(57)【要約】【課題】窒化物半導体層にピットが発生するのを抑制することが可能な窒化物半導体積層基板、窒化物半導体装置および窒化物半導体積層基板の製造方法を提供すること。【解決手段】窒化物半導体積層基板１１１は、（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した面を主面とするＳｉ基板１０１と、このＳｉ基板１０１の上にエピタキシャル成長した少なくとも１つの窒化物半導体層１０２，１０３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した面を主面とするＳｉ基板と、
このＳｉ基板の上にエピタキシャル成長した少なくとも１つの窒化物半導体層と
を備えることを特徴とする窒化物半導体積層基板。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体積層基板において、
上記Ｓｉ基板上に、層厚が５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下のＡｌＮ層を積層したことを特徴とする窒化物半導体積層基板。
【請求項３】
請求項２に記載の窒化物半導体積層基板において、
上記ＡｌＮ層は、（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が２５００arcsec以下であることを特徴とする窒化物半導体積層基板。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１つに記載の窒化物半導体積層基板と、
上記窒化物半導体積層基板上に積層された窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上に設けた電極と
を備えることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項５】
（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した面を主面とするＳｉ基板を準備する工程と、
上記Ｓｉ基板の主面の上に、少なくとも１つの窒化物半導体層をエピタキシャル成長する工程と
を備えることを特徴とする窒化物半導体積層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物半導体積層基板、窒化物半導体装置および窒化物半導体積層基板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。この窒化物半導体は、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され、実用化されている。
【０００３】
また、窒化物半導体を用いた制御デバイスは、高周波かつ高出力で動作するパワー素子などに用いられており、中でも、高周波帯域での増幅に適した制御デバイスとして、例えば高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などのＦＥＴが知られている。
【０００４】
従来、窒化物半導体積層基板としては、特開２００８−１６６３４９号公報（特許文献１）に記載のものがある。この従来の窒化物半導体積層基板は、Ｓｉ基板上に、バリア層としてＡｌＮ層と、Ａｌ組成を層厚方向に変化させたバッファ層としてのＡｌＧａＮ層と、ＧａＮ層を順次エピタキシャル成長している。
【０００５】
このように、上記従来の窒化物半導体積層基板は、Ｓｉ基板を用いているから、サファイア基板やＳｉＣ（炭化シリコン）基板を用いる場合に比べて、安価であり、また、ＡｌＮ層とＧａＮ層との間に、Ａｌ組成を層厚方向に変化させたＡｌＧａＮ層を挟み込んでいるから、反り、クラックの発生が少ないという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１６６３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の窒化物半導体積層基板には、Ｓｉ基板上に形成されたＡｌＮ層の表面、および、そのＡｌＮ直上のＡｌＧａＮ層の表面にピットが発生しやすいという問題がある。
【０００８】
このピットは、ＳｉとＡｌＮの格子定数差から生じる貫通転位が発生起源になっていると考えられ、そのピット上にＧａＮ層などの窒化物半導体層を成長させて、窒化物半導体装置を製造した場合、リーク等の要因となるため、発光デバイスならびに制御デバイスともに、その特性に悪い影響を与える。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、窒化物半導体層にピットが発生するのを抑制することが可能な窒化物半導体積層基板、窒化物半導体装置および窒化物半導体積層基板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】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明の窒化物半導体積層基板は、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した面を主面とするＳｉ基板と、
このＳｉ基板の上にエピタキシャル成長した少なくとも１つの窒化物半導体層と
を備えることを特徴としている。
【００１１】
また、この発明の窒化物半導体装置は、
上述の窒化物半導体積層基板と、
上記窒化物半導体積層基板上に積層された窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上に設けた電極と
を備えることを特徴としている。
【００１２】
また、この発明の窒化物半導体積層基板の製造方法は、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した面を主面とするＳｉ基板を準備する工程と、
上記Ｓｉ基板の主面の上に、少なくとも１つの窒化物半導体層をエピタキシャル成長する工程と
を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、窒化物半導体層のピットを抑制することができて、窒化物半導体装置の特性を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第１実施形態の窒化物半導体積層基板の断面模式図である。
【図２】Ｓｉ基板の主面の（１１１）面から（０１１）方向へのオフ角と、ピット数との関係を示すグラフである。
【図３】この発明の第２実施形態の窒化物半導体積層基板の断面模式図である。
【図４】Ａｌ層の層厚とピット数と関係を示すグラフである。
【図５】この発明の第３実施形態の窒化物半導体積層基板の断面模式図である。
【図６】ＡｌＮ層の（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅とピット数との関係を示すグラフである。
【図７】この発明の第４実施形態の窒化物半導体積層基板の断面模式図である。
【図８】この発明の第６実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）の要部を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）（ＡｌＮ層／Ｓｉ基板  オフ角依存性）
図１に示すように、第１実施形態の窒化物半導体積層基板１１１は、Ｓｉ基板１０１と、このＳｉ基板１０１上にエピタキシャル成長した窒化物半導体層の一例としてのＡｌＮ層１０２と、このＡｌＮ層１０２上にエピタキシャル成長した窒化物半導体層の一例としてのＡｌＧａＮ層１０３とからなる。
【００１６】
上記Ｓｉ基板１０１は、（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した面を主面としている。
【００１７】
上記ＡｌＮ層１０２は、バリア層として機能し、ＡｌＧａＮ層１０３は、バッファ層として機能する。
【００１８】
この明細書で、窒化物半導体とは、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等のことを言い、より詳しくは、一般式ＩｎｘＡｌyＧａ1−x−yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される半導体のことを言う。
【００１９】
次に、上記窒化物半導体積層基板１１１の製造工程を、比較例と対比しつつ、説明する。下記のサンプル１，５は、比較例であり、サンプル２〜４は、この第１実施形態に含まれるものである。
【００２０】
まず、Ｓｉ基板のサンプルとして、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．０７度のオフ角度で傾斜した面を主面とするサンプル１のＳｉ基板（図示せず）と、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度のオフ角度で傾斜した面を主面とするサンプル２のＳｉ基板１０１と、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．２０度のオフ角度で傾斜した面を主面とするサンプル３のＳｉ基板１０１と、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．５０度のオフ角度で傾斜した面を主面とするサンプル４のＳｉ基板１０１と、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．６０度のオフ角度で傾斜した面を主面とするサンプル５のＳｉ基板（図示せず）と
の５種類のサンプルのＳｉ基板を準備した。
【００２１】
比較例のサンプル１，５のＳｉ基板（図示せず）は、図１に示すＳｉ基板１０１に相当しなく、一方、サンプル２〜４のＳｉ基板１０１は、図１に示すＳｉ基板１０１に相当する。
【００２２】
この５種類のサンプルのＳｉ基板を希釈フッ酸で処理し、Ｓｉ基板の自然酸化膜を除去した。その後、Ｓｉ基板をＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置のリアクタ内に導入した。次に、５種類のサンプルのＳｉ基板の温度を１１００℃に昇温した後、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、Ｓｉ基板の主面に、ＡｌＮ層１０２を成長速度４００ｎｍ／ｈｒで、１８０ｎｍ成長した。
【００２３】
次に、５種類のサンプルのＳｉ基板の温度を１１００℃にしたまま、ＮＨ3、ＴＭＡおよびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を供給し、上記ＡｌＮ層１０２上に、厚さ２００ｎｍでＡｌ組成比０．６のＡｌＧａＮバッファ層１０３をエピタキシャル成長した。
【００２４】
以上の製造工程により、Ｓｉ基板１０１の主面上に、ＡｌＮ層１０２、ＡｌＧａＮバッファ層１０３が設けられた窒化物半導体積層基板が得られた。
【００２５】
上記製造方法により製造した
上述の０．０７度のオフ角度のサンプル１のＳｉ基板を用いた窒化物半導体積層基板（サンプル１−１：比較例）と、
上述の０．１１度のオフ角度のサンプル２のＳｉ基板１０１を用いた窒化物半導体積層基板１１１（サンプル１−２）と、
上述の０．２０度オフ角度のサンプル３のＳｉ基板１０１を用いた窒化物半導体積層基板１１１（サンプル１−３）と、
上述の０．５０度のオフ角度のサンプル４のＳｉ基板を用いた窒化物半導体積層基板１１１（サンプル１−４）と、
上述の０．６０度のオフ角度のサンプル５のＳｉ基板を用いた窒化物半導体積層基板１１１（サンプル１−５：比較例）と
の５種類の窒化物半導体積層基板夫々に対して、ＡｌＧａＮ層１０３の表面状態をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した。
【００２６】
その結果、ＡｌＧａＮ層１０３の表面において、直径１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下のサイズのピットの数について、２０μｍ□エリア（５箇所）内の平均数は、
サンプル１−１は１５.５個、
サンプル１−２は０．９個、
サンプル１−３は０．５個、
サンプル１−４は０．８個、
サンプル１−５は１１．３個
であった。
【００２７】
この状態を、図２に片対数グラフで示している。
【００２８】
この図２から、この第１実施形態にように、Ｓｉ基板１０１が、（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角を有すると、窒化物半導体積層基板１１１の表面において、直径１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下のサイズのピットの数が著しく低減できることが分かる。この第１実施形態のように、窒化物半導体積層基板１１１の表面のピット数が少ないと、この窒化物半導体積層基板１１１を用いた窒化物半導体装置（図示せず）のリーク電流を低減できる。
【００２９】
上記の現象に関して、上記オフ角が０．１１度以上の場合は、成長表面のテラス幅が短くなり、ＡｌＮとＳｉの格子定数差から生じる歪を緩和しやすくでき、貫通転位の発生、しいては貫通転位から生じるピットを抑制することができると推定される。また、上記オフ角が０．５０度より大きい場合は、ＡｌＮが成長表面をマイグレーションする能力が小さいため、テラス上に核が形成されて、マクロ的には３次元状に成長し、核同士が会合したエリアで転位が発生すると考えられる。
【００３０】
この第１実施形態では、Ｓｉ基板１０１が、（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角を有するので、エピタキシャル成長表面のテラス幅が短くなって、ＡｌＮとＳｉの格子定数差から生じる歪を緩和しやすくでき、貫通転位の発生を抑制でき、ひいては、貫通転位から生じるピットの発生を抑制することができる。
【００３１】
（第２実施形態）（ＡｌＮ層/Ｓｉ基板  ＡｌＮ層層厚依存性）
図３は、第２実施形態の窒化物半導体積層基板２１１の断面模式図であり、この窒化物半導体積層基板２１１は、Ｓｉ基板２０１上に、ＡｌＮ層２０２と、ＡｌＧａＮ層２０３とを積層してなる。
【００３２】
上記窒化物半導体積層基板２１１は、第１実施形態と同様の方法で作製し、Ｓｉ基板２０１上に、バリア層として機能するＡｌＮ層２０２と、バッファ層として機能するＡｌＧａＮ層２０３とを順次エピタキシャル成長している。
【００３３】
詳細は、以下の通りである。上記Ｓｉ基板２０１は、（１１１）面から（０１１）方向に、０．２０度のオフ角で傾斜した面を主面としている。
【００３４】
上記Ｓｉ基板２０１上のＡｌＮ層２０２は、層厚が
４０ｎｍ（サンプル２−１）と、
５０ｎｍ（サンプル２−２）と、
１００ｎｍ（サンプル２−３）と、
１８０ｎｍ（サンプル２−４）と、
４００ｎｍ（サンプル２−５）と、
４５０ｎｍ（サンプル２−６）と、
５００ｎｍ（サンプル２−７）と
の７種類のものを作成し、それらのＡｌＮ層２０２上に、同じＡｌＧａＮ層２０３を積層して、７種類の半導体積層基板２１１を製造した。
【００３５】
上述の７種類の半導体積層基板２１１の夫々に対して、ＡｌＧａＮ層２０３の表面状態をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した。
【００３６】
その結果、上記ＡｌＧａＮ層２０３の表面において、直径１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下のサイズのピットの数について、２０μｍ□エリア（５箇所）内の平均数は、
サンプル２−１は２５．６個、
サンプル２−２は１．３個、
サンプル２−３は０．８個、
サンプル２−４は０．５個、
サンプル２−５は１．４個
サンプル２−６は１３．８個、
サンプル２−７は２１．７個
であった。
【００３７】
この状態を、図４に片対数グラフで示している。
【００３８】
この図４から、ＡｌＮ層２０３の層厚が５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下であると、ＡｌＧａＮ層２０３の表面において、直径１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下のサイズのピットの数が著しく減少することが分かる。この第２実施形態では、ＡｌＮ層２０２の層厚を、５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下にしている。
【００３９】
なお、ここでは、上記Ｓｉ基板２０１は、（１１１）面から（０１１）方向に、０．２０度のオフ角で傾斜した面を主面としているが、Ｓｉ基板２０１が、（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１から０．５０度のオフ角で傾斜した面を主面としていても、図４と同じ傾向が得られた。
【００４０】
この第２施形態のように、窒化物半導体積層基板２１の表面のピット数が少ないと、この窒化物半導体積層基板２１１を用いた窒化物半導体装置（図示せず）は、リーク電流の低減等の電気的な特性が改善できる。
【００４１】
上記の現象に関して、ＡｌＮ層２０２の層厚が５０ｎｍより薄い場合、ＡｌＮ層２０２がバリア層つまりカバー層として充分に機能せず、ＡｌＧａＮ層２０３の成長時に使用するＴＭＧのＧａとＳｉ基板が反応して、基板表面を荒らして、ピット等の発生要因となる貫通転位が発生しやすくなったと推定される。
【００４２】
また、ＡｌＮ層２０２の層厚が４００ｎｍよりも厚い場合、ＡｌＮ層２０２およびＡｌＧａＮ層２０３の成長中に、ＳｉとＡｌＮの格子定数差が要因となる基板の反りが大きくなって、ＡｌＮ層２０２、ＡｌＧａＮ層２０３に歪応力が加わって、ピットが発生しやすくなったと考えられる。
【００４３】
（第３実施形態）（ＡｌＮ層／Ｓｉ基板  結晶性依存性）
図５は、第３実施形態の窒化物半導体積層基板３１１の断面模式図であり、この窒化物半導体積層基板３１１は、Ｓｉ基板３０１上に、ＡｌＮ層３０２、ＡｌＧａＮ層３０３をエピタキシャル成長してなる。
【００４４】
上記窒化物半導体積層基板３１１は、第１および第２実施形態と同様の方法で作製し、Ｓｉ基板３０１上に、バリア層として機能するＡｌＮ層３０２と、バッファ層として機能するＡｌＧａＮ層３０３とを順次エピタキシャル成長している。
【００４５】
詳細は、以下の通りである。上記Ｓｉ基板３０１は、（１１１）面から（０１１）方向に、０．２０度のオフ角で傾斜した面を主面としている。上記ＡｌＮ層３０２は、層厚が１８０ｎｍであり、そのＡｌＮ層３０２の成長速度を変化させて、（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が異なるサンプルを製造した。ＡｌＮ層３０２の（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅の調整は、Ｓｉ基板３０１上に、各ＡｌＮ層３０２を成長させるときの成長速度を変化させて行った。
【００４６】
そして、ＡｌＮ層３０２の（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が
１９００arcsec（サンプル３−１）と、
２２００arcsec（サンプル３−２）と、
２５００arcsec（サンプル３−３）と、
２６５０arcsec（サンプル３−４）と
の４種類の窒化物半導体積層基板３１１を製造した。
【００４７】
この４種類の窒化物半導体積層基板３１１の夫々に対して、ＡｌＧａＮ層３０３の表面状態をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した。
【００４８】
その結果、上記ＡｌＧａＮ層３０３の表面において、直径１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下のサイズのピットの数について、２０μｍ□エリア（５箇所）内の平均数は、
サンプル３−１は０．５個、
サンプル３−２は０．８個、
サンプル３−３は１．８個、
サンプル３−４は１２．３個、
であった。
【００４９】
この状態を、図６に片対数グラフで示している。
【００５０】
この図６から、Ｓｉ基板３０１上のＡｌＮ層３０２の（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は、２５００arcsec以下が好ましいことが分かる。
【００５１】
この現象に関して、ＡｌＮ層３０２の（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が２５００arcsecよりも大きくなると、結晶性が悪い場合に、ピットの要因となる貫通転位等が入り易くなったと考えられる。
【００５２】
逆に、上記ＡｌＮ層３０２の（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が２５００arcsec以下であると貫通転位が比較的少なくなって、ＡｌＧａＮ層３０を積層する際に、ＳｉとＧａの反応を抑制し、また結晶性が良好なため貫通転位の発生、ひいてはピットの発生を抑制することが可能となったと考えられる。
【００５３】
なお、ここでは、上記Ｓｉ基板３０１は、（１１１）面から（０１１）方向に、０．２０度のオフ角で傾斜した面を主面としているが、Ｓｉ基板２０１が、（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１から０．５０度のオフ角で傾斜した面を主面としていても、図６と同じ傾向が得られる。また、上記ＡｌＮ層３０２は、層厚が１８０ｎｍであったが、ＡｌＮ層３０２の層厚が５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下であっても、層厚が１８０ｎｍの場合と略同様の結果が得られた。
【００５４】
（第４実施形態）（ＧａＮ層／ＡｌＧａＮ層／ＡｌＮ層／Ｓｉ基板  ＡｌＮ層混晶比、ＧａＮ層の層厚）
図７は、第４実施形態の窒化物半導体積層基板４１１の断面模式図である。この窒化物半導体積層基板４１１は、Ｓｉ基板１０１上に、ＡｌＮ層１０２とＡｌＧａＮ層４０３とＧａＮ層４０４とを順次エピタキシャル成長してなる。
【００５５】
上記Ｓｉ基板１０１およびＡｌＮ層１０２は、第１実施形態のＳｉ基板１０１およびＡｌＮ層１０２と同じ構成を有するので、第１実施形態と同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。
【００５６】
上記ＡｌＧａＮ層４０３は、ＡｌｘＧａ1−xＮ層（０.３≦ｘ≦０．８）である。つまり、上記ＡｌＧａＮ層４０３のＡｌ組成は、３０％以上、８０％以下である。また、上記ＧａＮ層４０４は、１００ｎｍ以上の層厚を有する。
【００５７】
上記構成の窒化物半導体積層基板４１１によれば、その窒化物半導体積層基板４１１全体の反りを抑えることができて、窒化物半導体層、つまり、ＡｌＮ層１０２，ＡｌＧａＮ層４０３，ＧａＮ層４０４に与える歪応力を低減して、転位およびピットの発生を抑制することができる。
【００５８】
（第５実施形態）（ＡｌＮ層／Ｓｉ基板  Ｓｉ基板を凹凸加工）
この第５実施形態の窒化物半導体積層基板は、図示しないが、図１の第１実施形態の窒化物半導体積層基板１１１とは、Ｓｉ基板の表面を除いて同じ構成を有する。したがって、第１実施形態の構成要素と同じ構成要素については、第１実施形態の図１を援用する。
【００５９】
この第５実施形態の窒化物半導体積層基板のＳｉ基板は、（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した面が上記Ｓｉ基板の表面の３０％以上となるように、上記Ｓｉ基板の表面に凹凸を有する。
【００６０】
こうした場合でも、第１実施形態で検証した結果と略同じ結果が得られた。また、この第５実施形態のＳｉ基板に、第２および第３実施形態と同じ窒化物半導体層を積層しても、第２および第３実施形態と略同じ効果が得られた。
【００６１】
この第５実施形態の窒化物半導体積層基板によれば、上記Ｓｉ基板の表面の３０％以上の領域で、成長表面のテラス幅が短くなって、ＡｌＮとＳｉの格子定数差から生じる歪を緩和しやすくでき、貫通転位の発生を少なくでき、ひいては貫通転位から生じるピットを抑制することができる。したがって、この窒化物半導体積層基板を用いて、窒化物半導体装置を作れば、リーク電流の減少等ができて、電気的特性を改善できる。
【００６２】
（第６実施形態）（窒化物半導体装置）
図８は、この発明の窒化物半導体装置の一例としての第６実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）の要部を示す断面図である。図８において、Ｓｉ基板１０１、ＡｌＮ層１０２、ＡｌＧａＮ層１０３および窒化物半導体積層基板１１１は、図１に示す第１実施形態のＳｉ基板１０１、ＡｌＮ層１０２、ＡｌＧａＮ層１０３および窒化物半導体積層基板１１１と全く同じ構成を有するので、第１実施形態と同じ参照番号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００６３】
図８に示すように、この第６実施形態のＨＦＥＴは、上記ＡｌＧａＮ層１０３上に、アンドープＧａＮ層２、アンドープＡｌＧａＮ層３をエピタキシャル成長により形成している。このアンドープＧａＮ層２とアンドープＡｌＧａＮ層３とがヘテロ接合を有するＧａＮ系積層体５を構成している。上記アンドープＧａＮ層２とアンドープＡｌＧａＮ層３との界面に２ＤＥＧ(２次元電子ガス)６が発生する。
【００６４】
また、上記ＧａＮ系積層体５には、アンドープＧａＮ層２に達するリセスを形成し、このリセスにドレイン電極１１とソース電極１２とをオーミック電極として形成している。このドレイン電極１１とソース電極１２は、例えば、一例として、Ｔｉ層、Ａｌ層、ＴｉＮ層が順に積層されたＴｉ/Ａｌ/ＴｉＮ電極である。また、上記アンドープＡｌＧａＮ層３上に、ゲート電極１３を形成している。このゲート電極１３は、例えば、アンドープＡｌＧａＮ層３とショットキー接合するショットキー電極であり、例えば、ＴｉＮで作製している。尤も、ゲート電極は、絶縁膜上に形成して、絶縁ゲート電極構造としてもよい。
【００６５】
上記アンドープＡｌＧａＮ層３、ドレイン電極１１、ソース電極１２およびゲート電極１３上に、図示しない層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に図示しないドレイン電極パッド、ソース電極パッドおよびゲート電極パッドを設けている。そして、上記ドレイン電極１１、ソース電極１２およびゲート電極１３を、夫々、図示しないビアホールを介して、ドレイン電極パッド、ソース電極パッドおよびゲート電極パッドに電気接続している。
【００６６】
この第６実施形態のＨＦＥＴは、第１実施形態の窒化物半導体積層基板１１１を有するので、貫通転位に起因するピットの発生を抑制することができ、したがって、リーク電流等を低減できる。
【００６７】
なお、第１実施形態の窒化物半導体積層基板１１１に代えて、第２〜第５実施形態の窒化物半導体積層基板２１１，３１１，４１１を用いても、同様の効果が得られる。
【００６８】
この第６実施形態では、ＧａＮ系積層体５は、アンドープＧａＮ層２とアンドープＡｌＧａＮ層３を積層して構成していたが、ＧａＮ系積層体は、ＡlＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ(Ｘ≧０、Ｙ≧０、０≦Ｘ＋Ｙ＜１)で表されるＧａＮ系半導体層を積層したものであればよい。例えば、ＧａＮ系積層体は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を含むものであってもよい。
【００６９】
また、この第６実施形態では、ＡｌＧａＮ層３に、アンドープＧａＮ層２に達するリセスを形成し、このリセスにドレイン電極１１とソース電極１２をオーミック電極として形成したが、上記リセスを形成しないで、上記アンドープＧａＮ層上のアンドープＡlＧａＮ層上にドレイン電極とソース電極を形成し、アンドープＡｌＧａＮ層の層厚を薄くすることによってドレイン電極とソース電極がオーミック電極になるようにしてもよい。
【００７０】
この第６実施形態では、窒化物半導体装置の一例として、ＨＦＥＴについて説明したが、この発明の窒化物半導体装置は、第１〜第５実施形態等の窒化物半導体積層基板１１１，２１１，３１１，４１１等を用いるものであればどのようなものであってもよく、例えば、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ：High Electron Mobility Transistor）、ＭＩＳＦＥＴ（金属−絶縁体−半導体  電界効果トランジスタ：Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）、接合型ＦＥＴ、ＬＥＤ（発光ダイオード）、半導体レーザ等であってもよい。
【００７１】
また、窒化物半導体装置の種類に応じて、電極は、ドレイン電極、ソース電極、ゲート電極、エミッタ電極、コレクタ電極、ベース電極、アノード電極、カソード電極等となることは勿論である。
【００７２】
また、上記第１〜第６実施形態では、バリア層としてＡｌＮ層１０２，２０２，３０２を用いていたが、それに代えて、例えば、ｐ−ＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＮ等からなる層を用いることができる。また、バッファ層としてのＡｌＧａＮ層は、特許文献１のように、Ａｌ組成を層厚方向に変化させてもよい。
【００７３】
この発明および実施形態を纏めると、次のようになる。
【００７４】
この発明の窒化物半導体積層基板１１１，２１１、３１１，４１１は、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した面を主面とするＳｉ基板１０１，２０１，３０１と、
このＳｉ基板１０１，２０１，３０１の上にエピタキシャル成長した少なくとも１つの窒化物半導体層１０２，１０３，２０２，２０３，３０２，３０３，４０３，４０４と
を備えることを特徴としている。
【００７５】
上記構成の窒化物半導体積層基板によれば、Ｓｉ基板１０１，２０１，３０１が、（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角を有するので、エピタキシャル成長表面のテラス幅が短くなって、例えばＡｌＮとＳｉの格子定数差から生じる歪を緩和しやすくでき、貫通転位の発生を抑制でき、ひいては、貫通転位から生じるピットを抑制することができる。
【００７６】
このように、上記窒化物半導体積層基板１１１，２１１、３１１，４１１の表面のピット数が少ないので、この窒化物半導体積層基板１１１，２１１、３１１，４１１を用いた窒化物半導体装置のリーク電流等を低減できる。
【００７７】
１実施形態では、
上記Ｓｉ基板２０１上に、層厚が５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下のＡｌＮ層２０２を積層している。
【００７８】
上記実施形態によれば、ＡｌＮ層２０３の層厚が５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下であるので、ＳｉとＧａとの反応を抑制して、例えば、ＡｌＧａＮ層２０３の表面において、直径１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下のサイズのピットの数を著しく減少することができる。
【００７９】
１実施形態では、
上記ＡｌＮ層３０２は、（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が２５００arcsec以下である。
【００８０】
上記実施形態によれば、上記ＡｌＮ層３０２の（０００２）面のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が２５００arcsec以下であるので、貫通転位の発生、ひいてはピットの発生を抑制することが可能となる。
【００８１】
１実施形態の窒化物半導体積層基板４１１は、
上記ＡｌＮ層１０２上に、ＡｌｘＧａ1−xＮ層４０３（０.３≦ｘ≦０．８）を積層し、
このＡｌｘＧａ1−xＮ層４０３の上に、１００ｎｍ以上の厚さのＧａＮ層４０４を積層している。
【００８２】
上記実施形態によれば、窒化物半導体積層基板４１１全体の反りを抑えることができて、窒化物半導体層、つまり、ＡｌＮ層１０２，ＡｌＧａＮ層４０３，ＧａＮ層４０４に与える歪応力を低減して、転位およびピットの発生を抑制することができる。
【００８３】
１実施形態では、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した上記面が上記Ｓｉ基板の表面の３０％以上となるように、上記Ｓｉ基板の表面が凹凸を有する。
【００８４】
上記実施形態によれば、上記Ｓｉ基板の表面の３０％以上の領域で、成長表面のテラス幅が短くなって、ＡｌＮとＳｉの格子定数差から生じる歪を緩和しやすくでき、貫通転位の発生を少なくでき、ひいては貫通転位から生じるピットを抑制することができる。したがって、リーク電流の減少等ができる。
【００８５】
この発明の窒化物半導体装置は、
上述の窒化物半導体積層基板１１１と、
上記窒化物半導体積層基板１１１上に積層された窒化物半導体層２，３と、
上記窒化物半導体層２、３上に設けた電極１１，１２，１３と
を備えることを特徴としている。
【００８６】
この発明の窒化物半導体装置によれば、貫通転位に起因するピットの発生を抑制して、リーク電流を少なくすることができる。
【００８７】
この発明の窒化物半導体積層基板の製造方法は、
（１１１）面から（０１１）方向に、０．１１度以上、０．５０度以下のオフ角で傾斜した面を主面とするＳｉ基板１０１，２０１，３０１を準備する工程と、
上記Ｓｉ基板１０１，２０１，３０１の主面の上に、少なくとも１つの窒化物半導体層１０２，２０２，３０２，１０３，２０３，３０３，４０３，４０４をエピタキシャル成長する工程と
を備えることを特徴としている。
【００８８】
この発明の窒化物半導体積層基板の製造方法によれば、貫通転位に起因するピットを低減できて、リーク電流等の少ない電気的特性が改善された窒化物半導体積層基板を得ることができる。
【００８９】
上記第１〜第６実施形態および変形例で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいのは、勿論である。
【符号の説明】
【００９０】
２，４０４  ＧａＮ層
３，１０３，２０３，３０３，４０３  ＡｌＧａＮ層
１０１，２０１，３０１  Ｓｉ基板
１０２，２０２，３０２  ＡｌＮ層
１１  ドレイン電極
１２  ソース電極
１３  ゲート電極
１１１，２１１、３１１，４１１  窒化物半導体積層基板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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