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公開番号2025152121
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-09
出願番号2024053867
出願日2024-03-28
発明の名称窒化物半導体積層体の製造方法及び窒化物半導体積層体
出願人旭化成株式会社,国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20251002BHJP(結晶成長)
要約【課題】電気特性の高い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を提供する。
【解決手段】窒化物半導体積層体の製造方法では、Alを含む窒化物半導体基板上に、温度が600℃以上1000℃以下かつ圧力が50mbar以上500mbar以下の環境下で、有機金属気相成長法を用いてAl_xGa_(1-x)N(0.5≦x≦1)で形成された下地層を形成する工程と、下地層上に、温度が600℃以上900℃以下の環境下でGaN層を形成する工程と、を備えている。これにより、窒化物半導体基板の表面には、基板のミスカット方向に段差部であるステップSTと平坦なテラスTEとが繰り返され、かつテラスTEの端部であるテラス端ETEが窒化物半導体基板のミスカット方向に振幅を有し、窒化物半導体基板のミスカット方向に垂直な方向に延びる波形状となったステップテラス構造が形成され、電気特性が改善される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
Ａｌを含む窒化物半導体基板上に、温度が６００℃以上１０００℃以下かつ圧力が５０ｍｂａｒ以上５００ｍｂａｒ以下の環境下で、有機金属気相成長法を用いてＡｌ
ｘ
Ｇａ
（１－ｘ）
Ｎ（０．５≦ｘ≦１）で形成された下地層を形成する工程と、
前記下地層上に、温度が６００℃以上９００℃以下の環境下でＧａＮ層を形成する工程と、
を備える窒化物半導体積層体の製造方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記窒化物半導体基板として、窒化アルミニウム単結晶基板を用いる
請求項１に記載の窒化物半導体積層体の製造方法。
【請求項３】
前記窒化物半導体基板として、ミスカット角度が０．１度以上０．４度以下である前記窒化物半導体基板を用いる
請求項１または２に記載の窒化物半導体積層体の製造方法。
【請求項４】
前記窒化物半導体基板として、ミスカット方向が＜１０－１０＞方向である前記窒化物半導体基板を用いる
請求項１または２に記載の窒化物半導体積層体の製造方法。
【請求項５】
Ａｌを含む窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に配置され、Ａｌ
ｘ
Ｇａ
（１－ｘ）
Ｎ（０．５≦ｘ≦１）で形成された下地層と、
前記下地層上に配置されたＧａＮ層と、
を備え、
前記窒化物半導体基板から最も離れた層の前記窒化物半導体基板と反対側の表面には、前記窒化物半導体基板のミスカット方向に段差部であるステップと平坦なテラスとが繰り返され、かつ、前記テラスの端部であるテラス端が前記窒化物半導体基板の前記ミスカット方向に振幅を有し前記窒化物半導体基板の前記ミスカット方向に垂直な方向に延びる波形状となったステップテラス構造を有している
窒化物半導体積層体。
【請求項６】
前記波形状の前記テラス端の隣接する山同士の間の距離が、３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である
請求項５に記載の窒化物半導体積層体。
【請求項７】
前記波形状の前記テラス端の２つの山同士を結んだ第１の直線と、前記テラス端の２つの谷同士を結んだ第２の直線との間に引かれた垂線の距離が、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である
請求項５に記載の窒化物半導体積層体。
【請求項８】
前記波形状の前記テラス端の１つの山と、前記１つの山を挟んで隣接する２つの谷のなす角θが、６０度以上１２０度以下である
請求項５に記載の窒化物半導体積層体。
【請求項９】
前記下地層と前記ＧａＮ層との界面に、前記下地層のＡｌが前記ＧａＮ層に対して拡散し、前記ＧａＮ層のＧａが前記下地層に対して拡散されることで形成された、ＡｌとＧａとを含む拡散層を備える
請求項５に記載の窒化物半導体積層体。
【請求項１０】
前記窒化物半導体基板が、窒化アルミニウム単結晶基板である
請求項５に記載の窒化物半導体積層体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体積層体の製造方法及び窒化物半導体積層体に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
一般的な窒化物半導体積層体によるパワーデバイスは、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮバリア層を設けている（例えば、特許文献１）。また、パワーデバイスの耐圧を高めるために、よりバンドギャップの広いＡｌＮ基板上に窒化物半導体積層体を成長させてパワーデバイスを作成する手法が開示されている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００９－４９１２１号公報
【非特許文献】
【０００４】
住友電工テクニカルレビュー第１８０号８３ページ（２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化物半導体積層体では、基板のミスカット角が０．１度以上と大きい場合、基板の上層に形成される半導体積層部の各層が緩和しやすくなり、窒化物半導体積層体に新規の貫通転位が導入される場合があった。一方、基板のミスカット角が０．１未満と小さい場合でも、基板の上層に形成される層の緩和が生じにくくなるものの、やはり窒化物半導体積層体の電気特性が必要とされる電気特性を下回るという課題が生じる。
本開示の目的は、電気特性の高い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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係る窒化物半導体積層体の製造方法では、Ａｌを含む窒化物半導体基板上に、温度が６００℃以上１０００℃以下かつ圧力が５０ｍｂａｒ以上５００ｍｂａｒ以下の環境下で、有機金属気相成長法を用いてＡｌ
ｘ
Ｇａ
（１－ｘ）
Ｎ（０．５≦ｘ≦１）で形成された下地層を形成する工程と、下地層上に、温度が６００℃以上９００℃以下の環境下でＧａＮ層を形成する工程と、を備えている。
【０００７】
また、本開示の他の態様に係る窒化物半導体積層体は、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置され、Ａｌ
ｘ
Ｇａ
（１－ｘ）
Ｎ（０．５≦ｘ≦１）で形成された下地層と、下地層上に配置されたＧａＮ層と、を備えている。窒化物半導体積層体では、窒化物半導体基板から最も離れた層の窒化物半導体積基板と反対側の表面には、基板のミスカット方向に段差部であるステップと平坦なテラスとが繰り返され、かつテラスの端部であるテラス端が窒化物半導体基板のミスカット方向に振幅を有し、窒化物半導体基板のミスカット方向に垂直な方向に延びる波形状となったステップテラス構造を有している。
なお、上述した発明の概要は、本開示に係る発明の特徴の全てを列挙したものではない。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、電気特性の高い窒化物半導体積層体の製造方法及び窒化物半導体積層体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本実施形態に係る窒化物半導体積層体の断面を模式的に示す断面図である。
本実施形態に係る窒化物半導体積層体の下地層表面に形成されるステップテラス構造を模式的に説明する斜視図である。
本実施形態に係る窒化物半導体積層体の下地層表面に形成されるステップテラス構造を模式的に説明する上面図である。
本実施形態に係る窒化物半導体積層体の下地層表面に形成されるステップテラス構造を模式的に説明する断面図である。
本実施形態に係る窒化物半導体積層体の下地層表面におけるステップテラス構造を示すＡＦＭ画像である。
従来の窒化物半導体積層体の下地層表面におけるステップテラス構造を示すＡＦＭ画像である。
本実施形態に係る窒化物半導体積層体の表面（ＧａＮ層の表面）におけるステップテラス構造を示すＡＦＭ画像である。
従来の窒化物半導体積層体の表面（ＧａＮ層層表面）における構造を示すＡＦＭ画像である。
本実施形態に係る窒化物半導体積層体の縦断面のＴＥＭ画像である。
図６に示す本実施形態に係る窒化物半導体積層体の縦断面におけるＡｌとＧａの組成比率を示すグラフである。
本実施形態の変形例に係る窒化物半導体積層体の断面を模式的に示す断面図である。
本実施形態の変形例に係る窒化物半導体積層体の表面（電子バリア層の表面）におけるステップテラス構造を示すＡＦＭ画像である。
本実施形態の変形例に係る窒化物半導体積層体の断面を模式的に示す断面図である。
本実施形態の変形例に係る窒化物半導体積層体の断面を模式的に示す断面図である。
本実施形態に係る窒化物半導体積層体を用いたパワーデバイスの一例である高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の一構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態を通じて本開示に係る窒化物半導体積層体を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
また、以下の説明では、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、面、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
（【００１１】以降は省略されています）

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