JP2005350321A - 窒化物半導体成長用基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板101の上に,Al2O3層102,AlOxNy層103,AlN層104,及びAl2O3キャップ層105を備える。AlOxNy層103は、Al2O3層102の側からAlN層104の側にかけて、酸素の組成比xが減少し、窒素の組成比yが増加している層である。この変化は、連続的であってもよく、段階的(非連続)であってもよい。この構成とした窒化物半導体成長用基板の上に、有機金属気相成長法によりGaN層を形成すれば、転位密度が5×108cm-2程度と、従来より得られているシリコン基板上のGaN層の1×1010cm-2に比較し、転位密度が大幅に減少して高品位な状態となる。
【選択図】 図1
Description
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
D.M.Follstaedt, J.Han, P.Provencio, and J.G.Fleming, "MICROSTRUCTURE OF GaN FROWN ON (111)Si BY MOCVD", MRS Internet J.Nitride Semicond. Res. 4SI, G3. 72. (1999).
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、シリコン基板の上に高品質な窒化物半導体の層が形成できるようにすることを目的とする。
従って、シリコン基板の上に形成されている各層間の格子定数の差が小さく、転位の発生が抑制されるようになり、AlN層においては、転位の密度の増加が抑制された状態となっている。
また、上記窒化物半導体成長用基板において、AlOxNy層の酸素組成比xは、シリコン基板の側からAlN層の側にかけて減少し、AlOxNy層の窒素組成比yは、シリコン基板の側からAlN層の側にかけて増加するようにすることで、各層間の格子定数の差がほぼない状態とすることができる。
なお、上述した窒化物半導体成長用基板において、AlN層の上に酸化アルミニウムからなるキャップ層を備えることで、AlN層の表面における自然酸化を抑制できるようになる。
図1は、本発明の実施の形態における窒化物半導体成長用基板の構成例を示す模式的な断面図である。図1に示す窒化物半導体成長用基板は、単結晶シリコンからなるシリコン基板101の上に,酸化アルミニウムからなるAl2O3層102,酸窒化アルミニウムからなるAlOxNy層103,窒化アルミニウムからなるAlN層104,及び酸化アルミニウムからなるAl2O3キャップ層105を備えるようにしたものである。
まず、直径3インチのシリコン基板101を用意し、ECR(Electro Cyclotron Resonance)プラズマを用いた反応性スパッタ法により、ターゲットにアルミニウムを用い、反応性ガスに酸素を用い、膜厚10nm程度にAl2O3層102が形成された状態とする。
次に、上記同様の反応性スパッタ法により、反応性ガスに窒素を用い、AlOxNy層103の上に膜厚10nm程度のAlN層104が形成された状態とする。
上述したスパッタ法による各層の形成は、同じ装置内において、連続して行うようにしてもよい。例えば、供給する反応性ガスを、酸素から徐々に窒素へと変えるようにすることで、同じ装置内で連続して各層を形成することができる。また、各層を個別の装置で形成するようにしてもよいことは、いうまでもない。
図2の断面は、図1に示した窒化物半導体成長用基板の上に、GaN層106が形成された状態を示している。GaN層106は、例えば、以降に条件を示す有機金属気相成長法により形成できる。GaN層106は、まず、図1に示す窒化物半導体成長用基板を所定の成長炉中に搬入し、成長炉の中をアンモニア雰囲気として1000℃まで昇温し、ここにソースガスとしてトリメチルガリウムを供給する。
以下、図1に示す窒化物半導体成長用基板における、転位密度の低減効果について説明する。シリコンは、格子定数0.54301nmの立方晶であり、Al2O3は、格子定数0.4758nmの六方晶であり、AlNは、格子定数0.3112nmの六方晶であり、AlOxNyは、Al2O3とAlNとの間の格子定数の六方晶であり、GaNは、格子定数0.3189nmの六方晶である。
このように、図1に示す窒化物半導体成長用基板では、シリコン基板101からAlN層104にかけて、AlOxNyからなる層を用いることで、各層の間で格子定数の差が小さくなるようにし、貫通転位の密度が従来に比較して小さくなるようにした。
また、図1に示す窒化物半導体成長用基板では、AlOxNy層103を介してAlN層104を備えるようにしたので、反応性スパッタによりAlN層104が形成できるようになる。この結果、より高温が必要な有機金属気相成長法などを用いることなく、窒化物半導体の結晶成長を行う前に、AlNの層を用意しておくことが可能となる。
従来より得られているシリコン基板上のGaN層の絶縁性は、103〜104Ω/sqrと低く、このGaN層の上に電界効果トランジスタを形成すると、GaN層へのリーク電流が問題となる。従って、図1に示す窒化物半導体成長用基板の上にGaN層106を形成することで、前述したように高い絶縁性が得られ、上述したリーク電流の問題も解消できるようになる。
これらのことにより、図1,2に示したように、シリコン基板101の上に所定の厚さのAl2O3層を用意しておくことで、より特性のよい窒化物半導体が得られることがわかる。
また、ソース電極111及びドレイン電極112は、チタン層/アルミニウム層/チタン層/金層の順に積層して形成される。このように積層されて形成された後、加熱処理によるシンターで、ソース電極111及びドレイン電極は、半導体層107に形成されるチャネルとのオーミック接続を得ている。
このように、図1に示した窒化物半導体成長用基板によれば、結晶性のより窒化物半導体の層が得られる。
Claims (6)
- 窒化物半導体層が結晶成長により形成される窒化物半導体成長用基板であって、
シリコン基板とこの上に形成され、所定の酸素組成比x及び所定の窒素組成比yとされた酸窒化アルミニウムからなるAlOxNy層と、
このAlOxNy層の上に形成された窒化アルミニウムからなるAlN層と
を少なくとも備える
ことを特徴とする窒化物半導体成長用基板。 - 請求項1記載の窒化物半導体成長用基板において、
酸化アルミニウムからなり、前記シリコン基板と前記AlOxNy層との間に形成されたAl2O3層
を備えることを特徴とする窒化物半導体成長用基板。 - 請求項1または2記載の窒化物半導体成長用基板において、
前記AlOxNy層の酸素組成比xは、前記シリコン基板の側から前記AlN層の側にかけて減少し、
前記AlOxNy層の窒素組成比yは、前記シリコン基板の側から前記AlN層の側にかけて増加する
ことを特徴とする窒化物半導体成長用基板。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体成長用基板において、
前記AlN層の上に形成された酸化アルミニウムからなるキャップ層を備える
ことを特徴とする窒化物半導体成長用基板。 - 窒化物半導体層が結晶成長により形成される窒化物半導体成長用基板であって、
シリコン基板とこの上に形成された酸化アルミニウムからなるAl2O3層と、
このAl2O3層の上に形成された窒化アルミニウムからなるAlN層と
を少なくとも備える
ことを特徴とする窒化物半導体成長用基板。 - 請求項5記載の窒化物半導体成長用基板において、
前記AlN層の上に形成された酸化アルミニウムからなるキャップ層を備える
ことを特徴とする窒化物半導体成長用基板。
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