JP2012182459A - 窒化物半導体構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化物半導体基板101は、(11−20)面を主方位面とするGaNであり、らせん成分を含む貫通転位104の密度は1×105cm−2であった。該基板上に複数の開口部103(1辺が20ミクロンの正方形)を有するマスク材102(酸化シリコン薄膜、厚さ100nm)が形成されている。該開口部には、n型GaN層106a、アンドープAlN層106b、アンドープGaN層106c、アンドープAlN層106d、および、n型GaN層106eが順次形成されている。様々な条件下で貫通転位104の密度と開口部103の面積との関係を検討すると、貫通転位密度がNcm−2である場合、各開口部103の面積が1/Ncm2以下であれば各開口部103内に形成した窒化物半導体多層薄膜の少なくとも一つの界面が平坦になることを見出した。
【選択図】図3
Description
図1(a)及び(b)に、参考例の窒化物半導体構造を示す。図1(a)は平面図を表し、図1(b)は図1(a)のA−A’線に沿った断面を表す。窒化物半導体基板101は、(0001)面を主方位面とするGaNであり、らせん成分を含む貫通転位104の密度は1×105cm−2であった。窒化物半導体基板101の主方位面上にマスク材102(酸化シリコン薄膜、厚さ100nm)が形成されている。また、マスク材102には複数の開口部103が開けられている。開口部103のそれぞれは、1辺が8ミクロンの正六角形であり、各辺はGaNの[11−20]方向に平行である。さらに、開口部103のそれぞれには、厚さが500nmのGaN薄膜105が形成されている。
図3(a)及び(b)に、実施形態1の窒化物半導体構造を示す。図3(a)は平面図を表し、図3(b)は図3(a)のA−A’線に沿った断面を表す。窒化物半導体基板101は(11−20)面を主方位面とするGaNであり、らせん成分を含む貫通転位104の密度は1×105 cm−2である。窒化物半導体基板101の主方位面上にマスク材102(窒化シリコン薄膜、厚さ50nm)が形成されている。また、マスク材102には複数の開口部103が開けられている。開口部103は1辺が20ミクロンの正方形であり、各辺はGaNの[0001]または[1−100]方向に平行である。さらに、開口部103には、500nm厚のn型GaN層106a、厚さ3nmのアンドープAlN層106b、厚さ2nmのアンドープGaN層106c、厚さ3nmのアンドープAlN層106d、および、300nm厚のn型GaN層106eが順次形成され、窒化物半導体多層薄膜106となっている。この窒化物半導体多層薄膜106の断面を透過型電子顕微鏡で観察したところ、すべての界面において、最も広い原子テラスの面積が各界面の面積の80%以上であった。よって、各開口部103内に形成した窒化物半導体多層薄膜106の少なくとも1つの界面において、界面を構成する最も広い原子テラスの面積が界面の面積の80%以上であったと言うことができる。
参考例及び実施形態1において、窒化物半導体基板101としてサファイア基板上のGaN薄膜を用いた例を示して説明したが、図4(a)及び(b)に、実施形態2の窒化物半導体構造を示す。図4(a)は平面図を表し、図4(b)は図(a)のA−A’線に沿った断面を表す。本実施形態における窒化物半導体基板101は、(0001)面を主方位面とするサファイア101a、第2のマスク材101b、横方向成長GaN薄膜101cで構成されている。図4(a)にサファイア101aの方位を示した。第2のマスク材101bは厚さ100nmの酸化シリコン薄膜であり、サファイア101aの[1−100]方向に平行な多数のストライプを形成している。ストライプの幅は1から100ミクロン、ストライプの間隔は1から100ミクロンとすることができる。横方向成長GaN薄膜101cの表面上にマスク材102および開口部103が形成されている。このとき、開口部103は第2のマスク材101b上に横方向成長した部分のGaN薄膜に形成する必要がある(図4(b)参照)。これは、マスク材101bの上に横方向成長した部分のGaN薄膜のらせん成分を含む貫通転位の密度が小さいためである。実施形態1及び2と同様に、開口部103内に、表面を構成する原子テラスのうち、最も広い原子テラスの面積が表面積の80%以上を占める窒化物半導体薄膜105や、少なくとも1つの界面において界面を構成する最も広い原子テラスの面積が界面面積の80%以上である窒化物半導体多層薄膜106を形成することができた。
101a サファイア
101b 第2のマスク材
101c 横方向成長したGaN薄膜
102 マスク材
103 マスク材の開口部
104 らせん成分を含む貫通転位
105 窒化物半導体薄膜
106 窒化物半導体多層薄膜
106a n型GaN層
106b アンドープAlN層
106c アンドープGaN層
106d アンドープAlN層
106e n型GaN層
Claims (6)
- 窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に形成された、複数の開口部を有するマスク層と、
前記複数の開口部のそれぞれに形成された複数の窒化物半導体多層薄膜と
を備える窒化物半導体構造であって、
各開口部の面積は、前記窒化物半導体基板のらせん成分を含む貫通転位密度の逆数より狭く、
前記貫通転位密度は、103cm−2以上107cm−2以下であり、
前記窒化物半導体多層薄膜は、前記開口部に島状に独立して形成され、前記島状に形成された窒化物半導体多層薄膜のうち少なくとも一つの窒化物半導体多層薄膜の少なくとも一つの界面について、前記界面を構成する原子テラスのうち最も広い原子テラスが、前記界面の面積の80%以上の面積を持つことを特徴とする窒化物半導体構造。 - 前記窒化物半導体基板は、
サファイアと、
前記サファイアの主方位面上に形成された第2のマスク材と、
前記第2のマスク材上に横方向成長した窒化物半導体薄膜と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体構造。 - 前記窒化物半導体基板は、
シリコンと、
前記シリコンの主方位面上に形成された第2のマスク材と、
前記第2のマスク材上に横方向成長した窒化物半導体薄膜と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体構造。 - 前記窒化物半導体基板は、
炭化珪素と、
前記炭化珪素の主方位面上に形成された第2のマスク材と、
前記第2のマスク材上に横方向成長した窒化物半導体薄膜と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体構造。 - 前記開口部は、多角形または円形であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の窒化物半導体構造。
- 窒化物半導体基板上にマスク材を形成するステップと、
前記マスク材に複数の開口部を形成するステップと、
前記複数の開口部のそれぞれに、窒化物半導体多層薄膜を形成するステップと
を備える窒化物半導体構造の製造方法であって、
各開口部の面積は、前記窒化物半導体基板のらせん成分を含む貫通転位密度の逆数より狭く、
前記貫通転位密度は、103cm−2以上107cm−2以下であり、
前記窒化物半導体多層薄膜は、前記開口部に島状に独立して形成され、前記島状に形成された窒化物半導体多層薄膜のうち少なくとも一つの窒化物半導体多層薄膜の少なくとも一つの界面について、前記界面を構成する原子テラスのうち最も広い原子テラスが、前記界面の面積の80%以上の面積を持つことを特徴とする窒化物半導体構造の製造方法。
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