JP2010219490A - 窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法、エピタキシャル基板、及び窒化ガリウム系半導体電子デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】GaNウエハの主面は、エリア(b)〜エリア(e)を含む。エリア(b)は、オフ角ゼロの付近における六角錐状のモフォロジを示す。エリア(c)は、<1−100>方向に0.2度以上1.0度以下及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下のオフ角の範囲における、非常に平坦な表面モフォロジを示す。エリア(d)は、合成オフ角1.0度以下であってエリア(b)及びエリア(c)に挟まれたエリアにおける、線状の表面モフォロジを示す。エリア(e)は、合成オフ角1.0度を超えるエリアにおける点状の表面モフォロジを示す。
【選択図】図8
Description
自立GaNウエハを準備した。このGaN基板は、HVPE法で作製されたインゴットから切り出された。GaNウエハは実質的なc面主面を有する。このGaNウエハは、ドットコア型と呼ばれる構造を有する。ドットコア型は、高い転位密度を有する複数の第1の領域と、低い転移密度を有する単一の第2の領域とを含む。第1の領域は、アレイ状に配列されている。第2の領域は第1の領域を囲む。GaNウエハは2インチサイズの大きさを有しており、その直径は約50mmである。成長バッチ毎の成長条件のばらつきの影響を受けることなく、オフ角に応じた表面モフォロジの変化を観察するために好適なオフ角分布のGaN基板を準備した。
A方向(<1−100>軸)に関して:−0.5度〜+1.5度。
B方向(<1−210>軸)に関して:−1.0度〜+1.0度。
トリメチルガリウム(TMG)の流量:56sccm(320μmol/分)
アンモニア(NH3)の流量:9slm(0.4mol/分)
サセプタ温度:摂氏1050度
炉内圧力:200Torr
キャリアガス流量:11slm。
ある。図8(e)は、合成オフ角1.0度を超えるエリア(e)における表面モフォロジを示す図面である。
第1の角度条件AG1:該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下の範囲の角度(θM)及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下の範囲の角度(θA)。
第2の角度条件AG2:第1の角度条件から外れる角度。
主面31aは、第2角度エリアを含まなくてもよい。基板31は導電性を有しており、例えばn型GaNから成ることができる。既に説明したように、合成オフ角は(θM 2+θA 2)1/2によって規定される。また、基板31は例えばGaNウエハであることができる。このGaNウエハの転位密度は1×108cm−2以下である。また、この転位密度は1×107cm−2以下であることができる。
Claims (37)
- 窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法であって、
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板を準備する工程と、
前記基板の前記主面上に、キャリア濃度1×1017cm−3以下の窒化ガリウム系半導体膜をエピタキシャルに成長する工程と
を備え、
前記基板の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、
前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される、ことを特徴とする方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜の表面粗さ(rms)は5nm以下である、ことを特徴とする請求項1に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜の厚さは3マイクロメートル以上である、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜はキャリア濃度1×1016cm−3以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜はGaXInYAl1−X−YN(0<X≦1、0≦Y<1、X+Y<1)からなり、
前記窒化ガリウム系半導体膜の成長における(窒素原料の供給モル量)/(III族原料の供給モル量)は1250以上であり、
前記窒化ガリウム系半導体膜の成長における成長温度は摂氏1050度以上である、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜の成長は、有機金属原料及び窒素原料を含みn型ドーパントガスを含まない原料ガスを用いて行われる、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜は、炭素濃度1×1016cm−3以下の窒化ガリウム半導体からなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された方法。
- 窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法であって、
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板を準備する工程と、
前記基板の前記主面上に、キャリア濃度1×1017cm−3以下の窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル半導体領域を成長する工程と、
前記エピタキシャル半導体領域上に電極を形成する工程と
を備え、
前記基板の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、
前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される、ことを特徴とする方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜は1×1016cm−3以下の炭素濃度及び1×1017cm−3以下のキャリア濃度を有する、ことを特徴とする請求項8に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜の厚さは3マイクロメートル以上である、ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載された方法。
- 前記エピタキシャル半導体領域上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程を更に備え、
前記電極は、前記開口を通して前記エピタキシャル半導体領域に接続されるショットキ電極を含む、ことを特徴とする請求項8〜請求項10のいずれか一項に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、
前記基板はGaNからなる、ことを特徴とする請求項11に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜は第1導電型を有しており、
当該方法は、前記窒化ガリウム系半導体膜上に別の窒化ガリウム系半導体膜を成長する工程と、
前記エピタキシャル半導体領域上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と
を更に備え、
前記電極は、前記開口を通して前記エピタキシャル半導体領域に接続されるオーミック電極を含み、
前記第2導電型窒化ガリウム系半導体膜は前記窒化ガリウム系半導体膜とpn接合を成す、ことを特徴とする請求項8〜請求項12のいずれか一項に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、
前記第2導電型窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、
前記基板はGaNからなる、ことを特徴とする請求項13に記載された方法。 - 窒化ガリウム系半導体電子デバイスのためのエピタキシャル基板であって、
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板と、
前記基板の前記主面上に設けられ、キャリア濃度1×1017cm−3以下の窒化ガリウム系半導体膜と
を備え、
前記基板の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、
前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される、ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜の厚さは3マイクロメートル以上である、ことを特徴とする請求項15に記載されたエピタキシャル基板。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜の表面粗さ(rms)は5nm以下である、ことを特徴とする請求項15または請求項16に記載されたエピタキシャル基板。
- 窒化ガリウム系半導体電子デバイスであって、
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する支持基体と、
前記基板の前記主面上に設けられ、キャリア濃度1×1017cm−3以下の窒化ガリウム系半導体膜と
を備え、
前記支持基体の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、
前記オフ角は、前記支持基体の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される、ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜にショットキ接合を成すショットキ電極を更に備える、ことを特徴とする請求項18に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、
前記基板はGaNからなる、ことを特徴とする請求項18または請求項19に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜と前記支持基体との間に設けられた別の窒化ガリウム系半導体膜と、
前記窒化ガリウム系半導体膜に接合を成すオーミック電極と
を更に備え、
前記別の窒化ガリウム系半導体膜は第1導電型を有しており、
前記窒化ガリウム系半導体膜は第2導電型を有しており、
前記窒化ガリウム系半導体膜は前記別の窒化ガリウム系半導体膜とpn接合を成す、ことを特徴とする請求項18に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜はp型GaNからなり、
前記別の窒化ガリウム系半導体膜はn型GaNからなり、
前記支持基体はn型GaNからなる、ことを特徴とする請求項21に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 - 窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法であって、
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板を準備する工程と、
前記基板の前記主面上に、キャリア濃度1×1017cm−3以下の窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル半導体領域を成長する工程と、
前記エピタキシャル半導体領域上に電極を形成する工程と
を備え、
前記基板の前記主面は第1及び第2のエリアを有し、
前記エピタキシャル半導体領域は、前記基板の前記主面の前記第1及び第2のエリア上に設けられた第1及び第2の部分を含み、
前記電極は前記第1の部分の表面上に形成され、
前記基板の前記主面の前記第1のエリアにおけるオフ角が、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、
前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される、ことを特徴とする方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜は1×1016cm−3以下の炭素濃度及び1×1017cm−3以下のキャリア濃度を有する、ことを特徴とする請求項23に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜の厚さは3マイクロメートル以上である、ことを特徴とする請求項23または請求項24に記載された方法。
- 前記エピタキシャル半導体領域上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程を更に備え、
前記電極は、前記開口を通して前記エピタキシャル半導体領域に接続されるショットキ電極を含む、ことを特徴とする請求項23〜請求項25のいずれか一項に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、
前記基板はGaNからなる、ことを特徴とする請求項26に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜は第1導電型を有しており、
当該方法は、前記窒化ガリウム系半導体膜上に別の窒化ガリウム系半導体膜を成長する工程と、
前記エピタキシャル半導体領域上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と
を更に備え、
前記電極は、前記開口を通して前記エピタキシャル半導体領域に接続されるオーミック電極を含み、
前記第2導電型窒化ガリウム系半導体膜は前記窒化ガリウム系半導体膜とpn接合を成す、ことを特徴とする請求項23〜請求項27のいずれか一項に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、
前記第2導電型窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、
前記基板はGaNからなる、ことを特徴とする請求項28に記載された方法。 - 前記エピタキシャル半導体領域を成長する前に、前記基板の前記主面の複数の位置においてオフ角を見積もる工程と、
前記オフ角の見積もり結果に基づき、前記基板の前記主面を前記第1及び第2のエリアの区画を行う工程と、
前記電極の形成に先立って、前記区画に基づき前記基板の前記主面上における電極配列を決定する工程と
を備え、
前記電極の位置は、前記電極配列に従う、ことを特徴とする請求項23〜請求項29のいずれか一項に記載された方法。 - 前記エピタキシャル半導体領域を成長する前に、前記基板の前記主面の複数の位置においてオフ角を見積もる工程と、
前記オフ角の見積もり結果に基づき、前記基板の前記主面を前記第1及び第2のエリアの区画を行う工程と
を備え、
前記エピタキシャル半導体領域上に前記絶縁膜を形成する前記工程は、
前記エピタキシャル半導体領域上に絶縁層を成長する工程と、
前記区画に基づき前記基板の前記主面上における開口配列を決定する工程と
前記決定に従って、前記絶縁層に前記開口の配列を形成する工程と
を含み、
前記開口の位置は、前記開口配列に従う、ことを特徴とする請求項26〜請求項29のいずれか一項に記載された方法。 - 窒化ガリウム系半導体電子デバイスであって、
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する支持基体と、
前記基板の前記主面上に設けられ、キャリア濃度1×1017cm−3以下の窒化ガリウム系半導体膜と
を備え、
前記支持基体の前記主面は、第1のエリアと該第1のエリアを囲む第2のエリアとを有し、
前記エピタキシャル半導体領域は、前記支持基体の前記主面の前記第1及び第2のエリア上に設けられた第1及び第2の部分を含み、
前記支持基体の前記主面の前記第1のエリアにおけるオフ角が、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100> 方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、前記オフ角は、前記支持基体の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される、ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜にショットキ接合を成すショットキ電極を更に備え、
前記ショットキ電極は前記第1の部分の表面に接合を成す、ことを特徴とする請求項32に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、
前記基板はGaNからなる、ことを特徴とする請求項32または請求項33に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜と前記支持基体との間に設けられた別の窒化ガリウム系半導体膜と、
前記窒化ガリウム系半導体膜に接合を成すオーミック電極と
を更に備え、
前記オーミック電極は前記第1の部分の表面に接合を成し、
前記別の窒化ガリウム系半導体膜は第1導電型を有しており、
前記窒化ガリウム系半導体膜は第2導電型を有しており、
前記窒化ガリウム系半導体膜は前記別の窒化ガリウム系半導体膜とpn接合を成す、ことを特徴とする請求項34に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜はp型GaNからなり、
前記別の窒化ガリウム系半導体膜はn型GaNからなり、
前記支持基体はn型GaNからなる、ことを特徴とする請求項35に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 - 前記支持基体の前記主面の前記第2のエリアは、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100> 方向に0.3度以下1.0度以上、又は<1−210>方向に−0.3度以下+0.3度以上の範囲のオフ角を有する部分を含む、ことを特徴とする請求項32〜請求項36のいずれか一項に窒化ガリウム系半導体電子デバイス。
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