JP2002093720A - 半導体層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各種の材料からなる基板上などにＧａＮなどの
薄膜や厚膜の半導体層を形成する場合において、煩雑な
工程を必要とすることなしに、当該半導体層中の構造欠
陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を大幅に低減
させる。 【解決手段】基板上に半導体層を形成する半導体層の形
成方法において、基板上に半導体物質結晶よりなる三次
元核を低密度の核密度で生成する第１のステップと、上
記基板上に生成された前記三次元核を横方向成長モード
で結晶成長させ、上記三次元核を融合して半導体物質結
晶よりなる半導体層を上記基板上に形成する第２のステ
ップとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体層の形成方
法に関し、さらに詳細には、各種の材料からなる基板上
などに、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）などの薄膜や
厚膜などのエピタキシャル半導体層を形成する際に用い
て好適な半導体層の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、青色波長域〜紫外波長域のような
短波長域における発光素子材料として、ＩＩＩ−Ｖ族窒
化物半導体であるＧａＮが注目されており、ＧａＮ系薄
膜を材料とした青色発光ダイオード（ＬＥＤ）が実現さ
れるとともに、ＧａＮ系薄膜を材料とした青色レーザー
の研究が進められている。

【０００３】なお、ＧａＮ系薄膜としては、ＧａＮのみ
ならず、例えば、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどが知られ
ている。

【０００４】こうしたＧａＮ系薄膜を材料とした青色Ｌ
ＥＤの発光の効率を向上させたり、ＧａＮ系薄膜を材料
とした青色レーザーを実現するためには、ＧａＮ系薄膜
中に存在する、例えば、ミスフィット転位やミスフィッ
ト転位によって生じる貫通転位のような転位あるいは粒
界などの構造欠陥を制御することが重要であると考えら
れている。

【０００５】ところで、基板として広く使用されるサフ
ァイア（Ａｌ_２Ｏ_３）や炭化シリコン（ＳｉＣ）上に形
成されたＧａＮ薄膜やＡｌＧａＮ薄膜における欠陥密度
（単位面積当たりの構造欠陥の数）は、Ａｌ_２Ｏ_３基板
上やＳｉＣ基板上に形成され実用化されている他のＩＩ
Ｉ−Ｖ族半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）薄膜における
欠陥密度と比較すると、極めて高い値を示している。

【０００６】このようなＧａＮ系薄膜の欠陥密度の高さ
は、Ａｌ_２Ｏ_３基板やＳｉＣ基板とＧａＮ系薄膜の間の
格子定数差に起因するものであり、基板材料としてＧａ
Ｎ基板が存在しない現状においては、ＧａＮ系薄膜の欠
陥密度の高さは避け難い問題として指摘されていた。

【０００７】また一方、Ａｌ_２Ｏ_３基板やＳｉＣ基板は
ＧａＮ系薄膜に対して濡れ性が悪い。

【０００８】従来、Ａｌ_２Ｏ_３基板の濡れ性の悪さを改
善するためには、薄膜構造を模式的に示した図１に示す
ように、Ａｌ_２Ｏ_３基板１００上に、バッファー層とし
て６００℃で低温成長させたＧａＮまたはＡｌＮのアモ
ルファス層１０２を形成するようになされていた。そし
て、このＧａＮまたはＡｌＮのアモルファス層１０２上
に、１０８０℃で結晶成長させたＧａＮ薄膜（またはＡ
ｌＧａＮ薄膜）１０４を形成していた。

【０００９】また、ＳｉＣ基板の濡れ性の悪さを改善す
るためには、薄膜構造を模式的に示した図２に示すよう
に、ＳｉＣ基板１００上に、バッファー層として１１４
０℃で成長させたＡｌＮ薄膜２０２を形成するようにな
されていた。そして、ＡｌＮ薄膜２０２上に、１０８０
℃で結晶成長させたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄
膜）２０４を形成していた。

【００１０】こうしたＧａＮまたはＡｌＮのアモルファ
ス層１０２を下地にしたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ
薄膜）１０４は、下地のアモルファス層１０２がその後
の成長温度１０８０℃への昇温過程で結晶化された高密
度微小結晶を核として成長し融合する。

【００１１】また、ＡｌＮ薄膜２０２を下地にしたＧａ
Ｎ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄膜）２０４は、下地のＡｌ
Ｎ薄膜２０２がアモルファスではなく粒界の細かい結晶
の集合体による微小核が高密度で密集しているものであ
り、その高密度微小結晶を核として成長し融合する。

【００１２】上記した図１に示す薄膜構造において、厚
さ１ｎｍ以上のＧａＮのアモルファス層１０２上に１．
５μｍの厚さのＧａＮ薄膜１０４を形成した場合や、上
記した図２に示す薄膜構造において、厚さ１ｎｍ以上の
ＡｌＮ薄膜２０２上に１．５μｍの厚さのＧａＮ薄膜２
０４を形成した場合には、上記高密度微小結晶核の密度
に応じた結晶粒界が生じ構造欠陥である貫通転位が粒界
部に発生する。転位密度は１０^９ｃｍ^−２〜１０^１０ｃ
ｍ^−２と高密度であり、さらに、転位密度を大幅に低減
することが強く望まれていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな要望に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、各種の材料からなる基板上などにＧａＮなど
の薄膜や厚膜の半導体層を形成する場合において、煩雑
な工程を必要とすることなしに、当該半導体層中の構造
欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を大幅に低
減させることができるようにした半導体層の形成方法を
提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、基板上に半
導体層を形成する半導体層の形成方法において、基板上
に半導体物質結晶よりなる三次元核を低密度の核密度で
生成する第１のステップと、上記基板上に生成された上
記三次元核を横方向成長モードで結晶成長させ、上記三
次元核を融合して半導体物質結晶よりなる半導体層を上
記基板上に形成する第２のステップとを有するようにし
たものである。

【００１５】従って、本発明のうち請求項１に記載の発
明によれば、図３に示すように、第１のステップによ
り、基板１０上に半導体物質結晶よりなる三次元核１２
が低密度の核密度で生成される。

【００１６】ここで、三次元核１２には、図４（ａ）に
示すように、それぞれ貫通転位が存在している。

【００１７】そして、第２のステップにより、図４
（ｂ）に示すように、基板１０上に生成された三次元核
１２が横方向成長モードで結晶成長されて、三次元核同
士が融合されることになり、半導体物質結晶よりなる半
導体層１４が基板１０上に形成されることになるもので
ある。

【００１８】換言すると、基板１０上に形成された半導
体層１４においては、三次元核１２の周囲を埋めるよう
にして半導体物質結晶が横方向成長モードで結晶成長し
て、三次元核１２同士が横方向成長モードで結晶成長す
る半導体物質結晶により融合されるので、観念的には図
４（ｃ）において破線で示すように三次元核１２は存在
しているが、その存在を視認することはできない。

【００１９】このように、本発明のうち請求項１に記載
の発明によれば、横方向成長モードにより転位の伝播方
向が基板１０の表面に平行した横方向になり、このため
半導体層１４の表面まで達する貫通転位を著しく減少す
ることができる。

【００２０】ここで、横方向成長モードとは、図５に示
すように、基板１０に形成された三次元核１２の高さ方
向（図５における矢印Ａ方向）へ主に成長する通常モー
ドとは異なり、基板１０に形成された三次元核１２の横
方向（図５における矢印Ｂ方向ならびに矢印Ｃ方向）へ
主に成長するモードである。

【００２１】この横方向成長モードとするには、例え
ば、通常モードよりも成長温度を１℃乃至２００℃ほど
上昇させ、更に、ＩＩＩ族原料であるＴＭＧの供給量を
抑え、かつＶ族原料であるＮＨ_３の供給量を上昇させれ
ばよい。

【００２２】ここで、本発明のうち請求項２に記載の発
明のように、本発明のうち請求項１に記載の発明におい
て、上記第１のステップを、上記基板の温度が８００℃
乃至１２００℃において上記三次元核を気相成長させて
生成するものとすることができる。

【００２３】また、本発明のうち請求項３に記載の発明
のように、本発明のうち請求項１または請求項２のいず
れか１項に記載の発明において、上記第２のステップ
を、上記三次元核を融合して結晶粒界の大きい半導体物
質結晶を生成するものとすることができる。

【００２４】また、本発明のうち請求項４に記載の発明
のように、本発明のうち請求項１、請求項２または請求
項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第２の
ステップは、通常の成長モードとは異なった横方向成長
レートが速い横方向成長モードにおいて、上記三次元核
を気相成長させることにより、上記三次元核を融合して
半導体物質結晶よりなる半導体層を形成するものとする
ことができる。

【００２５】また、本発明のうち請求項５に記載の発明
のように、本発明のうち請求項４に記載の発明におい
て、上記横方向成長モードは、通常モードよりも１℃乃
至２００℃高い成長温度かつ通常モードよりも低い縦方
向のグロースレートをもつ横方向成長モードするように
してもよい。

【００２６】また、本発明のうち請求項６に記載の発明
のように、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項
３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の発
明において、上記半導体物質は、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ、
ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、またはＩｎＡｌＧａＮで
あり、上記基板は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰまたはＩｎＰよりなるものとすることができ
る。

【００２７】また、本発明のうち請求項７に記載の発明
は、基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法に
おいて、ＳｉＣ基板上に材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ_３
とを供給して、上記ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる
三次元核を低密度の核密度で生成する第１のステップ
と、上記三次元核が生成された上記ＳｉＣ基板上に材料
ガスとしてＴＭＧとＮＨ_３とを供給して、上記ＳｉＣ基
板上に生成された上記三次元核を横方向成長モードで結
晶成長させ、上記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりな
る半導体層を上記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステッ
プとを有するようにしたものである。

【００２８】また、本発明のうち請求項８に記載の発明
のように、本発明のうち請求項７に記載の発明におい
て、上記第１のステップでは上記ＳｉＣ基板を１０８０
℃に加熱し、上記第２のステップでは上記ＳｉＣ基板を
１１２０℃に加熱するようにしてもよい。

【００２９】また、本発明のうち請求項９に記載の発明
は、基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法に
おいて、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａ
ｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、７６ｔｏｒｒ（０．１
気圧）に減圧した結晶成長反応炉内において、ＳｉＣ基
板を１０８０℃に加熱し、材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ
_３とを用い、ＴＭＧのキャリアガスとしてＨ_２を用い、
上層フローとしてＮ_２を用い、ＴＭＧの流量を１０ｓｃ
ｃｍとし、ＮＨ_３の流量を２ｓｌｍとし、Ｈ_２の流量を
２ｓｌｍとし、Ｎ_２の流量を０．５ｓｌｍとして、上記
ＳｉＣ基板上に１０秒以上同時供給し、上記ＳｉＣ基板
上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を低密度の核密度で生
成する第１のステップと、上記三次元核が生成された上
記ＳｉＣ基板を１１２０℃に加熱し、材料ガスとしてＴ
ＭＧとＮＨ_３とを用い、ＴＭＧのキャリアガスとしてＨ
_２を用い、上層フローとしてＮ_２を用い、ＴＭＧの流量
を５ｓｃｃｍとし、ＮＨ_３の流量を４ｓｌｍとし、Ｈ_２
の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ_２の流量を０．５ｓｌｍとし
て、上記ＳｉＣ基板上に１０分以上同時供給し、上記Ｓ
ｉＣ基板上に生成された上記三次元核を横方向成長モー
ドで結晶成長させ、上記三次元核を融合してＧａＮ結晶
よりなる半導体層を上記ＳｉＣ基板上に形成する第２の
ステップとを有するようにしたものである。

【００３０】そして、本発明のうち請求項１０に記載の
発明のように、本発明のうち請求項１、請求項２、請求
項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求
項８または請求項９のいずれか１項に記載の発明におい
て、上記第１のステップを、上記基板上に上記三次元核
を１０^９ｃｍ^−２以下の低密度の核密度で生成するもの
とすることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明による半導体層の形成方法の実施の形態の一
例を詳細に説明するものとする。

【００３２】なお、この本発明による半導体層の形成方
法の実施の形態の一例においては、ＳｉＣ基板上に半導
体層としてＧａＮ結晶薄膜を形成する場合について説明
する。

【００３３】ここで、ＳｉＣ基板上に半導体層としてＧ
ａＮ結晶薄膜を形成するには、横型の減圧（７６Ｔｏｒ
ｒ）した有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａ
ｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いることとするが、これ
に限られるものではないことは勿論であり、後述するよ
うに、ＭＯＣＶＤ以外の分子線エピタキシ法（ＭＢＥ：
ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）などの
薄膜製造技術を用いてもよい。

【００３４】図６には、ＭＯＣＶＤ装置の概念構成説明
図が示されている。なお、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）にお
いては、「基板」の符号を「１０」とし、三次元核の符
号を「１２」とし、「半導体層」の符号を「１４」とし
ているが、図６においても、図４と同一あるいは相当す
る構成には、図４において用いた符号と同一の符号を付
して示すものとする。

【００３５】このＭＯＣＶＤ装置３００は、ＲＦ加熱コ
イル３０２により周囲を覆われた結晶成長反応炉３０４
内には、表面にＧａＮ結晶薄膜を成長させる基板として
のＳｉＣ基板３０６を上面に配置するとともに当該Ｓｉ
Ｃ基板３０６を加熱するためのサセプター３０８が配設
されている。

【００３６】また、ＲＦ加熱コイル３０２にはＲＦ電源
３１０が接続されており、さらに、ＲＦ電源３１０には
マイクロコンピューターにより構成されたＲＦ制御装置
３１２が接続されている。

【００３７】そして、ＲＦ制御装置３１２によって、Ｒ
Ｆ電源３１０はその出力を制御される。即ち、ＲＦ制御
装置３１２によりＲＦ電源３１０からＲＦ加熱コイル３
０２への給電が制御されるものであり、ＲＦ加熱コイル
３０２はＲＦ電源３１０からの給電に応じてサセプター
３０８を加熱することになる。

【００３８】即ち、この結晶成長装置３００において
は、ＲＦ電源３１０からＲＦ加熱コイル３０２への給電
による渦電流誘起加熱により、サセプター３０８が加熱
されるものである。

【００３９】なお、サセプター３０８は、例えば、カー
ボンなどにより形成されているものである。

【００４０】一方、結晶成長反応炉３０４には、ＳｉＣ
基板３０６上に形成するＧａＮの原料となる材料ガスや
キャリアガスなどの各種のガスを導入するためのガス導
入孔３０４ａと、結晶成長反応炉３０４内に導入された
各種のガスを排出するためのガス排出孔３０４ｂとが形
成されている。

【００４１】ここで、ＧａＮ結晶薄膜を形成するために
必要とされる材料ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）およびアンモニア（ＮＨ_３）である。また、ＴＭＧ
のキャリアガスは水素（Ｈ_２）であり、上層フローガス
としては窒素（Ｎ_２）である。

【００４２】以上の構成において、まず、結晶成長反応
炉３０４内の圧力を７６ｔｏｒｒ（０．１気圧）に減圧
する。

【００４３】そして、サセプター３０８に配置されたＳ
ｉＣ基板１０上にＧａＮの結晶薄膜を形成するために
は、キャリアガスとともにＧａＮの結晶薄膜を形成する
ために必要な原料となる材料ガスを、ガス導入孔３０４
ａから７６Ｔｏｒｒ（０．１気圧）に減圧された結晶成
長反応炉３０４内へ供給する。

【００４４】この際に、サセプター３０８内に埋め込ま
れた熱電対（図示せず）のモニターに基づいて、ＲＦ制
御装置３１２により制御されたＲＦ電源３１０からの給
電に応じてＲＦ加熱コイル３０２によってサセプター３
０８が加熱されており、加熱されたサセプター３０８か
らの熱伝導によって、ＳｉＣ基板３０６も所定の温度に
加熱されることになるものである。

【００４５】より詳細には、図７に示すように、第１ス
テップとして、ＳｉＣ基板３０６を１０８０℃に加熱
し、ＴＭＧの流量を１０ｓｃｃｍとし、ＮＨ_３の流量を
２ｓｌｍとし、Ｈ_２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ_２の流量
を０．５ｓｌｍとして、ＳｉＣ基板１０上に１０秒以上
同時供給し、ＳｉＣ基板１０上にＧａＮ結晶よりなる三
次元核１２を低密度の核密度で生成させる（図３および
図４（ａ）参照）。

【００４６】なお、この際には、ＳｉＣ基板１０上に三
次元核１２を１０^９ｃｍ^−２以下の低密度の核密度で生
成させることが好ましい。

【００４７】図８（ａ）（ｂ）には、ＧａＮ結晶よりな
る三次元核１２が生成されたＳｉＣ基板１０の電子顕微
鏡写真が示されている。

【００４８】なお、図８（ａ）（ｂ）に示す電子顕微鏡
写真において、色の薄い白色状の部位が三次元核１２で
ある。

【００４９】次に、三次元核１２が生成されたＳｉＣ基
板１０を１１２０℃に加熱し、ＴＭＧの流量を５ｓｃｃ
ｍとし、ＮＨ_３の流量を４ｓｌｍとし、Ｈ_２の流量を２
ｓｌｍとし、Ｎ_２の流量を０．５ｓｌｍとして、ＳｉＣ
基板１０上に１０分以上同時供給し、ＳｉＣ基板１０上
に生成された三次元核１２を横方向成長モードで結晶成
長させ、三次元核１２を融合してＧａＮ結晶よりなる半
導体層１４をＳｉＣ基板１０上に形成させる（図４
（ｂ）（ｃ）および図５参照）。

【００５０】ここで、図９（ａ）は、従来方法でＳｉＣ
基板上に形成された半導体層の平面の透過電子顕微鏡写
真である。像中の黒い微小な点がそれぞれ貫通転位に対
応しており、その密度は非常に高い。

【００５１】一方、図９（ｂ）は、上記のようにしてＳ
ｉＣ基板１０上に形成された半導体層１４の平面の透過
電子顕微鏡写真である。

【００５２】図９（ｂ）に示されているように、ＳｉＣ
基板１０上に形成された半導体層１４の貫通転位の数が
従来よりも著しく減少している。

【００５３】図１０は、上記のようにしてＳｉＣ基板１
０上に形成された半導体層１４の断面の透過電子顕微鏡
写真である。

【００５４】このように、従来よりも貫通転位の数が著
しく減少するのは、横方向成長モードにより転位の伝播
方向がＳｉＣ基板１０の表面に平行した横方向になり、
このため半導体層１４の表面まで達する貫通転位を著し
く減少することができるものである。

【００５５】なお、上記した実施の形態は、以下の
（１）乃至（３）に説明するように変形することができ
る。

【００５６】（１） 上記した実施の形態においては、
薄膜製造方法としてＭＯＣＶＤを用いるようにしたが、
これに限られるものではないことは勿論であり、ＭＯＣ
ＶＤ以外の薄膜製造技術、例えば、図１２（ａ）に示す
ような、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）、ＣＢＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＢｅａｍＥ
ｐｉｔａｘｙ）、ＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ Ｖａｐｏｒ
Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＧＳＭＢＥ（Ｇａｓ
−ｓｏｕｒｃｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）、ＭＯＭＢＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ
ＭＢＥ）、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリングまたは真空
蒸着法などの各種の薄膜製造技術を用いるようにしても
よい。

【００５７】（２） 上記した実施の形態においては、
基板としてＳｉＣ基板を用いるとともに、半導体層を形
成するとして半導体物質ＧａＮを用いたが、これに限ら
れることなしに、基板としてはＡｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ、Ｇａ
Ａｓ、ＧａＰまたはＩｎＰを用い、半導体物質としては
ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡ
ｌＧａＮを用いてもよよい。

【００５８】（３）上記した実施の形態ならびに上記
（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせる
ようにしてもよい。

【００５９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、各種の材料からなる基板上などにＧａＮな
どの薄膜や厚膜の半導体層を形成する場合において、煩
雑な工程を必要とすることなしに、当該半導体層中の構
造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を大幅に
低減させることができるようになるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＡｌ_２Ｏ_３基板上にＧａＮまたはＡｌＮ
のアモルファス層を介して形成されたＧａＮ薄膜または
ＡｌＧａＮ薄膜の薄膜構造を模式的に示す説明図であ
る。

【図２】従来のＳｉＣ基板上にＡｌＮ薄膜を介して形成
されたＧａＮ薄膜またはＡｌＧａＮ薄膜の薄膜構造を模
式的に示す説明図である。

【図３】基板上に半導体物質結晶よりなる三次元核が低
密度の核密度で生成された状態を示す概念図である。

【図４】基板上に生成された半導体物質結晶よりなる三
次元核と横方向成長モードと転位との関係を示す概念図
であり、（ａ）は基板上に生成された三次元核を示し、
（ｂ）は横方向成長モードにおける半導体層の形成を示
し、（ｃ）は横方向成長モードに形成された半導体層を
示す。

【図５】結晶成長のモードとしての通常モードと横方向
成長モードとを示す説明図である。

【図６】ＭＯＣＶＤ装置の概念構成説明図である。

【図７】結晶の成長時間と基板の温度と材料ガスの供給
との関係を示す説明図である。

【図８】（ａ）（ｂ）は、ＧａＮ結晶よりなる三次元核
が生成されたＳｉＣ基板の電子顕微鏡写真である。

【図９】ＳｉＣ基板上に形成された半導体層の平面の電
子顕微鏡写真であり、（ａ）は従来の方法によって形成
されたＧａＮ薄膜のものであり、（ｂ）は本手法によっ
て形成されたＧａＮ薄膜のものである。

【図１０】ＳｉＣ基板上に形成された半導体層の断面の
電子顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１０ 基板（ＳｉＣ基板） １２ 三次元核 １４ 半導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 BE13 BE15 DB08 ED06 5F041 AA11 AA40 CA33 CA35 CA37 CA40 CA46 CA64 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AC08 AC12 AC15 AD14 AD15 AE25 AF02 AF03 AF04 AF09 BB12 BB16 CA11 CA12 DA52 DA67 DP04 EK03

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に半導体層を形成する半導体層の
   形成方法において、 基板上に半導体物質結晶よりなる三次元核を低密度の核
   密度で生成する第１のステップと、 前記基板上に生成された前記三次元核を横方向成長モー
   ドで結晶成長させ、前記三次元核を融合して半導体物質
   結晶よりなる半導体層を前記基板上に形成する第２のス
   テップとを有する半導体層の形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体層の形成方法に
   おいて、 前記第１のステップは、前記基板の温度が８００℃乃至
   １３００℃において前記三次元結晶核を気相成長させて
   生成するものである半導体層の形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２のいずれか１項
   に記載の半導体層の形成方法において、 前記第２のステップは、前記三次元核を融合して結晶粒
   界の大きい半導体物質結晶を生成するものである半導体
   層の形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１、請求項２または請求項３のい
   ずれか１項に記載の半導体層の形成方法において、 前記第２のステップは、通常の成長モードとは異なった
   横方向成長レートが速い横方向成長モードにおいて、前
   記三次元核を気相成長させることにより、前記三次元核
   を融合して半導体物質結晶よりなる半導体層を形成する
   ものである半導体層の形成方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体層の形成方法に
   おいて、 前記横方向成長モードは、通常モードよりも１℃乃至２
   ００℃高い成長温度かつ通常モードよりも低い縦方向の
   グロースレートをもつ横方向成長モードである半導体層
   の形成方法。
6. 【請求項６】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４または請求項５のいずれか１項に記載の半導体層の形
   成方法において、 前記半導体物質は、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、Ｉｎ
   Ｎ、ＩｎＧａＮ、またはＩｎＡｌＧａＮであり、 前記基板は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇ
   ａＰまたはＩｎＰよりなるものである半導体層の形成方
   法。
7. 【請求項７】 基板上に半導体層を形成する半導体層の
   形成方法において、 ＳｉＣ基板上に材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ_３とを供給
   して、前記ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核
   を低密度の核密度で生成する第１のステップと、 前記三次元核が生成された前記ＳｉＣ基板上に材料ガス
   としてＴＭＧとＮＨ_３とを供給して、前記ＳｉＣ基板上
   に生成された前記三次元核を横方向成長モードで結晶成
   長させ、前記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半
   導体層を前記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップと
   を有する半導体層の形成方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の半導体層の形成方法に
   おいて、 前記第１のステップでは前記ＳｉＣ基板を１０８０℃に
   加熱し、 前記第２のステップでは前記ＳｉＣ基板を１１２０℃に
   加熱するものである半導体層の形成方法。
9. 【請求項９】 基板上に半導体層を形成する半導体層の
   形成方法において、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶ
   Ｄ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
   ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、７６ｔｏ
   ｒｒ（０．１気圧）に減圧した結晶成長反応炉内におい
   て、 ＳｉＣ基板を１０８０℃に加熱し、材料ガスとしてＴＭ
   ＧとＮＨ_３とを用い、ＴＭＧのキャリアガスとしてＨ_２
   を用い、上層フローとしてＮ_２を用い、ＴＭＧの流量を
   １０ｓｃｃｍとし、ＮＨ_３の流量を２ｓｌｍとし、Ｈ_２
   の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ_２の流量を０．５ｓｌｍとし
   て、前記ＳｉＣ基板上に１０秒以上同時供給し、前記Ｓ
   ｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を低密度の核
   密度で生成する第１のステップと、 前記三次元核が生成された前記ＳｉＣ基板を１１２０℃
   に加熱し、材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ_３とを用い、Ｔ
   ＭＧのキャリアガスとしてＨ_２を用い、上層フローとし
   てＮ_２を用い、ＴＭＧの流量を５ｓｃｃｍとし、ＮＨ_３
   の流量を４ｓｌｍとし、Ｈ_２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ
   _２の流量を０．５ｓｌｍとして、前記ＳｉＣ基板上に１
   ０分以上同時供給し、前記ＳｉＣ基板上に生成された前
   記三次元核を横方向成長モードで結晶成長させ、前記三
   次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を前記Ｓ
   ｉＣ基板上に形成する第２のステップとを有する半導体
   層の形成方法。
10. 【請求項１０】 請求項１、請求項２、請求項３、請求
    項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または
    請求項９のいずれか１項に記載の半導体層の形成方法に
    おいて、 前記第１のステップは、前記基板上に前記三次元核を１
    ０^９ｃｍ^−２以下の低密度の核密度で生成するものであ
    る半導体層の形成方法。