JP3946976B2

JP3946976B2 - Semiconductor device, epitaxial substrate, semiconductor device manufacturing method, and epitaxial substrate manufacturing method

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Publication number: JP3946976B2
Application number: JP2001314768A
Authority: JP
Inventors: 智彦柴田; 光浩田中; 和政平松; 秀人三宅; 喜啓木田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003124124A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、エピタキシャル基板、半導体素子の製造方法、及びエピタキシャル基板の製造方法に関し、詳しくは、フォトニックデバイス及び電子デバイスなどの半導体素子、並びにフィールドエミッタなどの素子として好適に用いることのできる半導体素子、及び前記素子を構成する基板として好適に用いることのできるエピタキシャル基板、並びにそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III族窒化物膜は、フォトニックデバイス及び電子デバイスなどの半導体素子を構成する半導体膜として用いられており、近年においては、携帯電話などに用いられる高速ＩＣチップなどを構成する半導体膜としても注目を浴びている。また、特にＡｌを含むIII族窒化物膜は、フィールドエミッタへの応用材料として注目されている。
【０００３】
そして、近年においては、このようなIII族窒化物膜を形成する基板として、所定の基材上にエピタキシャル成長により形成した下地膜を具える、いわゆるエピタキシャル基板が頻繁に用いられている。そして、このエピタキシャル基板上に、単層のIII族窒化物膜あるいは複数のIII族窒化物膜が積層されてなる所定の半導体素子層をＭＯＣＶＤ法などを用いて形成することにより、目的とする素子を得ている。
【０００４】
前記下地膜は、特にＡｌを含有したIII族窒化物膜のエピタキシャル成長を容易にすべく、Ａｌを含有したIII族窒化物から構成することが好ましい。さらに、Ａｌ含有窒化物は大きなバンドギャップを有するため、このようなバンドギャップの大きな材料からなる下地膜をIII族窒化物膜と基材との間に挿入することにより、半導体素子などの効率を向上させることもできる。
【０００５】
しかしながら、このようにして作製した素子においては、エピタキシャル基板を構成する基材とＡｌ含有III族窒化物下地膜との格子定数差に起因してミスフィット転位が発生してしまい、このミスフィット転位が貫通転位として前記Ａｌ含有III族窒化物下地膜中を貫通し、その表面、すなわちエピタキシャル基板の表面に到達してしまう。このため、前記Ａｌ含有III族窒化物下地膜上、すなわち前記エピタキシャル基板上に形成される半導体素子層にも、前記ミスフィット転位に起因した多量の転位が生成されてしまう。
【０００６】
このような観点から、前記下地層上にＥＬＯ技術により中間層を形成する、あるいは前記下地層自体をＥＬＯ技術により形成することが試みられている。
【０００７】
図１及び図２は、ＥＬＯ技術を用いて下地層上に中間層を形成する場合の作製工程を示す断面図である。図１に示すように、単結晶材料からなる基板１上に、エピタキシャル成長により、例えばＡｌ含有III族窒化物からなる下地層２を形成した後、ＳｉＯ_２などからなるマスク４をパターン状に形成する。その後、図２に示すように、下地層２上にマスク４を介して、例えばIII族窒化物からなる中間層３をエピタキシャル成長させる。
【０００８】
このとき、基材１と下地層２との界面で発生した転位は、下地層２を貫通した後、中間層３中を伝播する。そして、中間層３の作製過程において、中間層４がマスク４上へ向けて横方向に成長するに際して、前記転位の一部は図中領域Ｂで示すように横方向に曲げられる。その結果、中間層３中を貫通する転位は、図中領域Ａで示すものだけになり、中間層３に占める貫通転位の割合は減少する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合においても中間層３中には相当量の貫通転位が存在するため、この中間層３上に半導体素子として機能する、単層あるいは多層構造の半導体素子層を形成した際に、この半導体素子層中の転位密度を十分に低減することができないという問題があった。そして、この傾向は、下地層２がＡｌを含むIII族窒化物から構成されるとともに、そのＡｌ含有量が増大するに従って顕著となる。
【００１０】
したがって、上述のようにして、例えば半導体発光素子などを作製した場合においては、その発光効率が劣化していまい、所望の特性を有する半導体発光素子を得ることができないでいた。
【００１１】
本発明は、転位密度を低減させて結晶品質に優れた半導体素子、及びこれに使用するエピタキシャル基板を提供することを目的とする。さらに、前記半導体素子及び前記エピタキシャル基板を製造する方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明の半導体素子は、単結晶材料からなる基材と、前記基材に隣接して形成されたＡｌ含有の第１のIII族窒化物からなり、１１００℃以上の温度でエピタキシャル成長された、（０００１）面を成長面とする下地層と、前記下地層上に設けられたマスクと、第２の III 族窒化物からなり、前記下地層上に前記マスクを介して、前記下地層から一定の角度で傾斜して立ち上がったファセットを有する初期エピタキシャル層と初期エピタキシャル層の成長温度及び圧力を変えて前記ファセットを埋設し平坦化させた第２のエピタキシャル層とからなる中間層と、前記中間層に隣接して形成された第３のIII族窒化物からなる半導体素子層とを具え、前記下地層を構成する前記第１の III 族窒化物の（０００２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が、１００秒以下であり、前記下地層を構成する前記第１のIII族窒化物は、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ｉｎｚ１Ｎ（ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１，ｘ１≧０．５，ｙ１≧０，ｚ１≧０）なる組成を有するとともに、前記中間層を構成する前記第２のIII族窒化物は、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｉｎｚ２Ｎ（ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１，ｘ２≧０，ｙ２≧０，ｚ２≧０）なる組成を有し、ｘ２≦ｘ１−０．１なる関係を満足することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のエピタキシャル基板は、単結晶材料からなる基材と、前記基材に隣接して形成されたＡｌ含有の第１のIII族窒化物からなり、１１００℃以上の温度でエピタキシャル成長された、（０００１）面を成長面とする下地層と、前記下地層上に設けられたマスクと、第２の III 族窒化物からなり、前記下地層上に前記マスクを介して、前記下地層から一定の角度で傾斜して立ち上がったファセットを有する初期エピタキシャル層と初期エピタキシャル層の成長温度及び圧力を変えて前記ファセットを埋設し平坦化させた第２のエピタキシャル層とからなる中間層と、前記中間層に隣接して形成された第３のIII族窒化物からなる半導体素子層とを具え、前記下地層を構成する前記第１の III 族窒化物の（０００２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が、１００秒以下であり、前記下地層を構成する前記第１のIII族窒化物は、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ｉｎｚ１Ｎ（ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１，ｘ１≧０．５，ｙ１≧０，ｚ１≧０）なる組成を有するとともに、前記中間層を構成する前記第２のIII族窒化物は、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｉｎｚ２Ｎ（ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１，ｘ２≧０，ｙ２≧０，ｚ２≧０）なる組成を有し、ｘ２≦ｘ１−０．１なる関係を満足することを特徴とする。
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、下地層上において、この下地層から一定の角度で傾斜して立ち上がったファセットを有する中間層を形成することにより、上記目的を達成できることを見出した。
【００１５】
図３は、本発明のエピタキシャル基板の一例を示す断面図である。図３に示すエピタキシャル基板１０は、所定の単結晶材料からなる基材１１上において、Ａｌ含有III族窒化物からなる下地層１２及びIII族窒化物からなる中間層１３が順次に形成されている。そして、中間層１３は、下地層１２上にパターン状に形成されたマスク１４を中心として、下地層１２から一定の角度で傾斜して立ち上がったファセット１５を有している。
【００１６】
基材１１と下地層１２との界面で発生した転位は、下地層１２を貫通した後中間層１３中を伝播するが、その大部分は、図中矢印で示すように、ファセット１５に至り、横方向に曲げられる。したがって、ファセット１５を超えて伝播する転位の数は著しく低減され、中間層１３の上方における転位密度は著しく低減される。この結果、中間層１３上にIII族窒化物からなる半導体素子層を形成した場合、この素子層中の転位密度も著しく低減され、結晶品質が向上する。したがって、結晶品質に優れたエピタキシャル基板、及び半導体素子を提供できるようになる。
【００１７】
この結果、本発明の半導体素子から半導体発光素子などを構成した場合、前記高結晶品質、並びに下地層をＡｌ含有III族窒化物から構成していることに起因して、発光効率が著しく改善される。
【００１８】
また、本発明では、下地層１２を構成する III 族窒化物におけるＡｌ含有量に対して、中間層１３を構成する III 族窒化物におけるＡｌ含有量を１０原子％以上の割合で減少するようにしている。したがって、下地層１２中を伝播してきた貫通転位は、下地層１２及び中間層１３間のＡｌ濃度組成差に起因した界面を超えて伝播することが困難になる。したがって、中間層１３内の転位密度をさらに低減することができ、この上に形成された半導体素子層の転位密度をさらに低減することができる。
【００１９】
なお、中間層１３におけるファセット１５は、以下に詳述するように、ファセット１５とその残部とを異なるエピタキシャル条件下で成長させることによって形成することができる。
【００２０】
以下、本発明の半導体素子及びエピタキシャル基板の好ましい態様、並びに本発明の半導体素子の製造方法、及びエピタキシャル基板の製造方法について、発明の実施の形態において詳細に説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面と関連させながら発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図４及び図５は、本発明のエピタキシャル基板の製造方法の一例を説明するための断面図である。最初に、図１に示す従来のＥＬＯ技術と同様にして、図４に示すように、単結晶材料からなる基材１１上に、Ａｌ含有III族窒化物からなる下地層１２をエピタキシャル成長させて形成する。次いで、下地層１２上に、マスク１４を蒸着法などによりパターン状に形成する。マスク１４の幅は、例えば０．１μｍ〜５０μｍに設定し、隣接するマスク間隔（開口幅）Ｐは、例えば０．１μｍ〜５０μｍ、さらに望ましくは、１μｍ〜１０μｍに設定する。
【００２３】
次いで、図５に示すように、下地層１２上において、マスク１４を介するようにして中間層１３を構成するIII族窒化物をエピタキシャル成長させ、マスク１４を中心として、下地層１２から一定の角度で傾斜して立ち上がったファセット１５を有する初期エピタキシャル成長層１６を形成する（第１のエピタキシャル成長）。次いで、エピタキシャル条件を変更し、初期エピタキシャル成長層１６を埋設し、平坦化するようにして前記III族窒化物をエピタキシャル成長させ（第２のエピタキシャル成長）、図３に示すような中間層１３を形成する。
【００２４】
第１のエピタキシャル成長と第２のエピタキシャル成長は、温度及び圧力を適宜に選択して行なう。例えば、前記第１のエピタキシャル成長は、前記第２のエピタキシャル成長に対して、低温あるいは低圧力の条件でエピタキシャル成長させる。具体的には、第１のエピタキシャル成長は、９５０℃、２００Ｔｏｒｒで行ない、第２のエピタキシャル成長は、１０７０℃、５００Ｔｏｒｒで行なう。
【００２５】
また、マスク１４は、その長手方向が下地層を構成するIII族窒化物の＜１０−１０＞方向と平行となるように形成することが好ましい。これによって、初期エピタキシャル成長層１６は、下地層１２を構成するIII族窒化物の＜０００１＞方向に沿って簡易に形成され、前記方向に傾斜したファセット１５を有するようになる。すなわち、下地層１２から一定の角度で傾斜して立ち上がったファセット１５を有する初期エピタキシャル成長層１６を簡易に形成することができる。
【００２６】
マスク１４は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、その他高融点金属材料を用いて形成することができる。
【００２７】
下地層１２は、Ａｌを含有したIII族窒化物から構成されることが必要であり、実用的なエピタキシャル基板、すなわち半導体素子を構成するに際しては、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ｉｎｚ１Ｎ（ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１，ｘ１≧０．５，ｙ１≧０，ｚ１≧０）なる組成、さらにはＡｌＮなる組成を有することが好ましい。
【００２８】
また、中間層１３は、III族窒化物から構成されることが必要であり、実用的なエピタキシャル基板、すなわち半導体素子を構成するに際しては、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｉｎｚ２Ｎ（ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１，ｘ２≧０，ｙ２≧０，ｚ２≧０）なる組成を有することが好ましい。そして、この場合において、下地層１２を構成するIII族窒化物と、中間層１３を構成するIII族窒化物との間において、Ａｌ組成比を規定するｘ１及びｘ２は、ｘ２≦ｘ１−０．１なる関係を満たすことが必要である。
【００２９】
このように、下地層１２と中間層１３とが、その界面において１０原子％以上のＡｌ組成濃度差を有することにより、下地層１２中を伝播してきた貫通転位が前記Ａｌ組成濃度差を有する界面を超えて伝播することが困難になる。したがって、中間層１３内の転位密度をさらに低減することができる。
【００３０】
なお、下地層１２及び中間層１３は、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ、Ａｓ及びＢなどの元素を含有することもできる。さらに、意識的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む。
【００３１】
また、下地層１２は、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅で１００秒以下の高結晶性のＡｌ含有III族窒化物から構成されることが好ましい。これによって、下地層１２上に形成された中間層１３、並びに所定の半導体素子層の結晶性も向上し、図３に示すエピタキシャル基板１０、さらには、エピタキシャル基板１０と所定の半導体素子層とを含む半導体素子全体の結晶性をも向上させることができる。したがって、素子特性を飛躍的に向上させることができる。
【００３２】
同様の理由から、下地層１２の主面１２Ａは、表面平均粗さＲａが２Å以下の高い表面平坦性を有することが好ましい。
【００３３】
このような下地層１２は、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用い、基材１１を１１００℃以上、好ましくは１２５０℃以下に加熱することによって形成することができる。従来、下地層は、基材と半導体素子層との格子定数差を補完するためのバッファ層として機能していたため、基材を５００〜６００℃に加熱して、低結晶性のＧａＮ又はＡｌＮなどから構成していた。しかしながら、Ａｌを比較的多量に含むIII族窒化物、特にはＡｌＮから下地層を構成した場合においては、高温成膜によりその結晶性を向上させても、前述したような格子定数差を十分に補完できることを本発明者らは見出した。
【００３４】
また、格子定数差の補完が十分でなく、比較的多量のミスフィット転位が発生した場合においても、中間層中における転位密度は上述したファセットの効果によって十分に低減することができる。さらに、下地層と中間層とが上述したような１０原子％以上のＡｌ組成濃度差を有することによっても、中間層中における転位密度は十分に低減される。
【００３５】
基材１１は、サファイア単結晶、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ_２単結晶、ＬｉＧａＯ_２単結晶、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶及びＡｌＧａＮ単結晶などのIII−Ｖ族単結晶、ＺｒＢ_２などのホウ化物単結晶などの、公知の基板材料から構成することができる。
【００３６】
特に、基材１１をサファイア単結晶から構成する場合においては、基材１１の主面１１Ａに対して表面窒化処理を行ない、表面窒化層を形成することが好ましい。これによって、下地層１２、さらには中間層１３、並びに中間層１３上に形成すべき半導体素子層の結晶性をさらに向上させることができる。
【００３７】
前記表面窒化層は、ＥＳＣＡ分析によって、主面１１Ａから深さ１ｎｍにおける窒素含有量が２原子％以上であり、さらには５０原子％以下となるような厚さに形成する。このような厚さの前記表面窒化層は、基材１１をアンモニアなどの窒素含有雰囲気中に配置し、所定時間加熱することによって行なう。そして、窒素濃度や窒化温度、窒化時間を適宜に制御することによって形成する。
【００３８】
本発明の半導体素子を得るに際しては、上述のようにして作製したエピタキシャル基板上、すなわち中間層上に所定のIII族窒化物からなる半導体素子層を形成する。この半導体素子層は、目的に応じて単層あるいは多層構造を採ることができる。エピタキシャル基板の最上部に位置する中間層の表面層部分は、ファセットによって転位密度が十分に低減されているため、前記半導体素子層中の転位密度は、１０^５−１０^７／ｃｍ^２程度まで低減される。
【００３９】
なお、前記半導体素子層の作製は、エピタキシャル基板の作製と同一バッチで行なうこともできるし、異なるバッチ間で行なうこともできる。また、前記半導体素子層は、エピタキシャル基板と同一の装置を用いて作製することもできるし、異なる装置を用いて作製することもできる。さらに、エピタキシャル基板を構成する中間層のみを異なるバッチ、又は異なる装置を用いて作製することもできる。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例）
【００４１】
基材１１として、Ｃ面サファイア単結晶を用い、これを石英製の反応管内に設置されたサセプタ上に載置した。次いで、圧力を１５Ｔｏｒｒに設定して、水素キャリアガスを流速３ｍ／ｓｅｃとなるように供給した後、ヒータにより、基材１１を１２００℃まで加熱した。
【００４２】
次いで、アンモニアガス（ＮＨ_３）を水素キャリアガスとともに５分間流し、基材１１の主面を窒化させた。なお、ＥＳＣＡによる分析の結果、この表面窒化処理によって、前記主面には窒化層が形成されており、前記主面から深さ１ｎｍにおける窒素含有量が７原子％であることが判明した。
【００４３】
次いで、Ａｌ供給原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いるとともに、窒素供給原料としてアンモニアガス（ＮＨ_３）を用い、これら原料ガスを水素キャリアガスとともに、ＴＭＡとＮＨ_３とのモル比が１：４５０となるようにして前記反応管内に導入するとともに、基材１１上に供給した。そして、１２０分間エピタキシャル成長させることによって、下地層としてのＡｌＮ膜を厚さ２μｍに形成した。
【００４４】
このＡｌＮ下地膜の表面平坦性を評価したところ、５μｍ角のＲａで２Åの平坦な膜であることが判明し、（０００２）のロッキングカーブ半値幅が５０秒という高結晶を呈することが判明した。
【００４５】
次いで、前記ＡｌＮ膜上に所定のマスクを介した成膜処理を施すことにより、マスク幅５μｍ、開口幅５μｍのＳｉＯ_２マスクを、その長手方向が前記ＡｌＮ膜の＜１０−１０＞方向と平行となるように形成した。
【００４６】
次いで、圧力を２００Ｔｏｒｒ、基材温度を９５０℃に変更し、Ｇａ供給原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、原料供給ガスの流量比を（ＴＭＧ＋ＴＭＡ）とＮＨ_３とのモル比が１：１５００となるようにして、前記ＡｌＮ膜上に供給し、４５分間エピタキシャル成長させることによって、｛１１−２２｝面のファセットを有する初期エピタキシャル成長層を形成した。その後、圧力を５００Ｔｏｒｒ、基材温度を１０７０℃に変更して、中間層としてのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層を厚さ１０μｍに形成し、エピタキシャル基板を完成させた。
【００４７】
その後、同条件でＳｉＨ_４ガスを添加し、半導体素子層の最下層を構成するｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層を厚さ３μｍに形成し、半導体素子を完成させた。このＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層中の転位密度をＴＥＭ観察によって調べたところ、５×１０^６／ｃｍ^２であることが判明した。
【００４８】
（比較例）
圧力を５００Ｔｏｒｒ、基材温度を１０７０℃に設定するとともに、（ＴＭＧ＋ＴＭＡ）とＮＨ_３とのモル比が１：１５００となるように設定し、エピタキシャル基板を構成する中間層としてファセットを有しないＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層を厚さ１０μｍに形成した以外は、実施例と同様にして半導体素子を作製した。エピタキシャル基板上に形成した半導体素子層としてのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層中の転位密度をＴＥＭ観察によって調べたところ、５×１０^７／ｃｍ^２であることが判明した。
【００４９】
以上実施例及び比較例から明らかなように、比較例に示す従来のＥＬＯ技術を用いてエピタキシャル基板を作製し、この上にＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ半導体素子層を形成する場合に比べて、本発明のエピタキシャル基板に形成されたＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ半導体素子層は、転位密度が１桁向上し、結晶品質が大きく改善されていることが分かる。
【００５０】
以上、具体例を挙げながら、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記発明の実施に形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能である。
【００５１】
例えば、上記においては、下地層１２及び中間層１３が単層である場合について説明してきたが、これらは多層構造とすることもできる。また、厚さ方向に組成を変化させることもできる。この場合の組成及び結晶性は、下地層及び中間層の全体に亘るものを意味する。
【００５２】
また、基材と下地層との間、あるいは下地層と中間層との間において、バッファ層やひずみ超格子などの多層積層膜を挿入し、前記下地層あるいは前記中間層の結晶性をさらに向上させ、結晶性に優れたエピタキシャル基板、及び半導体素子を提供することができる。また、例えば、下地層の導電性制御を行ない、半導体素子層の機能を下地基板に含ませることもできる。さらには、下地基板上にＨＶＰＥ法を用いて、厚膜のIII族窒化物膜を一旦成長させた後、半導体素子層を作製することもできる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、転位密度を低減させて結晶品質に優れた半導体素子、及びこれに使用するエピタキシャル基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＬＯ技術を用いて下地層上に中間層を形成する場合の一作製工程を示す断面図である。
【図２】図１に示す作製工程の次の作製工程を示す断面図である。
【図３】本発明のエピタキシャル基板の一例を示す断面図である。
【図４】本発明のエピタキシャル基板の製造方法における一作製工程を示す断面図である。
【図５】図４に示す作製工程の次の作製工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１基材、２、１２下地層、３、１３中間層、４、１４マスク、１０エピタキシャル基板、１５ファセット、１６初期エピタキシャル成長層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element, an epitaxial substrate, a method for manufacturing a semiconductor element, and a method for manufacturing an epitaxial substrate, and more specifically, it can be suitably used as a semiconductor element such as a photonic device and an electronic device, and an element such as a field emitter. The present invention relates to a semiconductor device that can be used, an epitaxial substrate that can be suitably used as a substrate constituting the device, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Group III nitride films are used as semiconductor films constituting semiconductor elements such as photonic devices and electronic devices. In recent years, group III nitride films are also attracting attention as semiconductor films constituting high-speed IC chips used for mobile phones and the like. Have been bathed. In particular, a group III nitride film containing Al is attracting attention as an application material for field emitters.
[0003]
In recent years, a so-called epitaxial substrate including a base film formed by epitaxial growth on a predetermined base material is frequently used as a substrate on which such a group III nitride film is formed. Then, on the epitaxial substrate, a predetermined semiconductor element layer formed by laminating a single group III nitride film or a plurality of group III nitride films is formed by using the MOCVD method or the like. Have gained.
[0004]
In particular, the base film is preferably made of a group III nitride containing Al in order to facilitate the epitaxial growth of a group III nitride film containing Al. Furthermore, since Al-containing nitride has a large band gap, inserting a base film made of such a material with a large band gap between the group III nitride film and the base material can improve the efficiency of a semiconductor device or the like. It can also be improved.
[0005]
However, in the device fabricated in this manner, misfit dislocations occur due to the difference in lattice constant between the base material constituting the epitaxial substrate and the Al-containing group III nitride underlayer, and this misfit dislocations Penetrates through the Al-containing group III nitride underlayer as threading dislocations and reaches its surface, that is, the surface of the epitaxial substrate. For this reason, a large amount of dislocations due to the misfit dislocations are also generated in the semiconductor element layer formed on the Al-containing group III nitride underlayer, that is, on the epitaxial substrate.
[0006]
From such a viewpoint, an attempt is made to form an intermediate layer on the underlayer by the ELO technique, or to form the underlayer itself by the ELO technique.
[0007]
1 and 2 are cross-sectional views showing a manufacturing process in the case where an intermediate layer is formed on a base layer using the ELO technique. As shown in FIG. 1, after a base layer 2 made of, for example, an Al-containing group III nitride is formed on a substrate 1 made of a single crystal material by epitaxial growth, a mask 4 made of SiO ₂ or the like is formed in a pattern. . Thereafter, as shown in FIG. 2, an intermediate layer 3 made of, for example, a group III nitride is epitaxially grown on the base layer 2 through a mask 4.
[0008]
At this time, dislocations generated at the interface between the base material 1 and the underlayer 2 propagate through the intermediate layer 3 after passing through the underlayer 2. In the process of manufacturing the intermediate layer 3, when the intermediate layer 4 grows laterally toward the mask 4, some of the dislocations are bent laterally as indicated by a region B in the figure. As a result, only the dislocations penetrating through the intermediate layer 3 are those indicated by the region A in the figure, and the ratio of threading dislocations in the intermediate layer 3 is reduced.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, even in this case, since a considerable amount of threading dislocation exists in the intermediate layer 3, when a single-layer or multi-layer semiconductor element layer that functions as a semiconductor element is formed on the intermediate layer 3, There has been a problem that the dislocation density in the semiconductor element layer cannot be sufficiently reduced. This tendency becomes more prominent as the underlying layer 2 is made of a group III nitride containing Al and the Al content increases.
[0010]
Therefore, when a semiconductor light emitting element or the like is manufactured as described above, for example, the light emission efficiency does not deteriorate, and a semiconductor light emitting element having desired characteristics cannot be obtained.
[0011]
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having excellent crystal quality by reducing the dislocation density, and an epitaxial substrate used therefor. Furthermore, it aims at providing the method of manufacturing the said semiconductor element and the said epitaxial substrate.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor element of the present invention comprises a base material made of a single crystal material and an Al-containing first group III nitride formed adjacent to the base material, and having a temperature of 1100 ° C. or higher. A base layer having a (0001) plane as a growth surface, epitaxially grown at a temperature, a mask provided on the base layer, and a second group III nitride, and on the base layer via the mask And an initial epitaxial layer having facets that are inclined at a certain angle from the underlayer, and a second epitaxial layer in which the facets are buried and planarized by changing the growth temperature and pressure of the initial epitaxial layer. An intermediate layer, and a semiconductor element layer made of a third group III nitride formed adjacent to the intermediate layer, and having a (0002) plane of the first group III nitride constituting the base layer X-ray rock FWHM of Gukabu is not more than 100 seconds, the first III nitride constituting the base layer, Alx1Gay1Inz1N (x1 + y1 + z1 = 1, x1 ≧ 0.5, y1 ≧ 0, z1 ≧ 0) a composition And the second group III nitride constituting the intermediate layer has a composition of Alx2Gay2Inz2N (x2 + y2 + z2 = 1, x2 ≧ 0, y2 ≧ 0, z2 ≧ 0), and x2 ≦ x1-0. It is characterized by satisfying the relationship of 1 .
[0013]
The epitaxial substrate of the present invention comprises a base material made of a single crystal material and an Al-containing first group III nitride formed adjacent to the base material, and is epitaxially grown at a temperature of 1100 ° C. or higher. , A base layer having a (0001) plane as a growth surface, a mask provided on the base layer, and a second group III nitride, and from the base layer via the mask on the base layer An intermediate layer comprising an initial epitaxial layer having a facet that is inclined at a certain angle and a second epitaxial layer in which the facet is buried and planarized by changing the growth temperature and pressure of the initial epitaxial layer ; comprising a semiconductor element layer made of a third group III nitride formed adjacent to the intermediate layer, wherein the configuring the underlying layer of the first group III nitride (0002) X-ray rocking car The half-width not more than 100 seconds, the first III nitride constituting the base layer, Alx1Gay1Inz1N (x1 + y1 + z1 = 1, x1 ≧ 0.5, y1 ≧ 0, z1 ≧ 0) and a composition And the second group III nitride constituting the intermediate layer has a composition of Alx2Gay2Inz2N (x2 + y2 + z2 = 1, x2≥0, y2≥0, z2≥0), and x2≤x1-0.1 It is characterized by satisfying the following relationship.
[0014]
As a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventors have achieved the above object by forming an intermediate layer having facets that are inclined at a certain angle from the under layer on the under layer. I found out that I can do it.
[0015]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the epitaxial substrate of the present invention. In an epitaxial substrate 10 shown in FIG. 3, an underlayer 12 made of an Al-containing group III nitride and an intermediate layer 13 made of a group III nitride are sequentially formed on a base material 11 made of a predetermined single crystal material. . The intermediate layer 13 has a facet 15 that rises at an angle from the base layer 12 with a mask 14 formed in a pattern on the base layer 12 as a center.
[0016]
Dislocations generated at the interface between the base material 11 and the base layer 12 propagate through the intermediate layer 13 after penetrating the base layer 12, most of which reaches the facet 15 as indicated by the arrows in the figure, Bent laterally. Therefore, the number of dislocations propagating beyond the facet 15 is significantly reduced, and the dislocation density above the intermediate layer 13 is significantly reduced. As a result, when a semiconductor element layer made of a group III nitride is formed on the intermediate layer 13, the dislocation density in the element layer is significantly reduced, and the crystal quality is improved. Therefore, it is possible to provide an epitaxial substrate and a semiconductor element that are excellent in crystal quality.
[0017]
As a result, when a semiconductor light emitting device or the like is configured from the semiconductor device of the present invention, the luminous efficiency is remarkably improved due to the high crystal quality and the fact that the underlayer is composed of an Al-containing group III nitride. The
[0018]
In the present invention, with respect to Al content in the group III nitride constituting the base layer 12, the Al content in the group III nitride constituting the intermediate layer 13 so as to decrease at a rate of more than 10 atomic% ing. Accordingly, it is difficult for the threading dislocations that have propagated through the underlayer 12 to propagate beyond the interface caused by the Al concentration composition difference between the underlayer 12 and the intermediate layer 13. Therefore, the dislocation density in the intermediate layer 13 can be further reduced, and the dislocation density of the semiconductor element layer formed thereon can be further reduced.
[0019]
The facet 15 in the intermediate layer 13 can be formed by growing the facet 15 and the remainder thereof under different epitaxial conditions, as will be described in detail below.
[ 0020 ]
Hereinafter, preferred embodiments of the semiconductor element and the epitaxial substrate of the present invention, the method for manufacturing the semiconductor element of the present invention, and the method for manufacturing the epitaxial substrate will be described in detail in the embodiments of the present invention.
[ 0021 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments of the present invention in association with the drawings.
[ 0022 ]
4 and 5 are cross-sectional views for explaining an example of the epitaxial substrate manufacturing method of the present invention. First, similarly to the conventional ELO technique shown in FIG. 1, as shown in FIG. 4, a base layer 12 made of Al-containing group III nitride is epitaxially grown on a base material 11 made of a single crystal material. To do. Next, a mask 14 is formed in a pattern on the underlayer 12 by vapor deposition or the like. The width of the mask 14 is set to, for example, 0.1 μm to 50 μm, and the interval between adjacent masks (opening width) P is set to, for example, 0.1 μm to 50 μm, and more preferably 1 μm to 10 μm.
[ 0023 ]
Next, as shown in FIG. 5, a group III nitride constituting the intermediate layer 13 is epitaxially grown on the underlayer 12 with the mask 14 interposed therebetween, and the mask 14 is centered at a certain angle from the underlayer 12. An initial epitaxial growth layer 16 having a facet 15 rising at an inclination is formed (first epitaxial growth). Next, the epitaxial conditions are changed, the initial epitaxial growth layer 16 is buried, and the group III nitride is epitaxially grown so as to be planarized (second epitaxial growth), thereby forming the intermediate layer 13 as shown in FIG.
[ 0024 ]
The first epitaxial growth and the second epitaxial growth are performed by appropriately selecting temperature and pressure. For example, in the first epitaxial growth, the second epitaxial growth is epitaxially grown under conditions of low temperature or low pressure. Specifically, the first epitaxial growth is performed at 950 ° C. and 200 Torr, and the second epitaxial growth is performed at 1070 ° C. and 500 Torr.
[ 0025 ]
The mask 14 is preferably formed so that its longitudinal direction is parallel to the <10-10> direction of the group III nitride constituting the underlayer. As a result, the initial epitaxial growth layer 16 has a facet 15 that is easily formed along the <0001> direction of the group III nitride constituting the underlying layer 12 and inclined in the direction. That is, it is possible to easily form the initial epitaxial growth layer 16 having the facets 15 rising from the base layer 12 at a certain angle.
[ 0026 ]
Mask _14, SiO _{2, SiOx, SiNx,} can be formed using other refractory metal material.
[ 0027 ]
The underlayer 12 needs to be composed of a group III nitride containing Al. When a practical epitaxial substrate, i.e., a semiconductor element is constructed, Alx1Gay1Inz1N (x1 + y1 + z1 = 1, x1 ≧ 0.5, It is preferable to have a composition of y1 ≧ 0, z1 ≧ 0), and further a composition of AlN.
[ 0028 ]
In addition, the intermediate layer 13 needs to be made of a group III nitride. When a practical epitaxial substrate, that is, a semiconductor element is formed, Alx2Gay2Inz2N (x2 + y2 + z2 = 1, x2 ≧ 0, y2 ≧ 0, It is preferable to have a composition of z2 ≧ 0). In this case, x1 and x2 defining the Al composition ratio between the group III nitride constituting the underlayer 12 and the group III nitride constituting the intermediate layer 13 are x2 ≦ x1-0. It is necessary to satisfy one relationship.
[ 0029 ]
Thus, when the underlayer 12 and the intermediate layer 13 have an Al composition concentration difference of 10 atomic% or more at the interface, the threading dislocations propagated in the underlayer 12 have the Al composition concentration difference. It becomes difficult to propagate beyond. Therefore, the dislocation density in the intermediate layer 13 can be further reduced.
[ 0030 ]
The underlayer 12 and the intermediate layer 13 can also contain elements such as Ge, Si, Mg, Ca, Zn, Be, P, As, and B as required. Furthermore, it is not limited to the element added intentionally, but includes impurities that are inevitably included depending on the film forming conditions and the like, as well as trace impurities contained in the raw materials and reaction tube materials.
[ 0031 ]
The underlayer 12 is preferably composed of a highly crystalline Al-containing group III nitride having a (0002) plane X-ray rocking curve half width of 100 seconds or less. Thereby, the crystallinity of the intermediate layer 13 formed on the base layer 12 and the predetermined semiconductor element layer is also improved, and the epitaxial substrate 10 shown in FIG. The crystallinity of the entire semiconductor device including the semiconductor element can be improved. Therefore, the device characteristics can be dramatically improved.
[ 0032 ]
For the same reason, the main surface 12A of the foundation layer 12 preferably has a high surface flatness with a surface average roughness Ra of 2 mm or less.
[ 0033 ]
Such an underlayer 12 can be formed by, for example, using the MOCVD method and heating the substrate 11 to 1100 ° C. or higher, preferably 1250 ° C. or lower. Conventionally, since the base layer functioned as a buffer layer for complementing the difference in lattice constant between the base material and the semiconductor element layer, the base material is heated to 500 to 600 ° C., and low crystalline GaN, AlN, or the like It consisted of However, in the case where the base layer is made of a group III nitride containing a relatively large amount of Al, particularly AlN, the difference in lattice constant as described above is sufficient even if the crystallinity is improved by high-temperature film formation. The inventors have found that they can be complemented.
[ 0034 ]
In addition, even when a relatively large amount of misfit dislocations occurs due to insufficient complementation of the lattice constant difference, the dislocation density in the intermediate layer can be sufficiently reduced by the facet effect described above. Furthermore, the dislocation density in the intermediate layer can be sufficiently reduced by having the Al composition concentration difference of 10 atomic% or more between the underlayer and the intermediate layer as described above.
[ 0035 ]
The substrate 11 is composed of oxide single crystals such as sapphire single crystal, ZnO single crystal, LiAlO ₂ single crystal, LiGaO ₂ single crystal, MgAl ₂ O ₄ single crystal, MgO single crystal, Si single crystal, SiC single crystal, etc. Group or IV-IV single crystal, GaAs single crystal, AlN single crystal, GaN single crystal, III-V single crystal such as AlGaN single crystal, and boride single crystal such as ZrB ₂ are used. can do.
[ 0036 ]
In particular, when the substrate 11 is composed of a sapphire single crystal, it is preferable to perform a surface nitriding process on the main surface 11A of the substrate 11 to form a surface nitrided layer. As a result, the crystallinity of the underlying layer 12, the intermediate layer 13, and the semiconductor element layer to be formed on the intermediate layer 13 can be further improved.
[ 0037 ]
The surface nitride layer is formed by ESCA analysis so that the nitrogen content at a depth of 1 nm from the main surface 11A is 2 atomic% or more and further 50 atomic% or less. The surface nitrided layer having such a thickness is formed by placing the substrate 11 in an atmosphere containing nitrogen such as ammonia and heating it for a predetermined time. And it forms by controlling nitrogen concentration, nitriding temperature, and nitriding time suitably.
[ 0038 ]
In obtaining the semiconductor element of the present invention, a semiconductor element layer made of a predetermined group III nitride is formed on the epitaxial substrate manufactured as described above, that is, on the intermediate layer. The semiconductor element layer can take a single layer or a multilayer structure depending on the purpose. Since the surface layer portion of the intermediate layer located at the uppermost part of the epitaxial substrate has been sufficiently reduced in dislocation density by facets, the dislocation density in the semiconductor element layer is reduced to about 10 ⁵ -10 ⁷ / cm ^2. Is done.
[ 0039 ]
The semiconductor element layer can be produced in the same batch as that of the epitaxial substrate, or can be produced between different batches. The semiconductor element layer can be manufactured using the same apparatus as the epitaxial substrate, or can be manufactured using a different apparatus. Furthermore, only the intermediate layer constituting the epitaxial substrate can be manufactured using different batches or different apparatuses.
[ 0040 ]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
(Example)
[ 0041 ]
A C-plane sapphire single crystal was used as the base material 11 and placed on a susceptor installed in a quartz reaction tube. Next, after setting the pressure to 15 Torr and supplying the hydrogen carrier gas at a flow rate of 3 m / sec, the substrate 11 was heated to 1200 ° C. with a heater.
[ 0042 ]
Next, ammonia gas (NH ₃ ) was allowed to flow along with the hydrogen carrier gas for 5 minutes to nitride the main surface of the substrate 11. As a result of analysis by ESCA, it was found that a nitride layer was formed on the main surface by this surface nitriding treatment, and the nitrogen content at a depth of 1 nm from the main surface was 7 atomic%.
[ 0043 ]
Then, with use of trimethylaluminum (TMA) as Al feedstock, using ammonia gas (NH ₃₎ as a nitrogen feedstock, these raw material gases together with hydrogen carrier gas, the molar ratio of TMA and NH ₃ are 1: 450 and In this way, it was introduced into the reaction tube and supplied onto the substrate 11. Then, an AlN film as a base layer was formed to a thickness of 2 μm by epitaxial growth for 120 minutes.
[ 0044 ]
When the surface flatness of this AlN underlayer was evaluated, it was found to be a 2 μm flat film with a 5 μm square Ra, and it was found to exhibit a high crystal with a half-width of (0002) rocking curve of 50 seconds. .
[ 0045 ]
Next, a film forming process is performed on the AlN film through a predetermined mask, so that the longitudinal direction of the SiO ₂ mask having a mask width of 5 μm and an opening width of 5 μm is parallel to the <10-10> direction of the AlN film. It formed so that it might become.
[ 0046 ]
Next, the pressure was changed to 200 Torr, the substrate temperature was changed to 950 ° C., trimethylgallium (TMG) was used as the Ga feedstock, and the flow rate ratio of the feedstock gas was (TMG + TMA) and NH ₃ molar ratio was 1: 1500. Thus, the initial epitaxial growth layer having facets of {11-22} plane was formed by supplying the AlN film and epitaxially growing it for 45 minutes. Thereafter, the pressure was changed to 500 Torr, the substrate temperature was changed to 1070 ° C., and an Al _0.05 Ga _0.95 N layer as an intermediate layer was formed to a thickness of 10 μm, thereby completing the epitaxial substrate.
[ 0047 ]
Thereafter, SiH ₄ gas was added under the same conditions, and an n-type Al _0.05 Ga _0.95 N layer constituting the bottom layer of the semiconductor element layer was formed to a thickness of 3 μm to complete the semiconductor element. When the dislocation density in the Al _0.05 Ga _0.95 N layer was examined by TEM observation, it was found to be 5 × 10 ⁶ / cm ² .
[ 0048 ]
(Comparative example)
The pressure is set to 500 Torr, the substrate temperature is set to 1070 ° C., the molar ratio of (TMG + TMA) to NH ₃ is set to 1: 1500, and Al ₀ having no facet as an intermediate layer constituting the epitaxial substrate _{A .05} Ga _0.95 N layer was formed in the same manner as in Example except that a 10 μm thickness was formed. When the dislocation density in the Al _0.05 Ga _0.95 N layer as the semiconductor element layer formed on the epitaxial substrate was examined by TEM observation, it was found to be 5 × 10 ⁷ / cm ² .
[ 0049 ]
As is clear from the above examples and comparative examples, an epitaxial substrate is produced using the conventional ELO technique shown in the comparative example, and an Al _0.05 Ga _0.95 N semiconductor element layer is formed thereon. Thus, it can be seen that the Al _0.05 Ga _0.95 N semiconductor element layer formed on the epitaxial substrate of the present invention has a dislocation density improved by an order of magnitude and crystal quality greatly improved.
[ 0050 ]
The present invention has been described in detail based on the embodiments of the invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the embodiments of the invention, and does not depart from the scope of the invention. All changes and modifications are possible.
[ 0051 ]
For example, in the above description, the case where the base layer 12 and the intermediate layer 13 are single layers has been described. However, these layers may have a multilayer structure. Further, the composition can be changed in the thickness direction. The composition and crystallinity in this case mean that which covers the entire underlayer and intermediate layer.
[ 0052 ]
In addition, a multilayer film such as a buffer layer or a strained superlattice is inserted between the base material and the base layer or between the base layer and the intermediate layer to further improve the crystallinity of the base layer or the intermediate layer. Thus, an epitaxial substrate and a semiconductor element having excellent crystallinity can be provided. Further, for example, the conductivity of the base layer can be controlled, and the function of the semiconductor element layer can be included in the base substrate. Furthermore, a semiconductor element layer can also be manufactured after once growing a thick group III nitride film on the base substrate using the HVPE method.
[ 0053 ]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor element having excellent crystal quality by reducing the dislocation density, and an epitaxial substrate used therefor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process in the case where an intermediate layer is formed on a base layer using an ELO technique.
2 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows the manufacturing step shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an epitaxial substrate of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one manufacturing process in the method for manufacturing an epitaxial substrate of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows the manufacturing step shown in FIG. 4; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 Base material, 2,12 Base layer, 3,13 Intermediate layer, 4,14 Mask, 10 Epitaxial substrate, 15 Facet, 16 Initial epitaxial growth layer

Claims

A substrate made of a single crystal material;
An underlayer having a (0001) plane as a growth surface, comprising an Al-containing first group III nitride formed adjacent to the base material, and epitaxially grown at a temperature of 1100 ° C. or higher;
A mask provided on the underlayer;
The growth temperature and pressure of the initial epitaxial layer and the initial epitaxial layer, each of which is made of a second group III nitride and has a facet that rises at a certain angle from the base layer via the mask on the base layer. an intermediate layer comprising a second epitaxial layer is planarized buried the facets change,
A semiconductor element layer made of a third group III nitride formed adjacent to the intermediate layer,
The half width of the X-ray rocking curve of the (0002) plane of the first group III nitride constituting the underlayer is 100 seconds or less,
The first group III nitride constituting the underlayer has a composition of Alx1Gay1Inz1N (x1 + y1 + z1 = 1, x1 ≧ 0.5, y1 ≧ 0, z1 ≧ 0) and the first layer constituting the intermediate layer. The group III nitride of 2 has a composition of Alx2Gay2Inz2N (x2 + y2 + z2 = 1, x2 ≧ 0, y2 ≧ 0, z2 ≧ 0), and satisfies the relationship of x2 ≦ x1-0.1. A semiconductor element that is characterized.

The underlying layer of the first group III nitride constituting the is characterized by having an AlN having a composition, a semiconductor device according to claim 1.

The substrate is made of sapphire single crystal, characterized in that nitrogen content at a depth of 1nm from the main surface of the substrate has a surface nitride layer is 2 atom% or more, according to claim 1 or 2 Semiconductor element.

The mask, the longitudinal direction thereof, characterized in that <10-10> is parallel to the direction of the first III nitride constituting the base layer, according to claim 1 to 3 any one Semiconductor element.

A substrate made of a single crystal material;
An underlayer having a (0001) plane as a growth surface, comprising an Al-containing first group III nitride formed adjacent to the base material, and epitaxially grown at a temperature of 1100 ° C. or higher;
A mask provided on the underlayer;
The growth temperature and pressure of the initial epitaxial layer and the initial epitaxial layer, each of which is made of a second group III nitride and has a facet that rises at a certain angle from the base layer via the mask on the base layer. an intermediate layer comprising a second epitaxial layer is planarized buried the facets change,
A semiconductor element layer made of a third group III nitride formed adjacent to the intermediate layer,
The half width of the X-ray rocking curve of the (0002) plane of the first group III nitride constituting the underlayer is 100 seconds or less,
The first group III nitride constituting the underlayer has a composition of Alx1Gay1Inz1N (x1 + y1 + z1 = 1, x1 ≧ 0.5, y1 ≧ 0, z1 ≧ 0) and the first layer constituting the intermediate layer. The group III nitride of 2 has a composition of Alx2Gay2Inz2N (x2 + y2 + z2 = 1, x2 ≧ 0, y2 ≧ 0, z2 ≧ 0), and satisfies the relationship of x2 ≦ x1-0.1. An epitaxial substrate characterized.

6. The epitaxial substrate according to claim 5 , wherein the first group III nitride constituting the underlayer has a composition of AlN.

The substrate is made of sapphire single crystal, the nitrogen content at a depth of 1nm from the main surface of said substrate and having a surface nitride layer is 2 atom% or more, according to claim 5 or 6 Epitaxial substrate.

The longitudinal direction of the mask is parallel to the <10-10> direction of the first group III nitride constituting the foundation layer, according to any one of claims 5 to 7 , Epitaxial substrate.

A base material made of a single crystal material, an underlayer made of Al-containing first group III nitride formed adjacent to the base material, and a second group III formed adjacent to the base layer A method of manufacturing a semiconductor device comprising an intermediate layer made of nitride and a semiconductor device layer made of a third group III nitride formed adjacent to the intermediate layer,
The underlayer is epitaxially grown at a temperature of 1100 ° C. or higher and the (0001) plane is the growth plane.
Said intermediate layer, said after forming a predetermined mask on the underlying layer, said through the mask on the base layer, is epitaxially grown so as to have a facet rises inclined at an angle from said base layer After forming the initial epitaxial layer, the growth temperature and pressure of the initial epitaxial layer are changed , and the second epitaxial layer is formed by epitaxial growth so as to bury and flatten the facet,
The first group III nitride constituting the underlayer has a composition of Alx1Gay1Inz1N (x1 + y1 + z1 = 1, x1 ≧ 0.5, y1 ≧ 0, z1 ≧ 0) and the first layer constituting the intermediate layer. The group III nitride of 2 has a composition of Alx2Gay2Inz2N (x2 + y2 + z2 = 1, x2 ≧ 0, y2 ≧ 0, z2 ≧ 0), and satisfies the relationship of x2 ≦ x1-0.1. A method for manufacturing a semiconductor device, which is characterized.

The mask, the longitudinal direction thereof, and wherein the <10-10> be formed so as to be parallel to the direction of the first III nitride constituting the base layer, according to claim 9 A method for manufacturing a semiconductor device.

The base material is made of sapphire single crystal, and a surface having a nitrogen content of 2 atomic% or more at a depth of 1 nm from the main surface of the base material by subjecting the main surface of the base material to surface nitriding treatment. and forming a nitride layer, the method according to claim 9 or 10.

A base material made of a single crystal material, an underlayer made of Al-containing first group III nitride formed adjacent to the base material, and a second group III formed adjacent to the base layer A method of manufacturing an epitaxial substrate comprising an intermediate layer made of nitride,
The underlayer is epitaxially grown at a temperature of 1100 ° C. or higher and the (0001) plane is the growth plane.
Said intermediate layer, said after forming a predetermined mask on the underlying layer, said through the mask on the base layer, is epitaxially grown so as to have a facet rises inclined at an angle from said base layer After forming the initial epitaxial layer, the growth temperature and pressure of the initial epitaxial layer are changed , and the second epitaxial layer is formed by epitaxial growth so as to bury and flatten the facet,
The first group III nitride constituting the underlayer has a composition of Alx1Gay1Inz1N (x1 + y1 + z1 = 1, x1 ≧ 0.5, y1 ≧ 0, z1 ≧ 0) and the first layer constituting the intermediate layer. The group III nitride of 2 has a composition of Alx2Gay2Inz2N (x2 + y2 + z2 = 1, x2 ≧ 0, y2 ≧ 0, z2 ≧ 0), and satisfies the relationship of x2 ≦ x1-0.1. A method for manufacturing an epitaxial substrate, which is characterized.

The epitaxial substrate according to claim 12 , wherein the mask is formed such that a longitudinal direction thereof is parallel to a <10-10> direction of the first group III nitride constituting the underlayer. Production method.

The base material is made of sapphire single crystal, and a surface having a nitrogen content of 2 atomic% or more at a depth of 1 nm from the main surface of the base material by subjecting the main surface of the base material to surface nitriding treatment. and forming a nitride layer, method for manufacturing an epitaxial substrate according to claim 12 or 13.