Iii族氮化物外延基板以及其的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及III族氮化物外延基板以及其的制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，通常包含Al、Ga、In等与N的化合物的III族氮化物半导体广泛用于发光 元件、电子装置用元件等。这样的装置的特性受III族氮化物半导体的结晶性的较大影响， 因此谋求用于使结晶性高的III族氮化物半导体生长的技术。
[0003] III族氮化物半导体以往通过使其在蓝宝石基板上外延生长而形成。然而，存在蓝 宝石基板的热导率小，因此散热性差，不适于高输出装置的制作的问题。
[0004] 因此，近年来，提出作为III族氮化物半导体的晶体生长基板，使用硅基板（Si基 板）的技术。Si基板具有与上述蓝宝石基板相比散热性高，因此适于高输出装置的制作， 此外，大型基板廉价，因此能够抑制制造成本的优点。然而，与蓝宝石基板同样地、Si基板 与III族氮化物半导体的晶格常数不同，即便直接使III族氮化物半导体在该Si基板上生 长、也不能期待得到结晶性高的III族氮化物半导体。
[0005] 此外，直接使III族氮化物半导体在Si基板上生长的情况下，存在如下问题：该 III族氮化物半导体的热膨胀系数与Si相比大，因此在从高温的晶体生长工序冷却至室温 的过程中，III族氮化物半导体中产生大的拉伸应变，由此引起Si基板翘曲，与此同时III 族氮化物半导体中产生高密度的裂纹。
[0006] 因此，专利文献1中公开了如下的技术，通过在Si基板与III族氮化物半 导体之间，设置交替地分别层叠多层包含AlxGai_xN(0. 5 <X< 1)的第1层和包含 AlyGai_yN(0. 01彡y彡0. 2)的第2层而成的A1N系超晶格缓冲层，从而在Si基板上制造结 晶性高、并且防止了裂纹的产生的III族氮化物半导体。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本特开2007-67077号公报
【发明内容】
[0010] 发明要解决的问题
[0011] 专利文献1中，提及通过形成氮化物半导体超晶格结构，从而防止在其上的III族 氮化物半导体层（主层叠体）中的裂纹的产生。然而，根据本发明人等的研宄，确认到如下 情况：对于Si基板形成如专利文献1那样的以往的超晶格层叠体，在其上形成包含III族 氮化物半导体层的主层叠体时，所得到的III族氮化物外延基板会发生Si基板侧凹陷、主 层叠体侧凸起的大的翘曲。需要说明的是，关于III族氮化物外延基板的翘曲，以下将Si 基板侧凹陷、主层叠体侧凸起而翘曲的情况称为"向上侧凸起地翘曲"，与之相对，将Si基 板侧凸起、主层叠体侧凹陷而翘曲的情况称为"向下侧凸起地翘曲"。发生这种大的向上侧 凸起的翘曲的情况下，给装置形成工序中对于主层叠体的正确的加工造成障碍，存在产生 装置不良的可能性，因此成为问题。
[0012] 此外，还谋求提高III族氮化物外延基板的纵向耐压。
[0013] 因此，本发明鉴于上述问题，目的在于提供减少形成主层叠体后的翘曲、并且提高 纵向耐压的III族氮化物外延基板以及其的制造方法。
[0014] 用于解决问题的方案
[0015] 可以达成该目的的本发明的III族氮化物外延基板的特征在于，具有：Si基板；与 该Si基板连接的初期层；和形成于该初期层上、交替地层叠包含AlaGa^MO.SKa<1)的 第1层以及包含AlpGagNOKe<0. 5)的第2层而成的超晶格层叠体，前述第2层的A1 组成比0越远离前述Si基板越逐渐增加。
[0016] 本发明中，优选的是，前述超晶格层叠体具有多个超晶格层，所述超晶格层是由前 述第1层和A1组成比0固定的前述第2层交替层叠而成的，对于前述第2层的A1组成比 0，越远离前述Si基板的位置的超晶格层的0越大。
[0017] 此外，距前述Si基板最近的前述第2层的A1组成比x与距前述Si基板最远的前 述第2层的A1组成比y之差y-x优选为0. 02以上。
[0018] 此外，前述第1层优选为A1N。
[0019] 此外，优选的是，前述初期层包含A1N层和该A1N层上的A1ZG&1_ZN层（0〈z〈l)，该 AlzGa^N层的A1组成比z大于距前述Si基板最远的前述第2层的A1组成比y。
[0020] 在前述超晶格层叠体上，优选还具有通过使至少包含AlGaN层以及GaN层这2层 的III族氮化物层外延生长从而形成的主层叠体。
[0021] 前述主层叠体形成后的翘曲量优选为以下的式（1)的值以下。
[0022] (x/6)2X50ym? ? ? (1)
[0023] 其中，x设为前述Si基板的英制尺寸。即，前述Si基板为6英寸时，前述主层叠 体形成后的翘曲量优选为50ym以下。
[0024] 本发明的III族氮化物外延基板的制造方法的特征在于，具有：在Si基板上形成 与该Si基板连接的初期层的第1工序，和在该初期层上形成超晶格层叠体的第2工序，所 述超晶格层叠体是由包含AlaGai_aN(0. 5〈a<1)的第1层和包含AlpGa^NOKe<0. 5) 的第2层交替层叠而成的，在前述第2工序中，使前述第2层的A1组成比0越远离前述Si 基板越逐渐增加。
[0025] 发明的效果
[0026] 根据本发明，第2层的A1组成比0越远离前述Si基板越逐渐增加，从而减少形 成主层叠体之后的翘曲、并且可以得到提高了纵向耐压的III族氮化物外延基板。
【附图说明】
[0027] 图1为基于本发明的III族氮化物外延基板10的示意截面图。
[0028] 图2为基于本发明的其它的III族氮化物外延基板20的示意截面图。
[0029] 图3为说明翘曲量（S0RI)的定义的基板的示意截面图。
【具体实施方式】
[0030] 以下，边参考附图边更详细地说明本发明。需要说明的是，在本说明书中，对于作 为本发明的实施方式的2个III族氮化物外延基板中共通的构成要素，原则上对下1位数 赋予相同的参考编号，省略说明。此外、基板的示意截面图是为了方便说明而相对于Si基 板夸张地描绘了各层的厚度的图。此外，在本说明书中，简记为"AlGaN"的情况，意味着III 族元素（Al、Ga的总计）与N的化学组成比为1 :1、111族元素A1与Ga的比率是不定的任 意的化合物。此外，将该化合物的III族元素中的A1的比例称为"A1组成比"。
[0031] (实施方式1 :III族氮化物外延基板10)
[0032] 对于作为本发明的一实施方式的III族氮化物外延基板10,如图1所示，具有Si 基板11、和形成于该Si基板11上的缓冲层12。并且，在该缓冲层12上可以具有使III 族氮化物层外延生长从而形成的主层叠体13。缓冲层12具有与Si基板11连接的初期层 14,和形成于该初期层14上、交替地层叠包含AlaGai_aN(0. 5〈a彡1)的第1层以及包含 AlpGagMCKe<0.5)的第2层而成的超晶格层叠体15。本实施方式中，超晶格层叠体15 具有第1超晶格层15A以及第2超晶格层15B的这2层的超晶格层，所述第1超晶格层15A 例如为交替地层叠包含A1N的第1层15A1 (a= 1)以及包含A1组成比0取固定值0. 10 的AU%.，的第2层15A2而成的第1超晶格层15A，所述第2超晶格层15B例如为交替 地层叠包含A1N的第1层15Bl(a=1)以及A1组成比0取固定值0. 15的AlQ.15GaQ. 85N的 第2层15B2而成的第2超晶格层15B。
[0033] Si基板11为Si单晶基板，面方位没有特别指定，可以使用（111)、（100)、（110) 面等，为了使III族氮化物的（〇〇〇1)面生长，（110)、（111)面是理想的，进而，为了表面平 坦性良好地生长，期望使用（111)面。此外，传导型也可以任意设为P型、n型，可以应用于 0.001~100000D*011的各种电阻率。此外，Si基板内也可以包含除目的为控制导电性以 外的杂质（C、0、N、Ge等）。