(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル成長用基板と、
上記エピタキシャル成長用基板上に、エピタキシャル結晶成長された窒化物半導体層とを備え、
上記エピタキシャル成長用基板は、半径Ｒの略円を成しており、
上記窒化物半導体層を構成する超格子層とＧａＮ層のうち、上記超格子層上に形成された上記ＧａＮ層の結晶性を調整することで、窒化物半導体エピタキシャルウェハの中心部と外周部との結晶性に差異を生じさせることによって、
上記エピタキシャル成長用基板の中心から半径(１/５)Ｒの円までの円形エリアにおけるＧａＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅と、半径(４/５)Ｒの円から半径(Ｒ−５mm)の円までのトーラスエリアにおけるＧａＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅との差分値が、１００arcsec以上且つ２００arcsec未満であり、且つ
上記窒化物半導体エピタキシャルウェハの中央部の反り量が−５０μｍ以上である
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】
請求項１に記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
上記エピタキシャル成長用基板は、Ｓｉ,ＳｉＣ,ＺｎＯおよびサファイアのうちの何れかである
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３】
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
上記エピタキシャル成長用基板の直径は３インチ以上であり、且つ厚さは１５００μｍ以上である
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４】
エピタキシャル成長用基板上に、窒化物半導体をエピタキシャル結晶成長させるエピタキシャル成長工程を備え、
上記エピタキシャル成長工程で得られる窒化物半導体エピタキシャルウェハに関して、上記窒化物半導体層を構成する超格子層とＧａＮ層のうち、上記超格子層上に形成された上記ＧａＮ層の結晶性を調整することで、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハの中心部と外周部との結晶性に差異を生じさせることによって、半径Ｒの上記エピタキシャル成長用基板の中心から半径(１/５)Ｒの円までの円形エリアにおけるＧａＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅と、半径(４/５)Ｒの円から半径(Ｒ−５mm)の円までのトーラスエリアにおけるＧａＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅との差分値が、１００arcsec以上且つ２００arcsec未満となるように、且つ上記窒化物半導体エピタキシャルウェハの中央部の反り量を−５０μｍ以上となるように、上記エピタキシャル成長工程を行う
ことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、
上記エピタキシャル成長工程は、上記エピタキシャル成長用基板上にＡｌＮ下地層をエピタキシャル結晶成長させる工程と、上記ＡｌＮ下地層上に上記窒化物半導体をエピタキシャル結晶成長させる工程とを含んでいる
ことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、一般式ＩnｘＡlｙＧa１-ｘ-ｙＮ(０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１)で表される。上記窒化物半導体は、その組成によって、バンドギャップを１.９５eＶ〜６eＶの範囲で変化させることができることから、紫外域から赤外域までに及ぶ広波長範囲の発光デバイスの材料として研究開発が行われ、実用化されている。
【０００３】
また、上記窒化物半導体を用いたデバイスは、高周波で且つ高出力で動作するパワー素子等に用いられている。中でも、高周波帯域での増幅に適した半導体デバイスとして、例えば高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ)等の電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor：ＦＥＴ)が知られている。
【０００４】
上記窒化物半導体を用いた電子デバイスにおいては、デバイスの価格を抑える方法として、一般的にＳi基板が用いられている。
【０００５】
しかしながら、上記窒化物半導体の結晶成長は、１０００℃付近の高温で行うために、Ｓiと窒化物半導体との熱膨張係数の違いから、上記窒化物半導体をエピタキシャル成長したエピタキシャル基板(以下、窒化物半導体エピタキシャルウェハと言う)には、大きな反りが生ずる。
【０００６】
上記窒化物半導体エピタキシャルウェハの反りを低減する方法として、エピタキシャル成長される上記窒化物半導体層の層構造に工夫を凝らすことが考えられる。例えば、電子デバイス用の窒化物半導体層の層構造として、ＡlＮ層とＡlＧaＮ層とのペアの繰返しで構成される超格子層における上記ペア数を減らす等によって、反りは軽減される場合がある。
【０００７】
また、特開２０１２‐１９７２１８号公報(特許文献１)に開示された半導体バルク結晶がある。この半導体バルク結晶においては、下地基板と化合物半導体単結晶とが直接接触する態様で空洞を形成したり、上記下地基板の主面に凹凸を形成したりすることにより、上記化合物半導体単結晶のエピタキシャル成長途中におけるクラックの発生を抑制している。
【０００８】
こうして、エピタキシャル成長用基板に予め凹凸加工を施し、窒化物半導体を成長させる等によって、エピタキシャル成長用基板の歪を緩和し、反りの抑制や端部のクラックを抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２-１９７２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の上記エピタキシャル基板の反りを低減する方法においては、以下のような問題がある。
【００１１】
すなわち、上記ＡlＮ層とＡlＧaＮ層とのペアの繰返しで構成される超格子層における上記ペア数を減らした電子デバイス用の窒化物半導体層の層構造においては、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハの反りが軽減される場合がある。しかしながら、その代償として、プロセス完了後のデバイス特性である耐圧が低減する等の問題が発生する。
【００１２】
以上のように、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける上記窒化物半導体層の層構造に制限が加える場合には、他の特性が悪化する可能性が出てくると言う問題がある。
【００１３】
また、上記特許文献１に開示された「半導体バルク結晶」においては、上記下地基板の凹凸加工工程に時間とコストとが掛かり、製造の観点から好ましくない。
【００１４】
そこで、この発明の課題は、反りを低減し、得られる窒化物半導体デバイスの特性を改善することが可能な窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、この発明の窒化物半導体エピタキシャルウェハは、
エピタキシャル成長用基板と、
上記エピタキシャル成長用基板上に、エピタキシャル結晶成長された窒化物半導体層と
を備え、
上記エピタキシャル成長用基板は、半径Ｒの略円を成しており、
上記エピタキシャル成長用基板の中心から半径(１/５)Ｒの円までの円形エリアにおけるＧaＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅と、半径(４/５)Ｒの円から半径(Ｒ−５ｍｍ)の円までのトーラスエリアにおけるＧaＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅との差分値が、１００arcsec以上且つ２００arcsec未満である
ことを特徴としている。
【００１６】
また、一実施の形態の窒化物半導体エピタキシャルウェハでは、
上記エピタキシャル成長用基板は、Ｓi,ＳiＣ,ＺnＯおよびサファイアのうちの何れかである。
【００１７】
また、一実施の形態の窒化物半導体エピタキシャルウェハでは、
上記エピタキシャル成長用基板の直径は３インチ以上であり、且つ厚さは１５００μm以上である。
【００１８】
また、この発明の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法は、
エピタキシャル成長用基板上に、窒化物半導体をエピタキシャル結晶成長させるエピタキシャル成長工程を備え、
上記エピタキシャル成長工程で得られる窒化物半導体エピタキシャルウェハに関して、半径Ｒの上記エピタキシャル成長用基板の中心から半径(１/５)Ｒの円までの円形エリアにおけるＧaＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅と、半径(４/５)Ｒの円から半径(Ｒ−５ｍｍ)の円までのトーラスエリアにおけるＧaＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅との差分値が、１００arcsec以上且つ２００arcsec未満となるように、上記エピタキシャル成長工程を行う
ことを特徴としている。
【００１９】
また、一実施の形態の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法では、
上記エピタキシャル成長工程は、上記エピタキシャル成長用基板上にＡlＮ下地層をエピタキシャル結晶成長させる工程と、上記ＡlＮ下地層上に上記窒化物半導体をエピタキシャル結晶成長させる工程とを含んでいる。
【発明の効果】
【００２０】
以上より明らかなように、この発明は、中心部と外周部との結晶性に差異を生じさせることによって、転位やナノパイプ等における密度および結晶中での曲がり方を制御することができる。
【００２１】
したがって、結晶成長時の温度変化からくる熱膨張係数差による応力に対して、上記中心部と上記外周部との上記エピタキシャル成長用基板からの上記応力の伝わり方を変分散,抑制,変化させて、窒化物半導体エピタキシャルウェハ全体としてのバランスをとり、反りの抑制に効果を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の窒化物半導体エピタキシャルウェハを用いたＨＥＭＴ用窒化物半導体における断面模式図である。
【図２】エピタキシャル成長用基板上におけるエリア(Ａ)の説明図である。
【図３】エリア(Ｂ)の説明図である。
【図４】エリア(Ｃ)の説明図である。
【図５】エリア(Ｄ)の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２４】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の窒化物半導体エピタキシャルウェハを用いたＨＥＭＴ用窒化物半導体における断面模式図である。
【００２５】
図１において、本ＨＥＭＴ用窒化物半導体は、Ｓi(１１１)基板１上に、ＡlＮ層２,ＡlＧaＮバッファ層５,超格子バッファ層１０,アンドープＧaＮ層１１およびＡlＧaＮバリア層１２を、この順に積層して構成されている。
【００２６】
ここで、上記ＡlＧaＮバッファ層５は、Ａl０.５０Ｇa０.５０Ｎ層３と、このＡl０.５０Ｇa０.５０Ｎ層３上積層されたＧaＮ層４とで構成されている。また、超格子バッファ層１０は、ＡlＮ層６,Ａl０.０５Ｇa０.９５Ｎ層７,Ａl０.９０Ｇa０.１０Ｎ層８およびＡl０.１０Ｇa０.９０Ｎ層９が繰返し積層されて構成されている。
【００２７】
次に、上記構成を有するＨＥＭＴ用窒化物半導体の作成に用いる窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法について説明する。
【００２８】
先ず、８００μm厚のＳi(１１１)基板１を希釈フッ酸で処理し、表面の自然酸化膜を除去する。次に、Ｓi基板１をＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置のリアクタ内に導入する。
【００２９】
上記ＭＯＣＶＤ装置内において、基板温度を室温から１１００℃に昇温させた後、Ｈ２,Ｎ２,ＮＨ３(アンモニア)およびＴＭＡ(トリメチルアルミニウム)を供給して、Ｓi基板１の主面に、ＡlＮ層２を１５０nm厚に成長させる。
【００３０】
次に、基板温度を１０５０℃に変更し、Ｈ２,Ｎ２,ＮＨ３,ＴＭＡおよびＴＭＧ(トリメチルガリウム)を供給し、ＡlＮ層２上に、層厚３００nmのＡl０.５０Ｇa０.５０Ｎ層３を成長させる。さらに、層厚２０nmのＧaＮ層４を成長させる。こうして、Ａl０.５０Ｇa０.５０Ｎ層３とＧaＮ層４とが積層されたＡlＧaＮバッファ層５が形成される。
【００３１】
そうした後、基板温度を１０５０℃に保持したまま、Ｈ２,Ｎ２,ＮＨ３およびＴＭＡを供給して、層厚が３.５nmのＡlＮ層６を成長させる。さらに、Ｈ２,Ｎ２,ＮＨ３,ＴＭＡおよびＴＭＧを供給して、層厚が１.５nmのＡl０.０５Ｇa０.９５Ｎ層７を成長させる。さらに、Ｈ２,Ｎ２,ＮＨ３,ＴＭＡおよびＴＭＧを供給して、層厚が１.５nmのＡl０.９０Ｇa０.１０Ｎ層８を成長させる。さらに、Ｈ２,Ｎ２,ＮＨ３,ＴＭＡおよびＴＭＧを供給して、層厚が２３.５nmのＡl０.１０Ｇa０.９０Ｎ層９を成長させる。以下、ＡlＮ層６〜Ａl０.１０Ｇa０.９０Ｎ層９の形成を６０回繰返して、超格子バッファ層１０が形成される。
【００３２】
その後、基板温度を１０４０℃に変更して、Ｈ２,Ｎ２,ＮＨ３およびＴＭＧを供給して、層厚が１２００nmのアンドープＧaＮ層１１を成長させる。さらにその後に、成長温度を１０２０℃に変更して、Ｈ２,Ｎ２,ＮＨ３,ＴＭＡおよびＴＭＧを供給して、層厚が３０.０nmのＡl０.２０Ｇa０.８０ＮのＡlＧaＮバリア層１２を成長させる。
【００３３】
そうした後に、室温まで冷却することによって、上記Ｓi(１１１)基板１上に、ＡlＮ層２,ＡlＧaＮバッファ層５,超格子バッファ層１０,アンドープＧaＮ層１１およびＡlＧaＮバリア層１２が積層されたＨＥＭＴ用の窒化物半導体エピタキシャルウェハが得られる。
【００３４】
さらに、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハにおけるＳi(１１１)基板１上の積層された窒化物半導体エピタキシー構造に対して、フォトリソグラフィー技術を用いて、電極および絶縁膜等を形成し、最終的に基板の研削,研磨およびダイシングを行ってＨＥＭＴ用窒化物半導体が形成される。さらに、ダイボンディングおよび実装等の工程を経てＨＥＭＴデバイスが完成される。
【００３５】
以下、上述のようにして形成された窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、ＡlＧaＮバッファ層５〜ＡlＧaＮバリア層１２で成る窒化物半導体層の結晶性と反りとの相関を調べる。
【００３６】
(結晶性の面内制御)
上記窒化物半導体層の結晶性におけるウェハ面内の調整は、アンドープＧaＮ層１１におけるＨ２,Ｎ２等のキャリアガスの流量とＮＨ３等の材料ガスの流量とを調整することによって行った。
【００３７】
上述のようにして調整された種々の結晶性と反りとの相関は、以下のようである。
【００３８】
図２〜図５には、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハに関して、エピタキシャル成長用基板の表面上における各エリアを示している。
【００３９】
図２〜図５において、略円形を成す上記エピタキシャル成長用基板２１の表面に、基板中心Ｏ、基板半径Ｒ、基板半径Ｒの１/５の長さ(１/５)Ｒ、基板半径Ｒの４/５の長さ(４/５)Ｒ、基板半径Ｒの３/５の長さ(３/５)Ｒ、基板半径Ｒより５ｍｍ短い(基板外周の５ｍｍ内側までの)長さｒを、設定する。
【００４０】
そして、上記エピタキシャル成長用基板２１上に上記窒化物半導体層を形成する際に上述のようにして面内の結晶性を制御した窒化物半導体エピタキシャルウェハを作製する。そして、上記設定された基板中心Ｏからの各長さに基づいて窒化物半導体エピタキシャルウェハに下記のごとく設けられた各エリアに関して、「反り」の評価を行った。
【００４１】
先ず、上記各エリアを示す。
【００４２】
エリア(Ａ)  …  半径(１/５)Ｒの円２２内の円エリア（図２参照）
エリア(Ｂ)  …  上記半径(１/５)Ｒの円２２から半径(３/５)Ｒの円２３までのトーラス(ドーナツ)エリア（図３参照）
エリア(Ｃ)  …  上記半径(３/５)Ｒの円２３から半径(４/５)Ｒの円２４までのトーラス(ドーナツ)エリア（図４参照）
エリア(Ｄ)  …  上記半径(４/５)Ｒの円２４から半径ｒの円２５までのトーラス(ドーナツ)エリア（図５参照）
【００４３】
次に、上記エリア(Ａ)〜エリア(Ｄ)におけるＧaＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅(以下、ＸＲＣ‐ＦＷＨＭと表記する)と反りとの関係を調査した。その結果、エリア(Ａ)とエリア(Ｄ)とにおける「ＧaＮ(１０-１２)のＸＲＣ‐ＦＷＨＭ」の差分値と反りとの間に関係が見られた。
【００４４】
すなわち、膜厚分布の(最大値−最小値)/最大値が５％以下に抑えられた上記窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、エリア(Ａ)の「ＧaＮ(１０-１２)のＸＲＣ‐ＦＷＨＭ」から、エリア(Ｄ)とにおける「ＧaＮ(１０-１２)のＸＲＣ‐ＦＷＨＭ」を引いた値(以下、単に差分値と言う)と、反りの指標であるＢＯＷとを計測した。ここで、上記「ＢＯＷ」とは、ウェハの中央部で評価した反りの量を指し、ウェハの表面と裏面とからの等距離点を結んだ中間面の凹凸の変位量である。
【００４５】
その場合における差分値の区分は、次に示す通りである。
【００４６】
差分値(１)  …  ０arcsec以上且つ１５arcsec未満
差分値(２)  …  １５arcsec以上且つ５０arcsec未満
差分値(３)  …  ５０arcsec以上且つ１００arcsec未満
差分値(４)  …  １００arcsec以上且つ２００arcsec未満
差分値(５)  …  ２００arcsec以上且つ３００arcsec未満
差分値(６)  …  ３００arcsec以上
【００４７】
また、上述した各差分値の区分に該当する上記ＢＯＷの平均値は、次の通りである。
【００４８】
BOW (１)  …  −１２１μm
BOW (２)  …  −１２１.３μm
BOW (３)  …  −６３.５μm
BOW (４)  …  −３４.１μm
BOW (５)  …  −４５.２μm
BOW (６)  …  −５８.６μm。
【００４９】
ここで、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける中心部(エリア(Ａ))と外周部((エリア(Ｄ))との結晶性に差異を生じさせる物理モデルは、ウェハ中心部と外周部との結晶性に差異を生じさせることによって、転位やナノパイプ等における密度および結晶中での曲がり方を制御する。こうすることにより、結晶成長時の温度変化からくる熱膨張係数差による応力に対して、上記中心部と上記外周部とのエピタキシャル成長用基板２１からの上記応力の伝わり方を変分散,抑制,変化させて、窒化物半導体エピタキシャルウェハ全体としてのバランスをとり、反りの抑制に効果を与えることである。
【００５０】
上記物理モデルにおいて、ＢＯＷを−５０μm以上に制御すれば、ＡlＧaＮバッファ層５〜ＡlＧaＮバリア層１２で成る窒化物半導体層内に発生する応力を低減できる。したがって、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハの差分値は上記差分値(４)が望ましい。すなわち、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハの差分値は１００arcsec以上且つ２００arcsec未満とするのが望ましい。
【００５１】
ところが、上記差分値が２００arcsec以上になると、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハを用いて作製されたデバイスにおけるデバイス特性の面内分布が大きくなり過ぎるため好ましくない。したがって、上記差分値は、２００arcsec未満が望ましいのである。
【００５２】
尚、上述したエリア(Ａ)とエリア(Ｄ)とにおける「ＧaＮ(１０-１２)のＸＲＣ‐ＦＷＨＭ」の差分値においては、中心部付近(エリア(ａ))の結晶性が良好な窒化物半導体エピタキシャルウェハが多い。しかしながら、逆に、外周部(エリア(Ｄ))の結晶性の方が良好な場合でも、上記と同様の考え方が適用できる。
【００５３】
以上の結果、半径(１/５)Ｒの円２２内の円エリア(Ａ)と、半径(４/５)Ｒの円２４から半径ｒの円２５までのトーラス(ドーナツ)エリア(Ｄ)と、における「ＧaＮ(１０-１２)のＸＲＣ‐ＦＷＨＭ」の差分値が１００arcsec以上且つ２００arcsec未満であることが好ましい。
【００５４】
以上のごとく、上記窒化物半導体層の結晶性におけるウェハ面内の結晶性のバランスを調整して、本窒化物半導体エピタキシャルウェハの反りを制御することができる。したがって、従来においては層厚や層構造に制限を加えていた上記窒化物半導体層の層構造に自由度を増しつつ、望ましい特性のデバイスを得ることが可能になる。
【００５５】
・第２実施の形態
本第２実施の形態は、上記第１実施の形態における窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける基板の種類に関する。
【００５６】
上記エピタキシャル成長用基板としてＳi,ＳiＣ,ＺnＯ,サファイアを用いた場合、通常においてはエピタキシャル成長用基板と窒化物半導体との熱膨張係数差が大きいため、エピタキシャル結晶成長中における昇温および降温時、特に結晶成長終了後の降温時に大きな歪応力が発生する。
【００５７】
そこで、本実施の形態においては、上記第１実施の形態の場合と同様に、上記半径(１/５)Ｒの円２２内の円エリア(Ａ)と、半径(４/５)Ｒの円２４から半径ｒの円２５までのトーラス(ドーナツ)エリア(Ｄ)と、における「ＧaＮ(１０-１２)のＸＲＣ‐ＦＷＨＭ」の差分値を１００arcsec以上且つ２００arcsec未満とすることによって、ウェハの中心部と外周部との結晶性に差異を生じさせる。
【００５８】
こうして、転位やナノパイプ等における密度および結晶中での曲がり方を制御することによって、エピタキシャル結晶成長時の温度変化からくる熱膨張係数差による応力に関して、中心部と外周部とに対するエピタキシャル成長用基板からの上記応力の伝わり方を変化させる効果を奏することができる。その結果、本窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける反りの制御に大きな影響を与えることが可能となる。
【００５９】
・第３実施の形態
本第３実施の形態は、上記第１実施の形態における窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける基板の構成に関する。
【００６０】
本実施の形態においては、エピタキシャル成長用基板のサイズを可能な限り大きく、基板厚を可能な限り厚くしている。こうして、基板サイズを大きくする程または基板厚を厚くする程、結晶成長温度の昇温速度および降温速度の緩和による体積変化速度をより低減することができ、欠陥発生をより効果的に抑制できるという効果を得ることができる。
【００６１】
したがって、例えば、上記エピタキシャル成長用基板の直径を３インチ以上、且つ厚さを１５００μm以上にすることによって、結晶成長時の温度変化からくる熱膨張係数差による応力の伝わり方を変分散,抑制,変化させて、本窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける反りを抑制することができる。
【００６２】
・第４実施の形態
本第４実施の形態は、上記第１実施の形態における窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法におけるＡlＮバッファ層の効果に関する。
【００６３】
窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造において、エピタキシャル成長用基板がＳiである場合、Ｓiと窒化物半導体であるＧaＮの反応を抑制するために、ＡlＮ層２が下地バッファ層として用いられる。そして、Ｓi基板１との界面に接するＡlＮ層２にはナノパイプ等の適度な大きさ(例えば数ｎｍ〜数十ｎｍ程度)の欠陥が発生する。
【００６４】
したがって、上記Ｓi基板１と窒化物半導体であるＧaＮとの反応を、上記ナノパイプ等の適度な大きさの欠陥によって、より効果的に抑制することができ、デバイス特性を改善することができる。
【００６５】
尚、上記各実施の形態においては、ＨＥＭＴ用窒化物半導体を作製するための窒化物半導体エピタキシャルウェハを例に挙げて説明した。しかしながら、この発明は、ＨＥＭＴ用窒化物半導体を作製するための窒化物半導体エピタキシャルウェハに限定されるものではなく、発光素子用の窒化物半導体エピタキシャルウェハ等にも適用できる。
【００６６】
以上を纏めると、この発明の窒化物半導体エピタキシャルウェハは、
エピタキシャル成長用基板１,２１と、
上記エピタキシャル成長用基板１,２１上に、エピタキシャル結晶成長された窒化物半導体層３〜１２と
を備え、
上記エピタキシャル成長用基板１,２１は、半径Ｒの略円を成しており、
上記エピタキシャル成長用基板１,２１の中心から半径(１/５)Ｒの円２２までの円形エリア(Ａ)におけるＧaＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅と、半径(４/５)Ｒの円２４から半径(Ｒ−５ｍｍ)の円２５までのトーラスエリア(Ｄ)におけるＧaＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅との差分値が、１００arcsec以上且つ２００arcsec未満である
ことを特徴としている。
【００６７】
上記構成によれば、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける中心部と外周部との結晶性に差異を生じさせることによって、転位やナノパイプ等における密度および結晶中での曲がり方を制御することができる。したがって、結晶成長時の温度変化からくる熱膨張係数差による応力に対して、上記中心部と上記外周部との上記エピタキシャル成長用基板１,２１からの上記応力の伝わり方を変分散,抑制,変化させて、窒化物半導体エピタキシャルウェハ全体としてのバランスをとり、反りの抑制に効果を与えることができる。
【００６８】
また、一実施の形態の窒化物半導体エピタキシャルウェハでは、
上記エピタキシャル成長用基板１,２１は、Ｓi,ＳiＣ,ＺnＯおよびサファイアのうちの何れかである。
【００６９】
上記エピタキシャル成長用基板１,２１として、上記窒化物半導体層３〜１２との熱膨張係数差が大きいＳi,ＳiＣ,ＺnＯまたはサファイアを用いた場合、結晶成長温度の昇温速度および降温速度、特に結晶成長終了後の降温時に、上記エピタキシャル成長用基板１,２１と上記窒化物半導体層３〜１２との熱膨張係数差から大きな歪応力が発生する。
【００７０】
この実施の形態によれば、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける中心部と外周部との結晶性に差異を生じさせて転位やナノパイプ等における密度および結晶中での曲がり方を制御することによって、結晶成長時の温度変化からくる熱膨張係数差による応力に対して、上記中心部と上記外周部との上記エピタキシャル成長用基板１,２１からの上記応力の伝わり方を変分散,抑制,変化させることができる。
【００７１】
したがって、上記窒化物半導体層３〜１２との熱膨張係数差が大きいＳi,ＳiＣ,ＺnＯあるいはサファイアを上記エピタキシャル成長用基板１,２１として用いた場合であっても、反りの抑制に効果を与えることができる。
【００７２】
また、一実施の形態の窒化物半導体エピタキシャルウェハでは、
上記エピタキシャル成長用基板１,２１の直径は３インチ以上であり、且つ厚さは１５００μm以上である。
【００７３】
この実施の形態によれば、上記エピタキシャル成長用基板１,２１の直径を３インチ以上、且つ厚さを１５００μm以上としている。したがって、基板サイズを大きく、基板厚を厚くして、結晶成長時の温度変化からくる熱膨張係数差による応力の伝わり方を変分散,抑制,変化させることができる。
【００７４】
また、この発明の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法は、
エピタキシャル成長用基板１,２１上に、窒化物半導体をエピタキシャル結晶成長させるエピタキシャル成長工程を備え、
上記エピタキシャル成長工程で得られる窒化物半導体エピタキシャルウェハに関して、半径Ｒの上記エピタキシャル成長用基板１,２１の中心から半径(１/５)Ｒの円２２までの円形エリア(Ａ)におけるＧaＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅と、半径(４/５)Ｒの円２４から半径(Ｒ−５ｍｍ)の円２５までのトーラスエリア(Ｄ)におけるＧaＮ(１０-１２)のＸ線ロッキングカーブ半値全幅との差分値が、１００arcsec以上且つ２００arcsec未満となるように、上記エピタキシャル成長工程を行う
ことを特徴としている。
【００７５】
上記構成によれば、上記窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける中心部と外周部との結晶性に差異を生じさせることによって、転位やナノパイプ等における密度および結晶中での曲がり方を制御することができる。したがって、結晶成長時の温度変化からくる熱膨張係数差による応力に対して、上記中心部と上記外周部との上記エピタキシャル成長用基板１,２１からの上記応力の伝わり方を変分散,抑制,変化させて、窒化物半導体エピタキシャルウェハ全体としてのバランスをとり、反りの抑制に効果を与えることができる。
【００７６】
また、一実施の形態の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法では、
上記エピタキシャル成長工程は、上記エピタキシャル成長用基板１,２１上にＡlＮ下地層をエピタキシャル結晶成長させる工程と、上記ＡlＮ下地層上に上記窒化物半導体をエピタキシャル結晶成長させる工程とを含んでいる。
【００７７】
この実施の形態によれば、上記エピタキシャル成長用基板１,２１がＳiである場合に、ＳiとＧaＮとの反応を抑えるために、下地バッファ層としてＡlＮが用いられる。その場合に、Ｓiとの界面に接するＡlＮ層２にナノパイプ等の適度な大きさの欠陥が発生する。したがって、上記Ｓi基板と上記窒化物半導体であるＧaＮとの反応を、上記ナノパイプ等の適度大きさの欠陥によって、より効果的に抑制することができ、デバイス特性を改善することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１  Ｓi(１１１)基板
２  ＡlＮ層
３  Ａl０.５０Ｇa０.５０Ｎ層
４  ＧaＮ層
５  ＡlＧaＮバッファ層
６  ＡlＮ層
７  Ａl０.０５Ｇa０.９５Ｎ層
８  Ａl０.９０Ｇa０.１０Ｎ層
９  Ａl０.１０Ｇa０.９０Ｎ層
１０  超格子バッファ層
１１  アンドープＧaＮ層
１２  ＡlＧaＮバリア層
２１  エピタキシャル成長用基板
２２  半径(１/５)Ｒの円
２３  半径(３/５)Ｒの円
２４  半径(４/５)Ｒの円
２５  半径ｒの円
(Ａ),(Ｂ),(Ｃ),(Ｄ)  エリア
【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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