JP7614769B2 - METHOD FOR PRODUCING NITRIDE SEMICONDUCTOR LAMINATE AND NITRIDE SEMICONDUCTOR LAMINATE - Google Patents
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Description
本開示は、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に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor laminate and a nitride semiconductor laminate.
窒化物半導体積層体は、バンドギャップの異なる窒化物半導体を積層した構造とされており、窒化物半導体同士の界面に二次元キャリアガスが誘起される。従来、このような二次元キャリアガスを利用した高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)デバイスが作製されている。 A nitride semiconductor stack is a stack of nitride semiconductors with different bandgaps, and a two-dimensional carrier gas is induced at the interface between the nitride semiconductors. Conventionally, high electron mobility transistor (HEMT) devices have been fabricated using such two-dimensional carrier gas.
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、AlN基板上に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、特許文献2)。 A typical power device using a nitride semiconductor laminate has an AlGaN barrier layer on a GaN substrate (see, for example, Patent Document 1). In order to increase the breakdown voltage of the power device, a method has been disclosed in which a nitride semiconductor laminate is grown on an AlN substrate with a wider band gap to create a power device on the AlN substrate (see, for example, Patent Document 2).
窒化物パワーデバイスには、さらなる耐圧の向上と低オン抵抗の改善が求められている。しかしなから、上述したパワーデバイスでは、AlGaNの合金散乱によって界面に生じた二次元キャリアガスの電子移動度の低下が生じる。オン抵抗は、二次元キャリアガスの電子移動度とキャリアガスの濃度によって決定されることから、二次元キャリアガスの電子移動度の低下により、オン抵抗が悪化してしまう。
本開示の目的は、オン抵抗を低減し、高耐圧が得られる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。
Nitride power devices are required to have further improved breakdown voltage and low on-resistance. However, in the above-mentioned power devices, the electron mobility of the two-dimensional carrier gas generated at the interface is reduced due to alloy scattering of AlGaN. Since the on-resistance is determined by the electron mobility of the two-dimensional carrier gas and the concentration of the carrier gas, the on-resistance is deteriorated due to the reduction in the electron mobility of the two-dimensional carrier gas.
An object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a nitride semiconductor laminate that reduces the on-resistance and provides a high breakdown voltage, and the nitride semiconductor laminate.
上述した課題を解決するために、本開示の一実施形態に係る窒化物半導体積層体の製造方法は、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む窒化物半導体基板上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層を、直下の層に対する前記AlxGa(1-x)N層の被覆率が80%以上100%以下となるように形成することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a nitride semiconductor laminate according to an embodiment of the present disclosure is characterized in that an Al x Ga (1-x) N layer made of Al x Ga (1-x) N (0≦x≦0.2) is formed on an Al-containing nitride semiconductor substrate at a temperature of 650° C. or more and less than 1000° C. by metalorganic chemical vapor deposition at a growth rate of 0.7 μm/hr or more such that the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less.
また、本開示の一実施形態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たAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層と、を備え、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の被覆率は、80%以上100%以下であることを特徴とする。 Moreover, a nitride semiconductor stack according to an embodiment of the present disclosure includes a nitride semiconductor substrate containing Al, and an Al x Ga (1 -x) N layer formed of Al x Ga (1 -x) N (0≦x≦0.2) disposed on the nitride semiconductor substrate, and is characterized in that the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less.
本開示によれば、オン抵抗を低減し、高耐圧が得られる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得ることができる。 The present disclosure provides a method for producing a nitride semiconductor laminate that reduces on-resistance and provides a high breakdown voltage, and a nitride semiconductor laminate can be obtained.
以下、実施形態を通じて本実施形態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。 The nitride semiconductor stack according to this embodiment will be described below through embodiments, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Furthermore, not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.
1.第一実施形態
以下、第一実施形態に係る窒化物半導体積層体1について、図1を参照して説明する。
窒化物半導体積層体1は、紫外光を発光可能な半導体素子である。
1. First Embodiment Hereinafter, a
The
(1.1)窒化物半導体積層体の構成
図1を参照して、第一実施形態に係る窒化物半導体積層体1について説明する。窒化物半導体積層体1は、Alを含む窒化物半導体基板(以下、基板という)11と、基板11上に配置され、AlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層12とを備え、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の被覆率は、80%以上100%以下である。このような窒化物半導体積層体1は、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む基板11上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層12を形成することにより形成される。
以下、各層について詳細に説明する。
(1.1) Configuration of the nitride semiconductor laminate The
Each layer will be described in detail below.
(基板)
基板11は、Alを含む窒化物半導体を含んでいる。Alを含む窒化物半導体は、例えばAlNである。Alを含む窒化物半導体は、AlNに限定されず、例えばAlGaNであってよい。例えば、基板11がAlN、AlGaN等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板11の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる。
(substrate)
The
ここで、「基板11は…窒化物半導体を含む」という表現における「含む」とは、窒化物半導体を主に層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、他の元素を少量(例えばGa(Gaが主元素でない場合)、In、As、P、またはSb等の元素を数%以下)加える等してこの層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれる。その他の層の組成の表現においても、「含む」という文言は、同様の意味を有する。また、含まれる少量元素については前述の限りではない。
The term "comprises" in the expression "
また、基板11は、ドナー不純物またはアクセプタ不純物によって、n型またはp型にドーピングされてよい。また、基板11は、AlN等の窒化物半導体と、サファイア(Al2O3)、Si、SiC、MgO、Ga2O3、ZnO、GaNまたはInNとの混晶であってもよい。
The
基板11は、一例として100μm以上600μm以下の膜厚を有することが好ましい。
また、面方位はc面(0001)、a面(11-20)、m面(10-10)などが挙げられるが、c面基板がより好ましい。
As an example, the
The plane orientation may be c-plane (0001), a-plane (11-20), m-plane (10-10), etc., with the c-plane substrate being more preferred.
(AlxGa(1-x)N層)
AlxGa(1-x)N層12は、AlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)、すなわちAl組成が0%以上20%以下のAlxGa(1-x)Nにより形成された窒化物半導体層である。AlxGa(1-x)N層12は、基板11上に形成される。ここで、例えば「AlxGa(1-x)N層12は基板11上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板11の上にAlxGa(1-x)N層12が形成されることを意味する。また、基板11とAlxGa(1-x)N層12との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、基板11とAlxGa(1-x)N層12との間にバッファ層が形成される場合も、「基板11上に形成される」という表現に含まれる。
(Al x Ga (1-x) N layer)
The Al x Ga (1-x)
Alを含む基板(たとえばAlN基板)上にAlxGa(1-x)Nを成長させる場合を考える。AlNとAlxGa(1-x)Nとは、それぞれ自発分極をもち、c軸方向に分極している。異なる分極をもつ層を積層すると、界面には分極の差分だけ電荷が生じる。また、格子が歪むことによってピエゾ分極も生じる。このピエゾ分極と自発分極によって半導体層中のキャリアが誘起され、界面に高濃度なシート状の二次元キャリア層が形成される。 Consider the case where Al x Ga (1-x) N is grown on a substrate containing Al (for example, an AlN substrate). Both AlN and Al x Ga (1-x) N have spontaneous polarization, which is polarized in the c-axis direction. When layers with different polarizations are stacked, a charge is generated at the interface that corresponds to the difference in polarization. In addition, piezoelectric polarization is also generated due to lattice distortion. This piezoelectric polarization and spontaneous polarization induce carriers in the semiconductor layer, and a highly concentrated sheet-like two-dimensional carrier layer is formed at the interface.
AlN上にたとえばGaN(Al組成が0%のAlxGa(1-x)N)を形成する場合、AlNおよびGaNの界面には二次元ホールガスが形成される。また、GaN上に電子バリア層としてAl0.2Ga0.8N層などを積層した場合は、GaNおよびAl0.2Ga0.8Nの界面に二次元電子ガス(2DEG)が形成される。
二次元キャリアガスは高い飽和電子移動度をもつため、高周波特性が得られる。また、高電子移動度による低オン抵抗と、ワイドバンドギャップによる高耐圧特性とを兼ね備えたパワーデバイスが得られる。ここで、オン抵抗は、二次元キャリアガスの電子移動度と二次元キャリアガスの濃度によって決定される。上述した電子移動度および濃度両方のパラメータを含むシート抵抗がより低い方が、オン抵抗の低減には有利である。また、耐圧については、HEMTを構成する窒化物半導体のバンドギャップによって決定される。
For example, when GaN (Al x Ga (1-x) N with 0% Al composition) is formed on AlN, a two-dimensional hole gas is formed at the interface between AlN and GaN. Also, when an Al 0.2 Ga 0.8 N layer is laminated on GaN as an electron barrier layer, a two-dimensional electron gas (2DEG) is formed at the interface between GaN and Al 0.2 Ga 0.8 N.
The two-dimensional carrier gas has high saturated electron mobility, and therefore high frequency characteristics can be obtained. In addition, a power device can be obtained that combines low on-resistance due to high electron mobility and high withstand voltage characteristics due to a wide band gap. Here, the on-resistance is determined by the electron mobility of the two-dimensional carrier gas and the concentration of the two-dimensional carrier gas. A lower sheet resistance, which includes both the above-mentioned parameters of electron mobility and concentration, is advantageous for reducing the on-resistance. In addition, the withstand voltage is determined by the band gap of the nitride semiconductor that constitutes the HEMT.
このような二次元キャリアガスの生成は、分極つまり歪によって影響を受ける。この2DEGをより高濃度でかつ高電子移動度で形成する場合、合金散乱の影響を考慮する必要がある。AlxGa(1-x)N層12中におけるAl組成xが高すぎる場合、合金散乱によって電子移動度が著しく低下するためである。
The generation of such a two-dimensional carrier gas is affected by polarization, i.e., distortion. To form this 2DEG with higher concentration and higher electron mobility, it is necessary to consider the effect of alloy scattering. If the Al composition x in the Al x Ga (1-x)
AlxGa(1-x)N層12は、AlおよびGaまたはGaを含む窒化物半導体の層であり、例えばAlGaNやGaNであってよい。合金散乱の観点から、AlxGa(1-x)N層は、AlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)であることが好ましい。窒化物半導体積層体1をパワーデバイスへ用いる際には、2DEG濃度と電子移動度とを両立する観点からGaN(x=0)であることがより好ましい。
また、基板11とAlxGa(1-x)N層12との間に格子不整合を緩和するようなバッファ層が存在してもよい。しかしながら、2DEGの濃度を高める観点から、基板11とAlxGa(1-x)N層12との界面にはバッファ層が設けられないことが好ましい。ここで、バッファ層としては、例えばAl組成が基板11から遠ざかる方向にむかって減少する組成傾斜層等が挙げられる。
The Al x Ga (1-x)
A buffer layer for reducing lattice mismatch may be provided between the
2DEGの濃度を高めるには、界面の急峻性が重要であり、その観点から、AlxGa(1-x)N層12の膜厚は0.5nm以上30nm以下であることが好ましい。
また、AlxGa(1-x)N層12基板11側から0.5nm以上5nm以下の領域における緩和率は0%以上かつ50%以下であることが好ましい。また、AlxGa(1-x)N層12を基板11側から5nm以上歪ませると結晶の品位が損なわれる。このため、AlxGa(1-x)N層12の基板11側から5nm超30nm以下の領域における緩和率は、基板11に対して50%以上100%以下で歪んでいることが好ましい。
In order to increase the concentration of the 2DEG, the abruptness of the interface is important, and from that viewpoint, the thickness of the Al x Ga.sub. (1-x)
The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer 12 in a region of 0.5 nm to 5 nm from the
AlxGa(1-x)N層12を本来の格子定数から歪ませる観点から、AlxGa(1-x)N層12の基板11側から0.5nm以上5nm以下の領域における、a軸方向の面内格子定数が、基板11の格子定数に対して0.5%以上2.5%以下歪んでいることが好ましく、1.0%以上2.5%歪んでいることがより好ましい。
しかしながら、AlxGa(1-x)N層12を基板11側から5nm以上歪ませると結晶の品位が損なわれる。このため、AlxGa(1-x)N層12の基板11側から5nm超30nm以下の領域におけるa軸方向の面内格子定数は、基板11の格子定数に対して0%以上1%以下で歪んでいることが好ましい。
From the viewpoint of distorting the Al x Ga.sub.(1- x) N layer 12 from its original lattice constant, the in-plane lattice constant in the a-axis direction in a region of the Al x Ga.sub.(1- x) N
However, the crystal quality is impaired when the Al x Ga (1-x) N layer 12 is distorted by 5 nm or more from the
同様に、AlxGa(1-x)N層12を本来の格子定数から歪ませる観点から、AlxGa(1-x)N層12の基板11側から0.5nm以上5nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在しないことが好ましい。ここで、本開示において「ミスフィット転位または積層欠陥が存在しない」とは、後述する手法によって測定された転位密度が1×104cm-3未満であることを意味する。また、「ミスフィット転位」および「積層欠陥」については後に詳細に説明する。
しかしながら、上述したように、AlxGa(1-x)N層12を5nm以上歪ませると結晶の品位が損なわれる。このため、AlxGa(1-x)N層12の基板11側から5nm超30nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在することが好ましい。ここで、本開示において「ミスフィット転位または積層欠陥が存在する」とは、後述する手法によって測定された転位密度が1×104cm-3以上であることを意味する。
2DEGは高い移動度をもつことで、窒化物半導体積層体1を用いたパワーデバイスは高周波特性を得ることができる。このため、窒化物半導体積層体1における高品位の結晶性や界面の急峻性が望まれる。
Similarly, from the viewpoint of distorting the Al x Ga (1-x) N layer 12 from its original lattice constant, it is preferable that there are no misfit dislocations or stacking faults in a region of the Al x Ga (1-x) N layer 12 that is 0.5 nm or more and 5 nm or less from the
However, as described above, when the Al x Ga (1-x) N layer 12 is distorted by 5 nm or more, the quality of the crystal is impaired. For this reason, it is preferable that misfit dislocations or stacking faults are present in a region of the Al x Ga (1-x) N layer 12 that is more than 5 nm and not more than 30 nm from the
The 2DEG has high mobility, and thus a power device using the
2DEGの電子移動度を高める観点から、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層12の被覆率は80%以上100%以下である。
結晶の高品位の観点から、AlxGa(1-x)N層12に含まれる転位密度は1×104cm-3以下であることが好ましい。
界面の急峻性の観点から、AlxGa(1-x)N層12表面の表面二乗粗さは0.9nm以下であることが好ましい。ここで、AlxGa(1-x)N層12表面の表面二乗粗さは、AlxGa(1-x)N層12の基板11と反対側の面における表面二乗粗さである。
これにより、高濃度かつ高電子移動度な2DEGが実現される。
From the viewpoint of increasing the electron mobility of the 2DEG, the coverage of the Al x Ga.sub. (1-x)
From the viewpoint of high crystal quality, the dislocation density contained in the Al x Ga.sub. (1-x)
From the viewpoint of interface sharpness, the surface squared roughness of the Al x Ga (1-x) N layer 12 surface is preferably 0.9 nm or less. Here, the surface squared roughness of the Al x Ga (1-x) N layer 12 surface is the surface squared roughness of the Al x Ga (1-x) N layer 12 on the side opposite to the
This realizes a 2DEG with high concentration and high electron mobility.
AlxGa(1-x)N層12は、P、As、Sb等のN以外のV族元素、C、H、F、O、Be、Mg、Zn、Si等の不純物が混入していてよいが、不純物元素の種類としてはこの限りではない。
The Al x Ga.sub. (1-x)
(1.2)窒化物半導体積層体の変形例
(1.2.1)変形例の第1の例
上述した窒化物半導体積層体1は、AlxGa(1-x)N層12が発光素子のp型半導体層として用いられた発光素子であってもよい。例えば、図2に示すように、窒化物半導体積層体1Aは、基板11とAlxGa(1-x)N層12との間に設けられた発光層14を備えている。すなわち、発光素子としての窒化物半導体積層体1Aは、例えば基板11、n型半導体層13、窒化物半導体活性層を含む発光層14、p型半導体層としてのAlxGa(1-x)N層12とが順に積層されて構成されている。このとき、AlxGa(1-x)N層12は、例えばp型GaN(x=0)で形成されている。また、窒化物半導体積層体1Aは、たとえば、AlNやAlGaNなどで形成された電子ブロック層(不図示)上に、AlxGa(1-x)N層12を成長してもよい。この場合、電子ブロック層は、発光層14とAlxGa(1-x)N層12との間に設けられる。
AlxGa(1-x)N層12をp型半導体層として用いる場合、AlxGa(1-x)N層12はドーパント原子としてMg、ZnまたはBeを含むことが好ましい。ドーパント原子の濃度(p型ドーピング濃度)は、結晶の品質とキャリア濃度の両立の観点から、1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下であることが好ましい。
(1.2) Modifications of Nitride Semiconductor Laminate (1.2.1) First Example of Modification The above-mentioned
When the Al x Ga (1-x) N layer 12 is used as a p-type semiconductor layer, it is preferable that the Al x Ga (1-x) N layer 12 contains Mg, Zn or Be as dopant atoms. The concentration of the dopant atoms (p-type doping concentration) is preferably 1×10 18 cm -3 or more and 5×10 19 cm -3 or less from the viewpoint of achieving both crystal quality and carrier concentration.
(1.2.2)変形例の第2の例
また、上述した窒化物半導体積層体1は、基板11とAlxGa(1-x)N層12との間に設けられたAlN層15や、AlxGa(1-x)N層12上に設けられた電子バリア層17を備えていても良い。
以下、図3を参照して、AlN層15、バッファ層の一例である組成傾斜層16および電子バリア層17について詳細に説明する。
(1.2.2) Second Example of Modification The
The
(電子バリア層)
窒化物半導体積層体1Bは、AlxGa(1-x)N層12上に電子バリア層17を備えていても良い。電子バリア層17は、例えばAlxGa(1-x)N層12との界面に二次元電子ガス(2DEG)を形成させるために設けられる層である。
電子バリア層17は、AlおよびGaまたはGaを含む窒化物半導体の層である。電子バリア層17は、AlxGa(1-x)N層12との格子整合の観点から、AlyGa(1-y)N(0≦y≦1)で形成されたAlyGa(1-y)N層であることが好ましい。また、電子バリア層17は、In等のAlおよびGa以外のIII族原子、P、As、Sb等のN以外のV族元素、C、H、F、O、Be、Mg、Zn、Si等の不純物を含んでいてもよいが、不純物元素の種類としてはこの限りではない。
(Electron Barrier Layer)
The
The
電子バリア層17とAlxGa(1-x)N層12との界面には基板11とAlxGa(1-x)N層12との界面と同様に二次元キャリア層が形成される。このため、AlxGa(1-x)N層12におけるAl組成xと電子バリア層17におけるAl組成yとが異なる(すなわちx≠yである)ことが好ましい。
A two-dimensional carrier layer is formed at the interface between the
二次元電子ガス形成の観点から、AlxGa(1-x)N層12におけるAl組成xは電子バリア層17におけるAl組成yよりも小さい(x<yである)ことが好ましい。また、各層におけるAl組成x、yの差が大きすぎる場合、AlxGa(1-x)N層12および電子バリア層17にクラックが発生するおそれがある。このため、AlxGa(1-x)N層12におけるAl組成xと電子バリア層17におけるAl組成yとの差は0.5以下であることが好ましい。また、AlxGa(1-x)N層12におけるAl組成xは、0≦x≦0.2であることが好ましく、電子バリア層17におけるAl組成yは、0.2<y≦0.5であることがより好ましい。
From the viewpoint of two-dimensional electron gas formation, it is preferable that the Al composition x in the Al x Ga (1-x) N layer 12 is smaller than the Al composition y in the electron barrier layer 17 (x<y). If the difference between the Al compositions x and y in each layer is too large, cracks may occur in the Al x Ga (1-x) N layer 12 and the
(組成傾斜層)
上述したバッファ層の一例である組成傾斜層16は、基板11とAlxGa(1-x)N層12との間に設けられていてもよいが、2DEGの濃度を高める観点からは、組成傾斜層16が設けられないことが好ましい。
組成傾斜層16を設ける場合、組成傾斜層16は、AlzGa(1-z)N(0≦z≦1.0)で形成され、基板11から遠ざかる方向に向かってAl組成zが変化している。組成傾斜層16は、基板11から遠ざかる方向に向かってAl組成zが減少していることが好ましい。
(Compositionally graded layer)
The compositionally graded
When the
組成傾斜層16におけるAl組成zのプロファイル(傾斜)は、連続的に変化してもよいし、断続的に変化してもよい。ここで、「断続的に変化する」とは、組成傾斜層16の膜中にAl組成zが同じになっている部分を含むことを意味する。つまり、組成傾斜層16には、基板11から遠ざかる方向にAl組成zが変化しない部分が含まれていてもよい。
The profile (gradient) of the Al composition z in the
組成傾斜層16は、基板11と接触していてもよく、基板11との間に別の層が存在していてもよい。また、組成傾斜層16は、AlxGa(1-x)N層12と接触していてもよく、AlxGa(1-x)N層12との間に別の層が存在していてもよい。
The compositionally graded
(AlN層)
AlN層15は、下地層の一例であり、基板11の全面に形成されている。すなわち、AlN層15は、基板11とAlxGa(1-x)N層12との間に設けられている。
AlN層15は、基板の表面に形成されたピットや研磨痕などをリカバリーすることができる。また、AlxGa(1-x)N層12との間の格子定数差及び熱膨張係数差が小さく、AlN層15上に欠陥の少ない窒化物半導体層を成長させることができる。また、AlN層15は、圧縮応力下でAlxGa(1-x)N層12を成長させることができ、AlxGa(1-x)N層12にクラックの発生を抑制することができる。このため、基板11がAlN又はAlGaN等の窒化物半導体で形成されている場合でも、欠陥の少ない窒化物半導体層をAlN層15を介して基板11の上方に成長できる。
(AlN layer)
The
The
AlN層15には、C、B、O、H、Si、Fe、Mg等の不純物が混入されていてもよい。
基板11の形成材料としてAlNを用いた場合、AlN層15と基板11とが同一材料で形成されることから、AlN層15と基板11との境界が不明確となる。基板11がAlNで形成されている場合には、基板11が基板11とAlN層15とを構成しているものと見做してよい。
The
When AlN is used as the material for forming the
AlN層15は、例えば数μmの厚さを有している。具体的には、AlN層15の厚さは、10nmより厚く1μmより薄いことが好ましい。AlN層15の厚さが10nmより厚い場合、基板表面のリカバリーが進み、AlNの結晶性が高くなる。また、原料コストの観点から、AlN層15の厚さが1μmより薄いことが好ましい。
The
(1.3)窒化物半導体積層体の製造方法
本実施形態の窒化物半導体積層体1は、基板11上にAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層12を形成する工程を経て製造される。
基板11は、昇華法、ハイドライド気相成長(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。
(1.3) Manufacturing Method of Nitride Semiconductor Stack The
The
基板11上にAlxGa(1-x)N層12を形成する工程は、有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法で行うことができる。
ここで、基板11上に形成されたAlxGa(1-x)N層12は、例えばトリメチルアルミニウム(TMAl)を含むAl原料、例えばトリメチルガリウム(TMGa)またはトリエチルガリウム(TEGa)等を含むGa原料、例えばアンモニア(NH3)を含むN原料を用いて形成することができる。
The step of forming the Al.sub.xGa.sub . (1-x)
Here, the Al x Ga (1-x) N layer 12 formed on the
AlxGa(1-x)N層12は、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む基板11上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層を形成していればよく、他の条件は特に制限されない。また、AlxGa(1-x)N層12の成長レートは、2μm/hr未満とすることがより好ましい。
AlxGa(1-x)N層12形成時におけるAlxGa(1-x)Nの成長レートを0.7μm/hr以上とすることにより、シート抵抗が低下するとともに、電子移動度が向上する。AlxGa(1-x)N層12の成長レートは、後述する基板11の温度やチャンバーの真空度、原料ガスの流量を適宜調整することにより0.7μm/hr以上に制御することができる。
The Al x Ga (1-x) N layer 12 is formed by metal organic chemical vapor deposition at a growth rate of 0.7 μm/hr or more on the
The sheet resistance is reduced and the electron mobility is improved by setting the growth rate of Al x Ga (1-x) N at 0.7 μm/hr or more during the formation of the Al x Ga (1-x) N layer 12. The growth rate of the Al x Ga (1-x) N layer 12 can be controlled to 0.7 μm/hr or more by appropriately adjusting the temperature of the
このとき、窒化物半導体積層体1のシート抵抗および電子移動度を向上させる観点から、AlxGa(1-x)N層12形成時の基板11の温度は700℃以上950℃以下であることが好ましく、750℃以上950℃以下であることがより好ましい。
また、不純物除去の観点から、基板11を1000℃以上、好ましくは1200℃以上の水素雰囲気中でアニールすることも好ましい場合がある。
At this time, from the viewpoint of improving the sheet resistance and electron mobility of the
From the viewpoint of removing impurities, it may be preferable to anneal the
また、シート抵抗、電子移動度の向上の観点から、AlxGa(1-x)N層12形成時のチャンバーの真空度は30mbar以上200mbar以下であることが好ましく、30mbar以上100mbar以下であることがより好ましい。
From the viewpoint of improving the sheet resistance and electron mobility, the degree of vacuum in the chamber during the formation of the Al x Ga.sub. (1-x)
(1.4)窒化物半導体積層体の物性等の測定方法
上述した窒化物半導体積層体1の物性等は、以下のようにして測定することができる。
(AlxGa(1-x)N層の被覆率測定)
AlxGa(1-x)N層12の被覆率測定には、例えば走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、FE-SEM「SU9000」)および画像処理ソフト(旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト「A像くん」(登録商標))が用いられる。より具体的には、SEM測定時に、AlxGa(1-x)N層12表面が露出されている箇所を50μm×50μmの測定範囲で面内における任意の3点を測定する。このとき下方検出器による反射電子像を取得することで、組成差によるコントラストが明確になったSEM画像が得られる。
(1.4) Method for Measuring Physical Properties, etc. of Nitride Semiconductor Stack The physical properties, etc. of the
(Measurement of coverage of Al x Ga (1-x) N layer)
The coverage of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is measured using, for example, a scanning electron microscope (FE-SEM "SU9000" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) and image processing software (image analysis software "A-zo-kun" (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.). More specifically, during SEM measurement, the exposed surface of the Al x Ga (1-x) N layer 12 is measured at three arbitrary points within a measurement range of 50 μm × 50 μm. At this time, a backscattered electron image is obtained by the lower detector, and an SEM image in which the contrast due to composition differences is clearly shown is obtained.
画像処理ソフトを用いて、得られたSEM画像の処理を行う。SEM画像内の平均明度に対して、明度が50%以上低い領域を、直下の層である基板11に対してAlxGa(1-x)N層12が被覆されていない箇所とする。被覆率は被覆されている面積の割合とし、任意の3点の平均値をAlxGa(1-x)N層12の被覆率とする。
The obtained SEM image is processed using image processing software. Areas whose brightness is 50% or more lower than the average brightness in the SEM image are defined as areas where the Al x Ga (1-x) N layer 12 is not covered with the
表面粗さの測定には、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)装置(セイコーインスツルメント社製、「SPA400」)が用いられる。被覆率測定と同様の箇所をAFMによって4μm×4μmの測定範囲で面内における任意の3点を測定する。この時のスキャン周波数は0.2Hzとした。測定により得られた二乗平均粗さの3点の平均値をAlxGa(1-x)N層12の表面粗さとする。 The surface roughness is measured using an atomic force microscope (AFM) (Seiko Instruments, "SPA400"). The same location as in the coverage measurement is measured by the AFM at three arbitrary points within a measurement range of 4 μm×4 μm. The scan frequency is 0.2 Hz. The average value of the root mean square roughness obtained by the measurement at three points is defined as the surface roughness of the Al x Ga (1-x) N layer 12.
(AlxGa(1-x)N層のドーピング原子濃度の測定)
AlxGa(1-x)N層12に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により測定することができる。
AlxGa(1-x)N層12に含まれるドーパントや不純物の濃度を、デバイスに加工された後にSIMSで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨により電極を除去した状態で行うことができる。また、AlxGa(1-x)N層12に含まれるドーパントや不純物の濃度は、電極が形成されていない基板11側からスパッタして測定することもできる。
具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ(EAG)社が提供する測定条件によりSIMS測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、14.5keVのエネルギーを有したセシウム(Cs)イオンビームを用いる。
(Measurement of doping atom concentration in Al x Ga (1-x) N layer)
The concentration of the dopant or impurity contained in the Al x Ga.sub. (1-x)
When the concentration of dopants and impurities contained in the Al x Ga (1-x) N layer 12 is measured by SIMS after processing into a device, the measurement can be performed in a state where the electrodes are removed by chemical etching or physical polishing. The concentration of dopants and impurities contained in the Al x Ga (1-x) N layer 12 can also be measured by sputtering from the
Specifically, the SIMS measurement is performed under the measurement conditions provided by Evans Analytical Group (EAG), Inc. A cesium (Cs) ion beam having an energy of 14.5 keV is used for sputtering the sample during the measurement.
(AlxGa(1-x)N層の膜厚と貫通転位の測定方法)
AlxGa(1-x)N層12の膜厚は、基板11に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)により観察し、TEMの測長機能を使用することで測定できる。TEM測定には、例えば日立ハイテクノロジーズ社製の透過型電子顕微鏡「HD-2300」が用いられる。
測定方法としては、先ず、TEMを用いて、窒化物半導体積層体の基板11の主面に対して垂直な断面を観察する。一例として、a面(11-20)での測定が好ましい。具体的には、例えば、窒化物半導体積層体1の基板11の主面に対して垂直な断面を示すTEM画像内の、基板11の主面に対して平行な方向において2μm以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる2層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅200nmの連続する観察領域で観察する。この200nm幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上述した2μm以上の観察幅から任意に抽出した5箇所から算出することで、各層の膜厚を得ることができる。
(Method of measuring Al x Ga (1-x) N layer thickness and threading dislocations)
The thickness of the Al x Ga (1-x) N layer 12 can be measured by cutting out a predetermined cross section perpendicular to the
As a measurement method, first, a cross section perpendicular to the main surface of the
貫通転位に関しても同様に、基板11の主面に対して垂直な断面内に存在する貫通転位の数と、視野面積および試料の厚みとから、体積当たりの貫通転位数を算出する。貫通転位は5サンプルから算出し、これらの平均値を貫通転位の数とする。
Similarly, for threading dislocations, the number of threading dislocations per volume is calculated from the number of threading dislocations present in a cross section perpendicular to the main surface of the
(窒化物半導体層の歪とミスフィット転位および積層欠陥の測定)
窒化物半導体積層体1を構成する各層の原子配列は高分解能TEM測定によって測定できる。上述したTEM測定時に50nmまで剥片化されたサンプルに対し、原子分解能分析電子顕微鏡(加速電圧:200kV)によって高分解能TEM測定を行う。高分解能TEM測定には、例えば日本電子株式会社製の原子分解能分析電子顕微鏡「JEM-ARM200F」が用いられる。
(Measurement of strain, misfit dislocations and stacking faults in nitride semiconductor layers)
The atomic arrangement of each layer constituting the
このとき、III族原子と窒素原子とが交互に積層された状態となっており、III族原子が垂直に配列している(すなわち、ずれがない)状態が観察された場合には、各層の原子配列が格子整合していると判断できる。 At this time, the group III atoms and nitrogen atoms are stacked alternately, and if it is observed that the group III atoms are arranged vertically (i.e., there is no misalignment), it can be determined that the atomic arrangement of each layer is lattice-matched.
ミスフィット転位および積層欠陥の存在についてはこの原子配列から確認できる。III族原子の垂直方向の配列がたとえば原子1個を飛ばして配列している箇所があるとき、これをミスフィット転位とする。水平方向にずれなく整列しているIII族原子において、2層が1層に集合している場合、これを積層欠陥とする。膜厚とサンプル厚みから得られる体積とミスフィット転位および積層欠陥との数から、転位密度が算出される。 The presence of misfit dislocations and stacking faults can be confirmed from this atomic arrangement. When the vertical arrangement of group III atoms has a location where, for example, one atom is skipped, this is considered to be a misfit dislocation. When two layers of group III atoms that are aligned horizontally without any misalignment are gathered into one layer, this is considered to be a stacking fault. The dislocation density is calculated from the volume obtained from the film thickness and sample thickness, and the number of misfit dislocations and stacking faults.
次に、III族原子のTEM画像水平方向における隣接原子間の距離を測定する。隣接原子間距離は、原子コントラストの中心間距離を測定することで測定される。この隣接原子間距離を垂直方向にAlxGa(1-x)N層12で測定をする。AlxGa(1-x)N層12中における測定したい任意の膜厚における箇所で測定を行う。測定された原子間距離から、式(1)を用いて歪率が得られる。 Next, the distance between adjacent group III atoms in the horizontal direction of the TEM image is measured. The distance between adjacent atoms is measured by measuring the center-to-center distance of the atomic contrast. This distance between adjacent atoms is measured in the vertical direction in the Al x Ga (1-x) N layer 12. The measurement is performed at a location at any film thickness to be measured in the Al x Ga (1-x) N layer 12. From the measured interatomic distance, the strain rate can be obtained using equation (1).
格子歪率[%]=[(a1―a2)/a1]×100 ・・・式(1)
ここで、式中のa1はAlxGa(1-x)N層12の面内a軸方向の本来の格子定数であり、a2は基板11の格子定数に合わせるために歪んだ後のAlxGa(1-x)N層12の格子定数とする。
式(1)によって得られる格子歪率を画像内の任意の3点で測定し、それらの平均値を格子歪率とする。
Lattice distortion rate [%] = [(a1-a2)/a1] x 100 ... formula (1)
Here, a1 in the formula is the original lattice constant in the in-plane a-axis direction of the Al x Ga.sub. (1-x)
The lattice distortion rate obtained by the formula (1) is measured at any three points in the image, and the average value of these is taken as the lattice distortion rate.
ここで、本来の格子定数a1とは、AlxGa(1-x)N層12がGaNの場合はa軸方向の格子定数3.18Åであり、AlxGa(1-x)N層12がAlxGa(1-x)N(0<x≦0.2)の場合、Al組成xにおけるa軸の格子定数である。Al組成xにおけるa軸の格子定数は、AlNのa軸方向の格子定数3.11ÅとGaNのa軸方向の格子定数3.18Åとを用いたボーイング則によって計算したものであり、以下の式(2)で算出される。 Here, the original lattice constant a1 is the lattice constant in the a-axis direction of 3.18 Å when the Al x Ga (1-x) N layer 12 is GaN, and is the lattice constant in the a-axis direction at Al composition x when the Al x Ga (1-x ) N layer 12 is Al x Ga (1-x) N (0<x≦0.2). The lattice constant in the a-axis direction at Al composition x is calculated by Bowing's law using the lattice constant in the a-axis direction of AlN of 3.11 Å and the lattice constant in the a-axis direction of GaN of 3.18 Å, and is calculated by the following formula (2).
Al組成xにおけるa軸の格子定数[Å]=3.18×(1-x)+3.11×x・・・式(2) Axis lattice constant for Al composition x [Å] = 3.18 x (1-x) + 3.11 x x ... formula (2)
(AlxGa(1-x)N層のAl組成と緩和率の測定方法)
緩和率は、例えばX線回折(XRD:X-Ray Diffraction)法による逆格子マッピング測定(RSM:Reciprocal Space Mapping)を行うことによって測定できる。XRD測定には、例えばパナリティカル社製の「X’pert3 MRD」が用いられる。この場合、管球を45kV/40mAの状態で、二結晶Ge(220)を用いて平行化した線源を使用し、入射ソーラースリットを0.04°、検出器スリットを1/16mmにして、基板11の(20-24)面ピークに対して軸立を行う。その後に、2θ/ωスキャンの測定を行い、ωを±1.5°の範囲で0.05°間隔で変更しながら、2θ/ωスキャンを繰り返す。このような測定から空間座標QxおよびQyを算出し、基板11に対する緩和率とAl組成を算出する。
(Method of measuring Al composition and relaxation rate of Al x Ga (1-x) N layer)
The relaxation rate can be measured, for example, by performing reciprocal space mapping (RSM) using the X-ray diffraction (XRD) method. For the XRD measurement, for example, "X'pert3 MRD" manufactured by PANalytical is used. In this case, the tube is set at 45 kV/40 mA, a parallelized radiation source is used using two crystal Ge (220), the incident Soller slit is set to 0.04°, and the detector slit is set to 1/16 mm, and the axis is aligned with respect to the (20-24) plane peak of the
(1.5)第一実施形態の効果
第一実施形態に係る窒化物半導体積層体は、以下のような効果を有する。
(1)窒化物半導体積層体1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たAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層と、を備えている。
これにより、AlxGa(1-x)N層を構成するAlxGa(1-x)Nの合金散乱の影響を低減し、二次元キャリアガスの電子移動度の低下を抑制して低オン抵抗が得られるとともに、Alを含む窒化物半導体に相当する高耐圧を得ることができる。
(2)窒化物半導体積層体1では、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の被覆率が80%以上100%以下である。
これにより、2DEGの電子移動度を高めてより低いオン抵抗を得ることができる。
(1.5) Effects of First Embodiment The nitride semiconductor stack according to the first embodiment has the following effects.
(1) The
This reduces the effect of alloy scattering of Al x Ga (1-x) N constituting the Al x Ga (1-x) N layer, suppresses the decrease in the electron mobility of the two-dimensional carrier gas, and provides a low on-resistance, while also providing a high breakdown voltage equivalent to that of a nitride semiconductor containing Al.
(2) In the
This makes it possible to increase the electron mobility in the 2DEG and obtain a lower on-resistance.
(3)窒化物半導体積層体1では、窒化物半導体基板がAlN単結晶基板であることが好ましい。
これにより、基板11の上側に形成される窒化物半導体層の貫通転位を少なくできるため、結晶が高品位となり、パワーデバイスに適した窒化物半導体積層体1を得ることができる。
(4)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層の膜厚が0.5nm以上30nm以下であることが好ましい。
これにより、AlxGa(1-x)N層12の格子定数を本来の格子定数から歪ませて2DEGの濃度を高め、より低いオン抵抗を得ることができる。
(3) In the
This reduces threading dislocations in the nitride semiconductor layer formed on the upper side of the
(4) In the
This distorts the lattice constant of the Al x Ga.sub. (1-x)
(5)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層12の基板11側から0.5nm以上5nm以下の領域における緩和率は、基板11に対して0%以上50%以下であることが好ましい。また、AlxGa(1-x)N層12の基板11側から5nm超30nm以下の領域における緩和率は、基板11に対して50%以上100%以下であることが好ましい。
これにより、2DEGの濃度をより高めてより低いオン抵抗を得ることができる。
(6)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層に含まれる貫通転位密度が1×104cm-3以下であることが好ましい。
これにより、結晶が高品位となり、パワーデバイスに適した窒化物半導体積層体1を得ることができる。
(5) In the
This allows the concentration of the 2DEG to be increased and a lower on-resistance to be obtained.
(6) In the
This results in a high-quality crystal, and makes it possible to obtain the
(7)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層の窒化物半導体基板側から0.5nm以上5nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在しないことが好ましい。
これにより、結晶が高品位となり、パワーデバイスに適した窒化物半導体積層体1を得ることができる。
(8)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層の窒化物半導体基板側から5nm超30nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在することが好ましい。
これにより、AlxGa(1-x)N層12が5nm以上歪まないようにし、結晶の品位の毀損を抑制することができる。
(7) In the
This results in a high-quality crystal, and makes it possible to obtain the
(8) In the
This prevents the Al x Ga.sub. (1-x)
(9)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さが0.9nm以下であることが好ましい。
これにより、AlxGa(1-x)N層と電子バリア層との界面の急峻性を向上させて、結晶の品位の毀損を抑制することができる。
(10)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層の窒化物半導体基板側から0.5nm以上5nm以下の領域におけるa軸方向の面内格子定数が、窒化物半導体基板の格子定数に対して0.5%以上2.5%以下歪んでいることが好ましい。
これにより、AlxGa(1-x)N層を本来の格子定数から歪ませて2DEGの濃度を高めることができる。
(9) In the
This makes it possible to improve the abruptness of the interface between the Al x Ga.sub. (1-x) N layer and the electron barrier layer, thereby suppressing damage to the crystal quality.
(10) In the
This makes it possible to distort the Al x Ga.sub. (1-x) N layer from its original lattice constant and increase the concentration of the 2DEG.
(11)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層において、窒化物半導体基板側から5nm超30nm以下の領域におけるa軸方向の面内格子定数が、窒化物半導体基板の格子定数に対して0%以上1%以下で歪んでいることが好ましい。
これにより、AlxGa(1-x)N層12が5nm以上歪まないようにし、結晶の品位の毀損を抑制することができる。
(12)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層がドーパント原子としてMg、ZnまたはBeを1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下含んでいることが好ましい。
これにより、結晶の品質とキャリア濃度が両立し、パワーデバイスに適した窒化物半導体積層体1を得ることができる。
(11 ) In the
This prevents the Al x Ga.sub. (1-x)
(12) In the
This makes it possible to obtain a
(13)窒化物半導体積層体1では、AlxGa(1-x)N層がGaNで形成されていることが好ましい。
これにより、2DEG濃度と電子移動度とを両立し、より低オン抵抗かつ高耐圧のデバイスを得ることができる。
(14)窒化物半導体積層体1では、窒化物半導体基板とAlxGa(1-x)N層の間には、Al組成が基板の厚さ方向おいて減少する組成傾斜層が備えられていないことが好ましい。
これにより、2DEGの濃度を高めることができる。
(15)窒化物半導体積層体1では、基板11とAlxGa(1-x)N層12との間に設けられた発光層をさらに備え、AlxGa(1-x)N層12のp型ドーピング濃度が1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下であることが好ましい。
これにより、窒化物半導体積層体1は、発光素子としても用いることが可能となる。
(13) In the
This makes it possible to obtain a device that has both a high 2DEG concentration and high electron mobility, and has a lower on-resistance and a higher breakdown voltage.
(14) In the
This makes it possible to increase the concentration of 2DEG.
(15) The
This makes it possible for the
(16)窒化物半導体積層体1の製造方法では、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む窒化物半導体基板上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層を形成する。
これにより、シート抵抗を低下させるとともに、電子移動度を向上させることができる。
(16) In a method for producing a
This makes it possible to reduce the sheet resistance and improve the electron mobility.
(17)前記窒化物半導体基板の表面の温度を750℃以上950℃以下とすることが好ましい。
これにより、窒化物半導体積層体1のシート抵抗および電子移動度を向上させることができる。
(18)AlxGa(1-x)N層を形成する際の真空度を30mbar以上150mbar以下とすることが好ましい。
これにより、シート抵抗及び電子移動度を向上させることができる。
(17) It is preferable that the temperature of the surface of the nitride semiconductor substrate is set to 750° C. or higher and 950° C. or lower.
This makes it possible to improve the sheet resistance and electron mobility of the
(18) The degree of vacuum during the formation of the Al x Ga.sub .(1-x) N layer is preferably set to 30 mbar or more and 150 mbar or less.
This makes it possible to improve the sheet resistance and the electron mobility.
[実施例1]
厚さが550μmのc面AlN単結晶基板に対して、有機金属気相成長(MOCVD)装置を用いてアニール処理を行った。アニール処理は、1300℃の環境下において、NH3雰囲気中での5分間のアニールおよびH2雰囲気中での5分間のアニールを1セットとして、2セットの処理を行った。
[Example 1]
Annealing was performed on a c-plane AlN single crystal substrate having a thickness of 550 μm using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus. The annealing was performed in two sets of annealing at 1300° C., each set consisting of annealing for 5 minutes in an NH 3 atmosphere and annealing for 5 minutes in an H 2 atmosphere.
次に、AlN単結晶基板上に、ホモエピタキシャル層であるAlN層を形成した。AlN層は、1200℃の環境下において500nmの厚さで形成した。このとき、III族元素原料ガスの供給レートと窒素原料ガスの供給レートとの比率(V/III比)は50とした。また、チャンバーの真空度を50mbarとした。また、AlN層の成長レートは0.5μm/hrとした。また、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMAl)が用いられた。また、N原料としてアンモニア(NH3)が用いられた。 Next, an AlN layer, which is a homoepitaxial layer, was formed on the AlN single crystal substrate. The AlN layer was formed to a thickness of 500 nm in an environment at 1200° C. At this time, the ratio (V/III ratio) of the supply rate of the group III element source gas to the supply rate of the nitrogen source gas was set to 50. The degree of vacuum of the chamber was set to 50 mbar. The growth rate of the AlN layer was set to 0.5 μm/hr. Trimethylaluminum (TMAl) was used as the Al source. Ammonia (NH 3 ) was used as the N source.
上述した基板上に、AlxGa(1-x)N層を形成した。AlxGa(1-x)N層は、厚さ10nmのGaN(すなわちx=0)で形成した。AlxGa(1-x)N層は、700℃の成長温度(基板温度)で、チャンバーの真空度を50mbar、V/III比を1850とした条件で形成した。また、このときのGaNの成長レートを1μm/hrとした。
このようにして、AlN基板上に、窒化物半導体積層体が形成された。
An Al x Ga (1 -x) N layer was formed on the above-mentioned substrate. The Al x Ga (1-x) N layer was formed of GaN (i.e., x=0) with a thickness of 10 nm. The Al x Ga (1-x) N layer was formed under the conditions of a growth temperature (substrate temperature) of 700° C., a chamber vacuum of 50 mbar, and a V/III ratio of 1850. The growth rate of GaN was 1 μm/hr.
In this manner, a nitride semiconductor laminate was formed on the AlN substrate.
上述したように形成されたAlxGa(1-x)N層を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは3.0nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、90%であった。さらに、断面TEM測定で観察された貫通転位密度は1×108cm-3であった。 When the Al x Ga (1-x) N layer formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 3.0 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate was 90% as measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24 ) plane. The threading dislocation density observed by cross-sectional TEM measurement was 1×10 8 cm −3 .
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から2nm未満の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm以上10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。 When a region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in a region less than 2 nm from the interface was 2.2%. On the other hand, when a region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in a region 5 nm or more and less than 10 nm from the interface was 0%.
続いて、AlxGa(1-x)N層上に電子バリア層を形成した。電子バリア層は、厚さ20nmのAl0.25Ga0.75N(すなわちy=0.25)を成長させることにより形成した。電子バリア層は、700℃の成長温度で、チャンバーの真空度を50mbar、V/III比を1850とした条件で形成した。 Subsequently, an electron barrier layer was formed on the Al x Ga (1-x) N layer by growing Al 0.25 Ga 0.75 N (i.e., y=0.25) to a thickness of 20 nm. The electron barrier layer was formed at a growth temperature of 700° C., with a chamber vacuum of 50 mbar and a V/III ratio of 1850.
得られた積層体を15cm角に劈開し、四隅にTi、Al、NiおよびAuを含む合金電極(n型電極に相当)を形成して窒化物半導体積層体を得た。得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が10kΩ/cm2、電子移動度が130cm2/Vsであった。 The obtained laminate was cleaved into a 15 cm square, and alloy electrodes (corresponding to n-type electrodes) containing Ti, Al, Ni, and Au were formed at the four corners to obtain a nitride semiconductor laminate. The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was 10 kΩ/cm 2 and the electron mobility was 130 cm 2 /Vs.
[実施例2]
AlxGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を750℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 2]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1, except that the growth temperature for the Al x Ga.sub. (1-x) N layer and the electron barrier layer was set to 750.degree.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.7nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、80%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.7 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 80%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が1.5kΩ/cm2、電子移動度が600cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 1.5 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 600 cm 2 /Vs.
[実施例3]
AlxGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を800℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 3]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1, except that the growth temperature of the Al x Ga.sub .(1-x) N layer and the electron barrier layer was set to 800.degree.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.6nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、70%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.6 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 70%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が1.0kΩ/cm2、電子移動度が900cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 1.0 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 900 cm 2 /Vs.
[実施例4]
AlxGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を850℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 4]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1, except that the growth temperature for the Al x Ga.sub. (1-x) N layer and the electron barrier layer was set to 850.degree.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.8nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、65%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.8 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 65%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.8kΩ/cm2、電子移動度が1100cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 0.8 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1100 cm 2 /Vs.
[実施例5]
AlxGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を900℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 5]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1, except that the growth temperature of the Al x Ga.sub .(1-x) N layer and the electron barrier layer was set to 900.degree.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、55%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 55%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.5kΩ/cm2、電子移動度が1350cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 0.5 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1350 cm 2 /Vs.
[実施例6]
AlxGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を950℃にした以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 6]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 1, except that the growth temperature for the Al x Ga.sub. (1-x) N layer and the electron barrier layer was set to 950.degree.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.8nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、60%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.8 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 60%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.7kΩ/cm2、電子移動度が1200cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 0.7 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1200 cm 2 /Vs.
[実施例7]
AlxGa(1-x)N層の成長レートを2μm/hrにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 7]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the growth rate of the Al x Ga.sub .(1-x) N layer was set to 2 μm/hr.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは1.2nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、70%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 1.2 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 70%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が5kΩ/cm2、電子移動度が330cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 5 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 330 cm 2 /Vs.
[実施例8]
AlxGa(1-x)N層のチャンバーの真空度を30mbarにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 8]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the degree of vacuum in the chamber for the Al x Ga.sub. (1-x) N layer was set to 30 mbar.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、75%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 75%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.5kΩ/cm2、電子移動度が1300cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 0.5 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1300 cm 2 /Vs.
[実施例9]
AlxGa(1-x)N層のチャンバーの真空度を100mbarにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 9]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the degree of vacuum in the chamber for the Al x Ga.sub. (1-x) N layer was set to 100 mbar.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.6nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、75%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.6 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 75%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.6kΩ/cm2、電子移動度が1250cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 0.6 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1250 cm 2 /Vs.
[実施例10]
AlxGa(1-x)N層のチャンバーの真空度を150mbarにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 10]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the degree of vacuum in the chamber for the Al x Ga.sub. (1-x) N layer was set to 150 mbar.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は95%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、70%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 95%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 70%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.6kΩ/cm2、電子移動度が1250cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 0.6 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1250 cm 2 /Vs.
[実施例11]
AlxGa(1-x)N層のチャンバーの真空度を200mbarにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 11]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the degree of vacuum in the chamber for the Al x Ga.sub. (1-x) N layer was set to 200 mbar.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は85%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは1.6nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、75%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 85%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 1.6 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 75%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が3.0kΩ/cm2、電子移動度が510cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 3.0 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 510 cm 2 /Vs.
[実施例12]
AlxGa(1-x)N層をAl0.1Ga0.9N(すなわちx=0.1)で形成し、電子バリア層をAl0.35Ga0.65N(すなわちy=0.35)で形成した以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 12]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the Al x Ga (1-x) N layer was formed of Al 0.1 Ga 0.9 N (that is, x=0.1) and the electron barrier layer was formed of Al 0.35 Ga 0.65 N (that is, y=0.35).
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、55%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 55%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が2.0kΩ/cm2、電子移動度が900cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 2.0 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 900 cm 2 /Vs.
[実施例13]
AlxGa(1-x)N層をAl0.15Ga0.85N(すなわちx=0.15)で形成し、電子バリア層をAl0.4Ga0.6N(すなわちy=0.4)とした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 13]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the Al x Ga (1-x) N layer was formed of Al 0.15 Ga 0.85 N (that is, x=0.15) and the electron barrier layer was formed of Al 0.4 Ga 0.6 N (that is, y=0.4).
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、55%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 55%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が3.0kΩ/cm2、電子移動度が670cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 3.0 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 670 cm 2 /Vs.
[実施例14]
AlxGa(1-x)N層の膜厚を2.0nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 14]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the thickness of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer was set to 2.0 nm.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、0%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 0%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が2.5kΩ/cm2、電子移動度が700cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed with a high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed, and the lattice distortion of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 2.5 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 700 cm 2 /Vs.
[実施例15]
AlxGa(1-x)N層の膜厚を5.0nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 15]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the thickness of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer was set to 5.0 nm.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、0%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 0%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が1.3kΩ/cm2、電子移動度が1000cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed with a high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed, and the lattice distortion of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 1.3 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1000 cm 2 /Vs.
[実施例16]
AlxGa(1-x)N層の膜厚を20nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 16]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the thickness of the Al x Ga.sub .(1-x) N layer was set to 20 nm.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、60%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 60%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が0.4kΩ/cm2、電子移動度が1400cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 0.4 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1400 cm 2 /Vs.
[実施例17]
AlxGa(1-x)N層の膜厚を25nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.6nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、65%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。
[Example 17]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the thickness of the Al x Ga.sub .(1-x) N layer was set to 25 nm.
When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.6 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate was 65%, measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が1.4kΩ/cm2、電子移動度が1250cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 1.4 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1250 cm 2 /Vs.
[実施例18]
AlxGa(1-x)N層の膜厚を35nmにした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Example 18]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the thickness of the Al x Ga.sub .(1-x) N layer was set to 35 nm.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.8であった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、80%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.8. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 80%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が5.0kΩ/cm2、電子移動度が1000cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 5.0 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 1000 cm 2 /Vs.
[比較例1]
AlxGa(1-x)N層をAl0.25Ga0.75N(すなわちx=0.25)で形成し、電子バリア層をAl0.4Ga0.6N(すなわちy=0.4)で形成した以外は、実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。このとき、AlxGa(1-x)N層は、900℃の成長温度で、チャンバーの真空度を50mbar、V/III比を1850とした条件で形成した。また、このときのAl0.25Ga0.75Nの成長レートを1μm/hrとした。また、電子バリア層は、700℃の成長温度で、チャンバーの真空度を50mbar、V/III比を1850とした条件で形成した。
[Comparative Example 1]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the Al x Ga (1-x) N layer was formed of Al 0.25 Ga 0.75 N (i.e., x=0.25) and the electron barrier layer was formed of Al 0.4 Ga 0.6 N (i.e., y=0.4). At this time, the Al x Ga (1-x) N layer was formed under conditions of a growth temperature of 900° C., a vacuum degree of the chamber of 50 mbar, and a V/III ratio of 1850. In addition, the growth rate of Al 0.25 Ga 0.75 N at this time was set to 1 μm/hr. In addition, the electron barrier layer was formed under conditions of a growth temperature of 700° C., a vacuum degree of the chamber of 50 mbar, and a V/III ratio of 1850.
上述したように形成されたAlxGa(1-x)N層を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は100%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは0.5nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、70%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the Al x Ga (1-x) N layer formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 100%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 0.5 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate was 70%, as measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24 ) plane. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗が30kΩ/cm2、電子移動度が90cm2/Vsであった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
The obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, and the sheet resistance was found to be 30 kΩ/cm 2 and the electron mobility was found to be 90 cm 2 /Vs.
[比較例2]
AlxGa(1-x)N層の成長レートを0.2μm/hrとした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 2]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the growth rate of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer was set to 0.2 μm/hr.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は50%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは13nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、100%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 50%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 13 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 100%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, the noise value for both the sheet resistance and the electron mobility was 100%, and no measured value was obtained.
[比較例3]
AlxGa(1-x)N層の成長レートを0.5μm/hrとした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 3]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the growth rate of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer was set to 0.5 μm/hr.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は60%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは9.0nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、100%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 60%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 9.0 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 100%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, the noise value for both the sheet resistance and the electron mobility was 100%, and no measured value was obtained.
[比較例4]
基板をサファイア基板とした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 4]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that a sapphire substrate was used as the substrate.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は60%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは12nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、100%であった。さらに、断面TEM測定から、転位密度は1×109cm-3であった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 60%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 12 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 100%. Furthermore, the dislocation density was 1×10 9 cm −3 from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥が観察された。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When a region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 0%. On the other hand, when a region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, the noise value for both the sheet resistance and the electron mobility was 100%, and no measured value was obtained.
[比較例5]
AlxGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を1000℃にした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 5]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the growth temperature of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer and the electron barrier layer was set to 1000.degree.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は70%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは15nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、90%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 70%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 15 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 90%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, the noise value for both the sheet resistance and the electron mobility was 100%, and no measured value was obtained.
[比較例6]
AlxGa(1-x)N層と電子バリア層の成長温度を1050℃にした以外は実施例5と同様にして窒化物半導体積層体を形成した。
[Comparative Example 6]
A nitride semiconductor laminate was formed in the same manner as in Example 5, except that the growth temperature of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer and the electron barrier layer was set to 1050.degree.
上述したように形成された窒化物半導体積層体を、SEMを用いて観察したところ、直下の層に対するAlxGa(1-x)N層の表面被覆率は60%であった。また、AFM測定によって得られたAlxGa(1-x)N層の表面二乗粗さは20nmであった。また、(20-24)面に対して行われたXRD逆格子マッピング測定によって測定されたAlN基板に対するAlxGa(1-x)N層の緩和率は、100%であった。さらに、断面TEM測定から、貫通転位は観察されなかった。 When the nitride semiconductor laminate formed as described above was observed using a SEM, the surface coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below was 60%. The surface square roughness of the Al x Ga (1-x) N layer obtained by AFM measurement was 20 nm. The relaxation rate of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the AlN substrate measured by XRD reciprocal lattice mapping measurement performed on the (20-24) plane was 100%. Furthermore, no threading dislocations were observed from cross-sectional TEM measurement.
高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥のいずれも観察されなかった。このとき、界面から5nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は2.2%であった。一方、高分解能TEMによってAlN基板とGaNの界面から5nm超10nm以下の領域を観察したところ、ミスフィット転位および積層欠陥がそれぞれ観察された。このとき、界面から5nm超10nm以下の領域におけるa軸方向のAlxGa(1-x)N層の格子歪率は0%であった。
得られた窒化物半導体積層体を、Van der pauw法によってHall測定したところ、シート抵抗と電子移動度ともにノイズ値が100%であり、測定値が得られなかった。
When the region 5 nm or less from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, neither misfit dislocations nor stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region 5 nm or less from the interface was 2.2%. On the other hand, when the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface between the AlN substrate and GaN was observed by high-resolution TEM, misfit dislocations and stacking faults were observed. At this time, the lattice distortion rate of the Al x Ga (1-x) N layer in the a-axis direction in the region more than 5 nm and less than 10 nm from the interface was 0%.
When the obtained nitride semiconductor laminate was subjected to Hall measurement by the Van der Pauw method, the noise value for both the sheet resistance and the electron mobility was 100%, and no measured value was obtained.
以下の表1に、各実施例および比較例の構成と、評価とを示す。 The configuration and evaluation of each example and comparative example are shown in Table 1 below.
表1に示すように、各実施例の窒化物半導体積層体は、温度を650℃以上1000℃未満としたAlを含む窒化物半導体基板上に、有機金属気相成長法により0.7μm/hr以上の成長レートでAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層を形成することにより、窒化物半導体基板とAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層とを備えている。このような各実施例の窒化物半導体積層体は、Al組成xが0.2を超える比較例1、成長レートが0.7μm/hr未満である比較例2,3、サファイア基板を用いた比較例4及び成長温度が1000℃以上の比較例5,6と比較して、低いシート抵抗及び高い電子移動度を得ることができる。 As shown in Table 1, the nitride semiconductor laminate of each Example includes a nitride semiconductor substrate and an Al x Ga (1-x) N layer formed of Al x Ga (1-x) N (0≦x≦0.2) by forming the Al x Ga (1-x) N layer at a growth rate of 0.7 μm/hr or more by metal organic chemical vapor deposition on an Al - containing nitride semiconductor substrate at a temperature of 650° C. or more and less than 1000° C. The nitride semiconductor laminate of each Example can obtain a low sheet resistance and a high electron mobility compared to Comparative Example 1 in which the Al composition x exceeds 0.2, Comparative Examples 2 and 3 in which the growth rate is less than 0.7 μm/hr, Comparative Example 4 in which a sapphire substrate is used, and Comparative Examples 5 and 6 in which the growth temperature is 1000° C. or more.
実施例1~6からわかるように、AlxGa(1-x)N層の成長温度(基板温度)を750℃以上950℃以下とすることにより、シート抵抗が顕著に低下するとともに、電子移動度が顕著に向上した。
また、実施例5および7からわかるように、AlxGa(1-x)N層の成長レートを2μm/hr未満とすることにより、シート抵抗が顕著に低下するとともに、電子移動度が顕著に向上した。
As can be seen from Examples 1 to 6, by setting the growth temperature (substrate temperature) of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer to 750.degree. C. or more and 950.degree. C. or less, the sheet resistance was significantly reduced and the electron mobility was significantly improved.
Furthermore, as can be seen from Examples 5 and 7, by setting the growth rate of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer to less than 2 μm/hr, the sheet resistance was significantly reduced and the electron mobility was significantly improved.
実施例5および8~11からわかるように、チャンバーの真空度が30mbar以上150mbar以下の場合にシート抵抗および電子移動度が顕著に向上した。
また、実施例5,12,13および比較例1からわかるように、AlxGa(1-x)N層のAl組成xは小さいほど好適であり、x=0である(AlxGa(1-x)N層がGaNで形成されている)ことが最も好ましかった。
As can be seen from Examples 5 and 8 to 11, when the degree of vacuum in the chamber was 30 mbar or more and 150 mbar or less, the sheet resistance and the electron mobility were significantly improved.
Furthermore, as can be seen from Examples 5, 12, and 13 and Comparative Example 1, the smaller the Al composition x of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer, the more preferable it is, and it is most preferable that x=0 (the Al x Ga.sub. (1-x) N layer is made of GaN).
実施例5及び14~18からわかるように、AlxGa(1-x)N層の膜厚が0.5nm以上30nm以下である場合好適なシート抵抗および電子移動度が得られ、10nm以上20nm以下の場合に、特に好適なシート抵抗および電子移動度が得られた。 As can be seen from Examples 5 and 14 to 18, when the thickness of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer was 0.5 nm or more and 30 nm or less, favorable sheet resistance and electron mobility were obtained, and when it was 10 nm or more and 20 nm or less, particularly favorable sheet resistance and electron mobility were obtained.
本開示の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本開示の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。 The scope of the present disclosure is not limited to the exemplary embodiments shown and described, but includes all embodiments that achieve equivalent effects to those intended by the present disclosure. Furthermore, the scope of the present disclosure is not limited to the combination of inventive features defined by the claims, but may be defined by any desired combination of specific features among all the respective disclosed features.
1,1A,1B 窒化物半導体積層体
11 基板
12 AlxGa(1-x)N層
13 n型半導体層
14 発光層
15 AlN層
16 組成傾斜層
17 電子バリア層
Claims (18)
窒化物半導体積層体の製造方法。 A method for producing a nitride semiconductor laminate, comprising forming an Al x Ga (1-x) N layer made of Al x Ga (1-x) N (0≦x≦0.2) by metal organic chemical vapor deposition at a growth rate of 0.7 μm/hr or more on an AlN single crystal substrate , which is an Al-containing nitride semiconductor substrate, grown at a temperature of 650° C. or more and less than 1000° C., such that the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less.
請求項1に記載の窒化物半導体積層体の製造方法。 The method for producing a nitride semiconductor laminate according to claim 1 , wherein the temperature of the surface of the nitride semiconductor substrate is set to 750° C. or higher and 950° C. or lower.
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。 3. The method for producing a nitride semiconductor laminate according to claim 1, wherein the degree of vacuum during the formation of the Al.sub.xGa.sub . (1-x) N layer is set to 30 mbar or more and 150 mbar or less.
前記窒化物半導体基板上に配置されたAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層と、
を備え、
直下の層に対する前記AlxGa(1-x)N層の被覆率は、80%以上100%以下であり、
前記Al x Ga (1-x) N層に含まれる貫通転位密度は、1×10 4 cm -3 以下である窒化物半導体積層体。 a nitride semiconductor substrate containing Al;
an Al x Ga (1 -x) N layer formed of Al x Ga (1 -x ) N (0≦x≦0.2) disposed on the nitride semiconductor substrate;
Equipped with
the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less;
The nitride semiconductor laminate, wherein the Al x Ga.sub . (1-x) N layer has a threading dislocation density of 1.times.10.sup.4 cm.sup. -3 or less .
請求項4に記載の窒化物半導体積層体。 The nitride semiconductor laminate according to claim 4 , wherein the nitride semiconductor substrate is an AlN single crystal substrate.
請求項4または5に記載の窒化物半導体積層体。 6. The nitride semiconductor laminate according to claim 4 , wherein the Al x Ga.sub .(1-x) N layer has a thickness of 0.5 nm or more and 30 nm or less.
請求項4から6のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 7. The nitride semiconductor laminate according to claim 4, wherein a relaxation rate in a region of the Al x Ga (1-x) N layer from the nitride semiconductor substrate side to 0.5 nm or more and 5 nm or less is 0% or more and 50% or less with respect to the nitride semiconductor substrate, and a relaxation rate in a region of the Al x Ga (1-x) N layer from the nitride semiconductor substrate side to more than 5 nm and 30 nm or less is 50 % or more and 100% or less with respect to the nitride semiconductor substrate.
請求項4から7のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 8. The nitride semiconductor stack according to claim 4, wherein no misfit dislocations or stacking faults are present in a region of said Al x Ga.sub. (1-x) N layer that is 0.5 nm or more and 5 nm or less from said nitride semiconductor substrate side.
請求項4から8のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 9. The nitride semiconductor stack according to claim 4, wherein misfit dislocations or stacking faults are present in a region of the Al.sub.xGa.sub . (1-x) N layer that is more than 5 nm and not more than 30 nm from the nitride semiconductor substrate side.
請求項4から9のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 10. The nitride semiconductor stack according to claim 4, wherein the Al x Ga.sub .(1-x) N layer has a surface roughness root-square of 0.9 nm or less.
請求項4から10のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 11. The nitride semiconductor stack according to claim 4, wherein an in-plane lattice constant in the a-axis direction of the Al x Ga (1-x) N layer in a region of 0.5 nm to 5 nm from the nitride semiconductor substrate side is distorted by 1% to 2.5% with respect to the lattice constant of the nitride semiconductor substrate.
請求項4から11のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 12. The nitride semiconductor laminate according to claim 4, wherein the in-plane lattice constant in the a-axis direction in a region of the Al x Ga (1-x) N layer that is more than 5 nm and not more than 30 nm from the nitride semiconductor substrate side is distorted by 0% to 1% with respect to the lattice constant of the nitride semiconductor substrate.
請求項4から12のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 13. The nitride semiconductor stack according to claim 4, wherein the Al x Ga.sub. (1-x) N layer contains Mg, Zn or Be as a dopant atom at a concentration of 1.times.10.sup.18 cm.sup. -3 or more and 5.times.10.sup.19 cm.sup. -3 or less.
請求項4から13のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 14. The nitride semiconductor laminate according to claim 4 , wherein the Al x Ga.sub. (1-x) N layer is made of GaN.
請求項4から14のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 The nitride semiconductor laminate according to any one of claims 4 to 14, wherein a composition gradient layer in which the Al composition decreases in a direction away from the nitride semiconductor substrate is not provided between the nitride semiconductor substrate and the Al x Ga (1- x) N layer.
前記AlxGa(1-x)N層のp型ドーピング濃度は、1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下である
請求項4から15のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層体。 a light emitting layer provided between the nitride semiconductor substrate and the Al x Ga (1-x) N layer;
16. The nitride semiconductor stack according to claim 4, wherein the Al x Ga.sub. (1-x) N layer has a p-type doping concentration of 1.times.10.sup.18 cm.sup. -3 or more and 5.times.10.sup.19 cm.sup. -3 or less.
前記窒化物半導体基板上に配置されたAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層と、
を備え、
直下の層に対する前記AlxGa(1-x)N層の被覆率は、80%以上100%以下であり、
前記Al x Ga (1-x) N層の前記窒化物半導体基板側から0.5nm以上5nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在しない
窒化物半導体積層体。 a nitride semiconductor substrate containing Al;
an Al x Ga (1 -x) N layer formed of Al x Ga (1 -x ) N (0≦x≦0.2) disposed on the nitride semiconductor substrate;
Equipped with
the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less;
No misfit dislocations or stacking faults are present in a region of the Al x Ga.sub . (1-x) N layer that is 0.5 nm or more and 5 nm or less from the nitride semiconductor substrate side.
A nitride semiconductor laminate.
前記窒化物半導体基板上に配置されたAlxGa(1-x)N(0≦x≦0.2)で形成されたAlxGa(1-x)N層と、
を備え、
直下の層に対する前記AlxGa(1-x)N層の被覆率は、80%以上100%以下であり、
前記Al x Ga (1-x) N層の前記窒化物半導体基板側から5nm超30nm以下の領域には、ミスフィット転位または積層欠陥が存在する
窒化物半導体積層体。 a nitride semiconductor substrate containing Al;
an Al x Ga (1 -x) N layer formed of Al x Ga (1 -x ) N (0≦x≦0.2) disposed on the nitride semiconductor substrate;
Equipped with
the coverage of the Al x Ga (1-x) N layer with respect to the layer immediately below is 80% or more and 100% or less;
Misfit dislocations or stacking faults are present in a region of the Al x Ga.sub . (1-x) N layer that is more than 5 nm and not more than 30 nm from the nitride semiconductor substrate side.
A nitride semiconductor laminate.
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