JP2014057020A - 窒化物半導体装置及びその作製条件特定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の窒化物半導体装置は、結晶面方位が(111)であるシリコン単結晶基板11と、シリコン単結晶基板11上に積層されるバッファ層と、前記バッファ層上に積層される窒化物半導体層51とを有して成り、前記バッファ層は、AlNから成る第1の層と、AlxGa1−xN(0.1≦x≦0.4)から成る第2の層とが交互に所定のターン数で積層された超格子バッファ層41〜44が複数積層されて形成され、それぞれの超格子バッファ層41〜44を構成する前記第1の層の膜厚は、GaN基板上にAlN薄膜をエピタキシャル成長させる場合の臨界膜厚未満であってシリコン単結晶基板11から離れるにつれて薄くなるものとした。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置の積層構造図である。図1に例示する窒化物半導体装置は、主面が(111)面であるシリコン単結晶基板11(図1では「Si(111)基板」と表記。以下、適宜「Si基板」と略記。)の主面上に、基板側から順に、AlN下地バッファ層21、AlGaN下地バッファ層31、超格子バッファ層A〜D(41〜44)、窒化物半導体(例えばGaN半導体)51、が積層されて構成されている。
21 AlN下地バッファ層
31 AlGaN下地バッファ層
41,42,43,44 超格子バッファ層
41−ia,42−ia,43−ia,44−ia 第1の層(AlN層)
41−ib,42−ib,43−ib,44−ib 第2の層(AlGaN層)
51 窒化物半導体(GaN系半導体、UID−GaN層)
Claims (8)
- 結晶面方位が(111)であるシリコン単結晶基板と、前記シリコン単結晶基板上に積層されるバッファ層と、前記バッファ層上に積層される窒化物半導体層とを有して成り、
前記バッファ層は、AlNから成る第1の層と、AlxGa1−xN(0.1≦x≦0.4)から成る第2の層とが、交互に所定のターン数で積層された超格子バッファ層が複数積層されて形成され、
それぞれの前記超格子バッファ層を構成する前記第1の層の膜厚は、GaN基板上にAlN薄膜をエピタキシャル成長させる場合の臨界膜厚未満であって、前記シリコン単結晶基板から離れるにつれて薄くなっている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。 - 請求項1に記載の窒化物半導体装置において、
前記第1の層の膜厚は、0.5nm以上6nm未満であり、
前記第2の層の膜厚は、1nm以上15nm以下である
ことを特徴とする窒化物半導体装置。 - 請求項1または請求項2に記載の窒化物半導体装置において、
前記複数積層される前記超格子バッファ層の数Kは、3以上5以下であり、
前記第1の層の膜厚は、前記シリコン単結晶基板から離れるにつれて1/Kの比率で薄くなっている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置において、
前記シリコン単結晶基板と前記バッファ層との間に、
膜厚が0.5nm以上6nm未満であってAlNから成る第1の層の上に、膜厚が1nm以上15nm以下であってAlxGa1−xN(0.1≦x≦0.4)から成る第2の層が積層された、下地バッファ層が積層される
ことを特徴とする窒化物半導体装置。 - シリコン基板上に搭載すべき窒化物半導体層の目標厚さが与えられた場合の窒化物半導体装置の作製条件特定方法であって、
前記窒化物半導体装置は、結晶面方位が(111)であるシリコン単結晶基板と、前記シリコン単結晶基板上に積層されるバッファ層と、前記バッファ層上に積層される前記目標厚さの窒化物半導体層とを有して成り、
前記バッファ層は、AlNから成る第1の層と、AlxGa1−xN(0.1≦x≦0.4)から成る第2の層とが、交互に所定のターン数で積層された超格子バッファ層が複数積層されて形成され、
それぞれの前記超格子バッファ層を構成する前記第1の層の膜厚は、GaN基板上にAlN薄膜をエピタキシャル成長させる場合の臨界膜厚未満であって、前記シリコン単結晶基板から離れるにつれて薄くなっており、
前記シリコン単結晶基板の主面上に、前記所定のターン数を変化させて前記バッファ層が積層される工程と、
前記バッファ層上に前記窒化物半導体層が前記目標厚さにまで成長される工程と、
前記窒化物半導体層の成長により作製された試料の表面に生じるクラックの発生状況に応じて前記所定のターン数が変更され、クラックフリーとなるまで前記2つの工程が繰り返されて、クラックフリーとなるターン数が特定される工程と、
を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の作製条件特定方法。 - 請求項5に記載の窒化物半導体装置の作製条件特定方法において、
前記第1の層の膜厚を、0.5nm以上6nm未満とし、
前記第2の層の膜厚を、1nm以上15nm以下とする
ことを特徴とする窒化物半導体装置の作製条件特定方法。 - 請求項5または請求項6に記載の窒化物半導体装置の作製条件特定方法において、
前記複数積層される前記超格子バッファ層の数Kは、3以上5以下であり、
前記第1の層の膜厚を、前記シリコン単結晶基板から離れるにつれて1/Kの比率で薄くする
ことを特徴とする窒化物半導体装置の作製条件特定方法。 - 請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の作製条件特定方法において、
前記シリコン単結晶基板と前記バッファ層との間に、
膜厚が0.5nm以上6nm未満であってAlNから成る第1の層の上に、膜厚が1nm以上15nm以下であってAlxGa1−xN(0.1≦x≦0.4)から成る第2の層が積層された、下地バッファ層が積層される
ことを特徴とする窒化物半導体装置の作製条件特定方法。
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