化合物半导体基板制造技术

提供能够降低含Al(铝)的氮化物半导体层内的穿透位错的化合物半导体基板。一种化合物半导体基板，具备：Si(硅)基板；第1的Al氮化物半导体层，其被形成于Si基板之上，是Al浓度沿着厚度方向随着从Si基板远离而减少的倾斜层；GaN(氮化镓)层，其被形成于第1的Al氮化物半导体层之上，具有比第1的Al氮化物半导体层的平均Al浓度低的平均Al浓度；第2的Al氮化物半导体层，其被形成于GaN层之上，具有比GaN层的平均Al浓度高的平均Al浓度。第2的Al氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度比第1的Al氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】化合物半导体基板
本专利技术涉及化合物半导体基板，更特定而言，涉及能够降低含Al(铝)的氮化物半导体层内的穿透位错的化合物半导体基板。
技术介绍
GaN(氮化镓)作为相比于Si(硅)而能带间隙大、绝缘破坏电场强度高的宽能带间隙半导体材料而被知晓。GaN由于与其他的宽能带间隙半导体材料相比也具有高的耐绝缘破坏性，因而被期待对于新时代的低损耗的功率器件的适用。在将Si基板用于使用了GaN的半导体器件的初始基板(基底基板)的情况下，起因于GaN与Si之间的晶格常数及热膨胀系数的大的差，容易引起在基板产生翘曲、或者在GaN层内产生裂纹的现象。因此，提出了作为开始基板，通过采用在Si基板上形成有SiC(碳化硅)层等的化合物半导体基板，从而通过SiC层等缓和GaN与Si之间的晶格常数及热膨胀系数的差的技术。作为这样的技术，在下述专利文献1等中公开了抑制基板的翘曲、裂纹的产生的技术。在下述专利文献1中公开了如下的化合物半导体基板：具备：SiC层、形成于SiC层之上的AlN(氮化铝)缓冲层、形成于AlN缓冲层之上的含Al的氮化物半导体层、形成于氮化物半导体层之上的第1的GaN层、与第1的GaN层相接触并形成于第1的GaN层之上的第1的AlN中间层、以及与第1的AlN中间层相接触并形成于第1的AlN中间层之上的第2的GaN层。具备现有的GaN层的半导体基板也被公开于下述专利文献2。在下述专利文献2中公开了如下的半导体结构：具备：由SiC制成的基板、形成于基板之上的由AlN制成的核生成层、被形成于核生成层之上的由AlGaN(氮化铝镓)制成的倾斜层、以及形成于倾斜层之上的由GaN制成的氮化物层。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2017/069087号专利文献2：日本特表2010-521065号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在具备现有的GaN层的半导体基板中，作为缓冲层而大多使用了含Al的氮化物半导体层(AlGaN等)。但是，对于现有的含Al的氮化物半导体层，存在有内部的穿透位错多的这种问题。另外，在含Al的氮化物半导体层之上形成有GaN层的情况下，穿透位错也被继承在GaN层内，GaN层内的穿透位错也增加。本专利技术用于解决上述课题，其目的在于提供能够降低含Al的氮化物半导体层内的穿透位错的化合物半导体基板。用于解决课题的手段本专利技术的一个方式的化合物半导体基板，其具备：Si基板；第1氮化物半导体层，是形成于Si基板之上的含Al的第1氮化物半导体层，是Al浓度沿厚度方向随着从Si基板远离而减少的倾斜层；第2氮化物半导体层，是形成于第1氮化物半导体层之上的第2氮化物半导体层，具有比第1氮化物半导体层的平均Al浓度低的平均Al浓度；以及第3氮化物半导体层，是形成于第2氮化物半导体层之上的含Al的第3氮化物半导体层，具有比第2氮化物半导体层的平均Al浓度高的平均Al浓度，第3氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度比第1氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度低。在上述化合物半导体基板中，优选第2氮化物半导体层由GaN制成，具有3nm以上且100nm以下的厚度。在上述化合物半导体基板中，优选第1氮化物半导体层包含：下部层；以及上部层，其形成于下部层之上，具有比下部层的平均Al浓度低的平均Al浓度。在上述化合物半导体基板中，优选在将第1氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度作为穿透位错密度DA、将第3氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度作为穿透位错密度DB的情况下，穿透位错密度DB相对于穿透位错密度DA的比率(DB/DA)大于0且为0.6以下。在上述化合物半导体基板中，优选第2氮化物半导体层的厚度W2相对于第1氮化物半导体层的厚度W1的比率(W2/W1)为0.007以上且0.26以下。在上述化合物半导体基板中，优选还具备形成于第3氮化物半导体层之上的GaN层。在上述化合物半导体基板中，优选在将第1氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度作为穿透位错密度DA、将GaN层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度作为穿透位错密度DC的情况下，穿透位错密度DC相对于穿透位错密度DA的比率(DC/DA)大于0且为0.3以下。在上述化合物半导体基板中，优选还具备上部复合层，上部复合层包含在上下方向上被层叠的多个上部GaN层、以及形成于多个上部GaN层各自之间的含Al的上部氮化物半导体层，GaN层是多个上部GaN层当中最下层的上部GaN层，上部氮化物半导体层的厚度W4相对于多个上部GaN层各自的厚度W3的比率(W4/W3)为0.0015以上且0.025以下。在上述化合物半导体基板中，优选还具备形成于Si基板之上的SiC层、以及形成于SiC层之上的由AlN制成的缓冲层，第1氮化物半导体层形成于缓冲层之上。专利技术效果根据本专利技术，能够提供能够降低含Al的氮化物半导体层内的穿透位错的化合物半导体基板。附图说明图1是表示本专利技术的第1实施方式中的化合物半导体基板CS1的构成的截面图。图2是表示本专利技术的第1实施方式中的复合层4内部的Al浓度分布的图。图3是示意性表示构成GaN层42a的GaN的二维成长的图。图4是表示本专利技术的第2实施方式中的化合物半导体基板CS2的构成的截面图。图5是表示本专利技术的第1实施例中的化合物半导体基板CS1的制作条件、以及穿透位错数的测量位置P1、P2、及P3的截面图。图6是表示本专利技术的第1实施例中的化合物半导体基板CS100的制作条件、以及穿透位错数的测量位置P1、P2、及P3的截面图。图7是表示本专利技术的第1实施例中的穿透位错密度的测量结果的图。图8是表示本专利技术的第1实施例中的化合物半导体基板的最外层(Al氮化物半导体层10)的表面的显微镜照片及蚀坑密度的测量结果的图。图9是表示本专利技术的第2实施例中的试样C1、C2、及C3各自的翘曲量的测量结果的图。图10是表示从本专利技术的第2实施例中的试样C1、C2、及C3各自的翘曲量的测量结果而得的GaN层42b的厚度与翘曲量的关系的图表。图11是表示本专利技术的第2实施例中的试样D1、D2、及D3各自的翘曲量的测量结果的图。图12是表示从本专利技术的第2实施例中的试样D1、D2、及D3各自的翘曲量的测量结果而得的Al氮化物半导体层52a及52b的厚度与翘曲量的关系的图表。具体实施方式以下，基于附图对本专利技术的实施方式进行说明。[第1实施方式]图1为表示本专利技术的第1实施方式中的化合物半导体基板CS1的构成的截面图。参照图1，本实施方式中的化合物半导体基板CS1包含HEMT(HighElectronMobilityTransistor)。化合物半导体基板CS1具备：Si基板1(Si基板的一例)、SiC层2(SiC层的一例)、AlN缓冲层3(缓冲层的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化合物半导体基板，其具备：/nSi基板；/n第1氮化物半导体层，是形成于所述Si基板之上的含Al的第1氮化物半导体层，是Al浓度沿着厚度方向随着从Si基板远离而减少的倾斜层；/n第2氮化物半导体层，是形成于所述第1氮化物半导体层之上的第2氮化物半导体层，具有比所述第1氮化物半导体层的平均Al浓度低的平均Al浓度；以及/n第3氮化物半导体层，是形成于所述第2氮化物半导体层之上的含Al的第3氮化物半导体层，具有比所述第2氮化物半导体层的平均Al浓度高的平均Al浓度，/n所述第3氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度比所述第1氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度低。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181225 JP 2018-2413891.一种化合物半导体基板，其具备：
Si基板；
第1氮化物半导体层，是形成于所述Si基板之上的含Al的第1氮化物半导体层，是Al浓度沿着厚度方向随着从Si基板远离而减少的倾斜层；
第2氮化物半导体层，是形成于所述第1氮化物半导体层之上的第2氮化物半导体层，具有比所述第1氮化物半导体层的平均Al浓度低的平均Al浓度；以及
第3氮化物半导体层，是形成于所述第2氮化物半导体层之上的含Al的第3氮化物半导体层，具有比所述第2氮化物半导体层的平均Al浓度高的平均Al浓度，
所述第3氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度比所述第1氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度低。


2.根据权利要求1所述的化合物半导体基板，其中，所述第2氮化物半导体层由GaN形成，具有3nm以上且100nm以下的厚度。


3.根据权利要求1所述的化合物半导体基板，其中，所述第1氮化物半导体层包含：
下部层；以及
上部层，所述上部层形成于所述下部层之上，具有比所述下部层的平均Al浓度低的平均Al浓度。


4.根据权利要求1所述的化合物半导体基板，其中，在将所述第1氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度作为穿透位错密度DA、将所述第3氮化物半导体层内的厚度方向的任意位置处的穿透位错密度作为穿透位错密度DB的情况下，穿透位错密度DB相对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：大内澄人，铃木悠宜，生川满久，川村启介，
申请(专利权)人：爱沃特株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP