氮化物半导体基板、半导体装置和氮化物半导体基板的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术具有由n型半导体形成的基板、以及设置在基板上且由包含供体和碳的氮化镓形成的漂移层，漂移层中的供体的浓度为5.0×10

Manufacturing methods of nitride semiconductor substrates, semiconductor devices and nitride semiconductor substrates

The invention has a substrate formed by an n-type semiconductor and a drift layer formed by a gallium nitride containing donor and carbon on the substrate. The concentration of donor in the drift layer is 5.0*10.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物半导体基板、半导体装置和氮化物半导体基板的制造方法
本专利技术涉及氮化物半导体基板、半导体装置和氮化物半导体基板的制造方法。
技术介绍
氮化镓等III族氮化物半导体与硅相比具有更高的饱和自由电子速度、更高的介质击穿耐压。因此，可期待氮化物半导体在进行电力控制等的功率器件、移动电话的基地电台用途等的高频设备中的应用。作为具体设备，可列举出例如肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode，SBD)、pn接合二极管等半导体装置。这些半导体装置中，为了提高施加反向偏压时的耐压，将降低了供体浓度的漂移层设置得较厚(例如参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015-185576号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题对于氮化物半导体，因晶体生长时的III族有机金属原料而能够吸取碳。被吸取到氮化物半导体中的碳的至少一部分作为受体发挥功能。因此，在添加有供体的n型氮化物半导体中，碳的至少一部分从供体捕获电子，并对供体进行补偿。在作为功率器件、高频设备的半导体装置中，如上所述，为了提高耐压，漂移层中的供体浓度被设定得较低。因此，在例如5×1016个/cm3以下那样的低浓度区域中，即使将漂移层中的供体浓度设为规定值，碳的一部分对少量供体进行补偿的影响也大，有时在漂移层中得不到期望的自由电子浓度。其结果，半导体装置的性能有可能降低。本专利技术的目的在于，提供能够提高半导体装置的性能的技术。用于解决问题的方案根据本专利技术的一个方案，提供一种氮化物半导体基板，其具有：由n型半导体形成的基板；以及设置在前述基板上、且由包含供体和碳的氮化镓形成的漂移层，前述漂移层中的前述供体的浓度为5.0×1016个/cm3以下，在前述漂移层的整个区域中，前述漂移层中的前述供体的浓度大于等于在前述漂移层中作为受体发挥功能的前述碳的浓度，从前述漂移层中的前述供体的浓度减去在前述漂移层中作为前述受体发挥功能的前述碳的浓度而得到的差值从前述基板侧朝向前述漂移层的表面侧缓缓增加。根据本专利技术的其它方案，提供一种半导体装置，其具有：由n型半导体形成的基板；以及设置在前述基板上、且由包含供体和碳的氮化镓形成的漂移层，前述漂移层中的前述供体的浓度为5.0×1016个/cm3以下，在前述漂移层的整个区域中，前述漂移层中的前述供体的浓度大于等于在前述漂移层中作为受体发挥功能的前述碳的浓度，从前述漂移层中的前述供体的浓度减去在前述漂移层中作为前述受体发挥功能的前述碳的浓度而得到的差值从前述基板侧朝向前述漂移层的表面侧缓缓增加。根据本专利技术的另一个方案，提供一种氮化物半导体基板的制造方法，其具备在由n型半导体形成的基板上形成由包含供体和碳的氮化镓形成的漂移层的工序，在形成前述漂移层的工序中，将前述漂移层中的前述供体的浓度设为5.0×1016个/cm3以下，并且，在前述漂移层的整个区域中，将前述漂移层中的前述供体的浓度设为大于等于在前述漂移层中作为受体发挥功能的前述碳的浓度，使由前述漂移层中的前述供体的浓度减去在前述漂移层中作为前述受体发挥功能的前述碳的浓度而得到的差值从前述基板侧朝向前述漂移层的表面侧缓缓增加。专利技术的效果根据本专利技术，能够提高半导体装置的性能。附图说明图1是示出本专利技术的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的截面图。图2的(a)是示出从漂移层中的供体浓度ND减去在漂移层中作为受体发挥功能的碳的浓度NA而得到的差值的图，图2的(b)是示出漂移层中的供体和碳的各浓度的图。图3是漂移层的概略能带图。图4是示出本专利技术的一个实施方式所述的半导体装置的截面图。图5的(a)是示出从变形例1的漂移层中的供体浓度ND减去在漂移层中作为受体发挥功能的碳的浓度NA而得到的差值的图，图5的(b)是示出从变形例2的漂移层中的供体浓度ND减去在漂移层中作为受体发挥功能的碳的浓度NA而得到的差值的图。图6是示出变形例3所述的氮化物半导体基板的截面图。图7是示出变形例3所述的半导体装置的截面图。具体实施方式<本专利技术的一个实施方式>以下，针对本专利技术的一个实施方式，边参照附图边进行说明。(1)氮化物半导体基板图1是示出本实施方式所述的氮化物半导体基板的截面图。如图1所示，本实施方式的氮化物半导体基板(氮化物半导体层叠物、氮化物半导体外延基板)10以为了制造作为后述pn接合二极管的半导体装置20而使氮化物半导体层进行外延生长而得到的晶圆的形式构成，例如具有基板100、基底n型半导体层120、漂移层140、第1p型半导体层220和第2p型半导体层240。需要说明的是，以下，“层叠方向”是指从基板100侧朝向图中的上方(自基板100的主面远离的方向)逐渐层叠基底n型半导体层120等氮化物半导体层的方向。关于漂移层140，可以将“层叠方向”改称为“从基板100侧朝向漂移层140的表面侧的方向”。需要说明的是，漂移层140的表面(第二主面)是指漂移层140的与基板100侧的表面(第一主面)处于相反侧的面。(基板)基板100例如以包含规定供体的n型单晶氮化镓(GaN)基板(自支撑GaN基板)的形式构成。作为基板100中的供体，可列举出例如硅(Si)或锗(Ge)。基板100中的供体浓度例如为5.0×1017个/cm3以上且5.0×1018个/cm3以下。需要说明的是，供体浓度、后述碳浓度等可通过例如二次离子质谱分析法(SIMS：SecondaryIonMassSpectrometry)进行测定。基板100的主面的面方位例如为c面((0001)面)。需要说明的是，构成基板100的GaN结晶相对于基板100的主面可以具有规定的偏离角。偏离角是指基板100的主面的法线方向与构成基板100的GaN结晶的c轴所成的角度。具体而言，将基板100的偏离角设为例如0.15°以上且0.8°以下。如果基板100的偏离角低于0.15°，则使漂移层140等氮化物半导体层在基板100上生长时所添加的碳(C)的浓度有可能增加。与此相对，通过将基板100的偏离角设为0.15°以上，能够将使漂移层140等氮化物半导体层在基板100上生长时所添加的碳的浓度设为规定量以下。另一方面，如果基板100的偏离角超过0.8°，则基板100的主面的形态有可能恶化。与此相对，通过将基板100的偏离角设为0.8°以下，能够使基板100的主面的形态平坦。此外，将基板100的主面的位错密度设为例如1×107个/cm2以下。如果基板100的主面的位错密度超过1×107个/cm2，则在基板100上形成的漂移层140等氮化物半导体层中，使局部耐压降低的位错有可能增加。与此相对，如本实施方式那样，通过将基板100的主面的位错密度设为1×107个/cm2以下，在基板100上形成的漂移层140等氮化物半导体层中，能够抑制使局部耐压降低的位错的增加。(基底n型半导体层)基底n型半导体层120作为承接基板100的结晶性并使漂移层140稳定地外延生长的缓冲层而设置在基板100与漂移层140之间。此外，基底n型半导体层120以包含与基板100同等浓度的供体的n+型GaN层的形式构成。作为基底n型半导体层120中的供体，与基板100中的供体同样地可列举出例如Si或Ge。此外，基底n型半导体层120中的供体浓度与基板10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化物半导体基板，其具有：由n型半导体形成的基板；以及设置在所述基板上、且由包含供体和碳的氮化镓形成的漂移层，所述漂移层中的所述供体的浓度为5.0×1016个/cm3以下，在所述漂移层的整个区域中，所述漂移层中的所述供体的浓度大于等于在所述漂移层中作为受体发挥功能的所述碳的浓度，从所述漂移层中的所述供体的浓度减去在所述漂移层中作为所述受体发挥功能的所述碳的浓度而得到的差值从所述基板侧朝向所述漂移层的表面侧缓缓增加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 JP 2016-0705421.一种氮化物半导体基板，其具有：由n型半导体形成的基板；以及设置在所述基板上、且由包含供体和碳的氮化镓形成的漂移层，所述漂移层中的所述供体的浓度为5.0×1016个/cm3以下，在所述漂移层的整个区域中，所述漂移层中的所述供体的浓度大于等于在所述漂移层中作为受体发挥功能的所述碳的浓度，从所述漂移层中的所述供体的浓度减去在所述漂移层中作为所述受体发挥功能的所述碳的浓度而得到的差值从所述基板侧朝向所述漂移层的表面侧缓缓增加。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板，其中，所述漂移层中的所述供体的浓度在所述漂移层的整个区域中是所述漂移层中的所述碳的总浓度的1/3倍以上。3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体基板，其中，所述漂移层包含氢，所述漂移层中的所述氢的浓度为5.0×1016个/cm3以下。4.一种半导体装置，其具有：由n型半导体形...

【专利技术属性】
技术研发人员：成田好伸，
申请(专利权)人：赛奥科思有限公司，住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP