JP2022054987A - Method for manufacturing nitride semiconductor laminate, and nitride semiconductor laminate - Google Patents

Method for manufacturing nitride semiconductor laminate, and nitride semiconductor laminate Download PDF

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Akira Yoshikawa
隆清 永富
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Abstract

To provide: a method for manufacturing a nitride semiconductor laminate capable of reducing on-resistance and obtaining high breakdown voltage; and the nitride semiconductor laminate.SOLUTION: A method for manufacturing a nitride semiconductor laminate includes forming an AlxGa(1-x) N layer 12 formed in AlxGa(1-x) N (0≤x≤0.2) at a growth rate of 0.7 μm/hr or more by an organic metal vapor phase growth method on a nitride semiconductor substrate 11 having a temperature of 650°C or more and less than 1000°C and including Al so that the coverage of the AlxGa(1-x) N layer to the direct under layer is 80% or more and 100% or less. The relaxation rate of the AlxGa(1-x) N layer 12 in a region of 0.5-5-nm from the nitride semiconductor substrate 11 side is 0-50% to the nitride semiconductor substrate 11, and the relaxation rate of the AlxGa(1-x) N layer 12 in a region of more than 5 nm and 30 nm or less from the nitride semiconductor substrate 11 side is 50-100% to the nitride semiconductor substrate 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、窒化物半導体積層体の製造方法および窒化物半導体積層体に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor laminate and a nitride semiconductor laminate.

窒化物半導体積層体は、バンドギャップの異なる窒化物半導体を積層した構造とされており、窒化物半導体同士の界面に二次元キャリアガスが誘起される。従来、このような二次元キャリアガスを利用した高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)デバイスが作製されている。 The nitride semiconductor laminate has a structure in which nitride semiconductors having different band gaps are laminated, and a two-dimensional carrier gas is induced at the interface between the nitride semiconductors. Conventionally, a high electron mobility transistor (HEMT) device using such a two-dimensional carrier gas has been manufactured.

一般的な窒化物半導体積層体によるパワーデバイスは、GaN基板上にAlGaNバリア層を設けている(例えば、特許文献1)。また、パワーデバイスの耐圧を高めるために、よりバンドギャップの広いAlN基板上に窒化物半導体積層体を成長させて、AlN基板上にパワーデバイスを作成する手法が開示されている(例えば、特許文献2)。 A power device made of a general nitride semiconductor laminate has an AlGaN barrier layer provided on a GaN substrate (for example, Patent Document 1). Further, in order to increase the withstand voltage of the power device, a method of growing a nitride semiconductor laminate on an AlN substrate having a wider bandgap to create a power device on the AlN substrate is disclosed (for example, Patent Document). 2).

特開2009-49121号広報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-49121 Public Relations

住友電工 テクニカルレビュー 第180号 83ページ (2012)Sumitomo Electric Technical Review No. 180, page 83 (2012)

窒化物パワーデバイスには、さらなる耐圧の向上と低オン抵抗の改善が求められている。しかしなから、上述したパワーデバイスでは、AlGaNの合金散乱によって界面に生じた二次元キャリアガスの電子移動度の低下が生じる。オン抵抗は、二次元キャリアガスの電子移動度とキャリアガスの濃度によって決定されることから、二次元キャリアガスの電子移動度の低下により、オン抵抗が悪化してしまう。
本開示の目的は、オン抵抗を低減し、高耐圧が得られる窒化物半導体積層体の製造方法および窒化物半導体積層体を提供することにある。
Nitride power devices are required to have further improved withstand voltage and lower on-resistance. However, in the above-mentioned power device, the electron mobility of the two-dimensional carrier gas generated at the interface is lowered due to the alloy scattering of AlGaN. Since the on-resistance is determined by the electron mobility of the two-dimensional carrier gas and the concentration of the carrier gas, the on-resistance deteriorates due to the decrease in the electron mobility of the two-dimensional carrier gas.
An object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a nitride semiconductor laminate capable of reducing on-resistance and obtaining a high withstand voltage, and to provide a nitride semiconductor laminate.

上述した課題を解決するために、本開示の一実施形態に係る窒化物半導体積層体の製造方法は、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む窒化物半導体基板上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層を、直下の層に対する前記AlGa(1-x)N層の被覆率が80%以上100%以下となるように形成することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing a nitride semiconductor laminate according to the embodiment of the present disclosure is to use an organic metal-based material on a nitride semiconductor substrate containing Al having a temperature of 650 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. The Al x Ga (1-x) N layer formed by Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2) at a growth rate of 0.7 μm / hr or more by the phase growth method is directly underneath. It is characterized in that the Al x Ga (1-x) N layer is formed so that the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer is 80% or more and 100% or less.

また、本開示の一実施形態に係る窒化物半導体積層体は、Alを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置されたAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層と、を備え、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の被覆率は、80%以上100%以下であることを特徴とする。 Further, the nitride semiconductor laminate according to the embodiment of the present disclosure includes a nitride semiconductor substrate containing Al and Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0) arranged on the nitride semiconductor substrate. The Al x Ga (1-x) N layer formed in 2.) is provided, and the coverage of the Al x Ga ( 1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less. It is characterized by.

本開示によれば、オン抵抗を低減し、高耐圧が得られる窒化物半導体積層体の製造方法および窒化物半導体積層体を得ることができる。 According to the present disclosure, it is possible to obtain a method for manufacturing a nitride semiconductor laminate and a nitride semiconductor laminate that can reduce on-resistance and obtain a high withstand voltage.

本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体積層体の一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one structural example of the nitride semiconductor laminate which concerns on 1st Embodiment of this disclosure. 本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体積層体の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the nitride semiconductor laminate which concerns on 1st Embodiment of this disclosure. 本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体積層体の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the nitride semiconductor laminate which concerns on 1st Embodiment of this disclosure.

以下、実施形態を通じて本実施形態に係る窒化物半導体積層体を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the nitride semiconductor laminate according to the present embodiment will be described through the embodiments, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

1.第一実施形態
以下、第一実施形態に係る窒化物半導体積層体1について、図1を参照して説明する。
窒化物半導体積層体1は、紫外光を発光可能な半導体素子である。
1. 1. First Embodiment Hereinafter, the nitride semiconductor laminate 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The nitride semiconductor laminate 1 is a semiconductor element capable of emitting ultraviolet light.

(1.1)窒化物半導体積層体の構成
図1を参照して、第一実施形態に係る窒化物半導体積層体1について説明する。窒化物半導体積層体1は、Alを含む窒化物半導体基板(以下、基板という)11と、基板11上に配置され、AlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層12とを備え、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の被覆率は、80%以上100%以下である。このような窒化物半導体積層体1は、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む基板11上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層12を形成することにより形成される。
以下、各層について詳細に説明する。
(1.1) Configuration of Nitride Semiconductor Laminate with reference to FIG. 1, the nitride semiconductor laminate 1 according to the first embodiment will be described. The nitride semiconductor laminate 1 is arranged on a nitride semiconductor substrate (hereinafter referred to as a substrate) 11 containing Al and the substrate 11, and is Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2). The Al x Ga (1-x) N layer 12 is provided, and the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less. Such a nitride semiconductor laminate 1 is formed on a substrate 11 containing Al having a temperature of 650 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. at a growth rate of 0.7 μm / hr or higher by an organic metal vapor phase growth method. 1-x) It is formed by forming the Al x Ga (1-x) N layer 12 formed by N (0 ≦ x ≦ 0.2).
Hereinafter, each layer will be described in detail.

(基板)
基板11は、Alを含む窒化物半導体を含んでいる。Alを含む窒化物半導体は、例えばAlNである。Alを含む窒化物半導体は、AlNに限定されず、例えばAlGaNであってよい。例えば、基板11がAlN、AlGaN等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板11の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる。
(substrate)
The substrate 11 contains a nitride semiconductor containing Al. The nitride semiconductor containing Al is, for example, AlN. The nitride semiconductor containing Al is not limited to AlN, and may be, for example, AlGaN. For example, when the substrate 11 is a nitride semiconductor single crystal substrate such as AlN or AlGaN, the lattice constant difference from the nitride semiconductor layer formed on the upper side of the substrate 11 becomes small, and the nitride semiconductor layer is used in a lattice matching system. Penetration shifts can be reduced by growing.

ここで、「基板11は…窒化物半導体を含む」という表現における「含む」とは、窒化物半導体を主に層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、他の元素を少量(例えばGa(Gaが主元素でない場合)、In、As、P、またはSb等の元素を数%以下)加える等してこの層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれる。その他の層の組成の表現においても、「含む」という文言は、同様の意味を有する。また、含まれる少量元素については前述の限りではない。 Here, "contains" in the expression "the substrate 11 includes ... a nitride semiconductor" means that the nitride semiconductor is mainly contained in the layer, but the expression also includes other elements. Is done. Specifically, minor changes to the composition of this layer are made by adding a small amount of other elements (for example, Ga (when Ga is not the main element), or adding an element such as In, As, P, or Sb to a few percent or less). The case of adding is also included in this expression. In the expression of the composition of other layers, the word "contains" has the same meaning. Further, the small amount of elements contained is not limited to the above.

また、基板11は、ドナー不純物またはアクセプタ不純物によって、n型またはp型にドーピングされてよい。また、基板11は、AlN等の窒化物半導体と、サファイア(Al)、Si、SiC、MgO、Ga、ZnO、GaNまたはInNとの混晶であってもよい。 Further, the substrate 11 may be doped into n-type or p-type by a donor impurity or an acceptor impurity. Further, the substrate 11 may be a mixed crystal of a nitride semiconductor such as AlN and sapphire (Al 2 O 3 ), Si, SiC, MgO, Ga 2 O 3 , ZnO, GaN or InN.

基板11は、一例として100μm以上600μm以下の膜厚を有することが好ましい。
また、面方位はc面(0001)、a面(11-20)、m面(10-10)などが挙げられるが、c面基板がより好ましい。
As an example, the substrate 11 preferably has a film thickness of 100 μm or more and 600 μm or less.
The plane orientation includes c-plane (0001), a-plane (11-20), m-plane (10-10), and the like, but a c-plane substrate is more preferable.

(AlGa(1-x)N層)
AlGa(1-x)N層12は、AlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)、すなわちAl組成が0%以上20%以下のAlGa(1-x)Nにより形成された窒化物半導体層である。AlGa(1-x)N層12は、基板11上に形成される。ここで、例えば「AlGa(1-x)N層12は基板11上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板11の上にAlGa(1-x)N層12が形成されることを意味する。また、基板11とAlGa(1-x)N層12との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、基板11とAlGa(1-x)N層12との間にバッファ層が形成される場合も、「基板11上に形成される」という表現に含まれる。
(Al x Ga (1-x) N layer)
The Al x Ga (1-x) N layer 12 is formed by Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2), that is, Al x Ga ( 1-x) having an Al composition of 0% or more and 20% or less. ) It is a nitride semiconductor layer formed by N. The Al x Ga (1-x) N layer 12 is formed on the substrate 11. Here, for example, the word "on" in the expression "Al x Ga (1-x) N layer 12 is formed on the substrate 11" means Al x Ga (1-x) N on the substrate 11. It means that the layer 12 is formed. Further, the case where another layer is further present between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12 is also included in the above expression. The word "above" has the same meaning in the relationships between other layers. For example, the case where a buffer layer is formed between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12 is also included in the expression “formed on the substrate 11”.

Alを含む基板(たとえばAlN基板)上にAlGa(1-x)Nを成長させる場合を考える。AlNとAlGa(1-x)Nとは、それぞれ自発分極をもち、c軸方向に分極している。異なる分極をもつ層を積層すると、界面には分極の差分だけ電荷が生じる。また、格子が歪むことによってピエゾ分極も生じる。このピエゾ分極と自発分極によって半導体層中のキャリアが誘起され、界面に高濃度なシート状の二次元キャリア層が形成される。 Consider the case where Al x Ga (1-x) N is grown on a substrate containing Al (for example, an AlN substrate). Al N and Al x Ga (1-x) N each have spontaneous polarization and are polarized in the c-axis direction. When layers with different polarizations are laminated, charges are generated at the interface by the difference in polarization. Piezopolarization also occurs due to the distortion of the lattice. Carriers in the semiconductor layer are induced by this piezo polarization and spontaneous polarization, and a high-concentration sheet-like two-dimensional carrier layer is formed at the interface.

AlN上にたとえばGaN(Al組成が0%のAlGa(1-x)N)を形成する場合、AlNおよびGaNの界面には二次元ホールガスが形成される。また、GaN上に電子バリア層としてAl0.2Ga0.8N層などを積層した場合は、GaNおよびAl0.2Ga0.8Nの界面に二次元電子ガス(2DEG)が形成される。
二次元キャリアガスは高い飽和電子移動度をもつため、高周波特性が得られる。また、高電子移動度による低オン抵抗と、ワイドバンドギャップによる高耐圧特性とを兼ね備えたパワーデバイスが得られる。ここで、オン抵抗は、二次元キャリアガスの電子移動度と二次元キャリアガスの濃度によって決定される。上述した電子移動度および濃度両方のパラメータを含むシート抵抗がより低い方が、オン抵抗の低減には有利である。また、耐圧については、HEMTを構成する窒化物半導体のバンドギャップによって決定される。
When, for example, GaN (Al x Ga (1-x) N having an Al composition of 0%) is formed on AlN, a two-dimensional whole gas is formed at the interface between AlN and GaN. When an Al 0.2 Ga 0.8 N layer or the like is laminated on GaN as an electron barrier layer, a two-dimensional electron gas (2DEG) is formed at the interface between GaN and Al 0.2 Ga 0.8 N. To.
Since the two-dimensional carrier gas has high saturated electron mobility, high frequency characteristics can be obtained. In addition, a power device having both low on-resistance due to high electron mobility and high withstand voltage characteristics due to a wide band gap can be obtained. Here, the on-resistance is determined by the electron mobility of the two-dimensional carrier gas and the concentration of the two-dimensional carrier gas. Lower sheet resistance, including both electron mobility and concentration parameters described above, is advantageous for reducing on-resistance. The withstand voltage is determined by the band gap of the nitride semiconductor constituting the HEMT.

このような二次元キャリアガスの生成は、分極つまり歪によって影響を受ける。この2DEGをより高濃度でかつ高電子移動度で形成する場合、合金散乱の影響を考慮する必要がある。AlGa(1-x)N層12中におけるAl組成xが高すぎる場合、合金散乱によって電子移動度が著しく低下するためである。 The formation of such a two-dimensional carrier gas is affected by polarization or strain. When forming this 2DEG at a higher concentration and higher electron mobility, it is necessary to consider the influence of alloy scattering. This is because if the Al composition x in the Al x Ga (1-x) N layer 12 is too high, the electron mobility is significantly reduced due to alloy scattering.

AlGa(1-x)N層12は、AlおよびGaまたはGaを含む窒化物半導体の層であり、例えばAlGaNやGaNであってよい。合金散乱の観点から、AlGa(1-x)N層は、AlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)であることが好ましい。窒化物半導体積層体1をパワーデバイスへ用いる際には、2DEG濃度と電子移動度とを両立する観点からGaN(x=0)であることがより好ましい。
また、基板11とAlGa(1-x)N層12との間に格子不整合を緩和するようなバッファ層が存在してもよい。しかしながら、2DEGの濃度を高める観点から、基板11とAlGa(1-x)N層12との界面にはバッファ層が設けられないことが好ましい。ここで、バッファ層としては、例えばAl組成が基板11から遠ざかる方向にむかって減少する組成傾斜層等が挙げられる。
The Al x Ga (1-x) N layer 12 is a layer of a nitride semiconductor containing Al and Ga or Ga, and may be, for example, AlGaN or GaN. From the viewpoint of alloy scattering, the Al x Ga (1-x) N layer is preferably Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2). When the nitride semiconductor laminate 1 is used in a power device, it is more preferably GaN (x = 0) from the viewpoint of achieving both 2DEG concentration and electron mobility.
Further, a buffer layer that alleviates the lattice mismatch may exist between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12. However, from the viewpoint of increasing the concentration of 2DEG, it is preferable that no buffer layer is provided at the interface between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12. Here, examples of the buffer layer include a composition gradient layer in which the Al composition decreases in the direction away from the substrate 11.

2DEGの濃度を高めるには、界面の急峻性が重要であり、その観点から、AlGa(1-x)N層12の膜厚は0.5nm以上30nm以下であることが好ましい。
また、AlGa(1-x)N層12基板11側から0.5nm以上5nm以下の領域における緩和率は0%以上かつ50%以下であることが好ましい。また、AlGa(1-x)N層12を基板11側から5nm以上歪ませると結晶の品位が損なわれる。このため、AlGa(1-x)N層12の基板11側から5nm超30nm以下の領域における緩和率は、基板11に対して50%以上100%以下で歪んでいることが好ましい。
The steepness of the interface is important for increasing the concentration of 2DEG, and from this viewpoint, the film thickness of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is preferably 0.5 nm or more and 30 nm or less.
Further, the relaxation rate in the region of 0.5 nm or more and 5 nm or less from the Al x Ga (1-x) N layer 12 substrate 11 side is preferably 0% or more and 50% or less. Further, if the Al x Ga (1-x) N layer 12 is distorted by 5 nm or more from the substrate 11 side, the crystal quality is impaired. Therefore, the relaxation rate in the region of more than 5 nm and 30 nm or less from the substrate 11 side of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is preferably distorted by 50% or more and 100% or less with respect to the substrate 11.

AlGa(1-x)N層12を本来の格子定数から歪ませる観点から、AlGa(1-x)N層12の基板11側から0.5nm以上5nm以下の領域における、a軸方向の面内格子定数が、基板11の格子定数に対して0.5%以上2.5%以下歪んでいることが好ましく、1.0%以上2.5%歪んでいることがより好ましい。
しかしながら、AlGa(1-x)N層12を基板11側から5nm以上歪ませると結晶の品位が損なわれる。このため、AlGa(1-x)N層12の基板11側から5nm超30nm以下の領域におけるa軸方向の面内格子定数は、基板11の格子定数に対して0%以上1%以下で歪んでいることが好ましい。
From the viewpoint of distorting the Al x Ga (1-x) N layer 12 from the original lattice constant, the a-axis in the region of 0.5 nm or more and 5 nm or less from the substrate 11 side of the Al x Ga (1-x) N layer 12. The in-plane lattice constant in the direction is preferably distorted by 0.5% or more and 2.5% or less, and more preferably 1.0% or more and 2.5% or less with respect to the lattice constant of the substrate 11.
However, if the Al x Ga (1-x) N layer 12 is distorted by 5 nm or more from the substrate 11 side, the crystal quality is impaired. Therefore, the in-plane lattice constant in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 30 nm or less from the substrate 11 side of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is 0% or more and 1% or less with respect to the lattice constant of the substrate 11. It is preferable that it is distorted by.

同様に、AlGa(1-x)N層12を本来の格子定数から歪ませる観点から、AlGa(1-x)N層12の基板11側から0.5nm以上5nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在しないことが好ましい。ここで、本開示において「ミスフィット転位または積層欠陥が存在しない」とは、後述する手法によって測定された転位密度が1×10cm-3未満であることを意味する。また、「ミスフィット転位」および「積層欠陥」については後に詳細に説明する。
しかしながら、上述したように、AlGa(1-x)N層12を5nm以上歪ませると結晶の品位が損なわれる。このため、AlGa(1-x)N層12の基板11側から5nm超30nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在することが好ましい。ここで、本開示において「ミスフィット転位または積層欠陥が存在する」とは、後述する手法によって測定された転位密度が1×10cm-3以上であることを意味する。
2DEGは高い移動度をもつことで、窒化物半導体積層体1を用いたパワーデバイスは高周波特性を得ることができる。このため、窒化物半導体積層体1における高品位の結晶性や界面の急峻性が望まれる。
Similarly, from the viewpoint of distorting the Al x Ga (1-x) N layer 12 from the original lattice constant, in the region of 0.5 nm or more and 5 nm or less from the substrate 11 side of the Al x Ga (1-x) N layer 12. Is preferably free of misfit dislocations or stacking defects. Here, "there is no misfit dislocation or stacking defect" in the present disclosure means that the dislocation density measured by the method described later is less than 1 × 10 4 cm -3 . Further, "misfit dislocation" and "stacking defect" will be described in detail later.
However, as described above, if the Al x Ga (1-x) N layer 12 is distorted by 5 nm or more, the crystal quality is impaired. Therefore, it is preferable that misfit dislocations or stacking defects are present in the region of the Al x Ga (1-x) N layer 12 from the substrate 11 side to more than 5 nm and 30 nm or less. Here, in the present disclosure, "there is a misfit dislocation or a stacking defect" means that the dislocation density measured by the method described later is 1 × 10 4 cm -3 or more.
Since 2DEG has high mobility, a power device using the nitride semiconductor laminate 1 can obtain high frequency characteristics. Therefore, high-quality crystallinity and steepness of the interface in the nitride semiconductor laminate 1 are desired.

2DEGの電子移動度を高める観点から、直下の層に対するAlGa(1-x)N層12の被覆率は80%以上100%以下である。
結晶の高品位の観点から、AlGa(1-x)N層12に含まれる転位密度は1×10cm-3以下であることが好ましい。
界面の急峻性の観点から、AlGa(1-x)N層12表面の表面二乗粗さは0.9nm以下であることが好ましい。ここで、AlGa(1-x)N層12表面の表面二乗粗さは、AlGa(1-x)N層12の基板11と反対側の面における表面二乗粗さである。
これにより、高濃度かつ高電子移動度な2DEGが実現される。
From the viewpoint of increasing the electron mobility of the 2DEG, the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer 12 with respect to the layer directly below is 80% or more and 100% or less.
From the viewpoint of high crystal quality, the dislocation density contained in the Al x Ga (1-x) N layer 12 is preferably 1 × 10 4 cm -3 or less.
From the viewpoint of the steepness of the interface, the surface roughness of the surface of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is preferably 0.9 nm or less. Here, the surface-squared roughness of the surface of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is the surface-squared roughness of the Al x Ga (1-x) N layer 12 on the surface opposite to the substrate 11.
As a result, 2DEG with high concentration and high electron mobility is realized.

AlGa(1-x)N層12は、P、As、Sb等のN以外のV族元素、C、H、F、O、Be、Mg、Zn、Si等の不純物が混入していてよいが、不純物元素の種類としてはこの限りではない。 Al x Ga (1-x) N layer 12 is mixed with group V elements other than N such as P, As and Sb, and impurities such as C, H, F, O, Be, Mg, Zn and Si. It is good, but the type of impurity element is not limited to this.

(1.2)窒化物半導体積層体の変形例
(1.2.1)変形例の第1の例
上述した窒化物半導体積層体1は、AlGa(1-x)N層12が発光素子のp型半導体層として用いられた発光素子であってもよい。例えば、図2に示すように、窒化物半導体積層体1Aは、基板11とAlGa(1-x)N層12との間に設けられた発光層14を備えている。すなわち、発光素子としての窒化物半導体積層体1Aは、例えば基板11、n型半導体層13、窒化物半導体活性層を含む発光層14、p型半導体層としてのAlGa(1-x)N層12とが順に積層されて構成されている。このとき、AlGa(1-x)N層12は、例えばp型GaN(x=0)で形成されている。また、窒化物半導体積層体1Aは、たとえば、AlNやAlGaNなどで形成された電子ブロック層(不図示)上に、AlGa(1-x)N層12を成長してもよい。この場合、電子ブロック層は、発光層14とAlGa(1-x)N層12との間に設けられる。
AlGa(1-x)N層12をp型半導体層として用いる場合、AlGa(1-x)N層12はドーパント原子としてMg、ZnまたはBeを含むことが好ましい。ドーパント原子の濃度(p型ドーピング濃度)は、結晶の品質とキャリア濃度の両立の観点から、1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下であることが好ましい。
(1.2) Modification Example of Nitride Semiconductor Laminate (1.2.1) First Example of Modification In the above-mentioned nitride semiconductor laminate 1, the Al x Ga (1-x) N layer 12 emits light. It may be a light emitting device used as a p-type semiconductor layer of the device. For example, as shown in FIG. 2, the nitride semiconductor laminate 1A includes a light emitting layer 14 provided between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12. That is, the nitride semiconductor laminate 1A as a light emitting element is, for example, a substrate 11, an n-type semiconductor layer 13, a light emitting layer 14 including a nitride semiconductor active layer, and Al x Ga (1-x) N as a p-type semiconductor layer. The layers 12 are laminated in this order. At this time, the Al x Ga (1-x) N layer 12 is formed of, for example, p-type GaN (x = 0). Further, the nitride semiconductor laminate 1A may have an Al x Ga (1-x) N layer 12 grown on an electron block layer (not shown) formed of, for example, AlN or AlGaN. In this case, the electron block layer is provided between the light emitting layer 14 and the Al x Ga (1-x) N layer 12.
When the Al x Ga (1-x) N layer 12 is used as the p-type semiconductor layer, the Al x Ga (1-x) N layer 12 preferably contains Mg, Zn or Be as a dopant atom. The concentration of the dopant atom (p-type doping concentration) is preferably 1 × 10 18 cm -3 or more and 5 × 10 19 cm -3 or less from the viewpoint of achieving both crystal quality and carrier concentration.

(1.2.2)変形例の第2の例
また、上述した窒化物半導体積層体1は、基板11とAlGa(1-x)N層12との間に設けられたAlN層15や、AlGa(1-x)N層12上に設けられた電子バリア層17を備えていても良い。
以下、図3を参照して、AlN層15、バッファ層の一例である組成傾斜層16および電子バリア層17について詳細に説明する。
(1.2.2) Second Example of Modification In the above-mentioned nitride semiconductor laminate 1, the Al N layer 15 provided between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12 is provided. Alternatively, the electron barrier layer 17 provided on the Al x Ga (1-x) N layer 12 may be provided.
Hereinafter, the AlN layer 15, the composition gradient layer 16 and the electron barrier layer 17, which are examples of the buffer layer, will be described in detail with reference to FIG.

(電子バリア層)
窒化物半導体積層体1Bは、AlGa(1-x)N層12上に電子バリア層17を備えていても良い。電子バリア層17は、例えばAlGa(1-x)N層12との界面に二次元電子ガス(2DEG)を形成させるために設けられる層である。
電子バリア層17は、AlおよびGaまたはGaを含む窒化物半導体の層である。電子バリア層17は、AlGa(1-x)N層12との格子整合の観点から、AlGa(1-y)N(0≦y≦1)で形成されたAlGa(1-y)N層であることが好ましい。また、電子バリア層17は、In等のAlおよびGa以外のIII族原子、P、As、Sb等のN以外のV族元素、C、H、F、O、Be、Mg、Zn、Si等の不純物を含んでいてもよいが、不純物元素の種類としてはこの限りではない。
(Electronic barrier layer)
The nitride semiconductor laminate 1B may be provided with an electron barrier layer 17 on the Al x Ga (1-x) N layer 12. The electron barrier layer 17 is a layer provided for forming a two-dimensional electron gas (2DEG) at an interface with, for example, an Al x Ga (1-x) N layer 12.
The electron barrier layer 17 is a layer of a nitride semiconductor containing Al and Ga or Ga. The electron barrier layer 17 is formed by Al y Ga ( 1- y ) N (0 ≦ y ≦ 1) from the viewpoint of lattice matching with Al x Ga (1-x) N layer 12. -Y) The N layer is preferable. Further, the electron barrier layer 17 includes Group III atoms other than Al and Ga such as In, Group V elements other than N such as P, As and Sb, C, H, F, O, Be, Mg, Zn, Si and the like. It may contain impurities of, but the type of impurity elements is not limited to this.

電子バリア層17とAlGa(1-x)N層12との界面には基板11とAlGa(1-x)N層12との界面と同様に二次元キャリア層が形成される。このため、AlGa(1-x)N層12におけるAl組成xと電子バリア層17におけるAl組成yとが異なる(すなわちx≠yである)ことが好ましい。 A two-dimensional carrier layer is formed at the interface between the electron barrier layer 17 and the Al x Ga (1-x) N layer 12 in the same manner as the interface between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12. Therefore, it is preferable that the Al composition x in the Al x Ga (1-x) N layer 12 and the Al composition y in the electron barrier layer 17 are different (that is, x ≠ y).

二次元電子ガス形成の観点から、AlGa(1-x)N層12におけるAl組成xは電子バリア層17におけるAl組成yよりも小さい(x<yである)ことが好ましい。また、各層におけるAl組成x、yの差が大きすぎる場合、AlGa(1-x)N層12および電子バリア層17にクラックが発生するおそれがある。このため、AlGa(1-x)N層12におけるAl組成xと電子バリア層17におけるAl組成yとの差は0.5以下であることが好ましい。また、AlGa(1-x)N層12におけるAl組成xは、0≦x≦0.2であることが好ましく、電子バリア層17におけるAl組成yは、0.2<y≦0.5であることがより好ましい。 From the viewpoint of forming two-dimensional electron gas, it is preferable that the Al composition x in the Al x Ga (1-x) N layer 12 is smaller (x <y) than the Al composition y in the electron barrier layer 17. Further, if the difference between the Al composition x and y in each layer is too large, cracks may occur in the Al x Ga (1-x) N layer 12 and the electron barrier layer 17. Therefore, the difference between the Al composition x in the Al x Ga (1-x) N layer 12 and the Al composition y in the electron barrier layer 17 is preferably 0.5 or less. Further, the Al composition x in the Al x Ga (1-x) N layer 12 is preferably 0 ≦ x ≦ 0.2, and the Al composition y in the electron barrier layer 17 is 0.2 <y ≦ 0. 5 is more preferable.

(組成傾斜層)
上述したバッファ層の一例である組成傾斜層16は、基板11とAlGa(1-x)N層12との間に設けられていてもよいが、2DEGの濃度を高める観点からは、組成傾斜層16が設けられないことが好ましい。
組成傾斜層16を設ける場合、組成傾斜層16は、AlGa(1-z)N(0≦z≦1.0)で形成され、基板11から遠ざかる方向に向かってAl組成zが変化している。組成傾斜層16は、基板11から遠ざかる方向に向かってAl組成zが減少していることが好ましい。
(Composition inclined layer)
The composition gradient layer 16, which is an example of the buffer layer described above, may be provided between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12, but from the viewpoint of increasing the concentration of 2DEG, the composition may be provided. It is preferable that the inclined layer 16 is not provided.
When the composition inclined layer 16 is provided, the composition inclined layer 16 is formed of Al z Ga (1-z) N (0 ≦ z ≦ 1.0), and the Al composition z changes in the direction away from the substrate 11. ing. It is preferable that the Al composition z of the composition inclined layer 16 decreases in the direction away from the substrate 11.

組成傾斜層16におけるAl組成zのプロファイル(傾斜)は、連続的に変化してもよいし、断続的に変化してもよい。ここで、「断続的に変化する」とは、組成傾斜層16の膜中にAl組成zが同じになっている部分を含むことを意味する。つまり、組成傾斜層16には、基板11から遠ざかる方向にAl組成zが変化しない部分が含まれていてもよい。 The profile (inclination) of Al composition z in the composition inclined layer 16 may change continuously or intermittently. Here, "intermittently changing" means that the film of the composition gradient layer 16 includes a portion having the same Al composition z. That is, the composition inclined layer 16 may include a portion where the Al composition z does not change in the direction away from the substrate 11.

組成傾斜層16は、基板11と接触していてもよく、基板11との間に別の層が存在していてもよい。また、組成傾斜層16は、AlGa(1-x)N層12と接触していてもよく、AlGa(1-x)N層12との間に別の層が存在していてもよい。 The composition inclined layer 16 may be in contact with the substrate 11, or another layer may be present between the composition inclined layer 16 and the substrate 11. Further, the composition inclined layer 16 may be in contact with the Al x Ga (1-x) N layer 12, and another layer is present between the composition inclined layer 16 and the Al x Ga (1-x) N layer 12. May be good.

(AlN層)
AlN層15は、下地層の一例であり、基板11の全面に形成されている。すなわち、AlN層15は、基板11とAlGa(1-x)N層12との間に設けられている。
AlN層15は、基板の表面に形成されたピットや研磨痕などをリカバリーすることができる。また、AlGa(1-x)N層12との間の格子定数差及び熱膨張係数差が小さく、AlN層15上に欠陥の少ない窒化物半導体層を成長させることができる。また、AlN層15は、圧縮応力下でAlGa(1-x)N層12を成長させることができ、AlGa(1-x)N層12にクラックの発生を抑制することができる。このため、基板11がAlN又はAlGaN等の窒化物半導体で形成されている場合でも、欠陥の少ない窒化物半導体層をAlN層15を介して基板11の上方に成長できる。
(AlN layer)
The AlN layer 15 is an example of a base layer, and is formed on the entire surface of the substrate 11. That is, the AlN layer 15 is provided between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12.
The AlN layer 15 can recover pits and polishing marks formed on the surface of the substrate. Further, the difference in lattice constant and the difference in coefficient of thermal expansion between the Al x Ga (1-x) N layer 12 is small, and a nitride semiconductor layer having few defects can be grown on the Al N layer 15. Further, the Al N layer 15 can grow the Al x Ga (1-x) N layer 12 under compressive stress, and can suppress the generation of cracks in the Al x Ga (1-x) N layer 12. .. Therefore, even when the substrate 11 is formed of a nitride semiconductor such as AlN or AlGaN, a nitride semiconductor layer having few defects can be grown above the substrate 11 via the AlN layer 15.

AlN層15には、C、B、O、H、Si、Fe、Mg等の不純物が混入されていてもよい。
基板11の形成材料としてAlNを用いた場合、AlN層15と基板11とが同一材料で形成されることから、AlN層15と基板11との境界が不明確となる。基板11がAlNで形成されている場合には、基板11が基板11とAlN層15とを構成しているものと見做してよい。
Impurities such as C, B, O, H, Si, Fe, and Mg may be mixed in the AlN layer 15.
When AlN is used as the material for forming the substrate 11, the boundary between the AlN layer 15 and the substrate 11 becomes unclear because the AlN layer 15 and the substrate 11 are formed of the same material. When the substrate 11 is made of AlN, it may be considered that the substrate 11 constitutes the substrate 11 and the AlN layer 15.

AlN層15は、例えば数μmの厚さを有している。具体的には、AlN層15の厚さは、10nmより厚く1μmより薄いことが好ましい。AlN層15の厚さが10nmより厚い場合、基板表面のリカバリーが進み、AlNの結晶性が高くなる。また、原料コストの観点から、AlN層15の厚さが1μmより薄いことが好ましい。 The AlN layer 15 has a thickness of, for example, several μm. Specifically, the thickness of the AlN layer 15 is preferably thicker than 10 nm and thinner than 1 μm. When the thickness of the AlN layer 15 is thicker than 10 nm, the recovery of the substrate surface proceeds and the crystallinity of AlN becomes high. Further, from the viewpoint of raw material cost, it is preferable that the thickness of the AlN layer 15 is thinner than 1 μm.

(1.3)窒化物半導体積層体の製造方法
本実施形態の窒化物半導体積層体1は、基板11上にAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層12を形成する工程を経て製造される。
基板11は、昇華法、ハイドライド気相成長(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。
(1.3) Method for Manufacturing Nitride Semiconductor Laminate The Nitride Semiconductor Laminate 1 of the present embodiment is formed of Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2) on the substrate 11. It is manufactured through a step of forming an Al x Ga (1-x) N layer 12.
The substrate 11 is formed by a vapor phase growth method such as a sublimation method and a hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) method, and a general substrate growth method such as a liquid phase growth method.

基板11上にAlGa(1-x)N層12を形成する工程は、有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法で行うことができる。
ここで、基板11上に形成されたAlGa(1-x)N層12は、例えばトリメチルアルミニウム(TMAl)を含むAl原料、例えばトリメチルガリウム(TMGa)またはトリエチルガリウム(TEGa)等を含むGa原料、例えばアンモニア(NH)を含むN原料を用いて形成することができる。
The step of forming the Al x Ga (1-x) N layer 12 on the substrate 11 can be performed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
Here, the Al x Ga (1-x) N layer 12 formed on the substrate 11 contains, for example, an Al raw material containing trimethylaluminum (TMAl), for example, trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), or the like. It can be formed using a raw material, for example, an N raw material containing aluminum (NH 3 ).

AlGa(1-x)N層12は、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む基板11上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層を形成していればよく、他の条件は特に制限されない。また、AlGa(1-x)N層12の成長レートは、2μm/hr未満とすることがより好ましい。
AlGa(1-x)N層12形成時におけるAlGa(1-x)Nの成長レートを0.7μm/hr以上とすることにより、シート抵抗が低下するとともに、電子移動度が向上する。AlGa(1-x)N層12の成長レートは、後述する基板11の温度やチャンバーの真空度、原料ガスの流量を適宜調整することにより0.7μm/hr以上に制御することができる。
The Al x Ga (1-x) N layer 12 is formed on a substrate 11 containing Al having a temperature of 650 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. at a growth rate of 0.7 μm / hr or higher by an organic metal vapor phase growth method. The Al x Ga (1-x) N layer formed by Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2) may be formed, and other conditions are not particularly limited. Further, the growth rate of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is more preferably less than 2 μm / hr.
By setting the growth rate of Al x Ga (1-x) N at the time of forming the Al x Ga (1-x) N layer 12 to 0.7 μm / hr or more, the sheet resistance is reduced and the electron mobility is improved. do. The growth rate of the Al x Ga (1-x) N layer 12 can be controlled to 0.7 μm / hr or more by appropriately adjusting the temperature of the substrate 11 described later, the degree of vacuum of the chamber, and the flow rate of the raw material gas. ..

このとき、窒化物半導体積層体1のシート抵抗および電子移動度を向上させる観点から、AlGa(1-x)N層12形成時の基板11の温度は700℃以上950℃以下であることが好ましく、750℃以上950℃以下であることがより好ましい。
また、不純物除去の観点から、基板11を1000℃以上、好ましくは1200℃以上の水素雰囲気中でアニールすることも好ましい場合がある。
At this time, from the viewpoint of improving the sheet resistance and electron mobility of the nitride semiconductor laminate 1, the temperature of the substrate 11 at the time of forming the Al x Ga (1-x) N layer 12 shall be 700 ° C. or higher and 950 ° C. or lower. Is preferable, and it is more preferable that the temperature is 750 ° C. or higher and 950 ° C. or lower.
Further, from the viewpoint of removing impurities, it may be preferable to anneal the substrate 11 in a hydrogen atmosphere of 1000 ° C. or higher, preferably 1200 ° C. or higher.

また、シート抵抗、電子移動度の向上の観点から、AlGa(1-x)N層12形成時のチャンバーの真空度は30mbar以上200mbar以下であることが好ましく、30mbar以上100mbar以下であることがより好ましい。 Further, from the viewpoint of improving sheet resistance and electron mobility, the vacuum degree of the chamber at the time of forming the Al x Ga (1-x) N layer 12 is preferably 30 mbar or more and 200 mbar or less, and is 30 mbar or more and 100 mbar or less. Is more preferable.

(1.4)窒化物半導体積層体の物性等の測定方法
上述した窒化物半導体積層体1の物性等は、以下のようにして測定することができる。
(AlGa(1-x)N層の被覆率測定)
AlGa(1-x)N層12の被覆率測定には、例えば走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、FE-SEM「SU9000」)および画像処理ソフト(旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト「A像くん」(登録商標))が用いられる。より具体的には、SEM測定時に、AlGa(1-x)N層12表面が露出されている箇所を50μm×50μmの測定範囲で面内における任意の3点を測定する。このとき下方検出器による反射電子像を取得することで、組成差によるコントラストが明確になったSEM画像が得られる。
(1.4) Method for Measuring Physical Properties, etc. of Nitride Semiconductor Laminate The physical properties, etc. of the above-mentioned nitride semiconductor laminate 1 can be measured as follows.
(Measurement of coverage of Al x Ga (1-x) N layer)
For measuring the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer 12, for example, a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, FE-SEM "SU9000") and image processing software (manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.) Image analysis software "A image-kun" (registered trademark) is used. More specifically, at the time of SEM measurement, any three points in the plane are measured in a measurement range of 50 μm × 50 μm at the portion where the surface of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is exposed. At this time, by acquiring the reflected electron image by the lower detector, an SEM image in which the contrast due to the composition difference is clear can be obtained.

画像処理ソフトを用いて、得られたSEM画像の処理を行う。SEM画像内の平均明度に対して、明度が50%以上低い領域を、直下の層である基板11に対してAlGa(1-x)N層12が被覆されていない箇所とする。被覆率は被覆されている面積の割合とし、任意の3点の平均値をAlGa(1-x)N層12の被覆率とする。 The obtained SEM image is processed using image processing software. The region where the brightness is 50% or more lower than the average brightness in the SEM image is defined as a portion where the Al x Ga (1-x) N layer 12 is not covered with respect to the substrate 11 which is the layer directly below. The coverage is the ratio of the covered area, and the average value of any three points is the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer 12.

表面粗さの測定には、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)装置(セイコーインスツルメント社製、「SPA400」)が用いられる。被覆率測定と同様の箇所をAFMによって4μm×4μmの測定範囲で面内における任意の3点を測定する。この時のスキャン周波数は0.2Hzとした。測定により得られた二乗平均粗さの3点の平均値をAlGa(1-x)N層12の表面粗さとする。 An atomic force microscope (AFM) device (manufactured by Seiko Instruments Co., Ltd., "SPA400") is used for measuring the surface roughness. Arbitrary three points in the plane are measured in a measurement range of 4 μm × 4 μm by AFM at the same points as the coverage measurement. The scan frequency at this time was 0.2 Hz. The average value of the three points of the root mean square roughness obtained by the measurement is taken as the surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer 12.

(AlGa(1-x)N層のドーピング原子濃度の測定)
AlGa(1-x)N層12に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により測定することができる。
AlGa(1-x)N層12に含まれるドーパントや不純物の濃度を、デバイスに加工された後にSIMSで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨により電極を除去した状態で行うことができる。また、AlGa(1-x)N層12に含まれるドーパントや不純物の濃度は、電極が形成されていない基板11側からスパッタして測定することもできる。
具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ(EAG)社が提供する測定条件によりSIMS測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、14.5keVのエネルギーを有したセシウム(Cs)イオンビームを用いる。
(Measurement of Al x Ga (1-x) N Layer Doping Atom Concentration)
The concentration of dopants and impurities contained in the Al x Ga (1-x) N layer 12 can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
When measuring the concentration of dopants and impurities contained in the Al x Ga (1-x) N layer 12 by SIMS after being processed into a device, the electrode should be removed by chemical etching or physical polishing. Can be done. Further, the concentration of the dopant and the impurities contained in the Al x Ga (1-x) N layer 12 can be measured by sputtering from the substrate 11 side on which the electrode is not formed.
Specifically, SIMS measurement is performed under the measurement conditions provided by Evans Analytical Group (EAG). A cesium (Cs) ion beam having an energy of 14.5 keV is used for sputtering the sample at the time of measurement.

(AlGa(1-x)N層の膜厚と貫通転位の測定方法)
AlGa(1-x)N層12の膜厚は、基板11に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)により観察し、TEMの測長機能を使用することで測定できる。TEM測定には、例えば日立ハイテクノロジーズ社製の透過型電子顕微鏡「HD-2300」が用いられる。
測定方法としては、先ず、TEMを用いて、窒化物半導体積層体の基板11の主面に対して垂直な断面を観察する。一例として、a面(11-20)での測定が好ましい。具体的には、例えば、窒化物半導体積層体1の基板11の主面に対して垂直な断面を示すTEM画像内の、基板11の主面に対して平行な方向において2μm以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる2層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅200nmの連続する観察領域で観察する。この200nm幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上述した2μm以上の観察幅から任意に抽出した5箇所から算出することで、各層の膜厚を得ることができる。
(Al x Ga (1-x) N layer film thickness and through-dislocation measurement method)
The thickness of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is determined by cutting out a predetermined cross section perpendicular to the substrate 11 and observing this cross section with a transmission electron microscope (TEM) to measure the length of the TEM. Can be measured by using. For TEM measurement, for example, a transmission electron microscope "HD-2300" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation is used.
As a measuring method, first, a TEM is used to observe a cross section perpendicular to the main surface of the substrate 11 of the nitride semiconductor laminate. As an example, the measurement on the a-plane (11-20) is preferable. Specifically, for example, in a TEM image showing a cross section perpendicular to the main surface of the substrate 11 of the nitride semiconductor laminate 1, a range of 2 μm or more is observed in a direction parallel to the main surface of the substrate 11. The width. Since contrast is observed at the interface between the two layers having different compositions within this observation width range, the thickness up to this interface is observed in a continuous observation region having a width of 200 nm. The film thickness of each layer can be obtained by calculating the average value of the thickness of each layer included in the observation region having a width of 200 nm from the five points arbitrarily extracted from the observation width of 2 μm or more described above.

貫通転位に関しても同様に、基板11の主面に対して垂直な断面内に存在する貫通転位の数と、視野面積および試料の厚みとから、体積当たりの貫通転位数を算出する。貫通転位は5サンプルから算出し、これらの平均値を貫通転位の数とする。 Similarly, for the through-translocations, the number of through-translocations per volume is calculated from the number of through-translocations existing in the cross section perpendicular to the main surface of the substrate 11, the viewing area, and the thickness of the sample. The penetrating dislocations are calculated from 5 samples, and the average value thereof is taken as the number of penetrating dislocations.

(窒化物半導体層の歪とミスフィット転位および積層欠陥の測定)
窒化物半導体積層体1を構成する各層の原子配列は高分解能TEM測定によって測定できる。上述したTEM測定時に50nmまで剥片化されたサンプルに対し、原子分解能分析電子顕微鏡(加速電圧:200kV)によって高分解能TEM測定を行う。高分解能TEM測定には、例えば日本電子株式会社製の原子分解能分析電子顕微鏡「JEM-ARM200F」が用いられる。
(Measurement of strain and misfit dislocations and stacking defects of nitride semiconductor layer)
The atomic arrangement of each layer constituting the nitride semiconductor laminate 1 can be measured by high-resolution TEM measurement. High-resolution TEM measurement is performed with an atomic resolution analysis electron microscope (acceleration voltage: 200 kV) for the sample stripped to 50 nm during the above-mentioned TEM measurement. For high-resolution TEM measurement, for example, an atomic resolution analysis electron microscope "JEM-ARM200F" manufactured by JEOL Ltd. is used.

このとき、III族原子と窒素原子とが交互に積層された状態となっており、III族原子が垂直に配列している(すなわち、ずれがない)状態が観察された場合には、各層の原子配列が格子整合していると判断できる。 At this time, if group III atoms and nitrogen atoms are alternately stacked and a state in which group III atoms are vertically arranged (that is, there is no deviation) is observed, the state of each layer is observed. It can be determined that the atomic arrangement is lattice-matched.

ミスフィット転位および積層欠陥の存在についてはこの原子配列から確認できる。III族原子の垂直方向の配列がたとえば原子1個を飛ばして配列している箇所があるとき、これをミスフィット転位とする。水平方向にずれなく整列しているIII族原子において、2層が1層に集合している場合、これを積層欠陥とする。膜厚とサンプル厚みから得られる体積とミスフィット転位および積層欠陥との数から、転位密度が算出される。 The presence of misfit dislocations and stacking defects can be confirmed from this atomic arrangement. When there is a place where the vertical arrangement of Group III atoms is arranged by skipping one atom, for example, this is called a misfit dislocation. In Group III atoms that are aligned in the horizontal direction without deviation, when two layers are gathered in one layer, this is regarded as a stacking defect. The dislocation density is calculated from the volume obtained from the film thickness and the sample thickness and the number of misfit dislocations and stacking defects.

次に、III族原子のTEM画像水平方向における隣接原子間の距離を測定する。隣接原子間距離は、原子コントラストの中心間距離を測定することで測定される。この隣接原子間距離を垂直方向にAlGa(1-x)N層12で測定をする。AlGa(1-x)N層12中における測定したい任意の膜厚における箇所で測定を行う。測定された原子間距離から、式(1)を用いて歪率が得られる。 Next, the distance between adjacent atoms in the horizontal direction of the TEM image of Group III atoms is measured. The distance between adjacent atoms is measured by measuring the distance between the centers of atomic contrast. This distance between adjacent atoms is measured in the Al x Ga (1-x) N layer 12 in the vertical direction. Al x Ga (1-x) The measurement is performed at a position in the N layer 12 at an arbitrary film thickness to be measured. From the measured interatomic distance, the strain factor can be obtained using Eq. (1).

格子歪率[%]=[(a1―a2)/a1]×100 ・・・式(1)
ここで、式中のa1はAlGa(1-x)N層12の面内a軸方向の本来の格子定数であり、a2は基板11の格子定数に合わせるために歪んだ後のAlGa(1-x)N層12の格子定数とする。
式(1)によって得られる格子歪率を画像内の任意の3点で測定し、それらの平均値を格子歪率とする。
Lattice distortion rate [%] = [(a1-a2) / a1] × 100 ... Equation (1)
Here, a1 in the equation is the original lattice constant of the Al x Ga (1-x) N layer 12 in the in-plane a-axis direction, and a2 is the Al x after being distorted to match the lattice constant of the substrate 11. Ga (1-x) Let it be the lattice constant of the N layer 12.
The grid distortion factor obtained by the equation (1) is measured at any three points in the image, and the average value thereof is taken as the grid strain factor.

ここで、本来の格子定数a1とは、AlGa(1-x)N層12がGaNの場合はa軸方向の格子定数3.18Åであり、AlGa(1-x)N層12がAlGa(1-x)N(0<x≦0.2)の場合、Al組成xにおけるa軸の格子定数である。Al組成xにおけるa軸の格子定数は、AlNのa軸方向の格子定数3.11ÅとGaNのa軸方向の格子定数3.18Åとを用いたボーイング則によって計算したものであり、以下の式(2)で算出される。 Here, the original lattice constant a1 is a lattice constant of 3.18 Å in the a-axis direction when the Al x Ga (1-x) N layer 12 is GaN, and the Al x Ga (1-x) N layer 12 Is Al x Ga (1-x) N (0 <x ≦ 0.2), which is the lattice constant of the a-axis in the Al composition x. The lattice constant of the a-axis in the Al composition x is calculated by the Boeing rule using the lattice constant of AlN in the a-axis direction of 3.11 Å and the lattice constant of GaN in the a-axis direction of 3.18 Å. Calculated in (2).

Al組成xにおけるa軸の格子定数[Å]=3.18×(1-x)+3.11×x・・・式(2) A-axis lattice constant [Å] in Al composition x = 3.18 × (1-x) +3.11 × x ... Equation (2)

(AlGa(1-x)N層のAl組成と緩和率の測定方法)
緩和率は、例えばX線回折(XRD:X-Ray Diffraction)法による逆格子マッピング測定(RSM:Reciprocal Space Mapping)を行うことによって測定できる。XRD測定には、例えばパナリティカル社製の「X’pert3 MRD」が用いられる。この場合、管球を45kV/40mAの状態で、二結晶Ge(220)を用いて平行化した線源を使用し、入射ソーラースリットを0.04°、検出器スリットを1/16mmにして、基板11の(20-24)面ピークに対して軸立を行う。その後に、2θ/ωスキャンの測定を行い、ωを±1.5°の範囲で0.05°間隔で変更しながら、2θ/ωスキャンを繰り返す。このような測定から空間座標QxおよびQyを算出し、基板11に対する緩和率とAl組成を算出する。
(Al x Ga (1-x) Method for measuring Al composition and relaxation rate of N layer)
The relaxation rate can be measured, for example, by performing a reciprocal lattice mapping measurement (RSM: Reciprocal Space Mapping) by an X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) method. For XRD measurement, for example, "X'pert3 MRD" manufactured by PANalytical Co., Ltd. is used. In this case, in a state where the tube is 45 kV / 40 mA, a radiation source parallelized using a dicrystal Ge (220) is used, the incident solar slit is 0.04 °, and the detector slit is 1/16 mm. Axialization is performed on the (20-24) plane peak of the substrate 11. After that, the 2θ / ω scan is measured, and the 2θ / ω scan is repeated while changing ω in the range of ± 1.5 ° at 0.05 ° intervals. Spatial coordinates Qx and Qy are calculated from such measurements, and the relaxation rate and Al composition with respect to the substrate 11 are calculated.

(1.5)第一実施形態の効果
第一実施形態に係る窒化物半導体積層体は、以下のような効果を有する。
(1)窒化物半導体積層体1は、Alを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置されたAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層と、を備えている。
これにより、AlGa(1-x)N層を構成するAlGa(1-x)Nの合金散乱の影響を低減し、二次元キャリアガスの電子移動度の低下を抑制して低オン抵抗が得られるとともに、Alを含む窒化物半導体に相当する高耐圧を得ることができる。
(2)窒化物半導体積層体1では、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の被覆率が80%以上100%以下である。
これにより、2DEGの電子移動度を高めてより低いオン抵抗を得ることができる。
(1.5) Effect of First Embodiment The nitride semiconductor laminate according to the first embodiment has the following effects.
(1) The nitride semiconductor laminate 1 is formed of a nitride semiconductor substrate containing Al and Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2) arranged on the nitride semiconductor substrate. It also has an Al x Ga (1-x) N layer.
This reduces the influence of alloy scattering of Al x Ga (1-x) N constituting the Al x Ga ( 1-x) N layer, suppresses the decrease in electron mobility of the two-dimensional carrier gas, and lowers the on. A resistance can be obtained, and a high withstand voltage equivalent to that of a nitride semiconductor containing Al can be obtained.
(2) In the nitride semiconductor laminate 1, the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less.
As a result, the electron mobility of the 2DEG can be increased to obtain a lower on-resistance.

(3)窒化物半導体積層体1では、窒化物半導体基板がAlN単結晶基板であることが好ましい。
これにより、基板11の上側に形成される窒化物半導体層の貫通転位を少なくできるため、結晶が高品位となり、パワーデバイスに適した窒化物半導体積層体1を得ることができる。
(4)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層の膜厚が0.5nm以上30nm以下であることが好ましい。
これにより、AlGa(1-x)N層12の格子定数を本来の格子定数から歪ませて2DEGの濃度を高め、より低いオン抵抗を得ることができる。
(3) In the nitride semiconductor laminate 1, the nitride semiconductor substrate is preferably an AlN single crystal substrate.
As a result, the through-dislocation of the nitride semiconductor layer formed on the upper side of the substrate 11 can be reduced, so that the crystal becomes high quality and the nitride semiconductor laminate 1 suitable for the power device can be obtained.
(4) In the nitride semiconductor laminate 1, the film thickness of the Al x Ga (1-x) N layer is preferably 0.5 nm or more and 30 nm or less.
As a result, the lattice constant of the Al x Ga (1-x) N layer 12 can be distorted from the original lattice constant to increase the concentration of 2DE, and a lower on-resistance can be obtained.

(5)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層12の基板11側から0.5nm以上5nm以下の領域における緩和率は、基板11に対して0%以上50%以下であることが好ましい。また、AlGa(1-x)N層12の基板11側から5nm超30nm以下の領域における緩和率は、基板11に対して50%以上100%以下であることが好ましい。
これにより、2DEGの濃度をより高めてより低いオン抵抗を得ることができる。
(6)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層に含まれる貫通転位密度が1×10cm-3以下であることが好ましい。
これにより、結晶が高品位となり、パワーデバイスに適した窒化物半導体積層体1を得ることができる。
(5) In the nitride semiconductor laminate 1, the relaxation rate in the region of 0.5 nm or more and 5 nm or less from the substrate 11 side of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is 0% or more and 50% with respect to the substrate 11. The following is preferable. Further, the relaxation rate in the region of more than 5 nm and 30 nm or less from the substrate 11 side of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is preferably 50% or more and 100% or less with respect to the substrate 11.
This makes it possible to increase the concentration of 2DE and obtain lower on-resistance.
(6) In the nitride semiconductor laminate 1, the penetration dislocation density contained in the Al x Ga (1-x) N layer is preferably 1 × 10 4 cm -3 or less.
As a result, the crystal becomes high quality, and the nitride semiconductor laminate 1 suitable for a power device can be obtained.

(7)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層の窒化物半導体基板側から0.5nm以上5nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在しないことが好ましい。
これにより、結晶が高品位となり、パワーデバイスに適した窒化物半導体積層体1を得ることができる。
(8)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層の窒化物半導体基板側から5nm超30nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在することが好ましい。
これにより、AlGa(1-x)N層12が5nm以上歪まないようにし、結晶の品位の毀損を抑制することができる。
(7) In the nitride semiconductor laminate 1, there shall be no misfit dislocations or stacking defects in the region of 0.5 nm or more and 5 nm or less from the nitride semiconductor substrate side of the Al x Ga (1-x) N layer. preferable.
As a result, the crystal becomes high quality, and the nitride semiconductor laminate 1 suitable for a power device can be obtained.
(8) In the nitride semiconductor laminate 1, it is preferable that misfit dislocations or stacking defects are present in a region of more than 5 nm and 30 nm or less from the nitride semiconductor substrate side of the Al x Ga (1-x) N layer.
As a result, the Al x Ga (1-x) N layer 12 can be prevented from being distorted by 5 nm or more, and the deterioration of the crystal quality can be suppressed.

(9)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層の表面二乗粗さが0.9nm以下であることが好ましい。
これにより、AlGa(1-x)N層と電子バリア層との界面の急峻性を向上させて、結晶の品位の毀損を抑制することができる。
(10)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層の窒化物半導体基板側から0.5nm以上5nm以下の領域におけるa軸方向の面内格子定数が、窒化物半導体基板の格子定数に対して0.5%以上2.5%以下歪んでいることが好ましい。
これにより、AlGa(1-x)N層を本来の格子定数から歪ませて2DEGの濃度を高めることができる。
(9) In the nitride semiconductor laminate 1, the surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer is preferably 0.9 nm or less.
As a result, the steepness of the interface between the Al x Ga (1-x) N layer and the electron barrier layer can be improved, and damage to the crystal quality can be suppressed.
(10) In the nitride semiconductor laminate 1, the in-plane lattice constant in the a-axis direction in the region of 0.5 nm or more and 5 nm or less from the nitride semiconductor substrate side of the Al x Ga (1-x) N layer is the nitride semiconductor. It is preferably distorted by 0.5% or more and 2.5% or less with respect to the lattice constant of the substrate.
As a result, the Al x Ga (1-x) N layer can be distorted from the original lattice constant to increase the concentration of 2DEG.

(11)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層において、窒化物半導体基板側から5nm超30nm以下の領域におけるa軸方向の面内格子定数が、窒化物半導体基板の格子定数に対して0%以上1%以下で歪んでいることが好ましい。
これにより、AlGa(1-x)N層12が5nm以上歪まないようにし、結晶の品位の毀損を抑制することができる。
(12)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層がドーパント原子としてMg、ZnまたはBeを1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下含んでいることが好ましい。
これにより、結晶の品質とキャリア濃度が両立し、パワーデバイスに適した窒化物半導体積層体1を得ることができる。
(11) In the nitride semiconductor laminate 1, in the Al x Ga (1-x) N layer, the in-plane lattice constant in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 30 nm or less from the nitride semiconductor substrate side is the nitride semiconductor substrate. It is preferable that the strain is distorted by 0% or more and 1% or less with respect to the lattice constant of.
As a result, the Al x Ga (1-x) N layer 12 can be prevented from being distorted by 5 nm or more, and the deterioration of the crystal quality can be suppressed.
(12) In the nitride semiconductor laminate 1, the Al x Ga (1-x) N layer contains Mg, Zn or Be as a dopant atom in an amount of 1 × 10 18 cm -3 or more and 5 × 10 19 cm -3 or less. Is preferable.
As a result, it is possible to obtain a nitride semiconductor laminate 1 suitable for a power device because the crystal quality and the carrier concentration are compatible with each other.

(13)窒化物半導体積層体1では、AlGa(1-x)N層がGaNで形成されていることが好ましい。
これにより、2DEG濃度と電子移動度とを両立し、より低オン抵抗かつ高耐圧のデバイスを得ることができる。
(14)窒化物半導体積層体1では、窒化物半導体基板とAlGa(1-x)N層の間には、Al組成が基板の厚さ方向おいて減少する組成傾斜層が備えられていないことが好ましい。
これにより、2DEGの濃度を高めることができる。
(15)窒化物半導体積層体1では、基板11とAlGa(1-x)N層12との間に設けられた発光層をさらに備え、AlGa(1-x)N層12のp型ドーピング濃度が1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下であることが好ましい。
これにより、窒化物半導体積層体1は、発光素子としても用いることが可能となる。
(13) In the nitride semiconductor laminate 1, it is preferable that the Al x Ga (1-x) N layer is formed of GaN.
As a result, it is possible to obtain a device having both 2DEG concentration and electron mobility, and having lower on-resistance and higher withstand voltage.
(14) In the nitride semiconductor laminate 1, a composition gradient layer whose Al composition decreases in the thickness direction of the substrate is provided between the nitride semiconductor substrate and the Al x Ga (1-x) N layer. It is preferable that there is no such thing.
This makes it possible to increase the concentration of 2DEG.
(15) The nitride semiconductor laminate 1 further includes a light emitting layer provided between the substrate 11 and the Al x Ga (1-x) N layer 12, and the Al x Ga (1-x ) N layer 12 is further provided. It is preferable that the p-type doping concentration is 1 × 10 18 cm -3 or more and 5 × 10 19 cm -3 or less.
As a result, the nitride semiconductor laminate 1 can also be used as a light emitting device.

(16)窒化物半導体積層体1の製造方法では、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む窒化物半導体基板上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層を形成する。
これにより、シート抵抗を低下させるとともに、電子移動度を向上させることができる。
(16) In the method for producing the nitride semiconductor laminate 1, a growth rate of 0.7 μm / hr or more is obtained by an organic metal vapor phase growth method on a nitride semiconductor substrate containing Al having a temperature of 650 ° C or higher and lower than 1000 ° C. The Al x Ga (1-x) N layer formed by Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2) is formed.
As a result, the sheet resistance can be reduced and the electron mobility can be improved.

(17)前記窒化物半導体基板の表面の温度を750℃以上950℃以下とすることが好ましい。
これにより、窒化物半導体積層体1のシート抵抗および電子移動度を向上させることができる。
(18)AlGa(1-x)N層を形成する際の真空度を30mbar以上150mbar以下とすることが好ましい。
これにより、シート抵抗及び電子移動度を向上させることができる。
(17) The temperature of the surface of the nitride semiconductor substrate is preferably 750 ° C. or higher and 950 ° C. or lower.
This makes it possible to improve the sheet resistance and electron mobility of the nitride semiconductor laminate 1.
(18) Al x Ga (1-x) It is preferable that the degree of vacuum when forming the N layer is 30 mbar or more and 150 mbar or less.
Thereby, the sheet resistance and the electron mobility can be improved.

[実施例1]
厚さが550μmのc面AlN単結晶基板に対して、有機金属気相成長(MOCVD)装置を用いてアニール処理を行った。アニール処理は、1300℃の環境下において、NH雰囲気中での5分間のアニールおよびH雰囲気中での5分間のアニールを1セットとして、2セットの処理を行った。
[Example 1]
A c-plane AlN single crystal substrate having a thickness of 550 μm was annealed using an organic metal vapor phase growth (MOCVD) apparatus. In the annealing treatment, two sets of annealing were performed in an environment of 1300 ° C., with 5 minutes of annealing in the NH 3 atmosphere and 5 minutes of annealing in the H 2 atmosphere as one set.

次に、AlN単結晶基板上に、ホモエピタキシャル層であるAlN層を形成した。AlN層は、1200℃の環境下において500nmの厚さで形成した。このとき、III族元素原料ガスの供給レートと窒素原料ガスの供給レートとの比率(V/III比)は50とした。また、チャンバーの真空度を50mbarとした。また、AlN層の成長レートは0.5μm/hrとした。また、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMAl)が用いられた。また、N原料としてアンモニア(NH)が用いられた。 Next, an AlN layer, which is a homoepitaxial layer, was formed on the AlN single crystal substrate. The AlN layer was formed to a thickness of 500 nm in an environment of 1200 ° C. At this time, the ratio (V / III ratio) between the supply rate of the group III element raw material gas and the supply rate of the nitrogen raw material gas was set to 50. Moreover, the degree of vacuum of the chamber was set to 50 mbar. The growth rate of the AlN layer was 0.5 μm / hr. Further, trimethylaluminum (TMAl) was used as an Al raw material. In addition, ammonia (NH 3 ) was used as the N raw material.

上述した基板上に、AlGa(1-x)N層を形成した。AlGa(1-x)N層は、厚さ10nmのGaN(すなわちx=0)で形成した。AlGa(1-x)N層は、700℃の成長温度(基板温度)で、チャンバーの真空度を50mbar、V/III比を1850とした条件で形成した。また、このときのGaNの成長レートを1μm/hrとした。
このようにして、AlN基板上に、窒化物半導体積層体が形成された。
An Al x Ga (1-x) N layer was formed on the above-mentioned substrate. The Al x Ga (1-x) N layer was formed of GaN (that is, x = 0) having a thickness of 10 nm. The Al x Ga (1-x) N layer was formed at a growth temperature (substrate temperature) of 700 ° C. under the conditions that the vacuum degree of the chamber was 50 mbar and the V / III ratio was 1850. Further, the growth rate of GaN at this time was set to 1 μm / hr.
In this way, the nitride semiconductor laminate was formed on the AlN substrate.

上述したように形成されたAlGa(1-x)N層を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは3.0nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、90%であった。さらに、断面TEM測定で観察された貫通転位密度は1×10cm-3であった。 When the Al x Ga (1-x) N layer formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. rice field. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 3.0 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 90%. Furthermore, the transmission dislocation density observed by cross-sectional TEM measurement was 1 × 10 8 cm -3 .

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から2nm未満の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm以上10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。 When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region less than 2 nm from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of 5 nm or more and 10 nm or less from the interface was 0%.

続いて、AlGa(1-x)N層上に電子バリア層を形成した。電子バリア層は、厚さ20nmのAl0.25Ga0.75N(すなわちy=0.25)を成長させることにより形成した。電子バリア層は、700℃の成長温度で、チャンバーの真空度を50mbar、V/III比を1850とした条件で形成した。 Subsequently, an electron barrier layer was formed on the Al x Ga (1-x) N layer. The electron barrier layer was formed by growing Al 0.25 Ga 0.75 N (that is, y = 0.25) having a thickness of 20 nm. The electron barrier layer was formed at a growth temperature of 700 ° C. under the conditions that the vacuum degree of the chamber was 50 mbar and the V / III ratio was 1850.

得られた積層体を15cm角に劈開し、四隅にTi、Al、NiおよびAuを含む合金電極(n型電極に相当)を形成して窒化物半導体積層体を得た。得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が10kΩ/cm、電子移動度が130cm/Vsであった。 The obtained laminate was opened into 15 cm squares, and alloy electrodes (corresponding to n-type electrodes) containing Ti, Al, Ni and Au were formed at the four corners to obtain a nitride semiconductor laminate. When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 10 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 130 cm 2 / Vs.

[実施例2]
AlGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を750℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 2]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1 except that the growth temperatures of the Al x Ga (1-x) N layer and the electron barrier layer were set to 750 ° C.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.7nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、80%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.7 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 80%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が1.5kΩ/cm、電子移動度が600cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 1.5 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 600 cm 2 / Vs.

[実施例3]
AlGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を800℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 3]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1 except that the growth temperatures of the Al x Ga (1-x) N layer and the electron barrier layer were set to 800 ° C.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.6nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、70%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.6 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 70%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が1.0kΩ/cm、電子移動度が900cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 1.0 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 900 cm 2 / Vs.

[実施例4]
AlGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を850℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 4]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1 except that the growth temperatures of the Al x Ga (1-x) N layer and the electron barrier layer were set to 850 ° C.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.8nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、65%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.8 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 65%. Furthermore, no through-transition was observed from the cross-sectional TEM measurement.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.8kΩ/cm、電子移動度が1100cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 0.8 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1100 cm 2 / Vs.

[実施例5]
AlGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を900℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 5]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1 except that the growth temperatures of the Al x Ga (1-x) N layer and the electron barrier layer were set to 900 ° C.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、55%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 55%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.5kΩ/cm、電子移動度が1350cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 0.5 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1350 cm 2 / Vs.

[実施例6]
AlGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を950℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 6]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1 except that the growth temperatures of the Al x Ga (1-x) N layer and the electron barrier layer were set to 950 ° C.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.8nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、60%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.8 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 60%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.7kΩ/cm、電子移動度が1200cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 0.7 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1200 cm 2 / Vs.

[実施例7]
AlGa(1-x)N層の成長レートを2μm/hrにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 7]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the growth rate of the Al x Ga (1-x) N layer was set to 2 μm / hr.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは1.2nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、70%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 1.2 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 70%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が5kΩ/cm、電子移動度が330cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 5 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 330 cm 2 / Vs.

[実施例8]
AlGa(1-x)N層のチャンバーの真空度を30mbarにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 8]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the degree of vacuum of the Al x Ga (1-x) N layer chamber was set to 30 mbar.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、75%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 75%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.5kΩ/cm、電子移動度が1300cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 0.5 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1300 cm 2 / Vs.

[実施例9]
AlGa(1-x)N層のチャンバーの真空度を100mbarにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 9]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the degree of vacuum of the Al x Ga (1-x) N layer chamber was set to 100 mbar.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.6nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、75%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.6 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 75%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.6kΩ/cm、電子移動度が1250cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 0.6 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1250 cm 2 / Vs.

[実施例10]
AlGa(1-x)N層のチャンバーの真空度を150mbarにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 10]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the degree of vacuum of the Al x Ga (1-x) N layer chamber was set to 150 mbar.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は95%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、70%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 95%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 70%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.6kΩ/cm、電子移動度が1250cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 0.6 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1250 cm 2 / Vs.

[実施例11]
AlGa(1-x)N層のチャンバーの真空度を200mbarにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 11]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the degree of vacuum of the Al x Ga (1-x) N layer chamber was set to 200 mbar.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は85%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは1.6nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、75%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 85%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 1.6 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 75%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が3.0kΩ/cm、電子移動度が510cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 3.0 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 510 cm 2 / Vs.

[実施例12]
AlGa(1-x)N層をAl0.1Ga0.9N(すなわちx=0.1)で形成し、電子バリア層をAl0.35Ga0.65N(すなわちy=0.35)で形成した以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 12]
The Al x Ga (1-x) N layer is formed of Al 0.1 Ga 0.9 N (that is, x = 0.1), and the electron barrier layer is formed of Al 0.35 Ga 0.65 N (that is, y = 0). A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that it was formed in .35).

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、55%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 55%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が2.0kΩ/cm、電子移動度が900cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 2.0 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 900 cm 2 / Vs.

[実施例13]
AlGa(1-x)N層をAl0.15Ga0.85N(すなわちx=0.15)で形成し、電子バリア層をAl0.4Ga0.6N(すなわちy=0.4)とした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 13]
The Al x Ga (1-x) N layer is formed with Al 0.15 Ga 0.85 N (that is, x = 0.15), and the electron barrier layer is formed with Al 0.4 Ga 0.6 N (that is, y = 0). A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that 4) was set.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、55%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 55%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が3.0kΩ/cm、電子移動度が670cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 3.0 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 670 cm 2 / Vs.

[実施例14]
AlGa(1-x)N層の膜厚を2.0nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 14]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the film thickness of the Al x Ga (1-x) N layer was set to 2.0 nm.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、0%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 0%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が2.5kΩ/cm、電子移動度が700cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 2.5 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 700 cm 2 / Vs.

[実施例15]
AlGa(1-x)N層の膜厚を5.0nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 15]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the film thickness of the Al x Ga (1-x) N layer was 5.0 nm.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、0%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 0%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が1.3kΩ/cm、電子移動度が1000cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 1.3 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1000 cm 2 / Vs.

[実施例16]
AlGa(1-x)N層の膜厚を20nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 16]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the film thickness of the Al x Ga (1-x) N layer was set to 20 nm.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、60%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 60%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.4kΩ/cm、電子移動度が1400cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 0.4 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1400 cm 2 / Vs.

[実施例17]
AlGa(1-x)N層の膜厚を25nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.6nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、65%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。
[Example 17]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the film thickness of the Al x Ga (1-x) N layer was set to 25 nm.
When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.6 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 65%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が1.4kΩ/cm、電子移動度が1250cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 1.4 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1250 cm 2 / Vs.

[実施例18]
AlGa(1-x)N層の膜厚を35nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 18]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the film thickness of the Al x Ga (1-x) N layer was 35 nm.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.8であった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、80%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.8. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 80%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が5.0kΩ/cm、電子移動度が1000cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 5.0 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 1000 cm 2 / Vs.

[比較例1]
AlGa(1-x)N層をAl0.25Ga0.75N(すなわちx=0.25)で形成し、電子バリア層をAl0.4Ga0.6N(すなわちy=0.4)で形成した以外は、実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。このとき、AlGa(1-x)N層は、900℃の成長温度で、チャンバーの真空度を50mbar、V/III比を1850とした条件で形成した。また、このときのAl0.25Ga0.75Nの成長レートを1μm/hrとした。また、電子バリア層は、700℃の成長温度で、チャンバーの真空度を50mbar、V/III比を1850とした条件で形成した。
[Comparative Example 1]
The Al x Ga (1-x) N layer is formed with Al 0.25 Ga 0.75 N (that is, x = 0.25), and the electron barrier layer is formed with Al 0.4 Ga 0.6 N (that is, y = 0). A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that it was formed in 4). At this time, the Al x Ga (1-x) N layer was formed under the conditions that the growth temperature was 900 ° C., the vacuum degree of the chamber was 50 mbar, and the V / III ratio was 1850. Further, the growth rate of Al 0.25 Ga 0.75 N at this time was set to 1 μm / hr. The electron barrier layer was formed at a growth temperature of 700 ° C. under the conditions that the vacuum degree of the chamber was 50 mbar and the V / III ratio was 1850.

上述したように形成されたAlGa(1-x)N層を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、70%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the Al x Ga (1-x) N layer formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 100%. rice field. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 70%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が30kΩ/cm、電子移動度が90cm/Vsであった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the sheet resistance was 30 kΩ / cm 2 and the electron mobility was 90 cm 2 / Vs.

[比較例2]
AlGa(1-x)N層の成長レートを0.2μm/hrとした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 2]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the growth rate of the Al x Ga (1-x) N layer was 0.2 μm / hr.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は50%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは13nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、100%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below was 50%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 13 nm. Moreover, the relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the Al N substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 100%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the noise values of both the sheet resistance and the electron mobility were 100%, and the measured values could not be obtained.

[比較例3]
AlGa(1-x)N層の成長レートを0.5μm/hrとした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 3]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the growth rate of the Al x Ga (1-x) N layer was 0.5 μm / hr.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は60%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは9.0nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、100%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 60%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 9.0 nm. Moreover, the relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the Al N substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 100%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the noise values of both the sheet resistance and the electron mobility were 100%, and the measured values could not be obtained.

[比較例4]
基板をサファイア基板とした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 4]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the substrate was a sapphire substrate.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は60%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは12nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、100%であった。さらに、断面TEM測定から、転位密度は1×10cm-3であった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 60%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 12 nm. Moreover, the relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the Al N substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 100%. Further, from the cross-sectional TEM measurement, the dislocation density was 1 × 10 9 cm -3 .

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥が観察された。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 0%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the noise values of both the sheet resistance and the electron mobility were 100%, and the measured values could not be obtained.

[比較例5]
AlGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を1000℃にした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 5]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the growth temperatures of the Al x Ga (1-x) N layer and the electron barrier layer were set to 1000 ° C.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は70%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは15nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、90%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 70%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 15 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 90%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the noise values of both the sheet resistance and the electron mobility were 100%, and the measured values could not be obtained.

[比較例6]
AlGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を1050℃にした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 6]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5 except that the growth temperatures of the Al x Ga (1-x) N layer and the electron barrier layer were set to 1050 ° C.

上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlGa(1-x)N層の表面被覆率は60%であった。また、AFM測定によって得られたAlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは20nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlGa(1-x)N層の緩和率は、100%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 60%. The surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 20 nm. Moreover, the relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the Al N substrate measured by the XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 100%. Furthermore, no transmission dislocations were observed from the cross-sectional TEM measurements.

高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When the region of 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking defects were observed. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region of more than 5 nm and 10 nm or less was observed from the interface between the AlN substrate and GaN by high resolution TEM, misfit dislocations and stacking defects were observed, respectively. At this time, the lattice distortion factor of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 10 nm or less from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was Hall-measured by the Van der pauw method, the noise values of both the sheet resistance and the electron mobility were 100%, and the measured values could not be obtained.

以下の表1に、各実施例および比較例の構成と、評価とを示す。 Table 1 below shows the configurations and evaluations of each Example and Comparative Example.

Figure 2022054987000002
Figure 2022054987000002

表1に示すように、各実施例の窒化物半導体積層体は、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む窒化物半導体基板上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層を形成することにより、窒化物半導体基板とAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層とを備えている。このような各実施例の窒化物半導体積層体は、Al組成xが0.2を超える比較例1、成長レートが0.7μm/hr未満である比較例2,3、サファイア基板を用いた比較例4及び成長温度が1000℃以上の比較例5,6と比較して、低いシート抵抗及び高い電子移動度を得ることができる。 As shown in Table 1, the nitride semiconductor laminate of each example is 0.7 μm / hr by the organic metal vapor phase growth method on a nitride semiconductor substrate containing Al having a temperature of 650 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. By forming the Al x Ga (1-x) N layer formed by Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2) at the above growth rate, the nitride semiconductor substrate and Al x It includes an Al x Ga (1-x) N layer formed of Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2). The nitride semiconductor laminates of each of these examples are compared using Comparative Example 1 having an Al composition x of more than 0.2, Comparative Examples 2 and 3 having a growth rate of less than 0.7 μm / hr, and a sapphire substrate. Compared with Example 4 and Comparative Examples 5 and 6 having a growth temperature of 1000 ° C. or higher, lower sheet resistance and higher electron mobility can be obtained.

実施例1~6からわかるように、AlGa(1-x)N層の成長温度(基板温度)を750℃以上950℃以下とすることにより、シート抵抗が顕著に低下するとともに、電子移動度が顕著に向上した。
また、実施例5および7からわかるように、AlGa(1-x)N層の成長レートを2μm/hr未満とすることにより、シート抵抗が顕著に低下するとともに、電子移動度が顕著に向上した。
As can be seen from Examples 1 to 6, by setting the growth temperature (substrate temperature) of the Al x Ga (1-x) N layer to 750 ° C. or higher and 950 ° C. or lower, the sheet resistance is significantly reduced and the electron mobility is reduced. The degree has improved significantly.
Further, as can be seen from Examples 5 and 7, by setting the growth rate of the Al x Ga (1-x) N layer to less than 2 μm / hr, the sheet resistance is remarkably reduced and the electron mobility is remarkably reduced. Improved.

実施例5および8~11からわかるように、チャンバーの真空度が30mbar以上150mbar以下の場合にシート抵抗および電子移動度が顕著に向上した。
また、実施例5,12,13および比較例1からわかるように、AlGa(1-x)N層のAl組成xは小さいほど好適であり、x=0である(AlGa(1-x)N層がGaNで形成されている)ことが最も好ましかった。
As can be seen from Examples 5 and 8 to 11, the sheet resistance and electron mobility were significantly improved when the vacuum degree of the chamber was 30 mbar or more and 150 mbar or less.
Further, as can be seen from Examples 5, 12, 13 and Comparative Example 1, the smaller the Al composition x of the Al x Ga (1-x) N layer, the more suitable it is, and x = 0 (Al x Ga (1) . -X) The N layer is made of GaN) was the most preferred.

実施例5及び14~18からわかるように、AlGa(1-x)N層の膜厚が0.5nm以上30nm以下である場合好適なシート抵抗および電子移動度が得られ、10nm以上20nm以下の場合に、特に好適なシート抵抗および電子移動度が得られた。 As can be seen from Examples 5 and 14-18, when the film thickness of the Al x Ga (1-x) N layer is 0.5 nm or more and 30 nm or less, suitable sheet resistance and electron mobility are obtained, and 10 nm or more and 20 nm. Particularly suitable sheet resistance and electron mobility were obtained in the following cases.

本開示の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本開示の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。 The scope of the present disclosure is not limited to the exemplary embodiments illustrated and described, but also includes all embodiments that provide an equivalent effect to that of the present disclosure. Furthermore, the scope of the present disclosure is not limited to the combination of the features of the invention defined by the claims, but may be defined by any desired combination of the specific features of all the disclosed features.

1,1A,1B 窒化物半導体積層体
11 基板
12 AlGa(1-x)N層
13 n型半導体層
14 発光層
15 AlN層
16 組成傾斜層
17 電子バリア層
1,1A, 1B Nitride semiconductor laminate 11 Substrate 12 Al x Ga (1-x) N layer 13 n-type semiconductor layer 14 Light emitting layer 15 AlN layer 16 Composition gradient layer 17 Electronic barrier layer

Claims (18)

温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む窒化物半導体基板上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層を、直下の層に対する前記AlGa(1-x)N層の被覆率が80%以上100%以下となるように形成する
窒化物半導体積層体の製造方法。
On a nitride semiconductor substrate containing Al whose temperature is 650 ° C or higher and lower than 1000 ° C, Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x) at a growth rate of 0.7 μm / hr or higher by the organic metal vapor phase growth method. The Al x Ga (1-x) N layer formed in ≦ 0.2) is so that the coverage of the Al x Ga ( 1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less. A method for manufacturing a nitride semiconductor laminate to be formed.
前記窒化物半導体基板としてAlN単結晶基板を用いる
請求項1に記載の窒化物半導体積層体の製造方法。
The method for manufacturing a nitride semiconductor laminate according to claim 1, wherein an AlN single crystal substrate is used as the nitride semiconductor substrate.
前記窒化物半導体基板の表面の温度を750℃以上950℃以下とする
請求項1または2に記載の窒化物半導体積層体の製造方法。
The method for manufacturing a nitride semiconductor laminate according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the surface of the nitride semiconductor substrate is 750 ° C. or higher and 950 ° C. or lower.
AlGa(1-x)N層を形成する際の真空度を30mbar以上150mbar以下とする
請求項1から3のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体の製造方法。
The method for producing a nitride semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 3, wherein the degree of vacuum when forming the Al x Ga (1-x) N layer is 30 mbar or more and 150 mbar or less.
Alを含む窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に配置されたAlGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlGa(1-x)N層と、
を備え、
直下の層に対する前記AlGa(1-x)N層の被覆率は、80%以上100%以下である窒化物半導体積層体。
Nitride semiconductor substrate containing Al and
An Al x Ga (1-x) N layer formed of Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 0.2) arranged on the nitride semiconductor substrate and
Equipped with
A nitride semiconductor laminate in which the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer directly below is 80% or more and 100% or less.
前記窒化物半導体基板は、AlN単結晶基板である
請求項5に記載の窒化物半導体積層体。
The nitride semiconductor laminate according to claim 5, wherein the nitride semiconductor substrate is an AlN single crystal substrate.
前記AlGa(1-x)N層の膜厚は、0.5nm以上30nm以下である
請求項5または6に記載の窒化物半導体積層体。
The nitride semiconductor laminate according to claim 5 or 6, wherein the Al x Ga (1-x) N layer has a film thickness of 0.5 nm or more and 30 nm or less.
前記AlGa(1-x)N層の前記窒化物半導体基板側から0.5nm以上5nm以下の領域における緩和率は、前記窒化物半導体基板に対して0%以上50%以下であり、前記AlGa(1-x)N層の前記窒化物半導体基板側から5nm超30nm以下の領域における緩和率は、前記窒化物半導体基板に対して50%以上100%以下である
請求項5から7のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the region of 0.5 nm or more and 5 nm or less from the nitride semiconductor substrate side is 0% or more and 50% or less with respect to the nitride semiconductor substrate. Claims 5 to 7 that the relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the region of more than 5 nm and 30 nm or less from the nitride semiconductor substrate side is 50% or more and 100% or less with respect to the nitride semiconductor substrate. The nitride semiconductor laminate according to any one of the above items.
前記AlGa(1-x)N層に含まれる貫通転位密度は、1×10cm-3以下である
請求項5から8のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
The nitride semiconductor laminate according to any one of claims 5 to 8, wherein the penetration dislocation density contained in the Al x Ga (1-x) N layer is 1 × 10 4 cm -3 or less.
前記AlGa(1-x)N層の前記窒化物半導体基板側から0.5nm以上5nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在しない
請求項5から9のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
According to any one of claims 5 to 9, there is no misfit dislocation or stacking defect in the region of 0.5 nm or more and 5 nm or less from the nitride semiconductor substrate side of the Al x Ga (1-x) N layer. The nitride semiconductor laminate according to the description.
前記AlGa(1-x)N層の前記窒化物半導体基板側から5nm超30nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在する
請求項5から10のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
The invention according to any one of claims 5 to 10, wherein a misfit dislocation or a stacking defect is present in the region of the Al x Ga (1-x) N layer from the nitride semiconductor substrate side to more than 5 nm and 30 nm or less. Nitride semiconductor laminate.
前記AlGa(1-x)N層の表面二乗粗さは、0.9nm以下である
請求項5から11のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
The nitride semiconductor laminate according to any one of claims 5 to 11, wherein the surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer is 0.9 nm or less.
前記AlGa(1-x)N層の前記窒化物半導体基板側から0.5nm以上5nm以下の領域におけるa軸方向の面内格子定数は、前記窒化物半導体基板の格子定数に対して1%以上2.5%以下歪んでいる
請求項5から12のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
The in-plane lattice constant in the a-axis direction in the region of 0.5 nm or more and 5 nm or less from the nitride semiconductor substrate side of the Al x Ga (1-x) N layer is 1 with respect to the lattice constant of the nitride semiconductor substrate. The nitride semiconductor laminate according to any one of claims 5 to 12, which is distorted by% or more and 2.5% or less.
前記AlGa(1-x)N層において、前記窒化物半導体基板側から5nm超30nm以下の領域におけるa軸方向の面内格子定数は、前記窒化物半導体基板の格子定数に対して0%以上1%以下で歪んでいる請求項5から13のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 In the Al x Ga (1-x) N layer, the in-plane lattice constant in the a-axis direction in the region of more than 5 nm and 30 nm or less from the nitride semiconductor substrate side is 0% with respect to the lattice constant of the nitride semiconductor substrate. The nitride semiconductor laminate according to any one of claims 5 to 13, which is distorted by 1% or less. 前記AlGa(1-x)N層は、ドーパント原子としてMg、ZnまたはBeを1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下含んでいる
請求項5から14のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
One of claims 5 to 14, wherein the Al x Ga (1-x) N layer contains Mg, Zn or Be as a dopant atom in an amount of 1 × 10 18 cm -3 or more and 5 × 10 19 cm -3 or less. The nitride semiconductor laminate according to the section.
前記AlGa(1-x)N層は、GaNで形成されている
請求項5から15のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
The nitride semiconductor laminate according to any one of claims 5 to 15, wherein the Al x Ga (1-x) N layer is formed of GaN.
前記窒化物半導体基板と前記AlGa(1-x)N層との間には、Al組成が前記窒化物半導体基板から遠ざかる方向にむかって減少する組成傾斜層が備えられていない
請求項5から16のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
5. Claim 5 that the nitride semiconductor substrate and the Al x Ga (1-x) N layer are not provided with a composition gradient layer in which the Al composition decreases in a direction away from the nitride semiconductor substrate. The nitride semiconductor laminate according to any one of 16 to 16.
前記窒化物半導体基板と前記AlGa(1-x)N層との間に設けられた発光層をさらに備え、
前記AlGa(1-x)N層のp型ドーピング濃度は、1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下である
請求項5~17のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。
Further, a light emitting layer provided between the nitride semiconductor substrate and the Al x Ga (1-x) N layer is provided.
The nitride according to any one of claims 5 to 17, wherein the p-type doping concentration of the Al x Ga (1-x) N layer is 1 × 10 18 cm -3 or more and 5 × 10 19 cm -3 or less. Material semiconductor laminate.
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