JP2012099539A - Semiconductor wafer and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor wafer allowing a compound semiconductor layer to be thickly formed on a substrate, and capable of reducing parasitic capacitance generated in a buffer region.SOLUTION: In the semiconductor wafer comprising a substrate 2, a buffer region 3 and a main semiconductor region 4, the buffer region consists of a plurality of multilayer structure buffer regions 5 in which a plurality of first layers 6 and a plurality of second layers 7 are alternately arranged; and an intermediate buffer region 8 interposed between a plurality of multilayer structure buffer regions. The first layer consists of a compound semiconductor having a lattice constant smaller than that of a material configuring the substrate, the second layer consists of a compound semiconductor having a lattice constant between the lattice constant of the material configuring the substrate and that of the first layer, and the intermediate buffer region is formed thicker than the first layer and the second layer, and has a lattice constant between the lattice constant of the material configuring the first layer and that of the second layer.

Description

本発明は、基板上に化合物半導体をエピタキシャル成長させた半導体ウエーハ、及びこの半導体ウエーハで形成されたHEMT、MESFET、SBD(ショットキーバリアーダイオード)、LED(発光ダイオード)等の半導体素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor wafer obtained by epitaxially growing a compound semiconductor on a substrate, and a semiconductor element such as HEMT, MESFET, SBD (Schottky Barrier Diode), LED (Light Emitting Diode), etc. formed from the semiconductor wafer.

シリコンから成る基板(以下、シリコン基板と言う。)上に窒化物半導体をエピタキシャル成長させた半導体ウエーハは、特開2003−59948号公報(特許文献1)等に開示されている。シリコン基板はサファイア基板に比べて低コストであるという特長を有する。しかし、シリコン基板の線膨張係数は約4.70×10−6/K、窒化物半導体としてのGaNの線膨張係数は約5.59×10−6/Kであり、両者の間に比較的大きい線膨張係数の差がある。また、シリコンと窒化物半導体は格子定数が互いに相違する。なお、GaN以外の窒化物半導体も線膨張係数及び格子定数においてシリコン基板と相違する。このため、シリコン基板上に窒化物半導体を形成すると、窒化物半導体に応力が加わり、ここにクラックや転位が発生し易い。この問題を解決するために上記特許公開公報の技術では、シリコン基板上にAlNからなる第1の層とGaNからなる第2の層とが交互に配置された多層構造バッファ領域が設けられ、このバッファ領域の上に半導体素子形成用の窒化物半導体領域がエピタキシャル成長されている。上記多層構造バッファ領域は良好な応力緩和効果を有するので、バッファ領域上に配置される半導体素子形成用の窒化物半導体領域のクラックや転位が減少する。 A semiconductor wafer obtained by epitaxially growing a nitride semiconductor on a substrate made of silicon (hereinafter referred to as a silicon substrate) is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-59948 (Patent Document 1) and the like. A silicon substrate has a feature that the cost is lower than that of a sapphire substrate. However, the linear expansion coefficient of the silicon substrate is about 4.70 × 10 −6 / K, and the linear expansion coefficient of GaN as a nitride semiconductor is about 5.59 × 10 −6 / K. There is a large difference in linear expansion coefficient. Silicon and nitride semiconductors have different lattice constants. Note that nitride semiconductors other than GaN also differ from the silicon substrate in terms of linear expansion coefficient and lattice constant. For this reason, when a nitride semiconductor is formed on a silicon substrate, stress is applied to the nitride semiconductor, and cracks and dislocations are likely to occur here. In order to solve this problem, in the technology of the above-mentioned patent publication, a multilayer structure buffer region in which first layers made of AlN and second layers made of GaN are alternately arranged on a silicon substrate is provided. A nitride semiconductor region for forming a semiconductor element is epitaxially grown on the buffer region. Since the multilayer buffer region has a good stress relaxation effect, cracks and dislocations in the nitride semiconductor region for forming a semiconductor element disposed on the buffer region are reduced.

また、基板の上に窒化物半導体を厚くエピタキシャル成長させるとバッファ領域や半導体素子形成用の窒化物半導体に応力が生じるが、その応力によって半導体ウエーハに生じる反りを低減する例として引用文献2が開示されている。 Further, when a nitride semiconductor is epitaxially grown thickly on a substrate, stress is generated in the buffer region and the nitride semiconductor for forming a semiconductor element. Reference 2 is disclosed as an example for reducing warpage generated in the semiconductor wafer due to the stress. ing.

引用文献2の半導体ウエーハは、引用文献1のバッファ領域を、複数の多層構造バッファ領域と、複数の多層構造バッファ領域の相互間に配置された中間バッファ領域とで構成している。 In the semiconductor wafer of Cited Document 2, the buffer area of Cited Document 1 is composed of a plurality of multilayer structure buffer areas and an intermediate buffer area disposed between the plurality of multilayer structure buffer areas.

具体的には、AlNからなる第1の層とGaNからなる第2の層が交互に配置された多層構造バッファ領域が複数配置され、複数の多層構造バッファ領域の相互間に第2の層よりも厚く形成されたGaNからなる中間バッファ領域を配置する例が開示されている。 Specifically, a plurality of multilayer structure buffer regions in which a first layer made of AlN and a second layer made of GaN are alternately arranged are arranged, and the second layer is interposed between the plurality of multilayer structure buffer regions. An example of disposing an intermediate buffer region made of GaN formed to be thicker is disclosed.

特開2003−59948号公報JP 2003-59948 A 特開2008−205117号公報JP 2008-205117 A

しかしながら、引用文献2において、AlNからなる第1の層を構成する材料の格子定数とGaNからなる中間バッファ領域を構成する格子定数との違いによる応力が中間バッファ領域内にピエゾ分極を生じさせ、中間バッファ領域を低抵抗化させてしまう。また、中間バッファ領域内に生じる窒素空孔による欠陥によって中間バッファ領域が低抵抗化してしまう。これらによって、厚く形成された中間バッファ領域内では横方向に電流が流れやすく、バッファ領域内に生じる寄生容量が大きくなるという問題がある。 However, in the cited document 2, the stress due to the difference between the lattice constant of the material constituting the first layer made of AlN and the lattice constant constituting the intermediate buffer region made of GaN causes piezo polarization in the intermediate buffer region, Lowering the resistance of the intermediate buffer region. Further, the resistance of the intermediate buffer region is reduced by defects due to nitrogen vacancies generated in the intermediate buffer region. As a result, current flows easily in the lateral direction in the thick intermediate buffer region, and there is a problem that the parasitic capacitance generated in the buffer region increases.

本発明によれば、基板上に化合物半導体層を厚く形成することができ、バッファ領域内に生じる寄生容量を低減することができる半導体ウエーハ及び半導体素子が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the compound semiconductor layer can be formed thickly on a board | substrate, and the semiconductor wafer and semiconductor element which can reduce the parasitic capacitance which arises in a buffer area | region are provided.

上記課題を解決するために、本発明の半導体ウエーハは、基板と、前記基板の一方の主面上に配置され且つ化合物半導体で形成されたバッファ領域と、バッファ領域の上に配置され且つ化合物半導体で形成された主半導体領域とを有する半導体ウエーハであって、前記バッファ領域は、第1の層と第2の層とが交互に複数配置された複数の多層構造バッファ領域と、該複数の多層構造バッファ領域の相互間に配置された中間バッファ領域とから成り、前記第1の層は、前記基板を構成する材料の格子定数よりも小さい格子定数を有する化合物半導体から成り、前記第2の層は、前記基板を構成する材料の格子定数と前記第1の層の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成り、前記中間バッファ領域は、前記第1及び第2の層よりも厚く形成され、且つ前記第1の層を構成する材料の格子定数と前記第2の層の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成ることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor wafer of the present invention includes a substrate, a buffer region disposed on one main surface of the substrate and formed of a compound semiconductor, and a compound semiconductor disposed on the buffer region. The buffer wafer includes a plurality of multi-layered buffer regions in which a plurality of first layers and second layers are alternately arranged, and the plurality of multi-layered semiconductor wafers. An intermediate buffer region disposed between the structure buffer regions, and the first layer is made of a compound semiconductor having a lattice constant smaller than a lattice constant of a material constituting the substrate, and the second layer Is made of a compound semiconductor having a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the substrate and the lattice constant of the first layer, and the intermediate buffer region is formed of the first and second layers. Also thick, and characterized in that it consists of a compound semiconductor having a lattice constant between the lattice constant of the said lattice constant of the first material constituting the layer a second layer.

また、上記課題を解決するために、本発明の半導体素子は、基板と、前記基板の一方の主面上に配置され且つ化合物半導体で形成されたバッファ領域と、バッファ領域の上に配置され且つ化合物半導体で形成された主半導体領域と、前記主半導体領域上に配置された電極とを有する半導体素子であって、前記バッファ領域は、第1の層と第2の層とが交互に複数配置された複数の多層構造バッファ領域と、該複数の多層構造バッファ領域の相互間に配置された中間バッファ領域とから成り、前記第1の層は、前記基板を構成する材料の格子定数よりも小さい格子定数を有する化合物半導体から成り、前記第2の層は、前記基板を構成する材料の格子定数と前記第1の層の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成り、前記中間バッファ領域は、前記第1及び第2の層よりも厚く形成され、且つ前記第1の層を構成する材料の格子定数と前記第2の層の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成ることを特徴とする半導体素子。 In order to solve the above problems, a semiconductor element of the present invention includes a substrate, a buffer region disposed on one main surface of the substrate and formed of a compound semiconductor, and disposed on the buffer region. A semiconductor element having a main semiconductor region formed of a compound semiconductor and an electrode disposed on the main semiconductor region, wherein the buffer region includes a plurality of first layers and second layers alternately arranged. A plurality of multilayered buffer regions and an intermediate buffer region disposed between the plurality of multilayered buffer regions, wherein the first layer is smaller than a lattice constant of a material constituting the substrate The second layer is made of a compound semiconductor having a lattice constant between a lattice constant of a material constituting the substrate and a lattice constant of the first layer, and the intermediate layer is made of a compound semiconductor having a lattice constant. The compound region is formed thicker than the first and second layers, and has a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the first layer and the lattice constant of the second layer. A semiconductor device comprising:

本発明に従う半導体ウエーハ及び半導体素子によれば、第1の層と第2の層が交互に複数積層された多層構造バッファ領域の間に多層構造バッファ領域を構成する第1の層及び第2の層よりも厚く形成され、且つ第1の層を構成する材料の格子定数と第2の層を構成する材料の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成る中間バッファ領域とすることによって、中間バッファ領域に生じる応力を低減して、またはバッファ領域の応力の緩和効果をゆるやかにして、中間バッファ領域に生じる応力によるピエゾ分極を抑制し、中間バッファ領域に生じる横方向の電流成分を抑制することで、バッファ領域内の寄生容量を低減することができる。 According to the semiconductor wafer and the semiconductor device of the present invention, the first layer and the second layer constituting the multilayer structure buffer region between the multilayer structure buffer regions in which a plurality of first layers and second layers are alternately stacked. By forming an intermediate buffer region made of a compound semiconductor formed thicker than the layer and having a lattice constant between the lattice constant of the material forming the first layer and the lattice constant of the material forming the second layer Reduce the stress generated in the intermediate buffer area, or relax the stress relaxation effect of the buffer area to suppress the piezoelectric polarization due to the stress generated in the intermediate buffer area, and suppress the lateral current component generated in the intermediate buffer area By doing so, the parasitic capacitance in the buffer region can be reduced.

本発明の実施例1に従う半導体ウエーハを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the semiconductor wafer according to Example 1 of this invention. 図1の半導体ウエーハを詳しく示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor wafer of FIG. 1 in detail. 本発明の実施例1に係るバッファ層の詳細な構造を示す平面図である。It is a top view which shows the detailed structure of the buffer layer which concerns on Example 1 of this invention. 図1の半導体ウエーハに基づいて形成したHEMTを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically HEMT formed based on the semiconductor wafer of FIG. 反りを説明するための主半導体領域及びバッファ領域の厚みと反りとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness and curvature of the main semiconductor region and buffer region for demonstrating curvature. 本発明の実施例2に従う半導体ウエーハを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the semiconductor wafer according to Example 2 of this invention. 本発明の実施例2に従うバッファ領域の厚みと組成変化を示す図である。It is a figure which shows the thickness and composition change of a buffer area | region according to Example 2 of this invention. 本発明の実施例2に従うバッファ領域の厚みと組成変化を示す図である。It is a figure which shows the thickness and composition change of a buffer area | region according to Example 2 of this invention.

次に、図面を参照して本発明の実施形態に従う半導体ウエーハ及び半導体素子を説明する。 Next, a semiconductor wafer and a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施例1に従う半導体素子としての高電子移動度トランジスタ即ちHEMT(High Electron Mobility Transistor )を形成するための半導体ウエーハ1は、図1に概略的に示すようにシリコンからなる基板2と、この基板2の一方の主面上に配置され且つ窒化物半導体で形成されたバッファ領域3と、バッファ領域3の上に配置され且つ窒化物半導体で形成された半導体素子形成用の主半導体領域4とを有する。この半導体ウエーハ1は複数個のHEMTを形成できる面積を有する。 A semiconductor wafer 1 for forming a high electron mobility transistor (HEMT) as a semiconductor device according to Example 1 of the present invention includes a substrate 2 made of silicon as schematically shown in FIG. A buffer region 3 disposed on one main surface of the substrate 2 and formed of a nitride semiconductor, and a main semiconductor region 4 for forming a semiconductor element disposed on the buffer region 3 and formed of a nitride semiconductor. And have. The semiconductor wafer 1 has an area where a plurality of HEMTs can be formed.

基板2は例えば350〜1000μmの厚みを有し且つバッファ領域3及び主半導体領域4よりも大きい格子定数(例えば0.543nm)を有し且つバッファ領域3の線膨張係数(例えば5.60×10−6/K)及び主半導体領域4の線膨張係数(例えば5.59×10−6/K)よりも小さい線膨張係数(例えば4.70×10−6/K)を有する単結晶シリコンから成り、バッファ領域3及び主半導体領域4の成長基板としての機能と機械的支持基板としての機能とを有する。なお、この基板2に、必要に応じて導電型決定不純物を添加することができる。また、基板2をSiC等のシリコン化合物又はサファイア等で形成することもできる。 The substrate 2 has a thickness of, for example, 350 to 1000 μm, a lattice constant (for example, 0.543 nm) larger than that of the buffer region 3 and the main semiconductor region 4, and a linear expansion coefficient of the buffer region 3 (for example, 5.60 × 10). −6 / K) and a single-crystal silicon having a linear expansion coefficient (for example, 4.70 × 10 −6 / K) smaller than that of the main semiconductor region 4 (for example, 5.59 × 10 −6 / K). The buffer region 3 and the main semiconductor region 4 have a function as a growth substrate and a function as a mechanical support substrate. Note that a conductivity determining impurity can be added to the substrate 2 as necessary. The substrate 2 can also be formed of a silicon compound such as SiC or sapphire.

図1の半導体ウエーハ1をその厚み方向に拡大してバッファ領域3及び主半導体領域4を詳しく示した半導体ウエーハ1が図2に示されている。なお、図1及び図2における基板2及び各領域3,4の厚みは説明的に示されており、実際の厚みとは異なる。 FIG. 2 shows a semiconductor wafer 1 in which the semiconductor wafer 1 of FIG. 1 is enlarged in the thickness direction and the buffer region 3 and the main semiconductor region 4 are shown in detail. Note that the thicknesses of the substrate 2 and the regions 3 and 4 in FIGS. 1 and 2 are shown in an explanatory manner, and are different from the actual thicknesses.

バッファ領域3は、図2に示す第1及び第2の多層構造バッファ領域5,5′を有する。第1及び第2の多層構造バッファ領域5,5′のそれぞれは、図2において斜線を付して示す第1の層6と第2の層7との交互積層体から成る。図2では第1の多層構造バッファ領域5が第1の層6と第2の層7とのペアを4個積層されたものから成り、第2の多層構造バッファ領域5′が第1の層6と第2の層7とのペアを2個積層されたものから成る。しかし、第1の多層構造バッファ領域5における第1の層6と第2の層7とのペア数、及び第2の多層構造バッファ領域5′における第1の層6と第2の層7とのペア数を任意に変えることができる。例えば、第2の多層構造バッファ領域5′における第1の層6と第2の層7とのペア数を第1の多層構造バッファ領域5におけるそのペア数と同一にすることもできる。但し、反りの最大値を小さくするために、第2の多層構造バッファ領域5′における第1の層6と第2の層7とのペア数を第1の多層構造バッファ領域5におけるそのペア数よりも少なくすることが望ましい。 The buffer area 3 has first and second multilayer structure buffer areas 5 and 5 'shown in FIG. Each of the first and second multilayer structure buffer regions 5 and 5 ′ is composed of an alternating laminate of the first layer 6 and the second layer 7 indicated by hatching in FIG. 2. In FIG. 2, the first multilayer structure buffer region 5 is formed by stacking four pairs of the first layer 6 and the second layer 7, and the second multilayer structure buffer region 5 ′ is the first layer. 6 and two pairs of the second layer 7 are laminated. However, the number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 in the first multilayer buffer region 5, and the first layer 6 and the second layer 7 in the second multilayer buffer region 5 ′ The number of pairs can be arbitrarily changed. For example, the number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 in the second multilayer structure buffer region 5 ′ may be the same as the number of pairs in the first multilayer structure buffer region 5. However, in order to reduce the maximum value of warpage, the number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 in the second multilayer structure buffer region 5 ′ is set to the number of pairs in the first multilayer structure buffer region 5. Is desirable.

第1の多層構造バッファ領域5における第1の層6と第2の層7とのペアの好ましい数は4〜50であり、第2の多層構造バッファ領域5′における第1の層6と第2の層7とのペアの好ましい数は2〜30である。第1の多層構造バッファ領域5における第1の層6と第2の層7とのペア数が4よりも少ない場合、又は第2の多層構造バッファ領域5′における第1の層6と第2の層7とのペア数が2よりも少ない場合、又は第1の多層構造バッファ領域5における第1の層6と第2の層7とのペア数が50よりも大きい場合、又は第2の多層構造バッファ領域5′における第1の層6と第2の層7とのペア数が30よりも大きい場合のいずれにおいても半導体ウエーハの反りの改善を良好に行うことができなくなる。 The preferred number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 in the first multilayer structure buffer region 5 is 4 to 50, and the first layer 6 and the second layer in the second multilayer structure buffer region 5 ′. The preferred number of pairs with 2 layers 7 is 2-30. When the number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 in the first multilayer structure buffer region 5 is less than 4, or the first layer 6 and the second layer in the second multilayer structure buffer region 5 ′ When the number of pairs with the layer 7 is less than 2, or when the number of pairs between the first layer 6 and the second layer 7 in the first multilayer buffer region 5 is greater than 50, or In any case where the number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 in the multilayer buffer region 5 'is larger than 30, it is impossible to improve the warp of the semiconductor wafer satisfactorily.

図2において、第1の多層構造バッファ領域5の厚みTaは第2の多層構造バッファ領域5′の厚みTa′よりも大きい。しかし、上記ペア数の変更に応じて厚みTa、Ta′を同一又は任意に調整することもできる。 In FIG. 2, the thickness Ta of the first multilayer buffer region 5 is larger than the thickness Ta ′ of the second multilayer buffer region 5 ′. However, the thicknesses Ta and Ta ′ can be adjusted to be the same or arbitrary according to the change in the number of pairs.

第1の層6は基板2を構成する材料の格子定数よりも小さく比較的絶縁性の高い材料であり、例えば、アルミニウムの含有割合が第1の割合の窒化物半導体からなり
化学式
AlGa1−x−y
ここで、前記Mは、In(インジウム)とB(ボロン)とから選択された少なくとも1種の元素、
前記x及びyは、0<x≦1、

0≦y<1、

x+y≦1
を満足する数値、で示される窒化物半導体材料から成る。即ち、第1の層6は、例えばAlN(窒化アルミニウム)、AlInN(窒化インジウム アルミニウム)、AlGaN(窒化ガリウム アルミニウム)及びAlInGaN(窒化ガリウム インジウム アルミニウム)から選択された窒化物半導体材料から成る。なお、第1の層6に必要に応じてn型又はp型の導電型決定不純物をドープすることができる。第1の層6の厚さTdは0.5〜20nmであることが望ましい。第1の層6の厚さTdが0.5nmよりの薄い場合、及び20nmよりの厚い場合には、半導体ウエーハ1の反り及び主半導体領域4の結晶性の改善効果が低下する。本実施例では第1の層6がAlNから成り、この厚さTdは5nmに設定されている。
The first layer 6 is a material that is smaller than the lattice constant of the material constituting the substrate 2 and has a relatively high insulating property.
Al x M y Ga 1-x -y N
Here, the M is at least one element selected from In (indium) and B (boron),
X and y are 0 <x ≦ 1,

0 ≦ y <1,

x + y ≦ 1
It consists of a nitride semiconductor material represented by a numerical value satisfying That is, the first layer 6 is made of, for example, a nitride semiconductor material selected from AlN (aluminum nitride), AlInN (indium aluminum nitride), AlGaN (gallium aluminum nitride), and AlInGaN (gallium indium aluminum nitride). The first layer 6 can be doped with n-type or p-type conductivity determining impurities as necessary. The thickness Td of the first layer 6 is desirably 0.5 to 20 nm. When the thickness Td of the first layer 6 is thinner than 0.5 nm and thicker than 20 nm, the effect of improving the warpage of the semiconductor wafer 1 and the crystallinity of the main semiconductor region 4 is lowered. In this embodiment, the first layer 6 is made of AlN, and the thickness Td is set to 5 nm.

図2では全部の第1の層6が同一の材料(AlN)で形成されているが、複数の第1の層6を互いに異なる材料で形成することができる。また、図2では全部の第1の層6が同一の厚みに形成されているが、複数の第1の層6を互いに異なる厚みに形成することもできる。第1の層6の結晶軸a及びcの格子定数はシリコンから成る基板2の格子定数よりも小さい値(例えばa軸で0.311nm、c軸で0.498nm)である。また、第1の層6の線膨張係数は基板2の線膨張係数よりも大きい値(例えば5.64×10−6/K)である。 In FIG. 2, all the first layers 6 are formed of the same material (AlN), but the plurality of first layers 6 can be formed of different materials. In FIG. 2, all the first layers 6 are formed to have the same thickness, but the plurality of first layers 6 may be formed to have different thicknesses. The lattice constants of the crystal axes a and c of the first layer 6 are smaller than the lattice constant of the substrate 2 made of silicon (for example, 0.311 nm for the a axis and 0.498 nm for the c axis). Further, the linear expansion coefficient of the first layer 6 is larger than the linear expansion coefficient of the substrate 2 (for example, 5.64 × 10 −6 / K).

第1の層6の上に配置された第2の層7は、基板2を構成する材料の格子定数と第1の層6を構成する材料の格子定数との間の格子定数を有し、例えば、アルミニウムの含有割合が第2の割合(ゼロを含む)の窒化物半導体からなり、
化学式
AlGa1−a―b
ここで、前記MはIn(インジウム)とB(ボロン)とから選択された少なくとも1種の元素、
前記a及びbは、0≦a≦1、

0≦b<1、

a+b≦1

a<x
を満足させる数値、で示される窒化物半導体材料から成る。即ち、第2の層7は、例えば、基板2を構成する材料の格子定数と第1の層6を構成する材料の格子定数との間の格子定数、または第1の層6を構成する材料よりも小さいバンドギャップを有する材料であり、第1の層6よりも比較的絶縁性の低い材料であり、例えば、GaN(窒化ガリウム)、InGaN(窒化ガリウム インジウム)、AlInN(窒化インジウム アルミニウム)、第1の層よりもAlの含有率が小さいAlGaN(窒化ガリウム アルミニウム)及びAlInGaN(窒化ガリウム インジウム アルミニウム)から選択された窒化物半導体材料から成る。なお、第2の層7に必要に応じてn型又はp型の導電型決定不純物をドープすることができる。第2の層7の厚みTeは1〜50nmであることが望ましい。第2の層7の厚みTeが1よりも薄い場合、及び50nmよりも厚い場合、半導体ウエーハの反り及び主半導体領域4の結晶性の改善効果が低下する。本実施例では第2の層7が第1の層6よりバンドギャップエネルギーが狭く且つ第1の層6より抵抗値が低いGaNから成り、この厚さTeは3.5nmに設定されている。
The second layer 7 disposed on the first layer 6 has a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the substrate 2 and the lattice constant of the material constituting the first layer 6. For example, the nitride content ratio is a second ratio (including zero) of a nitride semiconductor,
Chemical formula
Al a Mb Ga 1-ab N
Here, the M is at least one element selected from In (indium) and B (boron),
A and b are 0 ≦ a ≦ 1,

0 ≦ b <1,

a + b ≦ 1

a <x
It is made of a nitride semiconductor material represented by a numerical value satisfying That is, the second layer 7 is, for example, a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the substrate 2 and the lattice constant of the material constituting the first layer 6 or the material constituting the first layer 6. A material having a smaller band gap than the first layer 6 and having a relatively low insulating property, such as GaN (gallium nitride), InGaN (gallium indium nitride), AlInN (indium aluminum nitride), It is made of a nitride semiconductor material selected from AlGaN (gallium aluminum nitride) and AlInGaN (gallium indium aluminum nitride) having a lower Al content than the first layer. The second layer 7 can be doped with n-type or p-type conductivity determining impurities as necessary. The thickness Te of the second layer 7 is preferably 1 to 50 nm. When the thickness Te of the second layer 7 is thinner than 1 and thicker than 50 nm, the effect of improving the warpage of the semiconductor wafer and the crystallinity of the main semiconductor region 4 is lowered. In this embodiment, the second layer 7 is made of GaN having a band gap energy narrower than that of the first layer 6 and a resistance value lower than that of the first layer 6, and the thickness Te is set to 3.5 nm.

なお、図2では全部の第2の層7が同一の材料(GaN)で形成されているが、複数の第2の層7を互いに異なる材料で形成することができる。また、図2では全部の第2の層7が同一の厚みに形成されているが、複数の第2の層7を互いに異なる厚みに形成することができる。第2の層7は、アルミニウムを必須成分としておらず、アルミニウムを含まなくとも良い。従って、第2の層7におけるアルミニウムの第2の割合はゼロを含む所定値である。しかしながら、第2の層7にアルミニウムを含有させることによって第2の層7の抵抗値を高めることができるため、第2の層7にもアルミニウムを含有させることが望ましい。第2の層7の結晶軸a及びcの格子定数は第1の層6の格子定数よりも大きく、且つ基板2の格子定数よりも小さい値(例えばa軸で0.318nm、c軸で0.518nm)である。また、第2の層7の線膨張係数は基板2の線膨張係数よりも大きい値(例えば5.59×10−6/K)である。 In FIG. 2, all the second layers 7 are made of the same material (GaN), but a plurality of second layers 7 can be made of different materials. In FIG. 2, all the second layers 7 are formed to have the same thickness, but a plurality of the second layers 7 can be formed to have different thicknesses. The second layer 7 does not contain aluminum as an essential component and may not contain aluminum. Therefore, the second proportion of aluminum in the second layer 7 is a predetermined value including zero. However, since the resistance value of the second layer 7 can be increased by containing aluminum in the second layer 7, it is desirable that aluminum be also contained in the second layer 7. The lattice constants of the crystal axes a and c of the second layer 7 are larger than the lattice constant of the first layer 6 and smaller than the lattice constant of the substrate 2 (for example, 0.318 nm for the a axis and 0 for the c axis). .518 nm). Further, the linear expansion coefficient of the second layer 7 is larger than the linear expansion coefficient of the substrate 2 (for example, 5.59 × 10 −6 / K).

中間バッファ領域8は、第1の多層構造バッファ領域5と第2の多層構造バッファ領域5´との間に配置される。中間バッファ領域8は、巨視的に第1の層6を構成する材料よりも小さい格子定数を有する材料からなり、例えば、第1の割合よりも小さい第3の割合でアルミニウムを含有する窒化物半導体からなり、
化学式
AlGa1−h−k
ここで、前記MはIn(インジウム)とB(ボロン)とから選択された少なくとも1種の元素、
前記h及びkは、0≦h<1、


0≦k<1、

h+k≦1

a≦h<x
を満足させる数値、で示される窒化物半導体材料で形成される。
図3は、本発明の実施例1に係る中間バッファ領域8の詳細な構造を示す。中間バッファ領域8は、第1の中間バッファ層81と第2の中間バッファ層82と第3の中間バッファ層83とからなる。
The intermediate buffer region 8 is disposed between the first multilayer structure buffer region 5 and the second multilayer structure buffer region 5 ′. The intermediate buffer region 8 is made of a material having a lattice constant smaller than that of the material constituting the first layer 6 macroscopically, for example, a nitride semiconductor containing aluminum at a third ratio smaller than the first ratio. Consists of
Chemical formula
Al h M k Ga 1-hk N
Here, the M is at least one element selected from In (indium) and B (boron),
H and k are 0 ≦ h <1,


0 ≦ k <1,

h + k ≦ 1

a ≦ h <x
It is formed of a nitride semiconductor material indicated by a numerical value satisfying
FIG. 3 shows a detailed structure of the intermediate buffer area 8 according to the first embodiment of the present invention. The intermediate buffer region 8 includes a first intermediate buffer layer 81, a second intermediate buffer layer 82, and a third intermediate buffer layer 83.

第1の中間バッファ層81は、中間バッファ領域8の底部、即ち第1の多層構造バッファ領域5と第2の中間バッファ層82との間に配置される。第1の中間バッファ層81は、第1の層6を構成する材料よりも大きい格子定数となるように、第1の割合よりも小さく且つ第2の割合よりも大きい第4の割合でアルミニウムを含有する窒化物半導体からなり、
化学式
AlGa1−m―n
ここで、前記MはIn(インジウム)とB(ボロン)とから選択された少なくとも1種の元素、
前記m及びnは、0<m<1、

0≦n<1、

m+n≦1

a<m<x
を満足させる数値、で示される窒化物半導体材料で形成される。即ち、第1の中間バッファ層81は、例えば、第1の層6よりもAlの含有率が小さいAlGaN、AlInGaN及びAlInNから選択された窒化物半導体材料からなる。第1の中間バッファ層81におけるアルミニウム含有率mは、0.5以下であることが好ましい。
The first intermediate buffer layer 81 is disposed at the bottom of the intermediate buffer region 8, that is, between the first multilayer buffer region 5 and the second intermediate buffer layer 82. The first intermediate buffer layer 81 is made of aluminum at a fourth ratio that is smaller than the first ratio and larger than the second ratio so as to have a lattice constant larger than that of the material constituting the first layer 6. Containing nitride semiconductor,
Chemical formula
Al m M n Ga 1-m -n N
Here, the M is at least one element selected from In (indium) and B (boron),
M and n are 0 <m <1,

0 ≦ n <1,

m + n ≦ 1

a <m <x
It is formed of a nitride semiconductor material indicated by a numerical value satisfying That is, the first intermediate buffer layer 81 is made of, for example, a nitride semiconductor material selected from AlGaN, AlInGaN, and AlInN having a lower Al content than the first layer 6. The aluminum content m in the first intermediate buffer layer 81 is preferably 0.5 or less.

第2の中間バッファ層82は、第1の中間バッファ層81と第3の中間バッファ層83との間に配置される。第2の中間バッファ層82は、第2の層7と同一の第2の割合(ゼロを含む)でアルミニウムを含有する窒化物半導体材料から成る。即ち、第2の中間バッファ層82は、例えば、GaN(窒化ガリウム)、InGaN(窒化ガリウム インジウム)、AlInN(窒化インジウム アルミニウム)、第1の層6及び第1の中間バッファ層81よりもAlの含有率が小さいAlGaN(窒化ガリウム アルミニウム)及びAlInGaN(窒化ガリウム インジウム アルミニウム)から選択された窒化物半導体材料から成る。 The second intermediate buffer layer 82 is disposed between the first intermediate buffer layer 81 and the third intermediate buffer layer 83. The second intermediate buffer layer 82 is made of a nitride semiconductor material containing aluminum at the same second ratio (including zero) as the second layer 7. That is, the second intermediate buffer layer 82 includes, for example, GaN (gallium nitride), InGaN (gallium indium nitride), AlInN (indium aluminum nitride), the first layer 6 and the first intermediate buffer layer 81. It consists of a nitride semiconductor material selected from AlGaN (gallium aluminum nitride) and AlInGaN (gallium indium aluminum nitride) with a low content.

第3の中間バッファ層83は、中間バッファ領域8の上部、第2の中間バッファ層82と即ち第2の多層構造バッファ領域5‘との間に配置される。第3の中間バッファ層83は、第1の割合よりも小さく且つ第2の割合よりも大きい第5の割合でアルミニウムを含有する窒化物半導体からなり、
化学式
AlGa1−p―q
ここで、前記MはIn(インジウム)とB(ボロン)とから選択された少なくとも1種の元素、
前記m及びnは、0<p<1、

0≦q<1、

p+q≦1

a<p<x
を満足させる数値、で示される窒化物半導体材料で形成される。即ち、第3の中間バッファ層83は、例えば、第1の層6よりもAlの含有率が小さいAlGaN、AlInGaN及びAlInNから選択された窒化物半導体材料からなる。第3の中間バッファ層83におけるアルミニウム含有率mは、0.5以下であることが好ましい。なお、第3の中間バッファ層83は、第1の中間バッファ層81と同一の組成を有しても良く、互いに異なる組成を有しても良い。
The third intermediate buffer layer 83 is disposed above the intermediate buffer region 8 and between the second intermediate buffer layer 82, that is, the second multilayer buffer region 5 ′. The third intermediate buffer layer 83 is made of a nitride semiconductor containing aluminum at a fifth ratio smaller than the first ratio and larger than the second ratio,
Chemical formula
Al p M q Ga 1-pq N
Here, the M is at least one element selected from In (indium) and B (boron),
M and n are 0 <p <1,

0 ≦ q <1,

p + q ≦ 1

a <p <x
It is formed of a nitride semiconductor material indicated by a numerical value satisfying That is, the third intermediate buffer layer 83 is made of, for example, a nitride semiconductor material selected from AlGaN, AlInGaN, and AlInN having a lower Al content than the first layer 6. The aluminum content m in the third intermediate buffer layer 83 is preferably 0.5 or less. The third intermediate buffer layer 83 may have the same composition as the first intermediate buffer layer 81 or may have different compositions.

なお、中間バッファ領域8を構成する各層81、82、83に必要に応じてn型又はp型の導電型決定不純物をドープすることができる。また、中間バッファ領域8を構成する各層81、82、83は、それぞれ複数の層で構成されても良い。例えば、第1の中間バッファ層81は、数nmのGaN層と数nmのAlGaN層とが繰り返し積層された構造を有しても良く、第1の中間バッファ層81を平均的(又は巨視的)に見て、アルミニウム含有率mが上記の関係を満足すれば良い。 In addition, each layer 81, 82, 83 constituting the intermediate buffer region 8 can be doped with n-type or p-type conductivity determining impurities as necessary. In addition, each of the layers 81, 82, and 83 constituting the intermediate buffer region 8 may be composed of a plurality of layers. For example, the first intermediate buffer layer 81 may have a structure in which a GaN layer of several nm and an AlGaN layer of several nm are repeatedly stacked, and the first intermediate buffer layer 81 is average (or macroscopic). ), The aluminum content m should satisfy the above relationship.

また、第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´は、第1の層6と第2の層7の交互積層体の上に第1の層6を更に1層余分に積層し、その上に中間バッファ領域8を形成しても良い。このように第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´の最も上の第1の層6を第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´に含めて示す場合には、第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´に含まれる第1の層6の合計は、第2の層7の合計よりも1つ多くなる。 Further, the first and second multilayer buffer regions 5 and 5 ′ are obtained by further laminating the first layer 6 on the alternate laminated body of the first layer 6 and the second layer 7, An intermediate buffer region 8 may be formed thereon. Thus, when the first layer 6 on the top of the first and second multilayer structure buffer regions 5 and 5 ′ is included in the first and second multilayer structure buffer regions 5 and 5 ′, the first layer 6 is shown. The sum of the first layers 6 included in the first and second multilayer structure buffer regions 5, 5 ′ is one more than the sum of the second layers 7.

中間バッファ領域8は第1の層6の厚みTd及び第2の層6の厚みTeよりも大きい厚みTbを有している。中間バッファ領域8は第1の層6の厚みTdと第2の層7の厚みTeの和よりも厚く形成されていることが望ましく、中間バッファ領域8の厚さは20〜400nmであることが望ましい。中間バッファ領域8の厚さが20nmよりも薄い場合、及び400nmよりも厚い場合には、半導体ウエーハの反り及び主半導体領域4の結晶性の改善効果が低下する。 The intermediate buffer region 8 has a thickness Tb larger than the thickness Td of the first layer 6 and the thickness Te of the second layer 6. The intermediate buffer region 8 is desirably formed thicker than the sum of the thickness Td of the first layer 6 and the thickness Te of the second layer 7, and the thickness of the intermediate buffer region 8 is preferably 20 to 400 nm. desirable. When the thickness of the intermediate buffer region 8 is thinner than 20 nm and thicker than 400 nm, the effect of improving the warpage of the semiconductor wafer and the crystallinity of the main semiconductor region 4 is lowered.

本実施例では第1及び第3の中間バッファ層81、83が厚さ50nmのAlGaNからなり、第2の中間バッファ層82が厚さ200nmのGaNからなり、中間バッファ領域8の厚さTbは300nmに設定されている。 In the present embodiment, the first and third intermediate buffer layers 81 and 83 are made of AlGaN having a thickness of 50 nm, the second intermediate buffer layer 82 is made of GaN having a thickness of 200 nm, and the thickness Tb of the intermediate buffer region 8 is It is set to 300 nm.

なお、中間バッファ領域8の結晶軸a及びcの格子定数は、平均的(又は巨視的)に見た格子定数である。また、第1の多層構造バッファ領域5として第1の層6と第2の層7の交互積層体の上に第1の層6を更に1層余分に積層した場合、中間バッファ領域8は、基板2から遠ざかるにつれて(基板2上のバッファ領域3の厚みが増す方向に)第1の中間バッファ層81を構成する材料の格子定数を徐々に第1の層6から第2の層7に近づけるようにしても良い。例えば、第1の中間バッファ層81がAlGaNから成る場合、基板2から遠ざかるにつれて、Alの含有率を徐々に小さくなるように形成しても良い。この場合、中間バッファ領域8を配置したことによる応力の緩和をより緩やかに実現して、半導体ウエーハ1をより厚膜化することができる。 Note that the lattice constants of the crystal axes a and c of the intermediate buffer region 8 are lattice constants seen on average (or macroscopic). Further, when the first multilayer 6 is further laminated on the alternate laminated body of the first layer 6 and the second layer 7 as the first multilayer structure buffer region 5, the intermediate buffer region 8 As the distance from the substrate 2 increases (in the direction in which the thickness of the buffer region 3 on the substrate 2 increases), the lattice constant of the material constituting the first intermediate buffer layer 81 gradually approaches the second layer 7 from the first layer 6. You may do it. For example, when the first intermediate buffer layer 81 is made of AlGaN, the Al content rate may be gradually reduced as the distance from the substrate 2 increases. In this case, the relaxation of stress due to the arrangement of the intermediate buffer region 8 can be realized more gently, and the semiconductor wafer 1 can be made thicker.

更に、中間バッファ領域8内部に生じる応力によるピエゾ分極を抑制し、中間バッファ領域8内部に生じる横方向の電流成分を抑制することで、バッファ領域3内の寄生容量を低減することができる。 Furthermore, by suppressing the piezo polarization due to the stress generated in the intermediate buffer region 8 and suppressing the lateral current component generated in the intermediate buffer region 8, the parasitic capacitance in the buffer region 3 can be reduced.

中間バッファ領域8の上に配置された第2の多層構造バッファ領域5´は第1の多層構造バッファ領域5と同様にサブ多層構造バッファ領域6の積層体から成る。第2の多層構造バッファ領域5´は第1の層6と第2の層7とのペア数が第1の多層構造バッファ領域5と異なる点、及びその厚みTa´が第1の多層構造バッファ領域5と異なる点を除いて、第1の多層構造バッファ領域5と同様に構成されている。 The second multilayer structure buffer area 5 ′ arranged on the intermediate buffer area 8 is formed of a stacked body of sub multilayer structure buffer areas 6 like the first multilayer structure buffer area 5. The second multilayer structure buffer region 5 'is different from the first multilayer structure buffer region 5 in the number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7, and the thickness Ta' is the first multilayer structure buffer. The structure is the same as that of the first multilayer buffer area 5 except for the differences from the area 5.

なお、第2の多層構造バッファ領域5´の平均的に見たAlの含有割合が中間バッファ領域8よりも大きい条件を満足する範囲で、第2の多層構造バッファ領域5´の中の第1の層6と第2の層7とのいずれか一方又は両方を構成する材料を変形することができる。また、第2の多層構造バッファ領域5´は第1の層6と第2の層7とのペア数を第1の多層構造バッファ領域5と同一にすることもできる。 It should be noted that the first multilayered buffer region 5 ′ in the second multilayered buffer region 5 ′ satisfies the condition that the average Al content in the second multilayered buffer region 5 ′ is larger than that of the intermediate buffer region 8. The material constituting either one or both of the layer 6 and the second layer 7 can be modified. Further, the second multilayer structure buffer region 5 ′ can have the same number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 as the first multilayer structure buffer region 5.

図1の実施例1に従う主半導体領域4は、HEMTを形成するために不純物非ドープのGaNから成る電子走行層41と、不純物非ドープのAl0.2Ga0.8Nから成る電子供給層42とを有している。なお、電子供給層42にn型不純物をドープすることもできる。バッファ領域3の上に配置された電子走行層41はチャネル層とも呼ぶことができるものであり、例えば、1800nmの厚みを有する。電子走行層41の上に配置された電子供給層42は電子走行層41とのヘテロ接合に基づくピエゾ分極によって電子走行層41に周知の2次元キャリアガス層(2次元電子ガス層)をさせるものであって、例えば30nmの厚みを有する。 The main semiconductor region 4 according to Example 1 of FIG. 1 includes an electron transit layer 41 made of GaN that is not doped with impurities and an electron supply layer that is made of Al 0.2 Ga 0.8 N that is not doped with impurities in order to form a HEMT. 42. The electron supply layer 42 can be doped with n-type impurities. The electron transit layer 41 disposed on the buffer region 3 can also be called a channel layer, and has a thickness of 1800 nm, for example. The electron supply layer 42 disposed on the electron transit layer 41 causes the electron transit layer 41 to form a known two-dimensional carrier gas layer (two-dimensional electron gas layer) by piezoelectric polarization based on a heterojunction with the electron transit layer 41. For example, it has a thickness of 30 nm.

Alを含む電子供給層42はAlを含まない電子走行層41に比べて極めて薄い。従って、主半導体領域4における平均的に見たアルミニウムの割合は電子走行層41におけるAlの割合とほぼ同一になり、第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´よりも小さい。主半導体領域4における平均的に見た格子定数は、電子走行層41における格子定数とほぼ同一になり、第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´よりも大きく且つ基板2よりも小さい。 The electron supply layer 42 containing Al is extremely thinner than the electron transit layer 41 not containing Al. Therefore, the average aluminum ratio in the main semiconductor region 4 is substantially the same as the Al ratio in the electron transit layer 41, and is smaller than the first and second multilayer buffer regions 5, 5 ′. The average lattice constant of the main semiconductor region 4 is substantially the same as the lattice constant of the electron transit layer 41, and is larger than the first and second multilayer structure buffer regions 5, 5 ′ and smaller than the substrate 2. .

主半導体領域4の大部分を占める電子走行層41の結晶軸a及びcにおける格子定数は例えばa軸で0.318nm、c軸で0.518nmであり、第1の層6の格子定数よりも大きい。 The lattice constants in the crystal axes a and c of the electron transit layer 41 occupying most of the main semiconductor region 4 are, for example, 0.318 nm on the a axis and 0.518 nm on the c axis, which is larger than the lattice constant of the first layer 6. large.

主半導体領域4の中で最も厚い電子走行層41の線膨張係数、及び次に厚い電子供給層42の線膨張係数、及び主半導体領域4の巨視的に見た線膨張係数のいずれも、基板2の線膨張係数及び第1の層6の線膨張係数よりは大きい。従って、基板2を考慮しない場合、即ち基板2を無視して、主半導体領域4の応力を観察すれば、巨視的に見て主半導体領域4に中間バッファ領域8と同様に圧縮応力を生じる。 The linear expansion coefficient of the thickest electron transit layer 41 in the main semiconductor region 4, the linear expansion coefficient of the next thickest electron supply layer 42, and the macroscopic linear expansion coefficient of the main semiconductor region 4 are all the substrate. The linear expansion coefficient of 2 and the linear expansion coefficient of the first layer 6 are larger. Therefore, when the substrate 2 is not taken into consideration, that is, when the stress of the main semiconductor region 4 is observed ignoring the substrate 2, a compressive stress is generated in the main semiconductor region 4 in the same manner as the intermediate buffer region 8 when viewed macroscopically.

図4は、図1〜図3に示した半導体ウエーハ1を使用して製作したHEMTを示す。説明を簡略化するために図4において図1と実質的に同一の部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。第1の電極としてのソース電極91及び第2の電極としてのドレイン電極92は電子供給層42にオーミック(低抵抗)接触し、制御電極としてのゲート電極93は電子供給層42にショットキー接触している。なお、ソース電極91及びドレイン電極92と電子供給層42との間にn型不純物濃度の高いコンタクト層を設けることができる。また、ゲート電極92はMIS構造としても良い。HEMTの動作の安定化を図るために基板2の下面に補助電極94が設けられ、これが導体95によってソース電極91に接続されている。従って、図4のHEMTにおいてドレイン電極92と基板2の下面に設けられた補助電極94との間の耐圧が重要になる。基板2はシリコン半導体であるので、ここに耐圧をさほど期待できない。そこで、この実施例では耐圧向上のためにバッファ領域3及び主半導体領域4が比較的厚く形成されている。 FIG. 4 shows a HEMT manufactured using the semiconductor wafer 1 shown in FIGS. In order to simplify the description, the same reference numerals in FIG. 4 denote the same parts as in FIG. 1, and a description thereof will be omitted. The source electrode 91 as the first electrode and the drain electrode 92 as the second electrode are in ohmic (low resistance) contact with the electron supply layer 42, and the gate electrode 93 as the control electrode is in Schottky contact with the electron supply layer 42. ing. Note that a contact layer having a high n-type impurity concentration can be provided between the source electrode 91 and the drain electrode 92 and the electron supply layer 42. The gate electrode 92 may have a MIS structure. In order to stabilize the operation of the HEMT, an auxiliary electrode 94 is provided on the lower surface of the substrate 2, and this is connected to the source electrode 91 by a conductor 95. Therefore, the withstand voltage between the drain electrode 92 and the auxiliary electrode 94 provided on the lower surface of the substrate 2 is important in the HEMT of FIG. Since the substrate 2 is a silicon semiconductor, a high breakdown voltage cannot be expected here. Therefore, in this embodiment, the buffer region 3 and the main semiconductor region 4 are formed relatively thick in order to improve the breakdown voltage.

次に、図1の半導体ウエーハ1及び図4のHEMTの製造方法の一例を説明する。
まず、ミラー指数で示す結晶の面方位において(111)面とされた主面を有し、シリコン基板2を用意する。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor wafer 1 in FIG. 1 and the HEMT in FIG. 4 will be described.
First, a silicon substrate 2 having a main surface which is a (111) plane in the crystal plane orientation indicated by the Miller index is prepared.

次に、基板2を周知のMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)即ち有機金属気相成長装置の反応室に投入し、基板2の表面の酸化膜を取り除いた後、反応室にTMA(トリメチルアルミニウム)、及びアンモニアを流して、シリコン基板2の上にAlN(窒化アルミニウム)から成る第1の層6をエピタキシャル成長させる。その後、TMAの供給を止め、アンモニアの供給は継続し、これと共にTMG(トリメチルガリウム)を流してGaNから成る第2の層7をエピタキシャル成長させる。第1及び第2の層6,7の形成工程を所望回数繰返して第1の多層構造バッファ領域5を得る。 Next, the substrate 2 is put into a reaction chamber of a well-known MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), that is, an organic metal vapor phase growth apparatus, the oxide film on the surface of the substrate 2 is removed, and TMA (trimethylaluminum) is put into the reaction chamber. The first layer 6 made of AlN (aluminum nitride) is epitaxially grown on the silicon substrate 2 by flowing ammonia and ammonia. Thereafter, the supply of TMA is stopped, and the supply of ammonia is continued. At the same time, TMG (trimethylgallium) is flowed to epitaxially grow the second layer 7 made of GaN. The first multilayer buffer region 5 is obtained by repeating the steps of forming the first and second layers 6 and 7 a desired number of times.

次に、反応室にアンモニアと第1の層6の形成時よりも少ないTMA(トリメチルアルミニウム)を第1の層6の形成時よりも長く流して第1の層6及び第2の層7よりも厚いAlGaNから成る中間バッファ領域8をエピタキシャル成長させる。 Next, ammonia and less TMA (trimethylaluminum) than in the formation of the first layer 6 are allowed to flow in the reaction chamber longer than in the formation of the first layer 6 so as to flow from the first layer 6 and the second layer 7. The intermediate buffer region 8 made of thicker AlGaN is epitaxially grown.

次に、第1の多層構造バッファ領域5と同一の方法で第2の多層構造バッファ領域5´を形成し、バッファ領域3を完成させる。 Next, a second multilayer structure buffer region 5 ′ is formed by the same method as the first multilayer structure buffer region 5, and the buffer region 3 is completed.

しかる後、周知のエピタキシャル成長法で主半導体領域4を形成する。これによって半導体ウエーハが完成する。 Thereafter, the main semiconductor region 4 is formed by a known epitaxial growth method. This completes the semiconductor wafer.

さらに半導体ウエーハ1を使用してHEMTを製作する場合、第1の電極として例えばチタン(Ti)/金(Au)からなるソース電極91及び第2の電極として例えばチタン(Ti)/金(Au)からなるドレイン電極92を主半導体領域4上に蒸着し、ソース電極91とドレイン電極92間の電子供給層42上にショットキー接触するゲート電極93を形成して完成する。 Further, when the HEMT is manufactured using the semiconductor wafer 1, the source electrode 91 made of, for example, titanium (Ti) / gold (Au) is used as the first electrode, and the titanium (Ti) / gold (Au) is used as the second electrode. A drain electrode 92 made of is deposited on the main semiconductor region 4, and a gate electrode 93 in Schottky contact is formed on the electron supply layer 42 between the source electrode 91 and the drain electrode 92 to complete.

図5は、基板2を考慮しない場合(基板2を無視した場合)における、半導体ウエーハ1の各領域5、8、5´、4に生じる応力(歪力)を概略的に示す。第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´は図2に示したように複数の第1の層6と第2の層7を含むが、平均的に見てAlの割合が中間バッファ領域8よりも大きく、平均的に見て格子定数が中間バッファ領域8よりも小さいので、図5で外向きの矢印で示すように引張応力を生じる。これに対して、平均的に見て格子定数が第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´よりも大きい中間バッファ領域8及び主半導体領域4には図5で内側に向いている矢印で示すように圧縮応力を生じる。各領域4、5、5´、8の応力を調整すれば引張応力と圧縮応力との相殺が生じ、半導体ウエーハ1の反りを低減することができる。なお、中間バッファ領域8は、第1の層6を構成する格子定数と第2の層7を構成する格子定数との間の格子定数からなる材料(例えば、AlGaN)で形成されているため、中間バッファ領域8をGaNで形成する場合に比べてその応力は小さく、更に、バッファ領域3の応力緩和効果をゆるやかにすることができる。 FIG. 5 schematically shows stress (strain force) generated in each of the regions 5, 8, 5 ′, and 4 of the semiconductor wafer 1 when the substrate 2 is not considered (when the substrate 2 is ignored). As shown in FIG. 2, the first and second multilayer structure buffer regions 5 and 5 'include a plurality of first layers 6 and second layers 7, but on average, the ratio of Al is an intermediate buffer. Since the lattice constant is larger than that of the region 8 and, on average, smaller than that of the intermediate buffer region 8, a tensile stress is generated as shown by the outward arrow in FIG. In contrast, the intermediate buffer region 8 and the main semiconductor region 4 having a lattice constant larger than that of the first and second multilayer buffer regions 5 and 5 ′ on the average are shown in FIG. As shown in FIG. If the stresses in the respective regions 4, 5, 5 ′ and 8 are adjusted, the tensile stress and the compressive stress are offset, and the warpage of the semiconductor wafer 1 can be reduced. The intermediate buffer region 8 is formed of a material (for example, AlGaN) having a lattice constant between the lattice constant constituting the first layer 6 and the lattice constant constituting the second layer 7. Compared with the case where the intermediate buffer region 8 is formed of GaN, the stress is small, and further, the stress relaxation effect of the buffer region 3 can be moderated.

また、基板2を考慮する場合(基板2を無視しない場合)には、基板2がバッファ領域3及び主半導体領域4に及ぼす影響を考慮する必要があり、必ずしも図5のようにはならないが、実施例1の半導体ウエーハ1の各領域5、8、5´、4に生じる応力(歪力)を緩和し、半導体ウエーハ1の膜厚を厚くすることができる。 Further, when considering the substrate 2 (when the substrate 2 is not ignored), it is necessary to consider the influence of the substrate 2 on the buffer region 3 and the main semiconductor region 4, and this is not necessarily as shown in FIG. The stress (strain force) generated in each of the regions 5, 8, 5 'and 4 of the semiconductor wafer 1 of Example 1 can be relaxed, and the film thickness of the semiconductor wafer 1 can be increased.

上述から明らかなように実施例1は次の効果を有する。
(1)第1の層6を構成する材料の格子定数と第2の層7の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成る第1及び第3の中間バッファ層81、83を配置することによって、第2の中間バッファ層82に生じる応力を抑制し、これにより中間バッファ領域8内のピエゾ分極を抑制して、中間バッファ領域8の横方向の電流成分を抑制することで、バッファ領域3内の寄生容量を低減することができる。従って、本発明の半導体ウエーハ1を用いてスイッチング素子を形成すれば、スイッチング速度の向上を図ることができる。
(2)第1の層6を構成する材料の格子定数と第2の層7を構成する格子定数の間の格子定数の材料からなる中間バッファ領域8を第1の多層構造バッファ領域5と第2の多層構造バッファ領域5´との間に配置することによって、バッファ領域3全体の応力の緩和を緩やかに実現して、半導体ウエーハ1を厚くすることができる。従って、半導体ウエーハ1の縦方向の耐圧を向上することができる。
(3)中間バッファ領域8に第1の層6を構成する材料の格子定数と第2の層7を構成する材料の格子定数との間の格子定数を有する材料を用いることにより、半導体ウエーハ1の反りが改善されるのみでなく、バッファ領域3及び主半導体領域4を厚くすることができる。これにより、半導体ウエーハ1の厚み方向の耐圧を向上させることが可能になる。
(4)中間バッファ領域8を設けることにより、主半導体領域4に加わる圧縮応力を低減でき、主半導体領域4におけるクラックを低減できる。
(5)第2の層7の組成又は厚みの少なくとも何れかを調整することで、第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´における応力の調整を細かく行うことができる。また、第2の層7にアルミニウムを含有させることで、第2の層7の抵抗値を高め、バッファ領域3内の寄生容量を低減することができる。
(6)第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´のそれぞれが比較的薄い第1及び第2の層6,7を交互に積層した構造であるので、ただ1つの層で構成されたバッファ領域に比べてクラックを抑制でき、且つバッファ領域3を厚く形成することができる。
(7)第1の層6を構成する材料の格子定数と第2の層7を構成する材料の格子定数との間の格子定数を有する材料からなる第1の中間バッファ層81を配置することで、第2の中間バッファ層82に生じる応力を緩和することができる。また、第2の中間バッファ層82のアルミニウム含有割合又は膜厚を調整することでウエーハ1の反りを制御することができる。
As is apparent from the above, the first embodiment has the following effects.
(1) Disposing first and third intermediate buffer layers 81 and 83 made of a compound semiconductor having a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the first layer 6 and the lattice constant of the second layer 7 As a result, the stress generated in the second intermediate buffer layer 82 is suppressed, thereby suppressing the piezoelectric polarization in the intermediate buffer region 8 and suppressing the current component in the lateral direction of the intermediate buffer region 8, thereby The parasitic capacitance in the region 3 can be reduced. Therefore, if a switching element is formed using the semiconductor wafer 1 of the present invention, the switching speed can be improved.
(2) The intermediate buffer region 8 made of a material having a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the first layer 6 and the lattice constant constituting the second layer 7 is changed from the first multilayer structure buffer region 5 to the first multilayer buffer region 5. By disposing it between the two multilayer structure buffer regions 5 ', the stress of the entire buffer region 3 can be relaxed gradually, and the semiconductor wafer 1 can be made thicker. Therefore, the vertical breakdown voltage of the semiconductor wafer 1 can be improved.
(3) By using a material having a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the first layer 6 and the lattice constant of the material constituting the second layer 7 in the intermediate buffer region 8, the semiconductor wafer 1 In addition to improving the warpage, the buffer region 3 and the main semiconductor region 4 can be made thicker. As a result, the breakdown voltage in the thickness direction of the semiconductor wafer 1 can be improved.
(4) By providing the intermediate buffer region 8, the compressive stress applied to the main semiconductor region 4 can be reduced, and cracks in the main semiconductor region 4 can be reduced.
(5) By adjusting at least one of the composition and thickness of the second layer 7, the stress in the first and second multilayer structure buffer regions 5, 5 ′ can be finely adjusted. Further, by including aluminum in the second layer 7, the resistance value of the second layer 7 can be increased and the parasitic capacitance in the buffer region 3 can be reduced.
(6) Since each of the first and second multilayer structure buffer regions 5 and 5 'has a structure in which the relatively thin first and second layers 6 and 7 are alternately laminated, it is composed of only one layer. Compared with the buffer region, cracks can be suppressed, and the buffer region 3 can be formed thicker.
(7) Disposing the first intermediate buffer layer 81 made of a material having a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the first layer 6 and the lattice constant of the material constituting the second layer 7. Thus, the stress generated in the second intermediate buffer layer 82 can be relaxed. Further, the warpage of the wafer 1 can be controlled by adjusting the aluminum content ratio or the film thickness of the second intermediate buffer layer 82.

次に、図6を参照して実施例2の半導体ウエーハ1aを説明する。但し、図6において図2と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。 Next, a semiconductor wafer 1a according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 6 that are substantially the same as those in FIG. 2 are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図6の半導体ウエーハ1aは、図2の第2の多層構造バッファ領域5´と主半導体領域4との間に第2の中間バッファ領域8´と第3の多層構造バッファ領域5″を付加し、その他は図2と同一に構成したものである。図6の変形されたバッファ領域3aに含まれる追加された第2の中間バッファ領域8´は第2及び第3の多層構造バッファ領域5´、5″の相互間に配置され、中間バッファ領域(第1の中間バッファ領域)8と同一材料で形成され且つ中間バッファ領域8の厚みTbと実質的に同一の厚みTb´を有する。 The semiconductor wafer 1a shown in FIG. 6 has a second intermediate buffer region 8 ′ and a third multilayer buffer region 5 ″ added between the second multilayer buffer region 5 ′ and the main semiconductor region 4 shown in FIG. The rest of the configuration is the same as that in Fig. 2. The added second intermediate buffer region 8 'included in the modified buffer region 3a in Fig. 6 is the second and third multilayer buffer regions 5'. 5 ″, formed of the same material as the intermediate buffer region (first intermediate buffer region) 8 and having a thickness Tb ′ substantially the same as the thickness Tb of the intermediate buffer region 8.

図6の半導体ウエーハ1aにおいて、第2の多層構造バッファ領域5´における第1の層6と第1の第2の層7とのペア数は、実施例1の多層構造バッファ領域5´におけるペア数よりも1つ多い3であり、第3の多層構造バッファ領域5″における第1の層6と第2の層7とのペア数は2である。従って、第1、第2及び第3の多層構造バッファ領域5、5´、5″における第1の層6と第2の層7とのペア数は基板2から離れるに従って少なくなっている。 In the semiconductor wafer 1a of FIG. 6, the number of pairs of the first layer 6 and the first second layer 7 in the second multilayer buffer region 5 ′ is equal to the number of pairs in the multilayer buffer region 5 ′ of the first embodiment. The number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 in the third multilayer buffer region 5 ″ is 2, which is one more than the number 3. Accordingly, the first, second and third The number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 in the multilayer structure buffer regions 5, 5 ′ and 5 ″ decreases as the distance from the substrate 2 increases.

また、図6の半導体ウエーハ1aにおいて、多層構造バッファ領域5、5´、5″に挟まれる中間バッファ領域8、8´が複数配置される場合、複数の中間バッファ領域8、8´の格子定数は、基板2から離れるに従って小さくなり、第2の層7の格子定数に近づくことが望ましい。例えば、中間バッファ領域8を構成する材料のアルミニウムの含有割合に比べて第2の中間バッファ領域8´のアルミニウムの含有割合(第6の割合)を小さくすることによって、応力の緩和をより緩やかに実現することが可能となり、バッファ領域3aの厚膜化をより容易に行うことができる。具体的には、図7に示すように、中間バッファ領域8を構成する第1及び第3の中間バッファ層81、83の材料のアルミニウムの含有割合に比べて第2の中間バッファ領域8´を構成する第1及び第3の中間バッファ層81´、83´の材料のアルミニウムの含有割合を小さくすることで、上記のような構造が得られる。 Further, in the semiconductor wafer 1a of FIG. 6, when a plurality of intermediate buffer regions 8, 8 ′ sandwiched between the multilayer buffer regions 5, 5 ′, 5 ″ are arranged, the lattice constants of the plurality of intermediate buffer regions 8, 8 ′. Is preferably smaller as the distance from the substrate 2 becomes smaller and approaches the lattice constant of the second layer 7. For example, the second intermediate buffer region 8 'is compared with the aluminum content of the material constituting the intermediate buffer region 8. By reducing the aluminum content ratio (sixth ratio), the stress can be relaxed more gently, and the buffer region 3a can be made thicker more easily. As shown in FIG. 7, the second intermediate buffer is compared with the aluminum content in the material of the first and third intermediate buffer layers 81 and 83 constituting the intermediate buffer region 8. The first and third intermediate buffer layer 81 'constituting the § area 8', by reducing the content of aluminum material 83 ', the structure as described above can be obtained.

また、中間バッファ領域8、8´における第1及び第3の中間バッファ層81、81´、83、83´は、それぞれの内部でAlの含有率を変化させても良い。例えば、図8で示すように、第1の中間バッファ層81、81´の格子定数は、基板2から離れるに従って(厚み方向に)第2の中間バッファ層82、82´の格子定数に近づくことが好ましい。さらに、第3の中間バッファ層83、83´の格子定数は、基板2に近づくに従って(厚み方向と反対方向に)第2の中間バッファ層82、82´の格子定数に近づくことが好ましい。また、第1の中間バッファ層81、81´及び第3の中間バッファ層83、83´の少なくとも一部の組成(Alの含有割合)は、第2の中間バッファ層82、82´の組成と同一であっても良い。このような構造によって、第1の中間バッファ層81、81´と第2の中間バッファ層82、82´との界面及び第3の中間バッファ層83、83´と第2の中間バッファ層82、82´との界面におけるバンドギャップの変化が比較的緩やかになる。従って、中間バッファ領域8におけるキャリアの蓄積が抑制され、中間バッファ層82、82´の内部にチャネル(2次元電子ガス、2次元ホールガス)が生成されることが抑制され、バッファ領域3a内の寄生容量が低減される。 Further, the first and third intermediate buffer layers 81, 81 ′, 83, 83 ′ in the intermediate buffer regions 8, 8 ′ may change the Al content in each of the first and third intermediate buffer layers 81, 81 ′, 83, 83 ′. For example, as shown in FIG. 8, the lattice constant of the first intermediate buffer layers 81 and 81 ′ approaches the lattice constant of the second intermediate buffer layers 82 and 82 ′ as the distance from the substrate 2 increases (in the thickness direction). Is preferred. Furthermore, it is preferable that the lattice constants of the third intermediate buffer layers 83 and 83 ′ approach the lattice constants of the second intermediate buffer layers 82 and 82 ′ as they approach the substrate 2 (in the direction opposite to the thickness direction). Further, the composition (Al content ratio) of at least a part of the first intermediate buffer layers 81 and 81 ′ and the third intermediate buffer layers 83 and 83 ′ is the same as the composition of the second intermediate buffer layers 82 and 82 ′. It may be the same. With such a structure, the interface between the first intermediate buffer layer 81, 81 ′ and the second intermediate buffer layer 82, 82 ′ and the third intermediate buffer layer 83, 83 ′ and the second intermediate buffer layer 82, The change in the band gap at the interface with 82 'becomes relatively moderate. Therefore, the accumulation of carriers in the intermediate buffer region 8 is suppressed, and the generation of channels (two-dimensional electron gas, two-dimensional hole gas) in the intermediate buffer layers 82 and 82 'is suppressed, and the buffer region 3a Parasitic capacitance is reduced.

本発明は上述の実施例1及び2に限定されるものでなく、各実施例同士の組合せを含め、例えば以下に示すような変形が可能なものである。
(1)主半導体領域4を、HEMT以外のMESFET,SBD,LED等の別の半導体
素子を構成するための半導体領域に変形することができる。
(2)第3の多層構造バッファ領域5″は、第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´と実質的に同一組成の材料により形成され、且つ第1及び第2の多層構造バッファ領域5、5´よりも薄い厚みTa″を有する。しかし、第1、第2及び第3の多層構造バッファ領域5、5´、5″の厚みを互いに同一にすることができる。
(3)第1、第2及び第3の多層構造バッファ領域5、5´、5″を構成する第1の層6と第2の層7とのペアの数を同一にすることもできる。
(4)第1、第2及び第3の多層構造バッファ領域5、5´、5″を構成する複数のサブ多層構造バッファ領域6を互いに同一の材料で形成しないで本発明の効果を得ることができる範囲内で異なる材料で形成することができる。
(5)第1、第2及び第3の多層構造バッファ領域5、5´、5″を構成する複数の第2の層7を互いに同一の材料又は厚みに形成しないで本発明の効果を得ることができる範囲内で異なる材料又は厚みとすることができる。
(6)図6の第3の多層構造バッファ領域5″の上に、更に、第2の中間バッファ領域8´と第3の多層構造バッファ領域5″と同様なものを一回又は複数回繰り返して設けることができる。
The present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and can be modified as shown below, including combinations of the embodiments.
(1) The main semiconductor region 4 is made of another semiconductor such as MESFET, SBD, LED, etc. other than HEMT.
It can be transformed into a semiconductor region for constituting an element.
(2) The third multilayer structure buffer region 5 ″ is formed of a material having substantially the same composition as the first and second multilayer structure buffer regions 5, 5 ′, and the first and second multilayer structure buffers. It has a thickness Ta ″ that is thinner than the regions 5, 5 ′. However, the thicknesses of the first, second, and third multilayer structure buffer regions 5, 5 ′, 5 ″ can be the same.
(3) The number of pairs of the first layer 6 and the second layer 7 constituting the first, second and third multilayer structure buffer regions 5, 5 ′ and 5 ″ may be the same.
(4) The effect of the present invention can be obtained without forming the plurality of sub multilayer buffer regions 6 constituting the first, second and third multilayer buffer regions 5, 5 ', 5 "with the same material. Can be formed of different materials within the range of possible.
(5) The effects of the present invention can be obtained without forming the plurality of second layers 7 constituting the first, second and third multilayer structure buffer regions 5, 5 ′, 5 ″ with the same material or thickness. Different materials or thicknesses can be used within the possible range.
(6) On the third multilayer buffer area 5 ″ in FIG. 6, the same thing as the second intermediate buffer area 8 ′ and the third multilayer buffer area 5 ″ is repeated once or a plurality of times. Can be provided.

1、1a 半導体ウエーハ
2 シリコン基板
3、3a バッファ層
4 主半導体領域
5、5´、5″ 第1、第2及び第3の多層構造バッファ領域
6 第1の層
7 第2の層
8、8´、8″ 中間バッファ領域
81、81´ 第1の中間バッファ層
82、82´ 第2の中間バッファ層
83、83´ 第3の中間バッファ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Semiconductor wafer 2 Silicon substrate 3, 3a Buffer layer 4 Main semiconductor region 5, 5 ', 5 "1st, 2nd and 3rd multilayer structure buffer region 6 1st layer 7 2nd layer 8, 8 ', 8' Intermediate buffer region 81, 81 'First intermediate buffer layer 82, 82' Second intermediate buffer layer 83, 83 'Third intermediate buffer layer

Claims (4)

基板と、前記基板の一方の主面上に配置され且つ化合物半導体で形成されたバッファ領域と、バッファ領域の上に配置され且つ化合物半導体で形成された主半導体領域とを有する半導体ウエーハであって、
前記バッファ領域は、第1の層と第2の層とが交互に複数配置された複数の多層構造バッファ領域と、該複数の多層構造バッファ領域の相互間に配置された中間バッファ領域とから成り、
前記第1の層は、前記基板を構成する材料の格子定数よりも小さい格子定数を有する化合物半導体から成り、
前記第2の層は、前記基板を構成する材料の格子定数と前記第1の層の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成り、
前記中間バッファ領域は、前記第1及び第2の層よりも厚く形成され、且つ前記第1の層を構成する材料の格子定数と前記第2の層の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成ることを特徴とする半導体ウエーハ。
A semiconductor wafer having a substrate, a buffer region disposed on one main surface of the substrate and formed of a compound semiconductor, and a main semiconductor region disposed on the buffer region and formed of a compound semiconductor. ,
The buffer area includes a plurality of multilayer buffer areas in which a plurality of first layers and second layers are alternately arranged, and an intermediate buffer area arranged between the plurality of multilayer buffer areas. ,
The first layer is made of a compound semiconductor having a lattice constant smaller than that of the material constituting the substrate,
The second layer is composed of a compound semiconductor having a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the substrate and the lattice constant of the first layer,
The intermediate buffer region is formed thicker than the first and second layers, and has a lattice constant between a lattice constant of a material constituting the first layer and a lattice constant of the second layer. A semiconductor wafer comprising a compound semiconductor.
前記中間バッファ領域は、第1の中間バッファ層と第2の中間バッファ層と第3の中間バッファ層とを有し、前記第1の中間バッファ層は前記第1の層を構成する材料よりも大きく且つ前記第2の層を構成する材料よりも小さい格子定数を有する材料からなり、前記第2の中間バッファ層は前記第2の層と同一の材料からなり、前記第3の中間バッファ層は前記第1の層を構成する材料よりも大きく且つ前記第2の層を構成する材料よりも小さい格子定数を有する材料からなることを特徴とする半導体ウエーハ。 The intermediate buffer region has a first intermediate buffer layer, a second intermediate buffer layer, and a third intermediate buffer layer, and the first intermediate buffer layer is made of a material that constitutes the first layer. The second intermediate buffer layer is made of the same material as that of the second layer, and the third intermediate buffer layer is made of the same material as that of the second layer. A semiconductor wafer comprising a material having a lattice constant larger than a material constituting the first layer and smaller than a material constituting the second layer. 前記基板は、シリコン又はシリコン系の材料で構成され、
前記第1の層は、アルミニウムを含む窒化物半導体で構成され、
前記第2の層は、アルミニウムを第1の層よりも少ない割合で含む又はゼロの窒化物半導体で構成され、
前記中間バッファ領域は、平均的に見て第1の層よりも小さい割合でアルミニウムを含む窒化物系半導体で構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体ウエーハ。
The substrate is made of silicon or a silicon-based material,
The first layer is made of a nitride semiconductor containing aluminum,
The second layer is made of a nitride semiconductor containing less or less aluminum than the first layer;
3. The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the intermediate buffer region is made of a nitride-based semiconductor containing aluminum at a rate smaller than that of the first layer on average.
基板と、前記基板の一方の主面上に配置され且つ化合物半導体で形成されたバッファ領域と、バッファ領域の上に配置され且つ化合物半導体で形成された主半導体領域と、前記主半導体領域上に配置された電極とを有する半導体素子であって、
前記バッファ領域は、第1の層と第2の層とが交互に複数配置された複数の多層構造バッファ領域と、該複数の多層構造バッファ領域の相互間に配置された中間バッファ領域とから成り、
前記第1の層は、前記基板を構成する材料の格子定数よりも小さい格子定数を有する化合物半導体から成り、
前記第2の層は、前記基板を構成する材料の格子定数と前記第1の層の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成り、
前記中間バッファ領域は、前記第1及び第2の層よりも厚く形成され、且つ前記第1の層を構成する材料の格子定数と前記第2の層の格子定数との間の格子定数を有する化合物半導体から成ることを特徴とする半導体素子。
A substrate, a buffer region disposed on one main surface of the substrate and formed of a compound semiconductor, a main semiconductor region disposed on the buffer region and formed of a compound semiconductor, and on the main semiconductor region A semiconductor element having an electrode disposed thereon,
The buffer area includes a plurality of multilayer buffer areas in which a plurality of first layers and second layers are alternately arranged, and an intermediate buffer area arranged between the plurality of multilayer buffer areas. ,
The first layer is made of a compound semiconductor having a lattice constant smaller than that of the material constituting the substrate,
The second layer is composed of a compound semiconductor having a lattice constant between the lattice constant of the material constituting the substrate and the lattice constant of the first layer,
The intermediate buffer region is formed thicker than the first and second layers, and has a lattice constant between a lattice constant of a material constituting the first layer and a lattice constant of the second layer. A semiconductor device comprising a compound semiconductor.
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