半導體基板以及半導體基板的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體基板以及半導體基板的制造方法。
【背景技術】
[0002]以應用到高耐壓元件為目的，期望在硅基板上形成高品質的氮化物半導體結晶層的技術。在非專利文獻I中，公開了在硅(111)面上依次層疊緩沖層、超晶格結構以及氮化鎵層的結構。氮化鎵層成為晶體管的活性層。在該結構中，由于能由超晶格結構抑制基板的翹曲，因此能容易地形成比較厚的氮化鎵層，有易于得到高的耐壓的氮化物半導體結晶層的優點。但若謀求更高的耐壓而將氮化物半導體結晶層厚膜化，則基板的翹曲變大，有會超出在器件制作工序中容許的翹曲的范圍的問題。作為控制基板的翹曲量的技術，已知專利文獻I以及專利文獻2的技術。
[0003]在專利文獻I的技術中，在基板上形成以交替層疊GaN層以及AlN層的方式層疊了多個GaN層以及AlN層的對的第IGaN/AIN超晶格層。另外，與第IGaN/AIN超晶格層接觸地形成以交替層疊GaN層以及AlN層的方式層疊了多個GaN層以及AlN層的對的第2GaN/AlN超晶格層。然后，在第2GaN/AlN超晶格層上形成由GaN電子迀移層以及AlGaN電子提供層構成的元件動作層。在此，公開了第IGaN/AIN超晶格層的c軸平均晶格常數LCl、第2GaN/AlN超晶格層的c軸平均晶格常數LC2、和GaN電子迀移層的c軸平均晶格常數LC3滿足LC1<LC2<<LC3。
[0004]在專利文獻2中，公開了在(111)單晶Si基板上以(0001)結晶面與基板面大致平行的方式形成III族氮化物層群的外延基板。該外延基板具備:交替層疊第I層疊單位和第2層疊單位且最上部和最下部均由第I層疊單位構成的緩沖層;和形成于緩沖層上的結晶層。第I層疊單位包含:通過反復交替層疊組分相異的第I單位層和第2單位層來使壓縮應變存在于內部的組分調制層;和增強存在于組分調制層內部的壓縮應變的第I中間層。第2層疊單位形成為實質上無應變的第2中間層。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1: JP特開2011-238685號公報
[0008]專利文獻2:國際公開W02011/102045號
[0009]非專利文獻
[0010]非專利文獻l:〃Highquality GaN grown on Si(lll)by gas source molecularbeam epitaxy with ammonia77 ?S.A.Nikishin et.al.,Applied Physics Letter，Vol.75，2073(1999)
【發明內容】
[0011]發明要解決的問題
[0012]本發明者以得到耐電壓高的氮化物半導體結晶層為目的，進行了在氮化物半導體結晶層的基底層(超晶格層)導入碳原子等雜質原子的實驗探討。但認識到，只是導入雜質原子，為了控制基板的翹曲量而設置的超晶格層內的應力被弛豫，有使控制基板的翹曲量的效果降低的問題。即，上述的專利文獻I以及專利文獻2所記載的用于控制基板的翹曲量的技術是僅能在未導入用于提高耐電壓的雜質原子的狀態、或者雜質原子的導入量少的狀態下使用的技術，若導入充分得到提高耐電壓的效果的程度的雜質原子，則在專利文獻I以及專利文獻2所記載的技術中，認識到有不能控制基板的翹曲量的問題。
[0013]本發明的目的在于，提供即使在氮化物半導體結晶層的基底層的超晶格層導入充分得到提高耐電壓的效果的程度的量的雜質原子的情況下也不會失去翹曲量的控制效果的具有層結構的半導體基板或者其制造方法。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]為了解決上述課題，在本發明的第I方式中，提供半導體基板，其具有:基底基板、第I超晶格層、連接層、第2超晶格層、和氮化物半導體結晶層，基底基板、第I超晶格層、連接層、第2超晶格層以及氮化物半導體結晶層的位置呈基底基板、第I超晶格層、連接層、第2超晶格層、氮化物半導體結晶層的順序，第I超晶格層具有多個由第I層以及第2層構成的第I單位層，第2超晶格層具有多個由第3層以及第4層構成的第2單位層，第I層由AlxlGa1-xlN(0<xl < I)構成，第2層由AlylGa1-ylN(0 <yl<1、xl>yl)構成，第3層由Alx2Ga1-x2N(0<x2 < I)構成，第4層由41#&1—一(0 92<1、12>72)構成，第1超晶格層的平均晶格常數與第2超晶格層的平均晶格常數不同，在從第I超晶格層以及第2超晶格層選擇出的I個以上的層中，以超過7X 1018[atoms/cm3]的密度含有用于提高耐電壓的雜質原子。
[0016]作為雜質原子，能列舉出從由C原子、Fe原子、Mn原子、Mg原子、V原子、Cr原子、Be原子以及B原子構成的群選擇出的I種以上的原子。作為雜質原子，優選C原子或Fe原子。連接層優選是與第I超晶格層以及第2超晶格層接觸的結晶層。連接層的組分可以在連接層的厚度方向上從第I超晶格層向第2超晶格層連續變化。或者，連接層的組分也可以在連接層的厚度方向上從第I超晶格層向第2超晶格層階段性地變化。作為連接層，能列舉出由AlzGa1-zN(0 < z < I)構成。連接層的厚度優選大于第I層、第2層、第3層以及第4層的任一層的厚度。連接層的平均晶格常數優選小于第I超晶格層以及第2超晶格層的任一者的平均晶格常數。
[0017]在本發明的第2方式中，提供半導體基板的制造方法，是第I方式中的半導體基板的制造方法，包括:將第I層以及第2層作為第I單位層，且反復η次第I單位層的形成來形成第I超晶格層的步驟;形成連接層的步驟;將第3層以及第4層作為第2單位層，且反復m次第2單位層的形成來形成第2超晶格層的步驟;和形成氮化物半導體結晶層的步驟，在從形成第I超晶格層的步驟以及形成第2超晶格層的步驟選擇出的I個以上的步驟中，以超過7 X 118[atoms/cm3]的密度含有用于提高所形成的層的耐電壓的雜質原子地形成該層。
[0018]能根據氮化物半導體結晶層的組分以及厚度，來調整從第I層?第4層的各組分、第I層?第4層的各厚度、第I超晶格層中的單位層的反復數η以及第2超晶格層中的單位層的反復數m選擇出的I個以上的參數，以使得半導體基板的氮化物半導體結晶層的表面中的翹曲成為50μπι以下。優選根據氮化物半導體結晶層的組分以及厚度，來調整第I超晶格層中的單位層的反復數η以及第2超晶格層中的單位層的反復數m，以使得半導體基板的氮化物半導體結晶層的表面中的翹曲成為50μπι以下。
【附圖說明】
[0019]圖1表示半導體基板100的截面圖。
[0020]圖2是表示實施例1的半導體基板的相對于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0021]圖3是表示比較例I的半導體基板的相對于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0022]圖4是表示比較例2的半導體基板的相對于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0023]圖5是表示比較例3的半導體基板的相對于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0024]圖6是表示實施例2的半導體基板的相對于碳原子濃度的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0025]圖7是表示實施例1以及2和比較例I到3的半導體基板的相對于碳原子濃度的翹曲量的圖表。
[0026]圖8是表示使實施例3的半導體基板的第I超晶格層以及第2超晶格層的層數變化的情況下的翹曲量和耐電壓的圖表。
[0027]圖9是表示使實施例4的半導體基板的第I超晶格層以及第2超晶格層的層數變化的情況下翹曲量的圖表。
[0028]圖10是表示實施例5的半導體基板的相對于平均晶格常數差的翹曲量的圖表。
【具體實施方式】
[0029]圖1表示本發明的實施方式的半導體基板100的截面圖。半導體基板100具有:基底基板102、緩沖層104、第I超晶格層110、連接層120、第2超晶格層130和氮化物半導體結晶層140。基底基板102、第I超晶格層110、連接層120、第2超晶格層130以及氮化物半導體結晶層140的位置呈基底基板102、第I超晶格層110、連接層120、第2超晶格層130、氮化物半導體結晶層140的順序。
[0030]基底基板102是支承以下說明的緩沖層10