JP2021027297A - Epitaxial substrate and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エピタキシャル基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an epitaxial substrate and a method for producing the same.
シリコン(Si)基板上にIII族窒化物半導体層を成長させたエピタキシャル基板の開発が進められている。このようなエピタキシャル基板は、例えば、高電子移動度トランジスタ(HEMT)の作製に用いられる(特許文献1参照)。 Development of an epitaxial substrate in which a group III nitride semiconductor layer is grown on a silicon (Si) substrate is underway. Such an epitaxial substrate is used, for example, for manufacturing a high electron mobility transistor (HEMT) (see Patent Document 1).
HEMTの作製に用いられるエピタキシャル基板は、HEMTのチャネルとなる2次元電子ガス(2DEG)を含むデバイス形成層を有する。デバイス形成層は、例えば、窒化ガリウム(GaN)で構成された活性層の上方に、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)で構成されたショットキ層が積層された構造を有する。ショットキ層を構成するAlGaNは、高品質であることが望まれる。 The epitaxial substrate used to fabricate the HEMT has a device cambium containing two-dimensional electron gas (2DEG) that serves as a channel for the HEMT. The device cambium has, for example, a structure in which a Schottky layer made of aluminum gallium nitride (AlGaN) is laminated on top of an active layer made of gallium nitride (GaN). AlGaN constituting the Schottky layer is desired to have high quality.
本発明の一目的は、AlGaNで構成された半導体層の表面における荒れが抑制されたエピタキシャル基板を提供することである。 An object of the present invention is to provide an epitaxial substrate in which roughness on the surface of a semiconductor layer made of AlGaN is suppressed.
本発明の一態様によれば
下地基板と、
前記下地基板の上方に形成され、AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層と、
を有し、
前記第1半導体層の表面の原子間力顕微鏡で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、前記段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が0.15μm以上で長さが0.5μm以上の弧状部分を有するという第1の特徴を示す縁が、2つ以上観察される、エピタキシャル基板
が提供される。
According to one aspect of the present invention, the base substrate and
A first semiconductor layer formed above the base substrate and composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) and
Have,
A stepped structure is observed in a region of 5 μm square observed by an atomic force microscope on the surface of the first semiconductor layer, and the radius of curvature is 0.15 μm or more and long as the edge of the step constituting the stepped structure. Provided is an epitaxial substrate in which two or more edges exhibiting the first characteristic of having an arcuate portion having a radius of 0.5 μm or more are observed.
本発明の他の態様によれば、
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板の上方に、AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層を形成する工程と、
基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、GaNが成長する条件で供給することにより、前記第1半導体層上に、GaNで構成される犠牲層を成長させる工程と、
基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、GaNがエッチングされる条件で供給することにより、前記犠牲層をエッチングする工程と、
を有し、
室温まで降温された状態での前記第1半導体層の表面を、原子間力顕微鏡で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、前記段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が0.15μm以上で長さが0.5μm以上の弧状部分を有するという第1の特徴を示す縁が、2つ以上観察される表面とする、エピタキシャル基板の製造方法
が提供される。
According to another aspect of the invention
The process of preparing the base substrate and
A step of forming a first semiconductor layer composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) above the base substrate, and a step of forming the first semiconductor layer.
A step of growing a sacrificial layer composed of GaN on the first semiconductor layer by supplying Ga raw material gas and N raw material gas under the condition that GaN grows while lowering the substrate temperature.
A step of etching the sacrificial layer by supplying Ga raw material gas and N raw material gas under the condition that GaN is etched while lowering the substrate temperature.
Have,
On the surface of the first semiconductor layer in a state where the temperature has been lowered to room temperature, a stepped structure is observed in a region of 5 μm square observed by an atomic force microscope, and the stepped structure is observed as an edge of a step constituting the stepped structure. Provided is a method for manufacturing an epitaxial substrate, wherein a surface having two or more edges showing the first feature of having an arcuate portion having a radius of curvature of 0.15 μm or more and a length of 0.5 μm or more is observed.
本発明のさらに他の態様によれば、
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板の上方に、AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層を形成する工程と、
基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、前記第1半導体層上に、GaNが成長もせずエッチングもされない条件で供給する工程と、
を有し、
室温まで降温された状態での前記第1半導体層の表面を、原子間力顕微鏡で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、前記段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が0.15μm以上で長さが0.5μm以上の弧状部分を有するという第1の特徴を示す縁が、2つ以上観察される表面とする、エピタキシャル基板の製造方法
が提供される。
According to yet another aspect of the invention.
The process of preparing the base substrate and
A step of forming a first semiconductor layer composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) above the base substrate, and a step of forming the first semiconductor layer.
A step of supplying the Ga raw material gas and the N raw material gas onto the first semiconductor layer under the condition that the GaN is neither grown nor etched while lowering the substrate temperature.
Have,
On the surface of the first semiconductor layer in a state where the temperature has been lowered to room temperature, a stepped structure is observed in a region of 5 μm square observed with an interatomic force microscope, and as the edge of the step forming the stepped structure. Provided is a method for manufacturing an epitaxial substrate, wherein a surface having two or more edges showing a first feature of having an arcuate portion having a radius of curvature of 0.15 μm or more and a length of 0.5 μm or more is observed.
AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層の表面における荒れが抑制されたエピタキシャル基板が提供される。 Provided is an epitaxial substrate in which roughness on the surface of a first semiconductor layer composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) is suppressed.
<本発明の一実施形態>
本発明の一実施形態によるエピタキシャル基板100について説明する。図1は、エピタキシャル基板100(以下、エピ基板100ともいう)を示す概略断面図である。エピ基板100は、下地基板110と、反応抑制および初期核形成層120と、中間層130と、応力発生層140と、活性層150と、ショットキ層160と、を有する。活性層150およびショットキ層160が、デバイス形成層170を構成する。以下に説明するように、本実施形態によるエピ基板100は、ショットキ層160の表面161の荒れが抑制されていることを特徴とする。
<One Embodiment of the present invention>
The epitaxial substrate 100 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an epitaxial substrate 100 (hereinafter, also referred to as epi substrate 100). The epi substrate 100 includes a base substrate 110, a reaction suppression and initial nucleation layer 120, an intermediate layer 130, a stress generating layer 140, an active layer 150, and a Schottky layer 160. The active layer 150 and the Schonky layer 160 constitute the device cambium 170. As will be described below, the epi substrate 100 according to the present embodiment is characterized in that the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160 is suppressed.
下地基板110としては、シリコン(Si)基板が好ましく用いられ、Si基板の主面は、好ましくは(111)面である。反応抑制および初期核形成層120、中間層130、応力発生層140、およびデバイス形成層170は、下地基板110上にヘテロエピタキシャル成長されたIII族窒化物半導体層で構成される。下地基板110としてSi基板を用いることは、大口径(例えば直径150mm以上)で高品質な基板を低コストで得られる点で好ましい。 A silicon (Si) substrate is preferably used as the base substrate 110, and the main surface of the Si substrate is preferably the (111) surface. The reaction suppression and initial nucleation layer 120, the intermediate layer 130, the stress generation layer 140, and the device formation layer 170 are composed of a group III nitride semiconductor layer heteroepitaxially grown on the base substrate 110. It is preferable to use a Si substrate as the base substrate 110 because a high-quality substrate having a large diameter (for example, a diameter of 150 mm or more) can be obtained at low cost.
下地基板110上に、反応抑制および初期核形成層120が形成されている。反応抑制および初期核形成層120は、下地基板110が含むSiと、反応抑制および初期核形成層120よりも上方に形成されるIII族窒化物半導体層に含まれるガリウム(Ga)との反応を(合金化を)抑制することで、下地基板110の表面を保護する。反応抑制および初期核形成層120は、また、反応抑制および初期核形成層120よりも上方に成長されるIII族窒化物半導体層の初期核を形成する働きも有する。以下、表現の煩雑さを避けるため、反応抑制および初期核形成層120を、反応抑制層120ともいう。反応抑制層120は、好ましくは窒化アルミニウム(AlN)で構成される。反応抑制層120の厚さは、例えば、30nm以上300nm以下である。なお、反応抑制層120を構成する材料として、Alx1Ga1−x1N(0.9≦x1≦1)を用いてよい。 A reaction suppression and initial nucleation layer 120 is formed on the base substrate 110. The reaction suppression and initial nucleation layer 120 reacts Si contained in the underlying substrate 110 with gallium (Ga) contained in the group III nitride semiconductor layer formed above the reaction suppression and initial nucleation layer 120. By suppressing (alloying), the surface of the base substrate 110 is protected. The reaction suppression and early nucleation layer 120 also has the function of forming the initial nuclei of the group III nitride semiconductor layer grown above the reaction suppression and initial nucleation layer 120. Hereinafter, the reaction suppression and early nucleation layer 120 will also be referred to as a reaction suppression layer 120 in order to avoid complication of expression. The reaction suppression layer 120 is preferably made of aluminum nitride (AlN). The thickness of the reaction suppression layer 120 is, for example, 30 nm or more and 300 nm or less. As a material constituting the reaction suppression layer 120, Al x1 Ga 1-x1 N (0.9 ≦ x1 ≦ 1) may be used.
反応抑制層120上に、中間層130が形成されている。中間層130は、中間層130のバルク結晶における格子定数が、反応抑制層120のバルク結晶における格子定数よりも大きい材料で構成される。具体的には、中間層130は、Alx2Ga1−x2N(0<x2<1)で構成され、中間層130のAl組成x2は、反応抑制層120のAl組成x1よりも小さい値に選択される。中間層130は、反応抑制層120に対しコヒーレントに成長していることが好ましい。これにより、反応抑制層120の格子定数と中間層130の格子定数との差に起因して、中間層130に圧縮応力を発生させることができる。なお、中間層130が反応抑制層120に対し完全にコヒーレント成長していることが必須ではなく、格子緩和が生じていてもよい。 An intermediate layer 130 is formed on the reaction suppression layer 120. The intermediate layer 130 is made of a material in which the lattice constant in the bulk crystal of the intermediate layer 130 is larger than the lattice constant in the bulk crystal of the reaction suppression layer 120. Specifically, the intermediate layer 130 is composed of Al x2 Ga 1-x2 N (0 <x2 <1), and the Al composition x2 of the intermediate layer 130 is smaller than the Al composition x1 of the reaction suppression layer 120. Be selected. The intermediate layer 130 preferably grows coherently with respect to the reaction suppression layer 120. As a result, compressive stress can be generated in the intermediate layer 130 due to the difference between the lattice constant of the reaction suppression layer 120 and the lattice constant of the intermediate layer 130. It is not essential that the intermediate layer 130 grows completely coherently with respect to the reaction suppression layer 120, and lattice relaxation may occur.
中間層130の厚さは、例えば、40nm以上1000nm以下である。中間層130は、反応抑制層120に形成された初期核を拡大し、中間層130の上方に成長される応力発生層140の下地面を構成する。中間層130は、反応抑制層120の上面よりも平坦な上面を有する平坦化層ということもできる。なお、中間層110は、省略されてもよい。 The thickness of the intermediate layer 130 is, for example, 40 nm or more and 1000 nm or less. The intermediate layer 130 expands the initial nuclei formed in the reaction suppression layer 120 and constitutes the lower ground of the stress generating layer 140 grown above the intermediate layer 130. The intermediate layer 130 can also be said to be a flattening layer having an upper surface that is flatter than the upper surface of the reaction suppression layer 120. The intermediate layer 110 may be omitted.
中間層130上に、応力発生層140が形成されている。応力発生層140は、下地基板110とデバイス形成層170との間に位置し、エピ基板100全体の反りを低減する圧縮応力を発生させる。圧縮応力は、応力発生層140が有する歪超格子構造により発生させることができる。 A stress generating layer 140 is formed on the intermediate layer 130. The stress generating layer 140 is located between the base substrate 110 and the device forming layer 170, and generates compressive stress that reduces the warpage of the entire epi substrate 100. The compressive stress can be generated by the strained superlattice structure of the stress generating layer 140.
応力発生層140は、第1結晶層141および第2結晶層142からなる多重結晶層143が複数積層された、多重結晶層積層構造を有する。第1結晶層141は、バルク結晶における格子定数がa1であり、第2結晶層142は、バルク結晶における格子定数がa2(a1<a2)である。これにより、多重結晶層143において、第2結晶層142に圧縮応力を発生させることができる。応力発生層140が発生する圧縮応力の大きさは、多重結晶層143の積層数により制御することができ、多重結晶層143の積層数を増やすことで大きくすることができる。 The stress generating layer 140 has a multi-crystal layer laminated structure in which a plurality of multi-crystal layers 143 composed of a first crystal layer 141 and a second crystal layer 142 are laminated. The first crystal layer 141 has a lattice constant of a1 in the bulk crystal, and the second crystal layer 142 has a lattice constant of a2 (a1 <a2) in the bulk crystal. As a result, in the multiple crystal layer 143, compressive stress can be generated in the second crystal layer 142. The magnitude of the compressive stress generated by the stress generation layer 140 can be controlled by the number of layers of the multiple crystal layers 143, and can be increased by increasing the number of layers of the multiple crystal layers 143.
第1結晶層141は、Alx3Ga1−x3N(0<x3≦1)で構成され、第2結晶層142は、Alx4Ga1−x4N(0≦x4<1)で構成される。第1結晶層141のAl組成x3は、例えば、0.9≦x3≦1を満たすことが好ましく、第2結晶層142のAl組成x4は、例えば、0≦x4≦0.3を満たすことが好ましい。第1結晶層141の厚さは、例えば、1nm以上20nm以下(好ましくは5.0nm以上20nm以下)である。第2結晶層142の厚さは、例えば、5nm以上300nm以下(好ましく10nm以上300nm以下)である。多重結晶層143の積層数は、例えば、2以上500以下である。 The first crystal layer 141 is composed of Al x3 Ga 1-x3 N (0 <x3 ≦ 1), and the second crystal layer 142 is composed of Al x4 Ga 1-x4 N (0 ≦ x4 <1). .. The Al composition x3 of the first crystal layer 141 preferably satisfies, for example, 0.9 ≦ x3 ≦ 1, and the Al composition x4 of the second crystal layer 142 preferably satisfies, for example, 0 ≦ x4 ≦ 0.3. preferable. The thickness of the first crystal layer 141 is, for example, 1 nm or more and 20 nm or less (preferably 5.0 nm or more and 20 nm or less). The thickness of the second crystal layer 142 is, for example, 5 nm or more and 300 nm or less (preferably 10 nm or more and 300 nm or less). The number of layers of the multilayer crystal layer 143 is, for example, 2 or more and 500 or less.
なお、応力発生層140の態様は、上述の例のものに限定されない。例えば、多重結晶層143は、複数積層されなくてもよく、1層であってもよい。また例えば、応力発生層140は、第1結晶層141および第2結晶層142に加え、バルク結晶における格子定数がa3(a2<a3)である第3結晶層を含む多重結晶層により構成されてもよい。また例えば、応力発生層140は、バルク結晶における格子定数が、下地基板110から遠ざかるに従い(上方に行くに従い)連続的またはステップ的に大きくなるグレーディッド結晶層で構成されてもよい。 The mode of the stress generating layer 140 is not limited to that of the above example. For example, the plurality of multiple crystal layers 143 may not be laminated, and may be one layer. Further, for example, the stress generating layer 140 is composed of a multi-crystal layer including a first crystal layer 141 and a second crystal layer 142, and a third crystal layer having a lattice constant of a3 (a2 <a3) in the bulk crystal. May be good. Further, for example, the stress generating layer 140 may be composed of a graded crystal layer in which the lattice constant in the bulk crystal increases continuously or stepwise as the distance from the substrate 110 increases (as it goes upward).
応力発生層140上に、活性層150が形成され、活性層150上に(活性層150上方に)、ショットキ層(障壁層)160が形成されている。活性層150およびショットキ層160により、デバイス形成層170が構成されている。なお、デバイス形成層170において、必要に応じ、活性層150とショットキ層160との間に、他のIII族窒化物半導体層(例えばAlN層)が形成されていてもよい。活性層150の上方にショットキ層160が形成されていることで、活性層150内に2次元電子ガス(2DEG)が生成されている。エピ基板100は、例えば、デバイス形成層170が有する2DEGをチャネルとする高電子移動度トランジスタ(HEMT)を作製するための部材として、好ましく用いられる。 The active layer 150 is formed on the stress generating layer 140, and the Schottky layer (barrier layer) 160 is formed on the active layer 150 (above the active layer 150). The active layer 150 and the Schottky layer 160 constitute the device cambium 170. In the device forming layer 170, another group III nitride semiconductor layer (for example, an AlN layer) may be formed between the active layer 150 and the Schottky layer 160, if necessary. Since the Schottky layer 160 is formed above the active layer 150, a two-dimensional electron gas (2DEG) is generated in the active layer 150. The epi substrate 100 is preferably used as, for example, a member for manufacturing a high electron mobility transistor (HEMT) having 2DEG as a channel of the device forming layer 170.
活性層150は、Alx5Ga1−x5N(0≦x5<1)で構成される。活性層150のAl組成x5は、例えば、0≦x5≦0.1を満たし、結晶性を高めるために、好ましくは、活性層150は、GaNで構成される。活性層150の厚さは、例えば、100nm以上2000nm以下(例えば800nm)である。 The active layer 150 is composed of Al x5 Ga 1-x5 N (0 ≦ x5 <1). The Al composition x5 of the active layer 150 satisfies, for example, 0 ≦ x5 ≦ 0.1, and the active layer 150 is preferably composed of GaN in order to increase crystallinity. The thickness of the active layer 150 is, for example, 100 nm or more and 2000 nm or less (for example, 800 nm).
活性層150は、上層部分においては、つまりショットキ層160との界面近傍部分においては、炭素等の不純物の濃度が極力減らされていることが好ましい。不純物に起因するキャリア散乱を抑制することで、移動度を高めるためである。活性層150は、下層部分においては、炭素濃度が高められた層であってもよい。炭素添加により、耐電圧を高めることができる。 In the active layer 150, it is preferable that the concentration of impurities such as carbon is reduced as much as possible in the upper layer portion, that is, in the portion near the interface with the Schottky layer 160. This is to increase the mobility by suppressing carrier scattering caused by impurities. The active layer 150 may be a layer having an increased carbon concentration in the lower layer portion. Withstand voltage can be increased by adding carbon.
ショットキ層160は、Alx6Ga1−x6N(0<x6<1)で構成される。ショットキ層160のAl組成x6は、ショットキ層160におけるバンドギャップが活性層150におけるバンドギャップよりも大きくなり、活性層150内に2DEGが生成されるように、活性層150のAl組成x5よりも大きい値に選択される。ショットキ層160のAl組成x6は、例えば、0.1<x6≦0.3を満たすことが好ましい。ショットキ層160の膜厚とともに2DEG濃度が高まることが知られており、ショットキ層160の厚さは、例えば10nm以上にすることが好ましい。一方、ショットキ層160が厚すぎると、格子定数差および転位密度で決まる臨界膜厚を超えることにより、活性層150上にヘテロエピタキシャル成長されたショットキ層160の結晶性が低下する。このため、ショットキ層160の厚さは、例えば100nm以下とすることが好ましい。ショットキ層160の厚さは、例えば25nmである。 The Schottky layer 160 is composed of Al x6 Ga 1-x6 N (0 <x6 <1). The Al composition x6 of the Schottky layer 160 is larger than the Al composition x5 of the active layer 150 so that the bandgap in the Schottky layer 160 is larger than the bandgap in the active layer 150 and 2DEG is generated in the active layer 150. Selected for value. The Al composition x6 of the Schottky layer 160 preferably satisfies, for example, 0.1 <x6 ≦ 0.3. It is known that the 2DEG concentration increases with the film thickness of the Schottky layer 160, and the thickness of the Schottky layer 160 is preferably 10 nm or more, for example. On the other hand, if the Schottky layer 160 is too thick, the crystallinity of the Schottky layer 160 heteroepitaxially grown on the active layer 150 deteriorates because the critical film thickness determined by the lattice constant difference and the dislocation density is exceeded. Therefore, the thickness of the Schottky layer 160 is preferably 100 nm or less, for example. The thickness of the Schottky layer 160 is, for example, 25 nm.
デバイス形成層170は、後述のように、例えば有機金属気相成長(MOVPE)により、高温環境下(例えば1000℃以上)で形成される。結晶成長温度から室温(例えば25℃)まで降温させる際、デバイス形成層170の熱収縮が下地基板110の熱収縮よりも大きいため、デバイス形成層170に、引張応力が発生する。応力発生層140に発生させた圧縮応力により、デバイス形成層170に発生する引張応力を相殺させることにより、室温への降温後のエピ基板100における反りを抑制することができる。 As will be described later, the device forming layer 170 is formed in a high temperature environment (for example, 1000 ° C. or higher) by, for example, metalorganic vapor phase growth (MOVPE). When the temperature is lowered from the crystal growth temperature to room temperature (for example, 25 ° C.), the heat shrinkage of the device forming layer 170 is larger than the heat shrinkage of the base substrate 110, so that tensile stress is generated in the device forming layer 170. By canceling the tensile stress generated in the device forming layer 170 by the compressive stress generated in the stress generating layer 140, it is possible to suppress the warpage of the epi substrate 100 after the temperature is lowered to room temperature.
ショットキ層160は、Alx6Ga1−x6N(0<x6<1)、つまり、含有するIII族元素がAlおよびGaである窒化物であるAlGaNで構成されている。ここで、ショットキ層160を高温環境下で形成した後、そのまま室温まで降温させる態様を、比較形態と呼ぶ。比較形態では、ショットキ層160の形成後の降温工程において、ショットキ層160を構成するAlGaNが、その熱分解、あるいは雰囲気中の水素により、エッチングされる。当該エッチングにおいて、AlよりもGaおよびNが抜けやすいため、比較形態では、ショットキ層160の表面161が荒れる。特にAlGaNの熱的および化学的安定性は、結晶異方性を持つことが知られており、格子定数差が大きいSi基板上の本エピタキシャル成長においては、格子定数差に起因する転位が結晶中に多く存在するため、当該エッチングの影響が著しい。本実施形態では、以下に説明するように、ショットキ層160の表面161におけるこのような荒れが、抑制されている。 The Schottky layer 160 is composed of Al x6 Ga 1-x6 N (0 <x6 <1), that is, AlGaN which is a nitride in which the group III elements contained are Al and Ga. Here, a mode in which the Schottky layer 160 is formed in a high temperature environment and then the temperature is lowered to room temperature as it is is referred to as a comparative form. In the comparative form, in the temperature lowering step after the formation of the Schottky layer 160, the AlGaN constituting the Schottky layer 160 is etched by its thermal decomposition or hydrogen in the atmosphere. In the etching, Ga and N are more easily removed than Al, so that the surface 161 of the Schottky layer 160 is roughened in the comparative form. In particular, the thermal and chemical stability of AlGaN is known to have crystal anisotropy, and in this epitaxial growth on a Si substrate with a large lattice constant difference, dislocations due to the lattice constant difference occur in the crystal. Since there are many, the influence of the etching is remarkable. In the present embodiment, as described below, such roughness on the surface 161 of the Schottky layer 160 is suppressed.
次に、本実施形態によるエピ基板100の製造方法について説明する。下地基板110としてSi基板を準備する。下地基板110の上方に、反応抑制層120、中間層130、応力発生層140、活性層150およびショットキ層160を、例えばMOVPEにより成長させることで、エピ基板100を形成する。III族原料ガスのうちGa原料ガスとしては、例えばトリメチルガリウム(Ga(CH3)3、TMG)ガスが用いられる。III族原料ガスのうちAl原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3、TMA)ガスが用いられる。V族原料ガスである窒素(N)原料ガスとしては、例えばアンモニア(NH3)が用いられる。成長温度は、例えば、900℃〜1260℃の範囲で選択可能であり、III族原料ガスに対するV族原料ガスの流量比V/III比は、例えば、10〜10000の範囲で選択可能である。形成する各層の組成に応じて、各原料ガスの供給量の比率が調整される。形成する各層の厚さは、たとえば予備実験で得た成長速度から設計厚さに対応する成長時間を算出し、成長時間により厚さを制御できる。 Next, a method of manufacturing the epi substrate 100 according to the present embodiment will be described. A Si substrate is prepared as the substrate 110. The epi substrate 100 is formed by growing the reaction suppressing layer 120, the intermediate layer 130, the stress generating layer 140, the active layer 150, and the Schottky layer 160 above the base substrate 110 by, for example, MOVPE. As the Ga raw material gas among the group III raw material gases, for example, trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 , TMG) gas is used. As the Al source gas among the group III source gases, for example, trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 , TMA) gas is used. As the nitrogen (N) raw material gas which is a group V raw material gas, for example, ammonia (NH 3 ) is used. The growth temperature can be selected in the range of, for example, 900 ° C. to 1260 ° C., and the flow rate ratio V / III ratio of the group V raw material gas to the group III raw material gas can be selected in the range of, for example, 10 to 10,000. The ratio of the supply amount of each raw material gas is adjusted according to the composition of each layer to be formed. For the thickness of each layer to be formed, for example, the growth time corresponding to the design thickness can be calculated from the growth rate obtained in the preliminary experiment, and the thickness can be controlled by the growth time.
ショットキ層160を成長させた後、以下のような工程を行うことで、ショットキ層160の表面161の荒れが抑制される。図2は、本実施形態における、ショットキ層160の成長からエピ基板100を室温に降温させるまでの工程を示すタイミングチャートであり、基板温度、Ga原料ガスの供給量(以下、Ga供給量ともいう)、Al原料ガスの供給量(以下、Al供給量ともいう)、および、N原料ガスの供給量(以下、N供給量ともいう)の時間変化を示す。 By performing the following steps after growing the Schottky layer 160, the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160 is suppressed. FIG. 2 is a timing chart showing the steps from the growth of the Schottky layer 160 to the temperature lowering of the epi substrate 100 to room temperature in the present embodiment, and is a substrate temperature and a supply amount of Ga raw material gas (hereinafter, also referred to as Ga supply amount). ), The supply amount of Al source gas (hereinafter, also referred to as Al supply amount), and the time change of the supply amount of N source gas (hereinafter, also referred to as N supply amount).
図3(a)は、Ga供給量と、GaNの成長レート(またはエッチングレート)との対応関係の傾向を概念的に示すグラフである。Ga原料ガスとして、TMGを例示している。図3(a)では、GaNの成長またはエッチングが生じる程度の高温であって、N原料ガスは充分に供給されている条件を想定している。図3(a)に示す数値は例示である。また、Ga供給量とGaNの成長レートとの正確な数値的関係は、基板温度等によって変わり得る。 FIG. 3A is a graph conceptually showing the tendency of the correspondence between the Ga supply amount and the growth rate (or etching rate) of GaN. TMG is exemplified as the Ga raw material gas. In FIG. 3A, it is assumed that the temperature is high enough to cause GaN growth or etching, and the N raw material gas is sufficiently supplied. The numerical values shown in FIG. 3 (a) are examples. Further, the exact numerical relationship between the Ga supply amount and the GaN growth rate may change depending on the substrate temperature and the like.
図3(a)に示すように、TMG供給量が0では、GaNの成長レートは負であって、熱によるGaNのエッチングが生じる。TMG供給量を増加させるにつれ、成長レートは大きくなり、つまり、エッチングレートは小さくなり、図3(a)の例ではTMG供給量が10sccm程度において、成長レートおよびエッチングレートは0となる。TMG供給量をさらに増加させると、GaNの成長レートは、正に転じ、TMG供給量に応じて大きくなる。ここでTMG供給量とはTMGを収納しているバブラーに流す水素の流量を示す。実際のTMG供給量はTMGの温度、バブラーの内圧、水素の流量から算出されるが、ここでは水素の流量をTMG供給量と記載する。GaNの成長レートおよびエッチングレートを0とするような、つまりGaNの成長とエッチングとが切り替わる境界となるようなTMG供給量を、閾値供給量と呼ぶこととする。 As shown in FIG. 3A, when the TMG supply amount is 0, the growth rate of GaN is negative, and etching of GaN by heat occurs. As the TMG supply amount is increased, the growth rate increases, that is, the etching rate decreases, and in the example of FIG. 3A, when the TMG supply amount is about 10 sccm, the growth rate and the etching rate become 0. When the TMG supply amount is further increased, the growth rate of GaN turns positive and increases according to the TMG supply amount. Here, the TMG supply amount indicates the flow rate of hydrogen flowing through the bubbler containing the TMG. The actual TMG supply amount is calculated from the TMG temperature, the internal pressure of the bubbler, and the hydrogen flow rate. Here, the hydrogen flow rate is described as the TMG supply amount. The amount of TMG supplied such that the growth rate and etching rate of GaN are set to 0, that is, the boundary between the growth and etching of GaN is referred to as the threshold supply amount.
図2において、まず、時刻t1までは、所定の基板温度T1において、Ga原料ガス、Al原料ガスおよびN原料ガスを、それぞれ所定の供給量で供給することにより、AlGaNで構成されるショットキ層160を成長させる。 In FIG. 2, first, the Schottky layer 160 composed of AlGaN by supplying Ga raw material gas, Al raw material gas, and N raw material gas in predetermined supply amounts at a predetermined substrate temperature T1 until time t1. To grow.
ショットキ層160を成長させたら、時刻t1において、Al供給量を0とし、Ga供給量をF1に減少させる。また、Ga供給量の変化に応じて、V/III比が所定の値となるように、N供給量を調整する。Ga供給量F1は、GaNの成長レートが正となるように(例えば図3(a)においてTMG供給量20sccm程度となるように)選択される。以下、主として、時刻t1以後のGa供給量の変化について説明する。なお、図2のN供給量のタイミングチャートでは、Ga原料ガスとともにN原料ガスも供給されているということを簡略的に示すために、N供給量を一定値で示しているが、N供給量は、必要に応じ適宜調整されてよい。 When the Schottky layer 160 is grown, the Al supply amount is set to 0 and the Ga supply amount is reduced to F1 at time t1. Further, the N supply amount is adjusted so that the V / III ratio becomes a predetermined value according to the change in the Ga supply amount. The Ga supply amount F1 is selected so that the growth rate of GaN is positive (for example, the TMG supply amount is about 20 sccm in FIG. 3A). Hereinafter, changes in the amount of Ga supplied after time t1 will be mainly described. In the timing chart of the N supply amount in FIG. 2, the N supply amount is shown as a constant value in order to simply show that the N raw material gas is also supplied together with the Ga raw material gas. May be adjusted as needed.
時刻t1以後、Ga供給量は、F1から、時刻t2において閾値供給量であるF2となるように減少させ、その後さらに0まで減少させる。時刻t1以後、基板温度は、T1から降温させ、時刻t2よりも後の時刻t3において、GaNのエッチングが生じる下限温度であるT2となるように降温させる。Ga供給量は、例えば、時刻t3で0となるように減少させる。基板温度は、時刻t3の後、室温までさらに降温させる。 After the time t1, the Ga supply amount is reduced from F1 so as to be the threshold supply amount F2 at the time t2, and then further reduced to 0. After the time t1, the substrate temperature is lowered from T1 so as to be T2, which is the lower limit temperature at which GaN etching occurs at the time t3 after the time t2. The Ga supply amount is reduced so that it becomes 0 at time t3, for example. The substrate temperature is further lowered to room temperature after time t3.
時刻t1から時刻t2までの間は、Ga供給量が閾値供給量F2を超えているため、ショットキ層160上に、犠牲層200を構成するGaNが成長する(図3(b)参照)。これに対し、時刻t2より後、時刻t3までの間は、Ga供給量が閾値供給量F2未満であるため、犠牲層200を構成するGaNがエッチングされる。時刻t3において犠牲層200の全厚さが過不足なくエッチングされているように、時刻t2から時刻t3までの時間およびエッチングレートが調整されていることが好ましい。このような、犠牲層200の成長およびエッチングに適当な各種条件は、例えば予備実験により導くことができる。 Since the Ga supply amount exceeds the threshold supply amount F2 between the time t1 and the time t2, the GaN constituting the sacrificial layer 200 grows on the Schottky layer 160 (see FIG. 3B). On the other hand, after the time t2 and until the time t3, since the Ga supply amount is less than the threshold supply amount F2, the GaN constituting the sacrificial layer 200 is etched. It is preferable that the time from time t2 to time t3 and the etching rate are adjusted so that the total thickness of the sacrificial layer 200 is etched without excess or deficiency at time t3. Such various conditions suitable for the growth and etching of the sacrificial layer 200 can be derived, for example, by preliminary experiments.
図2では、Ga供給量を時刻t1から時刻t3まで一定の傾きで減少させる態様を例示しているが、Ga供給量の減少のさせ方は、必要に応じて調整されてよい。例えば、犠牲層200を成長させる期間である時刻t1から時刻t2までのGa供給量の減少の傾きに対して、犠牲層200をエッチングする期間である時刻t2から時刻t3までのGa供給量の減少の傾きを、異ならせるようにしてもよい。なお、図2のGa供給量のタイミングチャートでは、Ga供給量を減少させるという概念を簡略的に示すために、時間に比例して(直線的に)Ga供給量を減少させているが、Ga供給量の変化は、時間に比例した(直線的な)ものであることが必須ではなく、適宜調整されてよい。 FIG. 2 illustrates a mode in which the Ga supply amount is reduced with a constant inclination from the time t1 to the time t3, but the method of reducing the Ga supply amount may be adjusted as necessary. For example, with respect to the slope of the decrease in the Ga supply amount from the time t1 to the time t2, which is the period for growing the sacrificial layer 200, the decrease in the Ga supply amount from the time t2 to the time t3, which is the period for etching the sacrificial layer 200. The inclination of may be different. In the timing chart of the Ga supply amount in FIG. 2, the Ga supply amount is reduced in proportion to the time (linearly) in order to simply show the concept of reducing the Ga supply amount. The change in supply does not necessarily have to be time-proportional (linear) and may be adjusted accordingly.
本実施形態によれば、犠牲層200によりショットキ層160の表面161が保護された状態で降温が行われるので、降温中のエッチングに起因してショットキ層160の表面161が荒れることが抑制される。犠牲層200は、降温中にエッチングされ、時刻t3においてその全厚さのエッチングが終了する。時刻t3において犠牲層200が無くなることでショットキ層160の表面161が露出しても、時刻t3より後は基板温度がT2未満に低下しているため、表面161がエッチングされて荒れることを、抑制できる。なお、ショットキ層160の表面161の荒れをより抑制するために、N原料ガスの供給は、Ga原料ガスの供給量が0になる時刻以降も続けることが好ましい。 According to the present embodiment, since the temperature is lowered while the surface 161 of the Schottky layer 160 is protected by the sacrificial layer 200, it is possible to prevent the surface 161 of the Schottky layer 160 from being roughened due to etching during the temperature lowering. .. The sacrificial layer 200 is etched during the temperature decrease, and the etching of the entire thickness is completed at time t3. Even if the surface 161 of the Schottky layer 160 is exposed by eliminating the sacrificial layer 200 at time t3, the substrate temperature drops below T2 after time t3, so that the surface 161 is prevented from being etched and roughened. it can. In order to further suppress the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160, it is preferable that the supply of the N raw material gas is continued even after the time when the supply amount of the Ga raw material gas becomes zero.
本実施形態では、時刻t1から時刻t2までの間に、基板温度を降温させながら、N原料ガスとともに閾値供給量F2を超えるGa原料ガスを供給することにより、つまり、Ga原料ガスおよびN原料ガスをGaNが成長する条件で供給することにより、GaNで構成される犠牲層200を成長させる。ショットキ層160は、外周クラックの発生等による品質低下を抑制するために、成長後はできるだけ高温の雰囲気に曝したくない。つまり、ショットキ層160の成長後は、少しでも早く降温を開始することが好ましい。本実施形態では、犠牲層200の成長を降温中に行うことで、ショットキ層160が高温の雰囲気に曝されることを抑制しつつ、犠牲層200を成長させることができる。 In the present embodiment, by supplying the Ga raw material gas exceeding the threshold supply amount F2 together with the N raw material gas while lowering the substrate temperature between the time t1 and the time t2, that is, the Ga raw material gas and the N raw material gas. Is supplied under the condition that GaN grows, so that the sacrificial layer 200 composed of GaN is grown. The Schottky layer 160 does not want to be exposed to an atmosphere as high as possible after growth in order to suppress quality deterioration due to the occurrence of outer peripheral cracks and the like. That is, it is preferable to start lowering the temperature as soon as possible after the Schottky layer 160 has grown. In the present embodiment, by growing the sacrificial layer 200 during the temperature decrease, the sacrificial layer 200 can be grown while suppressing the exposure of the Schottky layer 160 to a high temperature atmosphere.
本実施形態では、犠牲層200の成長時に、Ga供給量を、閾値供給量F2に向けて減少させていく。これにより、GaNの成長レートを非常に小さく制御することができるので、犠牲層200としてごく薄いGaNを成長させることができる。例えば、時刻t1から時刻t2までを120秒とし、時刻t1での成長レート0.02nm/秒から、時刻t2での成長レート0.00nm/秒まで、時間に比例して成長レートを減少させていく態様を考えると、成長するGaNの厚さは1.2nmと見積もられる。 In the present embodiment, when the sacrificial layer 200 grows, the Ga supply amount is reduced toward the threshold supply amount F2. As a result, the growth rate of GaN can be controlled to be very small, so that very thin GaN can be grown as the sacrificial layer 200. For example, the time from time t1 to time t2 is set to 120 seconds, and the growth rate is reduced in proportion to the time from the growth rate of 0.02 nm / sec at time t1 to the growth rate of 0.00 nm / second at time t2. Considering some aspects, the thickness of the growing GaN is estimated to be 1.2 nm.
本実施形態では、時刻t2の後、時刻t3までの間に、基板温度を降温させながら、N原料ガスとともに閾値供給量F2未満のGa原料ガスを供給することにより、つまり、Ga原料ガスおよびN原料ガスをGaNがエッチングされる条件で供給することにより、犠牲層200をエッチングする。これにより、Ga原料ガスをまったく供給せずに犠牲層200をエッチングする態様と比べて、エッチングレートを非常に小さく(例えば、好ましくは0.02nm/秒未満、より好ましくは0.01nm/秒未満に)制御することができるので、犠牲層200としてごく薄く成長させたGaNを過不足なく全厚さ除去するエッチングを、精密に行うことができる。犠牲層200をごく薄く形成することで、非常に小さなエッチングレートであっても、犠牲層200の全厚さをエッチングすることが容易になる。犠牲層200の精密なエッチングが可能となることで、ショットキ層160の表面161の荒れを、適正に抑制することができる。 In the present embodiment, by supplying the Ga raw material gas having a threshold supply amount of less than F2 together with the N raw material gas while lowering the substrate temperature between the time t2 and the time t3, that is, the Ga raw material gas and the N raw material gas. The sacrificial layer 200 is etched by supplying the raw material gas under the condition that the GaN is etched. As a result, the etching rate is very small (for example, preferably less than 0.02 nm / sec, more preferably less than 0.01 nm / sec) as compared with the embodiment in which the sacrificial layer 200 is etched without supplying any Ga raw material gas. Since it can be controlled, etching can be performed precisely to remove the entire thickness of GaN grown very thinly as the sacrificial layer 200 without excess or deficiency. By forming the sacrificial layer 200 very thinly, it becomes easy to etch the entire thickness of the sacrificial layer 200 even at a very small etching rate. Since the sacrificial layer 200 can be precisely etched, the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160 can be appropriately suppressed.
以上説明したように、本実施形態によれば、ショットキ層160の表面161の荒れが抑制されたエピ基板100を得ることができる。ショットキ層160の表面161は、デバイス形成層170の表面を構成するため、ショットキ層160の表面161の荒れを抑制することで、エピ基板100を用いて形成される半導体装置の特性向上を図ることができる。例えば、ショットキ層160の表面161の荒れを抑制することで、エピ基板100を用いて形成されるHEMTのゲート電極のリーク電流などの抑制が図られる。このように、本実施形態のエピ基板100を用いることで、III族窒化物半導体で構成され省エネルギー効果等に優れた半導体装置の高品質化を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain the epi substrate 100 in which the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160 is suppressed. Since the surface 161 of the Schottky layer 160 constitutes the surface of the device forming layer 170, it is possible to improve the characteristics of the semiconductor device formed by using the epi substrate 100 by suppressing the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160. Can be done. For example, by suppressing the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160, the leakage current of the gate electrode of the HEMT formed by using the epi substrate 100 can be suppressed. As described above, by using the epi substrate 100 of the present embodiment, it is possible to improve the quality of the semiconductor device which is composed of the group III nitride semiconductor and has excellent energy saving effect and the like.
本実施形態によるショットキ層160の、室温まで降温された状態での表面161における荒れの抑制は、以下に説明するように、原子間力顕微鏡(AFM)での観察により評価される。 The suppression of roughness of the Schottky layer 160 according to the present embodiment on the surface 161 when the temperature is lowered to room temperature is evaluated by observation with an atomic force microscope (AFM) as described below.
<実施例>
次に、実施例および比較例を参照して、上述の実施形態によるショットキ層160の表面161の特徴を、上述の比較形態によるショットキ層160の表面161の特徴と対比しつつ、説明する。図4(a)および図4(b)は、実施例によるショットキ層160の表面161の5μm角の領域を示すAFM像であり、図5(a)および図5(b)は、比較例によるショットキ層160の表面161の5μm角の領域を示すAFM像である。各表面161の表面粗さとして、5μm角の領域に対するAFM像から、二乗平均平方根粗さRMS(以下単に、RMSともいう)を求めた。
<Example>
Next, with reference to Examples and Comparative Examples, the characteristics of the surface 161 of the Schottky layer 160 according to the above-described embodiment will be described in comparison with the characteristics of the surface 161 of the Schottky layer 160 according to the above-mentioned comparative embodiment. 4 (a) and 4 (b) are AFM images showing a region of 5 μm square on the surface 161 of the Schottky layer 160 according to the embodiment, and FIGS. 5 (a) and 5 (b) are based on a comparative example. 6 is an AFM image showing a region of 5 μm square on the surface 161 of the Schottky layer 160. As the surface roughness of each surface 161, the root mean square roughness RMS (hereinafter, also simply referred to as RMS) was obtained from the AFM image for a region of 5 μm square.
実施例のAFM像および比較例のAFM像の両方において、段状構造(あるいは、層が重なったように見える構造、鱗状に見える構造)が観察される。なお、これらの段状構造は、原子レベルの段状構造であるステップ・テラス構造と比べると、不規則である。 In both the AFM image of the example and the AFM image of the comparative example, a stepped structure (or a structure that looks like overlapping layers, a structure that looks like a scale) is observed. It should be noted that these stepped structures are irregular as compared with the step terrace structure, which is a stepped structure at the atomic level.
図5(a)および図5(b)に示すように、比較例のAFM像では、段状構造が観察されるものの、段状構造を構成する段の縁が、平面視において細かな凹凸(山と谷と)を有する波状である。このように、比較例によるショットキ層160の表面161は、荒れた表面となっている。比較例の表面161のRMSは、0.31nmである。図5(b)では、図5(a)のAFM像で観察される段の縁の一部上に、例示的に、輪郭線を重ねて示している。 As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), although a stepped structure is observed in the AFM image of the comparative example, the edges of the steps forming the stepped structure have fine irregularities in a plan view. It is wavy with peaks and valleys). As described above, the surface 161 of the Schottky layer 160 according to the comparative example is a rough surface. The RMS of the surface 161 of the comparative example is 0.31 nm. In FIG. 5 (b), a contour line is schematically shown superimposed on a part of the edge of the step observed in the AFM image of FIG. 5 (a).
図4(a)および図4(b)に示すように、実施例のAFM像では、段状構造を構成する段の縁が、おおむね、比較例の段の縁に見られるような(平面視における)細かな凹凸を有さず、荒れが抑制された表面となっている。実施例の表面161のRMSは、0.27nmである。図4(b)では、図4(a)のAFM像で観察される段の縁の一部上に、例示的に、輪郭線を重ねて示している。 As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), in the AFM image of the embodiment, the edges of the steps constituting the stepped structure are generally seen at the edges of the steps of the comparative example (plan view). The surface does not have fine irregularities (in) and the roughness is suppressed. The RMS of the surface 161 of the example is 0.27 nm. In FIG. 4 (b), a contour line is schematically shown superimposed on a part of the edge of the step observed in the AFM image of FIG. 4 (a).
図6(a)は、図4(b)に例示した、実施例のAFM像で観察される段の縁の輪郭線11〜16を示す概略平面図である。図6(b)は、図5(b)に例示した、比較例のAFM像で観察される段の縁の輪郭線21、22を示す概略平面図である。図6(a)および図6(b)に、0.5μmのスケールバー31と、半径0.2μmの円32と、半径0.15μmの円33と、を示す。 FIG. 6A is a schematic plan view showing contour lines 11 to 16 of the edges of the steps observed in the AFM image of the embodiment illustrated in FIG. 4B. 6 (b) is a schematic plan view showing contour lines 21 and 22 of the edges of the steps observed in the AFM image of the comparative example illustrated in FIG. 5 (b). 6 (a) and 6 (b) show a scale bar 31 having a radius of 0.5 μm, a circle 32 having a radius of 0.2 μm, and a circle 33 having a radius of 0.15 μm.
輪郭線11〜16に対応する段の縁は、実施例のAFM像で観察される複数の段のうちの一部の段の縁を、例示的に任意に選択したものである。各輪郭線11等は、それに対応する各段の縁の、例示的に任意に選択された少なくとも一部を示す。輪郭線21、22に対応する段の縁は、比較例のAFM像で観察される複数の段のうちの一部の段の縁を、例示的に任意に選択したものである。各輪郭線21等は、それに対応する各段の縁の、例示的に任意に選択された少なくとも一部を示す。 The edge of the step corresponding to the contour lines 11 to 16 is an example in which the edge of a part of the steps observed in the AFM image of the embodiment is arbitrarily selected. Each contour line 11 or the like represents at least an exemplary, arbitrarily selected portion of the corresponding edge of each step. The edges of the steps corresponding to the contour lines 21 and 22 are exemplary and arbitrarily selected from the edges of some of the steps observed in the AFM image of the comparative example. Each contour line 21, etc. indicates at least an exemplary, arbitrarily selected portion of the corresponding edge of each step.
図6(a)からわかるように、実施例のAFM像で観察される段状構造を構成する段の縁として、長さが例えば0.5μm以上、また例えば0.7μm以上の弧状部分を有する縁が、例えば2つ以上、また例えば5つ以上観察される。輪郭線11〜16のそれぞれは、このような弧状部分を示す。ここで、弧状部分とは、当該部分上で凸方向が反転しないような形状の部分を示す。つまり、当該部分が、(平面視において)当該部分上で凹凸(山と谷と)を有するように波状に湾曲した形状でないことを示す。なお、段の縁は、原子レベルに拡大すればジグザグ状(鋸歯状)に見えると推測されるが、ここでは例えば、図示の輪郭線の太さである0.02μmの幅内に収まる凹凸は無視するように平滑化して、段の縁の形状を評価する。また、段の縁の長さとは、縁に沿った長さをいう。 As can be seen from FIG. 6A, the edge of the step constituting the stepped structure observed in the AFM image of the embodiment has an arc-shaped portion having a length of, for example, 0.5 μm or more, and for example, 0.7 μm or more. For example, two or more edges, for example five or more, are observed. Each of the contour lines 11 to 16 shows such an arcuate portion. Here, the arc-shaped portion indicates a portion having a shape in which the convex direction is not reversed on the portion. That is, it indicates that the portion does not have a wavy curved shape (in a plan view) so as to have irregularities (peaks and valleys) on the portion. It is presumed that the edge of the step looks zigzag (sawtooth) when expanded to the atomic level, but here, for example, the unevenness that fits within the width of 0.02 μm, which is the thickness of the contour line shown in the figure, is Evaluate the shape of the edge of the step, smoothing it to ignore. Further, the length of the edge of the step means the length along the edge.
実施例では、比較例と比べて、段の縁の曲がり方が緩やかである。図6(a)に例示した輪郭線11〜16のうちでは、輪郭線14が、曲がり方が最も急な部分を有している。一つの代表例として、輪郭線14の曲率半径を評価する。輪郭線14の曲がり方が最も急な部分の曲率半径は、円32との比較から0.2μmと見積もられ、円33との比較から0.15μmを超えていると見積もられる。これを踏まえると、輪郭線11〜16で示した弧状部分は、それぞれ、曲率半径が例えば0.15μm以上、また例えば0.2μm以上である。弧状部分の曲率半径とは、当該弧状部分のうち曲率半径が最も小さい位置の曲率半径をいう。なお、段の縁のうち、どの部分を、(長さが例えば0.5μm以上、また例えば0.7μm以上の)弧状部分として捉えるかは任意性を有する。例えば、図6(a)に示す輪郭線14のうち、紙面上端側を除いて紙面下端側の部分を弧状部分として捉え直すと、捉え直された弧状部分の曲率半径は、0.2μmを超えている。 In the embodiment, the edge of the step is bent more gently than in the comparative example. Among the contour lines 11 to 16 illustrated in FIG. 6A, the contour line 14 has a portion having the steepest bend. As one typical example, the radius of curvature of the contour line 14 is evaluated. The radius of curvature of the portion of the contour line 14 where the bending is the steepest is estimated to be 0.2 μm from the comparison with the circle 32, and is estimated to exceed 0.15 μm from the comparison with the circle 33. Based on this, each of the arcuate portions shown by the contour lines 11 to 16 has a radius of curvature of, for example, 0.15 μm or more, and for example, 0.2 μm or more. The radius of curvature of the arc-shaped portion means the radius of curvature of the position where the radius of curvature is the smallest in the arc-shaped portion. It should be noted that it is arbitrary which part of the edge of the step is regarded as an arc-shaped part (with a length of, for example, 0.5 μm or more, and for example, 0.7 μm or more). For example, in the contour line 14 shown in FIG. 6A, when the portion on the lower end side of the paper surface is reinterpreted as an arc-shaped portion except for the upper end side of the paper surface, the radius of curvature of the re-captured arc-shaped portion exceeds 0.2 μm. ing.
このように、実施例では、ショットキ層160の表面161のAFM像で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が例えば0.15μm以上(また例えば0.2μm以上)で長さが例えば0.5μm以上(また例えば0.7μm以上)の弧状部分を有するという特徴を示す縁が、例えば2つ以上(また例えば5つ以上)観察される。このような特徴を、以下、弧状の特徴ともいう。 As described above, in the embodiment, the stepped structure is observed in the region of 5 μm square observed in the AFM image of the surface 161 of the Schottky layer 160, and the radius of curvature is, for example, 0 as the edge of the step forming the stepped structure. There are, for example, two or more (and, for example, five or more) edges characterized by having an arcuate portion of .15 μm or more (and, for example, 0.2 μm or more) and, for example, 0.5 μm or more (and, for example, 0.7 μm or more) in length. ) Observed. Such features are also hereinafter referred to as arc-shaped features.
実施例において、荒れが抑制された段状構造が観察されているものの、AFM像の5μm角の領域全域で(または1μm角以上の領域で)一方向に延びる縁が平行に並んだ縞状のパターンが観察されるような、規則的な段状構造までは得られていない。 In the examples, although a stepped structure in which roughness is suppressed is observed, a striped pattern in which edges extending in one direction are arranged in parallel over the entire 5 μm square region (or in a region of 1 μm square or more) of the AFM image. It is not possible to obtain a regular stepped structure in which a pattern can be observed.
実施例の段状構造が有する不規則性は、例えば以下のように表現される。AFM像の5μm角の領域において、弧状の特徴を示すある縁のある位置における延在方向と、弧状の特徴を示す他の縁のある位置における延在方向と、のなす角が、例えば45°以上、また例えば60°以上、さらに例えば75°以上であるような、ある縁および他の縁が観察される。つまり、平行から(なす角が0°から)大きく外れた関係にある、ある縁および他の縁が観察される。 The irregularity of the stepped structure of the embodiment is expressed as follows, for example. In a region of 5 μm square of the AFM image, the angle formed by the extending direction at a certain edged position showing an arc-shaped feature and the extending direction at another edged position showing an arc-shaped feature is, for example, 45 °. Above, for example 60 ° or more, and even more, for example 75 ° or more, some edges and other edges are observed. That is, one edge and another edge are observed that are significantly out of parallel (with an angle of 0 °).
図6(a)では、このような、ある縁および他の縁として、輪郭線14で示される縁、および、輪郭線15で示される縁が例示される。輪郭線14で示される縁のある位置における延在方向を示す破線14tと、輪郭線15で示される縁のある位置における延在方向を示す破線15tと、のなす角40は、本例では80°である。 In FIG. 6A, such an edge and another edge are illustrated by the edge shown by the contour line 14 and the edge shown by the contour line 15. The angle 40 formed by the broken line 14t indicating the extending direction at the edged position indicated by the contour line 14 and the dashed line 15t indicating the extending direction at the edged position indicated by the contour line 15 is 80 in this example. °.
実施例の段状構造が有する不規則性は、また例えば以下のように表現される。AFM像の5μm角の領域において、弧状の特徴を示すある縁と、弧状の特徴を示す他の縁とが、(平面視上で)重なる箇所が観察される。つまり、ある縁と他の縁とが、(平面視上で)枝分かれするように見える箇所が観察される。 The irregularities of the stepped structure of the examples are also expressed, for example, as follows. In the region of 5 μm square of the AFM image, a portion where one edge showing arc-shaped features and another edge showing arc-shaped features overlap (in a plan view) is observed. That is, a part where one edge and another edge appear to branch (in a plan view) is observed.
図6(a)では、このような、ある縁および他の縁として、輪郭線11で示される縁、および、輪郭線12で示される縁が例示される。輪郭線11で示される縁と、輪郭線12で示される縁とが、重なる箇所(枝分かれするように見える箇所)を、矢印50で示す。 In FIG. 6A, as such an edge and another edge, the edge indicated by the contour line 11 and the edge indicated by the contour line 12 are exemplified. An arrow 50 indicates a portion where the edge indicated by the contour line 11 and the edge indicated by the contour line 12 overlap (a portion that appears to branch).
図6(b)からわかるように、比較例のAFM像で観察される段状構造を構成する段の縁として、長さが例えば0.5μm以下の範囲内に波状に湾曲した波状部分を有する縁が、観察される。また、このような波状部分は、例えば0.15μm以下、また例えば0.2μm以下の曲率半径で湾曲する部分を有する。輪郭線21、22のそれぞれは、このような波状部分を有する。このような波状部分を有するという特徴を、以下、波状の特徴ともいう。 As can be seen from FIG. 6B, the edge of the step constituting the stepped structure observed in the AFM image of the comparative example has a wavy portion curved in a wavy shape within a range of, for example, 0.5 μm or less in length. The edges are observed. Further, such a wavy portion has a portion curved with a radius of curvature of, for example, 0.15 μm or less, and for example, 0.2 μm or less. Each of the contour lines 21 and 22 has such a wavy portion. The feature of having such a wavy portion is also hereinafter referred to as a wavy feature.
図4(a)および図4(b)からわかるように、実施例の段状構造においては、波状の特徴を示す縁は、観察されないか、または、比較例の段状構造と比べて非常に少ない。つまり、実施例の段状構造においては、波状の特徴を示す縁が、弧状の特徴を示す縁よりも少ない。 As can be seen from FIGS. 4 (a) and 4 (b), in the stepped structure of the example, the edge showing the wavy feature is not observed or is very much compared with the stepped structure of the comparative example. Few. That is, in the stepped structure of the embodiment, there are fewer edges showing wavy features than edges showing arc-shaped features.
図7(a)および図7(b)は、他の実施例によるショットキ層160の表面161の5μm角の領域を示すAFM像である。他の実施例の表面161のRMSは、0.20nmである。図7(b)では、図7(a)のAFM像で観察される段の縁の一部上に、例示的に、輪郭線を重ねて示している。 7 (a) and 7 (b) are AFM images showing a region of 5 μm square on the surface 161 of the Schottky layer 160 according to another embodiment. The RMS of the surface 161 of the other embodiment is 0.20 nm. In FIG. 7 (b), a contour line is schematically shown superimposed on a part of the edge of the step observed in the AFM image of FIG. 7 (a).
他の実施例においても、上述の実施例と同様に、弧状の特徴を示す縁が、例えば2つ以上(また例えば5つ以上)観察される。また、他の実施例においても、上述の実施例に対して説明した不規則性が、観察される。また、他の実施例においても、波状の特徴を示す縁が、弧状の特徴を示す縁よりも少ない。 In the other examples as well, as in the above-described embodiment, for example, two or more (and for example, five or more) edges exhibiting arcuate features are observed. Also, in the other examples, the irregularities described for the above-mentioned examples are observed. Also in other embodiments, there are fewer edges showing wavy features than edges showing arc-shaped features.
なお、5μm角の領域におけるRMSは、比較例の0.31nmに対し、2つの実施例で0.27nmおよび0.20nmであり、比較例と実施例とでほぼ変わらない(他の比較例において0.19nmというRMSも得られている)。このため、実施例による表面161の荒れの抑制効果をRMSの差によって評価することは難しい。しかし、AFM像は比較例と実施例とで明確に異なっており、上述のように、段状構造を構成する段の縁の形状的特徴によって、実施例による表面161の荒れの抑制効果を評価することが可能となる。 The RMS in the region of 5 μm square is 0.27 nm and 0.20 nm in the two examples with respect to 0.31 nm in the comparative example, which are almost the same between the comparative example and the example (in other comparative examples). An RMS of 0.19 nm has also been obtained). Therefore, it is difficult to evaluate the effect of suppressing the roughness of the surface 161 according to the examples by the difference in RMS. However, the AFM images are clearly different between the comparative example and the example, and as described above, the effect of suppressing the roughness of the surface 161 by the example is evaluated by the shape characteristics of the edges of the steps constituting the stepped structure. It becomes possible to do.
<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。
<Other embodiments>
The embodiment of the present invention has been specifically described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist thereof.
上述の実施形態では、ショットキ層160の成長後、基板温度を降温させながら、犠牲層200を成長させ、成長させた犠牲層200をエッチングすることで、ショットキ層160の表面161の荒れを抑制する態様を例示した。しかし、ショットキ層160の表面161の荒れを抑制するために、犠牲層200を成長させることが必須ではない。以下、他の実施形態として、犠牲層200を成長させずにショットキ層160の表面161の荒れを抑制する態様について例示する。 In the above-described embodiment, after the Schottky layer 160 has grown, the sacrificial layer 200 is grown while the substrate temperature is lowered, and the grown sacrificial layer 200 is etched to suppress the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160. An embodiment is illustrated. However, it is not essential to grow the sacrificial layer 200 in order to suppress the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160. Hereinafter, as another embodiment, an embodiment in which the surface 161 of the Schottky layer 160 is suppressed from being roughened without growing the sacrificial layer 200 will be illustrated.
図8は、他の実施形態における、ショットキ層160の成長からエピ基板100を室温に降温させるまでの工程を示すタイミングチャートであり、基板温度、Ga供給量、Al供給量およびN供給量の時間変化を示す。上述の実施形態で説明した図2との違いは、Ga供給量のタイミングチャートである。なお、図2と同様に、N供給量を簡略的に一定値で示すが、N供給量は、必要に応じ適宜調整されてよい。 FIG. 8 is a timing chart showing the steps from the growth of the Schottky layer 160 to the temperature lowering of the epi substrate 100 to room temperature in another embodiment, and the time of the substrate temperature, the Ga supply amount, the Al supply amount, and the N supply amount. Show change. The difference from FIG. 2 described in the above-described embodiment is the timing chart of the Ga supply amount. Although the N supply amount is simply shown by a constant value as in FIG. 2, the N supply amount may be appropriately adjusted as necessary.
本実施形態では、Ga供給量を、時刻t1から時刻t3まで、GaNの成長レートおよびエッチングレートを0とするような閾値供給量F2とする。つまり、時刻t1から時刻t3まで、基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、ショットキ層160上に、GaNが成長もせずエッチングもされない条件で供給する。なお、図8のGa供給量のタイミングチャートでは、Ga原料ガスを閾値供給量F2で供給するという概念を簡略的に示すために、Ga供給量を一定値で示しているが(つまり、閾値供給量F2を一定値として示しているが)、閾値供給量F2は、温度に応じて変動し得る。このため、実際のGa原料ガス供給において、温度に応じて変動する閾値供給量F2に合わせるように、Ga供給量は調整されてよい。 In the present embodiment, the Ga supply amount is set to the threshold supply amount F2 such that the growth rate and etching rate of GaN are 0 from time t1 to time t3. That is, from time t1 to time t3, the Ga raw material gas and the N raw material gas are supplied onto the Schottky layer 160 under the condition that GaN is neither grown nor etched while lowering the substrate temperature. In the timing chart of the Ga supply amount in FIG. 8, the Ga supply amount is shown as a constant value in order to simply show the concept of supplying the Ga raw material gas with the threshold supply amount F2 (that is, the threshold supply amount). Although the amount F2 is shown as a constant value), the threshold supply amount F2 can fluctuate depending on the temperature. Therefore, in the actual Ga raw material gas supply, the Ga supply amount may be adjusted so as to match the threshold supply amount F2 that fluctuates according to the temperature.
本実施形態では、降温中のGa供給量を閾値供給量F2に維持することで、GaNが成長せず犠牲層200は形成されないが、一方でGaNのエッチングも抑制されるため、ショットキ層160の表面161におけるGaおよびNの抜けが抑制される。これにより、上述の実施形態と同様に、ショットキ層160の表面161の荒れを抑制することができる。 In the present embodiment, by maintaining the Ga supply amount during temperature reduction at the threshold supply amount F2, GaN does not grow and the sacrificial layer 200 is not formed, but on the other hand, the etching of GaN is also suppressed, so that the Schottky layer 160 The loss of Ga and N on the surface 161 is suppressed. Thereby, as in the above-described embodiment, the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160 can be suppressed.
さらに他の実施形態として、以下のような態様も挙げられる。ショットキ層160の上には、必要に応じ、キャップ層165が形成されてもよい(図1参照)。つまり、ショットキ層160の形成後に、さらにキャップ層165を成長させてもよい。キャップ層165は、Alx7Ga1−x7N(0≦x7<x6、x6はショットキ層160のAl組成)で構成され、好ましくは、GaNで構成される。キャップ層165の厚さは、例えば、2nm以上200nm以下(好ましくは5nm以下100nm以下)である。キャップ層165は、厚さ方向の一部にp型不純物を含んでいてもよく、全厚さにp型不純物を含んでいてもよい。キャップ層165の成長中に マグネシウム(Mg)などのp型不純物をドーパントとして供給することで、キャップ層165を、p型不純物を含む層とすることができる。なお、ドープ量をあまりに高濃度にすると、キャップ層165の結晶性の悪化が懸念されるので、p型不純物のドープ量は、例えば4×1019cm−2以下が好ましい。キャップ層165は、例えば、HEMT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設けられる。キャップ層165を、デバイス形成層170の一部と捉えてもよい。上述の実施形態で説明したようにショットキ層160の表面161の荒れが抑制されていることで、表面161の上に形成されるキャップ層165の膜厚を、精密に制御することが可能となる。 Still other embodiments include the following aspects. A cap layer 165 may be formed on the Schottky layer 160, if necessary (see FIG. 1). That is, the cap layer 165 may be further grown after the Schottky layer 160 is formed. The cap layer 165 is composed of Al x7 Ga 1-x7 N (0 ≦ x7 <x6, x6 is the Al composition of the Schottky layer 160), and is preferably composed of GaN. The thickness of the cap layer 165 is, for example, 2 nm or more and 200 nm or less (preferably 5 nm or less and 100 nm or less). The cap layer 165 may contain p-type impurities in a part in the thickness direction, or may contain p-type impurities in the total thickness. By supplying a p-type impurity such as magnesium (Mg) as a dopant during the growth of the cap layer 165, the cap layer 165 can be made into a layer containing the p-type impurity. If the doping amount is too high, the crystallinity of the cap layer 165 may be deteriorated. Therefore, the doping amount of the p-type impurity is preferably 4 × 10 19 cm- 2 or less, for example. The cap layer 165 is provided, for example, to improve the device characteristics (controllability of the threshold voltage, etc.) of the HEMT. The cap layer 165 may be regarded as a part of the device forming layer 170. Since the roughness of the surface 161 of the Schottky layer 160 is suppressed as described in the above-described embodiment, the film thickness of the cap layer 165 formed on the surface 161 can be precisely controlled. ..
<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。
<Preferable Aspect of the Present Invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be added.
(付記1)
下地基板と、
前記下地基板の上方に形成され、AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層と、
を有し、
前記第1半導体層の表面の原子間力顕微鏡で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、前記段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が例えば0.15μm以上(また例えば0.2μm以上)で長さが例えば0.5μm以上(また例えば0.7μm以上)の弧状部分を有するという第1の特徴を示す縁が、例えば2つ以上(また例えば5つ以上)観察される、エピタキシャル基板。
(Appendix 1)
Underground board and
A first semiconductor layer formed above the base substrate and composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) and
Have,
A stepped structure is observed in a region of 5 μm square observed by an atomic force microscope on the surface of the first semiconductor layer, and the radius of curvature is, for example, 0.15 μm or more as the edge of the step forming the stepped structure ( Further, there are, for example, two or more (and, for example, five or more) edges showing the first characteristic that the arc-shaped portion has, for example, 0.2 μm or more and a length of, for example, 0.5 μm or more (and 0.7 μm or more). Observed epitaxial substrate.
(付記2)
前記領域において、前記第1の特徴を示す第1の縁のある位置における延在方向と、前記第1の特徴を示す第2の縁のある位置における延在方向と、のなす角が、例えば45°以上(また例えば60°以上、さらに例えば75°以上)であるような、前記第1の縁および前記第2の縁が観察される、付記1に記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 2)
In the region, the angle formed by the extending direction at the position with the first edge showing the first feature and the extending direction at the position with the second edge showing the first feature is, for example, The epitaxial substrate according to Appendix 1, wherein the first edge and the second edge are observed so as to be 45 ° or more (and, for example, 60 ° or more, further, for example, 75 ° or more).
(付記3)
前記領域において、前記第1の特徴を示す第3の縁と、前記第1の特徴を示す第4の縁と、が重なる箇所が観察される、付記1または2に記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 3)
The epitaxial substrate according to Appendix 1 or 2, wherein in the region, a portion where the third edge showing the first feature and the fourth edge showing the first feature overlap is observed.
(付記4)
前記領域において、前記段状構造を構成する段の縁のうち、長さが0.5μm以下の範囲内に波状に湾曲した波状部分を有し前記波状部分は例えば0.15μm以下(また例えば0.2μm以下)の曲率半径で湾曲する部分を有する、という第2の特徴を示す縁が、前記第1の特徴を示す縁よりも少ない、付記1〜3のいずれか1つに記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 4)
In the region, among the edges of the steps constituting the stepped structure, a wavy portion having a wavy curve within a range of 0.5 μm or less in length is provided, and the wavy portion is, for example, 0.15 μm or less (and, for example, 0). The epitaxial substrate according to any one of Supplementary note 1 to 3, wherein the edge showing the second feature of having a portion curved with a radius of curvature of .2 μm or less is less than the edge showing the first feature. ..
(付記5)
前記第1半導体層のAl組成xは、0.1<x≦0.3の範囲内の値である、付記1〜4のいずれか1つに記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 5)
The epitaxial substrate according to any one of Supplementary note 1 to 4, wherein the Al composition x of the first semiconductor layer is a value within the range of 0.1 <x ≦ 0.3.
(付記6)
前記第1半導体層の厚さは、10nm以上である、付記1〜5のいずれか1つに記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 6)
The epitaxial substrate according to any one of Appendix 1 to 5, wherein the thickness of the first semiconductor layer is 10 nm or more.
(付記7)
前記第1半導体層の厚さは、100nm以下である、付記1〜6のいずれか1つに記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 7)
The epitaxial substrate according to any one of Supplementary note 1 to 6, wherein the thickness of the first semiconductor layer is 100 nm or less.
(付記8)
前記下地基板と前記第1半導体層との間に形成され、AlyGa1−yN(0≦y<1)で構成された第2半導体層、
を有し、
前記第2半導体層の上方に前記第1半導体層が形成されていることで、前記第2半導体層内に2次元電子ガスが生成されている、付記1〜7のいずれか1つに記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 8)
Wherein formed between the base substrate and the first semiconductor layer, a second semiconductor layer formed of Al y Ga 1-y N ( 0 ≦ y <1),
Have,
The invention described in any one of Supplementary note 1 to 7, wherein a two-dimensional electron gas is generated in the second semiconductor layer by forming the first semiconductor layer above the second semiconductor layer. Epitaxial substrate.
(付記9)
前記第2半導体層のAl組成yは、0≦y≦0.1の範囲内の値である、付記8に記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 9)
The epitaxial substrate according to Appendix 8, wherein the Al composition y of the second semiconductor layer is a value within the range of 0 ≦ y ≦ 0.1.
(付記10)
前記下地基板は、Si基板であり、
前記下地基板と前記第1半導体層との間に、圧縮応力を発生する応力発生層が形成されている、付記1〜9のいずれか1つに記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 10)
The base substrate is a Si substrate.
The epitaxial substrate according to any one of Supplementary note 1 to 9, wherein a stress generating layer that generates compressive stress is formed between the base substrate and the first semiconductor layer.
(付記11)
前記下地基板は、Si基板であり、
前記下地基板と前記第1半導体層との間に、SiとGaとの反応を抑制する反応抑制層が形成されている、付記1〜10のいずれか1つに記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 11)
The base substrate is a Si substrate.
The epitaxial substrate according to any one of Supplementary note 1 to 10, wherein a reaction suppressing layer for suppressing the reaction between Si and Ga is formed between the base substrate and the first semiconductor layer.
(付記12)
前記第1半導体層上に形成され、AlzGa1−zN(0≦z<x)で構成された第3半導体層、を有する、付記1〜11のいずれか1つに記載のエピタキシャル基板。
(Appendix 12)
The epitaxial substrate according to any one of Supplementary note 1 to 11, further comprising a third semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and composed of Al z Ga 1-z N (0 ≦ z <x). ..
(付記13)
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板の上方に、AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層を形成する工程と、
基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、GaNが成長する条件で供給することにより、前記第1半導体層上に、GaNで構成される犠牲層を成長させる工程と、
基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、GaNがエッチングされる条件で供給することにより、前記犠牲層をエッチングする工程と、
を有し、
室温まで降温された状態での前記第1半導体層の表面を、原子間力顕微鏡で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、前記段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が例えば0.15μm以上(また例えば0.2μm以上)で長さが例えば0.5μm以上(また例えば0.7μm以上)の弧状部分を有するという第1の特徴を示す縁が、例えば2つ以上(また例えば5つ以上)観察される表面とする、エピタキシャル基板の製造方法。
(Appendix 13)
The process of preparing the base substrate and
A step of forming a first semiconductor layer composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) above the base substrate, and a step of forming the first semiconductor layer.
A step of growing a sacrificial layer composed of GaN on the first semiconductor layer by supplying Ga raw material gas and N raw material gas under the condition that GaN grows while lowering the substrate temperature.
A step of etching the sacrificial layer by supplying Ga raw material gas and N raw material gas under the condition that GaN is etched while lowering the substrate temperature.
Have,
On the surface of the first semiconductor layer in a state where the temperature has been lowered to room temperature, a stepped structure is observed in a region of 5 μm square observed by an atomic force microscope, and the stepped structure is observed as an edge of a step constituting the stepped structure. The edge showing the first feature of having an arcuate portion having a radius of curvature of, for example, 0.15 μm or more (and, for example, 0.2 μm or more) and a length of, for example, 0.5 μm or more (and, for example, 0.7 μm or more) is, for example, 2. A method for manufacturing an epitaxial substrate, which comprises one or more (and, for example, five or more) observed surfaces.
(付記14)
前記犠牲層を成長させる工程では、前記Ga原料ガスの供給量を減少させていく、付記12に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
(Appendix 14)
The method for manufacturing an epitaxial substrate according to Appendix 12, wherein in the step of growing the sacrificial layer, the supply amount of the Ga raw material gas is reduced.
(付記15)
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板の上方に、AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層を形成する工程と、
基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、前記第1半導体層上に、GaNが成長もせずエッチングもされない条件で供給する工程と、
を有し、
室温まで降温された状態での前記第1半導体層の表面を、原子間力顕微鏡で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、前記段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が例えば0.15μm以上(また例えば0.2μm以上)で長さが例えば0.5μm以上(また例えば0.7μm以上)の弧状部分を有するという第1の特徴を示す縁が、例えば2つ以上(また例えば5つ以上)観察される表面とする、エピタキシャル基板の製造方法。
(Appendix 15)
The process of preparing the base substrate and
A step of forming a first semiconductor layer composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) above the base substrate, and a step of forming the first semiconductor layer.
A step of supplying the Ga raw material gas and the N raw material gas onto the first semiconductor layer under the condition that the GaN is neither grown nor etched while lowering the substrate temperature.
Have,
On the surface of the first semiconductor layer in a state where the temperature has been lowered to room temperature, a stepped structure is observed in a region of 5 μm square observed by an atomic force microscope, and the stepped structure is observed as an edge of a step constituting the stepped structure. The edge showing the first feature of having an arcuate portion having a radius of curvature of, for example, 0.15 μm or more (and, for example, 0.2 μm or more) and a length of, for example, 0.5 μm or more (and, for example, 0.7 μm or more) is, for example, 2. A method for manufacturing an epitaxial substrate, which comprises one or more (and, for example, five or more) observed surfaces.
(付記16)
前記第1半導体層上に、AlzGa1−zN(0≦z<x)で構成された第3半導体層を形成する工程、
を有する、付記13〜15のいずれか1つに記載のエピタキシャル基板の製造方法。
(Appendix 16)
A step of forming a third semiconductor layer composed of Al z Ga 1-z N (0 ≦ z <x) on the first semiconductor layer.
The method for manufacturing an epitaxial substrate according to any one of Appendix 13 to 15.
100…エピ基板、110…下地基板、120…反応抑制層、130…中間層、140…応力発生層、141…第1結晶層、142…第2結晶層、143…多重結晶層、150…活性層、160…ショットキ層、161…(ショットキ層の)表面、170…デバイス形成層、200…犠牲層、11、12、13、14、15、16、21、22…輪郭線 100 ... Epi substrate, 110 ... Underground substrate, 120 ... Reaction suppression layer, 130 ... Intermediate layer, 140 ... Stress generation layer, 141 ... First crystal layer, 142 ... Second crystal layer, 143 ... Multiple crystal layer, 150 ... Activity Layer, 160 ... Schottky layer, 161 ... Surface (of Schottky layer), 170 ... Device cambium, 200 ... Sacrificial layer, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 21, 22 ... Contour line
Claims (11)
前記下地基板の上方に形成され、AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層と、
を有し、
前記第1半導体層の表面の原子間力顕微鏡で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、前記段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が0.15μm以上で長さが0.5μm以上の弧状部分を有するという第1の特徴を示す縁が、2つ以上観察される、エピタキシャル基板。 Underground board and
A first semiconductor layer formed above the base substrate and composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) and
Have,
A stepped structure is observed in a region of 5 μm square observed by an atomic force microscope on the surface of the first semiconductor layer, and the radius of curvature is 0.15 μm or more and long as the edge of the step constituting the stepped structure. An epitaxial substrate in which two or more edges exhibiting the first characteristic of having an arcuate portion having a radius of 0.5 μm or more are observed.
を有し、
前記第2半導体層の上方に前記第1半導体層が形成されていることで、前記第2半導体層内に2次元電子ガスが生成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のエピタキシャル基板。 Wherein formed between the base substrate and the first semiconductor layer, a second semiconductor layer formed of Al y Ga 1-y N ( 0 ≦ y <1),
Have,
The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein a two-dimensional electron gas is generated in the second semiconductor layer by forming the first semiconductor layer above the second semiconductor layer. Epitaxial substrate.
前記下地基板と前記第1半導体層との間に、圧縮応力を発生する応力発生層が形成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のエピタキシャル基板。 The base substrate is a Si substrate.
The epitaxial substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein a stress generating layer that generates compressive stress is formed between the base substrate and the first semiconductor layer.
前記下地基板の上方に、AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層を形成する工程と、
基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、GaNが成長する条件で供給することにより、前記第1半導体層上に、GaNで構成される犠牲層を成長させる工程と、
基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、GaNがエッチングされる条件で供給することにより、前記犠牲層をエッチングする工程と、
を有し、
室温まで降温された状態での前記第1半導体層の表面を、原子間力顕微鏡で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、前記段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が0.15μm以上で長さが0.5μm以上の弧状部分を有するという第1の特徴を示す縁が、2つ以上観察される表面とする、エピタキシャル基板の製造方法。 The process of preparing the base substrate and
A step of forming a first semiconductor layer composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) above the base substrate, and a step of forming the first semiconductor layer.
A step of growing a sacrificial layer composed of GaN on the first semiconductor layer by supplying Ga raw material gas and N raw material gas under the condition that GaN grows while lowering the substrate temperature.
A step of etching the sacrificial layer by supplying Ga raw material gas and N raw material gas under the condition that GaN is etched while lowering the substrate temperature.
Have,
On the surface of the first semiconductor layer in a state where the temperature has been lowered to room temperature, a stepped structure is observed in a region of 5 μm square observed by an atomic force microscope, and the stepped structure is observed as an edge of a step constituting the stepped structure. A method for manufacturing an epitaxial substrate, wherein two or more edges are observed as a surface having an arcuate portion having a radius of curvature of 0.15 μm or more and a length of 0.5 μm or more.
前記下地基板の上方に、AlxGa1−xN(0<x<1)で構成された第1半導体層を形成する工程と、
基板温度を降温させながら、Ga原料ガスおよびN原料ガスを、前記第1半導体層上に、GaNが成長もせずエッチングもされない条件で供給する工程と、
を有し、
室温まで降温された状態での前記第1半導体層の表面を、原子間力顕微鏡で観察される5μm角の領域において、段状構造が観察され、前記段状構造を構成する段の縁として、曲率半径が0.15μm以上で長さが0.5μm以上の弧状部分を有するという第1の特徴を示す縁が、2つ以上観察される表面とする、エピタキシャル基板の製造方法。 The process of preparing the base substrate and
A step of forming a first semiconductor layer composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) above the base substrate, and a step of forming the first semiconductor layer.
A step of supplying the Ga raw material gas and the N raw material gas onto the first semiconductor layer under the condition that the GaN is neither grown nor etched while lowering the substrate temperature.
Have,
On the surface of the first semiconductor layer in a state where the temperature has been lowered to room temperature, a stepped structure is observed in a region of 5 μm square observed by an atomic force microscope, and the stepped structure is observed as an edge of a step constituting the stepped structure. A method for manufacturing an epitaxial substrate, wherein two or more edges are observed as a surface having an arcuate portion having a radius of curvature of 0.15 μm or more and a length of 0.5 μm or more.
を有する、請求項8〜10のいずれか1項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。 A step of forming a third semiconductor layer composed of Al z Ga 1-z N (0 ≦ z <x) on the first semiconductor layer.
The method for manufacturing an epitaxial substrate according to any one of claims 8 to 10.
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