JPWO2016039177A1 - 窒化物半導体積層体の製造方法および窒化物半導体積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
反応炉内で基板の上方に第1窒化物半導体層を形成する第1窒化物半導体層形成工程と、
上記第1窒化物半導体層の上方に第2窒化物半導体層を形成する第2窒化物半導体層形成工程と、
上記第2窒化物半導体層の上面に、上記第2窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい第3窒化物半導体層を形成する第3窒化物半導体層形成工程と
を備え、
上記第2窒化物半導体層形成工程と上記第3窒化物半導体層形成工程との間は中断されず、上記第3窒化物半導体層形成工程は上記第2窒化物半導体層形成工程に連続して実施されることを特徴としている。
上記第2窒化物半導体層形成工程は、
第4窒化物半導体層を形成する第4窒化物半導体層形成工程と、
上記第4窒化物半導体層の上方に第5窒化物半導体層を形成する第5窒化物半導体層形成工程と
を有し、
上記第4窒化物半導体層形成工程の基板温度よりも、上記第5窒化物半導体層形成工程の基板温度の方が高温であり、
上記第4窒化物半導体層形成工程の炉内圧力よりも、上記第5窒化物半導体層形成工程の炉内圧力の方が低圧である。
上記第2窒化物半導体層形成工程は、上記第4窒化物半導体層と上記第5窒化物半導体層との間に第6窒化物半導体層を形成する第6窒化物半導体層形成工程を有し、
上記第6窒化物半導体層形成工程の基板温度は、上記第4窒化物半導体層形成工程の基板温度と同じ温度から、上記第5窒化物半導体層形成工程の基板温度と同じ温度まで徐々に変化し、
上記第6窒化物半導体層形成工程の炉内圧力は、上記第4窒化物半導体層形成工程の炉内圧力と同じ圧力から、上記第5窒化物半導体層形成工程の炉内圧力と同じ圧力まで徐々に変化する。
上記第2窒化物半導体層はGaNからなり、
上記第3窒化物半導体層はAlxGa1−xN(0<x<1)からなる。
基板と、
上記基板の上方に形成される第1窒化物半導体層と、
上記第1窒化物半導体層の上方に形成される第2窒化物半導体層と、
上記第2窒化物半導体層の上面に形成され、上記第2窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい第3窒化物半導体層と
を備え、
上記第2窒化物半導体層の形成と上記第3窒化物半導体層の形成との間は中断されず、上記第3窒化物半導体層の形成は上記第2窒化物半導体層の形成に連続して実施されるように、上記第2窒化物半導体層および上記第3窒化物半導体層が形成されることを特徴としている。
上記第2窒化物半導体層が、
炭素濃度が5×1016/cm3未満である第4窒化物半導体層と、
上記第4窒化物半導体層の上方に形成され、炭素濃度が5×1016/cm3以上、1×1018/cm3未満である第5窒化物半導体層と
を有する。
上記第4窒化物半導体層と上記第5窒化物半導体層との間に形成された第6窒化物半導体層を備え、
上記第6窒化物半導体層の炭素濃度は、上記第4窒化物半導体層と上記第6窒化物半導体層との界面付近で上記第4窒化物半導体層の炭素濃度と略等しく、かつ、上記第5窒化物半導体層と上記第6窒化物半導体層との界面付近で上記第5窒化物半導体層の炭素濃度と略等しく、かつ、上記第6窒化物半導体層の下部側から上記第6窒化物半導体層の上部側に進むにしたがって徐々に増加する。
上記第2窒化物半導体層はGaNからなり、
上記第3窒化物半導体層はAlxGa1−xN(0<x<1)からなる。
上記第3窒化物半導体層の上面では、原子間力顕微鏡による表面粗さが1μm角の走査範囲にて0.5nm以下になる。
最初に、この発明の第1実施形態に係る窒化物半導体積層基板およびその製造方法について、図面を参照して説明する。
次に、この発明の第2実施形態に係る窒化物半導体積層基板およびその製造方法について、図面を参照して説明する。
次に、この発明の第3実施形態に係る窒化物半導体積層基板およびその製造方法について、図面を参照して説明する。
反応炉内で基板11の上方に第1窒化物半導体層12を形成する第1窒化物半導体層形成工程と、
上記第1窒化物半導体層12の上方に第2窒化物半導体層13,213を形成する第2窒化物半導体層形成工程と、
上記第2窒化物半導体層13,213の上面に、上記第2窒化物半導体層13,213よりもバンドギャップが大きい第3窒化物半導体層14,14Bを形成する第3窒化物半導体層形成工程と
を備え、
上記第2窒化物半導体層形成工程と上記第3窒化物半導体層形成工程との間は中断されず、上記第3窒化物半導体層形成工程は上記第2窒化物半導体層形成工程に連続して実施されることを特徴としている。
上記第2窒化物半導体層形成工程は、
第4窒化物半導体層13Aを形成する第4窒化物半導体層形成工程と、
上記第4窒化物半導体層13Aの上方に第5窒化物半導体層13Cを形成する第5窒化物半導体層形成工程と
を有し、
上記第4窒化物半導体層形成工程の基板温度よりも、上記第5窒化物半導体層形成工程の基板温度の方が高温であり、
上記第4窒化物半導体層形成工程の炉内圧力よりも、上記第5窒化物半導体層形成工程の炉内圧力の方が低圧である。
上記第2窒化物半導体層形成工程は、上記第4窒化物半導体層13Aと上記第5窒化物半導体層13Cとの間に第6窒化物半導体層13Bを形成する第6窒化物半導体層形成工程を有し、
上記第6窒化物半導体層形成工程の基板温度は、上記第4窒化物半導体層形成工程の基板温度と同じ温度から、上記第5窒化物半導体層形成工程の基板温度と同じ温度まで徐々に変化し、
上記第6窒化物半導体層形成工程の炉内圧力は、上記第4窒化物半導体層形成工程の炉内圧力と同じ圧力から、上記第5窒化物半導体層形成工程の炉内圧力と同じ圧力まで徐々に変化する。
上記第2窒化物半導体層13,213はGaNからなり、
上記第3窒化物半導体層14BはAlxGa1−xN(0<x<1)からなる。
基板11と、
この基板11の上方に形成される第1窒化物半導体層12と、
上記第1窒化物半導体層12の上方に形成される第2窒化物半導体層13,213と、
上記第2窒化物半導体層13,213の上面に形成され、上記第2窒化物半導体層13,213よりもバンドギャップが大きい第3窒化物半導体層14,14Bと
を備え、
上記第2窒化物半導体層13,213の形成と上記第3窒化物半導体層14,14Bの形成との間は中断されず、上記第3窒化物半導体層14,14Bの形成は上記第2窒化物半導体層13,213の形成に連続して実施されるように、上記第2窒化物半導体層13,213および上記第3窒化物半導体層14,14Bが形成されることを特徴としている。
上記第2窒化物半導体層13,213が、
炭素濃度が5×1016/cm3未満である第4窒化物半導体層13Aと、
上記第4窒化物半導体層の上方に形成され、炭素濃度が5×1016/cm3以上、1×1018/cm3未満である第5窒化物半導体層13Cと
を有する。
上記第4窒化物半導体層13Aの炭素濃度が5×1016/cm3未満であることにより、第1窒化物半導体層12と第4窒化物半導体層13Aの界面で生じる転位、ナノパイプ等がデバイス特性に悪影響を与えるのを防ぐことができる。
上記第4窒化物半導体層13Aと上記第5窒化物半導体層13Cとの間に形成された第6窒化物半導体層13Bを備え、
上記第6窒化物半導体層13Bの炭素濃度は、上記第4窒化物半導体層13Aと上記第6窒化物半導体層13Bとの界面付近で上記第4窒化物半導体層13Aの炭素濃度と略等しく、かつ、上記第5窒化物半導体層13Cと上記第6窒化物半導体層13Bとの界面付近で上記第5窒化物半導体層13Cの炭素濃度と略等しく、かつ、上記第6窒化物半導体層13Bの下部側から上記第6窒化物半導体層13Bの上部側に進むにしたがって徐々に増加する。
上記第2窒化物半導体層13,213はGaNからなり、
上記第3窒化物半導体層14BはAlxGa1−xN(0<x<1)からなる。
上記第3窒化物半導体層14,14Bの上面では、原子間力顕微鏡による表面粗さが1μm角の走査範囲にて0.5nm以下になる。
11 基板
12 バッファ層
13,213 電子走行層
13A 下地GaN層
13B スロープGaN層
13C チャネルGaN層
14 電子供給層
14A スペーサ層
14B 障壁層
15 二次元電子ガス
21 ソース電極
22 ドレイン電極
23 ゲート電極
SA,SB,SC スイッチング素子
反応炉内で基板の上方に第1窒化物半導体層を形成する第1窒化物半導体層形成工程と、
上記第1窒化物半導体層の上方に第2窒化物半導体層を形成する第2窒化物半導体層形成工程と、
上記第2窒化物半導体層の上面に、上記第2窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい第3窒化物半導体層を形成する第3窒化物半導体層形成工程と
を備え、
上記第2窒化物半導体層形成工程と上記第3窒化物半導体層形成工程との間は中断されず、上記第3窒化物半導体層形成工程は上記第2窒化物半導体層形成工程に連続して実施され、
上記第2窒化物半導体層形成工程は、
第4窒化物半導体層を形成する第4窒化物半導体層形成工程と、
上記第4窒化物半導体層の上方に第5窒化物半導体層を形成する第5窒化物半導体層形成工程と
を有し、
上記第4窒化物半導体層形成工程の基板温度よりも、上記第5窒化物半導体層形成工程の基板温度の方が高温であり、
上記第4窒化物半導体層形成工程の炉内圧力よりも、上記第5窒化物半導体層形成工程の炉内圧力の方が低圧であることを特徴としている。
Claims (9)
- 反応炉内で基板(11)の上方に第1窒化物半導体層(12)を形成する第1窒化物半導体層形成工程と、
上記第1窒化物半導体層(12)の上方に第2窒化物半導体層(13,213)を形成する第2窒化物半導体層形成工程と、
上記第2窒化物半導体層(13,213)の上面に、上記第2窒化物半導体層(13,213)よりもバンドギャップが大きい第3窒化物半導体層14,14B)を形成する第3窒化物半導体層形成工程と
を備え、
上記第2窒化物半導体層形成工程と上記第3窒化物半導体層形成工程との間は中断されず、上記第3窒化物半導体層形成工程は上記第2窒化物半導体層形成工程に連続して実施されることを特徴とする窒化物半導体積層体の製造方法。 - 請求項1に記載の窒化物半導体積層体の製造方法において、
上記第2窒化物半導体層形成工程は、
第4窒化物半導体層(13A)を形成する第4窒化物半導体層形成工程と、
上記第4窒化物半導体層(13A)の上方に第5窒化物半導体層(13C)を形成する第5窒化物半導体層形成工程と
を有し、
上記第4窒化物半導体層形成工程の基板温度よりも、上記第5窒化物半導体層形成工程の基板温度の方が高温であり、
上記第4窒化物半導体層形成工程の炉内圧力よりも、上記第5窒化物半導体層形成工程の炉内圧力の方が低圧であることを特徴とする窒化物半導体積層体の製造方法。 - 請求項2に記載の窒化物半導体積層体の製造方法において、
上記第2窒化物半導体層形成工程は、上記第4窒化物半導体層(13A)と上記第5窒化物半導体層(13C)との間に第6窒化物半導体層(13B)を形成する第6窒化物半導体層形成工程を有し、
上記第6窒化物半導体層形成工程の基板温度は、上記第4窒化物半導体層形成工程の基板温度と同じ温度から、上記第5窒化物半導体層形成工程の基板温度と同じ温度まで徐々に変化し、
上記第6窒化物半導体層形成工程の炉内圧力は、上記第4窒化物半導体層形成工程の炉内圧力と同じ圧力から、上記第5窒化物半導体層形成工程の炉内圧力と同じ圧力まで徐々に変化することを特徴とする窒化物半導体積層体の製造方法。 - 請求項1から3までのいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体の製造方法において、
上記第2窒化物半導体層(13,213)はGaNからなり、
上記第3窒化物半導体層(14B)はAlxGa1−xN(0<x<1)からなることを特徴とする窒化物半導体積層体の製造方法。 - 基板(11)と、
上記基板(11)の上方に形成される第1窒化物半導体層(12)と、
上記第1窒化物半導体層12の上方に形成される第2窒化物半導体層(13,213)と、
上記第2窒化物半導体層(13,213)の上面に形成され、上記第2窒化物半導体層(13,213)よりもバンドギャップが大きい第3窒化物半導体層(14,14B)と
を備え、
上記第2窒化物半導体層(13,213)の形成と上記第3窒化物半導体層(14,14B)の形成との間は中断されず、上記第3窒化物半導体層(14,14B)の形成は上記第2窒化物半導体層(13,213)の形成に連続して実施されるように、上記第2窒化物半導体層(13,213)および上記第3窒化物半導体層(14,14B)が形成されることを特徴とする窒化物半導体積層体。 - 請求項5に記載の窒化物半導体積層体において、
上記第2窒化物半導体層(13,213)が、
炭素濃度が5×1016/cm3未満である第4窒化物半導体層(13A)と、
上記第4窒化物半導体層(13A)の上方に形成され、炭素濃度が5×1016/cm3以上、1×1018/cm3未満である第5窒化物半導体層(13C)と
を有することを特徴とする窒化物半導体積層体。 - 請求項6に記載の窒化物半導体積層体において、
上記第4窒化物半導体層(13A)と上記第5窒化物半導体層(13C)との間に形成された第6窒化物半導体層(13B)を備え、
上記第6窒化物半導体層(13B)の炭素濃度は、上記第4窒化物半導体層(13A)と上記第6窒化物半導体層(13B)との界面付近で上記第4窒化物半導体層(13A)の炭素濃度と略等しく、かつ、上記第5窒化物半導体層(13C)と上記第6窒化物半導体層(13B)との界面付近で上記第5窒化物半導体層(13C)の炭素濃度と略等しく、かつ、上記第6窒化物半導体層(13B)の下部側から上記第6窒化物半導体層(13B)の上部側に進むにしたがって徐々に増加することを特徴とする窒化物半導体積層体。 - 請求項5から7までのいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体において、
上記第2窒化物半導体層(13,213)はGaNからなり、
上記第3窒化物半導体層(14B)はAlxGa1−xN(0<x<1)からなることを特徴とする窒化物半導体積層体。 - 請求項5から8までのいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体において、
上記第3窒化物半導体層(14,14B)の上面では、原子間力顕微鏡による表面粗さが1μm角の走査範囲にて0.5nm以下になることを特徴とする窒化物半導体積層体。
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