由AlN制成的缓冲层，在与第二实施例的那些相同的条件下形成未掺杂的GaN 膜 ο
[0132]通过使用利用与第一比较例的那些相同的溅射设备1、基板保持件111和膜形成条件的溅射法，在α-Α1203(0001)基板上形成由AlN制成的缓冲层的膜，此后，将晶片引入MOCVD装置中，并且形成膜厚度为5 μ m的未掺杂的GaN膜。
[0133]获得的未掺杂的GaN膜表面白浊，在对称反射位置处以2 Θ / ω扫描模式的XRD测量显示未掺杂的GaN膜具有c轴取向。随后，进行使用GaN(0002)面作为对称面以ω扫描模式的XRC测量以及对于面内配置的GaN{10-10}面以Φ扫描模式的XRC测量，确认这些测量的FWHM分别为约600弧秒和1000弧秒。从该事实已知，作为具有比第二实施例获得的未掺杂的GaN膜的那种更大的倾斜的镶嵌扩展和扭曲的镶嵌扩展的低品质晶体而获得通过第二比较例获得的未掺杂的GaN膜。
[0134]此外，通过CAICISS测量确认获得的未掺杂的GaN膜为+c极性和_c极性混合的膜。这可认为结果是，如第一比较例中解释的，由AlN制成的缓冲层为+c极性和-C极性混合的膜，因此形成于缓冲层上的未掺杂的GaN膜也相继为混合极性的缓冲层。
[0135]如上所述，如果通过使用溅射法而不将高频偏置电力施加至偏置电极在a -Al2O3(OOOl)基板上形成由AlN制成的缓冲层，则获得通过使用MOCVD法在缓冲层上生长的未掺杂的GaN膜作为低品质外延膜。尽管通过第二比较例中的MOCVD法形成未掺杂的GaN膜，但是可见甚至当使用溅射法时也获得相似结果。此外，即使类似于此比较例的实验重复数次，也难以获得具有镜面和良好结晶性的GaN膜。
[0136](第三比较例)
[0137]作为本发明的第三比较例，将描述如下比较例，其中通过使用溅射法而不将高频偏置电力施加至偏置电极，在a -Al2O3(OOOl)基板上形成由AlN制成的缓冲层，以及通过使用MOCVD法在缓冲层上依次外延生长由未掺杂的GaN制成的第III族氮化物半导体中间层、由Si掺杂的GaN制成的η型第III族氮化物半导体层、具有InGaN和GaN的MQW结构的第III族氮化物半导体活性层以及由Mg掺杂的GaN制成的ρ型第III族氮化物半导体层；此外，在形成η型电极层、透光性电极、ρ型电极层和保护膜后，此后通过划线分离晶片以制作LED元件。
[0138]由AlN制成的缓冲层的膜形成方法与第一比较例中的所述方法相同，以及以下全部与第三实施例中的那些相同:通过使用MOCVD法形成膜的由未掺杂的GaN制成的第III族氮化物半导体中间层、由Si掺杂的GaN制成的η型第III族氮化物半导体层、具有InGaN和GaN的MQW结构的第III族氮化物半导体活性层以及由Mg掺杂的GaN制成的ρ型第III族氮化物半导体层，以及此后形成的η型电极层、透光性电极、ρ型电极层和保护膜的材料和膜形成方法，以及此后制造元件的步骤。
[0139]当使得正向电流流动通过获得的LED元件的ρ型焊盘电极和η型电极时，LED元件不显示良好的二极管特性，也没有实现可见光区域等中的充分的发光强度。难以获得良好的元件特性。在由制作的晶片的基本上整个表面制作的LED元件中获得该特性而不变化。
[0140]如上所述，如果通过使用溅射法而不将高频偏置电力施加至偏置电极在a -Al2O3 (0001)基板上形成由AlN制成的缓冲层，则难以获得具有良好发光特性的LED元件。在该实施例中，通过使用MOCVD法形成由未掺杂的GaN制成的第III族氮化物半导体中间层、由Si掺杂的GaN制成的η型第III族氮化物半导体层、具有InGaN和GaN的MQW结构的第III族氮化物半导体活性层以及由Mg掺杂的GaN制成的ρ型第III族氮化物半导体层。然而，甚至通过使用溅射法，也获得相似结果。此外，即使类似于此比较例的实验重复数次，也难以获得具有良好发光特性的LED元件。
[0141](第四实施例)
[0142]作为本发明的第四实施例，将描述如下实施例，其中除了将施加至靶电极102的高频电力和施加至偏置电极103的高频电力都设定为具有13.56MHz的频率但是相位相差180°以外，通过使用根据本发明的第III族氮化物半导体薄膜的膜形成方法，并通过使用与第一实施例的那些相同的设备和条件，在Ct-Al2O3(OOOl)基板上形成AlN膜。
[0143]重复进行第四实施例的实验，确认可获得具有良好再现性的具有如第一实施例的+c极性的AlN膜。
[0144](第四比较例)
[0145]作为本发明的第四比较例，将描述如下比较例，其中除了将施加至靶电极102的高频电力和施加至偏置电极103的高频电力都设定为具有13.56MHz的频率以外，通过使用根据本发明的第III族氮化物半导体薄膜的膜形成方法，并通过使用与第一实施例的那些相同的设备和条件，在α-Α1203(0001)基板上形成AlN膜。在第四比较例中，不控制施加至靶电极102的高频电力和施加至偏置电极103的高频电力的相位。
[0146]重复进行第四比较例的实验。如果不出现频率干涉，则获得具有+c极性的AlN膜。然而，如果出现频率干涉，则难以获得具有+c极性的AlN膜。
[0147]如以上关于本发明所述的，本发明的主要特征在于集中在通过溅射法形成第III族氮化物半导体的外延膜时将高频偏置电力施加至偏置电极的思想。以下是没有前例的技术思想:借助于将高频偏置电力施加至偏置电极，在基板的膜形成表面侧上产生鞘区域S的电场，以使得产生的电场对于从靶放出的氮化物分子的极化起作用从而控制其取向，从而利用该取向以获得具有+C极性和纤锌矿型晶体结构的第III族氮化物半导体薄膜。
[0148]此外，以下也是没有前例的技术思想:通过防止或降低由施加至靶电极的高频电力与施加至偏置电极的高频电力之间的干涉(即，频率干涉)引起的低频差拍，获得具有良好再现性的具有+C极性的第III族氮化物半导体薄膜。
[0149]在本发明中，在本发明特有的技术思想下，在基板保持件上设置加热器电极和偏置电极。通过构造如上基板保持件，如上述第一至第四实施例和第一至第四比较例中所述，可通过溅射法形成倾斜的镶嵌扩展和扭曲的镶嵌扩展降低的且具有+C极性的第III族氮化物半导体薄膜。
[0150]此外，本发明人发现，将前述技术思想应用至使用基板材料例如Si(Ill)基板的情况或者形成薄膜材料例如氧化锌(ZnO)系半导体膜的情况，对于获得高品质外延膜也是有效的。此后，将描述其中以下的实例:通过使用根据本发明的膜形成方法在Si(Ill)基板上形成第III族氮化物半导体薄膜(第五实施例)；不使用根据本发明的膜形成方法在Si(Ill)基板上形成第III族氮化物半导体薄膜(第五比较例)；通过使用根据本发明的膜形成方法在α-Α1203(0001)基板上形成氧化锌(ZnO)系半导体薄膜(第六实施例)；不使用根据本发明的膜形成方法在a -Al2O3(OOOl)基板上形成氧化锌(ZnO)系半导体薄膜(第六比较例)。
[0151](第五实施例)
[0152]在第五实施例中，除了使用通过用氢氟酸处理从其表面除去天然氧化物膜的Si(Ill)基板以外，通过使用与第一实施例中那些相同的方法和条件形成AlN膜。在第五实施例中，基于通过使用埋入热电偶的Si(Ill)基板预先进行基板温度测量的结果，设定膜形成温度(550。。)。
[0153]从CAICISS测量和XRD测量，可确定形成第五实施例中的在Si (111)基板上形成的AlN膜作为具有+c极性的外延膜。此外，通过使用MOCVD法在获得的AlN膜上形成膜厚度为2 ym的未掺杂的GaN膜。获得的未掺杂的GaN膜具有镜面并且作为具有c轴取向的单晶膜而获得。
[0154]此外，通过使用获得的未掺杂的GaN膜制作LED元件和HEMT元件。然后，作为形成于Si (111)基板上的LED元件和HEMT元件的那些，获得的元件特性是较为良好的。
[0155](第五比较例)
[0156]在第五比较例中，尽管应用本发明的区别特征，但是除了不将高频偏置电力施加至偏置电极以外，通过使用与第五实施例的那些相同的方法和条件，在Si(Ill)基板上形成AlN膜。随后获得的AlN膜是混合+C极性和-C极性的外延膜。此外，通过MOCVD法在获得的AlN膜上形成膜厚度为2 μ m的未掺杂的GaN膜。然后，获得的未掺杂的GaN膜的表面白浊。
[0157]此外，通过使用获得的未掺杂的GaN膜制作LED元件和HEMT元件。在这种情况下，两种元件都难以获得良好的元件特性。
[0158]如上所述，根据本发明的膜形成方法对于在Si (111)基板上形成具有+c极性的具有良好结晶性的第III族氮化物半导体薄膜也是极其有效的手段。
[0159](第六实施例)
[0160]在第六实施例中，除了靶材料、工艺气体、膜形成温度和膜厚度以外，在与第一实施例的那些相同的方法和条件下在α-Α1203(0001)基板上形成ZnO膜。革E材料是金属Zn，工艺气体是02与Ar的混合气体(0 2/(02+Ar):25% )，膜形成温度是800°C以及膜厚度是10nm0
[0161 ] 第六实施例中的ZnO膜形成为具有与第III族氮化物半导体相同的晶体结构(纤锌矿型结构)并且具有与第III族氮化物半导体相同的C轴取向的外延膜，其极性为+C极性(Zn极性)。此外，通过使用MBE法在获得的ZnO膜上形成η型ZnO膜和ρ型ZnO膜的层压膜，然后通过使用光刻技术和RIE技术等制作LED元件。作为对于使用ZnO膜的LED元件的那些获得的元件特性是良好的。
[0162]此外，通过使用MOCVD法在第六实施例的ZnO膜上形成膜厚度为2 ym的未掺杂的GaN膜。获得的未掺杂的GaN膜具有镜面并且因此获得为具有c轴取向的单晶膜。因此，在使用第III族氮化物半导体薄膜制造LED元件时，第六实施例的ZnO膜也不能用作缓冲层等。
[0163]此外，当通过使用由Mg-Zn合金制成的靶代替金属Zn的靶根据本发明的膜形成方法来形成Mg添加的ZnO膜(此后称作MgZnO膜)时，可如在ZnO膜的情况下获得具有+c极性的具有优异结晶性的MgZnO膜。关于MgZnO膜，可取决于Mg的添加量来控制带隙能量。因此，如果MgZnO膜用作发光层，则可以生产发光波长不同于仅仅通过使用ZnO膜形成的元件的LED元件。
[0164](第六比较例)
[0165]在第六比较例中，尽管应用本发明的区别特征，但是除了不将高频偏置电力施加至偏置电极以外，使用与第六实施方案的那些相同的方法和条件，在α-Α1203(0001)基板上形成ZnO膜。获得第六比较例中的ZnO膜作为如第六实施例的具有c轴取向的外延膜，但是其极性是+c极性(Zn极性)和-C极性(O极性)的混合。此外，即使通过使用如第六实施例获得的ZnO膜制作LED元件，也难以获得良好的元件特性。
[0166]此外，当通过使用MOCVD法在第六比较例中的ZnO膜上形成膜厚度为2 ym的未掺杂的GaN膜时，获得的未掺杂的GaN膜的表面白浊，难以获得具有优异结晶性的GaN膜。然后，当通过使用由Mg-Zn合金制成的靶代替金属Zn的靶形成MgZnO膜时，获得的MgZnO膜具有+c极性和-C极性的混合，因此难以获得具有优异结晶性的MgZnO膜。
[0167]如上所述，即使当要形成的薄膜材料是ZnO系半导体薄膜例如ZnO膜或MgZnO膜时，根据本发明的膜形成方法也产生有益的效果，并且对于获得具有+c极性的具有优异结晶性的ZnO系半导体薄膜是极其有效的手段。
[0168]此处，如果通过使用Si(Ill)基板进行类似于第六实施例的实验，则也可在Si(Ill)基板上获得具有+C极性的ZnO系半导体薄膜。相比之下，如果通过使用Si(Ill)基板进行类似于第六比较例的实验，则获得的ZnO系半导体薄膜的极性是+c极性和-C极性的混合。
[0169]需要说明的是，可用于根据本发明的膜形成方法的基板不限于α -Al203_(0001)基板和Si (111)基板。
[0170]例如，a -Al2O3 (0001)基板和Si (111)基板与第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜具有外延关系，但是在其基板表面上不具有能够控制第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜等的极性的晶体信息。在此说明书中，此类基板称作具有非极性表面的基板。
[0171]出于该原因，在不使用能够控制第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜的极性的膜形成方法如根据本发明的膜形成方法的情况下，难以在具有非极性表面的基板上形成具有+c极性的第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜。然而，使用根据本发明的膜形成方法使得具有+c极性的第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜能够甚至形成于具有非极性表面的基板上。
[0172]作为此类具有非极性表面的基板，存在锗(Ge) (111)基板、具有其上形成(111)取向的SiGe外延膜的表面的Si (111)基板以及其中