(57)【要約】【課題】反りと欠陥とを抑制可能な窒化物半導体を提供する。【解決手段】窒化物半導体は、Ｓi基板(１)と、上記Ｓi基板(１)上に形成されると共に、窒化物半導体で成るバッファ層(６,７),チャネル層(８)および電子供給層(９)がこの順序で積層された窒化物半導体積層構造とを備え、上記Ｓi基板(１) には、少なくともボロンまたはゲルマニウムが含有されており、上記Ｓi基板(１)の比抵抗値は、１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓi基板と、
上記Ｓi基板上に形成されると共に、窒化物半導体で成るバッファ層,チャネル層および電子供給層がこの順序で積層された窒化物半導体積層構造と
を備え、
上記Ｓi基板には、少なくともボロンまたはゲルマニウムが含有されており、
上記Ｓi基板の比抵抗値は、１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下である
ことを特徴とする窒化物半導体。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体において、
上記Ｓi基板は、
厚さが、５００μm以上且つ１４００μm以下であり、
直径が、９０mm以上且つ２２０mm以下である
ことを特徴とする窒化物半導体。
【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において、
上記Ｓi基板は、不純物濃度が４.５Ｅ１８/cm3以上、且つ１.００Ｅ１９/cm3未満である
ことを特徴とする窒化物半導体。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の窒化物半導体において、
上記Ｓi基板上であって、且つ上記バッファ層下には、ＡlＮ初期成長層が形成されており、
上記ＡlＮ初期成長層に対するＸ線回折のωスキャンにおけるロッキングカーブの半値全幅は、８００arcsec以上、且つ３０００arcsec未満である
ことを特徴とする窒化物半導体。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一つに記載の窒化物半導体を、窒化物半導体基板として用いる
ことを特徴とする電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物半導体およびそれを用いた電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を用いた電子デバイスとしては、一般的にＡlＧaＮとＧaＮとから成るヘテロ接合を用いた構造が用いられている。
【０００３】
具体的な構造としては、サファイアやＳi等の基板の上に形成された窒化物半導体から成るバッファ層、一般的にＧaＮから成るチャネル層、上記ＧaＮチャネル層上に形成されたＡlＧaＮから成る障壁層、上記ＡlＧaＮ障壁層と上記ＧaＮチャネル層との界面に形成された２次元電子ガス、上記ＧaＮチャネル層とオーミック接触を形成するソース電極およびドレイン電極、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に形成されたゲート電極から構成されている。
【０００４】
Ｓi基板上に窒化物半導体のエピタキシャル成長を行った場合、上記Ｓi基板と上記窒化物半導体との熱膨張係数や格子定数の差異から、上記Ｓi基板が大きく反り、クラック等が発生する。したがって、そのままでは、電子デバイスの製造には適さない。
【０００５】
そこで、上記Ｓi基板の反りを制御する方法として、Ｓi基板のドーピング濃度を１Ｅ１９/cm３以上に上げる(Ｓi基板の比抵抗値を１０ｍΩ・cm以下に抑え)ことにより、基板の反りを抑制御する方法が提案されている。
【０００６】
例えば、特許第４５１９１９６号公報(特許文献１)および特許第５５４６３０１号公報(特許文献２)に開示された電子デバイス用エピタキシャル基板では、Ｓi単結晶基板へのボロンの添加濃度を１０19/cm3以上とすることにより、上記Ｓi単結晶基板の比抵抗値を０.０１Ω・cm以下に調整する。こうして、上記Ｓi単結晶基板の比抵抗値を０.０１Ω・cm以下にすることによって、電子デバイス用エピタキシャル基板の反り形状の適正化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５１９１９６号公報
【特許文献２】特許第５５４６３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に開示された従来の電子デバイス用エピタキシャル基板においては、以下のような問題がある。
【０００９】
すなわち、Ｓi基板の比抵抗値を下げるために、ボロン(Ｂ)等の添加量を増加させた場合には、Ｓi基板と窒化物半導体との界面付近において、Ｓi基板中の酸素や炭素等の不純物が凝集し、析出し易くなる。そして、上記界面付近に上記不純物が析出した場合には、上記窒化物半導体の初期成長に影響を与え、転位やピット等の欠陥が発生する可能性が高くなるという問題がある。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、基板上に窒化物半導体を積層して成る窒化物半導体基板の反りと欠陥とを抑制することが可能な窒化物半導体、および、それを用いた電子デバイス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、この発明の窒化物半導体は、
Ｓi基板と、
上記Ｓi基板上に形成されると共に、窒化物半導体で成るバッファ層,チャネル層および電子供給層がこの順序で積層された窒化物半導体積層構造と
を備え、
上記Ｓi基板には、少なくともボロンまたはゲルマニウムが含有されており、
上記Ｓi基板の比抵抗値は、１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下である
ことを特徴としている。
【００１２】
また、一実施の形態の窒化物半導体では、
上記Ｓi基板は、
厚さが、５００μm以上且つ１４００μm以下であり、
直径が、９０mm以上且つ２２０mm以下である。
【００１３】
また、一実施の形態の窒化物半導体では、
上記Ｓi基板は、不純物濃度が４.５Ｅ１８/cm3以上、且つ１.００Ｅ１９/cm3未満である。
【００１４】
また、一実施の形態の窒化物半導体では、
上記Ｓi基板上であって、且つ上記バッファ層下には、ＡlＮ初期成長層が形成されており、
上記ＡlＮ初期成長層に対するＸ線回折のωスキャンにおけるロッキングカーブの半値全幅は、８００arcsec以上、且つ３０００arcsec未満である。
【００１５】
また、この発明の電子デバイスは、
上記この発明の窒化物半導体を、窒化物半導体基板として用いる
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
以上より明らかなように、この発明の窒化物半導体は、上記Ｓi基板における比抵抗値を、１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下に設定している。したがって、上記Ｓi基板と上記窒化物半導体積層構造との界面付近で、上記Ｓi基板中の酸素や炭素等の不純物が凝集し、析出するのを抑制することができる。よって、上記不純物の析出により上記窒化物半導体積層構造に転位やピット等の欠陥が発生する可能性を低め、作成されたＨＥＭＴの上記欠陥による歩留低下を防止することができる。
【００１７】
また、上記反りを、−５.３μm≦ＢＯＷ≦−２８.６μmであるConcave(下凸)とすることができる。したがって、上記窒化物半導体積層構造に転位やクラックが入るのを防止でき、リークの発生を抑制することができる。
【００１８】
すなわち、この発明によれば、窒化物半導体基板の反りと欠陥とを抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の窒化物半導体としての窒化物半導体エピタキシャル基板における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の窒化物半導体の一例としての窒化物半導体エピタキシャル基板における断面図である。ここで、上記窒化物半導体エピタキシャル基板は、基板上に窒化物半導体をエピタキシャル成長させて積層した積層構造体である。
【００２２】
上記窒化物半導体エピタキシャル基板の成長用基板として、基板厚が６５０μm、基板の直径が１５０mmであり、比抵抗値が１３.３ｍΩ・cmであるＢ(ボロン)含有Ｓi基板(１１１)１を用いている。
【００２３】
上記Ｓi基板１上に、厚さが１００nmのＡlＮ初期成長層２と、組成傾斜バッファ層６とが積層されている。ここで、上記組成傾斜バッファ層６は、厚さが２００nmのＡl0.7Ｇa0.3Ｎ層３と、厚さが４００nmのＡl0.4Ｇa0.6Ｎ層４と、厚さが４００nmのＡl0.1Ｇa0.9Ｎ層５とが、この順序で成長されて構成されている。さらに、その上に、ＡlＮ(３nm)/Ａl0.4Ｇa0.6Ｎ(５nm)/Ａl0.1Ｇa0.9Ｎ(３０nm)を複数回繰り返し成長して成る多層バッファ層７と、厚さが１μmのＧaＮチャネル層８と、厚さが２０nmのＡl0.2Ｇa0.8Ｎ障壁層９から成る電子供給層とがこの順序で成長されている。こうして、本窒化物半導体エピタキシャル基板が形成されている。
【００２４】
尚、より正確にいえば、本窒化物半導体エピタキシャル基板は、Ｂ含有Ｓiウェハの上に、上述したＡlＮ初期成長層２,ＡlＧaＮ層３〜５,ＡlＮ/ＡlＧaＮ/ＡlＧaＮ多層バッファ層７,ＧaＮチャネル層８およびＡlＧaＮ障壁層９を順次エピタキシャル成長させて形成された窒化物半導体エピタキシャルウェハを、所望の大きさに切り出して形成される。
【００２５】
以下、組成傾斜バッファ層６,多層バッファ層７,ＧaＮチャネル層８およびＡlＧaＮ障壁層９を、窒化物半導体積層構造と言う。
【００２６】
ここで、上記各層の膜厚や組成は、本実施の形態で挙げた数値に限定されるわけではなく、上記ウェハの反り調整等に応じて変化させることが可能である。
【００２７】
上記窒化物半導体エピタキシャル基板において、反り(ＢＯＷ)は、Concave(下凸)であって、反り量は１１.５μm(ＢＯＷ＝−１１.５μm)である。ここで、反り(ＢＯＷ)とは、上記特許文献１にも記載されているように、「長手方向中心の基準面からの符号付き距離の測定値に対して、上記中心以外の測定箇所での上記測定値であって異符号で絶対値が最大の測定値を、絶対値同士で加算して、上記中心での測定値の符号を付した値」で表される。
【００２８】
また、上記窒化物半導体エピタキシャル基板を用いて、高電子移動度トランジスタ(ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor)を作製した。その場合における歩留りは、７７.５％である。
【００２９】
一方、比較として本発明(Ｓi基板の比抵抗値)を適用しない窒化物半導体エピタキシャル基板を比較例として形成し、その反りと歩留まりを検討した。
【００３０】
上記比較例用の成長用基板として、基板厚が６５０μmであり、基板の直径が１５０mmであり、比抵抗値が７.２ｍΩ・cmのＢ含有Ｓi基板(１１１)を用いた。また、上記Ｓi基板上に形成される窒化物半導体積層構造は、上述した本実施の形態の場合と同様である。
【００３１】
こうして形成された上記比較例である窒化物半導体エピタキシャル基板の上記反り(ＢＯＷ)は、Convex(上凸)であり、反り量は５２.６μm(ＢＯＷ＝５２.６μm)である。そして、上記比較例を用いて作製したＨＥＭＴの歩留りは、２９.８％であった。
【００３２】
同様に、上記Ｓi基板の比抵抗値が９.５ｍΩ・cmである比較例の場合における上記反りと上記歩留まりとは、ＢＯＷ＝２３.１μm、歩留＝４１.８％である。
また、上記Ｓi基板の比抵抗値が１０.１ｍΩ・cmである比較例の場合における上記反りと上記歩留まりとは、ＢＯＷ＝−５.３μm、歩留＝６８.３％である。
また、上記Ｓi基板の比抵抗値が２１.０ｍΩ・cmである比較例の場合における上記反りと上記歩留まりとは、ＢＯＷ＝−２８.６μm、歩留＝７２.８％である。
また、上記Ｓi基板の比抵抗値が２２.４ｍΩ・cmである比較例の場合における上記反りと上記歩留まりとは、ＢＯＷ＝−４１.９μm、歩留＝４８.６％である。
【００３３】
このように、上記窒化物半導体エピタキシャル基板用の成長用基板として、基板厚が６５０μmであり、基板の直径が１５０mmであるＳi基板１を用いた場合には、Ｓi基板１の比抵抗値が１０.１ｍΩ・cmより低くなると、上記反りがConvex(上凸)になり、作製したＨＥＭＴの歩留が５０％を下回るようになる。
【００３４】
また、上記成長用基板であるＳi基板の比抵抗値が２１.０ｍΩ・cmより高くなると、上記反りがConcave(下凸)側に大きくなり、作製したＨＥＭＴの歩留が５０％以下になる。
【００３５】
このような結果を呈するモデルとして、以下のようなモデルが考えられる。Ｓi基板の比抵抗値を下げるために、Ｂ等の含有量を増加させた結果、反りの制御は可能となる。しかしながら、Ｂ濃度が高い場合には、Ｓi基板と窒化物半導体との界面付近で、上記Ｓi基板中の酸素や炭素等の不純物が凝集し、析出し易くなる。この析出の際に、上記窒化物半導体の初期成長に影響を与え、転位やピット等の欠陥が発生する可能性が高くなる。そして、この欠陥がリークを誘発し、作成されたＨＥＭＴの歩留が低下したと考えられる。
【００３６】
さらに、反りに関しても、比抵抗値が低くなり、Ｓi基板の反りがConcave(上凸)の場合に、転位が入り、リークが発生する。また、比抵抗値が高過ぎる場合、Ｓi基板がConvex（下凸)に大きく変化し、クラック等が入り、リークが発生するものと考えられる。
【００３７】
尚、本実施の形態では、上記成長用基板としてのＳi基板１には、Ｂ(ボロン)を含有させているが、Ｇe(ゲルマニウム)を含有させても一向に差し支えない。
【００３８】
以上のごとく、本実施の形態においては、成長用基板として、ＢまたはＧeを含有し、比抵抗値が１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下であるＳi基板１を用いている。そして、このＳi基板１上に、ＡlＧaＮ組成傾斜バッファ層６と、ＡlＮ/ＡlＧaＮ/ＡlＧaＮを複数回繰り返して成る多層バッファ層７と、ＧaＮチャネル層８と、電子供給層としてのＡlＧaＮ障壁層９とから成る窒化物半導体積層構造を成長して、本窒化物半導体エピタキシャル基板が形成されている。
【００３９】
ここで、上記成長用基板として、比抵抗値が１０.１ｍΩ・cmを下回るＳi基板を用いた場合は、本窒化物半導体エピタキシャル基板の上記反りはConvex(上凸)となる。その場合には、上記窒化物半導体積層構造の初期成長に影響を与えて転位が入り、リークが発生する。その結果、作製したＨＥＭＴの上記歩留まりは、５０％を下回る。
【００４０】
一方、比抵抗値が２１.０ｍΩ・cmを上回るＳi基板を用いた場合は、上記反りはConcave(下凸)であり、反り量はＢＯＷ＞−２８.６μmと大きくなる。その場合は、上記窒化物半導体積層構造の初期成長に影響を与えてクラックが入り、リークが発生する。その結果、作製したＨＥＭＴの上記歩留まりは、５０％を下回る。
【００４１】
これに対して、本実施の形態においては、成長用基板として、比抵抗値が１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下であるＳi基板１を用いている。したがって、Ｓi基板１と上記窒化物半導体積層構造との界面付近で、上記Ｓi基板１中の酸素や炭素等の不純物が凝集し、析出するのを抑制することができる。よって、上記不純物の析出によって転位やピット等の欠陥が発生する可能性を低め、作成されたＨＥＭＴの上記欠陥による歩留低下を防止することができる。
【００４２】
その結果、本窒化物半導体エピタキシャル基板の上記反りはConcave(下凸)であって、反り量はＢＯＷ＜−２８.６μmとなる。そして、作製したＨＥＭＴの上記歩留まりは、６８.３％以上となるのである。
【００４３】
すなわち、本実施の形態によれば、上記窒化物半導体エピタキシャル基板の反りと欠陥とを抑制することが可能になる。
【００４４】
・第２実施の形態
本実施の形態の窒化物半導体の一例としての窒化物半導体エピタキシャル基板における断面は、上記第１実施の形態の場合と同様に図１に示す断面形状を有している。したがって、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一の部材には上記第１実施の形態の場合と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施の形態は、上記Ｓi基板１の直径と基板厚とに関する。
【００４６】
本実施の形態においては、成長用基板として、基板厚が５００μm以上且つ１４００μm以下、基板の直径が９０mm以上且つ２２０mm以下であるＳi基板１を用いている。他の構成は、上記第１実施の形態の場合と同様である。
【００４７】
本実施の形態のように、上記Ｓi基板１の基板厚を５００μm以上且つ１４００μm以下とし、基板の直径を９０mm以上且つ２２０mm以下とすることによって、Ｓi基板１の比抵抗値を１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下に設定することが可能になる。したがって、上記第１実施の形態の場合と同様に、Ｓi基板１と上記窒化物半導体積層構造との界面付近で、上記Ｓi基板１中の酸素や炭素等の不純物が凝集し、析出するのを抑制することができる。よって、上記不純物の析出によって転位やピット等の欠陥が発生する可能性を低め、作成されたＨＥＭＴの歩留低下が上記欠陥によって誘発されるのを防止することができる。
【００４８】
その結果、本窒化物半導体エピタキシャル基板の上記反りはConcave(下凸)であって、反り量はＢＯＷ＜−２８.６μmとなる。そして、作製したＨＥＭＴの上記歩留まりは、６８.３％以上となるのである。
【００４９】
このような結果を呈するモデルとして、上記第１実施の形態の場合と同様のモデルが考えられる。すなわち、Ｓi基板の比抵抗値を下げるために、Ｂ濃度を高めた場合には、Ｓi基板と窒化物半導体との界面付近で、上記Ｓi基板中の酸素や炭素等の不純物が凝集し、析出し易くなる。この析出の際に、上記窒化物半導体の初期成長に影響を与え、転位やピット等の欠陥が発生する可能性が高くなる。そして、この欠陥がリークを誘発し、作成されたＨＥＭＴの歩留が低下すると考えられる。
【００５０】
さらに、反りに関しても、比抵抗値が低くなり、Ｓi基板の反りがConcave(上凸)の場合に、転位が入り、リークが発生する。また、比抵抗値が高過ぎる場合、Ｓi基板がConvex（下凸)に大きく変化し、クラック等が入り、リークが発生するものと考えられる。
【００５１】
・第３実施の形態
本実施の形態の窒化物半導体の一例としての窒化物半導体エピタキシャル基板における断面は、上記第１実施の形態の場合と同様に図１に示す断面形状を有している。したがって、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一の部材には上記第１実施の形態の場合と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００５２】
本実施の形態は、上記Ｓi基板１のＢの含有濃度に関する。
【００５３】
本実施の形態においては、成長用基板として、Ｂ(ボロン)濃度が４.５Ｅ１８/cm3以上且つ１.００Ｅ１９/cm3未満であるＳi基板１を用いている。他の構成は、上記第１実施の形態の場合と同様である。
【００５４】
上記Ｓi基板１の比抵抗値は、Ｂ濃度と相関がある。そこで、本実施の形態のように、成長用基板として、上記Ｂ濃度が４.５Ｅ１８/cm3以上且つ１.００Ｅ１９/cm3未満であるＳi基板１を用いることによって、Ｓi基板１の比抵抗値を１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下に設定することが可能になるのである。
【００５５】
このような構成によって得られる効果のモデルとして、上述したような上記第１実施の形態の場合と同様のモデルが考えられる。
【００５６】
したがって、上記Ｓi基板１と上記窒化物半導体積層構造との界面付近で、上記Ｓi基板１中の酸素や炭素等の不純物が凝集して析出するのを抑制でき、転位やピット等の欠陥が発生する可能性を低め、作成されたＨＥＭＴの歩留低下を防止することができる。
【００５７】
さらに、本窒化物半導体エピタキシャル基板の上記反りはConcave(下凸)であって、反り量はＢＯＷ＜−２８.６μmにできる。そして、作製したＨＥＭＴの上記歩留まりは、６８.３％以上にできるのである。
【００５８】
・第４実施の形態
本実施の形態の窒化物半導体の一例としての窒化物半導体エピタキシャル基板における断面は、上記第１実施の形態の場合と同様に図１に示す断面形状を有している。したがって、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一の部材には上記第１実施の形態の場合と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００５９】
本実施の形態は、上記ＡlＮ初期成長層２のＦＷＨＭに関する。ここで、上記「ＦＷＨＭ」とは、Ｘ線回折のωスキャンにおけるロッキングカーブの半値全幅のことである。
【００６０】
本実施の形態においては、上記成長用基板として、基板厚が６５０μm、基板の直径が１５０mmであり、比抵抗値が１３.３ｍΩ・cmであるＢ(ボロン)ドープＳi基板(１１１)１を用いている。そして、Ｓi基板１上には、厚さが１００nmのＡlＮ初期成長層２を成長する。
【００６１】
その場合、上記ＡlＮ(０００２)初期成長層２に対するＸ線回折のωスキャンにおけるロッキングカーブの半値全幅(ＦＷＨＭ)は、８００arcsec以上且つ３０００arcsec未満であることが望ましい。
【００６２】
その理由は、上記ＦＷＨＭが８００arcsec未満の場合には、ＡlＮ初期成長層２上に形成される上記窒化物半導体積層構造に掛かる歪が大きくなり、転位等の欠陥が発生し易くなり好ましくない。また、上記ＦＷＨＭが３０００arcsec以上の場合には、上記窒化物半導体積層構造の結晶性が悪化し、リーク等のデバイス特性が低下するために、好ましくないためである。
【００６３】
本実施の形態においては、上記Ｓi基板１上に形成されるＡlＮ初期成長層２における上記ＦＷＨＭを、８００arcsec以上且つ３０００arcsec未満としている。したがって、ＡlＮ初期成長層２上に形成される上記窒化物半導体積層構造に掛かる歪が大きくなるのを抑制すると共に、上記窒化物半導体積層構造の結晶性が悪化するのを防止できる。そのために、転位等の発生とリーク等のデバイス特性の低下とを防止することができる。
【００６４】
本実施の形態の構成要素は、上記他の実施の形態と適合できる範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【００６５】
・第５実施の形態
本実施の形態は、上記各実施の形態における窒化物半導体エピタキシャル基板を用いた電子デバイスに関する。
【００６６】
上記窒化物半導体エピタキシャル基板を用いた電子デバイスの代表的なものとして、上記ＨＥＭＴがある。このＨＥＭＴは、半導体ヘテロ接合に誘起された高移動度の二次元電子ガス(２ＤＥＧ)をチャネルとする電界効果トランジスタである。
【００６７】
図１に示す窒化物半導体エピタキシャル基板において、上記窒化物半導体積層構造におけるＡlＧaＮ障壁層９であって、ソース電極とドレイン電極とを形成する箇所に、ＧaＮチャネル層８に至るリセスを形成し、このリセス内に電極材料をスパッタリングしてオーミックコンタクトを形成することによって、上記ソース電極と上記ドレイン電極とが形成される。さらに、ＡlＧaＮ障壁層９における上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に開口を形成し、この開口内に電極材料をスパッタリングしてショットキーコンタクトを形成することによって、ゲート電極が形成される。こうして、上記ＨＥＭＴが作成される。
【００６８】
こうして作成されたＨＥＭＴにおいては、Ｓi基板１と上記窒化物半導体積層構造との界面付近で、上記Ｓi基板１中の酸素や炭素等の不純物が析出するのを抑制し、上記不純物の析出に起因する反りと欠陥との発生を防止できる窒化物半導体エピタキシャル基板を用いている。したがって、高性能で高歩留まりなＨＥＭＴを作成することが可能になる。
【００６９】
尚、以上、代表的な上記ＨＥＭＴを例に挙げて上記窒化物半導体エピタキシャル基板を用いた電子デバイスの説明を行った。しかしながら、上記窒化物半導体エピタキシャル基板としては、上記ＨＥＭＴだけではなく、ＬＥＤ(light emitting diode：発光ダイオード)やレーザ等の窒化物発光デバイス等にも適用できる。何れにおいても、反りと欠陥との発生を防止できる窒化物半導体エピタキシャル基板を用いることによって、高性能で高歩留まりな電子デバイスを提供することができる。
【００７０】
以下、この発明を纏めると、この発明の窒化物半導体は、
Ｓi基板１と、
上記Ｓi基板１上に形成されると共に、窒化物半導体で成るバッファ層６,７,チャネル層８および電子供給層９がこの順序で積層された窒化物半導体積層構造と
を備え、
上記Ｓi基板１には、少なくともボロンまたはゲルマニウムが含有されており、
上記Ｓi基板１の比抵抗値は、１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下である
ことを特徴としている。
【００７１】
上記Ｓi基板１の比抵抗値が１０.１ｍΩ・cmを下回る場合には、Ｓi基板１と窒化物半導体との界面付近で、上記Ｓi基板１中の酸素や炭素等の不純物が凝集して析出し、上記窒化物半導体の初期成長に影響を与えて転位やピット等の欠陥が発生する易くなる。また、本窒化物半導体の上記反りはConvex(上凸)となり、上記窒化物半導体積層構造に転位が入り、リークが発生する。
【００７２】
一方、比抵抗値が２１.０ｍΩ・cmを上回る場合は、上記反りはConcave(下凸)であり、反り量はＢＯＷ＞−２８.６μmと大きくなる。その場合には、上記窒化物半導体積層構造にクラックが入り、リークが発生する。
【００７３】
上記構成によれば、上記Ｓi基板１における比抵抗値は、１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下に設定されている。したがって、上記Ｓi基板１と上記窒化物半導体積層構造との界面付近で、上記Ｓi基板１中の酸素や炭素等の不純物が析出するのを抑制することができる。よって、上記不純物の析出により欠陥が発生する可能性を低め、作成されたＨＥＭＴの歩留低下を防止できる。
【００７４】
さらに、上記反りＢＯＷを、−５.３μm≦ＢＯＷ≦−２８.６μmであるConcave(下凸)とすることができる。したがって、上記窒化物半導体積層構造に転位やクラックが入るのを防止でき、リークの発生を抑制することができる。
【００７５】
また、一実施の形態の窒化物半導体では、
上記Ｓi基板１は、
厚さが、５００μm以上且つ１４００μm以下であり、
直径が、９０mm以上且つ２２０mm以下である。
【００７６】
この実施の形態によれば、上記Ｓi基板１の基板厚を５００μm以上且つ１４００μm以下とし、基板の直径を９０mm以上且つ２２０mm以下としている。したがって、上記Ｓi基板１の比抵抗値を１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下に設定することが可能になる。
【００７７】
その結果、上記第１実施の形態の場合と同様に、上記Ｓi基板１と上記窒化物半導体積層構造との界面付近での不純物の析出を抑制でき、上記窒化物半導体積層構造での転位やピット等の欠陥の発生を低減できる。
【００７８】
さらに、上記反りＢＯＷを、−５.３μm≦ＢＯＷ≦−２８.６μmであるConcave(下凸)とすることができる。したがって、上記窒化物半導体積層構造に転位やクラックが入るのを防止でき、リークの発生を抑制することができる。
【００７９】
また、一実施の形態の窒化物半導体では、
上記Ｓi基板１は、不純物濃度が４.５Ｅ１８/cm3以上、且つ１.００Ｅ１９/cm3未満である。
【００８０】
この実施の形態によれば、上記Ｓi基板１の不純物濃度が、４.５Ｅ１８/cm3以上、且つ１.００Ｅ１９/cm3未満に設定されている。したがって、Ｓi基板１の比抵抗値を１０.１ｍΩ・cm以上且つ２１.０ｍΩ・cm以下に設定することが容易に可能となる。
【００８１】
その結果、上記第１実施の形態の場合と同様に、上記Ｓi基板１と上記窒化物半導体積層構造との界面付近での不純物の析出を抑制でき、上記窒化物半導体積層構造での転位やピット等の欠陥の発生を低減できる。
【００８２】
さらに、上記反りＢＯＷを、−５.３μm≦ＢＯＷ≦−２８.６μmであるConcave(下凸)とすることができる。したがって、上記窒化物半導体積層構造に転位やクラックが入るのを防止でき、リークの発生を抑制することができる。
【００８３】
また、一実施の形態の窒化物半導体では、
上記Ｓi基板１上であって、且つ上記バッファ層６,７下には、ＡlＮ初期成長層２が形成されており、
上記ＡlＮ初期成長層２に対するＸ線回折のωスキャンにおけるロッキングカーブの半値全幅は、８００arcsec以上、且つ３０００arcsec未満である。
【００８４】
上記ＡlＮ初期成長層２に対するＸ線回折のωスキャンにおけるロッキングカーブの半値全幅が８００arcsec未満の場合には、上記ＡlＮ初期成長層２上に形成される上記窒化物半導体積層構造に掛かる歪が大きくなり、転位等の欠陥が発生し易くなる。また、上記半値全幅が３０００arcsec以上の場合には、上記窒化物半導体積層構造の結晶性が悪化して、リーク等のデバイス特性が低下する。
【００８５】
この実施の形態によれば、上記ＡlＮ初期成長層２に対するＸ線回折のωスキャンにおけるロッキングカーブの半値全幅を、８００arcsec以上且つ３０００arcsec未満に設定している。したがって、上記窒化物半導体積層構造に掛かる歪が大きくなるのを抑制すると共に、上記窒化物半導体積層構造の結晶性が悪化するのを防止できる。そのために、転位等の発生とリーク等のデバイス特性の低下とを防止することができる。
【００８６】
また、この発明の電子デバイスは、
上記この発明の窒化物半導体を、窒化物半導体基板として用いる
ことを特徴としている。
【００８７】
上記構成によれば、上記Ｓi基板１と上記窒化物半導体積層構造との界面付近で、上記Ｓi基板１中の酸素や炭素等の不純物が析出するのを抑制し、上記不純物の析出に起因する反りと欠陥との発生を防止できる窒化物半導体を、上記窒化物半導体基板として用いている。したがって、高性能で高歩留まりな電子デバイスを作成することが可能になる。
【符号の説明】
【００８８】
１…Ｓi基板
２…ＡlＮ初期成長層
３…Ａl0.7Ｇa0.3Ｎ層
４…Ａl0.4Ｇa0.6Ｎ層
５…Ａl0.1Ｇa0.9Ｎ層
６…ＡlＧaＮ組成傾斜バッファ層
７…ＡlＮ/ＡlＧaＮ/ＡlＧaＮ多層バッファ層
８…ＧaＮチャネル層
９…ＡlＧaＮ障壁層
【図１】
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