JP3809464B2 - 半導体層の形成方法 - Google Patents
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Description
【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、ＩｎＧａＮを発光素子材料とするもの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）上に形成されたＧａＮ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、極めて高い値を示していた。
【０００６】
このようなＧａＮ系薄膜の欠陥密度の高さは、主にＧａＮ系薄膜と基板材料（Ａｌ２Ｏ３）との格子不整合と熱膨張率差に起因するものであり、基板材料としてのＧａＮ系薄膜と格子整合する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】
従来、ＧａＮ薄膜の欠陥密度の高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、基板材料として、例えば、ＳｉＣ基板の一種である６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板を用い、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜（例えば、厚さ１０ｎｍ以上）を形成し、このＡｌＮ薄膜上にＧａＮ系薄膜（例えば、厚さ１．５μｍ）を形成するようにしていた。
【０００８】
即ち、ＡｌＮ薄膜は、ＳｉＣ基板との格子不整合率が１％であるとともに、ＧａＮ薄膜との格子不整合が２．５％であり、こうしたＡｌＮ薄膜をＳｉＣ基板とＧａＮ系薄膜とのバッファー層として用いたものであった。
【０００９】
上記した図１に示す薄膜構造において、厚さ１０ｎｍ以上のＡｌＮ薄膜上に１．５μｍの厚さのＧａＮを形成した場合には構造欠陥の中の貫通転位に関しては、１０９ｃｍ−２オーダーの転位密度が得られたが、さらに、転位密度を大幅に低減することが望まれていた。
【００１０】
こうした要望に鑑みて、最近においては、例えば、図２に示すようなＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法という手法が提案されている。
【００１１】
このＥＬＯ法においては、まず、基板２００上にバッファー層２０２を介してＧａＮの結晶成長を行って、当該ＧａＮの結晶成長により第１のＧａＮ層２０４を形成し、その後に、第１のＧａＮ層２０４上に所定のマスクパターンでマスク２０６の形成を行う（図２（ａ）参照）。
【００１２】
そして、当該マスク２０６が形成された第１のＧａＮ層２０４上に、さらに、ＧａＮの結晶成長を行って第２のＧａＮ層２０８を形成することにより、第２のＧａＮ層２０８中の貫通転位の転位密度を低減しようとするものである（図２（ｂ）参照）。
【００１３】
上記したＥＬＯ法によると、第１のＧａＮ層２０４中においては１０９〜１０１０ｃｍ−２オーダーの転位密度で貫通転位が発生するのに対して、マスク２０６によって覆われていない第１のＧａＮ層２０４上から成長するＧａＮの結晶は、マスク２０６上を横方向（図２（ｂ）矢印方向）に成長するようになるので、第２のＧａＮ層２０８中の貫通転位の転位密度は１０７ｃｍ−２オーダーに低減されるものであった。
【００１４】
しかしながら、上記したＥＬＯ法においては、第１のＧａＮ層２０４上に所定のマスクパターンでマスク２０６を形成する必要があるが（図２（ａ）参照）、マスク２０６を形成するためにはエッチングなどの種々の作業工程が必要とされるので、作業時間が長時間に及ぶようになるとともに、製造コストなどが増大して、高価なものになるという問題点があった。
【００１５】
さらに、ＥＬＯ法においては、マスク２０６によって横方向に成長したＧａＮの結晶同士が融合する境界部分（図２（ｂ）における点線部分）においては第２のＧａＮ層２０８中に貫通転位が発生し、当該境界部分を含む第２のＧａＮ層２０８を、例えば、青色ＬＥＤようなデバイスなどに使用しないようにすると、デバイスなどに使用することができるＧａＮ系薄膜の領域が制限されてしまうという問題点があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点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て、作業時間の短縮化を図ることができるとともに、製造コストを低減することのできる半導体層の形成方法を提供しようとするものである。
【００１７】
【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、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置によりＳｉＣ基板上またはＡｌ２Ｏ３基板上またはＳｉ基板上に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層を形成する半導体層の形成方法において、ＳｉＣ基板またはＡｌ２Ｏ３基板またはＳｉ基板の表面にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、バッファー層としてのＧａＮ層を形成するか、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、バッファー層としてのＡｌＧａＮ層を形成する第１のステップと、上記第１のステップにおいて形成された上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層へのｎ型不純物原料であるＳｉを、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって１モノレイヤー以下供給する第２のステップと、上記第２のステップにおいて上記シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって供給されたＳｉが、上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の貫通転位が発生している位置に吸着して、表面が原子レベルで改質された上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、ＧａＮ層を１ｎｍ以上の厚さで形成するか、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、ＡｌＧａＮ層を１ｎｍ以上の厚さで形成する第３のステップとを有するようにしたものである。
【００１８】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置によりＳｉＣ基板上またはＡｌ２Ｏ３基板上またはＳｉ基板上に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層を形成する半導体層の形成方法において、第１のステップにおいてＳｉＣ基板またはＡｌ２Ｏ３基板またはＳｉ基板の表面にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とが供給され、バッファー層としてのＧａＮ層が形成され、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とが供給され、バッファー層としてのＡｌＧａＮ層が形成され、第２のステップにおいて、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層へのｎ型不純物原料であるＳｉが、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって１モノレイヤー以下供給され、当該供給されたＳｉがバッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の貫通転位が発生している位置に吸着して、表面が原子レベルで改質された上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とが供給され、ＧａＮ層が１ｎｍ以上の厚さで形成され、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とが供給され、ＡｌＧａＮ層が１ｎｍ以上の厚さで形成される。つまり、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）中のＳｉはＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に吸着し、これにより、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面が原子レベルで改質され、その後に半導体層としてＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層が形成されることになり、半導体層たるＧａＮ層中またはＡｌＧａＮ層中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができる。
【００１９】
さらに、構造欠陥抑制物質として供給されるＳｉは、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層へのｎ型不純物原料として用いられている金属であるので、半導体層としてＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層を形成する際において品質を劣化する物質とはならないものであり、当該Ｓｉの供給は容易に行うことができる。
【００２０】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記第２のステップにおいて、少なくともレーザー光、電子線、ラジカル、イオンビームまたは原子状水素のいずれかを用いるようにしたものである。
【００２１】
このようにすると、構造欠陥抑制物質の供給された表面における表面拡散が促進され、構造欠陥抑制物質が当該表面の構造欠陥、特に、貫通転位が発生している位置に容易に吸着などするようになり、当該表面の原子レベルにおける改質を一層促進することができる。つまり、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面において、第２のステップでシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって供給されたＳｉの表面拡散を促進でき、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の貫通転位が発生している位置に、Ｓｉが容易に吸着するようになり、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の原子レベルにおける改質を一層促進できる。
【００２２】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記第２のステップにおいて、第１のステップにおいて形成された上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、上記Ｓｉの供給とともに、元素の周期表におけるＩＩ−Ａ族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＩＩＩ−Ｂ族のＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、ＩＶ−Ｂ族のＧｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ−Ｂ族のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アルチモン）、またはＶＩ−Ｂ族のＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）のうちの少なくとも１種類を供給するようにようにしたものである。
【００２３】
このようにすると、構造欠陥抑制物質の供給された表面における表面拡散が促進され、構造欠陥抑制物質が当該表面の構造欠陥、特に、貫通転位が発生している位置に容易に吸着などするようになり、当該表面の原子レベルにおける改質を一層促進することができる。つまり、Ｓｉととも供給された元素の周期表におけるＩＩ−Ａ族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＩＩＩ−Ｂ族のＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、ＩＶ−Ｂ族のＧｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ−Ｂ族のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アルチモン）、またはＶＩ−Ｂ族のＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）のうちの少なくとも１種類によって、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面において、第２のステップでシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって供給されたＳｉの表面拡散を促進でき、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の貫通転位が発生している位置に、Ｓｉが容易に吸着するようになり、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の原子レベルにおける改質を一層促進できる。
【００４４】
【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第１の実施の形態を詳細に説明するものとする。
【００４５】
図３には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態によって、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板の一種である６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上に半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図３（ａ）に示す状態から順次、図３（ｂ）に示す状態、図３（ｃ）に示す状態を経て、図３（ｄ）に示す状態に移行するものである。
【００４６】
ここで、この実施の形態においては、図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成するには、横型の減圧（７６Ｔｏｒｒ）した有機金属化学蒸着（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以外のスパッタリングなどの薄膜製造技術を用いてもよい。
【００４７】
また、図４（ａ）乃至図４（ｄ）には、ＭＯＣＶＤ法を用いて図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示されており、図５には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態により、ＴＥＳｉ（後述する）と半導体層としてのＧａＮ薄膜を形成するガスとが供給されるタイミングを示す説明図が示されている。
【００４８】
さらに、図６には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による、図４に示す処理条件により形成された図３（ｄ）に示す薄膜構造の断面の電子顕微鏡写真が示されている。
【００４９】
ここで、本発明の理解を容易にするために、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態により図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成する際の処理の概要を説明すると、まず、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成する（図３（ａ）参照）。
【００５０】
その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成し、それからこのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにｎ型不純物原料としてテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を供給する（図３（ｂ）参照）。
【００５１】
それから、ＴＥＳｉを供給した後のＧａＮバッファー層１４上に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を供給して、半導体層としてＧａＮ層１８を形成する。
【００５２】
そうすると、このＴＥＳｉが、構造欠陥、特に、貫通転位の成長を抑制する作用を働き、当該ＴＥＳｉの供給後にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を供給して、ＧａＮの結晶成長によって半導体層として形成されるＧａＮ層１８の欠陥密度、特に、転位密度を大幅に低減させることができた。
【００５３】
以下、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態により図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成する際の処理を詳細に説明することとする。
【００５４】
まず、図４（ａ）に示す処理条件により、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層たるＡｌＮ薄膜１２を形成し、さらに、図４（ｂ）に示す処理条件により、当該ＡｌＮ薄膜１２上にバッファー層たるＧａＮバッファー層１４を形成する（図３（ａ）参照）。
【００５５】
このＧａＮバッファー層１４は、当該ＧａＮバッファー層１４の下層に形成されるＡｌＮ薄膜１２と当該ＧａＮバッファー層１４の上層に形成されるＧａＮ層１８との間に介在するバッファー層たるものであり、基板材料（６Ｈ−ＳｉＣ（０００１））との格子不整合に起因して、ＧａＮバッファー層１４中には１０９〜１０１０ｃｍ−２オーダーの転位密度で貫通転位が観察される（図６参照）。
【００５６】
そして、ＡｌＮ薄膜１２上にＧａＮバッファー層１４を形成した（図３（ａ）に示す状態）後に、ＧａＮへのｎ型不純物原料として用いられている金属であるＴＥＳｉを、図４（ｃ）に示す処理条件により、タイミングＴ１（図５参照）でＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに供給する（図３（ｂ）参照）。
【００５７】
この際、上記したようにＧａＮバッファー層１４中には貫通転位が発生しており、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの当該貫通転位が発生している位置においては原子間隔が広がっている。
【００５８】
なお、上記したようなＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの当該貫通転位が発生している位置（以下、転位芯位置と称する。）における原子間隔の広がりの大きさは、文献によるところ転位芯構造は８．ｆｏｌｄであることから、供給されるＴＥＳｉ中のＳｉが容易に吸着（結合）しうる大きさである考えられるものである。
【００５９】
そのような状態のＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉが供給されると、供給されたＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に吸着して（図３（ｃ）参照）、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａが原子レベルで改質される。
【００６０】
こうしたＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルでの改質は、ＴＥＳｉ中のＳｉに起因するものであり、ＴＥＳｉはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａを原子レベルで改質することによって、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに形成されるＧａＮ層１８中の構造欠陥、特に、貫通転位の発生を抑制して、欠陥密度、特に転位密度を低下するものである。
【００６１】
なお、本明細書においては、上記したＴＥＳｉのように、当該ＴＥＳｉが供給される物質層の表面を原子レベルで改質して、当該ＴＥＳｉが供給された物質層の表面に形成される物質層における貫通転位などの構造欠陥を抑制し、転位密度などの欠陥密度を低下する物質を、「構造欠陥抑制物質」と称する。
【００６２】
そして、タイミングＴ１（図５参照）から所定時間ｔ１後（図５参照）のタイミングＴ２（図５参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給を開始して、ＧａＮバッファー層１４上にＴＥＳｉの供給の処理を行った界面（図６参照）を介してＧａＮ層１８を形成する（図３（ｃ）（ｄ）参照）。
【００６３】
その後、タイミングＴ２（図５参照）から所定時間ｔ２後（図５参照）のタイミングＴ３（図５参照）において、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了し、形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）には、わずかに１０６ｃｍ−２オーダーの転位密度で貫通転位が観察された（図６参照）。
【００６４】
つまり、バッファー層たるＧａＮバッファー層１４中においては、多数（１０９〜１０１０ｃｍ−２オーダーの転位密度）の貫通転位が発生しているのに対して、当該ＧａＮバッファー層１４上にＴＥＳｉの供給の処理を行った界面を介して形成されたＧａＮ層１８中においては、貫通転位の密度が大幅に低減（１０６ｃｍ−２オーダーの転位密度）しているものであった（図６参照）。
【００６５】
上記したように、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉを供給するようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉによってバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａが原子レベルで改質されて、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができる。
【００６６】
さらに、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては、構造欠陥の発生を抑制するためには、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉを所定の量供給するという極めて簡単な処理を行うだけでよく、ＥＬＯ法におけるマスクの形成に際してのエッチングなどのような種々の煩雑な工程を行う必要がないため、作業時間を短縮化することができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００６７】
なお、構造欠陥抑制物質として供給されるＴＥＳｉは、ＧａＮへのｎ型不純物原料として用いられている金属であるので、半導体層としてＧａＮ層１８を形成する際において品質を劣化する物質とはならないものであり、当該ＴＥＳｉの供給は容易に行うことができるものである。
【００６８】
さらにまた、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉのＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに吸着し、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａを原子レベルで改質した後にＧａＮ層１８が形成されるので、ＥＬＯ法において生成される貫通転位が発生し易い境界部分（図２（ｂ）のおける点線部分）のような部分がＧａＮ層１８中には存在しないため、デバイスなどに使用することができるＧａＮ薄膜の領域が制限されるようなことはなく、工業上利用しやすいＧａＮ薄膜を得ることができる。
【００６９】
次に、図７（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態を説明する。
【００７０】
図７（ａ）には、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が模式的に示されており、図７（ｂ）には、ＭＯＣＶＤ法を用いて図７（ａ）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示されている。
【００７１】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては半導体層（ＧａＮ層１８）を１層のみ形成したのに対して（図３（ｄ）参照）、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態は、半導体層を複数層積層して形成するものである。
【００７２】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様にして形成された半導体層たるＧａＮ層１８の表面に、さらに半導体層たるＧａＮ層２０を積層するものである。
【００７３】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成してから（図３（ａ）参照）、このＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉを供給して（図３（ｂ）参照）ＧａＮ層１８を形成するまで（図３（ｃ）（ｄ）参照）の処理条件等（図４（ａ）〜（ｄ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【００７４】
即ち、図４（ａ）〜（ｄ）に示す処理条件により形成されたＧａＮ層１８（図３（ｄ）参照）中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は著しく低減されており、当該ＧａＮ層１８を形成した（図３（ｄ）に示す状態）後に、ＧａＮへのｎ型不純物原料として用いられている金属であるＴＥＳｉを、図７（ｂ−１）に示す処理条件によりタイミングＴ１（図５参照）で、ＧａＮ層１８の表面に供給する。
【００７５】
そして、タイミングＴ１（図５参照）から所定時間ｔ１後（図５参照）のタイミングＴ２（図５参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了するとともに、図７（ｂ−２）に示す処理条件により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給を開始して、ＧａＮ１８上にＴＥＳｉの供給の処理を行った界面（図７（ａ）参照）を介してＧａＮ層２０を形成する。
【００７６】
このようにして形成されたＧａＮ層２０中（膜厚１ｎｍ）においても、ＧａＮ層１８と同様に、構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により、著しく低減しているものである。
【００７７】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態によれば、形成された半導体層（ＧａＮ層１８）の表面に、構造欠陥抑制物質（ＴＥＳｉ）の供給とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給とを繰り返し行うようにして、半導体層たるＧａＮ層１８とＧａＮ層２０とを複数層積層することができる。
【００７８】
次に、図８（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態を説明する。
【００７９】
図８（ａ−１）（ａ−２）には、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図８（ａ−１）に示す状態から図８（ｂ−２）に示す状態に移行するものである。
【００８０】
なお、図８（ａ−１）に示す状態は、図３（ｂ）に示す状態に対応するものであり、図８（ａ−２）に示す状態は、図３（ｄ）に示す状態に対応するものである。
【００８１】
また、図８（ｂ）には、ＭＯＣＶＤ法を用いて図８（ａ−２）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示されている。
【００８２】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においてはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉのみを供給したのに対して（図３（ｂ）ならびに図４（ｃ）参照）、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態は、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉを供給するとともに光の供給も行なうものである。
【００８３】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様しして形成されたバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、ＴＥＳｉを供給するとともに水銀ランプによる光の供給を行なうものである。
【００８４】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【００８５】
即ち、図４（ａ）（ｂ）に示す処理条件により形成されたＧａＮバッファー層１４（図３（ａ）参照）の表面に、図８（ｂ）に示す処理条件によりタイミングＴ１（図５参照）でＴＥＳｉを供給する（図８（ａ−１）参照）。
【００８６】
この際、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａには、ＴＥＳｉの供給とともに水銀ランプが０．１ｐＪ／ｃｍ２の強度で連続照射されるものであり、当該水銀ランプの照射により、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおけるＴＥＳｉ中のＳｉの表面拡散が促進される。
【００８７】
このため、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質が一層促進される。
【００８８】
そして、タイミングＴ１（図５参照）から所定時間ｔ１後（図５参照）のタイミングＴ２（図５参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給を開始して、ＧａＮバッファー層１４上に水銀ランプの照射下でＴＥＳｉの供給の処理を行った界面（図８（ａ−２）参照）を介してＧａＮ層１８を形成する（図８（ａ−２）参照）。
【００８９】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【００９０】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態よれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの供給により、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができ、また、構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉの供給とともに水銀ランプの照射を行うようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進され、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質を一層促進することができる。
【００９１】
次に、図９（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態を説明する。
【００９２】
図９（ａ−１）（ａ−２）には、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図９（ａ−１）に示す状態から図９（ｂ−２）に示す状態に移行するものである。
【００９３】
なお、図９（ａ−１）に示す状態は、図３（ｂ）に示す状態に対応するものであり、図９（ａ−２）に示す状態は、図３（ｄ）に示す状態に対応するものである。
【００９４】
また、図９（ｂ）には、ＭＯＣＶＤ法を用いて図９（ａ−２）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示されている。
【００９５】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においてはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉのみを供給したのに対して（図３（ｂ）ならびに図４（ｃ）参照）、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態は、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉを供給するとともに他の種類の構造欠陥抑制物質の供給も行なうものである。
【００９６】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様しして形成されたバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、ＴＥＳｉを供給するとともにＴＭＩｎの供給も行なうものである。
【００９７】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【００９８】
即ち、図４（ａ）（ｂ）に示す処理条件により形成されたＧａＮバッファー層１４（図３（ａ）参照）の表面に、図９（ｂ）に示す処理条件によりタイミングＴ１（図５参照）でＴＥＳｉを供給する（図７（ａ−１）参照）。
【００９９】
この際、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａには、ＴＥＳｉの供給とともにＴＭＩｎが供給されるものであり、当該供給されたＴＭＩｎ中のＩｎにより、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおけるＴＥＳｉ中のＳｉの表面拡散が促進される。
【０１００】
このため、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質が一層促進される。
【０１０１】
そして、タイミングＴ１（図５参照）から所定時間ｔ１後（図５参照）のタイミングＴ２（図５参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給を開始して、ＧａＮバッファー層１４上にＴＭＩｎとともにＴＥＳｉの供給の処理を行った界面（図９（ａ−２）参照）を介してＧａＮ層１８を形成する（図７（ａ−２）参照）。
【０１０２】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１０３】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態によれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの供給により、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができ、また、構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉの供給とともにＴＭＩｎの供給を行うようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進され、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質を一層促進することができる。
【０１０４】
次に、図１０（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態を説明する。
【０１０５】
図１０（ａ）には、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態によりＴＥＳｉと半導体層としてのＧａＮ薄膜を形成するガスとが供給されるタイミングを示す説明図が示されており、図１０（ｂ）には、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が模式的に示されている。
【０１０６】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においてはＴＥＳｉの供給とＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給とが異なるタイミングで行われるのに対して（図５参照）、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態は、ＴＥＳｉの供給とＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給とが同じタイミングで行われるものである。
【０１０７】
なお、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【０１０８】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては、上記したようにしてＴＥＳｉの供給の開始（図５タイミングＴ１参照）と、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給の開始（図５タイミングＴ２参照）とが異なるタイミングで行われるものであり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とが同じタイミングで供給されることはない。
【０１０９】
一方、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態においては、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）で、図４（ｃ）に示す処理条件によりＴＥＳｉの供給を開始するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件によりＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を開始する。
【０１１０】
そして、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ１後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ２（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了する。
【０１１１】
一方、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ２後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ４（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了する。
【０１１２】
従って、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とが同じタイミングで供給される。
【０１１３】
その結果、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの所定時間ｔ１の間には、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とがともに供給されているので、ＴＥＳｉを含むＴＥＳｉ供給層１６が形成される。
【０１１４】
また、ＴＥＳｉの供給が終了したタイミングＴ２からタイミングＴ４までの間には、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）のみが供給されているので、ＴＥＳｉ供給層１６の表面にＧａＮ層１８が形成される（図１０（ｃ）参照）。
【０１１５】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１１６】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態によれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを同時に供給するようにして、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができる。
【０１１７】
次に、図１１（ａ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態を説明する。
【０１１８】
図１１（ａ）には、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が模式的に示されている。
【０１１９】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態においてはＴＥＳｉ供給層１６とＧａＮ層１８とをそれぞれ１層のみ形成したのに対して（図１０（ｂ）参照）、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態は、ＴＥＳｉ供給層１６とＧａＮ層１８とをそれぞれ複数層積層して形成するものである。
【０１２０】
なお、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４し、さらに当該ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉ供給層１６とＧａＮ層１８とを形成するまでの処理条件等（図４（ａ）〜（ｄ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【０１２１】
そして、ＧａＮ層１８の表面に、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）で図７（ｂ−１）に示す処理条件によりＴＥＳｉの供給を開始するとともに、図７（ｂ−２）に示す処理条件によりＧａＮ層１８’を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を開始する。
【０１２２】
そして、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ１後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ２（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了する。
【０１２３】
一方、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ２後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ４（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮ層１８’を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了する。
【０１２４】
その結果、ＧａＮ層１８の表面にはＴＥＳｉ供給層１６’が形成され、当該ＴＥＳｉ供給層１６’の表面にＧａＮ層１８’が形成される（図１１（ａ）参照）。
【０１２５】
このようにして形成されたＧａＮ層１８’中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１２６】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態によれば、形成された半導体層（ＧａＮ層１８）の表面に、構造欠陥抑制物質（ＴＥＳｉ）の供給とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給とを繰り返し行うようにして、半導体層たるＧａＮ層１８とＧａＮ層１８’とを複数層積層することができる。
【０１２７】
次に、図１１（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態を説明する。
【０１２８】
図１１（ｂ−１）（ｂ−２）には、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図１１（ｂ−１）に示す状態から図１１（ｂ−２）に示す状態に移行するものである。
【０１２９】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態においてはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とのみを同時に供給したのに対して、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態は、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを同時に供給するとともに光の供給も行なうものである。
【０１３０】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様しして形成されたバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを供給するとともに、水銀ランプによる光の供給を行なうものである。
【０１３１】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【０１３２】
即ち、図４（ａ）（ｂ）に示す処理条件により形成されたＧａＮバッファー層１４（図３（ａ）参照）の表面に、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）で図８（ｂ）に示す処理条件によりＴＥＳｉの供給を開始するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件によりＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を開始する。
【０１３３】
この際、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａには、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給とともに、水銀ランプが０．１ｐＪ／ｃｍ２の強度で連続照射されるものであり、当該水銀ランプの照射によりＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進される。
【０１３４】
このため、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質が一層促進される。
【０１３５】
そして、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ１後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ２（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了する。
【０１３６】
一方、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ２後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ４（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了する。
【０１３７】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１３８】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態によれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との同時供給により、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができ、また、構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との同時供給とともに水銀ランプの照射を行うようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進され、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルおける改質を一層促進することができる。
【０１３９】
次に、図１１（ｃ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態を説明する。
【０１４０】
図１１（ｃ−１）（ｃ−２）には、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図１１（ｃ−１）に示す状態から図１１（ｃ−２）に示す状態に移行するものである。
【０１４１】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態においてはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とのみを同時に供給したのに対して、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態は、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを同時に供給するとともに他の種類の構造欠陥抑制物質の供給も行なうものである。
【０１４２】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様しして形成されたバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを供給するとともにＴＭＩｎの供給を行なうものである。
【０１４３】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【０１４４】
即ち、図４（ａ）（ｂ）に示す処理条件により形成されたＧａＮバッファー層１４（図３（ａ）参照）の表面に、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）で図９（ｂ）に示す処理条件によりＴＥＳｉとＴＭＩｎとの供給を開始するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件によりＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を開始する。
【０１４５】
この際、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａには、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給とともに、ＴＥＳｉの供給とともにＴＭＩｎが供給されるものであり、当該供給されたＴＭＩｎ中のＩｎにより、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進される。
【０１４６】
このため、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質が一層促進される。
【０１４７】
そして、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ１後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ２（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉとＴＭＩｎとの供給を終了する。
【０１４８】
一方、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ２後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ４（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了する。
【０１４９】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１５０】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態によれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との同時供給により、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができ、また、構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との同時供給とともにＴＭＩｎの供給を行うようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進され、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質を一層促進することができる。
【０１５１】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（１０）に説明するように変形することができる。
【０１５２】
（１）上記した実施の形態においては、半導体層としてのＧａＮ層１８を１ｎｍの膜厚に成長させＧａＮ薄膜として形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、成長時間を変更するなどの各種の処理条件の変更を行い、ＧａＮ層１８を厚膜やバルクとして形成するようにしてもよい。
【０１５３】
（２）上記した実施の形態においては、バッファー層たるＧａＮバッファー層１４と半導体層たるＧａＮ層１８とはともにＧａＮ層であり、即ち、バッファー層と半導体層とはホモ材料とするようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、バッファー層と半導体層とをヘテロ材料とするようにしてもよく、例えば、バッファー層たるＡｌＧａＮ層と半導体層たるＧａＮ層１８とを形成するようにしてもよい。
【０１５４】
（３）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 Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、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。
【０１５５】
例えば、ＧＳＭＢＥ法を用いた場合には、図１３に示す処理条件によりＧａＮ薄膜を形成するようにし、他の薄膜製造方法においても、当該薄膜製造方法に応じて各種処理条件等の変更を行えばよい。
【０１５６】
（４）上記した実施の形態においては、基板として６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用い、構造欠陥抑制物質としてＴＥＳｉのＳｉが供給されるようにし、形成される構造欠陥が低減された半導体層はＧａＮ層としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、基板として炭化シリコン基板（６Ｈ−ＳｉＣ基板、４Ｈ−ＳｉＣ基板）、炭化シリコンとシリコンとの積層基板（ＳｉＣ／Ｓｉ基板）、シリコン基板（Ｓｉ基板）、サファイア基板（Ａｌ２Ｏ３基板）、酸化亜鉛とサファイアとの積層基板（ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３基板）、ゲルマニウム基板（Ｇｅ基板）、ヒ化ガリウム基板（ＧａＡｓ基板）、ヒ化インジウム基板（ＩｎＡｓ基板）、リン化ガリウム基板（ＧａＰ基板）、リン化インジウム基板（ＩｎＰ基板）またはスピネル基板（ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＬｉＧａＯ２）を用いるようにしてもよく（図１２（ｂ）参照）、構造欠陥抑制物質として元素の周期表におけるＩ−Ａ族のＨ（水素）、ＩＩ−Ａ族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＩＩＩ−Ｂ族のＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、ＩＶ−Ｂ族のＣ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ−Ｂ族のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アルチモン）、またはＶＩ−Ｂ族のＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）を用いるようにしてもよく（図１２（ｃ）参照）、形成される構造欠陥が低減された半導体層は、ＩＶ族半導体であるＣ（ダイヤモンド）、Ｓｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣＧｅであるか、ＩＩＩ−Ｖ族二元系半導体であるＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＰ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＢＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓであるか、ＩＩＩ−Ｖ族三元系混晶半導体であるＢＡｌＮ、ＢＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＢＡｌＰ、ＢＧａＰ、ＢＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＢＡｌＡｓ、ＢＧａＡｓ、ＢＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＢＮＰ、ＢＮＡｓ、ＢＰＡｓ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＰＡｓ、ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＰＡｓであるか、ＩＩＩ−Ｖ族四元系混晶半導体であるＢＡｌＧａＮ、ＢＡｌＩｎＮ、ＢＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＡｌＧａＰ、ＢＡｌＩｎＰ、ＢＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＢＡｌＧａＡｓ、ＢＡｌＩｎＡｓ、ＢＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＢＡｌＮＰ、ＢＧａＮＰ、ＢＩｎＮＰ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＰ、ＢＡｌＮＡｓ、ＢＧａＮＡｓ、ＢＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＮＡｓ、ＡｌＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＢＡｌＰＡｓ、ＢＧａＰＡｓ、ＢＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＢＮＰＡｓ、ＡｌＮＰＡｓ、ＧａＮＰＡｓ、ＩｎＮＰＡｓであるか、またはＩＩ−ＶＩ族半導体であるＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＯＳ、ＺｎＯＳｅ、ＺｎＯＴｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＯＳ、ＣｄＯＳｅ、ＣｄＯＴｅ、ＣｄＳＳｅ、ＣｄＳＴｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＺｎＣｄＯＳ、ＺｎＣｄＯＳｅ、ＺｎＣｄＯＴｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＴｅ、ＺｎＣｄＳｅＴｅ、ＺｎＯＳＳｅ、ＺｎＯＳＴｅ、ＺｎＯＳｅＴｅ、ＺｎＳＳｅＴｅ、ＣｄＯＳＳｅ、ＣｄＯＳＴｅ、ＣｄＯＳｅＴｅ、ＣｄＳＳｅＴｅとしてもよい（図１２（ｄ）参照）。
【０１５７】
この際、形成される半導体層に応じて半導体層を形成するための原料を供給するようにすればよい。
【０１５８】
（５）上記した本発明による半導体層の形成方法の実施の形態においては、形成される構造欠陥が低減された半導体層を、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ３）を用いたＧａＮ層としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、固体ガリウム（Ｇａ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）と、窒素ラジカル、アンモニア（ＮＨ３）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）またはジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）とを用いたＧａＮ層であってもよく、また、固体ガリウム（Ｇａ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）と、固体アルミニウム（Ａｌ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）、ジメチルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡＡｌ）またはトリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）と、窒素ラジカル、アンモニア（ＮＨ３）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）またはジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）とを用いたＡｌＧａＮ層でもよく、また、固体アルミニウム（Ａｌ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）、ジメチルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡＡｌ）またはトリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）と、窒素ラジカル、アンモニア（ＮＨ３）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）またはジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）とを用いたＡｌＮ層でもよい（図１４（ａ）参照）。
【０１５９】
（６）上記した本発明による半導体層の形成方法の実施の形態においては、構造欠陥抑制物質としてのＳｉの供給にテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、固体シリコン（Ｓｉ）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）、ジメチルシラン（（ＣＨ３）２ＳｉＨ２）、ジエチルシラン（（Ｃ２Ｈ５）２ＳｉＨ２）、トリメチルシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＨ）、トリエチルシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＨ）またはテトラメチルシラン（ＴＭＳｉ）によってＳｉを供給するようにしてもよい（図１４（ｂ）参照）。
【０１６０】
（７）上記した本発明による半導体体層の形成方法の第２の実施の形態ならびに第６の実施の形態においては、半導体層としてのＧａＮ層１８の表面にＧａＮ層１８’、２０を１層のみ積層するようにしたが（図７（ａ）ならびに図１１（ａ）参照）、これに限られるものではないことは勿論であり、半導体層としてのＧａＮ層１８の表面に半導体層を２層以上の積層するようにしてもよい。
【０１６１】
（８）上記した本発明による半導体体層の形成方法の第３の実施の形態ならびに第７の実施の形態においては、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉを供給するとともに水銀ランプを用いて光を照射するようにしたが（図８ならびに図１１（ｂ）参照）、これに限られるものではないことは勿論であり、構造欠陥抑制物質をＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに供給する際に、レーザー（１００ｎｍ〜１０ミクロンの波長を有するもの、例えば、エキシマレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、Ｎ２レーザーあるいは炭酸ガスレーザーなど）、重水素ランプ、キセルノンランプなどを用い、電子線、ラジカル、イオンビームならびに原子状水素などをＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに供給するようにしてもよい。
【０１６２】
（９）上記した本発明による半導体体層の形成方法の第４の実施の形態ならびに第８の実施の形態においては、ＴＥＳｉの供給とともにＴＭＩｎの供給を行うようにしたが（図９ならびに図１１（ｃ）参照）、これに限られるものではないことは勿論であり、構造欠陥抑制物質である元素の周期表におけるＩ−Ａ族のＨ（水素）、ＩＩ−Ａ族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＩＩＩ−Ｂ族のＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、ＩＶ−Ｂ族のＣ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ−Ｂ族のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アルチモン）、またはＶＩ−Ｂ族のＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）のうちの少なくとも２種類の構造欠陥抑制物質を、原子または化合物としてＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに供給するようにしてもよい。
【０１６３】
（１０）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（９）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【０１６４】
【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して、作業時間の短縮化を図ることができるとともに、製造コストを低減することのでき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６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜を介して形成されたＧａＮ薄膜の薄膜構造を模式的に示す説明図である。
【図２】ＥＬＯ法により基板上にバッファー層を介してＧａＮ薄膜を形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ａ）は第１のＧａＮ層上に所定のマスクパターンでマスクを形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は第２のＧａＮ層を形成した状態を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明による半導体層の形成方法によって６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＧａＮ薄膜を形成する状態を時系列に従って模式的に示す説明図であり、（ａ）は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜を形成し、当該ＡｌＮ薄膜上にＧａＮ層を形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ｂ）はＧａＮ層の表面にテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を供給した状態を模式的に示す説明図であり、（ｃ）は供給されたＴＥＳｉのＳｉがＧａＮ層の表面に吸着した状態を模式的に示す説明図であり、（ｄ）は本発明による半導体層の形成方法によって６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上に形成されたＧａＮ薄膜の薄膜構造を模式的に示す説明図である。
【図４】ＭＯＣＶＤを用いて図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件を示す表であり、（ａ）は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜を形成するときの処理条件を示す表であり、（ｂ）はＡｌＮ薄膜上にＧａＮバッファー層を形成するときの処理条件を示しす表であり、（ｃ）はＧａＮバッファー層上にＴＥＳｉを供給するときの処理条件を示す表であり、（ｄ）はトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を供給するときの処理条件を示す表である
【図５】本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態により、ＴＥＳｉと半導体層としてのＧａＮ薄膜を形成するガスとが供給されるタイミングを示す説明図である。
【図６】ＴＥＭによる図３（ｄ）に示す薄膜構造の断面の電子顕微鏡写真である。
【図７】（ａ）は、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、ＭＯＣＶＤ法を用いて（ａ）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示す表である。
【図８】（ａ−１）（ａ−２）は、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を時系列に従って模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、ＭＯＣＶＤ法を用いて（ａ−１）（ａ−２）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示す表である。
【図９】（ａ−１）（ａ−２）は、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を時系列に従って模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、ＭＯＣＶＤ法を用いて（ａ−１）（ａ−２）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示す表である。
【図１０】（ａ）は、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態により、ＴＥＳｉと半導体層としてのＧａＮ薄膜を形成するガスとが供給されるタイミングを示す説明であり、（ｂ）は、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を模式的に示す説明図である。
【図１１】（ａ）は、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ｂ−１）（ｂ−２）は、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を時系列に従って模式的に示す説明図であり、（ｃ−１）（ｃ−２）は、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を時系列に従って模式的に示す説明図である。
【図１２】本発明による半導体層の形成方法において用いることのできる薄膜製造方法（ａ）、基板（ｂ）、構造欠陥抑制物質（ｃ）、形成される構造欠陥が低減された半導体層（ｄ）を示す表である。
【図１３】ＧＳＭＢＥ法を用いてＧａＮ薄膜を形成する際の処理条件を示す表であり、（ａ）は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜を形成するときの処理条件を示す表であり、（ｂ）はＡｌＮ薄膜上にＧａＮバッファー層を形成するときの処理条件を示しす表であり、（ｃ）はＧａＮバッファー層上にＴＥＳｉを供給するときの処理条件を示す表であり、（ｄ）はトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を供給するときの処理条件を示す表である。
【図１４】本発明による半導体層の形成方法において用いることのできる半導体層を形成するために供給する原料と形成される半導体層（ａ）、構造欠陥抑制物質（ｂ）を示す表である。
【符号の説明】
１０、１００ ６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板
１２、１０２ ＡｌＮ薄膜
１４ ＧａＮバッファー層
１４ａ 表面
１６ ＴＥＳｉ供給層
１８、１８’、２０ ＧａＮ層
２００ 基板
２０２ バッファー層
２０４ 第１のＧａＮ層
２０６ マスク
２０８ 第２のＧａＮ層
【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、ＩｎＧａＮを発光素子材料とするもの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）上に形成されたＧａＮ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、極めて高い値を示していた。
【０００６】
このようなＧａＮ系薄膜の欠陥密度の高さは、主にＧａＮ系薄膜と基板材料（Ａｌ２Ｏ３）との格子不整合と熱膨張率差に起因するものであり、基板材料としてのＧａＮ系薄膜と格子整合する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】
従来、ＧａＮ薄膜の欠陥密度の高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、基板材料として、例えば、ＳｉＣ基板の一種である６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板を用い、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜（例えば、厚さ１０ｎｍ以上）を形成し、このＡｌＮ薄膜上にＧａＮ系薄膜（例えば、厚さ１．５μｍ）を形成するようにしていた。
【０００８】
即ち、ＡｌＮ薄膜は、ＳｉＣ基板との格子不整合率が１％であるとともに、ＧａＮ薄膜との格子不整合が２．５％であり、こうしたＡｌＮ薄膜をＳｉＣ基板とＧａＮ系薄膜とのバッファー層として用いたものであった。
【０００９】
上記した図１に示す薄膜構造において、厚さ１０ｎｍ以上のＡｌＮ薄膜上に１．５μｍの厚さのＧａＮを形成した場合には構造欠陥の中の貫通転位に関しては、１０９ｃｍ−２オーダーの転位密度が得られたが、さらに、転位密度を大幅に低減することが望まれていた。
【００１０】
こうした要望に鑑みて、最近においては、例えば、図２に示すようなＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法という手法が提案されている。
【００１１】
このＥＬＯ法においては、まず、基板２００上にバッファー層２０２を介してＧａＮの結晶成長を行って、当該ＧａＮの結晶成長により第１のＧａＮ層２０４を形成し、その後に、第１のＧａＮ層２０４上に所定のマスクパターンでマスク２０６の形成を行う（図２（ａ）参照）。
【００１２】
そして、当該マスク２０６が形成された第１のＧａＮ層２０４上に、さらに、ＧａＮの結晶成長を行って第２のＧａＮ層２０８を形成することにより、第２のＧａＮ層２０８中の貫通転位の転位密度を低減しようとするものである（図２（ｂ）参照）。
【００１３】
上記したＥＬＯ法によると、第１のＧａＮ層２０４中においては１０９〜１０１０ｃｍ−２オーダーの転位密度で貫通転位が発生するのに対して、マスク２０６によって覆われていない第１のＧａＮ層２０４上から成長するＧａＮの結晶は、マスク２０６上を横方向（図２（ｂ）矢印方向）に成長するようになるので、第２のＧａＮ層２０８中の貫通転位の転位密度は１０７ｃｍ−２オーダーに低減されるものであった。
【００１４】
しかしながら、上記したＥＬＯ法においては、第１のＧａＮ層２０４上に所定のマスクパターンでマスク２０６を形成する必要があるが（図２（ａ）参照）、マスク２０６を形成するためにはエッチングなどの種々の作業工程が必要とされるので、作業時間が長時間に及ぶようになるとともに、製造コストなどが増大して、高価なものになるという問題点があった。
【００１５】
さらに、ＥＬＯ法においては、マスク２０６によって横方向に成長したＧａＮの結晶同士が融合する境界部分（図２（ｂ）における点線部分）においては第２のＧａＮ層２０８中に貫通転位が発生し、当該境界部分を含む第２のＧａＮ層２０８を、例えば、青色ＬＥＤようなデバイスなどに使用しないようにすると、デバイスなどに使用することができるＧａＮ系薄膜の領域が制限されてしまうという問題点があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点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て、作業時間の短縮化を図ることができるとともに、製造コストを低減することのできる半導体層の形成方法を提供しようとするものである。
【００１７】
【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、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置によりＳｉＣ基板上またはＡｌ２Ｏ３基板上またはＳｉ基板上に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層を形成する半導体層の形成方法において、ＳｉＣ基板またはＡｌ２Ｏ３基板またはＳｉ基板の表面にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、バッファー層としてのＧａＮ層を形成するか、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、バッファー層としてのＡｌＧａＮ層を形成する第１のステップと、上記第１のステップにおいて形成された上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層へのｎ型不純物原料であるＳｉを、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって１モノレイヤー以下供給する第２のステップと、上記第２のステップにおいて上記シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって供給されたＳｉが、上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の貫通転位が発生している位置に吸着して、表面が原子レベルで改質された上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、ＧａＮ層を１ｎｍ以上の厚さで形成するか、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、ＡｌＧａＮ層を１ｎｍ以上の厚さで形成する第３のステップとを有するようにしたものである。
【００１８】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置によりＳｉＣ基板上またはＡｌ２Ｏ３基板上またはＳｉ基板上に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層を形成する半導体層の形成方法において、第１のステップにおいてＳｉＣ基板またはＡｌ２Ｏ３基板またはＳｉ基板の表面にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とが供給され、バッファー層としてのＧａＮ層が形成され、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とが供給され、バッファー層としてのＡｌＧａＮ層が形成され、第２のステップにおいて、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層へのｎ型不純物原料であるＳｉが、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって１モノレイヤー以下供給され、当該供給されたＳｉがバッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の貫通転位が発生している位置に吸着して、表面が原子レベルで改質された上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とが供給され、ＧａＮ層が１ｎｍ以上の厚さで形成され、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とが供給され、ＡｌＧａＮ層が１ｎｍ以上の厚さで形成される。つまり、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）中のＳｉはＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に吸着し、これにより、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面が原子レベルで改質され、その後に半導体層としてＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層が形成されることになり、半導体層たるＧａＮ層中またはＡｌＧａＮ層中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができる。
【００１９】
さらに、構造欠陥抑制物質として供給されるＳｉは、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層へのｎ型不純物原料として用いられている金属であるので、半導体層としてＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層を形成する際において品質を劣化する物質とはならないものであり、当該Ｓｉの供給は容易に行うことができる。
【００２０】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記第２のステップにおいて、少なくともレーザー光、電子線、ラジカル、イオンビームまたは原子状水素のいずれかを用いるようにしたものである。
【００２１】
このようにすると、構造欠陥抑制物質の供給された表面における表面拡散が促進され、構造欠陥抑制物質が当該表面の構造欠陥、特に、貫通転位が発生している位置に容易に吸着などするようになり、当該表面の原子レベルにおける改質を一層促進することができる。つまり、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面において、第２のステップでシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって供給されたＳｉの表面拡散を促進でき、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の貫通転位が発生している位置に、Ｓｉが容易に吸着するようになり、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の原子レベルにおける改質を一層促進できる。
【００２２】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記第２のステップにおいて、第１のステップにおいて形成された上記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、上記Ｓｉの供給とともに、元素の周期表におけるＩＩ−Ａ族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＩＩＩ−Ｂ族のＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、ＩＶ−Ｂ族のＧｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ−Ｂ族のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アルチモン）、またはＶＩ−Ｂ族のＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）のうちの少なくとも１種類を供給するようにようにしたものである。
【００２３】
このようにすると、構造欠陥抑制物質の供給された表面における表面拡散が促進され、構造欠陥抑制物質が当該表面の構造欠陥、特に、貫通転位が発生している位置に容易に吸着などするようになり、当該表面の原子レベルにおける改質を一層促進することができる。つまり、Ｓｉととも供給された元素の周期表におけるＩＩ−Ａ族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＩＩＩ−Ｂ族のＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、ＩＶ−Ｂ族のＧｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ−Ｂ族のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アルチモン）、またはＶＩ−Ｂ族のＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）のうちの少なくとも１種類によって、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面において、第２のステップでシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって供給されたＳｉの表面拡散を促進でき、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の貫通転位が発生している位置に、Ｓｉが容易に吸着するようになり、バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の原子レベルにおける改質を一層促進できる。
【００４４】
【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第１の実施の形態を詳細に説明するものとする。
【００４５】
図３には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態によって、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板の一種である６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上に半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図３（ａ）に示す状態から順次、図３（ｂ）に示す状態、図３（ｃ）に示す状態を経て、図３（ｄ）に示す状態に移行するものである。
【００４６】
ここで、この実施の形態においては、図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成するには、横型の減圧（７６Ｔｏｒｒ）した有機金属化学蒸着（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以外のスパッタリングなどの薄膜製造技術を用いてもよい。
【００４７】
また、図４（ａ）乃至図４（ｄ）には、ＭＯＣＶＤ法を用いて図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示されており、図５には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態により、ＴＥＳｉ（後述する）と半導体層としてのＧａＮ薄膜を形成するガスとが供給されるタイミングを示す説明図が示されている。
【００４８】
さらに、図６には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による、図４に示す処理条件により形成された図３（ｄ）に示す薄膜構造の断面の電子顕微鏡写真が示されている。
【００４９】
ここで、本発明の理解を容易にするために、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態により図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成する際の処理の概要を説明すると、まず、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成する（図３（ａ）参照）。
【００５０】
その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成し、それからこのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにｎ型不純物原料としてテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を供給する（図３（ｂ）参照）。
【００５１】
それから、ＴＥＳｉを供給した後のＧａＮバッファー層１４上に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を供給して、半導体層としてＧａＮ層１８を形成する。
【００５２】
そうすると、このＴＥＳｉが、構造欠陥、特に、貫通転位の成長を抑制する作用を働き、当該ＴＥＳｉの供給後にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を供給して、ＧａＮの結晶成長によって半導体層として形成されるＧａＮ層１８の欠陥密度、特に、転位密度を大幅に低減させることができた。
【００５３】
以下、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態により図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成する際の処理を詳細に説明することとする。
【００５４】
まず、図４（ａ）に示す処理条件により、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層たるＡｌＮ薄膜１２を形成し、さらに、図４（ｂ）に示す処理条件により、当該ＡｌＮ薄膜１２上にバッファー層たるＧａＮバッファー層１４を形成する（図３（ａ）参照）。
【００５５】
このＧａＮバッファー層１４は、当該ＧａＮバッファー層１４の下層に形成されるＡｌＮ薄膜１２と当該ＧａＮバッファー層１４の上層に形成されるＧａＮ層１８との間に介在するバッファー層たるものであり、基板材料（６Ｈ−ＳｉＣ（０００１））との格子不整合に起因して、ＧａＮバッファー層１４中には１０９〜１０１０ｃｍ−２オーダーの転位密度で貫通転位が観察される（図６参照）。
【００５６】
そして、ＡｌＮ薄膜１２上にＧａＮバッファー層１４を形成した（図３（ａ）に示す状態）後に、ＧａＮへのｎ型不純物原料として用いられている金属であるＴＥＳｉを、図４（ｃ）に示す処理条件により、タイミングＴ１（図５参照）でＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに供給する（図３（ｂ）参照）。
【００５７】
この際、上記したようにＧａＮバッファー層１４中には貫通転位が発生しており、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの当該貫通転位が発生している位置においては原子間隔が広がっている。
【００５８】
なお、上記したようなＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの当該貫通転位が発生している位置（以下、転位芯位置と称する。）における原子間隔の広がりの大きさは、文献によるところ転位芯構造は８．ｆｏｌｄであることから、供給されるＴＥＳｉ中のＳｉが容易に吸着（結合）しうる大きさである考えられるものである。
【００５９】
そのような状態のＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉが供給されると、供給されたＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に吸着して（図３（ｃ）参照）、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａが原子レベルで改質される。
【００６０】
こうしたＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルでの改質は、ＴＥＳｉ中のＳｉに起因するものであり、ＴＥＳｉはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａを原子レベルで改質することによって、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに形成されるＧａＮ層１８中の構造欠陥、特に、貫通転位の発生を抑制して、欠陥密度、特に転位密度を低下するものである。
【００６１】
なお、本明細書においては、上記したＴＥＳｉのように、当該ＴＥＳｉが供給される物質層の表面を原子レベルで改質して、当該ＴＥＳｉが供給された物質層の表面に形成される物質層における貫通転位などの構造欠陥を抑制し、転位密度などの欠陥密度を低下する物質を、「構造欠陥抑制物質」と称する。
【００６２】
そして、タイミングＴ１（図５参照）から所定時間ｔ１後（図５参照）のタイミングＴ２（図５参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給を開始して、ＧａＮバッファー層１４上にＴＥＳｉの供給の処理を行った界面（図６参照）を介してＧａＮ層１８を形成する（図３（ｃ）（ｄ）参照）。
【００６３】
その後、タイミングＴ２（図５参照）から所定時間ｔ２後（図５参照）のタイミングＴ３（図５参照）において、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了し、形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）には、わずかに１０６ｃｍ−２オーダーの転位密度で貫通転位が観察された（図６参照）。
【００６４】
つまり、バッファー層たるＧａＮバッファー層１４中においては、多数（１０９〜１０１０ｃｍ−２オーダーの転位密度）の貫通転位が発生しているのに対して、当該ＧａＮバッファー層１４上にＴＥＳｉの供給の処理を行った界面を介して形成されたＧａＮ層１８中においては、貫通転位の密度が大幅に低減（１０６ｃｍ−２オーダーの転位密度）しているものであった（図６参照）。
【００６５】
上記したように、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉを供給するようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉによってバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａが原子レベルで改質されて、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができる。
【００６６】
さらに、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては、構造欠陥の発生を抑制するためには、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉを所定の量供給するという極めて簡単な処理を行うだけでよく、ＥＬＯ法におけるマスクの形成に際してのエッチングなどのような種々の煩雑な工程を行う必要がないため、作業時間を短縮化することができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００６７】
なお、構造欠陥抑制物質として供給されるＴＥＳｉは、ＧａＮへのｎ型不純物原料として用いられている金属であるので、半導体層としてＧａＮ層１８を形成する際において品質を劣化する物質とはならないものであり、当該ＴＥＳｉの供給は容易に行うことができるものである。
【００６８】
さらにまた、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉのＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに吸着し、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａを原子レベルで改質した後にＧａＮ層１８が形成されるので、ＥＬＯ法において生成される貫通転位が発生し易い境界部分（図２（ｂ）のおける点線部分）のような部分がＧａＮ層１８中には存在しないため、デバイスなどに使用することができるＧａＮ薄膜の領域が制限されるようなことはなく、工業上利用しやすいＧａＮ薄膜を得ることができる。
【００６９】
次に、図７（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態を説明する。
【００７０】
図７（ａ）には、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が模式的に示されており、図７（ｂ）には、ＭＯＣＶＤ法を用いて図７（ａ）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示されている。
【００７１】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては半導体層（ＧａＮ層１８）を１層のみ形成したのに対して（図３（ｄ）参照）、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態は、半導体層を複数層積層して形成するものである。
【００７２】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様にして形成された半導体層たるＧａＮ層１８の表面に、さらに半導体層たるＧａＮ層２０を積層するものである。
【００７３】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成してから（図３（ａ）参照）、このＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉを供給して（図３（ｂ）参照）ＧａＮ層１８を形成するまで（図３（ｃ）（ｄ）参照）の処理条件等（図４（ａ）〜（ｄ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【００７４】
即ち、図４（ａ）〜（ｄ）に示す処理条件により形成されたＧａＮ層１８（図３（ｄ）参照）中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は著しく低減されており、当該ＧａＮ層１８を形成した（図３（ｄ）に示す状態）後に、ＧａＮへのｎ型不純物原料として用いられている金属であるＴＥＳｉを、図７（ｂ−１）に示す処理条件によりタイミングＴ１（図５参照）で、ＧａＮ層１８の表面に供給する。
【００７５】
そして、タイミングＴ１（図５参照）から所定時間ｔ１後（図５参照）のタイミングＴ２（図５参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了するとともに、図７（ｂ−２）に示す処理条件により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給を開始して、ＧａＮ１８上にＴＥＳｉの供給の処理を行った界面（図７（ａ）参照）を介してＧａＮ層２０を形成する。
【００７６】
このようにして形成されたＧａＮ層２０中（膜厚１ｎｍ）においても、ＧａＮ層１８と同様に、構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により、著しく低減しているものである。
【００７７】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態によれば、形成された半導体層（ＧａＮ層１８）の表面に、構造欠陥抑制物質（ＴＥＳｉ）の供給とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給とを繰り返し行うようにして、半導体層たるＧａＮ層１８とＧａＮ層２０とを複数層積層することができる。
【００７８】
次に、図８（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態を説明する。
【００７９】
図８（ａ−１）（ａ−２）には、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図８（ａ−１）に示す状態から図８（ｂ−２）に示す状態に移行するものである。
【００８０】
なお、図８（ａ−１）に示す状態は、図３（ｂ）に示す状態に対応するものであり、図８（ａ−２）に示す状態は、図３（ｄ）に示す状態に対応するものである。
【００８１】
また、図８（ｂ）には、ＭＯＣＶＤ法を用いて図８（ａ−２）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示されている。
【００８２】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においてはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉのみを供給したのに対して（図３（ｂ）ならびに図４（ｃ）参照）、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態は、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉを供給するとともに光の供給も行なうものである。
【００８３】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様しして形成されたバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、ＴＥＳｉを供給するとともに水銀ランプによる光の供給を行なうものである。
【００８４】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【００８５】
即ち、図４（ａ）（ｂ）に示す処理条件により形成されたＧａＮバッファー層１４（図３（ａ）参照）の表面に、図８（ｂ）に示す処理条件によりタイミングＴ１（図５参照）でＴＥＳｉを供給する（図８（ａ−１）参照）。
【００８６】
この際、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａには、ＴＥＳｉの供給とともに水銀ランプが０．１ｐＪ／ｃｍ２の強度で連続照射されるものであり、当該水銀ランプの照射により、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおけるＴＥＳｉ中のＳｉの表面拡散が促進される。
【００８７】
このため、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質が一層促進される。
【００８８】
そして、タイミングＴ１（図５参照）から所定時間ｔ１後（図５参照）のタイミングＴ２（図５参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給を開始して、ＧａＮバッファー層１４上に水銀ランプの照射下でＴＥＳｉの供給の処理を行った界面（図８（ａ−２）参照）を介してＧａＮ層１８を形成する（図８（ａ−２）参照）。
【００８９】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【００９０】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態よれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの供給により、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができ、また、構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉの供給とともに水銀ランプの照射を行うようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進され、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質を一層促進することができる。
【００９１】
次に、図９（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態を説明する。
【００９２】
図９（ａ−１）（ａ−２）には、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図９（ａ−１）に示す状態から図９（ｂ−２）に示す状態に移行するものである。
【００９３】
なお、図９（ａ−１）に示す状態は、図３（ｂ）に示す状態に対応するものであり、図９（ａ−２）に示す状態は、図３（ｄ）に示す状態に対応するものである。
【００９４】
また、図９（ｂ）には、ＭＯＣＶＤ法を用いて図９（ａ−２）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示されている。
【００９５】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においてはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉのみを供給したのに対して（図３（ｂ）ならびに図４（ｃ）参照）、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態は、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉを供給するとともに他の種類の構造欠陥抑制物質の供給も行なうものである。
【００９６】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様しして形成されたバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、ＴＥＳｉを供給するとともにＴＭＩｎの供給も行なうものである。
【００９７】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【００９８】
即ち、図４（ａ）（ｂ）に示す処理条件により形成されたＧａＮバッファー層１４（図３（ａ）参照）の表面に、図９（ｂ）に示す処理条件によりタイミングＴ１（図５参照）でＴＥＳｉを供給する（図７（ａ−１）参照）。
【００９９】
この際、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａには、ＴＥＳｉの供給とともにＴＭＩｎが供給されるものであり、当該供給されたＴＭＩｎ中のＩｎにより、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおけるＴＥＳｉ中のＳｉの表面拡散が促進される。
【０１００】
このため、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質が一層促進される。
【０１０１】
そして、タイミングＴ１（図５参照）から所定時間ｔ１後（図５参照）のタイミングＴ２（図５参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給を開始して、ＧａＮバッファー層１４上にＴＭＩｎとともにＴＥＳｉの供給の処理を行った界面（図９（ａ−２）参照）を介してＧａＮ層１８を形成する（図７（ａ−２）参照）。
【０１０２】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１０３】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態によれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの供給により、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができ、また、構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉの供給とともにＴＭＩｎの供給を行うようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進され、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質を一層促進することができる。
【０１０４】
次に、図１０（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態を説明する。
【０１０５】
図１０（ａ）には、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態によりＴＥＳｉと半導体層としてのＧａＮ薄膜を形成するガスとが供給されるタイミングを示す説明図が示されており、図１０（ｂ）には、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が模式的に示されている。
【０１０６】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においてはＴＥＳｉの供給とＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給とが異なるタイミングで行われるのに対して（図５参照）、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態は、ＴＥＳｉの供給とＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給とが同じタイミングで行われるものである。
【０１０７】
なお、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【０１０８】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態においては、上記したようにしてＴＥＳｉの供給の開始（図５タイミングＴ１参照）と、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の供給の開始（図５タイミングＴ２参照）とが異なるタイミングで行われるものであり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とが同じタイミングで供給されることはない。
【０１０９】
一方、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態においては、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）で、図４（ｃ）に示す処理条件によりＴＥＳｉの供給を開始するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件によりＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を開始する。
【０１１０】
そして、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ１後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ２（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了する。
【０１１１】
一方、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ２後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ４（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了する。
【０１１２】
従って、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とが同じタイミングで供給される。
【０１１３】
その結果、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの所定時間ｔ１の間には、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とがともに供給されているので、ＴＥＳｉを含むＴＥＳｉ供給層１６が形成される。
【０１１４】
また、ＴＥＳｉの供給が終了したタイミングＴ２からタイミングＴ４までの間には、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）のみが供給されているので、ＴＥＳｉ供給層１６の表面にＧａＮ層１８が形成される（図１０（ｃ）参照）。
【０１１５】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１１６】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態によれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを同時に供給するようにして、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができる。
【０１１７】
次に、図１１（ａ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態を説明する。
【０１１８】
図１１（ａ）には、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が模式的に示されている。
【０１１９】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態においてはＴＥＳｉ供給層１６とＧａＮ層１８とをそれぞれ１層のみ形成したのに対して（図１０（ｂ）参照）、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態は、ＴＥＳｉ供給層１６とＧａＮ層１８とをそれぞれ複数層積層して形成するものである。
【０１２０】
なお、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４し、さらに当該ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉ供給層１６とＧａＮ層１８とを形成するまでの処理条件等（図４（ａ）〜（ｄ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【０１２１】
そして、ＧａＮ層１８の表面に、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）で図７（ｂ−１）に示す処理条件によりＴＥＳｉの供給を開始するとともに、図７（ｂ−２）に示す処理条件によりＧａＮ層１８’を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を開始する。
【０１２２】
そして、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ１後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ２（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了する。
【０１２３】
一方、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ２後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ４（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮ層１８’を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了する。
【０１２４】
その結果、ＧａＮ層１８の表面にはＴＥＳｉ供給層１６’が形成され、当該ＴＥＳｉ供給層１６’の表面にＧａＮ層１８’が形成される（図１１（ａ）参照）。
【０１２５】
このようにして形成されたＧａＮ層１８’中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１２６】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態によれば、形成された半導体層（ＧａＮ層１８）の表面に、構造欠陥抑制物質（ＴＥＳｉ）の供給とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給とを繰り返し行うようにして、半導体層たるＧａＮ層１８とＧａＮ層１８’とを複数層積層することができる。
【０１２７】
次に、図１１（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態を説明する。
【０１２８】
図１１（ｂ−１）（ｂ−２）には、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図１１（ｂ−１）に示す状態から図１１（ｂ−２）に示す状態に移行するものである。
【０１２９】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態においてはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とのみを同時に供給したのに対して、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態は、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを同時に供給するとともに光の供給も行なうものである。
【０１３０】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様しして形成されたバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを供給するとともに、水銀ランプによる光の供給を行なうものである。
【０１３１】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【０１３２】
即ち、図４（ａ）（ｂ）に示す処理条件により形成されたＧａＮバッファー層１４（図３（ａ）参照）の表面に、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）で図８（ｂ）に示す処理条件によりＴＥＳｉの供給を開始するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件によりＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を開始する。
【０１３３】
この際、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａには、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給とともに、水銀ランプが０．１ｐＪ／ｃｍ２の強度で連続照射されるものであり、当該水銀ランプの照射によりＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進される。
【０１３４】
このため、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質が一層促進される。
【０１３５】
そして、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ１後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ２（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉの供給を終了する。
【０１３６】
一方、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ２後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ４（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了する。
【０１３７】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１３８】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態によれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との同時供給により、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができ、また、構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との同時供給とともに水銀ランプの照射を行うようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進され、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルおける改質を一層促進することができる。
【０１３９】
次に、図１１（ｃ）を参照しながら、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態を説明する。
【０１４０】
図１１（ｃ−１）（ｃ−２）には、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成する状態が時系列に従って模式的に示されており、図１１（ｃ−１）に示す状態から図１１（ｃ−２）に示す状態に移行するものである。
【０１４１】
ここで、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態と本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態とを比較すると、上記した本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態においてはＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とのみを同時に供給したのに対して、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態は、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを同時に供給するとともに他の種類の構造欠陥抑制物質の供給も行なうものである。
【０１４２】
より詳細には、本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態と同様しして形成されたバッファー層たるＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）とを供給するとともにＴＭＩｎの供給を行なうものである。
【０１４３】
従って、基板としての６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０上に、バッファー層としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜１２を形成し、その後、当該ＡｌＮ薄膜１２上に、バッファー層としてＧａＮバッファー層１４を形成するまで（図３（ａ）参照）の処理条件等（図４（ａ）（ｂ）参照）は、上記した本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態の動作の説明と同様であるので、当該説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【０１４４】
即ち、図４（ａ）（ｂ）に示す処理条件により形成されたＧａＮバッファー層１４（図３（ａ）参照）の表面に、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）で図９（ｂ）に示す処理条件によりＴＥＳｉとＴＭＩｎとの供給を開始するとともに、図４（ｄ）に示す処理条件によりＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を開始する。
【０１４５】
この際、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａには、ＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給とともに、ＴＥＳｉの供給とともにＴＭＩｎが供給されるものであり、当該供給されたＴＭＩｎ中のＩｎにより、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進される。
【０１４６】
このため、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質が一層促進される。
【０１４７】
そして、タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ１後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ２（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａへのＴＥＳｉとＴＭＩｎとの供給を終了する。
【０１４８】
一方、当該タイミングＴ１（図１０（ａ）参照）から所定時間ｔ２後（図１０（ａ）参照）のタイミングＴ４（図１０（ａ）参照）において、ＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との供給を終了する。
【０１４９】
このようにして形成されたＧａＮ層１８中（膜厚１ｎｍ）の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度は、上記したような構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉの作用により著しく低減しているものである。
【０１５０】
つまり、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態によれば、構造欠陥抑制物質たるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との同時供給により、半導体層たるＧａＮ層１８中の構造欠陥の欠陥密度、特に、貫通転位の転位密度を著しく低減することができ、また、構造欠陥抑制物質であるＴＥＳｉとＧａＮ層１８を形成するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）との同時供給とともにＴＭＩｎの供給を行うようにしたので、ＴＥＳｉ中のＳｉのＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにおける表面拡散が促進され、ＴＥＳｉ中のＳｉがＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの転位芯位置に容易に吸着するようになり、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａの原子レベルにおける改質を一層促進することができる。
【０１５１】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（１０）に説明するように変形することができる。
【０１５２】
（１）上記した実施の形態においては、半導体層としてのＧａＮ層１８を１ｎｍの膜厚に成長させＧａＮ薄膜として形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、成長時間を変更するなどの各種の処理条件の変更を行い、ＧａＮ層１８を厚膜やバルクとして形成するようにしてもよい。
【０１５３】
（２）上記した実施の形態においては、バッファー層たるＧａＮバッファー層１４と半導体層たるＧａＮ層１８とはともにＧａＮ層であり、即ち、バッファー層と半導体層とはホモ材料とするようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、バッファー層と半導体層とをヘテロ材料とするようにしてもよく、例えば、バッファー層たるＡｌＧａＮ層と半導体層たるＧａＮ層１８とを形成するようにしてもよい。
【０１５４】
（３）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 Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、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。
【０１５５】
例えば、ＧＳＭＢＥ法を用いた場合には、図１３に示す処理条件によりＧａＮ薄膜を形成するようにし、他の薄膜製造方法においても、当該薄膜製造方法に応じて各種処理条件等の変更を行えばよい。
【０１５６】
（４）上記した実施の形態においては、基板として６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用い、構造欠陥抑制物質としてＴＥＳｉのＳｉが供給されるようにし、形成される構造欠陥が低減された半導体層はＧａＮ層としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、基板として炭化シリコン基板（６Ｈ−ＳｉＣ基板、４Ｈ−ＳｉＣ基板）、炭化シリコンとシリコンとの積層基板（ＳｉＣ／Ｓｉ基板）、シリコン基板（Ｓｉ基板）、サファイア基板（Ａｌ２Ｏ３基板）、酸化亜鉛とサファイアとの積層基板（ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３基板）、ゲルマニウム基板（Ｇｅ基板）、ヒ化ガリウム基板（ＧａＡｓ基板）、ヒ化インジウム基板（ＩｎＡｓ基板）、リン化ガリウム基板（ＧａＰ基板）、リン化インジウム基板（ＩｎＰ基板）またはスピネル基板（ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＬｉＧａＯ２）を用いるようにしてもよく（図１２（ｂ）参照）、構造欠陥抑制物質として元素の周期表におけるＩ−Ａ族のＨ（水素）、ＩＩ−Ａ族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＩＩＩ−Ｂ族のＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、ＩＶ−Ｂ族のＣ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ−Ｂ族のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アルチモン）、またはＶＩ−Ｂ族のＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）を用いるようにしてもよく（図１２（ｃ）参照）、形成される構造欠陥が低減された半導体層は、ＩＶ族半導体であるＣ（ダイヤモンド）、Ｓｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣＧｅであるか、ＩＩＩ−Ｖ族二元系半導体であるＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＰ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＢＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓであるか、ＩＩＩ−Ｖ族三元系混晶半導体であるＢＡｌＮ、ＢＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＢＡｌＰ、ＢＧａＰ、ＢＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＢＡｌＡｓ、ＢＧａＡｓ、ＢＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＢＮＰ、ＢＮＡｓ、ＢＰＡｓ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＰＡｓ、ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＰＡｓであるか、ＩＩＩ−Ｖ族四元系混晶半導体であるＢＡｌＧａＮ、ＢＡｌＩｎＮ、ＢＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＡｌＧａＰ、ＢＡｌＩｎＰ、ＢＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＢＡｌＧａＡｓ、ＢＡｌＩｎＡｓ、ＢＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＢＡｌＮＰ、ＢＧａＮＰ、ＢＩｎＮＰ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＰ、ＢＡｌＮＡｓ、ＢＧａＮＡｓ、ＢＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＮＡｓ、ＡｌＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＢＡｌＰＡｓ、ＢＧａＰＡｓ、ＢＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＢＮＰＡｓ、ＡｌＮＰＡｓ、ＧａＮＰＡｓ、ＩｎＮＰＡｓであるか、またはＩＩ−ＶＩ族半導体であるＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＯＳ、ＺｎＯＳｅ、ＺｎＯＴｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＯＳ、ＣｄＯＳｅ、ＣｄＯＴｅ、ＣｄＳＳｅ、ＣｄＳＴｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＺｎＣｄＯＳ、ＺｎＣｄＯＳｅ、ＺｎＣｄＯＴｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＴｅ、ＺｎＣｄＳｅＴｅ、ＺｎＯＳＳｅ、ＺｎＯＳＴｅ、ＺｎＯＳｅＴｅ、ＺｎＳＳｅＴｅ、ＣｄＯＳＳｅ、ＣｄＯＳＴｅ、ＣｄＯＳｅＴｅ、ＣｄＳＳｅＴｅとしてもよい（図１２（ｄ）参照）。
【０１５７】
この際、形成される半導体層に応じて半導体層を形成するための原料を供給するようにすればよい。
【０１５８】
（５）上記した本発明による半導体層の形成方法の実施の形態においては、形成される構造欠陥が低減された半導体層を、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ３）を用いたＧａＮ層としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、固体ガリウム（Ｇａ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）と、窒素ラジカル、アンモニア（ＮＨ３）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）またはジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）とを用いたＧａＮ層であってもよく、また、固体ガリウム（Ｇａ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）と、固体アルミニウム（Ａｌ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）、ジメチルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡＡｌ）またはトリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）と、窒素ラジカル、アンモニア（ＮＨ３）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）またはジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）とを用いたＡｌＧａＮ層でもよく、また、固体アルミニウム（Ａｌ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）、ジメチルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡＡｌ）またはトリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）と、窒素ラジカル、アンモニア（ＮＨ３）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）またはジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）とを用いたＡｌＮ層でもよい（図１４（ａ）参照）。
【０１５９】
（６）上記した本発明による半導体層の形成方法の実施の形態においては、構造欠陥抑制物質としてのＳｉの供給にテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、固体シリコン（Ｓｉ）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）、ジメチルシラン（（ＣＨ３）２ＳｉＨ２）、ジエチルシラン（（Ｃ２Ｈ５）２ＳｉＨ２）、トリメチルシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＨ）、トリエチルシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＨ）またはテトラメチルシラン（ＴＭＳｉ）によってＳｉを供給するようにしてもよい（図１４（ｂ）参照）。
【０１６０】
（７）上記した本発明による半導体体層の形成方法の第２の実施の形態ならびに第６の実施の形態においては、半導体層としてのＧａＮ層１８の表面にＧａＮ層１８’、２０を１層のみ積層するようにしたが（図７（ａ）ならびに図１１（ａ）参照）、これに限られるものではないことは勿論であり、半導体層としてのＧａＮ層１８の表面に半導体層を２層以上の積層するようにしてもよい。
【０１６１】
（８）上記した本発明による半導体体層の形成方法の第３の実施の形態ならびに第７の実施の形態においては、ＧａＮバッファー層１４の表面１４ａにＴＥＳｉを供給するとともに水銀ランプを用いて光を照射するようにしたが（図８ならびに図１１（ｂ）参照）、これに限られるものではないことは勿論であり、構造欠陥抑制物質をＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに供給する際に、レーザー（１００ｎｍ〜１０ミクロンの波長を有するもの、例えば、エキシマレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、Ｎ２レーザーあるいは炭酸ガスレーザーなど）、重水素ランプ、キセルノンランプなどを用い、電子線、ラジカル、イオンビームならびに原子状水素などをＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに供給するようにしてもよい。
【０１６２】
（９）上記した本発明による半導体体層の形成方法の第４の実施の形態ならびに第８の実施の形態においては、ＴＥＳｉの供給とともにＴＭＩｎの供給を行うようにしたが（図９ならびに図１１（ｃ）参照）、これに限られるものではないことは勿論であり、構造欠陥抑制物質である元素の周期表におけるＩ−Ａ族のＨ（水素）、ＩＩ−Ａ族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＩＩＩ−Ｂ族のＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、ＩＶ−Ｂ族のＣ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ−Ｂ族のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アルチモン）、またはＶＩ−Ｂ族のＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）のうちの少なくとも２種類の構造欠陥抑制物質を、原子または化合物としてＧａＮバッファー層１４の表面１４ａに供給するようにしてもよい。
【０１６３】
（１０）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（９）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【０１６４】
【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して、作業時間の短縮化を図ることができるとともに、製造コストを低減することのでき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６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜を介して形成されたＧａＮ薄膜の薄膜構造を模式的に示す説明図である。
【図２】ＥＬＯ法により基板上にバッファー層を介してＧａＮ薄膜を形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ａ）は第１のＧａＮ層上に所定のマスクパターンでマスクを形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は第２のＧａＮ層を形成した状態を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明による半導体層の形成方法によって６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＧａＮ薄膜を形成する状態を時系列に従って模式的に示す説明図であり、（ａ）は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜を形成し、当該ＡｌＮ薄膜上にＧａＮ層を形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ｂ）はＧａＮ層の表面にテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を供給した状態を模式的に示す説明図であり、（ｃ）は供給されたＴＥＳｉのＳｉがＧａＮ層の表面に吸着した状態を模式的に示す説明図であり、（ｄ）は本発明による半導体層の形成方法によって６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上に形成されたＧａＮ薄膜の薄膜構造を模式的に示す説明図である。
【図４】ＭＯＣＶＤを用いて図３（ｄ）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件を示す表であり、（ａ）は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜を形成するときの処理条件を示す表であり、（ｂ）はＡｌＮ薄膜上にＧａＮバッファー層を形成するときの処理条件を示しす表であり、（ｃ）はＧａＮバッファー層上にＴＥＳｉを供給するときの処理条件を示す表であり、（ｄ）はトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を供給するときの処理条件を示す表である
【図５】本発明による半導体層の形成方法の第１の実施の形態により、ＴＥＳｉと半導体層としてのＧａＮ薄膜を形成するガスとが供給されるタイミングを示す説明図である。
【図６】ＴＥＭによる図３（ｄ）に示す薄膜構造の断面の電子顕微鏡写真である。
【図７】（ａ）は、本発明による半導体層の形成方法の第２の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、ＭＯＣＶＤ法を用いて（ａ）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示す表である。
【図８】（ａ−１）（ａ−２）は、本発明による半導体層の形成方法の第３の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を時系列に従って模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、ＭＯＣＶＤ法を用いて（ａ−１）（ａ−２）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示す表である。
【図９】（ａ−１）（ａ−２）は、本発明による半導体層の形成方法の第４の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を時系列に従って模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、ＭＯＣＶＤ法を用いて（ａ−１）（ａ−２）に示す薄膜構造を形成する際の処理条件が示す表である。
【図１０】（ａ）は、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態により、ＴＥＳｉと半導体層としてのＧａＮ薄膜を形成するガスとが供給されるタイミングを示す説明であり、（ｂ）は、本発明による半導体層の形成方法の第５の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を模式的に示す説明図である。
【図１１】（ａ）は、本発明による半導体層の形成方法の第６の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を模式的に示す説明図であり、（ｂ−１）（ｂ−２）は、本発明による半導体層の形成方法の第７の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を時系列に従って模式的に示す説明図であり、（ｃ−１）（ｃ−２）は、本発明による半導体層の形成方法の第８の実施の形態により半導体層としてＧａＮ薄膜を形成した状態を時系列に従って模式的に示す説明図である。
【図１２】本発明による半導体層の形成方法において用いることのできる薄膜製造方法（ａ）、基板（ｂ）、構造欠陥抑制物質（ｃ）、形成される構造欠陥が低減された半導体層（ｄ）を示す表である。
【図１３】ＧＳＭＢＥ法を用いてＧａＮ薄膜を形成する際の処理条件を示す表であり、（ａ）は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板上にＡｌＮ薄膜を形成するときの処理条件を示す表であり、（ｂ）はＡｌＮ薄膜上にＧａＮバッファー層を形成するときの処理条件を示しす表であり、（ｃ）はＧａＮバッファー層上にＴＥＳｉを供給するときの処理条件を示す表であり、（ｄ）はトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を供給するときの処理条件を示す表である。
【図１４】本発明による半導体層の形成方法において用いることのできる半導体層を形成するために供給する原料と形成される半導体層（ａ）、構造欠陥抑制物質（ｂ）を示す表である。
【符号の説明】
１０、１００ ６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板
１２、１０２ ＡｌＮ薄膜
１４ ＧａＮバッファー層
１４ａ 表面
１６ ＴＥＳｉ供給層
１８、１８’、２０ ＧａＮ層
２００ 基板
２０２ バッファー層
２０４ 第１のＧａＮ層
２０６ マスク
２０８ 第２のＧａＮ層
Claims (3)
- 有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置によりＳｉＣ基板上またはＡｌ２Ｏ３基板上またはＳｉ基板上に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層を形成する半導体層の形成方法において、
ＳｉＣ基板またはＡｌ２Ｏ３基板またはＳｉ基板の表面にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、バッファー層としてのＧａＮ層を形成するか、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、バッファー層としてのＡｌＧａＮ層を形成する第１のステップと、
前記第１のステップにおいて形成された前記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層へのｎ型不純物原料であるＳｉを、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって１モノレイヤー以下供給する第２のステップと、
前記第２のステップにおいて前記シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）またはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）によって供給されたＳｉが、前記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面の貫通転位が発生している位置に吸着して、表面が原子レベルで改質された前記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、ＧａＮ層を１ｎｍ以上の厚さで形成するか、または、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）とアンモニア（ＮＨ３）とを供給して、ＡｌＧａＮ層を１ｎｍ以上の厚さで形成する第３のステップと
を有す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２のステップにおいて、少なくともレーザー光、電子線、ラジカル、イオンビームまたは原子状水素のいずれかを用いる
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２のステップにおいて、第１のステップにおいて形成された前記バッファー層たるＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の表面に、前記Ｓｉの供給とともに、元素の周期表におけるＩＩ−Ａ族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＩＩＩ−Ｂ族のＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、ＩＶ−Ｂ族のＧｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ−Ｂ族のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アルチモン）、またはＶＩ−Ｂ族のＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）のうちの少なくとも１種類を供給する
ものである半導体層の形成方法。
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