JP3982788B2 - 半導体層の形成方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体層の形成方法に関し、さらに詳細には、各種の材料からなる基板上などに、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）などの薄膜や厚膜などのエピタキシャル半導体層を形成する際に用いて好適な半導体層の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青色波長域〜紫外波長域のような短波長域における発光素子材料として、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体であるＧａＮが注目されており、ＧａＮ系薄膜を材料とした青色発光ダイオード（ＬＥＤ）が実現されるとともに、ＧａＮ系薄膜を材料とした青色レーザーの研究が進められている。
【０００３】
なお、ＧａＮ系薄膜としては、ＧａＮのみならず、例えば、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどが知られている。
【０００４】
こうしたＧａＮ系薄膜を材料とした青色ＬＥＤの発光の効率を向上させたり、ＧａＮ系薄膜を材料とした青色レーザーを実現するためには、ＧａＮ系薄膜中に存在する、例えば、ミスフィット転位やミスフィット転位によって生じる貫通転位のような転位あるいは粒界などの構造欠陥を制御することが重要であると考えられている。
【０００５】
ところで、基板として広く使用されるサファイア（Ａｌ２Ｏ３）や炭化シリコン（ＳｉＣ）上に形成されたＧａＮ薄膜やＡｌＧａＮ薄膜における欠陥密度（単位面積当たりの構造欠陥の数）は、Ａｌ２Ｏ３基板上やＳｉＣ基板上に形成され実用化されている他のＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）薄膜における欠陥密度と比較すると、極めて高い値を示している。
【０００６】
このようなＧａＮ系薄膜の欠陥密度の高さは、Ａｌ２Ｏ３基板やＳｉＣ基板とＧａＮ系薄膜の間の格子定数差に起因するものであり、基板材料としてＧａＮ基板が存在しない現状においては、ＧａＮ系薄膜の欠陥密度の高さは避け難い問題として指摘されていた。
【０００７】
また一方、Ａｌ２Ｏ３基板やＳｉＣ基板はＧａＮ系薄膜に対して濡れ性が悪い。
【０００８】
従来、Ａｌ２Ｏ３基板の濡れ性の悪さを改善するためには、薄膜構造を模式的に示した図１に示すように、Ａｌ２Ｏ３基板１００上に、バッファー層として６００℃で低温成長させたＧａＮまたはＡｌＮのアモルファス層１０２を形成するようになされていた。そして、このＧａＮまたはＡｌＮのアモルファス層１０２上に、１０８０℃で結晶成長させたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄膜）１０４を形成していた。
【０００９】
また、ＳｉＣ基板の濡れ性の悪さを改善するためには、薄膜構造を模式的に示した図２に示すように、ＳｉＣ基板１００上に、バッファー層として１１４０℃で成長させたＡｌＮ薄膜２０２を形成するようになされていた。そして、ＡｌＮ薄膜２０２上に、１０８０℃で結晶成長させたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄膜）２０４を形成していた。
【００１０】
こうしたＧａＮまたはＡｌＮのアモルファス層１０２を下地にしたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄膜）１０４は、下地のアモルファス層１０２がその後の成長温度１０８０℃への昇温過程で結晶化された高密度微小結晶を核として成長し融合する。
【００１１】
また、ＡｌＮ薄膜２０２を下地にしたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄膜）２０４は、下地のＡｌＮ薄膜２０２がアモルファスではなく粒界の細かい結晶の集合体による微小核が高密度で密集しているものであり、その高密度微小結晶を核として成長し融合する。
【００１２】
上記した図１に示す薄膜構造において、厚さ１ｎｍ以上のＧａＮのアモルファス層１０２上に１．５μｍの厚さのＧａＮ薄膜１０４を形成した場合や、上記した図２に示す薄膜構造において、厚さ１ｎｍ以上のＡｌＮ薄膜２０２上に１．５μｍの厚さのＧａＮ薄膜２０４を形成した場合には、上記高密度微小結晶核の密度に応じた結晶粒界が生じ構造欠陥である貫通転位が粒界部に発生する。転位密度は１０９ｃｍ−２〜１０１０ｃｍ−２と高密度であり、さらに、転位密度を大幅に低減することが強く望まれていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、各種の材料からなる基板上などにＧａＮなどの薄膜や厚膜の半導体層を形成する場合において、煩雑な工程を必要とすることなしに、当該半導体層中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を大幅に低減させることができるようにした半導体層の形成方法を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法において、ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度でエピタキシャル成長させる第１のステップと、上記ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された上記三次元核を上記三次元核の横方向へ主に成長するモードである横方向成長モードで結晶成長させ、上記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を上記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップとを有し、上記第１のステップと上記第２のステップとを有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により行うようにしたものである。
【００１５】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、図３に示すように、第１のステップにより、基板１０上に半導体物質結晶よりなる三次元核１２が低密度の核密度で生成される。
【００１６】
ここで、三次元核１２には、図４（ａ）に示すように、それぞれ貫通転位が存在している。
【００１７】
そして、第２のステップにより、図４（ｂ）に示すように、基板１０上に生成された三次元核１２が横方向成長モードで結晶成長されて、三次元核同士が融合されることになり、半導体物質結晶よりなる半導体層１４が基板１０上に形成されることになるものである。
【００１８】
換言すると、基板１０上に形成された半導体層１４においては、三次元核１２の周囲を埋めるようにして半導体物質結晶が横方向成長モードで結晶成長して、三次元核１２同士が横方向成長モードで結晶成長する半導体物質結晶により融合されるので、観念的には図４（ｃ）において破線で示すように三次元核１２は存在しているが、その存在を視認することはできない。
【００１９】
このように、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、横方向成長モードにより転位の伝播方向が基板１０の表面に平行した横方向になり、このため半導体層１４の表面まで達する貫通転位を著しく減少することができる。
【００２０】
ここで、横方向成長モードとは、図５に示すように、基板１０に形成された三次元核１２の高さ方向（図５における矢印Ａ方向）へ主に成長する通常モードとは異なり、基板１０に形成された三次元核１２の横方向（図５における矢印Ｂ方向ならびに矢印Ｃ方向）へ主に成長するモードである。
【００２１】
この横方向成長モードとするには、例えば、通常モードよりも成長温度を１℃乃至２００℃ほど上昇させ、更に、ＩＩＩ族原料であるＴＭＧの供給量を抑え、かつＶ族原料であるＮＨ３の供給量を上昇させればよい。
【００２２】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記第１のステップは、上記ＳｉＣ基板の温度が８００℃乃至１３００℃において上記三次元結晶核を成長させるようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明において、上記第２のステップは、上記三次元核を横方向に成長させて上記三次元核同士を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を形成するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第２のステップは、上記第１のステップにおける成長よりも横方向成長レートが速い横方向成長モードにおいて、上記三次元核を横方向に成長させて上記三次元核同士を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を形成するようにしたものである。
【００２７】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法において、ＳｉＣ基板上に材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを供給して、上記ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成する第１のステップと、上記三次元核が生成された上記ＳｉＣ基板上に材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを供給して、上記ＳｉＣ基板上に生成された上記三次元核を上記三次元核の横方向へ主に成長するモードである横方向成長モードで結晶成長させ、上記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を上記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップとを有するようにしたものである。
【００２８】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、上記第１のステップでは上記ＳｉＣ基板を１０８０℃に加熱し、上記第２のステップでは上記ＳｉＣ基板を１１２０℃に加熱するようにしたものである。
【００２９】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法において、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、７６ｔｏｒｒ（０．１気圧）に減圧した結晶成長反応炉内において、ＳｉＣ基板を１０８０℃に加熱し、材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを用い、ＴＭＧのキャリアガスとしてＨ２を用い、上層フローとしてＮ２を用い、ＴＭＧの流量を１０ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を２ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、上記ＳｉＣ基板上に１０秒以上同時供給し、上記ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成する第１のステップと、上記三次元核が生成された上記ＳｉＣ基板を１１２０℃に加熱し、材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを用い、ＴＭＧのキャリアガスとしてＨ２を用い、上層フローとしてＮ２を用い、ＴＭＧの流量を５ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を４ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、上記ＳｉＣ基板上に１０分以上同時供給し、上記ＳｉＣ基板上に生成された上記三次元核を上記三次元核の横方向へ主に成長するモードである横方向成長モードで結晶成長させ、上記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を上記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップとを有するようにしたものである。
【００３０】
そして、本発明のうち請求項１０に記載の発明のように、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９のいずれか１項に記載の発明において、上記第１のステップを、上記基板上に上記三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成するものとすることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００３２】
なお、この本発明による半導体層の形成方法の実施の形態の一例においては、ＳｉＣ基板上に半導体層としてＧａＮ結晶薄膜を形成する場合について説明する。
【００３３】
ここで、ＳｉＣ基板上に半導体層としてＧａＮ結晶薄膜を形成するには、横型の減圧（７６Ｔｏｒｒ）した有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いることとするが、これに限られるものではないことは勿論であり、後述するように、ＭＯＣＶＤ以外の分子線エピタキシ法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）などの薄膜製造技術を用いてもよい。
【００３４】
図６には、ＭＯＣＶＤ装置の概念構成説明図が示されている。なお、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）においては、「基板」の符号を「１０」とし、三次元核の符号を「１２」とし、「半導体層」の符号を「１４」としているが、図６においても、図４と同一あるいは相当する構成には、図４において用いた符号と同一の符号を付して示すものとする。
【００３５】
このＭＯＣＶＤ装置３００は、ＲＦ加熱コイル３０２により周囲を覆われた結晶成長反応炉３０４内には、表面にＧａＮ結晶薄膜を成長させる基板としてのＳｉＣ基板３０６を上面に配置するとともに当該ＳｉＣ基板３０６を加熱するためのサセプター３０８が配設されている。
【００３６】
また、ＲＦ加熱コイル３０２にはＲＦ電源３１０が接続されており、さらに、ＲＦ電源３１０にはマイクロコンピューターにより構成されたＲＦ制御装置３１２が接続されている。
【００３７】
そして、ＲＦ制御装置３１２によって、ＲＦ電源３１０はその出力を制御される。即ち、ＲＦ制御装置３１２によりＲＦ電源３１０からＲＦ加熱コイル３０２への給電が制御されるものであり、ＲＦ加熱コイル３０２はＲＦ電源３１０からの給電に応じてサセプター３０８を加熱することになる。
【００３８】
即ち、この結晶成長装置３００においては、ＲＦ電源３１０からＲＦ加熱コイル３０２への給電による渦電流誘起加熱により、サセプター３０８が加熱されるものである。
【００３９】
なお、サセプター３０８は、例えば、カーボンなどにより形成されているものである。
【００４０】
一方、結晶成長反応炉３０４には、ＳｉＣ基板３０６上に形成するＧａＮの原料となる材料ガスやキャリアガスなどの各種のガスを導入するためのガス導入孔３０４ａと、結晶成長反応炉３０４内に導入された各種のガスを排出するためのガス排出孔３０４ｂとが形成されている。
【００４１】
ここで、ＧａＮ結晶薄膜を形成するために必要とされる材料ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）である。また、ＴＭＧのキャリアガスは水素（Ｈ２）であり、上層フローガスとしては窒素（Ｎ２）である。
【００４２】
以上の構成において、まず、結晶成長反応炉３０４内の圧力を７６ｔｏｒｒ（０．１気圧）に減圧する。
【００４３】
そして、サセプター３０８に配置されたＳｉＣ基板１０上にＧａＮの結晶薄膜を形成するためには、キャリアガスとともにＧａＮの結晶薄膜を形成するために必要な原料となる材料ガスを、ガス導入孔３０４ａから７６Ｔｏｒｒ（０．１気圧）に減圧された結晶成長反応炉３０４内へ供給する。
【００４４】
この際に、サセプター３０８内に埋め込まれた熱電対（図示せず）のモニターに基づいて、ＲＦ制御装置３１２により制御されたＲＦ電源３１０からの給電に応じてＲＦ加熱コイル３０２によってサセプター３０８が加熱されており、加熱されたサセプター３０８からの熱伝導によって、ＳｉＣ基板３０６も所定の温度に加熱されることになるものである。
【００４５】
より詳細には、図７に示すように、第１ステップとして、ＳｉＣ基板３０６を１０８０℃に加熱し、ＴＭＧの流量を１０ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を２ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、ＳｉＣ基板１０上に１０秒以上同時供給し、ＳｉＣ基板１０上にＧａＮ結晶よりなる三次元核１２を低密度の核密度で生成させる（図３および図４（ａ）参照）。
【００４６】
なお、この際には、ＳｉＣ基板１０上に三次元核１２を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成させることが好ましい。
【００４７】
図８（ａ）（ｂ）には、ＧａＮ結晶よりなる三次元核１２が生成されたＳｉＣ基板１０の電子顕微鏡写真が示されている。
【００４８】
なお、図８（ａ）（ｂ）に示す電子顕微鏡写真において、色の薄い白色状の部位が三次元核１２である。
【００４９】
次に、三次元核１２が生成されたＳｉＣ基板１０を１１２０℃に加熱し、ＴＭＧの流量を５ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を４ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、ＳｉＣ基板１０上に１０分以上同時供給し、ＳｉＣ基板１０上に生成された三次元核１２を横方向成長モードで結晶成長させ、三次元核１２を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層１４をＳｉＣ基板１０上に形成させる（図４（ｂ）（ｃ）および図５参照）。
【００５０】
ここで、図９（ａ）は、従来方法でＳｉＣ基板上に形成された半導体層の平面の透過電子顕微鏡写真である。像中の黒い微小な点がそれぞれ貫通転位に対応しており、その密度は非常に高い。
【００５１】
一方、図９（ｂ）は、上記のようにしてＳｉＣ基板１０上に形成された半導体層１４の平面の透過電子顕微鏡写真である。
【００５２】
図９（ｂ）に示されているように、ＳｉＣ基板１０上に形成された半導体層１４の貫通転位の数が従来よりも著しく減少している。
【００５３】
図１０は、上記のようにしてＳｉＣ基板１０上に形成された半導体層１４の断面の透過電子顕微鏡写真である。
【００５４】
このように、従来よりも貫通転位の数が著しく減少するのは、横方向成長モードにより転位の伝播方向がＳｉＣ基板１０の表面に平行した横方向になり、このため半導体層１４の表面まで達する貫通転位を著しく減少することができるものである。
【００５５】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に説明するように変形することができ
る。
【００５６】
（１） 上記した実施の形態においては、薄膜製造方法としてＭＯＣＶＤを用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ＭＯＣＶＤ以外の薄膜製造技術、例えば、図１２（ａ）に示すような、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＣＢＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）、ＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＧＳＭＢＥ（Ｇａｓ−ｓｏｕｒｃｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＯＭＢＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ＭＢＥ）、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリングまたは真空蒸着法などの各種の薄膜製造技術を用いるようにしてもよい。
【００５７】
（２） 上記した実施の形態においては、基板としてＳｉＣ基板を用いるとともに、半導体層を形成するとして半導体物質ＧａＮを用いたが、これに限られることなしに、基板としてはＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰまたはＩｎＰを用い、半導体物質としてはＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮを用いてもよい。
【００５８】
（３）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、各種の材料からなる基板上などにＧａＮなどの薄膜や厚膜の半導体層を形成する場合において、煩雑な工程を必要とすることなしに、当該半導体層中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を大幅に低減させることができるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＡｌ２Ｏ３基板上にＧａＮまたはＡｌＮのアモルファス層を介して形成されたＧａＮ薄膜またはＡｌＧａＮ薄膜の薄膜構造を模式的に示す説明図である。
【図２】従来のＳｉＣ基板上にＡｌＮ薄膜を介して形成されたＧａＮ薄膜またはＡｌＧａＮ薄膜の薄膜構造を模式的に示す説明図である。
【図３】基板上に半導体物質結晶よりなる三次元核が低密度の核密度で生成された状態を示す概念図である。
【図４】基板上に生成された半導体物質結晶よりなる三次元核と横方向成長モードと転位との関係を示す概念図であり、（ａ）は基板上に生成された三次元核を示し、（ｂ）は横方向成長モードにおける半導体層の形成を示し、（ｃ）は横方向成長モードに形成された半導体層を示す。
【図５】結晶成長のモードとしての通常モードと横方向成長モードとを示す説明図である。
【図６】ＭＯＣＶＤ装置の概念構成説明図である。
【図７】結晶の成長時間と基板の温度と材料ガスの供給との関係を示す説明図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は、ＧａＮ結晶よりなる三次元核が生成されたＳｉＣ基板の電子顕微鏡写真である。
【図９】ＳｉＣ基板上に形成された半導体層の平面の電子顕微鏡写真であり、（ａ）は従来の方法によって形成されたＧａＮ薄膜のものであり、（ｂ）は本手法によって形成されたＧａＮ薄膜のものである。
【図１０】ＳｉＣ基板上に形成された半導体層の断面の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１０ 基板（ＳｉＣ基板）
１２ 三次元核
１４ 半導体
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体層の形成方法に関し、さらに詳細には、各種の材料からなる基板上などに、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）などの薄膜や厚膜などのエピタキシャル半導体層を形成する際に用いて好適な半導体層の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青色波長域〜紫外波長域のような短波長域における発光素子材料として、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体であるＧａＮが注目されており、ＧａＮ系薄膜を材料とした青色発光ダイオード（ＬＥＤ）が実現されるとともに、ＧａＮ系薄膜を材料とした青色レーザーの研究が進められている。
【０００３】
なお、ＧａＮ系薄膜としては、ＧａＮのみならず、例えば、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどが知られている。
【０００４】
こうしたＧａＮ系薄膜を材料とした青色ＬＥＤの発光の効率を向上させたり、ＧａＮ系薄膜を材料とした青色レーザーを実現するためには、ＧａＮ系薄膜中に存在する、例えば、ミスフィット転位やミスフィット転位によって生じる貫通転位のような転位あるいは粒界などの構造欠陥を制御することが重要であると考えられている。
【０００５】
ところで、基板として広く使用されるサファイア（Ａｌ２Ｏ３）や炭化シリコン（ＳｉＣ）上に形成されたＧａＮ薄膜やＡｌＧａＮ薄膜における欠陥密度（単位面積当たりの構造欠陥の数）は、Ａｌ２Ｏ３基板上やＳｉＣ基板上に形成され実用化されている他のＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）薄膜における欠陥密度と比較すると、極めて高い値を示している。
【０００６】
このようなＧａＮ系薄膜の欠陥密度の高さは、Ａｌ２Ｏ３基板やＳｉＣ基板とＧａＮ系薄膜の間の格子定数差に起因するものであり、基板材料としてＧａＮ基板が存在しない現状においては、ＧａＮ系薄膜の欠陥密度の高さは避け難い問題として指摘されていた。
【０００７】
また一方、Ａｌ２Ｏ３基板やＳｉＣ基板はＧａＮ系薄膜に対して濡れ性が悪い。
【０００８】
従来、Ａｌ２Ｏ３基板の濡れ性の悪さを改善するためには、薄膜構造を模式的に示した図１に示すように、Ａｌ２Ｏ３基板１００上に、バッファー層として６００℃で低温成長させたＧａＮまたはＡｌＮのアモルファス層１０２を形成するようになされていた。そして、このＧａＮまたはＡｌＮのアモルファス層１０２上に、１０８０℃で結晶成長させたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄膜）１０４を形成していた。
【０００９】
また、ＳｉＣ基板の濡れ性の悪さを改善するためには、薄膜構造を模式的に示した図２に示すように、ＳｉＣ基板１００上に、バッファー層として１１４０℃で成長させたＡｌＮ薄膜２０２を形成するようになされていた。そして、ＡｌＮ薄膜２０２上に、１０８０℃で結晶成長させたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄膜）２０４を形成していた。
【００１０】
こうしたＧａＮまたはＡｌＮのアモルファス層１０２を下地にしたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄膜）１０４は、下地のアモルファス層１０２がその後の成長温度１０８０℃への昇温過程で結晶化された高密度微小結晶を核として成長し融合する。
【００１１】
また、ＡｌＮ薄膜２０２を下地にしたＧａＮ薄膜（またはＡｌＧａＮ薄膜）２０４は、下地のＡｌＮ薄膜２０２がアモルファスではなく粒界の細かい結晶の集合体による微小核が高密度で密集しているものであり、その高密度微小結晶を核として成長し融合する。
【００１２】
上記した図１に示す薄膜構造において、厚さ１ｎｍ以上のＧａＮのアモルファス層１０２上に１．５μｍの厚さのＧａＮ薄膜１０４を形成した場合や、上記した図２に示す薄膜構造において、厚さ１ｎｍ以上のＡｌＮ薄膜２０２上に１．５μｍの厚さのＧａＮ薄膜２０４を形成した場合には、上記高密度微小結晶核の密度に応じた結晶粒界が生じ構造欠陥である貫通転位が粒界部に発生する。転位密度は１０９ｃｍ−２〜１０１０ｃｍ−２と高密度であり、さらに、転位密度を大幅に低減することが強く望まれていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、各種の材料からなる基板上などにＧａＮなどの薄膜や厚膜の半導体層を形成する場合において、煩雑な工程を必要とすることなしに、当該半導体層中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を大幅に低減させることができるようにした半導体層の形成方法を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法において、ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度でエピタキシャル成長させる第１のステップと、上記ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された上記三次元核を上記三次元核の横方向へ主に成長するモードである横方向成長モードで結晶成長させ、上記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を上記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップとを有し、上記第１のステップと上記第２のステップとを有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により行うようにしたものである。
【００１５】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、図３に示すように、第１のステップにより、基板１０上に半導体物質結晶よりなる三次元核１２が低密度の核密度で生成される。
【００１６】
ここで、三次元核１２には、図４（ａ）に示すように、それぞれ貫通転位が存在している。
【００１７】
そして、第２のステップにより、図４（ｂ）に示すように、基板１０上に生成された三次元核１２が横方向成長モードで結晶成長されて、三次元核同士が融合されることになり、半導体物質結晶よりなる半導体層１４が基板１０上に形成されることになるものである。
【００１８】
換言すると、基板１０上に形成された半導体層１４においては、三次元核１２の周囲を埋めるようにして半導体物質結晶が横方向成長モードで結晶成長して、三次元核１２同士が横方向成長モードで結晶成長する半導体物質結晶により融合されるので、観念的には図４（ｃ）において破線で示すように三次元核１２は存在しているが、その存在を視認することはできない。
【００１９】
このように、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、横方向成長モードにより転位の伝播方向が基板１０の表面に平行した横方向になり、このため半導体層１４の表面まで達する貫通転位を著しく減少することができる。
【００２０】
ここで、横方向成長モードとは、図５に示すように、基板１０に形成された三次元核１２の高さ方向（図５における矢印Ａ方向）へ主に成長する通常モードとは異なり、基板１０に形成された三次元核１２の横方向（図５における矢印Ｂ方向ならびに矢印Ｃ方向）へ主に成長するモードである。
【００２１】
この横方向成長モードとするには、例えば、通常モードよりも成長温度を１℃乃至２００℃ほど上昇させ、更に、ＩＩＩ族原料であるＴＭＧの供給量を抑え、かつＶ族原料であるＮＨ３の供給量を上昇させればよい。
【００２２】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記第１のステップは、上記ＳｉＣ基板の温度が８００℃乃至１３００℃において上記三次元結晶核を成長させるようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明において、上記第２のステップは、上記三次元核を横方向に成長させて上記三次元核同士を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を形成するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第２のステップは、上記第１のステップにおける成長よりも横方向成長レートが速い横方向成長モードにおいて、上記三次元核を横方向に成長させて上記三次元核同士を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を形成するようにしたものである。
【００２７】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法において、ＳｉＣ基板上に材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを供給して、上記ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成する第１のステップと、上記三次元核が生成された上記ＳｉＣ基板上に材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを供給して、上記ＳｉＣ基板上に生成された上記三次元核を上記三次元核の横方向へ主に成長するモードである横方向成長モードで結晶成長させ、上記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を上記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップとを有するようにしたものである。
【００２８】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、上記第１のステップでは上記ＳｉＣ基板を１０８０℃に加熱し、上記第２のステップでは上記ＳｉＣ基板を１１２０℃に加熱するようにしたものである。
【００２９】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法において、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、７６ｔｏｒｒ（０．１気圧）に減圧した結晶成長反応炉内において、ＳｉＣ基板を１０８０℃に加熱し、材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを用い、ＴＭＧのキャリアガスとしてＨ２を用い、上層フローとしてＮ２を用い、ＴＭＧの流量を１０ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を２ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、上記ＳｉＣ基板上に１０秒以上同時供給し、上記ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成する第１のステップと、上記三次元核が生成された上記ＳｉＣ基板を１１２０℃に加熱し、材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを用い、ＴＭＧのキャリアガスとしてＨ２を用い、上層フローとしてＮ２を用い、ＴＭＧの流量を５ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を４ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、上記ＳｉＣ基板上に１０分以上同時供給し、上記ＳｉＣ基板上に生成された上記三次元核を上記三次元核の横方向へ主に成長するモードである横方向成長モードで結晶成長させ、上記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を上記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップとを有するようにしたものである。
【００３０】
そして、本発明のうち請求項１０に記載の発明のように、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９のいずれか１項に記載の発明において、上記第１のステップを、上記基板上に上記三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成するものとすることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００３２】
なお、この本発明による半導体層の形成方法の実施の形態の一例においては、ＳｉＣ基板上に半導体層としてＧａＮ結晶薄膜を形成する場合について説明する。
【００３３】
ここで、ＳｉＣ基板上に半導体層としてＧａＮ結晶薄膜を形成するには、横型の減圧（７６Ｔｏｒｒ）した有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いることとするが、これに限られるものではないことは勿論であり、後述するように、ＭＯＣＶＤ以外の分子線エピタキシ法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）などの薄膜製造技術を用いてもよい。
【００３４】
図６には、ＭＯＣＶＤ装置の概念構成説明図が示されている。なお、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）においては、「基板」の符号を「１０」とし、三次元核の符号を「１２」とし、「半導体層」の符号を「１４」としているが、図６においても、図４と同一あるいは相当する構成には、図４において用いた符号と同一の符号を付して示すものとする。
【００３５】
このＭＯＣＶＤ装置３００は、ＲＦ加熱コイル３０２により周囲を覆われた結晶成長反応炉３０４内には、表面にＧａＮ結晶薄膜を成長させる基板としてのＳｉＣ基板３０６を上面に配置するとともに当該ＳｉＣ基板３０６を加熱するためのサセプター３０８が配設されている。
【００３６】
また、ＲＦ加熱コイル３０２にはＲＦ電源３１０が接続されており、さらに、ＲＦ電源３１０にはマイクロコンピューターにより構成されたＲＦ制御装置３１２が接続されている。
【００３７】
そして、ＲＦ制御装置３１２によって、ＲＦ電源３１０はその出力を制御される。即ち、ＲＦ制御装置３１２によりＲＦ電源３１０からＲＦ加熱コイル３０２への給電が制御されるものであり、ＲＦ加熱コイル３０２はＲＦ電源３１０からの給電に応じてサセプター３０８を加熱することになる。
【００３８】
即ち、この結晶成長装置３００においては、ＲＦ電源３１０からＲＦ加熱コイル３０２への給電による渦電流誘起加熱により、サセプター３０８が加熱されるものである。
【００３９】
なお、サセプター３０８は、例えば、カーボンなどにより形成されているものである。
【００４０】
一方、結晶成長反応炉３０４には、ＳｉＣ基板３０６上に形成するＧａＮの原料となる材料ガスやキャリアガスなどの各種のガスを導入するためのガス導入孔３０４ａと、結晶成長反応炉３０４内に導入された各種のガスを排出するためのガス排出孔３０４ｂとが形成されている。
【００４１】
ここで、ＧａＮ結晶薄膜を形成するために必要とされる材料ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）である。また、ＴＭＧのキャリアガスは水素（Ｈ２）であり、上層フローガスとしては窒素（Ｎ２）である。
【００４２】
以上の構成において、まず、結晶成長反応炉３０４内の圧力を７６ｔｏｒｒ（０．１気圧）に減圧する。
【００４３】
そして、サセプター３０８に配置されたＳｉＣ基板１０上にＧａＮの結晶薄膜を形成するためには、キャリアガスとともにＧａＮの結晶薄膜を形成するために必要な原料となる材料ガスを、ガス導入孔３０４ａから７６Ｔｏｒｒ（０．１気圧）に減圧された結晶成長反応炉３０４内へ供給する。
【００４４】
この際に、サセプター３０８内に埋め込まれた熱電対（図示せず）のモニターに基づいて、ＲＦ制御装置３１２により制御されたＲＦ電源３１０からの給電に応じてＲＦ加熱コイル３０２によってサセプター３０８が加熱されており、加熱されたサセプター３０８からの熱伝導によって、ＳｉＣ基板３０６も所定の温度に加熱されることになるものである。
【００４５】
より詳細には、図７に示すように、第１ステップとして、ＳｉＣ基板３０６を１０８０℃に加熱し、ＴＭＧの流量を１０ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を２ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、ＳｉＣ基板１０上に１０秒以上同時供給し、ＳｉＣ基板１０上にＧａＮ結晶よりなる三次元核１２を低密度の核密度で生成させる（図３および図４（ａ）参照）。
【００４６】
なお、この際には、ＳｉＣ基板１０上に三次元核１２を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成させることが好ましい。
【００４７】
図８（ａ）（ｂ）には、ＧａＮ結晶よりなる三次元核１２が生成されたＳｉＣ基板１０の電子顕微鏡写真が示されている。
【００４８】
なお、図８（ａ）（ｂ）に示す電子顕微鏡写真において、色の薄い白色状の部位が三次元核１２である。
【００４９】
次に、三次元核１２が生成されたＳｉＣ基板１０を１１２０℃に加熱し、ＴＭＧの流量を５ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を４ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、ＳｉＣ基板１０上に１０分以上同時供給し、ＳｉＣ基板１０上に生成された三次元核１２を横方向成長モードで結晶成長させ、三次元核１２を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層１４をＳｉＣ基板１０上に形成させる（図４（ｂ）（ｃ）および図５参照）。
【００５０】
ここで、図９（ａ）は、従来方法でＳｉＣ基板上に形成された半導体層の平面の透過電子顕微鏡写真である。像中の黒い微小な点がそれぞれ貫通転位に対応しており、その密度は非常に高い。
【００５１】
一方、図９（ｂ）は、上記のようにしてＳｉＣ基板１０上に形成された半導体層１４の平面の透過電子顕微鏡写真である。
【００５２】
図９（ｂ）に示されているように、ＳｉＣ基板１０上に形成された半導体層１４の貫通転位の数が従来よりも著しく減少している。
【００５３】
図１０は、上記のようにしてＳｉＣ基板１０上に形成された半導体層１４の断面の透過電子顕微鏡写真である。
【００５４】
このように、従来よりも貫通転位の数が著しく減少するのは、横方向成長モードにより転位の伝播方向がＳｉＣ基板１０の表面に平行した横方向になり、このため半導体層１４の表面まで達する貫通転位を著しく減少することができるものである。
【００５５】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に説明するように変形することができ
る。
【００５６】
（１） 上記した実施の形態においては、薄膜製造方法としてＭＯＣＶＤを用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ＭＯＣＶＤ以外の薄膜製造技術、例えば、図１２（ａ）に示すような、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＣＢＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）、ＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＧＳＭＢＥ（Ｇａｓ−ｓｏｕｒｃｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＯＭＢＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ＭＢＥ）、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリングまたは真空蒸着法などの各種の薄膜製造技術を用いるようにしてもよい。
【００５７】
（２） 上記した実施の形態においては、基板としてＳｉＣ基板を用いるとともに、半導体層を形成するとして半導体物質ＧａＮを用いたが、これに限られることなしに、基板としてはＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰまたはＩｎＰを用い、半導体物質としてはＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮを用いてもよい。
【００５８】
（３）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、各種の材料からなる基板上などにＧａＮなどの薄膜や厚膜の半導体層を形成する場合において、煩雑な工程を必要とすることなしに、当該半導体層中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を大幅に低減させることができるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＡｌ２Ｏ３基板上にＧａＮまたはＡｌＮのアモルファス層を介して形成されたＧａＮ薄膜またはＡｌＧａＮ薄膜の薄膜構造を模式的に示す説明図である。
【図２】従来のＳｉＣ基板上にＡｌＮ薄膜を介して形成されたＧａＮ薄膜またはＡｌＧａＮ薄膜の薄膜構造を模式的に示す説明図である。
【図３】基板上に半導体物質結晶よりなる三次元核が低密度の核密度で生成された状態を示す概念図である。
【図４】基板上に生成された半導体物質結晶よりなる三次元核と横方向成長モードと転位との関係を示す概念図であり、（ａ）は基板上に生成された三次元核を示し、（ｂ）は横方向成長モードにおける半導体層の形成を示し、（ｃ）は横方向成長モードに形成された半導体層を示す。
【図５】結晶成長のモードとしての通常モードと横方向成長モードとを示す説明図である。
【図６】ＭＯＣＶＤ装置の概念構成説明図である。
【図７】結晶の成長時間と基板の温度と材料ガスの供給との関係を示す説明図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は、ＧａＮ結晶よりなる三次元核が生成されたＳｉＣ基板の電子顕微鏡写真である。
【図９】ＳｉＣ基板上に形成された半導体層の平面の電子顕微鏡写真であり、（ａ）は従来の方法によって形成されたＧａＮ薄膜のものであり、（ｂ）は本手法によって形成されたＧａＮ薄膜のものである。
【図１０】ＳｉＣ基板上に形成された半導体層の断面の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１０ 基板（ＳｉＣ基板）
１２ 三次元核
１４ 半導体
Claims (7)
- 基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法において、
ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度でエピタキシャル成長させる第１のステップと、
前記ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された前記三次元核を前記三次元核の横方向へ主に成長するモードである横方向成長モードで結晶成長させ、前記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を前記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップと
を有し、
前記第１のステップと前記第２のステップとを有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により行う
ものである半導体層の形成方法。 - 請求項１に記載の半導体層の形成方法において、
前記第１のステップは、前記ＳｉＣ基板の温度が８００℃乃至１３００℃において前記三次元結晶核を成長させる
ものである半導体層の形成方法。 - 請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の半導体層の形成方法において、
前記第２のステップは、前記三次元核を横方向に成長させて前記三次元核同士を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を形成する
ものである半導体層の形成方法。 - 請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の半導体層の形成方法において、
前記第２のステップは、前記第１のステップにおける成長よりも横方向成長レートが速い横方向成長モードにおいて、前記三次元核を横方向に成長させて前記三次元核同士を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を形成する
ものである半導体層の形成方法。 - 基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法において、
ＳｉＣ基板上に材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを供給して、前記ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成する第１のステップと、
前記三次元核が生成された前記ＳｉＣ基板上に材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを供給して、前記ＳｉＣ基板上に生成された前記三次元核を前記三次元核の横方向へ主に成長するモードである横方向成長モードで結晶成長させ、前記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を前記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップと
を有する半導体層の形成方法。 - 請求項５に記載の半導体層の形成方法において、
前記第１のステップでは前記ＳｉＣ基板を１０８０℃に加熱し、
前記第２のステップでは前記ＳｉＣ基板を１１２０℃に加熱する
ものである半導体層の形成方法。 - 基板上に半導体層を形成する半導体層の形成方法において、
有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、７６ｔｏｒｒ（０．１気圧）に減圧した結晶成長反応炉内において、
ＳｉＣ基板を１０８０℃に加熱し、材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを用い、ＴＭＧのキャリアガスとしてＨ２を用い、上層フローとしてＮ２を用い、ＴＭＧの流量を１０ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を２ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、前記ＳｉＣ基板上に１０秒以上同時供給し、前記ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶よりなる三次元核を１０９ｃｍ−２以下の低密度の核密度で生成する第１のステップと、
前記三次元核が生成された前記ＳｉＣ基板を１１２０℃に加熱し、材料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とを用い、ＴＭＧのキャリアガスとしてＨ２を用い、上層フローとしてＮ２を用い、ＴＭＧの流量を５ｓｃｃｍとし、ＮＨ３の流量を４ｓｌｍとし、Ｈ２の流量を２ｓｌｍとし、Ｎ２の流量を０．５ｓｌｍとして、前記ＳｉＣ基板上に１０分以上同時供給し、前記ＳｉＣ基板上に生成された前記三次元核を前記三次元核の横方向へ主に成長するモードである横方向成長モードで結晶成長させ、前記三次元核を融合してＧａＮ結晶よりなる半導体層を前記ＳｉＣ基板上に形成する第２のステップと
を有する半導体層の形成方法。
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