氮化物半导体外延晶圆和氮化物半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及氮化物半导体外延晶圆和氮化物半导体器件。
【背景技术】
[0002] 含有铟（In)、镓（Ga)、错（Al)、氮（N)等的氮化物半导体具有高饱和电子速度和高 耐介质击穿电压，因此已经实际用作在高频区域实现高效率、高输出的电子器件用材料等。 此外，作为给电动汽车（EV)、混合动力汽车（HEV)等的基本部件逆变器（inverter)带来高 效率化的动力器件高性能化的关键材料也是备受期待的。
[0003] 氮化物半导体高频电子器件、氮化物半导体动力器件这类氮化物半导体器件通常 具有由含有铟（In)、镓（Ga)、铝（Al)、氮（N)等的氮化物半导体形成的外延层。为了形成高 性能的氮化物半导体器件，要求氮化物半导体外延层的结晶性良好。
[0004] 使用规定面的X射线摇摆曲线的半峰宽作为氮化物半导体器件的氮化物半导体 外延层的结晶性的指标的方法是众所周知的（例如，参照专利文献1)。专利文献1中，作为 高结晶性的条件，规定了 X射线衍射谱的半峰宽的上限值。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特许3836697号公报
【发明内容】
[0008] 发明所要解决的问题
[0009] 氮化物半导体器件通常如下获得：使氮化物半导体层在直径2英寸（5. 08cm)以上 的基底基板上外延生长而形成氮化物半导体外延晶圆，在其表面上形成多个电极后，将该 晶圆切割成多个片状。
[0010] 专利文献1中，对于分割成多个片状之前的氮化物半导体外延晶圆中的、基板面 内的氮化物半导体外延层的结晶性的偏差完全没有考虑，存在由一片氮化物半导体外延晶 圆获得的多个氮化物半导体器件之间电气特性偏差大的问题。
[0011] 本发明的目的之一在于，提供能够形成电气特性的偏差小的多个氮化物半导体器 件的氮化物半导体外延晶圆。
[0012] 此外，本发明的目的之一在于，形成电气特性的偏差小的多个氮化物半导体器件、 提高氮化物半导体器件的成品率。
[0013] 用于解决问题的手段
[0014] (1)为了达到上述目的，根据本发明的一个方式，提供一种厚度为IOOym以上、直 径为50mm以上的氮化物半导体外延晶圆，其具有基板和形成于前述基板之上的、上表面的 面方位为（002)面的氮化物半导体层，前述氮化物半导体层的（002)面或（100)面的X射 线摇摆曲线的半峰宽的面内偏差为30%以下。
[0015] (2)上述氮化物半导体外延晶圆中，前述偏差优选为25%以下。
[0016] (3)根据本发明的另一方式，提供一种氮化物半导体器件，其为使用上述（1)或 (2)所述的氮化物半导体外延晶圆形成的高电子迀移率晶体管。
[0017] 发明的效果
[0018] 根据本发明的一个方式，可以提供一种能够形成电气特性的偏差小的多个氮化物 半导体器件的氮化物半导体外延晶圆。
[0019] 此外，根据本发明的另一方式，能够形成电气特性的偏差小的多个氮化物半导体 器件、提高氮化物半导体器件的成品率。
【附图说明】
[0020] 图1为第1实施方式的氮化物半导体外延晶圆的垂直剖面图。
[0021] 图2(a)、图2(b)为表示构成氮化物半导体层的微小的结晶柱在基底层上生长的 形态的概念图。
[0022] 图3为第2实施方式的氮化物半导体器件的垂直剖面图。
[0023] 图4为表示实施例1~3的氮化物半导体外延晶圆的测定点的俯视图。
[0024] 图5为表示实施例1~3的由表1~3获得的X射线半峰宽的偏差Λ Xw(% )与 高电子迀移率晶体管的阈值电压的偏差Λ Vth(% )的关系的图。
[0025] 符号说明
[0026] 10 :氣化物半导体外延晶圆；11 :基板；12 :氣化物半导体层；13 :基底层；14 :结晶 柱；20 :氮化物半导体器件；21 :基板；22 :缓冲层；23 :电子迀移层；24 :电子供给层；25 :栅 极；26 :源极；27 :漏极。
【具体实施方式】
[0027] 〔第1实施方式〕
[0028] (氮化物半导体外延晶圆的构成）
[0029] 图1为第1实施方式的氮化物半导体外延晶圆的垂直剖面图。氮化物半导体外延 晶圆10具有基板11和在基板11上外延生长而形成的氮化物半导体层12。
[0030] 基板11例如为GaN基板、Si基板、或SiC基板。
[0031] 氮化物半导体层 12 由 GaN、AlN、AlGaN、InGaN 等 AlxGayInzN(x+y+z = 1 且 0 < X、 y、z < 1)、即氮化物半导体形成。此外，氮化物半导体层12还可以具有将由不同的氮化物 半导体形成的层层叠而成的多层结构。氮化物半导体层12的上表面的面方位为（002)。
[0032] 氮化物半导体外延晶圆10的厚度为100 μm以上，直径为50mm以上。氮化物半导 体外延晶圆10还可以在基板11和氮化物半导体层12之间具有缓冲层。
[0033] 为了确保氮化物半导体层12的结晶性，氮化物半导体层12的（002)面的X射线 摇摆曲线的半峰宽优选在面内的整个区域中为300秒以下。此外，氮化物半导体层12的 (100)面的X射线摇摆曲线的半峰宽优选在面内的整个区域中为600秒以下。
[0034] 氮化物半导体层12的（002)面或（100)面的X射线摇摆曲线的半峰宽的面内偏 差为30%以下。如后所述，通过满足该条件，可以将使用氮化物半导体外延晶圆10形成的 高电子迀移率晶体管（HEMT)的阈值电压的偏差抑制在3%以内。若半峰宽的面内偏差超过 30%，则如图5所示，阈值电压的偏差急剧变大。关于图5的详细情况将在此后叙述。
[0035] 这里，X射线摇摆曲线的半峰宽的面内偏差是指：在图4所示的15个测定点处分 别测定X射线摇摆曲线的半峰宽，由获得的多个测定值通过"（最大值-最小值）/平均值" 的式子算出的值。关于图4的详细情况将在此后叙述。予以说明，测定间隔随着晶圆的直 径而改变。例如，直径为50mm时，测定间隔为3mm，直径为3英寸时，测定间隔为5mm，直径 为6英寸时，测定间隔为IOmm 0
[0036] 阈值电压的偏差是指：对于由一片氮化物半导体外延晶圆10获得的多个高电子 迀移率晶体管（HEMT)，分别测定阈值电压，由获得的多个测定值通过"（最大值-最小值）/ 平均值"的式子算出的值。
[0037] 此外，为了将使用氮化物半导体外延晶圆10形成的高电子迀移率晶体管的纵深 水平（deep level)量的偏差稳定抑制在2. 5%以内，氮化物半导体层12的（002)面或 (100)面的X射线摇摆曲线的半峰宽的面内偏差优选为25%以下。这是因为，如图5所示， 若所述偏差超过25%，则阈值电压的偏差开始变大。
[0038] 以下具体说明氮化物半导体层12的（002)面或（100)面的X射线摇摆曲线的半 峰宽的测定。予以说明，将氮化物半导体中的（002)面称为C面。
[0039] (X射线摇摆曲线的半峰宽的测定）
[0040] 氮化物半导体层12的X射线摇摆曲线的半峰宽为该测定点处的氮化物半导体层 12的结晶性的指标。
[0041] X射线摇摆曲线的半峰宽表示该测定点处的在X射线束的光斑尺寸（通常为直径 Imm左右）的区域内的、某一特定面方位的结晶的面方位的均匀性。因此，外延生长的结晶 的生长面的X射线摇摆曲线的半峰宽为生长面的面方位的均匀性的指标。
[0042] 予以说明，作为钙钛矿型结晶的氮化物半导体结晶的气相生长不是像纤锌矿型结 晶的砷化物半导体那样的2维层流（step flow)生长，而是3维生长模式，因此，外延生长 的氮化物半导体结晶由微小的柱状结晶的集合体构成。因此，氮化物半导体结晶的面方位 的均匀性以微小的结晶柱14的生长方向的均匀性来表示。
[0043] 例如，氮化物半导体结晶的（002)面的X射线摇摆曲线的半峰宽为表示沿着[002] 方向生长的构成氮化物半导体层12的多个微小的结晶柱的生长方向在X射线束的光斑尺 寸的区域中一致程度如何的指标，半峰宽越大则表示结晶柱的生长方向越不一致。
[0044] 图2 (a)、图2 (b)为表示构成氮化物半导体层12的微小的结晶柱14在基底层13 上生长的形态的概念图。图2(a)表示生长方向均匀的结晶柱14,图2(b)表示生长方向不 均匀的结晶柱14。予以说明，基底层13为基板11、或氮化物半导体层12中的其它层。
[0045] 与图2 (b)所示的结晶柱14的生长方向不均匀的区域相比，图2 (a)所示的结晶柱 14的生长方向均匀的区域的面方位的均匀性高，因此X射线摇摆曲线的半峰宽变小。
[0046] 此外，在氮化物半导体层12中形成η型导电层时，边通过金属有机物气相外延法 (M0VPE法）等使构成氮化物半导体层12的氮化物半导体结晶外延生长，边引入Si、0等η 型杂质。此时，当氮化