JP5236148B2 - エピタキシャル基板、半導体素子、エピタキシャル基板の製造方法、半導体素子の製造方法、およびiii族窒化物結晶における転位偏在化方法 - Google Patents
エピタキシャル基板、半導体素子、エピタキシャル基板の製造方法、半導体素子の製造方法、およびiii族窒化物結晶における転位偏在化方法 Download PDFInfo
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Description
本実施例においては、(0001)面に対し0.1°のオフ角θを与えたサファイアを基材1とし、MOCVD法によって、減圧雰囲気下1200℃で、上部層2としてAlN層を膜厚1μmで形成することにより、エピタキシャル基板10を得た。本AlN層と基材の間には、基材窒化層が挿入されている。AlN層の結晶性を評価したところ、X線ロッキングカ−ブの(0002)面の半値幅が60秒、(10−12)面の半値幅が1200秒であった。転位密度は、2×1010/cm2であった。なお、X線ロッキングカーブ測定は、オープンスリットを用い、ωスキャン法により行い、(0002)面を用いた場合は、AlNのc軸方向からの結晶ゆらぎの傾き成分を、(10−12)面を用いた場合は、AlNのc軸を中心とした結晶揺らぎの主に回転成分を測定するものである。AFMにより計測された5μm□の表面粗さ(ra)は3Å以下であり、AFM像においては、原子レベルの段差が観察された。
実施例1と同様に得られたエピタキシャル基板10に対して、MOCVD法によって、大気圧雰囲気下1100℃で、Al0.2Ga0.8N層を膜厚5μmで形成した。係るAl0.2Ga0.8N層については、転位の偏在領域と低転位領域が確認された。後者における転位密度は、2×108/cm2であった。また、AFM像においては、GaN層の表面には段差は観察されなかった。
上部層2を形成した後の加熱処理を省略した以外は、実施例1と同様の処理を行った。得られたGaN層には、実施例の場合と同様に転位の偏在領域と低転位領域が確認されたが、後者における転位密度は、5×107/cm2であった。
1S (基材1の)主面
2 上部層
2S (上部層2の)主面
3 III族窒化物結晶層
3S (III族窒化物結晶層3の)主面
10 エピタキシャル基板
BP1〜BP3 段差
RE、RE2 低転位領域
RE1 (転位の)偏在領域
RE2 低転位領域
d、d1 転位
d2 貫通転位
Claims (7)
- エピタキシャル基板であって、
主面にオフ角が与えられてなる基材と、
前記主面上にエピタキシャル形成された、全III族元素におけるAlの割合が80モル%以上である第1のIII族窒化物結晶からなる上部層と、
を備え、
前記上部層の形成温度よりも高くかつ1500℃以上である加熱温度で加熱処理されてなることによって前記上部層の表面に前記基材の表面の段差よりも大きい周期的な段差が形成されてなる、
ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 請求項1に記載のエピタキシャル基板であって、
前記第1のIII族窒化物結晶の主面の結晶方位が(0001)面である、
ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 請求項1または請求項2に記載のエピタキシャル基板であって、
前記第1のIII族窒化物結晶がAlNである、
ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 半導体素子であって、
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のエピタキシャル基板の上に第2のIII族窒化物からなる機能層がエピタキシャル形成されてなり、
前記機能層が、
低転位領域と、
前記周期的な段差と同程度の間隔で存在し、かつ前記機能層表面における存在割合が前記低転位領域に比して小さい転位偏在領域と、
からなることを特徴とする半導体素子。 - エピタキシャル基板の製造方法であって、
主面にオフ角が与えられてなる基材の該主面上に、所定の形成温度で全III族元素におけるAlの割合が80モル%以上である第1のIII族窒化物結晶からなる上部層をエピタキシャル形成する形成工程と、
前記形成温度よりも高くかつ1500℃以上である加熱温度で加熱することによって前記上部層の表面に前記基材の表面の段差よりも大きい周期的な段差を形成する加熱工程と、
を備えることを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 半導体素子の製造方法であって、
請求項5に記載の製造方法によって製造されたエピタキシャル基板の上に、第2のIII族窒化物からなる機能層をエピタキシャル形成することで、前記機能層を、
低転位領域と、
前記周期的な段差と同程度の間隔で存在し、かつ前記機能層表面における存在割合が前記低転位領域に比して小さい転位偏在領域と、
からなるように形成する、
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - III族窒化物結晶において転位を偏在化させる方法であって、
主面にオフ角が与えられてなる基材の該主面上に、全III族元素におけるAlの割合が80モル%以上である第1のIII族窒化物結晶からなる上部層を所定の形成温度でエピタキシャル形成してなるエピタキシャル基板を、前記形成温度よりも高くかつ1500℃以上である加熱温度で加熱することによって前記上部層の表面に前記基材の表面の段差よりも大きい周期的な段差を形成したうえで、前記エピタキシャル基板の上に第2のIII族窒化物によって前記III族窒化物結晶をエピタキシャル形成させることにより、前記III族窒化物結晶に、
低転位領域と、
前記周期的な段差と同程度の間隔で存在し、かつ前記機能層表面における存在割合が前記低転位領域に比して小さい転位偏在領域と、
を形成する、
ことを特徴とするIII族窒化物結晶における転位偏在化方法。
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