JP2015029042A - 窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェーハ及び窒化物半導体層の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、積層体と、機能層と、を備えた窒化物半導体素子が提供される。積層体は、第1GaN層と、第1層と、第2GaN層と、を含む。第1GaN層は、第1凸部を含む。第1層は、第1GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する。第2GaN層は、第2凸部を含む。第2凸部の底部の長さは、第1凸部の底部の長さよりも短い。
【選択図】図1
Description
このような窒化物半導体素子は、主としてサファイアやシリコン(Si)などの異種基板上に形成されるが、格子定数の違いおよび熱膨張係数の違いに起因した欠陥や基板の反り(クラック)が発生しやすい。デバイスの高性能化のためには、窒化物半導体中の欠陥を低減することが重要であり、転位の少ない窒化物半導体結晶を作製する技術が望まれている。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
本実施形態は、窒化物半導体素子及び窒化物半導体ウェーハに係る。実施形態に係る窒化物半導体素子は、半導体発光素子、半導体受光素子、及び、電子デバイスなどの半導体装置を含む。半導体発光素子は、例えば、発光ダイオード(LED)及びレーザダイオード(LD)などを含む。半導体受光素子は、フォトダイオード(PD)などを含む。電子デバイスは、例えば、高電子移動度トランジスタ(HEMT)、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)、電界トランジスタ(FET)及びショットキーバリアダイオード(SBD)などを含む。実施形態に係る窒化物半導体ウェーハは、実施形態に係る窒化物半導体素子の少なくとも一部を含む。
図1(b)は、図1(a)の一部を抜き出した図である。
図1(a)に表したように、実施形態に係る窒化物半導体素子110は、バッファ層60と、積層体50と、機能層10と、を含む。積層体50は、バッファ層60の上に設けられる。積層体50は、バッファ層60と、機能層10と、の間に設けられる。
積層体50から機能層10に向かう方向をZ軸方向とする。Z軸方向は、バッファ層60、積層体50及び機能層10の積層方向である。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。以下では、Z軸方向(積層方向)を「上方向」あるいは「上」と称して説明することがある。但し、窒化物半導体素子110の上下方向が反転した場合には、前述した「上方向」および「上」は反転する。
AlNバッファ層62の厚さは、例えば10ナノメートル(nm)以上400nm以下であることが好ましく、例えば約200nmである。バッファ層はAlN層に限らず、GaN層でもよい。バッファ層60としてGaN層を用いる場合、GaN層の厚さは、例えば10nm以上50nm以下である。GaN層の厚さは、例えば約30nmである。バッファ層60として、AlGaNやInGaNなどの混晶を用いることができる。
AlGaN層51が結晶性を有することで、AlGaN層51上に形成する積層体50の一部となるGaN層が三次元成長しやすい。これにより、転位が低減しやすい。AlGaN層51が結晶性を有することは、例えば、X線回折測定などによって、回折ピークが観測されることで評価できる。例えば、成長方向(積層方向)に対して平行な方向の結晶面(例えば、(0002)面)の回折ピークを観察することで評価できる。
AlNバッファ層62上にAlGaN層51を形成することで、AlNバッファ層62とAlGaN層51との界面で転位を低減できる。
第1層54、第2層56および第3層52のそれぞれに含まれる元素は、Siのほうが、機能層10の一部として形成されるn形半導体層11の導電性を損なわないため望ましい。以下では、第1層54、第2層56および第3層52のそれぞれがSiを含有する場合を例に挙げて説明する。
本願明細書においては、島状の膜も「層」ということにする。
第3層52は、一様な層でなくても良く、不連続な島状の層などでも良い。第3層52は、開口部が設けられた層でも良い。
図2(c)に表した第3例S03では、第1GaN層53の形成の際のアンモニア流量が2.5L/分とされる。すなわち、第1GaN層53の形成の際のV/III比が490に小さくされる。
図3(a)〜図3(d)は、第3層52の成長時間(厚さ)TM、および、第1GaN層53を形成する際の、V/III比(V/III)、成長温度(基板温度)GT、成長速度GRを変えたときの、第1GaN層53の高さ(厚さ)t1の変化の例を表している。
この例では、第3層52および第1GaN層53に関して以下で説明しない条件は、図2(a)〜図2(c)に関して前述したものと同様である。
第1層54は、一様な層でなくても良く、不連続な島状の層などでも良い。第1層54は、開口部が設けられた層でも良い。
言い換えれば、第2GaN層55の凸部55cのサイズは、第1GaN層53の凸部53cのサイズよりも小さい。
Z軸方向(積層方向)に対して垂直な平面(X−Y平面)上において、単位面積あたりの第2GaN層55の第2斜面55sの数は、単位面積あたりの第1GaN層53の第1斜面53sの数よりも多い。
例えば、第2GaN層55における成長圧力を、第1GaN層53の成長圧力に比べ高くすると、第1GaN層53の上に、第1GaN層53よりも小さなサイズの第2GaN層55が形成されやすい。例えば、第1GaN層53における成長圧力を400ヘクトパスカル(hPa)とし、第2GaN層55における成長圧力を1013hPaとする。
第2層56は一様な層でなくても良く、不連続な島状の層などでも良い。第2層56は、開口部が設けられた層でも良い。
図4は、機能層10の例を表している。窒化物半導体素子110が発光素子である場合には、機能層10は、例えば、積層体50の上に形成されたn形半導体層11と、n形半導体層11の上に形成された発光層13と、発光層13の上に形成されたp形半導体層12と、を含む。発光層13は、GaNの複数の障壁層13aと、障壁層13aの間に設けられた井戸層13bと、を含む。井戸層13bの数は、1つでも良く、複数でも良い。すなわち、発光層13は、例えば、SQW(Single-Quantum Well)構造、または、MQW(Multi-Quantum Well)構造を有する。
図5(a)〜図5(d)は、試料を例示する模式的断面図である。
図6(a)〜図6(d)は、バッファ層および積層体の例を示す断面SEM像である。 図7(a)〜図7(c)は、参考例に係る窒化物半導体素子の例を示す透過型電子顕微鏡像である。
図8(a)および図8(b)は、第1の実施形態に係る窒化物半導体素子を例示する図である。
図5(a)に表した第1実施例の窒化物半導体素子120は、図1(a)及び図1(b)に例示した窒化物半導体素子110の構成と同様の構成を有する。窒化物半導体素子120は、以下のようにして作製される。
図6(a)は、第1実施例の窒化物半導体素子120の断面SEM像を例示する図である。
図6(a)に示したように、第1GaN層53は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面)に対して傾斜した表面(第1斜面53s)を有する凹凸を含む。第1GaN層53は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面内)で不連続な島状の結晶を含む。
(第1参考例)
図5(b)は、第1参考例の窒化物半導体素子131を示す模式的断面図である。
第1参考例の窒化物半導体素子131においては、第2GaN層55が第1層54の上に連続的な膜として形成されている。すなわち、第1参考例の窒化物半導体素子131においては、第2GaN層55が島状の結晶を含まない。
図6(b)からわかるように、第2GaN層55が第1層54の上に連続的な膜として形成されており、島状の結晶を含まない。このように、第1GaN層53の形成と同様の工程を繰り返す場合には、島状の結晶は形成されない。この場合には、第1GaN層53が相似的に拡大しやすい。
図5(c)は、第2参考例の窒化物半導体素子132を示す模式的断面図である。
第2参考例の窒化物半導体素子132においては、第2GaN層55および第2層56が設けられていない。
図6(c)は、第2参考例の窒化物半導体素子132の断面SEM像を例示する図である。
図5(d)は、第3参考例の窒化物半導体素子133を示す模式的断面図である。
第3参考例の窒化物半導体素子133においては、第1GaN層53および第2GaN層55は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面)に対して傾斜した表面を有していない。第1GaN層53および第2GaN層55は、平坦な層である。
図6(d)からわかるように、第1GaN層53および第2GaN層55は平坦である。第1GaN層53の厚さは、約600nmである。第2GaN層55の厚さは、約600nmである。
図7(a)は、基板40から機能層10までの領域の断面TEM像である。図7(b)は、第1GaN層53における、第1斜面53sを含む領域(図7(a)に図示した領域RN1)と同様の領域を拡大した断面TEM像である。図7(c)は、第1GaN層53における、積層方向に垂直な平面(第1頂面53t)を含む領域(図7(a)に図示した領域RN2)と同様の領域を拡大した断面TEM像である。図7(a)〜図7(c)に表した黒い線は、転位を表す。図7(a)においては、第1層54を点線で描いている。
一方、図7(c)に表したように、積層方向に垂直な主面(第1頂面53t)の上に形成された第1層54の場合には、転位20の伝播に変化はみられない。転位20は、そのまま機能層10の側へ伝播している。
図8(a)は、窒化物半導体素子110及び窒化物半導体ウェーハ210の断面TEM像である。図8(b)は、図8(a)を基に描いた模式図である。図8(b)においては、積層体50に含まれる第3層52、第1GaN層53、第1層54、第2GaN層55、第2層56、及び第3GaN層57の構成が模式的に描かれている。第3層52の形状、第1層54の形状及び第2層56の形状が、実線で描かれている。第3層52よりも上の領域における転位20が、点線で模式的に描かれている。
第3参考例において刃状転位密度Deが高いのは、第1GaN層53および第2GaN層55が島状に形成されておらず、転位の屈曲効果が弱いためであると考えられる。
図10は、第1の実施形態に係る窒化物半導体素子の特性を例示するグラフ図である。 図10は、第1GaN層53の高さ(厚さ)t1を変化させたときの、窒化物半導体素子120の刃状転位密度Deの変化を表している。図10の横軸は、第1GaN層53の高さ(厚さ)t1である。高さは、断面SEM像でみられる凹凸形状で最も大きな凸部(島)の高さ(厚さ)をプロットするものである。第1GaN層53の高さ(厚さ)t1は、第3層52の厚さ(成長時間TM)、第1GaN層53の成長温度GT、第1GaN層53の成長速度GR、または、第1GaN層53のアンモニア供給量(V/III比)で変化させる。具体的には、第3層52の厚さを厚くする(成長時間TMを長くする)、第1GaN層53の成長温度GTを低くする、成長速度GRを速くする、アンモニア供給量(V/III比)を減少させるなどによって、第1GaN層53の高さ(厚さ)を増大させる。
図11(a)及び図11(b)は、第1の実施形態に係る窒化物半導体素子の特性を例示するグラフ図である。
図11(a)は、第3層52の成長時間(厚さ)TMを変化させたときの、窒化物半導体素子120の刃状転位密度Deの変化を表している。図11(a)の横軸は、第3層52の成長時間TMを表しており、第3層52の厚さに相当する。
図1(a)に関して前述したように、第3層52の厚さは、透過型電子顕微鏡像(TEM)による直接観察や二次イオン質量分析法(SIMS)により見積もることができる。SIMS分析法において、層中のSi濃度が2×1020(/cm3)程度の場合に、第3層52の厚さが1原子層に相当する。このSi濃度は、面密度に換算すると、1×1015(/cm2)程度のSi面密度に対応する。
図12(a)および図12(b)は、本実施形態に係る窒化物半導体素子110(すなわち窒化物半導体ウェーハ210)のSIMS分析結果の例を示している。この例では、深さ方向(積層方向)に沿って、5nm間隔で測定される。図12(a)および図12(b)の横軸は、深さZd(Z軸方向の位置に相当する)である。図12(a)および図12(b)の縦軸は、Si濃度CS(atoms/cm3)である。
この例では、第1部分p1におけるSi濃度のピーク(最大値)は2.6×1020/cm3である。Si濃度がピーク値の10%の値に低減するまでのピークの幅は、約120nmである。この領域の総Si濃度(厚さ方向のSi濃度の積分値)は、1.1×1015/cm2であり、第3層52のSi面密度に対応する。
図13(a)〜図13(c)は、実施形態に係る窒化物半導体素子110(すなわち窒化物半導体ウェーハ210)のエネルギー分散型X線分光分析(EDS分析)の結果の例を示すグラフ図である。図13(d)は、EDS分析における分析の場所を示している。図13(d)は、EDS分析の場所として、第1分析位置Ap1、第2分析位置Ap2及び第3分析位置Ap3を、断面TEM像上に示している。第1分析位置Ap1は、第3層52の位置に対応する。第2分析位置Ap2は、第1層54の位置に対応する。第3分析位置Ap3は、第2層56の位置に対応する。
本実施形態は、窒化物半導体素子に係る。
図14(a)〜図14(d)は、第2の実施形態に係る窒化物半導体素子および窒化物半導体ウェーハを例示する図である。
図14(a)は、模式的断面図である。図14(b)は、積層中間層におけるAl組成比(CAl)を例示するグラフ図である。図14(c)は、積層中間層における成長温度GT(形成温度)を例示するグラフ図である。図14(d)は、積層中間層におけるa軸の格子間隔Ldを例示するグラフ図である。
窒化物半導体素子130において、積層中間層70以外は、前述した第1実施例の窒化物半導体素子と同様なので説明を省略する。窒化物半導体素子130の積層中間層70は以下のようにして作製される。
積層中間層70を設けることで、窒化物半導体素子130の反りを低減することができ、クラックを抑制することができる。
図16に表したように、実施形態に係る別の窒化物半導体素子140は、バッファ層60と、積層体50と、積層中間層70と、機能層10と、を含む。バッファ層60の上に、積層体50が設けられる。積層体50の上に積層中間層70が設けられる。積層中間層70の上に機能層10が設けられる。本実施形態に係る窒化物半導体ウェーハ240は、基板40、バッファ層60、積層中間層70及び積層体50を含む。窒化物半導体ウェーハ240は、機能層10をさらに含んでも良い。基板40、バッファ層60、積層体50、積層中間層70、及び機能層10のそれぞれには、窒化物半導体素子130に関して説明した構成を適用することができる。
図17(b)は、図17(a)の一部を抜き出した図である。
図17(a)に表したように、実施形態に係る窒化物半導体素子180は、バッファ層60と、積層体50aと、機能層10と、を含む。積層体50aは、図1(a)に表した積層体50に対して、第4層58と、第4GaN層59と、第5層64と、第5GaN層65と、さらに含む。
第4層58および第5層64のそれぞれに含まれる元素は、Siのほうが、機能層10の一部として形成されるn形半導体層11の導電性を損なわないため望ましい。以下では、第4層58および第5層64のそれぞれがSiを含有する場合を例に挙げて説明する。
Z軸方向(積層方向)に対して垂直な平面(X−Y平面)上において、単位面積あたりの第3GaN層57の第3斜面57sの数は、単位面積あたりの第1GaN層53の第1斜面53sの数よりも多い。Z軸方向(積層方向)に対して垂直な平面(X−Y平面)上において、単位面積あたりの第3GaN層57の第3斜面57sの数は、単位面積あたりの第2GaN層55の第2斜面55sの数と略同じ、または単位面積あたりの第2GaN層55の第2斜面55sの数よりも多い。
Z軸方向(積層方向)に対して垂直な平面(X−Y平面)上において、単位面積あたりの第4GaN層59の第4斜面59sの数は、単位面積あたりの第1GaN層53の第1斜面53sの数よりも多い。Z軸方向(積層方向)に対して垂直な平面(X−Y平面)上において、単位面積あたりの第4GaN層59の第4斜面59sの数は、単位面積あたりの第2GaN層55の第2斜面55sの数と略同じ、または単位面積あたりの第2GaN層55の第2斜面55sの数よりも多い。
バッファ層60、AlGaN層51、第3層52、第1GaN層53、および第1層54の製造方法は、窒化物半導体素子120の製造方法に関して説明した通りである。
図18(a)〜図18(d)は、試料を例示する模式的断面図である。
図19(a)〜図19(d)は、バッファ層および積層体の例を示す断面SEM像である。
図20は、実施形態に係る窒化物半導体素子の特性を例示するグラフ図である。
図20は、実施形態に係る窒化物半導体素子における刃状転位密度Deを表したグラフ図である。刃状転位密度Deは、X線回折測定における、(0002)面、(0004)面、(10−11)面、(20−22)面のロッキングカーブ半値幅から導かれる。
図19(a)は、窒化物半導体素子110の断面SEM像を例示する図である。図19(b)は、窒化物半導体素子110aの断面SEM像を例示する図である。図19(c)は、窒化物半導体素子180aの断面SEM像を例示する図である。図19(d)は、窒化物半導体素子180の断面SEM像を例示する図である。
第1GaN層53は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面)に対して傾斜した表面(第1斜面53s)を有する凹凸を含む。第1GaN層53は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面内)で不連続な島状の結晶を含む。
第2GaN層55は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面)に対して傾斜した表面(第2斜面55s)を有する凹凸を含む。第2GaN層55は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面内)で不連続な島状の結晶を含む。
第3GaN層57は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面)に対して傾斜した表面(第3斜面57s)を有する凹凸を含む。第3GaN層57は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面内)で不連続な島状の結晶を含む。
第4GaN層59は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面)に対して傾斜した表面(第4斜面59s)を有する凹凸を含む。第4GaN層59は、積層方向(Z軸方向)に垂直な平面(X−Y平面内)で不連続な島状の結晶を含む。
窒化物半導体素子180においては、以下により、刃状転位密度Deが低減していると考えられる。
図22(a)および図22(b)は、実施形態に係る窒化物半導体素子を例示する図である。
この例では、深さ方向(積層方向)に沿って、5nm間隔で測定される。図21(a)〜図21(d)の横軸は、深さZd(Z軸方向の位置に相当する)である。図21(a)〜図21(d)の左側の縦軸は、Si濃度CS(atoms/cm3)である。図21(a)〜図21(d)の左側の縦軸は、Al二次イオン強度IAである。
図22(a)は、実施形態に係る窒化物半導体素子180(すなわち窒化物半導体ウェーハ240)のエネルギー分散型X線分光分析(EDS分析)の結果の例を示すグラフ図である。図22(b)は、実施形態に係る窒化物半導体素子180(すなわち窒化物半導体ウェーハ240)のEDS分析における分析の場所を示している。図22(b)は、EDS分析の場所として、第1分析位置Ap11、第2分析位置Ap12、第3分析位置Ap13、及び第4分析位置Ap14を、断面TEM像上に示している。第1分析位置Ap11は、第3層52の位置に対応する。第2分析位置Ap12は、第1層54の位置に対応する。第3分析位置Ap13は、第2層56の位置に対応する。第4分析位置Ap14は、第4層58の位置に対応する。
このような場合でも、図22(b)に表したように、第3層52、第1層54、第2層56、第4層58、および第5層64が形成されている。
図23に表したように、実施形態に係る窒化物半導体素子150は、第1電極81eと第2電極82eとをさらに含む。機能層10には、n形半導体層11と、p形半導体層12と、発光層13と、が設けられている。この例では、低不純物濃度層11iも設けられている。窒化物半導体素子150は、半導体発光素子である。
図24に表したように、実施形態に係る窒化物半導体素子160においても、第1電極81eと第2電極82eとが設けられる。この例では、機能層10が積層体50の上に形成された後に、基板40、バッファ層60及び積層体50が除去されている。例えば、機能層10のn形半導体層11、発光層13及びp形半導体層12を形成した後に、p形半導体層12の上に、第2電極82eが形成される。そして、第2電極82eの上に、第1接合金属層46が形成される。一方、主面上に第2接合金属層47が形成された支持基板45(例えばシリコン板または金属基板など)が準備される。第1接合金属層46と第2接合金属層47とを互いに接合する。その後、結晶成長のために用いた基板40、バッファ層60、積層中間層70、及び、積層体50の少なくとも一部が除去される。支持基板45として、例えば金属層(めっきなどで形成される)を用いても良い。
図25に表したように、実施形態に係る窒化物半導体素子170は、HEMT(High Electron Mobility Transistor)素子である。窒化物半導体素子170においては、機能層10として、第1層16と、第2層17と、が設けられる。さらに、ゲート電極18gと、ソース電極18sと、ドレイン電極18dと、が設けられる。
図26は、第3の実施形態に係る窒化物半導体層の形成方法を例示するフローチャート図である。
図26に表したように、本実施形態に係る窒化物半導体層の形成方法では、例えば基板40の温度を1020℃(第4温度)とし、基板40の上に設けられ窒化物半導体を含むバッファ層60の上に、ガリウム原料(例えば、TMGa)とアルミニウム原料(例えば、TMAl)と窒素原料(例えば、アンモニア)とを含む第3ガスを供給し、AlxGa1−xN(0<x≦1)のAlGaN層51を形成する(ステップS105)。例えば第4温度は、第2温度以下である。
本形成方法によれば、転位が少ない窒化物半導体層の形成方法を提供できる。
また、第2ガスを、シリコン原料とマグネシウム原料と窒素原料(例えば、アンモニア)とを含むガスとすることで、SiおよびMgの両方を含む第3層52、第1層54および第2層56をそれぞれ形成できる。
AlGaN層51を形成する工程から第1層54を形成する工程は、図26に関して前述したステップS105からステップS111までの工程と同様である(ステップS155〜ステップS161)。
本形成方法によれば、転位が少ない窒化物半導体層の形成方法を提供できる。
また、第2ガスを、シリコン原料とマグネシウム原料と窒素原料(例えば、アンモニア)とを含むガスとすることで、SiおよびMgの両方を含む第3層52、第1層54、第2層56、第4層58、および第5層64をそれぞれ形成できる。
Claims (43)
- 第1凸部を含む第1GaN層と、前記第1GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第1層と、前記第1層に設けられ第2凸部を含む第2GaN層であって、前記第2凸部の底部の長さは、前記第1凸部の底部の長さよりも短い第2GaN層と、を含む積層体と、
前記積層体に設けられ窒化物半導体を含む機能層と、
を備えた窒化物半導体素子。 - 前記積層体は、AlxGa1−xN(0<x≦1)のAlGaN層であって、前記第1GaN層が設けられるAlGaN層をさらに含む請求項1記載の窒化物半導体素子。
- 前記第1凸部の底部の長さに対する前記第2凸部の底部の長さの比率は、0.005以上1未満である請求項1または2に記載の窒化物半導体素子。
- 前記積層体は、前記第2GaN層と前記機能層との間に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第2層をさらに含む請求項1〜3のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。
- 前記第1GaN層は、前記第1凸部を複数含み、
前記複数の前記第1凸部のうちの少なくともいずれかの高さは、100nm以上1200nm以下である請求項1〜4のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。 - 前記積層体は、前記AlGaN層と前記第1GaN層との間に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第3層をさらに含む請求項2〜5のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。
- 前記積層体は、
前記AlGaN層と前記第1GaN層との間に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第3層と、
前記第2層に設けられ第3凸部を含む第3GaN層であって、前記第3凸部の底部の長さは、前記第2凸部の底部の長さ以下である第3GaN層と、
前記第3GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第4層と、
前記第4層に設けられ第4凸部を含む第4GaN層であって、前記第4凸部の底部の長さは、前記第2凸部の底部の長さ以下である第4GaN層と、
前記第4GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第5層と、
をさらに含む請求項4記載の窒化物半導体素子。 - 前記第3層は、7.0×1019/cm3以上4.5×1020/cm3以下の濃度でSiを含有する請求項6または7に記載の窒化物半導体素子。
- 前記第3層の面は、第1領域と、第2領域と、を含み、
前記第1GaN層は、前記第1領域に設けられ、
前記第1層のうちの一部は、前記第2領域において前記第3層と接する請求項6〜8のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。 - 第1凸部を含む第1GaN層と、前記第1GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第1層と、前記第1層に設けられ第2凸部を含む第2GaN層と、を含む積層体と、
前記積層体に設けられ窒化物半導体を含む機能層と、
を備え、
前記第1凸部は、前記第1GaN層から前記第2GaN層へ向かう積層方向に垂直な平面に対して傾斜した第1斜面を有し、
前記第2凸部は、前記積層方向に垂直な平面に対して傾斜した第2斜面を有し、
前記積層方向に対して垂直な平面上において、単位面積あたりの前記第2斜面の数は、単位面積あたりの前記第1斜面の数よりも多い窒化物半導体素子。 - 前記積層体は、
AlxGa1−xN(0<x≦1)のAlGaN層であって、前記第1GaN層が設けられるAlGaN層と、
前記第2GaN層と前記機能層との間に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第2層と、
前記AlGaN層と前記第1GaN層との間に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第3層と、
前記第2層に設けられ第3凸部を含む第3GaN層と、
前記第3GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第4層と、
前記第4層に設けられ第4凸部を含む第4GaN層と、
前記第4GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第5層と、
をさらに含み、
前記第3凸部は、前記積層方向に垂直な平面に対して傾斜した第3斜面を有し、
前記第4凸部は、前記積層方向に垂直な平面に対して傾斜した第4斜面を有し、
前記積層方向に対して垂直な平面上において、単位面積あたりの前記第3斜面の数は、単位面積あたりの前記第1斜面の数よりも多く、
前記積層方向に対して垂直な平面上において、単位面積あたりの前記第4斜面の数は、単位面積あたりの前記第1斜面の数よりも多い請求項10の窒化物半導体素子。 - 前記第1GaN層のうちの少なくとも一部は、1×1017/cm3以上1×1020/cm3以下の濃度でSiを含有する請求項1〜11のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。
- 前記第2GaN層のうちの少なくとも一部は、1×1017/cm3以上1×1020/cm3以下の濃度でSiを含有する請求項1〜12のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。
- 積層中間層であって、
GaN中間層と、
前記GaN中間層に設けられたAlN中間層と、
前記AlN中間層に設けられたAlxGa1−xN(0<x<1)のAlGaN中間層と、
を含む積層中間層をさらに備え、
前記積層中間層と前記機能層との間に前記積層体が配置される請求項1〜13のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。 - 基板と、バッファ層と、をさらに備え、
前記基板と前記機能層との間に前記積層体が配置され、
前記基板と前記積層体との間に前記バッファ層が配置される請求項1〜14のいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。 - 前記基板は、シリコン基板である請求項15記載の窒化物半導体素子。
- 基板と、
第1凸部を含む第1GaN層と、前記第1GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第1層と、前記第1層に設けられ第2凸部を含む第2GaN層であって、前記第2凸部の底部の長さは、前記第1凸部の底部の長さよりも短い第2GaN層と、を含み、前記基板に設けられた積層体と、
を備えた窒化物半導体ウェーハ。 - 前記積層体は、AlxGa1−xN(0<x≦1)のAlGaN層であって、前記第1GaN層が設けられるAlGaN層をさらに含む請求項17記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 前記第1凸部の底部の長さに対する前記第2凸部の底部の長さの比率は、0.005以上1未満である請求項17または18に記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 前記積層体に設けられ窒化物半導体を含む機能層をさらに備えた請求項17〜19のいずれか1つに記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 前記積層体は、前記第2GaN層と前記機能層との間に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第2層をさらに含む請求項20記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 前記第1GaN層は、前記第1凸部を複数含み、
前記複数の前記第1凸部のうちの少なくともいずれかの高さは、100nm以上1200nm以下である請求項17〜21のいずれか1つに記載の窒化物半導体ウェーハ。 - 前記積層体は、前記AlGaN層と前記第1GaN層との間に設けられSiおよびMg少なくともいずれかを含有する第3層をさらに含む請求項18〜22のいずれか1つに記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 前記積層体は、
前記AlGaN層と前記第1GaN層との間に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第3層と、
前記第2層に設けられ第3凸部を含む第3GaN層であって、前記第3凸部の底部の長さは、前記第2凸部の底部の長さ以下である第3GaN層と、
前記第3GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第4層と、
前記第4層に設けられ第4凸部を含む第4GaN層であって、前記第4凸部の底部の長さは、前記第2凸部の底部の長さ以下である第4GaN層と、
前記第4GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第5層と、
をさらに含む請求項21記載の窒化物半導体ウェーハ。 - 前記第3層は、7.0×1019/cm3以上4.5×1020/cm3以下の濃度でSiを含有する請求項23または24記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 前記第3層の面は、第1領域と、第2領域と、を含み、
前記第1GaN層は、前記第1領域の上に設けられ、
前記第1層のうちの一部は、前記第2領域において前記第3層と接する請求項23〜25のいずれか1つに記載の窒化物半導体ウェーハ。 - 基板と、
第1凸部を含む第1GaN層と、前記第1GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第1層と、前記第1層に設けられ第2凸部を含む第2GaN層と、を含み、前記基板に設けられた積層体と、
を備え、
前記第1凸部は、前記第1GaN層から前記第2GaN層へ向かう積層方向に垂直な平面に対して傾斜した第1斜面を有し、
前記第2凸部は、前記積層方向に垂直な平面に対して傾斜した第2斜面を有し、
前記積層方向に対して垂直な平面上において、単位面積あたりの前記第2斜面の数は、単位面積あたりの前記第1斜面の数よりも多い窒化物半導体ウェーハ。 - 前記積層体に設けられ窒化物半導体を含む機能層をさらに備え、
前記積層体は、
AlxGa1−xN(0<x≦1)のAlGaN層であって、前記第1GaN層が設けられるAlGaN層と、
前記第2GaN層と前記機能層との間に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第2層と、
前記AlGaN層と前記第1GaN層との間に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第3層と、
前記第2層に設けられ第3凸部を含む第3GaN層と、
前記第3GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第4層と、
前記第4層に設けられ第4凸部を含む第4GaN層と、
前記第4GaN層に設けられSiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第5層と、
をさらに含み、
前記第3凸部は、前記積層方向に垂直な平面に対して傾斜した第3斜面を有し、
前記第4凸部は、前記積層方向に垂直な平面に対して傾斜した第4斜面を有し、
前記積層方向に対して垂直な平面上において、単位面積あたりの前記第3斜面の数は、単位面積あたりの前記第1斜面の数よりも多く、
前記積層方向に対して垂直な平面上において、単位面積あたりの前記第4斜面の数は、単位面積あたりの前記第1斜面の数よりも多い請求項27の窒化物半導体ウェーハ。 - 前記第1GaN層のうちの少なくとも一部は、1×1017/cm3以上1×1020/cm3以下の濃度でSiを含有する請求項17〜28のいずれか1つに記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 前記第2GaN層のうちの少なくとも一部は、1×1017/cm3以上1×1020/cm3以下の濃度でSiを含有する請求項17〜29のいずれか1つに記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 積層中間層であって、
GaN中間層と、
前記GaN中間層に設けられたAlN中間層と、
前記AlN中間層に設けられたAlxGa1−xN(0<x<1)のAlGaN中間層と、
を含む積層中間層をさらに備え、
前記積層中間層と前記機能層との間に前記積層体が配置される請求項20〜30のいずれか1つに記載の窒化物半導体ウェーハ。 - 前記基板と前記積層体との間に設けられたバッファ層をさらに備えた請求項17〜31のいずれか1つに記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 前記基板は、シリコン基板である請求項32記載の窒化物半導体ウェーハ。
- 基板に、第1凸部を含む第1GaN層を形成し、
前記第1GaN層に、SiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第1層を形成し、
前記第1層に、第2凸部を含む第2GaN層であって、前記第2凸部の底部の長さは、前記第1凸部の底部の長さよりも短い第2GaN層を形成し、
前記第2GaN層に、窒化物半導体を含む機能層を形成する窒化物半導体層の形成方法。 - 前記基板と前記第1GaN層との間に、AlxGa1−xN(0<x≦1)のAlGaN層をさらに形成する請求項34記載の窒化物半導体層の形成方法。
- 基板の温度を第1温度として前記基板に、第1ガスを供給することにより、第1凸部を含む第1GaN層を形成し、
前記基板の温度を前記第1温度以下の前記第2温度として第2ガスを供給することにより、前記第1GaN層に、SiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第1層を形成し、
前記基板温度を前記第1温度以上の第3温度として前記第1ガスを供給することにより、前記第1層に、第2凸部を含む第2GaN層であって、前記第2凸部の底部の長さが前記第1凸部の底部の長さよりも短い第2GaN層を形成し、
前記第2GaN層に、窒化物半導体を含む機能層を形成する窒化物半導体層の形成方法。 - 前記基板の温度を前記第2温度以下の第4温度として前記基板と前記第1GaN層との間に、AlxGa1−xN(0<x≦1)のAlGaN層をさらに形成する請求項36記載の窒化物半導体層の形成方法。
- 前記第1凸部の底部の長さに対する前記第2凸部の底部の長さの比率を、0.005以上1未満とする請求項34〜37のいずれか1つに記載の窒化物半導体層の形成方法。
- 前記第2GaN層と前記機能層との間に、SiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第2層をさらに形成する請求項34〜38のいずれか1つに記載の窒化物半導体層の形成方法。
- 前記第1凸部を複数形成し、
前記複数の前記第1凸部のうちの少なくともいずれかの高さを100nm以上1200nm以下とする請求項34〜39のいずれか1つに記載の窒化物半導体層の形成方法。 - 前記AlGaN層と前記第1GaN層との間に、SiおよびMgの少なくともいずれかを含有する第3層をさらに形成する請求項35および37〜40のいずれか1つに記載の窒化物半導体層の形成方法。
- 前記第2GaN層と、前記第2層と、を含む層を繰り返し形成する請求項39記載の窒化物半導体層の形成方法。
- 前記第1GaN層と、前記第1層と、前記第2GaN層と、前記第2層と、を含む層を繰り返し形成する請求項39記載の窒化物半導体層の形成方法。
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