウム層をサファイア基板上で成長させるが、それ自体炭化ケイ素基板上に形成される窒化アルミニウムのバッファ層上に窒化ガリウム層を成長させることによって、欠陥密度が減少することは周知である。このような進歩にも関わらず、欠陥密度を引き続き減少させることが望ましい。
【０００４】
マスク内の開口部を通して窒化ガリウムの構造体を製造することも周知である。例えば、電界エミッタのアレイを製造する場合、窒化ガリウムをストライプ状又は円形状の基板上に選択的に成長させることも周知である。例えば、Ｎａｍらの、１９９６年１２月、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ中の“Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ａｎｄ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ ｏｎ ＧａＮ／ＡｌＮ／６Ｈ−ＳｉＣ(０００１) Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ Ｖｉａ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ”と題する刊行物、及びＪａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、第３６巻、第２号、Ｎｏ. ５Ａ、１９９７年５月、ページＬ−５３２〜Ｌ−５３５の“Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ａｎｄ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｅｎｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｖｉａ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ”と題する刊行物を参照のこと。これらの刊行物で開示されているように、望まれていないリッジ成長(ｒｉｄｇｅ ｇｒｏｗｔｈ)すなわち横方向のオーバーグロース（ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）が、ある条件のもとで発生することがある。
欧州特許出願第０５５１７２１号公報は、窒化ガリウムタイプの半導体デバイスについて説明している。この半導体デバイスには、シリコン基板、中間層、及び(Ｇａ1-xＡｌx)1-yＩｎyＮ(０≦ｘ≦１,０≦ｘ≦１,ｘ＝１, ｙ＝０の場合を除く)の結晶層が含まれる。中間層には、シリコン基板上に形成された少なくともアルミニウム及び窒素を含む化合物が含まれる。このアルミニウム／窒素の中間層により、結晶欠陥の発生が押さえられ、このため、(Ｇａ1-xＡｌx)1-yＩｎyＮ層は、極めて高度な結晶体と平坦度とを有する。製造方法においては、シリコンの単結晶基板を４００〜１３００℃の温度に保ち、少なくともアルミニウムと窒素とを含む金属有機化合物雰囲気内に保持して、少なくともアルミニウムと窒素とを含む薄い中間層をこの単結晶基板の一部又は全体の面上に形成する。次に、(Ｇａ1-xＡｌx)1-yＩｎyＮの単結晶の少なくとも１層又は複数の層を中間層上に形成する。
ＮａｍらのＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第７１巻、１８号、１９９７年１１月３日、ページ２６３８〜２６４０の“Ｌａｔｅｒａｌ Ｅｐｉｔａｒｙ Ｏｆ Ｌｏｗ Ｄｅｆｅｃｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ ＧａＮ Ｌａｙｅｒｓ Ｖｉａ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ”と題する出版物は、３μｍの間隔を空けた３μｍ幅のウィンドウ内に蒸着し、ＧａＮ／ＡｌＮ／６Ｈ−ＳｉＣ(０００１)基板上のＳｉＯ2マスク内に含まれたＧａＮストライプから始まる有機金属気相横方向エピタキシー及びＧａＮ層の結合について報告している。横方向オーバーグロースの大きさとミクロ構造の特性とは、ストライプの方向性の強い関数であった。ＡｌＮバッファ層が付いた基礎的ＧａＮの界面から始まるスレッディング転位の高い密度が、ウィンドウ領域から成長したＧａＮ内に含まれていた。対照的に、オーバーグロース領域の転位密度は極めて低かった。結合した層の表面粗さの平方自乗平均は０．２５ｎｍであった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、窒化ガリウム半導体層を製造する改良された方法、及びそのようにして製造された改良された窒化ガリウムの層を提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、欠陥密度が小さい窒化ガリウム半導体層を製造する方法、及びそのようにして製造された窒化ガリウム半導体を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基礎的窒化ガリウム層の側壁（ｓｉｄｅｗａｌｌ）をこの基礎的窒化ガリウム層内のトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）内に横方向に成長させて、これにより、横方向の窒化ガリウム層（ｌａｔｅｒａｌ  ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｌａｙｅｒ）を形成することによって、これらの及び他の目的が提供される。その際に、マイクロ電子デバイスが前記横方向の窒化ガリウム層の中に形成されてもよい。
【０００８】
本発明によれば、転位欠陥は側壁から基礎的窒化ガリウム層内のトレンチ内にほとんど伝播しないので、横方向の窒化ガリウム半導体層には比較的欠陥がないことが見出されている。この側壁の成長は、横方向の窒化ガリウム層の成長の間に、基礎的窒化ガリウム層の部分をマスクする必要なしに行うことができる。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、基礎的窒化ガリウム層の一対の側壁が、これらの一対の側壁の間の基礎的窒化ガリウム層内のトレンチ内に、これらの成長した側壁がトレンチ内に結合するまで、横方向に成長される。横方向の窒化ガリウム半導体層は、金属有機気相エピタキシー（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）を用いて横方向に成長させることができる。例えば、横方向の窒化ガリウム層は、１０００〜１１００℃及び４５Ｔｏｒｒにおいてトリエチルガリウム（ｔｒｉｅｔｈｙｌｇａｌｌｉｕｍ：ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ3）のプリカーサを用いて、横方向に成長させることができる。１３〜３９μｍｏｌ／分のＴＥＧ及び１５００ｓｃｃｍのＮＨ3を３０００ｓｃｃｍのＨ2希釈剤と組み合わせて使用することが好ましい。温度が１１００℃で４５Ｔｏｒｒにおいて、２６μｍｏｌ／分のＴＥＧ、１５００ｓｃｃｍのＮＨ3、及び３０００ｓｃｃｍのＨ2を使用することが最も好ましい。基礎的窒化ガリウム層が、６Ｈ−ＳｉＣ(０００１)などの基板上に形成され、この基板自体が窒化アルミニウムなどのバッファ層を上に含むことが好ましい。サファイアなどの他の基板や低温窒化ガリウムなどの他のバッファ層も使用することができる。多層基板や多層のバッファ層も使用することができる。
【００１０】
側壁を含んでいる基礎的窒化ガリウム層は、基礎的窒化ガリウム層中にトレンチを形成することによって、トレンチが側壁を含むようにして形成することができる。別の方法では、基礎的窒化ガリウム層上に、側壁を含みトレンチを規定するポストを形成することによって、側壁を形成することができる。別の一連のトレンチやポストが複数の側壁を形成するように形成されることが好ましい。トレンチやポストは、選択的なエッチング、選択的なエピタキシャル成長、エッチングと成長との組合せ、又は他の技術によって形成することができる。トレンチは、バッファ層及び基板内に伸びていてもよい。
【００１１】
基礎的窒化ガリウム層の側壁はトレンチ内に横方向に成長して、これにより、基礎的窒化ガリウム層の欠陥密度よりも小さい欠陥密度の横方向の窒化ガリウム層を形成する。いくらかの縦方向の成長（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｇｒｏｗｔｈ）も起きることもある。横方向に成長した窒化ガリウム層は、より小さい欠陥密度を広めながら縦方向に成長する。縦方向の成長は、横方向の成長と同時に起きることもある。
【００１２】
第２の窒化ガリウム半導体層を横方向の窒化ガリウム層から成長させることによって、過度成長した窒化ガリウム半導体層の欠陥密度をさらに減少させることができる。ある実施形態においては、この横方向の窒化ガリウム層は、中に開口部のアレイを含むマスクを用いてマスクされる。横方向の窒化ガリウム層は、開口部のアレイを通ってマスク上に成長し、過度成長した窒化ガリウム半導体層を形成する。他の実施形態においては、横方向の窒化ガリウム層は縦方向に成長する。複数の第２の側壁が縦方向に成長した窒化ガリウム層内に形成されて、複数の第２のトレンチを規定する。この縦方向に成長した横方向の窒化ガリウム層の複数の第２の側壁は、次に、複数の第２のトレンチ内に横方向に成長し、これにより、第２の横方向の窒化ガリウム層を形成する。次に、マイクロ電子デバイスがこの窒化ガリウム半導体層内に形成される。基礎的窒化ガリウム層の複数の側壁を、前述したように、金属有機気相エピタキシーを用いて成長させることができる。第２の側壁を、前述したように、エッチングやトレンチやポストの選択的なエピタキシャル成長によって成長させることができる。
【００１３】
本発明による窒化ガリウム半導体の構造体は、側壁を有するトレンチを含む基礎的窒化ガリウム層と、この基礎的窒化ガリウム層の側壁からトレンチ内に伸びる横方向の窒化ガリウム層とを備えている。縦方向の窒化ガリウム層は、この横方向の窒化ガリウム層から伸びる。複数のマイクロ電子デバイスは、この縦方向の窒化ガリウム層内に含まれる。一連の別のトレンチやポストを設けて、複数の側壁を規定することができる。基礎的窒化ガリウム層は所定の欠陥密度を含んでおり、横方向の窒化ガリウム層の欠陥密度は、この所定の欠陥密度よりも小さい。
【００１４】
本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の別の実施形態は、横方向の窒化ガリウム層及びこの横方向の窒化ガリウム層から開口部を通ってマスク上に伸びる縦方向の窒化ガリウム層上に、開口部のアレイを含むマスクを含んでいる。あるいはまた、縦方向窒化ガリウム層は、横方向の窒化ガリウム層から伸びて、複数の第２の側壁を中に含んでいる。第２の横方向の窒化ガリウム層は、この複数の第２の側壁から伸びる。マイクロ電子デバイスが、この第２の横方向の窒化ガリウム層内に含まれている。このため欠陥密度が小さい窒化ガリウム半導体層を作ることができ、これにより、高性能なマイクロ電子デバイスを作ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明をここで、添付した図面を参照することによって、以下により詳細に説明する。これらの図面には、本発明の好ましい実施形態が示されている。しかしながら、多くの種々の方式で本発明を具体化することができ、また本願に記載した実施形態に限定されるものとして本発明を解釈すべきではない。むしろ、この開示が綿密で完全であり、また発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、これらの実施形態が提供される。図面においては、層や領域の厚さは、簡潔に説明するため誇張されている。全体を通して、同じ番号は同様のエレメントを指している。層、領域又は基板などのあるエレメントが別のエレメントの「上に」あると言われる場合、そのエレメントは別のエレメントの直接上にあるか、又は介在するエレメントが存在することもあることは理解されよう。さらに、本願で説明され図示されたそれぞれの実施形態には、その相補的な導電性タイプの実施形態も同様に含まれる。
【００１６】
図１〜図５を参照して、本発明の第１の実施形態による窒化ガリウム半導体の構造体を製造する方法を説明する。図１に示すように、基礎的窒化ガリウム層１０４が基板１０２上に成長している。この基板１０２は、６Ｈ−ＳｉＣ(０００１)基板１０２ａと窒化アルミニウムのバッファ層１０２ｂとを含むことができる。本願で使用される結晶学的な記号の規約については、この分野の技術を有するものには周知であり、これ以上説明する必要はない。窒化ガリウム層１０４は、厚さが１．０〜２．０μｍの間にあり、高温(１１００℃)の窒化アルミニウムのバッファ層１０２ｂ上で１０００℃で成長させることができる。この窒化アルミニウムのバッファ層１０２ｂは、２６μｍｏｌ／分のトリエチルガリウム、１５００ｓｃｃｍのアンモニア及び３０００ｓｃｃｍの水素溶液を用いるコールドウォール垂直及び誘導加熱式の金属有機気相エピタキシーのシステムで、６Ｈ−ＳｉＣ(０００１)基板１０２ａ上に蒸着された。この成長技術の別の詳細は、Ｗｅｅｋｓらの、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第６７巻、３号、１９９５年７月１７日、ページ４０１〜４０３の“ＧａＮ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ｖｉａ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ ｏｎ α(６Ｈ)−ＳｉＣ(０００１) Ｕｓｉｎｇ Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ＡＩＮ Ｂｕｆｆｅｒ Ｌａｙｅｒｓ”と題する出版物の中に見出すことができる。この出版物は、参照することによって本願に組み入れる。別のバッファ層を用いる基板又は用いない基板も使用することができる。
【００１７】
図１をさらに参照すると、基礎的窒化ガリウム層１０４は複数の側壁１０５を中に含む。側壁１０５は、「メサ（ｍｅｓｓａ）」、「ペデスタル（ｐｅｄｅｓｔａｌ）」又は「カラム（ｃｏｌｕｍｎ）」と呼ぶこともできる、複数の間隔を空けたポスト１０６によって規定されると考えることができることは、この分野の技術を有するものには理解されよう。側壁１０５は、基礎的窒化ガリウム層１０４内の「ウェル（ｗｅｌｌ）」とも呼ばれる、複数のトレンチ１０７によって規定されると考えることもできる。側壁１０５は、一連の別のトレンチ１０７及びポスト１０６によって規定されると考えることもできる。側壁１０５を規定するポスト１０６及びトレンチ１０７は、選択的なエッチングや選択的なエピタキシャル成長や他の従来の技術によって製造することができることは理解されよう。さらに、側壁は基板１０２に直交している必要はなく、斜めであっても良いことも理解されよう。最後に、側壁１０５は図１では断面で示されているが、ポスト１０６及びトレンチ１０７は、直立した、Ｖ字形又は他の形状の細長い領域を規定することができることも理解されよう。図１に示すように、トレンチ１０７は、後続の窒化ガリウムの成長がトレンチフロア上ではなく側壁１０５上に優先的に起こるように、バッファ層１０２ｂ内また基板１０２ａ内に伸びることができる。他の実施形態においては、例えば、トレンチの幾何学的な配置及び窒化ガリウムの縦横の成長比率により、トレンチは基板１０２ａ内にまたバッファ層１０２ｂ内に伸びないことがある。
【００１８】
ここで図２を参照すると、基礎的窒化ガリウム層１０４の側壁１０５が横方向に成長して、トレンチ１０７内に横方向の窒化ガリウム層１０８ａを形成する。横方向の窒化ガリウムの成長は、１０００〜１１００℃及び４５Ｔｏｒｒにおいて得られる。１３〜３９μｍｏｌ／分のプリカーサのＴＥＧ及び１５００ｓｃｃｍのＮＨ3を、３０００ｓｃｃｍのＨ2溶液と組み合わせて使用してもよい。窒化ガリウムの合金が形成される場合、例えば、別の従来のアルミニウム又はインジウムのプリカーサも使用することができる。本願で使用するように、「横方向の」という用語は側壁１０５に直交する方向を意味する。ポスト１０６上のいくらかの縦方向の成長は、側壁１０５からの横方向の成長の間に発生することができるも理解されよう。本願で使用するように、「縦方向の」という用語は側壁１０５に平行な方向を意味する。
【００１９】
ここで図３を参照する。横方向の窒化ガリウム層１０８ａの連続した成長によって、基礎的窒化ガリウム層１０４上へ、特に、ポスト１０６上への縦方向の成長が発生して、縦方向の窒化ガリウム層１０８ｂが形成される。縦方向の成長についての成長条件は、図２に関連して説明されたように維持することができる。図３に示すように、トレンチ１０７内への連続した縦方向の成長は、トレンチの底部で発生してもよい。
【００２０】
ここで図４を参照する。横方向の成長前部がトレンチ１０７内の界面１０８ｃで結合するまで成長を継続することができて、連続的な窒化ガリウム半導体層をトレンチ内に形成することができる。全体の成長時間は約６０分である。図５に示すように、次に、マイクロ電子デバイス１１０を、横方向の窒化ガリウム半導体層１０８ａ内に形成することができる。デバイスを、縦方向の窒化ガリウム層１０８ｂ内に形成することもできる。
【００２１】
従って、図５では、本発明の第１の実施形態による窒化ガリウム半導体の構造体１００が示されている。この窒化ガリウムの構造体１００には、基板１０２が含まれている。この基板は、サファイア又は窒化ガリウム又は他の従来の基板であっても良い。しかしながら、この基板には、６Ｈ−ＳｉＣ(０００１)基板１０２ａと、炭化ケイ素基板１０２ａ上の窒化アルミニウムのバッファ層１０２ｂとが含まれることが好ましい。この窒化アルミニウムのバッファ層１０２ｂの厚さは０．０１μｍである。
【００２２】
基板１０２の製造は、この分野の技術を有するものには周知であり、これ以上説明する必要はない。炭化ケイ素基板の製造については、例えば、Ｐａｌｍｏｕｒの米国特許第４,８６５,６８５号、Ｄａｖｉｓらの米国特許第３４,８６１号、Ｋｏｎｇらの米国特許第４,９１２,０６４号、及びＰａｌｍｏｕｒらの米国特許第４,９４６,５４７号の中に記載されている。これらの開示は、引用することによって本明細書に組み込まれるものとする。
【００２３】
基礎的窒化ガリウム層１０４も、基板１０２ａに対向するバッファ層１０２ｂ上に含まれる。この基礎的窒化ガリウム層１０４の厚さは、約１．０〜２．０μｍの間にあり、金属有機気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）を用いて形成することができる。この基礎的窒化ガリウム層には、一般に、望ましくない比較的高い欠陥密度を有する。例えば、約１０8 〜１０10 ｃｍ-2の間の転位密度が基礎的窒化ガリウム層内で示される。これらの高い欠陥密度は、バッファ層１０２ｂと基礎的窒化ガリウム層１０４との間の格子パラメータにおけるミスマッチや他の原因の結果発生する。これらの高い欠陥密度は、基礎的窒化ガリウム層１０４内に形成されたマイクロ電子デバイスの性能に悪影響を与えることがある。
【００２４】
図５の説明をさらに続ける。基礎的窒化ガリウム層１０４には、複数のペデスタル１０６や複数のトレンチ１０７によって規定することができる複数の側壁１０５が含まれる。前述したように、側壁は斜めでもまた様々な細長い形状であっても良い。
【００２５】
図５の説明を続ける。横方向の窒化ガリウム層１０８ａは、基礎的窒化ガリウム層１０４の複数の側壁１０５から伸びている。横方向の窒化ガリウム層１０８ａは、約１０００〜１１００℃及び４５Ｔｏｒｒにおいて金属有機気相エピタキシーを用いて形成することができる。１３〜３９μｍｏｌ／分のトリエチルガリウム（ＴＥＧ）及び１５００ｓｃｃｍのアンモニア（ＮＨ3）のプリカーサを、３０００ｓｃｃｍ Ｈ2溶液と組み合わせて使用して、横方向の窒化ガリウム層１０８ａを形成することができる。
【００２６】
図５の説明をさらに続けると、窒化ガリウム半導体の構造体１００は、ポスト１０６から縦方向に延びる縦方向の窒化ガリウム層１０８ｂも含んでいる。
【００２７】
図５に示すように、横方向の窒化ガリウム層１０８ａは界面１０８ｃで結合して、連続的な横方向の窒化ガリウム半導体層１０８ａをトレンチ内に形成する。基礎的窒化ガリウム層１０４内の転位密度は、一般に、基礎的窒化ガリウム層１０４から縦方向に広がる密度と同じ密度で側壁１０５から横方向に伝播することはないことが判明している。このため、横方向の窒化ガリウム層１０８ａは、例えば、１０4 ｃｍ-2以下の比較的低い欠陥密度を持つことができる。従って、横方向の窒化ガリウム層１０８ａは、良質の窒化ガリウム半導体材料によるデバイスを形成することができる。これにより、図５に示すように、マイクロ電子デバイス１１０を、横方向の窒化ガリウム層１０８ａ内に形成することができる。横方向の成長は側壁１０５から導かれるため、図５の窒化ガリウム半導体の構造体１００を製造するためにマスクを使用する必要はないことも理解されよう。
【００２８】
今度は図６〜図１０を参照すると、本発明による窒化ガリウム半導体の構造体及び製造方法の第２の実施形態がここで説明される。最初は、図４の窒化ガリウム半導体の構造体が、図１〜図４に関連してすでに説明したように製造される。次に、図６を参照すれば、中に開口部のアレイを含むマスク２０６を用いて、ポスト１０６がマスクされる。このマスクは厚さが１０００Åの二酸化ケイ素から成り、４１０℃の低圧化学蒸着法（ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＬＰＣＶＤ）を用いて蒸着することができる。別のマスキング材料も使用することができる。このマスクは、標準的なフォトリソグラフィ技術を用いてパターン化し、ＨＦ緩衝溶液でエッチングすることができる。ある実施形態においては、開口部は、３〜４０μｍの距離で平行に延び、横方向の窒化ガリウム層１０８ａ上の＜１１００＞方向に沿った方向に配向された幅３μｍの開口部である。プロセスをさらに進める前に、この構造体を５０％の塩酸（ＨＣｌ）溶液に浸けて、表面の酸化物を取り除く。マスク２０６をポスト１０６上に配置することが好ましいが、マスクをポストからずらすこともできることは理解されよう。
【００２９】
ここで、図７を参照する。横方向の窒化ガリウム半導体層１０８ａが開口部のアレイを通って成長して、開口部の中に縦方向の窒化ガリウム層２０８ａを形成する。窒化ガリウムの成長は、図２に関連して説明したように得られる。
【００３０】
二次元の成長を使用して、過度成長した窒化ガリウム半導体層を形成することができることは理解されよう。特に、＜１１００＞及び＜１１２０＞などの２つの直交する方向に沿って延びる開口部のアレイを含むようにマスク２０６をパターン化することができる。このため、開口部は直交する長方形のストライプ状のパターンを形成することができる。この場合、長方形のエッジの比率は、｛１１２０｝及び[１１０１]面の成長速度の比率、例えば１．４：１に比例することが好ましい。開口部は、＜１１００＞及び＜１１２０＞のような方向に関して等三角形とすることができる。
【００３１】
ここで図８を参照すると、縦方向の窒化ガリウム層２０８ａの連続した成長によって、マスク２０６上に横方向の成長が起こり、第２の横方向の窒化ガリウム層２０８ｂが形成される。オーバーグロースの条件は、図７に関連して説明したように維持することができる。
【００３２】
ここで、図９を参照する。横方向のオーバーグロースが、横方向の成長前部がマスク２０６上の第２の界面２０８ｃで結合するまで継続することができて、連続的な過度成長した窒化ガリウム半導体層２０８を形成する。全体の成長時間は約６０分である。図１０に示すように、この後マイクロ電子デバイス２１０を、この第２の横方向の窒化ガリウム層２０８ｂ内に形成することができる。マイクロ電子デバイスを縦方向の窒化ガリウム層２０８ａ内に形成することもできる。
【００３３】
これにより、第２の横方向の成長層２０８ｂを提供することによって、連続した窒化ガリウム半導体層１０８内に存在した欠陥をさらに減少させて、窒化ガリウム半導体の構造体２００内に良質の窒化ガリウムのデバイスを得ることができる。
【００３４】
ここで図１１〜図１５を参照して、本発明による窒化ガリウム半導体の構造体及び製造方法の第３の実施形態を説明する。最初は、図４の窒化ガリウム半導体の構造体が、図１〜図４に関連してすでに説明したように製造される。次に、複数の第２の側壁３０５を形成する。第２の側壁３０５は、選択的なエピタキシャル成長による第２のポスト３０６の形成や第１のポスト１０６において第２のトレンチ３０７をエッチングすること、またはそれらの組合せによって形成することができる。すでに説明したように、第２の側壁３０５は基板１０２に直交する必要はなく、斜めであっても良い。第２のトレンチ３０７は、第１のポスト１０６のまっすぐ上にある必要はなく、そこから横方向にずれていても良い。横方向の成長が第２のトレンチ３０６の底部よりも側壁３０５上で優先的に起こるように、第２のトレンチが深いことが望ましい。
【００３５】
ここで図１２を参照する。第２のポスト３０６や第２のトレンチ３０７の第２の側壁３０５を横方向に成長させて、第２のトレンチ３０７内に第２の横方向の窒化ガリウム層３０８ａを形成する。すでに説明したように、窒化ガリウムの横方向の成長は、１０００〜１１００℃及び４５Ｔｏｒｒにおいて得られる。１３〜３９μｍｏｌ／分のプリカーサのＴＥＧ及び１５００ｓｃｃｍのＮＨ3を、３０００ｓｃｃｍのＨ2溶液と組み合わせて使用することができる。窒化ガリウムの合金が形成される場合、例えば、アルミニウム又はインジウムの別の従来のプリカーサも使用することができる。第２のポスト３０６上のいくらかの縦方向の成長は、第２の側壁３０５からの横方向の成長の間に発生することができることも理解されよう。
【００３６】
ここで図１３を参照する。第２の横方向の窒化ガリウム層３０８ａの連続した成長によって、第２のポスト３０６上に縦方向の成長が発生して、第２の縦方向の窒化ガリウム層３０８ｂが形成される。また図示するように、第２のトレンチフロアからまた第２のポストの頂部からの縦方向の成長も起こる。縦方向の成長の成長条件は、図１２に関連して説明したように維持される。
【００３７】
ここで図１４を参照する。成長が横方向の成長前部が第２のトレンチ３０７内の第２の界面３０８ｃで結合するまで継続することができて、第２の連続的な窒化ガリウム半導体層３０８を形成する。全体の成長時間は約６０分である。図１５に示すように、次に、マイクロ電子デバイス３１０を、第２の連続的な窒化ガリウム半導体層３０８内に形成することができる。
【００３８】
従って、本発明による第３の実施形態の窒化ガリウム半導体の構造体３００のを、横方向の成長を規定する目的のために窒化ガリウムをマスクする必要なく形成することができる。むしろ、第１及び第２の側壁からの横方向の成長を使用できる。２つの別個の横方向の成長を行うことによって、欠陥密度を相当減少させることができる。
【００３９】
本発明の方法と構造体の付加的な説明をここで行う。第１及び第２のトレンチ１０７及び３０７及びマスク２０６内の開口部は、基礎的窒化ガリウム層１０４又は第１の横方向の窒化ガリウム層１０８ａ上において＜１１２０＞や＜１１００＞方向に沿って延びる長方形のトレンチ及び開口部であることが好ましい。（１１０１）斜面及び狭い（０００１）頂面を有する面取りした三角形のストライプを、＜１１２０＞方向に沿ってトレンチやマスク開口部に対して得ることができる。（０００１）頂面、（１１２０）垂直側面、及び（１１０１）斜面を有する長方形のストライプを、＜１１００＞方向に沿って成長させることができる。最大３分の成長時間に対して、方向とは無関係に同様の形態を得ることができる。成長が継続する場合、ストライプは違った形状に発展する。
【００４０】
横方向の成長の量は、一般に、トレンチやマスク開口部の方向に強い依存性を示す。＜１１００＞に配向されたトレンチやマスク開口部の横方向の成長速度は、一般に、＜１１２０＞に沿ったトレンチやマスク開口部よりもはるかに早い。このため、トレンチやマスク開口部を基礎的窒化ガリウム層１０４又は第１の横方向の窒化ガリウム層１０８ａの＜１１００＞方向に沿って延びるように配向されることが、最も好ましい。
【００４１】
トレンチやマスク開口部の方向の関数として形態上の発達が異なることは、窒化ガリウムの構造体における結晶面の安定性に関係すると思われる。＜１１２０＞に沿って方向付けられたトレンチやマスク開口部は、広い（１１００）斜面及び、成長条件に依存して極めて狭い（０００１）頂面か又は（０００１）頂面がないかのいずれかを持つことができる。これは、（１１０１）は窒化ガリウムのウルツ鉱の結晶構造において最も安定した面であり、この面の成長速度は他の面の速度よりも遅いためである。＜１１００＞に配向されたトレンチやマスク開口部の[１１０１]面は波打っていて、このことは、ミラー指数が１より大きいことを意味している。選択された[１１０１]面の競合成長が、デポジションの間に発生してこれがこれらの面を不安定にし、またそれらの成長速度を＜１１２０＞に沿って配向されたトレンチやマスク開口部の(１１０１)の速度と比較して増加させると思われる。
【００４２】
＜１１００＞に沿って方向付けられたトレンチやマスク開口部から選択的に成長した窒化ガリウム層の形態も、一般に、成長温度の強い関数である。１０００℃で成長した層は、面取りされた三角形の形状をしている。この形態は、成長温度が増加するにつれて、長方形の断面に徐々に変化していく。この形状の変化は、成長温度の増加に伴う拡散係数の増加、及びこれによる(０００１)頂面に沿った[１１０１]面へのガリウム種のフラックスの増加を結果として発生する。この結果、(０００１)面の成長速度が低下し、[１１０１]の成長速度が増加する。この現象は、二酸化ケイ素上のヒ化ガリウムの選択的な成長においても観察されている。従って、１１００℃の温度が最も好ましいと思われる。
【００４３】
窒化ガリウム領域の形態上の発達は、ＴＥＧの流速にも依存すると思われる。ＴＥＧの供給が増加すると、一般に、成長速度が横方向及び縦方向の両方で増加する。しかしながら、横方向／縦方向の成長速度の比率は、ＴＥＧの流速が１３μｍｏｌ／分における１．７から３９μｍｏｌ／分における０．８６に減少する。＜１１２０＞の成長速度に関して＜０００１＞に沿った成長速度に対するＴＥＧの流速による影響がこのように増加することは、使用した反応炉のタイプに関係する可能性がある。この反応炉では、反応ガスは垂直にまた基板に対して直角に流れる。表面上のガリウム種の密度がかなり増加することにより、それらの[１１０１]面への拡散が十分に妨げられて、化学吸着及び窒化ガリウムの成長がより敏速に(０００１)面上で発生する。
【００４４】
連続的な厚さが２μｍの窒化ガリウム層は、１１００℃及びＴＥＧの流速が２６μｍｏｌ／分において、間隔が７μｍで＜１１００＞に沿って配向された幅３μｍのトレンチやマスク開口部を用いて得ることができる。連続した窒化ガリウム半導体層は、２つの成長前部が結合するとき形成される平面下に間隙（ｖｏｉｄｓ）を含むことがある。これらの間隙は、横方向の成長条件として、縦方向に[１１２０]側面を有する長方形のトレンチやマスク開口部により発達させる成長条件を用いると最も頻繁に発生する。
【００４５】
連続した窒化ガリウム半導体層は、極めて平坦でピットがない平面を有している。横方向に成長した窒化ガリウム層の表面は、平均ステップ高さが０．３２ｎｍのテラス構造を含む。このテラス構造は、横方向に成長した窒化ガリウムに関連付けることができる。その理由は、テラス構造は、一般に、窒化アルミニウムのバッファ層上にのみ成長したずっと大きな領域のフィルム内には含まれないからである。粗さの平方自乗平均の値は、基礎的窒化ガリウム層１０４に対して得られた値と同様である。
【００４６】
基礎的窒化ガリウム層１０４とバッファ層１０２ｂとの間の界面から始まるスレッディング転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ）は、基礎的窒化ガリウム層１０４の上面に伝播するように思われる。これらの領域内の転位密度は、約１０9 ｃｍ-2である。対照してみると、スレッディング転位が横方向に容易に伝播するとは思われない。むしろ、この横方向の窒化ガリウム領域１０８ａ及び３０８ａには、数個の転位しか含まれていない。これらの数個の転位は、再成長した領域内で９０゜湾曲した後の、縦方向のスレッディング転位の延長部を介して、(０００１)面に平行に形成される。これらの転位は、過度成長した窒化ガリウム層の頂面まで伝播するとは思われない。
【００４７】
前述したように、選択的に成長した窒化ガリウム層の形成メカニズムは横方向のエピタキシーである。このメカニズムの２つの主なステージは、縦方向の成長と横方向の成長である。マスクを通って縦方向に成長する間は、蒸着した窒化ガリウムは、マスク上で成長するよりも急速にマスクの開口部内で選択的に成長する。その理由は、明らかに、ガリウム原子の固着係数（ｓｔｉｃｋｉｎｇ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ｓが、窒化ガリウム表面（ｓ＝１）上ではマスク（ｓ＜＜１）上と比較するとはるかに大きいためである。SiO2の結合強度は７９９.６ ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｓｉ−Ｎ (４３９ ｋＪ／ｍｏｌ)、Ｇａ−Ｎ (１０３ ｋＪ／ｍｏｌ)、及びＧａ−Ｏ (３５３.６ ｋＪ／ｍｏｌ)の結合強度よりもはるかに大きいので、Ｇａ原子又はＮ原子は数の上でまた窒化ガリウムの核を形成させるための十分な時間に対して、マスク表面に容易に固着しない。それらの原子は蒸発するか、又はマスク表面に沿ってマスク内の開口部に、すなわち現れた縦方向の窒化ガリウムの表面に向かって拡散する。横方向に成長する間は、窒化ガリウムは、縦方向及び横方向の両方に同時に成長する。
【００４８】
窒化ガリウム上のガリウム及び窒素の表面拡散は、窒化ガリウムの選択的な成長の中では小さな役割しか演じない。主な材料源は、気相から生じると思われる。このことは、ＴＥＧの流速が増加すると、(０００１)頂面の成長速度を(１１０１)側面よりも早く発達させて、このようにして横方向の成長をコントロールするという事実によって実証することができる。
【００４９】
横方向に成長した窒化ガリウムは、下側のマスクに十分に強く固着するので、それは一般に冷却しても剥がれることはない。しかしながら、ＳｉＯ2マスク内の横方向のクラッキングが、冷却時に発生する熱ストレスにより発生することがある。１０５０℃におけるＳｉＯ2の粘度（ρ）は約１０15.5ポイズ（ｐｏｉｓｅ）であり、この値は、歪み点（ｓｔｒａｉｎ  ｐｏｉｎｔ）（約１０14.5ポイズ）よりも１桁大きい。この歪み点で、バルクのアモルファス材料内で応力緩和が約６時間以内に発生する。このため、ＳｉＯ2のマスクは、冷却に対する適合性は限定される。アモルファスのＳｉＯ2表面上の原子配列が、ＧａＮ表面上の原子配列とはまったく異なるため、適当な原子の対が極めて接近している場合のみ、化学結合が行われる。シリコン、酸素、ガリウム、及び窒素原子のそれぞれの表面上やＳｉＯ2のバルク内の極めて小さい応力緩和が、窒化ガリウムを受け入れて、それを酸化物に結合させることがある。これにより、図１〜図５及び図１１〜図１５のマスクを必要としない実施形態は、特に好都合である。
【００５０】
結論として、横方向のエピタキシャルのオーバーグロースを、基礎的窒化ガリウム層の側壁からＭＯＶＰＥを介して得ることができる。この成長は、側壁の配向性、成長温度、及びＴＥＧの流速に大きく依存する。転位密度が極めて低く表面が平坦でピットがない領域を形成するための、過度成長した窒化ガリウム領域の結合は、１１００℃及びＴＥＧの流速が２６μｍｏｌ／分において、幅が７μｍのポスト間の＜１１００＞方向に沿って延びる、幅３μｍのトレンチによって達成することができる。側壁からＭＯＶＰＥを介しての窒化ガリウムの横方向の過度成長を使用して、マイクロ電子デバイス用の低い欠陥密度の領域を、マスクを使用する必要なしに得ることができる。
【００５１】
図面及び明細書の中で、本発明の典型的な好ましい実施形態を開示してきた。また、特定の用語を使用したが、一般的な説明する感覚でのみそれらの用語を用いたのであって、限定する目的のためではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第１の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図２】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第１の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図３】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第１の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図４】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第１の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図５】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第１の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図６】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第２の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図７】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第２の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図８】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第２の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図９】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第２の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図１０】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第２の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図１１】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第３の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図１２】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第３の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図１３】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第３の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図１４】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第３の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【図１５】  本発明による窒化ガリウム半導体の構造体の第３の実施形態の、中間製造段階の間の断面図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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