JP7290218B2 - 薄膜の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜の製造方法および半導体装置の製造方法に関する。

近紫外や、可視光たとえば青色、緑色などの波長のＬＥＤ（Light Emitting Diode）は、ＩＩＩ族窒化物であるＧａＮやＩｎＧａＮ等で実用化され、近紫外ＬＥＤは、紫外線硬化樹脂の硬化用光源、検査用光源、白色ランプの光源（蛍光体の励起用光源）、可視光ＬＥＤは、白色ランプの光源（光の三原色を構成）や装飾その他に利用されている。

２００ｎｍから３００ｎｍの深紫外波長域の光は、殺菌、水や空気の浄化用途に利用される。これらの目的で現在利用されている光源は、水銀ＵＶランプ、メタル・ハライド・ＵＶランプなどで、石英管に封入されたガスの輝線（波長２５４ｎｍなど）を用いている。これらは消費電力が大きく、寿命が短く、さらに光源自体が大きいという問題を抱えている。そこで、この深紫外発光を、消費電力が小さく、寿命が長くさらに光源自体を非常に小さくできるＬＥＤで実現しようという研究が盛んになっている。この深紫外ＬＥＤを実現するために、深紫外領域にバンドギャップをもつＩＩＩ族窒化物であるＡｌＮとＡｌＧａＮ等が注目を集めている。

ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮとこれらの混晶であるＩＩＩ族窒化物は、全組成範囲で結晶構造としてウルツ鉱型結晶構造をとる。このウルツ鉱型結晶構造をとるＩＩＩ族窒化物の薄膜を作製する場合、薄膜の膜厚方向がｃ軸方向、即ち、優先配向軸がｃ軸となるように成長し易い。ウルツ鉱型結晶構造をとるＩＩＩ族窒化物は、ＩＩＩ族元素と窒素との間の大きな電気陰性度の差とＩＩＩ族元素および窒素のｃ軸方向に沿った配列構造とに起因して、ｃ軸方向に電気的極性が生じる。このため、ウルツ鉱型結晶構造をとるＩＩＩ族窒化物の薄膜を複数層積層すると、その薄膜の積層方向に沿って分極が発生し、内部電界が生じてしまう。これにより、発光層内に存在する電子と正孔とが空間的に分離されてしまい、電子と正孔との再結合効率が低下してしまう。また、バンド構造の異方性が原因でｃ軸方向への発光強度が弱いことから、光取り出し効率も低い。これら問題は、すでに実現されているＧａＮやＩｎＧａＮをベースとしたＬＥＤにおいても効率向上阻害要因となっている。また、さらに電気陰性度差の大きいＡｌＮをベースとした半導体では、より大きな問題となると考えられている。

また、この電気的極性の問題は、おなじくＩＩＩ族窒化物で構成されるトランジスタにおいても性能実現阻害要因となっている。たとえば、ノーマリーオフのトランジスタを作製するのが非常に難しいということなどである。

ちなみに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）など、金属元素と非金属元素の電気陰性度の差が大きく、ウルツ鉱結晶構造をとる化合物半導体でも、同様の理由で同じ問題を抱えている。

これに対して、優先配向軸が電気的に無極性であるａ軸またはｍ軸である薄膜が成長する結晶面が露出した基板を用いて、ＬＥＤ、トランジスタを作製する技術が提供されている（例えば特許文献１乃至４参照）。

特開２００８－０９１５９８号公報 特開２００９－０９９７７４号公報 特開２０１０－２３２４２５号公報 特開２０１０－２５１６６０号公報

ところで、発光素子やトランジスタを、基板上にヘテロエピタキシャル成長あるいはホモエピタキシャル成長させる際には、その基板の最表面の格子定数が発光素子やトランジスタを構成する薄膜の格子定数と近いことが望ましい。

さらに、ＬＥＤ、半導体レーザ等の発光素子では、発光素子内部の発光層から放射される光を、発光層以外の部分が吸収しないようにすることで、吸収損失を低減し、光の取り出し効率を高めることが要請される。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、３ｄ遷移金属が添加され無極性面成長したウルツ鉱型のＩＩＩ族窒化物の薄膜について、無極性の状態を維持しつつ格子定数を調整または光吸収特性を調整できる薄膜の製造方法および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜の製造方法は、
結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成された基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_1-ｙＧａ_ｙ）_1-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる成長工程と、
前記成長工程の後、前記基板および前記薄膜を、前記成長工程における前記基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程と、を含み、
前記３ｄ遷移金属は、Ｆｅであり、
前記窒化物を（Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１-ｘ Ｆｅ _ｘ Ｎと表したとき、ｙが０≦ｙ≦１．０の範囲内であり、ｘが０．０５＜ｘ≦０．２６１の範囲内である。

他の観点から見た本発明に係る半導体装置の製造方法は、
結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成された基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる第１成長工程と、
前記第１成長工程の後、前記基板を、前記第１成長工程における前記基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、前記薄膜上に、Ｉｎ_ｚ（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１－ｚＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物から形成された多重量子井戸構造を有する発光層を含む少なくとも１つの窒化物層を成長させる第２成長工程と、を含み、
前記３ｄ遷移金属は、Ｆｅであり、
前記窒化物を（Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１-ｘ Ｆｅ _ｘ Ｎと表したとき、ｙが０≦ｙ≦１．０の範囲内であり、ｘが０．０５＜ｘ≦０．２６１の範囲内である。

他の観点から見た本発明に係る半導体装置の製造方法は、
結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成された基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる第１成長工程と、
前記第１成長工程の後、前記基板を、前記第１成長工程における前記基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、前記薄膜上に、Ｉｎ_ｚ（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１－ｚＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物から形成された少なくとも１つの窒化物層を成長させる第３成長工程と、を含み、
前記３ｄ遷移金属は、Ｆｅであり、
前記窒化物を（Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１-ｘ Ｆｅ _ｘ Ｎと表したとき、ｙが０≦ｙ≦１．０の範囲内であり、ｘが０．０５＜ｘ≦０．２６１の範囲内である。

本発明によれば、基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長する成長工程を行った後、基板および薄膜を、成長工程における基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程を行う。これにより、成長工程において薄膜中に取り込まれた３ｄ遷移金属が、熱処理工程において薄膜の外へ脱離する。ここで、イオン半径の大きな３ｄ遷移金属が脱離すると、薄膜の格子定数が小さくなる。従って、熱処理工程の温度や処理時間を選択して３ｄ遷移金属の脱離量を調整すれば、薄膜の格子定数を調整できる。

また、本発明によれば、３ｄ遷移金属が薄膜中に取り込まれることで発生していた薄膜のバンドギャップエネルギ以下のエネルギを有する光の吸収が小さくなる。従って、薄膜が吸収する光の吸収係数が、熱処理工程前の薄膜のそれに比べて、小さくなるので、薄膜における光、特に、可視光の吸収損失を低減することができる。

（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る基板の一例を示す図であり、（Ｂ）はウルツ鉱型結晶構造を説明するための図である。 実施の形態１に係る薄膜の作製に用いる高周波スパッタリング装置の一例を示す概略構成図である。 実施の形態１に係る薄膜の作製に用いる熱処理装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の一例を示す図である。 実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の一例を示す図である。 実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図である。 実施例に係る薄膜のＸ線回折プロファイルの熱処理時間依存性を示す図である。 実施例に係る薄膜の格子定数の熱処理時間依存性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る薄膜について図面を参照しながら詳細に説明する。

(実施の形態１)
本実施の形態に係る薄膜付き基板１は、図１（Ａ）に示すように、基板１１と、基板１１上に成長した薄膜１２と、を備える。そして、本実施の形態に係る薄膜１２の製造方法では、まず、基板１１上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_1-ｙＧａ_ｙ）_1-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる成長工程を行い、その後、基板１１および基板１１上に成長した薄膜１２を、前述の成長工程における基板１１の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程を行う。ここで、基板１１としては、石英ガラス基板、金属板、サファイア基板、Ｓｉ基板から選択される基板を採用することができる。なお、基板１１としては、他の結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成されていてもよい。

成長工程において基板１１上に成長される薄膜１２は、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_1-ｙＧａ_ｙ）_1-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成されている。言い換えると、薄膜１２は、Ａｌ_1-ｙＧａ_ｙＮ（０≦ｙ≦１）で表される窒化物のＡｌとＧａとの少なくとも一方の一部が、３ｄ遷移金属で置換された窒化物から形成されている。ここで、窒化物は、図１（Ｂ）に示すようなウルツ鉱型結晶構造を有する。なお、図１（Ｂ）中の丸で表された原子のうち、例えば大きい方が、Ａｌ、Ｇａまたは３ｄ遷移金属であり、小さい方が窒素である。また、薄膜１２は、図１（Ａ）の矢印ＡＲ１で示す膜厚方向への優先配向軸が、図１（Ｂ）に示すａ軸またはｍ軸となっている。

３ｄ遷移金属としては、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｕから選択される１種以上の金属を採用することが好ましい。これらと同じ３ｄ遷移金属であるＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎでは、１３%程度までの濃度領域でc軸配向性ウルツ鉱構造をとり易いことがわかっている（例えば、非特許文献：N. Tatemizo, S. Imada, Y. Miura, K. Nishio, and T. Isshiki, “Chemical trend in band structure of 3d-transition-metal-doped AlN films” Materials Science Forum, 924, 322 (2018).、または、非特許文献：N. Tatemizo, Y. Miura, K. Nishio, S. Hirata, F. Sawa, K. Fukui, T. Isshiki and S. Imada, “Band structure and photoconductivity of blue-green light absorbing AlTiN films”, Journal of Material Chemistry A, 5, 20824 (2017). 参照）。しかし、濃度がこれ以上になると、薄膜１２を構成する結晶がウルツ鉱型結晶構造を保つことは難しい。ほとんどの成膜条件において、より高濃度領域で多結晶非配向微結晶となり、更に高濃度になると結晶構造もとらなくなる。これは、Ｔｉ、Ｖ、ＣｒおよびＭｎの窒化物であるＴｉＮ、ＶＮ、ＣｒＮ、ＭｎＮがいわゆる岩塩型結晶構造をとりやすいことに由来する可能性がある。ウルツ鉱型結晶構造は３ｄ遷移金属の元素が４つの窒素に配位された構造を有するのに対し、岩塩型結晶構造は、３ｄ遷移金属の元素が６つの窒素に配位された構造を有する。よって、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎの窒化物の場合、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎの濃度が高くなると、これらの窒化物の安定な構造である６配位をとろうとする。このため、例えばＴｉＮ－ＡｌＮ混晶の場合、全体で同一の結晶構造を保てなくなると予測される。更に、高濃度のＴｉ、Ｃｒの場合、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＡｌＮ等におけるＴｉ、Ｃｒの組成がＡｌの組成よりも大きい領域で岩塩構造をとることが知られている。

一方、Ｆｅ、Ｃｏの窒化物ＦｅＮ、ＣｏＮは、閃亜鉛鉱型結晶構造が安定であることが知られている。ＮｉＮ、ＣｕＮは実験的な報告はほとんどないが、理論的には閃亜鉛鉱型結晶構造も安定に存在しうると報告されている。閃亜鉛鉱型結晶構造はウルツ鉱型結晶構造と同じく窒素で４配位された構造が基本であり、たとえば高濃度のＦｅを含む場合でも、ＦｅＮ－ＡｌＮ混晶において４配位された構造の形成可能であり、結果として広い濃度範囲でウルツ鉱型結晶構造をとることができたと予測される。

なお、窒化物を（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_1-ｘＦｅ_ｘＮと表したとき、ｙが０≦ｙ≦１．０の範囲内であり、ｘが０．０５＜ｘ≦０．２６１の範囲内であることが好ましい。また、前述の窒化物について、ｙが０であり、ｘが０．１１≦ｘ≦０．２１８の範囲内であることがより好ましい。

また、前述の成長工程では、例えば図２に示すような高周波スパッタリング装置９００を使用したスパッタリング法により薄膜１２を基板１１上に成長させる。高周波スパッタリング装置９００は、チャンバ９０１と、高周波電源ＲＦと、マッチング部９０２と、基板１１を保持するホルダ９０４と、ターゲット材ＴＧを保持するホルダ９０５と、基板１１を加熱するためのヒータ９０３と、を備える。チャンバ９０１には、材料ガスをチャンバ９０１内へ供給するための供給ポート９１１が設けられており、例えばＡｒと窒素との混合ガスが供給ポート９１１を通じてチャンバ９０１内へ供給される（矢印ＡＲ９１参照）。また、チャンバ９０１には、チャンバ９０１内の気体を排出するための排気ポート９１２が設けられており、排気ポート９１２に接続された真空ポンプ（図示せず）により予め設定された排気レートで排気が実行されることにより（矢印ＡＲ９２参照）チャンバ９０１内の圧力が設定値に維持されている。ホルダ９０４、９０５の間には、シャッタ９０６が配置されている。また、ホルダ９０４の鉛直上方には、冷媒が流れる流路９４１ａを有した冷却機構９４１が配設されている。そして、矢印ＡＲ９３に示すように流路９４１ａに流入し矢印ＡＲ９４に示すように流路９４１ａから流出する冷媒とホルダ９０４の基板１１側でない部分との間で熱交換されることによりホルダ９０４の基板１１側でない部分が冷却される。また、ホルダ９０５の鉛直下方にも、冷媒が流れる流路９５１ａを有しターゲット材ＴＧを冷却するための冷却機構９５１が配設されている。そして、矢印ＡＲ９５に示すように流路９５１ａに流入し矢印ＡＲ９６に示すように流路９５１ａから流出する冷媒とターゲット材ＴＧとの間で熱交換されることによりターゲット材ＴＧが冷却される。

この高周波スパッタリング装置９００を使用して、前述の成長工程を行う場合、まず、チャンバ９０１内において、基板１１を、その薄膜１２を成長させる面が鉛直下方を向く姿勢でホルダ９０４に保持させる。また、チャンバ９０１内における基板１１の鉛直下方においてターゲット材ＴＧをホルダ９０５に保持させる。ターゲット材ＴＧとしては、例えば前述の窒化物の焼結体が採用される。また、ターゲット材ＴＧの上に、ＡｌまたはＧａと置換する少なくとも１つの３ｄ遷移金属の個片ＣＰを載置する。ここで、ターゲット材ＴＧ上に載置する個片ＣＰの面積、個数または配置を変化させることにより、作製する薄膜に取り込まれる３ｄ遷移金属の添加量を調整することができる。

次に、シャッタ９０６を閉じた状態で、チャンバ９０１内に残留した気体をチャンバ９０１外へ排出し、その後、Ａｒ（アルゴン）と窒素との混合ガスを、供給ポート９１１を介してチャンバ９０１内へ導入する。ここで、混合ガスにおけるＡｒに対する窒素の分圧比は、０．２５乃至１．０の範囲であればよい。続いて、混合ガス雰囲気下で、ヒータ９０３により基板１１を予め設定された第１温度まで加熱する。ここで、第１温度は、２００℃以上４００℃以下の範囲内の温度に設定される。なお、混合ガスをチャンバ９０１内へ導入するタイミングは、ヒータ９０３による基板１１の加熱を開始する前であってもよいし後であってもよい。

その後、高周波電源ＲＦからマッチング部９０２を介してチャンバ９０１内へ高周波電力を供給することにより、ターゲット材ＴＧ近傍にプラズマを誘起して、ターゲット材ＴＧをスパッタリングする。ここで、シャッタ９０６を開状態にしておくと、ターゲット材ＴＧがスパッタリングされることにより叩き出された原子が基板１１に到達し基板１１上に窒化物の結晶が成長する。このとき、Ｆｅの個片ＣＰは、ターゲット材ＴＧと同時にスパッタリングされ、チャンバ９０１内に導入された混合ガス中に含まれる窒素と反応して、基板１１上に形成される薄膜１２中に取り込まれる。なお、基板１１上に薄膜１２を成膜する前に、基板１１の表面およびターゲット材ＴＧの表面をプラズマに暴露することにより、基板１１の表面およびターゲット材ＴＧの表面を清浄化してもよい。このスパッタリング法を利用すれば、個片ＣＰの面積、個数または配置を変化させることにより、基板１１上に成長させる薄膜１２の組成を変更することができる。

なお、本実施の形態では、高周波スパッタリング装置９００を使用してスパッタリング法を行う例について説明したが、スパッタリング法を実施する手段はこれに限定されるものではない。例えば、マグネトロンスパッタリング装置、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタリング装置或いはイオンビームスパッタリング装置を使用してもよい。

熱処理工程では、例えば図３に示すような熱処理装置１０００を使用して薄膜１２、即ち薄膜付き基板１を加熱する。熱処理装置１０００は、チャンバ１００１と、赤外線ランプ１００３と、薄膜付き基板１を保持するサセプタ１００４と、サセプタ１００４を支持するステージ１００２と、一部がサセプタ１００４に差し込まれサセプタ１００４の温度を計測するための熱電対１００５と、を備える。チャンバ１００１には、Ｎ_２（窒素）ガスまたは窒素とアルゴンの混合ガスを、矢印ＡＲ１０１に示すようにチャンバ１００１内へ供給するためのノズル１０１１が設けられている。また、チャンバ１００１には、チャンバ１００１内の気体を、矢印ＡＲ１０２に示すように排出するための排気口１０１２が設けられており、排気口１０１２に接続された真空ポンプ（図示せず）により予め設定された排気レートで排気が実行されることによりチャンバ１００１内の圧力が設定値に維持されている。チャンバ１００１は、例えば石英ガラスから形成されている。また、サセプタ１００４としては、炭素材料から形成され、表面にＳｉＣがコーティングされたものが採用される。

この熱処理装置１０００を使用して、熱処理工程を行う場合、まず、ステージ１００２に支持されたサセプタ１００４に薄膜付き基板１を保持させた状態で、サセプタ１００４をチャンバ１００１内へ導入する。ここで、薄膜付き基板１は、薄膜１２側の面が鉛直上方を向く姿勢であり且つ薄膜１２側とは反対側の面がサセプタ１００４に接触した状態でサセプタ１００４に保持されている。なお、薄膜付き基板１は、例えば薄膜付き基板１の薄膜１２側の面が、例えば石英ガラスから形成されたカバー（図示せず）で覆われた状態でサセプタ１００４に保持されていてもよい。次に、赤外線ランプ１００３に通電して赤外線ランプ１００３を点灯させる。このとき、赤外線ランプ１００３から放射された赤外線が、サセプタ１００４に吸収され、サセプタ１００４の温度が上昇する。これにより、サセプタ１００４に保持された薄膜付き基板１が加熱される。また、熱処理装置１０００は、熱電対１００５を流れる電流の電流値に基づいて、赤外線ランプ１００３へ供給する電流の電流値を変化させることにより、薄膜付き基板１の温度を予め設定された第２温度で維持する。ここで、第２温度は、６００℃以上１３００℃以下の範囲内の温度に設定される。続いて、サセプタ１００４および薄膜付き基板１を前述の目標温度に維持した状態で、予め設定された期間だけ放置する。その後、赤外線ランプ１００３を消灯してサセプタ１００４および薄膜付き基板１の温度を降温させてから、薄膜付き基板１をチャンバ１００１外へ取り出す。

このように、前述の成長工程を行った後、基板１１および薄膜１２を前述の第２温度にまで加熱する熱処理工程を行うと、成長工程において薄膜１２内に取り込まれたＦｅが離脱して薄膜１２の外へ脱離して析出する。この熱処理工程を経た薄膜１２は、熱処理工程前の状態の薄膜１２に比べて、薄膜１２が吸収する光の波長帯域の上限が短波長側へシフトしている。このため、熱処理工程を経た薄膜１２は、熱処理工程前のそれに比べて、特に可視光の波長帯域の光全体に対する透過率が上昇している。

以上説明したように、本実施の形態に係る薄膜１２の製造方法では、基板１１上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜１２を成長する成長工程を行った後、基板１１および薄膜１２を、成長工程における基板１１の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程を行う。これにより、成長工程において薄膜１２中に取り込まれた３ｄ遷移金属が、熱処理工程において薄膜１２の外へ脱離する。これに伴い、薄膜１２の格子定数が小さくなる。つまり、３ｄ遷移金属の脱離量を調整することで薄膜１２の格子定数を調整できることになる。また、３ｄ遷移金属が薄膜１２中に取り込まれることで発生していたバンドギャップエネルギ以下のエネルギを有する光の吸収が小さくなる。薄膜１２が吸収する光の吸収係数が、熱処理工程前の薄膜１２のそれに比べて、小さくなると、薄膜１２における光、特に、可視光の吸収損失を低減することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態に係る半導体装置は、いわゆるＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子である。例えば図４に示すように、本実施の形態に係る半導体装置１００は、基板１１と、基板１１上に成長した薄膜１２と、クラッド層２１、２３と、発光層２２と、電極３１、３２と、を備える。基板１１としては、石英ガラス基板、多結晶金属板、サファイア基板、Ｓｉ基板の中から選択される基板を採用することができる。なお、基板１１としては、他の結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成されていてもよい。

薄膜１２は、Ａｌ、Ｇａ、Ｎおよび３ｄ遷移金属を含む窒化物から形成されている。クラッド層２１は、導電型がｎ型の窒化物から形成される。このｎ型の窒化物としては、例えばドナー不純物が添加されたＩｎ_ｚ（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１－ｚＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物が採用される。ドナー不純物は、例えばＳｉ、Ｏ、およびＨから選択されてもよい。また、クラッド層２１も、ウルツ鉱型結晶構造を有し、図４の矢印ＡＲ１で示す膜厚方向への優先配向軸が、実施の形態１で説明したａ軸またはｍ軸となっている。クラッド層２１には、電極３１が配設されている。

発光層２２は、薄膜１２の上方における、クラッド層２１上に形成されている。発光層２２は、例えばＩｎ_ｚ（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１－ｚＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される複数の第２窒化物から形成された半導体層が積層されてなる多重量子井戸構造を有する。発光層２２を構成する各半導体層も、ウルツ鉱型結晶構造を有し、図４の矢印ＡＲ１で示す各半導体層の膜厚方向への優先配向軸がａ軸またはｍ軸となっている。

クラッド層２３は、導電型がｐ型の窒化物から形成される。このｎ型の窒化物としては、例えばアクセプタ不純物が添加されたＩｎ_ｚ（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１－ｚＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物が採用される。アクセプタ不純物は、例えばＭｇ、Ｃａ、およびＣから選択されてもよい。また、クラッド層２３も、ウルツ鉱型結晶構造を有し、図４の矢印ＡＲ１で示す膜厚方向への優先配向軸が、実施の形態１で説明したａ軸またはｍ軸となっている。クラッド層２３には、電極３２が配設されている。なお、本実施の形態では、クラッド層２１の導電型がｎ型であり、クラッド層２３の導電型がｐ型である場合について説明したが、これに限らず、例えばクラッド層２１の導電型がｐ型であり、クラッド層２３の導電型がｎ型であってもよい。

本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法では、図５に示すように、薄膜成長工程（ステップＳ１）を行った後、基板１１および薄膜１２を、薄膜成長工程における基板１１の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程を行う（ステップＳ２）。次に、第１クラッド層成長工程（ステップＳ３）、発光層成長工程（ステップＳ４）および第２クラッド層成長工程（ステップＳ５）を順に行う。その後、そして、エッチング工程（ステップＳ６）、電極形成工程（ステップＳ７）を順に行う。薄膜成長工程（ステップＳ１）は、基板１１上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜１２を成長させる第１成長工程である。薄膜成長工程で成長させる薄膜１２は、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される第１窒化物から形成されている。また、薄膜１２は、ウルツ鉱型結晶構造を有し、図４の矢印ＡＲ１で示す膜厚方向への優先配向軸が、実施の形態１で説明したａ軸またはｍ軸となっている。即ち、薄膜１２の厚さ方向における両側の結晶面が、ウルツ鉱型結晶構造におけるａ面またはｍ面となっている。ここで、３ｄ遷移金属としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つであることが好ましく、特に、Ｆｅであることがより好ましい。また、３ｄ遷移金属がＦｅである場合、前述の第１窒化物を（Ａｌ_1-ｙＧａ_ｙ）_1-ｘＦｅ_ｘＮと表したとき、ｙが０≦ｙ≦１．０の範囲内であり、ｘが０．０５＜ｘ≦０．２６１の範囲内である。薄膜成長工程では、例えば実施の形態１で説明した高周波スパッタリング装置９００が使用される。薄膜成長工程の内容は、実施の形態１で説明した薄膜成長工程と同様である。また、薄膜成長工程における基板１１の第１温度の範囲は、実施の形態１と同様である。

熱処理工程（ステップＳ２）では、前述の薄膜１２が積層された基板１１を、薄膜成長工程における基板１１の第１温度よりも高い第２温度にまで加熱する。熱処理工程では、例えば実施の形態１で説明した熱処理装置１０００が使用される。熱処理工程の内容は、実施の形態１で説明した熱処理工程と同様である。また、第２温度の範囲は、実施の形態１で説明した温度範囲と同じである。

第１クラッド層成長工程（ステップＳ３）では、薄膜１２上に、前述のクラッド層２１を成長させる。発光層成長工程（ステップＳ４）では、クラッド層２１上に、前述の発光層２２を成長させる。第２クラッド層成長工程（ステップＳ５）では、発光層２２上に、前述のクラッド層２３を成長させる。なお、第１クラッド層成長工程、発光層成長工程および第２クラッド層成長工程では、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の成膜方法を利用することができる。これら第１クラッド層成長工程、発光層成長工程および第２クラッド層成長工程が、薄膜１２上に、発光層２２を含む３つの窒化物層を成長させる第２成長工程に相当する。

エッチング工程（Ｓ６）では、クラッド層２１の一部が露出するまで、発光層２２およびクラッド層２３をエッチングする。なお、エッチング工程では、周知のドライエッチング法或いはウェットエッチング法を採用することができる。電極形成工程（ステップＳ７）では、クラッド層２１、２３それぞれに電極３１、３２を形成する。なお、電極形成工程では、メッキ法、蒸着法、スパッタリング法等の成膜方法を利用して電極３１、３２を形成することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法では、基板１１上に、薄膜１２を成長させた後、前述の熱処理工程を行う。これにより、薄膜成長工程において薄膜１２中に取り込まれた３ｄ遷移金属が、熱処理工程において薄膜１２の外へ脱離する。これに伴い、薄膜１２の格子定数が小さくなる。つまり、３ｄ遷移金属の脱離量を調整することで薄膜１２の格子定数を調整できることになる。また、３ｄ遷移金属が薄膜１２中に取り込まれることで発生していたバンドギャップエネルギ以下のエネルギを有する光の吸収が小さくなる。薄膜１２が吸収する光の吸収係数が、熱処理工程前の薄膜１２のそれに比べて、小さくなると、薄膜１２における光、特に、可視光の吸収損失を低減することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態に係る半導体装置は、いわゆるＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）素子である。例えば図６に示すように、本実施の形態に係る半導体装置２００は、基板１１と、基板１１上に成長した薄膜１２と、キャリア通過層２２１と、キャリア発生層２２２と、ソース電極２３１、ゲート電極２３２およびドレイン電極２３３と、を備える。基板１１としては、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板の中から選択される基板を採用することができる。なお、基板１１としては、他の結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成されていてもよい。

薄膜１２は、Ａｌ、Ｇａ、Ｎおよび３ｄ遷移金属を含む窒化物から形成されている。キャリア通過層２２１は、不純物の極めて少ないＩＩＩ族窒化物層である。この不純物の極めて少ないＩＩＩ族窒化物層としては、例えばＩｎ_ｚ（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１－ｚＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物が採用される。キャリア発生層２２２は、導電型がｎ型あるいはｐ型の窒化物から形成される。この導電型がｎ型あるいはｐ型の窒化物としては、例えばドナー不純物或いはアクセプタ不純物が添加された、Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙＮ（０≦ｙ≦１）で表される窒化物が採用される。ドナー不純物は、例えばＳｉ、Ｏ、およびＨから選択されてもよい。アクセプタ不純物は、例えばＭｇである。キャリア通過層２２１におけるキャリア発生層２２２近傍には、高易動度の電子が存在する二次元電子ガス層（図示せず）が形成されている。また、これらも、ウルツ鉱型結晶構造を有し、図６の矢印ＡＲ１で示す膜厚方向への優先配向軸が、実施の形態１で説明したａ軸またはｍ軸となっている。ソース電極２３１、ゲート電極２３２およびドレイン電極２３３は、それぞれ、キャリア発生層２２２の上側に配設されている。

本実施の形態に係る半導体装置２００の製造方法では、図７に示すように、薄膜成長工程（ステップＳ２０１）を行った後、基板１１および薄膜１２を、薄膜成長工程における基板１１の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程を行う（ステップＳ２０２）。次に、キャリア通過層成長工程（ステップＳ２０３）と、キャリア発生層成長工程（ステップＳ２０４）と、を順に行う。その後、電極形成工程（ステップＳ２０５）を行う。薄膜成長工程（ステップＳ２０１）は、基板１１上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜１２を成長させる第１成長工程である。薄膜成長工程で成長させる薄膜１２は、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される第１窒化物から形成されている。また、薄膜１２は、ウルツ鉱型結晶構造を有し、図６の矢印ＡＲ１で示す膜厚方向への優先配向軸が、実施の形態１で説明したａ軸またはｍ軸となっている。即ち、薄膜１２の厚さ方向における両側の結晶面が、ウルツ鉱型結晶構造におけるａ面またはｍ面となっている。ここで、３ｄ遷移金属としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つであることが好ましく、特に、Ｆｅであることがより好ましい。また、３ｄ遷移金属がＦｅである場合、前述の第１窒化物を（Ａｌ_1-ｙＧａ_ｙ）_1-ｘＦｅ_ｘＮと表したとき、ｙが０≦ｙ≦１．０の範囲内であり、ｘが０．０５＜ｘ≦０．２６１の範囲内である。薄膜成長工程では、例えば実施の形態１で説明した高周波スパッタリング装置９００が使用される。薄膜成長工程の内容は、実施の形態１で説明した薄膜成長工程と同様である。また、薄膜成長工程における基板１１の第１温度の範囲は、実施の形態１と同様である。

熱処理工程（ステップＳ２０２）では、前述の薄膜１２が積層された基板１１を、薄膜成長工程における基板１１の第１温度よりも高い第２温度にまで加熱する。熱処理工程では、例えば実施の形態１で説明した熱処理装置１０００が使用される。熱処理工程の内容は、実施の形態１で説明した熱処理工程と同様である。また、第２温度の範囲は、実施の形態１で説明した温度範囲と同じである。

キャリア通過層成長工程（ステップＳ２０３）では、薄膜１２上に、前述のキャリア通過層２２１を成長させる。キャリア発生層成長工程（ステップＳ２０４）では、キャリア通過層２２１上に、前述のキャリア発生層２２２を成長させる。なお、キャリア通過層成長工程およびキャリア発生層成長工程では、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の成膜方法を利用することができる。ここで、キャリア通過層成長工程およびキャリア発生層成長工程が、薄膜１２上に、トランジスタ窒化物層を成長させる第３成長工程に相当する。

電極形成工程（ステップＳ２０５）では、キャリア発生層２２２上に、ソース電極２３１、ゲート電極２３２およびドレイン電極２３３を形成する。なお、電極形成工程では、メッキ法、蒸着法、スパッタリング法等の成膜方法を利用してソース電極２３１、ゲート電極２３２およびドレイン電極２３３を形成することができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は前述の各実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、実施の形態１の薄膜成長工程において、薄膜１２が、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）により成長されてもよい。この場合、含窒素原子ガスを真空雰囲気のチャンバ内へ導入し、含窒素原子ガスをチャンバ内に配置された基板表面或いはその近傍で光分解または熱分解させながら、基板表面に、Ｇａの分子線と３ｄ遷移金属の分子線とを照射することにより、薄膜１２を成長させる。ここで、含窒素原子ガスとしては、窒素分子（Ｎ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）等が採用される。また、含窒素原子ガスを分解して窒素原子を得る方法は特に限定されない。例えば、プラズマ銃を利用して窒素分子へ高周波エネルギを与えることにより窒素分子を分解する方法を採用してもよい。このとき、Ａｌ、Ｇａおよび３ｄ遷移金属の分子線セルのセル温度を上下させて基板表面への３ｄ遷移金属の供給量を変化させることにより、前述の窒化物の組成を変更することができる。

以上、本発明の各実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同
様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施
の形態及び変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

本発明に係る薄膜の製造方法について、実施例に基づいて説明する。

まず、図２に示す高周波スパッタリング装置９００を使用して、基板上に、Ａｌ_１－ｘＦｅ_ｘＮ（０≦ｘ≦１）の薄膜を作製する成長工程を行うことにより薄膜付き基板を得た。この成長工程では、Ａｒと窒素との混合ガスをチャンバ９０１内へ導入した。ターゲット材ＴＧとしては、ＡｌＮの焼結体（純度９９％：フルウチ化学株式会社製）を採用した。そして、ターゲット材ＴＧの上に、Ｆｅから形成された個片ＣＰ（純度９９．９％：フルウチ化学株式会社製）を載置した。基板としては、石英ガラス基板を採用した。まず、シャッタ９０６を閉じた状態でチャンバ９０１内に残留する空気を排出してから、ヒータ９０３により基板１１の温度を３００℃まで上昇させた。次に、Ａｒと窒素との混合ガスをチャンバ９０１内へ導入した。混合ガスにおけるＡｒに対する窒素の分圧比を、０．５とし、チャンバ９０１の内圧を０．６５Ｐａとした。続いて、高周波電源ＲＦからチャンバ９０１内へ高周波電力を供給することにより、チャンバ９０１内にプラズマを発生させた。このときの高周波電力は、２００Ｗに設定した。その後、シャッタ９０６を開状態にして基板１１上に薄膜を成長させた。薄膜の成長速度は、０．５μｍ／ｈｒであった。また、薄膜に含まれるＦｅの濃度は、１９．９％とした。

次に、図３に示す熱処理装置１０００を使用して、熱処理工程を行った。この熱処理工程では、成長工程後の薄膜付き基板に対する熱処理時間を変更して処理することにより、実施例１乃至４に係る薄膜付き基板を作製した。実施例１乃至４に係る薄膜付き基板それぞれにおける熱処理時間は、表１に示す通りである。また、実施例１乃至４に係る薄膜付き基板それぞれにおける熱処理温度は、いずれも１２００℃とした。なお、比較例に係る薄膜付き基板については熱処理工程を行わなかった。

次に、実施例１乃至４並びに比較例に係る薄膜付き基板の薄膜それぞれについて、Ｘ線回折法（ＸＲＤ法）により測定されたプロファイルを図８に示す。図８に示すように、比較例に係る薄膜では、（１１－２０）面、即ち、ウルツ鉱型結晶構造のａ面に対応する回折角度（５８°近傍）に鋭いピークが観測された。そして、実施例１乃至４に係る薄膜についても、回折角度（５８°近傍）に鋭いピークが観測された。このことから、実施例１乃至４に係る薄膜、即ち、熱処理工程が行われた薄膜についても、膜厚方向の優先配向軸がａ軸で維持されていることが判った。

次に、実施例１乃至４並びに比較例に係る薄膜それぞれについて、図８に示す結果に基づいて格子定数を算出した結果を図９に示す。図９に示すように、比較例に係る薄膜では、格子定数が０．３１６５ｎｍであるのに対して、実施例１に係る薄膜では、格子定数が０．３１１４ｎｍまで減少していることが判った。また、熱処理時間が更に長い実施例２乃至４に係る薄膜では、格子定数が更に減少した。そして、実施例３、４に係る薄膜では、格子定数が約０．３１１２ｎｍになることが判った。このように、実施例３，４に係る薄膜では、その格子定数の値が、３ｄ遷移金属が添加されていないＡｌＮの格子定数の理論値（例えば、非特許文献：三輪和利、福本敦勇, ”ワイドバンドギャップ半導体ＧａＮ，ＡｌＮの物性予測－第一原理計算による電子状態計算－”,豊田中央研究所 Ｒ＆Ｄレビュー, Vol.29, No.4, p33-p42 参照）に近い値まで徐々に変化することが判った。

ところで、３価のＦｅイオンのイオン半径は、３価のＡｌイオンのイオン半径よりも大きいため、ＡｌＮの結晶においてＡｌサイトをＦｅに置換してなるＡｌＦｅＮの結晶は、ＡｌＮの結晶に比べて、その格子定数が大きくなる。このことを考慮すると、図８に示すように、実施例３、４に係る薄膜の格子定数が、比較例に係る薄膜の格子定数に比べて小さく、３ｄ遷移金属が添加されていないＡｌＮ結晶の格子定数に近づいている結果から、薄膜に対して熱処理工程を行うことにより薄膜に含まれるＦｅが脱離しているためと考えられる。これは、熱処理時間を調整することで格子定数を調整できることを示している。

本発明の薄膜は、ＬＥＤ、半導体レーザ或いはトランジスタに用いられる材料として好適である。

１：薄膜付き基板、１１：基板、１２：薄膜、２１、２３：クラッド層、２２：発光層、３１、３２：電極、１００、２００：半導体装置、２２１：キャリア通過層、２２２：キャリア発生層、２３１：ソース電極、２３２：ゲート電極、２３３：ドレイン電極、９００：高周波スパッタリング装置、９０１、１００１：チャンバ、９０２：マッチング部、９０３：ヒータ、９０４、９０５：ホルダ、９０６：シャッタ、９１１：供給ポート、９１２：排気ポート、９４１、９５１：冷却機構、９４１ａ、９５１ａ：流路、１０００：熱処理装置、１００２：ステージ、１００３：赤外線ランプ、１００４：サセプタ、１００５：熱電対、１０１１：ノズル、１０１２：排気口、ＣＰ：個片、ＴＧ：ターゲット材

Claims (10)

1. 結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成された基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる成長工程と、
   前記成長工程の後、前記基板および前記薄膜を、前記成長工程における前記基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程と、を含み、
   前記３ｄ遷移金属は、Ｆｅであり、
   前記窒化物を（Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１-ｘ Ｆｅ _ｘ Ｎと表したとき、ｙが０≦ｙ≦１．０の範囲内であり、ｘが０．０５＜ｘ≦０．２６１の範囲内である、
   薄膜の製造方法。
2. 窒化物の焼結体からなるターゲット材の上にＡｌまたはＧａと置換する少なくとも１つの３ｄ遷移金属の個片を載置した状態でスパッタリングすることにより、結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成された基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１-ｘ Ｔ _ｘ Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる成長工程と、
   前記成長工程の後、前記基板および前記薄膜を、前記成長工程における前記基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程と、を含む、
   薄膜の製造方法。
3. 前記３ｄ遷移金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つである、
   請求項２記載の薄膜の製造方法。
4. 前記第１温度は、２００℃以上４００℃以下の範囲内の温度であり、
   前記第２温度は、６００℃以上１３００℃以下の範囲内の温度である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜の製造方法。
5. 結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成された基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる第１成長工程と、
   前記第１成長工程の後、前記基板を、前記第１成長工程における前記基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程と、
   前記熱処理工程の後、前記薄膜上に、Ｉｎ_ｚ（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１－ｚＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物から形成された多重量子井戸構造を有する発光層を含む少なくとも１つの窒化物層を成長させる第２成長工程と、を含み、
   前記３ｄ遷移金属は、Ｆｅであり、
   前記窒化物を（Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１-ｘ Ｆｅ _ｘ Ｎと表したとき、ｙが０≦ｙ≦１．０の範囲内であり、ｘが０．０５＜ｘ≦０．２６１の範囲内である、
   半導体装置の製造方法。
6. 窒化物の焼結体からなるターゲット材の上にＡｌまたはＧａと置換する少なくとも１つの３ｄ遷移金属の個片を載置した状態でスパッタリングすることにより、結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成された基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１-ｘ Ｔ _ｘ Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる第１成長工程と、
   前記第１成長工程の後、前記基板を、前記第１成長工程における前記基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程と、
   前記熱処理工程の後、前記薄膜上に、Ｉｎ _ｚ （Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１－ｚ Ｎ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物から形成された多重量子井戸構造を有する発光層を含む少なくとも１つの窒化物層を成長させる第２成長工程と、を含む、
   半導体装置の製造方法。
7. 結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成された基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１-ｘＴ_ｘＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる第１成長工程と、
   前記第１成長工程の後、前記基板を、前記第１成長工程における前記基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程と、
   前記熱処理工程の後、前記薄膜上に、Ｉｎ_ｚ（Ａｌ_１-ｙＧａ_ｙ）_１－ｚＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物から形成された少なくとも１つの窒化物層を成長させる第３成長工程と、を含み、
   前記３ｄ遷移金属は、Ｆｅであり、
   前記窒化物を（Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１-ｘ Ｆｅ _ｘ Ｎと表したとき、ｙが０≦ｙ≦１．０の範囲内であり、ｘが０．０５＜ｘ≦０．２６１の範囲内である、
   半導体装置の製造方法。
8. 窒化物の焼結体からなるターゲット材の上にＡｌまたはＧａと置換する少なくとも１つの３ｄ遷移金属の個片を載置した状態でスパッタリングすることにより、結晶状またはアモルファス状の金属、半金属、半導体または絶縁体から形成された基板上に、３ｄ遷移金属ＴをＴとしたときに、（Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１-ｘ Ｔ _ｘ Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物から形成された薄膜を成長させる第１成長工程と、
   前記第１成長工程の後、前記基板を、前記第１成長工程における前記基板の第１温度よりも高い第２温度に加熱する熱処理工程と、
   前記熱処理工程の後、前記薄膜上に、Ｉｎ _ｚ （Ａｌ _１-ｙ Ｇａ _ｙ ） _１－ｚ Ｎ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される窒化物から形成された少なくとも１つの窒化物層を成長させる第３成長工程と、を含む、
   半導体装置の製造方法。
9. 前記３ｄ遷移金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも１つである、
   請求項６または８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記第１温度は、２００℃以上４００℃以下の範囲内の温度であり、
    前記第２温度は、６００℃以上１３００℃以下の範囲内の温度である、
    請求項５から９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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