特許 5765861 窒化物半導体層の分析方法及びこれを用いた窒化物半導体基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5765861

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】窒化物半導体層の分析方法及びこれを用いた窒化物半導体基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20150730BHJP

   G01N 21/00 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/66 N

   G01N21/00 B

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-117655(P2013-117655)

(22)【出願日】2013年6月4日

(65)【公開番号】特開2014-63982(P2014-63982A)

(43)【公開日】2014年4月10日

【審査請求日】2014年3月31日

(31)【優先権主張番号】特願2012-186354(P2012-186354)

(32)【優先日】2012年8月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】507182807

【氏名又は名称】コバレントマテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101878

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 茂

(72)【発明者】

【氏名】梁瀬 佳旗

(72)【発明者】

【氏名】白井 宏

(72)【発明者】

【氏名】小宮山 純

(72)【発明者】

【氏名】大石 浩司

【審査官】 樫本 剛

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０４５７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３３７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９７０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０６３６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３５９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８７４２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｎ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａ_xＢ_1-xＮ層（Ａ，ＢはＡｌ又はＧａ、Ｎは窒素元素、０≦ｘ≦１）上に厚さ０．５〜５ｎｍのＡＮ層又はＢＮ層が積層されている窒化物半導体層に対して、反射分光法を用いて前記Ａ_xＢ_1-xＮ層の反射スペクトルを得る測定ステップと、前記反射スペクトルから前記Ａ_xＢ_1-xＮ層のバンドギャップエネルギー値Ｅ_gapを得る解析ステップと、前記バンドギャップエネルギー値Ｅ_gapからｘを算出する算出ステップとを備え、
前記解析ステップにおいて、前記反射スペクトルのピーク位置におけるエネルギー値をＥ_gapとし、かつ、前記算出ステップにおいて、Ａ_xＢ_1-xＮ（ｘ＝１）のバンドギャップエネルギー値をＥ_A、Ａ_xＢ_1-xＮ（ｘ＝０）のバンドギャップエネルギー値をＥ_Bとしたとき、演算式Ｅ_gap＝（１−ｘ）Ｅ_B＋ｘＥ_A−ｂｘ（１−ｘ）（ｂは前記Ａ，Ｂに対応する湾曲定数）からｘを算出することを特徴とする窒化物半導体層の分析方法。

【請求項2】

前記演算式で用いるＥ_gapを、前記反射スペクトルのピーク位置におけるエネルギー値に代えて、前記反射スペクトルの周波数による微分極値を与える周波数におけるエネルギー値とすることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体層の分析方法。

【請求項3】

少なくとも１層のＡ_xＢ_1-xＮ（Ａ，ＢはＡｌ又はＧａ、Ｎは窒素元素、０≦ｘ≦１）上に厚さ０．５〜５ｎｍのＡＮ層又はＢＮ層が積層されている窒化物半導体層を有する窒化物半導体基板の製造方法であって、請求項１又は２に記載の分析方法で前記Ａ_xＢ_1-xＮ層のｘを算出し、該ｘに基づいて製造条件を変更するステップを含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子デバイスや発光素子、高周波デバイスに用いられる窒化物半導体、特に、３元混晶窒化物半導体層について、混晶比を求めるための分析方法及びこの分析方法を用いた窒化物半導体基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、高耐圧パワーデバイスに好適な窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物半導体層を、基板上に堆積させて作製した窒化物半導体基板の開発が進められている。
その一例として、Ｓｉ基板上にバッファー層を介して、電子走行層としてのＧａＮ層と、電子供給層としてのＡｌ_xＧａ_1-xＮ単結晶層（０≦ｘ≦１）が順次積層された構造を有する高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が挙げられる。

【0003】

ＨＥＭＴ基板においては、電子供給層のＡｌ_xＧａ_1-xＮ単結晶層（０≦ｘ≦１）におけるｘ、すなわち、混晶比を精密に制御することが特に重要である。混晶窒化物半導体の混晶比を測定する方法としては、ラザフォード後方散乱法やフォトルミネッセンス法等が知られている。

【0004】

特許文献１には、フォトルミネッセンス法による混晶比の測定方法の一例として、混晶のバンドギャップよりも大きい光エネルギーを持つ色素レーザによる励起光を試料面に当て、試料から生じるフォトルミネッセンススペクトルを求め、色素レーザの発振波長の変化により励起光の試料薄膜中での浸透深さＰを変えて、フォトルミネッセンススペクトルを浸透深さＰの関数として得て、フォトルミネッセンススペクトルの組み合わせから深さＤの関数としてのバンドギャップＥｇを求め、バンドギャップＥｇからその深さＤでの混晶比ｘを求める方法が開示されている。

【0005】

また、特許文献２には、強度変調励起光を照射した試料表面にプローブ光を照射し、その反射光から変調に同期した反射スペクトルを検出し、該反射スペクトルから求めた試料の吸収端エネルギーにより化合物組成比を求めることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１−９４２４７号公報

【特許文献2】特開平７−６３６６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、ラザフォード後方散乱法は、測定精度には優れているものの、装置が大型かつ高額であり、また、真空下で測定を行うため、１サンプル当たりの測定に手間と時間がかかる。このため、特に、窒化物半導体基板の製造プロセスに組み入れて使用するための簡易かつ非破壊の測定方法として適切であるとは言えなかった。

【0008】

また、特許文献１に記載されたフォトルミネッセンス法による方法は、簡易かつ非破壊で測定可能であるとされているが、測定対象の半導体層の結晶性や転位等の影響を受けるおそれがあり、測定の安定性及び信頼性が十分に確保されているとは言い難い。また、測定対象の半導体層の表面に膜が形成されている場合には、量子井戸構造による発光妨害のため測定困難である。

【0009】

さらに、特許文献２に記載された技術は、蛍光Ｘ線分析法に比べて容易に精度よく化合物半導体の組成比が求められるとされているが、反射光の変調強度も、測定対象の半導体層の結晶性や転位等の影響を受けるおそれがあるため、この技術も、測定の安定性及び信頼性が十分に確保されているものではなかった。

【0010】

本発明は、上記のような従来技術による課題に鑑みてなされたものであり、３元混晶窒化物半導体層における混晶比を、該窒化物半導体層の表面がキャップ層で覆われている場合であっても、非破壊で簡易かつ精度よく分析することができる窒化物半導体層の分析方法及びこれを用いた窒化物半導体基板の製造方法を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明に係る窒化物半導体層の分析方法は、Ａ_xＢ_1-xＮ層（Ａ，ＢはＡｌ又はＧａ、Ｎは窒素元素、０≦ｘ≦１）上に厚さ０．５〜５ｎｍのＡＮ層又はＢＮ層が積層されている窒化物半導体層に対して、反射分光法を用いて前記Ａ_xＢ_1-xＮ層の反射スペクトルを得る測定ステップと、前記反射スペクトルから前記Ａ_xＢ_1-xＮ層のバンドギャップエネルギー値Ｅ_gapを得る解析ステップと、前記バンドギャップエネルギー値Ｅ_gapからｘを算出する算出ステップとを備え、前記解析ステップにおいて、前記反射スペクトルのピーク位置におけるエネルギー値をＥ_gapとし、かつ、前記算出ステップにおいて、Ａ_xＢ_1-xＮ（ｘ＝１）のバンドギャップエネルギー値をＥ_A、Ａ_xＢ_1-xＮ（ｘ＝０）のバンドギャップエネルギー値をＥ_Bとしたとき、演算式Ｅ_gap＝（１−ｘ）Ｅ_B＋ｘＥ_A−ｂｘ（１−ｘ）（ｂは前記Ａ，Ｂに対応する湾曲定数）からｘを算出することを特徴とする。
このような方法によれば、Ａ_xＢ_1-xＮからなる窒化物半導体層のＡＮ混晶比ｘを、非破壊で、簡易かつ短時間で、しかも、精度よく分析することができる。

【0012】

前記分析方法は、前記演算式で用いるＥ_gapを、前記反射スペクトルのピーク位置におけるエネルギー値に代えて、前記反射スペクトルの周波数による微分極値を与える周波数におけるエネルギー値としてもよい。
この方法によれば、分析精度をより向上させることができる。

【0013】

また、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法は、少なくとも１層のＡ_xＢ_1-xＮ（Ａ，ＢはＡｌ又はＧａ、Ｎは窒素元素、０≦ｘ≦１）上に厚さ０．５〜５ｎｍのＡＮ層又はＢＮ層が積層されている窒化物半導体層を有する窒化物半導体基板の製造方法であって、上記分析方法で前記Ａ_xＢ_1-xＮ層のｘを算出し、該ｘに基づいて製造条件を変更するステップを含むことを特徴とする。
窒化物半導体基板の製造プロセスに上記分析方法を適用することにより、混晶比が精密に制御された窒化物半導体基板を簡便に製造することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る窒化物半導体層の分析方法によれば、３元混晶の窒化物半導体であるＡ_xＢ_1-xＮのＡＮ混晶比ｘを、その表面がキャップ層で覆われている場合であっても、室温・大気環境下で、非破壊で簡易かつ精度よく分析することができる。
また、本発明に係る分析方法を用いた製造方法によれば、簡便な方法で混晶比が精密に制御された窒化物半導体基板を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施例における試料２についての紫外反射スペクトル及び該反射スペクトルの周波数による微分値を示すグラフである。

【図2】実施例における試料４についての紫外反射スペクトル及び該反射スペクトルの周波数による微分値を示すグラフである。

【図3】実施例１，２で測定した試料１〜５についての紫外反射スペクトルである。

【図4】比較例１において試料２，３についてのフォトルミネッセンス法（２６６ｎｍ励起）により測定した蛍光スペクトルである。

【図5】Ａｌ_xＧａ_1-xＮの紫外反射ピークとフォトルミネッセンス発光ピークの波長の相関を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、さらに詳細に説明する。
本発明に係る窒化物半導体層の分析方法は、Ａ_xＢ_1-xＮ層（Ａ，Ｂは１３族元素、Ｎは窒素元素、０≦ｘ≦１）上に厚さ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下のＡＮ層又はＢＮ層が積層されている窒化物半導体層に対して、反射分光法を用いて前記Ａ_xＢ_1-xＮ層の反射スペクトルを得る測定ステップと、前記反射スペクトルから前記Ａ_xＢ_1-xＮ層のバンドギャップエネルギー値Ｅ_gapを得る解析ステップと、前記バンドギャップエネルギー値Ｅ_gapからｘを算出する算出ステップとを備えているものである。
そして、前記解析ステップにおいて、前記反射スペクトルのピーク位置におけるエネルギー値をＥ_gapとし、かつ、前記算出ステップにおいて、Ａ_xＢ_1-xＮ（ｘ＝１）のバンドギャップエネルギー値をＥ_A、Ａ_xＢ_1-xＮ（ｘ＝０）のバンドギャップエネルギー値をＥ_Bとしたとき、演算式Ｅ_gap＝（１−ｘ）Ｅ_B＋ｘＥ_A−ｂｘ（１−ｘ）（ｂは前記Ａ，Ｂに対応する湾曲定数）からｘを算出することを特徴とする。

【0017】

分析対象であるＡ_xＢ_1-xＮは、３元混晶の窒化物半導体であり、Ａ，Ｂは１３族元素である。具体的には、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ、Ａｌ_xＩｎ_1-xＮ、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ等が挙げられる。
ここで、Ａ_xＢ_1-xＮのｘは、３元混晶の窒化物半導体中のＡＮの混晶比であり、０以上１以下である。
なお、本発明に係る分析方法は、炭素やホウ素、リン、シリコン等を不純物又はドーパントとして含んでいる場合においても適用することができる。

【0018】

本発明は、３元混晶窒化物半導体であるＡ_xＢ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）のＡＮ混晶比ｘを簡易かつ精度よく分析するための方法であり、反射分光法を用いて行う方法を提供する。
本発明に係る分析方法は、様々な条件での計算シミュレーションと実測から、反射スペクトルのピーク周波数が誘電率の特異点の周波数と一致するとの知見を得たことに基づいて、反射スペクトルのピーク位置を検出するという簡易な手法で混晶比を評価することを可能としたものである。
すなわち、本発明に係る方法は、反射率と誘電率と電子状態の関係に関する知見に基づいて、Ａ_xＢ_1-xＮの吸収端付近（ＡｌＧａＮの場合は２００〜３６０ｎｍ）で反射分光を行い、この反射スペクトルの形状から誘電関数の特異点を推測し、バンドギャップエネルギーからＡＮ混晶比ｘを求めるものである。

【0019】

また、例えば、窒化物半導体基板は、通常、Ａ_xＢ_1-xＮ／ＢＮ／マルチ・バッファー／基板のへテロエピタキシャル構造からなるが、表面保護のために、Ａ_xＢ_1-xＮ表面に厚さ０．５〜１０ｎｍの極薄いＡＮ又はＢＮからなるキャップ層が成膜された状態で製品として出荷される。例えば、前記Ａ_xＢ_1-xＮ層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ層の場合は、通常、キャップ層としてＧａＮ層が形成される。
このように、Ａ_xＢ_1-xＮ層がキャップ層で覆われている場合は、上述したとおり、フォトルミネッセンス法では、極薄いキャップ層の量子井戸構造に基づく発光が現れ、Ａ_xＢ_1-xＮ励起子の発光はキャップ層の発光に妨害され、実際上測定することができない。
これに対して、反射分光法によれば、キャップ層の影響をほとんど受けることなく、反射スペクトルの測定を行うことができる。このため、本発明に係る方法によれば、厚さ０．５〜１０ｎｍのＡＮ層又はＢＮ層が積層されている窒化物半導体層について、室温・大気環境下で、しかも、非破壊で、該窒化物半導体層の混晶比を簡易かつ精度よく求めることができる。

【0020】

前記Ａ_xＢ_1-xＮ層上に積層されるＡＮ層又はＢＮ層（キャップ層）は、厚さ０．５〜１０ｎｍであり、好ましくは、２〜５ｎｍである。
前記キャップ層の厚さは、製品保護の効果を損なわない範囲で薄いことが好ましいが、薄すぎると、層厚の面内バラツキが相対的に大きくなり、各種デバイス特性へ及ぼす影響が懸念される。また、１０ｎｍ超になると、反射スペクトルへの影響が危惧されるため好ましくない。

【0021】

さらに、上記分析方法の検討において、反射率の周波数ピーク位置よりも、その周波数による微分関数の極値を与える周波数が、わずかではあるものの、特異点により近いことが確認された。このことから、混晶比をより精度よく求める場合には、高Ｓ／Ｎ比で測定された反射スペクトルの周波数による微分関数の極値を与える周波数を特異点とすることが好ましい。

【0022】

ここで、Ａ_xＢ_1-xＮの代表例としてＡｌ_1-xＧａ_xＮについて行った微分関数の周波数による極値の計算方法を説明する。具体的には、Ｓｉ基板上にマルチ・バッファー層を介してＧａＮとＡｌ_xＧａ_1-xＮとを順次堆積した多層膜からなる窒化物半導体基板について計算した。
前記窒化物基板を構成する各層に紫外域の複素誘電関数（複素誘電率の分散）を反映させた光反射透過特性行列（２行×２列）を割り当て、この特性行列の積で前記多層膜全体の特性を表し、また、この特性行列の成分を使って反射率を求める。

【0023】

Ａｌ_xＧａ_1-xＮとＧａＮの周波数ωに対する複素誘電関数ε（ω）には、K.Takeuchi et al., J. Appl. Phys., 107,23306 (2010)のモデル関数を用いた。また、ＡｌＮの誘電関数には、D.Brunner et al.,J. Appl. Phys., 82, 5090 (1997)に開示されている関数を用い、基板のＳｉの誘電関数には、S. Adachi, J. Appl. Phys., 66, 3224 (1989)及びD.F.Edwards,“Silicon (Si),” Handbook of Optical Constantsof Solids III, E. D. Palik, ed., Academic Press, (1998).の論文に記載されている関数を用いた。そして、各波長での入射光の挙動は、多層膜の光透過反射特性を記述する行列を用いる方法で計算した（K.Yamamoto et al., Vibrational Spectroscopy 8, 1, (1994)参照）。なお、実際の数値計算は、技術計算・ドキュメントソフトウェアＭａｔｈＣａｄ１１を用いて行った。

【0024】

なお、反射ピーク波長はＡｌ_xＧａ_1-xＮ及びＧａＮの励起子の横波（共鳴）周波数に対応するわけではないため、Ａｌ_xＧａ_1-xＮのＡｌＮ混晶比ｘを求めるためには、反射スペクトルから何らかの方法でＡｌ_xＧａ_1-xＮの共鳴周波数を求める必要がある。最も単純な方法として、反射スペクトルＲ（ω）の入射光周波数ωでの１階微分ｄＲ（ω）／ｄωの極大・極小から、共鳴周波数を求めることができる。ｄＲ（ω）／ｄωは、誘電関数の実部ε１（ω）及び虚部ε２（ω）の極大・極小に関する情報を含むことから、共鳴（横波）周波数は虚部ε２（ω）が極値になる周波数となる。

【0025】

表１に、後述する実施例における試料１，２と、試料４のキャップ層のない場合の窒化物半導体基板について、ＡｌＧａＮ及びＧａＮの励起子の共鳴波長設定値と、これに対応すると考えられる誘電率の虚部極大Ｉｍε（ω）、ｄＲ（ω）／ｄω極値及び反射ピークＲ（ω）のそれぞれから求めた共鳴波長の値を示す。

【0026】

【表1】

【0027】

表１に示したように、反射率の１階微分ｄＲ（ω）／ｄωから求めた共鳴波長の値は、誘電関数が分かる場合の標準的な共鳴周波数の求め方である誘電率虚部極大Ｉｍε（ω）から求めた値とほぼ一致しており、反射ピークＲ（ω）から求めた値よりも設定値に近いことが認められた。
この計算結果から、反射スペクトルから得られる共鳴波長として、反射率ピーク波長よりも反射率の１階微分ｄＲ（ω）／ｄωの極大・極小波長を用いることがより好ましいと言える。ただし、実際のスペクトルにはノイズが含まれるため、Ｓ／Ｎ比をできるだけ向上させ、さらに、必要な場合はスムージングを行うことが好ましい。

【0028】

したがって、上記方法の解析ステップにおいて、バンドギャップエネルギー値Ｅ_gapとして、Ａ_xＢ_1-xＮ層の反射スペクトルのピーク位置におけるエネルギー値に代えて、該反射スペクトルの周波数による微分極値を与える周波数におけるエネルギー値を用いれば、より精度よく混晶比を求めることができる。

【0029】

本発明に係る方法において、反射分光法によりＡ_xＢ_1-xＮ層の反射スペクトルを得る測定ステップにおいては、具体的には、入射光波長をスキャンしながら反射光強度を測定する方法（入射光波長分散方式）を用いて反射スペクトルを得ることができる。あるいはまた、より簡便な方式として、連続スペクトル光を入射して反射光を分光器で分光する方法（反射光波長分散方式）により反射スペクトルを得ることもできる。

【0030】

そして、解析ステップにおいて、上記により得られた反射スペクトルからＡ_xＢ_1-xＮのバンドギャップエネルギー値Ｅ_gapを得る。次の算出ステップにおいては、このバンドギャップエネルギー値Ｅ_gap（単位：ｅＶ）を、反射スペクトルのピーク位置又は該反射スペクトルの周波数による微分極値を与える周波数におけるエネルギーとする。また、Ａ_xＢ_1-xＮ（ｘ＝１）のバンドギャップエネルギー値をＥ_A、Ａ_xＢ_1-xＮ（ｘ＝０）のバンドギャップエネルギー値をＥ_Bとし、演算式Ｅ_gap＝（１−ｘ）Ｅ_B＋ｘＥ_A−ｂｘ（１−ｘ）（ｂは前記Ａ，Ｂに対応する湾曲定数）から、ＡＮ混晶比ｘを算出する。

【0031】

例えば、分析対象の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層の場合、前記演算式はＥ_gap＝（１−ｘ）Ｅ_GaN＋ｘＥ_AlN−ｂｘ（１−ｘ）となり、ＧａＮのバンドギャップエネルギーＥ_GaN＝３．４〜３．５ｅＶ、ＡｌＮのバンドギャップエネルギーＥ_AlN＝６．１〜６．２ｅＶ、湾曲定数ｂ＝０．８５である。なお、実際の計算では、Ｅ_GaN＝３．４２ｅＶ、Ｅ_AlN＝６．２ｅＶを用いた。
この演算式を用いて、ＭＯＣＶＤ法等でヘテロエピタキシャル成長させたＧａＮキャップ層／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／バッファー／基板の積層構造からなる窒化物半導体基板において、ＡｌＧａＮ層が厚さ１０〜４０ｎｍ程度であっても、ＡｌＧａＮ層のＡｌＮ混晶比を簡易に求めることができる。

【0032】

また、図１，２に、後述する実施例における試料２，４のそれぞれについて、反射スペクトル及び該反射スペクトルの周波数による微分値のグラフを示す。横軸は光子エネルギーｈν（ｅＶ）、左目盛は反射率、右目盛は反射率微分を表す。
図１，２に示したように、いずれの試料も、ＡｌＧａＮの反射ピーク位置と微分極値点の差は３５ｍｅＶ以下であり、どちらの特異点を用いても、ＡｌＮ混晶比の算出値に大きな誤差はなく、成膜プロセスでの狙い値どおり、試料２についてはｘ＝０．１５、試料４についてはｘ＝０．２６との結果が得られることが確認された。

【0033】

また、本発明によれば、少なくとも１層のＡ_xＢ_1-xＮからなる窒化物半導体層を有する窒化物半導体基板を製造する際、上記分析方法により前記Ａ_xＢ_1-xＮ層のｘを算出し、該ｘに基づいて製造条件を変更するステップを含む製造方法を提供することができる。
このように、上記分析方法は製造プロセスにおける１ステップとして組み入れて適用することも可能であり、これにより、混晶比が精密に制御された窒化物半導体基板の製造が簡便になる。

【0034】

なお、本発明は、上述したＧａＮキャップ層／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／バッファー／基板のような、いわゆるシングルへテロエピタキシャル構造に限られず、ＧａＮキャップ層／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／バッファー／基板のように、２つのＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面をＧａＮ層が持つ、すなわち、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ／ＧａＮ／Ａｌ_ｙＧａ_1-yＮの構成を備えた、いわゆるダブルヘテロエピタキシャル構造の窒化物半導体基板にも適用することができる。この場合は、本発明に係る分析方法によれば、２つのＡｌＧａＮ層におけるＡｌＮ混晶比ｘ，ｙをそれぞれ求めることができる。

【0035】

また、Ａ_xＢ_1-xＮ（例えば、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ）層の反射ピークにローレンツ型関数をフィットさせて得られたエネルギー値Ｅを用いて、Ｅ＝（１−ｘ）Ｅ_B'＋ｘＥ_A'−ｂｘ（１−ｘ）（Ｅ_A'はＡＮの励起子エネルギー、Ｅ_B'はＢＮの励起子エネルギー）で示される算出式から、ｘを求めることもできる。この方法によれば、条件次第では、ｘの値をより精度よく算出することが可能となる。
なお、ローレンツ型関数は、以下に示す式を用いる。

【0036】

【数1】

【0037】

ここで、νは振動数、Ｒ₀はバックグラウンド反射率、Ｒｅ［ ］は［ ］内の複素数の実部を表し、ｊ＝１，２，３の各ｊは自由励起子Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ対応する。また、各ｊについて、Ｒ_jは振幅、ｈν_jは励起子エネルギー、Γ_ｊはブロードニングパラメータ、Θ_jは位相を表し、ｉ²＝−１である。

【実施例】

【0038】

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
（実施例１）
下記表２に示す積層構造からなる窒化物半導体基板試料１〜５を作製し、各試料について、入射光波長分散方式による紫外反射分光法により反射スペクトルを得た。
なお、表１において、Ｓｉ基板は（１１１）のＳｂヘビードープ（１０〜２０ｍΩ・ｃｍ）とした。また、マルチ層は、（ＡｌＮ（５ｎｍ）／ＧａＮ（２０ｎｍ））×８５周期、バッファー層はＡｌＧａＮ（１００ｎｍ）／ＡｌＮ（１００ｎｍ）とした。

【0039】

【表2】

【0040】

（実施例２）
上記試料１〜５について、反射光波長分散方式による紫外反射分光法により反射スペクトルを得た。

【0041】

実施例１，２で測定した試料１〜５についての反射スペクトルを図３に示す。
図３から分かるように、試料１はＡｌＧａＮ層を有していないため、ＧａＮの特異点に対応する波長３６２ｎｍのピークＰ１しか観測されず、このピークよりも長波長側には干渉縞が現れた。ＧａＮのピーク波長は、入射光波長分散方式（実施例１）及び反射光波長分散方式（実施例２）のいずれの測定方法でも同じ結果を示した。

【0042】

試料２は、試料１のＧａＮ層上にＡｌ_0.15Ｇａ_1-0.15Ｎ（ＡｌＮ混晶比１５％）を成膜したものである。試料３は、さらに、試料２のＡｌ_0.15Ｇａ_1-0.15Ｎ層の上に厚さ２ｎｍのＧａＮキャップ層を成膜したものである。
試料２，３についても、図３に示したように、入射光波長分散方式（実施例１）及び反射光波長分散方式（実施例２）のいずれの測定方法でも同様の反射スペクトルピークが得られた。試料３については、ＧａＮキャップ層の影響はなく、試料２と同様の反射スペクトルを示した。また、ＧａＮの特異点に対応する波長３６２ｎｍのピークＰ１は、試料１と異なり、下向き凸であった。また、より短波長側である波長３３０ｎｍにＡｌＧａＮの特異点に対応するピークＰ２が観測された。

【0043】

また、試料４，５は、試料１のＧａＮ層上にＡｌ_0.26Ｇａ_1-0.26Ｎ（ＡｌＮ混晶比２６％）を成膜し、さらに、Ａｌ_0.26Ｇａ_1-0.26Ｎ層の上に厚さ２ｎｍのＧａＮキャップ層を成膜したものである。なお、基板（直径１５０ｍｍウェーハ）中心の凹反りが、試料４は２０μｍ、試料５は４５０μｍであった。
試料４，５についても、図３に示したように、入射光波長分散方式（実施例１）及び反射光波長分散方式（実施例２）のいずれの測定方法でも同様の反射スペクトルピークが得られ、また、ＧａＮキャップ層の影響は見られなかった。
ＡｌＮ混晶比の増加に伴い、ＡｌＧａＮの特異点に対応するピークＰ２は、演算式Ｅ_gap＝（１−ｘ）Ｅ_Ga＋ｘＥ_Al−ｂｘ（１−ｘ）に従い、より短波長側である波長３１０ｎｍに観測され、基板の反りの影響も見られなかった。

【0044】

なお、上記試料１〜５について、上述したモデル誘電関数理論を用いて計算シュミレーションを行い、紫外反射スペクトルを求めた。この反射スペクトルと実施例１，２における実測の反射スペクトルとを比較したところ、両者はほぼ定性的に一致することが確認された。

【0045】

（比較例１）
試料２，３について、フォトルミネッセンス法（２６６ｎｍ励起）により測定した蛍光スペクトルを図４に示す。
図４から分かるように、ＧａＮキャップ層が形成されている場合（試料３）は、ＧａＮキャップ層の発光ピークとが重なるため、ＡｌＧａＮの発光ピークが検出されなかった。

【0046】

（実施例３）
試料２と同様の積層構造で、混晶比が異なるＡｌＧａＮ層を成膜した１９種類の各試料を作製した。各試料について、反射光波長分散方式（実施例２と同様の方法）で紫外反射分光を測定し、また、フォトルミネッセンス法による測定も行った。測定されたＡｌＧａＮのスペクトルピークについて、両者の相関を図５にグラフにして示した。
図５に示したように、混晶比に対応するＡｌＧａＮの反射ピークとフォトルミネッセンス発光ピークの波長は、広範囲にわたって線形相関をもつことが確認された。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】