半導(dǎo)體基板以及半導(dǎo)體基板的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體基板以及半導(dǎo)體基板的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以應(yīng)用到高耐壓元件為目的，期望在硅基板上形成高品質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的技術(shù)。在非專利文獻(xiàn)I中，公開(kāi)了在硅(111)面上依次層疊緩沖層、超晶格結(jié)構(gòu)以及氮化鎵層的結(jié)構(gòu)。氮化鎵層成為晶體管的活性層。在該結(jié)構(gòu)中，由于能由超晶格結(jié)構(gòu)抑制基板的翹曲，因此能容易地形成比較厚的氮化鎵層，有易于得到高的耐壓的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的優(yōu)點(diǎn)。但若謀求更高的耐壓而將氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層厚膜化，則基板的翹曲變大，有會(huì)超出在器件制作工序中容許的翹曲的范圍的問(wèn)題。作為控制基板的翹曲量的技術(shù)，已知專利文獻(xiàn)I以及專利文獻(xiàn)2的技術(shù)。
[0003]在專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，在基板上形成以交替層疊GaN層以及AlN層的方式層疊了多個(gè)GaN層以及AlN層的對(duì)的第IGaN/AIN超晶格層。另外，與第IGaN/AIN超晶格層接觸地形成以交替層疊GaN層以及AlN層的方式層疊了多個(gè)GaN層以及AlN層的對(duì)的第2GaN/AlN超晶格層。然后，在第2GaN/AlN超晶格層上形成由GaN電子迀移層以及AlGaN電子提供層構(gòu)成的元件動(dòng)作層。在此，公開(kāi)了第IGaN/AIN超晶格層的c軸平均晶格常數(shù)LCl、第2GaN/AlN超晶格層的c軸平均晶格常數(shù)LC2、和GaN電子迀移層的c軸平均晶格常數(shù)LC3滿足LC1<LC2<<LC3。
[0004]在專利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了在(111)單晶Si基板上以(0001)結(jié)晶面與基板面大致平行的方式形成III族氮化物層群的外延基板。該外延基板具備:交替層疊第I層疊單位和第2層疊單位且最上部和最下部均由第I層疊單位構(gòu)成的緩沖層;和形成于緩沖層上的結(jié)晶層。第I層疊單位包含:通過(guò)反復(fù)交替層疊組分相異的第I單位層和第2單位層來(lái)使壓縮應(yīng)變存在于內(nèi)部的組分調(diào)制層;和增強(qiáng)存在于組分調(diào)制層內(nèi)部的壓縮應(yīng)變的第I中間層。第2層疊單位形成為實(shí)質(zhì)上無(wú)應(yīng)變的第2中間層。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1: JP特開(kāi)2011-238685號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:國(guó)際公開(kāi)W02011/102045號(hào)
[0009]非專利文獻(xiàn)
[0010]非專利文獻(xiàn)l:〃Highquality GaN grown on Si(lll)by gas source molecularbeam epitaxy with ammonia77 ?S.A.Nikishin et.al.,Applied Physics Letter，Vol.75，2073(1999)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0012]本發(fā)明者以得到耐電壓高的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層為目的，進(jìn)行了在氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的基底層(超晶格層)導(dǎo)入碳原子等雜質(zhì)原子的實(shí)驗(yàn)探討。但認(rèn)識(shí)到，只是導(dǎo)入雜質(zhì)原子，為了控制基板的翹曲量而設(shè)置的超晶格層內(nèi)的應(yīng)力被弛豫，有使控制基板的翹曲量的效果降低的問(wèn)題。即，上述的專利文獻(xiàn)I以及專利文獻(xiàn)2所記載的用于控制基板的翹曲量的技術(shù)是僅能在未導(dǎo)入用于提高耐電壓的雜質(zhì)原子的狀態(tài)、或者雜質(zhì)原子的導(dǎo)入量少的狀態(tài)下使用的技術(shù)，若導(dǎo)入充分得到提高耐電壓的效果的程度的雜質(zhì)原子，則在專利文獻(xiàn)I以及專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)中，認(rèn)識(shí)到有不能控制基板的翹曲量的問(wèn)題。
[0013]本發(fā)明的目的在于，提供即使在氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的基底層的超晶格層導(dǎo)入充分得到提高耐電壓的效果的程度的量的雜質(zhì)原子的情況下也不會(huì)失去翹曲量的控制效果的具有層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基板或者其制造方法。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]為了解決上述課題，在本發(fā)明的第I方式中，提供半導(dǎo)體基板，其具有:基底基板、第I超晶格層、連接層、第2超晶格層、和氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層，基底基板、第I超晶格層、連接層、第2超晶格層以及氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的位置呈基底基板、第I超晶格層、連接層、第2超晶格層、氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序，第I超晶格層具有多個(gè)由第I層以及第2層構(gòu)成的第I單位層，第2超晶格層具有多個(gè)由第3層以及第4層構(gòu)成的第2單位層，第I層由AlxlGa1-xlN(0<xl < I)構(gòu)成，第2層由AlylGa1-ylN(0 <yl<1、xl>yl)構(gòu)成，第3層由Alx2Ga1-x2N(0<x2 < I)構(gòu)成，第4層由41#&1—一(0 92<1、12>72)構(gòu)成，第1超晶格層的平均晶格常數(shù)與第2超晶格層的平均晶格常數(shù)不同，在從第I超晶格層以及第2超晶格層選擇出的I個(gè)以上的層中，以超過(guò)7X 1018[atoms/cm3]的密度含有用于提高耐電壓的雜質(zhì)原子。
[0016]作為雜質(zhì)原子，能列舉出從由C原子、Fe原子、Mn原子、Mg原子、V原子、Cr原子、Be原子以及B原子構(gòu)成的群選擇出的I種以上的原子。作為雜質(zhì)原子，優(yōu)選C原子或Fe原子。連接層優(yōu)選是與第I超晶格層以及第2超晶格層接觸的結(jié)晶層。連接層的組分可以在連接層的厚度方向上從第I超晶格層向第2超晶格層連續(xù)變化?；蛘撸B接層的組分也可以在連接層的厚度方向上從第I超晶格層向第2超晶格層階段性地變化。作為連接層，能列舉出由AlzGa1-zN(0 < z < I)構(gòu)成。連接層的厚度優(yōu)選大于第I層、第2層、第3層以及第4層的任一層的厚度。連接層的平均晶格常數(shù)優(yōu)選小于第I超晶格層以及第2超晶格層的任一者的平均晶格常數(shù)。
[0017]在本發(fā)明的第2方式中，提供半導(dǎo)體基板的制造方法，是第I方式中的半導(dǎo)體基板的制造方法，包括:將第I層以及第2層作為第I單位層，且反復(fù)η次第I單位層的形成來(lái)形成第I超晶格層的步驟;形成連接層的步驟;將第3層以及第4層作為第2單位層，且反復(fù)m次第2單位層的形成來(lái)形成第2超晶格層的步驟;和形成氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的步驟，在從形成第I超晶格層的步驟以及形成第2超晶格層的步驟選擇出的I個(gè)以上的步驟中，以超過(guò)7 X 118[atoms/cm3]的密度含有用于提高所形成的層的耐電壓的雜質(zhì)原子地形成該層。
[0018]能根據(jù)氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的組分以及厚度，來(lái)調(diào)整從第I層?第4層的各組分、第I層?第4層的各厚度、第I超晶格層中的單位層的反復(fù)數(shù)η以及第2超晶格層中的單位層的反復(fù)數(shù)m選擇出的I個(gè)以上的參數(shù)，以使得半導(dǎo)體基板的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的表面中的翹曲成為50μπι以下。優(yōu)選根據(jù)氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的組分以及厚度，來(lái)調(diào)整第I超晶格層中的單位層的反復(fù)數(shù)η以及第2超晶格層中的單位層的反復(fù)數(shù)m，以使得半導(dǎo)體基板的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的表面中的翹曲成為50μπι以下。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1表示半導(dǎo)體基板100的截面圖。
[0020]圖2是表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體基板的相對(duì)于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0021]圖3是表示比較例I的半導(dǎo)體基板的相對(duì)于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0022]圖4是表示比較例2的半導(dǎo)體基板的相對(duì)于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0023]圖5是表示比較例3的半導(dǎo)體基板的相對(duì)于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0024]圖6是表示實(shí)施例2的半導(dǎo)體基板的相對(duì)于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0025]圖7是表示實(shí)施例1以及2和比較例I到3的半導(dǎo)體基板的相對(duì)于碳原子濃度的翹曲量的圖表。
[0026]圖8是表示使實(shí)施例3的半導(dǎo)體基板的第I超晶格層以及第2超晶格層的層數(shù)變化的情況下的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0027]圖9是表示使實(shí)施例4的半導(dǎo)體基板的第I超晶格層以及第2超晶格層的層數(shù)變化的情況下翹曲量的圖表。
[0028]圖10是表示實(shí)施例5的半導(dǎo)體基板的相對(duì)于平均晶格常數(shù)差的翹曲量的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體基板100的截面圖。半導(dǎo)體基板100具有:基底基板102、緩沖層104、第I超晶格層110、連接層120、第2超晶格層130和氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層140?；谆?02、第I超晶格層110、連接層120、第2超晶格層130以及氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層140的位置呈基底基板102、第I超晶格層110、連接層120、第2超晶格層130、氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層140的順序。
[0030]基底基板102是支承以下說(shuō)明的緩沖層10