【手続補正書】
【提出日】平成18年3月7日(2006.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非極性のａ平面窒化ガリウム薄膜において、螺旋転位密度を減少する方法であって、以下の工程：
（ａ）該非極性ａ平面窒化ガリウム薄膜上に誘電性再成長マスクを堆積する工程；
（ｂ）堆積された該マスクをパターン化する工程；および
（ｃ）選択的な再成長を行い、該パターン化マスクに基づく過剰成長を達成する工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記非極性ａ平面窒化ガリウム薄膜がシード層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積する工程が、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって、前記非極性ａ平面窒化ガリウム薄膜上に誘電性再成長マスクを堆積する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積されたマスクが、種々の結晶学的方向に方向付けられた長く狭いストライプの開口部でパターン化される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記過剰成長が、横方向過剰成長した、ストライプを形成した窒化ガリウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記行う工程は、前記窒化ガリウムの選択的な再成長を行い、パターン化マスクに基づく過剰成長を達成する工程を包含し、そして前記窒化ガリウムが、垂直な成長方向に対して垂直な方向でマスク中で横方向過剰成長する前に、該マスク中の開口部を通って垂直に初めに成長する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記横方向過剰成長領域が、前記マスク中の開口部を通って垂直に成長する領域と比較して、減少した転位密度を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記転位が、成長フィルムへの垂直方向の転位の広がりをブッロクするマスクによって過剰成長領域において減少される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記転位が、垂直な成長から横方向成長までの移行を介して転位の屈曲によって過剰成長領域において減少される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記過剰成長が、横方向エピタキシャルな過剰成長を使用して行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記過剰成長が、以下：片持ちばりエピタキシー、二重横方向エピタキシャル過剰成長（ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｔｅｒａｌ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ：二重ＬＥＯ）およびＳｉＮナノマスキングからなる群から選択される方法を使用して行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の方法を使用して作製されたデバイス。
【請求項１３】
減少した螺旋転位密度を有する非極性のａ平面窒化ガリウム薄膜であって、該薄膜が、以下の工程
（ａ）該非極性ａ平面窒化ガリウム薄膜上に誘電性再成長マスクを堆積する工程；
（ｂ）堆積された該マスクをパターン化する工程；および
（ｃ）選択的な再成長を行い、該パターン化マスクに基づく過剰成長を達成する工程、
を包含する方法を用いて作製される、薄膜。
【請求項１４】
前記非極性ａ平面窒化ガリウム薄膜がシード層を含む、請求項１３に記載の薄膜。
【請求項１５】
前記堆積する工程が、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって、前記非極性ａ平面窒化ガリウム薄膜上に前記誘電性再成長マスクを堆積する工程を包含する、請求項１３に記載の薄膜。
【請求項１６】
前記堆積されたマスクが、種々の結晶学的方向に方向付けられた長く狭いストライプの開口部でパターン化される、請求項１３に記載の薄膜。
【請求項１７】
前記過剰成長が、横方向過剰成長した、ストライプを形成した窒化ガリウムを含む、請求項１３に記載の薄膜。
【請求項１８】
前記行う工程は、前記窒化ガリウムの選択的な再成長を行い、前記パターン化マスクに基づく過剰成長を達成する工程を包含し、そして該窒化ガリウムが、垂直な成長方向に対して垂直な方向で該マスクを横方向過剰成長する前に、該マスク中の開口部を通って垂直に初めに成長する、請求項１３に記載の薄膜。
【請求項１９】
前記横方向過剰成長領域が、前記マスク中の開口部を通って垂直に成長する領域と比較して、減少した転位密度を含む、請求項１８に記載の薄膜。
【請求項２０】
前記転位が、成長フィルムへの垂直方向の転位の広がりをブッロクするマスクによって過剰成長領域において減少される、請求項１９に記載の薄膜。
【請求項２１】
前記転位が、垂直な成長から横方向成長までの移行を介して転位の屈曲によって過剰成長領域において減少される、請求項１９に記載の薄膜。
【請求項２２】
前記過剰成長が、横方向エピタキシャルな過剰成長を使用して行われる、請求項１３に記載の薄膜。
【請求項２３】
前記過剰成長が、以下：片持ちばりエピタキシー、二重横方向エピタキシャル過剰成長（ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｔｅｒａｌ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ：二重ＬＥＯ）およびＳｉＮナノマスキングからなる群から選択される方法を使用して行われる、請求項１３に記載の薄膜。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】非極性窒化ガリウム薄膜における転位の低減
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
（１．発明の分野）
本発明は、半導体材料、方法、およびデバイスに関し、そしてより具体的には、非極性窒化ガリウム（ＧａＮ）薄層における転位低減に関する
（２．関連技術の説明）
（注：本願は、多数の異なる特許、出願および／または刊行物を、１つ以上の参照番号によって、本明細書全体に示されるように参照する。これらの異なる刊行物の、これらの参照番号に従った順序にしたリストは、以下の「参考文献」の表題の節に見出され得る。これらの刊行物の各々は、本明細書中に参考として援用される）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【数２】
2005522890.tif 000001
ｒ平面サファイア基板上で成長された。参考文献１３を参照のこと。しかし、これらの膜に存在するスレッディング転位密度は、約２．６×１０１０ｃｍ−２であると決定されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
非極性窒化物層の利点を十分に理解するために、エピタキシャル膜の質の改良が必要であり、特に、転位密度の低減が必要である。詳細には、これらの膜の結晶の質を改良することは、分極誘導性電場を伴わずに作動する高性能窒化物デバイスの実現に必須である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
種々の技術が示されているが、転位の低減は、横方向に過剰成長した極性ＧａＮ膜において広範に研究されている。参考文献８〜１１を参照のこと。種々の横方向過剰成長技術により得られる低転位密度基板は、窒化物ベースのオプトエレクトロニクスの顕著な性能、もっとも注目すべきは、長寿命の持続波ＩｎＧａＮレーザーダイオードを直接的に担っている。参考文献１２を参照のこと。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
横方向過剰成長技術は、従来技術において周知である。例えば横方向過剰成長技術は、極性ｃ平面（０００１）ＧａＮ膜の転位低減について徹底的に研究されている。特定の過剰成長技術としては、横方向エピタキシャル過剰成長（ＬＥＯ）（これはまた、エピタキシャル横方向過剰成長（ＥＬＯまたはＥＬＯＧ）としても公知である）、およびＰＥＮＤＥＯ（登録商標）エピタキシーが上げられる。これらのプロセスの間の差に関わらず、転位の低減は、一般的な機構、主に、マスクブロッキングおよび転位湾曲によって達成される。参考文献１１および１９を参照のこと。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
しかし、本発明は、ＧａＮ膜のためのこれらの方法の新規な適用である。詳細には、本発明は、ａ−ＧａＮシード層を使用するＬＥＯ法を記載し、これはスレッディング転位低減を達成する。低転位密度ａ−ＧａＮは、高性能分極誘導性場を含まない（Ａｌ，Ｂ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎベースのデバイスのための緩衝層として使用され得る。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【数３】
2005522890.tif 000002
ａ−平面ＧａＮ薄膜の横方向エピタキシャル過剰成長は、ＧａＮ膜におけるスレッディング転位を低減する。第１に、薄いパターン化誘電性マスクが、シード層に適用される。第２に、選択的エピタキシャル再成長が実施されて、パターン化マスクを基礎として横方向過剰成長ベースが達成される。再成長の際、ＧａＮ膜は、最初に、誘電性マスク中の開口部を通って垂直方向に成長し、その後、この垂直成長方向に対して垂直の方向でこのマスクを横方向に過剰成長させる。スレッディング転位は、（１）成長中の膜に向かう垂直方向の転位の伝達をブロックするマスク、および（２）垂直から横方向への成長の移行による転位の湾曲によって、過剰成長領域において低減される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（概説）
本発明は、ａ−ＧａＮにおけるスレッディング転位密度を、平面ヘテロエピタキシャル「シード」層の横方向過剰成長によって低減する。横方向過剰成長技術は、２つのＭＯＣＶＤ成長（最初のヘテロエピタキシャル成長および横方向過剰成長を構成する再成長）の間の処理工程を必要とする。第１に、薄いパターン化された誘電性マスクが、シード層に適用される。再成長の際、ＧａＮは、最初に、この誘電性マスク中の開口部を通って垂直に成長し、その後、この垂直成長方向に対して垂直の方向で、このマスクを横方向に過剰成長させる。適切なマスクおよび再成長条件を用いて、転位密度が、このマスク中の開口部を通って垂直に成長した領域と比較して、横方向過剰成長領域において低減される。転位は、（１）成長中の膜に向かう垂直方向の転位の伝達をブロックするマスク、および（２）垂直から横方向への成長の移行による転位の湾曲によって、過剰成長領域において低減される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
（プロセス工程）
図１は、本発明の好ましい実施形態に従う、平面ヘテロエピタキシャル「シード」層の横方向過剰成長によるａ−ＧａＮにおけるスレッディング転位密度を低減するための工程を示すフローチャートである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
螺旋転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＴＤ）の減少は、図４（ａ）に断面ＴＥＭ画像に示されるように、
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
【数３４】
2005522890.tif 000003
に沿って整列したＬＥＯストライプについて観察された。転位が、図４（ｂ）に示されるよに、横方向の過剰成長の方向へ屈曲することが観察されないので、マスクブロッキングは、主な転位減少機構である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
【数３５】
2005522890.tif 000004
ストライプと異なり、図４（ｃ）は、転位が［０００１］に沿って整列するストライプの過剰成長領域へと広がったことを示す。この転位屈曲の正確な起源は、未だ未知であるが、［０００１］ストライプ方向について曲げられた面の安定性は、重要な役割を果す。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
【数４１】
2005522890.tif 000005
に対して平行に配向されたストライプの平面多色ＣＬ画像であり、一方、図５（ｄ）は、図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に対して結晶学的方向を図示する。ＣＬ画像は、図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）におけるＳＥＭによって画像化されたストライプに直接的に対応して、図５（ａ）〜（ｃ）に示した（そして、５５μｍを示すスケールバーを有する）。各ストライプ方向内での斑点領域は、ＳｉＯ２マスクにおけるウィンドウを規定し、ＴＤは、ＬＥＯストライプの上面に妨げられずに延びる。このＣＬ特徴は、極性ＧａＮ  ＬＥＯストライプに観察された。参考文献１６〜１８を参照のこと。斑点領域は、［０００１］ストライプの全体の幅を横切って伸び、これは、このストライプの方向に対して横方向過剰成長領域への転位屈曲のＴＥＭ観察に対応する。図５（ａ）〜（ｃ）に示される［０００１］ストライプは、わずかな横方向過剰成長を有するにもかかわらず、同様の条件下で成長した幅広いストライプのＣＬ測定は、図４（ｃ）において観察される転位屈曲を確立した。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
【数４６】
2005522890.tif 000006
ストライプは、垂直なサイドウォールを有し、一方、［０００１］ストライプは、同時に存在する垂直なサイドウォールおよび曲がったサイドウォールを有した。転位減少は、
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
【数４７】
2005522890.tif 000007
ストライプ中で達成され、一方、転位は、［０００１］ストライプの横方向過剰成長領域へと広がった。［０００１］と
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
横方向過剰成長技術の重大な局面は、誘電性のマスク特異性およびＭＯＣＶＤ再成長条件である。種々の誘電性材料、堆積技術およびパターン化方法を使用して、横方向過剰成長に有効なマスクを組みたて得る。さらに、マスクパターンの方向、設計および寸法を改変することは、後の横方向過剰成長の特性を最終的に決定する。転位減少を達成し、そしてマスクを完全に過剰成長するために横方向過剰成長の十分な制御は、必要であり、その結果、平面フィルムは再形成される。横方向過剰成長の特定の詳細（横方向〜垂直の成長速度比およびサイドウォール面の安定性を含む）は、ＭＯＣＶＤ再成長条件によって制御される。ＭＯＣＶＤ成長条件は、反応器に依存性であり、そして特定の反応器設計の間で変動し得る。成長温度、成長圧力、Ｖ／ＩＩＩ比、前駆体フロー、および原料のような条件における基礎的なバリエーションが、本発明の可能な改変である。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
さらに、転位減少はまた、代替の過剰成長方法を使用して達成され得る。例えば、片持ちばりエピタキシー、二重横方向エピタキシャル過剰成長（ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｔｅｒａｌ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ：二重ＬＥＯ）およびＳｉＮナノマスキング技術は、横方向エピタキシャル過剰成長に対する代替として使用され得る。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
要約すると、本発明は、螺旋転位減少を生じる非極性
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
【数４９】
2005522890.tif 000008
ａ平面ＧａＮシード層の横方向エピタキシャル過剰成長を記載する。第１に、薄いパターン化した誘電性マスクが、シード層に適用される。第２に、選択的なエピタキシャル再成長が行われ、パターン化マスクの横方向過剰成長が達成される。再成長の際に、ＧａＮフィルムは、垂直な成長方向に対して垂直な方向においてマスクを横方向過剰成長する前に、最初に誘電性マスクの開口部を通って垂直に成長する。螺旋転位は、（１）成長フィルムに対して垂直な転位の広がりをブロックするマスクおよび（２）垂直から横方向までの成長の移行による転位の屈曲によって過剰成長領域を減少する。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態に従う、平面ヘテロエピタキシャル「シード」層の横方向過剰成長によるａ−ＧａＮにおけるスレッディング転位密度を低減するための工程を示すフローチャートである。
【図２】図２は、ａ−ＧａＮ  ＬＥＯワゴンホイールパターンの半分を示す平面走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像写真である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、
【数４】
2005522890.tif 000009
に対して平行に配向された３つのストライプの傾けられた図を含む一連のＳＥＭ画像である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、
【数５】
2005522890.tif 000010
ストライプの断面ＴＥＭ画像である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、
【数６】
2005522890.tif 000011
に対して平行に配向されたストライプの平面多色ＣＬ画像であり、一方、図５（ｄ）は、図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の結晶学的配向を示す。