具有偏角的硅單晶和iii族氮化物單晶的層疊基板的制作方法
【專利摘要】得到在硅單晶基板上III族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的現(xiàn)象。在硅單晶基板的表面上形成取向成硅單晶的〈111>軸的氧化物的膜，在該氧化物的膜的表面上使III族氮化物單晶進(jìn)行結(jié)晶。由此，晶體生長(zhǎng)的III族氮化物單晶的〈0001〉軸取向成氧化物的C軸。如果對(duì)硅單晶基板賦予偏角，則III族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。通過將在硅單晶與氧化物的界面上形成的硅氧化物膜還原，氧化物的取向性得到改善。
【專利說明】具有偏角的硅單晶和N I族氮化物單晶的層疊基板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本說明書中，公開了得到在硅單晶基板的表面上III族氮化物單晶膜進(jìn)行階梯流 動(dòng)（7 T 7 ：/ 7 a -)生長(zhǎng)的現(xiàn)象的技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，在硅單晶基板的表面上晶體缺陷 少的III族氮化物單晶膜進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 如非專利文獻(xiàn)1中所公開，在晶體生長(zhǎng)的一種模式中已知階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。本說明 書中將在階梯流動(dòng)模式下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)稱為階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。在階梯流動(dòng)生長(zhǎng)中的單晶的表 面上，如圖8中示意性地所示，觀測(cè)到階梯28與臺(tái)階（T 7 )26的重復(fù)形狀。晶體生長(zhǎng) 條件備齊時(shí)，在階梯28的位置處進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，階梯28的位置如箭頭30所示行進(jìn)。階梯 28到達(dá)端部32時(shí)，單晶24按照階梯28的高度的量增厚。需要說明的是，圖8的階梯28的 高度和臺(tái)階26的傾斜角被夸大地示出，實(shí)際的階梯28的高度為1至數(shù)個(gè)原子層的量，臺(tái)階 26的傾斜角非常小。
[0003] 除了階梯流動(dòng)生長(zhǎng)之外，也已知二維成核生長(zhǎng)這樣的晶體生長(zhǎng)模式。圖9示意性 地示出了二維成核生長(zhǎng)中的單晶的表面。二維成核生長(zhǎng)中，在平坦的表面的各部位開始晶 體生長(zhǎng)。晶體生長(zhǎng)的開始位置隨機(jī)地確定，因此，在二維成核生長(zhǎng)后的單晶的表面18上共 存高度不同的平面18a、18b、18c等，高差20不規(guī)則地移動(dòng)。
[0004] 已知階梯流動(dòng)生長(zhǎng)后的單晶的表面比二維成核生長(zhǎng)后的單晶的表面更平坦。另 夕卜，階梯流動(dòng)生長(zhǎng)與二維成核生長(zhǎng)相比更容易控制。例如，在使添加有雜質(zhì)的單晶生長(zhǎng)的情 況（本說明書中將通過使晶體生長(zhǎng)的條件備齊而得到晶體生長(zhǎng)現(xiàn)象稱為使晶體生長(zhǎng)）下， 根據(jù)階梯流動(dòng)生長(zhǎng)，與利用二維成核生長(zhǎng)的情況相比，可以嚴(yán)格地管控雜質(zhì)的濃度和晶體 中雜質(zhì)的存在位置等。
[0005] 非專利文獻(xiàn)2中報(bào)道了，通過III族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)，晶體表面變得 平坦，能夠形成陡峭的異質(zhì)界面。利用III族氮化物單晶的半導(dǎo)體裝置由于將表面或異質(zhì) 界面用于溝道或者漂移區(qū)，因此平坦的表面、平坦的界面、或者無序（亂A )少的晶體結(jié)構(gòu) 有利地起到了作用。非專利文獻(xiàn)2報(bào)道了，通過利用階梯流動(dòng)生長(zhǎng)所得的III族氮化物單 晶，半導(dǎo)體裝置的特性得到改善。
[0006] 非專利文獻(xiàn)3中報(bào)道了，通過III族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)，可以抑制深能 級(jí)的形成，從而可以降低電流崩塌。
[0007] 非專利文獻(xiàn)2、4、5中公開了用于得到III族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的現(xiàn)象 的技術(shù)。在這些技術(shù)中，如圖8中示意性地所示，在藍(lán)寶石基板、SiC基板或者GaN自立基板 等基板22上使III族氮化物單晶24晶體生長(zhǎng)。作為晶體生長(zhǎng)基礎(chǔ)的基板22,其c軸22a 傾斜成使得與基板22的表面22b不正交。即，使與基板22的c軸22a不正交的面22b露 出，在該露出表面22b上使III族氮化物單晶24晶體生長(zhǎng)。將露出表面22b的法線n與基 板22的c軸22a所成的角0調(diào)節(jié)成適當(dāng)值時(shí)，在露出表面22b上進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的III族 氮化物單晶24的c軸24a也相對(duì)于法線n傾斜，III族氮化物單晶24進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。 以下，將從露出表面22b的法線n至基板22的c軸22a的轉(zhuǎn)角0稱為偏角。
[0008] 專利文獻(xiàn)1或者非專利文獻(xiàn)6中公開了用于得到在硅單晶基板上III族氮化物單 晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的現(xiàn)象的技術(shù)。在這些技術(shù)中，在硅單晶基板上使AlN或Al (Ga, In) N等混 晶生長(zhǎng)，在其上使III族氮化物單晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。
[0009] 關(guān)于非專利文獻(xiàn)7和8在下文進(jìn)行說明。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)
[0012] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2009-231550號(hào)公報(bào)
[0013] 非專利文獻(xiàn)
[0014] 非專利文獻(xiàn)1 :外延生長(zhǎng)的機(jī)理，中島一雄編，共立出版，第148-150頁（2003)
[0015] 非專利文獻(xiàn) 2 :Weiguo Hu 等，Superlattices and Microstructures，46， 812(2009)
[0016] 非專利文獻(xiàn)3 :松下景一等，電子信息通信學(xué)會(huì)技術(shù)研究報(bào)告，第109卷，第81期， 第 69-72 頁（2009)
[0017] 非專利文獻(xiàn) 4 :X. Q. Shen 等，J. Crystal Growth，300, 75 (2007)
[0018] 非專利文獻(xiàn) 5 :Toshio Nishida 等，J. Crystal Growth，195,41 (1998)
[0019] 非專利文獻(xiàn) 6 :A. Watanabe 等，J. Crystal Growth，128, 391 (1993)
[0020] 非專利文獻(xiàn) 7 :F. Reiher 等，J. Crystal Growth，312,180 (2010)
[0021] 非專利文獻(xiàn) 8 :S. R. Lee 等，"Effect of threading dislocations on the Bragg peak widths of GaN1AlGaN and AlN heterolayers^ Appl. Phys. Lett. 86, 241904 (2005)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 發(fā)明要解決的問題
[0023] 即使嘗試將非專利文獻(xiàn)2、4、5中公開的、得到III族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生 長(zhǎng)的現(xiàn)象的技術(shù)，與專利文獻(xiàn)1和非專利文獻(xiàn)6中公開的、得到在硅單晶基板上III族氮化 物單晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的現(xiàn)象的技術(shù)組合，在目前的技術(shù)中也無法得到在硅單晶基板上III 族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的現(xiàn)象。
[0024] 圖9示意性地示出了：根據(jù)非專利文獻(xiàn)2、4、5,使硅單晶基板2的未與c軸2a正 交的面2b露出、在該露出表面2b上使AlN或Al (Ga, In)N等混晶8生長(zhǎng)、并在其上使III 族氮化物單晶10進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的情況下而產(chǎn)生的現(xiàn)象。
[0025] 如非專利文獻(xiàn)7所記載，即使在露出表面2b的法線n與c軸2a之間具有角度（偏 角），在露出表面2b上生長(zhǎng)的AlN的混晶8的c軸8a也與露出表面2b正交。因此，III族 氮化物單晶10的c軸IOa與晶體生長(zhǎng)中的表面18正交。因此，III族氮化物單晶10進(jìn)行 二維成核生長(zhǎng)，在其表面18上共存高度不同的多個(gè)平面18a、18b、18c等。另外，形成不規(guī) 則移動(dòng)的高差20。
[0026] 目前的技術(shù)中，為了得到III族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的現(xiàn)象，需要藍(lán)寶 石基板、SiC基板或者GaN基板等高價(jià)的基板，無法利用廉價(jià)的硅基板。
[0027] 本說明書中，公開了得到利用硅單晶基板使III族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng) 的現(xiàn)象的技術(shù)。
[0028] 用于解決問題的方法
[0029] 根據(jù)下述的（1)?（5)的方法，可以得到利用硅單晶基板使III族氮化物單晶進(jìn) 行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的現(xiàn)象。
[0030] (1)使硅單晶基板的相對(duì)于與〈111>軸正交的面傾斜的面露出。即，使相對(duì)于 〈111>軸非正交的面（未正交的面）露出。
[0031] (2)在露出的表面上形成硅氧化物的膜。形成自然氧化物膜的情況下，自然氧化物 膜的形成工序?qū)?yīng)于該工序。
[0032] (3)在硅氧化物膜的表面上形成具有比硅氧化物更大的生成焓的氧化物的膜。
[0033] (4)進(jìn)行熱處理。這樣，在硅氧化物膜中含有的氧在生成焓大的氧化物內(nèi)移動(dòng)，硅 氧化物膜被還原。其結(jié)果，失去硅氧化物膜的非晶性，氧化物的c軸在硅單晶基板的〈111> 軸上取向。
[0034] (5)在氧化物的膜的表面上使纖維鋅礦型的III族氮化物單晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)（將 晶體生長(zhǎng)的條件備齊）。在具有偏角的氧化物的表面上進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，因此，III族氮化物 單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。
[0035] 通過本說明書中公開的技術(shù)，可以形成包含硅單晶基板和纖維鋅礦型的III族氮 化物單晶膜的新型層疊基板。
[0036] 通過以往技術(shù)能夠獲得的層疊基板，對(duì)包含立于硅單晶基板的表面上的法線和硅 單晶的〈11-2>軸的面進(jìn)行截面觀察時(shí)，即使在具有相對(duì)于硅單晶的〈111>軸傾斜的法線的 表面上使III族氮化物單晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，也無法通過硅單晶的〈111>軸的方向控制III 族氮化物單晶的〈〇〇〇1>軸的方向。
[0037] 根據(jù)本說明書中公開的技術(shù)，可以得到如下層疊基板，其中，對(duì)包含立于硅單晶基 板的表面上的法線和硅單晶的〈11-2>軸的面進(jìn)行截面觀察時(shí)，硅單晶的〈111>軸與III族 氮化物單晶的〈〇〇〇1>軸相對(duì)于法線向相同方向傾斜。
[0038] 圖1示意性地示出了在硅單晶的與〈111>軸非正交的面上III族氮化物單晶進(jìn)行 階梯流動(dòng)生長(zhǎng)時(shí)的取向關(guān)系。
[0039] 圖1中，將立于硅單晶基板的表面上的法線設(shè)為n。硅單晶的〈111>軸相對(duì)于法線 n傾斜?！?-10>軸與〈11-2>軸相對(duì)于硅單晶的〈111>軸正交。包含〈1-10>軸和〈11-2> 軸的面相對(duì)于娃單晶基板的表面傾斜。
[0040] 圖1的y軸與法線n正交，且設(shè)定在沿法線n觀察時(shí)與〈11-2>軸重合的位置上。 〈11-2>軸位于ny面內(nèi)。X軸與法線n和y軸正交。X軸采用形成右手系正交軸的朝向。
[0041] 如圖1中所示，硅單晶的〈111>軸與III族氮化物單晶的〈〇〇〇1>軸不限于位于ny 面內(nèi)。圖1的<lll>ny為將〈111>軸從ny面的正交方向（X軸方向）投影至ny面而得到 的軸，<0001>ny為將〈0001〉軸從ny面的正交方向（X軸方向）投影至ny面而得到的軸。
[0042] 圖1中，將ny面上在圓弧上延伸的帶狀區(qū)域設(shè)為ny。ny區(qū)域中圖示的黑圓點(diǎn)表 示位于ny面上。
[0043] 圖2 (a)示出了對(duì)硅單晶基板的包含法線n和〈11-2>軸的面（即ny面）進(jìn)行截 面觀察后的圖。在圖2(a)的情況下，硅單晶的〈111>軸在ny面上進(jìn)行截面觀察所得的軸 <lll>ny從法線n順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)0x0°。III族氮化物單晶的〈0001〉軸在ny面上進(jìn)行 截面觀察所得的軸<〇〇〇l>ny從法線n沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)0x1°。在將法線n處理成從下 向上延伸的情況下，軸<lll>ny和軸<0001>ny也處理成從下向上延伸?；蛘?，法線n也可 以處理成相對(duì)于硅基板從上向下延伸。該情況下，軸<lll>ny處理成從上向下延伸。
[0044] 圖2(a)的情況下，軸<lll>ny和軸<0001>ny均從法線n沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。在 0 xO尹0，0 xl尹0,且0 xO與0 xl為相同的方向時(shí)，硅單晶的〈111>軸和III族氮化物 單晶的〈〇〇〇1>軸相對(duì)于法線向相同方向傾斜。圖2(a)的情況下，例示了從法線沿順時(shí)針 旋轉(zhuǎn)方向測(cè)定的QxO和0x1均為正的情況。根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向的采用方式有時(shí)也均為負(fù)。
[0045] 在硅單晶的〈111>軸與III族氮化物單晶的〈0001〉軸向相同方向傾斜的情況 下，如圖2的（c)中所示，從法線n方向觀察時(shí)，硅單晶的〈111>軸與III族氮化物單晶的 〈0001〉軸沒有重合，可以在兩者之間形成角度。如果0 xO關(guān)0, 0 xl關(guān)0,且0 xO與0 xl 為相同的方向，則硅單晶的〈111>軸與III族氮化物單晶的〈0001〉軸向相同方向傾斜。
[0046] 以往的技術(shù)中得到的層疊基板即使0 xO尹0也實(shí)現(xiàn)0 xO的絕對(duì)值>> 0 xl的絕 對(duì)值。以往的技術(shù)中，通過使硅單晶基板的〈111>軸傾斜，并不能控制III族氮化物單晶的 〈0001〉軸的傾斜。上述層疊基板通過本說明書中公開的技術(shù)首次得到。
[0047] 通過本說明書中公開的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的層疊基板，其一個(gè)特征在于，在硅單晶基板上 依次層疊有SiOx膜、SiOx以外的氧化物膜、和III族氮化物單晶膜，并且x〈2。上述中SiOx 以外的氧化物優(yōu)選為具有比硅氧化物更大的生成焓的氧化物。例如，優(yōu)選為氧化鋁，特別優(yōu) 選為a型氧化鋁結(jié)構(gòu)的氧化鋁。另外，氧化鋁膜的膜厚優(yōu)選為0.5?20nm。
[0048] 本說明書中，如圖1中所示，將與法線n正交的、且從法線n的方向觀察時(shí)與 〈11-2>軸重合的軸設(shè)為y軸，將與法線和y軸正交的軸設(shè)為X軸（采用右手系的朝向），將 包含法線和y軸的面設(shè)為ny面，將包含法線和X軸的面設(shè)為nx面。硅單晶基板的表面與 xy面平行地延伸。另外，如圖1、圖2的（a)和（b)所示，將〈111>軸投影至ny面上而得到 的軸設(shè)為<lll>ny軸，將〈111>軸投影至nx面上而得到的軸設(shè)為<lll>nx軸，將〈0001〉軸 投影至ny面上而得到的軸設(shè)為<0001>ny軸，將〈0001〉軸投影至nx面上而得到的軸設(shè)為 <0001>nx軸。圖1中，將nx面上在圓弧上延伸的帶狀區(qū)域設(shè)為nx。處于nx區(qū)域的黑圓點(diǎn) 表示位于nx面上?！?-10>軸不限于位于nx面上，也不限于位于xy面上。
[0049] 圖1中，將在ny面中測(cè)定的、從法線到<lll>ny軸的轉(zhuǎn)角設(shè)為0 xO,將從法線到 〈000Dny軸的轉(zhuǎn)角設(shè)為0 XI。另外，將在nx面中測(cè)定的、從法線到〈IlDnx軸的轉(zhuǎn)角設(shè)為 9y0,從法線到<0001>nx軸的轉(zhuǎn)角設(shè)為0yl。上述中的轉(zhuǎn)角從法線在相同方向上測(cè)定。圖 1的情況下，對(duì)于硅單晶的晶軸，用從與法線n相反方向的軸（_n軸）的轉(zhuǎn)角進(jìn)行圖示，但如 圖2中所示，與從法線n的轉(zhuǎn)角相等。
[0050] 圖2的情況下，例示了 0 xO和0 xl為正、0 yO和0 yl為負(fù)的情況。但是，根據(jù) 采用的旋轉(zhuǎn)方向，有時(shí)轉(zhuǎn)角為正，也有時(shí)為負(fù)。通過本說明書的技術(shù)得到的層疊基板的情況 下，0x0與0x1為相同符號(hào)，0y〇與0yl為相同符號(hào)。通過本說明書中公開的技術(shù)，如圖 2的（a)和（b)所示，得到具備0 xO的絕對(duì)值> 0 yO的絕對(duì)值、并且0 xl的絕對(duì)值> 0 yl 的絕對(duì)值的關(guān)系的層疊基板。
[0051] 為了得到上述基板，在設(shè)定硅單晶基板表面的偏角時(shí)，設(shè)定成向〈11-2>軸方向的 偏角大于向〈1-1〇>軸方向的偏角的關(guān)系。換言之，設(shè)定為硅單晶的〈111>軸主要向〈11-2> 軸方向傾斜、〈1-1〇>軸大致限定在基板表面內(nèi)的關(guān)系。該情況下，在基板表面上生長(zhǎng)的III 族氮化物單晶的階梯面成為（1-100)面或（1-101)面。在III族氮化物單晶進(jìn)行c面生長(zhǎng) 時(shí)，（1-100)面和（1-101)面成為穩(wěn)定面。因此，當(dāng)使硅單晶的〈111>軸主要向〈11-2>軸 方向傾斜時(shí)，則進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的III族氮化物單晶的階梯面直線延伸，穩(wěn)定地得到如 后述圖3中所示的階梯?臺(tái)階形狀。
[0052] 需要說明的是，本說明書中公開的技術(shù)不排除使硅單晶基板的〈111>軸向〈1-10> 軸方向傾斜。即使向〈1-1〇>軸方向傾斜，III族氮化物單晶也進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。
[0053] 實(shí)際上，難以使〈111>軸僅向〈11-2>軸方向傾斜而不向〈1-10>軸方向傾斜。也 會(huì)向〈1-10>軸方向傾斜。即使向〈1-10>軸方向傾斜，如果其傾斜角小，則進(jìn)行階梯流動(dòng)生 長(zhǎng)的III族氮化物單晶的階梯面成為穩(wěn)定面，并直線地延伸。如果是9x0的絕對(duì)值〉QyO 的絕對(duì)值的關(guān)系，則進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的III族氮化物單晶的階梯面成為穩(wěn)定面。
[0054] 通過本說明書中公開的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)圖2的（a)中所示的0x0和0x1滿足 0 xl/ 0 x0 = 0. 6?I. 0的關(guān)系的層疊基板。如上所述，0 x0和0 xl為相同符號(hào)。
[0055] 0x0優(yōu)選絕對(duì)值為0.1°以上。如果絕對(duì)值為0.1°以上，則進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的 III族氮化物單晶的臺(tái)階寬度不會(huì)過剩，不會(huì)在臺(tái)階上開始二維成核生長(zhǎng)。另外，0x0優(yōu)選 絕對(duì)值為1.0°以下。如果絕對(duì)值為1.0°以下，則階梯的高度不會(huì)過剩。以數(shù)個(gè)原子層的 厚度持續(xù)階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。
[0056] 通過本說明書中公開的技術(shù)，可以得到III族氮化物單晶膜的表面為階梯和臺(tái)階 形狀的層置基板。
[0057] 將III族氮化物單晶的臺(tái)階寬度的平均值設(shè)為W、將III族氮化物單晶的〈0001〉 軸的晶格常數(shù)設(shè)為C時(shí)，WXtan 0 xl的絕對(duì)值優(yōu)選為0. 5XC?2. 0XC。以數(shù)個(gè)原子層的 厚度持續(xù)階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。
[0058] 已知階梯流動(dòng)生長(zhǎng)所得的III族氮化物單晶在晶體結(jié)構(gòu)中無序少。通過本說明書 中公開的技術(shù)，可以得到膜厚為I. 5 y m以下、位錯(cuò)密度（螺旋位錯(cuò)與混合位錯(cuò)的合計(jì)位錯(cuò) 的密度）為5X108cnT2以下的III族氮化物單晶膜。通過本說明書中公開的技術(shù)，可以得 到薄且缺陷少的III族氮化物單晶膜。
[0059] 如上所述，以往的技術(shù)中，可以在硅單晶基板的表面上使III族氮化物單晶進(jìn)行 晶體生長(zhǎng)。該情況下，在娃單晶基板的表面上使AlN等的混晶生長(zhǎng)。實(shí)際上，由于在娃單晶 基板的表面上形成自然氧化物膜，因此，變成在該自然氧化物膜的表面上使AlN等的混晶 生長(zhǎng)。自然氧化物膜的表面沒有被管控，是不平坦的。以往的技術(shù)中，在其上使AlN等的混 晶生長(zhǎng)，因此，在進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的混晶中引入了諸多缺陷。其結(jié)果，缺陷也傳播到在混晶的 表面上生長(zhǎng)的III族氮化物單晶膜中。但是，在混晶生長(zhǎng)裝置中，難以除去自然氧化物膜。 通過以往的技術(shù)，雖然能夠在硅單晶基板的表面上使III族氮化物單晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，但 這樣得到的III族氮化物單晶的缺陷多，無法使?jié)崈舻腎II族氮化物單晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。
[0060] 為了在硅單晶的基板上使晶體缺陷少的III族氮化物單晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，也可以 利用本說明書中公開的技術(shù)。在硅單晶基板的表面形成的自然氧化物膜的表面上形成氧化 物的膜（其中，使用具有比硅氧化物大的生成焓的氧化物），進(jìn)行熱處理從而還原，在其上 使III族氮化物單晶膜進(jìn)行晶體生長(zhǎng)時(shí)，晶體缺陷少的III族氮化物單晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。
[0061] 在為了得到晶體缺陷少的III族氮化物單晶而利用本說明書中公開的技術(shù)的情 況下，有時(shí)也不必在硅單晶基板中設(shè)置偏角、III族氮化物單晶不進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。在 III族氮化物單晶的表面的平坦度不成為問題、而III族氮化物單晶的內(nèi)部存在的缺陷密 度很重要的情況下，III族氮化物單晶即使沒有進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)也具有實(shí)用性。
[0062] 通過本說明書中公開的技術(shù)，制作出如下層疊基板，其具備如下特征，在硅單晶基 板上依次層疊有SiOx膜、SiOx以外的氧化物的膜、和III族氮化物單晶膜，SiOx以外的氧 化物具有比硅氧化物更大的生成焓，并且x〈2。該層疊基板具備位錯(cuò)密度低的III族氮化物 單晶膜。
[0063] 發(fā)明效果
[0064] 根據(jù)本說明書中公開的技術(shù)，可以得到在比藍(lán)寶石基板和III族氮化物單晶基板 更廉價(jià)的硅單晶基板上III族氮化物單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的現(xiàn)象?？梢粤畠r(jià)地制造表面 平坦且晶體缺陷少的III族氮化物單晶膜?；蛘撸軌蛟诠鑶尉Щ迳鲜咕w缺陷少的III 族氮化物單晶膜生長(zhǎng)。可以廉價(jià)地制造晶體缺陷少的III族氮化物單晶膜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0065] 圖1立體地示出在硅單晶的與〈111>軸非正交的面（xy面）上進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng) 所得III族氮化物單晶的〈0001〉軸的方向。
[0066] 圖2的（a)表示在包含法線n和y軸的面上截面觀察的〈111>軸與〈0001〉軸的 關(guān)系，（b)表示在包含法線n和X軸的面上截面觀察的〈111>軸與〈0001〉軸的關(guān)系，（c)表 示從法線方向觀測(cè)的〈111>軸與〈〇〇〇1>軸的關(guān)系。
[0067] 圖3示意性地示出具備具有偏角的硅單晶基板、氧化價(jià)數(shù)小于2的硅氧化物膜、生 成焓比硅氧化物更大的氧化物晶體、和進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)所得III族氮化物單晶的層疊基 板的層疊結(jié)構(gòu)。
[0068] 圖4表示熱處理前的硅氧化物膜、和熱處理后的硅氧化物膜的XPS光譜。
[0069] 圖5表示硅單晶的偏角與III族氮化物單晶的偏角的關(guān)系。
[0070] 圖6為進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)所得III族氮化物單晶的表面的AFM圖像。
[0071]圖7表示進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)所得III族氮化物單晶的膜厚與位錯(cuò)密度的關(guān)系。
[0072] 圖8是在具有偏角的III族氮化物單晶基板上使III族氮化物單晶生長(zhǎng)所得層疊 基板的層疊結(jié)構(gòu)。
[0073] 圖9是在具有偏角的硅單晶基板上使III族氮化物單晶生長(zhǎng)所得層疊基板的層疊 結(jié)構(gòu)。
[0074] 圖10示意性地示出在硅單晶基板上使晶體缺陷少的III族氮化物單晶膜生長(zhǎng)的 裝直。

【具體實(shí)施方式】
[0075] 列舉下述所示的實(shí)施例的主要特征。
[0076] (特征I) 0 x0>> 0 y0。即，硅單晶基板的〈111>軸主要向〈11-2>方向傾斜，幾乎 不向〈1-10>方向傾斜。
[0077] (特征2)清洗硅單晶基板的表面，暴露于1%的氫氟酸中，用純水沖洗后使其干 燥，由此準(zhǔn)備在表面上層疊有薄的自然氧化物膜的硅單晶基板。
[0078] (特征3)通過ALD (原子層沉積法）生成氧化鋁膜。
[0079](特征4)或者通過濺射生成氧化鋁膜。
[0080](特征5)在氧化鋁膜發(fā)生結(jié)晶化的溫度下進(jìn)行熱處理。
[0081](特征6)在氧化鋁膜結(jié)晶化成a型的溫度下進(jìn)行熱處理。
[0082] (特征7)在1000?1200°C下進(jìn)行熱處理。
[0083] (特征8)在稀有氣體中進(jìn)行熱處理。
[0084] (特征9)通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法（MOCVD)，使III族氮化物單晶外延生長(zhǎng)。
[0085] (特征10)首先使AlN進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，接著使GaN進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。形成具有異質(zhì)結(jié) 的III族氮化物單晶膜。
[0086] 實(shí)施例
[0087](硅單晶基板的準(zhǔn)備）
[0088] 首先，準(zhǔn)備具有偏角的硅單晶基板。此時(shí)，實(shí)現(xiàn)硅單晶的〈11-2>相對(duì)于基板表面 傾斜、〈1-10>幾乎不相對(duì)于基板表面傾斜的關(guān)系。即，使?jié)M足〈111>軸從立于基板表面的 法線主要向〈11-2>方向傾斜的關(guān)系的面露出。即，使圖1中所示的0y〇幾乎為0, 0x0具 有數(shù)值。9y〇可以不嚴(yán)格地為零，也可以具有小的值。
[0089] 通常，滿足tan 0 0 = (tan2 0 xO+tan2 0 y0)1/2的關(guān)系。在此，0 0為法線n與硅 單晶的〈111>軸所成的角。在9y〇小的情況下，90與9x0近似地相等。在0x〇(與 QO近似地相等）的絕對(duì)值達(dá)到0.1°?1.0°的范圍內(nèi)使其傾斜。同樣地tan01 = (tan2 0 xl+tan2 0 yl)1/2。在此，0 1是法線n與III族氮化物單晶的〈0001〉軸所成的角。
[0090] 0 x0的絕對(duì)值為0. 1°以下時(shí)，圖3中所示的臺(tái)階14的寬度W的平均值變得過寬 (達(dá)到I U m以上），在臺(tái)階14上開始二維成核生長(zhǎng)，有可能產(chǎn)生圖9中所示的不規(guī)則性。 0 xO的絕對(duì)值為1. 0°以上時(shí)，圖3中所示的臺(tái)階14的傾斜角變得過大，階梯12的高度D 變得過大。已知在階梯流動(dòng)生長(zhǎng)中，一次生長(zhǎng)的階梯具有1或2個(gè)原子層的厚度時(shí)，晶體缺 陷少、表面平坦（在1或2個(gè)原子層的厚度的范圍內(nèi)變化的階梯/臺(tái)階形狀宏觀上非常平 坦）的晶體膜進(jìn)行生長(zhǎng)。9x0的絕對(duì)值為1.0°以上時(shí)，一次生長(zhǎng)的階梯的厚度增厚，有可 能產(chǎn)生階梯聚束現(xiàn)象。
[0091] (硅氧化物膜的生成）
[0092] 準(zhǔn)備具有偏角的硅單晶基板。在所準(zhǔn)備的硅單晶基板的表面上形成有自然氧化物 膜。有時(shí)該自然氧化物膜變得過厚，因此進(jìn)行下述處理。
[0093] (1)對(duì)硅單晶基板進(jìn)行硫酸雙氧水清洗、氨雙氧水清洗、和/或鹽酸雙氧水清洗。
[0094] (2)將硅單晶基板暴露于1%的氫氟酸中，除去自然氧化物膜的一部分而變薄。
[0095] (3)用純水沖洗進(jìn)行干燥。
[0096] 進(jìn)行上述處理后的硅單晶基板的表面用薄的硅氧化物膜覆蓋。
[0097](氧化鋁膜的生成）
[0098] 形成0? 5?20nm厚度的氧化鋁膜。為此，優(yōu)選通過ALD (原子層沉積法）生成氧 化鋁膜。也可以通過濺射法生成氧化鋁膜。氧化鋁膜的厚度為〇.5nm以下時(shí)，不能整齊地 覆蓋硅氧化物膜的表面。氧化鋁膜的厚度為20nm以上時(shí)，即使進(jìn)行后述熱處理，硅單晶的 〈111>軸的取向不會(huì)傳達(dá)到氧化鋁膜的表面上。該工序中，優(yōu)選形成具有1?3nm厚度的氧 化鋁膜。
[0099] (熱處理）
[0100] 將層疊有硅氧化物膜和氧化鋁膜的硅單晶基板加熱至1000?1200°c進(jìn)行熱處 理。在1000°C以下熱處理不充分，在1200°C以上氧化鋁的Al與硅氧化物膜的Si發(fā)生反應(yīng) 從而損害結(jié)晶性。通過進(jìn)行熱處理，氧化鋁被結(jié)晶化成a型。氧化鋁具備比硅氧化物更大 的生成焓，在氧化鋁膜發(fā)生結(jié)晶化時(shí)，相鄰的硅氧化物被還原，SiO 2變化成SiOx(x〈2)。圖 4表示熱處理前的硅氧化物膜的Si (Is軌道）的XPS光譜（曲線Cl)、和熱處理后的硅氧化 物膜的XPS光譜（曲線C2)。與熱處理前XPS光譜（Cl)相比，熱處理后XPS光譜（C2)在 峰A、B中高度減小，與硅單晶的XPS光譜非常相似。通過進(jìn)行熱處理，硅氧化物膜被還原， 確認(rèn)變質(zhì)為Si0x(x〈2)。
[0101] 硅氧化物膜被還原、氧化鋁膜被結(jié)晶化成a型時(shí)，硅單晶的〈111>傾斜的影響傳 播至氧化鋁膜的表面，a型的氧化鋁晶體的c軸也傾斜。如圖1中所示，硅單晶的〈111>主 要向〈11-2>方向傾斜。因此，氧化鋁晶體的c軸也主要向〈11-2>方向傾斜。
[0102] 熱處理優(yōu)選在氬氣等稀有氣體中進(jìn)行。在稀有氣體中進(jìn)行熱處理時(shí)，能夠防止硅 單晶的氮化。
[0103] (氧化鋁膜的生成和熱處理的代替）
[0104] 如上所述，生成氧化鋁膜并進(jìn)行熱處理的目的在于，在還原硅氧化物膜的同時(shí)將 氧化物膜結(jié)晶化，使氧化物晶體的取向在硅單晶的晶體取向上進(jìn)行取向。得到該現(xiàn)象的材 質(zhì)不限于氧化鋁膜。在硅氧化物膜上形成生成焓比硅氧化物更大的氧化物的膜、并進(jìn)行熱 處理時(shí)，就得到想要的現(xiàn)象。氧化鋁膜為優(yōu)選的實(shí)施例，但不限于氧化鋁膜。
[0105] (III族氮化物單晶的生長(zhǎng)）
[0106] 在c軸相對(duì)于表面傾斜的氧化錯(cuò)晶體的表面上，通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法 (MOCVD)使III族氮化物單晶進(jìn)行生長(zhǎng)。在實(shí)施例中，使AlN進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，接著使GaN進(jìn) 行晶體生長(zhǎng)。
[0107] 首先，在氫氣或氮?dú)鈿夥罩?，將基板加熱?000?1KKTC，使AlN開始生長(zhǎng)。在 AlN的晶體生長(zhǎng)開始時(shí)，優(yōu)選在比氧化鋁的熱處理溫度低約KKTC的溫度下開始晶體生長(zhǎng)。 在比氧化鋁的熱處理溫度低約KKTC的溫度下開始晶體生長(zhǎng)時(shí)，能夠防止基板的氮化。然 后，將氨用于氮源，將三甲基鋁用于鋁源，使AlN進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。由此生長(zhǎng)的AlN晶體相對(duì) 于氧化鋁晶體進(jìn)行取向。結(jié)果，AlN晶體相對(duì)于硅單晶的具有3次對(duì)稱性的〈111>進(jìn)行取 向。由于娃單晶的〈111>相對(duì)于基板表面傾斜（未正交），AlN晶體的c軸也相對(duì)于基板表 面傾斜進(jìn)行生長(zhǎng)。其結(jié)果，AlN晶體8如圖3中所示進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。圖3示意性地示 出了具有偏角的硅單晶基板2、被還原的硅氧化物膜4、熱處理發(fā)生結(jié)晶化的氧化鋁膜6、和 在其上進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的AlN膜8的層疊構(gòu)圖。
[0108] 需要說明的是，也可以在400?800°C的溫度范圍內(nèi)實(shí)施MOCVD法來生長(zhǎng)AlN膜 8?；蛘?，也可以在通過ALD法形成非晶質(zhì)的AlN膜后進(jìn)行熱處理來結(jié)晶化。
[0109] 可以在AlN膜8的表面上使其他III族氮化物單晶外延生長(zhǎng)。在圖3的實(shí)施例中， 使GaN膜10外延生長(zhǎng)。形成在AlN膜8與GaN膜10之間形成有異質(zhì)結(jié)界面的層疊基板。 GaN膜10的c軸IOa相對(duì)于GaN膜10的表面傾斜。其結(jié)果，GaN晶體10如圖3中所示進(jìn) 行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)。
[0110]圖3中，夸大地示出了階梯12的高度與臺(tái)階14的傾斜角。實(shí)際的階梯12的高度 為1至數(shù)個(gè)原子層的量，臺(tái)階14的傾斜角非常小。即，GaN膜10的表面的平坦度非常高。 在該平坦的GaN膜10的表面上可以使例如Al xGayInnyN的薄膜進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。在GaN膜 與AlxGayInnyN的薄膜之間，得到非常平坦的異質(zhì)結(jié)界面?？梢詫⒒炀У慕M成設(shè)計(jì)成使得 AlxGayIni_x_yN的導(dǎo)帶具有比GaN的導(dǎo)帶更高的能量。由此，可以在GaN膜與Al xGayInnyN的 異質(zhì)結(jié)界面中產(chǎn)生電子云。該異質(zhì)結(jié)界面非常平坦，電子的遷移率高。可以實(shí)現(xiàn)沿非常平 坦的異質(zhì)結(jié)界面遷移率高的電子高濃度地存在的半導(dǎo)體裝置（因此性能高）。
[0111] 圖1示出了 GaN單晶的〈0001〉軸。圖2(a)示出了對(duì)包含法線n和硅單晶的 〈11-2>軸的面（ny面）進(jìn)行截面觀察的圖。將〈111>軸從X軸方向投影至ny面上而得到 的〈111>]17、和將〈0001>軸從1軸方向投影至117面上而得到的〈0001>117從法線11沿順時(shí) 針方向旋轉(zhuǎn)，圖示的 9 x0尹0、0 xl尹0。娃的〈111>和GaN的〈0001〉向相同一側(cè)（相同 方向）傾斜。
[0112] 圖5示出了圖2(a)中所示的0x0與0x1的關(guān)系。如上文所述，圖2(b)的0y〇 和0yl均幾乎為零，因此0x0與00近似，0x1與0 1近似。圖5可以說示出了 00與 9 1的關(guān)系。如圖5中所不，根據(jù)本實(shí)施例，0 0與0 1良好相關(guān)。0 1/0 0幾乎為0. 6? 0.7的關(guān)系成立。表示00與0 1的關(guān)系的直線的斜率根據(jù)GaN膜的成膜條件而變化。通 過調(diào)節(jié)成膜條件，可以將9 1/ 9 〇的值在〇. 6?I. 0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
[0113] 另外，如圖2(c)所示，對(duì)硅單晶基板2或GaN膜10的表面進(jìn)行平視時(shí)，硅單晶的 〈111>軸與III族氮化物單晶的〈0001〉軸所構(gòu)成的角0幾乎為零。可以得到硅單晶的 〈111>軸的取向與III族氮化物單晶的〈〇〇〇1>軸的取向非常一致的層疊基板。
[0114] 圖6是GaN單晶的表面的AFM圖像。實(shí)際觀測(cè)到圖3中示意性地示出的臺(tái)階?階 梯形狀。在0x0與0 0近似地相等，并且其絕對(duì)值在0.1?1.0°的角度范圍內(nèi)時(shí)，當(dāng)將 臺(tái)階的寬度（在與階梯正交的方向上測(cè)定的臺(tái)階的寬度）的平均值設(shè)為W，將GaN單晶的 〈0001〉軸的晶格常數(shù)設(shè)為C時(shí)，可以得到WXtan 0 xl的絕對(duì)值=0. 5XC?2. OXC的關(guān) 系。該情況下，各階梯以2個(gè)原子層以下的厚度進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)?？梢缘玫奖砻嫫教骨?晶體缺陷少的GaN單晶。在形成GaN單晶I吳10時(shí)，有時(shí)使慘雜有雜質(zhì)的GaN單晶進(jìn)行晶體 生長(zhǎng)。在以2個(gè)原子層以下的厚度進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)的情況下，可以控制將雜質(zhì)導(dǎo)入III 族位點(diǎn)（寸4卜）處或?qū)隫族位點(diǎn)處?？梢灾谱鞑粌H雜質(zhì)的濃度而且雜質(zhì)的行為也穩(wěn)定 的基板。
[0115] 圖7示出了 GaN單晶膜10的厚度與XRC(X射線搖擺曲線）半峰寬的關(guān)系。使用 使AlN在1060°C下生長(zhǎng)、在其上使GaN進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的試樣，測(cè)定002衍射的X射線搖擺曲 線。GaN膜厚0. 5 ii m的試樣的半峰寬為952秒膜厚0. 8 ii m的試樣的半峰寬為670秒' 膜厚I. 5 y m的試樣的半峰寬為449?514秒'
[0116] 可以得到膜厚為I. 5 ii m以下、半峰寬為450?500角秒（arcsec) (2. 2? 2. 4X l(T3rad)的單晶氮化鎵。XRC半峰寬可以換算成螺旋位錯(cuò)密度與混合位錯(cuò)密度的合計(jì) 值P s。非專利文獻(xiàn)8中報(bào)道了下述的式1的關(guān)系成立。
[0117] Ps=T 2/4. 35b2
[0118] r =半峰寬（rad)
[0119] b =伯格斯矢量的長(zhǎng)度
[0120] 使用式1，將利用膜厚為1.5i!m的試樣得到的半峰寬換算成位錯(cuò)密度時(shí)，得到 5X10 8cnT2以下。換算的位錯(cuò)密度由AFM圖像也確認(rèn)是妥當(dāng)?shù)?。在硅基板上直接使氮?鋁生長(zhǎng)、并在其上使GaN生長(zhǎng)的情況下，如果以與上述同樣的方式測(cè)定，則位錯(cuò)密度達(dá)到 5X IO8cnT2以上。通過本說明書中公開的技術(shù)，可以得到膜厚為I. 5pm以下、位錯(cuò)密度為 5 X IO8cnT2以下的單晶氮化鎵。
[0121] 根據(jù)實(shí)施例，得到在硅基板2上層疊有位錯(cuò)密度小且品質(zhì)優(yōu)良的III族氮化物單 晶膜8、10的基板。通過在該基板上實(shí)施元件分離、柵凹槽蝕刻、源電極和漏電極的形成、電 極燒結(jié)體的形成、柵絕緣膜的形成、柵電極的形成、層間絕緣膜的形成等工序，可以制造利 用III族氮化物單晶的各種半導(dǎo)體器件。
[0122] 如果是為了得到位錯(cuò)密度小且品質(zhì)優(yōu)良的III族氮化物單晶膜10,則不一定在硅 單晶基板中設(shè)定偏角。本技術(shù)可用于在不具有偏角的硅單晶基板的表面上得到位錯(cuò)密度小 且品質(zhì)優(yōu)良的III族氮化物單晶膜10。
[0123] 在本實(shí)施例中，如圖3中所示，在AlN膜8的上部層疊GaN膜10。作為其替代， 通過在AlN膜8的上部依次層疊由AlGaN構(gòu)成的應(yīng)變緩和層、由GaN構(gòu)成的溝道層、由 AlxInyGal-x-yN構(gòu)成的勢(shì)魚層、由GaN構(gòu)成的蓋帽層，可以制作成異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的 層結(jié)構(gòu)。作為溝道層起作用的GaN膜，其晶體缺陷少并且平坦，能夠得到特性優(yōu)良的晶體 管?；蛘撸梢栽贏lN膜8的上部層疊AlGaN膜、n型包覆膜、多量子阱有源層、p型電子勢(shì) 壘層、P型接觸層。n型包覆膜、多量子阱有源層、p型電子勢(shì)壘層、p型接觸層等可以通過 III族氮化物單晶而得到。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以制造AlGaN膜作為應(yīng)變緩和層發(fā)揮功能的發(fā)光 二極管。該發(fā)光二極管由于是含有In的單晶進(jìn)行階梯流動(dòng)生長(zhǎng)，因此抑制了 In的偏析，發(fā) 光效率提高。
[0124] 圖10示意性地示出在硅單晶基板上使位錯(cuò)密度小且品質(zhì)優(yōu)良的III族氮化物單 晶膜生長(zhǎng)的裝置。
[0125] 圖10的⑴?（3)中，參考編號(hào)42表示在表面以硅氧化物膜覆蓋的硅單晶基板上 形成具有比硅氧化物更大的生成焓的氧化物的膜的腔室。圖10(1)的參考編號(hào)52表示對(duì) 形成有氧化物的膜的硅單晶基板進(jìn)行熱處理、進(jìn)一步形成III族氮化物單晶膜的腔室。圖 10(2)和（3)的參考編號(hào)58表不對(duì)娃單晶基板進(jìn)行熱處理的腔室，參考編號(hào)66表不形成 III族氮化物單晶膜的腔室。對(duì)硅單晶基板進(jìn)行熱處理的腔室和形成III族氮化物單晶膜 的腔室可以相同，也可以分別準(zhǔn)備。在腔室42、52、58、66中分別安裝有真空泵P，可以調(diào)節(jié) 腔室內(nèi)的氣體種類、壓力和氣體流量等。
[0126] 在腔室與腔室之間，通過轉(zhuǎn)移用通路48、62、72等連接。轉(zhuǎn)移用通路48、62、72等 均從外部空氣中隔絕，可將處理中的試樣不暴露于外部空氣而進(jìn)行處理。參考編號(hào)46、50、 56、60、64、70等是將腔室與轉(zhuǎn)移用通路間進(jìn)行開閉的閘門。參考編號(hào)42 &是將形成有自然 氧化物膜的硅單晶基板放入腔室42內(nèi)的開口，參考編號(hào)44是將開口 42a進(jìn)行開閉的閘門。 參考編號(hào)52a是將在硅單晶基板上形成有III族氮化物單晶膜的層疊基板從腔室52中取 出的開口，參考編號(hào)54是將開口 52a進(jìn)行開閉的閘門。參考編號(hào)66a是將在娃單晶基板上 形成有III族氮化物單晶膜的層疊基板從腔室66中取出的開口，參考編號(hào)68是將開口 66a 進(jìn)行開閉的閘門。
[0127] 根據(jù)圖10(1)?（3)的制造裝置，可以在試樣未暴露于外部空氣中的狀態(tài)下，制造 在娃單晶基板上形成有III族氣化物單晶I旲的層置基板。
[0128] 以上，對(duì)本發(fā)明的具體例詳細(xì)地作了說明，但這些只不過是作為例示，并不是要限 定權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求書中記載的技術(shù)也包括對(duì)以上例示的具體例進(jìn)行的各種變 形、變更。
[0129] 另外，本說明書或附圖中說明的技術(shù)要素可以單獨(dú)或者通過各種組合來發(fā)揮技術(shù) 實(shí)用性，并不限于申請(qǐng)時(shí)權(quán)利要求記載的組合。另外，本說明書或附圖中例示的技術(shù)為同時(shí) 實(shí)現(xiàn)多個(gè)目的的技術(shù)，且通過實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)目的本身而具有技術(shù)實(shí)用性。
[0130] 標(biāo)號(hào)說明
[0131] 2 :硅單晶基板
[0132] 2a:〈lll> 軸
[0133] 4:硅氧化物膜
[0134] 6:氧化鋁膜
[0135] 6a:c 軸
[0136] 8:A1N 膜
[0137] 8a:c 軸
[0138] 10:GaN 膜
[0139] IOa :c 軸
[0140] 12 :階梯
[0141] 14:臺(tái)階
【權(quán)利要求】
1. 一種層疊基板，包含硅單晶基板和纖維鋅礦型的III族氮化物單晶膜，其特征在于， 對(duì)包含立于硅單晶基板的表面上的法線和硅單晶的〈11-2>軸的面進(jìn)行截面觀察時(shí)， 相對(duì)于所述法線，硅單晶的〈111>軸與III族氮化物單晶的〈0001〉軸向相同方向傾斜。
2. 如權(quán)利要求1所述的層疊基板，其特征在于， 將與法線正交的、且從法線方向觀察時(shí)與〈11-2>軸重合的軸設(shè)為y軸， 將與法線和y軸一起構(gòu)成正交3軸的軸設(shè)為X軸， 將包含法線和y軸的面設(shè)為ny面， 將包含法線和X軸的面設(shè)為nx面， 將〈111>軸投影至ny面上而得到的軸設(shè)為〈11 Dny軸， 將〈111>軸投影至nx面上而得到的軸設(shè)為〈11 Dnx軸， 將〈0001〉軸投影至ny面上而得到的軸設(shè)為<0001>ny軸， 將〈0001〉軸投影至nx面上而得到的軸設(shè)為<0001>nx軸， 將在ny面中測(cè)定的從法線到<lll>ny軸的轉(zhuǎn)角設(shè)為0 x0， 將在nx面中測(cè)定的從法線到<lll>nx軸的轉(zhuǎn)角設(shè)為0 y0， 將在ny面中測(cè)定的從法線到<0001>ny軸的轉(zhuǎn)角設(shè)為0 xl， 將在nx面中測(cè)定的從法線到<0001>nx軸的轉(zhuǎn)角設(shè)為0 yl時(shí)， 0 x0的絕對(duì)值> 0 y0的絕對(duì)值，并且0 xl的絕對(duì)值> 0 yl的絕對(duì)值。
3. 如權(quán)利要求2所述的層疊基板，其特征在于，滿足0 xl/ 0 X〇 = 0. 6?1. 0的關(guān)系。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的層疊基板，其特征在于，0 x0的絕對(duì)值為0. 1°以上。
5. 如權(quán)利要求2?4中任一項(xiàng)所述的層疊基板，其特征在于，0 x0的絕對(duì)值為1. 0° 以下。
6. 如權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的層疊基板，其特征在于，III族氮化物單晶膜的表 面為階梯和臺(tái)階形狀。
7. 如權(quán)利要求6所述的層疊基板，其特征在于，在將臺(tái)階的寬度的平均值設(shè)為W、將III 族氮化物單晶的〈〇〇〇1>軸的晶格常數(shù)設(shè)為C時(shí)，WX tan 0 xl的絕對(duì)值=0. 5 X C?2. 0 X C。
8. 如權(quán)利要求1?7中任一項(xiàng)所述的層疊基板，其特征在于，III族氮化物單晶膜的膜 厚為I. 5 y m以下。
9. 如權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)所述的層疊基板，其特征在于，III族氮化物單晶膜的位 錯(cuò)密度為5 X IO8CnT2以下。
10. 如權(quán)利要求1?9中任一項(xiàng)所述的層疊基板，其特征在于，在硅單晶基板上依次層 疊有SiOx膜、SiOx以外的氧化物的膜、和III族氮化物單晶膜，并且x〈2。
11. 如權(quán)利要求10所述的層疊基板，其特征在于，SiOx以外的氧化物的膜由具有比硅 氧化物更大的生成焓的氧化物形成。
12. 如權(quán)利要求11所述的層疊基板，其特征在于，SiOx以外的氧化物的膜為氧化鋁膜。
13. 如權(quán)利要求12所述的層疊基板，其特征在于，氧化鋁膜由a型氧化鋁結(jié)構(gòu)形成。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的層疊基板，其特征在于，氧化鋁膜的膜厚為0. 5?20nm。
15. 一種層置基板的制造方法，具備如下工序： 將娃單晶基板的相對(duì)于〈111>軸非正交的面露出， 在該露出表面上形成硅氧化物膜， 在該硅氧化物膜的表面上形成具有比硅氧化物更大的生成焓的氧化物的膜， 進(jìn)行熱處理， 在氧化物的膜的表面上使纖維鋅礦型的III族氮化物單晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。
16. -種層疊基板，其特征在于， 在硅單晶基板上依次層疊有SiOx膜、SiOx以外的氧化物的膜、和III族氮化物單晶膜， SiOx以外的氧化物具有比硅氧化物更大的生成焓， 并且x〈2。
17. 如權(quán)利要求16所述的層疊基板，其特征在于，SiOx以外的氧化物的膜為氧化鋁膜。
18. 如權(quán)利要求17所述的層疊基板，其特征在于，氧化鋁膜由a型氧化鋁結(jié)構(gòu)形成。
19. 如權(quán)利要求16?18中任一項(xiàng)所述的層疊基板，其特征在于，III族氮化物單晶膜 的膜厚為I. 5 ii m以下。
20. 如權(quán)利要求16?19中任一項(xiàng)所述的層疊基板，其特征在于，III族氮化物單晶膜 的位錯(cuò)密度為5X IO8CnT2以下。
21. -種層疊基板的制造裝置，其具備： 在硅單晶基板的表面形成的硅氧化物膜上形成具有比硅氧化物更大的生成焓的氧化 物的膜的腔室， 對(duì)形成有所述氧化物的膜的硅單晶基板進(jìn)行熱處理的腔室， 在所述熱處理后的硅單晶基板上形成III族氮化物單晶膜的腔室，和 將所述腔室之間連接并且從外部空氣中隔絕的轉(zhuǎn)移用通路。
22. 如權(quán)利要求21所述的制造裝置，其特征在于，所述熱處理用腔室與所述形成III族 氮化物單晶膜的腔室相同。
【文檔編號(hào)】H01L33/32GK104220651SQ201280072011
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】成田哲生, 伊藤健治, 冨田一義, 大竹伸幸, 星真一, 松井正樹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田中央研究所, 株式會(huì)社電裝