JP2004363500A

JP2004363500A - 窒化物系化合物半導体の製造方法および窒化物系化合物半導体

Info

Publication number: JP2004363500A
Application number: JP2003162914A
Authority: JP
Inventors: Satoru Tanaka; 悟田中; Takamasa Suzuki; 貴征鈴木; Tsuneaki Fujikura; 序章藤倉
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】マスク材料を用いることなしに、表面が平坦で低転位な窒化物系化合物半導体層を形成可能とすることによって高品質な窒化物系化合物半導体を製造することができ、その平坦な表面上に形成される窒化物系化合物半導体デバイスの特性を向上させることができる窒化物系化合物半導体の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１上に成長した転位を含む第一の窒化物系化合物半導体層３と、前記第一の窒化物系化合物半導体層よりも少ない転位を含む第二の窒化物系化合物半導体層５との間に、欠陥抑制物質層であるシリコン層４を介在させて窒化物系化合物半導体基材１０を製造する。そのシリコン層４の形成時においてシリコン原料であるテトラエチルシランを供給する際に同時にアンモニアを供給するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体を用いた発光ダイオードや半導体レーザなどの発光デバイス用あるいは高出力電界効果トランジスタ等の電子デバイス用の低転位窒化物系化合物半導体結晶に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物系化合物半導体は、発光スペクトルが紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子に応用されている。窒化物系化合物半導体結晶のエピタキシャル成長は、格子整合する基板の入手が困難なため、一般にサファイアやＳｉＣ基板上にバッファ層を介してエピタキシャル成長している。この場合、エピタキシャル膜と基板の格子不整合のため、成長界面から欠陥が導入され、エピタキシャル膜表面には１０^８〜１０^１０ｃｍ^−２の転位が存在する。このためＬＥＤやＬＤ等の発光素子の信頼性において悪影響を与えることになるので、様々な転位密度を減らす方法が試みられている。
【０００３】
転位密度を減らす方法の代表的な例として、エピタキシャル・ラテラル・オーバーグロース（ＥＬＯ）という選択成長を用いた方法がある。この方法は、ＳｉＯ_２などのマスク材料を用いて窒化物系化合物半導体の表面にパターニングを施与して選択成長を行い、このマスク材料を埋め込むまで成長して、マスク材料により転位が遮断されて転位密度の低減がなされるものである。しかし、マスク材料を用いて窒化物系化合物半導体の表面に所定のマスクパターンを形成するには、フォトリソグラフィーやエッチングなど多くのプロセスを必要とし、また、マスクの開口部においては、転位は低減されないので、部分的に高密度の転位が残留してしまうという欠点もある。
【０００４】
これに対して、マスク材料を用いることなしに炉内プロセスのみで転位密度を減らす方法の一つとして、以下に示す方法が田中らにより報告されている。
【０００５】
図２１に示すように、この方法は、基板１上に、窒化物系化合物半導体からなる低温堆積緩衝層２、高転位（転位密度＞１０^８ｃｍ^−２）な第一の窒化物系化合物半導体層３を成長させる。但し、第一の窒化物系化合物半導体層３は、低温堆積緩衝層２を含むものとする。
【０００６】
次に、一時成長を中断してアンモニアの供給を止め、欠陥抑制物質であるシリコンの原料のテトラエチルシランを供給する。これにより、第一の窒化物系化合物半導体層３の表面に薄いシリコン層４が形成される。この上に、さらに第二の窒化物系化合物半導体層５を成長させると、転位６の密度（転位密度）が大幅に減少し、１０^７ｃｍ^−２台以下の低転位な窒化物系化合物半導体ウエハを得ることができる（非特許文献１参照。）。
【０００７】
この方法による転位低減の機構は未だ明らかではないが、以下の様に推察される。まず、第一の窒化物系化合物半導体層３上にシリコン層４を成長することで、第一の窒化物系化合物半導体層３の表面に存在する転位が終端される。その表面にシリコンを成長する場合、シリコンは窒素のダングリングボンド（未結合手）に優先的に取りこまれる。通常の窒化物系化合物半導体はＩＩＩ族極性のＣ面を表面としているので、ステップ位置を除けば、窒素のダングリングボンドが存在するのは転位芯のみである。すなわち、通常の窒化物系化合物半導体上にシリコンを成長した場合、シリコンは転位が存在する部分に優先的に取りこまれ、転位の伝播が阻止されることが期待される。転位芯がシリコンにより終端される割合は、シリコンの供給量が多いほど高いので、転位密度を十分低減するためには、ある程度の量のシリコンを供給する必要がある。
【０００８】
【非特許文献１】
ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓｖｏｌ．３９（２０００）ｐｐ．Ｌ８３１−Ｌ８３４
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の窒化物系化合物半導体の製造方法は、上記のようにマスク材料を用いることなしに転位密度を減らす方法であるが、第一の窒化物系化合物半導体層３が高温状態にさらされ、このため、表面からの窒素の脱離を抑制できず、シリコン層４の形成中に第一の窒化物系化合物半導体層３の表面が粗れてしまう。
【００１０】
このような表面の粗れは、その上に成長した第二の窒化物系化合物半導体層５の中に新たな転位を発生する原因となり、シリコンの欠陥抑制物質としての効果が薄れてしまう。この結果、転位密度が高くなり（高転位となり）、窒化物系化合物半導体の品質が低下することになる。
【００１１】
さらに、上記表面の粗れは、その上に成長する第二の窒化物系化合物半導体層５の表面にも引き継がれる。そのような粗れた表面上（ウエハ上）に、実際の窒化物系化合物半導体デバイスを形成すると、そのデバイスの特性が低下する。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マスク材料を用いることなしに、表面が平坦で低転位な窒化物系化合物半導体層を形成可能とすることによって高品質な窒化物系化合物半導体を製造することができ、その平坦な表面上に形成される窒化物系化合物半導体デバイスの特性を向上させることができる窒化物系化合物半導体の製造方法および窒化物系化合物半導体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の窒化物系化合物半導体の製造方法は、基板上に成長した転位を含む第一の窒化物系化合物半導体層と、第一の窒化物系化合物半導体層よりも少ない転位を含む第二の窒化物系化合物半導体層との間に欠陥抑制物質層が存在する構成の窒化物系化合物半導体の製造方法において、前記欠陥抑制物質層がシリコン層である場合に、前記シリコン層形成時にシリコン原料を供給する際に同時にアンモニアを供給することを特徴としている。ここで、シリコン原料としては、テトラエチルシランが最適である。
【００１４】
このように、テトラエチルシランとアンモニアを同時に供給することにより、第一の窒化物系化合物半導体層の表面からの窒素の脱離を抑制でき、新たな欠陥の導入と表面の粗れを防ぐことができる。そのシリコン層の上に第二の窒化物系化合物半導体層を成長させると、シリコンと窒化物系化合物半導体との間の格子不整合により、窒化物系化合物半導体は層状には成長せず、島状構造に成長し、さらに、窒化物系化合物半導体の成長を続けると、島同士が融合し、最終的には平坦な表面が得られる。
【００１５】
また、基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア、ＧａＮ、ＡｌＮの何れかであることを特徴としている。
【００１６】
このように、最上層が窒化物系化合物半導体層であれば基板の種類によらず適用可能なのは明らかである。
【００１７】
また、前記第一の窒化物系化合物半導体層は、窒化物系化合物半導体単層膜および、異なる組成を有する複数の窒化物系化合物半導体単層から成る多層膜構造の何れかであることを特徴としている。
【００１８】
このように、第一の窒化物系化合物半導体層の構成によらず適用可能である。すなわち、第一の窒化物系化合物半導体層は、任意組成の単層膜、異なる組成の窒化物半導体を組み合わせた多層膜のいずれでも良く、またドーピングについても制限は無い。
【００１９】
また、前記第一の窒化物系化合物半導体層の膜厚は、１０μｍ以下であることを特徴としている。
【００２０】
このように、第一の窒化物系化合物半導体層の膜厚は、ウエハコストとウエハの反りの観点から、１０μｍ以下とするのが望ましい。好ましくは１μｍ以下、より好ましくは０．３μｍ以下がよい。
【００２１】
また、前記第一の窒化物系化合物半導体層の成長温度は、９００℃以上、１２００℃以下であることを特徴としている。
【００２２】
このように、第一の窒化物系化合物半導体層は、９００℃以上、１２００℃以下の温度で窒化物半導体を成長してなる。この成長温度範囲外では、窒化物系化合物半導体層の表面は、高温により粗れたり、低温により３次元成長が促進されて表面起伏が大きくなる等の問題が生じる。上記の成長温度範囲では平坦な表面が得られ、その上に成長するシリコン層及び第二の窒化物系化合物半導体層も平坦な表面を得ることが可能となる。さらに第一の窒化物系化合物半導体層は、多層膜であってもよく、９００℃より低温で窒化物半導体バッファ層を成長した上に上記の温度範囲で窒化物半導体を成長してなる層であってもよい。
【００２３】
また、前記シリコン層を形成する際のテトラエチルシランの供給速度は、１μｍｏ１／分以上、１００μｍｏ１／分以下であることを特徴としている。
【００２４】
ここで、供給速度が１００μｍｏｌ／分を越えると、ウェハ面内に均一にシリコン層が形成されず、その上に成長する島状構造も不均一な分布となる。このため島状構造が粗な部分は島同士の間隔が大きいため埋まりにくくなり、表面に窪みが残留する。また、供給速度が１μｍｏｌ／分より遅くなると、シリコン層形成時に第一の窒化物系化合物半導体層の表面が長時間高温にさらされることになり、表面が粗れてしまう。従って、テトラエチルシランの供給速度範囲が最適であり、より好ましくは１０μｍｏｌ／分以上、５０μｍｏｌ／分以下とするのがよい。
【００２５】
また、前記シリコン層を形成する際のテトラエチルシランの供給量は、０．１μｍｏｌ以上、５０μｍｏｌ以下であることを特徴としている。
【００２６】
このようなシリコンの供給量により、その上に選択的に成長する窒化物系化合物半導体の島状構造の島密度が変化する。シリコンの供給量が５０μｍｏｌを越えると島密度が極端に低くなり、第二の窒化物系化合物半導体層の平坦化が困難で、表面に窪みが残留する。シリコンの供給量が０．１μｍｏｌより少なくなるとシリコン層が殆ど形成されなくなり、下地の転位がそのまま上の層にも伝播し、転位密度が高くなる。従って、テトラエチルシランの供給量の範囲にすることで表面が平坦かつ低転位な窒化物半導体層を形成できる。より好ましくは１μｍｏｌ以上、１０μｍｏｌ以下とするのがよい。
【００２７】
また、前記シリコン層を形成する際の成長装置内のアンモニア濃度は、０．１％以上、５０％以下であることを特徴としている。
【００２８】
このように、窒化物系化合物半導体表面からの窒素の脱離による新たな欠陥の発生を抑制し、表面が粗れないようにするためには、アンモニア濃度を０．１％以上、より好ましくは１％以上とするのがよい。アンモニアとテトラエチルシランの気相反応による表面に到達するシリコン量の低下を抑制するためには、アンモニア濃度を５０％以下、より好ましくは、２５％以下とするのがよく、上記アンモニア濃度範囲で、平坦かつ低転位な窒化物半導体が得られる。
【００２９】
また、前記第一の窒化物系化合物半導体層の形成終了後に、前記シリコン層の形成を開始するまでの時間が１０秒以下であることを特徴としている。
【００３０】
この場合、窒化物系化合物半導体を成長せずに１０秒以上高温にさらすと表面が粗れるため、短い方がよい。また、シリコン層の形成終了後に第二の窒化物系化合物半導体層の形成を開始するまでの時間も同様な理由で１０秒以下とするのがよい。
【００３１】
さらに、前記シリコン層の厚さは、０．１原子層〜１ｎｍとするのがよい。シリコン層の厚さが、０．１原子層未満では十分な欠陥抑制効果が得られず、また、１ｎｍより厚い場合には第一の窒化物系化合物半導体層とシリコン層の間の格子不整合の影響が大きくなり、界面に新たな転位を導入してしまうからである。
【００３２】
また、前記シリコン層の成長時の基板温度は、前記第一の窒化物系化合物半導体層を形成する際の基板温度±１００℃以内であることを特徴としている。
【００３３】
この理由を述べる。第一の窒化物系化合物半導体層形成後、シリコン層を形成しながら成長温度を変えると、テトラエチルシランの分解効率が温度変化に伴い変化するので、ウエハ表面に到達するシリコンの量が変化してしまい、一定量を供給できなくなる。このため、第一の窒化物系化合物半導体層形成後、温度を変えてからシリコン層を形成することになるが、温度差が１００℃以上あると、シリコン層を形成する前に温度を一定に保つまでかなりの時間がかかり、第一の窒化物半導体層表面が粗れてしまう。従って、上記温度範囲内とするのがよく、より好ましくは±５０℃以内とするのがよい。
【００３４】
また、前記第二の窒化物系化合物半導体層を形成する工程は、前記シリコン層の上に窒化物系化合物半導体を成長して窒化物系化合物半導体による島状構造を形成する第１の工程と、前記島状構造をさらなる窒化物系化合物半導体の成長により平坦化する第２の工程とから成ることを特徴としている。
【００３５】
さらに、前記島状構造を形成する際の原料供給レートが、窒化物系化合物半導体が層状に成長した場合の窒化物系化合物半導体の成長速度として０．１ｎｍ／ｓ以上でかつ１０ｎｍ／ｓ以下となる原料供給レートに対応させるのがよい。この場合、島状構造形成時の原料供給レートにより、島密度が変化する。島状構造が、層状に成長した場合に０．１ｎｍ／ｓより遅い成長速度に対応する原料供給レートで成長すると、島密度が低過ぎて第二の窒化物系化合物半導体層の平坦化は困難となり、表面に窪みが残留する。また、前記島状構造が、層状に成長した場合に１０ｎｍ／ｓより速い成長速度に対応する原料供給レートで成長すると、島密度が非常に高くなり、島同士の融合時に発生しやすい転位の数も増え、転位密度が高くなってしまう。従って、上記の原料供給レートとすることで、表面を完全に平坦化し、かつ低転位な窒化物半導体層を形成できる。より好ましくは０．５ｎｍ／ｓ以上でかつ５ｎｍ／ｓ以下とするのがよい。
【００３６】
また、前記島状構造を形成する際の原料供給量は、窒化物系化合物半導体が層状に成長した場合の窒化物系化合物半導体の膜厚が、１〜１０００ｎｍとなる原料供給量に対応することを特徴としている。
【００３７】
ここで、島状構造が、層状に成長した場合に１ｎｍより薄い膜厚に対応する原料供給量で成長すると、島状構造が十分に形成されていないため、格子不整合を緩和できず、新たな転位を発生する原因となる。島状構造が、層状に成長した場合に１０００ｎｍより厚い膜厚に対応する原料供給量で成長すると、島が高くなり過ぎて埋め込み平坦化が困難となり、表面に窪みが残留してしまう。従って、膜厚１〜１０００ｎｍに対応する原料供給量とすることで、表面を完全に平坦化し、かつ低転位な窒化物半導体層を形成できる。より好ましくは５〜１００ｎｍとするのがよい。
【００３８】
また、前記島状構造の密度は、１０^３〜１０^９ｃｍ^−２であることを特徴としている。
【００３９】
島状構造の密度は、シリコン層形成時のテトラエチルシランの供給量と島状構造形成時の原料供給レートで制御できる。島密度が１０^３ｃｍ^−２より低いと平均的な島同士の間隔が数百μｍにもわたり、これを埋め込み平坦化するには、通常その間隔と同じくらいの膜厚を成長しなければならず、平坦化が非常に困難となる。また、島密度が多すぎるとほとんど平坦成長時と同じ状態になり、転位低減されなくなる。従って、島密度を１０^３〜１０^９ｃｍ^−２とすることで、平坦な表面かつ低転位な窒化物半導体層を形成できる。より好ましくは１０^６〜１０^８ｃｍ^−２とするのがよい。
【００４０】
また、前記島状構造を形成する際の基板温度は、前記シリコン層形成時の基板温度±１００℃以内であることを特徴としている。
【００４１】
シリコン層形成後、島状構造を形成しながら成長温度を変えると、原料の分解効率が温度変化に伴い変化するので、原料供給レートが時間と共に変化し、島の密度を制御できなくなる。このため、シリコン層形成後、温度を変えてから島状構造を形成することになるが、温度差が１００℃以上あると、島状構造を形成する前に温度を一定に保つまでかなりの時間がかかり、成長中表面が粗れてしまう。従って、上記温度範囲内とするのがよい。
【００４２】
また、前記第２の工程における窒化物系化合物半導体の成長条件は、少なくとも次の（ａ）〜（ｅ）の何れか１つの要件を満たすように設定されることを特徴としている。（ａ）基板温度を前記島状構造の形成時よりも高くする。このように、高温にすることで横方向成長が促進され、より薄く埋め込み平坦化が可能となる。（ｂ）成長速度を前記島状構造の形成時よりも速くする。このように、成長速度が大きければ、より速く平坦化が可能である。（ｃ）Ｖ族／ＩＩＩ族の原料のモル比を前記島状構造の形成時よりも低くする。これにより窒化物系化合物半導体の横方向成長が促進され、より薄く埋め込み平坦化が可能となる。（ｄ）成長装置内の雰囲気ガスに占める水素の割合を前記島状構造の形成時よりも低くする。これにより窒化物系化合物半導体層の横方向成長を促進し、表面をより速く平坦化できる。（ｅ）成長圧力を前記島状構造の形成時よりも低くする。これにより窒化物系化合物半導体の横方向成長が促進され、より薄く埋め込み平坦化が可能となる。
【００４３】
また、前記第２の工程における基板温度は、前記第１の工程における基板温度よりも１０℃以上、２００℃以下の範囲で高いことを特徴としている。
【００４４】
これによって、埋め込み平坦化過程における基板温度をシリコン層形成時および、島状構造形成時の基板温度よりも高くする事で横方向成長が促進され、より薄く埋め込み平坦化できる。ただし、１０℃以下では殆ど効果がなく、２００℃以上高くすると、表面が粗れるため、上記温度範囲内で高くするのがよい。より好ましくは２０℃以上７０℃以下の範囲内で高温とするのがよい。
【００４５】
また、前記第二の窒化物系化合物半導体層の膜厚は、１００μｍ以上であることを特徴としている。
【００４６】
このように、膜厚が１００μｍ以上あれば基板を剥がして、低転位な自立した窒化物系化合物半導体基板を形成することができる。さらに、第二の窒化物系化合物半導体層の膜厚は、本発明における島状構造の平坦化の観点からいうと１００μｍ以下の膜厚で十分である。ウエハコストとウエハの反りの観点から、５μｍ以下が望ましく、より好ましくは２μｍ以下がよい。
【００４７】
また、前記第一の窒化物系化合物半導体層、前記シリコン層および前記第二の窒化物系化合物半導体層を形成する際の成長圧力は、１０〜７６０Ｔｏｒｒ（約１３．３〜約１０１３．２ｈＰａ）の範囲内であることを特徴としている。
【００４８】
ここで、成長圧力が１０Ｔｏｒｒ（約１３．３ｈＰａ）より低いと、原料の分圧が低すぎて、窒化物系化合物半導体層表面から窒素の脱離が激しくなり、欠陥が多くなってしまう。逆に圧力が７６０Ｔｏｒｒ（約１０１３．２ｈＰａ）よりも高くなると、窒化物系化合物半導体層の横方向成長が遅く、表面を埋め込み平坦化するのが難しくなる。このため上記の成長圧力範囲が望ましく、より好ましくは７５〜３５０Ｔｏｒｒ（約１００．０〜約４６６．６ｈＰａ）がよい。
【００４９】
また、前記第一の窒化物系化合物半導体層および前記第二の窒化物系化合物半導体層を形成する際のＩＩＩ族原料とＶ族原料のモル比は、１：１００〜１００００
であることを特徴としている。
【００５０】
ＩＩＩ族原料とＶ族原料の比が１：１００より小さくなると窒化物の析出の駆動力が極端に減少するため成長しにくくなる。また、１００００以上にする場合、ＩＩＩ族原料の分圧を低くすると、エッチングされやすく、成長しにくい。従って、上記のＩＩＩ族原料に対するＶ族原料の比の範囲内とするのがよく、好ましくは１：１０００〜３０００とするのがよい。
【００５１】
さらに、本発明における成長の方法は、窒化物系化合物半導体を成長できればよく、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥあるいはＨＶＰＥであってもよい。さらに上記発明により作製された低転位窒化物系化合物半導体上に形成された窒化物系化合物半導体デバイスは、転位の減少により、光デバイスにおいては非発光中心が少なくなり発光輝度が向上し、電子デバイスにおいては散乱中心が少なくなって移動度を向上させることができる。
【００５２】
また、本発明の窒化物系化合物半導体は、基板上に成長した転位を含む第一の窒化物系化合物半導体層と、第一の窒化物系化合物半導体層よりも少ない転位を含む第二の窒化物系化合物半導体層との間に欠陥抑制物質層を介在して構成される窒化物系化合物半導体において、前記欠陥抑制物質層は、シリコン原料と、アンモニアとが同時に供給されて形成されたシリコン層であることを特徴としている。ここで、シリコン原料としては、テトラエチルシランが最適である。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００５４】
（実施の形態）
図１（ａ）〜（ｅ）に示す本実施の形態に係る窒化物系化合物半導体基材１０は、基板１上に窒化物系化合物半導体からなる低温堆積緩衝層２、第一の窒化物系化合物半導体層３を成長させ、その後、成長を一時中断してシリコン原料であるテトラエチルシランとアンモニアを同時に供給して欠陥抑制物質層であるシリコン層４を形成し、その上に第二の窒化物系化合物半導体層５を成長させた構造となっている。但し、第一の窒化物系化合物半導体層３は、この層３と異なる組成を有する窒化物系化合物半導体による低温堆積緩衝層２を含む多層膜構造、または窒化物系化合物半導体単層膜（この場合、低温堆積緩衝層２は存在しない）であるとする。
【００５５】
この窒化物系化合物半導体基材１０（窒化物系化合物半導体）の製造方法の特徴は、上記テトラエチルシランとアンモニアを同時に供給する点にある。
【００５６】
つまり、基板１上に成長した転位を多く含む第一の窒化物系化合物半導体層３を含む複合基板と、転位の少ない第二の窒化物系化合物半導体層５との間に欠陥抑制物質であるシリコン層４が存在する構造において、シリコン層４の形成時にシリコン原料であるテトラエチルシランとアンモニアを同時に供給することにより、第一の窒化物系化合物半導体層３の表面からの窒素の脱離を抑制でき、新たな欠陥の導入と表面の粗れを防ぐことができる。これによって、表面が平坦かつ低転位な窒化物系化合物半導体層を形成することが可能となる。
【００５７】
ここで、転位が低減された際に観察された成長過程について述べる。第一の窒化物系化合物半導体層３上にシリコン層４を成長させることにより、転位が終端されるのは前述の通りである。シリコン層４上に第二の窒化物系化合物半導体層５を成長させる際には、成長は以下の様に推移する。
【００５８】
まず、成長初期においては、シリコン層４を形成するためのシリコンと、第二の窒化物系化合物半導体層５を形成するための第二の窒化物系化合物半導体との間の格子不整合により、第二の窒化物系化合物半導体は層状には成長せず、図１（ｃ）に示すように、島状構造５ａに成長する。更に、第二の窒化物系化合物半導体の成長を続けると、島同士が融合し、最終的には平坦な表面が得られる。即ち、図１（ｄ）に示すように、島状構造平坦化層５ｂが得られる。
【００５９】
但し、成長条件によっては、シリコン層４上の第二の窒化物系化合物半導体層５を成長初期から層状に成長することも可能である。しかし、その場合には、シリコンと窒化物系化合物半導体との間の格子不整合に起因する新たな転位が発生し、十分な転位低減が達成できない。
【００６０】
そこで、第二の窒化物系化合物半導体層５の成長初期を島状成長とすることで、上述の格子不整合を緩和し、新たな転位の発生を抑制することが出来る。さらに言えば、第二の窒化物系化合物半導体層５の成長初期には島状成長を促進する条件を積極的・意図的に選ぶ必要がある。上述の手法においては、基板１、第一の窒化物系化合物半導体層３、シリコン層４、第二の窒化物系化合物半導体層５という多くの構成要素が存在する。このため、それぞれの構成要素の詳細、および、構成要素の成長条件などにより、転位の低減効果が影響されることが予想される。すなわち、シリコンの欠陥抑制物質としての働きを十分に引き出すために必要な要件を規定すれば、より良い効果を得ることができる。以下、その必要な要件を加味して実際に行った窒化物系化合物半導体の製造方法の実施例を説明する。
（実施例１）
本実施例１は、転位を多く含む第一の窒化物系化合物半導体層３の上に、シリコン原料であるテトラエチルシランと、アンモニア濃度とを変化させて同時に供給し、欠陥抑割物質層であるシリコン層４を形成した。さらに、その上に第二の窒化物系化合物半導体層５を形成し、最表層での転位密度を減少させるようにしたものである。
【００６１】
まず、上記基板１としてサファイア基板を用い、これを、有機金属気相成長（以下、ＭＯＶＰＥと略す）装置にセットし、水素窒素混合ガス雰囲気下で１２００℃まで昇温させ、サーマルクリーニングを行った。その後、温度を５００℃まで下げ、成長圧力３００Ｔｏｒｒ（約４００．０ｈＰａ）とし、ガリウム原料としてトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧと略す）、窒素原料としてアンモニアを流し、低温堆積緩衝層２としてＧａＮ低温堆積緩衝層を３０ｎｍ成長させた。
【００６２】
次に、成長温度を１０００℃に昇温させ、ＴＭＧおよびアンモニアを流し、第一の窒化物系化合物半導体層３としてＧａＮ層を２μｍ成長させた。
【００６３】
その後、同じ成長温度、圧力を保持したまま、ＴＭＧの供給を止めて成長を５秒間中断した。その間、成長装置内のアンモニア濃度を０．０５〜８０％にして、シリコンの原料としてテトラエチルシランを供給速度３０μｍｏｌ／分で５μｍｏｌ供給し、欠陥抑制物質層であるシリコン層４を形成した。
【００６４】
その後、テトラエチルシランの供給を止め５秒間保持した後、平坦な表面上にＧａＮ層を成長した場合に１ｎｍ／ｓの成長速度で成長する場合に対応するＴＭＧ供給レートで、再び第二の窒化物系化合物半導体層５としてＧａＮ層を、２０秒間成長させたところ、島状構造５ａとしてのＧａＮ島状構造が形成された。
【００６５】
その後、温度をさらに５０℃上げて１０５０℃とし、成長速度１ｎｍ／ｓ、Ｖ族原料とＩＩＩ族原料との比を１５００とし、島状構造平坦化層５ｂとしてＧａＮ層を４μｍ成長させたところ、表面が平坦化した。
【００６６】
図２に、本実施例１で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の第二の窒化物系化合物半導体層５の転位密度とシリコン層４の形成時のアンモニア濃度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の転位密度を示す。
【００６７】
図３に、本実施例１で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の第二の窒化物系化合物半導体層５の表面の粗さ｛ＲＭＳ（二乗平均平方根）値で表す粗さ｝とシリコン層４の形成時のアンモニア濃度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。
【００６８】
この結果から、アンモニア濃度が０．１％以下と５０％以上で転位密度が極端に増加し、表面も粗くなることが分かる。アンモニア濃度が１〜２５％の範囲で最も転位密度が低くなり、最も低い値では２×１０^６ｃｍ^−２となった。すなわち従来の手法であるシリコン層４の形成時にアンモニアを供給しない場合よりも、転位密度を１桁以上低減することができた。また、第二の窒化物系化合物半導体層５であるＧａＮ層の表面粗さもアンモニア濃度が１〜５０％の範囲で小さくなっているのが分かる。
（実施例２）
本実施例２は、上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、基板１をサファイア基板の代わりに、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＡｌＮ、ＧａＮ基板を用いて成長を行ったものである。
【００６９】
ＳｉＣあるいはＳｉ基板上に成長させる場合は、アルミニウム原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、窒素原料してアンモニアを用い、ＡｌＮ層を１０００℃で１００ｎｍ成長させ、その後、第一の窒化物系化合物半導体層３としてＧａＮ層を成長させ、以下、実施例１と同様な成長プロセスを経て窒化物系化合物半導体基材１０を作製した。
【００７０】
また、ＡｌＮ、ＧａＮ基板では、直接１０００℃で第一の窒化物系化合物半導体層３としてＧａＮ層を成長させ、以下、実施例１と同様な成長プロセスを経て窒化物系化合物半導体基材１０を作製した。
【００７１】
図４に、各基板毎の第一の窒化物系化合物半導体層（第一のＧａＮ層）３の転位密度と、第二の窒化物系化合物半導体層（第二のＧａＮ層）５の転位密度を示す。この結果から分かるように、実施例１でサファイア基板を用いたものと同等な転位低減効果が得られ、それぞれ最表層での転位密度が、第一の窒化物系化合物半導体層３と比べ２桁近く低減している。
（実施例３）
本実施例３は、上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、第一の窒化物系化合物半導体層３を、ＧａＮ層とその上にＡ１_０．２ＧａＮ_０．８層を積層させた構造としたものである。これにより作製された窒化物系化合物半導体基材１０の最表層での転位密度は、２×１０^６ｃｍ^−２となり、第一の窒化物系化合物半導体層３の転位密度である２×１０^９ｃｍ^−２と比べ、２ケタ以上低減することができた。
【００７２】
なお、窒化物系化合物半導体基材１０の最表層とは、この例の場合、第二の窒化物系化合物半導体層５であり、以降、同様に表現する。
（実施例４）
本実施例４は、上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、第一の窒化物系化合物半導体層３の膜厚を、０．３〜１５μｍとしたものである。
【００７３】
図５に、本実施例４で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層での転位密度と第一の窒化物系化合物半導体層３の膜厚との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の転位密度を示す。
【００７４】
図６に、本実施例４で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層での表面粗さ（ＲＭＳ）と第一の窒化物系化合物半導体層３の膜厚との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。
【００７５】
この結果から分かるように、最表層での転位密度は、第一の窒化物系化合物半導体層３の膜厚が大きくなるにつれてわずかに減少するが、１０μｍ以上になると殆ど変化は見られなかった。また、第一の窒化物系化合物半導体層３の膜厚を０．３〜１５μｍに変化させてもＲＭＳ値に大きな変化は見られなかった。
（実施例５）
本実施例５は、上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、第一の窒化物系化合物半導体層３の形成時の成長温度を８００℃〜１３００℃としたものである。
【００７６】
図７に、本実施例５で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と第一の窒化物系化合物半導体層３の形成時の成長温度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。この結果から分かるように、成長温度が９００℃以下と１２００℃以上で表面粗さが極端に増加しているのが分かる。逆に、９００℃以上１２００℃以下では表面粗さが減少している。
（実施例６）
本実施例６は、上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、シリコン層４を形成する際のシリコン原料であるテトラエチルシランの供給速度を、０μｍｏｌ／分〜１５０μｍｏｌ／分まで変化させたものである。
【００７７】
図８に、本実施例６で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）とテトラエチルシランの供給速度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。この結果から、供給速度が１μｍｏｌ／分以下と１００μｍｏｌ／分以上で表面粗さが極端に増加しているのが分かる。逆に、１μｍｏｌ／分以上１００μｍｏｌ／分以下で表面粗さが減少しているのが分かる。
（実施例７）
本実施例７は上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、シリコン層４を形成する際のシリコン原料であるテトラエチルシランの供給量を、０．０５μｍｏｌ〜８０μｍｏｌまで変化させたものである。
【００７８】
図９に、本実施例７で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の転位密度とテトラエチルシランの供給速度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の転位密度を示す。この結果から分かるように、本実施例７で作製された窒化物系化合物半導体基材１０においては、テトラエチルシランの供給量が５０μｍｏｌを越えると平坦化されず、最表層に窪みが残留した。また、０．１μｍｏｌより少なくなると転位密度が極端に高くなった。
（実施例８）
本実施例８は、上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、第一の窒化物系化合物半導体層３の形成終了後に、シリコン層４の形成を開始するまでの時間を、０〜２０秒まで変化させたものである。
【００７９】
図１０に、本実施例８で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、第一の窒化物系化合物半導体層３の形成終了後にシリコン層４の形成を開始するまでの時間との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。この結果から分かるように、１０秒以下では、ＲＭＳ値は低い値を保っているが１０秒を越えると表面が粗れてしまい、ＲＭＳ値が極端に増加した。
（実施例９）
本実施例９は、上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、第一の窒化物系化合物半導体層３の形成終了後に、成長温度を１０００℃から、８５０℃〜１１５０℃までの上下に変化させ、実施例１と同様な成長プロセスにより、シリコン層４を形成し、窒化物系化合物半導体基材１０を作製した。
【００８０】
図１１に、本実施例９で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、第一の窒化物系化合物半導体層３の形成時の成長温度とシリコン層４の形成時の成長温度の差との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。この結果から分かるように、成長温度差が±１００℃以上になると表面が粗れてしまい、ＲＭＳ値が極端に増加した。逆に、成長温度差が±１００℃以内では表面が平坦で、ＲＭＳ値が減少している。
（実施例１０）
本実施例１０は上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、ＧａＮ島状構造５ａを形成する際、窒化物系化合物半導体を層状に成長した場合の成長速度として、０．０５ｎｍ／ｓ〜１５ｎｍ／ｓとなる場合に対応するＴＭＧ供給レートで成長したものである。
【００８１】
図１２に、本実施例１０で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の転位密度と、平坦な表面上に窒化物系化合物半導体を成長した場合の成長速度で表されるＧａＮ島状構造５ａの形成時の成長速度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の転位密度を示す。この結果から、成長速度が０．０５ｎｍ／ｓより遅い時は、島状構造５ａを完全に平坦化できず、窪みが残留した。また、成長速度が１０ｎｍ／ｓより速くなると、最初から殆ど平坦に成長してしまい、転位密度が極端に増加した。成長速度が０．１ｎｍ／ｓ以上１０ｎｍ／ｓ以下で転位密度が減少している。
（実施例１１）
本実施例１１は上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、ＧａＮ島状構造５ａを形成する際、窒化物系化合物半導体を層状に成長した場合の膜厚が、０．５ｎｍ〜１５００ｎｍとなるＴＭＧ供給量で成長したものである。
【００８２】
図１３に、本実施例１１で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、ＧａＮ島状構造５ａにおいて窒化物半導体を層状に成長した場合の膜厚との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。この結果から、膜厚が１ｎｍより小さい時と１０００ｎｍより大きくなる時、表面に窪みが残留し、ＲＭＳ値は極端に増加した。膜厚が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下で、ＲＭＳ値が減少している。
（実施例１２）
本実施例１２は上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、ＧａＮ島状構造５ａを形成する際、島密度が１０^３〜１０^９ｃｍ^−２に対応するシリコン層４の形成時のテトラエチルシラン供給量と、島状構造５ａの形成時のＴＭＧ供給レートで成長したものである。
【００８３】
図１４に、本実施例１２で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の転位密度とＧａＮ島状構造５ａの密度との関係、並びに、第一の窒化物系化合物半導体層３の転位密度を示す。
【００８４】
図１５に、本実施例１２で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）とＧａＮ島状構造５ａの密度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。
【００８５】
この結果から、島密度が高くなるにつれて転位密度が高くなっており、島密度が１０^９ｃｍ^−２を越えると転位密度は１０^９ｃｍ^−２台となり、第一の窒化物系化合物半導体層３の転位密度と比べ、殆ど減少していないことが分かる。また、ＲＭＳ値は、島密度が１０^６〜１０^８ｃｍ^−２の時、最も低い値を示しており、それより島密度が低い時は、極端に高くなっていく傾向がある。さらに、島密度が１０^３ｃｍ^−２より低くなると、島状構造５ａを殆ど平坦化できず、最表層には島状の突起が残る。
（実施例１３）
本実施例１３は上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、シリコン層４の形成終了後に、成長温度を１０００℃から、８５０℃〜１１５０℃までの上下に変化させ、実施例１と同様な成長プロセスにより、ＧａＮ島状構造５ａを形成し、窒化物系化合物半導体基材１０を作製した。
【００８６】
図１６に、本実施例１３で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、シリコン層４の形成時の成長温度とＧａＮ島状構造５ａの形成時の成長温度の差との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。この結果から分かるように、成長温度差が１００℃以上になると表面が粗れてしまい、ＲＭＳ値が極端に増加した。１００℃以内ではＲＭＳ値は小さい。
（実施例１４）
本実施例１４は上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、ＧａＮ島状構造５ａの形成後、基板１の温度を１０００℃よりも最高で２５０℃高い範囲まで変化させ、実施例１と同様な成長プロセスにより、島状構造平坦化層５ｂを形成した。
【００８７】
図１７に、本実施例１４で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、ＧａＮ島状構造形成時と平坦化層形成時の成長温度の差との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。この結果から分かるように、基板温度差が１５０℃を越えるようになると、表面が一部、若干粗れ始め、基板温度が１２００℃、すなわちＧａＮ島状構造５ａの形成時より２００℃以上高温になると、表面が全体的に粗れてしまった。
（実施例１５）
本実施例１５は上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、第二の窒化物系化合物半導体層５の膜厚を、２〜１００μｍとしたものである。本実施例１５で得られた窒化物系化合物半導体基材１０は全ての試料で表面は平坦化しており、転位密度は１０^６ｃｍ^−２となり、第一の窒化物系化合物半導体層３の転位密度である２×１０^９ｃｍ^−２と比べ、２ケタ以上低減することができた。
（実施例１６）
本実施例１６は上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、成長圧力を５〜７７０Ｔｏｒｒ（約６．７〜約１０２６．６ｈＰａ）まで変化させたものである。
【００８８】
図１８に、本実施例１６で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の転位密度と成長圧力との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の転位密度を示す。
【００８９】
図１９に、本実施例１６で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と成長圧力との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。これらの結果から、成長圧力が１０Ｔｏｒｒ（約１３．３ｈＰａ）以下では転位密度が非常に高くなり、また、成長圧力が７６０Ｔｏｒｒ（約１０１３．２ｈＰａ）以上ではＲＭＳ値が大きくなることが分かる。つまり、成長圧力が１０Ｔｏｒｒ（約１３．３ｈＰａ）を越えていれば転位密度を低く、また、成長圧力が７６０Ｔｏｒｒ（約１０１３．２ｈＰａ）よりも小さければＲＭＳ値を小さく押さえられることが分かる。
（実施例１７）
本実施例１７は上記実施例１において、シリコン層４の形成時のアンモニア濃度を２０％とし、第一の窒化物系化合物半導体層３および第二の窒化物系化合物半導体層５を形成する際のＩＩＩ族とＶ族原料の比を、１：５０〜２００００まで変化させたものである。
【００９０】
図２０に、本実施例１７で得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、ＩＩＩ族原料とＶ族原料の比との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層３の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す。この結果から分かるように、ＩＩＩ族原料とＶ族原料の比が１：１００より小さい時、及び１００００より大きい時は、ＲＭＳ値が増大し、つまり最表層は平坦化されず、窪みが残留していた。逆に、ＩＩＩ族原料とＶ族原料の比が１：１００より大きい時、及び１００００より小さい時は、ＲＭＳ値が減少し、つまり最表層は平坦化されていた。
（実施例１８）
本実施例１８は上記実施例１において、シリコン層４の形成時にアンモニアを供給しない従来の手法と、アンモニア濃度を２０％として作製した窒化物系化合物半導体基材１０の上に、発光デバイス構造を順次成長して紫外ＬＥＤ（波長３８ｎｍ）を作製したものである。発光デバイス部は、従来および本実施例１８のものとも全く同じ構造のＳＱＷ構造とした。これら従来および本実施例１８の発光素子に対し、２０ｍＡを通電し、この時の各々の発光出力を比較した。この結果、従来のものは２．２ｍＷ、本実施例１８のものは５．５ｍＷと従来のものに比べ、２倍以上発光出力が向上した。
【００９１】
つまり、本発明の窒化物系化合物半導体基材１０の上に、ＬＥＤやＬＤなどの半導体発光素子や受光素子、電子デバイスを作製すれば、その特性を飛躍的に向上させることができる。
（実施例１９）
本実施例１９は上記実施例１において、第一の窒化物系化合物半導体層３を低温堆積緩衝層２のみとした場合である。これにより得られた窒化物系化合物半導体基材１０の最表層での転位密度は、１０^７ｃｍ^−２台となり、低温堆積緩衝層２の転位密度の１０^１０ｃｍ^−２台に比べ、３桁低減することができた。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板上に成長した転位を含む第一の窒化物系化合物半導体層と、第一の窒化物系化合物半導体層よりも少ない転位を含む第二の窒化物系化合物半導体層との間に欠陥抑制物質層が存在する構成の窒化物系化合物半導体を製造する際に、欠陥抑制物質層がシリコン層である場合、そのシリコン層形成時においてシリコン原料（テトラエチルシラン）を供給する際に同時にアンモニアを供給するようにした。このように、シリコン原料とアンモニアを同時に供給することにより、第一の窒化物系化合物半導体層の表面からの窒素の脱離を抑制でき、新たな欠陥の導入と表面の粗れを防ぐことができる。そのシリコン層の上に第二の窒化物系化合物半導体層を成長させると、シリコンと窒化物系化合物半導体との間の格子不整合により、窒化物系化合物半導体は層状には成長せず、島状構造に成長し、さらに、窒化物系化合物半導体の成長を続けると、島同士が融合し、最終的には平坦な表面が得られる。従って、マスク材料を用いることなしに、表面が平坦で低転位な窒化物系化合物半導体層を形成可能とすることによって高品質な窒化物系化合物半導体を製造することができ、その平坦な表面上に形成される窒化物系化合物半導体デバイスの特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る窒化物系化合物半導体基材の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は基板上に低温堆積緩衝層を含む第一の窒化物系化合物半導体層を形成する工程、（ｂ）は第一の窒化物系化合物半導体層上にシリコン層を形成する工程、（ｃ）はシリコン層上に第二の窒化物系化合物半導体層形成過程で形成される島状構造を形成する工程、（ｄ）は島状構造が積層されることで島状構造平坦化層が形成される工程、（ｅ）は窒化物系化合物半導体基材の完成工程を示す図である。
【図２】実施例１で得られた窒化物系化合物半導体基材の第二の窒化物系化合物半導体層の転位密度とシリコン層の形成時のアンモニア濃度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の転位密度を示す図である。
【図３】実施例１で得られた窒化物系化合物半導体基材の第二の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）とシリコン層の形成時のアンモニア濃度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図４】実施例２における各基板毎の第一の窒化物系化合物半導体層（第一のＧａＮ層）の転位密度と、第二の窒化物系化合物半導体層（第二のＧａＮ層）の転位密度を示す図である。
【図５】実施例４で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層での転位密度と第一の窒化物系化合物半導体層の膜厚との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の転位密度を示す図である。
【図６】実施例４で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層での表面粗さ（ＲＭＳ）と第一の窒化物系化合物半導体層の膜厚との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図７】実施例５で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と第一の窒化物系化合物半導体層の形成時の成長温度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図８】実施例６で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）とテトラエチルシランの供給速度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図９】実施例７で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の転位密度とテトラエチルシランの供給速度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の転位密度を示す図である。
【図１０】実施例８で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、第一の窒化物系化合物半導体層の形成終了後にシリコン層の形成を開始するまでの時間との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図１１】実施例９で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、第一の窒化物系化合物半導体層の形成時の基板の温度に対するシリコン層の形成時の基板温度差との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図１２】実施例１０で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の転位密度と、平坦な表面上に窒化物系化合物半導体を成長した場合の成長速度で表されるＧａＮ島状構造の形成時の成長速度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の転位密度を示す図である。
【図１３】実施例１１で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、ＧａＮ島状構造において窒化物半導体を層状に成長した場合の膜厚との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図１４】実施例１２で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の転位密度とＧａＮ島状構造の密度との関係、並びに、第一の窒化物系化合物半導体層の転位密度を示す図である。
【図１５】実施例１２で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）とＧａＮ島状構造の密度との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図１６】実施例１３で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、シリコン層の形成時の基板温度とＧａＮ島状構造の形成時の基板温度差との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図１７】実施例１４で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、ＧａＮ島状構造形成時と平坦化層形成時の基板温度の差との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図１８】実施例１６で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の転位密度と成長圧力との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の転位密度を示す図である。
【図１９】実施例１６で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と成長圧力との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図２０】実施例１７で得られた窒化物系化合物半導体基材の最表層の表面粗さ（ＲＭＳ）と、ＩＩＩ族原料とＶ族原料の比との関係、並びに第一の窒化物系化合物半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）を示す図である。
【図２１】従来の窒化物系化合物半導体基材の構成を示す図である。
【符号の説明】
１基板
２低温堆積緩衝層
３第一の窒化物系化合物半導体層
４シリコン層
５第二の窒化物系化合物半導体層
５ａ島状構造
５ｂ島状構造平坦化層
６転位
１０窒化物系化合物半導体基材

Claims

基板上に成長した転位を含む第一の窒化物系化合物半導体層と、前記第一の窒化物系化合物半導体層よりも少ない転位を含む第二の窒化物系化合物半導体層との間に欠陥抑制物質層が存在する構成の窒化物系化合物半導体の製造方法において、
前記欠陥抑制物質層がシリコン層である場合に、前記シリコン層形成時にシリコン原料を供給する際に同時にアンモニアを供給する
ことを特徴とする窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記シリコン原料は、テトラエチルシランである
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア、ＧａＮ、ＡｌＮの何れかである
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記第一の窒化物系化合物半導体層は、窒化物系化合物半導体単層膜および、異なる組成を有する複数の窒化物系化合物半導体単層から成る多層膜構造の何れかである
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記第一の窒化物系化合物半導体層の膜厚は、１０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記第一の窒化物系化合物半導体層の成長温度は、９００℃以上、１２００℃以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記シリコン層を形成する際のテトラエチルシランの供給速度は、１μｍｏ１／分以上、１００μｍｏ１／分以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記シリコン層を形成する際のテトラエチルシランの供給量は、０．１μｍｏｌ以上、５０μｍｏｌ以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記シリコン層を形成する際の成長装置内のアンモニア濃度は、０．１％以上、５０％以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記第一の窒化物系化合物半導体層の形成終了後に、前記シリコン層の形成を開始するまでの時間が１０秒以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記シリコン層の成長時の基板温度は、前記第一の窒化物系化合物半導体層を形成する際の基板温度±１００℃以内である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記第二の窒化物系化合物半導体層を形成する工程は、前記シリコン層の上に窒化物系化合物半導体を成長して窒化物系化合物半導体による島状構造を形成する第１の工程と、前記島状構造をさらなる窒化物系化合物半導体の成長により平坦化する第２の工程とから成る
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記島状構造を形成する際の原料供給量は、窒化物系化合物半導体が層状に成長した場合の窒化物系化合物半導体の膜厚が、１〜１０００ｎｍとなる原料供給量に対応する
ことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記島状構造の密度は、１０^３〜１０^９ｃｍ^−２である
ことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記島状構造を形成する際の基板温度は、前記シリコン層形成時の基板温度±１００℃以内である
ことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記第２の工程における窒化物系化合物半導体の成長条件は、少なくとも次の（ａ）〜（ｅ）の何れか１つの要件を満たすように設定される
ことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
（ａ）基板温度を前記島状構造の形成時よりも高くする。
（ｂ）成長速度を前記島状構造の形成時よりも速くする。
（ｃ）Ｖ族／ＩＩＩ族の原料のモル比を前記島状構造の形成時よりも低くする。
（ｄ）成長装置内の雰囲気ガスに占める水素の割合を前記島状構造の形成時よりも低くする。
（ｅ）成長圧力を前記島状構造の形成時よりも低くする。
前記第２の工程における基板温度は、前記第１の工程における基板温度よりも１０℃以上、２００℃以下の範囲で高い
ことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記第二の窒化物系化合物半導体層の膜厚は、１００μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記第一の窒化物系化合物半導体層、前記シリコン層および前記第二の窒化物系化合物半導体層を形成する際の成長圧力は、１３．３〜１０１３．２ｈＰａの範囲内である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
前記第一の窒化物系化合物半導体層および前記第二の窒化物系化合物半導体層を形成する際のＩＩＩ族原料とＶ族原料のモル比は、１：１００〜１００００である
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。
基板上に成長した転位を含む第一の窒化物系化合物半導体層と、前記第一の窒化物系化合物半導体層よりも少ない転位を含む第二の窒化物系化合物半導体層との間に欠陥抑制物質層を介在して構成される窒化物系化合物半導体において、
前記欠陥抑制物質層は、シリコン原料であるテトラエチルシランと、アンモニアとが同時に供給されて形成されたシリコン層である
ことを特徴とする窒化物系化合物半導体。
前記シリコン原料は、テトラエチルシランである
ことを特徴とする請求項２１に記載の窒化物系化合物半導体。