シリコン上に単結晶ＧａＮを成長させる方法
シリコン基板上に少なくとも２ミクロンの厚さの単結晶ＧａＮ薄膜を成長させる方法を開示する。該方法は、プレレイヤー、シリコン基板上のＡｌＮを含むバッファ層、及び、該ＡｌＮバッファ層の頂部に交互に堆積された複数のＧａＮ層及びＡｌＮ層を成長させることを含む。複数のＧａＮ層及びＡｌＮ層の堆積条件及びタイミングを制御することにより、単結晶ＧａＮ薄膜は、クラック又はピット無しで２ミクロンより厚く成長させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、半導体基板上に単結晶ＧａＮ（窒化ガリウム）を成長させるための方法に関し、特に、シリコンウェハ上に単結晶ＧａＮを成長させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ及びその合金は、広いバンドギャップ、青色及び紫外線放射デバイスのような光電子用途に適した高温半導体材料、並びに、圧電共振子、ＲＦトランジスタ及びレーザのような高パワー／高周波数デバイスとして望まれている。目下、単結晶ＧａＮ薄膜は、サファイア（α−Ａｌ2Ｏ3）基板に（０ ０ ０ １）方位で成長させることができる。しかしながら、ＧａＮ薄膜とサファイアとの間の大きな格子及び熱的ミスマッチは、ＧａＮ薄膜の成長において高い欠陥密度を導き、ＧａＮ薄膜の光電子特性を低下させる。更に、サファイアは、伝導性ではなく、他の半導体デバイスと統合するのが困難である。従って、ＧａＮ薄膜を形成させた後、更なる処理のために、ＧａＮ薄膜はサファイア基板から除去される。
【０００３】
最近の開発では、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板上にＧａＮ層を成長させている。ＳｉＣは、高温安定性、化学反応に対する卓越した耐性、高い熱伝導性、高い電子伝導度、及び、ＧａＮとの比較的小さな格子ミスマッチを備えて、広いバンドギャップで作動する。しかしながら、ＳｉＣは非常に高価で、一般的には小さな直径のウェハしか入手できない。ＳｉＣが導電性で、ＧａＮと比較的「相性がよい」けれども、高品質で、低コストでＳｉＣ基板上に大きな寸法のＧａＮ薄膜を得ることは困難である。更に、最近のＳｉＣ上のＧａＮ製造技術では、クラックなしでアンマスキングＧａＮ薄膜を１ミクロン以上成長させることができない。しかしながら、２ミクロンまでの厚さのＧａＮを達成するのに、特定のパターン（「アイランド」）を備えた選択された基板領域にＧａＮを成長させることは可能である。あいにく、ＳｉＣ上のＧａＮの成長で室温まで冷却されるとき、クラック及びピットが依然として成長したＧａＮに発生する。更に、この技術は、複雑で時間を消費する種々のマスキング及びエッチングステップを必要とする。
【０００４】
上述のサファイア及びＳｉＣ基板と比較して、シリコン（Ｓｉ）基板は、最も高価でなく、ＧａＮ層の成長に対して最も有望である。Ｓｉ基板は低コスト及び良好な電気特性を有するだけでなく、より大きなウェハサイズのものを入手することができる。更に、Ｓｉ上のＧａＮエピタキシーは、マイクロエレクトロニクス及び光電子の集積を容易にする。しかしながら、ＧａＮとＳｉとの間には大きなミスマッチがあるので、Ｓｉ基板上に直接ＧａＮ単結晶を成長させることは困難である。ＧａＮとＳｉとの間の大きな格子ミスマッチと並んで、ＧａＮの熱膨張係数がＳｉのそれよりも大きいという著しい問題があり、それはヘテロエピタキシーの成功を制限する。それ故、Ｓｉ上のＧａＮの結晶の質はまだ、サファイア又はＳｉＣ基板上に成長されたＧａＮ層の質よりも劣っている。
【０００５】
Ｓｉ上にＧａＮを成長させる際の上記問題を解決するために種々の技術が開発された。例えば、ＳｉＣ及びＡｌＮのバッファ層をそれぞれ使用して、真空反応蒸着法又は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってＳｉ（１ １ １）にＧａＮエピタキシャル成長をさせることが指摘されている。また、プラズマ利用分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によってＳｉ（００１）基板上にキュービックＧａＮ層を成長させることや、Ｓｉ（１１１）基板上に形成されたＳｉ3Ｎ4バッファ層上にウルツ鉱ＧａＮを成長させることも指摘されている。しかしながら、これらの指摘されている技術は、Ｓｉ基板の前体表面にわたってクラック又はピットなしで２ミクロンを超える厚さのＧａＮ薄膜を成長させることができない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明の目的は、Ｓｉ（１１１）基板上に単結晶ＧａＮ薄膜を成長させるための方法を提供することである。単結晶ＧａＮは、ＭＯＣＶＤ法によって成長され、シリコン基板上に交互に堆積された一連のＡｌＮ及びＧａＮ層を含む。これらの層の堆積条件及びタイミングは、単結晶ＧａＮ薄膜が、クラック又はピット無しでＳｉ（１１１）基板上に２ミクロンより厚く形成されるように制御される。
【０００７】
本発明のある実施形態では、シリコン基板上に単結晶ＧａＮ（窒化ガリウム）薄膜を成長させるための方法が、水素雰囲気中でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用してシリコン基板の頂部にバッファ層を堆積させ、前記バッファ層の頂部に幾らかのＧａＮ層及び中間層を交互に成長させるステップを含む。
【０００８】
本発明の他の実施形態では、中間層の各々が、少なくとも３つの層；ＡｌＮ層、ＧａＮ層及びＡｌＮ層を底部から頂部にかけて含む。各中間層内のＡｌＮ層並びにＧａＮ層は、それぞれ、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して、並びに、水素雰囲気中でＴＭＧａ及びＮＨ３を使用して形成される。各中間層内のＡｌＮ及びＧａＮ層の各々は、約１００オングストロームの厚さを有する。
【０００９】
本発明の更に別の実施形態では、バッファ層、ＧａＮ層、及び、中間層が、約１００トールの圧力でＭＯＣＶＤによって形成される。バッファ層の厚さは約４００オングストロームであり、各ＧａＮ層の厚さは約５０００オングストロームである。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態では、単結晶ＧａＮ薄膜構造体は、Ｓｉ（１１１）基板、反応ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用することにより金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって形成されたＳｉ（１１１）基板上に堆積されたバッファ層と、前記バッファ層上に交互に堆積された複数のＧａＮ層及び中間層を有し、ＧａＮ層は前記バッファ層の頂部に直接堆積され、中間層の各々は、２つのＧａＮ層の間に挟まれるように配置される。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態では、シリコン基板は、１分までの間、ＢＯＥ（緩衝オキサイド・エッチング）エッチャント（１０：１）にシリコンウェハを最初に浸すことによって準備される。次いで、ウェハは、１０分までの間に脱イオン水（ＤＩ）でリンスされる。次いで、ウェハはＤＩから取り出され、残っている水は窒素ガス流で除去される。その後、シリコンウェハは、ＭＯＣＶＤ反応炉内に配置される。焼成ステップの後、プレレイヤーがシリコンウェハ上に形成される。プレレイヤーは、水素雰囲気中、約４乃至８秒間、約１２１０℃の温度で約１００トールの圧力で堆積される。
【００１２】
本発明の特徴及び利点は、図面を参照して以下の発明の詳細な説明を読んだ上で十分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明によるＳｉ（１１１）基板上に単結晶ＧａＮ薄膜を成長させるための方法を記載する。本発明によれば、ＧａＮ層及びＡｌＮ層の連続的な堆積により、及び、堆積状態及びタイミングを制御することにより、クラック又はピット無しで２ミクロンの厚さまで単結晶ＧａＮ薄膜をＳｉ基板上に成長させることができる。ＡｌＮバッファ層がＳｉ基板上に形成された後、単結晶ＧａＮ薄膜は、Ｓｉ基板上に交互に堆積された複数のＧａＮ及びＡｌＮ層を含む。単結晶ＧａＮのピットはＴＭＡｌ（金属・有機トリメチルアルミニウム）の先進的なフロー及びＡｌＮバッファ層の堆積温度でプレレイヤーを特定の組み合わせで堆積させることにより除去する。クラックは、ＧａＮ層の間をあけるＡｌＮ／ＧａＮ超格子の種々のセットを成長させることにより防止される。ＡｌＮバッファ層、ＧａＮ層、及び本発明によるＡｌＮ／ＧａＮ中間層の堆積は、ＭＯＣＶＤにより、及び、ブランケット堆積法（blanket deposition method）により実行されるのが好ましい。好ましくない従来技術の方法、特定の設計パターンを備えたマスクは、クラック又はピットなしでＧａＮ層を達成するには必要でない。
【００１４】
図１は、本発明の方法によって、Ｓｉ基板上に交互に成長された複数のＧａＮ層とＡｌＮ層を含む単結晶ＧａＮ薄膜を示す断面概略図である。
【００１５】
Ｓｉ基板１１上のＧａＮ層の従来の成長では、Ｓｉ基板１１は、ＢＯＥ（緩衝オキサイド・エッチング：buffered oxide etch）エッチャント（１０：１）にＳｉウェハを浸けることにより準備された。次いで、ウェハは、ＳｉウェハのＢＯＥエッチャントの残りを清浄するために脱イオン（ＤＩ）水でリンスされる。ＤＩ水を除去した後、残りの水は、窒素ガス流で除去される。本発明のある実施形態では、ＢＯＥエッチャントにＳｉウェハを浸す時間は、１分までである。リンス時間は、１０分までである。次いで、シリコンウェハは、ウェハベークプロシージャのためにＭＯＣＶＤシステム成長炉内に配置される。ＭＯＣＶＤ炉で使用される圧力は、約１００トールであるのが好ましく、ベークガスは水素であるのが好ましい。ウェハベークプロセスは、約１１５０℃の温度で、約１０分間実施される。次いで、約１００トールの圧力で水素雰囲気中で、約１１５０℃で約４乃至８秒間でプレレイヤーが形成される。プレレイヤーは、図１の参照番号１０で示したように、金属・有機トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用してウェハ表面に堆積される。
【００１６】
ＧａＮ層を成長させる前に、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）を包含するバッファ層１２を、プレレイヤー１０及びシリコン基板１１の上に最初に堆積させるのが好ましい。バッファ層１２の目的は、後に成長させるＧａＮ層とシリコン基板１１との間の大きな格子ミスマッチを補償することである。ＧａＮに対するＡｌＮのより良好な格子整合は、後のプロセスにおけるＧａＮ層の成長を容易にする。本発明のある好ましい実施形態では、ＡｌＮバッファ層１２は、水素雰囲気中で約１００トールの圧力で反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）及びＴＭＡｌを使用して成長される。バッファ層１２は、約８分間の間、約１１５０℃の温度で形成される。ＡｌＮバッファ層１２の厚さは、約４００オングストローム（Å）である。
【００１７】
ＡｌＮバッファ層１２に続いて、第１のＧａＮ層１３がＡｌＮバッファ層１２の頂部に堆積される。本発明の好ましい実施形態では、第１のＧａＮ層１３、第２のＧａＮ層１５、第３のＧａＮ層１７及び第４のＧａＮ層１９のような複数のＧａＮ層が、ＧａＮ層に隣接してその間に入る第１の中間層１４、第２の中間層１６、及び第３の中間層１８のような中間層と連続して堆積される。好ましい実施形態では、ＧａＮ層の数は４で、中間層の数は３である。
【００１８】
ＧａＮ層１３，１５，１７及び１９は、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）及びＮＨ３を使用して水素雰囲気中で約１００トールの圧力でそれぞれ堆積される。更に、ＧａＮ層は、約１１分の間、約１０５０℃の温度で堆積され、各ＧａＮ層の厚さは約５０００Åである。ＧａＮ単結晶薄膜の望まれる特徴によっては、より少ない又はより多いＧａＮ層を使用することができることに注意すべきである。本発明によれば、中間層の数を、１より小さくない整数であるＮとすると、ＧａＮ層の数はＮ＋１となる。
【００１９】
図２は、中間層１４の模範的な構造を示す概略断面図である。本発明のある好ましい実施形態では、各中間層１４，１６及び１８は、底部から頂部に向かってＡｌＮ１４１／ＧａＮ１４２／ＡｌＮ１４３という３つの層を含む。各中間層１４，１６及び１８は、水素雰囲気中で約１００トールの圧力で堆積される。ＧａＮ層１４２は、約１５秒の間、反応ガスとしてＮＨ３及びＴＭＧａを使用して、約１０５０℃の温度で堆積される。ＡｌＮ層１４１及び１４３は、約２分間の間、反応ガスとしてＮＨ３及びＴＭＡｌを使用して、約７００℃の温度で堆積される。ＧａＮ層１４２とＡｌＮ層１４１及び１４３との厚さは、それぞれ約１００Åである。
【００２０】
図３は、本発明によって堆積されたシリコン基板上のＧａＮ薄膜のＳＥＭ光学顕微鏡写真である。示したように、図１及び２を参照して記載したようなＭＯＣＶＤを使用してＧａＮ層とＡｌＮ／ＧａＮ構造の複数のセットを成長させることにより、少なくとも２ミクロンの厚さを備えた等しい単結晶ＧａＮ薄膜を、直径４インチのシリコン基板上に成長させることができる。単結晶ＧａＮ薄膜は、鏡のような表面を有し、ＧａＮ薄膜中にクラック又はピットのいずれも現れていないことの証拠である。写真の右側に見られるゴミの小斑点は、鏡の表面に焦点合わせさせるのに必要なものであり、ＧａＮ薄膜の欠陥ではない。
【００２１】
図２に示した各中間層１４，１６及び１８における層の数は３であるが、各中間層の層の数は変更できることを理解すべきである。一般的には、中間層の構造は、ＡｌＮ／ＧａＮ／ＡｌＮ／ＧａＮ／ＡｌＮなどの順序の層を含む。
【００２２】
更に、ここで開示したプレレイヤー、ＡｌＮバッファ層、ＧａＮ層及び中間層を形成するのに用いられた特定の温度は、例示のためのみであると考慮すべきである。他の堆積装置と組み合わせることにより他の温度及び圧力は、本発明のものと対応する構造を許容し得る。
【００２３】
更に、本発明は、別の基板領域においてＧａＮ層を堆積するためにマスクを使用せず、複数のセットのＡｌＮ／ＧａＮ超格子構造を堆積するためにブランケット（連続薄膜）堆積方法を利用する。それ故、単結晶ＧａＮ薄膜の製造は簡略化される。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態の前述の開示は、例示及び開示の目的として表されたものである。正確な形態を開示するために、網羅的なものではなく、限定されるべきでない。ここに記載した実施形態の多くの変形及び修正は、上記開示の範囲の当業者には明らかであろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲のみにより規定されるものである。
【００２５】
更に、本発明の代表的な実施形態の記載では、明細書は特定のステップの順序として本発明の方法及び／又はプロセスを表したものである。しかしながら、方法及びプロセスがここで規定したステップの特定のオーダーでない範囲で、方法又はプロセスは上述のステップの特定の順序に限定されるべきでない。当業者には、他のステップ順序が可能であることは明らかであろう。それ故、明細書で特定されたステップの特定の順序は、特許請求の範囲に限定して解釈されるべきではない。更に、本発明の方法及び／又はプロセスに関連する特許請求の範囲は、記載された順序におけるそれらのステップのパフォーマンスに限定されるべきでなく、順序は変化しうるものであり、本発明の精神及び範囲内に依然として残っていることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるＳｉ基板上の単結晶ＧａＮ薄膜の成長を概略的に示したものである。
【図２】図１におけるＳｉ基板及びＧａＮ層の２つの隣接の間に形成された内側の層の構造を概略的に示したものである。
【図３】本発明によるＳｉ（１１１）基板上に成長された総厚２ミクロンの内側層及びバッファ層を含む単結晶ＧａＮ薄膜を示すＳＥＭ光学顕微鏡による写真である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、半導体基板上に単結晶ＧａＮ（窒化ガリウム）を成長させるための方法に関し、特に、シリコンウェハ上に単結晶ＧａＮを成長させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ及びその合金は、広いバンドギャップ、青色及び紫外線放射デバイスのような光電子用途に適した高温半導体材料、並びに、圧電共振子、ＲＦトランジスタ及びレーザのような高パワー／高周波数デバイスとして望まれている。目下、単結晶ＧａＮ薄膜は、サファイア（α−Ａｌ2Ｏ3）基板に（０ ０ ０ １）方位で成長させることができる。しかしながら、ＧａＮ薄膜とサファイアとの間の大きな格子及び熱的ミスマッチは、ＧａＮ薄膜の成長において高い欠陥密度を導き、ＧａＮ薄膜の光電子特性を低下させる。更に、サファイアは、伝導性ではなく、他の半導体デバイスと統合するのが困難である。従って、ＧａＮ薄膜を形成させた後、更なる処理のために、ＧａＮ薄膜はサファイア基板から除去される。
【０００３】
最近の開発では、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板上にＧａＮ層を成長させている。ＳｉＣは、高温安定性、化学反応に対する卓越した耐性、高い熱伝導性、高い電子伝導度、及び、ＧａＮとの比較的小さな格子ミスマッチを備えて、広いバンドギャップで作動する。しかしながら、ＳｉＣは非常に高価で、一般的には小さな直径のウェハしか入手できない。ＳｉＣが導電性で、ＧａＮと比較的「相性がよい」けれども、高品質で、低コストでＳｉＣ基板上に大きな寸法のＧａＮ薄膜を得ることは困難である。更に、最近のＳｉＣ上のＧａＮ製造技術では、クラックなしでアンマスキングＧａＮ薄膜を１ミクロン以上成長させることができない。しかしながら、２ミクロンまでの厚さのＧａＮを達成するのに、特定のパターン（「アイランド」）を備えた選択された基板領域にＧａＮを成長させることは可能である。あいにく、ＳｉＣ上のＧａＮの成長で室温まで冷却されるとき、クラック及びピットが依然として成長したＧａＮに発生する。更に、この技術は、複雑で時間を消費する種々のマスキング及びエッチングステップを必要とする。
【０００４】
上述のサファイア及びＳｉＣ基板と比較して、シリコン（Ｓｉ）基板は、最も高価でなく、ＧａＮ層の成長に対して最も有望である。Ｓｉ基板は低コスト及び良好な電気特性を有するだけでなく、より大きなウェハサイズのものを入手することができる。更に、Ｓｉ上のＧａＮエピタキシーは、マイクロエレクトロニクス及び光電子の集積を容易にする。しかしながら、ＧａＮとＳｉとの間には大きなミスマッチがあるので、Ｓｉ基板上に直接ＧａＮ単結晶を成長させることは困難である。ＧａＮとＳｉとの間の大きな格子ミスマッチと並んで、ＧａＮの熱膨張係数がＳｉのそれよりも大きいという著しい問題があり、それはヘテロエピタキシーの成功を制限する。それ故、Ｓｉ上のＧａＮの結晶の質はまだ、サファイア又はＳｉＣ基板上に成長されたＧａＮ層の質よりも劣っている。
【０００５】
Ｓｉ上にＧａＮを成長させる際の上記問題を解決するために種々の技術が開発された。例えば、ＳｉＣ及びＡｌＮのバッファ層をそれぞれ使用して、真空反応蒸着法又は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってＳｉ（１ １ １）にＧａＮエピタキシャル成長をさせることが指摘されている。また、プラズマ利用分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によってＳｉ（００１）基板上にキュービックＧａＮ層を成長させることや、Ｓｉ（１１１）基板上に形成されたＳｉ3Ｎ4バッファ層上にウルツ鉱ＧａＮを成長させることも指摘されている。しかしながら、これらの指摘されている技術は、Ｓｉ基板の前体表面にわたってクラック又はピットなしで２ミクロンを超える厚さのＧａＮ薄膜を成長させることができない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明の目的は、Ｓｉ（１１１）基板上に単結晶ＧａＮ薄膜を成長させるための方法を提供することである。単結晶ＧａＮは、ＭＯＣＶＤ法によって成長され、シリコン基板上に交互に堆積された一連のＡｌＮ及びＧａＮ層を含む。これらの層の堆積条件及びタイミングは、単結晶ＧａＮ薄膜が、クラック又はピット無しでＳｉ（１１１）基板上に２ミクロンより厚く形成されるように制御される。
【０００７】
本発明のある実施形態では、シリコン基板上に単結晶ＧａＮ（窒化ガリウム）薄膜を成長させるための方法が、水素雰囲気中でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用してシリコン基板の頂部にバッファ層を堆積させ、前記バッファ層の頂部に幾らかのＧａＮ層及び中間層を交互に成長させるステップを含む。
【０００８】
本発明の他の実施形態では、中間層の各々が、少なくとも３つの層；ＡｌＮ層、ＧａＮ層及びＡｌＮ層を底部から頂部にかけて含む。各中間層内のＡｌＮ層並びにＧａＮ層は、それぞれ、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して、並びに、水素雰囲気中でＴＭＧａ及びＮＨ３を使用して形成される。各中間層内のＡｌＮ及びＧａＮ層の各々は、約１００オングストロームの厚さを有する。
【０００９】
本発明の更に別の実施形態では、バッファ層、ＧａＮ層、及び、中間層が、約１００トールの圧力でＭＯＣＶＤによって形成される。バッファ層の厚さは約４００オングストロームであり、各ＧａＮ層の厚さは約５０００オングストロームである。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態では、単結晶ＧａＮ薄膜構造体は、Ｓｉ（１１１）基板、反応ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用することにより金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって形成されたＳｉ（１１１）基板上に堆積されたバッファ層と、前記バッファ層上に交互に堆積された複数のＧａＮ層及び中間層を有し、ＧａＮ層は前記バッファ層の頂部に直接堆積され、中間層の各々は、２つのＧａＮ層の間に挟まれるように配置される。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態では、シリコン基板は、１分までの間、ＢＯＥ（緩衝オキサイド・エッチング）エッチャント（１０：１）にシリコンウェハを最初に浸すことによって準備される。次いで、ウェハは、１０分までの間に脱イオン水（ＤＩ）でリンスされる。次いで、ウェハはＤＩから取り出され、残っている水は窒素ガス流で除去される。その後、シリコンウェハは、ＭＯＣＶＤ反応炉内に配置される。焼成ステップの後、プレレイヤーがシリコンウェハ上に形成される。プレレイヤーは、水素雰囲気中、約４乃至８秒間、約１２１０℃の温度で約１００トールの圧力で堆積される。
【００１２】
本発明の特徴及び利点は、図面を参照して以下の発明の詳細な説明を読んだ上で十分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明によるＳｉ（１１１）基板上に単結晶ＧａＮ薄膜を成長させるための方法を記載する。本発明によれば、ＧａＮ層及びＡｌＮ層の連続的な堆積により、及び、堆積状態及びタイミングを制御することにより、クラック又はピット無しで２ミクロンの厚さまで単結晶ＧａＮ薄膜をＳｉ基板上に成長させることができる。ＡｌＮバッファ層がＳｉ基板上に形成された後、単結晶ＧａＮ薄膜は、Ｓｉ基板上に交互に堆積された複数のＧａＮ及びＡｌＮ層を含む。単結晶ＧａＮのピットはＴＭＡｌ（金属・有機トリメチルアルミニウム）の先進的なフロー及びＡｌＮバッファ層の堆積温度でプレレイヤーを特定の組み合わせで堆積させることにより除去する。クラックは、ＧａＮ層の間をあけるＡｌＮ／ＧａＮ超格子の種々のセットを成長させることにより防止される。ＡｌＮバッファ層、ＧａＮ層、及び本発明によるＡｌＮ／ＧａＮ中間層の堆積は、ＭＯＣＶＤにより、及び、ブランケット堆積法（blanket deposition method）により実行されるのが好ましい。好ましくない従来技術の方法、特定の設計パターンを備えたマスクは、クラック又はピットなしでＧａＮ層を達成するには必要でない。
【００１４】
図１は、本発明の方法によって、Ｓｉ基板上に交互に成長された複数のＧａＮ層とＡｌＮ層を含む単結晶ＧａＮ薄膜を示す断面概略図である。
【００１５】
Ｓｉ基板１１上のＧａＮ層の従来の成長では、Ｓｉ基板１１は、ＢＯＥ（緩衝オキサイド・エッチング：buffered oxide etch）エッチャント（１０：１）にＳｉウェハを浸けることにより準備された。次いで、ウェハは、ＳｉウェハのＢＯＥエッチャントの残りを清浄するために脱イオン（ＤＩ）水でリンスされる。ＤＩ水を除去した後、残りの水は、窒素ガス流で除去される。本発明のある実施形態では、ＢＯＥエッチャントにＳｉウェハを浸す時間は、１分までである。リンス時間は、１０分までである。次いで、シリコンウェハは、ウェハベークプロシージャのためにＭＯＣＶＤシステム成長炉内に配置される。ＭＯＣＶＤ炉で使用される圧力は、約１００トールであるのが好ましく、ベークガスは水素であるのが好ましい。ウェハベークプロセスは、約１１５０℃の温度で、約１０分間実施される。次いで、約１００トールの圧力で水素雰囲気中で、約１１５０℃で約４乃至８秒間でプレレイヤーが形成される。プレレイヤーは、図１の参照番号１０で示したように、金属・有機トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用してウェハ表面に堆積される。
【００１６】
ＧａＮ層を成長させる前に、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）を包含するバッファ層１２を、プレレイヤー１０及びシリコン基板１１の上に最初に堆積させるのが好ましい。バッファ層１２の目的は、後に成長させるＧａＮ層とシリコン基板１１との間の大きな格子ミスマッチを補償することである。ＧａＮに対するＡｌＮのより良好な格子整合は、後のプロセスにおけるＧａＮ層の成長を容易にする。本発明のある好ましい実施形態では、ＡｌＮバッファ層１２は、水素雰囲気中で約１００トールの圧力で反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）及びＴＭＡｌを使用して成長される。バッファ層１２は、約８分間の間、約１１５０℃の温度で形成される。ＡｌＮバッファ層１２の厚さは、約４００オングストローム（Å）である。
【００１７】
ＡｌＮバッファ層１２に続いて、第１のＧａＮ層１３がＡｌＮバッファ層１２の頂部に堆積される。本発明の好ましい実施形態では、第１のＧａＮ層１３、第２のＧａＮ層１５、第３のＧａＮ層１７及び第４のＧａＮ層１９のような複数のＧａＮ層が、ＧａＮ層に隣接してその間に入る第１の中間層１４、第２の中間層１６、及び第３の中間層１８のような中間層と連続して堆積される。好ましい実施形態では、ＧａＮ層の数は４で、中間層の数は３である。
【００１８】
ＧａＮ層１３，１５，１７及び１９は、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）及びＮＨ３を使用して水素雰囲気中で約１００トールの圧力でそれぞれ堆積される。更に、ＧａＮ層は、約１１分の間、約１０５０℃の温度で堆積され、各ＧａＮ層の厚さは約５０００Åである。ＧａＮ単結晶薄膜の望まれる特徴によっては、より少ない又はより多いＧａＮ層を使用することができることに注意すべきである。本発明によれば、中間層の数を、１より小さくない整数であるＮとすると、ＧａＮ層の数はＮ＋１となる。
【００１９】
図２は、中間層１４の模範的な構造を示す概略断面図である。本発明のある好ましい実施形態では、各中間層１４，１６及び１８は、底部から頂部に向かってＡｌＮ１４１／ＧａＮ１４２／ＡｌＮ１４３という３つの層を含む。各中間層１４，１６及び１８は、水素雰囲気中で約１００トールの圧力で堆積される。ＧａＮ層１４２は、約１５秒の間、反応ガスとしてＮＨ３及びＴＭＧａを使用して、約１０５０℃の温度で堆積される。ＡｌＮ層１４１及び１４３は、約２分間の間、反応ガスとしてＮＨ３及びＴＭＡｌを使用して、約７００℃の温度で堆積される。ＧａＮ層１４２とＡｌＮ層１４１及び１４３との厚さは、それぞれ約１００Åである。
【００２０】
図３は、本発明によって堆積されたシリコン基板上のＧａＮ薄膜のＳＥＭ光学顕微鏡写真である。示したように、図１及び２を参照して記載したようなＭＯＣＶＤを使用してＧａＮ層とＡｌＮ／ＧａＮ構造の複数のセットを成長させることにより、少なくとも２ミクロンの厚さを備えた等しい単結晶ＧａＮ薄膜を、直径４インチのシリコン基板上に成長させることができる。単結晶ＧａＮ薄膜は、鏡のような表面を有し、ＧａＮ薄膜中にクラック又はピットのいずれも現れていないことの証拠である。写真の右側に見られるゴミの小斑点は、鏡の表面に焦点合わせさせるのに必要なものであり、ＧａＮ薄膜の欠陥ではない。
【００２１】
図２に示した各中間層１４，１６及び１８における層の数は３であるが、各中間層の層の数は変更できることを理解すべきである。一般的には、中間層の構造は、ＡｌＮ／ＧａＮ／ＡｌＮ／ＧａＮ／ＡｌＮなどの順序の層を含む。
【００２２】
更に、ここで開示したプレレイヤー、ＡｌＮバッファ層、ＧａＮ層及び中間層を形成するのに用いられた特定の温度は、例示のためのみであると考慮すべきである。他の堆積装置と組み合わせることにより他の温度及び圧力は、本発明のものと対応する構造を許容し得る。
【００２３】
更に、本発明は、別の基板領域においてＧａＮ層を堆積するためにマスクを使用せず、複数のセットのＡｌＮ／ＧａＮ超格子構造を堆積するためにブランケット（連続薄膜）堆積方法を利用する。それ故、単結晶ＧａＮ薄膜の製造は簡略化される。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態の前述の開示は、例示及び開示の目的として表されたものである。正確な形態を開示するために、網羅的なものではなく、限定されるべきでない。ここに記載した実施形態の多くの変形及び修正は、上記開示の範囲の当業者には明らかであろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲のみにより規定されるものである。
【００２５】
更に、本発明の代表的な実施形態の記載では、明細書は特定のステップの順序として本発明の方法及び／又はプロセスを表したものである。しかしながら、方法及びプロセスがここで規定したステップの特定のオーダーでない範囲で、方法又はプロセスは上述のステップの特定の順序に限定されるべきでない。当業者には、他のステップ順序が可能であることは明らかであろう。それ故、明細書で特定されたステップの特定の順序は、特許請求の範囲に限定して解釈されるべきではない。更に、本発明の方法及び／又はプロセスに関連する特許請求の範囲は、記載された順序におけるそれらのステップのパフォーマンスに限定されるべきでなく、順序は変化しうるものであり、本発明の精神及び範囲内に依然として残っていることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるＳｉ基板上の単結晶ＧａＮ薄膜の成長を概略的に示したものである。
【図２】図１におけるＳｉ基板及びＧａＮ層の２つの隣接の間に形成された内側の層の構造を概略的に示したものである。
【図３】本発明によるＳｉ（１１１）基板上に成長された総厚２ミクロンの内側層及びバッファ層を含む単結晶ＧａＮ薄膜を示すＳＥＭ光学顕微鏡による写真である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に単結晶ＧａＮ（窒化ガリウム）を成長させる方法であって、
水素雰囲気中でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用して、シリコン基板の頂部に少なくとも一つの最初の層を堆積させ、
前記最初の層の頂部に複数のＧａＮ層及び中間層を交互に堆積させる、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの最初の層が、少なくとも１つのプレレイヤー及びバッファ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＧａＮ層の各々が水素雰囲気中でトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）及びアンモニア（ＮＨ３）を使用して成長され、約５０００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
バッファ層が、水素雰囲気中でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）及びＮＨ３を使用して成長され、約４００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
中間層の各々が、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用することにより形成された少なくとも一つのＡｌＮ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
中間層の各々が、底部から頂部にかけてＡｌＮ層、ＧａＮ層及びＡｌＮ層を有する少なくとも３つの層を含み、各中間層のＡｌＮ層及びＧａＮ層はそれぞれ、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して形成され、水素雰囲気中でＴＭＧａ及びＮＨ３を使用して形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
各中間層内のＡｌＮ層及びＧａＮ層の各々は、約１００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
中間層の数がＮでるとき、Ｎが１より小さくない整数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ＧａＮ層の数がＮ＋１であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ＧａＮ層及び中間層が、約１００トールの圧力が使用された金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスによって堆積されたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのプレレイヤー及びバッファ層が、約１００トールの圧力が使用された金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスによって堆積されたことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
バッファ層の堆積は、約８分間、約１１５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ＧａＮ層の堆積は、約１１分間、約１０５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
中間層の堆積は、ＧａＮ層については、約１５秒間、約１０５０℃の温度で、ＡｌＮ層については、約２分間、７００℃の温度で実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
シリコン基板の方位が、Ｓｉ（１１１）基板であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
ＢＯＥ（緩衝オキサイド・エッチング）エッチャント（１０：１）にシリコンウェハを浸け、
ＭＯＣＶＤ系成長炉で水素雰囲気中でシリコンウェハを焼き、
水素雰囲気中で金属・有機ＴＭＡｌを使用してシリコンウェハ上にプレレイヤーを堆積させるステップを含む、シリコン基板に関する準備プロセスを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
ＭＯＣＶＤ系成長炉で使用される圧力は、約１００トールであり、プレレイヤーは約４乃至８秒間、約１１５０℃の温度で堆積されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
プレレイヤーが、水素中で金属・有機ＴＭＡｌを使用して形成されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ＢＯＥエッチャントに浸した後、シリコンウェハは脱イオン水でリンスされ、次いで、脱衣温水から取り出させることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
シリコン基板上に単結晶ＧａＮ（窒化ガリウム）を成長させるための方法であって、
シリコン基板の頂部にプレレイヤーを堆積させ、
水素雰囲気中でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用して前記プレレイヤーの頂部にバッファ層を堆積させ、
前記バッファ層の頂部に複数のＧａＮ層及び中間層を交互に堆積させ、
ＧａＮ層の各々が、水素雰囲気中でトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）及びアンモニア（ＮＨ３）を使用して成長され、
各中間層が、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して形成された少なくとも１つのＡｌＮ層を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
バッファ層が約４００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
各ＧａＮ層が約５０００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
各中間層が、少なくとも３つの層、ＡｌＮ層、ＧａＮ層、及びＡｌＮ層を含み、各々、ＡｌＮ層は水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して形成され、ＧａＮ層は水素雰囲気中でＴＭＧａ及びＮＨ３を使用して形成されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
ＡｌＮ層、ＧａＮ層及びＡｌＮ層の各々が、約１００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
プレレイヤー、バッファ層、ＧａＮ層及び中間層が、ＭＯＣＶＤプロセスによって堆積され、ＭＯＣＶＤ圧力が約１００トールであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
プレレイヤー及びバッファ層の堆積が、約８分間、約１１５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
ＧａＮ層の堆積が、約１１分間、約１０５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
中間層の堆積が、ＧａＮ層に関しては、約１５秒間、約１０５０℃の温度で実行され、ＡｌＮ層に関しては、約２分間、約７００℃の温度で実行されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
ＢＯＥ（緩衝オキサイド・エッチング）エッチャント（１０：１）にシリコンウェハを浸け、
ＭＯＣＶＤ系成長炉で水素雰囲気中でシリコンウェハを焼き、
水素雰囲気中で金属・有機ＴＭＡｌを使用してシリコンウェハ上にプレレイヤーを成長させるステップを包含するシリコン基板に関する準備プロセスを更に有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
ＭＯＣＶＤ系成長炉で使用される圧力が、約１００トールであり、プレレイヤーが約４乃至８秒間、約１１５０℃の温度で堆積されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
Ｓｉ（１１１）基板と、
反応ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用することにより、金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって形成されたＳｉ（１１１）基板上に堆積された少なくとも１つの最初の層と、
前記最初の層の上に交互に堆積された複数のＧａＮ層と中間層とを有し、
前記ＧａＮ層は前記最初の層の頂部に直接堆積され、中間層の各々は、前記ＧａＮ層の間に隣接して挟まれて配置されたことを特徴とする、単結晶ＧａＮ薄膜構造体。
【請求項３２】
少なくとも１つの最初の層が、少なくとも１つのプレレイヤー及びバッファＡｌＮ層を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
複数の中間層及びＧａＮ層の数がそれぞれ、Ｎ及びＮ＋１であり、Ｎが１よりも小さくない整数であることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
ＧａＮ層の各々が、約５０００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
中間層の各々が、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して形成された少なくとも１つのＡｌＮ層を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
中間層の各々が、少なくとも３つの層、ＡｌＮ層、ＧａＮ層及びＡｌＮ層を底部から頂部にかけて有し、
各中間層内のＡｌＮ層並びにＧａＮ層が、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３、並びに、水素雰囲気中でＴＭＧａ及びＮＨ３を使用して形成されたことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
各中間層内のＡｌＮ層及びＧａＮ層の各々が、約１００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
バッファ層、ＧａＮ層、及び、中間層が、金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスによって堆積され、かかるプロセスで使用された圧力が約１００トールであることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記最初の層の堆積が、約８分間、約１１５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
ＧａＮ層の堆積が、約１１分間、約１０５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
中間層の堆積が、ＧａＮ層に関しては、約１５秒間、約１０５０℃の温度で実行され、ＡｌＮ層に関しては、約２分間、約７００℃の温度で実行されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項１】
シリコン基板上に単結晶ＧａＮ（窒化ガリウム）を成長させる方法であって、
水素雰囲気中でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用して、シリコン基板の頂部に少なくとも一つの最初の層を堆積させ、
前記最初の層の頂部に複数のＧａＮ層及び中間層を交互に堆積させる、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの最初の層が、少なくとも１つのプレレイヤー及びバッファ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＧａＮ層の各々が水素雰囲気中でトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）及びアンモニア（ＮＨ３）を使用して成長され、約５０００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
バッファ層が、水素雰囲気中でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）及びＮＨ３を使用して成長され、約４００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
中間層の各々が、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用することにより形成された少なくとも一つのＡｌＮ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
中間層の各々が、底部から頂部にかけてＡｌＮ層、ＧａＮ層及びＡｌＮ層を有する少なくとも３つの層を含み、各中間層のＡｌＮ層及びＧａＮ層はそれぞれ、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して形成され、水素雰囲気中でＴＭＧａ及びＮＨ３を使用して形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
各中間層内のＡｌＮ層及びＧａＮ層の各々は、約１００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
中間層の数がＮでるとき、Ｎが１より小さくない整数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ＧａＮ層の数がＮ＋１であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ＧａＮ層及び中間層が、約１００トールの圧力が使用された金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスによって堆積されたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのプレレイヤー及びバッファ層が、約１００トールの圧力が使用された金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスによって堆積されたことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
バッファ層の堆積は、約８分間、約１１５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ＧａＮ層の堆積は、約１１分間、約１０５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
中間層の堆積は、ＧａＮ層については、約１５秒間、約１０５０℃の温度で、ＡｌＮ層については、約２分間、７００℃の温度で実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
シリコン基板の方位が、Ｓｉ（１１１）基板であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
ＢＯＥ（緩衝オキサイド・エッチング）エッチャント（１０：１）にシリコンウェハを浸け、
ＭＯＣＶＤ系成長炉で水素雰囲気中でシリコンウェハを焼き、
水素雰囲気中で金属・有機ＴＭＡｌを使用してシリコンウェハ上にプレレイヤーを堆積させるステップを含む、シリコン基板に関する準備プロセスを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
ＭＯＣＶＤ系成長炉で使用される圧力は、約１００トールであり、プレレイヤーは約４乃至８秒間、約１１５０℃の温度で堆積されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
プレレイヤーが、水素中で金属・有機ＴＭＡｌを使用して形成されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ＢＯＥエッチャントに浸した後、シリコンウェハは脱イオン水でリンスされ、次いで、脱衣温水から取り出させることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
シリコン基板上に単結晶ＧａＮ（窒化ガリウム）を成長させるための方法であって、
シリコン基板の頂部にプレレイヤーを堆積させ、
水素雰囲気中でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用して前記プレレイヤーの頂部にバッファ層を堆積させ、
前記バッファ層の頂部に複数のＧａＮ層及び中間層を交互に堆積させ、
ＧａＮ層の各々が、水素雰囲気中でトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）及びアンモニア（ＮＨ３）を使用して成長され、
各中間層が、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して形成された少なくとも１つのＡｌＮ層を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
バッファ層が約４００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
各ＧａＮ層が約５０００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
各中間層が、少なくとも３つの層、ＡｌＮ層、ＧａＮ層、及びＡｌＮ層を含み、各々、ＡｌＮ層は水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して形成され、ＧａＮ層は水素雰囲気中でＴＭＧａ及びＮＨ３を使用して形成されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
ＡｌＮ層、ＧａＮ層及びＡｌＮ層の各々が、約１００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
プレレイヤー、バッファ層、ＧａＮ層及び中間層が、ＭＯＣＶＤプロセスによって堆積され、ＭＯＣＶＤ圧力が約１００トールであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
プレレイヤー及びバッファ層の堆積が、約８分間、約１１５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
ＧａＮ層の堆積が、約１１分間、約１０５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
中間層の堆積が、ＧａＮ層に関しては、約１５秒間、約１０５０℃の温度で実行され、ＡｌＮ層に関しては、約２分間、約７００℃の温度で実行されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
ＢＯＥ（緩衝オキサイド・エッチング）エッチャント（１０：１）にシリコンウェハを浸け、
ＭＯＣＶＤ系成長炉で水素雰囲気中でシリコンウェハを焼き、
水素雰囲気中で金属・有機ＴＭＡｌを使用してシリコンウェハ上にプレレイヤーを成長させるステップを包含するシリコン基板に関する準備プロセスを更に有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
ＭＯＣＶＤ系成長炉で使用される圧力が、約１００トールであり、プレレイヤーが約４乃至８秒間、約１１５０℃の温度で堆積されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
Ｓｉ（１１１）基板と、
反応ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を使用することにより、金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって形成されたＳｉ（１１１）基板上に堆積された少なくとも１つの最初の層と、
前記最初の層の上に交互に堆積された複数のＧａＮ層と中間層とを有し、
前記ＧａＮ層は前記最初の層の頂部に直接堆積され、中間層の各々は、前記ＧａＮ層の間に隣接して挟まれて配置されたことを特徴とする、単結晶ＧａＮ薄膜構造体。
【請求項３２】
少なくとも１つの最初の層が、少なくとも１つのプレレイヤー及びバッファＡｌＮ層を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
複数の中間層及びＧａＮ層の数がそれぞれ、Ｎ及びＮ＋１であり、Ｎが１よりも小さくない整数であることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
ＧａＮ層の各々が、約５０００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
中間層の各々が、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３を使用して形成された少なくとも１つのＡｌＮ層を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
中間層の各々が、少なくとも３つの層、ＡｌＮ層、ＧａＮ層及びＡｌＮ層を底部から頂部にかけて有し、
各中間層内のＡｌＮ層並びにＧａＮ層が、水素雰囲気中でＴＭＡｌ及びＮＨ３、並びに、水素雰囲気中でＴＭＧａ及びＮＨ３を使用して形成されたことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
各中間層内のＡｌＮ層及びＧａＮ層の各々が、約１００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
バッファ層、ＧａＮ層、及び、中間層が、金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスによって堆積され、かかるプロセスで使用された圧力が約１００トールであることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記最初の層の堆積が、約８分間、約１１５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
ＧａＮ層の堆積が、約１１分間、約１０５０℃の温度で実行されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
中間層の堆積が、ＧａＮ層に関しては、約１５秒間、約１０５０℃の温度で実行され、ＡｌＮ層に関しては、約２分間、約７００℃の温度で実行されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００６−５２３０３３（Ｐ２００６−５２３０３３Ａ）
【公表日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０９７６８（Ｐ２００６−５０９７６８）
【出願日】平成１６年４月７日（２００４．４．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０６６０
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９２４５３
【国際公開日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年４月７日（２００４．４．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０６６０
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９２４５３
【国際公開日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
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