JP5582217B2 - Method for growing gallium nitride based semiconductor film for gallium nitride based semiconductor electronic device, method for producing gallium nitride based semiconductor electronic device, epitaxial substrate, and gallium nitride based semiconductor electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法、エピタキシャル基板、及び窒化ガリウム系半導体電子デバイスに関する。 The present invention relates to a method for growing a gallium nitride based semiconductor film, a method for producing a gallium nitride based semiconductor electronic device, an epitaxial substrate, and a gallium nitride based semiconductor electronic device.
特許文献1には、III族窒化物系電子デバイスが記載されている。このIII族窒化物系電子デバイスのドリフト層は基板主面上に設けられる。また、ドリフト層は、1×1017cm-3未満のシリコン濃度を有するn−型III族窒化物系半導体からなる。このシリコンはドナーとして作用する。合成オフ角は基板主面の全体にわたって0.15度以上である。ドリフト層内における炭素濃度は3×1016cm-3以下である。 Patent Document 1 describes a group III nitride electronic device. The drift layer of the group III nitride electronic device is provided on the main surface of the substrate. The drift layer is made of an n-type group III nitride semiconductor having a silicon concentration of less than 1 × 10 17 cm −3 . This silicon acts as a donor. The combined off angle is 0.15 degrees or more over the entire main surface of the substrate. The carbon concentration in the drift layer is 3 × 10 16 cm −3 or less.
発明者らの知見によれば、III族窒化物半導体デバイスのデバイス特性は、III族窒化物半導体膜の結晶品質だけでなく、このIII族窒化物半導体膜の下地の面方位にも敏感である。 According to the knowledge of the inventors, the device characteristics of the group III nitride semiconductor device are sensitive not only to the crystal quality of the group III nitride semiconductor film but also to the surface orientation of the base of the group III nitride semiconductor film. .
発明者らの試みによれば、下地の半導体面のオフ角がゼロに非常に近く小さいとき、エピタキシャル層の成長においてステップフロー成長が生じにくくなる。また、エピタキシャル層に取り込まれる炭素不純物が増える。炭素不純物の増加により、エピタキシャル層ではキャリア補償が生じる。これらは、結果としてデバイス特性を劣化させる。一方、下地の半導体面の面方位がc軸から数度の角度で大きく傾けているとき、下地結晶の面方位がc面から大きく外れる。これ故に、エピタキシャル層の成長において、微視的にはいくつかの面方位で結晶が成長する。この結果、表面モフォロジが荒れる。 According to the inventors' attempts, when the off-angle of the underlying semiconductor surface is very close to zero, step flow growth hardly occurs in the growth of the epitaxial layer. In addition, carbon impurities taken into the epitaxial layer increase. The increase in carbon impurities causes carrier compensation in the epitaxial layer. These result in degradation of device characteristics. On the other hand, when the plane orientation of the underlying semiconductor surface is greatly inclined at an angle of several degrees from the c-axis, the plane orientation of the underlying crystal is greatly deviated from the c-plane. Therefore, in the growth of the epitaxial layer, the crystal grows microscopically in several plane orientations. As a result, the surface morphology becomes rough.
結晶成長における上記の現象は、III族窒化物半導体デバイスにおいて、逆方向の電界分布の不均一を引き起こし,局所的な炭素不純物の取り込み量に不均一を引き起こし、また炭素不純物に起因するキャリア濃度の不均一を引き起こす。これらの現象を総合的に解決してデバイス特性の向上を可能にするが望まれている。 The above phenomenon in crystal growth causes non-uniformity in the electric field distribution in the reverse direction in the group III nitride semiconductor device, non-uniformity in the amount of local carbon impurity incorporation, and the carrier concentration caused by the carbon impurity. Causes unevenness. It is desired to improve the device characteristics by comprehensively solving these phenomena.
本発明は、上記の事情を鑑みて為されたものであり、良好な表面モフォロジ及び所望のキャリア濃度を提供できる、窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、この窒化ガリウム系半導体膜を含む、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記の窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル基板を提供することを目的とする。さらにまた、本発明は、上記の窒化ガリウム系半導体膜を用いる窒化ガリウム系半導体電子デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for growing a gallium nitride based semiconductor film that can provide good surface morphology and a desired carrier concentration. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a gallium nitride based semiconductor electronic device including the gallium nitride based semiconductor film. Another object of the present invention is to provide an epitaxial substrate including the gallium nitride based semiconductor film. Still another object of the present invention is to provide a gallium nitride semiconductor electronic device using the gallium nitride semiconductor film.
本発明の一側面は、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法である。この方法は、(a)六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板を準備する工程と、(b)前記基板の前記主面上に、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜をエピタキシャルに成長する工程とを備える。前記基板の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.35度以上1.0度以下(ただし0.35度を除く)、及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される。前記窒化ガリウム系半導体膜は、その厚さが3マイクロメートル以上であり、炭素濃度1×1016cm-3以下の窒化ガリウム半導体からなる。 One aspect of the present invention is a method of growing a gallium nitride based semiconductor film for a gallium nitride based semiconductor electronic device . This method includes (a) preparing a substrate having a main surface made of hexagonal gallium nitride, and (b) gallium nitride having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less on the main surface of the substrate. And a step of epitaxially growing a system semiconductor film. The off-angle of the main surface of the substrate is 0.35 degree or more and 1.0 degree or less (except 0.35 degree ) in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride over the whole main surface. ) And in the <1-210> direction is not less than −0.3 degrees and not more than +0.3 degrees, and the off-angle is the normal between the main surface of the substrate and the c-axis of the hexagonal gallium nitride. It is defined by the angle formed. The gallium nitride based semiconductor film is made of a gallium nitride semiconductor having a thickness of 3 micrometers or more and a carbon concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.
本発明の別の側面は、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法である。この方法は、(a)六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板を準備する工程と、(b)前記基板の前記主面上に、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル半導体領域を成長する工程と、(c)前記エピタキシャル半導体領域上に電極を形成する工程とを備える。前記基板の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.35度以上1.0度以下(ただし0.35度を除く)、及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される。前記窒化ガリウム系半導体膜は、その厚さが3マイクロメートル以上であり、炭素濃度1×1016cm-3以下の窒化ガリウム半導体からなる。 Another aspect of the present invention is a method of fabricating a gallium nitride based semiconductor electronic device. This method includes (a) preparing a substrate having a main surface made of hexagonal gallium nitride, and (b) gallium nitride having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less on the main surface of the substrate. A step of growing an epitaxial semiconductor region including a semiconductor film, and (c) a step of forming an electrode on the epitaxial semiconductor region. The off-angle of the main surface of the substrate is 0.35 degree or more and 1.0 degree or less (except 0.35 degree ) in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride over the whole main surface. ) And in the <1-210> direction is not less than −0.3 degrees and not more than +0.3 degrees, and the off-angle is the normal between the main surface of the substrate and the c-axis of the hexagonal gallium nitride. It is defined by the angle formed. The gallium nitride based semiconductor film is made of a gallium nitride semiconductor having a thickness of 3 micrometers or more and a carbon concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.
本発明のまた別の側面は、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのためのエピタキシャル基板である。このエピタキシャル基板は、(a)六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板と、(b)前記基板の前記主面上に設けられ、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜とを備える。前記基板の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.35度以上1.0度以下(ただし0.35度を除く)、及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される。前記窒化ガリウム系半導体膜は、その厚さが3マイクロメートル以上であり、炭素濃度1×1016cm-3以下の窒化ガリウム半導体からなる。 Another aspect of the present invention is an epitaxial substrate for a gallium nitride based semiconductor electronic device. The epitaxial substrate includes: (a) a substrate having a main surface made of hexagonal gallium nitride; and (b) a gallium nitride system provided on the main surface of the substrate and having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less. A semiconductor film. The off-angle of the main surface of the substrate is 0.35 degree or more and 1.0 degree or less (except 0.35 degree ) in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride over the whole main surface. ) And in the <1-210> direction is not less than −0.3 degrees and not more than +0.3 degrees, and the off-angle is the normal between the main surface of the substrate and the c-axis of the hexagonal gallium nitride. It is defined by the angle formed. The gallium nitride based semiconductor film is made of a gallium nitride semiconductor having a thickness of 3 micrometers or more and a carbon concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.
本発明の更なる別の側面は、窒化ガリウム系半導体電子デバイスである。窒化ガリウム系半導体電子デバイスは、(a)六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する支持基体と、(b)前記支持基体の前記主面上に設けられ、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜とを備える。前記支持基体の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.35度以上1.0度以下(ただし0.35度を除く)、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、前記オフ角は、前記支持基体の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される。前記窒化ガリウム系半導体膜は、その厚さが3マイクロメートル以上であり、炭素濃度1×1016cm-3以下の窒化ガリウム半導体からなる。 Yet another aspect of the present invention is a gallium nitride based semiconductor electronic device. The gallium nitride based semiconductor electronic device includes (a) a support base having a main surface made of hexagonal gallium nitride, and (b) a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 provided on the main surface of the support base. The following gallium nitride based semiconductor film is provided. The off angle of the main surface of the support base is 0.35 degrees or more and 1.0 degrees or less (however, 0.35 degrees in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride over the entire main surface. Except in the <1-210> direction, which is not less than −0.3 degrees and not more than +0.3 degrees, and the off-angle is the normal of the main surface of the support substrate and the c-axis of the hexagonal gallium nitride. It is defined by the angle formed by The gallium nitride based semiconductor film is made of a gallium nitride semiconductor having a thickness of 3 micrometers or more and a carbon concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.
本発明者は、以下の点を見出すことにより、本発明を完成させた。窒化ガリウム系半導体膜を基板上にエピタキシャル成長するとき、<1−100>方向において基板のオフ角が0.3度未満に小さいとき、炭素不純物が窒化ガリウム系半導体膜に多く取り込まれる。これ故に、デバイス特性が劣化する。また、<1−100>方向において基板のオフ角が1.0度より大きいと共に<1−210>方向において基板のオフ角が−0.3度未満及び+0.3度より大きいとき、窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジが荒れる。これは、窒化ガリウム系半導体膜の表面における平坦性が失われ、デバイス特性が劣化する。 The present inventor completed the present invention by finding the following points. When epitaxially growing a gallium nitride based semiconductor film on a substrate, a large amount of carbon impurities are taken into the gallium nitride based semiconductor film when the off angle of the substrate is less than 0.3 degrees in the <1-100> direction. Therefore, device characteristics are deteriorated. Further, when the off angle of the substrate is larger than 1.0 degree in the <1-100> direction and the off angle of the substrate is smaller than −0.3 degree and larger than +0.3 degree in the <1-210> direction, gallium nitride The surface morphology of the semiconductor film becomes rough. As a result, the flatness on the surface of the gallium nitride based semiconductor film is lost, and the device characteristics deteriorate.
本発明の別の側面は、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法である。この方法は、(a)六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板を準備する工程と、(b)前記基板の前記主面上に、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル半導体領域を成長する工程と、(c)前記エピタキシャル半導体領域上に電極を形成する工程とを備える。前記基板の前記主面は第1及び第2のエリアを有し、前記エピタキシャル半導体領域は、前記基板の前記主面の前記第1及び第2のエリア上に設けられた第1及び第2の部分を含み、前記電極は前記第1の部分の表面上に形成され、前記基板の前記主面の前記第1のエリアにおけるオフ角が、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される。 Another aspect of the present invention is a method of fabricating a gallium nitride based semiconductor electronic device. This method includes (a) preparing a substrate having a main surface made of hexagonal gallium nitride, and (b) gallium nitride having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less on the main surface of the substrate. A step of growing an epitaxial semiconductor region including a semiconductor film, and (c) a step of forming an electrode on the epitaxial semiconductor region. The main surface of the substrate has first and second areas, and the epitaxial semiconductor region is provided with first and second areas provided on the first and second areas of the main surface of the substrate. The electrode is formed on a surface of the first portion, and an off angle in the first area of the main surface of the substrate is in a <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride. 0.3 degrees or more and 1.0 degrees or less, and −0.3 degrees or more and +0.3 degrees or less in the <1-210> direction, and the off-angle is the normal of the main surface of the substrate and the hexagonal crystal It is defined by the angle between the gallium nitride and the c-axis.
ここで、窒化ガリウム系半導体膜を基板上にエピタキシャル成長するとき、<1−100>方向において基板のオフ角が0.3度未満に小さいとき、炭素不純物が窒化ガリウム系半導体膜に多く取り込まれる。これ故に、デバイス特性が劣化する。また、<1−100>方向において基板のオフ角が1.0度より大きいと共に<1−210>方向において基板のオフ角が−0.3度未満及び+0.3度より大きいとき、窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジが荒れる。これは、窒化ガリウム系半導体膜の表面における平坦性が失われ、デバイス特性が劣化する。一般に、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための電極が第1の部分の表面上に形成されるので、本発明によれば、基板表面のオフ角の分布に起因するデバイス特性劣化を避けることができる。 Here, when the gallium nitride based semiconductor film is epitaxially grown on the substrate, a large amount of carbon impurities are taken into the gallium nitride based semiconductor film when the off angle of the substrate is smaller than 0.3 degrees in the <1-100> direction. Therefore, device characteristics are deteriorated. Further, when the off angle of the substrate is larger than 1.0 degree in the <1-100> direction and the off angle of the substrate is smaller than −0.3 degree and larger than +0.3 degree in the <1-210> direction, gallium nitride The surface morphology of the semiconductor film becomes rough. As a result, the flatness on the surface of the gallium nitride based semiconductor film is lost, and the device characteristics deteriorate. In general, since an electrode for a gallium nitride based semiconductor electronic device is formed on the surface of the first portion, according to the present invention, it is possible to avoid device characteristic deterioration due to off-angle distribution of the substrate surface. .
また、本発明の別の側面は、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法である。この方法は、(a)六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板を準備する工程と、(b)前記基板の前記主面上に、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル半導体領域を成長する工程と、(c)前記エピタキシャル半導体領域上に電極を形成する工程とを備える。少なくとも電極の範囲の前記基板の前記主面のオフ角が、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される。 Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a gallium nitride based semiconductor electronic device. This method includes (a) preparing a substrate having a main surface made of hexagonal gallium nitride, and (b) gallium nitride having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less on the main surface of the substrate. A step of growing an epitaxial semiconductor region including a semiconductor film, and (c) a step of forming an electrode on the epitaxial semiconductor region. The off angle of the main surface of the substrate at least in the range of the electrode is 0.3 degree or more and 1.0 degree or less in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride, and is −0 in the <1-210> direction. 3 degrees or more and +0.3 degrees or less, and the off-angle is defined by an angle formed between the normal line of the main surface of the substrate and the c-axis of the hexagonal gallium nitride.
電極はエピタキシャル半導体領域の一部分上に形成される。エピタキシャル半導体領域の該一部分は、基板主面の一部分上に成長される。基板主面の該一部分おけるオフ角が上記のオフ角の範囲であるので、基板表面のオフ角の分布に起因するデバイス特性劣化を避けることができる。 The electrode is formed on a portion of the epitaxial semiconductor region. The portion of the epitaxial semiconductor region is grown on a portion of the substrate major surface. Since the off angle in the part of the main surface of the substrate is in the above-mentioned range of the off angle, it is possible to avoid device characteristic deterioration due to the distribution of the off angle on the substrate surface.
本発明の更なる別の側面は、窒化ガリウム系半導体電子デバイスである。窒化ガリウム系半導体電子デバイスは、(a)六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する支持基体と、(b)前記支持基体の前記主面上に設けられ、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜とを備える。前記支持基体の前記主面は、第1のエリアと該第1のエリアを囲む第2のエリアとを有し、前記エピタキシャル半導体領域は、前記支持基体の前記主面の前記第1及び第2のエリア上に設けられた第1及び第2の部分を含み、前記支持基体の前記主面の前記第1のエリアにおけるオフ角が、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100> 方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、前記オフ角は、前記支持基体の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される。 Yet another aspect of the present invention is a gallium nitride based semiconductor electronic device. The gallium nitride based semiconductor electronic device includes (a) a support base having a main surface made of hexagonal gallium nitride, and (b) a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 provided on the main surface of the support base. The following gallium nitride based semiconductor film is provided. The main surface of the support base includes a first area and a second area surrounding the first area, and the epitaxial semiconductor region includes the first and second of the main surface of the support base. The off angle in the first area of the main surface of the support base is 0 in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride. 3 degrees or more and 1.0 degrees or less, and −0.3 degrees or more and +0.3 degrees or less in the <1-210> direction, and the off-angle is the normal of the main surface of the support substrate and the hexagonal crystal. It is defined by the angle between the gallium nitride and the c-axis.
ここで、窒化ガリウム系半導体膜を支持基体上にエピタキシャル成長するとき、<1−100>方向において支持基体のオフ角が0.3度未満に小さいとき、炭素不純物が窒化ガリウム系半導体膜に多く取り込まれる。これ故に、デバイス特性が劣化する。また、<1−100>方向において支持基体のオフ角が1.0度より大きいと共に<1−210>方向において支持基体のオフ角が−0.3度未満及び+0.3度より大きいとき、窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジが荒れる。これは、窒化ガリウム系半導体膜の表面における平坦性が失われ、デバイス特性が劣化する。一般に、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための電極からの電流の主要な経路となるエピタキシャル半導体領域が、支持基体の第1エリア上に設けられるので、本発明によれば、支持基体表面のオフ角の分布に起因するデバイス特性劣化を避けることができる。 Here, when the gallium nitride based semiconductor film is epitaxially grown on the supporting base, when the off angle of the supporting base is smaller than 0.3 degrees in the <1-100> direction, a large amount of carbon impurities are taken into the gallium nitride based semiconductor film. It is. Therefore, device characteristics are deteriorated. Further, when the off angle of the support substrate is greater than 1.0 degree in the <1-100> direction and the off angle of the support substrate is less than -0.3 degree and greater than +0.3 degree in the <1-210> direction, The surface morphology of the gallium nitride semiconductor film is roughened. As a result, the flatness on the surface of the gallium nitride based semiconductor film is lost, and the device characteristics deteriorate. In general, an epitaxial semiconductor region, which is the main path of current from an electrode for a gallium nitride based semiconductor electronic device, is provided on the first area of the support substrate. It is possible to avoid the deterioration of device characteristics due to the distribution of.
本発明の更なる別の側面は、窒化ガリウム系半導体電子デバイスである。窒化ガリウム系半導体電子デバイスは、(a)六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する支持基体と、(b)前記支持基体の前記主面上に設けられ、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜とを備える。少なくとも半導体電子デバイス構造の範囲の前記支持基体の前記主面のオフ角が、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、前記オフ角は、前記支持基体の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定される。 Yet another aspect of the present invention is a gallium nitride based semiconductor electronic device. The gallium nitride based semiconductor electronic device includes (a) a support base having a main surface made of hexagonal gallium nitride, and (b) a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 provided on the main surface of the support base. The following gallium nitride based semiconductor film is provided. The off angle of the main surface of the support substrate at least in the range of the semiconductor electronic device structure is 0.3 degree or more and 1.0 degree or less in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride, <1-210> The off angle is defined by an angle formed between a normal line of the main surface of the support substrate and the c-axis of the hexagonal gallium nitride.
ここで、窒化ガリウム系半導体膜を支持基体上にエピタキシャル成長するとき、<1−100>方向において支持基体のオフ角が0.3度未満に小さいとき、炭素不純物が窒化ガリウム系半導体膜に多く取り込まれる。これ故に、デバイス特性が劣化する。また、<1−100>方向において支持基体のオフ角が1.0度より大きいと共に<1−210>方向において支持基体のオフ角が−0.3度未満及び+0.3度より大きいとき、窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジが荒れる。これは、窒化ガリウム系半導体膜の表面における平坦性が失われ、デバイス特性が劣化する。本発明によれば、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための電極からの電流の経路となる半導体電子デバイス構造のエピタキシャル半導体領域が、所望範囲のオフ角を有するエリア上に形成されるため、支持基体表面のオフ角の分布に起因するデバイス特性劣化を避けることができる。 Here, when the gallium nitride based semiconductor film is epitaxially grown on the supporting base, when the off angle of the supporting base is smaller than 0.3 degrees in the <1-100> direction, a large amount of carbon impurities are taken into the gallium nitride based semiconductor film. It is. Therefore, device characteristics are deteriorated. Further, when the off angle of the support substrate is greater than 1.0 degree in the <1-100> direction and the off angle of the support substrate is less than -0.3 degree and greater than +0.3 degree in the <1-210> direction, The surface morphology of the gallium nitride semiconductor film is roughened. As a result, the flatness on the surface of the gallium nitride based semiconductor film is lost, and the device characteristics deteriorate. According to the present invention, the epitaxial semiconductor region of the semiconductor electronic device structure that becomes a current path from the electrode for the gallium nitride based semiconductor electronic device is formed on the area having the off-angle of the desired range. Degradation of device characteristics due to the distribution of the off-angle of the surface can be avoided.
本発明では、前記窒化ガリウム系半導体膜の成長における(窒素原料の供給モル量)/(III族原料の供給モル量)は1250以上であることができる。前記窒化ガリウム系半導体膜の成長における成長温度は摂氏1050度以上であることができる。この方法によれば、原料過飽和度の高い成長条件を用いて、低キャリア濃度及び低炭素濃度のIII族窒化物半導体膜を成長できる。 In the present invention, (the supply molar amount of nitrogen raw material) / (the supply molar amount of group III raw material) in the growth of the gallium nitride based semiconductor film may be 1250 or more. The growth temperature in the growth of the gallium nitride based semiconductor film may be 1050 degrees Celsius or higher. According to this method, a group III nitride semiconductor film having a low carrier concentration and a low carbon concentration can be grown using growth conditions with a high degree of raw material supersaturation.
また、(窒素原料の供給モル量)/(III族原料の供給モル量)は10000以下であることができる。前記窒化ガリウム系半導体膜の成長における成長温度は摂氏1100度以下であることができる。 Further, (the supply molar amount of nitrogen raw material) / (the supply molar amount of group III raw material) can be 10,000 or less. The growth temperature of the gallium nitride based semiconductor film may be 1100 degrees Celsius or less.
本発明に係る方法では、前記III族窒化物半導体膜の成長における成長圧力は200Torr以上であることができる。この方法は、III族窒化物半導体膜の炭素濃度を低くするために有用である。また、前記III族窒化物半導体膜の成長における成長圧力は300Torr以下であることができる。 In the method according to the present invention, a growth pressure in the growth of the group III nitride semiconductor film may be 200 Torr or more. This method is useful for reducing the carbon concentration of the group III nitride semiconductor film. The growth pressure in the growth of the group III nitride semiconductor film may be 300 Torr or less.
本発明に係る方法では、前記窒化ガリウム系半導体膜の成長は、有機金属気相成長方法により、有機金属原料及び窒素原料を含みn型ドーパントガスを含まない原料ガスを用いて行われ、前記有機金属原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、およびトリメチルインジウムの少なくとも1つが用いられ、前記窒素原料としてアンモニアが用いられる、ことができる。この方法によれば、いわゆるアンドープの窒化ガリウム系半導体膜を提供できる。 In the method according to the present invention, the growth of the gallium nitride-based semiconductor film, the metal organic vapor phase growth method is performed using a source gas containing no n-type dopant gas include organic metal source and the nitrogen source, the organic trimethyl gallium as the metal source, trimethyl aluminum, and at least one of trimethylindium is used, ammonia Ru is used as the nitrogen source, it is possible. According to this method, a so-called undoped gallium nitride based semiconductor film can be provided.
本発明では、前記窒化ガリウム系半導体膜はキャリア濃度1×1016cm-3以下であることができる。本発明によれば、パワーデバイスのために有用な窒化ガリウム系半導体膜が提供される。 In the present invention, the gallium nitride based semiconductor film may have a carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less. According to the present invention, a gallium nitride based semiconductor film useful for a power device is provided.
本発明では、前記窒化ガリウム系半導体膜の厚さは3マイクロメートル以上である。この発明によれば、高耐圧のために有用な窒化ガリウム系半導体膜が提供される。また、前記窒化ガリウム系半導体膜の厚さは100マイクロメートル以下であることができる。 In the present invention, the thickness of the gallium nitride-based semiconductor film is Ru der than 3 micrometers. According to the present invention, a gallium nitride based semiconductor film useful for high breakdown voltage is provided. The gallium nitride based semiconductor film may have a thickness of 100 micrometers or less.
本発明では、前記窒化ガリウム系半導体膜の表面粗さ(rms)は1nm以下であることができる。この発明によれば、良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜が提供される。この窒化ガリウム系半導体膜は、パワーデバイスのために有用である。 In the present invention, the gallium nitride based semiconductor film may have a surface roughness (rms) of 1 nm or less. According to the present invention, a gallium nitride based semiconductor film having a good surface morphology is provided. This gallium nitride based semiconductor film is useful for power devices.
本発明では、前記窒化ガリウム系半導体膜の転位密度は1×108cm-2以下であることができる。この発明によれば、窒化ガリウム系半導体膜の電子トラップの密度が低減される。 In the present invention, the dislocation density of the gallium nitride based semiconductor film may be 1 × 10 8 cm −2 or less. According to the present invention, the density of electron traps in the gallium nitride based semiconductor film is reduced.
本発明に係る方法では、前記窒化ガリウム系半導体膜は、炭素濃度1×1016cm-3以下の窒化ガリウム半導体からなる。この発明によれば、窒化ガリウム系半導体膜におけるキャリア補償を低減できる。また、窒化ガリウム系半導体膜の炭素濃度は、3×1015cm-3以下であることが良い。 In the method according to the present invention, the gallium nitride-based semiconductor film, the carbon concentration of 1 × 10 16 cm -3 ing from the gallium nitride semiconductor. According to the present invention, carrier compensation in a gallium nitride based semiconductor film can be reduced. The carbon concentration of the gallium nitride based semiconductor film is preferably 3 × 10 15 cm −3 or less.
本発明に係る方法は、前記窒化ガリウム系半導体膜上にショットキ電極を形成する工程を更に備えることができる。この方法によれば、ショットキ電極を含む電子デバイスに、良好な表面モフォロジの窒化ガリウム系半導体膜を提供できる。 The method according to the present invention may further include a step of forming a Schottky electrode on the gallium nitride based semiconductor film. According to this method, it is possible to provide a gallium nitride semiconductor film having a good surface morphology for an electronic device including a Schottky electrode.
本発明では、窒化ガリウム系半導体膜は基板の表面にホモ接合を成すことがよい。例えば、窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、基板はGaNからなることができる。 In the present invention, it is preferable that the gallium nitride based semiconductor film form a homojunction with the surface of the substrate. For example, the gallium nitride based semiconductor film can be made of GaN, and the substrate can be made of GaN.
本発明に係る方法は、前記窒化ガリウム系半導体膜上に別の窒化ガリウム系半導体膜を成長する工程と、前記別の窒化ガリウム半導体膜上にオーミック電極を形成する工程とを更に備えることができる。前記窒化ガリウム系半導体膜は第1導電型を有しており、前記別の窒化ガリウム系半導体膜は第2導電型を有する。前記別の窒化ガリウム系半導体膜は前記窒化ガリウム系半導体膜とpn接合を成す。 The method according to the present invention may further include a step of growing another gallium nitride based semiconductor film on the gallium nitride based semiconductor film and a step of forming an ohmic electrode on the other gallium nitride semiconductor film. . The gallium nitride based semiconductor film has a first conductivity type, and the another gallium nitride based semiconductor film has a second conductivity type. The another gallium nitride based semiconductor film forms a pn junction with the gallium nitride based semiconductor film.
この方法によれば、pn接合を含む電子デバイスにおいて、良好な表面モフォロジの窒化ガリウム系半導体膜を提供できる。 According to this method, a gallium nitride-based semiconductor film having a good surface morphology can be provided in an electronic device including a pn junction.
本発明では、窒化ガリウム系半導体膜は基板の表面にホモ接合を成すと共に、別の窒化ガリウム系半導体膜は窒化ガリウム系半導体膜の表面にホモ接合を成す。例えば、窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、別の窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、基板はGaNからなることができる。 In the present invention, the gallium nitride based semiconductor film forms a homojunction with the surface of the substrate, and another gallium nitride based semiconductor film forms a homojunction with the surface of the gallium nitride based semiconductor film. For example, the gallium nitride based semiconductor film can be made of GaN, another gallium nitride based semiconductor film can be made of GaN, and the substrate can be made of GaN.
本発明に係る窒化ガリウム系半導体電子デバイスは、前記エピタキシャル半導体領域上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程を更に備えることができる。前記電極は、前記開口を通して前記エピタキシャル半導体領域に接続されるショットキ電極を含む。 The gallium nitride based semiconductor electronic device according to the present invention may further include a step of forming an insulating film having an opening on the epitaxial semiconductor region. The electrode includes a Schottky electrode connected to the epitaxial semiconductor region through the opening.
この窒化ガリウム系半導体電子デバイスによれば、ショット電極を有する電子デバイスに、優れた性能指数(VB2/RON)を提供できる。 According to this gallium nitride semiconductor electronic device, an excellent figure of merit (VB 2 / R ON ) can be provided for an electronic device having a shot electrode.
本発明に係る窒化ガリウム系半導体電子デバイスでは、前記窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、前記基板はGaNからなることがよい。この発明によれば、良好な結晶品質の二元化合物を用いて電子デバイスが提供される。 In the gallium nitride based semiconductor electronic device according to the present invention, the gallium nitride based semiconductor film is preferably made of GaN, and the substrate is preferably made of GaN. According to the present invention, an electronic device is provided using a binary compound having good crystal quality.
本発明に係る窒化ガリウム系半導体電子デバイスでは、前記窒化ガリウム系半導体膜は第1導電型を有する。当該方法は、前記窒化ガリウム系半導体膜上に別の窒化ガリウム系半導体膜を成長する工程と、前記エピタキシャル半導体領域上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程とを更に備えることができる。前記電極は、前記開口を通して前記エピタキシャル半導体領域に接続されるオーミック電極を含み、前記第2導電型窒化ガリウム系半導体膜は前記窒化ガリウム系半導体膜とpn接合を成す。 In the gallium nitride based semiconductor electronic device according to the present invention, the gallium nitride based semiconductor film has a first conductivity type. The method may further include a step of growing another gallium nitride semiconductor film on the gallium nitride semiconductor film and a step of forming an insulating film having an opening on the epitaxial semiconductor region. The electrode includes an ohmic electrode connected to the epitaxial semiconductor region through the opening, and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor film forms a pn junction with the gallium nitride based semiconductor film.
この窒化ガリウム系半導体電子デバイスによれば、pn接合を有する電子デバイスに、優れた性能指数(VB2/RON)を提供できる。 According to this gallium nitride based semiconductor electronic device, an excellent figure of merit (VB 2 / R ON ) can be provided for an electronic device having a pn junction.
本発明に係る窒化ガリウム系半導体電子デバイスでは、前記窒化ガリウム系半導体膜はp型GaNからなり、前記別の窒化ガリウム系半導体膜はn型GaNからなり、前記支持基体はn型GaNからなることができる。この発明によれば、良好な結晶品質の二元化合物を用いて電子デバイスが提供される。 In the gallium nitride semiconductor electronic device according to the present invention, the gallium nitride semiconductor film is made of p-type GaN, the another gallium nitride semiconductor film is made of n-type GaN, and the support base is made of n-type GaN. Can do. According to the present invention, an electronic device is provided using a binary compound having good crystal quality.
本発明に係る窒化ガリウム系半導体電子デバイスでは、支持基体の主面の第1及び第2のエリアを含むとき、前記支持基体の前記主面の前記第2のエリアは、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以下1.0度以上、又は<1−210>方向に−0.3度以下+0.3度以上の範囲のオフ角を有する部分を含んでいても良い。デバイス特性は、支持基体主面の第2のエリア上に形成されたエピタキシャル半導体領域の結晶品質にあまり敏感ではないからである。 In the gallium nitride based semiconductor electronic device according to the present invention, when the first and second areas of the main surface of the support base are included, the second area of the main surface of the support base is the hexagonal gallium nitride. Including a portion having an off angle in the range of 0.3 ° or less and 1.0 ° or more in the <1-100> direction, or −0.3 ° or less and + 0.3 ° or more in the <1-210> direction. Also good. This is because the device characteristics are not very sensitive to the crystal quality of the epitaxial semiconductor region formed on the second area of the main surface of the support substrate.
本発明に係る窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法は、(d)前記エピタキシャル半導体領域を成長する前に、前記基板の前記主面の複数の位置においてオフ角を見積もる工程と、(e)前記オフ角の見積もり結果に基づき、前記基板の前記主面を前記第1及び第2のエリアの区画を行う工程と、(f)前記電極の形成に先立って、前記区画に基づき前記基板の前記主面上における電極配列を決定する工程とを備えることができる。前記電極の位置は、前記電極配列に従う。 The method for producing a gallium nitride based semiconductor electronic device according to the present invention includes: (d) estimating off angles at a plurality of positions on the main surface of the substrate before growing the epitaxial semiconductor region; and (e) Dividing the main surface of the substrate into the first and second areas based on the off-angle estimation result; and (f) prior to forming the electrode, Determining an electrode arrangement on the main surface. The position of the electrode follows the electrode arrangement.
この方法によれば、区画に基づき電極配列を決定するので、所望のオフ角範囲のエリア上に位置する電極を有する窒化ガリウム系半導体電子デバイスの数を増加させることができる。また、この方法によれば、区画に基づき電極配列を決定するので、所望のオフ角範囲のエリアに接合する電極面積を増加させることができる。 According to this method, since the electrode arrangement is determined based on the section, it is possible to increase the number of gallium nitride based semiconductor electronic devices having electrodes located on an area of a desired off angle range. Further, according to this method, since the electrode arrangement is determined based on the section, the electrode area bonded to the desired off-angle range area can be increased.
本発明に係る窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法は、(g)前記エピタキシャル半導体領域を成長する前に、前記基板の前記主面の複数の位置においてオフ角を見積もる工程と、(h)前記オフ角の見積もり結果に基づき、前記基板の前記主面を前記第1及び第2のエリアの区画を行う工程とを備えることができる。前記エピタキシャル半導体領域上に前記絶縁膜を形成する前記工程は、前記エピタキシャル半導体領域上に絶縁層を成長する工程と、前記区画に基づき前記基板の前記主面上における開口配列を決定する工程と、前記決定に従って、前記絶縁層に前記開口の配列を形成する工程とを含むことができる。前記開口の位置は、前記電極配列に従う。好ましくは、前記開口は、前記第1のエリア上に位置する。 The method of fabricating a gallium nitride based semiconductor electronic device according to the present invention includes (g) estimating off angles at a plurality of positions on the main surface of the substrate before growing the epitaxial semiconductor region, and (h) And a step of dividing the main surface of the substrate into the first and second areas based on the off-angle estimation result. Forming the insulating film on the epitaxial semiconductor region includes growing an insulating layer on the epitaxial semiconductor region; determining an array of openings on the main surface of the substrate based on the partition; Forming an array of the openings in the insulating layer according to the determination. The position of the opening follows the electrode arrangement. Preferably, the opening is located on the first area.
この方法によれば、区画に基づき開口配列を決定するので、所望のオフ角範囲のエリア上に設けられた開口を有する窒化ガリウム系半導体電子デバイスの数を増加させることができる。また、この方法によれば、区画に基づき開口配列を決定するので、メタル接合のための開口に、所望範囲のオフ角を有するエリアが露出される。 According to this method, since the opening arrangement is determined based on the section, it is possible to increase the number of gallium nitride based semiconductor electronic devices having openings provided on an area in a desired off-angle range. Further, according to this method, since the opening arrangement is determined based on the section, an area having a desired range of off-angle is exposed to the opening for metal bonding.
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
以上説明したように、本発明によれば、良好な表面モフォロジ及び良好なキャリア濃度を提供できる、窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法が提供される。また、本発明によれば、この窒化ガリウム系半導体膜を含む、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法が提供される。さらに、本発明によれば、上記の窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル基板を提供することを目的とする。さらにまた、本発明によれば、上記の窒化ガリウム系半導体膜を用いる窒化ガリウム系半導体電子デバイスが提供される。 As described above, according to the present invention, there is provided a method for growing a gallium nitride based semiconductor film that can provide a good surface morphology and a good carrier concentration. In addition, according to the present invention, a method for producing a gallium nitride based semiconductor electronic device including the gallium nitride based semiconductor film is provided. Furthermore, an object of the present invention is to provide an epitaxial substrate including the gallium nitride based semiconductor film. Furthermore, according to the present invention, a gallium nitride semiconductor electronic device using the gallium nitride semiconductor film is provided.
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。 The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples.
引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法、エピタキシャル基板を作製する方法、エピタキシャル基板、及び窒化ガリウム系半導体電子デバイスに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。引き続く説明では、例えば結晶軸方向<000−1>は方向<0001>の反対として示される。 Subsequently, referring to the attached drawings, a method for growing a gallium nitride based semiconductor film, a method for producing a gallium nitride based semiconductor electronic device, a method for producing an epitaxial substrate, an epitaxial substrate, and a gallium nitride based semiconductor electron An embodiment relating to a device will be described. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals. In the following description, for example, the crystal axis direction <000-1> is shown as being opposite to the direction <0001>.
図1は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体電子デバイス及びエピタキシャル基板を作製する方法における主要な工程フローを示す図面である。図2は、上記び方法における主要な工程を示す図面である。工程S101では、図2(a)に示されるように、基板11を準備する。基板11は、六方晶系窒化ガリウムからなる主面11aと裏面11bとを有する。主面11aの全体においてオフ角AOFFを規定する。オフ角AOFFは、窒化ガリウム基板11の主面11aの法線(「法線ベクトルVN」で表される)と窒化ガリウム基板11のc軸(「c軸ベクトルVC」で表される)との成す角度によって規定される。オフ角AOFFは、主面11aの全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下の範囲の角度(θM)及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下の範囲の角度(θA)によって規定される。この角度AOFFの条件は主面11aの全体にわたって満たされる。基板11は導電性を有しており、例えばn型GaNから成ることができる。合成オフ角は(θM 2+θA 2)1/2によって規定される。 FIG. 1 is a drawing showing a main process flow in a method for producing a gallium nitride based semiconductor electronic device and an epitaxial substrate according to the present embodiment. FIG. 2 is a drawing showing the main steps in the above method. In step S101, a substrate 11 is prepared as shown in FIG. The substrate 11 has a main surface 11a and a back surface 11b made of hexagonal gallium nitride. An off angle A OFF is defined for the entire main surface 11a. The off-angle A OFF is the normal of the main surface 11a of the gallium nitride substrate 11 (represented by “normal vector VN”) and the c-axis (represented by “c-axis vector VC”) of the gallium nitride substrate 11. It is defined by the angle formed by The off angle A OFF is an angle (θ M ) in the range of not less than 0.3 degrees and not more than 1.0 degrees in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride and <1-210 over the entire main surface 11a. It is defined by an angle (θ A ) in the range of −0.3 degrees to +0.3 degrees in the> direction. This condition of the angle A OFF is satisfied over the entire main surface 11a. The substrate 11 has conductivity, and can be made of, for example, n-type GaN. The combined off angle is defined by (θ M 2 + θ A 2 ) 1/2 .
また、基板11は例えばGaNウエハであることができる。GaNウエハの転位密度は1×108cm-2以下である。また、この転位密度は1×107cm-2以下であることができる。 The substrate 11 can be a GaN wafer, for example. The dislocation density of the GaN wafer is 1 × 10 8 cm −2 or less. The dislocation density can be 1 × 10 7 cm −2 or less.
窒化ガリウム系半導体電子デバイスのためのエピタキシャル基板を基板11を用いて作製する。結晶成長は、例えば有機金属気相成長法で行うことができる。 An epitaxial substrate for a gallium nitride based semiconductor electronic device is produced using the substrate 11. Crystal growth can be performed, for example, by metal organic vapor phase epitaxy.
工程S102では、基板11の主面11aのサーマルクリーニングを行う。このために、図2(b)に示されるように、基板11を成長炉10のサセプタ10a上に配置する。必要な場合には、水素及びアンモニアを含むガスG0を供給した雰囲気中で基板11の主面11aを熱処理する。この熱処理により、エピタキシャル成長のための前処理が温度TTCで基板11の主面11aに施される。前処理温度TTCは、例えば摂氏1050度であることができる。 In step S102, thermal cleaning of the main surface 11a of the substrate 11 is performed. For this purpose, the substrate 11 is placed on the susceptor 10 a of the growth reactor 10 as shown in FIG. If necessary, the main surface 11a of the substrate 11 is heat-treated in an atmosphere supplied with a gas G0 containing hydrogen and ammonia. By this heat treatment, a pretreatment for epitaxial growth is performed on the main surface 11a of the substrate 11 at a temperature TTC . The pretreatment temperature TTC can be, for example, 1050 degrees Celsius.
工程S103では、図2(c)に示されるように、成長炉10のサセプタ10a上の基板11上に、エピタキシャル半導体領域13を形成する。エピタキシャル半導体領域13を形成するために、例えば、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層を基板11の主面11a上に成長する。成長される窒化ガリウム系半導体は、例えばGaN、AlGaN、InGaN等であることができる。 In step S103, an epitaxial semiconductor region 13 is formed on the substrate 11 on the susceptor 10a of the growth reactor 10, as shown in FIG. In order to form the epitaxial semiconductor region 13, for example, one or a plurality of gallium nitride based semiconductor layers are grown on the main surface 11 a of the substrate 11. The grown gallium nitride based semiconductor can be, for example, GaN, AlGaN, InGaN, or the like.
例えば、一実施例では、工程S104では、有機ガリウム原料及び窒素原料を含む原料ガスG1を成長炉10に供給して、1×1017cm-3以下のキャリア濃度を有する窒化ガリウムエピタキシャル膜15を主面11a上に成長する。窒素原料は、例えばアンモニア(NH3)等であることができる。有機ガリウム原料は、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルインジウム(TMIn)等であることができる。有機ガリウム原料は、高度に精製されたものを用い、シリコンといった不純物が低減されたものを準備する。 For example, in one embodiment, in step S104, a source gas G1 containing an organic gallium source material and a nitrogen source material is supplied to the growth reactor 10 to form a gallium nitride epitaxial film 15 having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less. It grows on the main surface 11a. The nitrogen source can be, for example, ammonia (NH 3 ). The organic gallium raw material can be trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMAl), trimethylindium (TMIn), or the like. As the organic gallium raw material, a highly purified material is used, which has reduced impurities such as silicon.
窒化ガリウムエピタキシャル膜15の成長条件は例えば以下のものを用いることができる。有機ガリウム原料と窒素原料との供給モル比([V]/[III])は1250以上であることができる。高い供給モル比を用いることによって、V族サイトを占める炭素量を低減できる。供給モル比([V]/[III])は10000以下であることができる。供給モル比([V]/[III])が高すぎると、結晶の成長界面をNで覆われてしまい、Gaが到達しにくくなり、Ga抜けの欠陥が増加する。 The growth conditions of the gallium nitride epitaxial film 15 can be as follows, for example. The supply molar ratio ([V] / [III]) between the organic gallium raw material and the nitrogen raw material can be 1250 or more. By using a high supply molar ratio, the amount of carbon occupying the group V site can be reduced. The feed molar ratio ([V] / [III]) can be 10000 or less. If the supply molar ratio ([V] / [III]) is too high, the crystal growth interface is covered with N, making it difficult for Ga to reach and increasing Ga missing defects.
また、窒化ガリウムエピタキシャル膜15の成長温度T1は摂氏1050度以上であることができる。高い温度に成長炉を保つことによって、有機金属原料の分解を促進できる。この高温成長によって、メチル基といった炭化水素フラグメントがガリウム原子から離脱しやすくなる。温度T1は摂氏1100度以下であることができる。成長温度が高すぎると、GaNの分解が促進してしまい、蒸気圧の高いNが優先的に抜けていってしまう。それが原因で、N抜けによる欠陥が増加する。この方法によれば、これらの条件によって、窒化ガリウムエピタキシャル膜15中においてアクセプタとして作用する炭素量を低減できる。さらに、成長炉10の圧力P1は200Torr(1Torrは133.322Paで換算される)以上であることができる。高い圧力に成長炉10を保つことによって、有機金属原料の分解を促進できる。この促進によって、炭素が、ガリウム原子と共に堆積中の窒化ガリウムに取り込まれることを低減できる。圧力P1は760Torr以下であることができる。通常、不純物のCは、NH3と反応しCH4(メタン)になって外部に取り出されるが、成長圧力が低いと、NH3との反応が鈍り、結晶中へのCの取り込みが増え、欠陥が増えるためである。 The growth temperature T1 of the gallium nitride epitaxial film 15 can be 1050 degrees Celsius or higher. By keeping the growth furnace at a high temperature, decomposition of the organometallic raw material can be promoted. This high temperature growth makes it easier for hydrocarbon fragments such as methyl groups to leave the gallium atoms. The temperature T1 can be 1100 degrees Celsius or less. When the growth temperature is too high, decomposition of GaN is promoted, and N having a high vapor pressure is preferentially lost. As a result, defects due to missing N increase. According to this method, the amount of carbon acting as an acceptor in the gallium nitride epitaxial film 15 can be reduced under these conditions. Furthermore, the pressure P1 of the growth furnace 10 can be 200 Torr (1 Torr is converted to 133.322 Pa) or more. By keeping the growth furnace 10 at a high pressure, decomposition of the organometallic raw material can be promoted. This promotion can reduce the incorporation of carbon into the gallium nitride being deposited along with the gallium atoms. The pressure P1 can be 760 Torr or less. Usually, the impurity C reacts with NH 3 to form CH 4 (methane) and is extracted to the outside. However, when the growth pressure is low, the reaction with NH 3 becomes dull, and the incorporation of C into the crystal increases. This is because defects increase.
窒化ガリウムエピタキシャル膜15の成長の後に、工程S105では、エピタキシャル基板Eを成長炉10から取り出すことができる。 After the growth of the gallium nitride epitaxial film 15, the epitaxial substrate E can be taken out from the growth furnace 10 in step S105.
別の実施例では、工程S104において窒化ガリウムエピタキシャル膜15を成長して、工程S104の後であって工程S105に先だって、工程S106で窒化ガリウムエピタキシャル膜15上に別の窒化ガリウムエピタキシャル膜17を成長する。窒化ガリウムエピタキシャル膜17の成長のために、有機ガリウム原料及び窒素原料を含む原料ガスG1を成長炉10に供給する。窒化ガリウムエピタキシャル膜17の導電型は窒化ガリウムエピタキシャル膜15の導電型と反対であることができ、例えば別の窒化ガリウムエピタキシャル膜17はp型を示す。このために、窒化ガリウムエピタキシャル膜17の成長の際に、p型ドーパント(例えば、マグネシウム(Mg))を原料ガスに添加する。窒化ガリウムエピタキシャル膜17の成長条件としては、例えば窒化ガリウムエピタキシャル膜15の成長条件を利用できる。窒化ガリウムエピタキシャル膜17の成長の後に、工程S105では、エピタキシャル基板Eを成長炉10から取り出すことができる。 In another embodiment, the gallium nitride epitaxial film 15 is grown in step S104, and another gallium nitride epitaxial film 17 is grown on the gallium nitride epitaxial film 15 in step S106 after step S104 and before step S105. To do. In order to grow the gallium nitride epitaxial film 17, a source gas G 1 containing an organic gallium source and a nitrogen source is supplied to the growth reactor 10. The conductivity type of the gallium nitride epitaxial film 17 can be opposite to the conductivity type of the gallium nitride epitaxial film 15, for example, another gallium nitride epitaxial film 17 shows p-type. For this purpose, a p-type dopant (for example, magnesium (Mg)) is added to the source gas when the gallium nitride epitaxial film 17 is grown. As the growth conditions of the gallium nitride epitaxial film 17, for example, the growth conditions of the gallium nitride epitaxial film 15 can be used. After the growth of the gallium nitride epitaxial film 17, the epitaxial substrate E can be taken out from the growth furnace 10 in step S105.
基板11上へのエピタキシャル成長では、エピタキシャル膜15中には貫通転位が存在しており、これらの貫通転位は基板11から引き継いだものである。しかしながら、本実施の形態に係るオフ角AOFFの範囲では、ステップフロー成長によりドリフト層用のエピタキシャル膜が成長されるので、このエピタキシャル膜の貫通転位密度は基板11の貫通転位密度よりも小さくできる。必要な場合には、窒化ガリウムエピタキシャル膜15及び/又は17上に、更なる一又は複数の窒化ガリウム系半導体エピタキシャル膜を成長することができる。 In the epitaxial growth on the substrate 11, threading dislocations exist in the epitaxial film 15, and these threading dislocations are inherited from the substrate 11. However, in the range of the off angle A OFF according to the present embodiment, since the epitaxial film for the drift layer is grown by step flow growth, the threading dislocation density of this epitaxial film can be made smaller than the threading dislocation density of the substrate 11. . If necessary, one or more further gallium nitride based semiconductor epitaxial films can be grown on the gallium nitride epitaxial films 15 and / or 17.
引き続き、電子デバイスを作製するための工程を行う。工程S107において、図3に示されるエピタキシャル基板Eのエピタキシャル半導体領域13の主面13a上に絶縁膜19を堆積する。絶縁膜19は、例えばシリコン系無機絶縁体からなることができ、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物等であることができる。絶縁膜19は開口19aを有する。 Subsequently, a process for manufacturing an electronic device is performed. In step S107, an insulating film 19 is deposited on the main surface 13a of the epitaxial semiconductor region 13 of the epitaxial substrate E shown in FIG. The insulating film 19 can be made of, for example, a silicon-based inorganic insulator, and can be made of, for example, silicon oxide, silicon nitride, or the like. The insulating film 19 has an opening 19a.
工程S108では、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための電極21a、21b、21cをエピタキシャル基板E上に形成する。これらの工程により、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための基板生産物PSH、PPNが作製される。窒化ガリウム系半導体電子デバイスとして、例えばショットキダイオード、pn接合ダイオード、縦型電界効果トランジスタ、高電子移動度トランジスタ等を作製できる。この後に、基板生産物PSH、PPNを分離して個々の窒化ガリウム系半導体電子デバイスを形成する。 In step S108, electrodes 21a, 21b, and 21c for the gallium nitride based semiconductor electronic device are formed on the epitaxial substrate E. Through these steps, substrate products P SH and P PN for gallium nitride based semiconductor electronic devices are produced. As the gallium nitride semiconductor electronic device, for example, a Schottky diode, a pn junction diode, a vertical field effect transistor, a high electron mobility transistor, or the like can be manufactured. Thereafter, the substrate products P SH and P PN are separated to form individual gallium nitride based semiconductor electronic devices.
図3(a)を参照すると、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための基板生産物PSHが示されている。この図面では、窒化ガリウム系半導体電子デバイスとして、ショットキバリアダイオードDSHの一チップ分が示されている。ショットキバリアダイオードDSHは、基板(支持基体)11と、基板11の主面11a上に設けられた窒化ガリウムエピタキシャル膜(ドリフト層)15とを含む。基板11の主面11aと窒化ガリウムエピタキシャル膜15とは接合23aを成しており、この接合23aはホモ接合であることができる。電極(アノード)21aは、窒化ガリウムエピタキシャル膜15上に設けられており、絶縁膜19の開口19aを介して窒化ガリウムエピタキシャル膜13に接触している。電極21aは、フィールドプレート構造を有しており、また窒化ガリウムエピタキシャル膜15にショットキ接合23bを成す第1の部分20aと、第1の部分20aを収容する開口19aの周囲に設けられ絶縁膜19上に位置する第2の部分20bとを有する。第2の部分20bのエッジは開口19aのエッジから十分に離れている。 Referring to FIG. 3 (a), the substrate product P SH for gallium nitride-based semiconductor electronic devices is shown. In this figure, a gallium nitride-based semiconductor electronic devices, shot keys chips barrier diode D SH is shown. Schottky barrier diode DSH includes a substrate (support base) 11 and a gallium nitride epitaxial film (drift layer) 15 provided on main surface 11a of substrate 11. The main surface 11a of the substrate 11 and the gallium nitride epitaxial film 15 form a junction 23a, which can be a homojunction. The electrode (anode) 21 a is provided on the gallium nitride epitaxial film 15 and is in contact with the gallium nitride epitaxial film 13 through the opening 19 a of the insulating film 19. The electrode 21a has a field plate structure, and is provided around a first portion 20a that forms a Schottky junction 23b with the gallium nitride epitaxial film 15 and an opening 19a that accommodates the first portion 20a. A second portion 20b located on the top. The edge of the second portion 20b is sufficiently separated from the edge of the opening 19a.
電極(カソード)21bは、基板11の裏面11b上に設けられており、電極21bは、例えば裏面11bの全面に形成されている。電極21bと裏面11bとは接合23cを成し、この接合23cはオーミック接合であることができる。 The electrode (cathode) 21b is provided on the back surface 11b of the substrate 11, and the electrode 21b is formed on the entire surface of the back surface 11b, for example. The electrode 21b and the back surface 11b form a junction 23c, which can be an ohmic junction.
窒化ガリウムエピタキシャル膜15はキャリア濃度1×1016cm-3以下であるので、ドリフト層に有用である。窒化ガリウムエピタキシャル膜15の厚さは3マイクロメートル以上であることができ、またその厚さは100マイクロメートル以下であることができる。窒化ガリウムエピタキシャル膜15の主面の表面粗さ(rms)は1nm以下であり、この膜15は良好な表面モフォロジを有する。これ故に、この窒化ガリウムエピタキシャル膜15は、ショットキ接合23bのために有用である。 Since the gallium nitride epitaxial film 15 has a carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less, it is useful for the drift layer. The thickness of the gallium nitride epitaxial film 15 can be 3 micrometers or more, and the thickness can be 100 micrometers or less. The surface roughness (rms) of the main surface of the gallium nitride epitaxial film 15 is 1 nm or less, and this film 15 has a good surface morphology. Therefore, the gallium nitride epitaxial film 15 is useful for the Schottky junction 23b.
図3(b)を参照すると、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための基板生産物PPNが示されている。この図面では、窒化ガリウム系半導体電子デバイスとして、pn接合ダイオードDPNの一チップ分が示されている。この図面では、窒化ガリウム系半導体電子デバイスとして、pn接合ダイオードDPNの一チップ分が示されている。pn接合ダイオードDPNは、基板(支持基体)11と、基板11の主面11a上に設けられた窒化ガリウムエピタキシャル膜(n型ドリフト層)15と、このドリフト層上に設けられた窒化ガリウムエピタキシャル膜(p型層)17とを含む。基板11の主面11aと窒化ガリウムエピタキシャル膜15とは接合23aを成す。窒化ガリウムエピタキシャル膜15と窒化ガリウムエピタキシャル膜17とはpn接合23dを成しており、この接合23dはホモ接合であることができる。 Referring to FIG. 3 (b), a substrate product PPN for a gallium nitride based semiconductor electronic device is shown. In this drawing, one chip of a pn junction diode DPN is shown as a gallium nitride based semiconductor electronic device. In this drawing, one chip of a pn junction diode DPN is shown as a gallium nitride based semiconductor electronic device. The pn junction diode DPN includes a substrate (support base) 11, a gallium nitride epitaxial film (n-type drift layer) 15 provided on the main surface 11 a of the substrate 11, and a gallium nitride epitaxial provided on the drift layer. Film (p-type layer) 17. The main surface 11a of the substrate 11 and the gallium nitride epitaxial film 15 form a junction 23a. The gallium nitride epitaxial film 15 and the gallium nitride epitaxial film 17 form a pn junction 23d, which can be a homojunction.
電極(アノード)21cは、窒化ガリウムエピタキシャル膜17上に設けられており、絶縁膜19の開口19aを介してエピタキシャル半導体領域13に接触している。電極21cは、フィールドプレート構造を有しており、またオーミック接合23eをエピタキシャル半導体領域13に成す第1の部分22aと、開口19aを規定する絶縁膜19上に位置する第2の部分22bとを有する。第2の部分22bのエッジは開口19aのエッジから十分に離れている。電極(カソード)21bは、基板11の裏面11b上に設けられており、電極21bは裏面11bの全面に形成されている。電極21bと裏面11bとは接合23cを成す。 The electrode (anode) 21 c is provided on the gallium nitride epitaxial film 17 and is in contact with the epitaxial semiconductor region 13 through the opening 19 a of the insulating film 19. The electrode 21c has a field plate structure, and includes a first portion 22a that forms the ohmic junction 23e in the epitaxial semiconductor region 13, and a second portion 22b that is positioned on the insulating film 19 that defines the opening 19a. Have. The edge of the second portion 22b is sufficiently separated from the edge of the opening 19a. The electrode (cathode) 21b is provided on the back surface 11b of the substrate 11, and the electrode 21b is formed on the entire back surface 11b. The electrode 21b and the back surface 11b form a joint 23c.
窒化ガリウムエピタキシャル膜15はキャリア濃度1×1016cm-3以下であるので、ドリフト層に有用である。窒化ガリウムエピタキシャル膜13の厚さは3マイクロメートル以上であることができ、またその厚さは100マイクロメートル以下であることができる。窒化ガリウムエピタキシャル膜15の主面の表面粗さ(rms)は1nm以下であり、この膜15は良好な表面モフォロジを有する。この窒化ガリウムエピタキシャル膜15は、pn接合23dのために有用である。 Since the gallium nitride epitaxial film 15 has a carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less, it is useful for the drift layer. The thickness of the gallium nitride epitaxial film 13 can be 3 micrometers or more, and the thickness can be 100 micrometers or less. The surface roughness (rms) of the main surface of the gallium nitride epitaxial film 15 is 1 nm or less, and this film 15 has a good surface morphology. This gallium nitride epitaxial film 15 is useful for the pn junction 23d.
窒化ガリウムエピタキシャル膜17のキャリア濃度は窒化ガリウムエピタキシャル膜15のキャリア濃度より大きい。これ故に、窒化ガリウムエピタキシャル膜17を形成するために有用である。窒化ガリウムエピタキシャル膜17の主面の表面粗さ(rms)は1nm以下であり、この膜17は良好な表面モフォロジを有する。この窒化ガリウムエピタキシャル膜17は、良好なオーミック接合23eのために有用である。 The carrier concentration of the gallium nitride epitaxial film 17 is higher than the carrier concentration of the gallium nitride epitaxial film 15. Therefore, it is useful for forming the gallium nitride epitaxial film 17. The surface roughness (rms) of the main surface of the gallium nitride epitaxial film 17 is 1 nm or less, and this film 17 has a good surface morphology. This gallium nitride epitaxial film 17 is useful for a good ohmic junction 23e.
図4は、エピタキシャル基板Eの主面におけるオフ角の分布の例を示す図面である。エピタキシャル基板Eのエピタキシャル領域13の主面13aの全体において、オフ角BOFFを規定する。オフ角BOFFは、エピタキシャル領域13の主面13aの法線(「法線ベクトルVM」で表される)とエピタキシャル領域13のc軸(「c軸ベクトルVC」で表される)との成す角度によって規定される。オフ角BOFFは、主面13aの全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下である。この角度BOFFは主面13aの全体にわたって満たされる。エピタキシャル基板Eの基板11のc面は、例えば凹状及び凸状のいずれかの形状に反っていることがある。この反りの寄与として、基板11の主面11aには、オフ角の分布が生じる。例えばc面の反りの曲率半径に応じて、主面13aの全体にわたるオフ角の分布及び表面モフォロジを制御できる。基板11の主面サイズは2インチサイズの基板の面積以上である。 4 is a drawing showing an example of off-angle distribution on the main surface of the epitaxial substrate E. FIG. An off angle B OFF is defined in the entire main surface 13a of the epitaxial region 13 of the epitaxial substrate E. The off angle B OFF is formed by the normal line of the principal surface 13a of the epitaxial region 13 (represented by “normal vector VM”) and the c axis of the epitaxial region 13 (represented by “c-axis vector VC”). Defined by angle. The off angle B OFF is 0.3 degrees or more and 1.0 degrees or less in the <1-100> direction and −0.3 degrees in the <1-210> direction of the hexagonal gallium nitride over the entire main surface 13a. More than +0.3 degrees. This angle B OFF is satisfied over the entire main surface 13a. The c-plane of the substrate 11 of the epitaxial substrate E may be warped, for example, in a concave shape or a convex shape. As a contribution of the warpage, an off-angle distribution is generated on the main surface 11a of the substrate 11. For example, the distribution of the off angle and the surface morphology over the entire main surface 13a can be controlled according to the curvature radius of the curvature of the c-plane. The main surface size of the substrate 11 is equal to or larger than the area of the 2 inch size substrate.
図4(a)を参照すると、エピタキシャル領域13の主面13aにおける結晶軸の配列が示されている。主面13aの中心Ax付近を通る線分L1は、主面13aのエッジE10からエッジE20まで延びている。線分L1は、例えば<1−100>方向に規定されることができる。主面13aにおいて線分L2は、<1−100>軸を基準にある角(+θ1)でc軸回りに線分L1を回転させた別の結晶軸の方向を示しており、主面13aのエッジE11からエッジE21まで延びている。主面13aにおいて線分L3は、<1−100>軸を基準にある角(−θ1)でc軸回りに線分L1を回転させた更に別の結晶軸の方向を示しており、主面13aのエッジE12からエッジE22まで延びている。線分L4及びL5、線分L6及びL7並びに線分L8及びL9も、線分L1及びL2と同様に規定されることができる。線分L0〜L8が、一例として示された扇状の配列に従って拡がるとき、主面13aの全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下の範囲にオフ角BOFFの分布を収めることができる。線分L1〜L9は互いに交差することはない。基板11の主面11aにおいても、上記のような一群の結晶軸は、同様な配列を有することができる。 Referring to FIG. 4A, the arrangement of crystal axes on the main surface 13a of the epitaxial region 13 is shown. A line segment L1 passing near the center Ax of the main surface 13a extends from the edge E10 to the edge E20 of the main surface 13a. The line segment L1 can be defined in the <1-100> direction, for example. In the main surface 13a, the line segment L2 indicates the direction of another crystal axis obtained by rotating the line segment L1 around the c axis at an angle (+ θ1) with respect to the <1-100> axis. It extends from the edge E11 to the edge E21. In the main surface 13a, the line segment L3 indicates the direction of another crystal axis obtained by rotating the line segment L1 around the c axis at an angle (−θ1) with respect to the <1-100> axis. 13a extends from edge E12 to edge E22. The line segments L4 and L5, the line segments L6 and L7, and the line segments L8 and L9 can also be defined similarly to the line segments L1 and L2. When the line segments L0 to L8 expand according to the fan-shaped arrangement shown as an example, the entire main surface 13a is 0.3 degrees or more and 1.0 degrees or less in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride. And the distribution of the off angle B OFF can be set in the range of −0.3 degrees or more and +0.3 degrees or less in the <1-210> direction. Line segments L1-L9 do not cross each other. Also on the main surface 11a of the substrate 11, the group of crystal axes as described above can have a similar arrangement.
図4(b)を参照すると、エピタキシャル領域13の主面13aにおけるオフ角の分布が示されている。主面13aの中心Ax付近を通る曲線C1は、主面13aのエッジF10からエッジF20まで延びている。オフ角BOFFは、主面13aに規定された曲線C1上において等しい値AG1を有する。また、曲線C2は、主面13aのエッジF11からエッジF21まで延びている。オフ角BOFFは、主面13aに規定された曲線C2上において等しい値AG2を有する。さらに、曲線C3は、主面13aのエッジF13からエッジF23まで延びている。オフ角BOFFは、主面13aに規定された曲線C3上において等しい値AG3を有する。曲線C4も曲線C1〜C3と同様に規定される。例えば、値AG4<AG3<値AG1<値AG2の関係が満たされる。例示された曲線C1〜C4は凸曲線であり、主面13aのエッジ上の一点から始まり別の点で終端する。基板11の主面11aにおいても、オフ角BOFFは同様な分布を有することができる。また、主面13a上においては、等オフ角曲線は閉じない。等オフ角曲線は、例えば円弧で表される。 Referring to FIG. 4B, the off-angle distribution on the main surface 13a of the epitaxial region 13 is shown. A curve C1 passing near the center Ax of the main surface 13a extends from the edge F10 to the edge F20 of the main surface 13a. The off angle B OFF has an equal value AG1 on the curve C1 defined on the main surface 13a. Further, the curve C2 extends from the edge F11 to the edge F21 of the main surface 13a. The off angle B OFF has an equal value AG2 on the curve C2 defined on the main surface 13a. Further, the curve C3 extends from the edge F13 to the edge F23 of the main surface 13a. The off angle B OFF has an equal value AG3 on the curve C3 defined on the main surface 13a. The curve C4 is defined similarly to the curves C1 to C3. For example, the relationship of value AG4 <AG3 <value AG1 <value AG2 is satisfied. The illustrated curves C1 to C4 are convex curves, starting from one point on the edge of the main surface 13a and ending at another point. Also on the main surface 11a of the substrate 11, the off angle B OFF can have a similar distribution. Further, the equal off-angle curve is not closed on the main surface 13a. The equal off-angle curve is represented by an arc, for example.
(実施例1)
自立GaNウエハを準備した。このGaN基板は、HVPE法で作製されたインゴットから切り出された。GaNウエハは実質的なc面主面を有する。このGaNウエハは、ドットコア型と呼ばれる構造を有する。ドットコア型は、高い転位密度を有する複数の第1の領域と、低い転移密度を有する単一の第2の領域とを含む。第1の領域は、アレイ状に配列されている。第2の領域は第1の領域を囲む。GaNウエハは2インチサイズの大きさを有しており、その直径は約50mmである。成長バッチ毎の成長条件のばらつきの影響を受けることなく、オフ角に応じた表面モフォロジの変化を観察するために好適なオフ角分布のGaN基板を準備した。
Example 1
A free-standing GaN wafer was prepared. This GaN substrate was cut out from an ingot produced by the HVPE method. The GaN wafer has a substantial c-plane principal surface. This GaN wafer has a structure called a dot core type. The dot core type includes a plurality of first regions having a high dislocation density and a single second region having a low dislocation density. The first regions are arranged in an array. The second area surrounds the first area. The GaN wafer has a size of 2 inches and its diameter is about 50 mm. A GaN substrate having an off-angle distribution suitable for observing changes in surface morphology according to the off-angle without being affected by variations in growth conditions for each growth batch was prepared.
図5を参照すると、GaNウエハのオフ角分布が示されている。GaNウエハでは、A方向はm軸(<1−100>軸)方向に規定され、B方向はa軸(<1−210>軸)方向に規定される。オフ角の分布は、以下に示される:
A方向(<1−100>軸)に関して:−0.5度〜+1.5度。
B方向(<1−210>軸)に関して:−1.0度〜+1.0度。
Referring to FIG. 5, the off-angle distribution of the GaN wafer is shown. In the GaN wafer, the A direction is defined as the m-axis (<1-100> axis) direction, and the B direction is defined as the a-axis (<1-210> axis) direction. The off-angle distribution is shown below:
With respect to direction A (<1-100> axis): -0.5 degrees to +1.5 degrees.
Regarding B direction (<1-210> axis): -1.0 degree to +1.0 degree.
GaN基板の中心におけるオフ角はA方向に0.5度であり、B方向にゼロ度である。この中心を通過しm軸方向に延びる線分上の一点においてオフ角AOFFはゼロである。また、線分上においては、該中心から20mm離れた一方の点上でA方向のオフ角は1.4度であり、該中心から20mm離れた他方の点上でA方向のオフ角は−0.4度である。オフ角の分布は、GaN基板の中心に関して6回対称性を有する。 The off angle at the center of the GaN substrate is 0.5 degrees in the A direction and zero degrees in the B direction. The off angle A OFF is zero at one point on the line segment passing through the center and extending in the m-axis direction. On the line segment, the off angle in the A direction is 1.4 degrees on one point 20 mm away from the center, and the off angle in the A direction is −20 degrees on the other point 20 mm away from the center. 0.4 degrees. The off-angle distribution has 6-fold symmetry with respect to the center of the GaN substrate.
このGaNウエハ上に、有機金属気相成長法でGaNのエピタキシャル成長を行った。このGaNウエハ上にGaN膜を成長した。GaN膜の厚さは3μmであった。エピタキシャル基板の作製では以下に示すアンドープの成膜条件を用いた:
トリメチルガリウム(TMG)の流量:56sccm(320μmol/分)
アンモニア(NH3)の流量:9slm(0.4mol/分)
サセプタ温度:摂氏1050度
炉内圧力:200Torr
キャリアガス流量:11slm。
On this GaN wafer, GaN was epitaxially grown by metal organic vapor phase epitaxy. A GaN film was grown on the GaN wafer. The thickness of the GaN film was 3 μm. The following undoped deposition conditions were used in the fabrication of the epitaxial substrate:
Flow rate of trimethylgallium (TMG): 56 sccm (320 μmol / min)
Ammonia (NH 3 ) flow rate: 9 slm (0.4 mol / min)
Susceptor temperature: 1050 degrees Celsius Furnace pressure: 200 Torr
Carrier gas flow rate: 11 slm.
エピタキシャル基板の主面上にテストエレメントグループ(TEG)のための構造物を作製した。基板主面には、複数の区画のアレイが作製された。TEGのための各区画は例えば2.4mm×3.2mmサイズであり、GaNウエハの裏面にはオーミック電極が作製された。各区画には、複数種類の特性評価用デバイスが含まれていた。特性評価用デバイスの一つは、ショットキ電極を含む。このショットキ電極及びオーミック電極を用いて、C−V特性及びI−V特性を測定した。 A structure for a test element group (TEG) was fabricated on the main surface of the epitaxial substrate. An array of a plurality of sections was produced on the main surface of the substrate. Each section for the TEG has a size of 2.4 mm × 3.2 mm, for example, and an ohmic electrode was formed on the back surface of the GaN wafer. Each section contained a plurality of types of characteristic evaluation devices. One characterization device includes a Schottky electrode. CV characteristics and IV characteristics were measured using the Schottky electrode and the ohmic electrode.
図6は、エピタキシャルウエハにおけるキャリア密度の分布を示す図面である。図7は、キャリア密度とオフ角との関係を示す図面である。図6及び図7を参照すると、オフ角0.3度未満の範囲では、キャリア密度が低下していた。この低下は、オフ角0.3度未満のGaN膜では、炭素不純物の増加によりキャリア補償が生じたものである。<1−100>軸方向に関して、オフ角が0.35度以上1度以下の範囲において、キャリア濃度は安定する。 FIG. 6 is a drawing showing a carrier density distribution in an epitaxial wafer. FIG. 7 is a drawing showing the relationship between carrier density and off-angle. Referring to FIGS. 6 and 7, the carrier density was reduced in the range where the off angle was less than 0.3 degrees. This decrease is caused by carrier compensation in the GaN film having an off angle of less than 0.3 degrees due to an increase in carbon impurities. With respect to the <1-100> axial direction, the carrier concentration is stable when the off-angle is in the range of 0.35 degrees to 1 degree.
図8は、エピタキシャル基板の主面における表面モフォロジを示す図面である。表面モフォロジは、顕微鏡・AFM・指針段差計を用いて観測した。図8(a)は、オフ角分布に関連づけた主面の全エリアを示す図面である。図8(a)を参照すると、c軸回りの六回対称性が現れている。GaNウエハの主面は、図8(b)〜図8(e)にそれぞれ示されたエリア(b)〜エリア(e)を含む。図8(b)は、オフ角ゼロの付近における表面モフォロジを示す図面である。図8(c)は、<1−100>方向に0.2度以上1.0度以下及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下のオフ角の範囲における表面モフォロジを示す図面である。図8(d)は、合成オフ角1.0度以下であってエリア(b)及びエリア(c)に挟まれたエリア(d)における表面モフォロジを示す図面である。図8(e)は、合成オフ角1.0度を超えるエリア(e)における表面モフォロジを示す図面である。 FIG. 8 is a drawing showing the surface morphology of the main surface of the epitaxial substrate. The surface morphology was observed using a microscope, an AFM, and a guide step gauge. FIG. 8A shows the entire area of the main surface associated with the off-angle distribution. Referring to FIG. 8 (a), six-fold symmetry about the c-axis appears. The main surface of the GaN wafer includes areas (b) to (e) shown in FIGS. 8 (b) to 8 (e), respectively. FIG. 8B is a drawing showing surface morphology in the vicinity of zero off angle. FIG. 8C shows a surface in a range of an off angle of 0.2 degrees to 1.0 degrees in the <1-100> direction and −0.3 degrees to +0.3 degrees in the <1-210> direction. It is drawing which shows morphology. FIG. 8D is a drawing showing the surface morphology in the area (d) sandwiched between the area (b) and the area (c) with a combined off angle of 1.0 ° or less. FIG. 8E shows the surface morphology in the area (e) exceeding the combined off angle of 1.0 degree.
図9(a)を参照すると、エリア(b)の表面モフォロジを表す顕微鏡像が示されており、表面モフォロジは多数の六角錘状の突起を含む。図9(b)を参照すると、顕微鏡像のスケッチが示されており、六角錘の側面の傾斜角αは0.1度〜1.0度の範囲であり、六角錘の底面の一辺LHEXは、50μm〜500μm程度であり、六角錘の高さHHEXは200nm〜2000nmであった。 Referring to FIG. 9 (a), a microscopic image representing the surface morphology of area (b) is shown, and the surface morphology includes a number of hexagonal pyramidal projections. Referring to FIG. 9B, a sketch of a microscopic image is shown, and the inclination angle α of the side surface of the hexagonal pyramid is in the range of 0.1 degree to 1.0 degree, and one side L HEX of the bottom surface of the hexagonal pyramid is shown. Was about 50 μm to 500 μm, and the height H HEX of the hexagonal pyramid was 200 nm to 2000 nm.
図10(a)を参照すると、エリア(c)の表面モフォロジを表す顕微鏡像が示されており、表面モフォロジは非常に平坦である。図10(b)を参照すると、表面モフォロジを表す顕微鏡像が示されている。その表面は平坦であり、わずかなラフネスの高さの分布は1nm〜10nmであった。表面粗さ(rms)はエリア100μm×100μmにおいて0.936nmであり、いくつかの観測結果から表面粗さ(rms)は5nm以下であった。表面が良好な平坦性を示すとき、表面粗さ(rms)は例えば1nm以下であった。 Referring to FIG. 10 (a), a microscopic image representing the surface morphology of area (c) is shown and the surface morphology is very flat. Referring to FIG. 10 (b), a microscopic image representing the surface morphology is shown. The surface was flat and the distribution of slight roughness height was 1 nm to 10 nm. The surface roughness (rms) was 0.936 nm in an area of 100 μm × 100 μm, and the surface roughness (rms) was 5 nm or less from several observation results. When the surface showed good flatness, the surface roughness (rms) was, for example, 1 nm or less.
図11(a)を参照すると、エリア(d)の表面モフォロジを表す顕微鏡像が示されており、表面モフォロジは多数の線状の突起を含む。図11(b)を参照すると、顕微鏡像のスケッチが示されており、線状突起の断面における側面の傾斜角βは0.1度〜2.0度の範囲であり、線状突起の幅の一辺LSTRPは、10μm〜100μm程度であり、線状突起の高さHSTRPは50nm〜500nmであった。 Referring to FIG. 11A, a microscopic image representing the surface morphology of area (d) is shown, and the surface morphology includes a large number of linear protrusions. Referring to FIG. 11 (b), a sketch of a microscopic image is shown, and the side surface inclination angle β in the cross-section of the linear protrusion is in the range of 0.1 degrees to 2.0 degrees, and the width of the linear protrusion. One side L STRP was about 10 μm to 100 μm, and the height H STRP of the linear protrusion was 50 nm to 500 nm.
図12(a)を参照すると、エリア(e)の表面モフォロジを表す顕微鏡像が示されており、表面モフォロジは多数の点状の突起を含む。図12(b)を参照すると、表面モフォロジを表す顕微鏡像が示されている。点状の突起における高さの分布は10nm〜100nmであった。表面粗さ(rms)はエリア100μm×100μmにおいて9.447nmであった。図13は、電子デバイスの性能指数とオフ角との関係を示す図面である。図13において、横軸は<1−100>軸上における方向に関する性能指数を振る舞いを示す図面である。性能指数は、デバイス耐圧VB及びオン抵抗RONを用いて(VB2/RON)で規定される。性能指数は、オフ角0.2度以上1.0度以下の範囲で良好な値である。デバイスの耐圧及びオン抵抗は、ショットキバリアダイオードの逆方向特性及び順方向特性を用いて測定された。デバイス耐圧VBは、逆方向のリーク電流が1×10-3[A/cm2]なったときの電圧によって規定され、オン抵抗RONは、順方向の電流が500[A/cm2]なったときの微分抵抗によって規定される。 Referring to FIG. 12 (a), a microscopic image representing the surface morphology of area (e) is shown, and the surface morphology includes a number of point-like protrusions. Referring to FIG. 12 (b), a microscopic image representing the surface morphology is shown. The height distribution of the dot-like protrusions was 10 nm to 100 nm. The surface roughness (rms) was 9.447 nm in an area of 100 μm × 100 μm. FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the figure of merit of an electronic device and the off angle. In FIG. 13, the horizontal axis is a diagram showing the behavior of the figure of merit in the direction on the <1-100> axis. The figure of merit is defined by (VB 2 / R ON ) using the device breakdown voltage VB and the on-resistance R ON . The figure of merit is a good value in the range of an off angle of 0.2 degrees to 1.0 degrees. The breakdown voltage and on-resistance of the device were measured using the reverse characteristics and the forward characteristics of the Schottky barrier diode. The device breakdown voltage VB is defined by the voltage when the reverse leakage current is 1 × 10 −3 [A / cm 2 ], and the on-resistance R ON is 500 [A / cm 2 ] in the forward direction. It is defined by the differential resistance.
本実施例では、ショットキバリアダイオードを例示的に説明したけれども、他の構造の電子デバイス、例えばpn接合ダイオード、縦型電界効果トランジスタ、高電子移動度トランジスタ等においても良好なデバイス特性を得られる。 In this embodiment, the Schottky barrier diode has been described as an example, but good device characteristics can be obtained even in an electronic device having another structure, such as a pn junction diode, a vertical field effect transistor, a high electron mobility transistor, or the like.
以上説明したように、GaNウエハの六方晶系のc軸から0.3度以上のオフ角を有するGaN半導体面を用いるとき、エピタキシャル層の炭素不純物の取り込み量が低減されてキャリア補償の影響が低減される。また、GaNウエハの六方晶系の<1−100>方向に0.2度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下のオフ角を有するGaN半導体面上にエピタキシャル層を成長するとき、平坦な表面のエピタキシャル層を得ることができる。また、GaNウエハの六方晶系のc軸から<1−100>方向に0.45度以上0.7度以下及び<1−210>方向に−0.1度以上+0.1度以下のオフ角を有するGaN半導体面上にエピタキシャル層を成長するとき、更に平坦な表面のエピタキシャル層を得ることができる。 As described above, when a GaN semiconductor surface having an off angle of 0.3 degrees or more from the hexagonal c-axis of the GaN wafer is used, the amount of carbon impurities incorporated into the epitaxial layer is reduced, and the influence of carrier compensation is affected. Reduced. Further, the hexagonal <1-100> direction of the GaN wafer has an off angle of 0.2 degrees to 1.0 degrees and a <1-210> direction of -0.3 degrees to +0.3 degrees. When an epitaxial layer is grown on the GaN semiconductor surface, an epitaxial layer with a flat surface can be obtained. In addition, from the hexagonal c-axis of the GaN wafer, it is 0.45 ° to 0.7 ° in the <1-100> direction and −0.1 ° to + 0.1 ° in the <1-210> direction. When an epitaxial layer is grown on a GaN semiconductor surface having a corner, an even epitaxial layer can be obtained.
図14は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体電子デバイス及びエピタキシャル基板を作製する方法における主要な工程フローを示す図面である。工程S201では、図15(a)に示されるように、基板31を準備する。基板11は、六方晶系窒化ガリウムからなる主面31aと裏面31bとを有する。オフ角AOFFは主面31aにおいて規定される。このオフ角AOFFは、基板11と同様に、主面31aの法線ベクトルVNと窒化ガリウムのc軸ベクトルVCとの成す角度によって規定される。オフ角AOFFは、主面31aの全体にわたって分布している。主面31aは、第1角度エリア31c及び第2角度エリア31dを有する。第1角度エリア31cは第1の角度条件AG1を満たすと共に、第2角度エリア31dは第2の角度条件AG2を満たす。
第1の角度条件AG1:該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下の範囲の角度(θM)及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下の範囲の角度(θA)。
第2の角度条件AG2:第1の角度条件から外れる角度。
主面31aは、第2角度エリアを含まなくてもよい。基板31は導電性を有しており、例えばn型GaNから成ることができる。既に説明したように、合成オフ角は(θM 2+θA 2)1/2によって規定される。また、基板31は例えばGaNウエハであることができる。このGaNウエハの転位密度は1×108cm-2以下である。また、この転位密度は1×107cm-2以下であることができる。
FIG. 14 is a drawing showing a main process flow in the method of manufacturing a gallium nitride based semiconductor electronic device and an epitaxial substrate according to the present embodiment. In step S201, the substrate 31 is prepared as shown in FIG. The substrate 11 has a main surface 31a and a back surface 31b made of hexagonal gallium nitride. The off angle A OFF is defined on the main surface 31a. The off-angle A OFF is defined by the angle formed between the normal vector VN of the principal surface 31a and the c-axis vector VC of gallium nitride, as with the substrate 11. The off angle A OFF is distributed over the entire main surface 31a. The main surface 31a has a first angle area 31c and a second angle area 31d. The first angle area 31c satisfies the first angle condition AG1, and the second angle area 31d satisfies the second angle condition AG2.
First angle condition AG1: An angle (θ M ) in the range of 0.3 ° to 1.0 ° in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride and −0. An angle (θ A ) in the range of 3 ° to + 0.3 °.
Second angle condition AG2: An angle deviating from the first angle condition.
The main surface 31a may not include the second angle area. The substrate 31 has conductivity and can be made of, for example, n-type GaN. As already explained, the combined off angle is defined by (θ M 2 + θ A 2 ) 1/2 . The substrate 31 can be a GaN wafer, for example. The dislocation density of this GaN wafer is 1 × 10 8 cm −2 or less. The dislocation density can be 1 × 10 7 cm −2 or less.
工程S202では、基板31の主面上の複数の位置におけるオフ角の見積もりを行う。オフ角の見積もりは、例えばX線回折によって行われることができる。X線回折によれば、測定点におけるオフ角の見積もりが得られる。複数の測定点におけるオフ角から、主面31aにおけるオフ角の分布を見積もることができる。オフ角分布の見積もり結果は、例えばオフ角マップ等により規定される。図8(a)及び図8(c)を参照すると、オフ角の分布は、第1の角度条件AG1は<1−100>方向及び<1−210>方向に沿って延在すると共に所定のオフ角範囲を有する領域である。この領域が十分に広くなるようにGaN結晶体を成長するとき、全主面で第1角度条件AG1を満たす基板を得ることもできる。図15(b)を参照すると、<1−100>軸又は<1−210>軸が基板の中心エリア(例えば中心点)を通過している。しかしながら、図15(b)に示されるように、基板の中心エリア31cは第1角度条件AG1を満たすけれども、基板表面の周辺が第1角度条件AG1を満たさないエリアである基板もある。図15(b)では、第1角度条件AG1を満たすエリアは複雑な形状をしていないけれども、良好なデバイス特性を提供できるエリアの形状は、個々の基板のオフ角分布に依存する。 In step S202, the off angles at a plurality of positions on the main surface of the substrate 31 are estimated. The estimation of the off angle can be performed by, for example, X-ray diffraction. X-ray diffraction provides an estimate of the off angle at the measurement point. From the off angles at a plurality of measurement points, the distribution of off angles on the main surface 31a can be estimated. The estimation result of the off-angle distribution is defined by an off-angle map, for example. Referring to FIG. 8A and FIG. 8C, the off-angle distribution is such that the first angle condition AG1 extends along the <1-100> direction and the <1-210> direction and has a predetermined value. This is a region having an off-angle range. When the GaN crystal is grown so that this region is sufficiently wide, a substrate that satisfies the first angle condition AG1 can be obtained on the entire principal surface. Referring to FIG. 15B, the <1-100> axis or the <1-210> axis passes through the central area (for example, the central point) of the substrate. However, as shown in FIG. 15B, there is a substrate in which the center area 31c of the substrate satisfies the first angle condition AG1, but the periphery of the substrate surface is an area that does not satisfy the first angle condition AG1. In FIG. 15B, although the area satisfying the first angle condition AG1 is not a complicated shape, the shape of the area that can provide good device characteristics depends on the off-angle distribution of each substrate.
工程S203では、オフ角の見積もり結果に基づき、基板主面31aの区画を行う。主面31aの区画によって、主面31aを第1角度エリアと第2角度エリアに区分けする。主面31a上において、第1の角度条件を満たす領域が、良好なデバイス特性を提供できる。 In step S203, the substrate main surface 31a is partitioned based on the off-angle estimation result. By dividing the main surface 31a, the main surface 31a is divided into a first angle area and a second angle area. A region satisfying the first angle condition on the main surface 31a can provide good device characteristics.
工程S204では、基板31の主面31aのサーマルクリーニングを行う。このために、このサーマルクリーニングは、例えば工程S102におけるサーマルクリーニングと同様に行うことができる。 In step S204, thermal cleaning of the main surface 31a of the substrate 31 is performed. For this reason, this thermal cleaning can be performed in the same manner as the thermal cleaning in step S102, for example.
窒化ガリウム系半導体電子デバイスのためのエピタキシャル基板を基板31を用いて作製する。結晶成長は、例えば有機金属気相成長法で行うことができる。 An epitaxial substrate for a gallium nitride based semiconductor electronic device is produced using the substrate 31. Crystal growth can be performed, for example, by metal organic vapor phase epitaxy.
工程S205では、成長炉のサセプタ上に基板31を配置した後に、基板31の主面31a上にエピタキシャル半導体領域を形成する。エピタキシャル半導体領域は一又は複数の窒化ガリウム系半導体層を含むことができる。成長される窒化ガリウム系半導体は、例えばGaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN等であることができる。エピタキシャル半導体領域は、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜を含む。エピタキシャル半導体領域は、工程S103において成長されたエピタキシャル半導体領域13と同じ構造を有することができる。窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長の後に、エピタキシャル基板を成長炉から取り出すことができる。 In step S205, after the substrate 31 is placed on the susceptor of the growth reactor, an epitaxial semiconductor region is formed on the main surface 31a of the substrate 31. The epitaxial semiconductor region can include one or more gallium nitride based semiconductor layers. The grown gallium nitride based semiconductor can be, for example, GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, or the like. The epitaxial semiconductor region includes a gallium nitride based semiconductor film having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less. The epitaxial semiconductor region can have the same structure as the epitaxial semiconductor region 13 grown in step S103. After the growth of the gallium nitride epitaxial film, the epitaxial substrate can be removed from the growth furnace.
工程S206では、電極の形成に先立って、区画に基づき基板31の主面31a上における電極配列を決定する。この電極配列の規定は、例えば、開口を有する絶縁膜を形成することによって行われる。具体的には、工程S207では、エピタキシャル基板上に絶縁層を成長する。この絶縁層は、例えば酸化シリコン等のシリコン系無機絶縁体等からなることができ、例えば絶縁膜19と同様であることができる。工程S208では、区画に基づき、基板主面における開口の配列を決定する。エピタキシャル基板上における開口配列の位置の調整は、例えば開口を規定するフォトマスク又はレチクルをエピタキシャル基板に位置合わせする際に行われる。開口の配列は、例えば第1角度エリア上になるべく多数の開口が位置するように決定されることが良い。工程S209では、区画に基づき、基板
主面における開口の配列を形成する。開口の形成は、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングを用いて行われることができる。個々の開口には、エピタキシャル半導体領域の表面が露出される。これらの露出面の全てが、第1の角度条件を満たす主面部分上に形成されていないとき、以下の条件が満たされる開口配置が良い:第1の角度条件を満たす主面部分上に設けられる露出面の総和を第2の角度条件を満たす主面部分上に設けられる露出面の総和より大きくする開口配置。また、以下の条件が満たされる開口配置が良い:第1の角度条件を満たす主面部分上に設けられる露出面の総和を最大化する開口配置。さらに、以下の条件が満たされる開口配置が良い:第1の角度条件を満たす主面部分上に露出面の全てが位置する開口の数を第2の角度条件を満たす主面部分上に露出面の全てが位置す
る開口の数よりも大きくする配向配置。またさらに、以下の条件が満たされる開口配置が良い:第1の角度条件を満たす主面部分上に露出面の全てが位置する開口の数の総和を最大化する開口配置。
In step S206, prior to the formation of the electrodes, the electrode arrangement on the main surface 31a of the substrate 31 is determined based on the sections. The definition of the electrode arrangement is performed, for example, by forming an insulating film having an opening. Specifically, in step S207, an insulating layer is grown on the epitaxial substrate. This insulating layer can be made of, for example, a silicon-based inorganic insulator such as silicon oxide, and can be the same as the insulating film 19, for example. In step S208, the arrangement of openings in the main surface of the substrate is determined based on the sections. Adjustment of the position of the opening array on the epitaxial substrate is performed, for example, when aligning a photomask or reticle defining the opening with the epitaxial substrate. The arrangement of the openings may be determined so that as many openings as possible are located on the first angle area, for example. In step S209, an array of openings in the main surface of the substrate is formed based on the sections. The opening can be formed using, for example, photolithography and etching. The surface of the epitaxial semiconductor region is exposed in each opening. When all of these exposed surfaces are not formed on the main surface portion that satisfies the first angle condition, an opening arrangement that satisfies the following condition is good: provided on the main surface portion that satisfies the first angle condition An opening arrangement in which the sum of the exposed surfaces is larger than the sum of the exposed surfaces provided on the main surface portion that satisfies the second angle condition. Moreover, the opening arrangement | positioning which satisfy | fills the following conditions is good: Opening arrangement | positioning which maximizes the sum total of the exposed surface provided on the main surface part which satisfy | fills 1st angle conditions. Furthermore, the opening arrangement satisfying the following conditions is good: the number of openings in which all of the exposed surfaces are located on the main surface portion satisfying the first angle condition is the exposed surface on the main surface portion satisfying the second angle condition. An orientation arrangement that is greater than the number of openings in which all of the are located. Still further, an aperture arrangement that satisfies the following condition is preferable: an aperture arrangement that maximizes the total number of apertures where all of the exposed surfaces are located on the main surface portion that satisfies the first angle condition.
この方法によれば、区画に基づき開口配列を決定するので、所望のオフ角範囲のエリア上に設けられた開口を有する窒化ガリウム系半導体電子デバイスの数を増加させることができる。また、区画に基づき開口配列を決定するので、メタル接合のための開口に、所望範囲のオフ角を有するエリアが露出される。好ましくは、開口は、第1角度エリア上に位置する。 According to this method, since the opening arrangement is determined based on the section, it is possible to increase the number of gallium nitride based semiconductor electronic devices having openings provided on an area in a desired off-angle range. Moreover, since the opening arrangement is determined based on the section, an area having an off angle within a desired range is exposed to the opening for metal bonding. Preferably, the opening is located on the first angle area.
工程S210では、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための電極の配列をエピタキシャル基板上に形成する。電極の形成は、工程S108における電極形成と同様に行われる。これらの工程により、窒化ガリウム系半導体電子デバイスとして、例えばショットキダイオード、pn接合ダイオード、縦型電界効果トランジスタ、高電子移動度トランジスタ等を作製できる。この後に、基板生産物を分離して個々の窒化ガリウム系半導体電子デバイスを形成する。 In step S210, an electrode array for the gallium nitride based semiconductor electronic device is formed on the epitaxial substrate. The electrode is formed in the same manner as the electrode formation in step S108. By these steps, for example, a Schottky diode, a pn junction diode, a vertical field effect transistor, a high electron mobility transistor, or the like can be manufactured as a gallium nitride semiconductor electronic device. Thereafter, the substrate product is separated to form individual gallium nitride based semiconductor electronic devices.
この方法によれば、区画に基づき電極配列を決定するので、所望のオフ角範囲のエリア上に位置する電極を有する窒化ガリウム系半導体電子デバイスの数を増加させることができる。区画の境界に素子が配置されることがあるけれども、この方法によれば、区画に基づき電極配列を決定するので、所望のオフ角範囲のエリアに接合する電極面積を増加させることができ、特性低下を抑制できる。 According to this method, since the electrode arrangement is determined based on the section, it is possible to increase the number of gallium nitride based semiconductor electronic devices having electrodes located on an area of a desired off angle range. Although elements may be arranged at the boundaries of the sections, according to this method, since the electrode arrangement is determined based on the sections, it is possible to increase the electrode area bonded to the area of the desired off-angle range, Reduction can be suppressed.
ここで、窒化ガリウム系半導体膜を基板上にエピタキシャル成長するとき、<1−100>方向において基板のオフ角が0.3度未満に小さいとき、炭素不純物が窒化ガリウム系半導体膜に多く取り込まれる。これ故に、デバイス特性が劣化する。また、<1−100>方向において基板のオフ角が1.0度より大きいと共に<1−210>方向において基板のオフ角が−0.3度未満及び+0.3度より大きいとき、窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジが荒れる。これは、窒化ガリウム系半導体膜の表面における平坦性が失われ、デバイス特性が劣化する。本発明によれば、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための電極が第1角度エリアの表面上に形成されるので、基板表面のオフ角の分布に起因するデバイス特性劣化を避けることができる。 Here, when the gallium nitride based semiconductor film is epitaxially grown on the substrate, a large amount of carbon impurities are taken into the gallium nitride based semiconductor film when the off angle of the substrate is smaller than 0.3 degrees in the <1-100> direction. Therefore, device characteristics are deteriorated. Further, when the off angle of the substrate is larger than 1.0 degree in the <1-100> direction and the off angle of the substrate is smaller than −0.3 degree and larger than +0.3 degree in the <1-210> direction, gallium nitride The surface morphology of the semiconductor film becomes rough. As a result, the flatness on the surface of the gallium nitride based semiconductor film is lost, and the device characteristics deteriorate. According to the present invention, since the electrode for the gallium nitride based semiconductor electronic device is formed on the surface of the first angle area, it is possible to avoid device characteristic deterioration due to the off-angle distribution of the substrate surface.
また、少なくとも電極の範囲の基板31の主面31aのオフ角が、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下である。電極はエピタキシャル半導体領域の主面における一部分上に形成される。エピタキシャル半導体領域の該一部分は、基板主面31aの一部分上に成長される。基板主面31aの該一部分おけるオフ角が上記のオフ角の範囲であるので、基板表面31aのオフ角の分布に起因するデバイス特性劣化を避けることができる。 Further, the off angle of the main surface 31a of the substrate 31 at least in the range of the electrode is 0.3 degrees or more and 1.0 degrees or less in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride and in the <1-210> direction. It is −0.3 degrees or more and +0.3 degrees or less. The electrode is formed on a portion of the main surface of the epitaxial semiconductor region. The portion of the epitaxial semiconductor region is grown on a portion of the substrate main surface 31a. Since the off-angle in the part of the substrate main surface 31a is in the above-mentioned off-angle range, it is possible to avoid device characteristic deterioration due to the off-angle distribution of the substrate surface 31a.
図16は、図14に示される工程フローで作製される電子デバイス及びエピタキシャル基板の層構造を示す図面である。窒化ガリウム系半導体電子デバイス41は、六方晶系窒化ガリウムからなる主面43aを有する支持基体43と、支持基体43の主面43a上に設けられたエピタキシャル半導体領域45と、エピタキシャル半導体領域45に接合を成す第1の電極47と、該接合49を規定する開口51aを有する絶縁膜51と、支持基体43の裏面43b上に設けられた第2の電極53とを備える。エピタキシャル半導体領域45は、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜を含む。支持基体43の主面43aは、第1のエリア44aと該第1のエリア44aを囲む第2のエリア44bとを有する。エピタキシャル半導体領域45は、支持基体43の主面43aの第1及び第2のエリア上に設けられた第1及び第2の部分46a、46bを含む。支持基体43の主面43aの第1のエリア44aにおけるオフ角が、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.3度以上1.0度以下、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下である。 FIG. 16 is a drawing showing a layer structure of an electronic device and an epitaxial substrate manufactured by the process flow shown in FIG. The gallium nitride based semiconductor electronic device 41 includes a support base 43 having a main surface 43 a made of hexagonal gallium nitride, an epitaxial semiconductor region 45 provided on the main surface 43 a of the support base 43, and a junction with the epitaxial semiconductor region 45. A first electrode 47, an insulating film 51 having an opening 51 a defining the junction 49, and a second electrode 53 provided on the back surface 43 b of the support base 43. The epitaxial semiconductor region 45 includes a gallium nitride based semiconductor film having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less. The main surface 43a of the support base 43 has a first area 44a and a second area 44b surrounding the first area 44a. The epitaxial semiconductor region 45 includes first and second portions 46 a and 46 b provided on the first and second areas of the main surface 43 a of the support base 43. The off angle in the first area 44a of the main surface 43a of the support base 43 is not less than 0.3 degree and not more than 1.0 degree in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride, and in the <1-210> direction. It is −0.3 degrees or more and +0.3 degrees or less.
窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル半導体領域45の支持基体43上へのエピタキシャル成長では、<1−100>方向において支持基体43のオフ角が0.3度未満に小さいとき、炭素不純物が窒化ガリウム系半導体膜に多く取り込まれる。これ故に、デバイス特性が劣化する。また、<1−100>方向において支持基体のオフ角が1.0度より大きいと共に<1−210>方向において支持基体のオフ角が−0.3度未満及び+0.3度より大きいとき、窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジが荒れて、この結果、エピタキシャル半導体領域45の表面モフォロジも荒れる。これ故に、エピタキシャル半導体領域45の表面45aにおける平坦性が失われ、デバイス特性が劣化する。 In the epitaxial growth of the epitaxial semiconductor region 45 including the gallium nitride based semiconductor film on the support base 43, when the off angle of the support base 43 is less than 0.3 degrees in the <1-100> direction, the carbon impurity is gallium nitride based. A large amount is taken into the semiconductor film. Therefore, device characteristics are deteriorated. Further, when the off angle of the support substrate is greater than 1.0 degree in the <1-100> direction and the off angle of the support substrate is less than -0.3 degree and greater than +0.3 degree in the <1-210> direction, The surface morphology of the gallium nitride based semiconductor film is roughened. As a result, the surface morphology of the epitaxial semiconductor region 45 is also roughened. Therefore, the flatness on the surface 45a of the epitaxial semiconductor region 45 is lost, and the device characteristics are deteriorated.
図16に示される電子デバイスによれば、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための電極47の接合49が、支持基体43の第1エリア44a上に設けられる。これ故に、支持基体表面43aのオフ角の分布に起因するデバイス特性劣化を避けることができる。また、この電極47の配置によれば、電極47から電極53への電流の主要な経路となるエピタキシャル半導体領域45が支持基体43の第1エリア44a上に成長されている。さらに、電極47の下に位置する支持基体主面43aの第1エリア44aのオフ角が第1角度条件を満たすだけでなく、第1エリア44aと第2エリア44bとの間に位置する第3のエリア44cも第1角度条件を満たすことが良い。第3のエリア44c上には、エピタキシャル半導体領域45の第3の部分46cが設けられる。第1の部分46a及び第3の部分46cは、窒化ガリウム系半導体電子デバイスのための電極47からの電流の経路となる半導体電子デバイス構造を成す。これら第1の部分46a及び第3の部分46cは主面43aの一部分上に成長されており、この部分は所望範囲のオフ角を有する。これ故に、支持基体表面43aのオフ角の分布に起因するデバイス特性劣化を避けることができる。絶縁膜51は第2及び第3のエリア44b、44c上に成長されたエピタキシャル半導体領域45の表面を覆っており、第3のエリア44cのオフ角が第1角度条件を満たさなくてもよいが、第1角度条件を満たすことが好適である。また、第2のエリア44bのオフ角が第1角度条件を満たすことが好適であるけれども、第1角度条件を満たさなくてもよい。 According to the electronic device shown in FIG. 16, the junction 49 of the electrode 47 for the gallium nitride based semiconductor electronic device is provided on the first area 44 a of the support base 43. Therefore, it is possible to avoid device characteristic deterioration due to the off-angle distribution of the support base surface 43a. Further, according to the arrangement of the electrode 47, the epitaxial semiconductor region 45 serving as a main path of current from the electrode 47 to the electrode 53 is grown on the first area 44 a of the support base 43. Furthermore, not only the off angle of the first area 44a of the support base main surface 43a located under the electrode 47 satisfies the first angle condition, but also the third area located between the first area 44a and the second area 44b. The area 44c preferably satisfies the first angle condition. A third portion 46c of the epitaxial semiconductor region 45 is provided on the third area 44c. The first portion 46a and the third portion 46c form a semiconductor electronic device structure that serves as a current path from the electrode 47 for the gallium nitride based semiconductor electronic device. The first portion 46a and the third portion 46c are grown on a part of the main surface 43a, and this portion has an off angle in a desired range. Therefore, it is possible to avoid device characteristic deterioration due to the off-angle distribution of the support base surface 43a. The insulating film 51 covers the surface of the epitaxial semiconductor region 45 grown on the second and third areas 44b and 44c, and the off-angle of the third area 44c may not satisfy the first angle condition. It is preferable that the first angle condition is satisfied. Moreover, although it is preferable that the off-angle of the second area 44b satisfies the first angle condition, the first angle condition may not be satisfied.
エピタキシャル半導体領域45は、図3を参照しながら既に説明されたデバイス構造を提供できるエピタキシャル構造を有することができる。支持基体43は、例えばGaNからなる。電極47は、例えば窒化ガリウム系半導体膜にショットキ接合を成すショットキ電極を含むことができる。このショットキ電極はエピタキシャル半導体領域45の第1の部分46aの表面にショットキ接合を成すことが良い。或いは、電極47は、例えば窒化ガリウム系半導体膜にオーミック接合を成すオーミック電極を含むことができる。このオーミック電極はエピタキシャル半導体領域45の第1の部分46aの表面にオーミック接合を成すことが良い。 The epitaxial semiconductor region 45 may have an epitaxial structure that can provide the device structure already described with reference to FIG. The support base 43 is made of, for example, GaN. The electrode 47 can include, for example, a Schottky electrode that forms a Schottky junction with a gallium nitride based semiconductor film. This Schottky electrode preferably forms a Schottky junction with the surface of the first portion 46 a of the epitaxial semiconductor region 45. Alternatively, the electrode 47 can include, for example, an ohmic electrode that forms an ohmic junction with a gallium nitride based semiconductor film. The ohmic electrode preferably forms an ohmic junction with the surface of the first portion 46 a of the epitaxial semiconductor region 45.
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
10 成長炉、11,31 基板、11a,31a 基板主面、11b,31b 基板裏面、AOFF,BOFF オフ角、VN 法線ベクトル、VM 法線ベクトル、VC c軸ベクトル、(θM 2+θA 2)1/2 合成オフ角、13 エピタキシャル半導体領域、13a 半導体領域主面、15 窒化ガリウムエピタキシャル膜、E エピタキシャル基板、G1,G0 ガス、17 窒化ガリウムエピタキシャル膜、19 絶縁膜、19a 絶縁膜の開口、PSH,PPN 基板生産物、DSH ショットキバリアダイオード、DPN pn接合ダイオード、23a,23b,23c,23d,23e 接合、21a 電極(アノード)、21b 電極(カソード)、21c 電極、41 窒化ガリウム系半導体電子デバイス、43 支持基体、43a 支持基体主面、45 エピタキシャル半導体領域、47 第1の電極、49 接合領域、51 絶縁膜、51a 絶縁膜開口、53 第2の電極。 10 Growth furnace, 11, 31 substrate, 11a, 31a substrate main surface, 11b, 31b substrate back surface, A OFF , B OFF off angle, VN normal vector, VM normal vector, VC c-axis vector, (θ M 2 + θ A 2 ) 1/2 synthetic off angle, 13 epitaxial semiconductor region, 13a main surface of semiconductor region, 15 gallium nitride epitaxial film, E epitaxial substrate, G1, G0 gas, 17 gallium nitride epitaxial film, 19 insulating film, 19a insulating film Aperture, P SH , P PN substrate product, D SH Schottky barrier diode, D PN pn junction diode, 23a, 23b, 23c, 23d, 23e junction, 21a electrode (anode), 21b electrode (cathode), 21c electrode, 41 Gallium nitride semiconductor electronic device, 43 support base, 43a support base main surface, 45 epitaxial semiconductor region Region, 47 first electrode, 49 junction region, 51 insulating film, 51a insulating film opening, 53 second electrode.
Claims (20)
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板を準備する工程と、
前記基板の前記主面上に、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜をエピタキシャルに成長する工程と
を備え、
前記基板の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.35度以上1.0度以下(ただし0.35度を除く)、及び<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、
前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定され、
前記窒化ガリウム系半導体膜は、その厚さが3マイクロメートル以上であり、炭素濃度1×1016cm-3以下の窒化ガリウム半導体からなる、ことを特徴とする方法。 A method for growing a gallium nitride based semiconductor film for a gallium nitride based semiconductor electronic device comprising :
Preparing a substrate having a main surface made of hexagonal gallium nitride;
And epitaxially growing a gallium nitride based semiconductor film having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less on the main surface of the substrate,
The off-angle of the main surface of the substrate is 0.35 degree or more and 1.0 degree or less (except 0.35 degree ) in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride over the whole main surface. ) , And in the <1-210> direction from −0.3 degrees to +0.3 degrees,
The off-angle is defined by an angle formed between a normal line of the main surface of the substrate and a c-axis of the hexagonal gallium nitride,
The gallium nitride based semiconductor film is made of a gallium nitride semiconductor having a thickness of 3 micrometers or more and a carbon concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.
前記窒化ガリウム系半導体膜の成長における(窒素原料の供給モル量)/(III族原料の供給モル量)は1250以上であり、
前記窒化ガリウム系半導体膜の成長における成長温度は摂氏1050度以上である、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された方法。 The gallium nitride-based semiconductor film is made of Ga X In Y Al 1-XY N (0 <X ≦ 1,0 ≦ Y <1, X + Y <1),
In the growth of the gallium nitride based semiconductor film, (the supply molar amount of nitrogen raw material) / (the supply molar amount of group III raw material) is 1250 or more,
4. The method according to claim 1, wherein a growth temperature in the growth of the gallium nitride based semiconductor film is 1050 degrees Celsius or higher.
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板を準備する工程と、
前記基板の前記主面上に、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル半導体領域を成長する工程と、
前記エピタキシャル半導体領域上に電極を形成する工程と
を備え、
前記基板の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.35度以上1.0度以下(ただし0.35度を除く)、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、
前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定され、
前記窒化ガリウム系半導体膜は、その厚さが3マイクロメートル以上であり、炭素濃度1×1016cm-3以下の窒化ガリウム半導体からなる、ことを特徴とする方法。 A method for fabricating a gallium nitride based semiconductor electronic device,
Preparing a substrate having a main surface made of hexagonal gallium nitride;
Growing an epitaxial semiconductor region including a gallium nitride based semiconductor film having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less on the main surface of the substrate;
Forming an electrode on the epitaxial semiconductor region,
The off-angle of the main surface of the substrate is 0.35 degree or more and 1.0 degree or less (except 0.35 degree ) in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride over the whole main surface. ) In the <1-210> direction is not less than −0.3 degrees and not more than +0.3 degrees,
The off-angle is defined by an angle formed between a normal line of the main surface of the substrate and a c-axis of the hexagonal gallium nitride,
The gallium nitride based semiconductor film is made of a gallium nitride semiconductor having a thickness of 3 micrometers or more and a carbon concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.
前記電極は、前記開口を通して前記エピタキシャル半導体領域に接続されるショットキ電極を含む、ことを特徴とする請求項6〜請求項8のいずれか一項に記載された方法。 A step of forming an insulating film having an opening on the epitaxial semiconductor region;
The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the electrode includes a Schottky electrode connected to the epitaxial semiconductor region through the opening.
前記基板はGaNからなる、ことを特徴とする請求項9に記載された方法。 The gallium nitride based semiconductor film is made of GaN,
The method according to claim 9, wherein the substrate is made of GaN.
当該方法は、前記窒化ガリウム系半導体膜上に第2導電型窒化ガリウム系半導体膜を成長する工程と、
前記エピタキシャル半導体領域上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と
を更に備え、
前記電極は、前記開口を通して前記エピタキシャル半導体領域に接続されるオーミック電極を含み、
前記第2導電型窒化ガリウム系半導体膜は前記窒化ガリウム系半導体膜とpn接合を成す、ことを特徴とする請求項6〜請求項10のいずれか一項に記載された方法。 The gallium nitride based semiconductor film has a first conductivity type,
The method includes a step of growing a second conductivity type gallium nitride semiconductor film on the gallium nitride semiconductor film;
Forming an insulating film having an opening on the epitaxial semiconductor region,
The electrode includes an ohmic electrode connected to the epitaxial semiconductor region through the opening;
11. The method according to claim 6, wherein the second conductivity type gallium nitride based semiconductor film forms a pn junction with the gallium nitride based semiconductor film.
前記第2導電型窒化ガリウム系半導体膜はGaNからなり、
前記基板はGaNからなる、ことを特徴とする請求項11に記載された方法。 The gallium nitride based semiconductor film is made of GaN,
The second conductivity type gallium nitride based semiconductor film is made of GaN,
The method of claim 11, wherein the substrate comprises GaN.
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する基板と、
前記基板の前記主面上に設けられ、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜と
を備え、
前記基板の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.35度以上1.0度以下(ただし0.35度を除く)、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、
前記オフ角は、前記基板の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定され、
前記窒化ガリウム系半導体膜は、その厚さが3マイクロメートル以上であり、炭素濃度1×1016cm-3以下の窒化ガリウム半導体からなる、ことを特徴とするエピタキシャル基板。 An epitaxial substrate for a gallium nitride based semiconductor electronic device,
A substrate having a main surface made of hexagonal gallium nitride;
A gallium nitride based semiconductor film provided on the main surface of the substrate and having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less,
The off-angle of the main surface of the substrate is 0.35 degree or more and 1.0 degree or less (except 0.35 degree ) in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride over the whole main surface. ) In the <1-210> direction is not less than −0.3 degrees and not more than +0.3 degrees,
The off-angle is defined by an angle formed between a normal line of the main surface of the substrate and a c-axis of the hexagonal gallium nitride,
An epitaxial substrate, wherein the gallium nitride based semiconductor film is made of a gallium nitride semiconductor having a thickness of 3 micrometers or more and a carbon concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.
六方晶系窒化ガリウムからなる主面を有する支持基体と、
前記支持基体の前記主面上に設けられ、キャリア濃度1×1017cm-3以下の窒化ガリウム系半導体膜と
を備え、
前記支持基体の前記主面のオフ角は、前記主面の全体にわたって、該六方晶系窒化ガリウムの<1−100>方向に0.35度以上1.0度以下(ただし0.35度を除く)、<1−210>方向に−0.3度以上+0.3度以下であり、
前記オフ角は、前記支持基体の前記主面の法線と該六方晶系窒化ガリウムのc軸との成す角により規定され、
前記窒化ガリウム系半導体膜は、その厚さが3マイクロメートル以上であり、炭素濃度1×1016cm-3以下の窒化ガリウム半導体からなる、ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 A gallium nitride based semiconductor electronic device,
A support substrate having a main surface made of hexagonal gallium nitride;
A gallium nitride based semiconductor film provided on the main surface of the support base and having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less,
The off angle of the main surface of the support base is 0.35 degrees or more and 1.0 degrees or less (however, 0.35 degrees in the <1-100> direction of the hexagonal gallium nitride over the entire main surface. Except) , in the <1-210> direction is −0.3 degrees or more and +0.3 degrees or less,
The off-angle is defined by an angle formed between a normal line of the main surface of the support base and a c-axis of the hexagonal gallium nitride,
The gallium nitride based semiconductor electronic device is characterized in that the gallium nitride based semiconductor film is made of a gallium nitride semiconductor having a thickness of 3 micrometers or more and a carbon concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.
前記支持基体はGaNからなる、ことを特徴とする請求項16または請求項17に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 The gallium nitride based semiconductor film is made of GaN,
The gallium nitride based semiconductor electronic device according to claim 16 or 17, wherein the support base is made of GaN.
前記窒化ガリウム系半導体膜に接合を成すオーミック電極と
を更に備え、
前記別の窒化ガリウム系半導体膜は第1導電型を有しており、
前記窒化ガリウム系半導体膜は第2導電型を有しており、
前記窒化ガリウム系半導体膜は前記別の窒化ガリウム系半導体膜とpn接合を成す、ことを特徴とする請求項16に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 Another gallium nitride based semiconductor film provided between the gallium nitride based semiconductor film and the support base;
An ohmic electrode that forms a junction with the gallium nitride based semiconductor film;
The another gallium nitride based semiconductor film has a first conductivity type,
The gallium nitride based semiconductor film has a second conductivity type,
The gallium nitride semiconductor electronic device according to claim 16, wherein the gallium nitride semiconductor film forms a pn junction with the another gallium nitride semiconductor film.
前記別の窒化ガリウム系半導体膜はn型GaNからなり、
前記支持基体はn型GaNからなる、ことを特徴とする請求項19に記載された窒化ガリウム系半導体電子デバイス。 The gallium nitride based semiconductor film is made of p-type GaN,
The another gallium nitride based semiconductor film is made of n-type GaN,
The gallium nitride based semiconductor electronic device according to claim 19, wherein the support base is made of n-type GaN.
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