(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の材料からなる基板と、
前記基板上に位置する積層の層対であって、
該層対が、
低温堆積窒化物半導体からなる緩衝層と、
該緩衝層上で直接成長する単結晶GaNの単結晶層とを有し、
緩衝層がAlGaNまたはAlNから成る少なくとも１つの前記層対が、前記緩衝層がAlGaNまたはAlNから成る少なくとも１つの前記層対が上に位置する、緩衝層がGaNから成る他の層対の前記単結晶層の平面内歪みが圧縮歪みである単結晶層の平面内歪みを持つように構成されていることを特徴とする窒化物半導体多層堆積基板。
【請求項２】
前記積層が３つの層対を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【請求項３】
前記積層が４つの層対を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【請求項４】
前記緩衝層がAlGaNまたはAlNから成る少なくとも１つの前記層対における前記緩衝層がAlNモル分率５％から１００％の間のAlGaNから成ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【請求項５】
他の層対の緩衝層がGaNから成ることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【請求項６】
GaNからなる緩衝層を有する隣接した層対の数が６未満であることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【請求項７】
前記層対の大部分の緩衝層がAlNモル分率が１０％と９０％の間であるAlGaNから成ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【請求項８】
前記AlNモル分率が１０％と５０％の間であることを特徴とする請求項４または７のいずれかに記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【請求項９】
前記AlNモル分率がほぼ１０％であることを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【請求項１０】
多層堆積基板を形成する方法であって、
第１の材料からなる基板を提供するステップと、
前記基板上に積層の層対を形成するステップとを備え、
該層対のそれぞれが、
単結晶成長が生じる温度よりも低い温度で低温堆積窒化物半導体の緩衝層を堆積させるステップと、
前記緩衝層上に直接単結晶GaNの単結晶層を成長させるステップであって、
前記積層の層対を形成する場合において、緩衝層がAlGaNまたはAlNから成る少なくとも１つの層対が上に位置する、緩衝層がGaNから成る他の層対の前記単結晶層の平面内歪みが圧縮歪みである単結晶層の平面内歪みを持つように形成するステップとを含むプロセスによって形成されることを特徴とする窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【請求項１１】
前記積層を形成するに当たり、３つの層対を有する積層が形成されることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【請求項１２】
前記積層を形成するに当たり、４つの層対を有する積層が形成されることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【請求項１３】
前記緩衝層を形成するに当たり、AlNモル分率５％から１００％の間のAlGaNから成る半導体材料からなる層が、前記緩衝層がAlGaNまたはAlNから成る少なくとも１つの前記層対における前記緩衝層として堆積されることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【請求項１４】
前記緩衝層を形成するに当たり、GaNから成る半導体材料からなる層がそれぞれ他の層対の緩衝層として堆積されることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【請求項１５】
前記積層を形成するに当たり、前記積層が、GaNからなる緩衝層を有する隣接した層対の数が６未満となるように、形成されることを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【請求項１６】
前記緩衝層を堆積させるにあたり、AlNモル分率が１０％と９０％の間であるAlGaNから成る半導体の層がそれぞれ大部分の前記層対の緩衝層として堆積されることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【請求項１７】
前記緩衝層を堆積させるにあたり、AlNモル分率が１０％と５０％の間であることを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【請求項１８】
前記緩衝層を堆積させるにあたり、AlNモル分率がほぼ１０％であることを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【請求項１９】
さらに、室温（ａ）及び上昇温度（ｂ）の１つにおいて前記単結晶層の格子定数を測定し、単結晶層の平面内歪みを決定するステップを備えたことを特徴とする請求項１０ないし１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体素子の製造方法に関し、特にIII族窒化物半導体素子の形成に好適な低結晶欠陥密度を有する族窒化物半導体の多層堆積基板あるいは多層膜とそれらの形成方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、III族窒化物半導体（一般構造式はアルミニウムAl,ガリウムGa,インジュウムIn,,窒素N、組成比ｘ、ｙを用いてAlｘGa１−ｘ−ｙInyNである。）を用いた直接遷移による高効率短波長レーザの発振が報告されている。このようなレーザを形成するための基板は低結晶欠陥密度でなければならないが、III族窒化物半導体のウェーは・サイズは実用に耐えないほど小さく、サファイア、SiC、スピネル、MgO、GaAs、Si等の異種基板にIII族窒化物半導体を堆積した堆積基板が用いられている。
【０００３】
ところが、これら異種基板とIII族窒化物半導体間にはかなりの格子不整合や熱膨張係数差がある。たとえば、サファイア基板とIII族窒化物半導体間とには１１〜２３％の格子不整合と約２×１０−６K−１ の熱膨張係数差がある。このため、該異種基板に堆積したIII族窒化物半導体の薄膜あるいは層の結晶性が悪くなり、該薄膜の電気的あるいは光学的特性が悪かった。
【０００４】
そこで、堆積基板の結晶性を改善するための試みがおこなわれている。そのなかでも、異種基板上にIII族窒化物半導体の低温堆積緩衝層と単結晶層とを交互に数層エピタキシャル成長させて多層堆積基板を得る方法は有功である。文献により緩衝層はバッファ層とも呼称される。緩衝層には高温成長（単結晶成長温度での成長）された緩衝層も存在するので、単結晶が成長しない温度で形成した緩衝層を低温堆積緩衝層として区別する。
【０００５】
特開平４−２９７０２３号公報において、中村は基板上に単結晶が成長しない温度で形成したAlｘGa１−ｘN（但しｘは１以下で０超過の数）バッファ層上に窒化ガリウム系半導体の単結晶層をするほうが、AlNバッファ層上に窒化ガリウム系半導体の単結晶層を成長するほうが高品質な窒化ガリウム系半導体の単結晶層を得られる旨主張している。
さらに、基板上にGaN薄膜を成長形成する場合、AlNバッファ層を用いるよりGaNバッファ層を用いるほうが、
「▲１▼ 融点が低いので温度上昇しているとき容易に単結晶化しやすい。このため、バッファ層の厚さを、厚くしてもバッファ層としての効果が期待できる。
▲２▼ バッファ層がGaNなので、その上にGaNのエピタキシャル成長層を成長する場合、同一材料の上に同一材料を成長するため結晶性の向上ができる。等の利点があると考えられる。」考察している。
【０００６】
特開平９−１９９７５９号公報において、赤崎等は異種物質の基板すなわち異種基板上に単結晶が成長しない温度で形成した低温堆積緩衝層、単結晶が成長する温度で形成した単結晶層とを交互に３層以上積層させ、その上に単結晶が成長する温度で目的とするIII族窒化物半導体層を形成する技術を開示している。AlN低温堆積緩衝層（堆積温度４００℃、膜厚５０ｎｍ）とGaN単結晶層（成長温度１１５０℃、膜厚３００ｎｍ、但し最上層の膜厚のみ１．５μｍ）とを交互に３層ずつ積層した実施例を開示している。最上層GaN単結晶層をKOHでエッチングして電子走査顕微鏡で撮影測定したエッチピット密度が、サファイア基板に１層対堆積後は４×１０７ｃｍ−２、３層対堆積した場合で８×１０５ｃｍ-2であった。
【０００７】
特願平９−３０６２１５号明細書において、天野等は上記赤碕等の方法を改善して、単結晶が成長しない温度で形成した低温堆積緩衝層を昇温結晶化させるようにした。
しかしながら、依然として堆積基板の結晶性を改善することが望まれている。とくに、多層堆積基板における積層限界の把握や多層堆積基板の品質の制御性の向上、多層堆積基板のコスト低減、用途拡大が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は族窒化物半導体の多層堆積基板あるいは多層薄膜の結晶性を改善することである。
さらに、多層堆積基板の品質制御性を高め、適切な品質の基板を得る方法を提供し従来技術の問題点を解消あるいは軽減することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者等は多層堆積により成長面内の引張歪が増加しクラック発生にいたる機構を解明して発明をなすに至った。
まず、本発明の窒化物半導体多層堆積基板は、窒化物半導体の低温堆積緩衝層とその直上に堆積した窒化物半導体の単結晶層とから成る層対を複数備える多層堆積基板において、少なくとも一つの前記層対の前記単結晶層が該層対の堆積する前記層対の単結晶層に対しその成長面内で圧縮歪側への歪移行をおこなうことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、前記層対の層対数を３以上に選んで結晶性を改善できるし、さらに層対数を４以上に選んでさらに結晶性を改善できる。だことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【００１１】
低抵抗化のため少なくとも一の前記層対にドーピングを施すことも有利である。
【００１２】
また、連続する５対以上８対以下の前記層対の全てにおいて前記低温堆積緩衝層がGaNで前記単結晶層をGaNとすれば、から成ることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体多層堆積基板。
【００１３】
本発明の方法は、窒化物半導体の低温堆積緩衝層とその直上に堆積した窒化物半導体の単結晶層とから成る層対を複数備える多層堆積基板を形成する方法であって、
一の前記層対に含まれる単結晶層が成長面内の引張歪を生ずる該一の前記層対を設けるステップと、
該一の前記層対に含まれる単結晶層上に堆積される前記層対の単結晶層が成長表面内の沿う圧縮歪を持たせるステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記引張歪と前記圧縮歪の少なくとも一方は、少なくとも常温で観測され得ることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体多層堆積基板の形成方法。
歪の大きさは格子定数の測定により決定することができる。
【００１５】
また、窒化物半導体多層堆積基板窒化物半導体の低温堆積緩衝層とその直上に堆積した窒化物半導体の単結晶層とから成る層対を複数備える多層堆積基板において、少なくとも二種類の前記層対を有し、該二種類の前記層対の一方は他方より層対数が少なくかつ前記少なくとも一つの前記単結晶層を含むように構成することもできる柔軟性を有する。。
【００１６】
【発明の実施の形態】
異種基板あるいは同種基板上に単結晶が成長しない温度で形成した低温堆積緩衝層、単結晶が成長する温度で形成した単結晶層とを交互に多層を成長積層させる上記天野等の技術を援用して実験したところ、次のような知見を得た。
【００１７】
「実験１」：
図１を参照して「実験１」を説明する。なお図１、図３、図７は多層堆積基板１０、３０、５０の構造を模式的に示すもので、実際の寸法を用いたものではない。
ステップ１：
（基板の洗浄）： （０００１）C面を備えたサファイア基板（２インチ基板）１１をフッ酸および王水にそれぞれ５分間ずつ浸してエッチングを行い、純水にて５分間リンスする。その後、メタノール、アセトンにて５分間ずつ有機洗浄した後、再度純水にて５分間リンスする。
【００１８】
ステップ２：
（基板のクリーニング）： 上記工程を室温で経たサファイア基板１２をMOVPE（有機金属気相成長法）装置の反応炉内に搬送する。反応炉内を窒素にて充分置換して酸素および水分を取り除いた後に、水素を導入して1100℃で１０分間サファイア基板の加熱クリーニングを行う。
【００１９】
ステップ３：
（GaN低温堆積緩衝層の形成）：その後、サファイア基板１２の温度を500℃に設定し、TMGa（トリメチルガリウム）とアンモニアを炉内に約３分間供給してサファイア基板１２上に30nmのGaN低温堆積緩衝層１４を成長させTMGaの供給を停止する。
【００２０】
ステップ４：
（n型GaN単結晶層１６の形成）： GaN低温堆積緩衝層１４の成長終了後、サファイア基板１２の温度を約３分で1050℃まで上昇させ約５分経過後、TMGa（トリメチルガリウム）とアンモニアを供給してGaN層１６の成長を開始する。毎時２．５μｍの成長速度で１μm成長したところで、TMGaの供給を止める。またサファイア基板の温度も再度500℃にまで下げる。この間アンモニアの供給は続けたままである。
【００２１】
ステップ５：
（ GaN低温堆積緩衝層１４とGaN単結晶層１６の繰り返し形成）：前記ステップ３とステップ４とを所望の回数繰り返し、GaN低温堆積緩衝層１４とGaN単結晶層１６からなる層対を形成する。図１は層対を２対積層したのちの多層堆積基板１０の層構成を示す。
ステップ６：
（最上層GaN単結晶層１６の成長表面の観察）：多層堆積基板１０の温度を室温にさげて、炉から取り出し必要な測定をおこなう。測定は微分干渉顕微鏡による表面の観察とX線回折装置による単結晶層の格子定数の測定である。図２に層対の数に伴う最上層GaN単結晶層１６の成長表面を微分干渉顕微鏡で観測する。図２の（A）-(E)は層対数がそれぞれ２、３、６，９，１２の場合の最上層GaN単結晶層１６の成長表面の微分干渉顕微鏡による観測結果の写真である。
【００２２】
また、図５には層対数がそれぞれ２、３、６，９，１２の場合の最上層GaN単結晶層１６のｃ軸の格子定数の変化がカーブ１としてプロットされている。図５のグラフの横軸は層対数で縦軸は０．１ｎｍを単位としてｃ軸の格子定数が目盛られている。表面のｃ軸の格子定数は層対数１では、バルクの格子定数略０．５１８５ｎｍより大きいが、層対数が２以上ではバルクの格子定数より小さく層対数が大きくなると共に小さくなる。層対数が２以上では成長面内で引張歪が発生していることを示す。層対数が９以上では最上層GaN単結晶層３６にクラックが発生し歪が緩和されてc軸の格子定数はバルクの格子定数と等しくなる。c軸の格子定数の増大（引張歪）は面内の格子定数の減少（圧縮歪）をあらわし、c軸の格子定数の増大（引張歪）は面内の格子定数の減少（圧縮歪）をあらわす。
なお、結晶歪は測定された格子定数の値をバルクの格子定数と比べてその大小により引張歪あるいは圧縮歪と呼称されるのであり、相対的な呼称である。バルクの格子定数が異なる値を有することが判明したときは同じ結晶歪でも呼称が変わる可能性もある。
クラックの発生する引張歪は対応する臨界格子定数値を決定して予測できよう。
【００２３】
ここで、一の層対の単結晶層の結晶歪が二の層対の単結晶層では量的に変化した場合、”結晶歪の移行”がおきたと称する。すなわち、格子定数が変化したことを意味する。
一の層対の単結晶層の結晶歪が引張歪で二の層対の結晶歪がより大きい引張歪である場合は結晶歪の”引張側への移行”が起きた、という。すなわち、格子定数が大きくなるように変化したことを意味する。
一の層対の単結晶層の結晶歪が引張歪で二の層対の結晶歪がより小さい引張歪である場合は結晶歪の”圧縮側への移行”が起きた、という。すなわち、格子定数が小さくなるように変化したことを意味する。
一の層対の単結晶層の結晶歪が引張歪で二の層対の結晶歪が圧縮歪である場合は結晶歪の”圧縮側への移行”が起きた、という。すなわち、格子定数が小さくなるように変化したことを意味する。
一の層対の単結晶層に圧縮歪がある場合も、上記と同様に”圧縮側への移行”、”引張り側への移行”という。
【００２４】
最上層GaN単結晶層１６を切り出して薄膜化し透過電子顕微鏡により貫通転位を観察して計数し、その密度である結晶転位密度を測定した。
図６には層対数に対する最上層GaN単結晶層１６の表面の結晶転位密度の変化がカーブ１としてプロットされている。図６のグラフの横軸は層対数で縦軸は結晶転位密度を単位：個毎平方cm（ｃｍ−２）で１×１０７ｃｍ−２（１E7)から１×１０１０ｃｍ−２（１E10)までを対数目盛で目盛ったものである。層対数の増加にしたがって結晶転位密度は単調に減少する。
なお、特開平９−１９９７５９号公報において、赤崎等が測定して報告したエッチピット密度とここでいう結晶転位密度は異なるものであることに留意したい。
【００２５】
「実験２」：
図３に層対数が２の場合をしめした多層堆積基板３０を基板１２と同様の基板３２から形成した。そのため、前記「実験１」の一部ステップ３をAlN低温堆積緩衝層３４を形成するためにステップ３ｍに変更して「実験２」をおこなった。
ステップ３ｍ：
（AlN低温堆積緩衝層３４の形成）：その後、サファイア基板３２の温度を500℃に設定しTMAl（トリメチルアルミニウム）とアンモニアを炉内に約３分間供給してサファイア基板３２上に30nmのAlN低温堆積緩衝層３４を成長させる。
【００２６】
図４の（A）−（E）は層対数がそれぞれ２、３、６，９，１２の場合の最上層GaN単結晶層３６の表面の微分干渉顕微鏡による観測結果である。いずれの場合もクラックの発生が見られない。また、図５には層対数がそれぞれ２、３、６，９，１２の場合の最上層GaN単結晶層１６の表面のｃ軸の格子定数の変化がカーブ２としてプロットされている。格子定数は略０．５１８８ｎｍで一定で、バルクの格子定数略０．５１８５ｎｍより大きい。これは最上層GaN単結晶層１６の成長表面方向で圧縮歪が発生していることを示す。
図６には層対数に対する最上層GaN単結晶層３６の表面の結晶転位密度の変化がカーブ２としてプロットされている。「実験２」においても層対数の増加にしたがって結晶転位密度は減少する。
【００２７】
「実験３」：
図７に示すように、基板１２と同様の基板５２上に「実験１」のステップ１−からステップ５を用いてGaN低温堆積緩衝層５４とGaN単結晶層５６の層対を３対成長させた後、「実験２」のステップ３ｍと「実験１」のステップ４とによりAlN低温堆積緩衝層５５とGaN単結晶層５６の層対を１対成長させ、多層堆積基板５０を形成した。
【００２８】
図８は最上層GaN単結晶層５６の表面の微分干渉顕微鏡による観測結果である。AlN低温堆積緩衝層５５とGaN単結晶層５６の層対の効果は、最上層GaN単結晶層５６の成長表面のｃ軸の格子定数が０．５１８８ｎｍに復帰する点と結晶転位密度の減少である。
上記多層堆積基板５０上に「実験１」のステップ１−からステップ５を用いてGaN低温堆積緩衝層５４とGaN単結晶層５６の層対をさらに成長させてクラックなしで結晶転位密度のさらに減少した多層堆積基板を得ることもできる。
【００２９】
「考察」：
したがって、特開平４−２９７０２３号公報において、中村が指摘したように「 ▲２▼ バッファ層がGaNなので、その上にGaNのエピタキシャル成長層を成長する場合、同一材料の上に同一材料を成長するため結晶性の向上ができる。」としても、「実験１」で明らかになったように、クラック発生により多層堆積基板１０は層対数に上限がある。その上限は控えめにみて６、大きくとも８と観てとれる。なお、従来技術の実施例では明確でなかった４層対以上でも上限まではクラック発生なしに堆積できることがわかる。また、図６に観るように上記中村の指摘は層対数１では実証されなかった。
さらに、バッファ層がGaNでなくとも層対数を大きくして結晶欠陥を減らせることがわかる。
【００３０】
また、層対数２以上では層対数にたいする結晶転位密度の減少割合の平均はGaN低温堆積緩衝層でもAlN低温堆積緩衝層でも同程度であるが、GaN低温堆積緩衝層を用いた場合に層対の抵抗が小さくできるの点、Al消費がない点が好ましい。したがって、最上層対のみAlN低温堆積緩衝層とする構成や、AlN低温堆積緩衝層に代えてAlNモル分率５％以上９０％以下、好もしくは１０％以上５０％以下程度のAlGaN低温堆積緩衝層をもちいる構成も層対の抵抗を小さくする要請と引張歪側への歪移行を大きくする要請とを案配できるの点で有利である。さらに、最上層対が必ずしも成長面内の圧縮歪を有する構成にする必要はなく、堆積多層基板の用途に応じて最上単結晶層にクラックの生じない範囲で層対を選択すればよい。
開始基板もサファイア基板のみでなくSiC、Si, MgAl2O4基板、AlGaN薄膜又は基板等の上に成長できるので素子特性とコストの案配が可能である。
【００３１】
したがって成長堆積する層対の数を増加させて結晶転位密度を低減するため、クラックを生じない層対を選択するか、クラックの生じる前に圧縮歪を生じるか引張歪を減少させる層対を導入するかをおこなう方法と、そのようにして構成された多層堆積基板が本発明に基づくといえる。
【００３２】
図５に示すようにクラックが入らない限りはバッファ層の回数が増えるに従って転移密度が減少することもわかっている。以上のように、用いる低温堆積緩衝層の材料を選択することでクラックの発生なしにこの層の回数を任意に選べる、すなわち任意の転位密度の基板を手に入れることができる。
【００３３】
「実験の別実施例」
ところで、本願出願人が平成１０（１９９８）年１０月１６日提出の特許出願：「窒化物半導体レーザ素子」の明細書に記載された本発明の発明者等である竹内等の発明（以下「竹内等の発明」と称する。）では、（０００１）C面を備えたサファイア基板上にAlN低温堆積緩衝層と、n型GaN層と、AlGaN低温堆積緩衝層と、n型AlGaNクラッド層を堆積して窒化物半導体レーザ素子を構成している。
該竹内等の発明と前記「考察」に基づき種々の実験と考察がおこなわれた。
【００３４】
（ドーピング）
各層対の抵抗率を低減するためドーピングを施すことが有利である。  さらに前記低温堆積緩衝層と前記窒化物半導体単結晶層とに同種のドーパントをドープすれば低温堆積緩衝層に関する抵抗率を低減することができる。
前記低温堆積緩衝層により多くのドーピングをおこない低温堆積緩衝層の抵抗率の低下を促進するのがよい場合が多い。
ｎ型ドーパントとしてはSi、Ge,などが、p型ドーパントとしてMg、Zn, Beがもちいられ、特にSiやMgは低抵抗化の効果と技術的に成熟した技法が適用できるのでこのましい。Siの濃度を高く選べばn型GaN層の比抵抗は低くなるが結晶性が劣化する。また、Ｓiの場合と同様にMgの濃度も高すぎれば結晶性を劣化させうるので注意が必要である。
【００３５】
ｎ型AlN低温堆積緩衝層３４，５５の形成をおこなうには上記ステップ３ｍにおいてTMAl（トリメチルアルミニウム）、アンモニウムと同時にシランを供給してSiを濃度5x1017〜5x1019cm-3程の範囲でドープするのがよい。一例では５×１０１８ｃｍ−３とした。
ｎ型ＧａＮ単結晶層１６，３６，５６やｎ型GaN低温堆積緩衝層１４、５４の成長は上記ステップ４やステップ３において、TMGa（トリメチルガリウム）、アンモニアと同時にシランを供給してSiをドープする。濃度は２×１０１８ｃｍ−３を中心に５×１０１７ｃｍ−３から１×１０１９ｃｍ−３の範囲で選ばれる。一例ではドーパントSiの濃度は２×１０１８ｃｍ−３である。
【００３６】
また、p型ＡｌＮ低温堆積緩衝層３４，５５の形成では、上記ステップ３ｍにおいてTMAl（トリメチルアルミニウム）、アンモニウムと同時Cｐ2Mg（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を供給してMgを濃度1x1018〜5x1020cm-3の範囲でドープする。いちれいでは、約1x1020cm-3のが好ましい。Siの場合と同様にMgの濃度も高すぎれば結晶性を劣化させうるので注意が必要である。
ｐ型ＧａＮ単結晶層１６，３６，５６やｐ型GaN低温堆積緩衝層１４、５４の成長は上記ステップ４やステップ３において、TMGa（トリメチルガリウム）、アンモニアと同時にCｐ2Mg（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を供給してMgを濃度1x1018〜1x1020cm-3の範囲でドープする。いちれいでは、約５x1019cm-3のが好ましい。
【００３７】
（低温堆積緩衝層または単結晶層の組成と膜厚）
層対を構成する低温堆積緩衝層の組成は上記圧縮歪を導入できるためにはＡｌＧａＮ三元化合物でよくＡｌＮモル分率５％以上好ましくは１０％以上であれば良いことが判明した。低温堆積緩衝層の抵抗率を小さく保ちたい用途ではＡｌＮモル分率を５０％以下に更には抵抗率がかなり重要なら約１０％に選ぶのがよい。
低温堆積緩衝層の膜厚は、緩衝効果が安定して得られる所定値以上で、かつ、それ自身および窒化物半導体単結晶層の結晶品質が良好に保たれるように別の所定値以下であるのがこのましい。したがって、該膜厚は２ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、さらにいえば１０ｎｍ〜５０ｎｍのとするのがよい。堆積温度は３００℃から７００℃の範囲で選択する。
【００３８】
単結晶層もＧａＮ層に限らずAlＧａＮ三元化合物層であってもよい。前記竹内等の発明でもＡｌＧａＮ三元化合物の低温堆積緩衝層上にＡｌＧａＮ三元化合物の単結晶層を堆積している。
また単結晶層の膜厚は０．１μｍ〜３μｍの範囲が好ましい。薄ければ製造時間が短く有利であるが、薄すぎれば結晶性が劣化する。成長温度は１０００℃〜１２００℃の範囲で選択する。
【００３９】
（成長方法）
上記実験例では専らMOVPE（有機金属気相成長法）装置によった。他の装置により本発明をなすに困難性はないと思料するが、技術の成熟度、操作性、コストを考えるとMOVPE（有機金属気相成長法）装置を使用するのがこのましい。
【００４０】
（製造容易性）
前記引張歪と前記圧縮歪とは、少なくとも常温での格子定数測定で観測され得るので量産製造時に抜き取り検査をおこなう場合に格子定数を測定して製造工程の安定性を短時間で測定できるので製造コストの低減に資する。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の実施により格子欠陥の少ない多層基板が形成できるので、レーザダイオード等の光素子のみならず、多くのIII族窒化物半導体を用いた素子構造、特性の向上がはかられる。
これらの素子を非限定的に例示すれば、AlGaN/GaN変調ドープ電界効果トランジスタ、リッジ導波レーザダイオード、pn接合型PD（光検出ダイオード）、AlN/GaN半導体多薄膜反射膜、AlN/GaNサブバンド間遷移デバイスなどである。
【図面の簡単な説明】
【図１】サファイア基板にGaN低温堆積緩衝層とGaN単結晶層からなる層対を２対堆積した多層堆積基板１０の構造図である。
【図２】サファイア基板にGaN低温堆積緩衝層とGaN単結晶層からなる層対を堆積した多層堆積基板の最上層GaN単結晶層の表面の微分干渉顕微鏡による写真である。
【図３】サファイア基板にAlN低温堆積緩衝層とGaN単結晶層からなる層対を２対堆積した多層堆積基板３０の構造図である。
【図４】サファイア基板にAlN低温堆積緩衝層とGaN単結晶層からなる層対を堆積した多層堆積基板の最上層GaN単結晶層の表面の微分干渉顕微鏡による写真である。
【図５】多層堆積基板の層対数に対する最上層GaN単結晶層の表面のc軸の格子定数の変化を示すグラフである。
【図６】多層堆積基板の層対数に対する最上層GaN単結晶層の表面の格子転位密度の変化を示すグラフである。
【図７】サファイア基板にGaN低温堆積緩衝層とGaN単結晶層の層対を３対成長させた後、AlN低温堆積緩衝層とGaN単結晶層の層対を１対成長させて形成した多層堆積基板５０の構造図である。
【図８】図７の多層堆積基板５０の最上層GaN単結晶層の表面の微分干渉顕微鏡による写真である。
【符号の説明】
１０、３０、５０ 多層堆積基板、
１２、３２、５２ サファイア基板
１４、５４ GaN低温堆積緩衝層
１６、３６、５６ GaN単結晶層
３４、５５  AlN低温堆積緩衝層
【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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