(57)【要約】  所望の品質を有する化合物半導体基板を提供する。  化合物半導体基板は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）層と、ＳｉＣ層上に形成されたＡｌＮ（窒化アルミニウム）バッファー層と、ＡｌＮバッファー層上に形成された、Ａｌ（アルミニウム）窒化物半導体層と、Ａｌ窒化物半導体層上に形成された第１のＧａＮ（窒化ガリウム）層と、第１のＧａＮ層に接触して第１のＧａＮ層上に形成された第１のＡｌＮ中間層と、第１のＡｌＮ中間層に接触して第１のＡｌＮ中間層上に形成された第２のＧａＮ層とを備えている。
2017069087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ層と、
前記ＳｉＣ層上に形成されたＡｌＮバッファー層と、
前記ＡｌＮバッファー層上に形成された、Ａｌを含む窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上に形成された第１のＧａＮ層と、
前記第１のＧａＮ層に接触して前記第１のＧａＮ層上に形成された第１のＡｌＮ中間層と、
前記第１のＡｌＮ中間層に接触して前記第１のＡｌＮ中間層上に形成された第２のＧａＮ層とを備えた、化合物半導体基板。
【請求項２】
前記窒化物半導体層の内部におけるＡｌの組成比は、下部から上部に向かうに従って減少する、請求項１に記載の化合物半導体基板。
【請求項３】
前記窒化物半導体層は、
ＡｌおよびＧａを含む第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層に接触して前記第１の窒化物半導体層上に形成された第２のＡｌＮ層と、
前記第２のＡｌＮ層に接触して前記第２のＡｌＮ層上に形成された、ＡｌおよびＧａを含む第２の窒化物半導体層とを含み、
前記第１および前記第２の窒化物半導体層のうち少なくともいずれか一方の層の内部におけるＡｌの組成比は、下部から上部に向かうに従って減少する、請求項１に記載の化合物半導体基板。
【請求項４】
前記第２のＧａＮ層は圧縮歪みを含む、請求項１に記載の化合物半導体基板。
【請求項５】
前記窒化物半導体層は、９００ｎｍ以上２μｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の化合物半導体基板。
【請求項６】
前記第１のＧａＮ層は、５５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の化合物半導体基板。
【請求項７】
前記第１のＡｌＮ中間層は、５ｎｍ以上９ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の化合物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体基板に関し、より特定的には、ＳｉＣ（炭化ケイ素）層を備えた化合物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ（窒化ガリウム）は、Ｓｉ（ケイ素）に比べてバンドギャップが大きく、絶縁破壊電界強度が高いワイドバンドギャップ半導体材料として知られている。ＧａＮは、他のワイドバンドギャップ半導体材料と比べても高い耐絶縁破壊性を有するので、次世代の低損失なパワーデバイスへの適用が期待されている。【０００３】
ＧａＮを用いた半導体デバイスのスタート基板（下地基板）にＳｉ基板を用いた場合、ＧａＮとＳｉとの間の格子定数および熱膨張係数の大きな差に起因して、基板に反りが発生したり、ＧａＮ層内にクラックが発生したりする現象が起こりやすくなる。【０００４】
基板の反りやＧａＮ層内へのクラックの発生の対策として、たとえば下記特許文献１などには、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に形成された３Ｃ−ＳｉＣ層と、交互に形成された複数のＡｌＮ層（窒化アルミニウム）およびＧａＮ層とを備えた半導体基板が開示されている。【０００５】
また、下記特許文献２には、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に形成された下地層と、下地層上に形成された積層中間層と、積層中間層上に形成された機能層とを備えた窒化物半導体素子が開示されている。下地層は、ＡｌＮバッファー層と、ＧａＮ下地層とを含んでいる。積層中間層は、ＡｌＮ中間層と、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）中間層と、ＧａＮ中間層とを含んでいる。ＡｌＧａＮ中間層は、ＡｌＮ中間層に接する第１ステップ層を含んでいる。第１ステップ層におけるＡｌ組成比は、ＡｌＮ中間層から第１ステップ層に向かう方向において、ステップ状に減少している。【０００６】
下記特許文献３には、ＳｉやＳｉＣなどよりなる基板と、基板上に順次形成されたＡｌＮバッファー層、Ａｌ（アルミニウム）およびＧａＮを含む窒化物半導体を含む下地層、ＧａＮなどよりなる第１高Ｇａ（ガリウム）組成層、ＡｌＮなどよりなる高Ａｌ組成層、窒化物半導体を含む低Ａｌ組成層、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＭｇＮ（窒化マグネシウム）、またはＢＮ（窒化ホウ素）などよりなる中間部、およびＧａＮなどよりなる第２高Ｇａ組成層とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１７９１２１号公報
【特許文献２】特開２０１３−７００６５号公報
【特許文献３】特開２０１４−６３９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術では、基板の反りやＧａＮ層内へのクラックの発生をある程度抑止することができ、比較的良好な結晶品質のＧａＮ層が得られる。一方、特許文献１の技術には、ＧａＮ層の厚膜化に限界があり、耐電圧にも同様に限界があった。これは、ＧａＮ層を厚膜化すると、基板に反りが発生したり、ＧａＮ層内にクラックが発生したりするためである。ＧａＮのパワーデバイスとしての用途を考慮すると、ＧａＮを用いた半導体デバイスの耐電圧を向上することは重要である。【０００９】
特許文献２の技術では、ＧａＮ層内へのクラックの発生をある程度抑止することができ、比較的良好な結晶品質のＧａＮ層が得られる。一方、特許文献２の技術では、基板の反りが発生しやすいという課題があった。【００１０】
特許文献３の技術では、比較的良好な結晶品質のＧａＮ層が得られる。一方、特許文献３の技術では、基板の反りやＧａＮ層内へのクラックが発生しやすいという課題があった。【００１１】
まとめると、基板上にＧａＮ層を形成する場合には、基板に反りが発生するという課題、ＧａＮ層へクラックが発生するという課題、結晶性が低下するという課題、および耐電圧が低いという課題があり、従来においてこれらの課題を全て解決する品質の化合物半導体基板を得ることはできなかった。【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、所望の品質を有する化合物半導体基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一の局面に従う化合物半導体基板は、ＳｉＣ層と、ＳｉＣ層上に形成されたＡｌＮバッファー層と、ＡｌＮバッファー層上に形成された、Ａｌを含む窒化物半導体層と、窒化物半導体層上に形成された第１のＧａＮ層と、第１のＧａＮ層に接触して第１のＧａＮ層上に形成された第１のＡｌＮ中間層と、第１のＡｌＮ中間層に接触して第１のＡｌＮ中間層上に形成された第２のＧａＮ層とを備えている。【００１４】
上記化合物半導体基板において好ましくは、窒化物半導体層の内部におけるＡｌの組成比は、下部から上部に向かうに従って減少する。【００１５】
上記化合物半導体基板において好ましくは、窒化物半導体層は、ＡｌおよびＧａを含む第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層に接触して第１の窒化物半導体層上に形成された第２のＡｌＮ層と、第２のＡｌＮ層に接触して第２のＡｌＮ層上に形成された、ＡｌおよびＧａを含む第２の窒化物半導体層とを含み、第１および第２の窒化物半導体層のうち少なくともいずれか一方の層の内部におけるＡｌの組成比は、下部から上部に向かうに従って減少する。【００１６】
上記化合物半導体基板において好ましくは、第２のＧａＮ層は圧縮歪みを含む。【００１７】
上記化合物半導体基板において好ましくは、窒化物半導体層は、９００ｎｍ以上２μｍ以下の厚さを有する。【００１８】
上記化合物半導体基板において好ましくは、第１のＧａＮ層は、５５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さを有する。【００１９】
上記化合物半導体基板において好ましくは、第１のＡｌＮ中間層は、５ｎｍ以上９ｎｍ以下の厚さを有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、所望の品質を有する化合物半導体基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるＡｌ窒化物半導体層４内部のＡｌ組成比の分布を示す図である。
【図３】化合物半導体基板ＣＳの製造時における基板の曲率半径の逆数の時間変化の測定結果を示す図である。
【図４】本発明の第１の変形例におけるＡｌ窒化物半導体層４内部のＡｌ組成比の分布を示す図である。
【図５】本発明の第２の変形例におけるＡｌ窒化物半導体層４内部のＡｌ組成比の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。
【００２４】
図１を参照して、本実施の形態における半導体装置は、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含んでいる。半導体装置は、化合物半導体基板ＣＳと、化合物半導体基板ＣＳ上に形成されたＡｌ窒化物半導体層１０とを備えている。
【００２５】
化合物半導体基板ＣＳは、Ｓｉ基板１と、ＳｉＣ層２と、ＡｌＮバッファー層３（ＡｌＮバッファー層の一例）と、Ａｌ窒化物半導体層４（Ａｌを含む窒化物半導体層の一例）と、ＧａＮ層５（第１のＧａＮ層の一例）と、ＡｌＮ中間層６（第１のＡｌＮ中間層の一例）と、ＧａＮ層７（第２のＧａＮ層の一例）とを備えている。
【００２６】
Ｓｉ基板１は、たとえばｐ+型のＳｉよりなっている。Ｓｉ基板１の表面には（１１１）面が露出している。なお、Ｓｉ基板１は、ｎ型の導電型を有していてもよいし、半絶縁性であってもよい。Ｓｉ基板１の表面には（１００）面や（１１０）面が露出していてもよい。Ｓｉ基板１は、たとえば６インチの直径を有しており、９００μｍの厚さを有している。
【００２７】
ＳｉＣ層２は、Ｓｉ基板１に接触しており、Ｓｉ基板１上に形成されている。ＳｉＣ層２は、３Ｃ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、または６Ｈ−ＳｉＣなどよりなっている。特に、ＳｉＣ層２がＳｉ基板１上にエピタキシャル成長されたものである場合、一般的に、ＳｉＣ層２は３Ｃ−ＳｉＣよりなっている。
【００２８】
ＳｉＣ層２は、Ｓｉ基板１の表面を炭化することで得られたＳｉＣよりなる下地層上に、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いて、ＳｉＣをホモエピタキシャル成長させることによって形成されてもよい。ＳｉＣ層２は、Ｓｉ基板１の表面を炭化することのみによって形成されてもよい。さらに、ＳｉＣ層２は、Ｓｉ基板１の表面に（またはバッファー層を挟んで）ヘテロエピタキシャル成長させることによって形成されてもよい。ＳｉＣ層２は、たとえばＮ（窒素）などがドープされており、ｎ型の導電型を有している。ＳｉＣ層２は、たとえば０．１μｍ以上３．５μｍ以下の厚さを有している。なお、ＳｉＣ層２はｐ型の導電型を有していてもよいし、半絶縁性であってもよい。
【００２９】
ＡｌＮバッファー層３は、ＳｉＣ層２に接触しており、ＳｉＣ層２上に形成されている。ＡｌＮバッファー層３は、ＳｉＣ層２とＡｌ窒化物半導体層４との格子定数の差を緩和するバッファー層としての機能を果たす。ＡｌＮバッファー層３は、たとえばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成される。ＡｌＮバッファー層３の成長温度は、たとえば１０００℃以上１３００℃以下とされる。このとき、Ａｌ源ガスとしては、たとえばＴＭＡ（Ｔｒｉ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）や、ＴＥＡ（Ｔｒｉ  Ｅｔｈｙｌ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）などが用いられる。Ｎ源ガスとしては、たとえばＮＨ3（アンモニア）が用いられる。ＡｌＮバッファー層３は、たとえば１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さを有している。
【００３０】
Ａｌ窒化物半導体層４は、ＡｌＮバッファー層３に接触しており、ＡｌＮバッファー層３上に形成されている。Ａｌ窒化物半導体層４は、Ａｌを含む窒化物半導体よりなっており、たとえばＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）で表される材料よりなっている。またＡｌ窒化物半導体層４は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１）で表される材料よりなっていてもよい。Ａｌ窒化物半導体層４は、ＡｌＮバッファー層３とＧａＮ層５との格子定数の差を緩和するバッファー層としての機能を果たす。Ａｌ窒化物半導体層４は、たとえば５００ｎｍ以上２μｍ以下、好ましくは９００ｎｍ以上２μｍ以下の厚さを有している。Ａｌ窒化物半導体層４は、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。
【００３１】
ＧａＮ層５は、Ａｌ窒化物半導体層４に接触しており、Ａｌ窒化物半導体層４上に形成されている。ＧａＮ層５は、アンドープである。ＧａＮ層５は、たとえば５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さを有しており、好ましくは５５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下（より好ましくは８００ｎｍ以下）の厚さを有している。なお、ＧａＮ層５は、半絶縁性であってもよく、ｐ型またはｎ型の導電型を有していてもよい。
【００３２】
ＧａＮ層５は、たとえば、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。このとき、Ｇａ源ガスとしては、たとえば、ＴＭＧ（Ｔｒｉ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｇａｌｌｉｕｍ）や、ＴＥＧ（Ｔｒｉ  Ｅｔｈｙｌ  Ｇａｌｌｉｕｍ）などが用いられる。Ｎ源ガスとしては、たとえばＮＨ3などが用いられる。
【００３３】
ＡｌＮ中間層６は、ＧａＮ層５に接触しており、ＧａＮ層５上に形成されている。ＡｌＮ中間層６は、ＧａＮ層７に圧縮歪みを生じさせる機能を果たす。ＡｌＮ中間層６は、たとえば５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の厚さを有しており、好ましくは５ｎｍ以上９ｎｍ以下の厚さを有しており、より好ましくは７ｎｍ以上９ｎｍ以下の厚さを有している。ＡｌＮ中間層６は、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。ＡｌＮ中間層６は、ＧａＮ層５の成長温度よりも低い成長温度で形成される。
【００３４】
ＧａＮ層７は、ＡｌＮ中間層６に接触しており、ＡｌＮ中間層６上に形成されている。ＧａＮ層７は、アンドープであり、半絶縁性である。ＧａＮ層７はＨＥＭＴの電子走行層となる。ＧａＮ層７は、下地層であるＡｌＮ中間層６からの影響により圧縮歪みを含んでいる。ＧａＮ層７は、好ましくは１５００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の厚さを有しており、より好ましくは１５００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の厚さを有している。ＧａＮ層７は、ＧａＮ層５と同様の方法で形成される。なお、ＧａＮ層７は、ｐ型またはｎ型の導電型を有していてもよいし、ＧａＮ層７の少なくとも一部にＣがドープされていてもよい。
【００３５】
Ａｌ窒化物半導体層１０は、ＧａＮ層７に接触しており、ＧａＮ層７上に形成されている。Ａｌ窒化物半導体層１０は、Ａｌを含む窒化物半導体よりなっており、たとえばＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）で表される材料よりなっている。またＡｌ窒化物半導体層１０は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１）で表される材料よりなっていてもよい。Ａｌ窒化物半導体層１０は、ＨＥＭＴの障壁層となる。Ａｌ窒化物半導体層１０は、たとえば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有している。
【００３６】
図２は、本発明の一実施の形態におけるＡｌ窒化物半導体層４内部のＡｌ組成比の分布を示す図である。
【００３７】
図２を参照して、Ａｌ窒化物半導体層４の内部におけるＡｌの組成比は、下部から上部に向かうに従って減少している。Ａｌ窒化物半導体層４は、Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層４１（Ａｌの組成比が０．７５であるＡｌＧａＮ層）と、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層４２（Ａｌの組成比が０．５であるＡｌＧａＮ層）と、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層４３（Ａｌの組成比が０．２５であるＡｌＧａＮ層）とを含んでいる。Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層４１は、ＡｌＮバッファー層３に接触してＡｌＮバッファー層３上に形成されている。Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層４２は、Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層４１に接触してＡｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層４１上に形成されている。Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層４３は、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層４２に接触してＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層４２上に形成されている。なお、上記のＡｌ組成比は一例であり、Ａｌ組成比が、下部から上部に向かうに従って減少していれば、他の組成とすることもできる。
【００３８】
本実施の形態によれば、ＧａＮ層５とＧａＮ層７との間にＡｌＮ中間層６を形成することにより、Ｓｉ基板１の反りの発生を抑止することができ、ＧａＮ層７へのクラックの発生を抑止することができる。これについて以下に説明する。
【００３９】
ＡｌＮ中間層６を構成するＡｌＮは、ＧａＮ層５を構成するＧａＮの結晶に対して不整合な状態（滑りが生じた状態）で、ＧａＮ層５上にエピタキシャル成長する。一方、ＧａＮ層７を構成するＧａＮは、下地であるＡｌＮ中間層６を構成するＡｌＮの結晶の影響を受ける。すなわち、ＧａＮ層７を構成するＧａＮは、ＡｌＮ中間層６を構成するＡｌＮの結晶構造を引き継ぐように、ＡｌＮ中間層６上にエピタキシャル成長する。ＧａＮの格子定数は、ＡｌＮの格子定数よりも大きいため、ＧａＮ層７を構成するＧａＮの図１中横方向の格子定数は、一般的な（圧縮歪みを含まない）ＧａＮの格子定数よりも小さくなる。言い換えれば、ＧａＮ層７の内部には圧縮歪みが生じる。
【００４０】
ＧａＮ層７形成後の降温時には、ＧａＮとＳｉとの熱膨張係数の差に起因してＧａＮ層７はＡｌＮ中間層６から応力を受ける。この応力がＳｉ基板１の反りの発生およびＧａＮ層７へのクラックの発生の原因となる。しかしこの応力は、ＧａＮ層７形成時にＧａＮ層７内部に導入された圧縮歪みによって緩和される。その結果、Ｓｉ基板１の反りの発生を抑止することができ、ＧａＮ層７へのクラックの発生を抑止することができる。
【００４１】
また、本実施の形態によれば、化合物半導体基板ＣＳが、ＡｌＮバッファー層３とＧａＮ層５の間にＡｌ窒化物半導体層４を含んでいるので、Ｓｉの格子定数とＧａＮの格子定数との差を緩和することができる。Ａｌ窒化物半導体層４の格子定数は、Ｓｉの格子定数とＧａＮの格子定数との間の値を有しているためである。その結果、ＧａＮ層５の結晶品質を向上することができる。また、Ｓｉ基板１の反りの発生を抑止することができ、ＧａＮ層５へのクラックの発生を抑止することができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、上述のようにＳｉ基板１の反りの発生およびＧａＮ層５および７へのクラックの発生が抑止されるので、ＧａＮ層５および７の各々を厚膜化することができる。また化合物半導体基板ＣＳは、ＧａＮの絶縁破壊電圧よりも高い絶縁破壊電圧を有するＡｌ窒化物半導体層４を含んでいる。その結果、化合物半導体基板の縦方向の耐電圧を向上することができる。
【００４３】
さらに、化合物半導体基板ＣＳは、ＧａＮ層５および７の下地層としてＳｉＣ層２を含んでいる。ＳｉＣの格子定数は、Ｓｉの格子定数と比較してＧａＮとの格子定数に近いので、ＳｉＣ層２上にＧａＮ層５および７が形成されることにより、ＧａＮ層５および７の結晶品質を向上することができる。
【００４４】
上述のように本実施の形態によれば、ＡｌＮ中間層６、Ａｌ窒化物半導体層４、およびＳｉＣ層２の各々の機能を分けることで、Ｓｉ基板１の反りの発生およびＧａＮ層５および７へのクラックの発生を抑止する効果、化合物半導体基板の耐電圧を向上する効果、およびＧａＮ層５および７の結晶品質を向上する効果の各々を増大させることができる。特に、本実施の形態では、ＳｉＣ層２を下地層とすることで、ＧａＮ層５および７の結晶品質を改善できる点の寄与が大きい。
【００４５】
本実施の形態によれば、ＳｉＣ層２があり、ＧａＮ層５の結晶品質が向上することにより、ＡｌＮ中間層６の厚さを薄くすることができ、より効率的に反りの発生およびクラックの発生を抑えることができる。また、ＳｉＣ層２があり、ＧａＮ層５の結晶品質が向上することにより、ＧａＮ層５および７を厚くすることができるため、より耐電圧を改善することができる。
【００４６】
一方、先行文献２および３では、ＡｌＮ層とＧａＮ層との間にＡｌＧａＮ層が形成されている。この構造では、ＡｌＮの格子定数とＧａＮの格子定数との差をＡｌＧａＮ層によって緩和することができ、ＧａＮ層の結晶品質を向上することができる。また、ＧａＮ層を構成するＧａＮは、ＡｌＧａＮ層を構成するＡｌＧａＮの結晶構造を引き継ぐように、ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長する。しかし、ＡｌＧａＮの格子定数はＡｌＮの格子定数と比較してＧａＮの格子定数に近いので、ＧａＮ層の内部に発生する圧縮歪みは、ＡｌＮ層を下地層としてＧａＮ層を形成した場合と比較して小さい。その結果、Ｓｉ基板の反りの発生を抑止する効果が小さく、ＧａＮ層へのクラックの発生を抑止する効果が小さい。また、ＧａＮ層を厚膜化することができず、化合物半導体基板の縦方向の耐電圧を向上することができない。
【００４７】
つまり、この構造では、結晶品質を改善する効果と、Ｓｉ基板の反りの発生を抑止する効果と、ＧａＮ層へのクラックの発生を抑止する効果とが１つの層（ＡｌＧａＮ層）で賄われるため、それぞれの効果が小さくなる。
【００４８】
本願発明者らは、化合物半導体基板ＣＳがＡｌＮ中間層６を含むことの効果を確認すべく以下の実験を行った。
【００４９】
図３は、化合物半導体基板ＣＳの製造時における基板の曲率半径の逆数の時間変化の測定結果を示す図である。なお図３の曲率半径の逆数は、ＧａＮ層７表面が凹面である状態をプラス、凸面である状態をマイナスとしている。図３では、基板の曲率半径の逆数がゼロに近づくほど、基板の反りが低減されていることとなる。
【００５０】
図３を参照して、本願発明者らは、本発明例として、化合物半導体基板ＣＳを構成する各層を基板上に順次形成し、基板の曲率半径の逆数の時間変化を測定した。また本願発明者らは、比較例として、化合物半導体基板ＣＳを構成する各層のうちＡｌＮ中間層６を除く各層を基板上に順次形成し、基板の曲率半径の逆数の時間変化を測定した。
【００５１】
その結果、本発明例においてＡｌＮ中間層６を形成した時刻である時刻ＰＯ１以降では、本発明例の基板の反りが比較例の基板の反りと比較してマイナス方向に大きく増加している。この結果から、ＡｌＮ中間層６の存在によりＧａＮ層７の内部に圧縮歪みが発生していることが分かる。
【００５２】
また、本発明例における最終的な基板の曲率半径の逆数（時刻ＰＯ３における曲率半径の逆数）は、比較例における最終的な基板の曲率半径の逆数（時刻ＰＯ２における曲率半径の逆数）に比べて明らかに小さくなっている。この結果から、ＡｌＮ中間層６の存在により基板の反りの発生が抑制されていることが分かる。
【００５３】
［変形例］
【００５４】
図４は、本発明の第１の変形例におけるＡｌ窒化物半導体層４内部のＡｌ組成比の分布を示す図である。
【００５５】
図４を参照して、本変形例におけるＡｌ窒化物半導体層４は、ＡｌＧａＮ層４ａ（ＡｌおよびＧａを含む第１の窒化物半導体層の一例）と、ＡｌＮ中間層４４（第２のＡｌＮ層の一例）と、ＡｌＧａＮ層４ｂ（ＡｌおよびＧａを含む第２の窒化物半導体層の一例）とを含んでいる。
【００５６】
ＡｌＧａＮ層４ａは、ＡｌＮバッファー層３に接触してＡｌＮバッファー層３上に形成されている。ＡｌＧａＮ層４ａは、Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層４１（Ａｌの組成比が０．７５であるＡｌＧａＮ層）よりなっている。ＡｌＧａＮ層４ａの内部におけるＡｌの組成比は一定である。
【００５７】
ＡｌＮ中間層４４は、ＡｌＧａＮ層４ａ上に形成されている。ＡｌＮ中間層４４の下面はＡｌＧａＮ層４ａの上面に接触しており、ＡｌＮ中間層４４の上面はＡｌＧａＮ層４ｂの下面に接触している。
【００５８】
ＡｌＧａＮ層４ｂは、ＡｌＮ中間層４４上に形成されている。ＡｌＧａＮ層４ｂの内部におけるＡｌの組成比は、下部から上部に向かうに従って減少している。ＡｌＧａＮ層４ｂは、Ａｌ0.5Ｇａ0. 5Ｎ層４２（Ａｌの組成比が０．５であるＡｌＧａＮ層）と、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層４２に接触してＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層４２上に形成されたＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層４３（Ａｌの組成比が０．２５であるＡｌＧａＮ層）とにより構成されている。
【００５９】
図５は、本発明の第２の変形例におけるＡｌ窒化物半導体層４内部のＡｌ組成比の分布を示す図である。
【００６０】
図５を参照して、本変形例におけるＡｌ窒化物半導体層４は、ＡｌＧａＮ層４ａ（ＡｌおよびＧａを含む第１の窒化物半導体層の一例）と、ＡｌＮ中間層４４（第２のＡｌＮ層の一例）と、ＡｌＧａＮ層４ｂ（ＡｌおよびＧａを含む第２の窒化物半導体層の一例）とを含んでいる。
【００６１】
ＡｌＧａＮ層４ａは、ＡｌＮバッファー層３に接触してＡｌＮバッファー層３上に形成されている。ＡｌＧａＮ層４ａの内部におけるＡｌの組成比は、下部から上部に向かうに従って減少している。ＡｌＧａＮ層４ａは、Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層４１（Ａｌの組成比が０．７５であるＡｌＧａＮ層）と、Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層４１に接触してＡｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層４１上に形成されたＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層４２（Ａｌの組成比が０．５であるＡｌＧａＮ層）とにより構成されている。
【００６２】
ＡｌＮ中間層４４は、ＡｌＧａＮ層４ａ上に形成されている。ＡｌＮ中間層４４の下面はＡｌＧａＮ層４ａの上面に接触しており、ＡｌＮ中間層４４の上面はＡｌＧａＮ層４ｂの下面に接触している。
【００６３】
ＡｌＧａＮ層４ｂは、ＡｌＮ中間層４４上に形成されている。ＡｌＧａＮ層４ｂは、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層４３（Ａｌの組成比が０．２５であるＡｌＧａＮ層）よりなっている。ＡｌＧａＮ層４ｂの内部におけるＡｌの組成比は一定である。
【００６４】
なお、第１および第２の変形例の化合物半導体基板の各々における上述以外の構成は、上述の実施の形態の場合の構成と同様であるため、その説明は繰り返さない。
【００６５】
ＡｌＮ中間層４４は、ＡｌＧａＮ層４ｂに圧縮歪みを生じさせる機能を果たす。第１および第２の変形例のように、ＡｌＮ中間層４４を設けることで、反りやクラックをさらに抑制することができる。
【００６６】
［その他］
【００６７】
化合物半導体基板に形成されるデバイスは任意のデバイスであればよく、ＨＥＭＴの他、トランジスタ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、サイリスタ、または半導体レーザーなどであってもよい。化合物半導体基板は、電子デバイスの用途に適している。
【００６８】
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１  Ｓｉ（ケイ素）基板
２  ＳｉＣ（炭化ケイ素）層
３  ＡｌＮ（窒化アルミニウム）バッファー層
４，１０  Ａｌ（アルミニウム）窒化物半導体層
４ａ，４ｂ  ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）層
５，７  ＧａＮ（窒化ガリウム）層
６，４４  ＡｌＮ中間層
４１  Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層
４２  Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層
４３  Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層
ＣＳ  化合物半導体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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