n型氮化铝单晶基板以及垂直型氮化物半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及掺杂有Si的η型导电性单晶氮化铝基板(η型氮化铝单晶基板)、以及使用了该基板的垂直型氮化物半导体器件。
【背景技术】
[0002]氮化铝与作为宽禁带半导体而广为人知的氮化镓、碳化硅相比，除了禁带宽度大至IJ2倍左右(6.2eV)以外，还具有高介质击穿电压(12MV/cm)、高热导率(3.0Wcm—1IT工)等优异特性，与使用上述材料的情况相比，作为能实现具有更高的耐压特性的功率器件的材料而被期待。
[0003]作为用于实现高元件性能(大容量/高耐压)的元件构造，在使用氮化镓以及碳化硅的器件中，提出了将导电性基板作为支承基板使用的垂直型、即电流在元件的表面到背面之间流过、或者施加电压的半导体元件构造(参照专利文献I?3)。
[0004]通过采用垂直型构造，能提高耐压特性，提高耐压特性是在水平型、即用于使器件驱动的电流的流动方向是水平方向的器件中存在的课题。进一步，通过采用垂直型构造，能将施加到器件的功率增大。如上所述，为了实现垂直型的元件构造，需要使用导电性基板。关于具有导电性的氮化招，已知通过利用金属有机气相外延(MOVPE:Metalorganic VaporPhase Epitaxy)法、氢化物气相外延(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法惨杂Si，形成η型导电性晶体层的方法(专利文献4?5)。
[0005]但是，在专利文献4、5的记载中，由于在SiC基板之类的异种基板上形成有η型氮化铝单晶层，因此难以制作高品质的单晶层。特别是，对于制作高品质且层厚度大的η型氮化铝单晶层，有改善的余地。
[0006]为了解决以上问题，还开发了在同种基板、即由氮化铝单晶层构成的基础基板上使η型氮化铝单晶层生长的方法(参照专利文献6)。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献I:日本特开2003-086816号
[0010]专利文献2:日本特开2006-100801号
[0011]专利文献3:日本特开2009-059912号
[0012]专利文献4:日本特开2000-091234号
[0013]专利文献5:日本特开2003-273398号
[0014]专利文献6:日本专利第5234968号
【发明内容】
[0015]本发明所要解决的技术问题
[0016]根据专利文献6所述的方法，通过日本特开2005-2552248号所述的方法，制造穿透位错密度是15CHf2左右的氮化铝自立基板之后，能在该氮化铝自立基板上形成η型氮化铝单晶层。而且，根据该方法，能获得位错密度是5X 109cm—2左右的η型氮化铝单晶层。
[0017]但是，在专利文献6的方法中，实际上只能制作出ΙΟμπι以下的层厚度小的η型氮化铝单晶层，并未示出形成了电极的具体例。即，在现有技术中，还未实现具有能将η型层作为自立的基板来使用的程度的厚度，并且使用了具有η型导电性的、高性能的氮化铝单晶的垂直型半导体器件。
[0018]本发明是鉴于上述现状而完成的，其目的在于提供一种使用掺杂了Si的η型氮化铝单晶基板的垂直型半导体器件。
[0019]用于解决技术问题的技术方案
[0020]本发明人等通过专利文献6所公开的方法，制作η型单晶氮化铝基板，并实际上形成电极确认了各种特性。而且，在该η型氮化铝单晶基板中，有时反向的耐压会显著降低，已查明该原因在于，η型氮化铝单晶基板的位错密度。其结果是，发现为了制作高性能的器件，需要位错密度更小且高品质的η型单晶氮化铝单晶基板，从而完成本发明。
[0021]S卩，本发明的第一方案是一种η型氮化铝单晶基板，其Si含量是3 X 117?I X102Qcm—3，位错密度是106cm—2以下，并且厚度是50?500μπι。
[0022]而且，本发明的第二方案是一种在所述η型氮化铝单晶基板的上下主面具备电极层的垂直型氮化物半导体器件。该垂直型氮化物半导体器件优选为其中一个主面的电极层是欧姆电极层。此外，该垂直型氮化物半导体器件通过在η型氮化铝单晶基板的一个主面设置欧姆电极层，在另一个主面设置肖特基电极层，能作为垂直型肖特基势皇二极管适宜地使用。
[0023]本发明的第三方案是一种层叠体，在所述η型氮化铝单晶基板的至少一个主面上，层叠有由Si含量是I X 1018?5父1019011—3的厶11631—1~(其中，乂是满足0.3< X < 0.8的有理数。)构成的层。
[0024]而且，本发明的第四方案是一种在所述层叠体的上下主面具备电极层的垂直型氮化物半导体器件。该垂直型氮化物半导体器件优选为由AlxGa1-xN(其中，X是满足0.3<Χ<0.8的有理数。)构成的层上的电极层是欧姆电极层。此外，垂直型氮化物半导体器件通过将η型氮化铝单晶基板上的电极层设为肖特基电极层，能作为垂直型肖特基势皇二极管适宜地使用。
[0025]本发明的第五方案是一种η型氮化铝单晶基板的制造方法，其特征在于，在制造所述η型氮化铝单晶基板时，使用位错密度是14Cnf2以下的氮化铝单晶种基板。
[0026]发明效果
[0027]根据所述本发明的第一方案，提供一种以往未曾实现的、使用了η型氮化铝单晶基板的垂直型氮化物半导体器件，并通过将η型氮化铝单晶基板的位错密度设为16Cnf2以下，能实现高耐压特性。
【附图说明】
[0028]图1是表示本发明的垂直型氮化物器件的一个实施方式(第一实施方式例)的剖面示意图。
[0029]图2是表示本发明的垂直型氮化物器件的一个实施方式(第二实施方式例)的剖面示意图。
[0030]图3是表示本发明的垂直型氮化物器件(第一实施方式例)的制作工艺的一个实施方式的示意图。
[0031]图4是表示本发明的垂直型氮化物器件(第二实施方式例)的制作工艺的一个实施方式的示意图。
[0032]图5是表示本发明的垂直型氮化物器件(第二实施方式例)的制作工艺的其它实施方式的示意图。
[0033]图6是在实施例中制作的垂直型肖特基势皇二极管的电流-电压特性图。
【具体实施方式】
[0034]在本发明中，所谓的垂直型氮化物半导体器件是在η型氮化铝单晶基板的上下表面形成有工作电极的构造，在不偏离本发明的保护范围的范围内，能适用于肖特基势皇二极管、晶体管、发光二极管、激光二极管等各种半导体器件。
[0035]本发明的垂直型氮化物半导体器件是在η型氮化铝单晶基板的上下表面上具备电极层的垂直型的氮化物半导体器件。而且，其特征在于，所述η型氮化铝单晶基板的Si含量、位错密度、以及厚度在特定的范围内。
[0036]在本发明中，η型氮化铝单晶基板既可以是Si含量固定的单层，也可以由Si含量不同的多个层构成。此外，也可以由Si含量呈阶梯式变化的氮化铝单晶层构成。接着，利用附图，对具体的构造加以说明。
[0037]垂直型氮化物半导体器件的构造:第一实施方式例)
[0038]首先，对Si含量是固定的单层、或者由Si含量呈阶梯式变化的氮化铝单晶层构成的情况加以说明。在图1中，作为典型例示出了垂直型肖特基势皇二极管构造。
[0039]如图1所示，本发明的垂直型氮化物半导体器件具有η型氮化铝单晶基板I，在该η型氮化铝单晶基板I的上下表面((主面):不是侧面，而是形成电极层、或者供其它层生长的面)形成有工作电极层2、3。而且，在使用本发明的垂直型氮化物半导体器件作为垂直型肖特基势皇二极管的情况下，一个表面上的电极是欧姆电极层3，另一个表面上的电极是肖特基电极层2 ο接着，对各构成构件加以说明。
[0040](η型氮化铝单晶基板)
[0041]η型氮化铝单晶基板I的位错密度是106cm—2以下，所包含的Si在3 X 117?I X12t3Cnf3的范围内。需要说明的是，该位错密度是指η型氮化铝单晶基板的最表面的位错密度。
[0042]η型氮化铝单晶基板中的位错除了是在使垂直型器件驱动的情况下成为电流的泄漏源，使初始的耐压特性恶化的主要因素以外，在长时间的使用中，通过介由位错来促进杂质的扩散，从而使器件特性渐渐地恶化。此外，位错是作为η型导电载体的电子的散射的主要因素。而且，由于在η型氮化铝单晶基板中大量存在位错，从而导致电子的迀移率降低，其结果是存在η型导电特性降低的倾向。为了抑制这种器件特性以及η型导电特性的降低，η型氮化铝单晶基板中的位错密度是16Cnf2以下，更优选为14Cnf2以下。位错密度的适宜下限值是0cm—2，但考虑工业生产的话是102cm—2。位错密度的测量能通过利用透射电子显微镜(TEM)进行观察，或者通过观察简易地浸渍在碱性溶液后的腐蚀坑密度来进行。需要说明的是，在本发明中，将腐蚀坑密度作为位错密度。
[0043]此外，η型氮化铝单晶基板I所包含的Si含量是3X117?IX 10'm—3。在Si含量小于3 X 117Cnf3的情况下，由于η型导电载体浓度降低，因此导电性降低，器件的电阻值上升，因此不优选。另一方面，若在IX 102%Γ3以上，则由于随着裂纹的产生、生长表面的粗糙化而产生的氧等Si以外的杂质浓度增加等问题的几率变大，因此不优选。需要说明的是，如前所述，只要Si含量在所述范围内，在η型氮化铝单晶基板中也可以包含一定量的Si。此外