JP6239017B2 - 窒化物半導体基板 - Google Patents

Description

本発明は、単結晶基板の一主面上に形成された窒化物半導体層を備えた窒化物半導体基板に関する。

ＧａＮ（窒化ガリウム）等の窒化物半導体は、高い電子移動度を有しており、例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等のパワー系トランジスタに好適である。

この高電子移動度トランジスタは、例えば、異種基板の上に窒化物半導体層を形成した窒化物半導体基板を用いて作製される。窒化物半導体基板は、例えば、Ｓｉ（ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、又は、サファイアよりなる単結晶基板の一主面上に、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＣ、又は、ＳｉＮ（窒化ケイ素）よりなる初期層を形成し、この初期層の上にＧａＮ等の窒化物半導体層を形成した構造を有している。

特開２０１３−１２７６７号公報 特開２０１２−１５３０４号公報

この高電子移動度トランジスタ等で求められる電気特性としては、例えば、耐圧の向上、リーク電流の低減、及び、電流コラプスの改善がある。これらの特性をバランス良く向上させるための技術が以前から開発されているが、より簡単な構造で、より効果的にこれらの性能を向上させることが求められている。

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、第１の目的は、リーク電流を低減し、耐圧を向上させることができる窒化物半導体基板を提供することを目的とする。

また、本発明の第２の目的は、更に、電流コラプスも改善することができる窒化物半導体基板を提供することを目的とする。

なお、特許文献１には、単結晶基板の上に形成されたＡｌＮ層と、このＡｌＮ層の上に形成された窒化物半導体のバッファ層とを有し、単結晶基板とＡｌＮ層間界面よりもＡｌＮ層とバッファ層間界面の方が凹凸が大きく、ＡｌＮ層の表面のスキューネスＲｓｋが正である化合物半導体装置が記載されている。この特許文献１は、ＡｌＮ層とバッファ層との界面構造に着目したものではあるが、単結晶基板とＡｌＮ層間界面よりもＡｌＮ層とバッファ層間界面の方の凹凸を大きくすることを特徴としており、より平坦とすることを特徴とする本願発明とは考え方が異なっている。また、特許文献１は、高周波信号遮断との回復を早くすることを目的としており、リーク電流を低減させることを目的とする本願発明とは目的も異なっている。

また、特許文献２には、Ｓｉ基板の主面に形成されたＡｌＮ層と、このＡｌＮ層の上に形成されたＧａＮ層とを有し、ＡｌＮ層の（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が２０００ｓｅｃ以下である半導体装置が記載されている。しかしながら、特許文献２では、ＡｌＮ層の（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅をより小さくするものであるのに対して、本願発明では、半値幅を所定の範囲内とするものである点で異なっている。

本発明の窒化物半導体基板は、単結晶基板の一主面上に形成された第１層と、この第１層の上に形成された窒化物半導体層とを備えたものであって、窒化物半導体基板の一主面上の直径部で劈開した断面から径方向に任意の３ヶ所を選択し、それぞれ第１層と窒化物半導体層との界面を径方向に少なくとも５００ｎｍの幅を取って観察した時に、単結晶基板から窒化物半導体層に向かう厚さ方向において、単結晶基板の一主面を基準とした第１層の凸部頂部の最大高さと、凹部底部の最小高さとの差は、３ヶ所の平均値で６ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲内であり、３ヶ所の断面において、隣接する凸部頂部と凹部底部との径方向の間隔は、前記３ヶ所の平均値で１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲である。

本発明によれば、第１層の凸部頂部の最大高さと凹部底部の最小高さとの差を３ヶ所の平均値で６ｎｍ以上１５ｎｍ以下とするようにし、かつ、隣接する凸部頂部と凹部底部との径方向の間隔を前記３ヶ所の平均値で１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下とするようにしたので、第１層の表面が平坦となり、第１層の上に形成される窒化物半導体層に対して転位が斜めに進展するようにすることができる。このため、転位は途中で屈曲して転位同士が合体し、上に伸びる転位進展を減少させることができる。よって、リーク電流を低減させることができ、耐圧を向上させることができる。

また、第１層をＡｌＮにより構成し、（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅を１９００ａｒｃｓｅｃ以下とするようにすれば、第１層に存在する転位が少なくなり、窒化物半導体層に伝搬する転位を少なくすることができる。よって、リーク電流をより低減させることができる。更に、（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅を１０００ａｒｃｓｅｃ以上とするようにすれば、第１層に存在する転位により格子不整合を緩和することができ、窒化物半導体基板の反りを低減することができる。

加えて、第１層をＡｌＮにより構成し、Ｓｉ濃度を１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲内とするようにすれば、電流コラプスの悪化をより効果的に抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体基板の構成を表す図である。 図１に示した窒化物半導体基板の一部を拡大して表す図である。 本発明の実施例１における窒化物半導体基板の断面構造を表す走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ；以下、ＳＴＥＭと表記する）像である。 図３に示した窒化物半導体基板の断面構造を縮小して表すＳＴＥＭ像である。 図４に示した窒化物半導体基板の断面構造において転位線を強調して示した模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体基板１の構成を表わすものである。図２は、図１において破線丸印で示した部分を拡大して表すものである。なお、図１及び図２は構造を概念的に表したものであり、実際の構造とは寸法等が異なっている。

この窒化物半導体基板１は、例えば、単結晶基板１０の一主面上に形成された第１層２０と、この第１層２０の上に形成された窒化物半導体層３０とを備えている。この窒化物半導体基板１は、高電子移動度トランジスタ等のパワー系トランジスタに好ましく用いられるものであり、図１では、高電子移動度トランジスタに用いられる場合の一構成例を示している。

単結晶基板１０は、窒化物半導体とは異なる材料により構成されたいわゆる異種基板により構成されている。単結晶基板１０としては、例えば、Ｓｉ単結晶基板、六方晶ＳｉＣ基板、Ｓｉ単結晶基板に立方晶ＳｉＣ層が形成された基板、又は、サファイア基板が挙げられる。中でも、Ｓｉ単結晶基板を用いるようにすれば、大口径化や低コスト化を図ることができ、また、不純物濃度や酸素濃度を変更することにより、適切かつ精度良く比抵抗及び硬さを調整することができるので好ましい。Ｓｉ単結晶基板には、公知の半導体用の基板を広く適用することができる。結晶育成方法、面方位、酸素濃度、不純物濃度、ＰＮタイプ、面粗さ、厚さ等の各仕様は、設計される窒化物半導体基板１の要求事項に応じて適宜設定することができる。

また、単結晶基板１０としては、例えば、（１１１）面又は（０００１）面から０．１５°以上１°以下の範囲内のオフ角が形成された一主面を有するものが好ましい。例えば、Ｓｉ単結晶基板であれば、（１１１）面から０．１５°以上１°以下の範囲内のオフ角が形成された一主面を有するものが好ましく、六方晶ＳｉＣ基板又はＳｉ単結晶基板に立方晶ＳｉＣ層が形成された基板であれば、（０００１）面から０．１５°以上１°以下の範囲内のオフ角が形成された一主面を有するものが好ましい。

単結晶基板１０の一主面がオフ角を有していることにより、オフ角を有していない場合に比べて、ステップの規則性が保持され、平坦性が良好な第１層２０を形成することができるからである。また、一方で、オフ角が大きすぎると、大きなステップ段差の影響により、この平坦性が損なわれてしまうからである。そして、上記のように、（１１１）面又は（０００１）面から０．１５°以上１°以下の範囲内のオフ角であれば、後述する本発明の特徴的な、平坦性の高い第１層２０の凹凸形状を、より効果的に形成することが可能となる。

第１層２０は、単結晶基板１０の一主面に接してエピタキシャル成長により形成されている。第１層２０は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、又は、ＳｉＮにより構成されることが好ましい。中でも、Ｓｉ単結晶基板の上に、ＡｌＮよりなる第１層２０を形成するようにすれば、その上に良好な窒化物半導体層３０を形成することができるので、より好ましい。

第１層２０の窒化物半導体層３０の側の表面は、平坦であることが好ましい。具体的には、窒化物半導体基板１の一主面上の直径部で劈開した断面から径方向に任意の３ヶ所を選択し、それぞれ第１層２０と窒化物半導体層３０との界面を径方向に少なくとも５００ｎｍの幅を取って観察した時に、単結晶基板１０から窒化物半導体層３０に向かう厚さ方向において、単結晶基板１０の一主面を基準とした第１層２０の凸部頂部２１の最大高さＴ１と、凹部底部２２の最小高さＴ２との差ｄは、３ヶ所の平均値で６ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲内となっている。また、この３ヶ所の断面において、隣接する凸部頂部２１と凹部底部２２との径方向の間隔Ｌは、前記３ヶ所の平均値で１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲となっている。

ここで、「窒化物半導体基板１の一主面上の直径部で劈開した断面から径方向に任意の３ヶ所を選択し」というのは、例えば、一主面の直径上において、中心部及び両外周端から１０ｍｍ内側の計３ヶ所を選択することが好適である。もちろん、これら以外の箇所を選択してもよく、更には選択する数を３ヶ所以上に増やしてもよい。

上記で選択した箇所の断面の観察では、単結晶基板１０との界面を含み、かつ、この第１層２０の上に形成された窒化物半導体層３０の一部が含まれるように厚さ方向を確保することが好ましい。そして、本発明の観察において、径方向というのは、図２に示すように、単結晶基板１０と第１層２０との界面を基準面Ｋとし、この基準面Ｋを断面から見た線と平行の方向を径方向として取り扱う。

「径方向に少なくとも５００ｎｍの幅を取って観察」というのは、上記の通り定めた径方向に沿って、任意の点から５００ｎｍの幅を取って観察範囲とするものである。この幅は、サンプリングのバラツキを考慮して、少なくとも５００ｎｍ確保する。もちろん、これ以上の幅で観察してもよい。

なお、観察には、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ；以下、ＴＥＭと表記する），ＳＴＥＭ、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ；以下、ＳＥＭと表記する）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；以下、ＡＦＭと表記する）、その他の高倍率での観察が可能な手段を、適宜用いることが可能である。

このように第１層２０の凸部頂部２１の最大高さＴ１と、凹部底部２２の最小高さＴ２との差ｄ、及び、隣接する凸部頂部２１と凹部底部２２との径方向の間隔Ｌを規定するのは、例えば、第１層２０の表面に１５ｎｍを超える大きさでかつ鋭角な凸部及び凹部が存在すると、その凸部頂部２１あるいは凹部底部２２の少なくともいずれかを起点として、転位が積層方向に進展し、上方まで転位が進み、貫通転位となりやすいからである。この窒化物半導体基板１では、例えば、凸部及び凹部が１５ｎｍ以内の大きさでかつ鈍角であるので、第１層２０の表面は平坦であり、第１層２０の上に形成される窒化物半導体層３０に対して転位が斜めに進展し、途中で屈曲して転位同士が合体し、上に伸びる転位進展を減少させることができるようになっている。

第１層２０の凸部頂部２１の最大高さＴ１と、凹部底部２２の最小高さＴ２との差ｄは、３ヶ所の平均値で６ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲内であればより好ましい。この差ｄが３ヶ所の平均値で６ｎｍよりも小さくなるように製造すると、転位が積層方向に対して斜めに進展することが難しくなり、６ｎｍ以上であっても、貫通転位の発生を抑制することができるためである。ここで、第１層２０の凸部頂部２１の最大高さＴ１及び凹部底部２２の最小高さＴ２は、基準面Ｋからの高さである。

なお、隣接する凸部頂部２１と凹部底部２２との径方向の間隔Ｌが、前記３ヶ所の平均値で２５ｎｍを超えると、特に気相成長法においては、隣接する凸部頂部２１と凹部底部２２との間に、新たな凸部または凹部が発生する確率が高くなる。すなわち、前記差ｄを小さく保ちつつ前記間隔Ｌを大きくとることは、実用的ではないので、前記間隔Ｌは２５ｎｍ以下とすることが好ましい。

また、第１層２０は、ＡｌＮにより構成される場合には、（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が１０００ａｒｃｓｅｃ以上１９００ａｒｃｓｅｃ以下の範囲内であることが好ましく、１３００ａｒｃｓｅｃ以上１７００ａｒｃｓｅｃ以下の範囲内とすればより好ましい。（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅を１９００ａｒｃｓｅｃ以下、更には、１７００ａｒｃｓｅｃ以下とするようにすれば、第１層２０に存在する転位が少なくなり、窒化物半導体層３０に伝搬する転位を少なくすることができるからである。一方、（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅を１０００ａｒｃｓｅｃ以上、更には、１３００ａｒｃｓｅｃ以上とするようにすれば、第１層２０に存在する転位により、単結晶基板１０と窒化物半導体層３０との熱膨張係数の差で発生する応力が分散されて、格子不整合を緩和することができ、窒化物半導体基板１の反りを低減することができるからである。

更に、第１層２０は、ＡｌＮにより構成される場合には、Ｓｉ濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲内であることが好ましい。ＡｌＮ中のＳｉ濃度が高いと、ＡｌＮ中のＳｉ、又は、ＡｌＮ中にＳｉが存在することでその近傍に発生する欠陥に、自由電子がトラップされ、これが電流コラプス悪化の原因となると考えられるからである。これは単結晶基板１０にＳｉ単結晶基板を用いる場合に、特に有効である。

なお、上記Ｓｉ濃度は低い方が好ましいが、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３より低い値は、一般的に用いられる元素の測定手法（例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ；以下、ＳＩＭＳと表記する））の測定下限値であり、また、このようなＳｉ濃度を、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ；以下、ＭＯＣＶＤと表記する）法において実現することも実用的でない。これらを考慮すると、Ｓｉ濃度は１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上でよいが、そこまで低くなくても、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であればよい。

第１層２０の厚さは、例えば、８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。８０ｎｍよりも薄いと、第１層２０の上に形成する窒化物半導体層３０の結晶性が低下してリーク電流が増加してしまい、５００ｎｍよりも厚いと、クラックが発生してしまう恐れがあるからである。より好ましい厚さは、１２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内である。

窒化物半導体層３０は、第１層２０の上にエピタキシャル成長により形成されている。窒化物半導体層３０の層構造は、目的に応じて適宜設計される。一例としては、図１に示したように、窒化物半導体層３０は、第１層２０の上に形成されたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）よりなる第２層３１と、第２層３１の上に形成され、ＡｌＮ層とＧａＮ層とを交互に繰り返し積層したマルチレイヤー層よりなる第３層３２と、第３層３２の上に形成されたＧａＮよりなる第４層３３と、第４層３３の上に形成されたＧａＮよりなる活性層３４と、活性層３４の上に形成されたＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）よりなる電子供給層３５と、電子供給層３５の上に形成されたＧａＮよりなるキャップ層３６とを備えている。

この窒化物半導体基板１は、例えば、単結晶基板１０の上に、ＭＯＣＶＤ法により第１層２０及び窒化物半導体層３０をエピタキシャル成長させることにより形成することができる。その際、温度、原料の種類、流量、及び、供給時間等を調整することにより、第１層２０の構造を制御する。例えば、第１層２０を成長温度が異なる２段階以上の複数段階に分けて積層するようにしてもよい。

このように本実施の形態によれば、第１層２０の凸部頂部２１の最大高さＴ１と凹部底部２２の最小高さＴ２との差ｄを３ヶ所の平均値で６ｎｍ以上１５ｎｍ以下とするようにし、かつ、隣接する凸部頂部２１と凹部底部２２との径方向の間隔Ｌを前記３ヶ所の平均値で１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下とするようにしたので、第１層２０の表面が平坦となり、第１層２０の上に形成される窒化物半導体層３０に対して転位が斜めに進展するようにすることができる。このため、転位は途中で屈曲して転位同士が合体し、上に伸びる転位進展を減少させることができる。よって、リーク電流を低減させることができ、耐圧も向上させることができる。

また、第１層２０をＡｌＮにより構成し、（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅を１９００ａｒｃｓｅｃ以下とするようにすれば、第１層２０に存在する転位が少なくなり、窒化物半導体層３０に伝搬する転位を少なくすることができる。よって、リーク電流をより低減させることができる。更に、（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅を１０００ａｒｃｓｅｃ以上とするようにすれば、第１層２０に存在する転位により格子不整合を緩和することができ、窒化物半導体基板１の反りを低減することができる。

加えて、第１層２０をＡｌＮにより構成し、Ｓｉ濃度を１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲内とするようにすれば、電流コラプスの悪化をより効果的に抑制することができる。

（実施例１）
図１に示した窒化物半導体基板１を以下の工程により作製した。まず、単結晶基板１０として、直径６インチ、比抵抗０．０１Ωｃｍ、基板中央１点での厚さ６２５μｍ、Ｐタイプ、（１１１）面から０．２°のオフ角度が形成された一主面を有するＳｉ単結晶基板を用意した。次いで、この単結晶基板１０をＭＯＣＶＤ装置にセットし、原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＮＨ_３、メタンを用い、積層する層に応じてこれらの原料を適宜使い分け、気相成長温度１０００℃を基準として、表１に示す組成と膜厚で、各層を気相成長により形成した。なお、各層の組成及び膜厚等は、各原料の選択、流量、供給時間、成長圧力、成長温度の微調整により、設定された各値となるように行った。

作製した窒化物半導体基板１を任意の１直径上で劈開後、基板の一主面上の中心部及び両外周端から１０ｍｍ内側の計３ヶ所の断面で、第１層２０と窒化物半導体層３０との界面の構造をＳＴＥＭで観察した。図３と図４に中心部の断面ＳＴＥＭ像を示すと共に、図５に図４の断面ＳＴＥＭ像について転位線を表した模式図を示す。図３に示したように、第１層２０の表面は極めて平坦であった。また、図４及び図５に示したように、窒化物半導体層３０には第１層２０から転位が斜めに進展し、途中で屈曲して転位同士が合体していることが分かった。

また、３ヶ所における５００ｎｍ幅の断面について、ＳＴＥＭにより、第１層２０の凸部頂部２１の最大高さＴ１と、凹部底部２２の最小高さＴ２との差ｄ、及び、隣接する凸部頂部２１と凹部底部２２との径方向の間隔Ｌを調べた。その結果、第１層２０の凸部頂部２１の最大高さＴ１と、凹部底部２２の最小高さＴ２との差ｄは、３ヶ所の平均値で７ｎｍであり、隣接する凸部頂部２１と凹部底部２２との径方向の間隔Ｌは、３ヶ所の平均値で１２ｎｍであった。表２にその結果を示す。

更に、第１層２０について、Ｘ線回折により、（００２）面のロッキングカーブの半値幅を調べたところ、１６００ａｒｃｓｅｃであった。加えて、第１層２０について、ＳＩＭＳにより、Ｓｉ濃度を測定したところ、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。これらの結果も、表２に合わせて示す。

更にまた、作製した窒化物半導体基板１について、耐圧を評価した。耐圧は、縦方向にデバイスを想定し、リセスゲート領域及び素子分離領域の溝をドライエッチングにより形成し、活性層３４の側にゲート電極として径２ｍｍのＡｕ電極を、ソース電極及びドレイン電極として径０．５ｍｍのＡｌ電極を、また、単結晶基板１０の裏面側に裏面電極としてＡｌ電極を、それぞれ真空蒸着により形成し、市販のカーブトレーサを用いて、電界をかけて測定した。そして、この値が６５０Ｖ以上の場合を合格とした。

その結果、耐圧は７４０Ｖであり、良好な結果であった。これらの結果を表２に合わせて示す。

（比較例１）
第１層を形成する際の成長温度、原料の種類、流量、又は、供給時間等を調整することにより、第１層の構造を制御することを除き、他は実施例１と同様にして窒化物半導体基板を作製した。なお、比較例１の第１層の組成は実施例１と同一とし、第１層の厚さも１００ｎｍとした。比較例１についても、実施例１と同様にして、第１層と窒化物半導体層との界面の構造、第１層の（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅、第１層のＳｉ濃度、並びに、窒化物半導体基板１の耐圧を調べた。それらの結果を図３から図５及び表２に合わせて示す。

図３に示したように、比較例１の第１層の表面には、大きなピット状の凹部がみられた。また、図４と図５に示したように、比較例１の窒化物半導体層には、第１層の凸部頂部及び凹部底部を起点として、転位が積層方向に進展し、転位の量は実施例１よりも多いことが分かった。

また、表２に示したように、第１層の凸部頂部の最大高さＴ１と、凹部底部の最小高さＴ２との差ｄは、３ヶ所の平均値で２０ｎｍであり、隣接する凸部頂部と凹部底部との径方向の間隔Ｌは、３ヶ所の平均値で５０ｎｍであった。なお、第１層の（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は２５００ａｒｃｓｅｃ、第１層のＳｉ濃度は５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、耐圧は６００Ｖであった。

（実施例１と比較例１の結果）
実施例１と比較例１の結果からわかるように、第１層２０の凸部頂部２１の最大高さＴ１と凹部底部２２の最小高さＴ２との差ｄを３ヶ所の平均値で６ｎｍ以上１５ｎｍ以下とするようにし、かつ、隣接する凸部頂部２１と凹部底部２２との径方向の間隔Ｌを３ヶ所の平均値で１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下とするようにすれば、窒化物半導体基板１の耐圧を向上させることができることが分かった。

ここで、本発明を実施する好適な一態様として、第１層２０のＡｌＮ層を、第１の温度で第１の層厚を形成後、第２の温度で第２の層厚を形成するという２段階積層方法が挙げられる。すなわち、これらの第１の温度、第２の温度、第１の層厚、第２の層厚を適時調整することで、上記の差ｄの平均値を、ある程度任意に設定する事が可能となる。なお、必要に応じて３段階以上で積層してもよい。

実施例１は、第１の温度が７５０℃、第１の層厚が３０ｎｍ、第２の温度が１０５０℃、第２の層厚が７０ｎｍである。比較例１は、第１の温度が７５０℃、第１の層厚が３０ｎｍ、第２の温度が９００℃、第２の層厚が７０ｎｍである。

（実施例２）
第１の温度を７５０℃、第１の層厚を５０ｎｍ、第２の温度を１０５０℃、第２の層厚を５０ｎｍとする以外は実施例１と同様にして、実施例２の窒化物半導体基板を作製した。

（実施例３）
第１の温度を７５０℃、第１の層厚を５ｎｍ、第２の温度を１０５０℃、第２の層厚を９５ｎｍとする以外は実施例１と同様にして、実施例３の窒化物半導体基板を作製した。

実施例２，３についても、実施例１と同様に評価した。その結果を実施例１の結果と共に表３に示す。

表３に示したように、実施例２は実施例１に比べ、耐圧がやや低く、実施例３は実施例２に比べ、やはり耐圧が低かった。さらに、（００２）面半値幅は、実施例２，３共に実施例１に比べてやや高い傾向を示した。

このことから、第１層２０の凸部頂部２１の最大高さＴ１と凹部底部２２の最小高さＴ２との差ｄの平均値、および、隣接する凸部頂部２１と凹部底部２２との径方向の間隔Ｌの平均値が、実施例１から大きくなるに従い、耐圧または結晶性は、やや低下する傾向にあると言える。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、窒化物半導体層３０の層構造について具体的に説明したが、他の層構造を有するように構成してもよい。また、上記実施の形態では、窒化物半導体基板１を高電子移動度トランジスタ等のパワー系トランジスタに用いる場合について説明したが、その他の窒化物化合物半導体素子についても同様に用いることができる。

高電子移動度トランジスタ等のパワー系トランジスタに好ましく用いることができる。

１…窒化物半導体基板、１０…単結晶基板、２０…第１層、２１…凸部頂部、２２…凹部底部、３０…窒化物半導体層、３１…第２層、３２…第３層、３３…第４層、３４…活性層、３５…電子供給層、３６…キャップ層、Ｔ１…最大高さ、Ｔ２…最小高さ、ｄ…Ｔ１とＴ２の差、Ｌ…径方向の隣接する凸部頂部と凹部底部との間隔、Ｋ…基準面

Claims (6)

1. 単結晶基板の一主面上に形成された第１層と、この第１層の上に形成された窒化物半導体層とを備えた窒化物半導体基板であって、
   前記窒化物半導体基板の一主面上の直径部で劈開した断面から径方向に任意の３ヶ所を選択し、それぞれ前記第１層と前記窒化物半導体層との界面を径方向に少なくとも５００ｎｍの幅を取って観察した時に、前記単結晶基板から前記窒化物半導体層に向かう厚さ方向において、前記単結晶基板の一主面を基準とした前記第１層の凸部頂部の最大高さと、凹部底部の最小高さとの差は、前記３ヶ所の平均値で６ｎｍ以上１３ｎｍ以下の範囲内であり、かつ、凸部及び凹部が鈍角であり、
   前記３ヶ所の断面において、隣接する凸部頂部と凹部底部との径方向の間隔は、前記３ヶ所の平均値で１０ｎｍ以上２１ｎｍ以下の範囲内である
   ことを特徴とする窒化物半導体基板。
2. 前記第１層の最大高さの凸部頂部と、最小高さの凹部底部との間の差は、前記３ヶ所の平均値で６ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体基板。
3. 前記第１層はＡｌＮよりなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の窒化物半導体基板。
4. 前記第１層の（００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が、１０００ａｒｃｓｅｃ以上１９００ａｒｃｓｅｃ以下の範囲内であることを特徴とする請求項３記載の窒化物半導体基板。
5. 前記単結晶基板はＳｉ単結晶基板よりなり、前記第１層のＳｉ濃度は、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲内であることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の窒化物半導体基板。
6. 前記単結晶基板は、（１１１）面又は（０００１）面から０．１５°以上１°以下の範囲内のオフ角度が形成された一主面を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１に記載の窒化物半導体基板。