JP4884157B2 - 窒化物半導体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体構造に関し、より詳細には、ホウ素（Ｂ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体構造に関する。

窒化物半導体は、少なくとも１つのＢ、Ａｌ、ＧａまたはＩｎなどのＩＩＩ族元素と、Ｖ族元素である窒素との化合物であり、一般式Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｂ_ａＧａ_ｂＩｎ_ｃＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦１）で表される。窒化物半導体は、可視光領域から紫外領域の短波長帯の発光デバイス、または電界効果トランジスタなどの電子デバイスの活性材料として、近年盛んに研究および技術開発が行われている。特に、ＩＩＩ族元素としてＢやＡｌを含む窒化物半導体は、ＳｉＣ等のウルツ鉱型構造を有する基板に格子整合した紫外域の発光デバイス材料として期待されている。

成長主面が非極性面の（１−１００）または（１１−２０）面である窒化物半導体は、成長主面が極性面の（０００１）面であるものと比較して、成長主面に垂直方向の内部電界が小さいので、シュタルク効果に基づく発光デバイスの発光効率の低下が防げるという特徴がある。そのため、ＩＩＩ族元素としてＢやＡｌを含む窒化物半導体を、成長主面を（１−１００）または（１１−２０）面として高品質に製造することが可能であれば、高発光効率の紫外域発光デバイスが実現できる。

特許文献１には、窒素を含む原料ガスとＩＩＩ族原子を含む原料ガスとを交互に供給するか、あるいは、窒素を含む原料ガスを連続的に（または供給量を変調して）流しながらＩＩＩ族原子を含む原料ガスを間欠的に供給する流量変調エピタキシ（Ｆｌｏｗ−ｒａｔｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｅｐｉｔａｘｙ：ＦＭＥ）が開示されている。ＦＭＥは、比較的低い成長温度で結晶性の良い高品質な窒化物半導体を成長することができる製造方法である。特許文献１に記載のＦＭＥでは、原料ガスを希釈して成長用基板まで輸送するキャリアガスとして水素が用いられている。水素をキャリアガスとして用いる理由は、パラジウム膜等を用いたガス純化器を用いて比較的容易に水素を高純度化することが可能であり、また、水素中の原料ガスの拡散定数が大きいため大きな成長速度を得られるからである。

非特許文献１には、ＦＭＥは、ＩＩＩ族元素としてＢやＡｌを含む窒化物半導体を、成長主面を（０００１）面として結晶性よく高品質に成長する上でも有用であることが本発明者らにより開示されている。

特公平06-57636号公報 T. Akasaka and T. Makimoto, "Flow-rate modulation epitaxy of wurtzite AlBN," Applied Physics Letters 88, 041902 (2006)

ところで、本発明者らは、水素をキャリアガスとするＦＭＥで、非極性面の（１−１００）または（１１−２０）面を成長主面とする、ＢおよびＡｌを含む窒化物半導体の成長を行うと、（０００１）面を成長主面とする場合と比較して、Ｂが結晶中に取り込まれにくいという問題を見出した。

以下に、ＳｉＣ（１１−２０）基板上にＡｌＢＮ薄膜の成長を試みた例を簡単に説明する。この成長においては、成長温度（基板温度）を１１５０℃とし、キャリアガスとして水素を用いた。また、原料ガスとして、アンモニア、トリメチルアルミニウム（trimethylaluminum:ＴＭＡ）、およびトリエチルボロン（triethylboron:ＴＥＢ）を用いた。

まず、ＳｉＣ（１１−２０）基板上に、アンモニアとＴＭＡを交互に供給してＡｌＮ層を２００ｎｍ成長し、引き続いて、アンモニアとＩＩＩ族原料（ＴＭＡとＴＥＢ）を交互に供給してＡｌＢＮ層を３００ｎｍ成長した。このＡｌＢＮ層の成長ではＴＥＢの供給割合を０．０１とした。すなわち、ＩＩＩ族原料中のＴＭＡおよびＴＥＢの流量をそれぞれ［ＴＭＡ］および［ＴＥＢ］とすると、［ＴＥＢ］／｛［ＴＭＡ］＋［ＴＥＢ］｝＝０．０１となるようにした。ここで、ＡｌとＢが同じ効率でＡｌＢＮ層中に取り込まれれば、得られるＡｌＢＮ層の組成はＡｌ_０．９９Ｂ_０．０１Ｎとなるはずである。

図１に、得られたＳｉＣ（１１−２０）基板／ＡｌＮ，２００ｎｍ／ＡｌＢＮ，３００ｎｍなる構造のＸ線回折による２θ−ωスキャンチャートを示す。２θ＝５９．３４および６０．０２°に、ＡｌＮ（１１−２０）層およびＳｉＣ（１１−２０）層の回折ピークは見られるが、ＡｌＢＮ（１１−２０）層のピークは検出されなかった。これは、ＡｌＢＮ層中のＢ組成が著しく小さく、ＡｌＮ（１１−２０）層とＡｌＢＮ（１１−２０）層の２つのピークが分離していないためである。すなわち、ＡｌＢＮ層の組成はＡｌ_０．９９Ｂ_０．０１ＮよりもはるかにＢ組成が小さい結果となっている。同様に、水素キャリアガスを用いたＦＭＥによるＳｉＣ（１−１００）基板上のＡｌＢＮ（１−１００）層の成長においてもＢがほとんど膜中に取り込まれなかった。

このように、水素をキャリアガスとするＦＭＥで、ＩＩＩ族元素としてＢおよびＡｌを含む窒化物半導体を、（１−１００）および（１１−２０）面を成長主面として成長する場合に、Ｂが取り込まれにくいという問題が存在した。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、（１−１００）および（１１−２０）面が成長主面であり、所望量のＢおよびＡｌを含む窒化物半導体の製造方法を提供することにある。

また、ＢおよびＡｌを含む窒化物半導体層を備えた窒化物半導体構造は、発光デバイスや電子デバイスに用いることができ、その光学的特性や電気的特性の向上が望まれる。

本発明は、上記観点からさらになされたもので、その目的とするところは、光学的特性や電気的特性の向上のした、ＢおよびＡｌを含む窒化物半導体層を備えた窒化物半導体構造を提供することにある。

このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、成長主面が（１−１００）または（１１−２０）面であり、ＢおよびＡｌを含む窒化物半導体の製造方法であって、ウルツ鉱型構造を有する（１−１００）または（１１−２０）基板の基板温度Ｔ（℃）と、不活性ガスおよび水素を含むキャリアガス中の不活性ガスの割合Ｆ（％）とを
Ｔ≦９００（℃）のとき、Ｆ≧１０（％）、
９００＜Ｔ＜１１００（℃）のとき、Ｆ≧０．４Ｔ−３５０（％）、そして
Ｔ≧１１００（℃）のとき、Ｆ≧９０（％）
という関係を満たして選択するステップと、前記選択した基板温度Ｔ（℃）で、不活性ガスの割合が前記選択した割合Ｆ（％）である前記キャリアガスと共に、窒素を含む第１の原料ガスと、ＢおよびＡｌを含む第２の原料ガスとを、前記基板上に交互に供給するステップとを含むことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の製造方法において、前記第２の原料ガスは、前記第１の原料ガスと同一の成分をさらに含むことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の製造方法において、前記基板は、ＳｉＣまたはＡｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｂ_ａＧａ_ｂＩｎ_ｃＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦１）のいずれかであることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の製造方法において、前記不活性ガスは、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、またはラドンのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ＦＭＥにおいて、キャリアガスを不活性ガスおよび水素の混合ガスとし、キャリアガス中の水素の割合を制限することによって、水素によるＢのエッチングを抑制することができる。その結果、所望量のＢおよびＡｌを、成長主面を（１−１００）または（１１−２０）面とする窒化物半導体に取り込むことができる。

また、本発明によれば、シングルヘテロ構造である窒化物半導体構造の層間界面を（１−１００）または（１１−２０）面とするとすることによって、キャリア層におけるキャリアの閉じ込め効果を大きくし、電気的特性を向上させることができる。

また、本発明によれば、多重量子井戸である窒化物半導体構造の層間界面を（１−１００）または（１１−２０）面とするとすることによって、井戸層におけるキャリアの閉じ込め効果を大きくし、光学的特性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態に係る窒化物半導体の製造方法は、図２に示した窒化物半導体構造２００の作製を可能にする。窒化物半導体構造２００は、ウルツ鉱型構造を有する（１−１００）または（１１−２０）基板２０１と、基板２０１の上に成長された、（１−１００）または（１１−２０）面が成長主面でありＢおよびＡｌを含む窒化物半導体２０２とを備える。

本実施形態に係る窒化物半導体の製造方法は、キャリアガスと共に、窒素を含む第１の原料ガスとＩＩＩ族原子であるＢおよびＡｌを含む第２の原料ガスとを交互に供給する方法であって、以下の工程を含む。まず、基板温度およびキャリアガスの種類を選択する。ついで、基板２０１を選択した基板温度まで上げる。そして、キャリアガスと共に、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に供給して、基板２０１上に（１−１００）または（１１−２０）面が成長主面でありＢおよびＡｌを含む窒化物半導体２０２を成長する。

基板２０１の材料として、ＳｉＣ、Ａｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｇａ_ｘＩｎ_ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）などを用いることができる。

第１の原料ガスとして、例えばアンモニアを使用することができ、第２の原料ガスとして、例えばＴＭＡおよびＴＥＢの混合ガスを使用することができる。各原料ガスの流量および第２の原料ガス中のＴＭＡとＴＥＢの混合割合は、所望の窒化物半導体２０２の組成により決定する。

本発明に係る製造方法の特徴は、キャリアガスの選択にある。（１−１００）または（１１−２０）面を成長主面とした場合にＢが結晶中に取り込まれにくい原因は、以下に説明するようにキャリアガス中の水素によりＢがエッチングされやすいためであると考えられるので、キャリアガスとして不活性ガスおよび水素の混合ガスを使用し、キャリアガス中の水素の割合を制限することによって、水素によるＢのエッチングを抑制することができる。その結果、所望量のＢおよびＡｌを窒化物半導体２０２に取り込み、結晶性の良い窒化物半導体構造２００を作製することができる。

水素によるＢのエッチングのされ易さを、成長主面ごとに説明する。まず（０００１）面では、図３（ａ）に示したようにＩＩＩ族原子のバックボンドが三本あるため、たとえ水素と反応しやすいＢであってもエッチングされ難い。一方、図３（ｂ）に示した（１−１００）面では、ＩＩＩ族原子のバックボンドが２本かつ水平ボンドが１本の層と、ＩＩＩ族原子のバックボンドが１本かつ水平ボンドが１本の層とが成長過程で交互に現れる。いずれの層も、強固な３本のバックボンドを持つ（０００１）面と比較して水素によってエッチングされやすい。また、図３（ｃ）に示した（１１−２０）面では、ＩＩＩ族原子のバックボンドが１本かつ水平ボンドが２本の層であり、この場合もまた、（０００１）面と比較して水素によってエッチングされやすいと考えられる。したがって、（１−１００）または（１１−２０）面を成長主面とした場合、キャリアガス中の水素によりＢがエッチングされて十分に窒化物半導体２０２に取り込まれないと考えられる。

図４は、基板温度とキャリアガスの種類を様々に変化させて、各条件下でのＢの取り込まれ方を調べた結果を示している。ここで、基板温度は８５０〜１１８０℃の範囲で変化させ、キャリアガスは水素と窒素の混合ガスとし、これらの混合割合を変化させてＡｌＮ（１１−２０）基板上でＡｌ_０．９９Ｂ_０．０１Ｎの成長を行った。図４には、得られたＡｌＢＮ中に十分にＢ原子が取り込まれた場合、すなわちＢ組成が０．００９以上であった場合が白丸で表され、Ｂ組成が０．００９未満であった場合が黒丸で表されている。この結果から、基板温度Ｔ（℃）と、キャリアガス中の窒素の割合Ｆ（％）が以下の関係を満たすとき、所望量のＢを窒化物半導体２０２に取り込むことができることを見出した。

Ｔ≦９００（℃）のとき、Ｆ≧１０（％）、
９００＜Ｔ＜１１００（℃）のとき、Ｆ≧０．４Ｔ−３５０（％）、そして
Ｔ≧１１００（℃）のとき、Ｆ≧９０（％）。
さらに、（１１−２０）面ではなく（１−１００）面を成長主面とするＡｌＢＮに関しても同様の結果が得られた。また、不活性ガスとしては窒素のみならず、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、もしくはラドンのいずれか、またはこれらの任意の混合ガスを用いることができる。なお、ＡｌＢＮではなく、さらにＧａやＩｎを含む窒化物半導体に関しても同様の結果が得られた。

以下に、本実施形態に係る窒化物半導体の製造方法の実施例を示す。

（実施例１）
実施例１では、基板の設定温度は１１５０℃とした。キャリアガスとして窒素を用いた。これらは、図４から得られた上記の基板温度とキャリアガス中の不活性ガスの割合との関係を満たしている。

図５は、本実施例に係る窒化物半導体構造５００を示している。窒化物半導体構造５００は、ＳｉＣ（１１−２０）基板５０１と、ＳｉＣ（１１−２０）基板５０１上に成長されたＡｌＮ（１１−２０）層５０２と、ＡｌＮ（１１−２０）層５０２上に成長されたＡｌＢＮ（１１−２０）層５０３とを備えている。

まず、ＳｉＣ（１１−２０）基板を成長装置にセットした後、キャリアガスを流しながら基板温度を１１５０℃まで上げた。次に、キャリアガスと共に、アンモニアおよびＴＭＡを、それぞれ５０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）および９×１０^-2ｓｃｃｍで１秒ずつ交互に供給して、（１１−２０）面を成長主面とするＡｌＮ層５０２を２００ｎｍ成長した。引き続き、キャリアガスと共に、５０ｓｃｃｍのアンモニア（第１の原料ガス）と、９×１０^-2ｓｃｃｍのＴＭＡおよび９×１０^-4ｓｃｃｍのＴＥＢの混合ガス（第２の原料ガス）とを１秒ずつ交互に供給して（１１−２０）面を成長主面とするＡｌＢＮ層５０３を３００ｎｍ成長した。すなわち、［ＴＥＢ］／｛［ＴＭＡ］＋［ＴＥＢ］｝＝０．０１とした。

図６は、得られた窒化物半導体構造５００のＸ線回折による２θ−ωスキャンチャートを示している。２θ＝５９．３８および６０．０２°に、ＡｌＮ（１１−２０）面およびＳｉＣ（１１−２０）面の回折ピークが見られた。さらに、２θ＝５９．４７°にＡｌＢＮ（１１−２０）面の回折ピークもはっきりと見られた。基板や各層の間の熱膨張係数差による格子歪も考慮した回折ピークの位置、および、二次イオン質量分析器を用いた分析から、ＡｌＢＮ層５０３はＡｌ_０．９９Ｂ_０．０１Ｎであることが分かった。すなわち、キャリアガスとして水素の代わりに窒素を用いることによって、所望量のＢを効率よく取り込んだ（１１−２０）面を成長主面とするＡｌＢＮを成長することができた。

また、基板としてＳｉＣ（１−１００）基板を用いて同様の工程により窒化物半導体構造を作製すると、所望量のＢを効率よく取り込んだ（１−１００）面を成長主面とするＡｌＢＮ層を成長することができた。

（実施例２）
実施例２では、実施例１と同様に、基板の設定温度は１１５０℃とし、キャリアガスとして窒素を用いた。これらは、図４から得られた上記の基板温度とキャリアガス中の不活性ガスの割合との関係を満たしている。実施例１と異なるのは、原料ガスの供給態様である。本実施例に係る製造方法により得られる窒化物半導体構造は、実施例１に係る窒化物半導体構造５００と同一の構成である。

まず、ＳｉＣ（１１−２０）基板を成長装置にセットした後、キャリアガスを流しながら基板温度を１１５０℃まで上げた。次に、キャリアガスと共に、５０ｓｃｃｍのアンモニアと、１ｓｃｃｍのアンモニアおよび９×１０^-2ｓｃｃｍのＴＭＡの混合ガスとを１秒の間隔で交互に供給して、（１１−２０）面を成長主面とするＡｌＮ層を２００ｎｍ成長した。引き続き、キャリアガスと共に、５０ｓｃｃｍのアンモニア（第１の原料ガス）と、１ｓｃｃｍのアンモニア、９×１０^-2ｓｃｃｍのＴＭＡ、および９×１０^-4ｓｃｃｍのＴＥＢの混合ガス（第２の原料ガス）とを１秒の間隔で交互に供給して（１１−２０）面を成長主面とするＡｌＢＮ層を３００ｎｍ成長した。すなわち、［ＴＥＢ］／｛［ＴＭＡ］＋［ＴＥＢ］｝＝０．０１とした。

Ｘ線回折、および、二次イオン質量分析器による解析から、Ｂ原子がエッチングされることなく、（１１−２０）面を成長主面とするＡｌ_０．９９Ｂ_０．０１Ｎ層が形成されていることが分かった。

さらに、基板としてＳｉＣ（１−１００）基板を用いて、同様の工程により窒化物半導体構造を作製すると、所望量のＢを効率よく取り込んだ（１−１００）面を成長主面とするＡｌＢＮ層を成長することができた。

本実施例では、実施例１と違い、アンモニアはその流量を５０ｓｃｃｍおよび１ｓｃｃｍと変調させながら連続的に供給し、第２の原料ガスにも第１の原料ガスの成分であるアンモニアが含まれるようにした。それにより、窒素原子の表面脱離を最小限に抑え、窒化物半導体の結晶性を向上させることが可能となった。

（実施例３）
実施例３では、基板の設定温度は１０００℃とし、キャリアガスとして４０％の水素と６０％の窒素からなるガスを用いた。これらは、図４から得られた上記の基板温度とキャリアガス中の不活性ガスの割合との関係を満たしている。

図７は、本実施例に係る窒化物半導体構造７００を示している。窒化物半導体構造７００は、ＡｌＮ（１１−２０）層７０１と、ＡｌＮ（１１−２０）層７０１上に形成されたＡｌ_０．９５Ｂ_０．０５Ｎ（１１−２０）層７０２とを備えたＡｌＢＮ／ＡｌＮシングルヘテロ構造である。ＡｌＮ（１１−２０）層７０１は、チャネル層として機能し、ＡｌＢＮ（１１−２０）層７０２は、障壁層として機能する。障壁層の厚さは０．２ｎｍから１００ｎｍの範囲で選ぶことができ、チャネル層の厚さは自由に設定できる。

窒化物半導体構造７００は、実施例１または実施例２と同様の製造方法により、所望のＢ組成に応じて原料ガスの流量を適切に変えて作製することができた。

ＡｌＢＮ／ＡｌＮシングルヘテロ構造は、電子デバイスに用いることができるが、その電気的特性の向上が望まれる。本実施例に係る窒化物半導体構造７００は、従来の（０００１）面を成長主面とするＡｌＢＮ／ＡｌＮシングルヘテロ構造と比較して、ＡｌＢＮとＡｌＮとのバンド構造および歪の関係から、ＡｌＢＮとＡｌＮとのバンドギャップ差がより大きくなるので、ＡｌＮチャネル層におけるキャリアの閉じ込め効果がより大きくなる。その結果、ＡｌＮチャネル層の導電率がより大きくなり電気的特性が向上する。

同様に、（１−１００）面を成長主面とするＡｌＢＮ／ＡｌＮシングルヘテロ構造も作製することができた。この構造においても、（１−１００）面を成長主面とする窒化物半導体構造７００と同様に電気的特性が向上する。

チャネル層では、できるだけキャリアの散乱センターを少なくする必要があるため、Ｂの組成は０．００１以下にするのが望ましい。障壁層のＢの組成は自由に設定できる。

また、障壁層とチャネル層には他のＩＩＩ族元素であるＧａやＩｎが含まれていても構わない。

（実施例４）
実施例４では、基板の設定温度は１０００℃とし、キャリアガスとして４０％の水素と６０％の窒素からなるガスを用いた。これらは、図４から得られた上記の基板温度とキャリアガス中の不活性ガスの割合との関係を満たしている。

図８は、本実施形態に係る窒化物半導体構造８００を示している。窒化物半導体構造８００は、Ａｌ_０．９５Ｂ_０．０５Ｎ（１１−２０）層を障壁層８０１とし、ＡｌＮ（１１−２０）層を井戸層８０２とする多重量子井戸（以下、ＡｌＢＮ／ＡｌＮ多重量子井戸と呼ぶ。）である。障壁層８０１と井戸層８０２の総数は、それぞれ１層以上で自由に設定でき、また、障壁層８０１と井戸層８０２の厚さは、それぞれ０．２ｎｍから１００ｎｍの範囲で選ぶことができる。

窒化物半導体構造８００は、実施例１または実施例２と同様の製造方法により、所望のＢ組成に応じて原料ガスの種類および流量を適宜変えて作製することができた。

ＡｌＢＮ／ＡｌＮ多重量子井戸は、発光デバイスに用いることができるが、その光学的特性の向上が望まれる。本実施例に係る窒化物半導体構造８００は、従来の（０００１）面を成長主面とするＡｌＢＮ／ＡｌＮ多重量子井戸と比較して、ＡｌＢＮとＡｌＮとのバンド構造および歪の関係から、ＡｌＢＮとＡｌＮとのバンドギャップ差がより大きくなるので、ＡｌＮ井戸層におけるキャリアの閉じ込め効果がより大きくなる。その結果、ＡｌＮ井戸層の発光効率がより大きくなり光学的特性が向上する。

同様に、（１−１００）面を成長主面とするＡｌＢＮ／ＡｌＮ多重量子井戸も作製することができた。この構造においても、（１−１００）面を成長主面とする窒化物半導体構造８００と同様に光学的特性が向上する。

井戸層では、できるだけ非発光センターを少なくする必要があるため、Ｂの組成は０．００１以下にするのが望ましい。

また、障壁層と井戸層には他のＩＩＩ族元素であるＧａやＩｎが含まれていても構わない。

以上説明してきたように、本発明に係る、成長主面が（１−１００）または（１１−２０）面であり、ＢおよびＡｌを含む窒化物半導体の製造方法は、ウルツ鉱型構造を有する（１−１００）または（１１−２０）基板の基板温度Ｔ（℃）と、不活性ガスおよび水素を含むキャリアガス中の不活性ガスの割合Ｆ（％）とを
Ｔ≦９００（℃）のとき、Ｆ≧１０（％）、
９００＜Ｔ＜１１００（℃）のとき、Ｆ≧０．４Ｔ−３５０（％）、そして
Ｔ≧１１００（℃）のとき、Ｆ≧９０（％）
という関係を満たして選択するステップと、選択した基板温度Ｔ（℃）で、不活性ガスの割合が選択した割合Ｆ（％）であるキャリアガスと共に、窒素を含む第１の原料ガスと、ＢおよびＡｌを含む第２の原料ガスとを、基板上に交互に供給するステップとを含むことを特徴とする。

このようにキャリアガスの種類を選択することによって、キャリアガス中の水素の割合が制限され、水素によるＢのエッチングを抑制することができる。その結果、所望量のＢおよびＡｌを、成長主面を（１−１００）または（１１−２０）面とする窒化物半導体に取り込むことができる。

なお、図４を参照すると、比較的低い基板温度ではキャリアガス中にある程度の水素が含まれても良いことが分かる。キャリアガスに水素を含ませることができれば、窒化物半導体の純度や成長速度を高くすることができ、都合が良い。

さらに、本発明に係る窒化物半導体の製造方法により、Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｂ_ａＧａ_ｂＩｎ_ｃＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦１）を所望の組成で結晶性良く作製することができるので、基板材料として、ＢとＡｌを含む窒化物半導体を使用することもできることに留意されたい。

また、本発明に係る、チャネル層とチャネル層の上に形成された障壁層とを備えたシングルヘテロ構造である窒化物半導体構造は、チャネル層は、Ａｌを含む窒化物半導体から構成されており、障壁層は、ＢおよびＡｌを含む窒化物半導体から構成されており、チャネル層と障壁層との界面は、（１−１００）または（１１−２０）面であることを特徴とする。

このようにチャネル層と障壁層との界面を（１−１００）または（１１−２０）面とすることによって、キャリア層におけるキャリアの閉じ込め効果を大きくし、導電率を向上させることができる。

また、本発明に係る、障壁層と井戸層とを交互にそれぞれ少なくとも１層以上積層した多重量子井戸である窒化物半導体構造は、障壁層は、ＢおよびＡｌを含む窒化物半導体から構成されており、井戸層は、Ａｌを含む窒化物半導体から構成されており、障壁層と井戸層との界面は、（１−１００）または（１１−２０）面であることを特徴とする。

このようにチャネル層と障壁層との界面を（１−１００）または（１１−２０）面とすることによって、井戸層におけるキャリアの閉じ込め効果を大きくし、発光効率を向上させることができる。

従来の水素キャリアガスを用いてＦＭＥで成長した試料のＸ線回折２θ−ωスキャンチャートである。 本発明に係る窒化物半導体構造の模式図である。 窒化物半導体の結晶構造のいくつかの断面模式図である。 基板温度とキャリアガスの種類に対する、ＡｌＢＮ層へのＢの取り込まれ方の依存性を示した図である。 実施例１に係るＳｉＣ（１１−２０）基板／ＡＩＮ，２００ｎｍ／ＡｌＢＮ，３００ｎｍなる構造の断面模式図およびその結晶方位を示す図である。 実施例１に係るＳｉＣ（１１−２０）基板／ＡＩＮ，２００ｎｍ／ＡｌＢＮ，３００ｎｍなる構造のＸ線回折２θ−ωのスキャンチャートである。 実施例３に係る（１１−２０）を成長主面とするＡｌＢＮ／ＡｌＮシングルヘテロ構造の模式図およびその結晶方位を示す図である。 実施例４に係る（１１−２０）を成長主面とするＡｌＢＮ／ＡｌＮ多重量子井戸の模式図およびその結晶方位を示す図である。

符号の説明

２００ 窒化物半導体構造
２０１ ウルツ鉱型構造を有する基板
２０２ ＢおよびＡｌを含む窒化物半導体
７００ シングルへテロ構造
７０１ シングルへテロ構造のチャネル層
７０２ シングルへテロ構造の障壁層
８００ 多重量子井戸
８０１ 多重量子井戸の井戸層
８０２ 多重量子井戸の障壁層

Claims (4)

1. 成長主面が（１−１００）または（１１−２０）面であり、ＢおよびＡｌを含む窒化物半導体の製造方法であって、
   ウルツ鉱型構造を有する（１−１００）または（１１−２０）基板の基板温度Ｔ（℃）と、不活性ガスおよび水素を含むキャリアガス中の不活性ガスの割合Ｆ（％）とを
   Ｔ≦９００（℃）のとき、Ｆ≧１０（％）、
   ９００＜Ｔ＜１１００（℃）のとき、Ｆ≧０．４Ｔ−３５０（％）、そして
   Ｔ≧１１００（℃）のとき、Ｆ≧９０（％）
   という関係を満たして選択するステップと、
   前記選択した基板温度Ｔ（℃）で、不活性ガスの割合が前記選択した割合Ｆ（％）である前記キャリアガスと共に、窒素を含む第１の原料ガスと、ＢおよびＡｌを含む第２の原料ガスとを、前記基板上に交互に供給するステップと
   を含むことを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
2. 前記第２の原料ガスは、前記第１の原料ガスと同一の成分をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記基板は、ＳｉＣまたはＡｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｂ_ａＧａ_ｂＩｎ_ｃＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦１）のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
4. 前記不活性ガスは、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、またはラドンのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。

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