(57)【要約】【課題】電界効果型トランジスタを製造する際に、同等性能のトランジスタを同一半導体ウェハから高歩留りで取得可能な窒化物半導体エピタキシャルウェハを提供する。【解決手段】少なくとも、基板２と、第一の窒化物半導体層４と、該第一の窒化物半導体層４上に形成され第一の窒化物半導体層４よりも電子親和力の小さい第二の窒化物半導体層５と、を備えた窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、第二の窒化物半導体層５の膜厚の標準偏差を膜厚の平均値で除して１００を乗じ基準化した値が５％未満であり、シート抵抗の光照射有無による変動が１０％未満である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基板と、第一の窒化物半導体層と、該第一の窒化物半導体層上に形成され前記第一の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第二の窒化物半導体層と、を備えた窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
前記第二の窒化物半導体層の膜厚の標準偏差を膜厚の平均値で除して１００を乗じ基準化した値が５％未満であり、シート抵抗の光照射有無による変動が１０％未満である
ことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
前記基板と前記第一の窒化物半導体層との間に、ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層を備えた
請求項１記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
前記ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層は、ウェハ外周部からウェハ中心部に向かって徐々に膜厚が薄くなるように形成されている
請求項２記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
前記ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層は、下式（１）
膜厚傾斜＝（最大膜厚−最小膜厚）／平均膜厚×１００    ・・・（１）
で表される膜厚傾斜が、１０％以上２０％以下である
請求項３記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
前記ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層の表面のスキューネスＲｓｋが正である
請求項３または４記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項６】
前記基板が、シリコンまたは炭化ケイ素からなる
請求項１〜５いずれかに記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体エピタキシャルウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インジウム、ガリウム、アルミニウム、および窒素からなる窒化物半導体（窒化物化合物半導体）は、そのIII族元素の組成比を制御することにより紫外光から可視光の大部分の領域をカバーできる革新的な高効率発光デバイスとして開発が進められ、実用化されている。
【０００３】
また窒化物半導体は、高い飽和電子速度と高い絶縁破壊耐性を有するため、高周波域での高効率・高出力を実現する電子デバイス用材料としても実用化されている。
【０００４】
ところで、同等性能のトランジスタを半導体ウェハから高歩留りで取得するための最低限の要求事項として、当該半導体ウェハのシート抵抗あるいは各半導体層の膜厚がウェハ面内で均一であることが挙げられる。窒化物半導体のウェハ面内均一性に関する従来技術として、特許文献１，２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１０８８７０号公報
【特許文献２】特表２００８−５４４４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、窒化物半導体エピタキシャルウェハを材料に用いて電界効果型トランジスタを製造する場合には、上述のようなシート抵抗や各半導体層（窒化物半導体エピタキシャル層）の膜厚の均一性を要求するのみでは不十分である。
【０００７】
これは、窒化物半導体エピタキシャルウェハを材料に用いる電界効果型トランジスタが、既存のシリコンやガリウム砒素などを基板材料として用いるデバイスと比較して、高電圧・高電界密度で動作させることを前提としているためである。
【０００８】
より詳細には、半導体デバイス中においては各種の電気的作用を有する欠陥が存在しているが、特に高電圧・高電界密度で動作する電界効果型トランジスタの場合、加速された電子がデバイス中に分布し、当該電子は電子トラッピング欠陥に捕捉されることが頻繁に起こる。電子トラッピング欠陥に捕捉された電子は負の電界を有することから、この負の電界が半導体デバイス中において仮想的なゲート電界として作用し、デバイス中の電子の流れを阻害するように作用する。このような電子の流れの阻害は、デバイスの最高出力や効率、利得などに悪影響を与えてしまう。
【０００９】
このため、窒化物半導体エピタキシャルウェハを材料に用いて電界効果型トランジスタを製造する場合には、特許文献１，２で記載されるようなシート抵抗あるいは各半導体層の膜厚がウェハ面内で均一な状態を実現するだけでは、同等性能のトランジスタを同一半導体ウェハから高歩留りで取得することができない。同等性能のトランジスタを同一半導体ウェハから高歩留りで取得するためには、シート抵抗あるいは各半導体層の膜厚がウェハ面内で均一な状態を実現すると同時に、電子トラッピング欠陥の密度がウェハ面内で均一な状態を実現することが必須となる。
【００１０】
しかしながら、このような複数の要求事項を同時に満たすことは、従来の技術、特に窒化物半導体エピタキシャル層の主製法であるＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）においては困難であった。その理由を以下で述べる。
【００１１】
ＭＯＶＰＥ法においては、原料ガスは窒素、水素、アルゴンなどのキャリアガスと共に１０００℃程度の温度に加熱された基板上に供給され、原料ガスが基板表面付近に到達すると、熱により反応して基板表面に窒化物半導体エピタキシャル層が形成される、という成長プロセスが生じる。
【００１２】
この成長プロセスにおいて、窒化物半導体エピタキシャル層の膜厚をウェハ面内で均一に製膜するためには、原料ガスをウェハ面内に均一に供給することが特に重要であるが、一方で、基板温度は低めにすることが望ましい。これは、ウェハ面内の基板温度に分布がある場合には、反応速度も面内で不均一となってしまい、特にこの傾向は高い基板温度で顕著になるためである。
【００１３】
これに対して、電子トラッピング欠陥などの欠陥密度を窒化物半導体エピタキシャル層中で低減するためには、むしろ基板温度は高めにすることが望ましい。これは、高い基板温度が基板表面に付着した原料分子のマイグレーションを促し、表面エネルギーが最小となるモフォロジを形成される駆動力となると共に、原料ガスである有機金属の分解反応を促進して、原料ガスに含まれるメチル基などの窒化物半導体エピタキシャル層への混入を抑止するためである。
【００１４】
このように、窒化物半導体エピタキシャル層の膜厚をウェハ面内で均一に製膜することと、窒化物半導体エピタキシャル層中で電子トラッピング欠陥などの欠陥密度を低減することは、窒化物半導体エピタキシャル層の形成条件上トレードオフの関係にあり、これら二つの要求を同時に満たすことは、従来の技術においては困難であった。
【００１５】
そのため、従来技術においては、窒化物半導体エピタキシャルウェハを材料に用いて電界効果型トランジスタを製造する際には、同等性能のトランジスタを同一半導体ウェハから高歩留りで取得することが困難であった。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、電界効果型トランジスタを製造する際に、同等性能のトランジスタを同一半導体ウェハから高歩留りで取得可能な窒化物半導体エピタキシャルウェハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、少なくとも、基板と、第一の窒化物半導体層と、該第一の窒化物半導体層上に形成され前記第一の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第二の窒化物半導体層と、を備えた窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記第二の窒化物半導体層の膜厚の標準偏差を膜厚の平均値で除して１００を乗じ基準化した値が５％未満であり、シート抵抗の光照射有無による変動が１０％未満である窒化物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１８】
前記基板と前記第一の窒化物半導体層との間に、ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層を備えてもよい。
【００１９】
前記ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層は、ウェハ外周部からウェハ中心部に向かって徐々に膜厚が薄くなるように形成されていてもよい。
【００２０】
前記ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層は、下式（１）
膜厚傾斜＝（最大膜厚−最小膜厚）／平均膜厚×１００    ・・・（１）
で表される膜厚傾斜が、１０％以上２０％以下であってもよい。
【００２１】
前記ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層の表面のスキューネスＲｓｋが正であってもよい。
【００２２】
前記基板が、シリコンまたは炭化ケイ素からなってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、電界効果型トランジスタを製造する際に、同等性能のトランジスタを同一半導体ウェハから高歩留りで取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハの概略的な構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法の一例を説明する図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明との比較のため、従来の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施例、比較例、従来例における、第二の窒化物半導体層の基準化した膜厚の標準偏差とシート抵抗の光応答を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハの概略的な構成を示す断面図である。
【００２７】
図１に示すように、窒化物半導体エピタキシャルウェハ１は、基板２上に、ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層（以下、ＡｌＮ層と省略する）３、ＧａＮからなる第一の窒化物半導体層４、第一の窒化物半導体層４よりも電子親和力の小さいＡｌＧａＮからなる第二の窒化物半導体層５、ＧａＮ層またはＧａＮを主成分とする窒化物半導体層（以下、ＧａＮ層と省略する）６を、順次形成したものである。
【００２８】
なお、第一の窒化物半導体層４と第二の窒化物半導体層５の界面近傍には、第二の窒化物半導体層５のピエゾ効果もしくは自発分極によって誘起される二次元電子ガス（Two dimentional electron gas）７が存在している。
【００２９】
基板２は、シリコンまたはＳｉＣ（炭化ケイ素）からなるものを用いる。本実施の形態では、ポリタイプ６ＨのＳｉＣからなる基板２を用いた。
【００３０】
ＡｌＮ層３は、その表面のスキューネスＲｓｋが正であり、なおかつ、ウェハ外周部からウェハ中心部に向かって徐々に膜厚が薄くなるように傾斜して（湾曲して）形成されている。
【００３１】
なお、スキューネスＲｓｋとは、粗さ曲線のスキューネスとも呼ばれ、基準長さにおける高さ偏差の三乗平均を二乗平均平方根の三乗で除した物理量（無名数）である。スキューネスＲｓｋが正である表面形状は、上に鋭く突起した凹凸（主に凸）が存在することを示している。ＡｌＮ層３の表面のスキューネスＲｓｋを正とすること、すなわちＡｌＮ層３と第１の窒化物半導体層４との界面の凹凸を大きくすることで、ＡｌＮ層３中の結晶欠陥を低減し、高周波信号の遮断後の回復を早くすることが可能になる。
【００３２】
また、ＡｌＮ層３は、下式（１）
膜厚傾斜＝（最大膜厚−最小膜厚）／平均膜厚×１００    ・・・（１）
で表される膜厚傾斜が、１０％以上２０％以下に形成される。
【００３３】
本実施の形態では、インターフェロメータ（レーザ干渉計）を用いて、１ｍｍ×１ｍｍの領域の膜厚（１ｍｍ×１ｍｍの領域での膜厚の平均値）を５ｍｍ間隔で縦横に測定し、得られたデータ群の最大値、最小値、平均値をそれぞれ最大膜厚、最小膜厚、平均膜厚として用いた。なお、ウェハ外周から３ｍｍの領域は除外した。ＡｌＮ層３は、ウェハ外周部からウェハ中心部に向かって徐々に膜厚が薄くなるので、最大膜厚は、ウェハ外周から３ｍｍを除いたエッジ部分の膜厚となり、最小膜厚はウェハ中心部分の膜厚となる。ＡｌＮ層３の膜厚がインターフェロメータで測定困難な場合、事前に同条件でＡｌＮを厚く形成して測定を行い、その測定結果からＡｌＮ層３の実際の膜厚を推定するようにすればよい。
【００３４】
本実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハ１では、ＡｌＮ層３の表面のスキューネスＲｓｋを正の値に保ちつつ、ＡｌＮ層３の膜厚をウェハ面内で意図的に不均一とした上で（膜厚を意図的に傾斜させた上で）、比較的高い成長温度で第一の窒化物半導体層４と第二の窒化物半導体層５を形成することにより、第二の窒化物半導体層５の膜厚の標準偏差を膜厚の平均値で除して１００を乗じ基準化した値（以下、基準化した膜厚の標準偏差という）を５％未満とし、シート抵抗の光照射有無による変動を１０％未満としている。
【００３５】
第二の窒化物半導体層５の膜厚は、Ｘ線を用いた回折強度評価（Ｘ線ロッキングカーブ）を用いて求めることができる。ここでは、第二の窒化物半導体層５の膜厚の測定を５ｍｍ間隔で縦横に行い、膜厚の標準偏差と平均値を求めた。
【００３６】
第二の窒化物半導体層５の基準化した膜厚の標準偏差は、極力小さい方が好ましいことは言うまでもなく、実用性を考慮すると、５％未満に保つことができれば工業上優位であるといえる。
【００３７】
また、シート抵抗の光照射有無による変動（以下、シート抵抗の光応答という）とは、米国ＬＥＨＩＧＨＴＯＮ社製の非破壊測定器等の測定器を用いてシート抵抗を計測する際に、自然光または蛍光灯下で測定したシート抵抗値をＲｓ（Ｌｉｇｈｔ）とし、次に測定器全体、または測定器のプローブ部とウェハを含む領域のみを暗幕で覆った後で測定したシート抵抗をＲｓ（Ｄａｒｋ）としたとき、下式
光応答（％）＝｛Ｒｓ（Ｄａｒｋ）−Ｒｓ（Ｌｉｇｈｔ）｝
／Ｒｓ（Ｌｉｇｈｔ）×１００
で求められる値である。
【００３８】
一般に、シート抵抗の光応答は、ウェハ中の電子トラッピング欠陥などの欠陥密度を間接的に評価する尺度として用いられている。半導体は光照射を受けている間、内部の準位から放出されるキャリアはほぼ常に励起された状態になる一方で、半導体がダーク雰囲気に置かれるとこれらキャリアは電子トラッピング欠陥などの欠陥準位に捉えられ、結果としてダーク雰囲気中においては半導体中のフリーキャリアは減少する。フリーキャリアの減少はシート抵抗の増大につながるため、シート抵抗の光応答はウェハ中の電子トラッピング欠陥などの欠陥密度を間接的に評価する尺度となる。
【００３９】
このシート抵抗の光応答は、極力小さいことが好ましいことは言うまでもなく、実用性を考慮すると、１０％未満（より好ましくは５％未満）に保つことができれば工業上優位であるといえる。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハ１の製造方法の一例を図２を用いて説明する。
【００４１】
本実施の形態では、上述のように、基板２と第一の窒化物半導体層４との間に設けるＡｌＮ層３をＭＯＶＰＥ法で成長する工程において、その表面のスキューネスＲｓｋを正の値に保ちつつ、その膜厚のウェハ面内分布を意図的に不均一とした上で、比較的高い成長温度で第一の窒化物半導体層４と第二の窒化物半導体層５を形成する。
【００４２】
まず、図２（ａ）に示すように、ポリタイプ４Ｈまたはポリタイプ６ＨのＳｉＣからなる基板２を用意し、この基板２を、ＭＯＶＰＥ炉内に設置されたサセプター２１のウェハポケット２２に収容する。
【００４３】
サセプター２１としては、グラファイトを主材とし、ＳｉＣ薄膜でコーティングされたものを用いる。基板２は、サセプター２１の背面に設置された複数のヒーター（図示せず）から、サセプター２１を介して、高温に加熱される。
【００４４】
基板２の表面の温度分布は、サセプター２１の温度分布、およびサセプター２１と基板２の接触状態（基板２の反りやウェハポケット２２の底面加工状態）に依存する。サセプター２１の背面に設置された複数のヒーターの出力バランスを適切に調整することにより、サセプター２１の温度を均一にしたり傾斜を付けることが可能であり、これにより、基板２の表面の温度分布を制御することが可能である。
【００４５】
また、サセプター２１の温度分布を一定とした場合でも、ウェハポケット２２の底面加工状態により、基板２の表面の温度分布を制御することが可能である。ウェハポケット２２の底面加工状態として、最も一般的なものは平坦な状態であるが、ウェハポケット２２の底面をテーパー加工あるいは段差加工することで、サセプター２１と基板２の接触状態を面内で不均一とすることも可能である。
【００４６】
本実施の形態では、サセプター２１の温度分布を一定とし、サセプター２１のウェハポケット２２の底面に段差加工を施した。具体的には、ウェハポケット２２の外周部に溝２３を形成し、基板２の周縁部とサセプター２１間に空間を形成するようにした。
【００４７】
本実施の形態では、基板２として径が３インチ、厚さが約３５０μｍであるものを用いたため、ウェハポケット２２の深さが約３５０μｍのサセプター２１を使用する。溝２３の深さ、すなわちウェハポケット２２の中心部と溝２３の底面との段差は、エピタキシャル成長条件や基板２の特性など各種パラメータに応じて最適に設定されるが、ここでは２０μｍとした。また、溝２３の幅は、ウェハポケット２２の径の１／４とした。
【００４８】
基板２をウェハポケット２２に収容した後、ＮＨ3を含まないＨ2／Ｎ2混合ガスフロー雰囲気中で１１７５℃の設定温度により５分間加熱処理する。この加熱により、ＳｉＣからなる基板２の表面が清浄化される。
【００４９】
なお、ここでいう設定温度の値は、つまりサセプター２１の温度である。本実施の形態では、ウェハポケット２２の外周部に溝２３が形成されているため、当該溝２３を形成した位置ではウェハポケット２２の中心部と比べて熱伝導が劣っており、基板２の最表面での温度は、中心部で高く、外周部で低くなる。設定温度を１１７５℃とすると、基板２の最表面での温度は、例えば、中心部で１１７５℃、外周部で１１５０℃となる。
【００５０】
その後、設定温度を１１７５℃に保ったまま、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉であるリアクターにＨ2／ＮＨ3混合ガスを２５秒間導入する。このアンモニアガスフローにより、引き続くＡｌＮ層３の形成ステップにおいて窒素原子の脱離を防ぎ、ＡｌＮ層３の高品質化を行う。
【００５１】
次に、図２（ｂ）に示すように、設定温度を１１７５℃に保ったまま、原料としてアンモニアガスとトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いて、基板２上にＡｌＮ層３を形成する。図２（ｂ）では、ＡｌＮ層３が形成されつつある状態を示している。
【００５２】
このとき、上述のように、基板２の最表面の温度は、中心部で高く外周部で低くなっているため、ＡｌＮ層３の厚さは、中心部で薄く、外周部で厚くなる。ＡｌＮは高温に加熱された基板２上にアルミニウム原料、および窒素原料が供給され、これらが反応することで形成されるが、基板２の温度を高くすると、アルミニウム原料と窒素原料は基板２の表面に到達する直前までに激しく先行反応し、その大部分が基板２の表面に付着することなく排出されてしまう。そのため、基板２の最表面の温度が高い領域では基板２上に形成されるＡｌＮ層３の膜厚は薄く、温度が低い領域では基板２上に形成されるＡｌＮ層３の膜厚は厚くなる。その結果、基板２上に形成されるＡｌＮ層３の厚さは、中心部で薄く、外周部で厚くなる。ここでは、ＡｌＮ層３の平均膜厚が１２ｎｍ、膜厚傾斜が１２％となるようにＡｌＮ層３を形成した。
【００５３】
ＡｌＮ層３を形成すると、図２（ｃ）に示すように、基板２上にＡｌＮ層３を形成したウェハは、全体的に凸状に反る。これは、基板２に用いるＳｉＣとＡｌＮには物理定数としての格子定数に違いがあり、これに起因する格子不整合によって反りが引き起こされるためである。
【００５４】
ＳｉＣからなる基板２上にＡｌＮ層３が形成されたウェハは凸型に反るため、その外周部がウェハポケット２２に形成された溝２３に入り込むことになり、ウェハ全体が平均して均一性よくサセプター２１側から熱（熱伝導および輻射熱）を受けることが可能になる。その結果、基板２上にＡｌＮ層３を形成したウェハの最表面の温度は、中心部と外周部でほぼ一定（例えば１１７０℃）となる。
【００５５】
その後、ＭＯＶＰＥ装置のリアクターを、Ｈ2／ＮＨ3比を３（≦４となるように）とし、Ｈ2／ＮＨ3ガス混合雰囲気中で１０００℃の設定温度まで冷却する。
【００５６】
その後、図２（ｄ）に示すように、設定温度１０００℃のもと、原料としてアンモニアガスとトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用いてＡｌＮ層３上に膜厚４８０ｎｍのＧａＮからなる第一の窒化物半導体層４を形成し、引き続いて、その第一の窒化物半導体層４上に、原料としてアンモニアガスとＴＭＡおよびＴＭＧを用いて、膜厚３０ｎｍのＡｌＧａＮからなる第二の窒化物半導体層５を形成し、その第二の窒化物半導体層５上にさらにＧａＮ層６を形成する。
【００５７】
図２（ｃ）で示したとおり、基板２上にＡｌＮ層３が形成されたウェハの最表面の温度は、中心部と外周部とでほぼ一定となっていることから、第一の窒化物半導体層４、第二の窒化物半導体層５、およびＧａＮ層６それぞれの形成時において、原料の先行反応はウェハ面内全域で均一に生じる。そのため、品質の高い（欠陥密度が低い）結晶を得るために高温領域で結晶成長を行った場合であっても、第一の窒化物半導体層４、第二の窒化物半導体層５、およびＧａＮ層６の３層の膜厚をウェハ面内で均一にすることが可能になる。このときの第二の窒化物半導体層５の基準化した膜厚の標準偏差は４．５％であり、シート抵抗の光照射有無による変動は２．０％であった。
【００５８】
電界効果型トランジスタ用途として窒化物半導体エピタキシャルウェハ１を用いる場合、第二の窒化物半導体層５とＧａＮ層６がトランジスタの抵抗特性を支配的に決定することから、第二の窒化物半導体層５とＧａＮ層６の膜厚をウェハ面内で均一に形成することは、工業的に有利となる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、一例として、ウェハポケット２２の外周部に溝２３を形成したサセプター２１を用いる場合を説明したが、ウェハポケット底面の加工形状はこれに限定されるものではなく、ＡｌＮ層３形成後の反りの影響を考慮して、第一の窒化物半導体層４、第二の窒化物半導体層５、およびＧａＮ層６の形成時のウェハ最表面の温度分布が均一にできる構成であれば、どのような加工形状であってもよい。つまり、基板２の反り方やエピタキシャル成長の温度シーケンスによっては、ウェハポケット２２の底面の加工形状をテーパー状にするなど様々な選択肢があり得る。
【００６０】
以上により、本実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハ１が得られる。
【００６１】
次に、本発明との比較のために、図３を用いて、従来の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法を説明しておく。
【００６２】
図３（ａ）に示すように、従来の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法では、ウェハポケット３２の底面が平坦に加工されたサセプター３１を用いる以外は、上述の本実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法と同じである。
【００６３】
まず、サセプター３１のウェハポケット３２に基板４２を収容し、基板４２の清浄化とアンモニアガスフローの工程を行う。このとき、設定温度を１１７５℃とすると、基板４２の表面温度は１１７５℃でほぼ均一になる。
【００６４】
その後、図３（ｂ）に示すように、基板４２上にＡｌＮ層４３を形成する。基板４２の表面温度が均一であるため、均一な膜厚のＡｌＮ層４３が形成される。
【００６５】
図３（ｃ）に示すように、基板４２上にＡｌＮ層４３を形成すると、基板４２とＡｌＮ層４３の格子定数の差により凸状の反りが生じる。ここではウェハポケット３２の底面が平坦であるため、ウェハに凸状の反りが生じると、ウェハの中心部においてサセプターとの接触性が悪化し、ウェハの最表面の温度は、中心部で低く、外周部で高くなる。
【００６６】
よって、図３（ｄ）に示すように、第一の窒化物半導体層４４、第二の窒化物半導体層４５、およびＧａＮ層４６それぞれの形成時において、原料の先行反応はウェハ面内で不均一に生じることになり、各層４４，４５，４６の膜厚は、原料の先行反応による消費が少ない中心部で厚く、原料の先行反応による消費が多いウェハ外周部で薄くなる。
【００６７】
その結果、窒化物半導体エピタキシャルウェハ４１では、電界効果型トランジスタ用途として用いる場合にトランジスタの抵抗特性を支配的に決定する第二の窒化物半導体層４５とＧａＮ層４６の膜厚が、ウェハ面内で不均一となってしまう。
【００６８】
次に、図２で説明した方法を用いて、溝２３の深さを変えることにより、ＡｌＮ層３のウェハ面内における膜厚傾斜を１０％，１２％，２０％とした実施例の窒化物半導体エピタキシャルウェハ１を作成し、その第二の窒化物半導体層５の基準化した膜厚の標準偏差と、シート抵抗の光応答を測定した。
【００６９】
同様に、図３で説明した方法を用いて、エピタキシャル成長前の状態で反り方が異なる基板４２を適宜選択し、ＡｌＮ層４３のウェハ面内における膜厚傾斜を１％，２％，３％，４％とした従来例の窒化物半導体エピタキシャルウェハ４１を作成し、その第二の窒化物半導体層４５の基準化した膜厚の標準偏差と、シート抵抗の光応答を測定した。
【００７０】
さらに、比較のため、エピタキシャル成長前の状態で反り方が異なる基板を適宜選択し、ＡｌＮ層のウェハ面内における膜厚傾斜を６％，７％，８％，９％とした比較例の窒化物半導体エピタキシャルウェハを作成し、その第二の窒化物半導体層の基準化した膜厚の標準偏差と、シート抵抗の光応答を測定した。
【００７１】
実施例、従来例、比較例の測定結果をまとめて図４に示す。なお、図４における各プロットに添えられた数値は膜厚傾斜の値を示している。
【００７２】
図４に示すように、ＡｌＮ層３の膜厚傾斜を１０％，１２％，２０％とした実施例では、第二の窒化物半導体層５の基準化した膜厚の標準偏差はそれぞれ４．０％，２．０％，１．０％であり、シート抵抗の光照射有無による変動はそれぞれ１．５％，４．５％，５．０％であった。このように、ＡｌＮ層３の膜厚傾斜を１０％以上２０％以下とした実施例の窒化物半導体エピタキシャルウェハ１では、第二の窒化物半導体層５の基準化した膜厚の標準偏差（ＡｌＧａＮ層の基準化した膜厚の標準偏差）が５％未満、シート抵抗の光応答の光照射有無による変動が１０％未満と、共に小さい値となっている。なお、本実施の形態では基板２として３インチ径のものを用いたが、２〜８インチ径の基板２においても同等の結果が得られた。
【００７３】
これに対して、膜厚傾斜を１０％未満とした比較例、従来例では、第二の窒化物半導体層の基準化した膜厚の標準偏差と、シート抵抗の光応答はトレードオフの関係となっており、特に比較例においては、第二の窒化物半導体層の基準化した膜厚の標準偏差が小さいほど、シート抵抗の光応答が大きくなる傾向にあることが分かる。
【００７４】
以上説明したように、本実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハ１では、第二の窒化物半導体層５の基準化した膜厚の標準偏差が５％未満であり、シート抵抗の光照射有無による変動が１０％未満である。よって、窒化物半導体エピタキシャルウェハ１によれば、電界効果型トランジスタを製造する際に、同等性能のトランジスタを同一半導体ウェハから高歩留りで取得することが可能になる。
【００７５】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７６】
１  窒化物半導体エピタキシャルウェハ
２  基板
３  ＡｌＮ層（ＡｌＮ層またはＡｌＮを主成分とする窒化物半導体層）
４  第一の窒化物半導体層
５  第二の窒化物半導体層
６  ＧａＮ層（ＧａＮ層またはＧａＮを主成分とする窒化物半導体層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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