(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板と、
上記Ｓｉ基板上に形成されたバッファ層と、
上記バッファ層上に形成されたＡｌＧａＮからなる組成傾斜層と、
上記組成傾斜層上に形成されたＧａＮからなる電子走行層と、
上記電子走行層上に形成された電子供給層と
を備え、
上記バッファ層は、上記Ｓｉ基板側から厚さ方向にＡｌ組成比がｘからａ(＞ｘ)に連続的に変化する組成式Ａｌｘ→ａＧａ１−ｘ→１−ａＮの第１の層と、上記Ｓｉ基板側から厚さ方向にＡｌ組成比がａからｘに連続的に変化する組成式Ａｌａ→ｘＧａ１−ａ→１−ｘＮの第２の層の少なくとも２層が、上記第１の層,上記第２の層の順に繰り返し積層された多層構造部を有し、
上記組成傾斜層は、上記バッファ層の最上層から上記電子走行層側に向かって厚さ方向にＡｌ組成比が連続的に減少しており、
上記電子走行層の厚さが、室温におけるウェハの反りが略ゼロになるように設定されていることを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【請求項２】
請求項１に記載のエピタキシャルウェハにおいて、
上記バッファ層の上記多層構造部は、
上記第１の層と上記第２の層の２層が、上記第１の層と上記第２の層の順に交互に繰り返し積層されていることを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【請求項３】
請求項１に記載のエピタキシャルウェハにおいて、
上記バッファ層の上記多層構造部は、
組成式ＡｌａＧａ１−ａＮ(０≦ａ≦１)の第３の層と、組成式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ(０≦ｘ≦１)の第４の層とを含み、
上記第１の層と上記第３の層と上記第２の層と上記第４の層の４層が、上記第１の層,上記第３の層,上記第２の層,上記第４の層の順に繰り返し積層されていることを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１つに記載のエピタキシャルウェハにおいて、
上記バッファ層は、
上記Ｓｉ基板上に形成されたＡｌＮ層と、
上記ＡｌＮ層上に形成され、Ａｌ組成比が１から(ｘ＋ａ)／２に連続的に変化するＡｌＧａＮ層と、
上記ＡｌＧａＮ層上に形成された上記多層構造部で構成されていることを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１つに記載のエピタキシャルウェハにおいて、
上記組成傾斜層は、上記バッファ層の最上層のＡｌ組成比からＡｌ組成比ゼロになるまで、かつ、上記バッファ層側から厚さ方向にＡｌ組成比が連続的に変化することを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エピタキシャルウェハに関し、詳しくは、窒化物系III‐V族化合物半導体からなる２次元電子ガスを有するＳｉ基板上のエピタキシャルウェハに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化物系III‐V族化合物半導体ＡｌＧａＮ／ＧａＮを用いたヘテロ構造は、ＧａＮ基板が高価であることから、サファイアやＳｉ基板の上に結晶成長が行なわれている。
【０００３】
Ｓｉ基板上の窒化物系III‐V族化合物半導体の成長では、基板との結晶構造の違い、基板との格子不整合、基板との熱膨張係数差を緩和するためにさまざまなバッファ層構造が用いられている。
【０００４】
Ｓｉ基板上に窒化物系III‐V族化合物半導体を成長する場合、最も一般的に用いられているバッファ層は、特開２００５−８５８５２公報(特許文献１)に記載された多層膜からなるバッファ層である。
【０００５】
このような多層膜からなるバッファ層構造のエピタキシャルウェハのＡＦＭ(Atomic Force Microscope；原子間力顕微鏡)観察表面には、図４に示すように連続的な欠陥が存在している。これは、多層膜からなるバッファ層に用いられるＧａＮ／ＡｌＮあるいはＡｌＧａＮ／ＡｌＮの各層の格子定数が大きく異なるために、その成長過程で島状成長を採るようになり、島と島の融合部分に欠陥が発生するためにこのような連続的な欠陥が現れる。Ｓｉ基板上に多層膜からなるバッファ層を介して成長させたＧａＮの(００４)面Ｘ線半値幅は、この欠陥によって８００ａｒｃｓｅｃ前後となる。また、上記多層膜からなるバッファ層を用いた場合のエピタキシャルウェハでは、バッファ層上に形成する電子走行層としてのＧａＮ層が下に凸のウェハの反りを大きくするため、ＧａＮ層の厚さを１μｍ程度しかできず、ＧａＮ層を形成した段階で下に凸型に数十μｍのウェハ反りとなる。
【０００６】
上記多層膜からなるバッファ層以外のバッファ層の１つとして、特表２００４−５２４２５０号公報(特許文献２)に開示された組成傾斜したバッファ層が用いられている。
【０００７】
この組成傾斜したバッファ層の特徴は、多層膜からなるバッファ層のような連続した欠陥が見られないため、そのバッファ層上に成長したＧａＮ層の(００４)面Ｘ線半値幅が６００ａｒｃｓｅｃ前後と多層膜からなるバッファ層の場合よりも小さくなる。しかしながら、このような傾斜組成したバッファ層の場合のエピタキシャルウェハも、バッファ層上に形成する電子走行層としてのＧａＮ層が下に凸のウェハの反りを大きくするため、ＧａＮ層の厚さは１μｍ程度しか成長できず、ＧａＮ層を形成した段階で下に凸型に数十μｍのウェハ反りとなる。
【０００８】
上述のように、現状のエピタキシャルウェハでは、バッファ層の上に窒化物系III‐V族化合物半導体を成長した場合、(００４)面Ｘ線半値幅の改善とウェハの反りそのものを極小化することが困難である。また、バッファ層上に形成する電子走行層としてのＧａＮ単層の厚みも厚くすることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−８５８５２号公報
【特許文献２】特表２００４−５２４２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明の課題は、従来構造のバッファ層を用いた場合よりも、結晶欠陥を低減しつつウェハの反りを極めて小さくでき、バッファ層上に形成されたＧａＮ層も厚膜化できるエピタキシャルウェハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、この発明のエピタキシャルウェハは、
Ｓｉ基板と、
上記Ｓｉ基板上に形成されたバッファ層と、
上記バッファ層上に形成されたＡｌＧａＮからなる組成傾斜層と、
上記組成傾斜層上に形成されたＧａＮからなる電子走行層と、
上記電子走行層上に形成された電子供給層と
を備え、
上記バッファ層は、上記Ｓｉ基板側から厚さ方向にＡｌ組成比がｘからａ(＞ｘ)に連続的に変化する組成式Ａｌｘ→ａＧａ１−ｘ→１−ａＮの第１の層と、上記Ｓｉ基板側から厚さ方向にＡｌ組成比がａからｘに連続的に変化する組成式Ａｌａ→ｘＧａ１−ａ→１−ｘＮの第２の層の少なくとも２層が、上記第１の層,上記第２の層の順に繰り返し積層された多層構造部を有し、
上記組成傾斜層は、上記バッファ層の最上層から上記電子走行層側に向かって厚さ方向にＡｌ組成比が連続的に減少しており、
上記電子走行層の厚さが、室温におけるウェハの反りが略ゼロになるように設定されていることを特徴とする。
【００１２】
多層膜からなるバッファ層を用いた場合、図４のような連続的な欠陥が生じるが、本発明のように組成が連続的に変化したＡｌＧａＮ層が繰り返し積層された多層構造部を有するバッファ層を挿入することで島状成長が抑えられ、その結果、連続的な欠陥が無くなって結晶性が改善される。
【００１３】
上述の特許文献１(特開２００５−８５８５２号公報)の場合も、特許文献２(特表２００４−５２４２５０号公報)の場合も、バッファ層成長時点でウェハの反りがすでに下に凸となっている。これに対して、上記構成のエピタキシャルウェハによれば、バッファ層の多層構造部を形成した時点で、ウェハの反りが上に凸となり、その多層構造部上の電子走行層は、ウェハの反りを下に凸にして打ち消すので、電子走行層の厚さも先の両特許文献１,２の場合よりも大幅に厚くすることが可能となる。また、ウェハの上に凸の反りの大きさは、繰返し周期と共に増大することから、バッファ層の多層構造部を厚くするほど電子走行層も厚く成長できるようになり、特許文献１,２の組み合わせからは予測されない効果である。
【００１４】
さらに、特許文献２の傾斜組成は、基板側から表面側にＡｌ組成が減少するだけであるが、この発明のエピタキシャルウェハによれば、Ａｌ組成が連続的にかつ周期的に傾斜する点で異なっている。
【００１５】
また、バッファ層の上に組成の異なる電子走行層を直接成長した場合、電子走行層がバッファ層との界面から徐々に格子緩和し始める。この緩和層は、ピエゾ電荷の新たな発生源となり、その結果新たなリークパスとして働くので望ましくない。この発明のエピタキシャルウェハでは、バッファ層と電子走行層の間に組成が連続的に変化したＡｌＧａＮからなる組成傾斜層が存在することでリークパスの発生を抑えることができる。
【００１６】
したがって、従来構造のバッファ層を用いた場合よりも、結晶欠陥を低減しつつウェハの反りを極めて小さくでき、バッファ層上に形成されたＧａＮ層も厚膜化できる。
【００１７】
また、この発明のエピタキシャルウェハは、窒化物系III−V族化合物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタに適している。
【００１８】
また、ウェハの反りは、基板と膜との間の熱膨張係数などに起因するストレスによって発生し、基板の物理定数(厚さｔ、直径Ｄ、ヤング率Ｅ、ポアソン比ν)、反りｈ、膜の厚さＬとすると、膜の応力σは、
σ＝８Ｅ・ｔ２・ｈ／（６（１−ν）Ｄ２Ｌ）
で表される。この膜の応力σは、膜の厚さＬが変わらなければ一定なので、研磨により基板の厚さｔが薄くなると必然的に反りｈが大きくなる。すなわち、膜の応力σが大きいと、基板の研磨によってウェハの反りはさらに大きくなる。これに対して、理論上反りがゼロ(膜の応力がゼロ)のときは、基板の厚さｔが研磨により薄くなっても反りはゼロのままとなる。したがって、この発明のエピタキシャルウェハでは、基板の研磨によってもウェハの反りが増大しないエピタキシャルウェハを実現できる。
【００１９】
また、一実施形態のエピタキシャルウェハでは、
上記バッファ層の上記多層構造部は、
上記第１の層と上記第２の層の２層が、上記第１の層と上記第２の層の順に交互に繰り返し積層されている。
【００２０】
上記実施形態によれば、２つの傾斜組成を有するＡｌＧａＮ層のみの多層構造部を用いて結晶性の改善とウェハの反りを低減できると共に、バッファ層全体の膜厚を薄くできる。
【００２１】
また、一実施形態のエピタキシャルウェハでは、
上記バッファ層の上記多層構造部は、
組成式ＡｌａＧａ１−ａＮ(０≦ａ≦１)の第３の層と、組成式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ(０≦ｘ≦１)の第４の層とを含み、
上記第１の層と上記第３の層と上記第２の層と上記第４の層の４層が、上記第１の層,上記第３の層,上記第２の層,上記第４の層の順に繰り返し積層されている。
【００２２】
上記実施形態によれば、バッファ層の多層構造部を厚くしてウェハ強度を高めることができる。
【００２３】
また、一実施形態のエピタキシャルウェハでは、
上記バッファ層は、
上記Ｓｉ基板上に形成されたＡｌＮ層と、
上記ＡｌＮ層上に形成され、Ａｌ組成比が１から(ｘ＋ａ)／２に連続的に変化するＡｌＧａＮ層と、
上記ＡｌＧａＮ層上に形成された上記多層構造部で構成されている。
【００２４】
従来の周期構造の多層膜からなるバッファ層の下には、通常ＡｌＧａＮ／ＡｌＮからなる二層が成長されているが、この部分の格子定数の差も島状成長の原因となって新たな転位を発生させる。そこで、上記実施形態によれば、この転位を減少させるために、ＡｌＮ層の成長後、Ａｌ組成１００％からバッファ層の多層構造部の平均組成(ｘ＋ａ)／２まで連続的に組成変化したＡｌＧａＮ層を成長させることによって、ＡｌＧａＮ層とバッファ層の多層構造部との間での欠陥の発生をさらに抑えることができる。
【００２５】
また、一実施形態のエピタキシャルウェハでは、
上記組成傾斜層は、上記バッファ層の最上層のＡｌ組成比からＡｌ組成比ゼロになるまで、かつ、上記バッファ層側から厚さ方向にＡｌ組成比が連続的に変化する。
【００２６】
上記実施形態によれば、バッファ層と電子走行層との間に形成された組成傾斜層は、バッファ層の最上層のＡｌ組成比からＡｌ組成比ゼロになるまでバッファ層側から厚さ方向にＡｌ組成比が連続的に変化することによって、組成傾斜層上に形成されるＧａＮからなる電子走行層の結晶性をさらに改善できる。
【発明の効果】
【００２７】
以上より明らかなように、この発明のエピタキシャルウェハによれば、従来構造のバッファ層を用いた場合よりも、結晶欠陥を低減しつつウェハの反りを極めて小さくでき、バッファ層上に形成されたＧａＮ層も厚膜化できるエピタキシャルウェハを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法を示している。
【図２】図２はバッファ層の多層構造部の周期数と反りの関係を表す図である。
【図３】図３はこの発明の第２実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法を示している。
【図４】図４は従来構造の多層膜からなるバッファ層上に成長したＧａＮのＡＦＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明のエピタキシャルウェハを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３０】
〔第１実施形態〕
図１は、この発明の第１実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法を示している。
【００３１】
図１に示すように、基板として３インチＳｉ基板１を用いる。成長に先立ち、フッ酸系のエッチャントでＳｉ基板１の表面酸化膜を除去した後にＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)装置にＳｉ基板１をセットする。
【００３２】
基板温度を１１００℃にセットし、チャンバー圧力１３．３ｋＰａにて基板表面のクリーニングを行なう。
【００３３】
基板温度・チャンバー圧力を一定とし、アンモニアＮＨ３(１２．５ｓｌｍ)を流すことでＳｉ基板１表面の窒化を行ない、引き続いて
ＡｌＮ層２(トリメチルアルミニウムＴＭＡ流量＝１２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)
を１００ｎｍ成長させ、
Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層３(ＴＭＡ流量＝５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量＝１００μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)
を４０ｎｍ成長させる。
【００３４】
その後、
第１の層としてのＡｌ０．２→１ＧａＮ(ＴＭＡ流量＝５０→１２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量＝０→１００μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)／第３の層としてのＡｌＮ(ＴＭＡ流量＝１２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)／第２の層としてのＡｌ１→０．２ＧａＮ(ＴＭＡ流量＝１２５→５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量＝１００→０μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)／第４の層としてのＡｌ０．２ＧａＮ(ＴＭＡ流量＝５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量＝１００μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)多層構造部４(５／５／５／２５ｎｍ、５０周期)、
Ａｌ０．２→０ＧａＮ(ＴＭＡ流量＝５０→０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量＝１００→５０μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)組成傾斜層５(５０ｎｍ)、
ＧａＮ(ＴＭＧ流量＝５０μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)電子走行層６(１．５μｍ)、
電子供給層としてのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ障壁層７(２０ｎｍ)
を順次成長させる。
【００３５】
この第１実施形態では、バッファ層は、Ｓｉ基板１側から厚さ方向にＡｌ組成比がｘ＝０．２からａ＝１(＞ｘ)に連続的に変化する組成式Ａｌｘ→ａＧａ１−ｘ→１−ａＮの第１の層と、Ｓｉ基板１側から厚さ方向にＡｌ組成比がａからｘに連続的に変化する組成式Ａｌａ→ｘＧａ１−ａ→１−ｘＮの第２の層と、組成式ＡｌａＧａ１−ａＮ(０≦ａ≦１)の第３の層と、組成式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ(０≦ｘ≦１)の第４の層の４層が、第１の層,第３の層,第２の層,第４の層の順に繰り返し積層された多層構造部４を有する。上記ＡｌＮ層２とＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層３および多層構造部４でバッファ層を構成している。
【００３６】
上記ＡｌＧａＮ層３のＡｌ組成は、特に限定されるものではない。また、ＡｌＧａＮ障壁層７のＡｌ組成と厚さも特に限定されるものでなく、必要なシートキャリア濃度に応じて変えることができる。
【００３７】
図２はバッファ層の多層構造部の周期数と反りの関係を示している。図２において、横軸は多層構造部４の周期数を表し、縦軸は反り(μｍ)を表している。
【００３８】
図２に示すように、ＡｌＮ／Ａｌ１→０．２ＧａＮ／Ａｌ０．２ＧａＮ／Ａｌ０．２→１ＧａＮ多層構造部４の周期数の増加と共に、室温における反りが増加する。この傾向は、ＡｌＮ／Ａｌ０．２ＧａＮの場合(組成傾斜中間層が無い場合)とは符合(反りの方向)が異なっている。
【００３９】
この多層構造部４上に成長するＧａＮ電子走行層６の厚さを最適化することで、室温におけるウェハの反りをほぼゼロにすることが可能となる。例えば、１μｍ厚のＧａＮに対して、ウェハの反りが概ね下に凸４０μｍであることから、バッファ層成長後のウェハの反りが上に凸で６０μｍであれば１．５μｍのＧａＮ電子走行層６を成長すると、ウェハの反りが打ち消されてほぼゼロとなる。
【００４０】
バッファ層の多層構造部の周期数５０に対して、約１．５μｍのＧａＮ電子走行層６を成長することで、室温におけるウェハの反りが±５μｍ以内に抑えることが可能となった。また、(００４)面Ｘ線半値幅も、４５０ａｒｃｓｅｃ程度と従来構造よりも改善された。
【００４１】
周期数１００に対しては、概ね３μｍ程度のＧａＮ電子走行層６の成長が可能であり、その(００４)面Ｘ線半値幅も３００ａｒｃｓｅｃ程度となっていた。
【００４２】
このように、上記第１実施形態のエピタキシャルウェハによれば、従来構造のバッファ層を用いた場合よりも、結晶欠陥を低減しつつウェハの反りを極めて小さくでき、バッファ層上に形成されたＧａＮ電子走行層も厚膜化することができる。
【００４３】
また、上記エピタキシャルウェハによれば、バッファ層の多層構造部を厚くしてウェハ強度を高めることができる。
【００４４】
上記第１実施形態において、ＡｌＮ層の成長後、Ａｌ組成１００％からバッファ層の多層構造部の平均組成(ｘ＋ａ)／２まで連続的に組成変化したＡｌＧａＮ層を成長させることによって、ＡｌＧａＮ層とバッファ層の多層構造部との間での欠陥の発生をさらに抑えることができる。
【００４５】
具体的には、
(ｘ＋ａ)／２＝(０．２＋１)／２＝０．６
であり、Ｓｉ基板１直上のＡｌＮ層２の上にＡｌＮ→Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ｎ組成傾斜層を付加することによって、ＡｌＮ層と多層構造部との間での欠陥の発生をさらに抑えることができ、(００４)面Ｘ線半値幅が５０から１００ａｒｃｓｅｃ程度さらに低減できる。
【００４６】
また、バッファ層と電子走行層６との間に形成された組成傾斜層５は、バッファ層の最上層のＡｌ組成比からＡｌ組成比ゼロになるまでバッファ層側から厚さ方向にＡｌ組成比が連続的に変化することによって、組成傾斜層５上に形成されるＧａＮからなる電子走行層６の結晶性をさらに改善できる。
【００４７】
〔第２実施形態〕
図３は、この発明の第２実施形態のエピタキシャルウェハの製造方法を示している。
【００４８】
この発明の第２実施形態では、第１実施形態と同様に、基板として３インチＳｉ基板１を用いる。成長に先立ち、フッ酸系のエッチャントでＳｉ基板１の表面酸化膜を除去した後にＭＯＣＶＤ装置にＳｉ基板１をセットする。
【００４９】
基板温度を１１００℃にセットし、チャンバー圧力１３．３ｋＰａにて基板表面のクリーニングを行なう。
【００５０】
基板温度・チャンバー圧力を一定とし、アンモニアＮＨ３(１２．５ｓｌｍ)を流すことでＳｉ基板表面の窒化を行ない、引き続いて、
ＡｌＮ層１２(ＴＭＡ流量＝１２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)
を１５０ｎｍ成長させ、
Ａｌ０．３Ｇａ０．７１３(ＴＭＡ流量＝７０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量＝９０μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)
を４０ｎｍ成長させる。
【００５１】
その後、
第１の層としてのＡｌ０．３→１ＧａＮ(ＴＭＡ流量＝５０→１２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量＝１００→０μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)／第２の層としてのＡｌ１→０．３ＧａＮ(ＴＭＡ流量＝１２５→５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量＝０→１００μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)多層構造部１４(５／５ｎｍ、５０周期)、
Ａｌ０．３→０ＧａＮ(ＴＭＡ流量＝５０→０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ流量＝１００→５０μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)組成傾斜層１５(５０ｎｍ)、
ＧａＮ(ＴＭＧ流量＝５０μｍｏｌ、ＮＨ３流量＝１２．５ｓｌｍ)電子走行層１６(１．５μｍ)、
電子供給層としてのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ障壁層１７(２０ｎｍ)
を順次成長させる。
【００５２】
この第２実施形態では、バッファ層は、Ｓｉ基板１側から厚さ方向にＡｌ組成比がｘ＝０．３からａ＝１(＞ｘ)に連続的に変化する組成式Ａｌｘ→ａＧａ１−ｘ→１−ａＮの第１の層と、Ｓｉ基板１側から厚さ方向にＡｌ組成比がａからｘに連続的に変化する組成式Ａｌａ→ｘＧａ１−ａ→１−ｘＮの第２の層の２層が、第１の層,第２の層の順に繰り返し積層された多層構造部１４を有する。上記ＡｌＮ層１２とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層１３および多層構造部１４でバッファ層を構成している。
【００５３】
ＡｌＧａＮ層１３のＡｌ組成は、特に限定されるものではない。また、ＡｌＧａＮ障壁層１７のＡｌ組成と厚さも、特に限定されるものでなく、必要なシートキャリア濃度に応じて変えることができる。
【００５４】
このバッファ層上に成長するＧａＮ電子走行層１６の厚さを最適化することで、室温におけるウェハの反りをほぼゼロにすることが可能となる。例えば、１μｍ厚のＧａＮに対して、ウェハの反りが概ね下に凸４０μｍであることから、バッファ層成長後のウェハの反りが上に凸で６０μｍであれば１．５μｍのＧａＮ電子走行層１６を成長すると、ウェハの反りが打ち消されてほぼゼロとなる。
【００５５】
バッファ層の多層構造部の周期数５０に対して、約１．５μｍのＧａＮ電子走行層１６を成長することで、室温におけるウェハの反りが±５μｍ以内に抑えることが可能となった。また、(００４)面Ｘ線半値幅も、４５０ａｒｃｓｅｃ程度と従来構造よりも改善されていた。
【００５６】
周期数１００に対しては、概ね３μｍ程度のＧａＮ電子走行層１６の成長が可能であり、その(００４)面Ｘ線半値幅も３００ａｒｃｓｅｃ程度となっていた。
【００５７】
第１実施形態では、４０ｎｍ×５０＝２μｍの厚さで１．５μｍのＧａＮ電子走行層を成長させたが、この第２実施形態では、１０ｎｍ×５０＝０．５μｍの厚さで同様の効果を実現できた。
【００５８】
このように、上記第２実施形態のエピタキシャルウェハによれば、従来構造のバッファ層を用いた場合よりも、結晶欠陥を低減しつつウェハの反りを極めて小さくでき、バッファ層上に形成されたＧａＮ電子走行層も厚膜化することができる。
【００５９】
上記第２実施形態において、ＡｌＮ層の成長後、Ａｌ組成１００％からバッファ層の多層構造部の平均組成(ｘ＋ａ)／２まで連続的に組成変化したＡｌＧａＮ層を成長させることによって、ＡｌＧａＮ層とバッファ層の多層構造部との間での欠陥の発生をさらに抑えることができる。
【００６０】
具体的には、
(ｘ＋ａ)／２＝(０．３＋１)／２＝０．６５
であり、Ｓｉ基板１１直上のＡｌＮ層１２の上にＡｌＮ→Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ組成傾斜層を付加することによって、ＡｌＮ層と多層構造部との間での欠陥の発生をさらに抑えることができ、(００４)面Ｘ線半値幅が５０から１００ａｒｃｓｅｃ程度さらに低減できる。
【００６１】
また、バッファ層と電子走行層１６との間に形成された組成傾斜層１５は、バッファ層の最上層のＡｌ組成比からＡｌ組成比ゼロになるまでバッファ層側から厚さ方向にＡｌ組成比が連続的に変化することによって、組成傾斜層１５上に形成されるＧａＮからなる電子走行層１６の結晶性をさらに改善できる。
【００６２】
以上のとおり、この発明によれば、従来構造のバッファ層を用いた場合よりも(００４)面Ｘ線半値幅が小さく、さらにウェハの反りが極めて小さく、より厚いＧａＮ層が成長可能であり、かつ基板の研磨によってもウェハの反りが増大しないエピタキシャルウェハを実現することができる。
【００６３】
また、この発明のエピタキシャルウェハは、窒化物系III−V族化合物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタに適している。
【００６４】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１,第２実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１,１１…Ｓｉ基板
２,１２…ＡｌＮ層
３…Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層
４…ＡｌＮ／Ａｌ１→０．２ＧａＮ／Ａｌ０．２ＧａＮ／Ａｌ０．２→１ＧａＮ多層構造部
５…Ａｌ０．２→０ＧａＮ傾斜層
６,１６…ＧａＮ電子走行層
７…Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ障壁層
１３…Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層
１４…Ａｌ１→０．３ＧａＮ／Ａｌ０．３→１ＧａＮ多層構造部
１５…Ａｌ０．３→０ＧａＮ傾斜層
１７…Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ障壁層
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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