氮化物半導(dǎo)體層疊體及其制造方法以及氮化物半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】氮化物半導(dǎo)體層疊體包括：將從(111)面以0度以上4.0度以下的偏離角傾斜的面作為主面的Si襯底(101、201、301、401、1101)；和形成在Si襯底(101、201、301、401、1101)上的氮化物半導(dǎo)體層(110、210、310、410、1102、1103、1104、1105、1106、1107)。
【專利說明】
氮化物半導(dǎo)體層疊體及其制造方法從及氮化物半導(dǎo)體器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及氮化物半導(dǎo)體層疊體及其制造方法W及氮化物半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮化物半導(dǎo)體由通式InxA；LyGal-x-yN(0<x。、0<y。、0<x+y。）表示。該氮化 物半導(dǎo)體根據(jù)其組分的不同能夠使帶隙在1.95eV~6eV的范圍內(nèi)變化，因此作為從紫外線 區(qū)到紅外線區(qū)的寬波長(zhǎng)范圍的發(fā)光器件的材料被研究開發(fā)而被實(shí)際使用。
[0003] 此外，使用了氮化物半導(dǎo)體的控制器件被用于高頻且高功率地動(dòng)作的功率元件 等，其中，作為適于高頻波段中的增幅的控制器件，已知例如高電子遷移率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 化EMT)等的陽(yáng)T。
[0004] 作為W往的氮化物半導(dǎo)體層疊體，有記載于日本特開2008-166349號(hào)公報(bào)(專利文 獻(xiàn)1)中的層疊體。該W往的氮化物半導(dǎo)體層疊體在Si襯底上依次外延生長(zhǎng)作為阻擋層的 AlN層、使Al組分在層厚方向上變化的作為緩沖層的AlGaN層和GaN層。
[0005] 上述現(xiàn)有的氮化物半導(dǎo)體層疊體中，由于S巧日Ga容易反應(yīng)，因此在Si襯底與GaN層 之間作為阻擋層設(shè)置有AlN層，但在AlN層上使GaN層直接生長(zhǎng)時(shí)，反而容易產(chǎn)生裂縫，不能 得到良好的GaN層。因此，在AlN層與GaN層之間，夾著使Al組分在層厚方向上變化的AlGaN 層。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[000引專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-166349號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0010] 可是，在上述現(xiàn)有的氮化物半導(dǎo)體層疊體中，存在W下問題：由于在2DEG層(2維電 子氣體層)附近產(chǎn)生的電子的遷移率小，因此在施加電壓時(shí)產(chǎn)生被耗盡的區(qū)域，導(dǎo)通電阻增 加運(yùn)樣的問題。
[0011] 于是，本發(fā)明的目的在于提供使在2DEG層附近產(chǎn)生的電子的遷移率提高從而能夠 抑制導(dǎo)通電阻的增加的氮化物半導(dǎo)體器件。
[0012] 解決技術(shù)問題的技術(shù)手段
[0013] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體層疊體的特征在于，包括:將從 (111)面WO度W上4.0度W下的偏離角(off angle)傾斜的面作為主面的Si襯底;和形成在 上述Si襯底之上的氮化物半導(dǎo)體層。
[0014] 另外，在本說明書中，氮化物半導(dǎo)體是指例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN等，更加詳細(xì) 而言，是指用通式IrixAlyGai-x-yN(0 <x^、0<y^、0< x+y。）表示的半導(dǎo)體。
[001引發(fā)明效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠提高在2DEG層附近產(chǎn)生的電子的遷移率，因此能夠抑制氮化物 半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的增加，減少電流崩塌。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的示意剖面圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明第二實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的示意剖面圖。
[0019] 圖3是本發(fā)明第=實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的示意剖面圖。
[0020] 圖4是本發(fā)明第四實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的示意剖面圖。
[0021] 圖5是本發(fā)明第五實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件的剖面示意圖。
[0022] 圖6是上述氮化物半導(dǎo)體器件的俯視示意圖。
[0023] 圖7是圖6的俯視示意圖的放大圖。
[0024] 圖8是表示上述氮化物半導(dǎo)體器件的Si原子層臺(tái)階的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] W下，利用圖示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026] (第一實(shí)施方式）
[0027] 圖1示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的示意剖面圖。如圖1所示， 該第一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體包括Si襯底101和形成在該Si襯底101上的氮化物 半導(dǎo)體層110。在Si襯底101的主面上形成有AlN緩沖層102。
[00%] Si襯底101的主面是從（111)面向（Oll)方向Wo.8度W上且2.7度W下的偏離角度 傾斜的面。此外，Si襯底101的表面被凹凸加工，使得上述主面存在于上述表面的區(qū)域中的 30%的區(qū)域。
[00巧]AlN緩沖層102是(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為1900arcsec的AlN 層。
[0030] 在AlN緩沖層102上形成有AlGaN-I層103、AlGaN-2層104和AlGaN-3層105依次層疊 而得到的AlGaN緩沖層106。在該AlGaN緩沖層106上形成有GaN層107,在GaN層107上形成有 AlGaN阻擋層108。運(yùn)些AlN緩沖層102、AlGaN緩沖層106、GaN層107和AlGaN阻擋層108構(gòu)成氮 化物半導(dǎo)體層110。
[0031] 接著，W下對(duì)上述氮化物半導(dǎo)體層疊體的制造方法進(jìn)行說明。
[0032] 首先，利用稀釋氨氣酸來除去Si襯底101的表面氧化膜。
[0033] 接著，將Si襯底 101 導(dǎo)入到M0CVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: 有機(jī)金屬氣相沉積)裝置的反應(yīng)器內(nèi)。然后，在使Si襯底101的溫度升溫到iioor之后，供給 畑3(氨)和TMA(S甲基侶），通過外延生長(zhǎng)，在Si襯底101的主面W生長(zhǎng)速度400皿Ar形成厚 ISOnm的AlN緩沖層102。
[0034] 接著，將Si襯底101的溫度保持在1100°C，供給N曲、TMA和TMG(S甲基嫁），通過外 延生長(zhǎng)，在AlN緩沖層102上依次形成厚200nm的AlGaN-I層103、厚300nm的AlGaN-2層104和 厚400nm的AlGaN-3層IOSnAlGaN緩沖層106的Al組分比為50%。
[00巧]接著，將Si襯底101的溫度保持在Iiocrc，供給N曲和TMG，通過外延生長(zhǎng)，在AlGaN 緩沖層106上形成厚1000 nm的GaN層107。
[0036] 接著，使Si襯底101的溫度為1050°C，供給畑3、TMA和TMG，通過外延生長(zhǎng)，在GaN層 107上形成厚30nm的AlGaN阻擋層108。
[0037] 像運(yùn)樣，制造上述第一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0038] 接著，制造作為本發(fā)明第一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品的實(shí)施例1-1 ~實(shí)施例1-5和作為上述第一實(shí)施方式的比較例的樣品的比較例1-1~比較例1-3運(yùn)8種樣 品。
[00例（實(shí)施例1-1)
[0040]作為Si襯底101，準(zhǔn)備4塊將從(111)面向（Oll)方向Wo.8度~1.1度的偏離角度傾 斜的面作為主面的Si襯底。在各Si襯底101上利用上述第一實(shí)施方式的制造方法形成氮化 物半導(dǎo)體層，制造氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。
[OOW (實(shí)施例1-2)
[0042]作為Si襯底101，準(zhǔn)備4塊將從(111)面向（Oll)方向Wl. 2度~1.5度的偏離角度傾 斜的面作為主面的Si襯底。在各Si襯底101上利用上述第一實(shí)施方式的制造方法形成氮化 物半導(dǎo)體層，制造氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。像運(yùn)樣，在實(shí)施例1-2中，除了Si襯底101的 偏離角度與實(shí)施例1-1不同之外，與實(shí)施例1-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[00創(chuàng)（實(shí)施例1-3)
[0044] 作為Si襯底101，準(zhǔn)備4塊將從(111)面向（Oll)方向Wl.6度~1.9度的偏離角度傾 斜的面作為主面的Si襯底。在各Si襯底101上利用上述第一實(shí)施方式的制造方法形成氮化 物半導(dǎo)體層，制造氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。運(yùn)樣，在實(shí)施例1-3中，除了Si襯底101的偏 離角度與實(shí)施例1-1不同W外，與實(shí)施例1-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0045] (實(shí)施例1-4)
[0046] 作為Si襯底101，準(zhǔn)備4塊將從(111)面向（Oll)方向W2.0度~2.3度的偏離角度傾 斜的面作為主面的Si襯底。在各Si襯底101上利用上述第一實(shí)施方式的制造方法形成氮化 物半導(dǎo)體層，制造氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。運(yùn)樣，在實(shí)施例1-4中，除了Si襯底101的偏 離角度與實(shí)施例1-1不同W外，與實(shí)施例1-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0047] (實(shí)施例1-5)
[004引作為Si襯底101，準(zhǔn)備4塊將從(111)面向（Oll)方向W2.4度~2.7度的偏離角度傾 斜的面作為主面的Si襯底。在各Si襯底101上利用上述第一實(shí)施方式的制造方法形成氮化 物半導(dǎo)體層，制造氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。運(yùn)樣，在實(shí)施例1-5中，除了Si襯底101的偏 離角度與實(shí)施例1-1不同W外，與實(shí)施例1-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[00例（比較例1-1)
[0050]作為Si襯底101，準(zhǔn)備4塊將從(111)面向（Oll)方向Wo.5度~0.7度的偏離角度傾 斜的面作為主面的Si襯底。在各Si襯底101上利用上述第一實(shí)施方式的制造方法形成氮化 物半導(dǎo)體層，制造氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。運(yùn)樣，在比較例1-1中，除了Si襯底101的偏 離角度與實(shí)施例1-1不同W外，與實(shí)施例1-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[00引](比較例1-2)
[0052]作為Si襯底101，準(zhǔn)備4塊將從(111)面向（Oll)方向W2.8度~3.1度的偏離角度傾 斜的面作為主面的Si襯底。在各Si襯底101上利用上述第一實(shí)施方式的制造方法形成氮化 物半導(dǎo)體層，制造氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。運(yùn)樣，在比較例1-2中，除了Si襯底101的偏 離角度與實(shí)施例1-1不同W外，與實(shí)施例1-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[00對(duì)（比較例1-3)
[0054] 作為Si襯底101，準(zhǔn)備4塊將從(111)面向（oil)方向W3.2度~3.5度的偏離角度傾 斜的面作為主面的Si襯底。在各Si襯底101上利用上述第一實(shí)施方式的制造方法形成氮化 物半導(dǎo)體層，制造氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。運(yùn)樣，在比較例1-3中，除了Si襯底101的偏 離角度與實(shí)施例1-1不同W外，與實(shí)施例1-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0055] 對(duì)于實(shí)施例1-1~實(shí)施例1-5和比較例1-1~比較例1-3的各樣品，使用AFMUtomic Force Microscope:原子力顯微鏡)算出每100皿X 100皿的區(qū)域的表面平坦性，示于表1。運(yùn) 里，上述表面平坦性是將上述區(qū)域的表面中的凸部的最大高度與凹部的最小高度之差平均 而得到的值。
[0化6][表1]
[0化7]
L0058J 如表1所不，實(shí)施例1-1~實(shí)施例1-5的祥化的表曲平坦性為25.2nmt^h。實(shí)施例1-1的樣品的平面平坦性為比較例1-1的樣品的平面平坦性的約一半。其理由是，與Si襯底的 主面為從（111)面向（Oll)方向W小于0.8度的偏離角度傾斜的面時(shí)相比，生長(zhǎng)表面的臺(tái)面 (Terrace)寬度變短。作為生長(zhǎng)前的原子、分子的前驅(qū)體(precursor)即使在生長(zhǎng)溫度比較 低的情況下，遷移的距離短，因此，臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)變得容易，在臺(tái)面中途停止，開始進(jìn)行與臺(tái) 階流動(dòng)不同的結(jié)晶方位的核形成的傾向變小。其結(jié)果是，抑制小丘狀的突起的生長(zhǎng)，表面的 凹凸減少。
[0059] 另一方面，比較例1-2的樣品的表面平坦性為實(shí)施例1-5的樣品的表面平坦性的約 3倍。其理由是，Si襯底的主面為從（111)面向（Oll)方向W大于2.7度的偏離角度傾斜的面 時(shí)，生長(zhǎng)表面的臺(tái)面寬度變得過短，臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)過于推進(jìn)，臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)與從表面脫離的 原子的平衡崩潰，進(jìn)行HI族原子進(jìn)入本來應(yīng)該V族位點(diǎn)進(jìn)入的位置等的異常生長(zhǎng)。并且，該 異常生長(zhǎng)成為小丘狀突起的生長(zhǎng)等的表面粗糖的主要原因。
[0060] 此外，在制造具有存在包含小丘狀突起的凹凸的外延膜的氮化物半導(dǎo)體層疊體的 情況下，在"形成小丘狀突起的結(jié)晶"與"臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)區(qū)域的結(jié)晶"的界面產(chǎn)生逆相位邊界 部的移位、由表面的凹凸差導(dǎo)致的光刻等工藝的差異?？蒞認(rèn)為，運(yùn)些與泄漏和面內(nèi)的不均 勻性等相關(guān)聯(lián)，使氮化物半導(dǎo)體層疊體的性能下降。
[0061] 因此，優(yōu)選Si襯底101的主面從（111)面起具有0.8度W上2.7度W下的偏離角度。 在此情況下，與偏離角度小于從（111)面起的0.8度時(shí)相比，生長(zhǎng)表面的臺(tái)面寬度變短。作為 生長(zhǎng)前的原子、分子的前驅(qū)體(precursor)在生長(zhǎng)溫度比較低的情況下，遷移的距離也短， 因此臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)變得容易，在臺(tái)面中途停止，開始進(jìn)行與臺(tái)階流動(dòng)不同的結(jié)晶方位的核 形成的傾向變少。其結(jié)果是，能夠抑制小丘狀突起的生長(zhǎng)，能夠減少表面的凹凸。
[0062] 此外，與偏離角度大于從（111)面起的2.7度時(shí)相比，臺(tái)面寬度沒有過度變短，能夠 防止臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)過于推進(jìn)，臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)與從表面脫離的原子的平衡崩潰，III族原子進(jìn) 入本來應(yīng)該V族位點(diǎn)進(jìn)入的位置等的異常生長(zhǎng)。其結(jié)果是，能夠抑制小丘狀突起的生長(zhǎng)，能 夠減少表面的凹凸。
[0063] 此外，在制作具有包含小丘狀突起的凹凸少的外延膜的氮化物半導(dǎo)體層疊體時(shí)， 能夠減少在"形成小丘狀突起的結(jié)晶"與"臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)區(qū)域的結(jié)晶"的界面，逆相位邊界部 的移位和由表面的凹凸差導(dǎo)致的光刻等工藝的差異的產(chǎn)生。因此，能夠防止泄漏和面內(nèi)的 不均勻性等。
[0064] 因此，能夠提高氮化物半導(dǎo)體層110的表面平坦性，并且能夠制造高性能的氮化物 半導(dǎo)體層疊體。
[0065] 此外，進(jìn)行凹凸加工使得上述Si襯底101的主面存在于上述表面的區(qū)域中的30% 的區(qū)域。因此，在上述區(qū)域，生長(zhǎng)表面的臺(tái)面寬度變短，能夠更加可靠地抑制由Si與AlN的晶 格常數(shù)差引起的Si襯底101的翅曲，能夠抑制對(duì)AlN緩沖層102施加變形應(yīng)力，能夠更加可靠 地減少凹陷的產(chǎn)生。因此，能夠抑制小丘狀突起的生長(zhǎng)，能夠更加可靠地提高氮化物半導(dǎo)體 層110的表面平坦性，并且能夠更加可靠地制造高性能的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0066] (第二實(shí)施方式）
[0067] 接著，說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0068] 圖2示出上述第二實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的示意剖面圖。如圖2所示，該 第二實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體利用與第一實(shí)施方式的制造方法相同的方法形成。 即，在Si襯底201的主面上形成AlN緩沖層202,該AlN緩沖層202是(0002)面的X射線衍射的 搖擺曲線的半高寬為1900arcsec的AlN層。
[0069] 在上述AlN緩沖層202上形成有AlGaN-I層203、AlGaN-2層204和AlGaN-3層205依次 層疊而得到的AlGaN緩沖層206。該AlGaN緩沖層206的Al組分比為50%。
[0070] 在上述AlGaN緩沖層206上形成厚1000 nm的GaN層207,在GaN層207上形成有AlGaN 阻擋層208。運(yùn)些AlN緩沖層202、AlGaN緩沖層206、GaN層207和AlGaN阻擋層208構(gòu)成氮化物 半導(dǎo)體層210。
[0071] 接著，制造作為上述第二實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品的實(shí)施例2-1~ 實(shí)施例2-4和作為上述第二實(shí)施方式的比較例的樣品的比較例2-1~比較例2-3運(yùn)巧巾樣品。
[0072] (實(shí)施例2-1)
[0073] 作為Si襯底201，準(zhǔn)備4塊將從（111)面向（Oll)方向W2.0度的偏離角度傾斜的面 作為主面的Si襯底。在各Si襯底201上利用上述制造方法形成氮化物半導(dǎo)體層210,制造氮 化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。運(yùn)里，AlN緩沖層202的厚度為50nm。
[0074] (實(shí)施例2-2)
[0075] 在實(shí)施例2-2中，除了AlN緩沖層202的厚度為IOOnmW外，與實(shí)施例2-1的氮化物半 導(dǎo)體層疊體相同。
[0076] (實(shí)施例2-3)
[0077] 在實(shí)施例2-3中，除了AlN緩沖層202的厚度為ISOnmW外，與實(shí)施例2-1的氮化物半 導(dǎo)體層疊體相同。
[007引（實(shí)施例2-4)
[0079] 在實(shí)施例2-4中，除了AlN緩沖層202的厚度為400nmW外，與實(shí)施例2-1的氮化物半 導(dǎo)體層疊體相同。
[0080] (比較例 2_1)
[0081 ]在比較例2-1中，除了AlN緩沖層202的厚度為40nmW外，與實(shí)施例2-1的氮化物半 導(dǎo)體層疊體相同。
[0082] (比較例 2_2)
[0083] 在比較例2-2中，除了AlN緩沖層202的厚度為450nmW外，與實(shí)施例2-1的氮化物半 導(dǎo)體層疊體相同。
[0084] (比較例 2_3)
[0085] 在比較例2-3中，除了AlN緩沖層202的厚度為SOOnmW外，與實(shí)施例2-1的氮化物半 導(dǎo)體層疊體相同。
[00化]利用SEM(Scanning Electron Microscope:掃描型電子顯微鏡）觀察實(shí)施例2-1~ 實(shí)施例2-4和比較例2-1~比較例2-3的各樣品的AlGaN緩沖層206的表面狀態(tài)。然后，算出 AlGaN緩沖層206表面的每100皿2的區(qū)域的凹陷的平均數(shù)。將該平均數(shù)示于表2。運(yùn)里，上述 凹陷為上述區(qū)域中的直徑IOnmW上且50nmW下的尺寸的凹陷。凹陷對(duì)于氮化物半導(dǎo)體層疊 體的特性產(chǎn)生泄漏等的不良影響。
[0087][表 2]
[008引
LUUW」如巧2所不，買施例2-1~買施例2-4的梓巧甲的凹階的數(shù)重刃1.4個(gè)^^ h。與化相 對(duì)，比較例2-1的樣品中的凹陷的數(shù)量為實(shí)施例2-1的樣品中的凹陷的數(shù)量的約20倍，為 25.6個(gè)。可W認(rèn)為其理由是，如果AlN緩沖層202的厚度小于50nm，則AlN緩沖層202不能作為 覆蓋層充分發(fā)揮功能。因此，AlGaN緩沖層206的外延生長(zhǎng)中使用的TMG的Ga與Si襯底201發(fā) 生反應(yīng)，使Si襯底201的表面粗糖，容易發(fā)生作為凹陷等的主要產(chǎn)生原因的貫通移位。
[0090] 另一方面，比較例2-2的樣品中的凹陷的數(shù)量為實(shí)施例2-4的樣品的凹陷數(shù)量的約 10倍，為13.8個(gè)?？蒞認(rèn)為其理由是，如果AlN緩沖層202的厚度大于400nm，則在AlN緩沖層 202和AlGaN緩沖層206生長(zhǎng)期間，Si與AlN的晶格常數(shù)差成為主要原因，Si襯底201的翅曲變 大。并且，對(duì)AlN緩沖層202和AlGaN緩沖層206施加變形應(yīng)力，容易在AlN緩沖層202產(chǎn)生凹 陷。
[0091] 因此，優(yōu)選Si襯底201上的AlN緩沖層202的厚度為50皿W上且為400皿W下。在AlN 緩沖層202的厚度為50nmW上的情況下，AlN緩沖層202作為覆蓋層充分發(fā)揮功能。因此，在 AlN緩沖層202上層疊 GaN層207時(shí)，能夠抑制Si與Ga的反應(yīng)，能夠進(jìn)一步抑制小丘狀突起的 生長(zhǎng)，并且能夠減少成為凹陷產(chǎn)生的主要原因的貫通移位的發(fā)生。
[0092] 此外，由于AlN緩沖層202的厚度為400皿W下，因此能夠抑制由Si與AlN的晶格常 數(shù)差引起的Si襯底201的翅曲，能夠減少對(duì)AlN緩沖層202施加的變形應(yīng)力，能夠減少AlN緩 沖層202的凹陷的產(chǎn)生。
[0093] (第=實(shí)施方式）
[0094] 接著，說明本發(fā)明的第=實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0095] 圖3示出上述第=實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的示意剖面圖。如圖3所示，該 第=實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體利用與第一實(shí)施方式的制造方法相同的方法形成。 良P，在Si襯底301的主面上形成厚ISOnm的AlN緩沖層302,在該AlN緩沖層302上形成有 AlGaN-I層303、AlGaN-2層304和AlGaN-3層305依次層疊而得到的AlGaN緩沖層306。該AlGaN 緩沖層306的Al組分比為50%。
[0096] 在上述AlGaN緩沖層306上形成厚1000 nm的GaN層307,在GaN層307上形成有AlGaN 阻擋層308。運(yùn)些AlN緩沖層302、AlGaN緩沖層306、GaN層307和AlGaN阻擋層308構(gòu)成氮化物 豐導(dǎo)體層310。
[0097] 接著，制造作為上述第S實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品的實(shí)施例3-1~ 實(shí)施例3-3和作為上述第=實(shí)施方式的比較例的樣品的比較例3-1運(yùn)4種樣品。
[009引（實(shí)施例3-1)
[0099] 作為Si襯底301，準(zhǔn)備4塊將從（111)面向（Oll)方向W2.0度的偏離角度傾斜的面 作為主面的Si襯底。在各Si襯底301上利用上述制造方法形成氮化物半導(dǎo)體層310,制造氮 化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。此處，使AlN緩沖層302的生長(zhǎng)速度變化，AlN緩沖層302的(0002) 面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為1900arcsec。
[0100] 另外，AlN緩沖層302的(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬反映的是，作為 預(yù)實(shí)驗(yàn)，在Si襯底上分別使生長(zhǎng)速度變化，對(duì)使層的厚度為18化m的AlN緩沖層生長(zhǎng)后的半 導(dǎo)體層疊體進(jìn)行X射線衍射評(píng)價(jià)后的結(jié)果。
[0101] (實(shí)施例3-2)
[0102] 在實(shí)施例3-2中，除了AlN緩沖層302的(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬 為2200arcsecW外，與實(shí)施例3-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0103] (實(shí)施例3-3)
[0104] 在實(shí)施例3-3中，除了AlN緩沖層302的(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬 為2500arcsecW外，與實(shí)施例3-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0105] (比較例 3_1)
[0106] 在比較例3-1中，除了AlN緩沖層302的(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬 為2650arcsecW外，與實(shí)施例3-1的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0107] 利用SEM對(duì)實(shí)施例3-1~實(shí)施例3-3和比較例3-1的各樣品中的AlGaN緩沖層306的 表面狀態(tài)進(jìn)行觀察。然后，算出AlGaN緩沖層306表面的每100皿 2的區(qū)域的上述凹陷的平均 數(shù)。將該平均數(shù)示于表3中。
[010 引[表 3]
[0109]
[0110] 如表3所示，實(shí)施例3-1~實(shí)施例3-3的樣品的凹陷的數(shù)量為1.8個(gè)W下。與此相對(duì)， 比較例3-1的樣品的凹陷的數(shù)量為實(shí)施例3-3的樣品的凹陷的數(shù)量的約7倍，為12.3個(gè)。可W 認(rèn)為其理由是，AlN緩沖層302的（0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬大于 2500arcsec，AlN緩沖層302的結(jié)晶性差，因此容易產(chǎn)生作為凹陷的主要原因的貫通移位等。
[0111] 因此，優(yōu)選AlN緩沖層302的（0002 )面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為 2500a;rcsec W下。在搖擺曲線的半高寬為2500a;rcsec W下的情況下，減少移位的產(chǎn)生，在 AlN緩沖層302上層疊 GaN層307時(shí)，能夠抑制Si與Ga的反應(yīng)。此外，搖擺曲線的半高寬為 2500arcsecW下，因此AlN緩沖層302的結(jié)晶性良好，能夠減少移位的發(fā)生，從而減少凹陷的 發(fā)生。因此，能夠更加可靠地提高氮化物半導(dǎo)體層310的表面平坦性，并且能夠更加可靠地 制造高性能的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0112] (第四實(shí)施方式）
[0113] 接著，說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0114] 圖4示出上述第四實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的示意剖面圖。如圖4所示，該 第四實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體利用與第一實(shí)施方式的制造方法相同的方法形成。 良P，在Si襯底401的主面上形成有AlN緩沖層402。
[0115] AlN緩沖層102為(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為1900arcsec的AlN 緩沖層。
[0116] 在AlN緩沖層402上形成有AlGaN-I層403、AlGaN-2層404和AlGaN-3層405依次層疊 而得到的AlGaN緩沖層406。在該AlGaN緩沖層406上形成GaN層407，在GaN層407上形成有 AlGaN阻擋層408。運(yùn)些AlN緩沖層402、AlGaN緩沖層406、GaN層407和AlGaN阻擋層408構(gòu)成氮 化物半導(dǎo)體層410。
[0117] 接著，W下說明上述第四實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的制造方法。
[0118] 首先，與上述第一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的制造方法同樣地，在Si襯底 401的主面形成厚180皿的AlN緩沖層402,在該AlN緩沖層402上依次形成厚200皿的AlGaN-I 層403、厚300nm的AlGaN-2層404和厚400nm的AlGaN-3層405。運(yùn)里，在上述第四實(shí)施方式的 氮化物半導(dǎo)體層疊體的制造方法中，AlGaN緩沖層406的Al組分比為20%。
[0119] 接著，將Si襯底401的溫度保持在Iiocrc，供給N曲和TMG，通過外延生長(zhǎng)，在AlGaN 緩沖層406上形成厚200nm的GaN層407。
[0120] 接著，將Si襯底401的溫度保持在1100°C，供給畑3、TMG和TMA，通過外延生長(zhǎng)，在 GaN層407上形成厚25nm且Al組分比為10%的AlGaN阻擋層408。
[0121] 運(yùn)樣，制造上述第四實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0122] 接著，制造作為上述第四實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品的實(shí)施例4-1~ 實(shí)施例4-3和作為上述第四實(shí)施方式的比較例的樣品的比較例4-1~比較例4-3運(yùn)6種樣品。
[0123] (實(shí)施例4-1)
[0124] 作為Si襯底401，準(zhǔn)備4塊將從（111)面向（Oll)方向W2.0度的偏離角度傾斜的面 作為主面的Si襯底。在各Si襯底401上利用上述第四實(shí)施方式的制造方法形成氮化物半導(dǎo) 體層410，制造氮化物半導(dǎo)體層疊體的樣品。
[0125] (實(shí)施例4-2)
[0126] 在實(shí)施例4-2中，除了AlGaN緩沖層406的Al組分比為20% W外，與實(shí)施例4-1的氮 化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0127] (實(shí)施例4-3)
[012引在實(shí)施例4-3中，除了AlGaN緩沖層406的Al組分比為30% W外，與實(shí)施例4-1的氮 化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0129] (實(shí)施例4-4)
[0130] 在實(shí)施例4-4中，除了AlGaN緩沖層406的Al組分比為50% W外，與實(shí)施例4-1的氮 化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0131] (實(shí)施例4-5)
[0132] 在實(shí)施例4-5中，除了AlGaN緩沖層406的Al組分比為80% W外，與實(shí)施例4-1的氮 化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0133] (比較例4-1)
[0134] 在比較例4-1中，除了AlGaN緩沖層406的Al組分比為7.0 % W外，與實(shí)施例4-1的氮 化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0135] (比較例4-2)
[0136] 在比較例4-2中，除了AlGaN緩沖層406的Al組分比為90% W外，與實(shí)施例4-1的氮 化物半導(dǎo)體層疊體相同。
[0137] 利用SEM觀察實(shí)施例4-1~實(shí)施例4-3和比較例4-1~比較例4-3的各樣品的AlGaN 阻擋層408的表面狀態(tài)。然后，算出AlGa啡且擋層408表面的每100皿2的區(qū)域的上述凹陷的平 均數(shù)。將該平均數(shù)示于表4。
[013 引[表 4]
[0139]
[0140] 如表4所示，實(shí)施例4-1~實(shí)施例4-5的樣品的凹陷的數(shù)量為2.1個(gè)W下。與此相對(duì)， 比較例4-1的樣品的凹陷的數(shù)量為實(shí)施例4-1的樣品的凹陷的數(shù)量的約4倍，為8.1個(gè)。可W 認(rèn)為其理由是Al組分低的情況下，與Si或其它層的變形應(yīng)力的平衡崩潰，因移位而容易產(chǎn) 生凹陷。
[0141] 另一方面，比較例4-2的樣品的凹陷的數(shù)量為實(shí)施例4-5的樣品的凹陷的數(shù)量的約 6倍，為12.3個(gè)。可W認(rèn)為其理由與上述同樣，在Al組分過高的情況下，與Si或其它層的變形 應(yīng)力的平衡崩潰，因移位而容易產(chǎn)生凹陷。
[0142] 因此，優(yōu)選AlGaN緩沖層406的Al組分比為10% W上80% W下。在AlGaN緩沖層406 的Al組分比為10% W上的情況下，在AlN緩沖層402上層疊上述AlGaN緩沖層406時(shí)，能夠抑 制Si與Ga的反應(yīng)，抑制襯底整體的翅曲。并且，能夠減少上述翅曲對(duì)氮化物半導(dǎo)體層410施 加的變形應(yīng)力，能夠抑制移位和凹陷的產(chǎn)生。因此，能夠抑制小丘狀突起的生長(zhǎng)，能夠更加 可靠地提高氮化物半導(dǎo)體層410的表面平坦性，并且更加可靠地制造高性能的氮化物半導(dǎo) 體層疊體。
[0143] (第五實(shí)施方式）
[0144] 本發(fā)明的第五實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體，除了作為Si襯底401使用從（111) 面起2.0度的偏離角度的Si襯底W外，與上述第四實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體相同。在 該第五實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體中，使GaN層407的厚度變化，與第一實(shí)施方式同樣 地使用AFM算出每IOOX 100皿的區(qū)域的表面平坦性。將該表面平坦性示于表5中。此處，上述 表面平坦性是將上述區(qū)域的表面的凸部的最大高度與凹部的最小高度之差平均后的值。
[0145] 敵] 「014"
[0147] 可知，當(dāng)GaN厚度為l(K)nmW上時(shí)，表面平坦性大幅改善。可W認(rèn)為其理由是，GaN厚 度變厚，GaN生長(zhǎng)中的橫方向生長(zhǎng)得到促進(jìn)，能夠抑制小丘等凹凸。
[0148] (第六實(shí)施方式）（偏離角依賴性和偏離角的旋轉(zhuǎn)軸依賴性）
[0149] 如圖5所示，第六實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件包括：Si襯底1101、在該Si襯底 1101上層疊的AlN緩沖層1102、在該AlN緩沖層1102上層疊的AlGaN緩沖層1103、在該AlGaN 緩沖層1103上層疊的60周期的AlN/AlGaN超晶格層1104、在該超晶格層1104上層疊的基底 GaN層1105、在該基底GaN層1105上層疊的溝道GaN層1106、在該溝道GaN層1106上層疊的 Alo.l7Gao.83的2DEG阻擋層1107。AlN緩沖層1102、AlGaN緩沖層1103、超晶格層1104、基底GaN 層1105、溝道GaN層1106和2DEG阻擋層1107為氮化物半導(dǎo)體層的一例。
[0150] 此外，上述溝道GaN層1106和2DEG阻擋層1107構(gòu)成具有異質(zhì)結(jié)的GaN系層疊體 1110,在溝道GaN層1106與2DEG阻擋層1107的界面產(chǎn)生2DEG層(2維電子氣體層Hlll。
[0151] 在上述GaN系層疊體1110中形成到達(dá)溝道GaN層1106的凹槽，在該凹槽中形成源極 電極1201和漏極電極1203作為歐姆電極。例如作為一例，該源極電極1201和漏極電極1203 為Ti層、Al層、TiN層依次層疊而成的Ti/Al/TiN電極。此外，在上述2DEG阻擋層1107形成柵 極電極1202。該柵極電極1202例如為與2DEG阻擋層1107肖特基勢(shì)壘結(jié)合的肖特基電極，例 如用TiN制造。不過，柵極電極1202也可W形成在絕緣膜上，成為絕緣柵極電極結(jié)構(gòu)。
[0152] 在上述2DEG阻擋層1107、源極電極1201、漏極電極1203和柵極電極1202上形成有 未圖示的層間絕緣膜，在該層間絕緣膜上設(shè)置有未圖示的漏極電極焊盤、源極電極焊盤和 柵極電極焊盤。并且，將上述源極電極1201、漏極電極1203和柵極電極1202分別通過未圖示 的貫通孔與漏極電極焊盤、源極電極焊盤和柵極電極焊盤電連接。
[0153] 上述Si襯底1101具有相對(duì)于（111)面的偏離角，如圖6所示，在（1-10)面設(shè)置有定 向平面部1121。并且，上述氮化物半導(dǎo)體器件如圖7所示，通過源極電極1201的重屯、1211和 漏極電極1203的重屯、1213且從源極電極1201向漏極電極1203去的方向（W下稱為電極的排 列方向）的直線L0,與定向平面部1121平行。換言之，在與定向平面部1121平行的方向<1-12 〉上依次配置有源極電極1201、漏極電極1203和柵極電極1202。
[0154] 此外，上述偏離角將與直線LO成角度a的方向的Si襯底1101的（111)面上的直線Ll 作為旋轉(zhuǎn)軸。
[0155] 運(yùn)里，對(duì)作為上述偏離角的旋轉(zhuǎn)軸的直線Ll與電極的排列方向的直線LO所成的角 度a和2DEG層1111附近的電子的遷移率及電流崩塌的值的關(guān)系進(jìn)行說明。
[0156] 首先，作為樣品，準(zhǔn)備了 W下7種樣品：
[0157] ?將W與電極的排列方向的直線LO成角度a = 〇度(與LO平行）的直線Ll為旋轉(zhuǎn)軸 的偏離角的角度(偏離角度）2度的Si(Ill)作為襯底使用的樣品1-1的氮化物半導(dǎo)體器件 (HEMT)；
[0158] .將W與電極的排列方向的直線LO成角度a = l〇度的直線Ll為旋轉(zhuǎn)軸的偏離角度 2度的Si(Ill)作為Si襯底1101使用的樣品1-2的肥MT;
[0159] .將W與電極的排列方向的直線LO成角度a = 20度的直線Ll為旋轉(zhuǎn)軸的偏離角度 2度的Si(Ill)作為Si襯底1101使用的樣品1-3的肥MT;
[0160] .將W與電極的排列方向的直線LO成角度a = 25度的直線Ll為旋轉(zhuǎn)軸的偏離角度 2度的Si(Ill)作為Si襯底1101使用的樣品1-4的肥MT;
[0161] .將W與電極的排列方向的直線LO成角度a = 30度的直線Ll為旋轉(zhuǎn)軸的偏離角度 2度的Si(Ill)作為Si襯底1101使用的樣品1-5的肥MT;
[0162] .將W與電極的排列方向的直線LO成角度a = 35度的直線Ll為旋轉(zhuǎn)軸的偏離角度 2度的Si(Ill)作為Si襯底1101使用的樣品1-6的HEMT;和
[0163] ?將W與電極的排列方向的直線LO成角度a = 40度的直線Ll為旋轉(zhuǎn)軸的偏離角度 2度的Si(Ill)作為Si襯底1101使用的樣品1-7的肥MT。
[0164] 在該樣品中，使用了在675皿、6英寸的Si襯底1101上依次層疊層厚40nm的AlN緩沖 層 1102、AlGaN 緩沖層 1103、層厚 3.5nm/23nm 的 AlN/Alo.isGao.ssN 的 60 周期的超晶格層 1104、 層厚600nm的基底GaN層1105、層厚600nm的溝道GaN層1106和層厚32nm的Al〇.i7Ga〇.83的2DEG 阻擋層1107而得到的氮化物半導(dǎo)體層疊襯底(氮化物半導(dǎo)體外延襯底）。在所有樣品中，使 用相同的電極(源極電極1201、漏極電極1203和柵極電極1202)，采用同一配置。此外，如圖6 所示，電極的排列方向的直線LO和與直線LO成角度a的方向的Si襯底1101的（111)面上的直 線LI配置成:該直線L0、L1在Si襯底1101的外周上交叉。
[01化]在上述樣品中，在電極1201、1202、1203附近進(jìn)行了霍爾化a 11)效應(yīng)測(cè)定。
[0166] 其結(jié)果是，遷移率的中央值(中值)為：
[0167] ?樣品 1-1 為 1815cm2/V ? sec;
[016引?樣品 1-2為 1783cm2/V ? sec;
[0169] ?樣品 1-3為 1762cm2/V ? sec;
[0170] ?樣品 1-4為 1748cm2/V ? sec;
[0171] ?樣品 1-5為 1726cm2/V ? sec;
[0172] ?樣品 1-6為 1658cm2/V ? sec;
[0173] ?樣品 1-7為 1580cm2/V ? sec。
[0174] 此外，作為導(dǎo)通電阻的變化率的電流崩塌的值的中央值(中值)為：
[0175] ?樣品 1-1 為 1.05;
[0176] ?樣品 1-2 為 1.09;
[0177] ?樣品1-3 為 1.11;
[017 引?樣品 1-4 為 1.10;
[0179] ?樣品 1-5 為 1.14;
[0180] ?樣品 1-6 為 1.28;
[0181] ?樣品 1-7 為 1.32。
[0182] 由上述結(jié)果可知，當(dāng)直線LO與直線Ll所成的角度a超過30度時(shí)，2DEG層1111附近的 遷移率大幅降低，電流崩塌的值顯著上升。
[0183]如圖8所示，Si原子層的臺(tái)階(St邱）1301與臺(tái)面(terrace) 1302的邊界在與作為偏 離角的旋轉(zhuǎn)軸的直線Ll大致平行的方向上延伸。該臺(tái)階與臺(tái)面的邊界的延伸方向在使Si襯 底1101上的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶生長(zhǎng)而成的2DEG層1111附近也幾乎不發(fā)生變化。因此，上述 角度a越接近0度，電極的排列方向的直線LO與表示臺(tái)階與臺(tái)面的邊界的延伸方向的直線L2 越接近平行，被認(rèn)為與電極的排列方向有關(guān)系的"施加電壓時(shí)的載流子移動(dòng)的方向"和臺(tái)階 與臺(tái)面的邊界的延伸方向越接近平行。其結(jié)果是，施加電壓時(shí)的電子(載流子）的遷移率提 高，電子容易被補(bǔ)充到被耗盡的區(qū)域。即，通過將與電極的排列方向的直線LO成0度W上30 度W下的角度a的方向的Si襯底1101的（111)面上的直線Ll作為偏離角的旋轉(zhuǎn)軸，能夠提高 在2DEG層1111附近產(chǎn)生的電子的遷移率，因此能夠抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的增 加，能夠減小電流崩塌。
[0184] 另一方面，在將與電極的排列方向的直線LO成超過30度的角度a的方向的直線作 為偏離角的旋轉(zhuǎn)軸的情況下，被認(rèn)為與電極的排列方向有關(guān)系的"施加電壓時(shí)的載流子移 動(dòng)的方向"與臺(tái)階和臺(tái)面的邊界的延伸方向偏離平行。其結(jié)果是，施加電壓時(shí)的載流子的遷 移率降低，電子難W補(bǔ)充到被耗盡的區(qū)域，氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻增大，電流崩塌增 大。
[0185] 因此，上述Si襯底1101的偏離角W與電極的排列方向的直線LO成0度W上30度W 下的角度a的方向的Si襯底1101的（111)面上的直線Ll為旋轉(zhuǎn)軸。
[0186] 另外，直線Ll只要是與直線LO成0度W上30度W下的角度a的直線即可，能夠在Si 襯底1101上任意配置。
[0187] 此外，從(111)面WO度W上4.0度W下的角度設(shè)置上述偏離角。
[0188] 運(yùn)是因?yàn)樵谑褂昧?75皿、6英寸的Si襯底1101的情況下，如果偏離角超過4.0度， 則室溫下的Si襯底1101的翅曲（W氮化物半導(dǎo)體層為上，向下凸的翅曲）變大（120wiiW上）， 因此加工處理變得困難。
[0189] 另一方面，當(dāng)偏離角為4.0度W下時(shí)，室溫的Si襯底1101的翅曲為lOOwnW下，能夠 進(jìn)行加工處理。特別是，當(dāng)偏離角為2.7度W下時(shí)，室溫的Si襯底1101的翅曲成為70wiiW下， 加工處理變得容易。因此，偏離角優(yōu)選為2.7度W下，更加優(yōu)選為1.7度W下。
[0190] 此外，當(dāng)使偏離角過小(過于接近0度)時(shí)，即使在偏離角稍微偏移的情況下，臺(tái)階 1301的間隔和方向等產(chǎn)生差異，無法得到期望的襯底1101的表面狀態(tài)。因此，偏離角優(yōu)選為 0.1度W上，更加優(yōu)選為0.3度W上。
[0191] (第屯實(shí)施方式KAlN層/Si襯底AlN厚依賴性）
[0192] 第屯實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件是第六實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件的AlN緩 沖層1102構(gòu)成為具有30nmW上400nmW下的層厚的器件，對(duì)此未圖示。另外，對(duì)與上述第六 實(shí)施方式相同的構(gòu)成部標(biāo)注同一標(biāo)記，援引第六實(shí)施方式的說明。
[0193] 首先，說明AlN緩沖層1102的層厚W及AlN緩沖層1102的表面的最大高度與最小高 度之差。
[0194] 作為樣品，準(zhǔn)備了 W下7種樣品。
[01M] ?將AlN緩沖層1102的層厚制成20nm的樣品2-1的氮化物半導(dǎo)體層疊襯底(氮化物 半導(dǎo)體外延襯底）；
[0196] ?將AlN緩沖層1102的層厚制成30nm的樣品2-2的氮化物半導(dǎo)體層疊襯底；
[0197] ?將AlN緩沖層1102的層厚制成50nm的樣品2-3的氮化物半導(dǎo)體層疊襯底；
[0198] ?將AlN緩沖層1102的層厚制成ISOnm的樣品2-4的氮化物半導(dǎo)體層疊襯底；
[0199] ?將AlN緩沖層1102的層厚制成400nm的樣品2-5的氮化物半導(dǎo)體層疊襯底；
[0200] ?將AlN緩沖層1102的層厚制成450nm的樣品2-6的氮化物半導(dǎo)體層疊襯底；
[0201] ?將AlN緩沖層1102的層厚制成500nm的樣品2-7的氮化物半導(dǎo)體層疊襯底。
[0202] 在該樣品中，使用了在675皿、6英寸的Si襯底1101上使AlN緩沖層1102、AlGaN緩沖 層1103、層厚3.5nm/23nm的AIN/Alo.i日6日日.8曲的60周期的超晶格層1104、層厚600加1的基底 GaN層1105、層厚600nm的溝道GaN層1106和層厚32nm的Al〇.i7Ga〇.83的2DEG阻擋層1107依次層 疊而得到的氮化物半導(dǎo)體外延襯底。
[0203] 使用AFM(原子力顯微鏡），對(duì)該樣品的氮化物半導(dǎo)體層疊襯底的各個(gè)AlN緩沖層 1102的表面評(píng)價(jià)如m X 5WI1區(qū)域中的最大高度與最小高度之差。
[0204] 其結(jié)果是，
[0205] ?樣品 2-1 為 113nm;
[0206] ?樣品 2-2 為 48nm;
[0207] ?樣品 2-3 為 41nm;
[020引?樣品 2-4 為 31nm;
[0209] ?樣品 2-5 為 36nm;
[0210] ?樣品 2-6 為 83nm;
[0別"?樣品 2-7 為 121nm。
[0212] 由上述結(jié)果可知，如果AlN緩沖層1102的層厚不足30nm或者超過400nm，則用于使 氮化物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)的AlN緩沖層1102的表面的最大高度與最小高度之差會(huì)變得過大。
[0213] 運(yùn)樣，如果AlN緩沖層1102的表面的最大高度與最小高度之差變得過大，則即使將 與電極的排列方向的直線LO成0度W上30度W下的角度a的方向的Si襯底1101的（111)面上 的直線Ll作為偏離角的旋轉(zhuǎn)軸，被認(rèn)為與電極的排列方向有關(guān)系的"施加電壓時(shí)的載流子 移動(dòng)的方向"和臺(tái)階與臺(tái)面的邊界的延伸方向也會(huì)偏離平行，可W設(shè)想施加電壓時(shí)的載流 子的遷移率會(huì)降低。因此，使AlN緩沖層1102的層厚為30nmW上4(K)nmW下。通過使AlN緩沖 層1102的層厚為30nmW上400nmW下，則能夠抑制由AlN緩沖層1102的表面形狀引起的施加 電壓時(shí)的載流子的遷移率的降低。其結(jié)果是，能夠抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的增 加，能夠降低電流崩塌。
[0214](第八實(shí)施方式KAlN層/Si襯底結(jié)晶依賴性）
[0215] 第八實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件是第六實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件中的AlN 緩沖層1102構(gòu)成為(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為2500arcsecW下的器件， 對(duì)此未圖示。另外，對(duì)與上述第六實(shí)施方式相同的構(gòu)成部標(biāo)注同一標(biāo)記，援引第六實(shí)施方式 的說明。
[0216] 在AlN緩沖層1102的（0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為2500arcsecW 下的情況下，結(jié)晶良好，并且移位的發(fā)生被抑制（移位變得比較少），因此可W認(rèn)為在層疊 AlGaN緩沖層1103時(shí)，能夠抑制Si與Ga的反應(yīng)。其結(jié)果是，能夠抑制由移位引起的載流子的 遷移率的降低，因此能夠抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的增加，從而能夠抑制電流崩 塌。
[0217] (第九實(shí)施方式KAlGaN層/AlN層/Si襯底Al組分依賴性）
[0218] 第九實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件是在第六實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件的AlN 緩沖層1102上設(shè)置Al組分為10% W上80% W下的AlGaN緩沖層1103和AlN/AlGaN超晶格層 1104,在該超晶格層1104上層疊層厚為IOOnmW上的基底GaN層1105,對(duì)此未圖示。另外，對(duì) 與上述第六實(shí)施方式相同的構(gòu)成部標(biāo)注同一標(biāo)記，援引第六實(shí)施方式的說明。
[0219] 根據(jù)第九實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件，能夠抑制氮化物半導(dǎo)體層疊襯底整體的 翅曲，能夠減少對(duì)氮化物半導(dǎo)體層即AlN緩沖層1102、AlGaN緩沖層1103、超晶格層1104、基 底GaN層1105、溝道GaN層1106和2DEG阻擋層1107施加的變形應(yīng)力，從而抑制移位的產(chǎn)生。其 結(jié)果是，能夠抑制由移位引起的載流子的遷移率的降低，因此能夠抑制氮化物半導(dǎo)體器件 的導(dǎo)通電阻的增加，能夠減少電流崩塌。
[0220] (第十實(shí)施方式）
[0221] 第十實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件是在第六實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件的Si 襯底1101的表面，設(shè)置凹凸，使得將與電極的排列方向的直線LO成0度W上30度W下的角度 a的方向的直線Ll作為旋轉(zhuǎn)軸而從（111)面Wo度W上4.0度W下的偏離角傾斜的面成為Si 襯底1101的表面的30% W上，對(duì)此未圖示。另外，對(duì)與上述第六實(shí)施方式相同的構(gòu)成部標(biāo)注 同一標(biāo)記，援引第六實(shí)施方式的說明。
[0222] 通過在Si襯底1101的表面設(shè)置凹凸，使得將與電極的排列方向的直線LO成0度W 上30度W下的角度a的方向的直線Ll作為旋轉(zhuǎn)軸，從(111)面WO度W上4.0度W下的偏離角 傾斜的面成為Si襯底1101的表面的30% W上，能夠可靠地抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電 阻的增加，能夠減少電流崩塌。
[0223] 另外，在上述第二實(shí)施方式至第四實(shí)施方式中，Si襯底201、301、401的主面為從 (111)面起向（Oll)方向W2.0度的偏離角度傾斜的面，但并不限于此。Si襯底的主面只要為 從(111)面起向（Oll)方向WO.8度W上且2.7度W下的偏離角度傾斜的面即可。
[0224] 此外，在上述第一實(shí)施方式、第S實(shí)施方式和第四實(shí)施方式中，AlN緩沖層102、 302、402的厚度為180nm，但不限于此。AlN緩沖層的厚度只要為50nmW上400nmW下即可。
[0225] 此外，在上述第一實(shí)施方式、第二實(shí)施方式和第四實(shí)施方式中，AlN緩沖層102、 202、402是(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為1900arcsec的AlN緩沖層，但不限 于此。AlN緩沖層的(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為2500arcsecW下即可。 [02%]此外，在從上述第一實(shí)施方式至第S實(shí)施方式中，GaN層107、207、307的厚度為 1000皿，在上述第四實(shí)施方式中，GaN層407的厚度為200皿，但不限于此。GaN層的厚度只要 為IOOnmW上即可。
[0227] 此外，在上述第一實(shí)施方式至第=實(shí)施方式中，Si襯底101、201、301、401的表面被 凹凸加工，使得上述主面存在于上述表面的區(qū)域中的30% W上的區(qū)域，但不限于此，只要被 凹凸加工成Si襯底的主面存在于Si襯底的表面的區(qū)域中的30% W上的區(qū)域即可。此外，Si 襯底101、201、301、401的表面也可W不被凹凸加工。
[0228] 此外，在上述第一實(shí)施方式至第五實(shí)施方式中，利用使用MOCVD裝置的MOCV的去使 各層結(jié)晶生長(zhǎng)，但不限于此，也可W利用HVPE(氨化物氣相生長(zhǎng)法)法、MBE(分子束外延)法 等，也可W將MOCV的去、HV陽(yáng)法、M邸法等組合。此外，各層的生長(zhǎng)條件可W根據(jù)使用該氮化物 半導(dǎo)體層疊體來制作的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)等來適當(dāng)設(shè)定。
[0229] 此外，在上述第六實(shí)施方式~第十實(shí)施方式中，GaN系層疊體1110包括溝道GaN層 1106和在該溝道GaN層1106上層疊的AIq. i7Gao. 83的2DEG阻擋層1107,但不限于此。GaN系層疊 體只要是將由IrbJUyGai-x-yN(0 <x^、0<y^、0< x+y。）表示的GaN系半導(dǎo)體層層疊而 得到的即可。例如，GaN系層疊體除了GaN、AlGaN之外，例如可W包含作為GaN與氮化銅（InN) 的混晶的InGaN或者作為GaN、AlN和InN的混晶的Al InGaN等。
[0230] 此外，在上述第六實(shí)施方式~第十實(shí)施方式中，在2DEG阻擋層中1107形成到達(dá)溝 道GaN層1106的凹槽，在該凹槽中形成源極電極1201和漏極電極1203作為歐姆電極，但不限 于此。例如，也可W不形成上述凹槽，而在上述溝道GaN層上的2DEG阻擋層之上形成源極電 極和漏極電極，通過減薄2DEG阻擋層的層厚，漏極電極和源極電極成為歐姆電極。
[0231] 上述氮化物半導(dǎo)體器件例如可W為皿MT(高電子遷移率晶體管:Hi曲Electron Mobility Transistor)、MISFET(金屬-絕緣體-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管：Metal Insulator Semiconductor Field Effect lYansistor)、結(jié)型FET、LED(發(fā)光二極管）、半導(dǎo)體激光器 等。
[0232] 此外，根據(jù)氮化物半導(dǎo)體器件的種類，電極可W為漏極電極、源極電極、柵極電極、 發(fā)射電極、集電極、基電極、陽(yáng)極電極、陰極電極等。
[0233] 此外，在上述第六實(shí)施方式~第十實(shí)施方式中，將Si襯底1101的定向平面部1121 設(shè)置成與<11-2〉平行，但不限于此。例如，定向平面部可W設(shè)置為與<1-10〉平行，也可W設(shè) 置在其它方向上。
[0234] 此外，在上述第六實(shí)施方式~第十實(shí)施方式中，作為阻擋層使用AlN緩沖層1102， 但也可W代替它，使用例如由p-GaN、p-AlGaN等構(gòu)成的層。此外，作為緩沖層的AlGaN緩沖層 1103如專利文獻(xiàn)1那樣，可W使Al組分在層厚方向上變化。
[0235] 此外，在上述第一實(shí)施方式~第十實(shí)施方式和變形例中敘述的構(gòu)成要素可W適當(dāng) 組合，此外當(dāng)然也可W適當(dāng)?shù)剡x擇、置換或者削除。
[0236] 總結(jié)本發(fā)明和實(shí)施方式如下。
[0237] 本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體層疊體的特征在于，包括:將從（111)面WO度W上4.0度W 下的偏離角傾斜的面作為主面的Si襯底101、201、301、401、1101;和形成在上述51襯底101、 201、301、401、1101 上的氮化物半導(dǎo)體層 110、210、310、410、1102、1103、1104、1105、1106、 1107。
[023引根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體層疊體，上述Si襯底101、201、301、401、1101將從 (111)面WO度W上4.0度W下的偏離角傾斜的面作為主面。因此，通過包括運(yùn)樣的氮化物半 導(dǎo)體層疊體和設(shè)置在上述氮化物半導(dǎo)體層1102、1103、1104、1105、1106、1107上且相互隔開 規(guī)定的間隔地配置的源極電極和漏極電極，將與從源極電極重屯、向漏極電極的重屯、去的方 向的直線LO成0度W上30度W下的角度的方向的上述Si襯底101、201、301、401、1101上的直 線Ll作為上述偏離角的旋轉(zhuǎn)軸，能夠提高在2DEG層1111附近產(chǎn)生的電子的遷移率。因此，能 夠抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的增加，能夠減少電流崩塌。
[0239] 另外，W往的氮化物半導(dǎo)體層疊體包括:形成在Si襯底上的AlN層、形成在該AlN層 上的Al的組分比為30 % W上60 % W下的AlGaN層和形成在該AlGaN層上的GaN層。
[0240] 但是，本發(fā)明的發(fā)明人遇到了在Si襯底上使AlN層生長(zhǎng)時(shí)，在AlN層表面或上述AlN 層上的AlGaN層表面容易產(chǎn)生由小丘或臺(tái)階聚集(step bunching)引起的凹凸運(yùn)樣的問題。
[0241] 因此，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)于在AlGaN層表面產(chǎn)生小丘狀的突起的問題進(jìn)行了研究， 推斷如下。即，在Si襯底的主面的偏離角小時(shí)，原子等級(jí)的襯底表面的臺(tái)階數(shù)變少。在臺(tái)面 上，Al等的原子在表面遷移的中途停止，從那里進(jìn)行核形成，與通常的臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)不同的 結(jié)晶核生長(zhǎng)。該結(jié)晶核被認(rèn)為是小丘狀突起的產(chǎn)生的主要原因。
[0242] 此外，在制造具有存在包含小丘狀突起的凹凸的外延膜的氮化物半導(dǎo)體層疊體 時(shí)，在"形成小丘狀突起的結(jié)晶"與"臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)區(qū)域的結(jié)晶"的界面產(chǎn)生逆相位邊界部的 移位、由表面的凹凸差引起的光刻等工藝的差異。認(rèn)為運(yùn)些與泄漏和面內(nèi)的不均勻性等相 關(guān)聯(lián)，使氮化物半導(dǎo)體層疊體的性能下降。
[0243] 因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種能夠提高氮化物半導(dǎo)體層的表面平坦 性，并且高性能的氮化物半導(dǎo)體層疊體及其制造方法。
[0244] 為了實(shí)現(xiàn)上述另一個(gè)目的，一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體中，上述Si襯底的 主面的偏離角度從(111)面起為0.8度W上2.7度W下。
[0245] 根據(jù)上述實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體，上述Si襯底101、201、301、401的主面 從（111)面起具有0.8度W上2.7度W下的偏離角度。因此，與偏離角度從（111)面起小于0.8 度時(shí)相比，生長(zhǎng)表面的臺(tái)面寬度變短。此時(shí)，作為生長(zhǎng)前的原子、分子的前驅(qū)體(precursor) 即使在生長(zhǎng)溫度比較低的情況下，遷移的距離也短，因此臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)變得容易，在臺(tái)面中 途停止，開始進(jìn)行與臺(tái)階流動(dòng)不同的結(jié)晶方位的核形成的傾向變少。其結(jié)果是，能夠抑制小 丘狀突起的生長(zhǎng)，能夠減少表面的凹凸。
[0246] 此外，與偏離角度從（111)面起大于2.7度時(shí)相比，臺(tái)面寬度不會(huì)過短，能夠防止臺(tái) 階流動(dòng)生長(zhǎng)過于推進(jìn)，臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)與從表面脫離的原子的平衡崩潰，III族原子進(jìn)入本來 應(yīng)該V族位點(diǎn)進(jìn)入的位置等異常生長(zhǎng)。其結(jié)果是，能夠抑制小丘狀突起的生長(zhǎng)，能夠減少表 面的凹凸。
[0247] 此外，在制造具有包含小丘狀突起的凹凸少的外延膜的氮化物半導(dǎo)體層疊體時(shí)， 能夠減少在"形成小丘狀突起的結(jié)晶"與"臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)區(qū)域的結(jié)晶"的界面產(chǎn)生逆相位邊 界部的移位和由表面的凹凸差引起的光刻等工藝的差異。因此能夠防止泄漏或面內(nèi)的不均 勻性等。
[0248] 因此，能夠提高氮化物半導(dǎo)體層110、210、310、410的表面平坦性，并且能夠制作高 性能的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0249] 此外，在一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體中，上述氮化物半導(dǎo)體層包含形成在 上述 Si 襯底 101、201、301、401的上述主面上的A1N層102、202、302、402，上述A1N層102、202、 302、402 的厚度為 50nmW 上400nmW 下。
[0250] 根據(jù)上述實(shí)施方式，AlN層102、202、302、402的厚度為50nmW上，因此AlN層102、 202、302、402作為覆蓋層充分發(fā)揮功能。因此，在AlN層102、202、302、402上層疊 GaN層107、 207、307、407時(shí)，能夠抑制Si與Ga的反應(yīng)，能夠抑制小丘狀突起的生長(zhǎng)，并且能減少作為凹 陷的主要產(chǎn)生原因的貫通移位的產(chǎn)生。
[0巧1] 此外，AlN層102、202、302、402的厚度為400皿^下，因此能夠抑制由51與^加勺晶 格常數(shù)差引起的Si襯底101、201、301、401的翅曲，能夠抑制向A1N層102、202、302、402施加 變形應(yīng)力，能夠減少凹陷的產(chǎn)生。
[0252] 此外，在一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體中，上述AlN層102、202、302、402的 (0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為2500arcsecW下。
[0253] 根據(jù)上述實(shí)施方式，上述AlN層102、202、302、402的（0002)面的乂射線衍射的搖擺 曲線的半高寬為2500arcsecW下。因此，在減少移位的產(chǎn)生，在AlN層102、202、302、402上層 疊 GaN層107、207、307、407時(shí)，能夠抑制51與6曰的反應(yīng)。此外，4^層102、202、302、402的結(jié)晶 性良好，因此能夠減少移位的產(chǎn)生，從而能夠減少凹陷的產(chǎn)生。因此，能夠更加可靠地提高 氮化物半導(dǎo)體層110、210、310、410的表面平坦性，并且能夠更加可靠地制作高性能的氮化 物半導(dǎo)體層疊體。
[0254] 此外，在一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體中，包括:形成在上述AlN層102、202、 302、402 上的至少 1 個(gè) AlGaN 層 106、206、306、406;和形成在上述AlGaN層106、206、306、406上 的GaN 層 107、207、307、407，上述AlGaN層106、206、306、406的Al組分比為10%W上80%W 下，上述GaN層107、207、307、407的厚度為100醒^上。
[0巧5] 根據(jù)上述實(shí)施方式，上述AlGaN層106、206、306、406的41組分比為10%^上80%^ 下，上述GaN層107、207、307、407的厚度為100醒^上。因此，在4誠(chéng)層102、202、302、402上層 疊上述AlGaN層106、206、306、406時(shí)，能夠抑制Si與Ga的反應(yīng)，能夠抑制襯底整體的翅曲。并 且，能夠減少上述翅曲對(duì)氮化物半導(dǎo)體層11〇、210、310、410施加的變形應(yīng)力，能夠抑制移位 和凹陷的產(chǎn)生。因此，能夠抑制小丘狀突起的生長(zhǎng)，更可靠地提高氮化物半導(dǎo)體層110、210、 310、410的表面平坦性，并且更可靠地制造高性能的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0256]此外，在一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體層疊體中，上述Si襯底101、201、301、401的表 面被進(jìn)行凹凸加工，使得上述主面存在于上述表面的區(qū)域中的30% W上的區(qū)域。
[0257] 根據(jù)上述實(shí)施方式，進(jìn)行凹凸加工，使得上述Si襯底101、201、301、401的主面存在 于上述表面的區(qū)域中30% W上的區(qū)域。因此，在上述區(qū)域中，生長(zhǎng)表面的臺(tái)面寬度變短，能 夠更可靠地抑制由Si與AlN的晶格常數(shù)差引起的Si襯底101、201、301、401的翅曲，能夠抑制 對(duì)AlN層102、202、302、402施加變形應(yīng)力，能夠更可靠地減少凹陷的產(chǎn)生。因此，能夠抑制小 丘狀突起的生長(zhǎng)，能夠更可靠地提高氮化物半導(dǎo)體層110、210、310、410的表面平坦性，并且 能夠更可靠地制作高性能的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0258] 此外，在該發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體層疊體的制造方法中，包含在Si襯底101、201、 301、401上通過外延生長(zhǎng)而形成氮化物半導(dǎo)體層110、210、310、410的工序，上述51襯底101、 201、301、401的主面從(111)面起具有0.8度^上2.7度^下的偏離角度。
[0259] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在Si襯底101、201、301、401上通過外延生長(zhǎng)形成氮化物半導(dǎo)體層 110、210、310、410，該上述51襯底101、201、301、401的主面從（111)面起具有0.8度^上2.7 度W下的偏離角度。因此，與偏離角度從（111)面起小于0.8度時(shí)相比，生長(zhǎng)表面的臺(tái)面寬度 變短。此時(shí)，作為生長(zhǎng)前的原子、分子的前驅(qū)體(precursor)即使在生長(zhǎng)溫度比較低的情況 下遷移的距離也短，因此臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)變得容易，在臺(tái)面中途停止，開始進(jìn)行與臺(tái)階流動(dòng)不 同的結(jié)晶方位的核形成的傾向表少。其結(jié)果是，能夠抑制小丘狀突起的生長(zhǎng)，能夠減少表面 的凹凸。
[0260] 此外，與偏離角度從（111)面起大于2.7度時(shí)相比，臺(tái)面寬度不會(huì)變得過短，能夠防 止臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)過于推進(jìn)，臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)與從表面脫離的原子的平衡崩潰，III族原子進(jìn)入 本來應(yīng)該V族位點(diǎn)進(jìn)入的位置等的異常生長(zhǎng)。其結(jié)果是，能夠抑制小丘狀突起的生長(zhǎng)，能夠 減少表面的凹凸。
[0261] 此外，在制作具有包含小丘狀突起的凹凸少的外延膜的氮化物半導(dǎo)體層疊體時(shí)， 能夠減少在"形成小丘狀突起的結(jié)晶"與"臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)區(qū)域的結(jié)晶"的界面產(chǎn)生逆相位邊 界部的移位和由表面的凹凸差引起的光刻等工藝的差異。因此，能夠防止泄漏和面內(nèi)的不 均勻性等。
[0262] 因此，能夠提高氮化物半導(dǎo)體層110、210、310、410的表面平坦性，并且能夠制作高 性能的氮化物半導(dǎo)體層疊體。
[0263] 此外，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的特征在于，包括:上述氮化物半導(dǎo)體層疊體； 和設(shè)置在上述氮化物半導(dǎo)體層1102、1103、1104、1105、1106、1107上且彼此隔開規(guī)定的間隔 地配置的源極電極1201和漏極電極1203,將與從上述源極電極1201的重屯、向上述漏極電極 1203的重屯、去的方向的直線LO成0度W上30度W下的角度的方向的上述Si襯底1101上的直 線Ll，作為上述偏離角的旋轉(zhuǎn)軸。
[0264] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件，能夠提高在2DEG層1111附近產(chǎn)生的電子的遷 移率，因此能夠抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的增加，能夠減少電流崩塌。
[0265] 根據(jù)一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件，在上述Si襯底101上層疊有作為上述氮化 物半導(dǎo)體層 1102、1103、1104、1105、1106、1107 的層厚為 30nmW 上400nmW 下的 AlN 層 1102。
[0266] 根據(jù)上述實(shí)施方式，能夠抑制由AlN層1102的表面形狀引起的施加電壓時(shí)的電子 遷移率的下降。其結(jié)果是，能夠抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的增加，能夠減少電流崩 塌。
[0267] 根據(jù)一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件，上述AlN層1102的(0002)面的X射線衍射的 搖擺曲線的半高寬為2500arcsecW下。
[0268] 根據(jù)上述實(shí)施方式，結(jié)晶良好，移位的產(chǎn)生被抑制(移位變得比較少），因此在層疊 AlGaN層1103時(shí)，可W認(rèn)為能夠抑制Si與Ga的反應(yīng)。其結(jié)果是，能夠抑制由移位引起的電子 遷移率的降低，因此能夠抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的增加，能夠減少電流崩塌。
[0269] 根據(jù)一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件，在上述AlN層102上層疊有至少1個(gè)作為上 述氮化物半導(dǎo)體層 1102、1103、1104、1105、1106、1107的Al組分 10% W上80% W下的AlGaN 層1103、1104,在上述AlGaN層1104上層疊有作為上述氮化物半導(dǎo)體層1102、1103、1104、 1105、1106、1107 的層厚為 IOOnmW 上的 GaN 層 1105。
[0270] 根據(jù)上述實(shí)施方式，能夠抑制氮化物半導(dǎo)體層疊襯底整體的翅曲，能夠減少對(duì)氮 化物半導(dǎo)體層1102、1103、1104、1105、1106、1107施加的變形應(yīng)力，能夠抑制移位的產(chǎn)生。其 結(jié)果是，能夠抑制由移位引起的電子遷移率的降低，因此能夠抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo) 通電阻的增加，能夠減少電流崩塌。
[0271] 根據(jù)一實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件，在上述Si襯底1101的表面具有凹凸，使得 從(111)面WO度W上4.0度W下的偏離角傾斜的面為上述Si襯底1101的表面的30% W上。
[0272] 根據(jù)上述實(shí)施方式，能夠可靠地抑制氮化物半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的增加，能夠 減少電流崩塌。
[027引附圖標(biāo)記說明
[0274] 101、201、301、401、1101:51襯底，
[02 巧]102、202、302、402、1102:41娘愛沖層，
[0276] 103、203、303、403:AlGaN-l層，
[0277] 104、204、304、404:AlGaN-2層，
[027引 105、205、305、405:AlGaN-3層，
[02 巧]106、206、306、406、1103: AlGaN 緩沖層，
[0280] 107、207、307、407:GaNjl，
[0281] 108、208、308、408: AlGaN 阻擋層，
[0282] 1104:超晶格層，
[0283] 1105:基底 GaN 層，
[0284] 1106:溝道 GaN 層，
[0285] 1107:2DEG 阻擋層，
[0286] 1110:GaN 系層疊體，
[0287] 1111:2DEG 層，
[028引 1121:定向平面部，
[0289] 1201:源極電極，
[0290] 1202:柵極電極，
[0巧1] 1203:漏極電極，
[0巧2] 1301:臺(tái)階，
[0巧3] 1302:臺(tái)面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氮化物半導(dǎo)體層疊體，其特征在于，包括： 將從(111)面以0度以上4.0度以下的偏離角傾斜的面作為主面的Si襯底;和 形成在所述Si襯底上的氮化物半導(dǎo)體層。2. 如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體層疊體，其特征在于： 所述Si襯底的所述主面的偏離角度從(111)面起為0.8度以上2.7度以下。3. 如權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體層疊體，其特征在于： 所述氮化物半導(dǎo)體層包含形成在所述Si襯底的所述主面上的A1N層， 所述A1N層的厚度為50nm以上400nm以下。4. 如權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體層疊體，其特征在于： 所述A1N層的(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為2500arcsec以下。5. 如權(quán)利要求3或4所述的氮化物半導(dǎo)體層疊體，其特征在于，包括： 形成在所述A1N層上的至少1個(gè)AlGaN層;和 形成在所述AlGaN層上的GaN層， 所述AlGaN層的A1組分比為10%以上80%以下， 所述GaN層的厚度為100nm以上。6. -種氮化物半導(dǎo)體層疊體的制造方法，其特征在于： 包括在Si襯底上通過外延生長(zhǎng)形成氮化物半導(dǎo)體層的工序， 所述Si襯底的主面從(111)面起具有0.8度以上2.7度以下的偏離角度。7. -種氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括： 權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體層疊體;和 設(shè)置在所述氮化物半導(dǎo)體層上且彼此隔開規(guī)定的間隔地配置的源極電極和漏極電極， 將與從所述源極電極的重心向所述漏極電極的重心去的方向的直線成0度以上30度以 下的角度的方向的所述S i襯底的（111)面上的直線，作為所述偏離角的旋轉(zhuǎn)軸。8. 如權(quán)利要求7所述的氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于： 在所述Si襯底上層疊有作為所述氮化物半導(dǎo)體層的層厚為30nm以上400nm以下的A1N 層。9. 如權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于： 所述A1N層的(0002)面的X射線衍射的搖擺曲線的半高寬為2500arcsec以下。10. 如權(quán)利要求8或9所述的氮化物半導(dǎo)體層疊體，其特征在于： 在所述A1N層上層疊有至少1個(gè)作為所述氮化物半導(dǎo)體層的A1組分為10%以上80%以 下的AlGaN層， 在所述AlGaN層上層疊有作為所述氮化物半導(dǎo)體層的層厚為lOOnm以上的GaN層。11. 如權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于： 在所述Si襯底的表面具有凹凸，使得從（111)面以0度以上4.0度以下的偏離角傾斜的 面為所述Si襯底的表面的30%以上。
【文檔編號(hào)】H01L29/778GK105849868SQ201580003367
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月6日
【發(fā)明人】小河淳, 遠(yuǎn)崎學(xué), 藤重陽(yáng)介, 伊藤伸之, 岡崎舞, 井上雄史, 田尻雅之, 寺口信明
【申請(qǐng)人】夏普株式會(huì)社