JP2003110198A - 高絶縁性単結晶窒化ガリウム薄膜を有する半導体デバイス - Google Patents

高絶縁性単結晶窒化ガリウム薄膜を有する半導体デバイス

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 真性に近い単結晶ＧaＮ膜を有し、かつこの
膜をｎ形又はｐ形に選択的にドープした半導体デバイス
を提供する。 【解決手段】 次の要素を有する半導体デバイス：基板
であって、この基板は、（１００）シリコン、（１１
１）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
１）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
ら選択される物質からなる；約２００Å〜約５００Åの
厚さを有する非単結晶バッファ層であって、このバッフ
ァ層は前記基板の上に成長した第一の物質を含み、この
第一の物質は窒化ガリウムを含む；および前記バッファ
層の上に成長した第一の成長層であって、この第一の成
長層は窒化ガリウムと第一のドープ物質を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、電子サイクロトロン共鳴マイ
クロ波プラズマアシスト単結晶ビームエピタキシー（Ｅ
ＣＲ-assisted ＭＢＥ）によって作製される単結晶窒化
ガリウム薄膜を有する半導体デバイスに関する。更に、
本発明は、ｎ形又はｐ形の窒化ガリウム（ＧaＮ）膜を
有する半導体デバイスに関する。
【０００２】単結晶ＧaＮは電子的特性及び光学的特性
に有用である見込みがあるため、これを作製する試みが
行われている。ＧaＮは廉価でかつコンパクトな固体の
青いレーザーの有望な源である。ＧaＮのバンドギャッ
プは約３.４eＶであり、これはＵＶ〜可視領域の端の光
を発することができることを意味している。真性ＧaＮ
では、キャリヤー濃度（ｎi）は５.２×１０3cm-3、移
動度は３３０cm2Ｖ-1ｓ -1で、抵抗率は３.６×１０12Ω
-cmである。
【０００３】単結晶ＧaＮ膜が所望されているにもかか
わらず、その開発はその成長過程において遭遇する多く
の問題のために遅れている。単結晶ＧaＮ膜を作製する
ために行われて来た従来の試みではキャリヤー濃度の高
いｎ形膜が作製されてきた。ｎ形の特性は、結晶構造中
に含まれる窒素の空孔のためである。なお、空孔は、該
膜の成長中に結晶格子中へ組み込まれる。結果として、
膜は、成長中に意図せずに窒素でドープされる。窒素の
空孔は該膜の電子的特性及び光学的特性に影響を及ぼ
す。
【０００４】ＥＣＲ-アシスト有機金属気相成長によ
り、高度に導電性でかつ意図せずにドープされたｎ形の
ＧaＮ膜が得られた（Ｓ.Ｚembutsu とＴ.Ｓasaki Ｊ.Ｃ
ryst.Ｇrowth ７７，２５−２６（１９８６））。キャ
リヤー濃度は１×１０19cm-3で、移動度は５０〜１００
cm2Ｖ-1ｓ-1であった。膜をｐ形にドープする試みは成
功していない。キャリヤー濃度は補正によって低くさせ
た、すなわち、ドナー濃度をアクセプタ不純物の添加に
よって”中性化”させた。
【０００５】高抵抗性の膜を窒素雰囲気で超純度のガリ
ウムターゲットを用いてスパッターリングして作製し
た。膜はｎ形で、高抵抗性は膜が多結晶性のためであっ
た（Ｅ.Ｌakshmi 他 Ｔhin Ｓolid Ｆilms ７４，７７
（１９７７））。
【０００６】反応性イオン分子ビームエピタキシーで
は、ガリウムは標準的な発散セル（effusion cell）か
ら供給し、窒素はイオンビームによって供給した。単結
晶膜はｎ形だが、抵抗率は１０6Ω-cm とより高く、キ
ャリヤー濃度と移動度は比較的低い（１０14cm-3と１〜
１０cm2Ｖ-1ｓ-1）ものが得られた（Ｒ.Ｃ.Ｐowell 他"
Ｄiamond,Ｓilicon Ｃarbide and Ｒelated Ｗide Ｂan
dgap Ｓemiconductors” Ｖol.１６２，Ｊ.Ｔ.Ｇlass，
Ｒ.Ｍessier およびＮ.Ｆujimori 著、（Ｍaterial Ｒe
search Ｓociety，Ｐittsburgh，１９９０），５２５〜
５３０頁）。
【０００７】唯一報告されているｐ形ＧaＮは低いエネ
ルギーの電子ビームを放射して成長の後に処理したＭg
ドープＧaＮであった。ｐ形の導電性はｎ形ＧaＮを補正
することによって達成された（Ｈ.Ａmano 他、Ｊap. Ｊ
Ａppl.Ｐhys.２８（１２），Ｌ２１１２〜Ｌ２１１４
（１９８９））。
【０００８】現在のＧaＮ作製方法は、格子内の窒素空
孔を制御することができない。したがって、真性ＧaＮ
を作製することができない。さらに、ＧaＮ膜のドープ
工程を制御して、ｐ-ｎ接合の製造を可能ならしめるこ
とが望ましい。本発明は、真性に近い単結晶ＧaＮ膜を
有し、かつこの膜をｎ形又はｐ形に選択的にドープした
半導体デバイスを提供する。
【０００９】
【発明の概要】本発明の高度に絶縁性の真性に近い単結
晶ＧaＮ膜を有する半導体デバイスはＥＣＲアシストＭ
ＢＥを利用する装置によって作製される。装置の好適な
実施例においては、Ｇa の分子ビーム源と活性窒素源を
ＭＢＥ成長室内に設ける。所望の基板をＧa と活性窒素
に暴露する。膜を２つの工程、低温核形成工程と高温成
長工程でエピタキシャル成長させる。核形成工程は基板
を１００〜４００℃の範囲の温度の窒素プラズマとガリ
ウムに暴露させるのが好ましく、高温成長工程は６００
〜９００℃の範囲の温度で実施するのが好ましい。好適
な基板には、例えば、（１００）と（１１１）のシリコ
ンと（０００１）、（１１−２０）及び（１−１０２）
のサファイア、（１１１）と（１００）のヒ化ガリウ
ム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛及び炭化ケイ素があ
る。好適な活性窒素種源は、電子サイクロトロン共鳴マ
イクロ波プラズマもしくはホットタングステンフィラメ
ント又はその他の慣用的な方法によって生じうる窒素プ
ラズマである。
【００１０】好適な実施例では、窒素プラズマの圧力と
Ｇa フラックスの圧力を制御して、金属ガリウムの膜表
面のビード（beading）の形成と格子内の窒素空孔の形
成を阻止する。Ｇa フラックスは２.０〜５.０×１０-7
トルの範囲にあるのが好ましい。成長室内では窒素の過
圧があるのが好ましく、過圧は１０-3〜１０-5トルの範
囲であるのがより好ましい。
【００１１】更に別の好適な実施例では、低温核形成工
程において３〜１５分間基板をＧaと窒素に暴露させ
る。厚さが２００〜５００Åの膜を蒸着させる。この膜
は、核形成工程の低温下においては非晶質である。非晶
質膜を活性窒素の存在下において６００〜９００℃で加
熱することによって結晶化することができる。続いて、
高温、好ましくは６００〜９００℃の処理を行うと、単
結晶の真性に近いＧaＮ膜のエピタキシャル成長が行わ
れる。成長層の好適な厚さは０.５〜１０μmの範囲内で
ある。
【００１２】本発明の別の実施例では、単結晶ＧaＮ膜
をｎ形又はｐ形で優先的にドープする。ｐ形半導体を作
り出すために、ＭＢＥ成長室にはＧa、活性窒素及びア
クセプタの各源が備えられている。アクセプタ源には、
Ｂe、Ｚn、Ｃd 及びＣa のようなII族の元素が含まれ
る。基板には、基板表面へ又は基板の正面に直接おかれ
た金属グリッドへ正のバイアスを付加することによって
電子を衝突させる。低温蒸着及び高温蒸着の条件は既述
の通りである。基板をＧa、窒素及びアクセプタの源に
暴露させると、ドープされたＧaＮ膜が得られ、アクセ
プタは電子を帯びて陰電荷の種として格子内に組み込ま
れる。電荷を有するアクセプタ種は中性のアクセプタに
比べて低いエネルギーでＧaＮ格子内に組み込むことが
できる。物質をｎ形でドープするために、基板又はグリ
ッドに負のバイアスをかけることによって陽イオンを衝
突させる。従って、ドナー不純物は荷電状態でＧaＮに
組み込まれる。これは、中性のドナー種を組み込む場合
と比べて低いエネルギーしか必要としないことを意味す
る。適切なドナーにはIV族とVI族の元素がある。このよ
うにして、２００℃で１０10Ω-cm の抵抗率と１００cm
2Ｖ-1ｓ-1の移動度を有する真性に近いＧaＮ膜を作製す
ることができる。ｐ形半導体とｎ形半導体を、単に表面
又はグリッドバイアス及び不純物源を選択することによ
って選択的に作製することができる。あるいは、ｐ-ｎ
接合を効果的に製造することも可能である。
【００１３】本発明の絶縁性単結晶ＧaＮ膜を有する半
導体デバイスを作製する方法と装置の好ましい態様は、
以下の（１）〜（２１）によって要約される。 （１）絶縁性単結晶ＧaＮ膜を作製する方法であって、
分子ビームエピタキシャル成長室内に、所望の相のＧa
Ｎに整合する適当な格子を有する単結晶基板を設け、分
子ビームガリウム源を設け、活性窒素源を設け、そして
前記基板を前記のガリウム源と窒素源に暴露することに
よって、下記の２工程成長法を用いてＧaＮ膜を蒸着す
る：工程中に、基板が約１００℃〜４００℃の温度に維
持され、そして実質的に一定のガリウムフラックス圧力
と実質的に一定の窒素圧力が維持される、低温核形成工
程、および工程中に、基板が約６００℃〜９００℃の温
度に維持され、そして実質的に一定のガリウムフラック
ス圧力と実質的に一定の窒素圧力が維持される、高温成
長工程、以上の工程を含む方法。 （２）ドープしたｐ形ＧaＮ膜を作製する方法であっ
て、分子ビームエピタキシャル成長室内に、所望の相の
ＧaＮに整合する適当な格子を有する単結晶基板を設
け、ガリウム源、窒素プラズマ源およびアクセプタ源を
設け、前記基板を、約１００℃〜４００℃の温度におい
て、実質的に一定のフラックス圧力に維持された前記ガ
リウム源と実質的に一定の圧力に維持された前記窒素源
に暴露することによって核形成工程を実施し、約６００
℃〜９００℃の温度において成長工程を実施して、それ
によって前記基板上にＧaＮ膜を蒸着させ、前記基板の
表面に正のバイアスをかけて、そして前記表面を、前記
実質的に一定のフラックス圧力に維持された前記ガリウ
ム源、前記実質的に一定の圧力に維持された前記窒素
源、及び前記アクセプタ源に暴露することによって、ド
ープしたＧaＮ膜を蒸着させて、それによって、前記成
長工程の間前記アクセプタを負に荷電した状態におく、
以上の工程を含む方法。 （３）ドープしたｎ形ＧaＮ膜を作製する方法であっ
て、分子ビームエピタキシャル成長室内に、所望の相の
ＧaＮに整合する適当な格子を有する単結晶基板を設
け、ガリウム源、窒素プラズマ源およびドナー源を設
け、核形成工程において前記基板を前記のガリウム源と
窒素源に低温で暴露し、このとき、基板は約１００℃〜
４００℃の温度に維持され、また実質的に一定のガリウ
ムフラックス圧力と実質的に一定の窒素圧力が維持さ
れ、そして６００℃〜９００℃の温度において成長工程
を実施して前記基板上にＧaＮ膜を蒸着させ、さらに前
記基板の表面を負にバイアスさせ、そして前記表面を、
前記実質的に一定のフラックス圧力に維持された前記ガ
リウム源、前記実質的に一定の圧力に維持された前記窒
素源、及び前記ドナー源に暴露することによって、ドー
プしたＧaＮ膜を蒸着させて、それによって、前記成長
工程の間前記ドナーを正に荷電した状態におく、以上の
工程を含む方法。 （４）前記の単結晶基板は（１００）シリコン又は（１
１１）シリコン、（１１-３）サファイア、（０００
１）サファイア又は（１-１０２）サファイア、（１０
０）ヒ化ガリウム又は（１１１）ヒ化ガリウム、炭化ケ
イ素、酸化亜鉛又は酸化マグネシウムである、（１）
（２）又は（３）に記載の方法。 （５）前記ガリウム源はクヌーセン発散セル又は金属-
有機源である、（１）（２）又は（３）に記載の方法。 （６）前記金属−有機源がトリメチルガリウムである、
（５）に記載の方法。 （７）ガリウムフラックス圧力は約２.０〜５.０×１０
-7トルの範囲である、（１）（２）又は（３）に記載の
方法。 （８）前記活性窒素源は電子サイクロトロン共鳴マイク
ロ波プラズマ（ＥＣＲ源）またはホットタングステンフ
ィラメントで発生した窒素のプラズマである、（１）
（２）又は（３）に記載の方法。 （９）窒素の過圧を前記成長室内で保持する、（１）
（２）又は（３）に記載の方法。 （１０）前記窒素圧力／前記ガリウムフラックス圧力の
比率は約１０2〜１０4の範囲である、（１）（２）又は
（３）に記載の方法。 （１１）活性窒素源には窒素原子種又は窒素イオン種が
含まれる、（１）（２）又は（３）に記載の方法。 （１２）前記の低温核形成工程には、基板を前記のガリ
ウム源と窒素源へ３〜１５分間暴露することが含まれ
る、（１）（２）又は（３）に記載の方法。 （１３）前記膜の厚さは３０〜５００Åである、（１
２）に記載の方法。 （１４）前記の高温成長工程で０.５〜１０μmの厚さの
膜を蒸着する、（１）（２）又は（３）に記載の方法。 （１５）基板の表面を荷電させる前記工程は、前記基板
の直前におかれたグリッドに電気的にバイアスをかける
か、電子ガンからの電子を前記表面に衝突させるか、イ
オンガンからの陽イオンを前記表面に衝突させるか、ま
たは前記基板表面の背面に電気アースを設けることを含
む、（２）又は（３）に記載の方法。 （１６）前記成長工程には、基板を８００℃未満の温度
に保持することを含む、（１）（２）又は（３）に記載
の方法。 （１７）前記成長工程には、基板を６００℃以下の温度
に保持することを含む、（１６）に記載の方法。 （１８）絶縁性単結晶ＧaＮ膜の作製装置であって、所
望の相のＧaＮと整合する適当な格子を有する単結晶基
板を収容する分子ビームエピタキシャル成長室、分子ビ
ームガリウム源、活性窒素源、および前記基板を前記の
ガリウム源と窒素源に暴露させて、低温核形成工程と高
温成長工程を含む２工程成長法を用いて膜を蒸着させる
手段、を含む装置。 （１９）ドープしたＧaＮ膜の作製装置であって、所望
の相のＧaＮと整合する適当な格子を有する単結晶基板
を収容する分子ビームエピタキシャル成長室、ガリウム
源、活性窒素源及びアクセプタまたはドナー源、前記基
板の表面に負または正のバイアスをかける手段、および
前記基板を前記のガリウム源、窒素源及びアクセプタま
たはドナー源に暴露して、低温核形成工程と高温成長工
程とを含む２工程成長法を用いて膜を蒸着させる手段、
を含む装置。 （２０）高絶縁性単結晶ＧaＮ薄膜の作製装置であっ
て、膜を蒸着させるべき基板を収容する分子ビームエピ
タキシャル成長室、前記膜の一つの成分の活性種を前記
基板に向かわせるための電子サイクロトロン共鳴マイク
ロ波プラズマ源、および前記膜の別の成分のビームを前
記基板に向けて、前記基板上に前記膜を蒸着させる装
置、を含む装置。 （２１）アクセプタ不純物又はドナー不純物を前記基板
に向かわせる装置、および前記基板に適切に電気的にバ
イアスをかけることによって前記アクセプタ不純物又は
ドナー不純物を前記膜の中に取り込ませる装置をさらに
含む、（２０）に記載の装置。
【００１４】
【好ましい実施例の説明】ＧaＮの意図しないドープは
ＧaＮ格子内の窒素の空孔の形成による。ＧaＮは、上記
方法の処理温度（＞１０００℃）より十分に低い温度で
ある約６５０℃で分解する（かつ窒素を失う）。それ
故、成長法自身が空孔形成のために十分な熱エネルギー
を提供することになる。より低い温度での成長方法で
は、窒素の格子内の空孔の数が減り、ＧaＮ格子に意図
しないｎ形ドープが行なわれるのが阻止され、真性Ｇa
Ｎの形成が達成される。
【００１５】上記の装置を用いると、活性窒素源を利用
して有意的に低い処理温度でＧaＮを形成することがで
きる。ＥＣＲマイクロ波窒素プラズマは好適な活性窒素
源である。２工程加熱法によれば、より低い温度で単結
晶ＧaＮを形成することができる。
【００１６】本発明の半導体デバイスを作製するための
ＥＣＲ-ＭＢＥシステムは図１に示されているものであ
る。ＥＣＲシステム１０は、ＥＣＲシステムが発散口１
２に取り付けられていることによってＭＢＥシステム１
１と一体にされている。ＥＣＲシステムには、マイクロ
波発生器１３、導波器１４、高真空プラズマ室１５及び
２つの電磁石１６、１７が含まれている。２.４３ＧＨz
のマイクロ波をマイクロ波発生器１３で発生させて長
四角形の導波器１４に移送させる。１００〜５００Ｗの
パワーのマイクロ波が導波器１４を通過してプラズマ室
１５に至る。窒素がマスフロー制御器１８を通ってプラ
ズマ室１５に流れ込む。マスフロー制御器１８は調節可
能な一定の流速を維持する。上方の磁石１６は２kＷの
出力供給器（図示せず）により機能し、下方の磁石１７
は５kＷの出力供給器（図示せず）により機能する。こ
のようにして電磁石を配置するとより強力で安定なプラ
ズマが生ずる。
【００１７】上方の電磁石１６は室１５内の自由電子を
サイクロトロン軌道におく。サイクロトロンの振動数は
磁界の強度と電子の電荷-質量比（charge-ｍass rati
o）に依存して変わる。全ての電子がサイクロトロンの
軌道にあると想定されるので、ランダムな動きと衝突で
失われるエネルギーは減る。更に、プラズマは室１５の
中央へ閉じ込められる。磁界は、マイクロ波の振幅の振
動数が電子のサイクロトロン振動数にちょうど等しくな
るように調整される。その後、Ｎ2 をマスフロー制御器
１８を通過させて室内へ導入させ、そして、高エネルギ
ーの電子の衝突によって、高エネルギーの窒素原子と窒
素イオンに分解させる。その後、下方の電磁石１７がイ
オンを発散口１２を通過させて基板１９まで誘導する。
該基板１９は、ＭＢＥシステム１１の成長室２１内の連
続方位回転（continuous azimuthalrotation）（Ｃ.Ａ.
Ｒ.）装置２０上におかれたものである。
【００１８】Ｃ.Ａ.Ｒ.２０を０〜１２０rpm の間で回
転させることができる。ある種の基板上ではＧaＮ膜は
ウルツ鉱型（wurtzitic）構造で成長し、その他の基板
上ではＧaＮ膜はジンクブレンデ型（zincblende）構造
で成長する。このような基板には、例えば、サファイア
（ウルツ鉱型構造のＧaＮ）やＳi（１００）（ジンクブ
レンデ型構造のＧaＮ）がある。ガリウムフラックスは
クヌーセン発散セル２２で発生する。
【００１９】典型的な方法においては、基板１９を６０
０℃の窒素でスパッターエッチングした。基板を２７０
℃まで窒素プラズマの存在下で冷却した。その後、Ｇa
シャッター２３を開いて、始めにＧaＮのバッファ層を
蒸着した。活性窒素源を使用することにより、ＧaＮを
低温で蒸着させることが可能となった。バッファ層は１
０分以上にわたって核形成を可能とし、その後に、Ｇa
シャッター２３を閉めて該膜の核形成を止めた。その後
に、基板を、窒素プラズマの存在下において１５秒毎に
４℃の割合でゆっくりと６００℃にした。窒素の過圧も
窒素空孔の形成を減らすのを助けた。
【００２０】６００℃まで至った後、基板１９を窒素プ
ラズマの存在下において３０分間この温度で保持してＧ
aＮバッファ層を結晶化させた。Ｇa シャッター２３を
もう一度開けて、ＧaＮ単結晶膜を成長させた。膜の厚
さは、理論上は制限はないが、約１μm であった。窒素
圧力とガリウムフラックスは全工程にわたって一定に保
たれている。
【００２１】２工程成長法によれば、バッファ層の核形
成を可能とする。バッファ層は１００〜４００℃の範囲
の温度で成長する。温度が低いために、窒素の空孔が形
成される可能性は低い。温度が６００℃まで上がるにつ
れて、非晶質膜が結晶化する。この２工程法により成長
した膜は１工程法により成長した膜より優れている。
【００２２】図２および図３は、１工程法（図２）と２
工程法（図３）での（１１−２０）サファイアのα面上
に成長したＧaＮ膜のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示
している。図２の約２θ＝３５°における２つのピーク
はＧaＮ結晶が不完全なためである。図３は、よりよい
品質の膜であることを示す単一のピークを示している。
これは、ＧaＮバッファの上に大部分の膜が成長して下
層の基板が見えないためである。ＧaＮの成長層はＧaＮ
バッファ層を "認めて”、その上に該成長層が欠陥なく
成長することができるからである。バッファは唯一のか
なり欠陥のある部分の膜である。
【００２３】既述の方法で成長した膜は室温で抵抗率が
高い（１０10Ω-cm）。この物質の移動度は１０cm2Ｖ-1
ｓ-1であり、真性ＧaＮの理論移動度である３３０Ω-cm
-3に比べて応分な値である。
【００２４】ＧaＮ膜を、荷電状態にある適当な不純物
を組み入れることによってｎ形又はｐ形にドープする。
これは、格子内に荷電不純物を組み入れるのに必要なエ
ネルギーは中性の不純物を組み入れるのに必要なエネル
ギーより低いからである。図４は、荷電アクセプタをＧ
aＮ格子へドープすることを概略的に示したものであ
る。基板１９又はその前に直接おかれたグリッド１９ａ
に正のバイアスをかける。図４は、基板１９とグリッド
１９ａの両方が電圧源に結合していることを示してい
る。本発明を実施する際には、基板１９又はグリッド１
９ａのいずれかに正のバイアスをかけることになるであ
ろう。それ故、電子は基板表面へ引き寄せられ、一方
で、Ｎ+のような陽イオンは反発される。成長方法は、
既述のようにアクセプタ源２４を加えて実施して、Ｇ
a、窒素及びアクセプタを基板の電子で富化した表面に
蒸着させる。アクセプタの原子が表面に近づくにつれ
て、それは電子を帯びて陰の種として格子内へ組み込ま
れる。組み込まれる際のエネルギーは中性のアクセプタ
種と比べて低い。基板又はグリッドに負のバイアスをか
けることを除いては同じようにして、ＧaＮ格子にドナ
ー不純物をドープする。あるいは、基板表面に電子又は
陽イオンを衝突させることによって、荷電表面を作り出
すことができる。電子ガンとイオンガンは、それぞれ、
これらの種の慣用的な源である。
【００２５】適切なアクセプタ種には、例えば、マグネ
シウム、ベリリウム、カルシウムなどがある。適切なド
ナー種には、例えば、シリコン、ゲルマニウム、酸素、
セレン、硫黄などがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体デバイスを作製するための
ＥＣＲアシストＭＢＥ成長室の断面図である。
【図２】１工程法で成長した（１１−２０）サファイア
上のＧaＮ膜のＸ線回折パターンである。
【図３】２工程法で成長した（１１−２０）サファイア
上のＧaＮ膜のＸ線回折パターンである。
【図４】本発明に係るＧaＮ膜をドープする装置の概略
図である。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下記の要素を有する半導体デバイス：基
    板であって、この基板は、（１００）シリコン、（１１
    １）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
    ０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
    １）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
    ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
    ら選択される物質からなる；約２００Å〜約５００Åの
    厚さを有する非単結晶バッファ層であって、このバッフ
    ァ層は前記基板の上に成長した第一の物質を含み、この
    第一の物質は窒化ガリウムを含む；および前記バッファ
    層の上に成長した第一の成長層であって、この第一の成
    長層は窒化ガリウムと第一のドープ物質を含む。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体デバイスであっ
    て、さらに下記の要素を有する半導体デバイス：前記第
    一の成長層の上に成長した第二の成長層であって、この
    第二の成長層は窒化ガリウムと第二のドープ物質を含
    む。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体デバイスであっ
    て、前記バッファ層は第一の温度で成長したものであ
    り、前記第一の成長層は前記第一の温度よりも高い第二
    の温度で成長したものである。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の半導体デバイスであっ
    て、前記第一の温度は約１００℃〜約４００℃の範囲で
    ある。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の半導体デバイスであっ
    て、前記第二の温度は約６００℃〜約９００℃の範囲で
    ある。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の半導体デバイスであっ
    て、前記バッファ層は前記基板を前記第一の温度におい
    て約３〜約１５分間、ガリウムと窒素に曝露することに
    よって成長したものである。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の半導体デバイスであっ
    て、前記第一のドープ物質はドナーである。
  8. 【請求項８】 下記の要素を有する半導体デバイス：基
    板であって、この基板は、（１００）シリコン、（１１
    １）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
    ０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
    １）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
    ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
    ら選択される物質からなる；非単結晶バッファ層であっ
    て、このバッファ層は前記基板の上に成長した第一の物
    質を含み、この第一の物質は窒化ガリウムを含む；前記
    バッファ層の上に成長した第一の成長層であって、この
    第一の成長層は窒化ガリウムとアクセプタのドープ物質
    を含む；および前記第一の成長層の上に成長した第二の
    成長層であって、この第二の成長層は窒化ガリウムとド
    ナーのドープ物質を含む。
  9. 【請求項９】 下記の要素を有する半導体デバイス：基
    板であって、この基板は、（１００）シリコン、（１１
    １）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
    ０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
    １）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
    ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
    ら選択される物質からなる；非単結晶バッファ層であっ
    て、このバッファ層は前記基板の上に成長した第一の物
    質を含み、この第一の物質は窒化ガリウムを含む；前記
    バッファ層の上に成長した第一の成長層であって、この
    第一の成長層は窒化ガリウムと第一のドープ物質を含
    む；および前記第一の成長層の上に成長した第二の成長
    層であって、この第二の成長層は窒化ガリウムと第二の
    ドープ物質を含む；そして前記第一の成長層は第一の導
    電性型のものであり、前記第二の成長層は反対の導電性
    型のものである。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の半導体デバイスであ
    って、前記第一の導電性型はｎ型である。
  11. 【請求項１１】 下記の要素を有する半導体デバイス：
    基板であって、この基板は、（１００）シリコン、（１
    １１）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
    ０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
    １）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
    ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
    ら選択される物質からなる；非単結晶バッファ層であっ
    て、このバッファ層は前記基板の上に成長した第一の物
    質を含み、この第一の物質は窒化ガリウムを含む；およ
    び前記バッファ層の上に成長した第一の成長層であっ
    て、この第一の成長層は窒化ガリウムと第一のドープ物
    質を含む；そして前記バッファ層は再結晶した部分的に
    非晶質の層である。
  12. 【請求項１２】 請求項３に記載の半導体デバイスであ
    って、前記バッファ層は再結晶した部分的に非晶質の層
    である。
  13. 【請求項１３】 下記の要素を有する半導体デバイス：
    基板であって、この基板は、（１００）シリコン、（１
    １１）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
    ０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
    １）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
    ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
    ら選択される物質からなる；非単結晶バッファ層であっ
    て、このバッファ層は前記基板の上に成長した第一の物
    質を含み、この第一の物質は窒化ガリウムを含む；およ
    び前記バッファ層の上に成長した窒化ガリウム層。
  14. 【請求項１４】 下記の要素を有する、活性化したｐ型
    層を有する半導体デバイス：基板であって、この基板
    は、（１００）シリコン、（１１１）シリコン、（００
    ０１）サファイア、（１１−２０）サファイア、（１−
    １０２）サファイア、（１１１）ヒ化ガリウム、（１０
    ０）ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、およ
    び炭化シリコンからなる群から選択される物質からな
    る；約２００Å〜約５００Åの厚さを有する非単結晶バ
    ッファ層であって、このバッファ層は前記基板の上に成
    長した第一の物質を含み、この第一の物質は窒化ガリウ
    ムを含む；および活性化したｐ型の成長層であって、こ
    の成長層は窒化ガリウムと成長後の活性化工程を使用せ
    ずに形成されたアクセプタのドープ物質とを含む。
  15. 【請求項１５】 下記の要素を有する半導体デバイス：
    基板であって、この基板は、（１００）シリコン、（１
    １１）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
    ０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
    １）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
    ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
    ら選択される物質からなる；前記基板の上に成長した約
    ２００Å〜約５００Åの厚さを有する非単結晶バッファ
    層であって、このバッファ層は分子ビームエピタキシャ
    ル成長室内で分子状III族元素源と活性化した窒素源か
    ら約１００℃〜約４００℃の温度で成長したIII族元素
    の窒化物を含む第一の物質を含む；および前記バッファ
    層の上に成長した第一の成長層であって、この成長層は
    窒化ガリウムと第一のドープ物質を含み、前記第一の成
    長層は分子ビームエピタキシャル成長室内で分子状ガリ
    ウム源と活性化した窒素源から少なくとも約６００℃の
    温度で成長したものである。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の半導体デバイスで
    あって、前記III族元素の窒化物は窒化ガリウムであ
    る。
  17. 【請求項１７】 下記の要素を有する半導体デバイス：
    基板であって、この基板は、（１００）シリコン、（１
    １１）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
    ０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
    １）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
    ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
    ら選択される物質からなる；第一の厚さを有する非単結
    晶バッファ層であって、このバッファ層は前記基板の上
    に成長した第一の物質を含み、この第一の物質は窒化ガ
    リウムを含む；および前記バッファ層の上に成長した第
    二の厚さを有する成長層であって、前記第二の厚さは前
    記第一の厚さよりも少なくとも１０倍の厚さであり、前
    記成長層は窒化ガリウムと第一のドープ物質を含む。
  18. 【請求項１８】 下記の要素を有する半導体デバイス：
    基板であって、この基板は、（１００）シリコン、（１
    １１）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
    ０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
    １）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
    ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
    ら選択される物質からなる；非単結晶バッファ層であっ
    て、このバッファ層は前記基板の上に成長した第一の物
    質を含み、この第一の物質は窒化ガリウムを含む；およ
    び前記バッファ層の上に成長した成長層であって、この
    成長層は窒化ガリウムと第一のドープ物質を含む。
  19. 【請求項１９】 下記の要素を有する、活性化したｐ型
    層を有する半導体デバイス：基板であって、この基板
    は、（１００）シリコン、（１１１）シリコン、（００
    ０１）サファイア、（１１−２０）サファイア、（１−
    １０２）サファイア、（１１１）ヒ化ガリウム、（１０
    ０）ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、およ
    び炭化シリコンからなる群から選択される物質からな
    る；非単結晶バッファ層であって、このバッファ層は前
    記基板の上に成長した物質を含み、この物質は窒化ガリ
    ウムを含む；および活性化したｐ型の成長層であって、
    この成長層は窒化ガリウムと成長後の活性化工程を使用
    せずに形成されたドープ物質とを含む。
  20. 【請求項２０】 下記の要素を有する半導体デバイス：
    基板であって、この基板は、（１００）シリコン、（１
    １１）シリコン、（０００１）サファイア、（１１−２
    ０）サファイア、（１−１０２）サファイア、（１１
    １）ヒ化ガリウム、（１００）ヒ化ガリウム、酸化マグ
    ネシウム、酸化亜鉛、および炭化シリコンからなる群か
    ら選択される物質からなる；前記基板の上に成長した非
    単結晶バッファ層であって、このバッファ層は分子ビー
    ムエピタキシャル成長室内で分子状III族元素源と活性
    化した窒素源から約１００℃〜約４００℃の温度で成長
    したIII族元素の窒化物を含む物質を含む；および前記
    バッファ層の上に成長した成長層であって、この成長層
    は窒化ガリウムと第一のドープ物質を含み、前記成長層
    は分子ビームエピタキシャル成長室内で分子状ガリウム
    源と活性化した窒素源から少なくとも約６００℃の温度
    で成長したものである。
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