【手続補正書】
【提出日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明に係る窒化物半導体基板は、Ｓｉ単結晶からなる基板と、前記基板上に形成されＡｌを含む窒化物半導体層を少なくとも１層以上含む窒化物半導体の積層構造からなる中間層と、前記中間層上に形成され、組成ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）、厚さ２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の単層または多層構造の窒化物半導体からなる領域１と、前記領域１上に形成され、組成ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．１≦ｙ≦１）、厚さ０．２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の単層または多層構造の窒化物半導体からなる領域２と、前記領域２上に形成される窒化物半導体のデバイス活性層とからなることを特徴とする。このような構成をとることで、従来よりしきい値電圧を高くできるノーマリーオフ型の窒化物半導体基板とすることが可能となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、本発明に係る窒化物半導体基板は、前記中間層または前記デバイス活性層のいずれか１つもしくは両方の炭素濃度が、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。このような構成をとることで、高耐圧化に加えてノーマリーオフ化が達成される効果を併せ持つ、従来よりしきい値電圧を高くできるノーマリーオフ型の窒化物半導体基板とすることが可能となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明に係る窒化物半導体基板は、Ｓｉ単結晶からなる基板と、前記基板上に形成されＡｌを含む窒化物半導体層を少なくとも１層以上含む窒化物半導体の積層構造からなる中間層と、前記中間層上に形成され、組成ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）、厚さ２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の単層または多層構造の窒化物半導体からなる領域１と、前記領域１上に形成され、組成ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．１≦ｙ≦１）、厚さ０．２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の単層または多層構造の窒化物半導体からなる領域２と、前記領域２上に形成される窒化物半導体のデバイス活性層とからなる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
そして、中間層上には、組成ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）、厚さ２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の単層または多層構造の窒化物半導体からなる領域１が形成されている。ここで、多層の場合は、各層の合計値の厚さを領域１の厚さとする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
領域１における炭素濃度は、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下が好ましく、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。炭素が窒化物半導体に高濃度で含有されることで、欠陥によるフェルミ準位の上昇を抑え、デバイス活性層として形成されるＧａＮ層の伝導帯を引上げる効果がある。しかしながら、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より低い炭素濃度では、欠陥によるフェルミ準位の上昇抑制とデバイス活性層として形成されるＧａＮ層の伝導帯引上げ効果が十分に得られず、逆に１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より高い濃度では、炭素をドープすること自体が困難であることから、いずれも好ましくない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
ここで、炭素濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下というのは、広がり抵抗（ＳＲ）測定法や二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法などの公知の濃度測定方法を用いて、基板の厚さ方向に沿って測定したときの平均値を用いる。また特に断らない限り、基板の一主面における中央１点の測定値で代表するが、必要に応じて、基板の一主面における多点を測定した値を用いてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
次に、領域１上には、組成ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．１≦ｙ≦１）、厚さ０．２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の単層、または多層構造の窒化物半導体からなる領域２が形成される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
領域２における炭素濃度は、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下が好ましく、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。領域１と同様に、炭素が窒化物半導体に高濃度で含有されることで、欠陥によるフェルミ準位の上昇を抑え、デバイス活性層として形成されるＧａＮ層の伝導帯を引上げる効果がある。しかしながら、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より低い炭素濃度では、欠陥によるフェルミ準位の上昇抑制とデバイス活性層として形成されるＧａＮ層の伝導帯引上げ効果が十分に得られず、好ましくない。一方、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より高い濃度では、炭素をドープすること自体が困難であることから、これも好ましくない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
また、本発明に係る窒化物半導体基板は、前記中間層は炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下かつ前記デバイス活性層は炭素濃度５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
領域１および領域２と同様に、前記中間層に炭素が窒化物半導体に高濃度で含有されることで、欠陥によるフェルミ準位の上昇を抑え、デバイス活性層として形成されるＧａＮ層の伝導帯を引上げる効果がある。しかしながら、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より低い炭素濃度では、欠陥によるフェルミ準位の上昇抑制とデバイス活性層として形成されるＧａＮ層の伝導帯引上げ効果が十分に得られず、好ましくない。一方、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より高い濃度では、炭素をドープすること自体が困難であることから、いずれも好ましくない。加えて、前記デバイス活性層に炭層濃度が５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より高い濃度では、電子が散乱され電子移動度の低下が顕著となり好ましくない。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
（実施例１）
Ｓｉ単結晶基板１上に、厚さ２０ｎｍで炭素濃度５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＡｌＮ単結晶層２１を形成し、続けて、厚さ８０ｎｍで炭素濃度５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単結晶層２２を積層させ、これらを同様の工程にて交互に繰り返し、各１０層、合計２０層積層させて中間層２を形成した。この中間層２上に、厚さ１４００ｎｍかつ組成ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０）で炭素濃度５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の単層からなる領域１と、領域１上に厚さ３０ｎｍかつ組成ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．２）で炭素濃度５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の単層からなる領域２とを形成した。領域２上に、厚さ５００ｎｍで炭素濃度５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＧａＮ単結晶層を電子走行層４１として、続けて、厚さ３０ｎｍで炭素濃度５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ単結晶による電子供給層４２をそれぞれ積層させることで、窒化物活性層４を形成した。以上の工程を経て、窒化物半導体基板を得た。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
（比較例１）
中間層２の形成までは実施例１と同様に作製した。この中間層２上に、厚さ１４３０ｎｍかつ組成ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０）で炭素濃度５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の単層からなる領域１のみ作製した。領域１上には、実施例１と同様の窒化物活性層４を形成した。以上の工程を経て、窒化物半導体基板を得た。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
（参考例）
参考例として、本発明における領域１のない構造の例を示す。まず、中間層２の形成までは実施例１と同様に作製した。この中間層２上に、厚さ３０ｎｍかつ組成ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．２）で炭素濃度５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の単層からなる領域２のみ作製した。領域２上には、実施例１と同様の窒化物活性層４を形成した。以上の工程を経て、窒化物半導体基板を得た。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ単結晶からなる基板と、前記基板上に形成されＡｌを含む窒化物半導体層を少なくとも１層以上含む窒化物半導体の積層構造からなる中間層と、前記中間層上に形成され、組成ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）、厚さ２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の単層または多層構造の窒化物半導体からなる領域１と、前記領域１上に形成され、組成ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．１≦ｙ≦１）、厚さ０．２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の単層または多層構造の窒化物半導体からなる領域２と、前記領域２上に形成される窒化物半導体のデバイス活性層とからなることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
前記中間層は、炭素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、かつ前記デバイス活性層は炭素濃度５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板。