JP2011066333A - 電子デバイス用エピタキシャル基板およびその製造方法ならびにiii族窒化物電子デバイス用エピタキシャル基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板2と、該シリコン基板上に形成した窒化アルミニウム単結晶核生成層と、該窒化アルミニウム単結晶層3上に形成した、少なくとも一組以上の超格子層4を含むバッファ構造体とを具える電子デバイス用エピタキシャル基板であって、前記シリコン基板の表層部には、前記窒化アルミニウム単結晶層と接する表面から基板厚さ方向に広がるアルミニウム拡散領域5が設けられ、前記シリコン基板の、前記窒化アルミニウム単結晶層と接する表面の表面粗さRaは、0.2〜1nmの範囲であることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
(1)シリコン基板と、該シリコン基板上に形成した窒化アルミニウム単結晶層と、該窒化アルミニウム単結晶層上に形成した、少なくとも一組以上の超格子層を含むバッファ構造体とを具える電子デバイス用エピタキシャル基板であって、前記シリコン基板の表層部には、前記窒化アルミニウム単結晶層と接する表面から基板厚さ方向に広がるアルミニウム拡散領域が設けられ、前記シリコン基板の、前記窒化アルミニウム単結晶層と接する表面の表面粗さRaは、0.2〜1nmの範囲であることを特徴とする電子デバイス用エピタキシャル基板。
5000Ω・cmの比抵抗を持ち、FZ法により作製された4インチシリコン基板を、基板温度1025℃で、圧力10kPaにて、4μmol/minの供給量のAl(CH3)3ガス雰囲気(キャリアガス:水素および窒素)に90秒間暴露することにより、基板の表層部にアルミニウム拡散領域を形成した後、同じく基板温度1025℃で、圧力10kPaにて、120μmol/minの供給量のAl(CH3)3ガスと12SLMの供給量のNH3ガス雰囲気で7分間流すことにより窒化アルミニウム単結晶層(厚さ:0.1μm)をエピタキシャル形成した。
この窒化アルミニウム単結晶層上に、超格子積層体(1025℃、10kPa、第1超格子層:Al0.15GaN0.85N、膜厚22.5nm、第2超格子層:AlN、膜厚3nm、合計120組)を成長させて絶縁性のバッファ構造体を形成し、この超格子積層体上に、耐圧層(1025℃、10kPa、GaN材料、厚さ:0.2μm)、チャネル層(1075℃、100kPa、GaN材料,厚さ:1.3μm)および電子供給層(Al0.25Ga0.75N材料、厚さ:25nm)からなるIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させてIII族窒化物電子デバイス用エピタキシャル基板を形成した。成長方法としてはMOCVD法を用い、III族原料としては、TMA(トリメチルアルミニウム:Al(CH3)3)・TMG(トリメチルガリウム:Al(CH3)3)、V族原料としてはアンモニアを用い、キャリアガスとして、水素および窒素ガスを用いた。
シリコン単結晶基板をAl(CH3)3ガス雰囲気に暴露しないこと以外は、実施例1と同様の方法によりIII族窒化物電子デバイス用エピタキシャル基板を形成した。
暴露時間を30秒としたこと以外は、実施例1と同様の方法によりIII族窒化物電子デバイス用エピタキシャル基板を形成した。
暴露時間を180秒としたこと以外は、実施例1と同様の方法によりIII族窒化物電子デバイス用エピタキシャル基板を形成した。
実施例1および比較例1のシリコン基板について、上記III族窒化物半導体をエピタキシャル形成した段階のサンプルについて、SIMSを用いてシリコン基板中のAl濃度を分析した。これらの結果をそれぞれ図2および図3に示す。なお、Al濃度のSIMS測定は、シリコン基板を適切な厚さまでエッチング除去し、シリコン基板側から窒化アルミニウム単結晶層側へ測定されるように行った。なお、比較し易いように、横軸の深さ情報を、窒化アルミニウム単結晶層3と接する界面を基準(0μm)となるように修正している。
2 シリコン基板
3 窒化アルミニウム単結晶層
4 バッファ構造体
4a 第1超格子層
4b 第2超格子層
5 アルミニウム拡散領域
6 III族窒化物半導体
Claims (8)
- シリコン基板と、
該シリコン基板上に形成した窒化アルミニウム単結晶層と、
該窒化アルミニウム単結晶層上に形成した、少なくとも一組以上の超格子層を含むバッファ構造体と
を具える電子デバイス用エピタキシャル基板であって、
前記シリコン基板の表層部には、前記窒化アルミニウム単結晶層と接する表面から基板厚さ方向に広がるアルミニウム拡散領域が設けられ、
前記シリコン基板の、前記窒化アルミニウム単結晶層と接する表面の表面粗さRaは、0.2〜1nmの範囲であることを特徴とする電子デバイス用エピタキシャル基板。 - 前記アルミニウム拡散領域は、その拡散長が、前記シリコン基板の、前記窒化アルミニウム単結晶層と接する表面を基準として、シリコン基板の深さ方向へ0.3〜1.0μmの範囲である請求項1に記載の電子デバイス用エピタキシャル基板。
- 前記アルミニウム拡散領域におけるAl濃度は、1×1015〜1×1020atoms/cm3の範囲である請求項1または2に記載の電子デバイス用エピタキシャル基板。
- 前記バッファ構造体は、絶縁性を有する請求項1、2または3に記載の電子デバイス用エピタキシャル基板。
- 前記バッファ構造体は、Ba1Alb1Gac1Ind1N(0≦a1≦1, 0≦b1≦1, 0≦c1≦1, 0≦d1≦1, a1+b1+c1+d1=1)材料からなる第1超格子層および該第1超格子層とはバンドギャップの異なるBa2Alb2Gac2Ind2N(0≦a2≦1, 0≦b2≦1, 0≦c2≦1, 0≦d2≦1, a2+b2+c2+d2=1)材料からなる第2超格子層を交互に積層してなる超格子積層体を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子デバイス用エピタキシャル基板。
- 請求項1〜5に記載のバッファ構造体上に、窒化ガリウム層を具えるIII族窒化物電子デバイス用エピタキシャル基板。
- シリコン基板の表層部にアルミニウム拡散領域を形成する工程と、
前記シリコン基板上に窒化アルミニウム単結晶層をエピタキシャル形成する工程と、
該窒化アルミニウム単結晶層上にバッファ構造体を形成する工程と
を具える電子デバイス用エピタキシャル基板の製造方法であって、
前記アルミニウム拡散領域を形成する工程は、前記シリコン基板を、基板温度950℃以上でAl(CH3)3ガス雰囲気下で暴露処理することを含む電子デバイス用エピタキシャル基板の製造方法。 - 前記窒化アルミニウム単結晶層は、前記暴露処理と同じ基板温度950℃以上で成長される請求項7に記載の電子デバイス用エピタキシャル基板。
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