"成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して前記成長基板を形成するステップと、ハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して、前記成長基板上に前記バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップとを含み、前記成長基板上に前記バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを分解して金属塩化物III族前駆体気体を形成するサブステップと、前記金属塩化物III族前駆体気体をV族前駆体気体と反応させて、前記成長基板上に前記バルクIII族窒化物半導体材料を形成するステップサブとを含む、方法。前記基板上に前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、非有機金属化学気相堆積MOCVD処理を使用して、前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップ含む、請求項1に記載の方法。前記基板上に前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、プラズマ化学気相堆積PECVD処理を使用して、前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、請求項1に記載の方法。前記プラズマ化学気相堆積PECVD処理を使用して、前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、前記基板上に金属窒化物材料を堆積させるサブステップと、前記堆積させた金属窒化物材料を1つ又は複数の熱処理にさらして、前記堆積させた金属窒化物材料の結晶性を向上させるサブステップとを含む、請求項3に記載の方法。前記堆積させた金属窒化物材料を1つ又は複数の熱処理にさらして、前記堆積させた金属窒化物材料の結晶性を向上させるサブステップが、前記堆積させた金属窒化物材料を急速熱アニール処理にさらす工程を含む、請求項4に記載の方法。前記基板上に前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、ハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して、前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、請求項1に記載の方法。ハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して、前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、GaCl3、InCl3、AlCl3、及びTiCl4のうちの少なくとも1つを分解して、三塩化物、二塩化物、及び一塩化物III族前駆体気体のうちの少なくとも1つを形成するサブステップと、前記III族前駆体気体をNH3前駆体気体と反応させて、前記基板上に前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップとを含む、請求項6に記載の方法。第1のチャンバ内で前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップと、第2の異なるチャンバ内で前記成長基板上に前記バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップとをさらに含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。チャンバ内で前記金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップと、前記金属窒化物核生成テンプレート層が形成される前記チャンバ内で前記成長基板上に前記バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップとをさらに含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。請求項1~9のいずれか一項に記載された方法により作製される、バルクIII族窒化物半導体材料を含む構造体。025本明細書で提示される図は、任意の特定の構成要素、装置又はシステムについての実際の図面であることは意図されておらず、本発明の実施形態について説明するために用いられる、単に理想化された表現にすぎない。026いくつかの参照文献が本明細書で引用されるが、引用される参照文献のいずれも、本明細書でどのように特徴づけられているかにかかわらず、主題請求項の本発明に対する従来技術として本明細書で認めているわけではない。027本明細書で使用されるとき、III-V族半導体材料という用語は、周期表のIIIA族からの1つ又は複数の元素B、Al、Ga、In、及びTi、並びに周期表のVA族からの1つ又は複数の元素N、P、As、Sb、及びBiで少なくとも主に構成される任意の半導体材料を意味し、含む。例えば、III-V族半導体材料は、GaN、GaP、GaAs、InN、InP、InAs、AlN、AlP、AlAs、InGaN、InGaP、InGaNPなどを含むが、これらには限定されない。028本明細書で使用されるとき、III族窒化物半導体材料という用語は、周期表のIIIA族からの1つ又は複数の元素B、Al、Ga、In、及びTi、並びに窒素で少なくとも主に構成される任意のIII-V族半導体材料を意味し、含む。例えば、III族窒化物半導体材料は、GaN、InN、AlN、InGaN、GaAlN、GaAlN、InAlNなどを含む。029本明細書で使用されるとき、金属窒化物という用語は、金属と窒素の化合物を意味する。金属窒化物材料は、窒化アルミニウムAlN、窒化ガリウムGaN、アルミニウム窒化ガリウムAlxGa1-xN、窒化チタンTiN、窒化ハフニウムHf、窒化クロムCrN、窒化タングステンWN、及び窒化タンタルTaNを含むが、これらには限定されない。030本明細書で使用されるとき、化学気相堆積及びCVDという用語は、同意語であり、反応チャンバ内で基板上に固形材料複数可を堆積させるために使用される任意の処理を意味し、含み、この反応チャンバ内で基板が1つ又は複数の試薬ガスにさらされ、結果として基板の表面上に固形材料複数可の堆積が得られるように、この試薬ガスが反応し、分解し、又は反応と分解の両方を行う。031本明細書で使用されるとき、気相エピタキシー及びVPEという用語は、同意語であり、基板が1つ又は複数の試薬気体にさらされる任意のCVD処理を意味し、含み、結果として基板の表面上に固形材料複数可のエピタキシャル堆積が得られるように、この試薬気体が、反応し、分解し、又は反応と分解の両方を行う。032本明細書で使用されるとき、ハロゲン化物気相エピタキシー及びHVPEという用語は、同意語であり、VPE処理において使用される少なくとも1つの試薬気体がハロゲン化物気体を含む任意のVPE処理を意味し、含む。033本明細書で使用されるとき、有機金属という用語は、少なくとも1つの金属元素、及び少なくとも1つの炭素を主成分とする配位子を含む有機化学種を含む任意の化合物を意味し、含む。有機金属は、当技術分野において有機金属化合物としばしば呼ばれ、そうした用語は、本開示の目的とっては同意語である。有機金属は、トリメチルガリウムTMG、トリエチルガリウムTEG、トリメチルアルミニウムTMA、トリエチルアルミニウムTEA、テトラキスジエチルアミノチタンTDEAT、及びテトラキスジメチルアミドチタニウムTDMATを含むが、これらには限定されない。034本明細書で使用されるとき、有機金属気相エピタキシー及びMOVPEという用語は、同意語であり、VPE処理において使用される少なくとも1つの試薬気体が有機金属気体を含む任意のVPE処理を意味し、含む。035本明細書で使用されるとき、非有機金属化学気相堆積処理及び非MOCVD処理という用語は、同意語であり、MOCVD処理でない任意の堆積処理を意味し、含む。036本明細書で使用されるとき、非有機金属気相エピタキシー処理及び非MOVPE処理という用語は、同意語であり、MOVPE処理でない任意の堆積処理を意味し、含む。037本明細書で使用されるとき、ガスという用語は、ガス独立した形状も容積も有していない流体、及び気体拡散された液体、又は懸濁された固形物を含むガスを含み、ガス及び気体という用語は、本明細書では同義的に使用される。038図1~図3は、本発明の実施形態による成長基板上へのバルクIII族窒化物半導体材料の堆積を示す。図1を参照すると、基板10が用意される。基板10は、略平面の円盤形状の本体、及び略円形の長方形などであってもよい。基板10は、当技術分野においてダイ又はウェーハと呼ばれるものを含むことができる。基板10は、少なくとも実質的に、均質材料12からなってもよい。材料12は、例えば、酸化物例えば、二酸化けい素SiO2、若しくは酸化アルミニウムAl2O3例えば、α-Al2O3であるサファイアなどのセラミック、又は窒化物例えば、窒化けい素Si3N4、若しくは窒化ほう素BNを含むことができる。さらなる例として、材料12は、例えば、シリコンSi、ゲルマニウムGe、III-V族半導体材料などの半導体材料を含むことができる。一部の実施形態において、基板10の材料12は、少なくとも実質的に、単結晶材料12からなってもよい。さらに、そうした実施形態において、単結晶は選択された結晶学的配向を有することができ、それによって材料12の露出した主表面14が、材料12の単結晶の選択された結晶学的な面を含むことになる。非限定的な例として、基板10は、サファイア基板を含むように選択されてもよい。そうしたサファイア基板は、市販で入手可能である。039図2を参照すると、露出した主表面14上に金属窒化物核生成テンプレート層18を形成して例えば、堆積させて成長基板20を形成することができる。本発明の方法の実施形態によると、いくつかの様々な方法で金属窒化物核生成テンプレート層18を基板上に形成することができ、これについて以下でさらに詳細に説明する。限定することなく一例を挙げると、金属窒化物核生成テンプレート層18が約2ナノメートル2nm~約5ミクロン5μmの平均的な厚さT1を有するように、露出した主表面14上にテンプレート層18を堆積させることができる。040この金属窒化物核生成テンプレート層18を用いて、堆積されるバルクIII-V族半導体材料内の欠陥密度を望ましい密度に維持しながら、基板10一面にバルクIII-V族半導体材料を望ましい平均的な全厚さまで堆積させることができる。基板10の材料12の結晶格子構造と基板10一面に堆積されることになるバルクIII-V族半導体材料の結晶格子構造との差この差は、しばしば当技術分野において結晶格子不整合と呼ばれるにより、バルクIII-V族半導体材料の結晶構造は、バルクIII-V族半導体材料が基板10の露出した主表面14上に直接堆積される場合には、比較的高い、望ましくない密度の転位などの欠陥を含む可能性がある。したがって、金属窒化物核生成テンプレート層18が基板10上に設けられ、バルクIII-V族半導体材料は、金属窒化物核生成テンプレート層18が、基板10とバルクIII-V族半導体材料との間の結晶格子不整合と比較して、基板10及び基板10一面に堆積されることになるバルクIII-V族半導体材料のそれぞれと相対的に低い結晶格子不整合を有するように選択される組成及び/又は微細構造を有することができる。言いかえれば、基板10と基板10一面に堆積されることになるバルクIII-V族半導体材料との間の結晶格子不整合をバッファーするために核生成テンプレート層を使用することができ、そうした核生成テンプレート層18は、当技術分野においてバッファー層とも呼ばれる。さらに、バルクIII-V族半導体材料の核成長に対するシード層として核生成テンプレート層を使用することができ、そうした核生成テンプレート層18は、当技術分野においてシード層とも呼ばれる。041図3を参照すると、成長基板20を形成した後、HVPE処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層18の露出した主表面19上にバルクIII-V族半導体材料22を核生成し、堆積させることができる。図3の簡略化された図面において金属窒化物核生成テンプレート層18とバルクIII-V族半導体材料22との間に不連続な境界が見えるが、金属窒化物核生成テンプレート層18及びバルクIII-V族半導体材料22は、一部の実施形態において、少なくとも実質的に同一の組成を有することができ、金属窒化物核生成テンプレート層18とバルクIII-V族半導体材料22との間にいかなる不連続な境界も視覚化する又は別の方法で識別するのは、困難であり又は不可能でありうることに留意されたい。042限定ではなく一例を挙げると、バルクIII-V族半導体材料22を、成長基板20一面に少なくとも約5ミクロン5μm、少なくとも約7ミクロン7μm、少なくとも約10ミクロン10μm、少なくとも約20ミクロン20μm、又はさらには少なくとも約30ミクロン30μmの平均的な全厚さT2になるまで堆積させることができる。本発明の実施形態により作製される金属窒化物核生成テンプレート層18の存在によって、バルクIII-V族半導体材料22の露出した主表面23におけるバルクIII-V族半導体材料22内の転位密度を1平方センチメートル当たり約5×108個以下の密度に維持しながら、バルクIII-V族半導体材料22をそうした平均的な全厚さT2にまで堆積させることができる。043図4A及び図4Bは、本明細書で説明されるように、本発明の方法の実施形態において用いることができるHVPE堆積システム100の実施形態を概略的に示す簡略化された図である。非限定的な例として、堆積システム100は、Arenaらにより2009年9月10日に公開された米国特許出願公開第2009/0223442A1号、Arenaらにより2009年3月3日に出願された米国特許仮出願第61/157,112号、及びBertranにより2010年9月30日に出願された米国特許出願第12/894,724号のいずれかに記載されている堆積システムを備えることができる。図4A及び図4Bに示される堆積システム100は、以下でさらに詳細に説明されるように反応チャンバ102及び1つ又は複数のガス注入装置を含む。044堆積システム100、より具体的には堆積システム100の反応チャンバ102についての以下の説明において、長手の及び横断のという用語は、図4A及び図4Bの視点から見た反応チャンバ102に対する方向を指すために使用され、長手方向は、図4Aの視点から見て垂直方向、及び図4Bの面の中に延びる方向であり、横断方向又は横方向は、図4A及び図4Bのそれぞれの視点から見て水平に延びる方向である。横断方向は、反応炉を横切って延びる方向とも呼ばれる。045堆積システム100は、反応チャンバ102と、堆積システム100内で材料を堆積させるか又は別の方法で提供することが望まれる1つ又は複数の加工基板106この基板は、初めは図1に示される基板10、又は図2に示される成長基板20を含むことができるを支持するように構成された基板支持体構造104例えば、支持台とを含む。非限定的な例を挙げると、反応チャンバ102は、高さ約2インチ、幅約12インチ、及び長さ約20インチを有することができ、基板支持体構造104は、1つの8インチ加工基板106、1つの6インチ加工基板106、3つの4インチ加工基板106、又は8つの2インチ加工基板106を支持するように構成されてもよい。堆積システム100は、加熱素子108図4Bをさらに含み、この加熱素子108を選択的に用いて堆積システム100を加熱し、それによって反応チャンバ102内の平均温度を堆積処理中に望ましい温度上昇の範囲内に制御することができる。加熱素子108は、例えば、抵抗加熱素子又は放射加熱素子を含むことができる。046図4Bに示されるように、基板支持体構造104は、スピンドル110に取り付けることができ、このスピンドル110は、スピンドル110、したがって反応チャンバ102内の基板支持体構造104を回転させるように構成された電気モータなどの駆動装置112に結合すること例えば、直接構造的に結合する、磁気的に結合する、などができる。047一部の実施形態において、反応チャンバ102、基板支持体構造104、スピンドル110、及び反応チャンバ102内の任意の他の構成要素のうちの1つ又は複数は、耐熱性のセラミックス材料、例えば、セラミック酸化物例えば、シリカ石英、アルミナ、ジルコニアなど、カーバイド例えば、炭化けい素、炭化ほう素など、又は窒化物例えば、窒化けい素、窒化ほう素などで少なくとも実質的に構成されうる。048堆積システム100は、反応チャンバ102内に1つ又は複数のガスを注入し、反応チャンバ102からガスを排出するために使用されるガス流動システムをさらに含む。図4Aを参照すると、堆積システム100は、それぞれのガス源128A、128B、128Cからのガスを運ぶ3つのガス流入導管114A、114B、114Cを含むことができる。ガス流入導管114A、114B、114Cそれぞれを通るガスの流れを選択的に制御するために、任意で、バルブ、背圧レギュレータ、及び質量流量コントローラのうちの1つ又は複数を備えることができる装置117A、117B、117Cを使用することができる。049一部の実施形態において、ガス源128A、128Bのうちの少なくとも1つは、米国特許出願公開第2009/0223442A1号に記載されている金属三塩化物、例えば、GaCl3、InCl3、又はAlCl3の外部源を備えることができる。GaCl3、InCl3、及びAlCl3は、それぞれ、例えば、Ga2Cl6、In2Cl6、及びAl2Cl6などの二量体の形態で存在することができる。したがって、ガス源128A、128のうちの少なくとも1つは、Ga2Cl6、In2Cl6、又はAl2Cl6などの二量体を含むことができる。非限定的な例として、ガス源128A、128Bのうちの1つ又は複数は、IIIA族前駆体成分としてGaCl3気体の質量流を供給することができる。ガス源128Cは、アンモニアNH3などのVA族前駆体の外部源を備えることができる。050ガス源128A、128Bのうちの1つ又は複数がGaCl3源である、又はGaCl3源を含む実施形態において、GaCl3源は、少なくとも120°C例えば、ほぼ130°Cの温度に維持された液体GaCl3の貯蔵容器を含み、液体GaCl3の蒸発速度を促進するための物理的手段を含むことができる。そうした物理的手段には、例えば、液体GaCl3を撹拌するように構成された装置、液体GaCl3を噴霧するように構成された装置、液体GaCl3上方にキャリアガスを迅速に流すように構成された装置、液体GaCl3を通るキャリアガスを泡立たせるように構成された装置、圧電装置などの超音波で液体GaCl3を分散させるように構成された装置などを含むことができる。非限定的な例として、He、N2、H2、若しくはAr、又はそれらの混合物例えば、N2とH2の混合物などのキャリアガスを、液体GaCl3を少なくとも120°Cの温度に維持しながら、原料ガスが1つ又は複数のキャリアガスを含むことができるように液体GaCl3通して泡立たせることができる。051ガス注入装置150A、150Bのうちの1つ又は複数へのGaCl3気体の流束を、本発明の一部の実施形態において、制御することができる。例えば、キャリアガスが液体GaCl3を通って泡立てられる実施形態において、ガス源128A、128B、128CからのGaCl3の流束は、例えば、GaCl3の温度、GaCl3上方の圧力、及びGaCl3を通って泡立てられるキャリアガスの流量を含む1つ又は複数の要因に依存する。これらのパラメータのうちのいずれかによって、原則としてGaCl3の質量流束を制御することができるが、一部の実施形態においては、GaCl3の質量流束は、質量流量コントローラを使用して、キャリアガスの流量を変えることによって制御されてもよい。052一部の実施形態において、ガス流入導管114A、114Bの温度は、ガス源128A、128Bとガス注入装置150A、150Bとの間で制御されうる。ガス流入導管114A、114B及び関連づけられている質量流量センサ、コントローラなどの温度は、ガス流入導管114A、114B内のガス例えば、GaCl3気体の凝結を防ぐために、それぞれのガス源128A、128Bからの出口の第1の温度例えば、約120°C以上から、ガス注入装置150A、150Bの第2の温度例えば、約160°C以下にまで徐々に増加してもよい。任意で、それぞれのガス源128A、128Bとガス注入装置150A、150Bとの間のガス流入導管114A、114Bの長さは、約90センチメートル約3フィート以下、約60センチメートル約2フィート以下、又はさらには約30センチメートル約1フィート以下とすることができる。原料ガスの圧力は、1つ又は複数の圧力制御システムを使用して制御されうる。0532つのガス流入導管114A、114Bのそれぞれは、任意で、2つのガス注入装置150A、150Bのそれぞれのガス注入装置にまで延びることができ、これに関しては以下で詳細に説明する。054さらなる実施形態において、堆積システム100は、2つ未満すなわち、1つのガス流入導管、及びそれぞれのガス注入装置を含むことができ、又は、堆積システム100は、2つを超える例えば、3つ、4つ、5つなどのガス流入導管、及びそれぞれのガス注入装置を含むことができる。055図4A及び図4Bの実施形態において、ガス注入装置150A、150Bは、反応チャンバ102の外側にすべて位置する。しかし、他の実施形態においては、ガス注入装置150A、150Bは、すべて反応チャンバ102内に配置されてもよく、又は、少なくともガス注入装置150A、150Bの一部は、少なくとも部分的に反応チャンバ102を貫いて延びることができる。056堆積システム100は、反応チャンバ102の外部と内部との間の流体連通を提供する3つのガスポート116A、116B、116Cをさらに含むことができる。ガスポート116A、116B、116Cのそれぞれは、反応チャンバ102の側壁、天井、又は床部のうちの1つ又は複数を貫いて、ガス注入装置150A、150Bのそれぞれのガス注入装置と反応チャンバ102内のそれぞれのガス分散導管118A、118B、118Cとの間で、流体連通を提供することができる。057反応チャンバ102内のガス分散導管118A、118B、118Cは、エンクロージャ密閉室内の望ましい場所へガスを運ぶために使用されうる。ガス分散導管118A、118B、118Cは、基板支持体構造104上に搬送された加工基板106に対して選択された方向で、反応チャンバ102の内部へとガスを注入するように位置づけられ、構成されうる。ガス分散導管118A、118B、118Cによって運ばれたガス、例えば前駆体ガス及びキャリアガスは、反応チャンバ102を通って長手方向図4Aの視点から垂直方向に流れることができ、そこから、反応チャンバ102内で加工基板106に向かって長手方向に延びる方向であって、加工基板106の上部の露出した主表面と少なくとも実質的に平行な向きである方向に注入されうる。ガス分散導管118A、118B、118Cは、導管支持体治具を使用して、反応チャンバ102内の適位置に支持され保持されうる。058ガス分散導管118A、118B、118Cの具体的なレイアウト及び構成は、本発明の実施形態において使用されうる多くのレイアウト及び構成のうちの単に1つにすぎず、反応チャンバ102のさらなる実施形態は、反応チャンバ102内のガス分散導管の様々な構成及びレイアウトを有することができる。059ガス分散導管118A、118B、118Cは、能動的に加熱されても、受動的に加熱されても、又は受動的及び能動的の両方で加熱されてもよい。例えば、熱発生素子図示せずを、ガス分散導管118A、118B、118Cの少なくとも一部に隣接して配置することができる。一部の実施形態において、ガス分散導管118A、118B、118Cは、加熱素子108図4Bによって加熱される。任意で、受動熱伝達構造例えば、黒体と同様に作用する材料を含む構造を、反応チャンバ102内のガス分散導管118A、118B、118Cの少なくとも一部に隣接して又は近接して配置し、ガス分散導管118A、118B、118Cへの熱の伝達を改善することができる。060受動熱伝達構造例えば、黒体と同様に振る舞う材料を含む構造を、例えば、2009年8月27日にArenaらにより公開された米国特許出願公開第2009/0214785A1号に開示されている反応チャンバ102内に設けることができる。例えば、図4A及び図4Bにおいて破線によって表される熱伝達板124を、熱伝達板124が反応チャンバ102を横切って基板支持体構造104及び基板支持体構造104によって支持された加工基板106上方に延びるように反応チャンバ102内に配置することができる。熱伝達板124は、発熱体108などの加熱素子からの放射を吸収し、吸収した熱をプロセスガスに再放射することによって、熱伝達板124の近くを流れるプロセスガスを熱運動させるのに役立ちうる。061そうした受動熱伝達構造は、反応チャンバ102の内部の熱の伝達を改善することができ、反応チャンバ102内の温度の均一性及び恒常性を改善することができる。受動熱伝達構造は、堆積システム100内で遭遇する可能性がある高温、腐食環境にも耐えることができる1に近い高い放射率値を有する材料黒体材料を含むことができる。そうした材料としては、例えば、窒化アルミニウムAlN、炭化けい素SiC、及び炭化ほう素B4Cを含むことができ、これらは、それぞれ0.98、0.92、及び0.92の放射率値を有する。062ガス状副産物、キャリアガス、及び任意の過剰前駆体ガスは、チャンバ出口126を通って反応チャンバ102から排出されうる。063先に言及したように、図4A及び図4Bの堆積システム100のガス注入装置150A、150Bのうちの1つ又は複数は、図5~図7を参照して以下でさらに説明するガス注入装置であってよく、又はそのようなガス注入装置を含んでもよい。064一部の実施形態において、ガス注入装置150A、150Bは、2010年9月10日にArenaらによって公開された国際公開第2010/101715A1号パンフレットに開示されているガス注入装置を備えることができる。例えば、図5は、図4Aに示されるガス注入装置150A、150Bのうちの1つ又は両方に使用することができる熱運動化ガス注入装置160の透視図である。図6に示すように、ガス注入装置160は、導管162を含み、この導管162は、入口部分164、コイル巻きされた中央部分166、及び出口部分168を含む。原料ガス例えば、GaCl3、キャリアガス例えば、H2、N2など、又は原料ガスとキャリアガスの混合物は、入口部分164に供給されうる。これらの1つ又は複数のガスは、入口部分164から、コイル巻きされた中央部分166を通って、出口部分168から出て、反応チャンバ102図4A内へと流入する。少なくとも導管162のコイル巻きされた中央部分166は、さらに以下で詳細に論じるように、加熱されうる。導管162をコイル巻きすることによって、導管162が占有する物理的な空間の長さは、導管162を通り抜ける流路の実際の長さよりも著しく短くなる。別の言い方をすると、導管162の長さは、入口部分164と出口部分168間の最短距離より長くなる可能性がある。導管162は、他の構成を有することができる。例えば、導管162は、180°の角度で延びる曲線区間によって端部間で一緒に接続される複数の略平行な直線区間を含む蛇行構成を有することができる。065導管162は、望ましい時間すなわち、滞留時間の間、導管162を流れるガスを加熱するように構成されてもよく、この時間は、導管162内の流路の断面積、導管162を通る原料ガスの流量、及び導管162の全体の長さの関数となりうる。さらに以下で詳細に論じるように、導管162は、1つ又は複数の能動又は受動加熱素子に近接して位置するように成形され、構成されうる。066図5に示すように、少なくとも導管162のコイル巻きされた中央部分166は、外側ハウジング170内に含まれてもよい。また、外側ハウジング170は、パージガスなどのガスに対する付加的なガス伝導導管として働くこともできる。例えば、図5に示すように、外側ハウジング170は、ハウジング入口172及びハウジング出口174を備えることができる。パージガスを、外側ハウジング170を通って、ハウジング入口172からハウジング出口174にまで流すようにすることができる。パージガスは、外側ハウジング170を通り抜けるときに、熱運動化ガス注入装置160によって加熱されうる。067導管162及び外側ハウジング170は、それらが使用中にさらされる高温において安定で不活性な耐火性材料を含むことができる。例えば、導管162及び外側ハウジング170は、石英から形成され、少なくとも実質的に石英で構成されてもよい。068外側ハウジング170及び導管172のコイル巻きされた中央部分166のうちの1つ又は複数に近接して例えば、隣接して配置された能動熱生成素子を使用して、熱運動化ガス注入装置160を加熱することができる。能動加熱素子は、例えば、加熱ランプ、誘導性加熱素子、抵抗性加熱素子などの電気的な加熱素子などの放熱放射素子を含む。また、熱運動化ガス注入装置160は、熱そのものは生成しないが、熱運動化ガス注入装置160内で、及びその周囲で熱伝達を再分配し、反射し、又は他の方法で熱伝達に影響を与えるために使用される受動加熱素子を含むことができる。例えば、図5に示すように、熱運動化ガス注入装置160は、能動加熱素子180を含んでもよく、この能動加熱素子は、外側ハウジング170の外部を少なくとも部分的に取り囲む抵抗性加熱クランプシェルヒーターclamp-shellheaterを備えることができる。したがって、導管162及び/又は外側ハウジング170を流れるガスは、能動加熱素子180によって加熱されうる。図5に示すように、能動的又は受動的となりうる任意選択の加熱素子182を外側ハウジング170内に配置することができる。図5に示すように、加熱素子182は、細長い円柱形状を有することができ、コイル162が巻かれる中央部分166を、加熱素子182の周りにコイル巻きすることができる。限定することなく例を挙げると、加熱素子182は、能動加熱素子180によって生成された熱を再分配するために使用される黒体材料を含むロッドを備えることができる。加熱素子182の存在によって、コイル162巻きされた中央部分166内部のガス及び外側ハウジング170内部のガスが能動加熱素子180によって加熱される効率を改善することができる。069ガス源128A、128Bのうちの1つによって熱運動化ガス注入装置160に供給される原料ガスがGaCl3などの金属三塩化物及び水素キャリアガスH2を含む本発明の実施形態において、金属三塩化物及び水素ガスは、分解してGaCl及びHCl気体などの金属一塩化物気体を形成することができ、これらの気体は、導管162の出口部分168から出され、反応チャンバ102へ渡されうる。070さらなる実施形態において、ガス注入装置150A、150Bは、米国特許仮出願第12/894,724号に開示されているガス注入装置を備えてもよい。例えば、ガス注入装置150A、150Bは、例えば、液体ガリウムGa、液体アルミニウムAl、若しくは液体インジウムInなどの液体金属、又は他の元素、或いはトリメチルガリウムTMG、トリエチルガリウムTEG、トリメチルアルミニウムTMA、トリエチルアルミニウムTEA、テトラキスジエチルアミノチタンTDEAT、テトラキスジメチルアミドチタンTDMATなどの有機金属物質を保持するよう構成された貯蔵容器を備えることができる。さらなる実施形態において、貯蔵容器は、原料ガス又は原料ガスの分解若しくは反応生成物と反応するための固体試薬を保持するように構成されてもよい。例えば、貯蔵容器は、例えば、固体のけい素Si又は固体のマグネシウムMgなどの1つ又は複数の材料の固体容積を保持するように構成されてもよい。071図6は、ガス注入装置200の透視図であり、このガス注入装置200を、図4Aに示すガス注入装置150A、150Bのうちの1つ又は両方に対して使用することができる。図6に示すように、ガス注入装置200は、入口202、出口204、熱運動化導管206、及び容器210を含む。容器210は、その中に液体試薬を保持するように構成される。例えば、液体ガリウム、液体インジウム、液体アルミニウムなどの液体金属、又は液体有機金属の物質を、容器210内に配置することができる。原料ガス例えば、GaCl3、キャリアガス例えば、H2、N2など、又は原料ガスとキャリアガスの混合物を入口202に供給することができる。これらの1つ又は複数のガスは、入口202から熱運動化導管206内へ流れることができる。熱運動化導管206は、望ましい時間すなわち、滞留時間の間、熱運動化導管206を流れるガスを加熱するように構成されえて、この時間は、熱運動化導管206内の流路の断面積、熱運動化導管206を通る原料ガスの流量、及び熱運動化導管206の全体の長さの関数となりうる。熱運動化導管206は、以下でさらに詳細に論じるように、1つ又は複数の能動又は受動加熱素子に近接して位置するように成形され、構成されうる。072さらに、熱運動化導管206は、熱運動化導管206によって占有される物理的な空間の長さが、熱運動化導管206を通る流路の実際の長さよりも実質的に短くなるように、1つ又は複数の曲線区間又は折り返し部を含むことができる。別の言い方をすると、熱運動化導管206の長さは、入口202と液体容器210との間の最短距離より長くてもよい。一部の実施形態において、熱運動化導管206の長さは、入口202と液体コンテナ210との間の最短距離の少なくとも約2倍、入口202と液体コンテナ210との間の最短距離の少なくとも約3倍、又はさらには入口202と液体コンテナ210との間の最短距離の少なくとも約4倍であってもよい。例えば、図6に示すように、熱運動化導管206は、蛇行構成を有することができ、この蛇行構成は、180°の角度で延びる曲線区間によって端部間で一緒に接続される複数の略平行な直線区間を含む。073熱運動化導管206は、例えば、石英などの耐火性材料で少なくとも実質的に構成される管を備えることができる。074一部の実施形態において、ガスは、熱運動化導管206内で少なくとも部分的に分解する原料ガスを含むことができる。例えば、ガスがGaCl3の原料ガス、及びH2を含むキャリアガスを含む実施形態においては、原料ガスは、分解して、ガス状のGaCl、及び塩化水素HClを形成することができる。075各ガスは、熱運動化導管206から容器210へ流入する。図7は、容器210の拡大部分切欠き図である。図7に示すように、容器210は、底壁212、頂壁214、及び少なくとも1つの側壁216を含む。図6及び図7の実施形態において、貯蔵容器は、略円筒形状を有し、それによって、底壁212及び頂壁214のそれぞれが、円形形状を有し、少なくとも実質的に平面であって、側壁216が少なくとも実質的に円筒形状例えば、管形状を有する。本発明のさらなる実施形態において、貯蔵容器は、代替の幾何学構成で構成されてもよい。底壁212、頂壁214、及び少なくとも1つの側壁216は、ともに中空本体を画成し、中空本体の内部が液体ガリウムなどの液体試薬又は有機金属物質を保持するための貯蔵容器を画成する。076中空容器210内の内部空間は、液体試薬で部分的に充填されてもよい。例えば、容器210は、図7の破線220によって示さるレベルまで液体試薬で充填されてもよく、それによってすき間又は空間222が容器210内の液体試薬上方に存在することになる。熱運動化導管206から流出するガスを、容器210内の液体試薬上方の空間222に注入することができる。非限定的な例として、熱運動化導管206から流出するガスは、底壁212を通り抜けて管224内に流入することができる。一部の実施形態において、管224は、容器210内へ延出する熱運動化導管206の一体化部分を構成することができる。管224は、液体容器内に配置された液体試薬を通り抜けて液体試薬上方の空間222に延びることができる。管224は、管224の端部が液体試薬上方を水平に延びるように、90度の屈曲部を備えることができる。077図7に示すように、管224の円筒状の側壁を貫く開口が液体試薬の表面に面する側に設けられ、それによって管224を流れるガスが開口226を通って管224から出る。開口226を出たガスは、開口から出て液体試薬の表面方向に向けて導かれ、ガスの1つ又は複数の成分と液体試薬との間で反応を促進することができる。例えば、原料ガスがH2などのキャリアガス内で運ばれるGaCl3を含み、原料ガスが熱運動化導管206内で分解してガス状のGaCl、及び、例えば、塩化水素HClなどの塩素化種を含む実施形態において、液体容器内の液体試薬は、液体ガリウムを含むことができ、この液体ガリウムが熱運動化導管206内で生成された塩素化ガス例えば、HClと反応して、さらなるガス状のGaClを形成することができる。容器210内の液体試薬上方の空間222内のガスは、出口ポート228を通って容器から流出することができる。例えば、出口ポート228は、管224の水平に延びる部分上方の容器の頂壁214に位置することができる。出口ポート228は、出口導管230に通じることができ、この出口導管230の端部がガス注入装置200の出口204を画成することができる。078さらなる実施形態において、熱運動化導管206から流出するガスを、容器210内の液体試薬内に注入することができ、それによってガスを、液体試薬を通って液体試薬上方の空間222内へと泡立たせることができる。079容器210の様々な構成要素は、例えば石英などの耐火性材料で少なくとも実質的に構成されてもよい。080GaClは、GaNを形成するための望ましい前駆体ガスとなりうる。したがって、例えば、GaCl3及びH2を含む原料ガスを使用するシステムにおいてGaCl3及びH2の熱分解によってもたらされる塩化水素ガスHClなどの過剰な塩素化種をさらなるGaClに変換することによって、反応チャンバ102に入る塩素化種の量を低減することができるので、過剰な塩素化種が、堆積されたGaN材料へ与える有害な影響を回避することができる。そうした有害な影響には、例えば、窒化ガリウム結晶格子内への塩素原子の混入、及び堆積されたGaN膜のクラック又は層間剥離が含まれうる。過剰な塩化水素ガスHClが反応チャンバ内へ導入されることによって、塩化水素が反応チャンバ内のGaNに対するエッチャントとして作用し、それによって、GaNの成長速度を低減させ、又は成長を阻害さえすることがある。さらに、過剰な塩素化種を液体ガリウムと反応させてさらなるGaClを形成することによって、堆積装置100の効率を改善することができる。081図4A及び図4Bを参照して上で説明したHVPE成膜装置100は、図3を参照して上で説明したように、本発明の実施形態による成長基板20一面にバルクIII族窒化物半導体材料22を堆積させるために使用することができる。図8は、図4A及び図4Bの堆積装置100を使用して、成長基板20一面にバルクIII族窒化物半導体材料22を堆積させるために使用することができるHVPE堆積処理の非限定的な例を概略的に表すグラフである。図8に示す堆積処理は、例として提供され、他のHVPE堆積処理も成長基板20図3一面にバルクIII族窒化物半導体材料22を堆積させるために使用することができる。082図8を参照すると、例示の堆積処理は、時間tの関数として反応チャンバ102内の温度Tをプロットすることによって表されている。グラフに示すように、堆積処理は、10段階を含み、この10段階にはS1~S10まで順次ラベルが付されている。S1~S10の10段階それぞれにわたって、堆積処理の非限定的なプロセスパラメータが以下の表1に提供されている。083図8及び表1に示すように、段階S1は、加工基板106を基板支持体構造104上に載せるロード段階である。基板支持体構造104上に加工基板106を載せた後に、反応チャンバ102にN2を含むパージガスを毎分10標準リットルslmの流量で流しながら、反応チャンバ102を大気圧で350°Cの温度T1にまで加熱する。084図8に示すように、安定化段階S2は、時間t1の時に始まり、30秒間にわたって持続する。安定化段階S2中に、反応チャンバ102にパージガスを流しながら、反応チャンバ102を、200Torrの圧力で400°Cの温度T2にまで加熱する。パージガスは、15slmの流量のN2及び2slmの流量のH2を含む。085ランプ段階S3は、時間t2の時に始まり、4.5分間にわたって持続する。ランプ段階S3に、反応チャンバ102は、温度T2から1025°Cの温度T3にまで実質的に一定のランプレートで着実に連続的に加熱される。反応チャンバ102内の圧力は、ランプ段階S3中、200Torrに維持される。ランプ段階S3中に、NH3を含むV族原料ガスを1slmの流量で反応チャンバ102に流し、23slmの流量のN2及び16slmの流量のH2を含むパージガスを反応チャンバ102を通過させる。086安定化段階S4は、時間t3の時に始まり、30秒間にわたって持続する。安定化段階S4中、反応チャンバ102は、1025°Cの温度T3及び200Torrの圧力に維持される。安定化段階S4中、NH3を含むV族原料ガスを18slmの流量で反応チャンバ102に流し、23slmの流量のN2及び5slmの流量のH2を含むパージガスを反応チャンバ102を通過させる。087第1の堆積段階S5は、時間t4の時に始まり、5.0分間にわたって持続する。堆積段階S5中、反応チャンバ102は、1025°Cの温度T3及び200Torrの圧力に維持される。堆積段階S5中、GaCl3を含むIII族原料ガスを、2.5slmの流量のN2及び0.8slmの流量のH2を含むキャリアガスとともに、毎分51標準立方センチメートルsccmの流量で反応チャンバに流す。NH3を含むV族原料ガスを、18slmの流量で反応チャンバ102に流す。また、23slmの流量のN2及び5slmの流量のH2を含むパージガスも、反応チャンバ102に流す。088第2の堆積段階S6は、時間t5の時に始まり、20.0分間にわたって持続する。反応チャンバ102は、第2の堆積段階S6中、1025°Cの温度T3及び200Torrの圧力に維持される。GaCl3III族原料ガスの流量を、堆積段階S6中に80sccmに増加させ、GaCl3は、2.5slmの流量のN2及び1.2slmの流量のH2を含むキャリアガスによって運ばれる。NH3を含むV族原料ガスを、18slmの流量で反応チャンバ102に流す。また、23slmの流量のN2及び5slmの流量のH2を含むパージガスも、第2の堆積段階S6中、反応チャンバ102に流す。089第1の堆積段階S5及び第2の堆積段階S6の少なくとも1つの期間に、HVPE処理において、バルクIII族窒化物半導体材料22を毎時少なくとも約10ミクロン10μmの速度で、又はさらには毎時少なくとも約20ミクロン20μmの速度で成長基板20一面に堆積させることができる。そうした堆積速度は、バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるためにMOCVD処理を使用して付着させることができる堆積速度よりも著しく高い可能性がある。090アニール段階S7は、時間t6に始まり、20.0分間にわたって持続する。アニール段階S7中、反応チャンバ102は、1025°Cの温度T3及び200Torrの圧力に維持される。アニール段階S7中、NH3を含むV族原料ガスを14slmの流量で反応チャンバ102に流し、23slmの流量のN2及び5slmの流量のH2を含むパージガスを反応チャンバ102を通過させる。091ランプ段階S8は、時間t7の時に始まり、4.5分間にわたって持続する。ランプ段階S8中、反応チャンバ102は、温度T3から400°Cの温度T2にまで実質的に一定のランプレートで着実に連続的に冷やされる。反応チャンバ102内の圧力は、ランプ段階S8中、200Torrに維持される。ランプ段階S8中、NH3を含むV族原料ガスを14slmの流量で反応チャンバ102に流し、23slmの流量のN2及び12slmの流量のH2を含むパージガスを反応チャンバ102を通過させる。092パージ段階S9は、時間t8の時に始まり、5.0分間にわたって持続する。パージ段階S9中、反応チャンバ102は、400°Cの温度T2に維持され、一方反応チャンバ102内の圧力は、200Torrから大気圧にまで下げられる。パージ段階S9中、16slmの流量のN2を含むパージガスを、反応チャンバ102を通過させる。093時間t9で、アンロード段階S10が始まり、加工基板106が反応チャンバ102から取り外されるまで持続する。アンロード段階S10中、反応チャンバ102は、350°Cの温度T1にまで下げられ,その温度に維持され、圧力は大気圧に維持され、一方10slmの流量のN2を含むパージガスを反応チャンバ102を通過させる。094再び図1~図3を参照すると、先に言及したように、本発明の方法の実施形態によると、MOCVD処理を使用して基板10上に金属窒化物核生成テンプレート層18をエクスシチューで例えば、別の堆積装置を使用して、及び/又は別の反応チャンバ内で形成することなく、上記の処理などHPVE処理を使用して成長基板20上にバルクIII族窒化物半導体材料22を堆積させることができる。095一部の実施形態において、第1の反応チャンバ内で非MOCVD処理を使用して、基板100上に金属窒化物核生成テンプレート層18図2を形成して成長基板20を形成し、第1の反応チャンバとは異なる第2の反応チャンバ内で、上記の処理など、HVPE処理を使用して、成長基板20上にバルクIII族窒化物半導体材料22を堆積する。例えば、金属窒化物核生成テンプレート層18図2は、窒化アルミニウムAlN及び窒化チタンTiNのうちの少なくとも1つを含み、プラズマ物理堆積処理PEPVD又はプラズマ化学堆積処理PECVDを使用して、基板100上に形成されうる。096限定することなく例を挙げると、金属窒化物核生成テンプレート層18は、窒化アルミニウムAlNを含み、プラズマ物理気相堆積PEPVDシステム、及び2004年8月31日にCuomoらにより発行された米国特許第6,784,085号に開示されている方法を使用して作製されてもよい。例えば、基板100及びIII族金属ターゲットをHVPE堆積装置100の反応チャンバ102とは別のスパッタ堆積チャンバ内に装填することができる。アルゴンなどの適切な背景ガスを使用して、高エネルギープラズマ支援環境をスパッタ堆積チャンバ内に生成することができる。別の窒素を含有する原料ガスをチャンバ内へ導くことができる。加えて、又は代替として、プラズマを生成するために利用されるガスを、反応性原料ガスとして使用することができ、その場合には、背景ガスは、窒素種を供給することができる。III族金属ターゲットは、スパッタされて、III族金属原料気体を生成する。III族金属原料気体は、二原子窒素、窒素原子、窒素イオン、及び部分的にイオン化した窒素、並びにアンモニアなどの窒素含有化合物などの1つ又は複数種を含むことで特徴付けられる窒素含有ガスと結合する。その結果、III族金属及び窒素の成分を含む反応性気体種が、反応チャンバ内で生成され、基板10の露出した主表面14上に、及び主表面14一面に堆積される。堆積直後のas-deposited反応性気体種は、基板100上に堆積されて、図2の金属窒化物核生成テンプレート層18を生成する。一部の実施形態において、堆積直後の金属窒化物核生成テンプレート層18は、1つ又は複数の熱処理を受け、堆積直後の金属窒化物核生成テンプレート層18の結晶品質を改善することができる。例えば、堆積されたままの状態の金属窒化物材料は、多結晶及び/又は非晶質となる可能性があり、1つ又は複数の熱処理にさらされて、金属窒化物核生成テンプレート層18の結晶性を向上することができる。一部の実施形態において、1つ又は複数の熱処理は、急速熱アニール処理RTA処理を含むことができる。1つ又は複数の熱処理は、例えば、炉、急速熱アニールチャンバ及び化学気相堆積反応炉のうちの1つ又は複数において行なわれてもよい。限定ではなく例を挙げると、1つ又は複数の熱処理は、堆積直後の金属窒化物核生成テンプレート層18を、ほぼ600°Cよりも高い、ほぼ800°Cよりも大きな、又はさらにはほぼ1000°Cよりも高い温度複数可にさらすことを含むことができる。堆積直後の金属窒化物核生成テンプレート層18を処理するための1つ又は複数の熱処理は、制御された気体雰囲気内で行なわれてもよい。例えば、気体雰囲気は、アンモニア、窒素、水素、及びアルゴンのうちの1つ又は複数を含むことができる。097金属窒化物核生成テンプレート層18は、任意選択で、既知のドーピング方法を使用して、1つ又は複数のドーパント元素でドープされてもよい。例えば、ドーパント含有ガスは、制御された状態で反応チャンバ内へ導入されうる。098別の非限定的な例として、金属窒化物核生成テンプレート層18は、窒化チタンTiNを含むことができ、プラズマ化学気相成長PECVDシステム、及び1997年3月11日にFosterらによって発行された米国特許第5,610,106号に開示されている方法を使用して作製されうる。例えば、基板10を、HVPE堆積装置100の反応チャンバ102とは別の化学気相堆積チャンバ内に装填することができる。無線周波数RFを生成するシャワヘッド/電極をCVDチャンバ内に設けることができ、反応性ガスを、シャワヘッド/電極を介して、基板10の方に向けてチャンバ内に送り込むことができる。反応性ガスは、四塩化チタンTiCl4、アンモニアNH3、及び希釈ガスを含む。希釈ガスは、水素、ヘリウム、アルゴン、及び窒素のうちの1つ又は複数を含むことができる。099活性イオンが基板10を打つように、基板10は、シャワヘッド/電極から約0.25~3インチ離れて配置されうる。プラズマは、反応性ガスがシャワヘッド/電極を通過するときに、RFを生成するシャワヘッド/電極を使用して、反応性ガスから生成される。プラズマの反応性イオンが基板10を打つ。0100CVDチャンバの圧力は、約0.5Torrから約20Torrの間例えば、約5Torrに維持されうる。基板10は、堆積処理中、約400°Cから約500°C例えば450°Cの温度に維持されうる。基板10は、堆積処理中、基板10が載る支持体構造を加熱することにより加熱されうる。さらに、基板10が載る支持体構造は、堆積処理中、毎分約100回転以上rpm回転することができる。0101CVDチャンバ内の反応性ガスの濃度は、流量によって制御されうる。一般に、四塩化チタンを、約1sccmから約40sccm例えば、約10sccmの流量で導入することができる。TiCl4の分圧は、TiNを形成するのに十分に低くすべきである。TiCl4の分圧が高くなりすぎる場合は、TiNが形成されないことがある。全圧力が5Torrである場合、TiCl4の分圧は、0.02Torrより小さくてもよい例えば、約0.01Torrから約0.001Torr。さらに低い圧力すなわち、約0.0001Torrでは、反応速度が著しく低下することがあり、ステップカバレージが許容しがたくなる場合がある。全圧力が5Torrを超えて増加すると、それに応じてTiCl4の分圧を増加させることができる。一般に、TiCl4に対するNH3の分子比は、約2:1NH3対TiCl4から約100:1NH3対TiCl4例えば、約10:1であってもよい。0102金属窒化物核生成テンプレート層18を形成する方法のそうした実施形態に従って、金属窒化物核生成テンプレート層18を、約25ナノメートル以下25nm、又はさらに約10ナノメートル以下10nmの平均的な厚さT1を有するように形成することができ、バルクIII族窒化物半導体材料22を、金属窒化物核生成テンプレート層18上に、及びその層18一面に、少なくとも約2ミクロン2μm、少なくとも約5ミクロン5μm、又はさらには約10ミクロン以上10μmの平均的な厚さT2にまで堆積させることができる。0103米国特許第6,784,085号に開示されているPEPVD堆積処理を使用して、サファイア基板上にAlN核生成テンプレート層を形成し、引き続いて、上記の処理など、HVPE堆積処理で金属三塩化物原料ガスを使用して、AlN核生成テンプレート層一面にバルクGaNを堆積させることによってサンプルを作製した。第1のサンプルでは、AlN核生成テンプレート層の露出した主表面19図2は、AlN結晶構造のA面に対して0.5°オフカットされ、AlN核生成テンプレート層は、約10ナノメートル10nmの平均的な厚さを有していた。第2のサンプルでは、AlN核生成テンプレート層の露出した主表面19図2は、AlN結晶構造のM面に対して0.25°オフカットされ、AlN核生成テンプレート層は、約25ナノメートル25nmの平均的な厚さを有していた。0104得られたバルクGaN材料の結晶品質は、X線回折XRD解析を使用して、測定され、その結晶品質は、従来のMOCVD技術を使用して形成されたバルクGaNに関し報告されている結晶品質と実質的に等価であることが分かった。さらに、バルクGaN材料の露出した主表面23の表面粗さを、成長基板のAlN核生成テンプレート層一面にバルクGaN材料を堆積した後に測定した。第1のサンプルA面に対して0.5°オフカットされている10nmのAlN核生成テンプレート層一面に堆積されたバルクGaN材料の露出した主表面が、第2のサンプルM面に対して0.25°オフカットされている25nmのAlN核生成テンプレート層一面に堆積されたバルクGaN材料の露出した主表面よりも平坦であることが観察された。特に、第1のサンプルは、約9.72nmの二乗平均平方根RMS表面粗さを示し、第2のサンプルは、約10.58nmのRMS表面粗さを示した。0105図1~図3を再び参照して、さらなる実施形態において、金属窒化物核生成テンプレート層18図2は、引き続いてその層18一面にHVPE処理でバルクIII族窒化物半導体材料22を堆積させるために使用される同一反応チャンバ102図4A及び図4B内においてインシチューでMOCVD処理を使用して、基板100上に形成される。例えば、金属窒化物核生成テンプレート層18図2は、窒化ガリウムGaN、窒化アルミニウムAlN、アルミニウム窒化ガリウムAlxGa1-xN、及び窒化チタンTiNのうちの少なくとも1つを含むことができる。0106したがって、一部の実施形態において、図4A及び図4Bを参照して先に説明した堆積システム100は、MOCVD処理及びHVPE処理のそれぞれを行うことができ、それぞれを行うように構成されうる。図4Aを参照すると、限定ではなく例を挙げると、ガス源128A、128Bのうちの1つは、例えば、トリメチルガリウムTMG、トリエチルガリウムTEG、トリメチルアルミニウムTMA、トリエチルアルミニウムTEA、テトラキスジエチルアミノチタンTDEAT、及びテトラキスジメチルアミドチタンTDMATのうちの1つ又は複数の有機金属の前駆体源を含むことができる。そうした実施形態において、キャリアガスを使用して、有機金属の前駆体を反応チャンバ内に運ぶことができるが、有機金属の前駆体源と併せて熱運動化ガス注入装置150A、150Cを利用する必要がない場合がある。例えば、キャリアガスが加熱した液体有機金属前駆体の貯蔵容器を通って泡立てられて有機金属の気体を形成することができ、その後、この有機金属の気体が反応チャンバ102へと流入することができる。有機金属の気体102は、反応チャンバ102内で分解し、結果として金属窒化物核生成テンプレート層18を加工基板106例えば、図1に示す基板100上に堆積させることができる。本明細書に記載する堆積システムを使用して、HVPE処理でバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるために使用される同一反応チャンバ102内においてインシチューで金属窒化物核生成テンプレート層18を形成するために使用することができるMOCVD方法は、例えば、2009年7月23日にChoiの名のもとに公開された米国特許出願公開第2009/0184398A1号において開示されている。0107そうした実施形態においては、金属窒化物核生成テンプレート層18は、約2分の1ナノメートル0.5nmから約2ミクロン2μmの平均的な厚さT1を有するように形成されえて、バルクIII族窒化物半導体材料22は、少なくとも約2ミクロン2μm、少なくとも約5ミクロン5μm、少なくとも約7ミクロン7μm、少なくとも約10ミクロン10μm、少なくとも約20ミクロン20μm、又はさらには少なくとも約30ミクロン30μmの平均的な厚さT2を有するように形成されうる。さらに、堆積されたバルクIII族窒化物半導体材料22の露出した主表面23は、一部の実施形態において、約2ナノメートル2.0nm以下例えば約0.112nmの二乗平均平方根表面粗さを有することができる。0108図1~図3を再び参照すると、さらなる実施形態において、金属窒化物核生成テンプレート層18図2は、引き続いてその層18一面に本明細書に記載するHVPE処理でバルクIII族窒化物半導体材料22を堆積させるために使用される同一反応チャンバ102図4A及び図4B内においてインシチューでHVPE処理を使用して、基板100上に形成される。例えば、金属窒化物核生成テンプレート層18図2は、窒化アルミニウムAlN及び窒化チタンTiNのうちの少なくとも1つを含み、Chenらにより2001年4月24日に発行された米国特許第6,221,174号、及びArenaらの名のもとに2010年9月10日に公開された国際公開第2010/101715A1号パンフレットに開示されている方法を使用して形成されうる。0109図4Aを参照すると、原料ガス128AをHVPE処理での金属窒化物核生成テンプレート層18図2の形成において用いることができ、原料ガス128Bを続くHVPE処理でのバルクIII族窒化物半導体材料22の形成において用いることができる。0110非限定的な例として、金属窒化物核生成テンプレート層18図2は、窒化アルミニウムAlNを含むことができ、ガス源128Aは、AlCl3のガス源を含むことができる。AlCl3のガス源は、少なくとも190°C例えば、ほぼ195°Cの温度、及び約2.5気圧の圧力に維持された液体AlCl3の貯蔵容器を含むことができ、任意で液体AlCl3の蒸発速度を向上させるための物理的手段を含んでもよい。そうした物理的手段には、例えば、液体AlCl3を撹拌するように構成された装置、液体AlCl3を噴霧するように構成された装置、キャリアガスを液体AlCl3上方で迅速に流すように構成された装置、液体AlCl3を通るキャリアガスを泡立てるように構成された装置、超音波で液体AlCl3を分散させるように構成された圧電装置などの装置などを含むことができる。非限定的な例として、液体AlCl3を少なくとも195°Cの温度に維持しながら、He、N2、H2若しくはAr、又はそれらの混合物例えば、N2とH2の混合物などのキャリアガスを液体AlCl3を通して泡立てることができ、それによって、原料ガスが1つ又は複数のキャリアガスを含むこができる。任意で、AlCl3及びH2を含むキャリアガスを、熱運動化注入装置150Aに供給することができ、そこで、AlCl3が分解し、AlCl及びHClを形成することができる。HClは、熱運動化注入装置150A内に保持される液体アルミニウムと反応して、さらなるAlClを形成することができる。その後、ガスは、反応チャンバ102内へと導かれ、そこで、AlClは、ガス源128Cから供給されたNH3と反応して、基板上に及び基板一面にAlNを形成することができる。0111別の非限定的な例として、金属窒化物核生成テンプレート層18図2は、窒化チタンTiNを含むことができ、ガス源128Aは、TiCl4のガス源を含むことができる。TiCl4のガス源は、少なくとも80°Cの温度に維持された液体TiCl4の貯蔵容器を含むことができ、任意で、上で論じた手段など、液体TiCl4の蒸発速度を向上させるための物理的手段を含んでもよい。非限定的な例として、液体TiCl4を少なくとも137°Cの温度に維持しながら、He、N2、H2若しくはAr、又はそれらの混合物例えば、N2とH2の混合物などのキャリアガスを液体TiCl4を通して泡立て、それによって、原料ガスが1つ又は複数のキャリアガスを含むことができる。その後、TiCl4気体は、反応チャンバ102内へと導かれ、そこで、TiCl4は、ガス源128Cから供給されたNH3と反応して、基板上に及び基板一面にTiNを形成することができる。そうした処理におけるTiNを形成するためのプロセスパラメータに関連するさらなる詳細は、前述の米国特許第6,221,174号に見いだすことができる。0112上で論じたようにHVPE処理を使用して、反応チャンバ102内で金属窒化物核生成テンプレート層18を形成した後に、図3及び図8を参照して先に説明したように、バルクIII族窒化物半導体材料22を同一反応チャンバ102内でHVPE処理で形成することができる。バルクIII族窒化物半導体材料22は、金属窒化物核生成テンプレート層18を形成した後に且つ成長基板20上にバルクIII族窒化物半導体材料22を堆積させる前に、成長基板20を反応チャンバ102から取り除くことなく、金属窒化物核生成テンプレート層18を形成した後に成長基板20上に堆積されうる。0113本発明の方法の実施形態によって、MOCVD処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層をエクスシチューで形成する必要なしに、バルクIII族窒化物半導体材料を作製することが可能になる。したがって、本発明の方法の少なくとも一部の実施形態は、バルクIII族窒化物半導体材料の形成において既に知られている方法と比較してよりコスト効率が良くなる可能性がある。0114本発明のさらなる非限定的な例示の実施形態を以下に記載する。0115実施形態1:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成するステップと、ハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して、成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップとを含み、成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを分解して金属塩化物III族前駆体気体を形成するサブステップと、金属塩化物III族前駆体気体をV族前駆体気体と反応させて成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を形成するサブステップとを含む、方法。0116実施形態2:基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが非有機金属化学気相堆積MOCVD処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、実施形態1の方法。0117実施形態3:基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップがプラズマ化学気相堆積PECVD処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、実施形態1の方法。0118実施形態4:プラズマ化学気相堆積PECVD処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、基板上に金属窒化物材料を堆積させるサブステップと、堆積させた金属窒化物材料を1つ又は複数の熱処理にさらして、堆積させた金属窒化物材料の結晶性を向上させるサブステップとを含む、実施形態3の方法。0119実施形態5:堆積させた金属窒化物材料を1つ又は複数の熱処理にさらして、堆積させた金属窒化物材料の結晶性を向上させるステップが、堆積させた金属窒化物材料を急速熱アニール処理にさらすサブステップを含む、実施形態4の方法。0120実施形態6:基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップがハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、実施形態1の方法。0121実施形態7:ハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、GaCl3、InCl3、AlCl3、及びTiCl4のうちの少なくとも1つを分解して三塩化物、二塩化物、及び一塩化物III族前駆体気体のうちの少なくとも1つを形成するサブステップと、III族前駆体気体をNH3前駆体気体と反応させて基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップとを含む、実施形態6の方法。0122実施形態8:第1のチャンバ内で金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップと、第2の異なるチャンバ内で成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップとをさらに含む、実施形態1~7のいずれか1つの方法。0123実施形態9:チャンバ内で金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップと、金属窒化物核生成テンプレート層が形成されるチャンバ内で成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップとをさらに含む、実施形態1~7のいずれか1つの方法。0124実施形態10:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、第1のチャンバ内で非有機金属化学気相堆積MOCVD処理を使用して基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成するステップと、第2のチャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップとを含み、成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップがNH3、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを第2のチャンバへ向けて流すサブステップを含む、方法。0125実施形態11:サファイア基板を含むように基板を選択するステップをさらに含む実施形態10に記載の方法。0126実施形態12:窒化アルミニウム及び窒化チタンのうちの少なくとも1つを含むように金属窒化物核生成テンプレート層を選択するステップをさらに含む、実施形態10又は実施形態11に記載の方法。0127実施形態13:非有機金属化学気相堆積MOCVD処理を使用して、基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、プラズマ堆積処理を使用して、基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップを含む、実施形態10~12のいずれか1つに記載の方法。0128実施形態14:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上にGaN、InN、AlN、InGaN、GaAlN、GaAlN、及びInAlNのうちの少なくとも1つを堆積させるサブステップを含む、実施形態10~13のいずれか1つに記載の方法。0129実施形態15:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を毎時少なくとも約10ミクロン10μmの速度で堆積させるサブステップを含む、実施形態10~14のいずれか1つに記載の方法。0130実施形態16:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を毎時少なくとも約10ミクロン10μmの速度で堆積させるステップが、成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を毎時少なくとも約20ミクロン20μmの速度で堆積させるサブステップを含む、実施形態15に記載の方法。0131実施形態17:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に少なくとも約2ミクロンの平均的な厚さを有するバルクIII族窒化物半導体材料の層を堆積させるサブステップを含む、実施形態10~16のいずれか1つに記載の方法。0132実施形態18:基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、約50ナノメートル50nm以下の平均的な厚さを有するように金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップをさらに含む、実施形態10~17のいずれか1つに記載の方法。0133実施形態19:約50ナノメートル50nm以下の平均的な厚さを有するように金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、約10ナノメートル以下10nmの平均的な厚さを有するように金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップ含む、実施形態18に記載の方法。0134実施形態20:NH3、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを第2のチャンバに向けて流すステップが、GaCl3、InCl3、AlCl3、及びTiCl4のうちの少なくとも1つを第2のチャンバへ向けて流すサブステップを含む、実施形態10~19のいずれか1つに記載の方法。0135実施形態21:NH3、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを第2のチャンバへ向けて流すステップが、金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを約100sccm以下の流量で第2のチャンバへ向けて流すサブステップをさらに含む、実施形態20に記載の方法。0136実施形態22:金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを約100sccm以下の流量で第2のチャンバへ向けて流すステップが、金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを約80sccm以下の流量で第2のチャンバへ向けて流すサブステップを含む、実施形態21に記載の方法。0137実施形態23:GaCl3を含むように金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを選択するステップをさらに含む、実施形態20~22のいずれか1つに記載の方法。0138実施形態24:バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として約10ナノメートル10nm以下の二乗平均平方根表面粗さを有する堆積させたバルクIII族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態10~23のいずれか1つに記載の方法。0139実施形態25:バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として1平方センチメートル当たり約5~9×108以下の平均転位密度を有する堆積させたバルクIII族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態10~24のいずれか1つに記載の方法。0140実施形態26:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、チャンバ内で有機金属化学気相堆積MOCVD処理を使用して基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成するステップと、同一チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップとを含み、ハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、NH3、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを同一チャンバに向けて流すサブステップを含む、方法。0141実施形態27:サファイア基板を含むように基板を選択するステップをさらに含む、実施形態26に記載の方法。0142実施形態28:窒化ガリウム、窒化アルミニウム、アルミニウム窒化ガリウム、窒化ハフニウム、窒化クロム、窒化タングステン、及び窒化チタンのうちの少なくとも1つを含むように金属窒化物核生成テンプレート層を選択するステップをさらに含む、実施形態26又は実施形態27に記載の方法。0143実施形態29:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上にGaN、InN、AlN、InGaN、GaAlN、GaAlN、及びInAlNのうちの少なくとも1つを堆積させるサブステップを含む、実施形態26~28のいずれか1つに記載の方法。0144実施形態30:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に毎時少なくとも約10ミクロン10μmの速度でバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態26~29のいずれか1つに記載の方法。0145実施形態31:成長基板上に毎時少なくとも約10ミクロン10μmの速度でバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に毎時少なくとも約20ミクロン20μmの速度でバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態30に記載の方法。0146実施形態32:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に少なくとも約2ミクロン2μmの平均的な厚さを有するバルクIII族窒化物半導体材料の層を堆積させるサブステップを含む、実施形態26~31のいずれか1つに記載の方法。0147実施形態33:基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、約2分の1ナノメートル0.5nmから約2ミクロン2.0μmの平均的な厚さを有する金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップをさらに含む、実施形態26~32のいずれか1つに記載の方法。0148実施形態34:NH3、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを同一チャンバに向けて流すステップが、GaCl3、InCl3、AlCl3、及びTiCl4のうちの少なくとも1つを同じチャンバに向けて流すサブステップを含む、実施形態26~33のいずれか1つに記載の方法。0149実施形態35:GaCl3、InCl3、AlCl3、及びTiCl4のうちの少なくとも1つを同一チャンバに向けて流すステップが、GaCl3、InCl3、AlCl3、及びTiCl4のうちの少なくとも1つを約100sccm以下の流量で同一チャンバへ向けて流すサブステップをさらに含む、実施形態34に記載の方法。0150実施形態36:GaCl3、InCl3、AlCl3、及びTiCl4のうちの少なくとも1つを約100sccm以下の流量で同一チャンバに向けて流すステップが、GaCl3、InCl3、AlCl3、及びTiCl4のうちの少なくとも1つを約80sccm以下の流量で同一チャンバへ向けて流すサブステップを含む、実施形態35に記載の方法。0151実施形態37:GaCl3を含むように金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを選択するステップをさらに含む、実施形態26~36のいずれか1つに記載の方法。0152実施形態38:バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として約2ナノメートル2.0nm以下の二乗平均平方根表面粗さを有する堆積させたバルクIII族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態26~37のいずれか1つに記載の方法。0153実施形態39:バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップにより、結果として1平方センチメートル当たり約5×108以下の平均転位密度を有する堆積させたバルクIII族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態26~38のいずれか1つに記載の方法。0154実施形態40:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させる方法であって、チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成するステップと、同一チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップとを含み、ハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、NH3、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを同一チャンバへ向けて流すサブステップを含む、方法。0155実施形態41:サファイア基板を含むように基板を選択するステップをさらに含む実施形態40に記載の方法。0156実施形態42:窒化アルミニウム及び窒化チタンのうちの少なくとも1つを含むように金属窒化物核生成テンプレート層を選択するステップをさらに含む、実施形態40又は実施形態41に記載の方法。0157実施形態43:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上にGaN、InN、AlN、InGaN、GaAlN、GaAlN、及びInAlNのうちの少なくとも1つを堆積させるサブステップを含む、実施形態40~42のいずれか1つに記載の方法。0158実施形態44:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に毎時少なくとも約10ミクロン10μmの速度でバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態40~43のいずれか1つに記載の方法。0159実施形態45:成長基板上に毎時少なくとも約10ミクロン10μmの速度でバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に毎時少なくとも約20ミクロン20μmの速度でバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態44に記載の方法。0160実施形態46:成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、成長基板上に少なくとも約2ミクロン2μmの平均的な厚さを有するバルクIII族窒化物半導体材料の層を堆積させるサブステップを含む、実施形態40~45のいずれか1つに記載の方法。0161実施形態47:基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成するステップが、約50ナノメートル50nm以下の平均的な厚さを有する金属窒化物核生成テンプレート層を形成するサブステップをさらに含む、実施形態40~46のいずれか1つに記載の方法。0162実施形態48:NH3、並びに金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを同一チャンバへ向けて流すステップが、約100sccm以下の流量で金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを同一チャンバへ向けて流すサブステップをさらに含む、実施形態47に記載の方法。0163実施形態49:約100sccm以下の流量で金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを同一チャンバへ向けて流すステップが、約80sccm以下の流量で金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを同一チャンバへ向けて流すサブステップを含む、実施形態48に記載の方法。0164実施形態50:GaCl3、InCl3、AlCl3、及びTiCl4のうちの少なくとも1つを含むように金属三塩化物及び金属四塩化物のうちの少なくとも1つを選択するステップをさらに含む、実施形態40~49のいずれか1つに記載の方法。0165実施形態51:バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として約10ナノメートル10.0nm以下の二乗平均平方根表面粗さを有する堆積させたバルクIII族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態40~50のいずれか1つに記載の方法。0166実施形態52:バルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップによって、結果として1平方センチメートル当たり約5×108以下の平均転位密度を有する堆積させたバルクIII族窒化物半導体材料の露出した主表面が得られる、実施形態40~51のいずれか1つに記載の方法。0167実施形態53:同一チャンバ内でハロゲン化物気相エピタキシーHVPE処理を使用して成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるステップが、基板上に金属窒化物核生成テンプレート層を形成して成長基板を形成した後に、且つ成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させる前に、同一チャンバから成長基板を取り除くことなしに、成長基板上にバルクIII族窒化物半導体材料を堆積させるサブステップを含む、実施形態40~52のいずれか1つに記載の方法。0168実施形態54:実施形態1~53のいずれか1つに記載される方法により作製される、バルクIII族窒化物半導体材料を含む構造体。"