层81中存在应变。第一层81内部由于压电效应而发生压电极化。在第二层82与第一层81之间的界面附近形成二维电子气82g。
[0188]通过控制施加于氮化物半导体装置131中的栅电极85的电压来改变栅电极85下的二维电子气82g的浓度；且控制源电极83与漏电极84之间的电流。
[0189]因此，除了衬底40和氮化物半导体层15以外，实例的氮化物半导体装置131还包括第一电极(源电极83)、第二电极(漏电极84)和第三电极(栅电极85)。氮化物半导体层15被安置在衬底40与这些电极之间。氮化物半导体层15(例如，功能层10)包括第一层81和第二层82。第二层82被安置在第一层81与衬底40之间。第一层81的晶格常数小于第二层82的晶格常数。
[0190]通过在氮化物半导体装置131中使用根据实施方案的氮化物半导体层15，抑制弯曲；并且可以抑制裂缝CR。
[0191]因此，根据实施方案的氮化物半导体装置包括氮化物半导体层15。氮化物半导体层15形成在衬底40上。衬底40沿主表面40a伸展。主表面40a包括上表面40u和多个斜表面41 (参考图1B)。多个斜表面41相对于上表面40u倾斜。多个斜表面41在平行于上表面40u的第一方向D1上的各个长度大于多个斜表面在平行于上表面40u且垂直于第一方向D1的第二方向D2上的各个长度。多个斜表面41被布置在第二方向上。氮化物半导体层15是从衬底40的这样的多个斜表面41生长。氮化物半导体层15的c轴16相对于第二方向D2倾斜。c轴16与垂直于上表面40u的第三方向D3相交。举例来说，c轴16相对于第三方向倾斜。
[0192]c轴16与上表面40u之间的角度不小于0度且不超过85度。第二方向D2与投影于上表面40u上的c轴16的方向之间的角度不小于5度且不超过85度。
[0193]举例来说，在衬底40是硅衬底的情况下，衬底40的上表面40u平行于硅的(113)面、(001)面、(112)或(110)面之一。
[0194]衬底40的平面取向不严格局限于平面；并且可以使用指数互换的等效平面。举例来说，在硅的(113)面的情况下，可以使用(11-3)面、(311)面等。换言之，使用表达为{113}面的晶面足以作为包括等效于(113)面的平面的使用米勒指数的包括性表达。
[0195]图12是显示氮化物半导体装置的电子显微镜照片。
[0196]图12显示使用电子衍射等测量的c轴。图12是从第一方向D1观察到的横剖面TEM图像。
[0197]图12中观察到错位18。c轴16与错位18的方向实质上是平行的。错位18的方向是c轴16。所显示的错位18从斜表面41上的起点开始延伸。只要不在错位18的方向上进行操作，错位18在氮化物晶体内部的方向就不会改变。即使在未观察到斜表面的情况下，错位18的方向也是c轴16。
[0198]如图12所示，观察到堆叠层错19。堆叠层错19沿垂直于c轴的方向延伸。相应地，堆叠层错19与氮化物晶体的主表面(第一表面15f)相交。堆叠层错19主要形成在边界17的区域中。举例来说，在未观察到斜表面的情况下，c轴16和边界17可以根据堆叠层错19的方向、堆叠层错18的方向等来确定。举例来说，因为堆叠层错19与主表面相交，可以确定c轴与垂直于上表面40u的第三方向D3相交。
[0199]第二实施方案
[0200]本实施方案涉及一种用于制造氮化物半导体层的方法。
[0201]图13是显示根据第二实施方案的用于制造氮化物半导体层的方法的流程图。
[0202]在该制造方法中，制备衬底40 (步骤S110)。衬底40具有主表面40a。主表面40a包括上表面40u和多个斜表面41。多个斜表面41相对于上表面40u倾斜。多个斜表面41在平行于上表面40u的第一方向D1上的各个长度大于多个斜表面41在平行于上表面40u且垂直于第一方向D1的第二方向D2上的各个长度。多个斜表面41布置在第二方向D2上。
[0203]在该制造方法中，通过从多个斜表面41进行外延生长来生长氮化物半导体层15(步骤 S120)。
[0204]氮化物半导体层15的c轴16相对于第一方向D1倾斜。c轴16相对于第二方向D2倾斜。c轴16与垂直于上表面40u的第三方向D3相交。举例来说，c轴16相对于第三方向D3倾斜。
[0205]根据该制造方法，可以抑制弯曲；并且可以抑制裂缝CR。
[0206]在根据实施方案的氮化物半导体层、氮化物半导体装置和用于制造氮化物半导体层的方法中，用于沉积氮化物半导体层15的方法可以包括例如金属有机化学气相沉积(M0CVD)、金属有机气相外延(M0VPE)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)等。
[0207]根据实施方案，可以提供氮化物半导体层、氮化物半导体装置和用于制造具有高生产率的氮化物半导体层的方法。
[0208]在本说明书中，“氮化物半导体”包括具有化学SBxInyAlzGalxyzN(0<x< 1，0<y<l，0<z<l，且x+y+z ( 1)的所有半导体组合物，其中组成比x、y、z分别在所述范围内变化。“氮化物半导体”还包括除上述化学式中的N(氮)以外的V族元素、为了控制不同的性质(诸如导电类型等)而加入的不同的元素，和无意中包括的不同的元素。
[0209]在本申请的说明书中，“垂直”和“平行”不仅是指严格垂直和严格平行，而且还包括例如由于制造工艺等所致的波动。实质上垂直和实质上平行就足够了。
[0210]在上文中，参考具体实例描述了本发明的实施方案。然而，本发明不限于这些具体实例。举例来说，本领域的技术人员可以通过适当地选择氮化物半导体装置中所包括的组件(诸如得自已知技术的氮化物半导体层、衬底、缓冲层、基础层、半导体层、活性层、电极等)的具体配置用类似方式实施本发明；且此种实施在本发明的范围内，其程度为可以获得类似的效果。
[0211]此外，具体实例的任何两个或更多个组件可以在技术上可行的程度内组合，且在包括本发明意图的程度上包括在本发明的范围内。
[0212]此外，可由本领域技术人员基于作为本发明实施方案的上述氮化物半导体层、氮化物半导体装置和用于制造氮化物半导体层的方法通过适当的设计改进而实施的所有氮化物半导体层、氮化物半导体装置和用于制造氮化物半导体层的方法在包括本发明精神的程度上也在本发明的范围内。
[0213]本领域技术人员可以在本发明的精神内设想各种其他变更和改进，并且应理解，这样的变更和改进也涵盖在本发明的范围内。
[0214]尽管已经描述了某些实施方案，但这些实施方案仅以举例方式提供，而不希望限制本发明的范围。实际上，本文中所描述的新颖实施方案可以实施为多种其他形式；此外，可以在不脱离本发明精神的情况下对本文中所描述的实施方案形式进行各种省略、替代和改变。当这样的形式或改进在属于发明的范围和精神内时，希望所附权利要求书及其等效物涵盖这样的形式或改进。
【主权项】
1.沿第一表面伸展的氮化物半导体层，所述氮化物半导体层包括: 第一区，所述第一区在平行于所述第一表面的第一方向上的长度大于所述第一区在平行于所述第一表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的长度；和 第二区，其与所述第一区一起布置在所述第二方向上，所述第二区在所述第一方向上的长度大于所述第二区在所述第二方向上的长度； c轴，其相对于所述第一区和所述第二区的所述第二方向倾斜； 所述C轴与垂直于所述第一表面的第三方向相交。2.根据权利要求1所述的层，其中所述c轴与所述第一表面之间的角度不小于0度且不超过85度。3.根据权利要求1所述的层，其中所述第二方向与所述c轴投影于所述第一表面上的方向之间的角度不小于5度且不超过85度。4.根据权利要求1所述的层，其中所述第一表面平行于(11-22)面、(10-11)面、(11-20)面或(10-10)之一。5.根据权利要求1所述的层，其还包括: 第一导电类型的第一半导体层； 第二导电类型的第二半导体层，其在所述第三方向上与所述第一半导体层隔开；和 活性层，其设在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间。6.氮化物半导体装置，其包括: 衬底，其包括具有上表面和多个斜表面的主表面，所述斜表面相对于所述上表面倾斜，所述斜表面在平行于所述上表面的第一方向上的各个长度大于所述斜表面在平行于所述上表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的各个长度，所述斜表面被布置在所述第二方向上；和 从所述斜表面生长的氮化物半导体层； 所述氮化物半导体层的c轴相对于所述第二方向倾斜， 所述c轴与垂直于所述上表面的第三方向相交。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述衬底的至少一部分被去除。8.氮化物半导体装置，其包括: 氮化物半导体层， 衬底，其包括具有上表面和多个斜表面的主表面，所述斜表面相对于所述上表面倾斜，所述斜表面在平行于所述上表面的第一方向上的各个长度大于所述斜表面在平行于所述上表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的各个长度，所述斜表面被布置在所述第二方向上，所述氮化物半导体层是从所述衬底的斜表面生长， 所述氮化物半导体层的c轴相对于所述第二方向倾斜， 所述c轴与垂直于所述上表面的第三方向相交。9.根据权利要求6所述的装置，其中所述c轴与所述上表面之间的角度不小于0度且不超过85度。10.根据权利要求6所述的装置，其中所述第二方向与所述c轴投影于所述上表面上的方向之间的角度不小于5度且不超过85度。11.根据权利要求6所述的装置，其中所述氮化物半导体层的(11-22)面、(10-11)面、(11-20)面或(10-10)面之一平行于所述上表面。12.根据权利要求6所述的装置，其中所述衬底是硅衬底。13.根据权利要求12所述的装置，其中所述上表面平行于硅的(113)面、(001)面、(112)或(110)面之一。14.根据权利要求6所述的装置，其中 所述衬底具有多个凹部，所述凹部布置在所述第二方向上，且 所述斜表面分别是所述凹部的侧表面的一部分。15.根据权利要求6所述的装置，其中 所述衬底具有多个凹部，所述凹部布置在所述第二方向上； 所述凹部各自具有面向彼此的第一侧表面和第二侧表面；且 所述斜表面分别是所述凹部的所述第一侧表面。16.根据权利要求6所述的装置，其中所述凹部各自的深度不小于0.3微米且不超过3微米。17.根据权利要求6所述的装置，其中所述凹部各自的深度是处于所述凹部之间的各个间隙中的所述上表面在所述第二方向上的长度的不少于0.3倍且不超过3倍。18.根据权利要求6所述的氮化物半导体装置，其中 所述氮化物半导体层包括: 第一半导体层；和 基础层，其设在所述第一半导体层与所述衬底之间，且 所述第一半导体层的杂质浓度高于所述基础层的杂质浓度。19.根据权利要求6所述的装置，其还包括布置在与所述上表面平行的平面中的第一电极、第二电极和第三电极； 所述氮化物半导体层被安置在所述衬底与所述第一电极之间、所述衬底与所述第二电极之间及所述衬底与所述第三电极之间； 所述功能层包括第一层和第二层； 所述第二层被安置在所述第一层与所述衬底之间； 所述第一层的晶格常数小于所述第二层的晶格常数。20.用于制造氮化物半导体层的方法，其包括: 制备衬底，所述衬底包括具有上表面和多个斜表面的主表面，所述斜表面相对于所述上表面倾斜，所述斜表面在平行于所述上表面的第一方向上的各个长度大于所述斜表面在平行于所述上表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的各个长度，所述斜表面被布置在所述第二方向上；和 从所述斜表面生长氮化物半导体层， 所述氮化物半导体层的c轴相对于所述第二方向倾斜， 所述c轴与垂直于所述上表面的第三方向相交。
【专利摘要】根据一个实施方案，提供一种沿第一表面伸展的氮化物半导体层。所述氮化物半导体层包括第一区和第二区。所述第一区在平行于所述第一表面的第一方向上的长度大于所述第一区在平行于所述第一表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的长度。所述第二区与所述第一区一起布置在所述第二方向上。所述第二区在所述第一方向上的长度大于所述第二区在所述第二方向上的长度。c轴相对于所述第一区和所述第二区的所述第二方向倾斜。所述c轴与垂直于所述第一表面的第三方向相交。
【IPC分类】H01L33/00, H01L33/32
【公开号】CN105280775
【申请号】CN201510245637
【发明人】彦坂年辉, 大野浩志, 布上真也
【申请人】株式会社东芝
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年5月14日
【公告号】US20150380495