專利名稱：Iii族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓及iii族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓及III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備。
背景技術(shù)：
非專利文獻(xiàn)1中記載有異質(zhì)結(jié)晶體管(HFET =Heterojunction Field-Effect Transistor)。該HFET形成在m面GaN基板上。在該HFET中，在m面GaN基板上順次層積無(wú)摻雜GaN層(1 μ m) ,Fe摻雜GaN層(1. 5 μ m)、作為通道層的無(wú)摻雜GaN層(300nm)、及作為勢(shì)壘層的AlGaN層(無(wú)摻雜AlGaN層Qnm)、Si摻雜AlGaN層(15nm)以及無(wú)摻雜AlGaN 層(6nm))，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型(常關(guān)型)的HFET。非專利文獻(xiàn)2中記載有高電子遷移率晶體管(HEMT :High Electron Mobility Transistor)。在該HEMT中，在藍(lán)寶石基板上順次層積AlN緩沖層、AlGaN通道層、及AlGaN
勢(shì)壘層。作為使GaN結(jié)晶在SiC基板上生長(zhǎng)的方法，在非專利文獻(xiàn)3中記載有以下方法使 AlN在SiC基板上生長(zhǎng)后使GaN結(jié)晶生長(zhǎng)的方法；及使AlN及AlGaN在SiC基板上生長(zhǎng)后使GaN生長(zhǎng)的方法。在先技術(shù)文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn) 1 :Tetsuya Fujiwara et al. ,"Enhancement-Mode m-plane AlGaN/ GaN Heterojunction Field-Effect Transistors，，，Applied Physics Express, Vol. 2, 011001(2009)非專禾Ij 文獻(xiàn) 2 :Takuma Nanjo et al. , "Remarkable breakdownVoltage enhancement in AlGaN channel high electron mobility transistors，，，Applied Physics Letters, Vol.92,263502(2008)3 :Y. S. Cho et al. , "Reduction of stacking fault density in m-plane GaN grown on SiC”，Applied Physics Letters, Vol.93,111904(2008)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題目前，使用氮化鎵系半導(dǎo)體作為材料的HEMT等電子設(shè)備，因其較高的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度及二維電子氣通道的較高的移動(dòng)度而受到業(yè)界認(rèn)可。在制作這種電子設(shè)備時(shí)，如非專利文獻(xiàn)1所述，一般使由III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成的通道層及勢(shì)壘層在GaN基板上生長(zhǎng)。另一方面，關(guān)于例如AlN等含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體，與GaN相比，帶隙較大，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較高。因此，通過(guò)使用由含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成的基板，可制作進(jìn)一步高耐壓、高輸出的電子設(shè)備。在非專利文獻(xiàn)2中，使AlN緩沖層、AlGaN通道層及AlGaN勢(shì)壘層沿c軸方向生長(zhǎng)。 此情形時(shí)，即便在動(dòng)作已停止的狀態(tài)下也會(huì)因壓電電場(chǎng)而在AKiaN通道層產(chǎn)生高濃度的二維電子氣。因此，難以實(shí)現(xiàn)常關(guān)型半導(dǎo)體設(shè)備。此外，在非專利文獻(xiàn)2及非專利文獻(xiàn)3中，使含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體層在非III族氮化物的基板、例如SiC基板上生長(zhǎng)。此情形時(shí)，難以抑制該半導(dǎo)體層的結(jié)晶缺陷的產(chǎn)生。本發(fā)明鑒于上述的問(wèn)題點(diǎn)而產(chǎn)生，其目的在于提供一種擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較大且結(jié)晶缺陷較少的常關(guān)型III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備。此外，其目的在于提供一種用于制作該III 族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓。用于解決問(wèn)題的技術(shù)手段本發(fā)明的一方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓包括(a)基板，其由AlN構(gòu)成且具有沿該AlN結(jié)晶的c軸的主面；(b)第一半導(dǎo)體層，其由含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成且設(shè)置在主面上；以及(c)第二半導(dǎo)體層，其設(shè)置在主面上，由帶隙比第一半導(dǎo)體層更大的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，并且與第一半導(dǎo)體層形成異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明的一方式的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備包括(a)基板，其由AlN構(gòu)成且具有沿該AlN結(jié)晶的c軸的主面；(b)通道層，其由含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成且設(shè)置在主面上；以及(c)勢(shì)壘層，其設(shè)置在主面上，由帶隙比第一半導(dǎo)體層更大的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，并且與通道層形成異質(zhì)結(jié)。在這些III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓及III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備中，使用擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度比GaN基板更大的AlN基板作為基板。該AlN基板具有沿c軸的主面。該主面為無(wú)極性面，例如為m面或a面等。在該主面上，形成有由含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成的通道層及第一半導(dǎo)體層。通過(guò)如上所述地使通道層及第一半導(dǎo)體層形成在無(wú)極性面上， 可降低壓電電場(chǎng)，因此可抑制通道層及第一半導(dǎo)體層上由壓電電場(chǎng)引起的二維電子氣的產(chǎn)生。因此，可較好地實(shí)現(xiàn)常關(guān)型半導(dǎo)體設(shè)備。此外，在作為III族氮化物的AlN基板上形成有由III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成的第一半導(dǎo)體層及第二半導(dǎo)體層，因此可較好地抑制這些半導(dǎo)體層的結(jié)晶缺陷的產(chǎn)生。或者，在作為III族氮化物的AlN基板上形成有由III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成的通道層及勢(shì)壘層，因此可較好地抑制這些半導(dǎo)體層的結(jié)晶缺陷的產(chǎn)生。 如此，通過(guò)這些III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓及III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，可提供擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較大且結(jié)晶缺陷較少的常關(guān)型半導(dǎo)體設(shè)備、及用于制作該半導(dǎo)體設(shè)備的層積晶圓。在該III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓中，第一半導(dǎo)體層中的含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體的c軸方向的X射線搖擺曲線半高寬，可為該III族氮化物系半導(dǎo)體的垂直于c 軸的方向的X射線搖擺曲線半高寬的1.2倍以下。此外，在該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備中， 通道層中的含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體的c軸方向的X射線搖擺曲線半高寬，可為該 III族氮化物系半導(dǎo)體的垂直于c軸方向的X射線搖擺曲線半高寬的1. 2倍以下。在該III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓中，主面可為AlN結(jié)晶的m面或a面。此外，在該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備中，主面可為AlN結(jié)晶的m面或a面。AlN基板以這些無(wú)極性面為主面，從而可有效地降低通道層及第一半導(dǎo)體層所產(chǎn)生的壓電電場(chǎng)。在該III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓中，第一半導(dǎo)體層的厚度可為50nm以下。此外， 在該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備中，通道層的厚度可為50nm以下。經(jīng)本發(fā)明者研究后發(fā)現(xiàn)， 若含有Al的通道層及第一半導(dǎo)體層過(guò)厚，則結(jié)晶方向的波動(dòng)將產(chǎn)生各向異性，影響設(shè)備特性。即，伴隨通道層及第一半導(dǎo)體層變厚，c軸方向的結(jié)晶的波動(dòng)大于與c軸方向正交的方向，層積缺陷主要沿與c軸方向正交的方向延伸。其結(jié)果為，電流難以在與層積缺陷的延伸方向正交的方向流通而使得元件電阻上升。此外，泄漏電流穿過(guò)層積缺陷而在平行于層積缺陷的延伸方向的方向流通，使得耐壓特性降低。進(jìn)而，也產(chǎn)生如下問(wèn)題例如，制作晶體管時(shí)的泄漏電流或順向電流、導(dǎo)通電阻等設(shè)備特性，在C軸方向與正交于C軸的方向上不同。 對(duì)此，通過(guò)使通道層及第一半導(dǎo)體層的厚度為50nm以下，可抑制這種結(jié)晶方向上的波動(dòng)的各向異性，保持良好的設(shè)備特性。在該III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓中，第一半導(dǎo)體層可由AKiaN構(gòu)成。此外，該 111族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備中，通道層可由MGaN構(gòu)成。在該III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓中，第二半導(dǎo)體層可由AlN構(gòu)成。此外，該III 族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備中，第一勢(shì)壘層可由AlN構(gòu)成。在該III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓中，可還包括第三半導(dǎo)體層。第三半導(dǎo)體層設(shè)置在主面上的、在與第二半導(dǎo)體層之間夾著第一半導(dǎo)體層的位置，由帶隙比第一半導(dǎo)體層更大的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，并且與第一半導(dǎo)體層形成異質(zhì)結(jié)。此外，該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備可還具有第二勢(shì)壘層。第二勢(shì)壘層設(shè)置在主面上的、在與第一勢(shì)壘層之間夾著通道層的位置，由帶隙比通道層更大的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，并且與通道層形成異質(zhì)結(jié)。因此，可較好地實(shí)現(xiàn)所謂雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的晶體管。在該III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓中，第三半導(dǎo)體層可由AlN構(gòu)成。此外，該III 族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備中，第二勢(shì)壘層可由AlN構(gòu)成。關(guān)于本發(fā)明的各個(gè)方式的上述的目的及其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)參照


的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的如下詳細(xì)記載，而更容易地了解。發(fā)明的效果通過(guò)本發(fā)明的一方式，可提供一種擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較大且結(jié)晶缺陷較少的常關(guān)型 III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備。此外，可提供一種用于制作該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓。

圖1是表示第1實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示第2實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示第3實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓的結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示作為比較例的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓C的結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示實(shí)施例1中的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖表。圖6是表示實(shí)施例2中的源電極S、柵電極G、及漏電極D的配置的圖。圖7是表示實(shí)施例2中的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖表。圖8是表示實(shí)施例3中的結(jié)果的圖表。圖9是表示實(shí)施例4中的結(jié)果的圖表。圖10是表示第4實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。圖11是表示第5實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明10 12III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓
13,33第一八^！^^！^小層15,35第二 AlxJr^GiiHHA 層15a,35a無(wú)摻雜層15b,35b摻雜層17,37外延層19,47第三 AlxJr^feVmN 層19a、19b、47a、47b 無(wú)摻雜層19c、47c摻雜層27、57AlN 基板27a、57a主面30,31III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30a、3 Ia半導(dǎo)體層積部39、41、43電極45、55維電子氣層
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓及III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的實(shí)施方式。另外，在圖的說(shuō)明中對(duì)同一要素標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。(第1實(shí)施方式)圖1為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓的結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓10包括AlN基板27。AlN基板27具有沿該AlN結(jié)晶的c軸的主面27a。另外，圖1中分別圖示有AlN基板27的c軸方向及m軸方向。在本實(shí)施方式中，AlN基板27的主面27a由AlN結(jié)晶的m面構(gòu)成。此外，III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓10包括由含有Al的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成且作為第一半導(dǎo)體層的第一 AlxlInY1(;ai_xl_Y1N(0<Xl彡1，0彡Yl< 1，0<X1+Y1彡1)層 13、及由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成且作為第二半導(dǎo)體層的第二Α1Χ2ΙηΥ2(^_Χ2_Υ2Ν(0彡Χ2彡1， 0彡Y2彡1，0<X2+Y2彡1)層15。第二六1)(211^2&11_)^#層15設(shè)置在AlN基板27的主面27a 上,第一 AlxJriYiGa^x^YiN 層 13 設(shè)置在第二 AlX2InY2Ga1_X2_Y2N 層 15 上。第二 AlX2InY2Ga1_X2_Y2N 層15的帶隙比第一 Alxi〖!^(^^小層13更大，并且與第一々1)(111^1&11_)^小層13形成異質(zhì)結(jié)。在由III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓10制作的半導(dǎo)體設(shè)備中，第一々^!^^!^小層 13例如作為通道層而起作用，第二 Α1Χ2ΙηΥ2(^_Χ2_Υ2Ν層15例如作為勢(shì)壘層而起作用。第二八^如^^^力層15包括靠近第一々1)(111^1&11_)(1_』層13的無(wú)摻雜層15a、及摻雜層15b。 在摻雜層15b中例如可摻雜Si。第一13 中可由 AlGaN 構(gòu)成(即 Yl = 0，0 < Xl < 1)。此外， 第二 AlX2InY2Gai_X2_Y2N 層 15 可由 AlN 構(gòu)成(即 X2 = 1，Y2 = 0)。第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N 層 13及第二々^如^^^^層15例如可通過(guò)有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)(MOVPE，MetalorganicVapor Phase Epitaxy) ^ Μ^feix0在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一々^!^^!^小層13的厚度例如為30nm，Al原子組成比Xl為0. 8，In原子組成比Yl為0。此夕卜，第二 ΑΙ^Ιι^^νχ^Ν層15的厚度例如為23nm(其中，無(wú)摻雜層15a為3nm，摻雜層1 為20nm)，摻雜層15b的摻雜劑濃度為IX 1019cnT3。第二 Α1Χ2ΙηΥ2(^_Χ2_Υ2Ν層15設(shè)置在作為緩沖層的外延層17上。外延層17由無(wú)摻雜的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，例如由無(wú)摻雜AlN構(gòu)成。外延層17設(shè)置在AlN基板27 的主面27a上。外延層17的優(yōu)選厚度例如為2 μ m。外延層17例如通過(guò)有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法而生長(zhǎng)。本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓10的制作方法如下。首先，將具有沿c軸的主面(優(yōu)選是m面或a面)27a的AlN基板27置于MOVPE爐內(nèi)，在NH3氣氛下以 1150°C進(jìn)行爐內(nèi)熱處理。其次，使用MOVPE法，使外延層17、第二 Α1Χ2ΙηΥ2(^_Χ2_Υ2Ν層15的摻雜層1 及無(wú)摻雜層15a、以及第一々^!^^!^小層13依次生長(zhǎng)。另外，此時(shí)所用的 AlN基板27優(yōu)選是主面27a的位錯(cuò)密度小于1 X 106cm_2的結(jié)晶性極優(yōu)的基板。在本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓10中，使用擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度比GaN基板更大的AlN基板27作為基板。此外，該AlN基板27的主面27a由AlN結(jié)晶的m面構(gòu)成， 在該主面27a上形成有第一々1)(111^1&11_)(1_』層13。通過(guò)如此將第一 AlxlInY1(;ai_xl_Y1N層13 形成在無(wú)極性面上，可降低壓電電場(chǎng)，抑制作為通道層的第一々^!^燦^^層13上因壓電電場(chǎng)引起的二維電子氣的產(chǎn)生。因此，可較好地實(shí)現(xiàn)常關(guān)型半導(dǎo)體設(shè)備。此外，在作為III 族氮化物的AlN基板27上，形成有由III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成的第一々^!^^!^小層 13及第二 AlX2InY2(iai_X2_Y2N層15，因此可較好地抑制這些半導(dǎo)體層的結(jié)晶缺陷的產(chǎn)生。另外，本實(shí)施方式中例示出AlN基板27的主面27a由m面構(gòu)成的情形，但主面27a 只要沿AlN結(jié)晶的c軸即可，例如為a面等其它的無(wú)極性面也可獲得本實(shí)施方式的上述效^ ο(第2實(shí)施方式)圖2為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓的結(jié)構(gòu)的圖。 本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓11包括第一々^!^^!^小層13、第二八^如^^^力層15、外延層17及AlN基板27。它們的構(gòu)成與上述第1實(shí)施方式相同。III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓11還具有第三八“機(jī)椒普^(0彡X3彡1， 0彡Y3彡1，0 < X3+Y3彡1)層19。第三Α1Χ3ΙηΥ36&1_Χ3_Υ3Ν層19設(shè)置于在與第二 AlX2InY2(iai_X2_Y2N層15之間夾有第一々1)(111^1&11_)^小層13的位置，在本實(shí)施方式中設(shè)置于第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N 層 13 上。第三 AlX3InY3(iai_X3_Y3N 層 19 的帶隙比第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N 層13更大，并且與第一 AlxlInY1(iai_xl_Y1N層13形成異質(zhì)結(jié)。在由III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓11所制作的半導(dǎo)體設(shè)備中，第一々1)(111^1(^1_)(1_』層13例如作為通道層而起作用，第二 AlX2InY2(iai_X2_Y2N層15例如作為第一勢(shì)壘層而起作用，第三AlX3InY3(;ai_X3_Y3N層19例如作為第二勢(shì)壘層而起作用。第三AlX3InY3(iai_X3_Y3N層19包括靠近第一 AlxlInY1(;ai_xl_Y1N層13 的無(wú)摻雜層19a、遠(yuǎn)離第一 ▲^!^(^^小層13的無(wú)摻雜層19b、以及設(shè)置在這些無(wú)摻雜層 19a及19b之間的摻雜層19c。在摻雜層19c中例如摻雜Si。在本實(shí)施方式中，第一 AlxlInY1(;ai_xl_Y1N層13可由AlGaN構(gòu)成，第二 AlX2InY2Gai_X2_Y2N 層 15 可由 AlN 構(gòu)成。此外，第三 AlX3InY3Gai_X3_Y3N 層 19 可由 AlN 構(gòu)成。第三AlX3InY3(iai_xl_Y3N層19例如通過(guò)有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法而生長(zhǎng)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第三AUn^GiinJ層19的厚度例如為沈歷，作為一例，無(wú)摻雜層1 及1 分別為3nm，摻雜層19c為20nm。此外，摻雜層19c的摻雜劑濃度例如為 IXlO1W3O關(guān)于本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓11的制作方法，除以下方面之外，均與第1實(shí)施方式相同。即，使第一 AlxlInY1(;ai_xl_Y1NM 13生長(zhǎng)之后，繼而使第三 Α^ι^^Ι^μΝ層19的無(wú)摻雜層19a、摻雜層19c、及無(wú)摻雜層19b通過(guò)MOVPE法而生長(zhǎng)。 另外，本實(shí)施方式中，AlN基板27也優(yōu)選是主面27a的位錯(cuò)密度小于1 X 106cm_2的結(jié)晶性極優(yōu)的基板。本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓11包括與第1實(shí)施方式相同的AlN 基板27、第一 AlxlInY1(;ai_xl_Y1N層13及第二 AlX2InY2(iai_X2_Y2N層15，因此可制作擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較大且結(jié)晶缺陷較少的常關(guān)型半導(dǎo)體設(shè)備。此外，本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓11包括第三Α^Πγ^ ^ΜΝ 層19。該第三AlX3InY3(iai_X3_Y3N層19設(shè)置于在與第二 AlX2InY2Gai_X2_Y2N層15之間夾有 H-AlxiInyiGamiN M 13的位置，并且?guī)侗鹊谝?Α1χ1Ιηγ1(^_χ1_γ1Ν層13更大，與第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N層13形成異質(zhì)結(jié)。通過(guò)包含這種第三AlX3InY3Gai_X3_Y3N層19，可較好地制作雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的晶體管。(第3實(shí)施方式)圖3為表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓的結(jié)構(gòu)的圖。 本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓12包括由含有Al的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成且作為第一半導(dǎo)體層的第一 AlxlInY1(iai_xl_Y1N(0 < Xl 彡 1，0 彡 Yl < 1，0 < X1+Y1 彡 1)層 21、由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成且作為第二半導(dǎo)體層的第二 Α1Χ2ΙηΥ2(^_Χ2_Υ2Ν(0彡X2彡1， O彡Y2彡1，0 < X2+Y2彡1)層23、及AlN基板27。另外，AlN基板27的結(jié)構(gòu)與上述第1 實(shí)施方式相同。第一 AlxJi^fe^mN層21直接設(shè)置在AlN基板27的主面27a上，第二 AlX2InY2Ga1_X2_Y2N M 23 設(shè)置在第一 Α1χ1Ιηγ1(^_χ1_γ1Ν 層 21 上。第二 Al X2InY2Ga1_X2_Y2N 層 23 的帶隙比第一 Alxi〖 (^^小層21更大，并且與第一六^ ^！^力層21形成異質(zhì)結(jié)。在由III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓12制作的半導(dǎo)體設(shè)備中，第一々、〖 (^^力層 21例如作為通道層而起作用，第二 ▲^ (^^力層23例如作為勢(shì)壘層而起作用。第二 AlX2InY2(iai_X2_Y2N 層 23 包括靠近第一 AlxlInY1(;ai_xl_Y1N 層 21 的無(wú)摻雜層 23a、遠(yuǎn)離第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N層21的無(wú)摻雜層23b、以及設(shè)置在這些無(wú)摻雜層23a及2 之間的摻雜層 23c。在摻雜層23c中例如摻雜Si。第一六^??！^^^小層21可由AlGaN構(gòu)成(即Yl = 0，0 < Xl < 1)。此夕卜，第二 AlX2InY2Gai_X2_Y2N 層 23 可由 AlN 構(gòu)成(即 X2 = 1，Y2 = 0)。第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N 層 21 及第二々1)(211^2&11_)^#層23，例如通過(guò)有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)(MOVPE)法而生長(zhǎng)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一々^!^^!^小層21的厚度例如為2 μ m，Al原子組成比 Xl為0. 8，In原子組成比Yl為0。此夕卜，第二 ΑΙ^Ιι^^νχ^Ν層23的厚度例如為36nm，作為一例，無(wú)摻雜層23a及2 分別為3nm，摻雜層23c為30nm。摻雜層23c的摻雜劑濃度例如為 IXlO1W30本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓12的制作方法如下。首先，使AlN基板27在NH3氣氛下以1150°C進(jìn)行爐內(nèi)熱處理。其次，使用MOVPE法，使第一 AlxlInY1(iai_xl_Y1N
9層21、以及第二 AlX2InY2Gai_X2_Y2N層23的無(wú)摻雜層23a、摻雜層23c及無(wú)摻雜層23b順次生長(zhǎng)。另外，本實(shí)施方式中，AlN基板27也優(yōu)選是主面27a的位錯(cuò)密度小于IX IO6CnT2的結(jié)晶性極優(yōu)的基板。(實(shí)施例1)此處，對(duì)于制作上述第1實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓10 (參照?qǐng)D1)、 及第3實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓12 (參照?qǐng)D3)、并進(jìn)行結(jié)晶性評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例中，首先，準(zhǔn)備2塊主面為m面且主面的位錯(cuò)密度小于IXlO6CnT2的 AlN基板。其后，在一個(gè)AlN基板上，順次生長(zhǎng)相當(dāng)于外延層17的厚度為2μπι的無(wú)摻雜AlN 層、相當(dāng)于摻雜層15b的厚度為20nm且摻雜劑濃度為IX IO19CnT3的Si摻雜AlN層、相當(dāng)于無(wú)摻雜層15a的厚度為3nm的無(wú)摻雜AlN層、以及相當(dāng)于第一々^ 力 ^小層13的厚度為30nm的無(wú)摻雜Ala8Gaa2N層。以下，將其作為層積晶圓A。此外，在另一個(gè)AlN基板上， 順次生長(zhǎng)相當(dāng)于第一 AlxiInY1Gai_xl_Y1N層21的厚度為2 μ m的無(wú)摻雜Ala 8Ga0.2N層、相當(dāng)于無(wú)摻雜層23a的為厚度3nm的無(wú)摻雜AlN層、相當(dāng)于摻雜層23c的厚度為30nm的無(wú)摻雜AlN 層、以及相當(dāng)于無(wú)摻雜層23b的厚度為3nm的無(wú)摻雜AlN層。以下，將其作為層積晶圓B。此外，作為比較例，制作圖4所示的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓C。圖4所示的 III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓C包括以AlN結(jié)晶的C面為主面102a的AlN基板102，并且在該主面102a上層積有厚度為2μ m的無(wú)摻雜Ala8Gaa2N層104、厚度為3nm的無(wú)摻雜AlN層 106、厚度為30nm且摻雜劑濃度為1 X IO19CnT3的Si摻雜AlN層108、及厚度為3nm的無(wú)摻雜AlN層110。另外，AlN基板102與層積晶圓A、B相同，是主面的位錯(cuò)密度小于1 X 106cm_2 的結(jié)晶性極優(yōu)的基板。圖5為表示本實(shí)施例的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖表。圖5中表示針對(duì)上述的各層積晶圓A C通過(guò)透射電子顯微鏡(TEM transmission Electron Microscope)觀察到的層積缺陷及位錯(cuò)的觀察結(jié)果。此外，圖5中表示針對(duì)各層積晶圓A C的通道層(即無(wú)摻雜Ala8Gaa2N 層)的表面及AlN基板的表面上的a軸方向及c軸方向的傾斜、換言之即波動(dòng)所對(duì)應(yīng)的X 射線搖擺曲線(XRC:X-ray rocking curves)半高寬的值。但是，在層積晶圓C中表示m軸方向的傾斜所對(duì)應(yīng)的XRC半高寬的值。如圖5所示，層積晶圓B中，產(chǎn)生有較多層積缺陷或位錯(cuò)，利用TEM觀察可知，層積缺陷密度為IXlO6cnT1以上，位錯(cuò)密度為IXlOicicnT1以上。產(chǎn)生了層積缺陷、位錯(cuò)。特別是關(guān)于層積缺陷，認(rèn)為其原因?yàn)閷o(wú)摻雜Ala8Gaa2N層較厚(2μπι)地堆積在AlN基板上，而使c軸方向的結(jié)晶的波動(dòng)大于與c軸方向正交的方向，層積缺陷主要在與c軸方向正交的方向延伸。此外，與AlN基板的XRC半高寬相比較，通道層(無(wú)摻雜Ala8Gaa2N層)的XRC 半高寬較大，并且，較之通道層的a軸方向的XRC半高寬，通道層的c軸方向的XRC半高寬明顯更大，并且結(jié)晶的傾斜換言之波動(dòng)中產(chǎn)生各向異性。另一方面，在層積晶圓A中，利用TEM觀察無(wú)法確認(rèn)有層積缺陷或位錯(cuò)。通過(guò)該 TEM觀察可知，層積缺陷密度小于2 X IO3CnT1,位錯(cuò)密度小于IX IO8CnT1t5完全未產(chǎn)生層積缺陷或位錯(cuò)，通道層(無(wú)摻雜Ala8Gaa2N層)的XRC半高寬為與AlN基板基本相等的值，并且在a軸方向及c軸方向上未發(fā)現(xiàn)各向異性。其原因認(rèn)為是層積晶圓A中形成有比層積晶圓 B更薄的通道層(無(wú)摻雜Ala8Gaa力層)^。!!!!!)。由此，為使通道層的結(jié)晶性更好，優(yōu)選形成較薄的通道層，例如通過(guò)以50nm以下的厚度形成，可有效地降低通道層的層積缺陷、位錯(cuò)， 并且可抑制結(jié)晶的傾斜換言之波動(dòng)的各向異性。另外，通道層(無(wú)摻雜Ala8Gaa2N層)的厚度的下限例如為2nm。在層積晶圓C中，通道層(無(wú)摻雜Ala8Gaa ^層)中產(chǎn)生有位錯(cuò)密度為ΙΧΙΟΥπΓ1 的位錯(cuò)，但通過(guò)剖面TEM觀察無(wú)法確認(rèn)有層積缺陷。即，層積缺陷密度小于ΖΧΙΟΥπΓ1。此夕卜，在a軸方向及m軸方向上通道層的XRC半高寬相等，未發(fā)現(xiàn)結(jié)晶的傾斜、換言之波動(dòng)的各向異性。另外，第1實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓10(本實(shí)施例的層積晶圓A) 為所謂的逆HEMT構(gòu)造。此外，第2實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓11為所謂的雙異質(zhì)構(gòu)造的HEMT構(gòu)造。與作為通常的HEMT構(gòu)造的本實(shí)施例的層積晶圓C相比較，逆HEMT 構(gòu)造的層積晶圓A具有容易取得歐姆結(jié)等優(yōu)勢(shì)。此外，在具有雙異質(zhì)構(gòu)造的HEMT構(gòu)造的層積晶圓B中，因通道層被上下的勢(shì)壘層閉入，故具有載波的束縛效果較強(qiáng)的特征。此外，通過(guò)利用該載波束縛效果，可提高通道層的傳導(dǎo)性，換言之可降低片材電阻。此外，因與電極相鄰的部分為帶隙更大的材料，因此可提高設(shè)備的耐壓。(實(shí)施例2)其次，針對(duì)使用實(shí)施例1的層積晶圓A C制作HFET結(jié)構(gòu)并調(diào)查其順向電流特性及泄漏電流特性的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例中，如圖6所示，在層積晶圓A C上制作源電極S、柵電極G、及漏電極D。此外，使這些電極S、G及D形成為，在層積晶圓A C上的某區(qū)域中電流方向Ai沿a軸方向。此外，分別形成為，在層積晶圓A C上的其它區(qū)域中電流方向Ai沿c軸方向(層積晶圓C的情形為m軸方向)。另外，在本實(shí)施例中，將各電極S、G及D的長(zhǎng)度方向(與電極S、G及D排列的方向正交的方向)的長(zhǎng)度L全部設(shè)為1000 μ m,將源電極S與柵電極G的間隔Wse設(shè)為4 μ m，將柵電極G與漏電極D的間隔Wgd設(shè)為10 μ m。此外，通過(guò)反應(yīng)性離子蝕刻(RIE =Reactive Ion Etching)，以臺(tái)狀去除包含這些電極S、G及D的區(qū)域周圍的半導(dǎo)體層，進(jìn)行元件間分離。圖7為表示本實(shí)施例的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖表。圖7中表示，針對(duì)上述的各層積晶圓A C，測(cè)定在源電極S與柵電極G之間施加+IV、在源電極S與漏電極D之間施加+5V時(shí)的漏極電流(順向電流)密度所得的值。此外，圖7中表示，針對(duì)各層積晶圓A C，測(cè)定在源電極 S與柵電極G之間施加-2V、在源電極S與漏電極D之間施加-100V時(shí)的源極、漏極間的泄漏電流密度所得的值。首先，針對(duì)順向電流進(jìn)行考察，如圖7所示，當(dāng)層積晶圓B中電流方向Ai沿c軸方向時(shí)，與沿a軸方向的情形相比，電流密度變小。這是因?yàn)椋?dāng)層積晶圓B中電流方向Ai沿 c軸方向時(shí)，電流在垂直于層積缺陷的方向流通，因此受到層積缺陷的散射的影響。即，在此情形時(shí)，意味著元件的導(dǎo)通電阻將變大。此外，針對(duì)泄漏電流進(jìn)行考察，如圖7所示，在層積晶圓B中電流方向Ai沿a軸方向時(shí)，與沿c軸方向的情形相比，電流密度變大。這是因?yàn)椋?dāng)層積晶圓B中電流方向Ai沿 a軸方向時(shí)，電流在平行于層積缺陷的方向流通，因此產(chǎn)生經(jīng)由層積缺陷的泄漏電流。即，在此情形時(shí)，意味著元件的耐壓變低。對(duì)于有關(guān)層積晶圓B的上述結(jié)果，在層積晶圓A中，不論電流方向Ai沿哪個(gè)結(jié)晶軸，順向電流密度均為相同程度，因此不論電流方向如何均可將元件的導(dǎo)通電阻抑制得較低。此外，在層積晶圓A中，不論電流方向Ai沿哪個(gè)結(jié)晶軸，泄漏電流密度均為相同程度，因此不論電流方向如何均可較高地保持元件的耐壓。關(guān)于層積晶圓A中的這種特性，認(rèn)為其原因?yàn)?，層積晶圓A的通道層與層積晶圓B相比，層積缺陷、位錯(cuò)較少，并且結(jié)晶的傾斜(波動(dòng))的各向異性足夠少，結(jié)晶性良好。另外，在層積晶圓C中，雖然通道層存在位錯(cuò)，但未發(fā)現(xiàn)順向電流密度及泄漏電流密度的各向異性。根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)果，表示了 如層積晶圓A那樣形成較薄(例如50nm以下)的通道層，分別降低層積缺陷和位錯(cuò)的產(chǎn)生、及通道層的結(jié)晶的傾斜換言之波動(dòng)的各向異性， 從而可有效地抑制由該層積晶圓所制作的半導(dǎo)體設(shè)備的導(dǎo)通電阻及耐壓的各向異性。另外，在上述的非專利文獻(xiàn)3中，X射線搖擺曲線的半高寬，在c軸方向及垂直于c軸的方向上有明顯的差異。如圖5所示，在實(shí)施例1的層積晶圓A中，在c軸方向及 a軸方向上X射線搖擺曲線半高寬也不完全相等，這是因?yàn)闇y(cè)定時(shí)的誤差、層積晶圓的狀態(tài)例如形狀、翹曲或龜裂產(chǎn)生的影響。在實(shí)施例的層積晶圓A中，c軸方向的XRC半高寬 168arcSec (相當(dāng)于向c軸方向的傾斜角)、與垂直于c軸的方向(例如a軸)的XRC半高寬139arcSec(相當(dāng)于向垂直于c軸的方向的傾斜角)之比為168/139 = 1.2，若向0軸方向的傾斜角為向垂直于c軸的方向的傾斜角的1. 2倍以下，則可以說(shuō)其如實(shí)施例2所示具有良好的結(jié)晶性。(實(shí)施例3)根據(jù)上述實(shí)施例1、2，當(dāng)使用如m面的非極性的AlN基板時(shí)，通過(guò)如層積晶圓A那樣使AlGaN通道層較薄地生長(zhǎng)，可分別降低層積缺陷和位錯(cuò)的產(chǎn)生、及通道層的結(jié)晶的傾斜(波動(dòng))的各向異性，抑制由該層積晶圓制作的半導(dǎo)體設(shè)備的導(dǎo)通電阻、耐壓的各向異性，同時(shí)可提高設(shè)備特性。上述實(shí)施例1中層積晶圓A的AlGaN通道層的厚度設(shè)為30nm，而此處，針對(duì)關(guān)于 AlGaN通道層的厚度范圍的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例中，除由實(shí)施例1所制作的晶圓A之外，另制作AlGaN通道層的厚度分別為 40nm、50nm、60nm、80nm、2000nm 的層積晶圓 A4(1、A5tl、A6tl、A8tl、及 A誦。另外，使這些層積晶圓的AlGaN通道層以外的構(gòu)成與實(shí)施例1的層積晶圓A完全相同。在上述實(shí)施例1、2中，可知結(jié)晶的傾斜換言之波動(dòng)的各向異性、設(shè)備特性的各向異性的原因在于AlGaN通道層中的位錯(cuò)、層積缺陷等結(jié)晶缺陷，因此，針對(duì)本實(shí)施例的層積晶圓A4(1、A50, A60, A8tl、及A2_實(shí)施TEM評(píng)價(jià)，對(duì)于結(jié)晶缺陷與AlGaN通道層的厚度的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查。圖8為表示其結(jié)果的圖表。根據(jù)圖8所示的結(jié)果可知，AlGaN通道層的厚度優(yōu)選為50nm以下。(實(shí)施例4)在表示有AlGaN通道層的厚度、結(jié)晶缺陷及各向異性的實(shí)施例3的圖8中，表示了若AlGaN通道層的厚度比50nm更厚，則將產(chǎn)生結(jié)晶缺陷，產(chǎn)生各向異性。進(jìn)一步繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，關(guān)于外延生長(zhǎng)的最佳化、具體而言?shī)A具(基座)的最佳化進(jìn)行研究。其結(jié)果可知，即便AlGaN通道層的厚度與實(shí)施例1相同為30nm，若在并非為外延生長(zhǎng)的最佳狀態(tài)的情形時(shí)，AlGaN通道層中也會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。由此可知，產(chǎn)生結(jié)晶的傾斜
12換言之波動(dòng)的各向異性，并且，當(dāng)AlGaN通道層的各向異性較小時(shí)(上述hwc/hwa為1. 2以下)時(shí)，可獲得良好的特性。以下，對(duì)其實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例中，制作具有與實(shí)施例1的層積晶圓A相同的外延結(jié)構(gòu)的層積晶圓 D G。即，對(duì)于厚度為430μπι的AlN基板，在實(shí)施例1中將載置基板的基座的槽深度設(shè)為 430 μ m,而本實(shí)施例中使用槽深度為450 μ m、500 μ m、600 μ m、及800 μ m的基座，強(qiáng)行擾亂氣體流向而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以調(diào)查其影響。此時(shí)，以使AlGaN通道層的構(gòu)成、厚度等與實(shí)施例1的層積晶圓A相同的方式對(duì)氣體流量、生長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。圖9為表示本實(shí)施例中的結(jié)果的圖表。如圖9所示，即便外延結(jié)構(gòu)相同，但根據(jù)外延生長(zhǎng)的最佳化的狀態(tài)，也會(huì)存在XRC半高寬的各向異性變大的情形、及并非如此的情形。 在AlGaN通道層的XRC半高寬之比(hwc/hwa)大于1. 2時(shí)，會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)、層積缺陷，會(huì)產(chǎn)生如圖9所示的泄漏電流增強(qiáng)、或?qū)娮柙龃蟮仍O(shè)備特性的下降。(第4實(shí)施方式)圖10為表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。 本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30中包括半導(dǎo)體層積部30a。該半導(dǎo)體層積部30a 通過(guò)將第1實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓10(參照?qǐng)D1)以芯片狀切割而得至IJ，其包括作為通道層的第一々1)(1111#￡11_)(1_』層33、作為勢(shì)壘層的第二々^ 力 ^力層 35 (無(wú)摻雜層35a及摻雜層35b)、以及外延層37。因這些層33、35及37具有與第1實(shí)施方式的第一々^ 斤 ^力層13、第二々^ 力知^力層15及外延層17相同的結(jié)構(gòu)，故省略詳細(xì)的說(shuō)明。此外，半導(dǎo)體層積部30a包括AlN基板57。該AlN基板57具有與第1實(shí)施方式的AlN基板27相同的結(jié)構(gòu)。此外，III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30還包括并列設(shè)置在第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N層33 上的電極39及41。此外，III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30還具有在第一々^ 斤 ^小層33 上設(shè)置于電極39與電極41之間的電極43。當(dāng)III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30為異質(zhì)結(jié)晶體管時(shí)，電極39為源電極及漏電極中的一個(gè)，電極41為源電極及漏電極中的另一個(gè)，電極43為柵電極。或者，當(dāng)III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30為肖特基勢(shì)壘二極管時(shí)，電極39及41為陽(yáng)極電極，電極43為陰極電極。在III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30的動(dòng)作中的某期間，對(duì)電極43施加逆向偏壓。另一方面，在III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30的動(dòng)作中的其它期間，對(duì)電極43施加順向偏壓。在該動(dòng)作期間內(nèi)，電極39及41提供流向III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30的載波。因此，電極39 及41優(yōu)選在第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N層33形成歐姆結(jié)。電極43優(yōu)選在第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N 層33形成肖特基結(jié)。在該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30中，通過(guò)第一々^ 燦^小層33 與第二々^!!^^!^^層35的異質(zhì)結(jié)，而在第一々^ 斤 ^力層33的內(nèi)部生成二維電子氣層45。本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30包括具有與第1實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓10相同的構(gòu)成的半導(dǎo)體層積部30a。因此，通過(guò)該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備30，可提供擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較大且結(jié)晶缺陷較少的常關(guān)型半導(dǎo)體設(shè)備。此外，如上述的實(shí)施例1、2中所述，在本實(shí)施方式中，作為通道層的第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N層33也優(yōu)選是例如厚度為50nm以下的薄層。從而，可抑制第一八^！^斤^^力層33的結(jié)晶方向的波動(dòng)的各向異性，可良好地保持設(shè)備特性、具體而言為耐壓及導(dǎo)通電阻。(第5實(shí)施方式)圖11為表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。 本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31包括半導(dǎo)體層積部31a。該半導(dǎo)體層積部31a 通過(guò)將第2實(shí)施方式中的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓11 (參照?qǐng)D2)以芯片狀切割而得至IJ，其包括作為通道層的第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N層33、作為勢(shì)壘層的第二 AlX2InY2Gai_X2_Y2N 層35 (無(wú)摻雜層35a及摻雜層35b)、以及外延層37。因這些層33、35及37具有與第1實(shí)施方式的第一々^ 斤 ^小層13、第二々^!!^知^^層15及外延層17相同的結(jié)構(gòu)， 故省略詳細(xì)的說(shuō)明。此外，半導(dǎo)體層積部31a包括第三々^ 斤 夂力…層彳？丨無(wú)摻雜層 47a及47b、以及摻雜層47c)。該第三AlX3InY3Gai_X3_Y3N層47具有與第2實(shí)施方式的第三 AlX3InY3Gai_X3_Y3N層19 (無(wú)摻雜層19a及19b、以及摻雜層19c)相同的結(jié)構(gòu)。此外，半導(dǎo)體層積部31a包括AlN基板57。該AlN基板57具有與第1實(shí)施方式的AlN基板27相同的結(jié)構(gòu)。此夕卜，III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31還包括并列設(shè)置在第三AlX3InY3Gai_X3_Y3N層47 的無(wú)摻雜層47b上的電極49及51。此外，III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31還包括在無(wú)摻雜層 47b上設(shè)置于電極49與電極51之間的電極53。當(dāng)III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31為異質(zhì)結(jié)晶體管時(shí)，電極49為源電極及漏電極中的一個(gè)，電極51為源電極及漏電極中的另一個(gè)，電極53為柵電極?；蛘撸?dāng)III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31為肖特基勢(shì)壘二極管時(shí)，電極49及51為陽(yáng)極電極，電極53為陰極電極。在III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31的動(dòng)作中的某期間，對(duì)電極53施加逆向偏壓。另一方面，在III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31的動(dòng)作中的其它期間，對(duì)電極53施加順向偏壓。在該動(dòng)作期間內(nèi)，電極49及51提供流向III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31的載波。因此，電極49 及51優(yōu)選在第三AlX3InY3Gai_X3_Y3N層47的無(wú)摻雜層47b形成歐姆結(jié)。此外，電極53優(yōu)選在無(wú)摻雜層47b形成肖特基結(jié)。該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31中，通過(guò)第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N 層33與第二々^!!^ ^—^層35的異質(zhì)結(jié)，在第一々^ 斤 ^小層33的內(nèi)部生成二維電子氣層45。此夕卜，通過(guò)第一六1)(1111#￡11_)(1_』層33與第三六1)(31 右￡11|^層47的異質(zhì)結(jié)，在第一々^ 斤 ^小層33的內(nèi)部生成二維電子氣層55。本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31包括具有與第2實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓11相同的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層積部31a。因此，通過(guò)該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備31，可提供擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較大且結(jié)晶缺陷較少的常關(guān)型半導(dǎo)體設(shè)備。此外，如上述的實(shí)施例1、2中所述，在本實(shí)施方式中，作為通道層的第一 AlxlInY1Gai_xl_Y1N層33優(yōu)選是例如厚度為50nm以下的薄層。從而，可抑制第一八^！^斤^^力層33的結(jié)晶方向的波動(dòng)的各向異性，可良好地保持設(shè)備特性、具體而言為耐壓及導(dǎo)通電阻。本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓及III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，并非限定于上述的實(shí)施方式，也可進(jìn)行其它各種變形。例如，上述各實(shí)施方式中作為通道層(或第一半導(dǎo)體層)的材料例示了 AlGaN，但若其為InAlGaN或A1N、InAlN等含有Al的III族氮化物半導(dǎo)體，也可較好地構(gòu)成本發(fā)明的通道層(第一半導(dǎo)體層)。此外，上述各實(shí)施方式中作為勢(shì)壘層(或第二半導(dǎo)體層)的材料例示了 A1N，但若其為InAlGaN或AlGaN、InAlN等帶隙比通道層(第一半導(dǎo)體層)更大的III族氮化物半導(dǎo)體，也可較好地構(gòu)成本發(fā)明的勢(shì)壘層 (第二半導(dǎo)體層)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中圖示說(shuō)明了本發(fā)明的原理，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，本發(fā)明可在不脫離其原理的范圍內(nèi)對(duì)配置及細(xì)節(jié)進(jìn)行變更。本發(fā)明并非限定于本實(shí)施方式所記載的特定構(gòu)成。因此，對(duì)于由權(quán)利要求及其精神范圍得來(lái)的全部修正及變更請(qǐng)求權(quán)利。產(chǎn)業(yè)利用性本發(fā)明為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較大且結(jié)晶缺陷較少的常關(guān)型III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備、 及用于制作該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓。
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓，其包括基板，其由AlN構(gòu)成且具有沿該AlN結(jié)晶的C軸的主面；第一半導(dǎo)體層，其由含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成且設(shè)置在上述主面上；以及第二半導(dǎo)體層，其設(shè)置在上述主面上，由帶隙比上述第一半導(dǎo)體層更大的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，并且與上述第一半導(dǎo)體層形成異質(zhì)結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓，其中，上述第一半導(dǎo)體層中的上述含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體的c軸方向的X射線搖擺曲線半高寬，為該III族氮化物系半導(dǎo)體的垂直于c軸的方向的X射線搖擺曲線半高寬的1. 2倍以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓，其中，上述主面為上述AlN 結(jié)晶的m面或a面。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓，其中，上述第一半導(dǎo)體層的厚度為50nm以下。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓，其中，上述第一半導(dǎo)體層由AKkiN構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓，其中，上述第二半導(dǎo)體層由AlN構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓，其中，還包括第三半導(dǎo)體層，其設(shè)置在上述主面上的、在該第三半導(dǎo)體層與上述第二半導(dǎo)體層之間夾著上述第一半導(dǎo)體層的位置，該第三半導(dǎo)體層由帶隙比上述第一半導(dǎo)體層更大的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，并且與上述第一半導(dǎo)體層形成異質(zhì)結(jié)。
8.如權(quán)利要求7所述的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓，其中，上述第三半導(dǎo)體層由AlN 構(gòu)成。
9.一種III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，其包括基板，其由AlN構(gòu)成且具有沿該AlN結(jié)晶的c軸的主面；通道層，其由含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成且設(shè)置在上述主面上；以及第一勢(shì)壘層，其設(shè)置在上述主面上，由帶隙比上述第一半導(dǎo)體層更大的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，并且與上述通道層形成異質(zhì)結(jié)。
10.如權(quán)利要求9所述的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，其中，上述通道層中的上述含有Al 的III族氮化物系半導(dǎo)體的C軸方向的X射線搖擺曲線半高寬，為該III族氮化物系半導(dǎo)體的垂直于C軸的方向的X射線搖擺曲線半高寬的1. 2倍以下。
11.如權(quán)利要求9或10所述的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，其中，上述主面為上述AlN結(jié)晶的m面或a面。
12.如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，其中，上述通道層的厚度為50nm以下。
13.如權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，其中，上述通道層由 AWaN構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，其中，上述第一勢(shì)壘層由AlN構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，其中，還包括第二勢(shì)壘層，其設(shè)置在上述主面上的、在該第二勢(shì)壘層與上述第一勢(shì)壘層之間夾著上述通道層的位置，該第二勢(shì)壘層由帶隙比上述通道層更大的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，并且與上述通道層形成異質(zhì)結(jié)。
16.如權(quán)利要求15所述的III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備，其中，上述第二勢(shì)壘層由AlN構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較大且結(jié)晶缺陷較少的常關(guān)型III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備、及用于制作該III族氮化物半導(dǎo)體設(shè)備的III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓。III族氮化物半導(dǎo)體層積晶圓(10)包括基板27，其由AlN構(gòu)成且具有沿該AlN結(jié)晶的c軸的主面(27a)；第一AlX1InY1Ga1-X1-Y1N層(13)，其由含有Al的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成且設(shè)置在主面(27a)上；以及第二AlX2InY2Ga1-X2-Y2N層(15)，其設(shè)置在主面(27a)上，由帶隙比第一AlX1InY1Ga1-X1-Y1N層(13)更大的III族氮化物系半導(dǎo)體構(gòu)成，并且與第一AlX1InY1Ga1-X1-Y1N層(13)形成異質(zhì)結(jié)。
文檔編號(hào)H01L21/338GK102484076SQ20108003823
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者中幡英章, 天野浩, 橋本信, 秋田勝史 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社