JP2019125737A - 窒化物半導体エピタキシャル基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の側への放熱効果を良好なものとすることができる窒化物半導体エピタキシャル基板を提供する。【解決手段】基板と、基板上に形成されたバッファ層と、バッファ層上に形成された窒化物半導体層と、を備える窒化物半導体エピタキシャル基板において、バッファ層は、窒化物半導体層に面する凹凸面を有した核生成層と、基板の側に配された連続膜からなる均熱層と、を含む。【選択図】図1
Description
本発明は、窒化物半導体エピタキシャル基板に関する。
例えば、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)に用いられる窒化物半導体エピタキシャル基板として、炭化ケイ素(SiC)基板上に、窒化アルミニウム(AlN)バッファ層を介して、窒化ガリウム(GaN)等の窒化物半導体層がエピタキシャル成長されてなるものが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
しかしながら、従来構成の窒化物半導体エピタキシャル基板では、放熱性が問題となり得る。具体的には、AlNバッファ層は窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる際の核となる凹凸面を有するが、その凹凸に起因して窒化物半導体層の側の熱がSiC基板の側に伝わり難くなることがあり得る。
本発明は、基板の側への放熱効果を良好なものとすることができる窒化物半導体エピタキシャル基板を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された窒化物半導体層と、を備え、
前記バッファ層は、
前記窒化物半導体層に面する凹凸面を有した核生成層と、
前記基板の側に配された連続膜からなる均熱層と、
を含む窒化物半導体エピタキシャル基板が提供される。
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された窒化物半導体層と、を備え、
前記バッファ層は、
前記窒化物半導体層に面する凹凸面を有した核生成層と、
前記基板の側に配された連続膜からなる均熱層と、
を含む窒化物半導体エピタキシャル基板が提供される。
本発明によれば、基板の側への放熱効果を良好なものとすることができる。
<本発明の一実施形態>
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
(1)窒化物半導体エピタキシャル基板の基本構成
先ず、本実施形態に係る窒化物半導体エピタキシャル基板の基本的な構成例を説明する。
窒化物半導体エピタキシャル基板は、後述するHEMT等の半導体装置を製造する際に基体として用いられる基板状の構造体である。半導体装置の基体として用いられることから、以下、窒化物半導体エピタキシャル基板のことを「中間体」または「中間前駆体」ということもある。
先ず、本実施形態に係る窒化物半導体エピタキシャル基板の基本的な構成例を説明する。
窒化物半導体エピタキシャル基板は、後述するHEMT等の半導体装置を製造する際に基体として用いられる基板状の構造体である。半導体装置の基体として用いられることから、以下、窒化物半導体エピタキシャル基板のことを「中間体」または「中間前駆体」ということもある。
図1に示すように、本実施形態に係る中間体10は、少なくとも、基板11と、基板11上に形成されたバッファ層12と、バッファ層12上に形成された第一の窒化物半導体層(以下、「第一窒化物半導体層」または「第一層」という。)13と、第一窒化物半導体層13上に形成された第二の窒化物半導体層(以下、「第二窒化物半導体層」または「第二層」という。)14と、を備えて構成されている。
(基板)
基板11は、バッファ層12や第一窒化物半導体層13等を成長させる下地基板として構成されたもので、例えばSiC基板を用いて構成されている。具体的には、基板11として、例えば、ポリタイプ4Hまたはポリタイプ6Hの半絶縁性SiC基板が用いられる。4H、6Hの数字はc軸方向の繰返し周期を示し、Hは六方晶を示す。また、ここでいう「半絶縁性」とは、例えば、比抵抗が105Ω・cm以上である状態をいう。基板11が半絶縁性を有していれば、後述する半導体装置20を構成した際に、第一窒化物半導体層13の側から基板11への自由電子の拡散を抑制して、リーク電流を抑えることができる。なお、基板11は、半絶縁性SiC基板を用いることが好ましいが、導電性SiC基板、サファイア基板、シリコン基板、GaN基板等であってもよい。
基板11は、バッファ層12や第一窒化物半導体層13等を成長させる下地基板として構成されたもので、例えばSiC基板を用いて構成されている。具体的には、基板11として、例えば、ポリタイプ4Hまたはポリタイプ6Hの半絶縁性SiC基板が用いられる。4H、6Hの数字はc軸方向の繰返し周期を示し、Hは六方晶を示す。また、ここでいう「半絶縁性」とは、例えば、比抵抗が105Ω・cm以上である状態をいう。基板11が半絶縁性を有していれば、後述する半導体装置20を構成した際に、第一窒化物半導体層13の側から基板11への自由電子の拡散を抑制して、リーク電流を抑えることができる。なお、基板11は、半絶縁性SiC基板を用いることが好ましいが、導電性SiC基板、サファイア基板、シリコン基板、GaN基板等であってもよい。
(バッファ層)
バッファ層12は、例えばIII族窒化物半導体であるAlNを主成分として形成されている。バッファ層12は、主として、基板11と第一窒化物半導体層13との格子定数差を緩衝する緩衝層(バッファ層)として機能する。なお、バッファ層12は、後述するように、第一窒化物半導体層13の側が、第一窒化物半導体層13の結晶成長のための核を形成する核生成層として機能するようにもなっている。以下、バッファ層12のことを「AlN層」または「AlNバッファ層」ということもある。
バッファ層12は、例えばIII族窒化物半導体であるAlNを主成分として形成されている。バッファ層12は、主として、基板11と第一窒化物半導体層13との格子定数差を緩衝する緩衝層(バッファ層)として機能する。なお、バッファ層12は、後述するように、第一窒化物半導体層13の側が、第一窒化物半導体層13の結晶成長のための核を形成する核生成層として機能するようにもなっている。以下、バッファ層12のことを「AlN層」または「AlNバッファ層」ということもある。
(第一窒化物半導体層)
第一窒化物半導体層13は、例えばIII族窒化物半導体であるGaNを主成分として形成されている。第一窒化物半導体層13は、一部領域(例えばAlNバッファ層12の側に位置する領域)が主にAlNバッファ層12と第一窒化物半導体層13との格子定数差を緩衝する緩衝層(バッファ層)として機能するとともに、他部領域(例えば第二窒化物半導体層14の側に位置する領域)が主に電子を走行させるための電子走行層(チャネル層)として機能するようになっている。電子走行層として機能する領域には、第一窒化物半導体層13と第二窒化物半導体層14との格子定数差に起因した第二窒化物半導体層14内のピエゾ効果(結晶が歪むことで電界が生じる効果)によって誘起された二次元電子ガス(2DEG:Two Dimensional Electron Gas)が存在することになる。また、電子走行層として機能する領域の表面(第一窒化物半導体層13の上面)は、III族原子極性面(+c面)となっている。以下、第一窒化物半導体層13のことを「GaN層」または「GaNチャネル/バッファ層」ということもある。
第一窒化物半導体層13は、例えばIII族窒化物半導体であるGaNを主成分として形成されている。第一窒化物半導体層13は、一部領域(例えばAlNバッファ層12の側に位置する領域)が主にAlNバッファ層12と第一窒化物半導体層13との格子定数差を緩衝する緩衝層(バッファ層)として機能するとともに、他部領域(例えば第二窒化物半導体層14の側に位置する領域)が主に電子を走行させるための電子走行層(チャネル層)として機能するようになっている。電子走行層として機能する領域には、第一窒化物半導体層13と第二窒化物半導体層14との格子定数差に起因した第二窒化物半導体層14内のピエゾ効果(結晶が歪むことで電界が生じる効果)によって誘起された二次元電子ガス(2DEG:Two Dimensional Electron Gas)が存在することになる。また、電子走行層として機能する領域の表面(第一窒化物半導体層13の上面)は、III族原子極性面(+c面)となっている。以下、第一窒化物半導体層13のことを「GaN層」または「GaNチャネル/バッファ層」ということもある。
(第二窒化物半導体層)
第二窒化物半導体層14は、GaNチャネル/バッファ層13を構成するIII族窒化物半導体よりも広いバンドギャップと、GaNチャネル/バッファ層13を構成するIII族窒化物半導体の格子定数よりも小さい格子定数とを有するIII族窒化物半導体からなり、例えばAlxGa1−xN(ただし、0<x<1)を主成分として構成されている。第二窒化物半導体層14は、GaNチャネル/バッファ層13の電子走行層に電子を供給する電子供給層として機能するとともに、2DEGを空間的に閉じ込める障壁層(バリア層)として機能するようになっている。第二窒化物半導体層14の表面(上面)は、III族原子極性面(+c面)となっている。このような構成により、第二窒化物半導体層14には、自発分極とピエゾ分極とが生じる。その分極作用により、GaNチャネル/バッファ層13内のヘテロ接合界面付近に高濃度の2DEGが誘起されることとなる。以下、第二窒化物半導体層14のことを「AlGaN層」または「AlGaNバリア層」ということもある。
第二窒化物半導体層14は、GaNチャネル/バッファ層13を構成するIII族窒化物半導体よりも広いバンドギャップと、GaNチャネル/バッファ層13を構成するIII族窒化物半導体の格子定数よりも小さい格子定数とを有するIII族窒化物半導体からなり、例えばAlxGa1−xN(ただし、0<x<1)を主成分として構成されている。第二窒化物半導体層14は、GaNチャネル/バッファ層13の電子走行層に電子を供給する電子供給層として機能するとともに、2DEGを空間的に閉じ込める障壁層(バリア層)として機能するようになっている。第二窒化物半導体層14の表面(上面)は、III族原子極性面(+c面)となっている。このような構成により、第二窒化物半導体層14には、自発分極とピエゾ分極とが生じる。その分極作用により、GaNチャネル/バッファ層13内のヘテロ接合界面付近に高濃度の2DEGが誘起されることとなる。以下、第二窒化物半導体層14のことを「AlGaN層」または「AlGaNバリア層」ということもある。
(2)半導体装置の基本構成
続いて、上述した構成の中間体10を用いて構成される半導体装置20の基本的な構成例を説明する。ここでは、半導体装置20として、電界効果型トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)の一つであるHEMTを例に挙げる。
続いて、上述した構成の中間体10を用いて構成される半導体装置20の基本的な構成例を説明する。ここでは、半導体装置20として、電界効果型トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)の一つであるHEMTを例に挙げる。
図1に示すように、本実施形態に係るHEMT20は、上述した構成の中間体10と、中間体10におけるAlGaNバリア層14上に形成された第三窒化物半導体層21と、第三窒化物半導体層21上に形成されたゲート電極22、ソース電極23およびドレイン電極24と、を備えて構成されている。
(第三窒化物半導体層)
第三窒化物半導体層21は、例えばIII族窒化物半導体であるGaNを主成分として形成されている。第三窒化物半導体層21は、例えばHEMT20を構成した際のデバイス特性(閾値電圧の制御性等)を向上させるためにAlGaNバリア層14とゲート電極22との間に介在するものであるが、必ずしも必須構成要素ではなく、これを省いてHEMT20を構成してもよい。以下、第三窒化物半導体層21のことを「GaNキャップ層」ということもある。
第三窒化物半導体層21は、例えばIII族窒化物半導体であるGaNを主成分として形成されている。第三窒化物半導体層21は、例えばHEMT20を構成した際のデバイス特性(閾値電圧の制御性等)を向上させるためにAlGaNバリア層14とゲート電極22との間に介在するものであるが、必ずしも必須構成要素ではなく、これを省いてHEMT20を構成してもよい。以下、第三窒化物半導体層21のことを「GaNキャップ層」ということもある。
(電極)
ゲート電極22は、例えばニッケル(Ni)と金(Au)との複層構造(Ni/Au)からなる。なお、本明細書においてX/Yの複層構造と記載した場合には、X、Yの順で積層したことを示しているものとする。
ソース電極23は、ゲート電極22から所定距離離れた位置に配置され、例えばチタン(Ti)とアルミニウム(Al)との複層構造(Ti/Al)からなる。
ドレイン電極24は、ゲート電極22を挟んでソース電極23と反対側にゲート電極22から所定距離離れた位置に配置され、ソース電極23と同様に、例えばTiとAlとの複層構造(Ti/Al)からなる。
なお、ソース電極23およびドレイン電極24は、Ti/Alの複層構造上にNi/Auの複層構造が積層されていてもよい。
ゲート電極22は、例えばニッケル(Ni)と金(Au)との複層構造(Ni/Au)からなる。なお、本明細書においてX/Yの複層構造と記載した場合には、X、Yの順で積層したことを示しているものとする。
ソース電極23は、ゲート電極22から所定距離離れた位置に配置され、例えばチタン(Ti)とアルミニウム(Al)との複層構造(Ti/Al)からなる。
ドレイン電極24は、ゲート電極22を挟んでソース電極23と反対側にゲート電極22から所定距離離れた位置に配置され、ソース電極23と同様に、例えばTiとAlとの複層構造(Ti/Al)からなる。
なお、ソース電極23およびドレイン電極24は、Ti/Alの複層構造上にNi/Auの複層構造が積層されていてもよい。
(3)発明者が得た知見
上述した構成のHEMT20については、放熱性が良好であることが望ましい。例えば、HEMT20において、ゲート電極22の近傍で発生した熱は、基板11まで到達すれば一気に放熱される。そのため、良好な放熱性を得るためには、基板11に到達するまでの熱伝達の抵抗成分が非常に重要となる。
上述した構成のHEMT20については、放熱性が良好であることが望ましい。例えば、HEMT20において、ゲート電極22の近傍で発生した熱は、基板11まで到達すれば一気に放熱される。そのため、良好な放熱性を得るためには、基板11に到達するまでの熱伝達の抵抗成分が非常に重要となる。
そこで、HEMT20における熱伝達の抵抗成分、特にHEMT20を構成する中間体10における熱伝達の抵抗成分について、本願発明者が検討したところ、AlNバッファ層12の表面形状が関係していると推察されることが明らかとなった。具体的には、AlNバッファ層12は核生成層として機能するための凹凸面を第一窒化物半導体層13の側に有しているが、その凹凸面が熱伝達の抵抗成分に影響を及ぼすことがわかった。さらに詳しくは、例えば凹凸面が平坦に近いほうが熱伝達の抵抗成分が小さい傾向にあるといったように、その凹凸面に起因して熱伝達の抵抗成分の大小が変化し得ることがわかった。
その一方で、AlNバッファ層12の凹凸面は、その上に形成される第一窒化物半導体層13の結晶品質に影響を及ぼすことがわかっている。具体的には、凹凸面における凹凸の大きさが小さくなるほど、その上に形成される第一窒化物半導体層13の結晶品質が悪化する傾向にある。なお、第一窒化物半導体層13の結晶品質については、第一窒化物半導体層13の膜厚を大きくすれば結晶品質の悪化が抑制されるが、そのためには結晶成長の成長時間を長くすることになり、中間体10等の生産性が阻害されてしまう。したがって、第一窒化物半導体層13の膜厚は、ある程度に抑えることが好ましい。
つまり、熱伝達の抵抗成分と第一窒化物半導体層13の結晶品質とがトレードオフの関係にあることから、熱伝達の抵抗成分を小さくして放熱性を良好にするために、単にAlNバッファ層12の凹凸面を平坦に近づくように構成することは、必ずしも適切とは言えない。
この点につき、さらに検討を重ねた結果、本願発明者は、AlNバッファ層12が有する凹凸面によって当該AlNバッファ層12が面内方向に分断されてしまうと、熱伝達の抵抗成分が大きくなってしまうおそれがあるという知見を得るに至った。換言すると、凹凸面における凹凸の大きさが良好な結晶品質が得られる程度であっても、その凹凸面によって当該AlNバッファ層12が面内方向に分断されてしまうことがなければ、熱伝達の抵抗成分を小さくして良好な放熱性を得ることが実現可能となる、という着想を得た。
本発明は、本願発明者が新規に見い出した上述の知見に基づくものである。
(4)本実施形態の特徴的な構成
次に、HEMT20を構成する中間体10について、その特徴的な構成を具体的に説明する。本実施形態に係る中間体10は、AlNバッファ層12に大きな特徴がある。
次に、HEMT20を構成する中間体10について、その特徴的な構成を具体的に説明する。本実施形態に係る中間体10は、AlNバッファ層12に大きな特徴がある。
(バッファ層)
AlNバッファ層12は、第一窒化物半導体層13に面する凹凸面12aを有した核生成層12bと、基板11の側に配された連続膜からなる均熱層12cと、を有している。なお、核生成層12bおよび均熱層12cは、いずれも、例えばAlNを主成分として形成されている。
AlNバッファ層12は、第一窒化物半導体層13に面する凹凸面12aを有した核生成層12bと、基板11の側に配された連続膜からなる均熱層12cと、を有している。なお、核生成層12bおよび均熱層12cは、いずれも、例えばAlNを主成分として形成されている。
(核生成層)
核生成層12bは、第一窒化物半導体層13を結晶成長させる際に核を形成するためのもので、第一窒化物半導体層13に面する凹凸面12aを有している。凹凸面12aを構成する凸部または凹部の形状は、核を形成し得るものであれば、特に限定されるものではない。
核生成層12bは、第一窒化物半導体層13を結晶成長させる際に核を形成するためのもので、第一窒化物半導体層13に面する凹凸面12aを有している。凹凸面12aを構成する凸部または凹部の形状は、核を形成し得るものであれば、特に限定されるものではない。
核生成層12bにおける凹凸面12aは、その凹凸面12aの表面粗さRzの値(すなわち、凸部の山高さの最大値と凹部の谷深さの最大値の和)が、例えば、7nm以上に形成されている。
凹凸面12aにおける凹凸の大きさが小さ過ぎると、その上に形成される第一窒化物半導体層13の結晶品質に悪影響を及ぼし得るが、表面粗さRzの値が7nm以上であれば、第一窒化物半導体層13の結晶品質に悪影響が及ぶのを抑制することができる。したがって、その凹凸面12aの上に対して結晶成長を行えば、詳細を後述するように、例えば欠陥密度が低いといったように、良好な結晶品質の第一窒化物半導体層13が得られるようになる。
また、凹凸面12aにおける凹凸の大きさが小さ過ぎると、第一窒化物半導体層13における残留不純物濃度が増大する傾向がある。残留不純物濃度が増大すると、核生成層12bと第一窒化物半導体層13との界面での結晶が低抵抗化し、これによりHEMT20を構成した際に電流がリークし易くなる。ところが、表面粗さRzの値が7nm以上であれば、残留不純物濃度の増大を抑制することができ、HEMT20を構成した際のリーク電流を低く抑えられるようになる。
また、核生成層12bにおける凹凸面12aは、表面粗さRzの値が、例えば、20nm未満に形成されている。
表面粗さRzの値が20nm未満となる程度に、核生成層12bの凹凸面12aにおける凹凸の大きさが小さければ、当該凹凸が大きい場合に比べて、第一窒化物半導体層13の側からの熱がAlNバッファ層12に伝わり易くなる。これは、凹凸が小さいほど、結晶格子が揃っていることになるので、結晶格子間を伝わるエネルギー伝達が生じやすいからと考えられる。つまり、凹凸面12aにおける凹凸を小さくすることで、第一窒化物半導体層13の側から伝わる熱を基板11の側に良好に伝えることが可能となり、AlNバッファ層12を介した基板11の側への放熱効果を良好にする上で非常に有効なものとなる。
表面粗さRzの値が20nm未満となる程度に、核生成層12bの凹凸面12aにおける凹凸の大きさが小さければ、当該凹凸が大きい場合に比べて、第一窒化物半導体層13の側からの熱がAlNバッファ層12に伝わり易くなる。これは、凹凸が小さいほど、結晶格子が揃っていることになるので、結晶格子間を伝わるエネルギー伝達が生じやすいからと考えられる。つまり、凹凸面12aにおける凹凸を小さくすることで、第一窒化物半導体層13の側から伝わる熱を基板11の側に良好に伝えることが可能となり、AlNバッファ層12を介した基板11の側への放熱効果を良好にする上で非常に有効なものとなる。
具体的には、第一窒化物半導体層13の側の熱を、例えば中間体10における第二窒化物半導体層14の表面温度によって考えた場合に、その表面温度と核生成層12bの凹凸面12aの表面粗さRzとは、図2に示すような関係を有している。
例えば、凹凸面12aの表面粗さRzの値が30nm以上といったように、その凹凸面12aにおける凹凸の大きさが大きい場合には、第二窒化物半導体層14の表面温度が120℃程度の高温な状態にあるが、表面粗さRzの値が小さくなるにつれて、表面温度も下がっている。つまり、凹凸面12aの表面粗さRzの値が大きいと基板11の側に熱が伝わり難いが、表面粗さRzの値が小さくなるにつれて、第一窒化物半導体層13の側から基板11の側へ熱が伝わり易くなっている。
そして、表面粗さRzの値が20nm未満となる程度に、凹凸面12aにおける凹凸の大きさが小さくなると、第二窒化物半導体層14の表面温度の下降が飽和する傾向にあり、その表面温度が60〜70℃程度の低温な状態となる。つまり、表面粗さRzの値が20nm未満であれば、第一窒化物半導体層13の側の熱を基板11の側へ良好に伝えることが可能となっている。
例えば、凹凸面12aの表面粗さRzの値が30nm以上といったように、その凹凸面12aにおける凹凸の大きさが大きい場合には、第二窒化物半導体層14の表面温度が120℃程度の高温な状態にあるが、表面粗さRzの値が小さくなるにつれて、表面温度も下がっている。つまり、凹凸面12aの表面粗さRzの値が大きいと基板11の側に熱が伝わり難いが、表面粗さRzの値が小さくなるにつれて、第一窒化物半導体層13の側から基板11の側へ熱が伝わり易くなっている。
そして、表面粗さRzの値が20nm未満となる程度に、凹凸面12aにおける凹凸の大きさが小さくなると、第二窒化物半導体層14の表面温度の下降が飽和する傾向にあり、その表面温度が60〜70℃程度の低温な状態となる。つまり、表面粗さRzの値が20nm未満であれば、第一窒化物半導体層13の側の熱を基板11の側へ良好に伝えることが可能となっている。
(均熱層)
均熱層12cは、核生成層12bとともにAlNバッファ層12を構成する層であり、基板11の側に配された連続膜からなるものである。ここで、連続膜とは、膜が面内に連続的に形成されており、その面内方向に分断された箇所がない膜のことをいう。
均熱層12cは、核生成層12bとともにAlNバッファ層12を構成する層であり、基板11の側に配された連続膜からなるものである。ここで、連続膜とは、膜が面内に連続的に形成されており、その面内方向に分断された箇所がない膜のことをいう。
このような均熱層12cを有することで、AlNバッファ層12は、核生成層12bのみならず連続膜である均熱層12cをも含むことになる。したがって、核生成層12bが凹凸面12aを有していても、連続膜である均熱層12cが存在していることから、その凹凸面12aによってAlNバッファ層12が面内方向に分断されてしまうといったことがなく、第一窒化物半導体層13の側から伝わる熱が連続膜である均熱層12cによって面内方向に拡散されることになり、その熱を基板11の側に効率的に伝えることが可能となる。つまり、均熱層12cを有することで、AlNバッファ層12が面内方向に分断されてしまうことがないので、熱伝達の抵抗成分を小さくして良好な放熱性を得ることが実現可能となる。
均熱層12cは、3nm以上の膜厚で形成されている。3nm以上の膜厚であれば、均熱層12cを確実に連続膜とすることができる。また、均熱層12cが3nm以上の膜厚であれば、例えば核生成層12bが不連続膜であっても、AlNバッファ層12の最も薄いところでも3nm以上の膜厚を有することになるので、基板11の側への放熱効果を良好にする上で非常に有効なものとなる。
具体的には、第一窒化物半導体層13の側の熱を、例えば中間体10における第二窒化物半導体層14の表面温度によって考えた場合に、その表面温度と均熱層12cの膜厚とは、図3に示すような関係を有している。
例えば、均熱層12cの膜厚が1nm以下といったように、その膜厚が非常に薄い場合には、第二窒化物半導体層14の表面温度が120℃程度の高温な状態にあるが、均熱層12cの膜厚が厚くなるにつれて、表面温度も下がっている。つまり、均熱層12cの膜厚が薄いと基板11の側に熱が伝わり難いが、均熱層12cの膜厚が厚くなるにつれて、第一窒化物半導体層13の側から基板11の側へ熱が伝わり易くなっている。
そして、均熱層12cの膜厚が3nm以上(すなわち、確実に連続膜となる厚さ)になると、第二窒化物半導体層14の表面温度の下降が飽和する傾向にあり、その表面温度が60〜70℃程度の低温な状態となる。つまり、均熱層12cの膜厚が3nm以上であれば、第一窒化物半導体層13の側の熱を基板11の側へ良好に伝えることが可能となっている。
例えば、均熱層12cの膜厚が1nm以下といったように、その膜厚が非常に薄い場合には、第二窒化物半導体層14の表面温度が120℃程度の高温な状態にあるが、均熱層12cの膜厚が厚くなるにつれて、表面温度も下がっている。つまり、均熱層12cの膜厚が薄いと基板11の側に熱が伝わり難いが、均熱層12cの膜厚が厚くなるにつれて、第一窒化物半導体層13の側から基板11の側へ熱が伝わり易くなっている。
そして、均熱層12cの膜厚が3nm以上(すなわち、確実に連続膜となる厚さ)になると、第二窒化物半導体層14の表面温度の下降が飽和する傾向にあり、その表面温度が60〜70℃程度の低温な状態となる。つまり、均熱層12cの膜厚が3nm以上であれば、第一窒化物半導体層13の側の熱を基板11の側へ良好に伝えることが可能となっている。
なお、均熱層12cの膜厚は、3nm以上であれば、その値(上限値等)が特に限定されることはなく、核生成層12bと均熱層12cとを有するAlNバッファ層12の全体で基板11と第一窒化物半導体層13との格子定数差を緩衝し得る厚さであればよい。
(第一窒化物半導体層)
以上のようなAlNバッファ層12の核生成層12bにおける凹凸面12a上に形成される第一窒化物半導体層13は、0.4μm以上2.0μm以下の膜厚で形成されていることが好ましい。
以上のようなAlNバッファ層12の核生成層12bにおける凹凸面12a上に形成される第一窒化物半導体層13は、0.4μm以上2.0μm以下の膜厚で形成されていることが好ましい。
第一窒化物半導体層13については、その膜厚が厚くなるほど、凹凸面12aの凹凸の大きさに起因する結晶品質への悪影響を緩和できる一方で、成長時間の長時間化(すなわち生産性の悪化)を招いてしまう。第一窒化物半導体層13の膜厚を0.4μm以上2.0μm以下とすれば、結晶品質の悪化抑制と生産性の悪化抑制との両方をバランスよく成立させることが可能となる。すなわち、膜厚を0.4μm以上とすることで結晶品質への悪影響を確実に緩和し得るようにしつつ、膜厚を2.0μm以下とすることで生産性の悪化抑制を極力抑制することができる。なお、ここでいう結晶品質には、結晶性(欠陥密度等)に関するものと残留不純物濃度(純度)に関するものとの両方を含んでいるものとする。
第一窒化物半導体層13の結晶性についての指標としては、例えば、X線ロッキングカーブの半値幅が挙げられる。X線ロッキングカーブの半値幅は、その測定点におけるX線ビームのスポットサイズ(通常は直径1mm程度)の領域内の、ある特定面方位の結晶の面方位の均一性を示す。そのため、エピタキシャル成長する結晶の成長面のX線ロッキングカーブの半値幅は、成長面の面方位の均一性の指標となる。例えば、窒化物半導体結晶の(002)面のX線ロッキングカーブの半値幅は、[002]方向に成長した窒化物半導体層を構成する多数のミクロな結晶柱の成長方向がX線ビームのスポットサイズの領域の中でどれだけ揃っているかを示す指標となり、半値幅が大きいほど結晶柱の成長方向が不揃いであることを示す。
また、例えば、窒化物半導体層中にn型導電層を形成する場合、その窒化物半導体層を構成する窒化物半導体結晶を有機金属気相成長法(MOVPE法)等によりエピタキシャル成長させながらシリコン(Si)や酸素(O)等のn型不純物を導入する。このとき、特に、n型不純物として振舞うOは、窒化物半導体結晶の成長面が(002)面である場合に取り込まれ難く、その他の面である場合には取り込まれ易い。そのため、(002)面を成長面として成長させた窒化物半導体結晶を構成するミクロな結晶柱の成長方向の均一性が低いほど、窒化物半導体結晶中へOが取り込まれ易くなり、その結果としてn型不純物の濃度が高くなる。したがって、(002)面を成長面として成長した窒化物半導体結晶からなる、上面の面方位が(002)面である窒化物半導体層のX線ロッキングカーブの半値幅は、その測定点におけるn型導電層中のn型不純物濃度の指標にもなる。
AlNバッファ層12の核生成層12bにおける凹凸面12aの表面粗さRzの値が7nm以上であり、かつ、その上に形成される第一窒化物半導体層13の膜厚が0.4μm以上であれば、その第一窒化物半導体層13については、(002)面におけるX線ロッキングカーブの半値幅を、面内の全域において300秒以下にすることが可能となる。X線ロッキングカーブの半値幅が300秒以下であれば、第一窒化物半導体層13を構成する結晶の面方位が均一であると言え、良好な結晶品質が得られていることが明らかである。
(5)窒化物半導体エピタキシャル基板および半導体装置の製造方法
次に、上述した構成の中間体(すなわち、窒化物半導体エピタキシャル基板)10の製造方法およびHEMT(すなわち、半導体装置)20の製造方法ついて説明する。
次に、上述した構成の中間体(すなわち、窒化物半導体エピタキシャル基板)10の製造方法およびHEMT(すなわち、半導体装置)20の製造方法ついて説明する。
(窒化物半導体エピタキシャル基板の製造方法)
先ず、窒化物半導体エピタキシャル基板の一例である中間体10を製造する場合について説明する。
先ず、窒化物半導体エピタキシャル基板の一例である中間体10を製造する場合について説明する。
本実施形態では、例えば、有機金属気相成長(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)装置を用い、以下の手順により、中間体10を製造する。
(S110:基板用意工程)
中間体10の製造にあたっては、先ず、基板11として、例えば、ポリタイプ4Hの半絶縁性SiC基板を用意する。
中間体10の製造にあたっては、先ず、基板11として、例えば、ポリタイプ4Hの半絶縁性SiC基板を用意する。
(S120:AlN層形成工程)
基板11を用意したら、MOVPE装置の処理室内に、用意した基板11を搬入する。そして、処理室内にキャリアガス(希釈ガス)として水素(H2)ガス(または、H2ガスおよび窒素(N2)ガスの混合ガス)を供給し、基板11の温度を所定の成長温度(例えば1100℃以上1300℃以下)まで上昇させる。基板11の温度が所定の成長温度となったら、例えば、III族原料ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMA)ガスと、V族原料ガスとしてアンモニア(NH3)ガスとを、それぞれ基板11に対して供給する。これにより、基板11上にAlNからなるAlN層12を成長させる。
基板11を用意したら、MOVPE装置の処理室内に、用意した基板11を搬入する。そして、処理室内にキャリアガス(希釈ガス)として水素(H2)ガス(または、H2ガスおよび窒素(N2)ガスの混合ガス)を供給し、基板11の温度を所定の成長温度(例えば1100℃以上1300℃以下)まで上昇させる。基板11の温度が所定の成長温度となったら、例えば、III族原料ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMA)ガスと、V族原料ガスとしてアンモニア(NH3)ガスとを、それぞれ基板11に対して供給する。これにより、基板11上にAlNからなるAlN層12を成長させる。
このとき、AlN層12のエピタキシャル成長は、先ず、均熱層12cについて行われ、次いで、核生成層12bについて行われる。
均熱層12cについてのエピタキシャル成長は、連続膜を形成し得る成長条件にて行う。具体的には、基板11の温度を連続膜の成長に適した成長温度(例えば1200℃以上1300℃以下)に調整する。つまり、成長温度を後述する核生成層12bの成膜時よりも高温に調整する。これにより、均熱層12cを連続膜として形成することができる。
そして、所定時間の結晶成長を行って、均熱層12cを3nm以上の膜厚に成長させたら、続いて、成長条件を変更し、その変更後の成長条件で、核生成層12bをエピタキシャル成長させる。核生成層12bについてのエピタキシャル成長は、凹凸面12aを形成し得る成長条件にて行う。具体的には、基板11の温度を凹凸面12aの形成に適した成長温度(例えば1100℃以上1200℃以下)に調整する。つまり、成長温度を上述した均熱層12cの成膜時よりも低温に調整する。これにより、表面粗さRzの値が7nm以上であり、また20nm未満でもある凹凸面12aを有した核生成層12bを形成することができる。
なお、ここでは、変更すべき成長条件として、成長温度を例に挙げたが、必ずしもこれらに限られることはなく、均熱層12cおよび核生成層12bのそれぞれを形成し得るものであれば、他の成長条件(例えば、V/III比や成長速度等)であってもよい。具体的には、例えば、均熱層12cについては連続膜を形成し得るようにV/III比を低くする一方で、核生成層12bについては凹凸面12aを形成し得るようにV/III比を高くする、といったことが考えられる。また、例えば、均熱層12cについては連続膜を形成し得るように成長速度を遅くする一方で、核生成層12bについては凹凸面12aを形成し得るように成長速度を速くする、といったことが考えられる。さらには、成長温度、V/III比、成長速度等の成長条件を適宜組み合わせて調整するようにしてもよい。
このような成長条件の変更を経ることで、AlN層12については、3nm以上の膜厚の連続膜である均熱層12cの上に、凹凸面12aの表面粗さRzの値が7nm以上であり、また20nm未満でもある核生成層12bが形成されたものとなる。そして、所定の厚さのAlN層12の成長が完了したら、TMAガスの供給を停止する。なお、このとき、NH3ガスの供給を継続する。
(S130:GaN層形成工程)
次に、基板11の温度をGaN層13の所定の成長温度(例えば1000℃以上1100℃以下)に調整する。そして、基板11の温度が所定の成長温度となったら、NH3ガスの供給を継続した状態で、例えば、III族原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)ガスを供給する。これにより、AlN層12上に単結晶のGaNからなるGaN層13をエピタキシャル成長させる。
次に、基板11の温度をGaN層13の所定の成長温度(例えば1000℃以上1100℃以下)に調整する。そして、基板11の温度が所定の成長温度となったら、NH3ガスの供給を継続した状態で、例えば、III族原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)ガスを供給する。これにより、AlN層12上に単結晶のGaNからなるGaN層13をエピタキシャル成長させる。
そして、0.4μm以上2.0μm以下のGaN層13の成長が完了したら、TMGガスの供給を停止する。なお、このとき、NH3ガスの供給を継続する。
(S140:AlGaN層形成工程)
次に、例えば、基板11の温度を維持したまま、NH3ガスの供給を継続した状態で、例えば、III族原料ガスとしてTMGガスおよびTMAガスを供給する。これにより、電子走行層140上に単結晶のAlGaNからなるAlGaN層14をエピタキシャル成長させる。
次に、例えば、基板11の温度を維持したまま、NH3ガスの供給を継続した状態で、例えば、III族原料ガスとしてTMGガスおよびTMAガスを供給する。これにより、電子走行層140上に単結晶のAlGaNからなるAlGaN層14をエピタキシャル成長させる。
そして、所定の厚さのAlGaN層14の成長が完了したら、TMGガスおよびTMAガスの供給を停止し、基板11の温度をAlGaN層14の成長温度から低下させる。なお、このとき、通常は、キャリアガスを停止し、パージガスとしてN2ガスを供給するとともに、NH3ガスの供給を継続する。そして、窒化物半導体エピタキシャル基板11の温度が500℃以下となったら、NH3ガスの供給を停止し、MOVPE装置の処理室内の雰囲気をN2ガスのみへ置換して大気圧に復帰させる。
その後、GaN層13およびAlGaN層14を含む中間体10が搬出可能な温度にまで低下したら、その中間体10を処理室内から搬出する。
以上により、図1に示す中間体10(すなわち、窒化物半導体エピタキシャル基板の一例)が製造される。
以上により、図1に示す中間体10(すなわち、窒化物半導体エピタキシャル基板の一例)が製造される。
(半導体装置の製造方法)
続いて、中間体10を用いて、半導体装置の一例であるHEMT20を製造する場合について説明する。
続いて、中間体10を用いて、半導体装置の一例であるHEMT20を製造する場合について説明する。
(S150:GaN層形成工程)
HEMT20の製造にあたっては、先ず、中間体10を用意し、その中間体10をMOVPE装置の処理室内に搬入する。そして、上述したGaN層形成工程(S130)の場合と同様の処理を行って、中間体10におけるAlGaN層14の上に単結晶のGaNからなるGaNキャップ層21をエピタキシャル成長させる。その後、所定の厚さのGaNキャップ層21の成長が完了したら、GaNキャップ層21が形成された中間体10を処理室内から搬出する。なお、このGaNキャップ層21の成長は、上述したAlGaN層形成工程(S140)の後に高温状態のまま引き続いて実施してもよい。
HEMT20の製造にあたっては、先ず、中間体10を用意し、その中間体10をMOVPE装置の処理室内に搬入する。そして、上述したGaN層形成工程(S130)の場合と同様の処理を行って、中間体10におけるAlGaN層14の上に単結晶のGaNからなるGaNキャップ層21をエピタキシャル成長させる。その後、所定の厚さのGaNキャップ層21の成長が完了したら、GaNキャップ層21が形成された中間体10を処理室内から搬出する。なお、このGaNキャップ層21の成長は、上述したAlGaN層形成工程(S140)の後に高温状態のまま引き続いて実施してもよい。
(S160:電極形成工程)
次いで、GaNキャップ層21上にレジスト膜を形成し、平面視でソース電極23およびドレイン電極24が形成されることとなる領域が開口となるようにレジスト膜をパターニングする。そして、例えば、電子ビーム蒸着法により、GaNキャップ層21およびレジスト膜を覆うようにTi/Alの複層構造(またはTi/Al/Ni/Auの複層構造)を形成する。その後、所定の溶媒を用い、リフトオフによりレジスト膜を除去することで、上記所定領域にソース電極23およびドレイン電極24を形成し、その全体をN2雰囲気中において所定の温度で所定時間アニール処理する(例えば、650℃3分間)。これにより、ソース電極23およびドレイン電極24のそれぞれをGaNキャップ層21に対してオーミック接合させることができる。
次いで、GaNキャップ層21上にレジスト膜を形成し、平面視でソース電極23およびドレイン電極24が形成されることとなる領域が開口となるようにレジスト膜をパターニングする。そして、例えば、電子ビーム蒸着法により、GaNキャップ層21およびレジスト膜を覆うようにTi/Alの複層構造(またはTi/Al/Ni/Auの複層構造)を形成する。その後、所定の溶媒を用い、リフトオフによりレジスト膜を除去することで、上記所定領域にソース電極23およびドレイン電極24を形成し、その全体をN2雰囲気中において所定の温度で所定時間アニール処理する(例えば、650℃3分間)。これにより、ソース電極23およびドレイン電極24のそれぞれをGaNキャップ層21に対してオーミック接合させることができる。
次に、GaNキャップ層21、ソース電極23およびドレイン電極24を覆うようにレジスト膜を形成し、平面視でゲート電極22が形成されることとなる領域が開口となるようにレジスト膜をパターニングする。そして、例えば電子ビーム蒸着法により、GaNキャップ層21およびレジスト膜を覆うようにNi/Auの複層構造を形成する。その後、所定の溶媒を用い、リフトオフによりレジスト膜を除去することで、上記所定領域にゲート電極22を形成し、その全体をN2雰囲気中において所定の温度で所定時間アニール処理する(例えば、450℃10分間)。
以上により、図1に示すHEMT20(すなわち、半導体装置の一例)が製造される。
(6)本実施形態により得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
(a)本実施形態においては、AlNバッファ層12が、第一窒化物半導体層13に面する凹凸面12aを有した核生成層12bと、基板11の側に配された連続膜からなる均熱層12cと、を有している。つまり、AlNバッファ層12は、核生成層12bのみならず連続膜である均熱層12cをも含むことになる。したがって、核生成層12bが凹凸面12aを有していても、連続膜である均熱層12cが存在していることから、その凹凸面12aによってAlNバッファ層12が面内方向に分断されてしまうといったことがなく、第一窒化物半導体層13の側から伝わる熱が連続膜である均熱層12cによって面内方向に拡散されることになり、その熱を基板11の側に効率的に伝えることが可能となる。このように、本実施形態によれば、均熱層12cを有することで、AlNバッファ層12が面内方向に分断されてしまうことがないので、熱伝達の抵抗成分を小さくして良好な放熱性を得ることが実現可能となり、その結果としてAlNバッファ層12を介した基板11の側への放熱効果を良好なものとすることができる。
(b)特に、本実施形態で説明したように、均熱層12cが3nm以上の膜厚であれば、その均熱層12cを確実に連続膜とすることができる。また、均熱層12cが3nm以上の膜厚であれば、例えば核生成層12bが不連続膜であっても、AlNバッファ層12の最も薄いところでも3nm以上の膜厚を有することになるので、基板11の側への放熱効果を良好にする上で非常に有効なものとなる。
(c)また、本実施形態によれば、核生成層12bにおける凹凸面12aの表面粗さRzの値が20nm未満となる程度に、その凹凸面12aにおける凹凸の大きさが小さいので、当該凹凸が大きい場合に比べて、第一窒化物半導体層13の側からの熱がAlNバッファ層12に伝わり易くなる。これは、凹凸が小さいほど、結晶格子が揃っていることになるので、結晶格子間を伝わるエネルギー伝達が生じやすいからと考えられる。つまり、凹凸面12aにおける凹凸を小さくすることで、第一窒化物半導体層13の側から伝わる熱を基板11の側に良好に伝えることが可能となり、AlNバッファ層12を介した基板11の側への放熱効果を良好にする上で非常に有効なものとなる。
(d)また、本実施形態によれば、核生成層12bにおける凹凸面12aの表面粗さRzの値が7nm以上なので、その上に形成される第一窒化物半導体層13について、良好な結晶品質が得られるようになる。つまり、凹凸面12aにおける凹凸の大きさが小さ過ぎると、その上に形成される第一窒化物半導体層13の結晶品質に悪影響を及ぼし得るが、表面粗さRzの値が7nm以上であれば、第一窒化物半導体層13の結晶品質に悪影響が及ぶのを抑制することができる。したがって、例えば、欠陥密度が低く、残留不純物濃度が抑制された、良好な結晶品質の第一窒化物半導体層13が得られる。
(e)また、本実施形態では、AlNバッファ層12の核生成層12bにおける凹凸面12a上に形成される第一窒化物半導体層13が、0.4μm以上2.0μm以下の膜厚で形成されている。核生成層12bの凹凸面12a上にエピタキシャル成長されてなる第一窒化物半導体層(GaN層)13については、凹凸面12aの凹凸の大きさに起因する結晶品質への悪影響を緩和できる一方で、成長時間の長時間化(すなわち生産性の悪化)を招いてしまう。本実施形態によれば、第一窒化物半導体層13の膜厚を0.4μm以上2.0μm以下としているので、結晶品質の悪化抑制と生産性の悪化抑制との両方をバランスよく成立させることが可能となる。すなわち、膜厚を0.4μm以上とすることで結晶品質への悪影響を確実に緩和し得るようにしつつ、膜厚を2.0μm以下とすることで生産性の悪化抑制を極力抑制することができる。
<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上述した実施形態では、主として、均熱層12cが3nm以上の膜厚であり、核生成層12bにおける凹凸面12aの表面粗さRzの値が7nm以上であり、また20nm未満でもある場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されるものではない。
例えば、均熱層12cの膜厚によっては、第二窒化物半導体層14の表面温度と核生成層12bの凹凸面12aの表面粗さRzとの関係が図2とは異なる振舞いを見せ、表面粗さRzの値が本実施形態で示した範囲から外れていても、良好な放熱性が得られることがあり得る。これと同様に、例えば、核生成層12bの凹凸面12aの表面粗さRzの値によっては、第二窒化物半導体層14の表面温度と均熱層12cの膜厚との関係が図3とは異なる振舞いを見せ、均熱層12cの膜厚が本実施形態で示した範囲から外れていても、良好な放熱性が得られることがあり得る。つまり、均熱層12cの膜厚と核生成層12bの凹凸面12aの表面粗さRzの値とは、放熱性という観点において互いに影響を及ぼし合っている。そのため、放熱性に関していえば、均熱層12cの膜厚と凹凸面12aの表面粗さRzの値との組み合わせによっては、これらの数値が本実施形態で示した範囲から外れていても、放熱性を良好なものとし得ることがある。
また、放熱性のみならず、第一窒化物半導体層13の結晶品質についても、同様のことがいえる。すなわち、凹凸面12aの表面粗さRzの値が適切に設定されていれば、その表面粗さRzの値と均熱層12cの膜厚とがどのような組み合わせであっても、良好な結晶品質と放熱性が得られることがあり得る。
以上のことを踏まえると、いずれかの数値が本実施形態で示した範囲から外れている場合であっても、AlNバッファ層12が核生成層12bに加えて連続膜である均熱層12cを含んでさえいれば、良好な結晶品質を維持したまま、良好な放熱性を得ることが実現可能となる。
例えば、均熱層12cの膜厚によっては、第二窒化物半導体層14の表面温度と核生成層12bの凹凸面12aの表面粗さRzとの関係が図2とは異なる振舞いを見せ、表面粗さRzの値が本実施形態で示した範囲から外れていても、良好な放熱性が得られることがあり得る。これと同様に、例えば、核生成層12bの凹凸面12aの表面粗さRzの値によっては、第二窒化物半導体層14の表面温度と均熱層12cの膜厚との関係が図3とは異なる振舞いを見せ、均熱層12cの膜厚が本実施形態で示した範囲から外れていても、良好な放熱性が得られることがあり得る。つまり、均熱層12cの膜厚と核生成層12bの凹凸面12aの表面粗さRzの値とは、放熱性という観点において互いに影響を及ぼし合っている。そのため、放熱性に関していえば、均熱層12cの膜厚と凹凸面12aの表面粗さRzの値との組み合わせによっては、これらの数値が本実施形態で示した範囲から外れていても、放熱性を良好なものとし得ることがある。
また、放熱性のみならず、第一窒化物半導体層13の結晶品質についても、同様のことがいえる。すなわち、凹凸面12aの表面粗さRzの値が適切に設定されていれば、その表面粗さRzの値と均熱層12cの膜厚とがどのような組み合わせであっても、良好な結晶品質と放熱性が得られることがあり得る。
以上のことを踏まえると、いずれかの数値が本実施形態で示した範囲から外れている場合であっても、AlNバッファ層12が核生成層12bに加えて連続膜である均熱層12cを含んでさえいれば、良好な結晶品質を維持したまま、良好な放熱性を得ることが実現可能となる。
また、上述した実施形態では、中間体(窒化物半導体エピタキシャル基板)10が基板11、AlN層(AlNバッファ層)12、GaN層(第一窒化物半導体層)13およびAlGaN層(第二窒化物半導体層)14が積層されてなる場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されるものではない。本発明に係る窒化物半導体エピタキシャル基板は、少なくとも基板上にバッファ層を介して窒化物半導体層が形成されたものであれば、その窒化物半導体層が単層のものであってもよいし、上述の実施形態では説明しない他の層を有したものであってもよい。
また、上述した実施形態では、第一窒化物半導体層がGaN層13であり、第二窒化物半導体層がAlGaN層14である場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、窒化物半導体層は、III族窒化物半導体の単結晶からなるものであれば、GaN結晶またはAlGaN結晶に限らず、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)等の窒化物結晶、すなわち、AlxInyGa1−x−yN(0≦x+y≦1)の組成式で表される窒化物結晶からなるものであってもよい。
また、上述の実施形態では、中間体(窒化物半導体エピタキシャル基板)10を用いて製造される半導体装置として、FETの一つであるHEMT20を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはなく、他の半導体デバイスについても全く同様に適用することが可能である。
<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
[付記1]
本発明の一態様によれば、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された窒化物半導体層と、を備え、
前記バッファ層は、
前記窒化物半導体層に面する凹凸面を有した核生成層と、
前記基板の側に配された連続膜からなる均熱層と、
を含む窒化物半導体エピタキシャル基板が提供される。
本発明の一態様によれば、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された窒化物半導体層と、を備え、
前記バッファ層は、
前記窒化物半導体層に面する凹凸面を有した核生成層と、
前記基板の側に配された連続膜からなる均熱層と、
を含む窒化物半導体エピタキシャル基板が提供される。
[付記2]
付記1に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
前記均熱層は、3nm以上の膜厚で形成されている。
付記1に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
前記均熱層は、3nm以上の膜厚で形成されている。
[付記3]
付記1または2に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
前記核生成層は、前記凹凸面の表面粗さRzの値が20nm未満に形成されている。
付記1または2に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
前記核生成層は、前記凹凸面の表面粗さRzの値が20nm未満に形成されている。
[付記4]
付記3に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
前記核生成層は、前記凹凸面の表面粗さRzの値が7nm以上に形成されている。
付記3に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
前記核生成層は、前記凹凸面の表面粗さRzの値が7nm以上に形成されている。
[付記5]
付記3または4に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
前記窒化物半導体層は、前記核生成層の前記凹凸面上に形成された第一層を有しており、
前記第一層は、0.4μm以上2.0μm以下の膜厚で形成されている。
付記3または4に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
前記窒化物半導体層は、前記核生成層の前記凹凸面上に形成された第一層を有しており、
前記第一層は、0.4μm以上2.0μm以下の膜厚で形成されている。
10…窒化物半導体エピタキシャル基板(中間体)、11…基板、12…バッファ層(AlNバッファ層)、12a…凹凸面、12b…核生成層、12c…均熱層、13…第一窒化物半導体層(GaN層、GaNチャネル/バッファ層)、14…第二窒化物半導体層(AlGaN層、AlGaNバリア層)、15…二次元電子ガス(2DEG)、17…界面近傍領域、20…半導体装置(HEMT)、21…第三窒化物半導体層(GaN層、GaNキャップ層)、22…ゲート電極、23…ソース電極、24…ドレイン電極
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された窒化物半導体層と、を備え、
前記バッファ層は、
前記窒化物半導体層に面する凹凸面を有した核生成層と、
前記基板の側に配された連続膜からなる均熱層と、
を含む窒化物半導体エピタキシャル基板。 - 前記均熱層は、3nm以上の膜厚で形成されている
請求項1に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板。 - 前記核生成層は、前記凹凸面の表面粗さRzの値が20nm未満に形成されている
請求項1または2に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板。 - 前記核生成層は、前記凹凸面の表面粗さRzの値が7nm以上に形成されている
請求項3に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板。 - 前記窒化物半導体層は、前記核生成層の前記凹凸面上に形成された第一層を有しており、
前記第一層は、0.4μm以上2.0μm以下の膜厚で形成されている
請求項3または4に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板。
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