JPH1174199A

JPH1174199A - 半導体の製造方法及びその製造装置

Info

Publication number: JPH1174199A
Application number: JP16205798A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishikawa; 孝司西川; Makoto Kitahata; 真北畠; Yoichi Sasai; 洋一佐々井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】欠陥が少ないＧａＮ系半導体結晶を確実に得
られるようにする。【解決手段】まず、基板の前処理として、面方位が
（１１１）面のＳｉよりなる基板１１をフッ酸に浸漬し
て、基板１１の主面のダングリングボンドを終端させる
ためのＨ原子層１２を形成する。次に、この基板１１を
ＭＢＥ装置における高真空の反応容器内に搬入し、搬入
された基板１１のＨ原子層１２の上に、Ｇａの分子線及
びＳｅの分子線をそれぞれ供給することにより、ファン
デルワールス結晶体であるＧａＳｅよりなるバッファ層
１３を成長させる。次に、Ｓｅの供給を止め、代わり
に、基板１１のバッファ層１３の上に、高周波又は電子
サイクロトロン共鳴を用いて活性化されたＮ₂ ガスを窒
素源として供給することにより、ＧａＮよりなる半導体
層１４を成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガリウム（Ｇａ）
と窒素（Ｎ）とを含む、ＧａＮ系の半導体結晶の製造方
法及びその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、サファイヤ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）よりな
る基板上にＧａＮ系半導体結晶を成長させる有機金属気
相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、高品質なＧａＮ系結
晶薄膜を得られるようになり、これにより、短波長の発
光素子が実現されつつある。そうしたなかで、青色発光
ダイオード素子（ＬＥＤ）は青色から緑色までの波長帯
域の発光が可能となり、赤色ＬＥＤと併せてフルカラー
のＬＥＤ表示装置や交通信号機として実用化が始まって
いる。さらに、ＧａＮ系結晶を用いて青色レーザ素子と
して実現させることにより、将来高品位の映像情報をコ
ンパクトなディスク記録媒体に記録できる可能性が大き
くなっている。

【０００３】また、ＧａＮ系結晶成長技術の発達によ
り、高耐圧と耐環境特性とを兼ね備えた高周波電子素子
が実現されつつある。すなわち、ＧａＡｓ系又はＩｎＰ
系半導体を用いた高周波電子素子においては、耐圧が不
十分となるような大電力量領域において用いられる高周
波電力素子や、従来、放熱又は冷却等の付加的な機構を
必要とする用途に対して、これらの付加的な機構を省く
ことにより、デバイスセットの簡略化及びコンパクト化
を図れるようになるとの注目を集めている。

【０００４】例えば、短波長発光素子を目的とする、サ
ファイアよりなる基板上にＧａＮ系半導体結晶を成長さ
せる例が、第１の文献「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．３０，Ｌ１７０５（１９９１）」に開示されてい
る。また、高耐圧電子素子を目的とする、炭化ケイ素
（ＳｉＣ）よりなる基板上にＧａＮ系半導体結晶を成長
させる例が、第２の文献「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．６２，７０２（１９９３）」に開示されている。

【０００５】これらの文献に示されるように、ＭＯＶＰ
Ｅ法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法において、基板と
該基板に成長する結晶層とに異なる材料を用いる場合
に、基板と結晶層との界面の不連続性を緩和するため
に、基板上にバッファ層を成長させ、該バッファ層上に
所望の結晶層を成長させることが多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
文献におけるサファイアよりなる基板上へのＧａＮ系結
晶の成長方法は、以下に示すようないくつかの問題があ
る。

【０００７】すなわち、サファイヤとＧａＮとの結晶構
造はともに六方晶であり、バッファ層として、５００℃
程度の比較的低温で成長させたＧａＮ系結晶を用いてい
るものの、そもそもサファイアとＧａＮとの格子定数は
大きく異なり、サファイヤの格子定数が２．７４Åであ
るのに対して、ＧａＮの格子定数は３．１８９Åであ
り、約１４％の格子不整合がある。このような格子定数
の大きな差異は、サファイアとＧａＮ系結晶との界面付
近に大きな歪みを導入すると共に浮遊結合手（ダングリ
ングボンド）を発生させるため、ＧａＮ系結晶に多量の
転位を導入するという問題がある。これにより、現在実
用化されているＬＥＤでもその欠陥密度が１×１０¹⁰ｃ
ｍ^-3以上となるため、この欠陥により、素子の内部に非
発光領域が多数存在することになる。また、欠陥による
光の散乱等も発生するため、素子の発光効率が大幅に悪
くなる。また、素子の動作中に欠陥部分が増殖及び拡大
して素子としての性能が低下し、やがては素子の破壊に
至る。すなわち、素子の寿命及び信頼性等を低下させる
原因となっている。

【０００８】さらに、サファイアよりなる基板は、安価
であり且つ安定した品質で入手できるという長所がある
反面、へき開ができないため、基板の分割による素子分
離が困難であり、製造上の不都合が大きい。また、サフ
ァイアよりなる基板は該基板自体が絶縁性であり、基板
の素子形成面と反対側の面に電極を設ける素子構造を実
現できないため、素子の製造プロセスが複雑となるとい
う問題もある。

【０００９】一方、第２の文献におけるＳｉＣよりなる
基板上へのＧａＮ系結晶の成長方法は以下に示すような
いくつかの問題を有している。

【００１０】ＳｉＣ結晶は六方晶であり、ＧａＮとの格
子不整合率も３％と小さいためサファイヤよりも格子不
整合による結晶性劣化の影響を受けにくい。また、Ｓｉ
Ｃ自体が導電性を持つため、ＳｉＣを基板とすると素子
形成面と反対側の面に電極を形成できるので、サファイ
アを基板に用いるよりも優れていると考えられる。

【００１１】しかしながら、通常入手できるＳｉＣより
なる基板にはエッチピットが１×１０⁵ ｃｍ^-2以上存在
しており、このエッチピットによって基板上に成長する
エピタキシャル結晶層に多量の欠陥が導入されるという
問題がある。そのため、エピタキシャル結晶層の歩留ま
りを高めるのが困難となり、効率的な生産を行なうこと
が非常に難しい。

【００１２】また、ＳｉＣにはエッチピットの他にマイ
クロパイプと呼ばれる欠陥が存在する。このマイクロパ
イプは通常１×１０² ｃｍ^-2程度の密度であるが、１つ
のマイクロパイプの断面積が０．１ｍｍ² 程もあり、エ
ピタキシャル結晶層の歩留まりを悪くする。さらに、Ｓ
ｉＣはその製造が難しいため、非常に高価であり、この
ＳｉＣを基板に用いた素子のコストを下げにくいという
問題がある。

【００１３】本発明は、前記従来の問題を一挙に解決
し、欠陥が少ないＧａＮ系半導体結晶を確実に得られる
ようにすることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、立方晶の基板上に、互いに隣接する層同
士が弱い分子間力（ファンデルワールス力：ｖａｎｄ
ｅｒＷａａｌｓｆｏｒｃｅ）で結合しているファン
デルワールス結晶層を成長させ、該ファンデルワールス
結晶層上にＧａＮ系半導体層を成長させる構成とする。

【００１５】本発明に係る第１の半導体の製造方法は、
結晶構造を有する基板上にファンデルワールス結晶体よ
りなるバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、バ
ッファ層の上にガリウムと窒素とを含む半導体層を形成
する半導体層形成工程とを備えている。

【００１６】第１の半導体の製造方法によると、ファン
デルワールス結晶体をバッファ層に用いているため、該
バッファ層上にＧａＮ系結晶を成長させると、基板とＧ
ａＮ系結晶との間の格子定数の差異を緩和することがで
きる。

【００１７】ファンデルワール結晶体は、温度変動によ
る格子定数の変動も吸収又は緩和することができるた
め、ＧａＮのみならず、ＩｎＧａＮ又はＡｌＧａＮを含
む多層構造を形成したり、製造時に基板温度を変動させ
たりしても、格子定数の変化による歪みの導入を緩和す
ることができる。

【００１８】第１の半導体の製造方法において、基板の
結晶構造が立方晶であることが好ましい。このようにす
ると、広く利用されているシリコン（Ｓｉ）やヒ化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）等が立方晶であり、入手できるＳｉや
ＧａＡｓよりなる基板は高品質なため、これらを基板に
用いると半導体層の結晶性は確実に向上する。さらに、
ＳｉやＧａＡｓの場合は導電性を有するため、素子形成
面と反対側の面に電極を形成できる。

【００１９】第１の半導体の製造方法において、基板の
主面の面方位が（１１１）面であることが好ましい。こ
のようにすると、バッファ層をなすファンデルワールス
結晶体はその結晶系が六方晶系に属することが多く、Ｇ
ａＡｓやＳｉ等の立方晶系に属する結晶体の（１１１）
面上に現われる六方晶系構造との原子配列の整合性が高
くなる。また、バッファ層上に成長させるＧａＮ系結晶
も六方晶系であるため、バッファ層は、基板と半導体層
（エピタキシャル層）との双方に対して高い原子配列の
整合性を持つことができる。その上、六方晶系に属する
ファンデルワールスバッファ結晶体とＧａＮ系結晶は、
そのＣ軸に対して存在可能な結晶構造が一種類しか存在
しないため、アンチフェーズバウンダリーの発生による
欠陥の導入のおそれがない。

【００２０】第１の半導体の製造方法において、バッフ
ァ層が、セレン化ガリウム（ＧａＳｅ），硫化ガリウム
（ＧａＳ），セレン化インジウム（ＩｎＳｅ），硫化イ
ンジウム（ＩｎＳ），セレン化モリブデン（ＭｏＳｅ
₂ ）又は硫化モリブデン（ＭｏＳ₂ ）よりなることが好
ましい。

【００２１】第１の半導体の製造方法が、バッファ層形
成工程と半導体層形成工程との間に、バッファ層の表面
に露出する原子をＶ族の原子、例えば、窒素原子で置換
する工程をさらに備えていることが好ましい。このよう
にすると、バッファ層の最終層と半導体層が共有結合に
よって連続的に成長する。

【００２２】第１の半導体の製造方法において、バッフ
ァ層形成工程が、原子層制御エピタキシ法又はマイグレ
ーション・エンハンスド・エピタキシ法を用いることが
好ましい。

【００２３】第１の半導体の製造方法において、バッフ
ァ層形成工程においてバッファ層を形成するためのバッ
ファ層成長用反応容器と半導体層形成工程において半導
体層を形成するための半導体層成長用反応容器とが、互
いに異なる容器であることが好ましい。このようにする
と、バッファ層を構成するファンデルワールス結晶体に
VI族元素を含む場合には、バッファ層形成後に行なう半
導体層形成工程において、該VI族元素がｎ型ドーパント
となって半導体層中に混入することにより所望の伝導型
の制御を困難にするが、それぞれ個別のバッファ層成長
用反応容器と半導体層成長用反応容器とを用いるため、
バッファ層を構成する元素が半導体層に混入するおそれ
がない。

【００２４】第１の半導体の製造方法において、半導体
層形成工程が、基板上に結晶層を成長させるための反応
容器にガリウム源を供給する工程と窒素源を供給する工
程とを含み、窒素源を供給する工程は、反応容器にアン
モニアガスを、半導体層の成長に必要な量で且つ反応容
器の真空度を下げないように供給することが好ましい。
このようにすると、窒素源にアンモニアガスを用いてい
るため、通常用いられる窒素ガスに比べてＧａＮ系結晶
の品質が向上する。また、反応容器に窒素源のアンモニ
アガスを、半導体層の成長に必要な量で且つ真空度を下
げないように供給するため、該反応容器に高真空が求め
られるＭＢＥ法を用いることができ、さらに、反応容器
内で反応に寄与しない余分なアンモニアガスによる反応
容器の腐食を防止できる。

【００２５】第１の半導体の製造方法において、半導体
層形成工程がバッファ層が形成された基板を反応容器
に収納する基板収納工程と、バッファ層の上にガリウム
を分子線として供給するガリウム供給工程と、バッファ
層の上にアンモニアガスを反応容器に設けられた電磁弁
を介して供給するアンモニアガス供給工程とを含むこと
が好ましい。このようにすると、窒素源であるアンモニ
アガスを反応容器に電磁弁を介して供給するため、電磁
弁を用いると、手動弁と異なり弁の開閉操作を極めて短
時間で行なえる。

【００２６】第１の半導体の製造方法において、ガリウ
ム供給工程とアンモニアガス供給工程との間に、時間的
な間隔を設けることが好ましい。このようにすると、各
原料ごとに基板上に拡散する時間的な余裕を与えるた
め、各原料が基板上に均一に拡散する。

【００２７】第１の半導体の製造方法において、半導体
層形成工程が、反応容器に窒素源としてプラズマ化され
た窒素ガスを供給する窒素ガス供給工程を含むことが好
ましい。このようにすると、半導体層の結晶成長レート
を高められると共に、アルミニウム（Ａｌ），インジウ
ム（Ｉｎ）又はホウ素（Ｂ）等を同時に成長させる、い
わゆる３元混晶や４元混晶の製造が容易となり、プロセ
スの自由度が向上する。

【００２８】本発明に係る第２の半導体の製造方法は、
反応容器に収納された基板上に、少なくともガリウム源
と窒素源とを供給し、供給されたガリウム源と窒素源と
を基板上で反応させながら、ガリウムと窒素とを含む半
導体層を形成する半導体の製造方法であって、反応容器
に窒素源となるアンモニアガスを、半導体層の成長に必
要な量で且つ反応容器の真空度を下げないように供給す
る半導体層形成工程を備えている。

【００２９】第２の半導体の製造方法によると、窒素源
にアンモニアガスを用いているため、通常用いられる窒
素ガスに比べてＧａＮ系結晶の品質が向上する。また、
反応容器に窒素源のアンモニアガスを、半導体層の成長
に必要な量で且つ真空度を下げないように供給するた
め、該反応容器に高真空が求められるＭＢＥ法を用いる
ことができ、さらに、余分なアンモニアガスによる反応
容器の腐食を防止できる。

【００３０】ここに示す第２の半導体の製造方法は、第
１の半導体の製造方法と異なり、バッファ層を限定しな
い構成である。

【００３１】第２の半導体の製造方法において、半導体
層形成工程が、基板を反応容器に収納する基板収納工程
と、基板の主面上にガリウム源となるガリウムを分子線
として供給するガリウム供給工程と、基板の主面上にア
ンモニアガスを反応容器に設けられた電磁弁を介して供
給するアンモニアガス供給工程とを含むことが好まし
い。

【００３２】第２の半導体の製造方法において、ガリウ
ム供給工程とアンモニアガス供給工程との間に、時間的
な間隔を設けることが好ましい。

【００３３】第２の半導体の製造方法において、半導体
層形成工程が、反応容器に窒素源としてプラズマ化され
た窒素ガスを供給する窒素ガス供給工程を含むことが好
ましい。

【００３４】本発明に係る半導体の製造装置は、反応容
器に収納された基板上に、少なくともガリウム源と窒素
源とを供給し、供給されたガリウム源と窒素源とを基板
上で反応させながら、ガリウムと窒素とを含む半導体層
を形成する半導体の製造装置であって、反応容器はガリ
ウム源を供給するガリウム源供給手段とアンモニアガス
を導入するアンモニアガス導入手段とを備え、アンモニ
アガス導入手段は、導入するアンモニアガスの流通を断
続的に制御する電磁弁を有している。

【００３５】本発明の半導体の製造装置によると、窒素
源であるアンモニアガスが、アンモニアガス導入手段が
有する電磁弁を介して供給されるため、該電磁弁は弁の
開閉操作を０．１秒以内で行なえるので、開動作中に反
応容器内の真空度が低下せず、また、閉動作中にも、リ
ークレートを確実に１×１０^-5ｃｃ／ｓｅｃ以下に抑え
られる。

【００３６】本発明の半導体の製造装置において、反応
容器がプラズマ化された窒素ガスを導入する窒素ガス導
入手段をさらに備えていることが好ましい。

【００３７】

【発明の実施の形態】まず、本発明に係る半導体の製造
方法の概要を説明する。

【００３８】本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の高
品質な結晶を得ることが極めて困難な半導体を製造する
際に、基板と該基板上に成長させるＧａＮ系結晶層との
間にファンデルワールス結晶体をバッファ層として形成
し、該バッファ層により欠陥が少ない高品質なＧａＮ系
結晶を実現する。

【００３９】バッファ層に用いるファンデルワールス結
晶体とは、例えば、セレン化ガリウム（ＧａＳｅ）のよ
うに、多層構造を持つ結晶であって、一の層は共有結合
であり、該一の層と他の層とは共有結合ではなく弱い分
子間力の一種であるファンデルワールス力で結合されて
いる結晶体の総称をいう。

【００４０】ファンデルワールス結晶体は、基板と該基
板上に成長させる所望のエピタキシャル成長層との格子
不整合を緩和する働きがあり、その結果、該エピタキシ
ャル成長層に欠陥が導入されにくくなる。

【００４１】なお、ファンデルワールス結晶層を用いた
結晶成長方法として、安価で且つ高品質な結晶が容易に
得られるＳｉを基板に用いて結晶成長させる例として、
第３の文献「Ｊ．ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，１５
０（１９９５）６８５」がある。

【００４２】第３の文献においては、ＭＢＥ法を用いて
Ｓｉよりなる基板上にＧａＡｓ結晶層を成長させる際の
バッファ層に、ファンデルワールス結晶体であるＧａＳ
ｅを用いている。

【００４３】具体的には、まず、主面の面方位が（１１
１）面のＳｉよりなる基板を過硫化アンモニウム（(Ｎ
Ｈ₄)₂Ｓ_x ）のアルコール溶液に浸漬することによっ
て、基板主面のダングリングボンドをイオウ（Ｓ）によ
り終端する。続いて、この基板をＭＢＥ装置内に搬入
し、Ｓｅの分子線とＧａの分子線とを基板にそれぞれ供
給することにより、約２０原子層から３０原子層程度ま
でのＧａＳｅよりなるバッファ層を形成し、その後、Ｓ
ｅの供給を止めて、Ａｓを供給することによって連続的
にＧａＡｓよりなる半導体層を形成している。

【００４４】しかしながら、この方法では、所望のＧａ
Ａｓ結晶層を成長することはできない。本願発明者ら
は、安定したＧａＡｓ結晶層を得られない原因を検討し
た結果、その原因が、ファンデルワールス結晶体よりな
るバッファ層上にＧａＡｓ結晶を成長させること自体に
起因していることを突き止めた。

【００４５】それは、第３の文献に示されたＧａＡｓ結
晶の成長方法によると、たしかに、Ｓｉよりなる基板上
にファンデルワールス結晶体を介在させてＧａＡｓ結晶
を成長させることはできるものの、面方位が（１１１）
面のＳｉ上に面方位が（１１１）面のＧａＡｓを成長さ
せるときに生ずるアンチフェイズバウンダリー（ａｎｔ
ｉｐｈａｓｅｂｏｕｎｄａｒｙ：ＡＰＢ）を回避す
ることができないからである。このため、ＧａＡｓ結晶
中に欠陥が多数発生してしまい、結晶の品質を上げると
いう本来のバッファ層の効果を得られない。

【００４６】ここで、アンチフェイズバウンダリーと
は、ＧａとＡｓとの異なる原子よりなるＧａＡｓを単一
の原子よりなるＳｉの（１１１）面上に成長させる場合
に、一様に連続する結晶構造にいわゆるＡ面とＢ面との
２種類が存在することに起因し、この２種類の結晶構造
が混在して成長する際にランダムに発生する境界面のこ
とをいう。従って、この境界面は結晶の不連続面であ
り、欠陥となる。

【００４７】一方、本願発明者らは、ファンデルワール
ス結晶体上にＧａＮ系結晶を成長させると、このＧａＮ
系結晶は六方晶であるため、ファンデルワールス結晶体
上に成長する半導体結晶の結晶構造には互いに異なる複
数の構造が存在しないので、アンチフェイズバウンダリ
ーが生じないという知見を得ている。従って、欠陥が少
ない高品質なＧａＮ系結晶を得るには、ファンデルワー
ルス結晶体をバッファ層に用い、該バッファ層上にＧａ
Ｎ系結晶を成長させればよい。

【００４８】以下、本発明の実施形態に係るＧａＮ系半
導体の製造方法、その製造装置及び該半導体の製造方法
を用いた半導体レーザ素子を具体的に説明する。

【００４９】（第１の実施形態）本発明の第１の実施形
態について図面を参照しながら説明する。

【００５０】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導
体の製造方法におけるバッファ層に用いるファンデルワ
ールス結晶体であるＧａＳｅ結晶の結晶構造であって、
（ａ）は単位層を模式的に表わし、（ｂ）はＣ面を表わ
し、（ｃ）〜（ｅ）は互いに異なる結晶系を表わしてい
る。ここで、白丸がＳｅを黒丸がＧａをそれぞれ表わし
ている。

【００５１】図１（ａ）に示すように、ＧａＳｅは層状
の構造を有しており、また、図１（ｂ）に破線で示す結
晶格子１は、単位層の法線方向に３回回転軸を表わす点
群記号Ｄ₃ の対称性を持つ六方晶系に属する結晶構造を
有している。図１（ａ）に示すように、三価のＧａと六
価のＳｅとが結晶全体において、互いに１対１でＳｅ−
Ｇａ−Ｇａ−Ｓｅの順で結合して単位層を形成してお
り、単位層の層同士の界面側に位置するＳｅには共有結
合によるダングリングボンドは存在しない。本来の結晶
体は複数の単位層よりなり、一の単位層と他の単位層と
は、共有結合ではなく、ファンデルワールス（ＶＤＷ）
力という分子間力によって緩やかに結合されている。こ
のため、単位同士の重なり方が一に限定されずに自由度
を持つため、図１（ｃ）〜（ｅ）に示すように、互いに
異なる複数の結晶系（ポリタイプ、モルフォロジー）が
存在する。すなわち、Ｓｅ−Ｇａ−Ｇａ−Ｓｅよりなる
単位層同士の結合において、互いに隣接する単位層のＳ
ｅ同士が必ずしも結合しなくてもよい。実際の結晶で
は、図１（ｃ）に示すγ−ＧａＳｅ、図１（ｄ）に示す
β−ＧａＳｅ及び図１（ｅ）に示すε−ＧａＳｅと呼ば
れる３つの結晶系が比較的多く観察され、それぞれＲ３
ｍ、Ｐ６₃ ／ｍｍｃ及びＰ￣６ｍ２という空間群に分類
される「Ａ．Ｋｏｅｂｅｌｅｔａｌ．，：Ｊ．Ｃｒ
ｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，１５４（１９９５）２６９
−２７４」。

【００５２】従って、各単位層で格子定数が異なる場合
があっても、互いの格子定数が異なったまま各単位層が
存在できるため、単位格子内の結合距離や結合角が受け
るストレスは小さくなる。このため、結晶の内部に発生
する歪みも小さくなり、結晶体に大きな結晶構造の変化
が生じない。その結果、互いに異なる結晶同士の間にフ
ァンデルワールス結晶体をバッファ層として介在させる
ことにより、該バッファ層を挟んで互いに対向する結晶
同士の、格子定数の差異による結晶構造の変化を極めて
小さくすることができ、転位等の欠陥が導入される要因
を著しく減少できる。

【００５３】図２は本発明の第１の実施形態に係る半導
体の製造方法を用いて得られる半導体の結晶構造を模式
的に表わしている。図２において、１１は面方位が（１
１１）面の、例えばＳｉよりなる基板、１２は基板１１
の（１１１）面を終端する水素（Ｈ）原子層、１３はフ
ァンデルワールス結晶体の、例えばＧａＳｅよりなるバ
ッファ層、１４はＧａＮよりなる半導体層をそれぞれ表
わしている。

【００５４】図２に示すように、基板１１に用いられ
る、ダイヤモンド型結晶のＳｉや閃亜鉛鉱型結晶のＧａ
Ａｓ等の立方晶系の結晶体は、前述したように面方位の
（１１１）面に点群記号でＤ₃ の対称性を持ち、Ｃ面に
六方晶系が現われる。また、半導体層１４のＧａＮは元
来ウルツ鉱型の六方晶系の結晶構造を有している。この
ため、基板１１の面方位（１１１）面に属する原子と半
導体層１４の原子とが互いに対応し、基板１１の結晶層
と半導体層１４とを原子レベルで規則的に結合できる可
能性が高い。

【００５５】しかしながら、基板１１にＳｉを用いる場
合には、Ｓｉの（１１１）面上における格子定数（３．
８４Å）と半導体層１４のＧａＮの格子定数（３．１８
９Å）との間には約２０％の差異が存在するため、この
格子定数の大きな差によって半導体層１４に多量の欠陥
が導入されるおそれがある。

【００５６】一方、ファンデルワールス結晶体であるＧ
ａＳｅよりなるバッファ層１３は六方晶系であり、その
原子配列が、基板１１を構成するＳｉの（１１１）面と
半導体層１４を構成するＧａＮのＣ面との双方に良く対
応し、さらに、前述したように、複数層よりなるバッフ
ァ層１３は、基板１１と、バッファ層１３の単位層の法
線方向に成長する半導体層１４との格子定数の差異を吸
収する。

【００５７】このように、立方晶系のＳｉよりなる基板
１１の（１１１）面上にファンデルワールス結晶体より
なるバッファ層１４を設けることにより欠陥が極めて少
ないＧａＮ結晶よりなる半導体層１４を形成することが
できる。

【００５８】以下、具体的に、本実施形態に係る半導体
の製造方法を図面に基づいて説明する。

【００５９】図３（ａ）〜（ｃ）は本実施形態に係る半
導体の製造方法の工程順の各結晶層を模式的に表わして
いる。まず、図３（ａ）に示すように、基板の前処理と
して、面方位が（１１１）面のＳｉよりなる基板１１を
フッ酸に浸漬することにより、基板１１の主面のダング
リングボンドを終端させる水素原子層１２を形成する。

【００６０】次に、図３（ｂ）に示すように、前処理が
済んだ基板１１を、例えば、ＭＢＥ装置における高真空
の反応容器内に搬入し、搬入された基板１１の水素原子
層１２の上に、ガリウム源に金属Ｇａを用いたＧａの分
子線、及びセレン源に金属Ｓｅを用いたＳｅの分子線を
それぞれ供給することにより、ＧａＳｅよりなるバッフ
ァ層１３を成長させる。

【００６１】次に、図３（ｃ）に示すように、Ｓｅの供
給を止め、代わりに、基板１１のバッファ層１３の上
に、高周波（ＲＦ）又は電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）等を用いて窒素源である活性化されたＮ₂ ガスを供
給することにより、ＧａＮよりなる半導体層１４を成長
させる。

【００６２】以上説明したように、本実施形態による
と、ＧａＮよりなる半導体層１４をファンデルワールス
結晶体よりなるバッファ層１３上に成長させるため、こ
のファンデルワールス結晶体が、基板１１と半導体層１
４との格子定数の相違による欠陥の発生を防止すると共
に、成長する半導体層１４が六方晶系のＧａＮであるた
め、アンチフェイズバウンダリーの発生をも防止でき、
その結果、欠陥が極めて少ないＧａＮ半導体結晶を得る
ことができる。

【００６３】なお、半導体層１４の結晶成長にＭＢＥ法
を用いたが、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ又はＭＯＣ
ＶＤ）法を用いてもよい。

【００６４】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００６５】図４は本発明の第２の実施形態に係る半導
体の製造方法を用いて得られる半導体の結晶構造を模式
的に表わしている。図４において、１１は面方位が（１
１１）面のＳｉよりなる基板、１２は基板１１の（１１
１）面を終端する水素原子層、１３はファンデルワール
ス結晶体のＧａＳｅよりなるバッファ層、２３はバッフ
ァ層１３における表面（終端層）のＳｅ原子がＮ原子と
置換されてなる窒素置換バッファ層、１４はＧａＮより
なる半導体層をそれぞれ表わしている。

【００６６】このように、本実施形態に係る半導体の製
造方法は、ファンデルワールス結晶体よりなるバッファ
層１３の半導体層形成側の結晶層のVI族元素（Ｓｅ）を
Ｖ族元素（Ｎ）で置換しているため、バッファ層１３の
最上層である窒素置換バッファ層２３を構成する結晶と
半導体層１４を構成する結晶とが共有結合で結合される
ので、バッファ層１３と半導体層１４とが結晶構造的に
連続となる。

【００６７】すなわち、第１の実施形態で説明したよう
に、ファンデルワールス力により結合した複数層よりな
るバッファ層１３及び窒素置換バッファ層２３が半導体
層１４と基板１１との間の格子定数の差を吸収しまた緩
和することにより、バッファ層１３の半導体層１４側の
結晶層は、ほぼＧａＮ結晶の格子定数に等しくなる。

【００６８】さらに、バッファ層１３の最終層の末端原
子をＮに置き換えた窒素置換バッファ層２３を形成する
ことにより、バッファ層１３と半導体層１４との間の原
子同士の結合を連続させている。従って、図２に示す半
導体層１４におけるバッファ層１３側のＧａ原子は、バ
ッファ層１３のＳｅ原子と分子間力で結合しているが、
図４に示す半導体層１４におけるバッファ層１３側のＧ
ａ原子は、窒素置換バッファ層２３の置換されたＮ原子
と共有結合できるようになり、本実施形態に係る半導体
層１４に対する転位等の欠陥の導入をさらに抑制するこ
とができる。

【００６９】以下、具体的に、本実施形態に係る半導体
の製造方法を図面に基づいて説明する。

【００７０】図５（ａ）〜（ｃ）は本実施形態に係る半
導体の製造方法の工程順の結晶構造を模式的に表わして
いる。まず、図５（ａ）に示すように、基板の前処理と
して、面方位が（１１１）面のＳｉよりなる基板１１を
フッ酸に浸漬し、基板１１の主面のダングリングボンド
を終端させる水素原子層１２を形成する。

【００７１】次に、図５（ｂ）に示すように、前処理が
済んだ基板１１を、例えば、ＭＢＥ装置における高真空
の反応容器内に搬入し、搬入された基板１１の水素原子
層１２の上に、Ｇａの分子線及びＳｅの分子線をそれぞ
れ供給することにより、ＧａＳｅよりなるバッファ層１
３を成長させる。ここで、Ｇａの分子線及びＳｅの分子
線を同時に供給してもよく、また、いずれか一方を供給
し且つ他方の供給を停止する供給パターンを交互に行な
ってもよい。このうち、一原子層ずつ成長させるように
各原料を供給する方法に、原子層制御エピタキシ（Ａｔ
ｏｍｉｃＬａｙｅｒＥｐｉｔａｘｙ：ＡＬＥ）法又
はマイグレーション・エンハンスド・エピタキシ（Ｍｉ
ｇｒａｔｉｏｎＥｎｈａｎｃｅｄＥｐｉｔａｘｙ：
ＭＥＥ）法がある。この方法を用いて、バッファ層１３
の一単位層となるように、Ｓｅ−Ｇａ−Ｇａ−Ｓｅの順
に１原子層ずつ供給し、多層構造となるように複数回こ
の供給パターンを繰り返す。その後、最終回のみＳｅ−
Ｇａ−Ｇａ−Ｎ−の順となるように、最後にＳｅの代わ
りにＮ原子を供給して窒素置換バッファ層２３を形成す
る。従って、最上層のＮ原子はダングリングボンドを持
つ状態となる。

【００７２】次に、図５（ｃ）に示すように、基板１１
の窒素置換バッファ層２３の上に、Ｇａの分子線及び活
性化されたＮ₂ ガスを供給することにより、窒素置換バ
ッファ層２３のＮ原子のダングリングボンドが、半導体
層１４のＧａ原子と共有結合して終端し、その後、Ｇａ
Ｎよりなる半導体層１４が成長する。

【００７３】なお、第１及び第２の実施形態において、
半導体層１４としてＧａＮを成長させたが、半導体層１
４は、ガリウム源にIII 族元素のＩｎ，Ａｌ，Ｂを含め
て３元混晶や４元混晶としてもよい。

【００７４】また、ファンデルワールス結晶体にＧａＳ
ｅを用いたが、ＧａＳ，ＩｎＳｅ，ＩｎＳ，ＭｏＳｅ₂
及びＭｏＳ₂ を用いてもよい。但し、ファンデルワール
ス結晶体としては、ＧａＳがＧａＳｅと比べてＧａＮと
の格子不整合率が小さいのでＳｅよりはＳを用いるのが
好ましく、また、ＧａＮよりなる半導体層１４を成長さ
せる場合には、Ｇａを含むファンデルワールス結晶体を
用いるのが好ましい。なお、物性的にＧａＳが優れてい
ても、現状では、Ｓの分子線はＳｅの分子線ほど容易に
生成できない。

【００７５】また、基板１１には、高品質で且つ安価で
且つ安定して供給される基板、又は導電性を持つ基板を
用いるのが好ましい。例えば、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ
又はＧａＰを用いてもよく、また、II−VI族化合物のＺ
ｎＳであってもよい。

【００７６】また、基板１１は、ＺｎＯやＡｌ₂ Ｏ₃ の
ように導電性を有さなくてもよい。

【００７７】ここで、基板１１にＳｉ，ＧａＡｓ，Ｉｎ
Ｐ及びＧａＰ等の立方晶系の材料を用いる場合には、前
述のように、面方位（１１１）面を基板の主面とし、Ｚ
ｎＯ，ＺｎＳ及びＡｌ₂ Ｏ₃ 等の六方晶系の場合にはそ
のＣ面を主面とすればよい。

【００７８】また、基板１１の主面のダングリングボン
ドの終端処理に水素を用いたが、イオウ（Ｓ）を用いて
もよい。この場合には、例えば、過硫化アンモニウム
（(ＮＨ₄)₂Ｓ_x ）のアルコール溶液に基板１１を浸漬す
ればよい。

【００７９】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態について説明する。

【００８０】本願発明者らは、バッファ層上にIII −Ｖ
族半導体層を成長させる場合に、該バッファ層に用いる
ファンデルワールス結晶体に含まれるＳｅ等のVI族元素
が、III −Ｖ族半導体のｎ型ドーパントとして作用する
ため、III −Ｖ族半導体層の所望の伝導型制御を阻害す
るという第１の問題点を見出している。

【００８１】また、一般に、窒素源にＲＦプラズマ化さ
れたＮ₂ ガスを使用するＭＢＥ法を用いて得られるIII
族窒化物（III −Ｎ）半導体の電子移動度は、ＭＯＶＰ
Ｅ法を用いて得られるIII −Ｎ半導体の電子移動度より
も小さいという第２の問題点をも見出している。これ
は、ＭＢＥ法を用いて製造された半導体の結晶性が低い
ためであると考えられる。

【００８２】本願発明者らは結晶性が低い原因を種々検
討した結果、ＭＢＥ法はＭＯＶＰＥ法と比べて、III −
Ｎ半導体の結晶成長がより三次元的であるためという知
見を得ており、その成長機構について図面を参照しなが
ら説明する。

【００８３】図６は窒素源にＲＦプラズマ化されたＮ₂
ガスを用いるＭＢＥ法におけるＧａＮの結晶成長機構を
模式的に表わしている。図６に示すように、基板３１上
に供給されるＧａ源及び窒素源のうち、ＲＦプラズマ化
されたＮ₂ ガスには、Ｎ₂ 分子３２Ａ，Ｎ原子３２Ｂ及
びＮイオン３２Ｃが存在する。一方、基板３１の主面に
到達したＧａ原子３３は主面上を拡散している間に、反
応種であるラジカルなＮ原子３２Ｂ及びＮイオン３２Ｃ
と遭遇してＧａＮ３４となって結晶化する。ここで、Ｇ
ａ原子３３の拡散長が大きく且つＮイオン３２Ｃの反応
性が相対的に低いため、新たな結晶核が生成されにく
い。その結果、新たな結晶核が生成されるよりも、生成
されたＧａＮ３４が、既に生成された結晶核に到達して
付着しながら成長するほうが支配的となる。従って、基
板３１の主面上には生成される結晶核の数が少ないた
め、アイランド３５を形成するような３次元成長とな
り、カラム状のドメインが形成されるので、結晶性が向
上しないと考えられる。

【００８４】ただし、基板３１が平面性が高いＧａＮよ
りなるなら、生成されたＧａＮ３４が既存の結晶核に付
着して成長が進むような場合であっても、既に基板自体
が結晶核と同一材料よりなるため、新たなアイランドの
形成に伴う３次的な成長が生じにくいと思われる。

【００８５】しかしながら、本願のように、基板と所望
の半導体とが異種の材料よりなる場合には、基板の主面
で生じる３次元成長がその後の結晶成長にも影響し、結
晶性の劣化を招くと考えられる。これは、基板に面方位
が（１１１）面のＳｉを用いた場合でも、ファンデルワ
ールス結晶体を用いた場合でも同様である。

【００８６】一方、窒素源にアンモニア（ＮＨ₃ ）ガス
を使用するＭＢＥ法を用いてIII −Ｎ半導体を成長させ
ることもできる。この場合は、ＲＦプラズマ化されたＮ
₂ ガスを用いる場合よりもIII −Ｎ半導体の結晶性が向
上する。これは、ＮＨ₃ ガスを窒素源とするＭＢＥ法を
用いると、ＭＯＶＰＥ法を用いた結晶成長に近い２次元
的な結晶成長が進行するためと考えられる。すなわち、
供給されたＮＨ₃ ガスはＧａ原子の触媒作用により分解
され、分解されたＮイオンは直ちにそのＧａ原子と反応
するため、既に生成された結晶核に付着して成長するよ
りも、新たな結晶核を形成する方が支配的となる。この
ため、基板の主面の全面にわたって均一な２次元的成長
が進行することとなり、その結果、高い結晶性を示すと
思われる。

【００８７】ただし、窒素源にＮＨ₃ ガスを用いる場合
には、以下のように第３の問題点となる複数の障害があ
る。第１に、ＮＨ₃ ガスの分解にＧａの触媒作用を必要
とするため、ＡｌＮやＩｎＧａＮよりなる３元混晶又は
ＡｌＩｎＧａＮ等の４元混晶を製造しにくい。第２に、
ＮＨ₃ ガスが分解して生じるＨイオンが反応容器内に滞
留し、このＨイオンが結晶中に不純物として取り込まれ
てしまい、ｐ型キャリアの活性化率を落とす。第３に、
ＮＨ₃ ガスを大量に使用すると、反応容器を腐食するお
それがあり、該反応容器の寿命を縮めることにもなる。

【００８８】以下、前述の第１〜第３の問題点に鑑みて
なされた第３の実施形態に係る半導体の製造装置につい
て図面を参照しながら説明する。

【００８９】図７は本発明の第３の実施形態に係る半導
体の製造装置の断面構成を示す正面図である。図７に示
すように、本製造装置は、第１の反応容器４１と第２の
反応容器４２とが気密な接続管４３により互いに接続さ
れることにより構成されている。

【００９０】第１の反応容器４１には、保持面が容器の
中央部に向けられた第１の基板ホルダ４４Ａと、各照射
口が第１の基板ホルダ４４Ａの保持面と対向する、例え
ば、第１のクヌードセンセル（Ｋｎｕｄｓｅｎｃｅｌ
ｌ）４５Ａ及び第２のクヌードセンセル４５Ｂがそれぞ
れ設けられている。

【００９１】第２の反応容器４２には、保持面が容器の
中央部に向けられた第２の基板ホルダ４４Ｂと、各照射
口が第２の基板ホルダ４４Ｂの保持面と対向する、例え
ば、III 族元素源供給手段又はドーパント源供給手段と
しての第３のクヌードセンセル４５Ｃ，第４のクヌード
センセル４５Ｄ及び第５のクヌードセンセル４５Ｅと、
セルの外周面にＲＦコイルが設けられた窒素ガス導入手
段としてのＲＦプラズマセル４６と、アンモニアガス導
入手段としての電磁弁４７とがそれぞれ設けられてい
る。ＲＦプラズマセル４６には、一の窒素源であるＮ₂
ガスが第１の手動弁４８Ａを介して供給され、該第１の
手動弁４８Ａは外部の窒素ボンベ又は窒素ガス供給ライ
ンと気密性が高い供給管を通して接続されている。ま
た、他の窒素源であるＮＨ₃ ガスを第２の反応容器４２
に供給する電磁弁４７と第２の手動弁４８Ｂとは供給管
で互いに接続され、該第２の手動弁４８Ｂは外部のアン
モニアガスボンベ又はアンモニアガス供給ラインと気密
性が高い供給管を通して接続されている。

【００９２】電磁弁４７は、極めて精密な弁を有してお
り、弁の開放時間を０．１秒以下とすることができる。
また、弁が閉じているときのリークレートは１×１０^-5
ｃｃ／ｓｅｃ以下である。さらに、弁の耐圧は８５気圧
以上あり、その結果、極めて低い背圧を達成できると共
に、極めて短時間に第２の反応容器４２の空間部に高密
度なガスをパルス状に供給することができる。

【００９３】第１の反応容器４１と接続管４３との接合
部には該第１の反応容器４１と該接続管４３とを仕切る
第１のゲート４９Ａが設けられ、同様に、第２の反応容
器４２と接続管４３との接合部には該第２の反応容器４
２と該接続管４３とを仕切る第２のゲート４９Ｂが設け
られている。

【００９４】通常、ファンデルワールス結晶体の成長温
度は５００℃前後であるため、一たん、バッファ層の表
面が大気に暴露して該表面に酸素又は炭素等の汚染物質
が吸着された場合に、バッファ層が形成された基板自体
を高温に加熱して該バッファ層表面を清浄化するという
熱処理を行なえない。

【００９５】しかしながら、第１の反応容器４１でファ
ンデルワールス結晶体よりなるバッファ層を形成し、続
いて、第２の反応容器４２でバッファ層が形成された基
板上に所望のIII −Ｎ半導体結晶を形成すれば、該III
−Ｎ半導体結晶がバッファ層を構成するVI族元素に汚染
されない上に、基板を第１の反応容器から第２の反応容
器に搬送する際に、搬送される基板が大気に暴露されな
いため、高品質な結晶体が得られにくいIII −Ｎ半導体
結晶の品質を確実に向上させることができる。

【００９６】以下、前記のように構成された半導体の製
造装置を用いたIII −Ｎ半導体結晶の製造方法について
図面を参照しながら説明する。

【００９７】本実施形態に係る製造方法は、図７に示
す、第１の反応容器４１においてファンデルワールス結
晶体よりなるバッファ層を成長させるバッファ層成長工
程と、第２の反応容器４２において該バッファ層上に所
望の半導体層を成長させる半導体層成長工程とを有して
いる。

【００９８】まず、第１のクヌードセンセル４５Ａに
は、例えば、Ｇａ又はＩｎよりなるIII 族元素源を収納
しておく。また、Ｍｏのような高融点金属を電子線加熱
装置により加熱し蒸発させてもよい。第２のクヌードセ
ンセル４５Ｂには、Ｓｅ，Ｓ，ＧａＳ，ＧａＳｅ又はＭ
ｏＳ₂ のVI族元素源を収納しておく。ここで、Ｓｅ及び
Ｓを用いる場合には、クヌードセンセルの他にクラッキ
ング機構を有するセルを使用してもよい。また、クヌー
ドセンセルを新たに増設して、III 族元素源又はVI族元
素源を複数個組み合わせてもよい。ここでは、第１のク
ヌードセンセル４５ＡにＧａ源を収納し、第２のクヌー
ドセンセル４５ＢにＳｅを収納する。

【００９９】一方、第２の反応容器４２における第１〜
第３のクヌードセンセル４５Ｃ，４５Ｄ，４５Ｅにそれ
ぞれ所望のIII 族元素源又はドーパント源を収納してお
く。III 族元素源に、例えば、Ｇａ，Ａｌ又はＩｎを用
い、Ｂのような高融点金属の場合には電子線加熱装置に
より加熱し蒸発させて用いる。ドーパント源にはｎ型ド
ーパントとなるＳｉやｐ型ドーパントであるＭｇを用い
る。さらに、これらのIII 族元素及びドーパントを組み
合わせてもよい。

【０１００】次に、第１の反応容器４１に、所定の前処
理を終えた半導体成長用の基板を搬入し、搬入された基
板を第１の基板ホルダ４４Ａに保持する。基板は、前述
したように、ＳｉやＧａＡｓのような立方晶系の結晶体
を用いる場合にはその主面の面方位を（１１１）面と
し、ＺｎＯやＡｌ₂ Ｏ₃ ような六方晶系の結晶体を用い
る場合にはその主面をＣ面とする。ここでは、Ｓｉを用
いることとする。

【０１０１】次に、第１の反応容器４１内を１０^-8Ｔｏ
ｒｒ以下の超高真空として、図３（ｂ）に示すようにバ
ッファ層を成長させる。

【０１０２】次に、バッファ層が形成された基板を第１
の反応容器４１から第２の反応容器４２に搬入する。製
造中においてはこのときに限り、第１のゲート４９Ａ及
び第２のゲート４９Ｂを開放するようにすれば、第２の
反応容器４２における第１の反応容器４１内のVI族元素
の汚染を確実に防止できる。

【０１０３】図８は本実施形態に係る半導体の製造装置
に窒素源としてＮＨ₃ を用いる場合のＧａＮ結晶層の結
晶成長機構を模式的に表わしている。図８に示すよう
に、基板５１上に第２の反応容器４２の電磁弁４７の先
端部からパルス状に供給されたＮＨ₃ 分子５２が基板の
主面上に到達し、既に拡散され結晶層５３を形成してい
るＧａ原子５４との相互作用によってラジカルなＮ原子
５５とＨ原子５６とに分解される。Ｈ原子５６は第２の
反応容器４２内に拡散し、Ｎ原子５５は分解された位置
でそのままＧａ原子５４と結合し結晶化する。

【０１０４】このように、ＮＨ₃ 分子５２の分解とＧａ
Ｎの結晶化が、Ｇａによる触媒反応とそれに続く一連の
反応過程で進行するため、基板５１と所望の結晶層５３
との材料が異なる場合でも、図６に示したようなアイラ
ンド３５を形成することなく平坦な結晶層５３を得るこ
とができる。

【０１０５】図９は本実施形態に係る半導体の製造装置
における各クヌードセンセル及び弁の開閉シーケンスで
あって、（ａ）は窒素源のセル又は弁の開閉状態を表わ
し、（ｂ）はIII 族元素のセルの開閉状態を表わしてい
る。ここで、III −Ｎ半導体結晶は、ファンデルワール
ス結晶体よりなるバッファ層の上に成長させることを前
提としているが、前述したように、窒素源にＮＨ₃ を用
いるため、成長する結晶層が平坦性に優れるので、図８
に示すように基板５１上に直接成長させてもよい。

【０１０６】まず、図９（ｂ）に示すように、第１の工
程ｔ1 において、第３のクヌードセンセル４５Ｃからの
Ｇａを基板上に供給する。次に、図９（ａ）に示すよう
に、所定時間ｔ0 経過後の第２の工程ｔ2 において、Ｎ
Ｈ₃ ガス供給用の電磁弁４７を０．１秒間程度開放する
ことにより、高密度のＮＨ₃ ガスを基板上に供給する。
ここで、電磁弁４７の開放時間は、基板温度又はポンプ
の排気速度に応じて調節すればよく、０．５秒間であっ
てもよく、逆に０．０１秒以下であってもよい。また、
第２の工程ｔ2 におけるＧａとＮＨ₃ ガスとの供給回数
は、結晶の平坦性と成長速度とに応じて適当な回数を選
べばよい。例えば、結晶性をあまり重視しない場合には
数回の繰り返しでよく、高品質な結晶性を要する場合に
は数千回以上繰り返せばよい。また、所定時間ｔ0 は１
０^-1秒から１０秒程度が望ましく、ここでは１秒程度と
する。

【０１０７】次に、第３の工程ｔ3 において、窒素源を
第２の反応容器４２のＲＦプラズマセル４６からのＮ₂
ガスに切り換える。これによって、成長レートを上げる
と共に、Ａｌ，Ｉｎ又はＢを含む３元混晶や４元混晶の
成長を容易にする。すなわち、III 族元素として、Ｇａ
のみならず、例えば、第４のクヌードセンセル４５Ｄか
らのＡｌや、第５のクヌードセンセル４５ＥからのＩｎ
等を単独で又は複数同時に基板上に供給する。ここで、
ＲＦプラズマ化された窒素供給の合間に適当な間隔でパ
ルス状のＮＨ₃ ガスを供給すれば、結晶性の向上と混晶
の成長とが容易になる。さらに、ＲＦプラズマ化された
窒素とＮＨ₃ ガスとを同時に供給してもよい。

【０１０８】また、成長する半導体層の結晶性を確保し
た後に、成長レートの上昇及び混晶組成の増大を必要と
する場合には、第４の工程ｔ4 に示すように、窒素源及
びIII 族元素源の必要なセルのシャッターを連続的に開
放してもよい。

【０１０９】本実施形態に係る半導体の製造方法による
と、第２の工程ｔ2 に示すように、基板上に極めて短時
間のパルス状にＮＨ₃ ガスを供給するため、第２の反応
容器４２の真空度を低下させることなく、反応に必要な
量のＮＨ₃ を確実に基板上に供給できる。また、Ｇａを
供給した後、所定期間ｔ0 の間隔を設けているため、基
板の主面にＧａ原子が十分に拡散し均一に分散する。そ
の結果、均一に分散したＧａ原子がＮＨ₃ 分子と一斉に
反応して結晶化するので、ＧａＮ結晶の平坦性及び面内
の均一性が格段に向上する。

【０１１０】さらに、反応に寄与するＮＨ₃ の反応に寄
与しないＮＨ₃ に対する比率が大きくなるため、余分な
量のＮＨ₃ ガスを供給する必要がなくなる。このため、
余分なアンモニアや分解生成物の水素が第２の反応容器
４２内に滞留して生じる、いわゆるメモリー効果が起き
にくくなるので、この余分なアンモニア又は水素がドー
ピングを阻害する原因となったり、ＮＨ₃ ガスの供給後
に窒素源としてＲＦプラズマ化窒素ガスを続けて供給す
るような場合に、結晶成長に悪影響を与えたりすること
がない。

【０１１１】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１１２】図１０は本発明の第４の実施形態に係る短
波長半導体レーザ素子の断面構成を示している。図１０
に示すように、主面の面方位が（１１１）面のｎ型Ｓｉ
よりなる基板６１の上には、基板６１側から順に、ファ
ンデルワールス結晶体であって単位層が数十層程度のＧ
ａＳｅよりなるバッファ層６２、ｎ型ＧａＮよりなる第
１のｎ型クラッド層６３、ｎ型ＡｌＧａＮよりなる第２
のｎ型クラッド層６４、ｎ型ＧａＮよりなる光閉じ込め
層６５、ＩｎＧａＮよりなる多重量子井戸活性層６６、
ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層６７及びｐ型Ｇ
ａＮよりなるコンタクト層６８を有するエピタキシャル
層が形成されている。

【０１１３】コンタクト層６８における両端部には、例
えば、酸化又はプロトン等が注入されてなる高抵抗な埋
め込み電流狭窄層６９が形成されている。コンタクト層
６９の上面にはｐ型電極７０が形成され、基板６１の主
面と反対側の面にはｎ型電極７１が形成されている。

【０１１４】本実施形態に係るエピタキシャル層は、本
発明に係るＧａＮ系半導体の製造方法及び製造装置を用
いて実現されている。従って、前述したように、安価で
且つ高品質なＳｉよりなる基板６１を用いて、該基板６
１上に結合の自由度が大きいファンデルワールス結晶体
よりなるバッファ層６２を設けているため、ＧａＮ系エ
ピタキシャル層の各層の結晶の品質が優れており、所望
の動作特性を有する短波長（青色）半導体レーザ素子を
低コストで且つ確実に実現できる。また、素子の欠陥や
歪みによる劣化が抑えられ、素子の寿命を大幅に伸ばす
ことができる。その上、欠陥の減少により、素子の発光
効率が上がると共に動作電圧値や動作電流値が下がり、
従って高効率且つ低消費電力の素子を得ることができ
る。

【０１１５】また、基板６１が導電性を有するため、基
板６１の素子形成面と反対側の面にｎ型電極７１を設け
られるので、絶縁性基板を用いる場合に比べて製造プロ
セスを簡略化できる。

【０１１６】なお、基板６１にｎ型Ｓｉを用いたが、こ
れに限らず、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型ＩｎＰ基板又はｎ型Ｇ
ａＰを用いてもよい。また、基板６１に六方晶系のｎ型
ＺｎＯ又はｎ型ＺｎＳを用いてもよく、この場合には基
板６１の主面をＣ面とする。

【０１１７】また、バッファ層６２にＧａＳｅを用いた
が、ＧａＳ、ＩｎＳｅ又はＭｏＳ₂等の層状のファンデ
ルワールス結晶体であってもよい。また、バッファ層６
２は、数層から数十層の単位層よりなる多層構造を有し
ているため、結晶体としてはその膜厚が十分に小さい。
従って、バッファ層６２に対して垂直方向に電流を流し
ても、該バッファ層６２の抵抗値が素子の電気的特性に
重大な影響を与えないので、該バッファ層６２はｎ型又
はｐ型にドーピングされていてもよく、また、ドーピン
グされていなくてもよい。

【０１１８】（第５の実施形態）以下、本発明の第５の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１１９】図１１は本発明の第５の実施形態に係る高
耐圧電子素子のＭＥＳＦＥＴの断面構成を示している。
図１１に示すように、主面の面方位が（１１１）面のＳ
ｉよりなる基板８１の上には、基板８１側から順に、フ
ァンデルワールス結晶体のＧａＳｅよりなるバッファ層
８２、ＧａＮよりなる半導体層８３、ＡｌＮよりなる第
１のバリア層８４、ｎ型ＧａＮよりなるチャネル層８
５、ＡｌＧａＮよりなる第２のバリア層８６を有するエ
ピタキシャル層が形成されている。ここで、第１のバリ
ア層８４及び第２のバリア層８６はチャネル層にキャリ
アである電子を閉じ込める機能を有している。

【０１２０】第２のバリア層８６の上面には該第２のバ
リア層８６とショットキー接触する金属よりなるゲート
電極８７が選択的に形成されており、チャネル層８５の
上面におけるゲート電極８７のゲート長方向の領域に
は、該ゲート電極８７のゲート長方向の両側部と互いに
間隔をおいたソース電極８８及びドレイン電極８９がそ
れぞれチャネル層８５の上面とオーミック接触するよう
に形成されている。ここで、基板８１にｎ型又はｐ型に
ドーピングされた基板を用いて、四端子のトランジスタ
としてもよい。また、基板８１には、Ｓｉに限らず、Ｉ
ｎＰやＧａＰを用いてもよく、ＺｎＳ，ＺｎＯ又はＳｉ
Ｃ等を用いてもよい。

【０１２１】本実施形態に係るエピタキシャル層は、本
発明に係るＧａＮ系半導体の製造方法及び製造装置を用
いて実現されている。すなわち、安価で且つ高品質なＳ
ｉよりなる基板８１を用いて、該基板８１上に結合の自
由度が大きいファンデルワールス結晶体よりなるバッフ
ァ層８２を設けているため、ＧａＮ系エピタキシャル層
の結晶の品質が優れており、所望の動作特性を有するＭ
ＥＳＦＥＴを低コストで且つ確実に実現できる。

【０１２２】また、欠陥によって抑制されていた所定の
耐圧や電子移動度が実現され、高耐圧性と高周波特性と
を備えると共に放熱のための付加機構を必要とせず、従
来にない使用環境に耐えられるトランジスタを実現でき
る。

【０１２３】（第６の実施形態）以下、本発明の第６の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１２４】図１２（ａ）〜（ｄ）は本発明の第６の実
施形態に係る光電子集積回路（ＯＥＩＣ）装置の製造方
法の工程順の平面構成を模式的に表わしている。

【０１２５】まず、図１２（ａ）に示すように、主面の
面方位が（１１１）面のＳｉよりなる基板９１Ａの上
に、ＧａＮ系半導体よりなる、第１のエピタキシャル層
９２Ａ及び第２のエピタキシャル層９３Ａをそれぞれ成
長させる。第１のエピタキシャル層９２Ａ及び第２のエ
ピタキシャル層９３Ａは、製造する素子が互いに異なる
ため、それぞれ所定のエピタキシャル層となるように形
成されている。例えば、第１のエピタキシャル層９２Ａ
はその断面が図１０に示すような構成であり、第２のエ
ピタキシャル層９３Ａはその断面が図１１に示すような
構成であるとする。

【０１２６】次に、図１２（ｂ）に示すように、第１の
エピタキシャル層９２Ａに半導体レーザ素子９２Ｂを形
成すると共に、第２のエピタキシャル層９３Ａにトラン
ジスタ回路部９３Ｂを形成する。ここで、第１のエピタ
キシャル層９２Ａにおける半導体レーザ素子９２Ｂを除
く領域、及び第２のエピタキシャル層９３Ａにおけるト
ランジスタ回路部９３Ｂ領域を除く領域を除去し、基板
９１Ａの主面を露出させる。

【０１２７】次に、図１２（ｃ）に示すように、Ｓｉよ
りなる基板９１Ａの主面上にフォトダイオード９１Ｂを
選択的に形成し、その後、図１２（ｄ）に示すように、
基板９１Ａの主面上における、フォトダイオード９１Ｂ
を含む領域に第１のＭＯＳトランジスタ回路部９１Ｃを
形成すると共に半導体レーザ素子９２Ｂを含む領域に第
２のＭＯＳトランジスタ回路部９１Ｄを形成する。

【０１２８】本実施形態に係る第１及び第２のエピタキ
シャル層９２Ａ，９３Ａは、本発明に係るＧａＮ系半導
体の製造方法及び製造装置を用いて実現されている。す
なわち、安価で且つ高品質なＳｉよりなる基板８１を用
いても、ＧａＮ系エピタキシャル層の結晶の品質が優れ
るので、それぞれが所望の動作特性を有する短波長半導
体レーザ及び高耐圧ＭＥＳＦＥＴを一の基板９１Ａに集
積化した、モノリシック光電子集積回路装置を実現でき
る。

【０１２９】このように、Ｓｉ，ＧａＡｓ又はＩｎＰよ
りなる基板上に電子素子又は発光素子を形成すると共
に、該基板上に成長させたＧａＮ系エピタキシャル層に
も高耐圧電子素子又は短波長発光素子を集積化できる。

【０１３０】なお、本発明においては、III −Ｎ系半導
体結晶を成長する場合を説明したが、III −Ｎ系半導体
結晶に限らず、欠陥がない高品質の半導体結晶が成長し
にくい六方晶系の結晶を成長させる場合であっても有効
である。

【０１３１】また、ファンデルワールス結晶体は、該結
晶体内部の層間同士、又は該結晶体と連続して成長した
異種の結晶体から容易に剥離するため、例えば、ファン
デルワールス結晶体上にＧａＮ結晶層を十分の厚さに成
長させた後、該ファンデルワールス結晶体とＧａＮ結晶
層とをその界面又はその界面付近で剥離すれば、ＧａＮ
よりなる基板を製造することも可能である。

【０１３２】

【発明の効果】本発明の第１の半導体の製造方法による
と、ファンデルワールス結晶体よりなるバッファ層が結
晶構造を有する基板とＧａ及びＮを含む半導体層との間
の結晶の格子定数の差異を緩和するため、格子歪みや格
子不整合による欠陥の導入が防止され、半導体層の結晶
性が向上する。

【０１３３】第１の半導体の製造方法において、基板の
結晶構造が立方晶であると、ＳｉやＧａＡｓ等を基板に
用いて、該基板上に成長する半導体層の結晶性を確実に
向上できる。また、ＳｉやＧａＡｓよりなる基板は比較
的安価なため、素子のコストを低減しやすい。さらに、
ＳｉやＧａＡｓの場合は導電性を有するため、素子形成
面と反対側の面に電極を形成できる。例えば、発光素子
の場合には、素子形成面側にｐ型電極を形成でき、且
つ、素子形成面と反対側の面にｎ型電極を形成でき、絶
縁性基板の場合よりも製造プロセスを簡略化できる。

【０１３４】第１の半導体の製造方法において、基板の
主面の面方位が（１１１）面であると、ＧａＡｓやＳｉ
等の立方晶系に属する結晶体の（１１１）面を基板の主
面に用いれば、該（１１１）面に現われる六方晶系構造
との原子配列の整合性が一層高くなる。

【０１３５】第１の半導体の製造方法において、バッフ
ァ層が、ＧａＳｅ，ＧａＳ，ＩｎＳｅ，ＩｎＳ，ＭｏＳ
ｅ₂ 又はＭｏＳ₂ よりなると、これらはファンデルワー
ルス結晶体を構成するため、バッファ層を確実に形成で
きる。

【０１３６】第１の半導体の製造方法が、バッファ層形
成工程と半導体層形成工程との間に、バッファ層の表面
に露出する原子をＶ族の原子、例えば、窒素原子で置換
する工程をさらに備えていると、バッファ層の最終層と
半導体層が共有結合によって連続的に成長するため、バ
ッファ層と半導体層との界面に転位等の結晶欠陥がさら
に導入されにくくなる。

【０１３７】第１の半導体の製造方法において、バッフ
ァ層形成工程は、原子層制御エピタキシ法又はマイグレ
ーション・エンハンスド・エピタキシ法を用いると、基
板上に一原子層ごとに原料となる原子を供給できるた
め、ファンデルワールス結晶体よりなるバッファ層及び
ＧａＮ系半導体層を確実に形成できると共に、バッファ
層の表面に露出する原子をＶ族の原子と確実に置換でき
る。

【０１３８】第１の半導体の製造方法において、バッフ
ァ層形成工程においてバッファ層を形成するためのバッ
ファ層成長用反応容器と半導体層形成工程において半導
体層を形成するための半導体層成長用反応容器とが、互
いに異なる容器であると、半導体層がファンデルワール
ス結晶体を構成する元素に汚染されるおそれがなくなる
ため、ＧａＮ系半導体層の伝導型を確実に制御できる。

【０１３９】第１の半導体の製造方法において、半導体
層形成工程が、基板上に結晶層を成長させるための反応
容器にガリウム源を供給する工程と窒素源を供給する工
程とを含み、窒素源を供給する工程が、反応容器にアン
モニアガスを、半導体層の成長に必要な量で且つ反応容
器の真空度を下げないように供給すると、窒素源にアン
モニアガスを用いているため、通常用いられる窒素ガス
に比べてＧａＮ系結晶の品質が向上する。また、窒素源
のアンモニアガスを真空度を下げないように反応容器に
供給するため、該反応容器に高真空が求められるＭＢＥ
法を確実に用いることができ、さらに、余分なアンモニ
アガスが発生しないため、反応容器の腐食を防止でき
る。

【０１４０】第１の半導体の製造方法において、半導体
層形成工程がバッファ層が形成された基板を反応容器
に収納する基板収納工程と、バッファ層の上にガリウム
を分子線として供給するガリウム供給工程と、バッファ
層の上にアンモニアガスを反応容器に設けられた電磁弁
を介して供給するアンモニアガス供給工程とを含むと、
電磁弁は、手動弁と異なり弁の開閉操作を極めて短時間
で行なえるため、開動作中に反応容器内の真空度が低下
せず、また、閉動作中にも、分子線供給用のセルに用い
られる通常のシャッタと異なり、リークレートを十分に
低く抑えられる。これにより、ガリウムと窒素とを含む
半導体層の結晶の品質を確実に高めることができる。

【０１４１】第１の半導体の製造方法において、ガリウ
ム供給工程とアンモニアガス供給工程との間に、時間的
な間隔を設けると、各原料が基板上に均一に拡散するた
め、成長する半導体層の結晶性がさらに向上する。

【０１４２】第１の半導体の製造方法において、半導体
層形成工程が、反応容器に窒素源としてプラズマ化され
た窒素ガスを供給する窒素ガス供給工程を含むと、半導
体層の結晶成長レートをより高められると共に、Ａｌ，
Ｉｎ又はＢ等を同時に成長させる３元混晶や４元混晶の
製造が容易となるため、プロセスの自由度が向上するの
で、所望の短波長発光素子や高耐圧電子素子用の半導体
層（エピタキシャル層）を確実に形成できる。

【０１４３】本発明の第２の半導体の製造方法による
と、窒素源にアンモニアガスを用いているため、通常用
いられる窒素ガスに比べてＧａＮ系結晶の品質が向上す
る。また、窒素源のアンモニアガスを真空度を下げない
ように反応容器に供給するため、該反応容器に高真空が
求められるＭＢＥ法を確実に用いることができる。

【０１４４】本発明の半導体の製造装置によると、アン
モニアガス導入手段が有する電磁弁は弁の開閉操作を
０．１秒以内で行なえるので、開動作中に反応容器内の
真空度が低下せず、また、閉動作中にも、リークレート
を確実に１×１０^-5ｃｃ／ｓｅｃ以下に抑えられる。こ
れにより、窒素源として、窒素ガスよりも結晶性が高く
なる反面、扱いにくいアンモニアガスを用いる場合であ
っても、ガリウムと窒素とを含む半導体層の結晶品質を
確実に向上できる。

【０１４５】本発明の半導体の製造装置において、反応
容器がプラズマ化された窒素ガスを導入する窒素ガス導
入手段をさらに備えていると、半導体層の結晶成長レー
トをより高められると共に、Ａｌ，Ｉｎ又はＢ等を同時
に成長させる３元混晶や４元混晶の製造が容易となるた
め、プロセスの自由度が向上するので、所望の短波長発
光素子や高耐圧電子素子用の半導体層を確実に形成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造方
法におけるバッファ層に用いるファンデルワールス結晶
体であるＧａＳｅ結晶の結晶構造を示し、（ａ）は単位
層の模式図であり、（ｂ）はＣ面を表わす図であり、
（ｃ）〜（ｅ）は互いに異なる結晶系を表わす模式図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造方
法を用いて得られる半導体の結晶構造を表わす模式図で
ある。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体の製造方法の工程順の各結晶層を表わす模式図
である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方
法を用いて得られる半導体の結晶構造を表わす模式図で
ある。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係
る半導体の製造方法の工程順の各結晶層を表わす模式図
である。

【図６】窒素源にＲＦプラズマ化された窒素ガスを用い
るＭＢＥ法におけるＧａＮの結晶成長機構を表わす模式
図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造装
置の断面構成を示す正面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造方
法におけるＧａＮの結晶成長機構を表わす模式図であ
る。

【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造装
置における各クヌードセンセル及び弁の開閉シーケンス
を示し、（ａ）は窒素源のセル又は弁の開閉状態を表わ
す図であり、（ｂ）はIII 族元素のセルの開閉状態を表
わす図である。

【図１０】本発明の第４の実施形態に係る短波長半導体
レーザ素子を表わす構成断面図である。

【図１１】本発明の第５の実施形態に係る高耐圧電子素
子を表わす構成断面図である。

【図１２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第６の実施形態に
係る光電子集積回路装置の製造方法を示す工程順の平面
図である。

【符号の説明】

１結晶格子（Ｃ面）１１基板１２水素原子層１３バッファ層（ファンデルワールス結晶体）１４半導体層２３窒素置換バッファ層３１基板３２ＡＮ₂ 分子３２ＢＮ原子３２ＣＮイオン３３Ｇａ原子３４ＧａＮ３５アイランド４１第１の反応容器４２第２の反応容器４３接続管４４Ａ第１の基板ホルダ４４Ｂ第２の基板ホルダ４５Ａ第１のクヌードセンセル４５Ｂ第２のクヌードセンセル４５Ｃ第３のクヌードセンセル（ガリウム源供給手
段）４５Ｄ第４のクヌードセンセル４５Ｅ第５のクヌードセンセル４６ＲＦプラズマセル（窒素ガス導入手段）４７電磁弁（アンモニアガス導入手段）４８Ａ第１の手動弁４８Ｂ第２の手動弁４９Ａ第１のゲート４９Ｂ第２のゲート５１基板５２ＮＨ₃ 分子５３結晶層５４Ｇａ原子５５Ｎ原子５６Ｈ原子６１基板６２バッファ層（ファンデルワールス結晶体）６３第１のｎ型クラッド層６４第２のｎ型クラッド層６５光閉じ込め層６６多重量子井戸活性層６７ｐ型クラッド層６８コンタクト層６９電流狭窄層７０ｐ型電極７１ｎ型電極８１基板８２バッファ層（ファンデルワールス結晶体）８３半導体層８４第１のバリア層８５チャネル層８６第２のバリア層８７ゲート電極８８ソース電極８９ドレイン電極９１Ａ基板９１Ｂフォトダイオード９１Ｃ第１のＭＯＳトランジスタ回路部９１Ｄ第２のＭＯＳトランジスタ回路部９２Ａ第１のエピタキシャル層９２Ｂ半導体レーザ素子９３Ａ第２のエピタキシャル層９３Ｂトランジスタ回路部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶構造を有する基板上にファンデルワ
ールス結晶体よりなるバッファ層を形成するバッファ層
形成工程と、前記バッファ層の上にガリウムと窒素とを含む半導体層
を形成する半導体層形成工程とを備えていることを特徴
とする半導体の製造方法。
【請求項２】前記基板の結晶構造は立方晶であること
を特徴とする請求項１に記載の半導体の製造方法。
【請求項３】前記基板の主面の面方位は（１１１）面
であることを特徴とする請求項２に記載の半導体の製造
方法。
【請求項４】前記バッファ層は、セレン化ガリウム，
硫化ガリウム，セレン化インジウム，硫化インジウム，
セレン化モリブデン又は硫化モリブデンよりなることを
特徴とする請求項１に記載の半導体の製造方法。
【請求項５】前記バッファ層形成工程と前記半導体層
形成工程との間に、前記バッファ層の表面に露出する原子をＶ族の原子で置
換する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項
１に記載の半導体の製造方法。
【請求項６】前記Ｖ族の原子は窒素原子であることを
特徴とする請求項５に記載の半導体の製造方法。
【請求項７】前記バッファ層形成工程は、原子層制御
エピタキシ法又はマイグレーション・エンハンスド・エ
ピタキシ法を用いることを特徴とする請求項１に記載の
半導体の製造方法。
【請求項８】前記バッファ層形成工程において前記バ
ッファ層を形成するためのバッファ層成長用反応容器
と、前記半導体層形成工程において前記半導体層を形成
するための半導体層成長用反応容器とは、互いに異なる
容器であることを特徴とする請求項１に記載の半導体の
製造方法。
【請求項９】前記半導体層形成工程は、前記基板上に
結晶層を成長させるための反応容器に、ガリウム源を供
給する工程と窒素源を供給する工程とを含み、前記窒素源を供給する工程は、前記反応容器にアンモニ
アガスを、前記半導体層の成長に必要な量で且つ前記反
応容器の真空度を下げないように供給することを特徴と
する請求項１に記載の半導体の製造方法。
【請求項１０】前記半導体層形成工程は、前記バッファ層が形成された前記基板を反応容器に収納
する基板収納工程と、前記バッファ層の上にガリウムを分子線として供給する
ガリウム供給工程と、前記バッファ層の上にアンモニアガスを前記反応容器に
設けられた電磁弁を介して供給するアンモニアガス供給
工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体
の製造方法。
【請求項１１】前記ガリウム供給工程と前記アンモニ
アガス供給工程との間に、時間的な間隔を設けることを
特徴とする請求項１０に記載の半導体の製造方法。
【請求項１２】前記半導体層形成工程は、前記反応容
器に窒素源としてプラズマ化された窒素ガスを供給する
窒素ガス供給工程を含むことを特徴とする請求項９又は
１０に記載の半導体の製造方法。
【請求項１３】反応容器に収納された基板上に、少な
くともガリウム源と窒素源とを供給し、供給されたガリ
ウム源と窒素源とを前記基板上で反応させながら、ガリ
ウムと窒素とを含む半導体層を形成する半導体の製造方
法であって、前記反応容器に前記窒素源となるアンモニアガスを、前
記半導体層の成長に必要な量で且つ前記反応容器の真空
度を下げないように供給する半導体層形成工程を備えて
いることを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項１４】前記半導体層形成工程は、前記基板を反応容器に収納する基板収納工程と、前記基板の主面上に、前記ガリウム源となるガリウムを
分子線として供給するガリウム供給工程と、前記基板の主面上に、前記アンモニアガスを前記反応容
器に設けられた電磁弁を介して供給するアンモニアガス
供給工程とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の
半導体の製造方法。
【請求項１５】前記ガリウム供給工程と前記アンモニ
アガス供給工程との間に、時間的な間隔を設けることを
特徴とする請求項１４に記載の半導体の製造方法。
【請求項１６】前記半導体層形成工程は、前記反応容
器に窒素源としてプラズマ化された窒素ガスを供給する
窒素ガス供給工程を含むことを特徴とする請求項１４に
記載の半導体の製造方法。
【請求項１７】反応容器に収納された基板上に、少な
くともガリウム源と窒素源とを供給し、供給されたガリ
ウム源と窒素源とを前記基板上で反応させながら、ガリ
ウムと窒素とを含む半導体層を形成する半導体の製造装
置であって、前記反応容器は、ガリウム源を供給するガリウム源供給
手段とアンモニアガスを導入するアンモニアガス導入手
段とを備え、前記アンモニアガス導入手段は、導入するアンモニアガ
スの流通を断続的に制御する電磁弁を有していることを
特徴とする半導体の製造装置。
【請求項１８】前記反応容器は、プラズマ化された窒
素ガスを導入する窒素ガス導入手段をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１７に記載の半導体の製造装
置。