JP7269190B2 - 窒化物結晶、光学装置、半導体装置、窒化物結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1実施形態に係る窒化物結晶を例示する模式的断面図である。
図1に示すように、実施形態に係る窒化物結晶110は、第1窒化物結晶領域10、第2窒化物結晶領域20及び第3窒化物結晶領域30を含む。
図2に示すように、実施形態に係る窒化物結晶111も、第1窒化物結晶領域10、第2窒化物結晶領域20及び第3窒化物結晶領域30を含む。窒化物結晶111においては、第1窒化物結晶領域10の<0001>方向は、第2向き(例えば+Z方向)であり、第2窒化物結晶領域20の<0001>方向は、第1向き(例えば-Z方向)である。
図3は、実施形態に係る窒化物結晶110の試料の透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope)像の例である。この試料において、第1窒化物結晶領域10及び第2窒化物結晶領域20は、GaNであり、第3窒化物結晶領域30は、AlNである。図3に示すように、第1窒化物結晶領域10と第2窒化物結晶領域20との間に第3窒化物結晶領域30がある。
図5(a)及び図5(b)は、実施形態に係る窒化物結晶110の試料のSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)の結果を例示している。これらの図の横軸は、Z軸方向における位置pZである。図5(a)の縦軸は、酸素(O)の濃度C0、または、炭素(C)の濃度C0である。図5(b)の左側の縦軸は、シリコン(Si)の濃度C0である。図5(b)の右側の縦軸は、アルミニウム(Al)の検出の強度Int1である。
図6に示すように、実施形態に係る窒化物結晶112は、第1窒化物結晶領域10、第2窒化物結晶領域20及び第3窒化物結晶領域30に加えて、窒化物半導体層50Lを含む。窒化物半導体層50Lは、例えば、第2窒化物結晶領域20の上に設けられる。窒化物半導体層50Lは、例えば、機能層でも良い。窒化物結晶112によっても、特性の向上が可能な窒化物結晶が提供できる。
図7(a)に示すように、基板50sの上に、窒化物部材55が設けられている。窒化物部材55は、例えば、バッファ層である。窒化物部材55の上に、第1窒化物結晶領域10となる第1窒化物結晶層10Lが設けられる。第1窒化物結晶層10Lは、エピタキシャル成長により形成されても良い。1つの例において、第1窒化物結晶層10Lは、GaNである。例えば、第1窒化物結晶層10Lの上面(基板50sと反対側の面)は、例えば、V族面(例えば窒素面)である。例えば、基板50sの表面が窒化されることで、第1窒化物結晶層10Lの上面は、V族面(例えば窒素面)になる。例えば、基板50sがV族原料ガスを含む雰囲気で処理された後に、V族原料ガス及びIII族原料ガスを用いた成長により、基板50sの上に窒化物部材55が形成される。V族原料ガスは、例えば、アンモニアを含む。III族原料ガスは、例えば、TMGa(トリメチルガリウム)を含む。
図8に示すように、実施形態に係る窒化物結晶113においては、第3窒化物結晶領域30が複数の領域を含む。窒化物結晶113におけるこれ以外は、窒化物結晶112と同様で良い。
図9は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図9に示すように、実施形態に係る半導体装置220は、第1実施形態に係る窒化物結晶と、窒化物半導体層50Lと、を含む。窒化物半導体層50Lは、窒化物結晶の上に設けられる。この例では、上記の窒化物結晶として、窒化物結晶112が用いられる。
図10に示すように、実施形態に係る半導体装置221は、第1実施形態に係る窒化物結晶112と、窒化物半導体層50Lと、を含む。この例では、窒化物半導体層50Lは、第1領域51、第2領域52、及び、第3領域53を含む。
図11(a)及び図11(b)は、第3実施形態に係る光学装置を例示する模式図である。
図11(a)は、斜視図である。図11(b)は、断面図である。
図12は、第4実施形態に係る窒化物結晶の製造方法を例示するフローチャートである。
図12に示すように、実施形態に係る製造方法は、第1窒化物結晶層10Lを、酸素を含む雰囲気で処理すること(ステップS110)を含む。製造方法は、処理後の第1窒化物結晶層10Lの上に、V族/III族比が20000以上で、450℃以下の温度で第3窒化物結晶層30Lを形成すること(ステップS120)を含む。製造方法は、第3窒化物結晶層30Lの上に第2窒化物結晶層20Lを形成すること(ステップS130)を含む。例えば、図7(b)~図7(d)に関して説明した処理が行われる。実施形態によれば、特性の向上が可能な窒化物結晶の製造方法が提供できる。
Claims (21)
- 第1窒化物結晶領域と、
第2窒化物結晶領域と、
Alを含み前記第1窒化物結晶領域と前記第2窒化物結晶領域との間に設けられた第3窒化物結晶領域と、
を備え、
前記第3窒化物結晶領域における第3酸素濃度は、前記第1窒化物結晶領域における第1酸素濃度よりも高く、前記第2窒化物結晶領域における第2酸素濃度よりも高く、
前記第3窒化物結晶領域における第3炭素濃度は、前記第1窒化物結晶領域における第1炭素濃度よりも高く、前記第2窒化物結晶領域における第2炭素濃度よりも高く、
前記第1窒化物結晶領域の<0001>方向は、前記第2窒化物結晶領域から前記第1窒化物結晶領域への第1向き、及び、前記第1窒化物結晶領域から前記第2窒化物結晶領域への第2向きの一方であり、
前記第2窒化物結晶領域の<0001>方向は、前記第1向き、及び、前記第2向きの他方であり、
前記第1酸素濃度は、前記第3酸素濃度の1/1000以下であり、
前記第2酸素濃度は、前記第3酸素濃度の1/1000以下であり、
前記第1炭素濃度は、前記第3炭素濃度の1/100以下であり、
前記第2炭素濃度は、前記第3炭素濃度の1/100以下である、窒化物結晶。 - 前記第3酸素濃度は、1×1020/cm3以上であり、
前記第3炭素濃度は、5×1018/cm3以上である、請求項1記載の窒化物結晶。 - 前記第1酸素濃度は、前記第2酸素濃度よりも高く、
前記第1炭素濃度は、前記第2炭素濃度よりも低い、請求項1または2に記載の窒化物結晶。 - 前記第1窒化物結晶領域の<0001>方向は、前記第1向きであり、
前記第2窒化物結晶領域の<0001>方向は、前記第2向きである、請求項3記載の窒化物結晶。 - 前記第1酸素濃度は、前記第2酸素濃度よりも低く、
前記第1炭素濃度は、前記第2炭素濃度よりも高い、請求項1または2に記載の窒化物結晶。 - 前記第1窒化物結晶領域の<0001>方向は、前記第2向きであり、
前記第2窒化物結晶領域の<0001>方向は、前記第1向きである、請求項5記載の窒化物結晶。 - 前記第3窒化物結晶領域は、シリコンを含み、
前記第1窒化物結晶領域及び前記第2窒化物結晶領域はシリコンを含まない、または、前記第1窒化物結晶領域及び前記第2窒化物結晶領域におけるシリコンの濃度は、前記第3窒化物結晶領域におけるシリコンの濃度よりも低い、請求項1~6のいずれか1つに記載の窒化物結晶。 - 前記第3窒化物結晶領域におけるシリコンの前記濃度は、1×1018/cm3以上1×1020/cm3以下である、請求項7記載の窒化物結晶。
- 前記第3窒化物結晶領域におけるMgの濃度は、1×1016/cm3未満である、請求項1~8のいずれか1つに記載の窒化物結晶。
- 前記第3窒化物結晶領域は、Alx3Ga1-x3N(0<x3≦1)を含む、請求項1~9のいずれか1つに記載の窒化物結晶。
- 前記第1窒化物結晶領域は、Alx1Ga1-x1N(0≦x1≦1)を含み、
前記第2窒化物結晶領域は、Alx2Ga1-x2N(0≦x2≦1)を含む、請求項10記載の窒化物結晶。 - 前記第3窒化物結晶領域は、Alx3Ga1-x3N(0.9≦x3≦1)を含む、
前記第1窒化物結晶領域は、Alx1Ga1-x1N(0≦x1<0.9)を含み、
前記第2窒化物結晶領域は、Alx2Ga1-x2N(0≦x2<0.9)を含む、請求項1~9のいずれか1つに記載の窒化物結晶。 - 前記第3窒化物結晶領域は、
Aly1Ga1-y1N(0<y1≦1)を含む第1部分領域と、
前記第1部分領域と前記第2窒化物結晶領域との間に設けられAly2Ga1-y2N(0<y2≦1)を含む第2部分領域と、
前記第1部分領域と前記第2部分領域との間に設けられAly3Ga1-y3N(0≦y3<1、y3<y1、y3<y2)を含む第3部分領域と、
を含む、請求項1~9のいずれか1つに記載の窒化物結晶。 - 基板をさらに備え、
前記第1窒化物結晶領域は、前記基板と前記第2窒化物結晶領域との間にある、請求項1~13のいずれか1つに記載の窒化物結晶。 - 前記第3窒化物結晶領域の厚さは、6nm以上70nm以下である、請求項1~14のいずれか1つに記載の窒化物結晶。
- 請求項1~15のいずれか1つに記載の窒化物結晶を含む光学装置。
- 請求項1~15のいずれか1つに記載の窒化物結晶と、
窒化物半導体層と、
を備えた半導体装置。 - 前記窒化物半導体層は、第1領域及び第2領域を含み、
前記第1領域は、前記窒化物結晶と前記第2領域との間にあり、
前記第1領域は、Alz1Ga1-z1N(0≦z1<1)を含み、
前記第2領域は、Alz2Ga1-z2N(z1<z2≦1)を含む、請求項17記載の半導体装置。 - 前記窒化物半導体層は、第1領域、第2領域及び第3領域を含み、
前記第1領域は、前記窒化物結晶と前記第2領域との間にあり、
前記第3領域は、前記第1領域と前記第2領域との間にあり、
前記第1領域は、第1導電形であり、
前記第2領域は、第2導電形である、
前記第3領域は、第1領域におけるIn濃度よりも高いIn濃度、及び、第1領域におけるAlの濃度よりも低いAlの濃度の少なくともいずれかを含む、請求項17記載の半導体装置。 - 第1窒化物結晶層を、酸素を含む雰囲気で処理し、
前記処理後の前記第1窒化物結晶層の上に、V族/III族比が20000以上で、450℃以下の温度で第3窒化物結晶層を形成し、
前記第3窒化物結晶層の上に第2窒化物結晶層を形成する、
ことで窒化物結晶を製造し、
前記窒化物結晶は、
第1窒化物結晶領域と、
第2窒化物結晶領域と、
Alを含み前記第1窒化物結晶領域と前記第2窒化物結晶領域との間に設けられた第3窒化物結晶領域と、
を含み、
前記第3窒化物結晶領域における第3酸素濃度は、前記第1窒化物結晶領域における第1酸素濃度よりも高く、前記第2窒化物結晶領域における第2酸素濃度よりも高く、
前記第3窒化物結晶領域における第3炭素濃度は、前記第1窒化物結晶領域における第1炭素濃度よりも高く、前記第2窒化物結晶領域における第2炭素濃度よりも高く、
前記第1窒化物結晶領域の<0001>方向は、前記第2窒化物結晶領域から前記第1窒化物結晶領域への第1向き、及び、前記第1窒化物結晶領域から前記第2窒化物結晶領域への第2向きの一方であり、
前記第2窒化物結晶領域の<0001>方向は、前記第1向き、及び、前記第2向きの他方であり、
前記第1酸素濃度は、前記第3酸素濃度の1/1000以下であり、
前記第2酸素濃度は、前記第3酸素濃度の1/1000以下であり、
前記第1炭素濃度は、前記第3炭素濃度の1/100以下であり、
前記第2炭素濃度は、前記第3炭素濃度の1/100以下である、窒化物結晶の製造方法。 - 前記第3窒化物結晶層における前記第3酸素濃度は、前記第1窒化物結晶層における前記第1酸素濃度よりも高く、前記第2窒化物結晶層における前記第2酸素濃度よりも高く、
前記第3窒化物結晶層における前記第3炭素濃度は、前記第1窒化物結晶層における前記第1炭素濃度よりも高く、前記第2窒化物結晶層における前記第2炭素濃度よりも高い、請求項20記載の窒化物結晶の製造方法。
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