JP2005353680A - エピタキシャル基板、半導体積層構造、およびエピタキシャル基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材1上に、最上面がランダムな凹凸構造、例えば多数の微小斜面が連結した実質的に非周期的な凹凸構造を有してなる下地層2をAlリッチな第1のIII族窒化物にてエピタキシャル形成する。凹凸は、下地層2の平均膜厚に対する最上面における平均粗さの比が、1/200以上の範囲にあるように形成する。下地層2の上に、上部層3をAlリッチな第2のIII族窒化物にてエピタキシャル形成する。その際、下地層2との界面4の近傍、つまりは下地層2によって形成される凹部近傍が、最表面付近よりもAlリッチであるように傾斜組成を与える。これにより、Alリッチであって、1×109/cm2以下という低転位密度の上部層3を有するエピタキシャル基板1を得ることができる。
【選択図】図1
Description
次に、上部層3において1×109/cm2を下回る低転位密度が実現されるための下地層2の形成条件について説明する。
平均凸部間隔(μm)=1/(凸部密度(μm-2)×π)1/2 (式1);
なる式にて概算した値である。例えばAFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)やSEM(Scanning Electron Microscope:走査電子顕微鏡)などにより取得された下地層2の表面像や垂直断面像などを元に算出される。
本実施例においては、サファイアを基材1とし、MOCVD法によって下地層2と上部層3とを形成することによりエピタキシャル基板10を得た。その際、下地層2の膜厚およびその表面粗さが異なる5種類のエピタキシャル基板10を作製した。
本実施例においては、実施例1における上部層3の形成において、Al供給原料とGa供給原料との流量比を変化させる代わりに、温度を変化させてエピタキシャル基板を形成した。下地層2の形成後、窒素供給原料とIII族(Al、Ga)供給原料との流量比を(窒素供給原料/III族供給原料)=5000とし、かつAl供給原料とGa供給原料との流量比を5:5と固定した状態で、反応管内の圧力が50Torrとなるように窒素供給原料とIII族(Al、Ga)供給原料とを供給して、平均膜厚5μmの上部層3を形成した。この際、基材1の加熱温度を1200℃から1150℃へと連続的に可変させた。
本実施例においては、実施例1における上部層3の形成前において、室温でのKOH水溶液を用いたエッチングを、下地層2に施した。上部層3の形成は実施例1と同様に行っった。
本実施例においては、実施例1における上部層3の形成において、Al供給原料とGa供給原料との流量比と形成温度とをともに固定してエピタキシャル基板を形成した。
2 下地層
3 上部層
4 界面
10 エピタキシャル基板
20 半導体層群
100 半導体積層構造
Claims (24)
- 所定の基材と、
前記基材の上に形成され、第1のIII族窒化物からなる下地層と、
前記下地層の上に形成され、第2のIII族窒化物からなる上部層と、
を備えるエピタキシャル基板であって、
前記第1のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率が前記第2のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率よりも大きく、かつ50原子%以上であり、
前記下地層の平均膜厚が2μm以上であり、
前記下地層の上面が実質的に非周期的な凹凸構造を有してなり、
前記上部層の転位密度が1×109/cm2以下である、
ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 所定の基材と、
前記基材の上に形成され、第1のIII族窒化物からなる下地層と、
前記下地層の上に形成され、第2のIII族窒化物からなる上部層と、
を備えるエピタキシャル基板であって、
前記第1のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率が前記第2のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率よりも大きく、かつ50原子%以上であり、
前記下地層の平均膜厚が2μm以上であり、
前記平均膜厚に対する前記下地層の上面における平均粗さの比が、1/200以上の範囲にあり、
前記上部層の転位密度が1×109/cm2以下である、
ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 所定の基材と、
前記基材の上に形成され、第1のIII族窒化物からなる下地層と、
前記下地層の上に形成され、第2のIII族窒化物からなる上部層と、
を備えるエピタキシャル基板であって、
前記第1のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率が前記第2のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率よりも大きく、かつ50原子%以上であり、
前記下地層の平均膜厚が2μm以上であり、
前記平均膜厚に対する前記下地層の上面における平均凸部間隔の比が、1/30以上の範囲にあり、
前記上部層の転位密度が1×109/cm2以下である、
ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 所定の基材と、
前記基材の上に形成され、第1のIII族窒化物からなる下地層と、
前記下地層の上に形成され、第2のIII族窒化物からなる上部層と、
を備えるエピタキシャル基板であって、
前記第1のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率が前記第2のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率よりも大きく、かつ50原子%以上であり、
前記下地層の平均膜厚が2μm以上であり、
前記下地層の上面は多数の微小斜面が連結することによって形成され、前記エピタキシャル基板の法線方向と前記微小斜面のそれぞれの法線とがなす角度が30°以上80°以下の範囲にあり、
前記上部層の転位密度が1×109/cm2以下である、
ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 所定の基材と、
前記基材の上に形成され、第1のIII族窒化物からなる下地層と、
前記下地層の上に形成され、第2のIII族窒化物からなる上部層と、
を備えるエピタキシャル基板であって、
前記第1のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率が前記第2のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率よりも大きく、かつ50原子%以上であり、
前記下地層の平均膜厚が2μm以上であり、
任意の位置での垂直断面における前記下地層と前記上部層との境界が、実質的に非周期的な曲線により形成されており、
前記上部層の転位密度が1×109/cm2以下である、
ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のエピタキシャル基板であって、
前記上部層のうち、少なくとも前記下地層の上面が形成する凹部に相当する領域において、空間分布において上方ほど前記第2のIII族窒化物のAlのモル分率が小さい、
ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のエピタキシャル基板であって、
前記第1のIII族窒化物における全III族元素に対するAlのモル分率が80原子%以上であることを特徴とするエピタキシャル基板。 - 請求項7に記載のエピタキシャル基板であって、
前記第1のIII族窒化物がAlNであることを特徴とするエピタキシャル基板。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のエピタキシャル基板であって、
前記下地層の平均膜厚が3μm以上であり、
前記上部層の転位密度が5×108/cm2以下である、
であることを特徴とするエピタキシャル基板。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のエピタキシャル基板であって、
前記上部層の表面が実質的に平坦であることを特徴とするエピタキシャル基板。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のエピタキシャル基板であって、
前記上部層の表面粗さが、前記下地層の表面粗さよりも小さいことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 請求項1ないし請求項11のいずれかに記載のエピタキシャル基板と、
前記エピタキシャル基板の上に形成され、所定のIII族窒化物からなる半導体層群と、
を備えることを特徴とする半導体積層構造。 - エピタキシャル基板の製造方法であって、
所定の基材の上に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層の上に上部層を形成する上部層形成工程と、
を備え、
前記下地層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が50原子%以上である第1のIII族窒化物によって、平均膜厚が2μm以上で、かつ上面が実質的に非周期的な凹凸構造を有するように前記下地層を形成し、
前記上部層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が前記第1のIII族窒化物におけるAlのモル分率よりも小さい第2のIII族窒化物によって前記上部層を形成する、、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - エピタキシャル基板の製造方法であって、
所定の基材の上に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層の上に上部層を形成する上部層形成工程と、
を備え、
前記下地層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が50原子%以上である第1のIII族窒化物によって、平均膜厚が2μm以上で、かつ前記平均膜厚に対する前記下地層の上面における平均粗さの比が1/200以上の範囲にあるように前記下地層を形成し、
前記上部層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が前記第1のIII族窒化物におけるAlのモル分率よりも小さい第2のIII族窒化物によって前記上部層を形成する、、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - エピタキシャル基板の製造方法であって、
所定の基材の上に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層の上に上部層を形成する上部層形成工程と、
を備え、
前記下地層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が50原子%以上である第1のIII族窒化物によって、平均膜厚が2μm以上で、かつ前記平均膜厚に対する前記下地層の上面における平均凸部間隔の比が、1/30以上の範囲にあるように前記下地層を形成し、
前記上部層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が前記第1のIII族窒化物におけるAlのモル分率よりも小さい第2のIII族窒化物によって前記上部層を形成する、、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - エピタキシャル基板の製造方法であって、
所定の基材の上に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層の上に上部層を形成する上部層形成工程と、
を備え、
前記下地層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が50原子%以上である第1のIII族窒化物によって、平均膜厚が2μm以上で、かつ前記下地層の上面は多数の微小斜面が連結することによって形成され、前記エピタキシャル基板の法線方向と前記微小斜面のそれぞれの法線とがなす角度が30°以上80°以下の範囲にあるように前記下地層を形成し、
前記上部層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が前記第1のIII族窒化物におけるAlのモル分率よりも小さい第2のIII族窒化物によって前記上部層を形成する、、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - エピタキシャル基板の製造方法であって、
所定の基材の上に下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層の上に上部層を形成する上部層形成工程と、
を備え、
前記下地層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が50原子%以上である第1のIII族窒化物によって、平均膜厚が2μm以上で、かつ任意の位置での垂直断面における前記下地層と前記上部層との境界が、実質的に非周期的な曲線となるように前記下地層を形成し、
前記上部層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が前記第1のIII族窒化物におけるAlのモル分率よりも小さい第2のIII族窒化物によって前記上部層を形成する、、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 請求項13ないし請求項17のいずれかに記載の製造方法であって、
前記上部層形成工程においては、
少なくとも前記下地層の上面が形成する凹部に相当する領域において、空間分布において上方ほど前記第2のIII族窒化物のAlのモル分率が小さくなるように前記上部層を形成する、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 請求項13ないし請求項18のいずれかに記載の製造方法であって、
前記下地層形成工程においては、
全III族元素に対するAlのモル分率が80原子%以上である前記第1のIII族窒化物によって前記下地層を形成する、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 請求項19に記載の製造方法であって、
前記下地層形成工程においては、
AlNによって前記下地層を形成する、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 請求項13ないし請求項20のいずれかに記載の製造方法であって、
前記下地層形成工程においては、
前記平均膜厚が3μm以上であるように前記下地層を形成する、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 請求項13ないし請求項21のいずれかに記載の製造方法であって、
前記上部層形成工程においては、
前記上部層の表面が実質的に平坦となるように前記上部層を形成する、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 請求項13ないし請求項21のいずれかに記載のエピタキシャル基板であって、
前記上部層形成工程においては、
前記上部層の表面粗さが、前記下地層の表面粗さよりも小さくなるように前記上部層を形成する、ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 請求項13ないし請求項23のいずれかに記載の製造方法であって、
前記下地層をエッチングするエッチング工程、をさらに備え、
前記上部層形成工程においては、
前記エッチング工程を経た下地層の上に前記上部層を形成する、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。
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