[发明专利]III族氮化物半导体层积晶圆及III族氮化物半导体设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种III族氮化物半导体层积晶圆及III族氮化物半导体设备。

背景技术

非专利文献1中记载有异质结晶体管(HFET：Heterojunction Field-Effect Transistor)。该HFET形成在m面GaN基板上。在该HFET中，在m面GaN基板上顺次层积无掺杂GaN层(1μm)、Fe掺杂GaN层(1.5μm)、作为通道层的无掺杂GaN层(300nm)、及作为势垒层的AlGaN层(无掺杂AlGaN层(2nm)、Si掺杂AlGaN层(15nm)以及无掺杂AlGaN层(6nm))，从而实现增强型(常关型)的HFET。

非专利文献2中记载有高电子迁移率晶体管(HEMT：High Electron Mobility Transistor)。在该HEMT中，在蓝宝石基板上顺次层积AlN缓冲层、AlGaN通道层、及AlGaN势垒层。

作为使GaN结晶在SiC基板上生长的方法，在非专利文献3中记载有以下方法：使AlN在SiC基板上生长后使GaN结晶生长的方法；及使AlN及AlGaN在SiC基板上生长后使GaN生长的方法。

在先技术文献

非专利文献

非专利文献1：Tetsuya Fujiwara et al.，“Enhancement-Mode m-plane AlGaN/GaN Heterojunction Field-Effect Transistors”，Applied Physics Express，Vol.2，011001(2009)

非专利文献2：Takuma Nanjo et al.，“Remarkable breakdownVoltage enhancement in AlGaN channel high electron mobility transistors”，Applied Physics Letters，Vol.92，263502(2008)

非专利文献3：Y.S.Cho et al.，“Reduction of stacking fault density in m-plane GaN grown on SiC”，Applied Physics Letters，Vol.93，111904(2008)

发明内容

发明要解决的问题

目前，使用氮化镓系半导体作为材料的HEMT等电子设备，因其较高的击穿电场强度及二维电子气通道的较高的移动度而受到业界认可。在制作这种电子设备时，如非专利文献1所述，一般使由III族氮化物系半导体构成的通道层及势垒层在GaN基板上生长。

另一方面，关于例如AlN等含有Al的III族氮化物系半导体，与GaN相比，带隙较大，击穿电场强度较高。因此，通过使用由含有Al的III族氮化物系半导体构成的基板，可制作进一步高耐压、高输出的电子设备。

在非专利文献2中，使AlN缓冲层、AlGaN通道层及AlGaN势垒层沿c轴方向生长。此情形时，即便在动作已停止的状态下也会因压电电场而在AlGaN通道层产生高浓度的二维电子气。因此，难以实现常关型半导体设备。

此外，在非专利文献2及非专利文献3中，使含有Al的III族氮化物系半导体层在非III族氮化物的基板、例如SiC基板上生长。此情形时，难以抑制该半导体层的结晶缺陷的产生。

本发明鉴于上述的问题点而产生，其目的在于提供一种击穿电场强度较大且结晶缺陷较少的常关型III族氮化物半导体设备。此外，其目的在于提供一种用于制作该III族氮化物半导体设备的III族氮化物半导体层积晶圆。

用于解决问题的技术手段

本发明的一方式的III族氮化物半导体层积晶圆包括：(a)基板，其由AlN构成且具有沿该AlN结晶的c轴的主面；(b)第一半导体层，其由含有Al的III族氮化物系半导体构成且设置在主面上；以及(c)第二半导体层，其设置在主面上，由带隙比第一半导体层更大的III族氮化物系半导体构成，并且与第一半导体层形成异质结。

本发明的一方式的III族氮化物半导体设备包括：(a)基板，其由AlN构成且具有沿该AlN结晶的c轴的主面；(b)通道层，其由含有Al的III族氮化物系半导体构成且设置在主面上；以及(c)势垒层，其设置在主面上，由带隙比第一半导体层更大的III族氮化物系半导体构成，并且与通道层形成异质结。