窒化インジウム層の実現方法
本発明は、電子工学、光学または光電子工学での応用を目的とする構造体に関するものであり、該構造体は、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素および／または周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2で構成された合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による、主として結晶質の層を含み、該構造体はさらに、ＩｎＮの層を含んでいる。他方、本発明は窒化インジウム層の実現方法と、基板を形成するプレート、並びに、窒化インジウムの成長に該プレートを応用することにも関するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化インジウム（ＩｎＮ）の実現方法に関するものである。
【０００２】
窒化物半導体（ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮ）はこの十年の間、非常に多くの研究の対象となってきた。これらの物質をベースに、非常に性能の良い電子工学部品が実際に実現され、生産され、そして商用化されてきた。
【０００３】
窒化インジウムＩｎＮに関しては、製造の難しさのために、あまり認知されることなく、あまり利用されることがないままであった。
【０００４】
近年では、この物質の製造を向上させ、その物理的特性を解明するために新たな努力が払われてきた。禁制帯エネルギー（「ギャップ」）といった基本的特徴が全面的に見直され、電子工学部品に関するこの物質の潜在能力が確認された。
【０００５】
したがって、たとえば、光学および光電子工学において、発光ダイオード（ＬＥＤ）および半導体レーザー（ＬＤ）の発光スペクトルおよび検出スペクトルは赤外線まで拡大することができており（遠隔通信用、分析用、画像用など）、電子工学では、高温かつ高出力で作動するトランジスタが見出され、マイクロ波装置を生み出している（通信用、レーダー用など）。
【背景技術】
【０００６】
現状でのＩｎＮの実現は、有機金属気相エピタキシー（「ＭＯＶＰＥ」、英語の「ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ」の頭字語）や分子線エピタキシー（「ＭＢＥ」、英語の「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ」の頭字語）といった結晶成長技術を用いている。
【０００７】
このような結晶成長を行うための結晶基板の選択が難しく、該結晶基板は、とりわけ結晶構造と格子パラメータに関し、堆積させようとする物質に十分に近い物理的パラメータを有していなければならない。
【０００８】
したがって、ＧａＮの基板を利用することができる。しかし、ＭＯＶＰＥによってＧａＮの基板にＩｎＮを堆積させることには、表面に均一には行われず、島状のＩｎＮの塊をもたらすように不均質に行われる傾向がある（たとえばＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８３、１４（２００３）、２９１９のＯ．Ｂｒｉｏｔ ｅｔ ａｌ．の論文を参照）。
【０００９】
また、サファイア基板（六角形状のＡｌ2Ｏ3）を利用することもできる。この場合、より均質なＩｎＮの堆積が得られる。しかし、ＩｎＮの層とサファイア基板の間にある格子パラメータの差はおよそ２５％であり、これは、十分な結晶品質をしたＩｎＮの層を得るには依然として大きすぎる差であって、内部に制約と欠点があることで、該層の電子工学的特性が劣化する。
【００１０】
偽基板、すなわち、緩衝層が上にエピタキシー成長された結晶基板を含んだプレートもテストされており、該緩衝層はＩｎＮの成長に対して基板の役割を果たす。
【００１１】
ＩｎＮでの核形成層もテストされており、該層は、ＩｎＮの有用な層を後で成長させるために、欠点（転位など）を抑え、良質の表面を有している（たとえばＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｐａｒｔ２ ４０、Ｌ９１（１９９１）のＹ．Ｓａｉｔｏの論文を参照）。
【００１２】
ＩｎＮの層が上にエピタキシー成長されたＡｌＮでの核形成層もテストされている（たとえば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒ７９、１４８９（２００１）のＨ．Ｌｕ ｅｔ ａｌ．の論文を参照）。
【００１３】
低温で形成されたＧａＮとＩｎＮでの核形成層もテストされている（たとえば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｐａｒｔ２ ４１、Ｌ５４０（２００２）のＭ．Ｈｉｇａｓｈｉｗａｋｉ ｅｔ Ｔ．Ｍａｔｓｕｉの論文を参照）。
【００１４】
偽基板または核形成層を利用するこれらの技術は、実施するには長く、複雑で、コストがかかりうるものである。
【００１５】
他方では、該技術では最終的に得られるＩｎＮの層の構造に関して最適な結果が得られておらず、該構造には特に欠点と制約が残っている。
【特許文献１】米国特許第６２８４３９５号明細書
【特許文献２】米国特許第６１２１６３９号明細書
【非特許文献１】Ｏ．Ｂｒｉｏｔ ｅｔ ａｌ．、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８３、１４（２００３）、２９１９
【非特許文献２】Ｙ．Ｓａｉｔｏ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｐａｒｔ２ ４０、Ｌ９１（１９９１）
【非特許文献３】Ｈ．Ｌｕ ｅｔ ａｌ．、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒ７９、１４８９（２００１）
【非特許文献４】Ｍ．Ｈｉｇａｓｈｉｗａｋｉ ｅｔ Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｐａｒｔ２ ４１、Ｌ５４０（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の第一の目的は従来技術に存在するものより高い結晶品質をもったＩｎＮの層を実現することであり、該層はとりわけ転位のような内部の結晶学的欠点が少ないものである。
【００１７】
本発明の第二の目的は、前記第一の目的が達成しようとする品質に沿った品質を有するＩｎＮの層を得ることを可能にする、ＩｎＮの結晶成長に対する基板を見出すことである。
【００１８】
本発明の第三の目的は、基板の実現時および／またはＩｎＮの層の実現時に実施することのできる化学エッチング処理を単純化するために、この基板が酸素をほとんど含まない、または含まないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、第一の特徴によると、電子工学、光学または光電子工学での応用を目的とした構造体を提案することによって状況を改善しようとするものであり、該構造体は、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素および／または周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による層を含んでおり、該構造体がさらにＩｎＮの層を含んでいることを特徴としている。
【００２０】
この構造体のその他の可能な特徴は、
−ＩｎＮの層が合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2による層の上にあること、
−該構造体がさらに、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の下に、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層を具備していること、
−該構造体がさらに、この担持層の下に、結晶基板を具備していること、
−ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層が、担持層とＩｎＮの層の間における緩衝層となるために十分な厚みを有し、とりわけ、その内部に結晶学的欠点を閉じこめること、
−合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の化学式が、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2という可能な組み合わせから選択されること、
−合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2および／または合金ＩｎＮがさらに少なくとも一つのドーピング元素を含んでいることである。
【００２１】
第二の特徴によると、本発明は窒化インジウムの層の実現方法を提案するものであり、該方法は、第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による層の上に、ＩｎＮの層を結晶成長させる過程を含んでいることを特徴としている。
【００２２】
この方法のその他の可能な特徴は、
−ＩｎＮの成長が約７００℃以下の温度で行われること、
−該方法がさらに、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層の上でＩＩ−ＩＶ−Ｎ2による層を結晶成長させる予備過程を含んでいること、
−該方法がさらに、結晶物質の基板上でこの担持層を結晶成長させる初期過程を含んでいること、
−結晶成長がＭＯＶＰＥとＭＢＥという技術から選択されることである。
【００２３】
第三の特徴によると、本発明は、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による上層を含んだプレートを提案するものであり、該プレートは、この上層が緩衝層を構成するために十分な厚みを有していることを特徴としている。
【００２４】
このプレートのその他の可能な特徴は、
−合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の化学式が、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2という可能な組み合わせから選択されること、
−上層の厚みが約０．１マイクロメートルと５マイクロメートルの間に含まれること、
−プレートがさらに、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の下に、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層を具備していること、
−プレートがさらに、担持層の下に、結晶基板を具備していることである。
【００２５】
第四の特徴によると、本発明は、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、およびＮ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）を上部に具備したプレートを、ＩｎＮの結晶成長用の基板として利用することを提案するものである。
【００２６】
本発明による構造体は、光学、光電子工学またはマイクロ電子工学での応用を目的としている。
【００２７】
本発明による構造体は、ＩｎＮの層と、ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、ＩＶ族の少なくとも一つの元素およびＮ2から構成される合金とを含んでおり、この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される。
【００２８】
好ましくは、本発明による構造体は合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の上に直接ＩｎＮの層を含んでいる。合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2はこのとき、ＩｎＮの成長に対する基板または偽基板を形成する。
【００２９】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2という可能な組み合わせのセットによって得られるさまざまな合金から選択される。
【００３０】
近年では、ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2タイプのかかる三元素合金で形成された、窒化物質の新たなクラスに関心を寄せる研究チームはあまりない。これらの研究では、ＺｎＳｉＮ2およびＺｎＧｅＮ2の半導体特性と電子工学的特性を利用することが問題になっている。ここで、ＺｎＳｉＮ2とＺｎＧｅＮ2という物質は電子工学部品または光電子工学部品を構成することを目的としている。とりわけ、米国特許第６２８４３９５号明細書および米国特許第６１２１６３９号明細書を参照することができる。
【００３１】
本発明はこれらの物質ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2をその固有の電子工学的特性のために活性層として用いるのではなく、窒化インジウムをベースとする層または構造体を成長させるための基板として利用する。
【００３２】
実際、本出願人は合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2に堆積させたＩｎＮの層が、従来技術よりもかなり向上した結晶品質と、物理的特性および電子工学的特性を有することを明らかにした（特に以下の実験結果を参照）。
【００３３】
この結果は、物質ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2がＩｎＮに近い物質であり、したがって近い物理的特性を有していることに起因していると考えられる。
【００３４】
本出願人は特に、二つの物質の格子パラメータが非常に近いことを観察した。つまり、六角形状のＩｎＮの格子パラメータはおよそａ＝３．５４Å、ｃ＝５．７１Åである（特に、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、ｖｏｌ．９４、５（２００３）のＡ．Ｇ．Ｂｈｕｉｙａｎ ｅｔ ａｌ．「Ｉｎｄｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ （ＩｎＮ）：ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ ｇｒｏｗｔｈ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」の図１５を参照）。合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の格子パラメータはほとんど知られておらず、「Ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｆｏｒ ｂａｎｄｇａｐ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：ｖｉｒｔｕａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２２３（２００４）１４８−１５８）においてＣ．Ｓｕｈ ｅｔ Ｋ．Ｒａｊａｎによってなされているように、どちらかと言えばシミュレーションによって計算されている。
【００３５】
基板の選択に対する決定的基準は格子パラメータであり、該基準によってエピタキシー成長するべき層との「格子の不一致」（百分率表示）を予測することができるため、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2による基板の選択は、該合金の格子パラメータがそれぞれＩｎＮの格子パラメータと近似していれば、特に有効だと考えられる。
【００３６】
ＩｎＮがＺｎＳｉＮ2と約９％の格子の不一致を有し、ＺｎＧｅＮ2とは約１０％の格子の不一致を有することを確認することができる。
【００３７】
これらの格子の不一致は従来技術で知られていたものを下回っている。
【００３８】
他方、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は、熱条件が変化したときにＩｎＮと良好な機械的親和性を有している。
【００３９】
本出願人はさらに、熱重量分析による測定時に、ＺｎＳｉＮ2が７００℃でその機械的側面と結晶学的側面を保持することを確認した。ところが、ＩｎＮのエピタキシーは従来的に約７００℃未満の温度で行われるので、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は安定した基板ということになる。
【００４０】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2がほとんど酸素を含まず、あるいは含んでいないため、エッチングの化学的処理を実施することができ（所望の構造体の実現時に、たとえば表面のつや出しまたは洗浄の範囲において）、酸素を含有した物質（加工するのにより固い）に用いられる器具よりも、用いられる器具の摩耗や劣化のおそれがずっと少ない。
【００４１】
物質ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2自体がエピタキシーによって他の基板に堆積させられているので、ここで述べるのは、窒化インジウムおよび窒化インジウムに関連する物質および構造体を堆積させるための「偽基板」である。これらの合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2のうち、ＺｎＳｉＮ2とＺｎＧｅＮ2が実際に研究され、それらの格子パラメータがＧａＮの格子パラメータと近いことが明らかになっている。したがって、この二つの物質をＧａＮあるいはサファイアに堆積させることで、これらの物質をベースとした電子工学装置を形成することが目的とされてきた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１または図２では、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は好ましくは層２の形を呈しており、該層は、基板を形成する結晶物質のプレート３の上に、結晶成長によって実現されている。
【００４３】
図１では、このプレート３は塊（「バルク」）であってよく、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、Ｓｉ（１１１）またはＳｉＣといった物質で構成することができる。
【００４４】
図２では、このプレート３は、結晶物質の基板３ａと担持層３ｂで構成することができ、基板はたとえばサファイアまたはＳｉＣとすることができ、担持層３ｂは、基板に事前にエピタキシー成長されたＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣまたはＳｉ（１１１）とすることができる。
【００４５】
プレート３のエピタキシー面は加工することにより、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の結晶成長のために物理的特性を向上させることができる。以下の一つまたは複数の技術を実施することができる。すなわち、ポリッシング、化学エッチング、または当業者に既知であるその他の技術である。
【００４６】
たとえば、プレート３がサファイア製である場合、８０℃前後で、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ3ＰＯ4（３：１）のようなエッチング溶液で表面を洗浄し、そして脱イオン化水で表面を水洗いすることができる。
【００４７】
ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の堆積はＭＯＶＰＥまたはＭＢＥといった複数のエピタキシー技術によって行うことができる。
【００４８】
ＭＯＶＰＥはより容易な工業化のために用いられることが多く、（Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2タイプの化合物にうまく適用される。
【００４９】
ＭＢＥはＭｇおよびＣａを含んだ物質の準備により良く対応し、これらの種類はＭＯＶＰＥで利用するのに容易な先駆物質は持っていない。
【００５０】
ＭＯＶＰＥでは、一般に用いられる技術は、プレート３の表面において、合金元素（ＩＩ、ＩＶおよびＮ2）の先駆物質間の化学反応を促進することである。従来的に用いられているＩＩ族元素の先駆物質は、Ｚｎを得るためのジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）またはジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）、Ｃｄを得るためのジメチルカドミウム（ＤＭＣｄ）、Ｓｎを得るためのテトラメチルスズ（ＴＭＳｎ）、そして鉛を得るためのテトラエチル鉛およびテトラメチル鉛（ＴＭＰｂ、ＴＥＰｂ）である。従来的に用いられているＩＶ族元素の先駆物質は、ＳｉおよびＧｅのそれぞれを得るためのシラン（ＳｉＨ4）と水素化ゲルマニウム（ＧｅＨ4）である。従来的に用いられているＮ2の先駆物質はアンモニア（ＮＨ3）または窒素源である。
【００５１】
成長は従来的には約１１００℃未満の温度で行われる。
【００５２】
特に、約４５０℃と約８００℃の間に含まれる温度でエピタキシー成長することができる。
【００５３】
約２０ｍｂａｒと大気圧の間に含まれる全圧力を用いることができる。
【００５４】
ＩＩおよびＩＶ族元素の全体とアンモニアの間におけるモル流量比は一般に１５００と５００００の間に含まれる。
【００５５】
層２の成長にＭＢＥを用いる場合には、カルシウム（Ｃａ）とマグネシウム（Ｍｇ）は固体ソースの形状で用いられる。窒素はアンモニア流の利用によってまたは窒素プラズマによって導入される。
【００５６】
ＩｎＮの偽基板を構成するＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２は数ミクロンに達しうる厚みを有しており、特徴的には約０．１μｍと約５μｍの間に含まれる厚み、より特徴的には約１μｍと約５μｍの間、さらに特徴的には約２μｍと約５μｍの間、さらに特徴的には約３μｍと約５μｍの間に含まれる厚みを有している。
【００５７】
層２の自由面が高品質のＩｎＮの層を続いて実現するために十分な結晶品質を有するために、十分な厚みになることが望ましい。実際、ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２と、隣接するプレート３との間の境界面には、重大なものとなりうる結晶の欠点が従来的に集中しており、該欠点の存在は主として向かい合う二つの物質間にありうる格子の差異に関連しているのだが、これらの欠点は段階的に厚みの中で減少していくものである。したがってここでは、ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２は、プレート３と形成すべきＩｎＮの層の間で緩衝層として機能するのだが、なぜなら、該層２は、ＩｎＮの格子パラメータに格子パラメータを適合させるだけではなく、その内部に欠点を閉じこめるからである。
【００５８】
特徴的な形状の場合、特殊な処理（熱処理および／または特別な化学処理など）を実施することで、プレート３との境界面の近傍でだけに欠点を閉じこめるようにすることができる。
【００５９】
たとえば、サファイアによるプレート３の表面の窒化を行い、次に、低温で（典型的には約４００℃）ＺｎＳｉＮ2を小さな厚みの上に堆積させ、最後に高温で（つまり約４００℃を超え、好ましくは４００℃と７００℃の間）再結晶化処理を行った後で、最終的な層２を実現するためにＺｎＳｉＮ2の第二の堆積を行うことができる。このとき、層２の結晶の主要な欠点は最初に堆積された厚みの中に閉じこめられることになる。
【００６０】
本発明による技術を用いることで、本出願人は、非常に滑らかかつ高品質で、２０−３０Å ＲＭＳ前後に位置する粗度を有した合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の表面を得ることに成功した。
【００６１】
したがって、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2のこのような層２は初期の基板を形成するプレート３の上にエピタキシー成長されている。
【００６２】
いったん先述した技術の一方または他方で偽基板１０が形成されれば、図３にあるように、ＩｎＮの層１を合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の上で成長させられる。
【００６３】
堆積の前に、エッチングおよび／またはポリッシングといった化学処理および／または機械的処理を行うことができるのだが、該処理は、表面がＭＯＶＰＥまたはＭＢＥによるエピタキシーに適応できるように、該表面を十分洗浄し、つや出しすることに適している。
【００６４】
ＭＯＶＰＥまたはＭＢＥはこの目的で用いることができる。
【００６５】
ＭＯＶＰＥによるＩｎＮのエピタキシーの場合、たとえば、先駆物質としてトリメチルインジウム（ＩｎＮ用）とアンモニア（窒素用）を用いることができる。Ｎ2雰囲気のような不活性雰囲気で反応を行うことが好ましい。
【００６６】
ＭＢＥによるＩｎＮのエピタキシーの場合、たとえば、インジウムの塊の固体ソースと、分子がたとえばプラズマ高周波で分離されることになる窒素（Ｎ2）またはアンモニア（ＮＨ3）のような気体ソースを用いることができる。
【００６７】
成長温度は約７００℃以下とすることができ、好ましくは約４００℃と約６５０℃の間である。また、該温度は偽基板１０の製造に用いられる温度よりも少し低く、このことによって、該偽基板を劣化させないようにすることができる。つまり、物質ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は窒化インジウムの成長と熱的に適合するのである。
【００６８】
図４では、Ｘ線回折スペクトルが、ＺｎＳｉＮ2の層２を含んだ偽基板１０に約５５０℃でエピタキシー成長されたＩｎＮの層についてさまざまなピークを示している。Ｘ軸は、構造体２０（ここでは偽基板１０とＩｎＮの層１で構成されている）での回折に続く、入射Ｘ線のビームの屈折角を示し、Ｙ軸は測定された電磁界の強度を表している。
【００６９】
ＩｎＮの層に関連したピークが小さく（約４００アーク秒）、偽基板の回折ピークより小さいことが確認される。これはとりわけ、偽基板とＩｎＮの間にある格子の不一致が小さいことで、エピタキシーの質に有利に作用していることを証明している。結晶品質が低いために、ＺｎＳｉＮ2のトラックがＩｎＮのものよりもかなり大きくなっていることに注意するべきである。
【００７０】
本発明によって実現されたＩｎＮ層の（回折したＸ線の）トラックの幅は、先行技術のトラックより２倍から３倍小さくなっている。
【００７１】
このことは、本発明によって実現されたＩｎＮの層１の特性、とりわけ電子工学的特性が、先行技術のＩｎＮの層の特性に比べて大幅に向上したことを証明している。
【００７２】
さらに、本発明によると、所望の電子工学的特性に達するために、ＩｎＮの層１および／またはＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２に適切な仕方でドーピングすることができる。たとえば、ケイ素でＩｎＮの層１にドーピングすることができる。たとえば、ガリウムでＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２にドーピングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層と結晶物質のプレートとからなる偽基板を表す図。
【図２】ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層と、結晶物質の基板と担持層で構成されるプレートとからなる偽基板を表す図。
【図３】ＩｎＮの層と、ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層と、結晶物質のプレートとからなる構造体を表す図。
【図４】ＺｎＳｉＮ2の層を含んだ偽基板にエピタキシー成長されたＩｎＮの層についてさまざまなピークを示しているＸ線回折スペクトル図表。
【符号の説明】
【００７４】
１ ＩｎＮの層
２ ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層
３ 結晶物質のプレート
３ａ 基板
３ｂ 担持層
１０ 偽基板
２０ 構造体
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化インジウム（ＩｎＮ）の実現方法に関するものである。
【０００２】
窒化物半導体（ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮ）はこの十年の間、非常に多くの研究の対象となってきた。これらの物質をベースに、非常に性能の良い電子工学部品が実際に実現され、生産され、そして商用化されてきた。
【０００３】
窒化インジウムＩｎＮに関しては、製造の難しさのために、あまり認知されることなく、あまり利用されることがないままであった。
【０００４】
近年では、この物質の製造を向上させ、その物理的特性を解明するために新たな努力が払われてきた。禁制帯エネルギー（「ギャップ」）といった基本的特徴が全面的に見直され、電子工学部品に関するこの物質の潜在能力が確認された。
【０００５】
したがって、たとえば、光学および光電子工学において、発光ダイオード（ＬＥＤ）および半導体レーザー（ＬＤ）の発光スペクトルおよび検出スペクトルは赤外線まで拡大することができており（遠隔通信用、分析用、画像用など）、電子工学では、高温かつ高出力で作動するトランジスタが見出され、マイクロ波装置を生み出している（通信用、レーダー用など）。
【背景技術】
【０００６】
現状でのＩｎＮの実現は、有機金属気相エピタキシー（「ＭＯＶＰＥ」、英語の「ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ」の頭字語）や分子線エピタキシー（「ＭＢＥ」、英語の「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ」の頭字語）といった結晶成長技術を用いている。
【０００７】
このような結晶成長を行うための結晶基板の選択が難しく、該結晶基板は、とりわけ結晶構造と格子パラメータに関し、堆積させようとする物質に十分に近い物理的パラメータを有していなければならない。
【０００８】
したがって、ＧａＮの基板を利用することができる。しかし、ＭＯＶＰＥによってＧａＮの基板にＩｎＮを堆積させることには、表面に均一には行われず、島状のＩｎＮの塊をもたらすように不均質に行われる傾向がある（たとえばＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８３、１４（２００３）、２９１９のＯ．Ｂｒｉｏｔ ｅｔ ａｌ．の論文を参照）。
【０００９】
また、サファイア基板（六角形状のＡｌ2Ｏ3）を利用することもできる。この場合、より均質なＩｎＮの堆積が得られる。しかし、ＩｎＮの層とサファイア基板の間にある格子パラメータの差はおよそ２５％であり、これは、十分な結晶品質をしたＩｎＮの層を得るには依然として大きすぎる差であって、内部に制約と欠点があることで、該層の電子工学的特性が劣化する。
【００１０】
偽基板、すなわち、緩衝層が上にエピタキシー成長された結晶基板を含んだプレートもテストされており、該緩衝層はＩｎＮの成長に対して基板の役割を果たす。
【００１１】
ＩｎＮでの核形成層もテストされており、該層は、ＩｎＮの有用な層を後で成長させるために、欠点（転位など）を抑え、良質の表面を有している（たとえばＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｐａｒｔ２ ４０、Ｌ９１（１９９１）のＹ．Ｓａｉｔｏの論文を参照）。
【００１２】
ＩｎＮの層が上にエピタキシー成長されたＡｌＮでの核形成層もテストされている（たとえば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒ７９、１４８９（２００１）のＨ．Ｌｕ ｅｔ ａｌ．の論文を参照）。
【００１３】
低温で形成されたＧａＮとＩｎＮでの核形成層もテストされている（たとえば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｐａｒｔ２ ４１、Ｌ５４０（２００２）のＭ．Ｈｉｇａｓｈｉｗａｋｉ ｅｔ Ｔ．Ｍａｔｓｕｉの論文を参照）。
【００１４】
偽基板または核形成層を利用するこれらの技術は、実施するには長く、複雑で、コストがかかりうるものである。
【００１５】
他方では、該技術では最終的に得られるＩｎＮの層の構造に関して最適な結果が得られておらず、該構造には特に欠点と制約が残っている。
【特許文献１】米国特許第６２８４３９５号明細書
【特許文献２】米国特許第６１２１６３９号明細書
【非特許文献１】Ｏ．Ｂｒｉｏｔ ｅｔ ａｌ．、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８３、１４（２００３）、２９１９
【非特許文献２】Ｙ．Ｓａｉｔｏ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｐａｒｔ２ ４０、Ｌ９１（１９９１）
【非特許文献３】Ｈ．Ｌｕ ｅｔ ａｌ．、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒ７９、１４８９（２００１）
【非特許文献４】Ｍ．Ｈｉｇａｓｈｉｗａｋｉ ｅｔ Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｐａｒｔ２ ４１、Ｌ５４０（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の第一の目的は従来技術に存在するものより高い結晶品質をもったＩｎＮの層を実現することであり、該層はとりわけ転位のような内部の結晶学的欠点が少ないものである。
【００１７】
本発明の第二の目的は、前記第一の目的が達成しようとする品質に沿った品質を有するＩｎＮの層を得ることを可能にする、ＩｎＮの結晶成長に対する基板を見出すことである。
【００１８】
本発明の第三の目的は、基板の実現時および／またはＩｎＮの層の実現時に実施することのできる化学エッチング処理を単純化するために、この基板が酸素をほとんど含まない、または含まないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、第一の特徴によると、電子工学、光学または光電子工学での応用を目的とした構造体を提案することによって状況を改善しようとするものであり、該構造体は、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素および／または周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による層を含んでおり、該構造体がさらにＩｎＮの層を含んでいることを特徴としている。
【００２０】
この構造体のその他の可能な特徴は、
−ＩｎＮの層が合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2による層の上にあること、
−該構造体がさらに、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の下に、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層を具備していること、
−該構造体がさらに、この担持層の下に、結晶基板を具備していること、
−ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層が、担持層とＩｎＮの層の間における緩衝層となるために十分な厚みを有し、とりわけ、その内部に結晶学的欠点を閉じこめること、
−合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の化学式が、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2という可能な組み合わせから選択されること、
−合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2および／または合金ＩｎＮがさらに少なくとも一つのドーピング元素を含んでいることである。
【００２１】
第二の特徴によると、本発明は窒化インジウムの層の実現方法を提案するものであり、該方法は、第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による層の上に、ＩｎＮの層を結晶成長させる過程を含んでいることを特徴としている。
【００２２】
この方法のその他の可能な特徴は、
−ＩｎＮの成長が約７００℃以下の温度で行われること、
−該方法がさらに、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層の上でＩＩ−ＩＶ−Ｎ2による層を結晶成長させる予備過程を含んでいること、
−該方法がさらに、結晶物質の基板上でこの担持層を結晶成長させる初期過程を含んでいること、
−結晶成長がＭＯＶＰＥとＭＢＥという技術から選択されることである。
【００２３】
第三の特徴によると、本発明は、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による上層を含んだプレートを提案するものであり、該プレートは、この上層が緩衝層を構成するために十分な厚みを有していることを特徴としている。
【００２４】
このプレートのその他の可能な特徴は、
−合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の化学式が、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2という可能な組み合わせから選択されること、
−上層の厚みが約０．１マイクロメートルと５マイクロメートルの間に含まれること、
−プレートがさらに、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の下に、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層を具備していること、
−プレートがさらに、担持層の下に、結晶基板を具備していることである。
【００２５】
第四の特徴によると、本発明は、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、およびＮ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）を上部に具備したプレートを、ＩｎＮの結晶成長用の基板として利用することを提案するものである。
【００２６】
本発明による構造体は、光学、光電子工学またはマイクロ電子工学での応用を目的としている。
【００２７】
本発明による構造体は、ＩｎＮの層と、ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、ＩＶ族の少なくとも一つの元素およびＮ2から構成される合金とを含んでおり、この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される。
【００２８】
好ましくは、本発明による構造体は合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の上に直接ＩｎＮの層を含んでいる。合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2はこのとき、ＩｎＮの成長に対する基板または偽基板を形成する。
【００２９】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2という可能な組み合わせのセットによって得られるさまざまな合金から選択される。
【００３０】
近年では、ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2タイプのかかる三元素合金で形成された、窒化物質の新たなクラスに関心を寄せる研究チームはあまりない。これらの研究では、ＺｎＳｉＮ2およびＺｎＧｅＮ2の半導体特性と電子工学的特性を利用することが問題になっている。ここで、ＺｎＳｉＮ2とＺｎＧｅＮ2という物質は電子工学部品または光電子工学部品を構成することを目的としている。とりわけ、米国特許第６２８４３９５号明細書および米国特許第６１２１６３９号明細書を参照することができる。
【００３１】
本発明はこれらの物質ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2をその固有の電子工学的特性のために活性層として用いるのではなく、窒化インジウムをベースとする層または構造体を成長させるための基板として利用する。
【００３２】
実際、本出願人は合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2に堆積させたＩｎＮの層が、従来技術よりもかなり向上した結晶品質と、物理的特性および電子工学的特性を有することを明らかにした（特に以下の実験結果を参照）。
【００３３】
この結果は、物質ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2がＩｎＮに近い物質であり、したがって近い物理的特性を有していることに起因していると考えられる。
【００３４】
本出願人は特に、二つの物質の格子パラメータが非常に近いことを観察した。つまり、六角形状のＩｎＮの格子パラメータはおよそａ＝３．５４Å、ｃ＝５．７１Åである（特に、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、ｖｏｌ．９４、５（２００３）のＡ．Ｇ．Ｂｈｕｉｙａｎ ｅｔ ａｌ．「Ｉｎｄｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ （ＩｎＮ）：ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ ｇｒｏｗｔｈ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」の図１５を参照）。合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の格子パラメータはほとんど知られておらず、「Ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｆｏｒ ｂａｎｄｇａｐ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：ｖｉｒｔｕａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２２３（２００４）１４８−１５８）においてＣ．Ｓｕｈ ｅｔ Ｋ．Ｒａｊａｎによってなされているように、どちらかと言えばシミュレーションによって計算されている。
【００３５】
基板の選択に対する決定的基準は格子パラメータであり、該基準によってエピタキシー成長するべき層との「格子の不一致」（百分率表示）を予測することができるため、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2による基板の選択は、該合金の格子パラメータがそれぞれＩｎＮの格子パラメータと近似していれば、特に有効だと考えられる。
【００３６】
ＩｎＮがＺｎＳｉＮ2と約９％の格子の不一致を有し、ＺｎＧｅＮ2とは約１０％の格子の不一致を有することを確認することができる。
【００３７】
これらの格子の不一致は従来技術で知られていたものを下回っている。
【００３８】
他方、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は、熱条件が変化したときにＩｎＮと良好な機械的親和性を有している。
【００３９】
本出願人はさらに、熱重量分析による測定時に、ＺｎＳｉＮ2が７００℃でその機械的側面と結晶学的側面を保持することを確認した。ところが、ＩｎＮのエピタキシーは従来的に約７００℃未満の温度で行われるので、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は安定した基板ということになる。
【００４０】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2がほとんど酸素を含まず、あるいは含んでいないため、エッチングの化学的処理を実施することができ（所望の構造体の実現時に、たとえば表面のつや出しまたは洗浄の範囲において）、酸素を含有した物質（加工するのにより固い）に用いられる器具よりも、用いられる器具の摩耗や劣化のおそれがずっと少ない。
【００４１】
物質ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2自体がエピタキシーによって他の基板に堆積させられているので、ここで述べるのは、窒化インジウムおよび窒化インジウムに関連する物質および構造体を堆積させるための「偽基板」である。これらの合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2のうち、ＺｎＳｉＮ2とＺｎＧｅＮ2が実際に研究され、それらの格子パラメータがＧａＮの格子パラメータと近いことが明らかになっている。したがって、この二つの物質をＧａＮあるいはサファイアに堆積させることで、これらの物質をベースとした電子工学装置を形成することが目的とされてきた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１または図２では、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は好ましくは層２の形を呈しており、該層は、基板を形成する結晶物質のプレート３の上に、結晶成長によって実現されている。
【００４３】
図１では、このプレート３は塊（「バルク」）であってよく、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、Ｓｉ（１１１）またはＳｉＣといった物質で構成することができる。
【００４４】
図２では、このプレート３は、結晶物質の基板３ａと担持層３ｂで構成することができ、基板はたとえばサファイアまたはＳｉＣとすることができ、担持層３ｂは、基板に事前にエピタキシー成長されたＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣまたはＳｉ（１１１）とすることができる。
【００４５】
プレート３のエピタキシー面は加工することにより、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の結晶成長のために物理的特性を向上させることができる。以下の一つまたは複数の技術を実施することができる。すなわち、ポリッシング、化学エッチング、または当業者に既知であるその他の技術である。
【００４６】
たとえば、プレート３がサファイア製である場合、８０℃前後で、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ3ＰＯ4（３：１）のようなエッチング溶液で表面を洗浄し、そして脱イオン化水で表面を水洗いすることができる。
【００４７】
ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の堆積はＭＯＶＰＥまたはＭＢＥといった複数のエピタキシー技術によって行うことができる。
【００４８】
ＭＯＶＰＥはより容易な工業化のために用いられることが多く、（Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2タイプの化合物にうまく適用される。
【００４９】
ＭＢＥはＭｇおよびＣａを含んだ物質の準備により良く対応し、これらの種類はＭＯＶＰＥで利用するのに容易な先駆物質は持っていない。
【００５０】
ＭＯＶＰＥでは、一般に用いられる技術は、プレート３の表面において、合金元素（ＩＩ、ＩＶおよびＮ2）の先駆物質間の化学反応を促進することである。従来的に用いられているＩＩ族元素の先駆物質は、Ｚｎを得るためのジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）またはジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）、Ｃｄを得るためのジメチルカドミウム（ＤＭＣｄ）、Ｓｎを得るためのテトラメチルスズ（ＴＭＳｎ）、そして鉛を得るためのテトラエチル鉛およびテトラメチル鉛（ＴＭＰｂ、ＴＥＰｂ）である。従来的に用いられているＩＶ族元素の先駆物質は、ＳｉおよびＧｅのそれぞれを得るためのシラン（ＳｉＨ4）と水素化ゲルマニウム（ＧｅＨ4）である。従来的に用いられているＮ2の先駆物質はアンモニア（ＮＨ3）または窒素源である。
【００５１】
成長は従来的には約１１００℃未満の温度で行われる。
【００５２】
特に、約４５０℃と約８００℃の間に含まれる温度でエピタキシー成長することができる。
【００５３】
約２０ｍｂａｒと大気圧の間に含まれる全圧力を用いることができる。
【００５４】
ＩＩおよびＩＶ族元素の全体とアンモニアの間におけるモル流量比は一般に１５００と５００００の間に含まれる。
【００５５】
層２の成長にＭＢＥを用いる場合には、カルシウム（Ｃａ）とマグネシウム（Ｍｇ）は固体ソースの形状で用いられる。窒素はアンモニア流の利用によってまたは窒素プラズマによって導入される。
【００５６】
ＩｎＮの偽基板を構成するＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２は数ミクロンに達しうる厚みを有しており、特徴的には約０．１μｍと約５μｍの間に含まれる厚み、より特徴的には約１μｍと約５μｍの間、さらに特徴的には約２μｍと約５μｍの間、さらに特徴的には約３μｍと約５μｍの間に含まれる厚みを有している。
【００５７】
層２の自由面が高品質のＩｎＮの層を続いて実現するために十分な結晶品質を有するために、十分な厚みになることが望ましい。実際、ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２と、隣接するプレート３との間の境界面には、重大なものとなりうる結晶の欠点が従来的に集中しており、該欠点の存在は主として向かい合う二つの物質間にありうる格子の差異に関連しているのだが、これらの欠点は段階的に厚みの中で減少していくものである。したがってここでは、ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２は、プレート３と形成すべきＩｎＮの層の間で緩衝層として機能するのだが、なぜなら、該層２は、ＩｎＮの格子パラメータに格子パラメータを適合させるだけではなく、その内部に欠点を閉じこめるからである。
【００５８】
特徴的な形状の場合、特殊な処理（熱処理および／または特別な化学処理など）を実施することで、プレート３との境界面の近傍でだけに欠点を閉じこめるようにすることができる。
【００５９】
たとえば、サファイアによるプレート３の表面の窒化を行い、次に、低温で（典型的には約４００℃）ＺｎＳｉＮ2を小さな厚みの上に堆積させ、最後に高温で（つまり約４００℃を超え、好ましくは４００℃と７００℃の間）再結晶化処理を行った後で、最終的な層２を実現するためにＺｎＳｉＮ2の第二の堆積を行うことができる。このとき、層２の結晶の主要な欠点は最初に堆積された厚みの中に閉じこめられることになる。
【００６０】
本発明による技術を用いることで、本出願人は、非常に滑らかかつ高品質で、２０−３０Å ＲＭＳ前後に位置する粗度を有した合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の表面を得ることに成功した。
【００６１】
したがって、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2のこのような層２は初期の基板を形成するプレート３の上にエピタキシー成長されている。
【００６２】
いったん先述した技術の一方または他方で偽基板１０が形成されれば、図３にあるように、ＩｎＮの層１を合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の上で成長させられる。
【００６３】
堆積の前に、エッチングおよび／またはポリッシングといった化学処理および／または機械的処理を行うことができるのだが、該処理は、表面がＭＯＶＰＥまたはＭＢＥによるエピタキシーに適応できるように、該表面を十分洗浄し、つや出しすることに適している。
【００６４】
ＭＯＶＰＥまたはＭＢＥはこの目的で用いることができる。
【００６５】
ＭＯＶＰＥによるＩｎＮのエピタキシーの場合、たとえば、先駆物質としてトリメチルインジウム（ＩｎＮ用）とアンモニア（窒素用）を用いることができる。Ｎ2雰囲気のような不活性雰囲気で反応を行うことが好ましい。
【００６６】
ＭＢＥによるＩｎＮのエピタキシーの場合、たとえば、インジウムの塊の固体ソースと、分子がたとえばプラズマ高周波で分離されることになる窒素（Ｎ2）またはアンモニア（ＮＨ3）のような気体ソースを用いることができる。
【００６７】
成長温度は約７００℃以下とすることができ、好ましくは約４００℃と約６５０℃の間である。また、該温度は偽基板１０の製造に用いられる温度よりも少し低く、このことによって、該偽基板を劣化させないようにすることができる。つまり、物質ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2は窒化インジウムの成長と熱的に適合するのである。
【００６８】
図４では、Ｘ線回折スペクトルが、ＺｎＳｉＮ2の層２を含んだ偽基板１０に約５５０℃でエピタキシー成長されたＩｎＮの層についてさまざまなピークを示している。Ｘ軸は、構造体２０（ここでは偽基板１０とＩｎＮの層１で構成されている）での回折に続く、入射Ｘ線のビームの屈折角を示し、Ｙ軸は測定された電磁界の強度を表している。
【００６９】
ＩｎＮの層に関連したピークが小さく（約４００アーク秒）、偽基板の回折ピークより小さいことが確認される。これはとりわけ、偽基板とＩｎＮの間にある格子の不一致が小さいことで、エピタキシーの質に有利に作用していることを証明している。結晶品質が低いために、ＺｎＳｉＮ2のトラックがＩｎＮのものよりもかなり大きくなっていることに注意するべきである。
【００７０】
本発明によって実現されたＩｎＮ層の（回折したＸ線の）トラックの幅は、先行技術のトラックより２倍から３倍小さくなっている。
【００７１】
このことは、本発明によって実現されたＩｎＮの層１の特性、とりわけ電子工学的特性が、先行技術のＩｎＮの層の特性に比べて大幅に向上したことを証明している。
【００７２】
さらに、本発明によると、所望の電子工学的特性に達するために、ＩｎＮの層１および／またはＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２に適切な仕方でドーピングすることができる。たとえば、ケイ素でＩｎＮの層１にドーピングすることができる。たとえば、ガリウムでＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層２にドーピングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層と結晶物質のプレートとからなる偽基板を表す図。
【図２】ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層と、結晶物質の基板と担持層で構成されるプレートとからなる偽基板を表す図。
【図３】ＩｎＮの層と、ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層と、結晶物質のプレートとからなる構造体を表す図。
【図４】ＺｎＳｉＮ2の層を含んだ偽基板にエピタキシー成長されたＩｎＮの層についてさまざまなピークを示しているＸ線回折スペクトル図表。
【符号の説明】
【００７４】
１ ＩｎＮの層
２ ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層
３ 結晶物質のプレート
３ａ 基板
３ｂ 担持層
１０ 偽基板
２０ 構造体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子工学、光学または光電子工学での応用を目的とした構造体であり、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による層（２）を含んだ構造体であって、さらにＩｎＮの層（１）を含んでいることを特徴とする構造体。
【請求項２】
ＩｎＮの層（１）が合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層（２）の上にあることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
さらに、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の下に、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉからなる担持層（３、３ｂ）を具備していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
さらに、担持層（３ｂ）の下に、結晶基板（３ａ）を具備していることを特徴とする、請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層（２）が、担持層（３、３ｂ）とＩｎＮの層（１）の間で緩衝層となるのに十分な厚みを有し、とりわけ、その内部に結晶学的欠点を閉じこめるようになっていることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の構造体。
【請求項６】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の化学式が、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2の可能な組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の構造体。
【請求項７】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2および／または合金ＩｎＮがさらに少なくとも一つのドーピング元素を含んでいることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の構造体。
【請求項８】
第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による層（２）に、ＩｎＮによる層（１）を結晶成長させる過程を含んでいることを特徴とする、窒化インジウム原子層の実現方法。
【請求項９】
ＩｎＮの成長が約７００℃以下の温度で行われ、特に約４００℃と約６５０℃の間で行われることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層（３、３ｂ）に合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層（２）を結晶成長させる予備過程を含んでいることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、結晶物質による基板（３ａ）に担持層（３ｂ）を結晶成長させる初期過程を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
結晶成長がＭＯＶＰＥおよびＭＢＥの技術から選択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】
ＩｎＮ層の成長に基板としての役割を果たすことを目的とするプレート（１０）であり、プレート（１０）が、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による上層（２）を含み、この上層が緩衝層を構成するのに十分な厚みを有していることを特徴とするプレート（１０）。
【請求項１４】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の化学式が、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2という可能な組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１３に記載のプレート（１０）。
【請求項１５】
上層（２）の厚みが約０．１マイクロメートルと５マイクロメートルの間に含まれることを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載のプレート（１０）。
【請求項１６】
さらに、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の下に、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層（３、３ｂ）を具備していることを特徴とする、請求項１３〜請求項１５のいずれか一つに記載のプレート（１０）。
【請求項１７】
さらに、担持層（３ｂ）の下に、結晶質の基板（３ａ）を具備していることを特徴とする、請求項１６に記載のプレート（１０）。
【請求項１８】
周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）を上部に具備したプレート（１０）の、ＩｎＮの結晶成長用の基板としての利用。
【請求項１】
電子工学、光学または光電子工学での応用を目的とした構造体であり、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による層（２）を含んだ構造体であって、さらにＩｎＮの層（１）を含んでいることを特徴とする構造体。
【請求項２】
ＩｎＮの層（１）が合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層（２）の上にあることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
さらに、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の下に、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉからなる担持層（３、３ｂ）を具備していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
さらに、担持層（３ｂ）の下に、結晶基板（３ａ）を具備していることを特徴とする、請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層（２）が、担持層（３、３ｂ）とＩｎＮの層（１）の間で緩衝層となるのに十分な厚みを有し、とりわけ、その内部に結晶学的欠点を閉じこめるようになっていることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の構造体。
【請求項６】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の化学式が、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2の可能な組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の構造体。
【請求項７】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2および／または合金ＩｎＮがさらに少なくとも一つのドーピング元素を含んでいることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の構造体。
【請求項８】
第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による層（２）に、ＩｎＮによる層（１）を結晶成長させる過程を含んでいることを特徴とする、窒化インジウム原子層の実現方法。
【請求項９】
ＩｎＮの成長が約７００℃以下の温度で行われ、特に約４００℃と約６５０℃の間で行われることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層（３、３ｂ）に合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の層（２）を結晶成長させる予備過程を含んでいることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、結晶物質による基板（３ａ）に担持層（３ｂ）を結晶成長させる初期過程を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
結晶成長がＭＯＶＰＥおよびＭＢＥの技術から選択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】
ＩｎＮ層の成長に基板としての役割を果たすことを目的とするプレート（１０）であり、プレート（１０）が、周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）による上層（２）を含み、この上層が緩衝層を構成するのに十分な厚みを有していることを特徴とするプレート（１０）。
【請求項１４】
合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の化学式が、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｄ）−（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）−Ｎ2という可能な組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１３に記載のプレート（１０）。
【請求項１５】
上層（２）の厚みが約０．１マイクロメートルと５マイクロメートルの間に含まれることを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載のプレート（１０）。
【請求項１６】
さらに、合金ＩＩ−ＩＶ−Ｎ2の下に、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＳｉによる担持層（３、３ｂ）を具備していることを特徴とする、請求項１３〜請求項１５のいずれか一つに記載のプレート（１０）。
【請求項１７】
さらに、担持層（３ｂ）の下に、結晶質の基板（３ａ）を具備していることを特徴とする、請求項１６に記載のプレート（１０）。
【請求項１８】
周期表の第ＩＩ族の少なくとも一つの元素、および／または、周期表の第ＩＶ族の少なくとも一つの元素、および、Ｎ2の合金（この合金はＩＩ−ＩＶ−Ｎ2と表記される）を上部に具備したプレート（１０）の、ＩｎＮの結晶成長用の基板としての利用。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００８−５１３３２７（Ｐ２００８−５１３３２７Ａ）
【公表日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３１７９４（Ｐ２００７−５３１７９４）
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００５／００２２７５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０３２７５６
【国際公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（５００４７０４８２）サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック（セーエヌエールエス） (25)
【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ （ＣＮＲＳ）
【出願人】（５０６０７５２５２）ユニベルシテ モンペリエ ドゥー (7)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＭＯＮＴＰＥＬＬＩＥＲ ＩＩ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００５／００２２７５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０３２７５６
【国際公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（５００４７０４８２）サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック（セーエヌエールエス） (25)
【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ （ＣＮＲＳ）
【出願人】（５０６０７５２５２）ユニベルシテ モンペリエ ドゥー (7)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＭＯＮＴＰＥＬＬＩＥＲ ＩＩ
【Ｆターム（参考）】
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