JP2004014674A - 半導体構造 - Google Patents
半導体構造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004014674A JP2004014674A JP2002164018A JP2002164018A JP2004014674A JP 2004014674 A JP2004014674 A JP 2004014674A JP 2002164018 A JP2002164018 A JP 2002164018A JP 2002164018 A JP2002164018 A JP 2002164018A JP 2004014674 A JP2004014674 A JP 2004014674A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- layer
- intermediate layer
- dislocation density
- crystal layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
【課題】均一に転位密度を減少させた高純度の半導体の結晶を、従来より容易に製造できるようにする。
【解決手段】サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１０１上に形成された低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１０２と、緩衝層１０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層１０３と、下部結晶層１０３上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１０４ａを備えた中間層１０４と、中間層１０４上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる上部結晶層１０５とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１０１上に形成された低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１０２と、緩衝層１０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層１０３と、下部結晶層１０３上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１０４ａを備えた中間層１０４と、中間層１０４上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる上部結晶層１０５とを備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体などの結晶層を有する半導体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体は、遠赤外〜紫外領域の発光デバイスや高温・高出力・高周波電子デバイスなど、多岐にわたって用いられている。また、窒化物半導体は、砒素や燐を含まないことから耐環境性に優れた特長も持ち合わせる。
このように優れた特性を有する窒化物半導体であるが、結晶成長を行う際の基板となる材料との格子不整合が大きく、通常の結晶成長方法では、１０９から１０１０ｃｍ−２のオーダーで貫通転位が存在する。
【０００３】
この転位は、作製したデバイスの特性を劣化させることが良く知られている。例えば、レーザーの短寿命化や、デバイスのリーク電流の増大・低耐圧化などである。また、転位の存在によって、不純物の拡散あるいは偏析が促進されることもある。したがって、窒化物半導体中の転位密度を減少させることは、窒化物半導体を用いたデバイス特性の向上や、転位の影響によりこれまで達成できなかったデバイスの実現、結晶構造作製の制御性を高める上で、非常に重要な技術である。
【０００４】
結晶成長した窒化物半導体中の転位密度を低減する技術として、つぎに示すような手法が提案されている。
まず、ＥＬＯ法やＥＬＯＧ法と呼ばれる製造方法がある（文献１：Ａ．Ｕｓｕｉ，Ｈ．Ｓｕｎａｋａｗａ，Ａ．Ｓａｋａｉ，ａｎｄ ａ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｐａｒｔ ２３６，Ｌ８９９（１９９７）、文献２：Ｏ．Ｎａｍ，Ｍ．Ｂｒｅｍｓｅｒ，Ｔ．Ｓ．Ｚｈｅｌｅｖａ，ａｎｄ Ｒ．Ｆ．Ｄａｖｉｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７１，２６３８（１９９７）、文献３：Ｄ．Ｋａｐｏｌｎｅｋ，Ｓ．Ｋｅｌｌｅｒ，Ｒ．Ｖｅｔｕｒｙ，Ｒ．Ｄ．Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ，Ｐ．Ｋｏｚｏｄｏｙ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，ａｎｄ Ｕ．Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７１，１２０４（１９９７））。これは、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｗなどの金属や絶縁材料からなるストライプ状のマスクを用いた選択成長により、横方向成長を促進させて転位の伝播方向を曲げ、ある線上に集結させる方法である。
【０００５】
また、ストライプ状の基板上に成長を行い、ストライプ部の頂上部からの横方向成長を促進させる、あるいは、溝部分の斜め成長部を利用することにより、転位の伝播方向を曲げ、ある一点に集結させて窒化物半導体を形成する方法もある（文献４：Ｔ．Ｓ．Ｚｈｅｌｅｖａ，Ｓ．Ａ．Ｓｍｉｔｈ，Ｄ．Ｂ．Ｔｈｏｍｓｏｎ，Ｔ．Ｇｅｈｒｋｅ，Ｋ．Ｊ．Ｌｉｎｔｈｉｃｕｍ，Ｐ．Ｒａｊａｇｏｐａｌ，Ｅ．Ｃａｒｌｓｏｎ，Ｗ．Ｍ．Ａｓｈｍａｗｉ，ａｎｄ Ｒ．Ｆ．Ｄａｖｉｓ，ＭＲＳ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｊ．Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．４Ｓ１，Ｇ３．３８．（１９９９））。
【０００６】
また、基板表面あるいは結晶成長中に成長を中断した面にＳｉ原子を供給し、付着したＳｉの界面不活性化（アンチサーファクタント）効果を利用し、転位の伝播方向を曲げ、窒化物半導体結晶の成長面に転位網を作製する方法がある（文献５：Ｓ．Ｔａｎａｋａ，Ｍ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，ａｎｄ Ｙ．Ａｏｙａｇｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３９，Ｌ８３１（２０００）、文献６：Ｔ．Ｗａｎｇ，Ｙ．Ｍｏｒｉｓｈｉｍａ，Ｎ．Ｎａｏｉ，ａｎｄ Ｓ．Ｓａｋａｉ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２１３，１８８（２０００））。
【０００７】
また、高温（一般に１０００℃から１１００℃）の堆積と、比較的低温（４００℃から９５０℃）の堆積とを繰り返して数層形成することで、結晶成長した窒化物半導体の転位の伝播を抑える方法が提案されている（文献７：Ｍ．Ｉｗａｙａ，Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ｓ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｃ．Ｗｅｔｚｅｌ，Ｈ．Ａｍａｎｏ，ａｎｄ Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ，Ｊｐｍ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｐａｒｔ ２３７，Ｌ３１６（１９９８）、文献８：Ｍ．Ｂｅｎａｍａｒａ，Ｚ．Ｌ．−Ｗｅｂｅｒ，Ｓ．Ｋｅｌｌｅｒｍａｎｎ，Ｗ．Ｓｗｉｄｅｒ，Ｊ．Ｗａｓｈｂｕｒｎ，Ｊ．Ｍａｚｕｒ，Ｅ．Ｄ．Ｂ．−Ｃｏｕｒｃｈｅｓｎｅ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２１８，４４７（２０００））。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したいずれの方法も、１０７ｃｍ−２まで転位密度を低減することができるが、作製した結晶あるいは作製方法に問題があった。
例えば、文献１，２，３に示された方法では、転位をある一部分に集結させる方法であるため、転位密度の疎密がストライプパターンと同周期で発生する。このため、この方法では、転位密度の低い領域は限られており、得られた窒化物半導体の結晶では多くの利用できない領域、つまり無駄が発生し、また、デバイス構造も制限されるため、産業上好ましくない。これは、文献４に示された方法でも同様である。
【０００９】
一方、文献５，６に示された方法では、上述した方法とは異なり、基板上で平均的に転位密度を減少することができる。この方法では、Ｓｉ原子を１モノレイヤー程度供給することで、アンチサーファクタント効果を出している。なお、アンモニアを同時供給する場合もある。Ｓｉは、半導体表面で化学的に結合するが、化学量論的組成とはならない。また、Ｓｉ−Ｓｉ結合も多量に形成されるため、高温成長中Ｓｉが結晶成長方向に拡散・偏析してしまう。このために、結晶中にＳｉが不純物として取り込まれる。Ｓｉは、窒化物半導体中ではｎ型の不純物として作用する働きがあり、作製した半導体結晶には高濃度のｎ型領域が含まれることになる。
【００１０】
このような結晶を利用してデバイスを作製する場合、まず、ｐ形の不純物層を作製することが困難となる。また、ｎ形不純物層の影響を無くすために厚膜成長しなければならず、加えて、厚膜成長する際に結晶が割れてクラックが入るという問題が発生する。また、高濃度のｎ形不純物層は、高周波（電子や正孔を高速にやり取りする）デバイスに不適切であるなど、数々の問題がある。
【００１１】
また、文献７，８に示された方法では螺旋転位は減少するが、刃状転位が増加する問題がある。また、結晶成長中に温度の昇降温を繰り返さなければならず、製造するときの時間のロスが大きく、産業上好ましくない。また、結晶構造が複雑になるためクラックが発生するという問題が発生する。
以上に説明したように、従来では、半導体構造の一部を構成する例えば窒化ガリウムなどから構成された半導体層を、均一に転位の少ない状態の結晶状態とすることが容易ではなかった。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、均一に転位密度を減少させた高純度の半導体の結晶を、従来より容易に製造できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体構造は、結晶構造を有する基板と、この基板の上に形成された絶縁体からなり一部に開口部を備えた中間層と、この中間の層の上に形成された半導体からなる結晶層とを備えたものであり、結晶層は、開口部に露出した基板の表面より結晶成長したものである。
この半導体構造では、結晶層は、中間層の開口部に露出した基板表面より結晶成長し、中間層上では横方向に成長することで形成されたものとなっている。
【００１４】
上記半導体構造において、結晶層は、窒化インジウム，窒化ガリウム，窒化アルミニウム，窒化ホウ素のいずれかもしくはこれらを含む３元混晶，４元混晶，５元混晶の何れかから構成されたものである。
【００１５】
また、本発明の他の形態にかかる半導体構造は、結晶構造を有する基板と、この基板上に形成された半導体の結晶からなる下部結晶層と、この下部結晶層の上に形成された絶縁体からなり一部に開口部を備えた中間層と、この中間の層の上に形成された半導体からなる上部結晶層とを備えたものであり、上部結晶層は、開口部に露出した下部結晶層の表面より結晶成長したものである。
この半導体構造では、上部結晶層は、中間層の開口部に露出した下部結晶層の表面より結晶成長し、中間層上では横方向に成長することで形成されたものとなっている。
【００１６】
上記半導体構造において、下部結晶層は、窒化インジウム，窒化ガリウム，窒化アルミニウム，窒化ホウ素のいずれかもしくはこれらを含む３元混晶，４元混晶，５元混晶の何れかから構成されたものである。また、上部結晶層は、窒化インジウム，窒化ガリウム，窒化アルミニウム，窒化ホウ素のいずれかもしくはこれらを含む３元混晶，４元混晶，５元混晶の何れかから構成されたものである。
【００１７】
上記半導体構造において、基板は、シリコン，酸化アルミニウム，炭化シリコンの何れかから構成されたものであればよく、また、中間層は、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３の何れかから構成されたものであればよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
＜実施の形態１＞
はじめに、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（Ａｌ２Ｏ３：酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１０１上と、基板１０１上に低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１０２と、緩衝層１０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層１０３と、下部結晶層１０３上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１０４ａを有する中間層１０４と、中間層１０４上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる上部結晶層１０５とを備えている。なお、開口部１０４ａは、１つに限らず、複数あってもよい。
【００１９】
中間層１０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．２５ｎｍ程度に形成した。なお、窒化ガリウムからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層１０５は、中間層１０４の開口部１０４ａ内に露出している下部結晶層１０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層１０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件や、中間層１０４の上に結晶成長するＧａＮの成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００２０】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる上部結晶層１０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果と、Ｓｉなどの不純物深さ方向濃度プロファイルを調べるための２次イオンマススペクトロスコーピー（ＳＩＭＳ）による測定結果とを示す。
図２は、Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４の膜厚を変えた時の、上部結晶層１０５のＧａＮ（１０−１０）からのＸ線非対称反射スペクトルを示す特性図である。図２から、Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４の膜厚の増加とともに、ピークの反値幅（ＦＷＨＭ）が減少していくことが分かる。
【００２１】
図３は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１０５のＧａＮ（１０−１０）からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４を形成しない場合、ＧａＮのＦＷＨＭは０．２２程度であり、このときの転位密度は１×１０９ｃｍ−２程度である。これに対し、Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４を膜厚０．２ｎｍに形成した場合、上部結晶層１０５のＦＷＨＭは０．０５７程度であり、このときの転位密度は１×１０８ｃｍ−２となり大幅に減少している。また、Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４を膜厚０．５ｎｍに形成した場合、上部結晶層１０５のＦＷＨＭは０．０３程度であり、このときの転位密度は３×１０７ｃｍ−２となりより減少している。
【００２２】
図４は、従来技術（文献５，６）に示された方法によって作製したＧａＮの結晶層中のＳｉのＳＩＭＳプロファイルを示す特性図である。図４中において、「Ｓｉ中間層」により示すピークの部分は、１０２１個程度Ｓｉが存在する深さが約５μｍ程度のＳｉアンチサーファクタント層である。この層は本来１モノレーヤー程度の厚さであるが、図４に示すように、下地基板との結合が弱いため、１〜２μｍにわたって１０１９ｃｍ−３のオーダーで再成長層に拡散あるいは偏析している。この層は、高濃度のｎ形不純物層となるため問題となる。
【００２３】
図５に、図１に示すように、Ｓｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１０４ａを備えた中間層１０４を挿入し、この上に結晶成長して作製したＧａＮからなる上部結晶層１０５の中のＳｉのＳＩＭＳプロファイルを示す。図４の中において、深さ（Ｄｅｐｔｈ）が約３．８μｍの位置に１０２１個程度Ｓｉが存在するピークとして示される部分が、中間層１０４を示す。図５に示されるスペクトルより明らかなように、上部結晶層１０５へのＳｉの拡散あるいは偏析は見られない。上部結晶層１０５の領域中に示されるＳｉの不純物濃度は、ＳＩＭＳ分析の測定限界である。
【００２４】
このように、図１に示す半導体構造としたことにより、中間層１０４の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる上部結晶層１０５は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１０４は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１０４よりＳｉ等の不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。
【００２５】
例えば、文献５，６に示されている従来の方法では、電子濃度と電子の移動度は、１×１０１８ｃｍ−３，１７０ｃｍ２／Ｖｓであったが、図１に示す半導体構造によれば、電子濃度と電子の移動度は、各々５×１０１７ｃｍ−３，３００ｃｍ２／Ｖｓとなり、低電子濃度においても良好な性質を示していることが分かる。また、前述したように、上部結晶層１０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１に示す半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できるものとなっている。
【００２６】
以下、本実施の形態における半導体構造を用いた半導体装置の構成例について説明する。図１に示す半導体構造は、例えば半導体レーザに適用することができる。図１に示す上部結晶層１０５上に、まず、ｎ形のＧａＮ電極引き出し層，ｎ形のＧａＡｌＮ層，ｎ形のＧａＮ層，ＧａＩｎＮ活性層，ｐ形のＧａＮ層，ｐ形のＧａＡｌＮ層，ｐ形のＧａＮ電極形成層を順次結晶成長させ、ＧａＮ電極引き出し層が露出するまで一部をエッチング除去し、露出したｎ形のＧａＮ電極引き出し層にｎ形電極を形成し、ｐ型のＧａＮ電極形成層にｐ形電極を形成することで、ＧａＩｎＮ活性層よりレーザ発振する半導体レーザとすることができる。なお、ｎ形の層は、不純物としてＳｉを添加すればよく、ｐ形の層は、不純物としてＭｇを添加すればよい。
【００２７】
また、図１に示す半導体構造は、ｐｎｐもしくはｎｐｎ構造のトランジスタに適用することもできる。例えば、図１に示す上部結晶層１０５上に、まず、ｐ形のＧａＮコレクタ電極引き出し層，ｐ形のＧａＡｌＮコレクタ層，ｎ形のＧａＮベース層，ｐ形のＧａＡｌＮエミッタ層，ｐ形のＧａＮエミッタ電極形成層を順次結晶成長させ、コレクタ電極引き出し層およびベース層の各々が露出するまで一部をエッチング除去し、露出させたコレクタ電極引き出し層にコレクタ電極を形成し、露出させたベース層にベース電極を形成し、エミッタ電極形成層にエミッタ電極を形成することで、ｐｎｐ構造のトランジスタとすることができる。
【００２８】
＜実施の形態２＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図６は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板６０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層６０２と、緩衝層６０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層６０３と、下部結晶層６０３上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部６０４ａを備えた中間層６０４と、中間層６０４上に高温で気相成長させた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる上部結晶層６０５とを備えている。
【００２９】
中間層６０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、窒化ガリウムからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。また、ＡｌＮからなる上部結晶層６０５も、よく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層６０５は、中間層６０４の開口部６０４ａ内に露出している下部結晶層６０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層６０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層６０４の上に結晶成長する上部結晶層６０５の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００３０】
以下、結晶成長させたＡｌＮからなる上部結晶層６０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図７は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層６０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．４９程度であり、このときの転位密度は８×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００３１】
このように、図６に示す半導体構造としたことにより、中間層６０４の上に結晶成長させたＡｌＮ結晶からなる上部結晶層６０５は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層６０４は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層６０４よりＳｉ等の不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層６０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図６に示す半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化アルミニウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００３２】
＜実施の形態３＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図８は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板８０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層８０２と、緩衝層８０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる結晶層８０３と、結晶層８０３上に形成されたＡｌＮからなる下部結晶層８０４と、下部結晶層８０４上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部８０５ａを備えた中間層８０５と、中間層８０５上に高温で気相成長させたＧａＮからなる上部結晶層８０６とを備えている。
【００３３】
中間層８０５は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、窒化ガリウムからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。また、ＡｌＮからなる下部結晶層８０４も、よく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層８０６は、中間層８０５の開口部８０５ａ内に露出している下部結晶層８０４の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層８０５を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層８０５の上に結晶成長する上部結晶層８０６の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００３４】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる上部結晶層８０６の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図９は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層８０６からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．３４程度であり、このときの転位密度は４×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００３５】
このように、図８に示す半導体構造としたことにより、中間層８０５の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる上部結晶層８０６は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層８０５は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層８０５よりＳｉ等の不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層８０６は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図８に示す半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００３６】
＜実施の形態４＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１０は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１００１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１００２と、緩衝層１００２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる結晶層１００３と、結晶層１００３上に形成されたＡｌＮからなる下部結晶層１００４と、下部結晶層１００４上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１００５ａを備えた中間層１００５と、中間層１００５上に高温で気相成長させたＡｌＮからなる上部結晶層１００６とを備えている。
【００３７】
中間層１００５は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、窒化ガリウムからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。また、ＡｌＮからなる下部結晶層１００４及び上部結晶層１００６も、よく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層１００６は、中間層１００５の開口部１００５ａ内に露出している下部結晶層１００４の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層１００５を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層１００５の上に結晶成長する上部結晶層１００６の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００３８】
以下、結晶成長させたＡｌＮからなる上部結晶層１００６の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１１は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１００６からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．４２程度であり、このときの転位密度は６×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００３９】
このように、図１０に示す半導体構造としたことにより、中間層１００５の上に結晶成長させたＡｌＮ結晶からなる上部結晶層１００６は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１００５は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１００５よりＳｉなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層１００６は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１０の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化アルミニウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００４０】
＜実施の形態５＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１２は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１２０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１２０２と、緩衝層１２０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層１２０３と、下部結晶層１２０３上に形成されたＳｉＯ２からなり一部に開口部１２０４ａを備えた中間層１２０４と、中間層１２０４上に高温で気相成長させたＧａＮからなる上部結晶層１２０５とを備えている。
【００４１】
中間層１２０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．２ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層１２０５は、中間層１２０４の開口部１２０４ａ内に露出している下部結晶層１２０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、ＳｉＯ２を堆積して中間層１２０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、ＳｉＯ２の堆積条件、及び中間層１２０４の上に結晶成長する上部結晶層１２０５の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００４２】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる上部結晶層１２０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１３は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１２０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．３程度であり、このときの転位密度は３×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００４３】
このように、図１２に示す半導体構造としたことにより、中間層１２０４の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる上部結晶層１２０５は、転位密度が１０７ｃｍ− ２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１２０４は、スパッタ法などによりＳｉＯ２を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１２０４よりＳｉやＯなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層１２０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１２の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００４４】
＜実施の形態６＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１４は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１４０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１４０２と、緩衝層１４０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層１４０３と、下部結晶層１４０３上に形成されたＡｌ２Ｏ３からなり一部に開口部１４０４ａを備えた中間層１４０４と、中間層１４０４上に高温で気相成長させたＧａＮからなる上部結晶層１４０５とを備えている。
【００４５】
中間層１４０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚１．５ｎｍ程度に形成した。この場合、中間層１４０４を構成するＡｌ２Ｏ３は、結晶構造とはならない。なお、中間層１４０４は、他の気相成長法により形成してもよく、例えば、有機金属気相成長法により形成すれば、結晶構造のＡｌ２Ｏ３から構成されることになる。
なお、ＧａＮからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層１４０５は、中間層１４０４の開口部１４０４ａ内に露出している下部結晶層１４０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ａｌ２Ｏ３を堆積して中間層１４０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ａｌ２Ｏ３の堆積条件、及び中間層１４０４の上に結晶成長する上部結晶層１４０５の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００４６】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる上部結晶層１４０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１５は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１４０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．５程度であり、このときの転位密度は９×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００４７】
このように、図１４に示す半導体構造としたことにより、中間層１４０４の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる上部結晶層１４０５は、転位密度が１０７ｃｍ− ２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１４０４は、スパッタ法などによりＡｌ２Ｏ３を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１４０４より酸素などの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層１４０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１４の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００４８】
＜実施の形態７＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１６は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１６０１上に、Ｓｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１６０２ａを備えた中間層１６０２と、中間層１６０２上に高温で気相成長させたＧａＮからなる結晶層１６０３とを備えている。
【００４９】
中間層１６０２は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる結晶層１６０３は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。結晶層１６０３は、中間層１６０２の開口部１６０２ａ内に露出している基板１６０１の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層１６０２を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層１６０２の上に結晶成長する結晶層１６０３の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００５０】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる結晶層１６０３の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１７は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層１６０３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．５程度であり、このときの転位密度は９×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００５１】
このように、図１６に示す半導体構造としたことにより、中間層１６０２の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる結晶層１６０３は、転位密度が１０７ｃｍ− ２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１６０２は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１６０２よりＳｉなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、結晶層１６０３は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１６の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００５２】
＜実施の形態８＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１８は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、炭化シリコン（ＳｉＣ）の結晶からなる基板１８０１上に、Ｓｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１８０２ａを備えた中間層１８０２と、中間層１８０２上に高温で気相成長させたＧａＮからなる結晶層１８０３とを備えている。
【００５３】
中間層１８０２は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる結晶層１８０３は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。結晶層１８０３は、中間層１８０２の開口部１８０２ａ内に露出している基板１８０１の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層１８０２を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層１８０２の上に結晶成長する結晶層１８０３の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００５４】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる結晶層１８０３の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１９は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層１８０３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．５程度であり、このときの転位密度は９×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００５５】
このように、図１８に示す半導体構造としたことにより、中間層１８０２の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる結晶層１８０３は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１８０２は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１８０２よりＳｉなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、結晶層１８０３は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１８の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００５６】
＜実施の形態９＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図２０は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、シリコンの結晶からなる基板２００１上に、Ｓｉ３Ｎ４からなり一部に開口部２００２ａを備えた中間層２００２と、中間層２００２上に高温で気相成長させたＧａＮからなる結晶層２００３とを備えている。
【００５７】
中間層２００２は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる結晶層２００３は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。結晶層２００３は、中間層２００２の開口部２００２ａ内に露出している基板２００１の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層２００２を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層２００２の上に結晶成長する結晶層２００３の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００５８】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる結晶層２００３の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図２１は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層２００３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．３８程度であり、このときの転位密度は５×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００５９】
このように、図２０に示す半導体構造としたことにより、中間層２００２の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる結晶層２００３は、転位密度が１０７ｃｍ− ２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層２００２は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層２００２よりＳｉなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、結晶層２００３は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図２０の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００６０】
＜実施の形態１０＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図２２は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板２２０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層２２０２と、緩衝層２２０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層２２０３と、下部結晶層２２０３上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部２２０４ａを備えた中間層２２０４と、中間層２２０４上に高温で気相成長させたインジウムとガリウムと窒素とからなる三元系の化合物半導体（ＩｎＧａＮ）の結晶からなる上部結晶層２２０５とを備えている。
【００６１】
中間層２２０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。また、ＩｎＧａＮからなる上部結晶層２２０５も、よく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層２２０５は、中間層２２０４の開口部２２０４ａ内に露出している下部結晶層２２０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層２２０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層２２０４の上に結晶成長する上部結晶層２２０５の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００６２】
以下、結晶成長させたＩｎＧａＮからなる上部結晶層２２０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図２３は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層２２０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．５程度であり、このときの転位密度は９×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００６３】
このように、図２２に示す半導体構造としたことにより、中間層２２０４の上に結晶成長させたＩｎＧａＮの結晶からなる上部結晶層２２０５は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層２２０４は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層２２０４よりＳｉ等の不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層２２０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図２２に示す半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度のＩｎＧａＮの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００６４】
以上説明したように、本発明では、例えば窒化物半導体などの結晶基板上に、絶縁体からなる中間層を開口部が形成された状態、言い換えると被覆率が１よりも小さい値に中間層を形成し、これらを成長基板として半導体の層を結晶成長した。絶縁体からなる中間層の上には、例えば有機金属気相法により結晶層を形成しているとき、中間層上には原料の付着係数が小さいため結晶の核の形成が起こらず、結晶成長が起きない。結晶成長は、中間層の設けた開口部に露出した中間層下の層のみから起こるようにした。
【００６５】
ここで、結晶成長をしようとする面は、大部分が中間層により被覆され、結晶は横方向にも成長する。この時、転位の伝播方向が曲げられ、結晶成長方向に転位は伝播しない。このために、中間層上に成長する結晶層においては、転位密度が減少する。また、中間層上に形成する結晶層は、必ずしも中間層下の層における結晶の情報を引き継がない。このため、本発明の構成では、中間層を形成しておく基板を選ばない。
【００６６】
ところで、中間層の上に窒化ガリウムなどを結晶成長する場合、有機金属気相成長法によれば、基板（中間層）には、９００〜１１００℃もの高温が加えられる。ここで、実質的に化学量論的組成の結合が非常に強い絶縁体から構成された中間層を用いるようにすれば、高温である結晶成長温度においてもこれらが分解することが起きにくく、中間層を構成する物質（原子）が他の結晶層に拡散・偏析することが起きにくい。
【００６７】
残留不純物が少なく転位密度が低い結晶の形成が実現したことにより、本発明の半導体構造では、結晶層の電気的特性も向上している。また、基板全体で均一に転位密度を減少することが可能であるため、産業上非常に有効な方法である。また、転位密度の減少にともない結晶性の向上も見込まれるため、デバイス特性の向上や新デバイスの実現など多岐にわたり波及効果が期待される。
【００６８】
なお、前述した実施の形態では、中間層に、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３のいずれかを用いるようにしたが、これに限るものではない。結晶成長をさせようとする物質の付着係数が小さく、結晶の核の形成が起きにくい絶縁体であれば、中間層に用いることが可能である。また、あまり高温にすることなく所望の半導体層を形成できる場合、中間層が完全に化学量論的組成となっている必要はない。
また、前述では、結晶層（下部結晶層，上部結晶層）として、窒化ガリウムと窒化アルミニウムの場合を例にして説明したが、これに限るものではなく、窒化インジウムや窒化ホウ素の結晶層や、これらの３元系混晶，４元系混晶，５元系混晶の結晶層を形成する場合についても同様である。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結晶層は、中間層の開口部に露出した基板表面より結晶成長し、中間層上では横方向に成長することで形成されたものとなっているので、半導体構造が、均一に転位密度を減少させた高純度の半導体の結晶を、従来より容易に製造できるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図２】Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４の膜厚を変えた時の上部結晶層１０５であるＧａＮ（１０−１０）からのＸ線非対称反射スペクトルを示す特性図である。
【図３】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１０５のＧａＮ（１０−１０）からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図４】従来技術による作製方法によって作製したＧａＮ中のＳｉのＳＩＭＳプロファイルである。
【図５】Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層を挿入して作製したＧａＮ中のＳｉのＳＩＭＳプロファイルである。
【図６】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図７】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層６０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図８】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図９】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層８０６からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１０】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１１】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１００６からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１２】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１３】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１２０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１４】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１５】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１４０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１６】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１７】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層１６０３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１８】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１９】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層１８０３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図２０】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図２１】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層２００３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図２２】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図２３】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層２２０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【符号の説明】
１０１…基板、１０２…緩衝層、１０３…下部結晶層、１０４…中間層、１０４ａ…開口部、１０５…上部結晶層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体などの結晶層を有する半導体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体は、遠赤外〜紫外領域の発光デバイスや高温・高出力・高周波電子デバイスなど、多岐にわたって用いられている。また、窒化物半導体は、砒素や燐を含まないことから耐環境性に優れた特長も持ち合わせる。
このように優れた特性を有する窒化物半導体であるが、結晶成長を行う際の基板となる材料との格子不整合が大きく、通常の結晶成長方法では、１０９から１０１０ｃｍ−２のオーダーで貫通転位が存在する。
【０００３】
この転位は、作製したデバイスの特性を劣化させることが良く知られている。例えば、レーザーの短寿命化や、デバイスのリーク電流の増大・低耐圧化などである。また、転位の存在によって、不純物の拡散あるいは偏析が促進されることもある。したがって、窒化物半導体中の転位密度を減少させることは、窒化物半導体を用いたデバイス特性の向上や、転位の影響によりこれまで達成できなかったデバイスの実現、結晶構造作製の制御性を高める上で、非常に重要な技術である。
【０００４】
結晶成長した窒化物半導体中の転位密度を低減する技術として、つぎに示すような手法が提案されている。
まず、ＥＬＯ法やＥＬＯＧ法と呼ばれる製造方法がある（文献１：Ａ．Ｕｓｕｉ，Ｈ．Ｓｕｎａｋａｗａ，Ａ．Ｓａｋａｉ，ａｎｄ ａ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｐａｒｔ ２３６，Ｌ８９９（１９９７）、文献２：Ｏ．Ｎａｍ，Ｍ．Ｂｒｅｍｓｅｒ，Ｔ．Ｓ．Ｚｈｅｌｅｖａ，ａｎｄ Ｒ．Ｆ．Ｄａｖｉｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７１，２６３８（１９９７）、文献３：Ｄ．Ｋａｐｏｌｎｅｋ，Ｓ．Ｋｅｌｌｅｒ，Ｒ．Ｖｅｔｕｒｙ，Ｒ．Ｄ．Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ，Ｐ．Ｋｏｚｏｄｏｙ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，ａｎｄ Ｕ．Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７１，１２０４（１９９７））。これは、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｗなどの金属や絶縁材料からなるストライプ状のマスクを用いた選択成長により、横方向成長を促進させて転位の伝播方向を曲げ、ある線上に集結させる方法である。
【０００５】
また、ストライプ状の基板上に成長を行い、ストライプ部の頂上部からの横方向成長を促進させる、あるいは、溝部分の斜め成長部を利用することにより、転位の伝播方向を曲げ、ある一点に集結させて窒化物半導体を形成する方法もある（文献４：Ｔ．Ｓ．Ｚｈｅｌｅｖａ，Ｓ．Ａ．Ｓｍｉｔｈ，Ｄ．Ｂ．Ｔｈｏｍｓｏｎ，Ｔ．Ｇｅｈｒｋｅ，Ｋ．Ｊ．Ｌｉｎｔｈｉｃｕｍ，Ｐ．Ｒａｊａｇｏｐａｌ，Ｅ．Ｃａｒｌｓｏｎ，Ｗ．Ｍ．Ａｓｈｍａｗｉ，ａｎｄ Ｒ．Ｆ．Ｄａｖｉｓ，ＭＲＳ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｊ．Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．４Ｓ１，Ｇ３．３８．（１９９９））。
【０００６】
また、基板表面あるいは結晶成長中に成長を中断した面にＳｉ原子を供給し、付着したＳｉの界面不活性化（アンチサーファクタント）効果を利用し、転位の伝播方向を曲げ、窒化物半導体結晶の成長面に転位網を作製する方法がある（文献５：Ｓ．Ｔａｎａｋａ，Ｍ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，ａｎｄ Ｙ．Ａｏｙａｇｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３９，Ｌ８３１（２０００）、文献６：Ｔ．Ｗａｎｇ，Ｙ．Ｍｏｒｉｓｈｉｍａ，Ｎ．Ｎａｏｉ，ａｎｄ Ｓ．Ｓａｋａｉ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２１３，１８８（２０００））。
【０００７】
また、高温（一般に１０００℃から１１００℃）の堆積と、比較的低温（４００℃から９５０℃）の堆積とを繰り返して数層形成することで、結晶成長した窒化物半導体の転位の伝播を抑える方法が提案されている（文献７：Ｍ．Ｉｗａｙａ，Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ｓ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｃ．Ｗｅｔｚｅｌ，Ｈ．Ａｍａｎｏ，ａｎｄ Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ，Ｊｐｍ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｐａｒｔ ２３７，Ｌ３１６（１９９８）、文献８：Ｍ．Ｂｅｎａｍａｒａ，Ｚ．Ｌ．−Ｗｅｂｅｒ，Ｓ．Ｋｅｌｌｅｒｍａｎｎ，Ｗ．Ｓｗｉｄｅｒ，Ｊ．Ｗａｓｈｂｕｒｎ，Ｊ．Ｍａｚｕｒ，Ｅ．Ｄ．Ｂ．−Ｃｏｕｒｃｈｅｓｎｅ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２１８，４４７（２０００））。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したいずれの方法も、１０７ｃｍ−２まで転位密度を低減することができるが、作製した結晶あるいは作製方法に問題があった。
例えば、文献１，２，３に示された方法では、転位をある一部分に集結させる方法であるため、転位密度の疎密がストライプパターンと同周期で発生する。このため、この方法では、転位密度の低い領域は限られており、得られた窒化物半導体の結晶では多くの利用できない領域、つまり無駄が発生し、また、デバイス構造も制限されるため、産業上好ましくない。これは、文献４に示された方法でも同様である。
【０００９】
一方、文献５，６に示された方法では、上述した方法とは異なり、基板上で平均的に転位密度を減少することができる。この方法では、Ｓｉ原子を１モノレイヤー程度供給することで、アンチサーファクタント効果を出している。なお、アンモニアを同時供給する場合もある。Ｓｉは、半導体表面で化学的に結合するが、化学量論的組成とはならない。また、Ｓｉ−Ｓｉ結合も多量に形成されるため、高温成長中Ｓｉが結晶成長方向に拡散・偏析してしまう。このために、結晶中にＳｉが不純物として取り込まれる。Ｓｉは、窒化物半導体中ではｎ型の不純物として作用する働きがあり、作製した半導体結晶には高濃度のｎ型領域が含まれることになる。
【００１０】
このような結晶を利用してデバイスを作製する場合、まず、ｐ形の不純物層を作製することが困難となる。また、ｎ形不純物層の影響を無くすために厚膜成長しなければならず、加えて、厚膜成長する際に結晶が割れてクラックが入るという問題が発生する。また、高濃度のｎ形不純物層は、高周波（電子や正孔を高速にやり取りする）デバイスに不適切であるなど、数々の問題がある。
【００１１】
また、文献７，８に示された方法では螺旋転位は減少するが、刃状転位が増加する問題がある。また、結晶成長中に温度の昇降温を繰り返さなければならず、製造するときの時間のロスが大きく、産業上好ましくない。また、結晶構造が複雑になるためクラックが発生するという問題が発生する。
以上に説明したように、従来では、半導体構造の一部を構成する例えば窒化ガリウムなどから構成された半導体層を、均一に転位の少ない状態の結晶状態とすることが容易ではなかった。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、均一に転位密度を減少させた高純度の半導体の結晶を、従来より容易に製造できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体構造は、結晶構造を有する基板と、この基板の上に形成された絶縁体からなり一部に開口部を備えた中間層と、この中間の層の上に形成された半導体からなる結晶層とを備えたものであり、結晶層は、開口部に露出した基板の表面より結晶成長したものである。
この半導体構造では、結晶層は、中間層の開口部に露出した基板表面より結晶成長し、中間層上では横方向に成長することで形成されたものとなっている。
【００１４】
上記半導体構造において、結晶層は、窒化インジウム，窒化ガリウム，窒化アルミニウム，窒化ホウ素のいずれかもしくはこれらを含む３元混晶，４元混晶，５元混晶の何れかから構成されたものである。
【００１５】
また、本発明の他の形態にかかる半導体構造は、結晶構造を有する基板と、この基板上に形成された半導体の結晶からなる下部結晶層と、この下部結晶層の上に形成された絶縁体からなり一部に開口部を備えた中間層と、この中間の層の上に形成された半導体からなる上部結晶層とを備えたものであり、上部結晶層は、開口部に露出した下部結晶層の表面より結晶成長したものである。
この半導体構造では、上部結晶層は、中間層の開口部に露出した下部結晶層の表面より結晶成長し、中間層上では横方向に成長することで形成されたものとなっている。
【００１６】
上記半導体構造において、下部結晶層は、窒化インジウム，窒化ガリウム，窒化アルミニウム，窒化ホウ素のいずれかもしくはこれらを含む３元混晶，４元混晶，５元混晶の何れかから構成されたものである。また、上部結晶層は、窒化インジウム，窒化ガリウム，窒化アルミニウム，窒化ホウ素のいずれかもしくはこれらを含む３元混晶，４元混晶，５元混晶の何れかから構成されたものである。
【００１７】
上記半導体構造において、基板は、シリコン，酸化アルミニウム，炭化シリコンの何れかから構成されたものであればよく、また、中間層は、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３の何れかから構成されたものであればよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
＜実施の形態１＞
はじめに、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（Ａｌ２Ｏ３：酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１０１上と、基板１０１上に低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１０２と、緩衝層１０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層１０３と、下部結晶層１０３上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１０４ａを有する中間層１０４と、中間層１０４上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる上部結晶層１０５とを備えている。なお、開口部１０４ａは、１つに限らず、複数あってもよい。
【００１９】
中間層１０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．２５ｎｍ程度に形成した。なお、窒化ガリウムからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層１０５は、中間層１０４の開口部１０４ａ内に露出している下部結晶層１０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層１０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件や、中間層１０４の上に結晶成長するＧａＮの成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００２０】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる上部結晶層１０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果と、Ｓｉなどの不純物深さ方向濃度プロファイルを調べるための２次イオンマススペクトロスコーピー（ＳＩＭＳ）による測定結果とを示す。
図２は、Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４の膜厚を変えた時の、上部結晶層１０５のＧａＮ（１０−１０）からのＸ線非対称反射スペクトルを示す特性図である。図２から、Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４の膜厚の増加とともに、ピークの反値幅（ＦＷＨＭ）が減少していくことが分かる。
【００２１】
図３は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１０５のＧａＮ（１０−１０）からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４を形成しない場合、ＧａＮのＦＷＨＭは０．２２程度であり、このときの転位密度は１×１０９ｃｍ−２程度である。これに対し、Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４を膜厚０．２ｎｍに形成した場合、上部結晶層１０５のＦＷＨＭは０．０５７程度であり、このときの転位密度は１×１０８ｃｍ−２となり大幅に減少している。また、Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４を膜厚０．５ｎｍに形成した場合、上部結晶層１０５のＦＷＨＭは０．０３程度であり、このときの転位密度は３×１０７ｃｍ−２となりより減少している。
【００２２】
図４は、従来技術（文献５，６）に示された方法によって作製したＧａＮの結晶層中のＳｉのＳＩＭＳプロファイルを示す特性図である。図４中において、「Ｓｉ中間層」により示すピークの部分は、１０２１個程度Ｓｉが存在する深さが約５μｍ程度のＳｉアンチサーファクタント層である。この層は本来１モノレーヤー程度の厚さであるが、図４に示すように、下地基板との結合が弱いため、１〜２μｍにわたって１０１９ｃｍ−３のオーダーで再成長層に拡散あるいは偏析している。この層は、高濃度のｎ形不純物層となるため問題となる。
【００２３】
図５に、図１に示すように、Ｓｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１０４ａを備えた中間層１０４を挿入し、この上に結晶成長して作製したＧａＮからなる上部結晶層１０５の中のＳｉのＳＩＭＳプロファイルを示す。図４の中において、深さ（Ｄｅｐｔｈ）が約３．８μｍの位置に１０２１個程度Ｓｉが存在するピークとして示される部分が、中間層１０４を示す。図５に示されるスペクトルより明らかなように、上部結晶層１０５へのＳｉの拡散あるいは偏析は見られない。上部結晶層１０５の領域中に示されるＳｉの不純物濃度は、ＳＩＭＳ分析の測定限界である。
【００２４】
このように、図１に示す半導体構造としたことにより、中間層１０４の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる上部結晶層１０５は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１０４は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１０４よりＳｉ等の不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。
【００２５】
例えば、文献５，６に示されている従来の方法では、電子濃度と電子の移動度は、１×１０１８ｃｍ−３，１７０ｃｍ２／Ｖｓであったが、図１に示す半導体構造によれば、電子濃度と電子の移動度は、各々５×１０１７ｃｍ−３，３００ｃｍ２／Ｖｓとなり、低電子濃度においても良好な性質を示していることが分かる。また、前述したように、上部結晶層１０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１に示す半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できるものとなっている。
【００２６】
以下、本実施の形態における半導体構造を用いた半導体装置の構成例について説明する。図１に示す半導体構造は、例えば半導体レーザに適用することができる。図１に示す上部結晶層１０５上に、まず、ｎ形のＧａＮ電極引き出し層，ｎ形のＧａＡｌＮ層，ｎ形のＧａＮ層，ＧａＩｎＮ活性層，ｐ形のＧａＮ層，ｐ形のＧａＡｌＮ層，ｐ形のＧａＮ電極形成層を順次結晶成長させ、ＧａＮ電極引き出し層が露出するまで一部をエッチング除去し、露出したｎ形のＧａＮ電極引き出し層にｎ形電極を形成し、ｐ型のＧａＮ電極形成層にｐ形電極を形成することで、ＧａＩｎＮ活性層よりレーザ発振する半導体レーザとすることができる。なお、ｎ形の層は、不純物としてＳｉを添加すればよく、ｐ形の層は、不純物としてＭｇを添加すればよい。
【００２７】
また、図１に示す半導体構造は、ｐｎｐもしくはｎｐｎ構造のトランジスタに適用することもできる。例えば、図１に示す上部結晶層１０５上に、まず、ｐ形のＧａＮコレクタ電極引き出し層，ｐ形のＧａＡｌＮコレクタ層，ｎ形のＧａＮベース層，ｐ形のＧａＡｌＮエミッタ層，ｐ形のＧａＮエミッタ電極形成層を順次結晶成長させ、コレクタ電極引き出し層およびベース層の各々が露出するまで一部をエッチング除去し、露出させたコレクタ電極引き出し層にコレクタ電極を形成し、露出させたベース層にベース電極を形成し、エミッタ電極形成層にエミッタ電極を形成することで、ｐｎｐ構造のトランジスタとすることができる。
【００２８】
＜実施の形態２＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図６は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板６０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層６０２と、緩衝層６０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層６０３と、下部結晶層６０３上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部６０４ａを備えた中間層６０４と、中間層６０４上に高温で気相成長させた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる上部結晶層６０５とを備えている。
【００２９】
中間層６０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、窒化ガリウムからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。また、ＡｌＮからなる上部結晶層６０５も、よく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層６０５は、中間層６０４の開口部６０４ａ内に露出している下部結晶層６０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層６０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層６０４の上に結晶成長する上部結晶層６０５の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００３０】
以下、結晶成長させたＡｌＮからなる上部結晶層６０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図７は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層６０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．４９程度であり、このときの転位密度は８×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００３１】
このように、図６に示す半導体構造としたことにより、中間層６０４の上に結晶成長させたＡｌＮ結晶からなる上部結晶層６０５は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層６０４は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層６０４よりＳｉ等の不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層６０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図６に示す半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化アルミニウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００３２】
＜実施の形態３＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図８は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板８０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層８０２と、緩衝層８０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる結晶層８０３と、結晶層８０３上に形成されたＡｌＮからなる下部結晶層８０４と、下部結晶層８０４上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部８０５ａを備えた中間層８０５と、中間層８０５上に高温で気相成長させたＧａＮからなる上部結晶層８０６とを備えている。
【００３３】
中間層８０５は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、窒化ガリウムからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。また、ＡｌＮからなる下部結晶層８０４も、よく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層８０６は、中間層８０５の開口部８０５ａ内に露出している下部結晶層８０４の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層８０５を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層８０５の上に結晶成長する上部結晶層８０６の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００３４】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる上部結晶層８０６の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図９は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層８０６からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．３４程度であり、このときの転位密度は４×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００３５】
このように、図８に示す半導体構造としたことにより、中間層８０５の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる上部結晶層８０６は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層８０５は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層８０５よりＳｉ等の不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層８０６は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図８に示す半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００３６】
＜実施の形態４＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１０は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１００１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１００２と、緩衝層１００２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる結晶層１００３と、結晶層１００３上に形成されたＡｌＮからなる下部結晶層１００４と、下部結晶層１００４上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１００５ａを備えた中間層１００５と、中間層１００５上に高温で気相成長させたＡｌＮからなる上部結晶層１００６とを備えている。
【００３７】
中間層１００５は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、窒化ガリウムからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。また、ＡｌＮからなる下部結晶層１００４及び上部結晶層１００６も、よく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層１００６は、中間層１００５の開口部１００５ａ内に露出している下部結晶層１００４の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層１００５を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層１００５の上に結晶成長する上部結晶層１００６の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００３８】
以下、結晶成長させたＡｌＮからなる上部結晶層１００６の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１１は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１００６からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．４２程度であり、このときの転位密度は６×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００３９】
このように、図１０に示す半導体構造としたことにより、中間層１００５の上に結晶成長させたＡｌＮ結晶からなる上部結晶層１００６は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１００５は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１００５よりＳｉなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層１００６は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１０の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化アルミニウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００４０】
＜実施の形態５＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１２は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１２０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１２０２と、緩衝層１２０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層１２０３と、下部結晶層１２０３上に形成されたＳｉＯ２からなり一部に開口部１２０４ａを備えた中間層１２０４と、中間層１２０４上に高温で気相成長させたＧａＮからなる上部結晶層１２０５とを備えている。
【００４１】
中間層１２０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．２ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層１２０５は、中間層１２０４の開口部１２０４ａ内に露出している下部結晶層１２０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、ＳｉＯ２を堆積して中間層１２０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、ＳｉＯ２の堆積条件、及び中間層１２０４の上に結晶成長する上部結晶層１２０５の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００４２】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる上部結晶層１２０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１３は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１２０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．３程度であり、このときの転位密度は３×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００４３】
このように、図１２に示す半導体構造としたことにより、中間層１２０４の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる上部結晶層１２０５は、転位密度が１０７ｃｍ− ２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１２０４は、スパッタ法などによりＳｉＯ２を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１２０４よりＳｉやＯなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層１２０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１２の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００４４】
＜実施の形態６＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１４は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１４０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層１４０２と、緩衝層１４０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層１４０３と、下部結晶層１４０３上に形成されたＡｌ２Ｏ３からなり一部に開口部１４０４ａを備えた中間層１４０４と、中間層１４０４上に高温で気相成長させたＧａＮからなる上部結晶層１４０５とを備えている。
【００４５】
中間層１４０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚１．５ｎｍ程度に形成した。この場合、中間層１４０４を構成するＡｌ２Ｏ３は、結晶構造とはならない。なお、中間層１４０４は、他の気相成長法により形成してもよく、例えば、有機金属気相成長法により形成すれば、結晶構造のＡｌ２Ｏ３から構成されることになる。
なお、ＧａＮからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層１４０５は、中間層１４０４の開口部１４０４ａ内に露出している下部結晶層１４０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ａｌ２Ｏ３を堆積して中間層１４０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ａｌ２Ｏ３の堆積条件、及び中間層１４０４の上に結晶成長する上部結晶層１４０５の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００４６】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる上部結晶層１４０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１５は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１４０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．５程度であり、このときの転位密度は９×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００４７】
このように、図１４に示す半導体構造としたことにより、中間層１４０４の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる上部結晶層１４０５は、転位密度が１０７ｃｍ− ２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１４０４は、スパッタ法などによりＡｌ２Ｏ３を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１４０４より酸素などの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層１４０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１４の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００４８】
＜実施の形態７＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１６は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板１６０１上に、Ｓｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１６０２ａを備えた中間層１６０２と、中間層１６０２上に高温で気相成長させたＧａＮからなる結晶層１６０３とを備えている。
【００４９】
中間層１６０２は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる結晶層１６０３は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。結晶層１６０３は、中間層１６０２の開口部１６０２ａ内に露出している基板１６０１の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層１６０２を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層１６０２の上に結晶成長する結晶層１６０３の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００５０】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる結晶層１６０３の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１７は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層１６０３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．５程度であり、このときの転位密度は９×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００５１】
このように、図１６に示す半導体構造としたことにより、中間層１６０２の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる結晶層１６０３は、転位密度が１０７ｃｍ− ２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１６０２は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１６０２よりＳｉなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、結晶層１６０３は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１６の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００５２】
＜実施の形態８＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図１８は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、炭化シリコン（ＳｉＣ）の結晶からなる基板１８０１上に、Ｓｉ３Ｎ４からなり一部に開口部１８０２ａを備えた中間層１８０２と、中間層１８０２上に高温で気相成長させたＧａＮからなる結晶層１８０３とを備えている。
【００５３】
中間層１８０２は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる結晶層１８０３は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。結晶層１８０３は、中間層１８０２の開口部１８０２ａ内に露出している基板１８０１の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層１８０２を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層１８０２の上に結晶成長する結晶層１８０３の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００５４】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる結晶層１８０３の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図１９は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層１８０３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．５程度であり、このときの転位密度は９×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００５５】
このように、図１８に示す半導体構造としたことにより、中間層１８０２の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる結晶層１８０３は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層１８０２は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層１８０２よりＳｉなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、結晶層１８０３は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図１８の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００５６】
＜実施の形態９＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図２０は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、シリコンの結晶からなる基板２００１上に、Ｓｉ３Ｎ４からなり一部に開口部２００２ａを備えた中間層２００２と、中間層２００２上に高温で気相成長させたＧａＮからなる結晶層２００３とを備えている。
【００５７】
中間層２００２は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる結晶層２００３は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。結晶層２００３は、中間層２００２の開口部２００２ａ内に露出している基板２００１の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層２００２を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層２００２の上に結晶成長する結晶層２００３の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００５８】
以下、結晶成長させたＧａＮからなる結晶層２００３の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図２１は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層２００３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．３８程度であり、このときの転位密度は５×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００５９】
このように、図２０に示す半導体構造としたことにより、中間層２００２の上に結晶成長させたＧａＮ結晶からなる結晶層２００３は、転位密度が１０７ｃｍ− ２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層２００２は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層２００２よりＳｉなどの不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、結晶層２００３は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図２０の半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度の窒化ガリウムの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００６０】
＜実施の形態１０＞
つぎに、本発明の他の形態について説明する。
図２２は、本実施の形態における半導体構造の構成を概略的に示す模式的な断面図である。この半導体構造は、まず、サファイア（酸化アルミニウムの結晶）からなる基板２２０１上に、低温で気相成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる緩衝層２２０２と、緩衝層２２０２上に高温で気相成長させた窒化ガリウムからなる下部結晶層２２０３と、下部結晶層２２０３上に形成されたＳｉ３Ｎ４からなり一部に開口部２２０４ａを備えた中間層２２０４と、中間層２２０４上に高温で気相成長させたインジウムとガリウムと窒素とからなる三元系の化合物半導体（ＩｎＧａＮ）の結晶からなる上部結晶層２２０５とを備えている。
【００６１】
中間層２２０４は、例えば、ＥＣＲスパッタ法により、膜厚０．５ｎｍ程度に形成した。なお、ＧａＮからなる層は、例えばよく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。また、ＩｎＧａＮからなる上部結晶層２２０５も、よく知られている有機金属気相成長法により成長させたものである。上部結晶層２２０５は、中間層２２０４の開口部２２０４ａ内に露出している下部結晶層２２０３の表面より結晶が成長することで形成されたものである。なお、Ｓｉ３Ｎ４を堆積して中間層２２０４を形成するまでの層構造や成長条件は使用した基板の種類によって異なるが、Ｓｉ３Ｎ４の堆積条件、及び中間層２２０４の上に結晶成長する上部結晶層２２０５の成長条件は、基板の種類に依存しない。
【００６２】
以下、結晶成長させたＩｎＧａＮからなる上部結晶層２２０５の中の転位密度を評価するＸ線回折測定の結果を示す。図２３は、ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層２２０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。ＦＷＨＭは０．５程度であり、このときの転位密度は９×１０７ｃｍ−２となり、転位密度が少ない状態であることが判る。
【００６３】
このように、図２２に示す半導体構造としたことにより、中間層２２０４の上に結晶成長させたＩｎＧａＮの結晶からなる上部結晶層２２０５は、転位密度が１０７ｃｍ−２オーダーと均一に転位密度が減少した状態に形成された。また、中間層２２０４は、スパッタ法などによりＳｉ３Ｎ４を堆積することで形成し、ほぼ化学量論的組成の膜として形成しているので、この中間層２２０４よりＳｉ等の不純物の拡散・偏析がほとんどない状態に形成されている。また、前述したように、上部結晶層２２０５は、有機金属気相成長法などのように、一般的に用いられている方法により容易に形成できる。このように、図２２に示す半導体構造は、均一に転位密度を減少させた高純度のＩｎＧａＮの結晶を、従来より容易に製造できる状態となっている。
【００６４】
以上説明したように、本発明では、例えば窒化物半導体などの結晶基板上に、絶縁体からなる中間層を開口部が形成された状態、言い換えると被覆率が１よりも小さい値に中間層を形成し、これらを成長基板として半導体の層を結晶成長した。絶縁体からなる中間層の上には、例えば有機金属気相法により結晶層を形成しているとき、中間層上には原料の付着係数が小さいため結晶の核の形成が起こらず、結晶成長が起きない。結晶成長は、中間層の設けた開口部に露出した中間層下の層のみから起こるようにした。
【００６５】
ここで、結晶成長をしようとする面は、大部分が中間層により被覆され、結晶は横方向にも成長する。この時、転位の伝播方向が曲げられ、結晶成長方向に転位は伝播しない。このために、中間層上に成長する結晶層においては、転位密度が減少する。また、中間層上に形成する結晶層は、必ずしも中間層下の層における結晶の情報を引き継がない。このため、本発明の構成では、中間層を形成しておく基板を選ばない。
【００６６】
ところで、中間層の上に窒化ガリウムなどを結晶成長する場合、有機金属気相成長法によれば、基板（中間層）には、９００〜１１００℃もの高温が加えられる。ここで、実質的に化学量論的組成の結合が非常に強い絶縁体から構成された中間層を用いるようにすれば、高温である結晶成長温度においてもこれらが分解することが起きにくく、中間層を構成する物質（原子）が他の結晶層に拡散・偏析することが起きにくい。
【００６７】
残留不純物が少なく転位密度が低い結晶の形成が実現したことにより、本発明の半導体構造では、結晶層の電気的特性も向上している。また、基板全体で均一に転位密度を減少することが可能であるため、産業上非常に有効な方法である。また、転位密度の減少にともない結晶性の向上も見込まれるため、デバイス特性の向上や新デバイスの実現など多岐にわたり波及効果が期待される。
【００６８】
なお、前述した実施の形態では、中間層に、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３のいずれかを用いるようにしたが、これに限るものではない。結晶成長をさせようとする物質の付着係数が小さく、結晶の核の形成が起きにくい絶縁体であれば、中間層に用いることが可能である。また、あまり高温にすることなく所望の半導体層を形成できる場合、中間層が完全に化学量論的組成となっている必要はない。
また、前述では、結晶層（下部結晶層，上部結晶層）として、窒化ガリウムと窒化アルミニウムの場合を例にして説明したが、これに限るものではなく、窒化インジウムや窒化ホウ素の結晶層や、これらの３元系混晶，４元系混晶，５元系混晶の結晶層を形成する場合についても同様である。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結晶層は、中間層の開口部に露出した基板表面より結晶成長し、中間層上では横方向に成長することで形成されたものとなっているので、半導体構造が、均一に転位密度を減少させた高純度の半導体の結晶を、従来より容易に製造できるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図２】Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層１０４の膜厚を変えた時の上部結晶層１０５であるＧａＮ（１０−１０）からのＸ線非対称反射スペクトルを示す特性図である。
【図３】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１０５のＧａＮ（１０−１０）からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図４】従来技術による作製方法によって作製したＧａＮ中のＳｉのＳＩＭＳプロファイルである。
【図５】Ｓｉ３Ｎ４からなる中間層を挿入して作製したＧａＮ中のＳｉのＳＩＭＳプロファイルである。
【図６】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図７】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層６０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図８】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図９】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層８０６からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１０】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１１】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１００６からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１２】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１３】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１２０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１４】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１５】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層１４０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１６】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１７】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層１６０３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図１８】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図１９】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層１８０３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図２０】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図２１】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、結晶層２００３からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【図２２】本発明の他の形態における半導体構造の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図２３】ＦＷＨＭと転位密度の関係をあらわす理論曲線を用い、上部結晶層２２０５からのＸ線非対称反射スペクトルのＦＷＨＭより転位密度を求める説明図である。
【符号の説明】
１０１…基板、１０２…緩衝層、１０３…下部結晶層、１０４…中間層、１０４ａ…開口部、１０５…上部結晶層。
Claims (7)
- 結晶構造を有する基板と、
この基板の上に形成された絶縁体からなり一部に開口部を備えた中間層と、
この中間の層の上に形成された半導体からなる結晶層と
を備え、
前記結晶層は、前記開口部に露出した前記基板の表面より結晶成長したものである
ことを特徴とする半導体構造。 - 請求項１記載の半導体構造において、
前記結晶層は、窒化インジウム，窒化ガリウム，窒化アルミニウム，窒化ホウ素のいずれかもしくはこれらを含む３元混晶，４元混晶，５元混晶の何れかから構成されたものである
ことを特徴とする半導体構造。 - 結晶構造を有する基板と、
この基板上に形成された半導体の結晶からなる下部結晶層と、
この下部結晶層の上に形成された絶縁体からなり一部に開口部を備えた中間層と、
この中間の層の上に形成された半導体からなる上部結晶層と
を備え、
前記上部結晶層は、前記開口部に露出した前記下部結晶層の表面より結晶成長したものである
ことを特徴とする半導体構造。 - 請求項３記載の半導体構造において、
前記下部結晶層は、窒化インジウム，窒化ガリウム，窒化アルミニウム，窒化ホウ素のいずれかもしくはこれらを含む３元混晶，４元混晶，５元混晶の何れかから構成されたものである
ことを特徴とする半導体構造。 - 請求項３又は４記載の半導体構造において、
前記上部結晶層は、窒化インジウム，窒化ガリウム，窒化アルミニウム，窒化ホウ素のいずれかもしくはこれらを含む３元混晶，４元混晶，５元混晶の何れかから構成されたものである
ことを特徴とする半導体構造。 - 請求項１〜５いずれか１項に記載の半導体構造において、
前記基板は、シリコン，酸化アルミニウム，炭化シリコンの何れかから構成されたものである
ことを特徴とする半導体構造。 - 請求項１〜６いずれか１項に記載の半導体構造において、
前記中間層は、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３の何れかから構成されたものである
ことを特徴とする半導体構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002164018A JP2004014674A (ja) | 2002-06-05 | 2002-06-05 | 半導体構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002164018A JP2004014674A (ja) | 2002-06-05 | 2002-06-05 | 半導体構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004014674A true JP2004014674A (ja) | 2004-01-15 |
Family
ID=30432280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002164018A Pending JP2004014674A (ja) | 2002-06-05 | 2002-06-05 | 半導体構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004014674A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008099901A1 (ja) * | 2007-02-16 | 2008-08-21 | Sumitomo Chemical Company, Limited | ガリウムナイトライド系エピタキシャル結晶、その製造方法および電界効果トランジスタ |
| JP2010521064A (ja) * | 2007-03-09 | 2010-06-17 | クリー インコーポレイテッド | 中間層構造を有する厚い窒化物半導体構造、及び厚い窒化物半導体構造を製造する方法 |
| JP2011096893A (ja) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
2002
- 2002-06-05 JP JP2002164018A patent/JP2004014674A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008099901A1 (ja) * | 2007-02-16 | 2008-08-21 | Sumitomo Chemical Company, Limited | ガリウムナイトライド系エピタキシャル結晶、その製造方法および電界効果トランジスタ |
| GB2460197A (en) * | 2007-02-16 | 2009-11-25 | Sumitomo Chemical Co | Gallium nitride epitaxial crystal, method for production thereof and field effect transistor |
| US8350292B2 (en) | 2007-02-16 | 2013-01-08 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Gallium nitride epitaxial crystal, method for production thereof, and field effect transistor |
| JP2010521064A (ja) * | 2007-03-09 | 2010-06-17 | クリー インコーポレイテッド | 中間層構造を有する厚い窒化物半導体構造、及び厚い窒化物半導体構造を製造する方法 |
| JP2011096893A (ja) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4530171B2 (ja) | 半導体装置 | |
| KR100690413B1 (ko) | 질화물 반도체 성장용 기판 | |
| JP5023230B1 (ja) | 窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェーハ及び窒化物半導体層の製造方法 | |
| US7785991B2 (en) | Process for integrating a III-N type component on a (001) nominal silicium substrate | |
| JP4458223B2 (ja) | 化合物半導体素子及びその製造方法 | |
| JP2005167275A (ja) | 半導体素子 | |
| WO2012056770A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| KR20100096084A (ko) | 반도체 기판, 반도체 기판의 제조 방법 및 전자 디바이스 | |
| JP2019528571A (ja) | イオン注入を用いた高抵抗窒化物バッファ層の半導体材料成長 | |
| JP2016058693A (ja) | 半導体装置、半導体ウェーハ、及び、半導体装置の製造方法 | |
| JP4468744B2 (ja) | 窒化物半導体薄膜の作製方法 | |
| TWI699462B (zh) | Iii族氮化物半導體基板的製造方法 | |
| CN115000161A (zh) | 半导体外延结构和半导体外延结构的制备方法 | |
| KR100571225B1 (ko) | 질화물계 화합물 반도체의 성장방법 | |
| JP2006114652A (ja) | 半導体エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタ | |
| CN110600547B (zh) | 氮化镓基半导体器件及其制作方法 | |
| JP5460751B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP4051311B2 (ja) | 窒化物系半導体の結晶成長方法 | |
| JP2006114655A (ja) | 半導体エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタ | |
| WO2012137309A1 (ja) | 窒化物電子デバイスを作製する方法 | |
| JP2006324512A (ja) | 窒化物半導体薄膜およびその製造方法 | |
| JP2004289005A (ja) | エピタキシャル基板、半導体素子および高電子移動度トランジスタ | |
| JP5560866B2 (ja) | 窒化物電子デバイス、窒化物電子デバイスを作製する方法 | |
| JP2004014674A (ja) | 半導体構造 | |
| JP3634243B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体単結晶の作製方法及びｉｉｉ族窒化物半導体単結晶の使用方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040804 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050608 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050621 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051018 |