[发明专利]n型氮化铝单晶基板以及垂直型氮化物半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及掺杂有Si的n型导电性单晶氮化铝基板(n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

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，除了禁带宽度大到2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^-1K^-1)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。

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1～3)。

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铝，已知通过利用金属有机气相外延(MOVPE：Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)法、氢化物气相外延(HVPE：Hydride Vapor Phase Epitaxy)法掺杂Si，形成n型导电性晶体层的方法(专利文献4～5)。

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n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n型氮化铝单晶层，有改善的余地。

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n型氮化铝单晶层生长的方法(参照专利文献6)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-086816号

专利文献2：日本特开2006-100801号

专利文献3：日本特开2009-059912号

专利文献4：日本特开2000-091234号

专利文献5：日本特开2003-273398号

专利文献6：日本专利第5234968号

发明内容

本发明所要解决的技术问题

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10⁵cm^-2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n型氮化铝单晶层。而且，根据该方法，能获得位错密度是5×10⁹cm^-2左右的n型氮化铝单晶层。

但是，在专利文献6的方法中，实际上只能制作出10μm以下的层厚度小的n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n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n型导电性的、高性能的氮化铝单晶的垂直型半导体器件。

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n型氮化铝单晶基板的垂直型半导体器件。

用于解决技术问题的技术方案

本发明人等通过专利文献6所公开的方法，制作n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n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，n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n型单晶氮化铝单晶基板，从而完成本发明。

即，本发明的第一方案是一种n型氮化铝单晶基板，其Si含量是3×10¹⁷～1×10²⁰cm^-3，位错密度是10⁶cm^-2以下，并且厚度是50～500μm。

而且，本发明的第二方案是一种在所述n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n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垒二极管适宜地使用。