JP2021022726A

JP2021022726A - 窒化物半導体基板

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Publication number: JP2021022726A
Application number: JP2020091085A
Authority: JP
Inventors: 健一江里口; Kenichi Eriguchi; 阿部　芳久; Yoshihisa Abe; 芳久阿部; 小宮山　純; Jun Komiyama; 純小宮山
Original assignee: Coorstek KK
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2040-05-26
Also published as: JP7458904B2

Abstract

【課題】ＦｅドープされたＨＥＭＴの特性をさらに向上させる。【解決手段】本発明は、基板と、基板上の窒化物半導体からなるバッファー層と、バッファー層上の窒化物半導体層からなる動作層と、を備え、バッファー層はＦｅを含み、Ｆｅの濃度は、基板と前記バッファー層の界面からバッファー層の厚さ方向に向って一様に漸増し、２×１０17atoms/cm3以上１．１×１０20atoms/cm3以下の範囲で極大値を取った後、バッファー層と動作層の界面まで一様に漸減する濃度プロファイルを形成しており、極大値を取る位置は、バッファー層の厚さ方向における中間点から±５０ｎｍの範囲内にあり、かつ、バッファー層と動作層の界面から５００ｎｍ以上離れた窒化物半導体基板である。【選択図】図１

Description

本発明は、特に、鉄（Ｆｅ）をドープした窒化物半導体基板の構造に関する。

高出力高周波増幅器に好適な窒化物半導体を用いたＨＥＭＴでは、ピンチオフ時にバッファー層を介してソース電極とドレイン電極との間に流れるオフリーク電流を抑制するため、あるいは、バッファー層中のドナー不純物を不活性化してリカバリ時間を短くすることを目的として、バッファー層にＦｅ、必要に応じて炭素（Ｃ）をドーピングする技術が知られている。

特許文献１には、基板と、前記基板の上に、ＧａＮにＦｅとＣを添加して形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上にＧａＮで形成された、電子が走行するチャネル層と、前記チャネル層の上に形成された、前記チャネル層に２次元電子ガスを形成するための電子供給層と、前記電子供給層の上に形成されたゲート電極と、前記電子供給層の上に形成されたドレイン電極と、前記電子供給層の上に形成されたソース電極と、を備え、前記チャネル層の層厚は０．５μｍ以上であり、前記バッファ層の層厚は１〜１．５μｍであり、前記Ｆｅと前記Ｃの添加量の総和は１×１０^１６ｃｍ^−３以上１×１０^１８ｃｍ^−３以下である半導体装置が記載されている。

特許文献２には、電子走行層にＦｅが入り込むことを抑制し、半導体層にクラックの発生が抑制される電界効果型トランジスタとして、基板の上に形成された半導体材料に高抵抗となる不純物元素がドープされた高抵抗層と、高抵抗層の上に形成された多層中間層と、多層中間層の上に半導体材料により形成された電子走行層と、電子走行層の上に半導体材料により形成された電子供給層と、を有し、多層中間層は、ＧａＮ層とＡｌＮ層とが交互に積層された多層膜により形成されており、高抵抗層と電子走行層との間に形成されたＡｌＮにより形成されている中間層が形成されている領域にＦｅが多く取り込まれ、かつ、Ｆｅ濃度のピークを有しているので、電子走行層に入り込んでいるＦｅの量は、ＡｌＮなし半導体積層膜と比べると少なく、電子走行層にＦｅが入り込む量を減らすことができる、という発明の開示がある。

特許第６４１９４１８号公報特開２０１３-７４２１１号公報

特許文献１または２のいずれも、電子走行層とバッファー層の界面から、Ｆｅ濃度のピークを離す、すなわち、Ｆｅ濃度の高い領域を遠ざけることが好適である、としている。しかしながら、このような技術思想のみでは、その他の特性に優れたＨＥＭＴに好適な窒化物半導体基板を提供することができたとは言い難い。

本発明は、上記に鑑み、Ｆｅをドープした窒化物半導体基板において、複数の特性向上が図れるものを提供することを目的とするものである。

本発明に係る窒化物半導体基板は、基板と、前記基板上の窒化物半導体からなるバッファー層と、前記バッファー層上の窒化物半導体層からなる動作層と、を備え、前記バッファー層はＦｅを含み、前記Ｆｅの濃度は、前記基板と前記バッファー層の界面から前記バッファー層の厚さ方向に向って一様に漸増し、２×１０¹⁷atoms/cm³以上１．１×１０²⁰atoms/cm³以下の範囲で極大値を取った後、前記バッファー層と前記動作層の界面まで一様に漸減する濃度プロファイルを形成しており、前記極大値を取る位置は、前記バッファー層の厚さ方向における中間点から±５０ｎｍの範囲内にあり、かつ、前記バッファー層と前記動作層の界面から５００ｎｍ以上離れていることを特徴とする。

かかる構成を有することで、複数の特性に優れたＨＥＭＴに好適な窒化物半導体基板とすることができる。

本発明によれば、Ｆｅをドーパントとして用いた窒化物半導体基板において、従来はなかなか両立することが困難とみられていた複数の特性を、簡単な構造でかつ効果的に向上させることを可能とする。

本発明の一態様に係る窒化物半導体の層構造を示す断面概略図本発明の一態様に係る窒化物半導体のＦｅ濃度プロファイルを示す模式図

以下、図面も参照しながら、本発明を詳細に説明する。本発明は、基板と、前記基板上の窒化物半導体からなるバッファー層と、前記バッファー層上の窒化物半導体層からなる動作層と、を備え、前記バッファー層はＦｅを含み、前記Ｆｅの濃度は、前記基板と前記バッファー層の界面から前記バッファー層の厚さ方向に向って一様に漸増し、２×１０¹⁷atoms/cm³以上１．１×１０²⁰atoms/cm³以下の範囲で極大値を取った後、前記バッファー層と前記動作層の界面まで一様に漸減する濃度プロファイルを形成しており、前記極大値を取る位置は、前記バッファー層の厚さ方向における中間点から±５０ｎｍの範囲内にあり、かつ、前記バッファー層と前記動作層の界面から５００ｎｍ以上離れていることを特徴とする窒化物半導体基板である。

図１は、本発明の一態様に係る窒化物半導体の層構造を示す断面概略図である。すなわち、窒化物半導体基板Ｗは、下地となる基板Ｓの一主面上にバッファー層Ｂと動作層Ｇが順次積層された構造を有している。

本発明で示す概略図は、説明のために形状を模式的に簡素化かつ強調したものであり、細部の形状、寸法、および比率は実際と異なる。また、同一の構成については符号を省略、さらに、説明に不要なその他の構成は記載していない。

基板Ｓは、シリコン（Ｓｉ）の他に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＮ等が挙げられる。また、単一材料で構成されたもの、異種材料で構成されたもの、のいずれでもよく、面方位やドーパント濃度、オフ角等の構成も任意に設定できる。

窒化物半導体は、Ｇａ、Ａｌ、インジウム（Ｉｎ）等の１３族元素から少なくとも一つと、窒素（Ｎ）との組み合わせからなる。必要に応じて、Ｏ、Ｓｉ、マグネシウム（Ｍｇ）等の各種元素がドープされていてもよい。

バッファー層Ｂは、窒化物半導体層が複数積層された構造であり、用途や目的に応じて、その構造は公知の手法を適用できるが、最初に適切な初期層を基板Ｓ上に形成してから、組成や不純物濃度が互いに異なる窒化物半導体層を積層する形態が、より好適といえる。

動作層Ｇは、図１では、第一層１と、第一層１よりバンドギャップの大きい第二層２を例示するが、これに限定されるものではなく、必要に応じて、第二層２よりバンドギャップの大きい層、ｐ型導電性不純物を高濃度で含む層を適時追加してもよく、更に、上記した各層の層厚や不純物濃度も、目的に応じて適時設計される。

本発明の具体的な一実施態様としては、基板ＳがＳｉ単結晶基板、バッファー層ＢがＡｌ_xＧａ_1-xＮ(0≦x≦1)で表される窒化物層を複数積層した構造、動作層Ｇが第一層１をＧａＮ、第二層２をＡｌ_yＧａ_1-yＮ(0＜y＜1)、であるものが挙げられる。

窒化物半導体基板Ｗは、基板Ｓ上にバッファー層Ｂと動作層Ｇが形成されたものであれば、図１で示したＨＥＭＴに限定されず、高周波化、高耐圧化が可能なその他のパワーデバイス用としても、好適に用いられる。

そして、バッファー層ＢはＦｅを含む。本発明においても、Ｆｅをドープする第一の目的は、前記したような公知の技術に準ずるもので、リーク電流の低減のために窒化物半導体からなるバッファー層を高抵抗化させることにあるといえる。

窒化物半導体層は、好適には、気相成長装置の炉内で異種基板上へのヘテロエピタキシャル成長により形成される。その際に発生する転位、あるいは、炉を構成する部材から意図せず窒化物半導体に混入する不純物がｎ型ドーパントとして働くため、いわゆるリーク電流が発生する。

このリーク電流を抑制するため、古くからｐ型ドーパントによる補償効果を用いる手法が知られている。しかしながら、ｐ型ドーパントが浅い準位を持つ場合はトラップ準位として働き、動作電流を低下させる。このため、ドーパント準位は深い方が好ましく、このような深い準位のｐ型ドーパントとして、Ｆｅが好適に用いられてきた。

ところが、Ｆｅを添加した窒化物半導体は３次元成長しやすいことから、成膜界面の凹凸を引き起こし、これが電流リークの原因になる場合がある。このリーク電流の低減方法の一例として、Ｆｅを添加する抵抗層と初期バッファー層としてのＡｌＮの間に、Ｆｅを添加しないバッファー層を形成し、成膜中の熱拡散により界面の平坦性を維持したまま、バッファー層の高抵抗化を試みる手法もある。

しかしながら、上記したような手法では、Ｆｅをドープしたバッファー層の上に、引き続き、動作層Ｇとしての電子走行層や電子供給層を形成している間に、熱拡散によりバッファー層中のＦｅが電子供給層へ移動していくため、電子移動度の低下を招く。さらに、電子走行層との界面に凹凸が生じ、これによる電子移動度の低下も併せて発生する。

本発明は、バッファー層Ｂと基板Ｓとの界面、ならびに、動作層Ｇ（ここでは一例として電子走行層）とバッファー層Ｂの界面、の両方の界面近傍のＦｅ濃度を低くする、換言すれば、高抵抗化を実現するＦｅ濃度のピーク位置を、両方の界面からできるだけ遠ざける、という特徴を有する。

このようにすれば、Ｆｅ濃度が低いことにより、それぞれの界面の平坦性を保持でき、かつ、電子走行層への熱拡散を抑制することができるので、低リーク、かつ、高速動作可能な窒化物半導体とすることができる。

併せて、高抵抗化を実現するＦｅ濃度のピークが存在するので、これによるリーク電流低減効果も適切に得られている。すなわち、リーク電流の低減と移動度低下の抑制、という２つの特性向上を両立できる、ということを見出したものである。

そして、上記の効果を得る具体的な一態様として、バッファー層Ｂに含まれるＦｅの濃度は、基板Ｓとバッファー層Ｂの界面からバッファー層Ｂの厚さ方向に向って一様に漸増し、２×１０¹⁷atoms/cm³以上１．１×１０²⁰atoms/cm³以下の範囲で極大値を取った後、バッファー層Ｂと動作層Ｇの界面まで一様に漸減する濃度プロファイルが形成されている。

図２は、本発明の一態様に係る窒化物半導体の、Ｆｅ濃度プロファイルを示す模式図である。すなわち、バッファー層Ｂの厚さ方向において、中央付近にＦｅ濃度のピークが位置しているものであるが、これは、言い換えると、Ｆｅ濃度の高い領域を、上下いずれの界面から遠ざけることで、本発明の効果を得るものといえる。

ここで、図２のようなＦｅ濃度プロファイルの形成は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いる場合であれば、バッファー層Ｂの形成工程において、成長速度、成長温度、および、Ｆｅ原料の流量やその他のガス流量を調整することで、適時可能である。

なお、Ｆｅ濃度は、窒化物半導体基板の厚さ方向に対してＳＩＭＳを用いて測定することで評価されるが、ＳＩＭＳ以外の手法を用いても差しつかえない。

ところで、窒化物半導体基板に要求される特性（転位密度、反り、耐圧、結晶性、等）を満たすには、バッファー層Ｂは、全体が単一層ではなく異なる組成の層が複数積層された構造であることと、ある程度の層厚を有していることが、重要な要件となってくる。

まず厚さに関しては、本発明では、バッファー層Ｂの全体の厚さを１２００ｎｍ以上、好適には１８００ｎｍ以上３５００ｎｍ以下とする。ただし、あまり厚すぎると、基板全体の反りを制御することが困難になる懸念があるので、上限は４５００ｎｍ以下とする。

バッファー層Ｂの構造は、異なる組成の層が複数積層された構造であれば、本発明の効果以外の特性向上効果も合わせて得られる点で好適である。言い換えると、バッファー層Ｂが単一層でも、本発明の効果は得られるが、その他の特性、特に基板の反りが過大になり、実用的でない。なお、層構造（層厚、組成、積層回数等）は、格別限定されない。

より具体的には、Ｆｅ濃度のピークを、バッファー層Ｂの厚さ方向における中間点から±５０ｎｍの範囲内、かつ、バッファー層Ｂと動作層Ｇの界面から５００ｎｍ以上離れた個所に位置するようにするものである。

本発明は、Ｆｅ濃度のピークはバッファー層Ｂの中央付近にあればよい、とするものであるが、厳密な中央部から±５０ｎｍの範囲を超えてくると、バッファー層Ｂと動作層Ｇとの界面、あるいは、バッファー層Ｂと基板Ｓとの界面、のいずれかが、Ｆｅ濃度のピークと相対的に接近することになり、リーク電流低減、高速動作、のいずれかの特性が十分でなくなる懸念があり、好ましいものとは言えない。

本発明では、Ｆｅ濃度のピークを、バッファー層Ｂと動作層Ｇの界面から５００ｎｍ以上、好適には２２００ｎｍ程度離れている、とする。これは、公知技術と同様に、動作層Ｇの近くにＦｅ濃度の高い領域があると、窒化物半導体基板Ｗを製造する過程で、Ｆｅが熱拡散して動作層Ｇにより多く侵入して、高速動作性が低下し、好ましくないからである。

本発明は、基板Ｓとバッファー層Ｂの界面、および、バッファー層Ｂと動作層Ｇの界面のいずれも、その近傍では、Ｆｅ濃度が１×１０¹⁷atoms/cm³以下であると好ましい。前述の通り、バッファー層Ｂと接する領域では、Ｆｅ濃度を低くすることでＦｅドープによる悪影響を回避することができる。

以上の通り、本発明の窒化物半導体基板は、低リーク、かつ、高速動作を可能とするものである。そして、これを用いて製造された窒化物半導体装置は、高性能な半導体デバイスとして活用できる。

なお、本発明では、バッファー層Ｂに含まれる水素濃度が、バッファー層Ｂと動作層Ｇとの界面から基板Ｓとバッファー層Ｂとの界面に向かって漸増している態様をとると、より好ましい。

動作層Ｇおよびその近傍において、デバイスの動作に支障が出ないという観点では、水素は、あまり高濃度でないほうが好ましい。一方、バッファー層Ｂに高濃度でＦｅがドープされていると、結晶性の悪化が懸念されるが、この結晶性の悪化を緩和させるために、Ｆｅ濃度の高い領域では、ある程度、水素が高濃度であるとよい。

上記の効果を得るためには、Ｆｅ濃度のプロファイル形状に合わせて、水素濃度のプロファイル形状を設定できるのが理想的ではある。しかしながら、気相成長法で窒化物中の水素濃度のプロファイルを、かくのごとく制御することは、Ｆｅや炭素、Ｍｇ等のドーパントの制御と比べると容易ではない。また、水素濃度とＦｅ濃度を同時に制御することは、さらに困難である。

そこで本発明では、本発明のＦｅ濃度のプロファイル形状に合わせて、水素濃度のプロファイルを簡単に形成でき、かつ、上記した効果を得る方法として、水素濃度のプロファイルを、バッファー層Ｂと動作層Ｇとの界面から基板Ｓとバッファー層Ｂとの界面に向かって漸増している態様とする。

具体的には、動作層Ｇでは、水素濃度は５×１０¹⁷atoms/cm³以上２×１０¹⁸atoms/cm³以下であり、バッファー層Ｂ内では漸増し、４×１０¹⁸atoms/cm³以上３×１０¹⁹atoms/cm³以下まで上昇する態様が挙げられる。なお、水素濃度は、Ｆｅ濃度と厳密に合わせることまでは要しない。

さらには、Ｆｅ濃度のピークが存在する領域までは水素濃度が漸増し、その後、基板Ｓに向かっては減少するようにしてもよい。後半は水素濃度を高くすることで得られる効果は、あまり高くない一方、この領域まで水素濃度を高くすることは、技術的またはコスト的にメリットが小さい。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。

［共通の成長条件］
基板Ｓとして、結晶面方位（１１１）、ｐタイプ、６インチＳｉ単結晶基板を公知の基板洗浄方法で清浄化した後、ＭＯＣＶＤ装置内にセットして、装置内をキャリアガスで置換後昇温し、１０００℃×１５分間、水素１００％雰囲気で保持する熱処理を行い、シリコン単結晶表面の自然酸化膜を除去した。

次に、原料として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、アンモニア（ＮＨ₃）を用いて、ＡｌＮ１００ｎｍ上にＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ１５０ｎｍ積層した初期層、ＡｌＮ５ｎｍとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ３０ｎｍの２層を８０回繰り返し積層した多層、ＧａＮ１５００ｎｍの単層を、上記した順で気相成長させて積層したものをバッファー層Ｂとした。ここで、バッファー層Ｂの層厚は４５５０ｎｍである。

次に、動作層Ｇとして、第一層１をＧａＮ１００ｎｍ、第二層２をＡｌ_0.22Ｇａ_0.78Ｎ２０ｎｍとして、各層をこの順で積層した。ここで、バッファー層Ｂ、および、動作層Ｇの成長条件は、成長温度を１０５０℃、成長圧力を６０ｈＰａ、をおよその基準値として、各層を成長させる時に適時変更した。

（実施例１）
Ｆｅをドープするため、Ｆｅ原料としてＣｐ₂Ｆｅ（ジシクロペンタジエニル鉄、通称フェロセン）を用いた。多層を繰返し積層する工程で、ＡｌＮ５ｎｍとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ３０ｎｍの２層を３０回繰り返した段階からＣｐ₂Ｆｅを導入し、８０回繰り返した段階で導入を停止した。Ｆｅ濃度は、ピーク位置で１×１０²⁰atoms/cm³、ピーク位置から動作層Ｇ、ピーク位置から基板Ｓからの距離は、どちらもおよそ２２７５ｎｍ程度であり、このピークの位置は、バッファー層Ｂのほぼ中間から±５０ｎｍの範囲内であった。以上の通りにすることで、実施例１の評価サンプルを作製した。

なお、上記のＦｅ濃度プロファイルは、Ｆｅ導入を停止した以降の気相成長において、濃度の高い層に存在するＦｅが、基板Ｓ側、および動作層Ｇ側へと、一様に拡散することで形成される。これを利用して、Ｃｐ₂Ｆｅを導入するときの流量、導入時間、微小な成長温度の調整等を成すことで、所定の領域にＦｅ濃度のピークを形成することができる。

（実施例２）
Ｃｐ₂Ｆｅの流量と成長温度を調整して、ピーク位置でのＦｅ濃度が２×１０¹⁷atoms/cm³になるようにして、それ以外は実施例１と同等にした実施例２の評価サンプルを得た。

（実施例３）
Ｃｐ₂Ｆｅの流量と成長温度を調整して、ピーク位置でのＦｅ濃度が１．１×１０²⁰atoms/cm³になるようにして、それ以外は実施例１と同等にした実施例３の評価サンプルを得た。

（実施例４）
Ｃｐ₂Ｆｅの流量と成長温度を調整して、ピーク位置がバッファー層Ｂ中央から５０ｎｍ動作層Ｇ側になるようにして、それ以外は実施例１と同等にした実施例４の評価サンプルを得た。

（実施例５）
Ｃｐ₂Ｆｅの流量と成長温度を調整して、ピーク位置がバッファー層Ｂ中央から５０ｎｍ基板Ｓ側になるようにして、それ以外は実施例１と同等にした実施例５の評価サンプルを得た。

（実施例６）
バッファー層ＢのＧａＮ１５００ｎｍの層に換えて、層厚７００ｎｍとした以外は、実施例１同等とした実施例６の評価サンプルを得た。このとき、Ｆｅ濃度のピーク位置は、動作層Ｇの界面から１８７５ｎｍであった。

実施例のいずれの評価サンプルも、基板Ｓとバッファー層Ｂの界面近傍、バッファー層Ｂと動作層Ｇの界面近傍、のどちらでも、Ｆｅ濃度が約１×１０¹⁷atoms/cm³になるように成長条件を調整した。Ｆｅ濃度は、各評価サンプルを直径部分で劈開して、その断面をＳＩＭＳにて評価した。

（比較例１）
Ｃｐ₂Ｆｅを、多層を繰返し積層する工程で、ＡｌＮ５ｎｍとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ３０ｎｍの２層を初回積層時からＣｐ₂Ｆｅを導入し、８０回繰り返した段階で導入を停止した。Ｆｅ濃度はピークを持たず、ほぼバッファー層Ｂ全域に亘りフラットな状態で、約１×１０¹⁷atoms/cm³であった。以上の通りにすることで、比較例１の評価サンプルを作製した。

（比較例２）
Ｃｐ₂Ｆｅを、多層を繰返し積層する工程で、ＡｌＮ５ｎｍとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ３０ｎｍの２層を初回積層時からＣｐ₂Ｆｅを導入し、８０回繰り返し、さらにＧａＮ１５００ｎｍの層を形成する工程で、層厚１０００ｎｍに達した段階で導入を停止した。Ｆｅ濃度はピークを持たず、ほぼバッファー層Ｂ全域に亘りフラットな状態で、約１×１０²⁰atoms/cm³であった。以上の通りにすることで、比較例２の評価サンプルを作製した。

（比較例３）
Ｃｐ₂Ｆｅを、多層を繰返し積層する工程で、ＡｌＮ５ｎｍとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ３０ｎｍの２層を初回積層時からＣｐ₂Ｆｅを導入し、８０回繰り返し、さらにＧａＮ１５００ｎｍの層を形成する工程で、層厚２５０ｎｍに達した段階で導入を停止した。Ｆｅ濃度は、ピークを持たず、基板Ｓの界面で１×１０²⁰atoms/cm³であり、動作層Ｇの界面に向って漸減して、１×１０¹⁷atoms/cm³に達していた。以上の通りにすることで、比較例３の評価サンプルを作製した。

（比較例４）
Ｃｐ₂Ｆｅを、ＧａＮ１５００ｎｍの層を形成する工程において、層厚４５０ｎｍに達した段階からＣｐ₂Ｆｅを導入し、層厚１５００ｎｍに達した段階で導入を停止した。Ｆｅ濃度はピークを持たず、基板Ｓの界面で１×１０¹⁷atoms/cm³であり、動作層Ｇの界面に向って漸増して、１×１０²⁰atoms/cm³に達していた。以上の通りにすることで、比較例４の評価サンプルを作製した。

（比較例５）
Ｃｐ₂Ｆｅの流量と成長温度を調整して、ピーク位置がバッファー層Ｂ中央から７０ｎｍ動作層Ｇ側になるようにして、それ以外は実施例１と同等にした比較例５の評価サンプルを得た。

（比較例６）
Ｃｐ₂Ｆｅの流量と成長温度を調整して、ピーク位置がバッファー層Ｂ中央から７０ｎｍ基板Ｓ側になるようにして、それ以外は実施例１と同等にした比較例６の評価サンプルを得た。

（比較例７）
バッファー層ＢのＧａＮ１５００ｎｍの層に換えて、層厚３００ｎｍとし、さらに、Ｃｐ₂Ｆｅの流量と成長温度を調整して、ピーク位置がバッファー層Ｂ中央から大きく外れるようにした以外は、実施例１同等とした比較例７の評価サンプルを得た。すなわち、Ｆｅ濃度のピーク位置は、動作層Ｇの界面から４５０ｎｍであった。

［評価１〜反り］
半導体基板の形状測定で通常用いられる、汎用の反り測定装置を用いて、各評価サンプルのＢＯＷを測定した。そして、ＢＯＷ値が−５０μｍ以上２０μｍ以下を合格（〇）とした。

［評価２〜耐圧］
各評価サンプルから、基板主面の中央部から基板端部にかけて幅２ｍｍの短冊状の試験片をそれぞれ劈開して切り出した。次に、この試験片の電子供給層２および電子走行層１の一部を、ドライエッチングにより除去した。この状態で、ドライエッチングで露出した面に１０ｍｍ^２のＡｕ電極を真空蒸着してショットキー電極として形成し、市販のカーブトレーサを用いて、Ｓｉ単結晶基板側と通電してＩ−Ｖ特性を測定して、６００Ｖでの電流値を比較した。そして、１×１０^-8（Ａ）以下を合格（〇）とした。

［評価３〜高速動作特性］
各評価サンプルについて、ＶａｎＤｅｒＰａｕｗ法によるホール効果測定を行い、電子の移動度を評価した。まず、評価サンプルを７ｍｍ角のチップにダイシングし、個々のチップの電子供給層２の４隅に、径０．２５ｍｍのＴｉ／Ａｌ電極を、真空蒸着により形成した。次に、Ｎ_２雰囲気で６００℃、５分間の合金化熱処理を行った。そして、ＡＣＣＥＮＴ製ＨＬ５５００ＰＣを用いて、ホール効果測定を行った。評価は、比較例１との比で移動度のレベルを表し、１以下を×、１を超え１．１以下を△、１．２以上を〇とし、△と〇を合格とした。

上記した各評価サンプルのデータと評価結果を、まとめて以下の表１に示す。

表１の結果から明らかなように、本発明の実施範囲にあるものは、反り、耐圧、高速動作の全ての特性において、良好であることが示されているといえる。

Ｗ窒化物半導体基板
Ｓ基板（Ｓｉ単結晶）
Ｂバッファー層
Ｇ動作層
１第１層（電子走行層）
２第２層（電子供給層）

Claims

基板と、前記基板上の窒化物半導体からなるバッファー層と、前記バッファー層上の窒化物半導体層からなる動作層と、を備え、
前記バッファー層はＦｅを含み、
前記Ｆｅの濃度は、前記基板と前記バッファー層の界面から前記バッファー層の厚さ方向に向って一様に漸増し、２×１０¹⁷atoms/cm³以上１．１×１０²⁰atoms/cm³以下の範囲で極大値を取った後、前記バッファー層と前記動作層の界面まで一様に漸減する濃度プロファイルを形成しており、
前記極大値を取る位置は、前記バッファー層の厚さ方向における中間点から±５０ｎｍの範囲内にあり、かつ、前記バッファー層と前記動作層の界面から５００ｎｍ以上離れていることを特徴とする窒化物半導体基板。