窒化物半導体基板
【課題】Ｓｉ単結晶を下地基板として用いた場合の、リーク電流低減と電流コラプス改善が、効果的に達成された窒化物半導体基板を提供する。
【解決手段】Ｓｉ単結晶基板Ｗの一主面上に窒化物からなる複数のバッファ層Ｂを介して窒化物半導体の活性層Ｃが形成されている窒化物半導体基板であって、バッファ層Ｂは少なくとも活性層Ｃと接する層５０の炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であること、バッファ層Ｂと活性層Ｃの界面領域８０において全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５以上０．３以下であること、さらにバッファ層Ｂと活性層Ｃの界面領域８０における全転位密度が１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下である窒化物半導体基板。
【解決手段】Ｓｉ単結晶基板Ｗの一主面上に窒化物からなる複数のバッファ層Ｂを介して窒化物半導体の活性層Ｃが形成されている窒化物半導体基板であって、バッファ層Ｂは少なくとも活性層Ｃと接する層５０の炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であること、バッファ層Ｂと活性層Ｃの界面領域８０において全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５以上０．３以下であること、さらにバッファ層Ｂと活性層Ｃの界面領域８０における全転位密度が１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下である窒化物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｉ単結晶基板上に、窒化物からなるバッファ層を介して、窒化物半導体層を形成した窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物半導体は、優れた耐熱性と高い電子移動度を有し、高電子移動度トランジスタ、ヘテロ接合電界効果トランジスタ等に好適である。
【０００３】
この窒化物半導体に用いられる窒化物半導体基板の一形態に、異種基板上にバッファ層を介して活性層となる窒化物半導体層を形成した窒化物半導体基板がある。特に、基板にＳｉ単結晶を用いたものは、大口径化や低コスト化に有利である。
【０００４】
また、窒化物半導体の重要な電気特性に、リーク電流低減と電流コラプス改善があり、バッファ層の改善でこの特性を向上させる技術も、いくつか知られている。
【０００５】
特許文献１には、少なくとも基板と、バッファ層、電子走行層及び電子供給層から成る半導体積層構造と電極とを有し、バッファ層はＭｇ又はＢｅ又はＺｎ又はＣを１×１０１６ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下含むことを特徴とする窒化物系化合物半導体、という技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、基板上に、それぞれＧａＮ系化合物半導体からなる低温バッファ層、バッファ層、電子走行層および電子供給層を、この順に積層して有し、電子供給層上には、ソース電極、ゲート電極およびドレイン電極を備え、バッファ層の転位密度は、転位密度に対する体積抵抗率が極大値近傍となる密度値である、あるいは、前記転位密度を基準とした前記バッファ層のらせん転位密度比は０．１２以下である半導体素子、という技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０８５８５２号公報
【特許文献２】特開２００７−０９６２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の技術は、バッファ層が、膜厚や組成の異なる２つの層の繰り返し構造を含み、バッファ層に、ＭｇあるいはＣを、高濃度でドープして電気的に中性とすることで、リーク電流を低減できるとしている。
【０００９】
しかし、バッファ層に高濃度で不純物をドーピングすると、結晶ひずみが大きくなり、転位密度も増大するので、電流コラプスや結晶性の悪化が問題となる。従って、ドーピングのみでは、リーク電流低減と電流コラプス改善が、十分に達成されているとは言い難い。
【００１０】
特許文献２に記載の技術は、特に、バッファ層の全転位密度に対するらせん転位密度の比を０．１２以下とすることで、バッファ層の体積抵抗率を高抵抗化し、よって耐圧を向上できるとしている。また、具体的な実施形態として、サファイア基板に窒化物半導体を形成した場合のデータが開示されており、基板は、サファイアに限定されず、Ｓｉでもよいとも記載されている。
【００１１】
しかし、Ｓｉ単結晶基板上に、窒化物のバッファ層を介して、窒化物半導体層を形成した構造の窒化物半導体基板では、特許文献２に記載された範囲で、転位密度やドーパント濃度を制御しても、良好な耐圧と電流コラプス改善を得ることが困難であった。
【００１２】
また、転位密度やドーパント濃度を変化させると、窒化物膜に発生する応力が変化する。したがって、転位密度やドーパント濃度を変化させて、良好な耐圧と電流コラプスを達成したとしても、基板の曲率半径が減少してしまっては、デバイス工程にマッチングせず、意味が失われる。
【００１３】
本発明はかかる課題を鑑み、特に、Ｓｉ単結晶を下地の基板として用い、窒化物のバッファ層を介して窒化物半導体を形成した窒化物半導体基板において、リーク電流低減と電流コラプス改善、さらには、基板の曲率半径を大きく保持してリーク電流抑制と電流コラプス低減を、効果的に達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る窒化物半導体基板は、Ｓｉ単結晶基板の一主面上に窒化物からなる複数のバッファ層を介して窒化物半導体の活性層が形成されている窒化物半導体基板であって、前記バッファ層は少なくとも前記活性層と接する層の炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であること、前記バッファ層と前記活性層の界面領域において全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５以上０．３以下であること、さらに前記バッファ層と前記活性層の界面領域における前記全転位密度が１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下であることを特徴とする。
【００１５】
このような構成により、リーク電流低減と電流コラプス改善が、効果的に達成された窒化物半導体基板とすることができ、さらに、基板の曲率半径を大きく保持して、リーク電流抑制と電流コラプス低減を、効果的に達成することを可能とする。
【００１６】
また、本発明に係る窒化物半導体基板は、バッファ層と活性層の界面領域における全転位密度が、１．２Ｅ＋９ｃｍ−２以上１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、特に、Ｓｉ単結晶を下地の基板として用い、窒化物のバッファ層を介して、窒化物半導体を形成した窒化物半導体基板において、リーク電流低減と電流コラプス改善が、効果的に達成された窒化物半導体基板とすることができ、さらに、基板の曲率半径を大きく保持して、リーク電流抑制と電流コラプス低減を効果的に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体基板の構造を、断面方向から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る窒化物半導体基板を、図１を参照して詳細に説明する。
【００２０】
本発明に係る窒化物半導体基板Ｚは、Ｓｉ単結晶基板Ｗの一主面上に、窒化物からなるバッファ層Ｂを介して、窒化物半導体の活性層Ｃが形成されている。
【００２１】
Ｓｉ単結晶基板Ｗには、公知の半導体用の基板を広く適用できる。結晶育成方法、面方位、酸素濃度、不純物濃度、ＰＮタイプ、面粗さ、厚さ、等の各仕様も、設計される窒化物半導体基板Ｚの要求事項に応じて、適時設定できる。
【００２２】
Ｓｉ単結晶基板Ｗは、公知の技術でドーパント濃度や酸素濃度を変更することにより、適切かつ精度よく比抵抗や硬さを調整できる点で、他の材料と比して優れている。
【００２３】
なお、Ｓｉ単結晶基板Ｗの厚さは、３００μｍ以上２０００μｍ以下が好ましい。ここで、厚さは、一例として、Ｓｉ単結晶基板Ｗの一主面の中央一点、もしくは、外周５ｍｍの周方向等間隔４点を含めた面内５点の平均値で表すことができる。
【００２４】
Ｓｉ単結晶基板Ｗの厚さは、後述する曲率半径の制御に影響する。基板厚みが３００μｍ未満であると、バッファ層Ｂによる曲率半径の制御が困難となる。一方、基板厚みが２０００μｍを超えると、曲率半径の制御性に影響はないが、基板の重量が大きくなるために、成膜ハンドリングが煩雑となる。
【００２５】
バッファ層Ｂは、窒化物半導体からなり、結晶方位の異なる異種基板上に窒化物半導体層を形成する際に挿入され、転位の抑制、基板の曲率半径の増大（基板反りの低減）の効果を有する。図１には、その好適な一形態を例示したが、これに限定されるものではなく、設計される窒化物半導体の仕様や目的に応じて、組成や層の数、およびこれらの組み合わせは、任意に選択することができる。
【００２６】
少なくとも活性層Ｃと接する層、すなわち図１におけるバッファ層Ｂの一部である層５０の炭素濃度は、１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。炭素濃度は、一例として、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により、バッファ層Ｂの任意の箇所を選択して測定でき、測定箇所も、一例として、窒化物半導体基板Ｚの一主面の中心部を選択することができる。
【００２７】
なお、バッファ層Ｂの炭素濃度は、少なくとも活性層Ｃの層６０と接する第五層５０が、本発明の炭素濃度の範囲であればよい。一例として、バッファ層Ｂ全体、第五層５０のみ、第四層４０と第五層５０のみが、この炭素濃度の範囲であればよい。
【００２８】
本発明において、界面領域８０は、図１における第五層５０と第六層６０が接して形成されている平面を指すが、厳密に２次元の平面部のみに限定するものではない。界面領域８０の測定では、第五層５０と第六層６０の主面方向に対する厚さ方向の一部分も含めて評価される。従って、実質上、層厚の不均一性、層の表面凹凸も考慮して、各層の厚さ方向に対して、±１ｎｍの範囲も、本発明においては界面領域８０に含むものとする。
【００２９】
例えば、図１の第一層１と第二層２は対象外として、第四層４０と第五層５０を本発明の炭素濃度の対象としてもよい。Ｓｉ単結晶基板Ｗに近い領域は、本発明の炭素濃度が界面領域８０に及ぼす影響が小さいからである。
【００３０】
バッファ層Ｂにドープされた炭素は、特に３−５族の窒化物内において、転位により発生した電子を捕獲して電気的に中和して、バッファ層Ｂを高抵抗化する。リーク電流抑制のためには高抵抗化が必要で、ドーピング量が多いほうがよい。しかし、逆に転位密度は増加するので、あまりドーピング濃度を高くすることは適切でない。
【００３１】
炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満では、高抵抗化の効果が得られず、１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、転位密度の増大の影響が顕著になり、いずれも好ましくない。好適には、炭素濃度が１Ｅ＋１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上７Ｅ＋１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００３２】
本発明に係る窒化物半導体基板Ｚは、界面領域８０において、全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５以上０．３以下である。ここで、全転位密度とは、刃状転位とらせん転位とを合わせた転位の密度を指すものとする。なお、リーク電流抑制と電流コラプス低減に影響するのは、界面領域８０の転位密度のため、本発明では、バッファ層Ｂ内の転位密度は、界面領域８０で測定した転位密度で代表することができる。
【００３３】
すなわち、全転位密度との比において、らせん転位密度が０．１５以上０．３以下に制御されていると、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径を大きく保ちつつ、リーク電流抑制と電流コラプス低減を、好適に達成できる。
【００３４】
公知の技術によれば、バッファ層Ｂの全転位密度に占めるらせん転位密度の比を低く抑える、すなわち、刃状転位密度を大きくすることで、バッファ層Ｂの低リーク電流化は可能となる。
【００３５】
しかし、Ｓｉ単結晶基板Ｗを下地の基板として用いた場合は、バッファ層Ｂの刃状転位をある密度の幅を持って存在させたほうが、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径を大きくできることを見出した。言い換えると、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径が大きくなるようにした場合において、刃状転位密度はある程度低くなっているということでもある。
【００３６】
この理由は、次のように考えられる。Ｓｉに比べＧａＮの熱膨張係数は大きく、気相成長法等で成膜後に、室温まで戻したとき、ＧａＮを成膜したＳｉ単結晶基板Ｗは、成膜面を上にすると凹形状となる。ＧａＮの膜には引張応力が印加されるため、クラックの発生や、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径の低下、すなわち大きな反り発生をもたらす。
【００３７】
上記課題を解決するために、通常は、ＧａＮとＳｉ単結晶基板Ｗとの間に、応力を制御するバッファ層Ｂを設けている。引張応力が印加されてしまうＧａＮに対して、対向する圧縮応力を印加できるようにすることで、室温すなわち５℃以上４０℃以下での、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径を制御している。
【００３８】
この場合、ＧａＮの成長方向に対して垂直方向に２軸の圧縮応力が印加されることになる。刃状転位は成長方向に対して垂直方向にバーガーズベクトルを有しているので、ＧａＮに圧縮応力が印加されると、そのバーガーズベクトルに作用し、転位の消滅に繋がると考えられる。すなわち、適切に応力制御がなされ、室温にて大きな曲率半径を有する窒化物半導体基板Ｚは、ある程度以下の刃状転位密度を示していることになる。
【００３９】
これらのことより、バッファ層Ｂの刃状転位とらせん転位の比を、本発明の実施範囲のように適正化することで、バッファ層Ｂのリーク電流の抑制と電流コラプス改善を、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径を大きく保った状態で実現できる。
【００４０】
全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５未満では、高抵抗化および電流コラプスに関してはほとんど変化がない一方で、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径が小さくなってしまい、大きな反りを有することになる。また、０．３を超えると、らせん転位密度過多となり、電流コラプスはほとんど変化がない一方で、リーク電流が上昇する。さらには、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径が小さくなってしまい、大きな反りを有する。より好ましくは、０．１５以上０．２５以下である。
【００４１】
ここで、らせん転位密度は、Ｘ線回折によるＧａＮ（０００２）面のロッキングカーブ半値幅から算出し、刃状転位密度は、ＧａＮ（１０−１０）面のロッキングカーブ半値幅から、公知の方法を適用して算出する。なお、転位密度の測定箇所は、窒化物半導体基板Ｚの一主面中央１点でよいが、必要に応じて、面内５点、または面内９点としてもよい。
【００４２】
なお、本発明の実施例では、転位密度の算出は、次に示す文献に記載されたＸ線回折における方法を用いた。「Ｔ．Ｍｅｔｚｇｅｒ，Ｒ．Ｈｏｐｌｅｒ，Ｅ．Ｂｏｒｎ，Ｏ．Ａｍｂａｃｈｅｒ，Ｍ．Ｓｔｕｔｚｍａｎｎ，Ｒ．Ｓｔｏｍｍｅｒ，Ｍ．Ｓｃｈｕｓｔｅｒ，Ｈ．Ｇｏｂｅｌ，Ｓ．Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ，Ｍ．Ａｌｂｒｅｃｈｔ，ａｎｄ Ｈ．Ｐ．Ｓｔｒｕｎｋ，“Ｄｅｆｅｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＧａＮ ｆｉｌｍｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｔｒｉｐｌｅ−ａｘｉｓ Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｙ”，Ｐｈｉｌｏｓ，Ｍａｇ．Ａ，Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｄｅｎｓ．Ｍａｔｔｅｒ Ｄｅｆｅｃｔｓ Ｍｅｃｈ．Ｐｒｏｐ．，ｖｏｌ．７７，ｎｏ．４，ｐｐ．１０１３−１０２５，１９９８」
【００４３】
また、バッファ層Ｂは、図１に示すように、互いに異なる組成または膜厚で構成される１対の窒化物半導体層が複数積層された構造を含むと、精密な転位密度や反り制御が可能となる点で、より好ましい形態といえる。
【００４４】
界面領域８０における全転位密度は、１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下である。１５Ｅ＋９ｃｍ−２を超えると、リーク電流が増加やクラックの発生をもたらす。
【００４５】
界面領域８０における全転位密度は、より好ましくは、１．２Ｅ＋９ｃｍ−２以上１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下である。１．２Ｅ＋９ｃｍ−２未満では、高抵抗化および電流コラプスにほとんど変化がない一方で、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径が小さくなってしまい、大きな反りを有することが懸念されるからである。なお、全転位密度の制御性が容易な観点から、１．５Ｅ＋９ｃｍ−２以上１０Ｅ＋９ｃｍ−２以下が、さらに好ましい。
【００４６】
本発明の窒化物半導体基板Ｚの、好ましい一製造方法として、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法が挙げられる。成膜制御性の高さ、層の良好な再現性、そして、転位密度、らせん転位密度比も、バッファ層Ｂの製造条件で適時調整できる点で優れているからである。
【００４７】
以上のとおり、本発明によれば、特に、Ｓｉ単結晶を下地の基板として用い、窒化物のバッファ層を介して、窒化物半導体を形成した窒化物半導体基板において、リーク電流低減と電流コラプス改善を、基板の曲率半径を大きく保ちつつ、効果的に達成することを可能とする。
【００４８】
さらに、本発明によれば、基板の一主面に対して縦方向のデバイスを設計したときに、電流コラプスも改善されたうえで、縦方向の耐圧を向上させることができる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の好ましい実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１）
図１の層構造を備えた窒化物半導体基板Ｚを、以下の工程により作製した。共通する製造条件として、直径４インチ、面方位（１１１）、比抵抗０．０２Ωｃｍ、中央１点の厚さ０．６２ｍｍ、Ｎタイプ、のＳｉ単結晶基板ＷをＭＯＣＶＤ装置にセットし、窒化物半導体の原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＮＨ３、メタンを用い、積層する層に応じてこれらの原料を適時使い分け、気相成長温度を１０００℃にして、表１に示す組成と層厚で、各層を気相成長にて形成した。なお、各層の組成、層厚、炭素濃度は、各原料の選定、流量および供給時間の調整により、各値になるよう行った。
【００５１】
【表１】
【００５２】
この窒化物半導体基板Ｚに対して、それぞれ耐圧と電流コラプスを評価した。耐圧は、縦方向のデバイスを想定し、リセスゲート領域および素子分離領域の溝をドライエッチングにより形成し、活性層側にゲート電極として径２ｍｍのＡｕ電極を、ソースおよびドレイン電極として径０．５ｍｍのＡｌ電極を、また、Ｓｉ基板の裏面側に裏面電極としてＡｌ電極を、それぞれ真空蒸着により形成し、縦方向デバイスを作製した。そして、市販のカーブトレーサを用いて、電界をかけて耐圧を測定した。
【００５３】
電流コラプスは、ゲート−ドレイン間に、バイアス印加として５分間１００ボルトの電界をかけ、（バイアス印加後のオン抵抗／バイアス印加前のオン抵抗）により規定した。このとき、電流コラプスのないとき、オン抵抗比は１になる。電流コラプスが存在するときには、電流コラプスは１よりも大きくなる。
【００５４】
また曲率半径は、公知の半導体基板の形状測定装置を用いて、反りと同時に測定、算出することができる。ここでは、市販の形状測定装置である、コムス社製モデルＥＭＳ２００２ＡＤ−３Ｄにより、測定を実施した。
【００５５】
バッファ層Ｂの全転位密度に対するらせん転位密度の比は、窒化物半導体基板Ｚの主面中央１点において、前述のＸ線回折を用いた方法で測定し評価した。
【００５６】
実施例１は、耐圧７００Ｖを示し、良好な値を示した。また、電流コラプスを表すオン抵抗比は１．８であり、こちらも良好な値となった。なお、らせん転位密度比は０．２、全転位密度は５Ｅ＋９ｃｍ−２であった。
【００５７】
（比較例１）
実施例１において、基板Ｗをサファイアとした以外は、同様の規格、製法、評価方法で実施したものを比較例１とした。サファイアは絶縁性基板なので、縦方向耐圧は測定せず、電流コラプスのみ比較した。
【００５８】
比較例１は、オン抵抗比は２．４となり、実施例１より大きく、電流コラプスとしては劣るものであった。ここでは、バッファ層Ｂを含む窒化物の構造は全く同じであるが、下地基板の導電性の違いにより、電流コラプスで差がみられたものと考えられる。
【００５９】
（実施例２〜７、比較例２〜５）
表２に示す内容で、評価サンプルを作製し、その他の製法と評価方法は実施例１と同様にした。らせん転位密度比の値は、バッファ層Ｂの各層の厚さと組成を適時変更することで調整した。全転位密度が表３の各値になるように、また、らせん転位密度比がほぼ０．２になるように、バッファ層の成長温度、膜厚を微調整し、その他は、実施例１と同様の製法、評価を実施した。
【００６０】
なお、らせん転位密度比の０．２は、厳密には、０．１９５〜０．２０５の範囲内にあるものも含む。これは、成長温度や膜厚の調整では、全ての実施形態において、らせん転位密度比を厳密に０．２に合わせることは、実用上困難なためである。
【００６１】
耐圧の評価は、５００Ｖを下回ったものを×、５００Ｖ以上６００Ｖ以下を△、６００Ｖを超えたものを○とした。電流コラプスの評価は、オン抵抗比が３以上を×、２以上３未満を△、２未満を○とした。基板の曲率半径に関しては、±１５ｍ以上を○、それ以外を△、クラック発生で×とした。
【００６２】
耐圧と電流コラプスと基板の曲率半径の３つの評価項目において、×がひとつでもあるものまたは△が２つ以上のものは総合評価を×、△がひとつでもあれば総合評価を△とした。さらに、３つの評価項目全て○でも、総合評価が△または×のものについては、○でない理由を特記事項に記載した。そして、総合評価を○または△のものを、本発明の効果を有するものとした。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２の結果より、本発明の実施範囲では、曲率半径、耐圧、電流コラプスともに、良好な結果を示した。また、バッファ層炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、または１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合は、３つの評価項目では有意差はみられないものの、全転位密度やらせん転位密度比を、所定の範囲に調整する制御性の観点からは、より好ましい範囲のものと比べると、やや見劣りするものであった。
【００６５】
（実施例８〜１１、比較例６）
全転位密度が表３の各値になるように、また、らせん転位密度比がほぼ０．２になるように、バッファ層Ｂの成長温度、膜厚を微調整し、その他は、実施例１と同等の製法、評価を実施した。
【００６６】
【表３】
【００６７】
表３の結果から、全転位密度が１．２Ｅ＋９ｃｍ−２を下回ると、全転位密度を所定の値にする、いわゆる転位密度の制御性が悪くなり、曲率半径の適切な制御に支障を生じる懸念がみられた。特に曲率半径に関わる基板の反り制御の点では、より好ましい範囲と比べて相対的に見劣りする傾向がみられた。
【００６８】
一方、全転位密度が１５Ｅ＋９ｃｍ−２の範囲を超えると、本発明の実施範囲の効果を超えて、全転位密度の及ぼす影響が過大になり、窒化物半導体基板としては不適切となる傾向がみられた。
【００６９】
なお、Ｓｉ単結晶基板Ｗの主面中央１点における厚さを、それぞれ２５０μｍ、３００μｍ、９００μｍ、１５００μｍ、２５００μｍのものを選択し、その他は、実施例１と同様の製法、評価を実施したところ、本発明の好ましい範囲である３００μｍ以上２０００μｍ以下の範囲を外れたものは、本発明の実施範囲の効果を超えて、反り増大や基板ハンドリングの悪化のおそれがあり、本発明のより好ましい範囲との比較では、相対的に見劣りするものであった。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る窒化物半導体基板は、高電子移動度トランジスタ、ヘテロ接合電界効果トランジスタ等に好適である。特に、縦方向の耐圧を重視するデバイスにおいては、有効といえる。
【符号の説明】
【００７１】
Ｚ 窒化物半導体基板
Ｗ Ｓｉ単結晶基板
Ｂ バッファ層（多層構造）
Ｃ 窒化物半導体の活性層
１ 第一層
２ 第二層
３ 第三層（対の層）
３１ 対の一層目
３２ 対の二層目
４０ 第四層（第三層を繰り返し積層した層）
５０ 第五層
６０ 第六層
７０ 第七層
８０ バッファ層Ｂと活性層Ｃとの界面領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｉ単結晶基板上に、窒化物からなるバッファ層を介して、窒化物半導体層を形成した窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物半導体は、優れた耐熱性と高い電子移動度を有し、高電子移動度トランジスタ、ヘテロ接合電界効果トランジスタ等に好適である。
【０００３】
この窒化物半導体に用いられる窒化物半導体基板の一形態に、異種基板上にバッファ層を介して活性層となる窒化物半導体層を形成した窒化物半導体基板がある。特に、基板にＳｉ単結晶を用いたものは、大口径化や低コスト化に有利である。
【０００４】
また、窒化物半導体の重要な電気特性に、リーク電流低減と電流コラプス改善があり、バッファ層の改善でこの特性を向上させる技術も、いくつか知られている。
【０００５】
特許文献１には、少なくとも基板と、バッファ層、電子走行層及び電子供給層から成る半導体積層構造と電極とを有し、バッファ層はＭｇ又はＢｅ又はＺｎ又はＣを１×１０１６ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下含むことを特徴とする窒化物系化合物半導体、という技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、基板上に、それぞれＧａＮ系化合物半導体からなる低温バッファ層、バッファ層、電子走行層および電子供給層を、この順に積層して有し、電子供給層上には、ソース電極、ゲート電極およびドレイン電極を備え、バッファ層の転位密度は、転位密度に対する体積抵抗率が極大値近傍となる密度値である、あるいは、前記転位密度を基準とした前記バッファ層のらせん転位密度比は０．１２以下である半導体素子、という技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０８５８５２号公報
【特許文献２】特開２００７−０９６２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の技術は、バッファ層が、膜厚や組成の異なる２つの層の繰り返し構造を含み、バッファ層に、ＭｇあるいはＣを、高濃度でドープして電気的に中性とすることで、リーク電流を低減できるとしている。
【０００９】
しかし、バッファ層に高濃度で不純物をドーピングすると、結晶ひずみが大きくなり、転位密度も増大するので、電流コラプスや結晶性の悪化が問題となる。従って、ドーピングのみでは、リーク電流低減と電流コラプス改善が、十分に達成されているとは言い難い。
【００１０】
特許文献２に記載の技術は、特に、バッファ層の全転位密度に対するらせん転位密度の比を０．１２以下とすることで、バッファ層の体積抵抗率を高抵抗化し、よって耐圧を向上できるとしている。また、具体的な実施形態として、サファイア基板に窒化物半導体を形成した場合のデータが開示されており、基板は、サファイアに限定されず、Ｓｉでもよいとも記載されている。
【００１１】
しかし、Ｓｉ単結晶基板上に、窒化物のバッファ層を介して、窒化物半導体層を形成した構造の窒化物半導体基板では、特許文献２に記載された範囲で、転位密度やドーパント濃度を制御しても、良好な耐圧と電流コラプス改善を得ることが困難であった。
【００１２】
また、転位密度やドーパント濃度を変化させると、窒化物膜に発生する応力が変化する。したがって、転位密度やドーパント濃度を変化させて、良好な耐圧と電流コラプスを達成したとしても、基板の曲率半径が減少してしまっては、デバイス工程にマッチングせず、意味が失われる。
【００１３】
本発明はかかる課題を鑑み、特に、Ｓｉ単結晶を下地の基板として用い、窒化物のバッファ層を介して窒化物半導体を形成した窒化物半導体基板において、リーク電流低減と電流コラプス改善、さらには、基板の曲率半径を大きく保持してリーク電流抑制と電流コラプス低減を、効果的に達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る窒化物半導体基板は、Ｓｉ単結晶基板の一主面上に窒化物からなる複数のバッファ層を介して窒化物半導体の活性層が形成されている窒化物半導体基板であって、前記バッファ層は少なくとも前記活性層と接する層の炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であること、前記バッファ層と前記活性層の界面領域において全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５以上０．３以下であること、さらに前記バッファ層と前記活性層の界面領域における前記全転位密度が１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下であることを特徴とする。
【００１５】
このような構成により、リーク電流低減と電流コラプス改善が、効果的に達成された窒化物半導体基板とすることができ、さらに、基板の曲率半径を大きく保持して、リーク電流抑制と電流コラプス低減を、効果的に達成することを可能とする。
【００１６】
また、本発明に係る窒化物半導体基板は、バッファ層と活性層の界面領域における全転位密度が、１．２Ｅ＋９ｃｍ−２以上１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、特に、Ｓｉ単結晶を下地の基板として用い、窒化物のバッファ層を介して、窒化物半導体を形成した窒化物半導体基板において、リーク電流低減と電流コラプス改善が、効果的に達成された窒化物半導体基板とすることができ、さらに、基板の曲率半径を大きく保持して、リーク電流抑制と電流コラプス低減を効果的に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体基板の構造を、断面方向から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る窒化物半導体基板を、図１を参照して詳細に説明する。
【００２０】
本発明に係る窒化物半導体基板Ｚは、Ｓｉ単結晶基板Ｗの一主面上に、窒化物からなるバッファ層Ｂを介して、窒化物半導体の活性層Ｃが形成されている。
【００２１】
Ｓｉ単結晶基板Ｗには、公知の半導体用の基板を広く適用できる。結晶育成方法、面方位、酸素濃度、不純物濃度、ＰＮタイプ、面粗さ、厚さ、等の各仕様も、設計される窒化物半導体基板Ｚの要求事項に応じて、適時設定できる。
【００２２】
Ｓｉ単結晶基板Ｗは、公知の技術でドーパント濃度や酸素濃度を変更することにより、適切かつ精度よく比抵抗や硬さを調整できる点で、他の材料と比して優れている。
【００２３】
なお、Ｓｉ単結晶基板Ｗの厚さは、３００μｍ以上２０００μｍ以下が好ましい。ここで、厚さは、一例として、Ｓｉ単結晶基板Ｗの一主面の中央一点、もしくは、外周５ｍｍの周方向等間隔４点を含めた面内５点の平均値で表すことができる。
【００２４】
Ｓｉ単結晶基板Ｗの厚さは、後述する曲率半径の制御に影響する。基板厚みが３００μｍ未満であると、バッファ層Ｂによる曲率半径の制御が困難となる。一方、基板厚みが２０００μｍを超えると、曲率半径の制御性に影響はないが、基板の重量が大きくなるために、成膜ハンドリングが煩雑となる。
【００２５】
バッファ層Ｂは、窒化物半導体からなり、結晶方位の異なる異種基板上に窒化物半導体層を形成する際に挿入され、転位の抑制、基板の曲率半径の増大（基板反りの低減）の効果を有する。図１には、その好適な一形態を例示したが、これに限定されるものではなく、設計される窒化物半導体の仕様や目的に応じて、組成や層の数、およびこれらの組み合わせは、任意に選択することができる。
【００２６】
少なくとも活性層Ｃと接する層、すなわち図１におけるバッファ層Ｂの一部である層５０の炭素濃度は、１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。炭素濃度は、一例として、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により、バッファ層Ｂの任意の箇所を選択して測定でき、測定箇所も、一例として、窒化物半導体基板Ｚの一主面の中心部を選択することができる。
【００２７】
なお、バッファ層Ｂの炭素濃度は、少なくとも活性層Ｃの層６０と接する第五層５０が、本発明の炭素濃度の範囲であればよい。一例として、バッファ層Ｂ全体、第五層５０のみ、第四層４０と第五層５０のみが、この炭素濃度の範囲であればよい。
【００２８】
本発明において、界面領域８０は、図１における第五層５０と第六層６０が接して形成されている平面を指すが、厳密に２次元の平面部のみに限定するものではない。界面領域８０の測定では、第五層５０と第六層６０の主面方向に対する厚さ方向の一部分も含めて評価される。従って、実質上、層厚の不均一性、層の表面凹凸も考慮して、各層の厚さ方向に対して、±１ｎｍの範囲も、本発明においては界面領域８０に含むものとする。
【００２９】
例えば、図１の第一層１と第二層２は対象外として、第四層４０と第五層５０を本発明の炭素濃度の対象としてもよい。Ｓｉ単結晶基板Ｗに近い領域は、本発明の炭素濃度が界面領域８０に及ぼす影響が小さいからである。
【００３０】
バッファ層Ｂにドープされた炭素は、特に３−５族の窒化物内において、転位により発生した電子を捕獲して電気的に中和して、バッファ層Ｂを高抵抗化する。リーク電流抑制のためには高抵抗化が必要で、ドーピング量が多いほうがよい。しかし、逆に転位密度は増加するので、あまりドーピング濃度を高くすることは適切でない。
【００３１】
炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満では、高抵抗化の効果が得られず、１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、転位密度の増大の影響が顕著になり、いずれも好ましくない。好適には、炭素濃度が１Ｅ＋１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上７Ｅ＋１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００３２】
本発明に係る窒化物半導体基板Ｚは、界面領域８０において、全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５以上０．３以下である。ここで、全転位密度とは、刃状転位とらせん転位とを合わせた転位の密度を指すものとする。なお、リーク電流抑制と電流コラプス低減に影響するのは、界面領域８０の転位密度のため、本発明では、バッファ層Ｂ内の転位密度は、界面領域８０で測定した転位密度で代表することができる。
【００３３】
すなわち、全転位密度との比において、らせん転位密度が０．１５以上０．３以下に制御されていると、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径を大きく保ちつつ、リーク電流抑制と電流コラプス低減を、好適に達成できる。
【００３４】
公知の技術によれば、バッファ層Ｂの全転位密度に占めるらせん転位密度の比を低く抑える、すなわち、刃状転位密度を大きくすることで、バッファ層Ｂの低リーク電流化は可能となる。
【００３５】
しかし、Ｓｉ単結晶基板Ｗを下地の基板として用いた場合は、バッファ層Ｂの刃状転位をある密度の幅を持って存在させたほうが、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径を大きくできることを見出した。言い換えると、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径が大きくなるようにした場合において、刃状転位密度はある程度低くなっているということでもある。
【００３６】
この理由は、次のように考えられる。Ｓｉに比べＧａＮの熱膨張係数は大きく、気相成長法等で成膜後に、室温まで戻したとき、ＧａＮを成膜したＳｉ単結晶基板Ｗは、成膜面を上にすると凹形状となる。ＧａＮの膜には引張応力が印加されるため、クラックの発生や、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径の低下、すなわち大きな反り発生をもたらす。
【００３７】
上記課題を解決するために、通常は、ＧａＮとＳｉ単結晶基板Ｗとの間に、応力を制御するバッファ層Ｂを設けている。引張応力が印加されてしまうＧａＮに対して、対向する圧縮応力を印加できるようにすることで、室温すなわち５℃以上４０℃以下での、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径を制御している。
【００３８】
この場合、ＧａＮの成長方向に対して垂直方向に２軸の圧縮応力が印加されることになる。刃状転位は成長方向に対して垂直方向にバーガーズベクトルを有しているので、ＧａＮに圧縮応力が印加されると、そのバーガーズベクトルに作用し、転位の消滅に繋がると考えられる。すなわち、適切に応力制御がなされ、室温にて大きな曲率半径を有する窒化物半導体基板Ｚは、ある程度以下の刃状転位密度を示していることになる。
【００３９】
これらのことより、バッファ層Ｂの刃状転位とらせん転位の比を、本発明の実施範囲のように適正化することで、バッファ層Ｂのリーク電流の抑制と電流コラプス改善を、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径を大きく保った状態で実現できる。
【００４０】
全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５未満では、高抵抗化および電流コラプスに関してはほとんど変化がない一方で、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径が小さくなってしまい、大きな反りを有することになる。また、０．３を超えると、らせん転位密度過多となり、電流コラプスはほとんど変化がない一方で、リーク電流が上昇する。さらには、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径が小さくなってしまい、大きな反りを有する。より好ましくは、０．１５以上０．２５以下である。
【００４１】
ここで、らせん転位密度は、Ｘ線回折によるＧａＮ（０００２）面のロッキングカーブ半値幅から算出し、刃状転位密度は、ＧａＮ（１０−１０）面のロッキングカーブ半値幅から、公知の方法を適用して算出する。なお、転位密度の測定箇所は、窒化物半導体基板Ｚの一主面中央１点でよいが、必要に応じて、面内５点、または面内９点としてもよい。
【００４２】
なお、本発明の実施例では、転位密度の算出は、次に示す文献に記載されたＸ線回折における方法を用いた。「Ｔ．Ｍｅｔｚｇｅｒ，Ｒ．Ｈｏｐｌｅｒ，Ｅ．Ｂｏｒｎ，Ｏ．Ａｍｂａｃｈｅｒ，Ｍ．Ｓｔｕｔｚｍａｎｎ，Ｒ．Ｓｔｏｍｍｅｒ，Ｍ．Ｓｃｈｕｓｔｅｒ，Ｈ．Ｇｏｂｅｌ，Ｓ．Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ，Ｍ．Ａｌｂｒｅｃｈｔ，ａｎｄ Ｈ．Ｐ．Ｓｔｒｕｎｋ，“Ｄｅｆｅｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＧａＮ ｆｉｌｍｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｔｒｉｐｌｅ−ａｘｉｓ Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｙ”，Ｐｈｉｌｏｓ，Ｍａｇ．Ａ，Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｄｅｎｓ．Ｍａｔｔｅｒ Ｄｅｆｅｃｔｓ Ｍｅｃｈ．Ｐｒｏｐ．，ｖｏｌ．７７，ｎｏ．４，ｐｐ．１０１３−１０２５，１９９８」
【００４３】
また、バッファ層Ｂは、図１に示すように、互いに異なる組成または膜厚で構成される１対の窒化物半導体層が複数積層された構造を含むと、精密な転位密度や反り制御が可能となる点で、より好ましい形態といえる。
【００４４】
界面領域８０における全転位密度は、１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下である。１５Ｅ＋９ｃｍ−２を超えると、リーク電流が増加やクラックの発生をもたらす。
【００４５】
界面領域８０における全転位密度は、より好ましくは、１．２Ｅ＋９ｃｍ−２以上１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下である。１．２Ｅ＋９ｃｍ−２未満では、高抵抗化および電流コラプスにほとんど変化がない一方で、窒化物半導体基板Ｚの曲率半径が小さくなってしまい、大きな反りを有することが懸念されるからである。なお、全転位密度の制御性が容易な観点から、１．５Ｅ＋９ｃｍ−２以上１０Ｅ＋９ｃｍ−２以下が、さらに好ましい。
【００４６】
本発明の窒化物半導体基板Ｚの、好ましい一製造方法として、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法が挙げられる。成膜制御性の高さ、層の良好な再現性、そして、転位密度、らせん転位密度比も、バッファ層Ｂの製造条件で適時調整できる点で優れているからである。
【００４７】
以上のとおり、本発明によれば、特に、Ｓｉ単結晶を下地の基板として用い、窒化物のバッファ層を介して、窒化物半導体を形成した窒化物半導体基板において、リーク電流低減と電流コラプス改善を、基板の曲率半径を大きく保ちつつ、効果的に達成することを可能とする。
【００４８】
さらに、本発明によれば、基板の一主面に対して縦方向のデバイスを設計したときに、電流コラプスも改善されたうえで、縦方向の耐圧を向上させることができる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の好ましい実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１）
図１の層構造を備えた窒化物半導体基板Ｚを、以下の工程により作製した。共通する製造条件として、直径４インチ、面方位（１１１）、比抵抗０．０２Ωｃｍ、中央１点の厚さ０．６２ｍｍ、Ｎタイプ、のＳｉ単結晶基板ＷをＭＯＣＶＤ装置にセットし、窒化物半導体の原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＮＨ３、メタンを用い、積層する層に応じてこれらの原料を適時使い分け、気相成長温度を１０００℃にして、表１に示す組成と層厚で、各層を気相成長にて形成した。なお、各層の組成、層厚、炭素濃度は、各原料の選定、流量および供給時間の調整により、各値になるよう行った。
【００５１】
【表１】
【００５２】
この窒化物半導体基板Ｚに対して、それぞれ耐圧と電流コラプスを評価した。耐圧は、縦方向のデバイスを想定し、リセスゲート領域および素子分離領域の溝をドライエッチングにより形成し、活性層側にゲート電極として径２ｍｍのＡｕ電極を、ソースおよびドレイン電極として径０．５ｍｍのＡｌ電極を、また、Ｓｉ基板の裏面側に裏面電極としてＡｌ電極を、それぞれ真空蒸着により形成し、縦方向デバイスを作製した。そして、市販のカーブトレーサを用いて、電界をかけて耐圧を測定した。
【００５３】
電流コラプスは、ゲート−ドレイン間に、バイアス印加として５分間１００ボルトの電界をかけ、（バイアス印加後のオン抵抗／バイアス印加前のオン抵抗）により規定した。このとき、電流コラプスのないとき、オン抵抗比は１になる。電流コラプスが存在するときには、電流コラプスは１よりも大きくなる。
【００５４】
また曲率半径は、公知の半導体基板の形状測定装置を用いて、反りと同時に測定、算出することができる。ここでは、市販の形状測定装置である、コムス社製モデルＥＭＳ２００２ＡＤ−３Ｄにより、測定を実施した。
【００５５】
バッファ層Ｂの全転位密度に対するらせん転位密度の比は、窒化物半導体基板Ｚの主面中央１点において、前述のＸ線回折を用いた方法で測定し評価した。
【００５６】
実施例１は、耐圧７００Ｖを示し、良好な値を示した。また、電流コラプスを表すオン抵抗比は１．８であり、こちらも良好な値となった。なお、らせん転位密度比は０．２、全転位密度は５Ｅ＋９ｃｍ−２であった。
【００５７】
（比較例１）
実施例１において、基板Ｗをサファイアとした以外は、同様の規格、製法、評価方法で実施したものを比較例１とした。サファイアは絶縁性基板なので、縦方向耐圧は測定せず、電流コラプスのみ比較した。
【００５８】
比較例１は、オン抵抗比は２．４となり、実施例１より大きく、電流コラプスとしては劣るものであった。ここでは、バッファ層Ｂを含む窒化物の構造は全く同じであるが、下地基板の導電性の違いにより、電流コラプスで差がみられたものと考えられる。
【００５９】
（実施例２〜７、比較例２〜５）
表２に示す内容で、評価サンプルを作製し、その他の製法と評価方法は実施例１と同様にした。らせん転位密度比の値は、バッファ層Ｂの各層の厚さと組成を適時変更することで調整した。全転位密度が表３の各値になるように、また、らせん転位密度比がほぼ０．２になるように、バッファ層の成長温度、膜厚を微調整し、その他は、実施例１と同様の製法、評価を実施した。
【００６０】
なお、らせん転位密度比の０．２は、厳密には、０．１９５〜０．２０５の範囲内にあるものも含む。これは、成長温度や膜厚の調整では、全ての実施形態において、らせん転位密度比を厳密に０．２に合わせることは、実用上困難なためである。
【００６１】
耐圧の評価は、５００Ｖを下回ったものを×、５００Ｖ以上６００Ｖ以下を△、６００Ｖを超えたものを○とした。電流コラプスの評価は、オン抵抗比が３以上を×、２以上３未満を△、２未満を○とした。基板の曲率半径に関しては、±１５ｍ以上を○、それ以外を△、クラック発生で×とした。
【００６２】
耐圧と電流コラプスと基板の曲率半径の３つの評価項目において、×がひとつでもあるものまたは△が２つ以上のものは総合評価を×、△がひとつでもあれば総合評価を△とした。さらに、３つの評価項目全て○でも、総合評価が△または×のものについては、○でない理由を特記事項に記載した。そして、総合評価を○または△のものを、本発明の効果を有するものとした。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２の結果より、本発明の実施範囲では、曲率半径、耐圧、電流コラプスともに、良好な結果を示した。また、バッファ層炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、または１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合は、３つの評価項目では有意差はみられないものの、全転位密度やらせん転位密度比を、所定の範囲に調整する制御性の観点からは、より好ましい範囲のものと比べると、やや見劣りするものであった。
【００６５】
（実施例８〜１１、比較例６）
全転位密度が表３の各値になるように、また、らせん転位密度比がほぼ０．２になるように、バッファ層Ｂの成長温度、膜厚を微調整し、その他は、実施例１と同等の製法、評価を実施した。
【００６６】
【表３】
【００６７】
表３の結果から、全転位密度が１．２Ｅ＋９ｃｍ−２を下回ると、全転位密度を所定の値にする、いわゆる転位密度の制御性が悪くなり、曲率半径の適切な制御に支障を生じる懸念がみられた。特に曲率半径に関わる基板の反り制御の点では、より好ましい範囲と比べて相対的に見劣りする傾向がみられた。
【００６８】
一方、全転位密度が１５Ｅ＋９ｃｍ−２の範囲を超えると、本発明の実施範囲の効果を超えて、全転位密度の及ぼす影響が過大になり、窒化物半導体基板としては不適切となる傾向がみられた。
【００６９】
なお、Ｓｉ単結晶基板Ｗの主面中央１点における厚さを、それぞれ２５０μｍ、３００μｍ、９００μｍ、１５００μｍ、２５００μｍのものを選択し、その他は、実施例１と同様の製法、評価を実施したところ、本発明の好ましい範囲である３００μｍ以上２０００μｍ以下の範囲を外れたものは、本発明の実施範囲の効果を超えて、反り増大や基板ハンドリングの悪化のおそれがあり、本発明のより好ましい範囲との比較では、相対的に見劣りするものであった。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る窒化物半導体基板は、高電子移動度トランジスタ、ヘテロ接合電界効果トランジスタ等に好適である。特に、縦方向の耐圧を重視するデバイスにおいては、有効といえる。
【符号の説明】
【００７１】
Ｚ 窒化物半導体基板
Ｗ Ｓｉ単結晶基板
Ｂ バッファ層（多層構造）
Ｃ 窒化物半導体の活性層
１ 第一層
２ 第二層
３ 第三層（対の層）
３１ 対の一層目
３２ 対の二層目
４０ 第四層（第三層を繰り返し積層した層）
５０ 第五層
６０ 第六層
７０ 第七層
８０ バッファ層Ｂと活性層Ｃとの界面領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ単結晶基板の一主面上に窒化物からなる複数のバッファ層を介して窒化物半導体の活性層が形成されている窒化物半導体基板であって、前記バッファ層は少なくとも前記活性層と接する層の炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であること、前記バッファ層と前記活性層の界面領域において全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５以上０．３以下であること、さらに前記バッファ層と前記活性層の界面領域における前記全転位密度が１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下であることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
バッファ層と活性層の界面領域における全転位密度が、1．２Ｅ＋９ｃｍ−２以上１５Ｅ＋９ｃｍ−２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。
【請求項１】
Ｓｉ単結晶基板の一主面上に窒化物からなる複数のバッファ層を介して窒化物半導体の活性層が形成されている窒化物半導体基板であって、前記バッファ層は少なくとも前記活性層と接する層の炭素濃度が１Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１Ｅ＋２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であること、前記バッファ層と前記活性層の界面領域において全転位密度に対するらせん転位密度の比が０．１５以上０．３以下であること、さらに前記バッファ層と前記活性層の界面領域における前記全転位密度が１５Ｅ＋９ｃｍ−２以下であることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
バッファ層と活性層の界面領域における全転位密度が、1．２Ｅ＋９ｃｍ−２以上１５Ｅ＋９ｃｍ−２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。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−８０７７６（Ｐ２０１３−８０７７６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１９１８２（Ｐ２０１１−２１９１８２）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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