專利名稱：外延基板以及外延基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體元件用的外延基板，尤其涉及使用III族氮化物構(gòu)成的外延基板。
背景技術(shù)：
氮化物半導體由于具有直接遷移型的寬帶隙(band gap)、高絕緣擊穿電場以及高飽和電子速度，所以作為LED或LD等的發(fā)光器件，或HEMT(High Electron Mobility Transistor)等高頻率/大功率的電子器件用半導體材料而受到關(guān)注。例如，將由AlGaN構(gòu)成的勢壘層和由GaN構(gòu)成的溝道層層疊而成的HEMT (高電子遷移率晶體管)元件是利用以下特征的元件根據(jù)氮化物材料特有的強極化效應(自發(fā)極化效應和壓電極化效應)在層疊界面(異質(zhì)界面)上生成高濃度的二維電子氣(2DEG)(例如，參照非專利文獻I)。作為在HEMT元件用外延基板中采用的基底基板，有時使用如SiC這樣的組分與III族氮化物不同的單晶(異種單晶)。此時，通常應變超晶格層或低溫生長緩沖層等的緩沖層作為初始生長層在基底基板之上形成。由此，在基底基板之上外延形成勢壘層、溝道層以及緩沖層，成為使用了由異種單晶構(gòu)成的基底基板的HEMT元件用基板的最基本的構(gòu)成方式。除此之外，為了促進二維電子氣的空間上的封閉性，有時還在勢壘層和溝道層之間設置厚度為Inm左右的隔離層。隔離層由例如AlN等構(gòu)成。進而，為了控制HEMT元件用基板的最表面的能級和改善與電極的接觸特性，有時還在勢壘層之上形成例如由η型GaN層或超晶格層構(gòu)成的保護層。對于HEMT元件以及HEMT元件用的基板，存在功率密度增大、高效率化等與性能提高相關(guān)的課題、常閉動作化等與功能性增強相關(guān)的課題、高可靠性和低成本化這些基本課題等各種課題，并針對每個課題做了不懈的努力。另一方面，為了實現(xiàn)外延基板的低成本化，進而實現(xiàn)硅系電路器件之間的集成化等，進行了如下研究和開發(fā)，即，在制作如上述這樣的氮化物器件時將單晶硅用作基底基板(例如，參照專利文獻I至專利文獻3，以及非專利文獻2)。在作為HEMT元件用外延基板的基底基板選擇了如娃這樣的導電性的材料的情形下，從基底基板的背面賦予場板(fieldplate)效果，因此可設計能夠?qū)崿F(xiàn)高耐電壓和高速開關(guān)的HEMT元件。另外，為了將HEMT元件用外延基板做成高耐電壓結(jié)構(gòu)，已經(jīng)公知增加溝道層和勢壘層的總膜厚或提高兩層的絕緣擊穿強度是有效的(例如，參照非專利文獻2)。另外，還公知有如下的半導體器件的制造方法在Si基底基板之上形成由AlN構(gòu)成的夾層,接著，以交替但整體產(chǎn)生凸彎曲的方式形成由GaN構(gòu)成的第一半導體層和由AlN構(gòu)成的第二半導體層，并在之后降溫時使這些層收縮，其結(jié)果，消除基板整體的彎曲(例如，參照專利文獻4)。然而，與使用藍寶石基板或SiC基板的情形相比較，已知由于如下原因在硅基板上形成優(yōu)質(zhì)的氮化物膜是非常困難的。首先，在硅和氮化物材料中，在晶格常數(shù)的值上存在很大差異。這成為在硅基板和生長膜的界面上發(fā)生失配位錯(misfit dislocation),或在從核形成到生長的時機中促進三維生長模式的主要原因。換言之，成為阻礙形成位錯密度小且表面平坦的良好的氮化物外延膜的主要原因。另外，與硅相比，氮化物材料的熱膨脹系數(shù)的值大，因此，在硅基板上以高溫使氮化物膜外延生長后，在使溫度降低至室溫附近的過程中，在氮化物膜內(nèi)拉伸應力起作用。其結(jié)果，在膜表面上容易產(chǎn)生裂紋，并且基板容易產(chǎn)生較大彎曲。除此之外，還已知在氣相生長中的作為氮化物材料的原料氣體的三甲基鎵(TMG :Trimethyl gallium)容易形成娃和液相化合物,而成為妨礙外延生長的主要原因。在使用專利文獻I至專利文獻3以及非專利文獻I中所公開的現(xiàn)有技術(shù)的情形下，能夠使GaN膜在硅基板上外延生長。然而，所得到的GaN膜的結(jié)晶質(zhì)量決不比將SiC或藍寶石用作基底基板的情形好。因此，在使用現(xiàn)有技術(shù)來制作例如HEMT這樣的電子器件的情形下，存在電子遷移率低、斷開時產(chǎn)生漏電流或耐壓降低這樣的問題。
另外，在專利文獻4中所公開的方法中，由于特意在器件制作的途中產(chǎn)生較大的凸彎曲，所以因?qū)有纬蓷l件的不同，有可能會在器件制作途中產(chǎn)生裂紋。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開平10-163528號公報專利文獻2 日本特開2004-349387號公報專利文獻3 :日本特開2005-350321號公報專利文獻4 日本特開2009-289956號公報非專利文獻非專利文獻I : " Highly Reliable 250W GaN High ElectronMobilityTransistor Power Amplifier" Toshihide Kikkawa,Jpn. J. Appl. Phys. 44,(2005),4896.非專利文獻2 " High power AlGaN/GaN HFET with a highbreakdown voltageof over I. 8kV on 4inch Si substrates and thesuppresion of current collapse",Nariaki Ikeda, Syuusuke Kaya, Jiang Li, Yoshihiro Sato, Sadahiro Kato, SeikohYoshida, Proceedings of the 20th International Symposium on PowerSemicoductorDevices & IC' s May 18-22,20080ralando, FL" , pp.287-290

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于，提供一種將硅基板作為基底基板且無裂紋的外延基板。解決課題的方法本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于，提供一種將硅基板作為基底基板且無裂紋的外延基板。為解決上述課題，本發(fā)明的第一方案的外延基板，在作為(111)取向的單晶硅的基底基板之上，以使(0001)結(jié)晶面與所述基底基板的基板面大致平行的方式形成有III族氮化物層組，其特征在于，所述外延基板包括緩沖層，其連續(xù)層疊多個層疊單位，結(jié)晶層，形成在所述緩沖層之上；所述層疊單位包括組分調(diào)制層，其通過重復交替層疊組分不同的第一單位層和第二單位層而成，從而內(nèi)部存在壓縮應變，末端層，其形成在所述組分調(diào)制層的最上部，用于維持所述組分調(diào)制層內(nèi)部存在的所述壓縮應變，應變強化層，形成在所述末端層之上，用于強化所述組分調(diào)制層內(nèi)部存在的所述壓縮應變。在本發(fā)明的第二方案中，在第一方案所述的外延基板的基礎上，與構(gòu)成所述第一單位層的第一 III族氮化物相比，構(gòu)成所述第二單位層的第二 III族氮化物在無應變狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)大，各所述第二單位層相對于所述第一單位層形成共格狀態(tài)。本發(fā)明的第三方案中，在第二方案所述的外延基板的基礎上，所述末端層由所述第一 III族氮化物形成為大于所述第一單位層的厚度。本發(fā)明的第四方案中，在第三方案所述的外延基板的基礎上，所述應變強化層具有中間層，所述中間層由第三III族氮化物構(gòu)成并相對于所述末端層形成共格狀態(tài)。本發(fā)明的第五方案中，在作為(111)取向的單晶硅的基底基板之上，以使(0001) 結(jié)晶面與所述基底基板的基板面大致平行的方式形成III族氮化物層組，其特征在于，所述外延基板包括緩沖層，其連續(xù)層疊多個層疊單位，結(jié)晶層，其形成在所述緩沖層之上，由III族氮化物構(gòu)成，所述層疊單位包括組分調(diào)制層，重復交替層疊由組分不同的III族氮化物構(gòu)成的第一單位層和第二單位層而成，并且與構(gòu)成所述第一單位層的第一 III族氮化物相比，構(gòu)成所述第二單位層的第二 III族氮化物在無應變狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)更大，末端層，形成在所述組分調(diào)制層的最上部，由所述第一 III族氮化物構(gòu)成，其厚度大于所述第一單位層的厚度，中間層，其由第三III族氮化物構(gòu)成；在所述組分調(diào)制層中，各所述第二單位層相對于所述第一單位層形成共格狀態(tài)，所述中間層相對于所述末端層形成共格狀態(tài)。本發(fā)明的第六方案中，在第一至第五方案中任一項所述的外延基板的基礎上，所述第一單位層由AlN構(gòu)成,所述第二單位層由AlxGapxN(O彡x彡O. 25)組分的III族氮化物構(gòu)成。本發(fā)明的第七方案中，在第六方案所述的外延基板的基礎上，所述中間層由AlyGa1^yN(O ^ y ^ O. 25)組分的III族氮化物形成為IOOnm以上、500nm以下的厚度。本發(fā)明的第八方案中，在第六或第七方案所述的外延基板的基礎上，所述第二單位層由AlxGahN(O. I彡X彡O. 25)組分的III族氮化物構(gòu)成，并且，所述中間層由AlyGai_yN(O. I彡y彡O. 25)組分的III族氮化物構(gòu)成。本發(fā)明的第九方案中，在第八方案所述的外延基板的基礎上，所述第二單位層的組分和所述中間層的組分實質(zhì)上相同。本發(fā)明的第十方案中，在第一至第九中任一項所述的方案所述的外延基板的基礎上，包括第一基底層，形成在所述基底基板之上，并由AlN構(gòu)成，第二基底層，形成在所述第一基底層之上，并由AlpGa1J(O彡P(guān) < I)構(gòu)成；所述第一基底層是由柱柱狀結(jié)晶、粒狀結(jié)晶、柱狀疇或粒狀疇中的至少一種構(gòu)成的多結(jié)晶含有缺陷層；所述第一基底層和所述第二基底層之間的界面是三維凹凸面；在所述第二基底層的正上方形成有所述緩沖層。本發(fā)明的第i^一方案中，在作為(111)取向的單晶硅的基底基板之上，形成使
(0001)結(jié)晶面與所述基底基板的基板面大致平行的III族氮化物層組的半導體元件用外延基板的制造方法，其中所述制造方法包括形成緩沖層的緩沖層形成工序，結(jié)晶層形成工序，在所述緩沖層的上方形成由III族氮化物構(gòu)成的結(jié)晶層；所述緩沖層形成工序是連續(xù)多次反復進行層疊單位形成工序的工序，該層疊單位形成工序包括組分調(diào)制層形成工序，通過重復交替層疊由組分不同的III族氮化物構(gòu)成的第一單位層和第二單位層，從而形成組分調(diào)制層，末端層形成工序，在所述組分調(diào)制層的最上部將具有與第一單位層相同組分的末端層形成為比所述第一單位層更厚的厚度，中間層形成工序，在所述末端層之上形成中間層；在所述組分調(diào)制層形成工序中，以如下方式形成組分調(diào)制層與構(gòu)成所述第一單位層的第一 III族氮化物相比，構(gòu)成所述第二單位層的第二 III族氮化物在無應變狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)更大，并且各所述第二單位層相對于所述第一單位層呈共格狀態(tài)；在所述中間層形成工序中，由第三III族氮化物將所述中間層形成為相對于所述末端層呈共格狀態(tài)。本發(fā)明的第十二方案中，在第i^一方案的外延基板的制造方法的基礎上，由AlN形成所述第一單位層，由AlxGahN(0≤X ≤O. 25)組分的III族氮化物形成所述第二單位層。本發(fā)明的第十三方案中，在第十二方案的外延基板的制造方法的基礎上，由AlyGa1^yN(O ^ O. 25)組分的III族氮化物將中間層形成為IOOnm以上、500nm以下的厚度。本發(fā)明的第十四方案中，在第十二或第十三方案的外延基板的制造方法的基礎上，由AlxGahN(O. I彡X彡O. 25)組分的III族氮化物形成所述第二單位層，并且，由AlyGa1^yN(O. I彡y彡O. 25)組分的III族氮化物形成所述中間層。本發(fā)明的第十五方案中，在第十四方案的外延基板的制造方法的基礎上，所述第二單位層的組分和所述中間層的組分實質(zhì)上相同。本發(fā)明的第十六方案中，在第十一至第十五方案中任一項所述的外延基板的制造方法的基礎上，具有第一基底層形成工序，在所述基底基板之上形成由AlN構(gòu)成的第一基底層，第二基底層形成工序，在所述第一基底層之上形成由AlpGai_pN(0 < I)構(gòu)成的第二基底層；在所述第一基底層形成工序中，將所述第一基底層形成為多結(jié)晶含有缺陷層，該多結(jié)晶含有缺陷層由柱狀或者粒狀的結(jié)晶或疇中的至少一種構(gòu)成且表面呈三維凹凸面；在所述緩沖層形成工序中，在所述第二基底層的正上方形成所述緩沖層。根據(jù)本發(fā)明的第一至第十六方案，由于緩沖層中存在壓縮應變，所以由硅和III族氮化物之間的熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的拉伸應力通過該壓縮應變抵消。由此，即使在將硅基板用作基底基板的情形下，也能夠得到無裂紋、彎曲小且結(jié)晶質(zhì)量優(yōu)良的外延基板。尤其是，根據(jù)第八、第九、第十四以及第十五方案，能夠?qū)崿F(xiàn)無裂紋、彎曲小并且耐電壓性優(yōu)良的外延基板。尤其是，根據(jù)第十和第十六方案，由于在低位錯且表面平坦性良好的基底層之上設置緩沖層，所以緩沖層和結(jié)晶層等具有良好的結(jié)晶質(zhì)量。另一方面，由于抑制了在第二基底層中的應變能量的積累，因此由緩沖層中含有的壓縮應變而產(chǎn)生的拉伸應力的抵消效果不會因在基底層中積累應變能量而受到阻礙。


圖I是示意性地示出本發(fā)明的實施方式的外延基板10的構(gòu)成的示意剖面圖。
圖2是示出在第一單位層31之上形成第二單位層32時的結(jié)晶晶格情況的模型圖。圖3是繪制中間層5的厚度與直到形成中間層5為止的外延基板的彎曲量的關(guān)系的圖。
具體實施方案<外延基板的概略結(jié)構(gòu)>圖I是示意性地示出本發(fā)明的實施方式的外延基板10的構(gòu)成的示意剖面圖。外延基板10主要具有基底基板I、基底層2、緩沖層8和功能層9，該緩沖層8分別具有多個組分調(diào)制層3、末端層4、中間層5。此外，下面將在基底基板I之上形成的各層總稱為外延膜。另外，為了便于說明，有時也將III族元素中的Al的存在比率稱為Al摩爾 分數(shù)?；谆錓是具有P型導電型的(111)面的單晶硅晶片?；谆錓的厚度沒有特別的限制，但是為了便于處理，優(yōu)選使用具有數(shù)百μ m到數(shù)mm的厚度的基底基板I?；讓?、組分調(diào)制層3、末端層4、中間層5和功能層9分別是通過外延生長方法以(0001)結(jié)晶面與基底基板I的基板面大致平行的方式形成有纖鋅礦型的III族氮化物的層。通過有機金屬化學氣相生長法(M0CVD法metalorganic chemical vapordeposition)來形成這些層是優(yōu)選的一個例子?；讓?是為了在其上能夠以良好的結(jié)晶質(zhì)量形成上述各層而設置的層。具體地說，基底層2被設置為，至少在其表面附近(在與組分調(diào)制層3之間的界面附近)，適當降低位錯密度并具有良好的結(jié)晶質(zhì)量。由此，在組分調(diào)制層3乃至在其之上形成的各層，也得到良好的結(jié)晶質(zhì)量。在本實施方式中，為了滿足所述目的，如下所示，基底層2包括第一基底層2a和第
二基底層2b。第一基底層2a是由AlN構(gòu)成的層。第一基底層2a是由在與基底基板I的基板面大致垂直的方向(成膜方向)上生長的多個微細柱狀結(jié)晶等(柱狀結(jié)晶、粒狀結(jié)晶、柱狀疇(domain)或粒狀疇中的至少一種)構(gòu)成的層。換言之，第一基底層2a是結(jié)晶性差的含有多缺陷層，在外延基板10的層疊方向上呈單軸取向，但含有沿層疊方向的多個晶界或位錯。此外，在本實施方式中，為了便于說明，有時也包括疇晶界或位錯在內(nèi)稱為晶界。即使第一基底層2a中的晶界的間隔大也就數(shù)十nm左右。具有所述結(jié)構(gòu)的第一基底層2a如下形成(0002)面的X射線搖擺曲線半輻值在0.5度以上且I. I度以下，(10-10)面的X射線搖擺曲線半輻值在0.8度以上且I. I度以下，其中，該(0002)面的X射線搖擺曲線半輻值成為關(guān)于c軸傾斜成分的鑲嵌性(mosaicity)的大小或螺旋位錯的多少的指標，并且，該(10-10)面的X射線搖擺曲線半輻值成為關(guān)于將c軸作為旋轉(zhuǎn)軸的結(jié)晶的旋轉(zhuǎn)成分的鑲嵌性的大小或刃型位錯的多少的指標。另一方面，第二基底層2b是在第一基底層2a的上方形成的由AlpGa^N(O ( p< D組分的III族氮化物構(gòu)成的層。另外，第一基底層2a與第二基底層2b之間的界面Il (第一基底層2a的表面)為反映了構(gòu)成第一基底層2a的柱狀結(jié)晶等的外形形狀的三維凹凸面。例如，在外延基板10的HAADF (高角散射電子)像中能夠明確確認界面Il具有這樣的形狀。另外，HAADF像是通過掃描透射電子顯微鏡(STEM scanning transmission electronmicroscopy)得到的被高角度非彈性散射的電子的累積強度的映射像。在HAADF像中，觀察到像強度與原子序數(shù)的平方成比例，越是存在原子序數(shù)大的原子的部分越明亮(白)，因此觀察到含有Ga的第二基底層2b相對明亮，不含Ga的第一基底層2a相對較暗。由此，容易識別到兩者的界面Il呈三維凹凸面。此外，在圖I的示意剖面中，示出第一基底層2a的凸部2c大致呈等間隔，但這只不過是為了便于圖示，實際上凸部2c未必呈等間隔。優(yōu)選第一基底層2a形成為，凸部2c的密度在5X 109/cm2以上且5 X IOicVcm2以下，凸部2c的平均間隔在45nm以上且140nm以下。在滿足這些范圍的情形下，能夠形成結(jié)晶質(zhì)量特別優(yōu)良的功能層9。另外，在本實施方式中，第一基底層2a的凸部2c是指在表面(界面II)上向上凸的部分的大致頂點位置。此外，通過本發(fā)明的發(fā)明者的實驗以及觀察的結(jié)果，確認形成凸部2c的側(cè)壁的是AlN的(10-11)面或(10-12)面。
要在第一基底層2a的表面上形成滿足上述密度以及平均間隔的凸部2c，優(yōu)選以平均膜厚在40nm以上且200nm以下的方式形成第一基底層2a。在平均膜厚小于40nm的情形下，難以形成如上述這樣的凸部2c并難以實現(xiàn)AlN完全覆蓋基板表面的狀態(tài)。另一方面，若平均膜厚大于200nm，則由于開始進行AlN表面的平坦化，所以難以形成如上述這樣的凸部2c。此外，雖然第一基底層2a的形成能夠在規(guī)定的外延生長條件下實現(xiàn)，但是用AlN形成第一基底層2a在如下兩點是優(yōu)選的,第一點是不含有形成娃和液相化合物的Ga,第二點是由于橫向生長比較難以進行，所以界面Il容易形成為三維凹凸面。在外延基板10中，以如上述那樣的方式使作為內(nèi)部存在晶界的含有多缺陷層的第一基底層2a位于基底基板I與第二基底層2b之間，因此緩和了基底基板I與第二基底層2b之間的晶格失配，并抑制由所述晶格失配引起的應變能量的積累。關(guān)于上述的第一基底層2a的(0002)面以及(10-10)面的X射線搖擺曲線半輻值的范圍，確定為適當抑制由該晶界引起的應變能量的積累的范圍。但是，由于所述第一基底層2a的存在，以第一基底層2a的柱狀結(jié)晶等的晶界為起點的非常多的位錯向第二基底層2b傳播。在本實施方式中，通過將第一基底層2a與第二基底層2b之間的界面Il如上述這樣形成為三維凹凸面，從而能夠有效降低所述位錯。通過將第一基底層2a與第二基底層2b之間的界面Il形成為三維凹凸面，從而在第一基底層2a上發(fā)生的大部分位錯在從第一基底層2a向第二基底層2b傳播(貫通)時，于界面Il彎曲，并在第二基底層2b的內(nèi)部合體消失。其結(jié)果，在以第一基底層2a為起點的位錯中的貫通第二基底層2b的位錯為極少一部分。另外，第二基底層2b優(yōu)選如下形成，即，在其生長初期沿著第一基底層2a的表面形狀(界面Il的形狀)形成，但隨著生長的進行，其表面逐漸被平坦化，最終具有IOnm以下的表面粗糙度。此外，在本實施方式中，表面粗糙度用通過AFM(原子力顯微鏡)測量的針對5 μ mX 5 μ m區(qū)域的平均粗糙度ra來表示。順便說一下，用橫向生長比較容易進行的至少含有Ga的組分的III族氮化物來形成第二基底層2b，在使第二基底層2b的表面平坦性良好方面比較優(yōu)選。
另外，第二基底層2b的平均厚度優(yōu)選在40nm以上。其原因在于，在第二基底層2b的平均厚度形成為小于40nm的情形下，產(chǎn)生來自于第一基底層2a的凹凸不能充分被平坦化，或通過相互合體使傳播到第二基底層2b的位錯的消失不夠充分等問題。此外，在第二基底層2b的平均厚度形成為40nm以上的情形下，由于有效地降低位錯密度和使表面平坦化，所以對于第二基底層2b的厚度的上限在技術(shù)上沒有特別的限制，但是從生產(chǎn)性的觀點考慮，優(yōu)選形成為數(shù)μ m以下左右的厚度。如上所述，第二基底層2b的表面呈低位錯且具有良好的平坦性，所以在其上形成的各層具有良好的結(jié)晶質(zhì)量。緩沖層8具有連續(xù)層疊多個單位結(jié)構(gòu)體6 (層疊單位)之間的結(jié)構(gòu)，多個單位結(jié)構(gòu)體6分別是將組分調(diào)制層3、末端層4和中間層5按該順序?qū)盈B而成的。在圖I中，雖然例示了具有4個單位結(jié)構(gòu)體6(6a、6b、6c、6d)的情形，但是單位結(jié)構(gòu)體6的數(shù)量不限于此。
組分調(diào)制層3是具有超晶格結(jié)構(gòu)的部位，并且通過重復交替層疊第一單位層31和第二單位層32而形成，該第一單位層31和第二單位層32是不同組分的2種III族氮化物層。此外，將I個第一單位層31和I個第二單位層32的組稱為配對層。第一單位層31和第二單位層32以滿足如下這樣關(guān)系的方式形成與構(gòu)成前者的III族氮化物相比，構(gòu)成后者的III族氮化物在無應變的狀態(tài)(塊狀態(tài))的面內(nèi)晶格常數(shù)(晶格長度)較大。另外，在組分調(diào)制層3中，第二單位層32相對于第一單位層31形成共格狀態(tài)(coherent state)。另外，與第一單位層31的厚度相比,第二單位層32的厚度大。第一單位層31優(yōu)選形成為3nm-20nm左右的厚度。典型地形成為5nm-10nm的厚度。另一方面，第二單位層32優(yōu)選為10nm-25nm左右。另外，配對層的重復數(shù)是5-數(shù)十左右。優(yōu)選第一單位層31由AlN構(gòu)成，第二單位層32由AlxGa^xN(O ^ x ^ O. 25)組分的III族氮化物構(gòu)成。末端層4是位于組分調(diào)制層3的最上部(末端部)并以與第一單位層31相同組分的III族氮化物形成的層。末端層4形成為第一單位層31的厚度以上的厚度。并且，末端層4形成為能夠在其上形成共格狀態(tài)中間層5的范圍的厚度。具體地說，優(yōu)選形成為20nm-100nm左右的厚度。典型地,形成為20nm-50nm的厚度。中間層5是由III族氮化物構(gòu)成的層。構(gòu)成中間層5的III族氮化物與構(gòu)成第一單位層31的III族氮化物相比，在無應變的狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)大。例如，中間層5由AlyGa1^yN (O ^0. 25)的組分的III族氮化物構(gòu)成。中間層5相對于末端層4形成共格狀態(tài)。中間層5優(yōu)選具有大致IOOnm以上且500nm以下的厚度。構(gòu)成單位結(jié)構(gòu)體6的組分調(diào)制層3中的配對層的數(shù)量和中間層5的實際的組分以及厚度等是根據(jù)緩沖層8整體的形成方式?jīng)Q定的。另外，第二單位層32和中間層5中的Al摩爾分數(shù)與外延基板10本身的耐電壓性之間有關(guān)系。針對這些的詳細內(nèi)容將在后面敘述。功能層9是在緩沖層8的上方形成的由III族氮化物形成的至少一個層，并且是在通過在外延基板10之上進一步形成規(guī)定的半導體層和電極等來構(gòu)成半導體元件的情形下，發(fā)現(xiàn)規(guī)定的功能的層。所以，功能層9由具有與該功能相應的組分以及厚度的一個或多個層形成。在圖I中，例示了功能層9由一個層構(gòu)成的情形，但是功能層9的結(jié)構(gòu)不限于此。
例如，若將由高電阻的GaN構(gòu)成的數(shù)μ m厚的溝道層與由AlGaN或InAlN等構(gòu)成的數(shù)十nm厚的勢壘層層疊作為功能層9，則得到HEMT元件用的外延基板10。S卩，通過在勢壘層之上形成省略圖示的柵極電極、源極電極以及漏極電極，得到HEMT元件。要形成這些電極，可應用光刻法工藝等公知的技術(shù)。另外，在所述情形下，也可以是在溝道層和勢壘層之間設置由AlN構(gòu)成的Inm左右的厚度的隔離層的方式?；蛘?，形成一個III族氮化物層(例如GaN層)，并在其上形成省略圖示的陽極和陰極，來作為功能層9，從而實現(xiàn)同心圓型肖特基勢壘二極管。要形成這些電極，也可應用光刻法工藝等公知的技術(shù)。〈外延基板的制造方法〉接著，以使用MOCVD法的情形為例,對制造外延基板10的方法進行概述。首先，作為基底基板I準備(111)面的單晶硅晶片，并通過稀氫氟酸清洗來除去自 然氧化膜，之后，實施SPM(Sulfuric-peroxidemix :硫酸雙氧水)清洗，在晶片表面上形成厚度為數(shù)Λ左右的氧化膜。將基底基板放置在MOCVD裝置的反應器內(nèi)。然后，在規(guī)定的加熱條件和氣體環(huán)境下形成各層。首先，由AlN構(gòu)成的第一基底層2a能夠如下形成在將基板溫度保持在800°C以上、1200°C以下的規(guī)定的初始層形成溫度，并使反應器內(nèi)壓力處于O. lkPa_30kPa左右的狀態(tài)下，將作為鋁原料的TMA(trimethylaluminum :三甲基招)鼓泡氣體和NH3氣體以適當?shù)哪柫髁勘葘敕磻鲀?nèi)，并且使成膜速度在20nm/min以上，目標膜厚在200nm以下。第二基底層2b的形成以如下方式實現(xiàn)在形成第一基底層2a后，在將基板溫度保持在800°C以上、1200°C以下的規(guī)定的第二基底層形成溫度，并使反應器內(nèi)壓力處于O. IkPa-IOOkPa的狀態(tài)下，將作為鎵原料的TMG(trimethyl gallium :三甲基鎵)鼓泡氣體、TMA鼓泡氣體以及冊13氣體以與要制作的第二基底層2b的組分相應的規(guī)定的流量比導入反應器內(nèi)，使NH3、TMA以及TMG發(fā)生反應。構(gòu)成緩沖層8的各層，即，構(gòu)成組分調(diào)制層3的第一單位層31以及第二單位層
32、末端層4、中間層5的形成如下實現(xiàn)緊接著第二基底層2b的形成，在將基板溫度保持在800°C以上、1200°C以下的與各層相應的規(guī)定的形成溫度，并使反應器內(nèi)壓力保持在
O.IkPa-IOOkPa的與各層相應的規(guī)定的值的狀態(tài)下，將NH3氣體和III族氮化物原料氣體(TMA、TMG的鼓泡氣體)以與在各層要實現(xiàn)的組分相應的流量比導入反應器內(nèi)。此時，通過在與設定膜厚相應的時機切換流量比，使各層連續(xù)且形成為所希望的膜厚。功能層9的形成如下實現(xiàn)在形成緩沖層8后，在將基板溫度保持在800°C以上、1200°C以下的規(guī)定的功能層形成溫度，并使反應器內(nèi)壓力處于O. IkPa-IOOkPa的狀態(tài)下，將TMI鼓泡氣體、TMA鼓泡氣體和TMG鼓泡氣體中的至少一個和NH3氣體以與要制作的功能層9的組分相應的流量比導入反應器內(nèi)，使NH3與TMI、TMA以及TMG中的至少一個發(fā)生反應。在形成功能層9后，使外延基板10在反應器內(nèi)降溫至常溫。之后，將從反應器中取出的外延基板10適當用于后級的處理(電極層的圖案成形等)。<緩沖層的作用效果>正如本實施方式所述，一般地，在要使由III族氮化物構(gòu)成的結(jié)晶層以規(guī)定的形成溫度在單晶硅晶片之上外延生長來得到外延基板的情形下，III族氮化物與硅相比熱膨脹系數(shù)更大(例如，硅10_6/K、GaN:5.5X10_6/K)，因此在結(jié)晶生長后，在降溫至常溫的過程中，在結(jié)晶層中在面內(nèi)方向上產(chǎn)生拉伸應力。該拉伸應力成為在外延基板中發(fā)生裂紋和彎曲的主要原因。在本實施方式中，為了降低所述拉伸應力來抑制發(fā)生裂紋和彎曲，在外延基板10上設置有緩沖層8。更具體地說，通過構(gòu)成緩沖層8的各層分別發(fā)揮的作用效果，抑制了在外延基板10中發(fā)生裂紋和彎曲。下面將進行詳細說明。(組分調(diào)制層)圖2是示出了在組分調(diào)制層3中，在第一單位層31之上形成第二單位層32時的結(jié)晶晶格情況的模型圖?，F(xiàn)在，將構(gòu)成第二單位層32的III族氮化物的在無應變狀態(tài)下的面內(nèi)方向的晶格長度設為％、實際的晶格長度設為a。在本實施方式中，如圖2的(a)、(b)所示，第二單位層32與第一單位層31的結(jié)晶晶格保持匹配的同時進行結(jié)晶生長。這意味著在結(jié)晶生長時，在第二單位層32的面內(nèi)方向上產(chǎn)生s = a0-a的壓縮應變。即，第二單位層32的結(jié)晶生長在保持應變能量的狀態(tài)下進行。
但是，由于隨著生長的進行，能量的不穩(wěn)定性增加，因此為了釋放應變能量，而在第二單位層32中逐漸導入失配位錯。不久，若達到某臨界狀態(tài)，則在第二單位層32中所保持的應變能量被全部釋放。此時，如圖2的(C)所示變?yōu)閍 = a。。但是，若在達到如圖2的(C)所示狀態(tài)之前的如圖2的(b)所示那樣的aQ > a的狀態(tài)下結(jié)束第二單位層32的形成，則第二單位層32處于保持著應變能量(含有壓縮應變)的狀態(tài)。在本實施方式中，將這種含有應變能量的結(jié)晶生長稱為在共格狀態(tài)下的結(jié)晶生長。換言之，只要第二單位層32形成為比應變能量完全釋放的臨界膜厚小的厚度，第二單位層32相對于第一單位層31就處于共格狀態(tài)?；蛘撸偷诙挝粚?2的最上面(正上方的與第一單位層31相接觸的面)的晶格長度a而言，只要％ > a成立，第二單位層32相對于第一單位層31就處于共格狀態(tài)。此外，只要第二單位層32以上述方式含有應變能量，則即使在第二單位層32中局部變?yōu)椋?= a，第二單位層32相對于第一單位層31也處于共格狀態(tài)。由于構(gòu)成第一單位層31的III族氮化物的面內(nèi)晶格常數(shù)比構(gòu)成第二單位層32的III族氮化物的面內(nèi)晶格常數(shù)小，因此即使在保持著該應變能量的第二單位層32之上形成第一單位層31，也會保持共格狀態(tài)，不會釋放在正下方的第二單位層32中所保持的應變能量。然后，若在該第一單位層31之上又使第二單位層32生長為共格狀態(tài)，則在所述第二單位層32中也產(chǎn)生與上述相同的壓縮應變。之后，以相同的方式，若維持著在共格狀態(tài)下的生長而重復形成第一單位層31和第二單位層32 (形成配對層)，則在各配對層的第二單位層32中保持應變能量，因此組分調(diào)制層3整體作為含有壓縮應變的部位來形成。在組分調(diào)制層3中所導入的壓縮應變在與因熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的拉伸應力正相反的方向發(fā)揮作用，因此具有在降溫時抵消該拉伸應力的作用。概略地說，以與在一個配對層中的壓縮應變的大小和在組分調(diào)制層3中的配對層的重復數(shù)的乘積成比例的力，抵消拉伸應力。即，組分調(diào)制層3也可以說是在外延基板10中導入壓縮應變的部位。此外，雖然第一單位層31介于兩個第二單位層32之間，但在其厚度過小的情形下，在第二單位層32中產(chǎn)生的壓縮應變變小，反而容易使得在第一單位層31自身中存在拉伸應力，因此并不優(yōu)選。另一方面，在厚度過大的情形下，第二單位層32自身容易受到拉伸方向的力，因此仍然不優(yōu)選。從不會產(chǎn)生這種不良現(xiàn)象這一點來看，上述的3nm-20nm左右的厚度這一條件是優(yōu)選的。另外，從能夠在各配對層中得到充分大的壓縮應變這一點來看，上述的第一單位層31由AlN構(gòu)成，第二單位層32由AlxGahN(O ^ x ^ O. 25)組分的III族氮化物構(gòu)成這一條件是優(yōu)選的。(末端層)末端層4由與第一單位層31相同組分的III族氮化物——與形成第二單位層32的III族氮化物相比面內(nèi)晶格常數(shù)小的III族氮化物——在組分調(diào)制層3的最上部形成為第一單位層31的厚度以上的厚度。通過以所述方式設置末端層4，從而在組分調(diào)制層3中所導入的壓縮應變即使在以后述的方式設置中間層5的情形下也能適當?shù)鼐S持。此外，在末端層4的厚度過大的情形下，由于其晶格常數(shù)接近塊狀態(tài)，所以在其上形成的中間層中產(chǎn)生晶格弛豫。在該情況下，如后述那樣本應作為應變強化層發(fā)揮功能而設置的中間層5變得不能發(fā)揮其作用效果，因此不優(yōu)選。另一方面，在末端層4的厚度過小的情形下，與位于兩個第二單位層32之間的第一單位層31相同地，在末端層4中容易存在拉伸應力，因此不優(yōu)選。從不產(chǎn)生這種不良現(xiàn)象這一點考慮，上述的形成為第一單位層31的厚度以上的厚度的條件，以及20nm-100nm左右的厚度的條件是優(yōu)選的。(中間層) 圖3是示出到形成中間層5為止的外延基板的彎曲量與中間層5的厚度之間的關(guān)系的圖。此外，圖3以外延膜的總膜厚為橫軸來表示。另外，在本實施方式中，外延基板的彎曲量是通過激光位移計來測定的。在圖3所示的五個例子中，除了中間層5的厚度以外的條件全部相同。作為基底基板1，使用具有P型的導電型的(111)單晶硅晶片(525μπι厚)。在其之上，層疊由AlN構(gòu)成的平均膜厚為IOOnm的第一基底層2a、由Ala Aaa9N構(gòu)成的平均膜厚為40nm的第二基底層2b、將5nm厚的由AlN構(gòu)成的第一單位層31和15nm厚的由AlaiGaa9N構(gòu)成的第二單位層32的配對層重復層疊20次而成的組分調(diào)制層3、未圖示的末端層4和由GaN構(gòu)成的中間層5。在圖3中，在中間層5的厚度為200nm時，外延基板的彎曲量極小。如上述那樣，中間層5相對于末端層4形成共格狀態(tài)，因此在圖3中示出的結(jié)果暗示出形成為200nm左右的厚度的中間層5，起到更加加強通過緩沖層8導入外延基板10中的壓縮應變的作用效果。依據(jù)所述結(jié)果，在本實施方式中，將中間層5設置為IOOnm以上、500nm以下左右的厚度，以加強在組分調(diào)制層3中所導入的壓縮應變。由此，在外延基板10中，更加有效地抵消拉伸應力。即，在外延基板10中，中間層5作為應變強化層發(fā)揮功能。此外，如圖3所示，若中間層5的厚度變得過大，則外延基板10的彎曲量增大。這是因為，隨著結(jié)晶生長，在應變能量的積累上受到限制，壓縮應變減弱，并且晶格難以保持共格狀態(tài)來進行生長，不久超過臨界膜厚，而釋放應變能量。所述彎曲量的增加成為產(chǎn)生裂紋的主要原因。順便說一下，本發(fā)明的發(fā)明者確認在圖3中中間層5的厚度為500nm時的彎曲量比不設置中間層5時大，但是在層疊多個單位結(jié)構(gòu)體6的實際的外延基板10中，若中間層5的厚度在500nm以下的范圍，則可適當?shù)丶訌娋彌_層8中的壓縮應變。在設置更多單位結(jié)構(gòu)體6的情形下，也以與上述同樣的方式，通過使第二中間層7位于各單位結(jié)構(gòu)體6之間，從而實現(xiàn)在全部單位結(jié)構(gòu)體6中適當存在壓縮應變的狀態(tài)。此夕卜，若單位結(jié)構(gòu)體6的結(jié)構(gòu)相同，則單位結(jié)構(gòu)體6的重復層疊數(shù)越多，在緩沖層8中存在的壓縮應變就越大。在具有通過以上述方式構(gòu)成的緩沖層8的外延基板10中，由于該緩沖層8存在大的壓縮應變，實現(xiàn)了將因硅和III族氮化物之間的熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的拉伸應力適當?shù)窒臓顟B(tài)。由此，在外延基板10中實現(xiàn)了無裂紋。另外，通過以這樣的方式將拉伸應力抵消，外延基板10的彎曲量被抑制在100 μ m以下。S卩，在本實施方式的外延基板10中，通過以重復層疊單位結(jié)構(gòu)體6的方式設置緩沖層8，使緩沖層8存在大的壓縮應變，并適當降低因硅和III族氮化物之間的熱膨脹系數(shù)差而在外延基板10中產(chǎn)生的拉伸應力，其中所述單位機構(gòu)體 6在作為應變導入層的組分調(diào)制層3之上形成末端層4和作為應變強化層的中間層5而成。由此，在外延基板10中實現(xiàn)無裂紋，并減小彎曲。此外，緩沖層8形成在如上述那樣抑制了應變能量的積累的狀態(tài)的第二基底層2b之上，因此，不會因在第二基底層2b中所積累的應變能量阻礙拉伸應力的抵消效果。另外，重復層疊單位結(jié)構(gòu)體6能夠使外延膜本身的總膜厚增大。一般地，在使用外延基板10來制作HEMT元件的情形下，其總膜厚越大，該HEMT元件的絕緣擊穿電壓就越大，因此本實施方式的外延基板10的結(jié)構(gòu)也有助于增大所述絕緣擊穿電壓?！赐庋踊宓母吣碗妷夯翟诒緦嵤┓绞街?，通過使緩沖層8的結(jié)構(gòu)參數(shù)(各層的組分、厚度、組分調(diào)制層3的配對層數(shù)、單位結(jié)構(gòu)體6的重復層疊數(shù)等)分別不同，能夠得到具體的結(jié)構(gòu)不同的各種外延基板10。尤其是，通過由AlxGa^N(O. I彡x彡O. 25)組分的III族氮化物形成第二單位層32，并由AlyGa^N(O. I彡y彡O. 25)組分的III族氮化物形成中間層5，從而實現(xiàn)無裂紋且耐電壓高的外延基板10。另外，在本實施方式中，耐電壓是指，對于外延基板10，從OV開始增大電壓值同時施加電壓時，產(chǎn)生ImA/cm2的漏電流的電壓值。在所述情形下，若各層的厚度和層疊數(shù)相同，則在上述的組分范圍內(nèi)存在第二單位層32和中間層5中的Al摩爾分數(shù)(相當于上述的x、y)越大，耐電壓越高的傾向。此夕卜，該情形下，第二單位層32和中間層5的Al摩爾分數(shù)可以相同。如上所述，根據(jù)本實施方式，通過在基底基板和功能層之間設置緩沖層，得到將容易實現(xiàn)廉價且大口徑的硅基板作為基底基板，并且無裂紋且結(jié)晶質(zhì)量優(yōu)良的外延基板，所述緩沖層是將由組分調(diào)制層、末端層和中間層構(gòu)成的并連續(xù)層疊存在壓縮應變的單位結(jié)構(gòu)體而成的。另外，所述外延基板的彎曲量被抑制在100 μ m以下。進而，在由Al摩爾分數(shù)在O. I以上、O. 25以下的AlGaN形成第二單位層和中間層的情形下，能夠?qū)崿F(xiàn)無裂紋且耐電壓高的外延基板?！醋冃卫低庋踊?0也可以采用在基底基板I和第一基底層2a之間具有未圖示的界面層的方式。界面層具有數(shù)nm左右的厚度，由無定形的SiAluOvNw構(gòu)成是優(yōu)選的一個例子。在基底基板I和第一基底層2a之間具有界面層的情形下，更有效地緩和了基底基板I和第~■基底層2b等之間的晶格失配，并進一步提聞了在其之上形成的各層的結(jié)晶質(zhì)量。即，在具有界面層的情形下，第一基底層2a即AlN層形成為，具有與不具有界面層的情形同樣的凹凸形狀，且與不具有界面層的情形相比存在的晶界少。尤其得到改善了在
(0002)面的X射線搖擺曲線半輻值的第一基底層2a。這是因為，與在基底基板I之上直接形成第一基底層2a的情形相比，在界面層之上形成第一基底層2a的情形下，第一基底層2a的AlN的核形成難以進行，結(jié)果，與沒有界面層的情形相比，促進了橫向生長。此外，界面層的膜厚以不超過5nm的程度形成。在具有這樣界面層的情形下，能夠?qū)⒌谝换讓?a形成為(0002)面的X射線搖擺曲線半輻值在0.5度以上、0.8度以下的范圍內(nèi)。在該情況下，能夠形成(0002)面的X射線搖擺曲線半輻值在800sec以下，螺旋位錯密度在lX109/cm2以下這樣的結(jié)晶質(zhì)量更加優(yōu)良的功能層9。此外，界面層的形成通過如下方式實現(xiàn)在硅晶片到達第一基底層形成溫度后，并在形成第一基底層2a之前，僅將TMA鼓泡氣體導入反應器內(nèi)，并將晶片置于TMA鼓泡氣體環(huán)境中。另外，在形成第一基底層2a時，也可以為使Si原子和O原子中的至少一種擴散固溶在第一基底層2a中的方式，或使N原子和O原子中的至少一種擴散固溶在基底基板I中。實施例作為實施例，制作了緩沖層8的層結(jié)構(gòu)不同的多種外延基板10。實施例的外延基板10的基本結(jié)構(gòu)，具體地說，各層的形成材料以及膜厚在表I中示出。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種外延基板，在作為(111)取向的單晶硅的基底基板之上，以使(OOOl)結(jié)晶面與所述基底基板的基板面大致平行的方式形成有III族氮化物層組，其特征在于， 所述外延基板包括 緩沖層，其連續(xù)層疊多個層疊單位， 結(jié)晶層，形成在所述緩沖層之上； 所述層疊單位包括 組分調(diào)制層，其通過重復交替層疊組分不同的第一單位層和第二單位層而成，從而內(nèi)部存在壓縮應變， 末端層，其形成在所述組分調(diào)制層的最上部，用于維持所述組分調(diào)制層內(nèi)部存在的所述壓縮應變， 應變強化層，形成在所述末端層之上，用于強化所述組分調(diào)制層內(nèi)部存在的所述壓縮應變。
2.權(quán)利要求I所述的外延基板，其特征在于， 與構(gòu)成所述第一單位層的第一 III族氮化物相比，構(gòu)成所述第二單位層的第二 III族氮化物在無應變狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)大， 各所述第二單位層相對于所述第一單位層形成共格狀態(tài)。
3.權(quán)利要求2所述的外延基板，其特征在于， 所述末端層由所述第一 III族氮化物形成為大于所述第一單位層的厚度。
4.權(quán)利要求3所述的外延基板，其特征在于， 所述應變強化層具有中間層，所述中間層由第三III族氮化物構(gòu)成，并相對于所述末端層形成共格狀態(tài)。
5.一種外延基板，在作為(111)取向的單晶硅的基底基板之上，以使(0001)結(jié)晶面與所述基底基板的基板面大致平行的方式形成III族氮化物層組，其特征在于， 所述外延基板包括 緩沖層，其連續(xù)層疊多個層疊單位， 結(jié)晶層，其形成在所述緩沖層之上，由III族氮化物構(gòu)成， 所述層疊單位包括 組分調(diào)制層，重復交替層疊由組分不同的III族氮化物構(gòu)成的第一單位層和第二單位層而成，并且與構(gòu)成所述第一單位層的第一 III族氮化物相比，構(gòu)成所述第二單位層的第二 III族氮化物在無應變狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)更大， 末端層，形成在所述組分調(diào)制層的最上部，由所述第一 III族氮化物構(gòu)成，其厚度大于所述第一單位層的厚度， 中間層，其由第三III族氮化物構(gòu)成； 在所述組分調(diào)制層中，各所述第二單位層相對于所述第一單位層形成共格狀態(tài)， 所述中間層相對于所述末端層形成共格狀態(tài)。
6.權(quán)利要求1-5中任一項所述的外延基板,其特征在于， 所述第一單位層由AlN構(gòu)成，所述第二單位層由AlxGahN(O ^ x ^ O. 25)組分的III族氮化物構(gòu)成，其中X滿足O < X < O. 25。
7.權(quán)利要求6所述的外延基板，其特征在于，所述中間層由AlyGa^yN組分的III族氮化物形成為IOOnm以上、500nm以下的厚度，其中y滿足O彡y ^ O. 25。
8.權(quán)利要求6或7所述的外延基板，其特征在于， 所述第二單位層由AlxGa^N組分的III族氮化物構(gòu)成，其中x滿足O. I < x < O. 25，并且所述中間層由AlyGa^N組分的III族氮化物構(gòu)成，其中y滿足O. I彡y彡O. 25。
9.權(quán)利要求8所述的外延基板，其特征在于， 所述第二單位層的組分和所述中間層的組分實質(zhì)上相同。
10.權(quán)利要求1-9中任一項所述的外延基板，其特征在于， 所述外延基板還包括 第一基底層，形成在所述基底基板之上，并由AlN構(gòu)成， 第二基底層，形成在所述第一基底層之上，并由AlpGai_pN構(gòu)成，其中P滿足O Sp < I ；所述第一基底層是由柱狀結(jié)晶、粒狀結(jié)晶、柱狀疇或粒狀疇中的至少一種構(gòu)成的多結(jié)晶含有缺陷層； 所述第一基底層和所述第二基底層之間的界面是三維凹凸面； 在所述第二基底層的正上方形成有所述緩沖層。
11.一種外延基板的制造方法，在作為(111)取向的單晶硅的基底基板之上，形成使(0001)結(jié)晶面與所述基底基板的基板面大致平行的III族氮化物層組的半導體元件用外延基板的制造方法，其特征在于， 所述制造方法包括 形成緩沖層的緩沖層形成工序， 結(jié)晶層形成工序，在所述緩沖層的上方形成由III族氮化物構(gòu)成的結(jié)晶層； 所述緩沖層形成工序是連續(xù)多次反復進行層疊單位形成工序的工序，包括 組分調(diào)制層形成工序，通過重復交替層疊由組分不同的III族氮化物構(gòu)成的第一單位層和第二單位層，從而形成組分調(diào)制層， 末端層形成工序，在所述組分調(diào)制層的最上部形成末端層， 中間層形成工序，在所述末端層之上形成中間層； 在所述組分調(diào)制層形成工序中，以如下方式形成組分調(diào)制層與構(gòu)成所述第一單位層的第一 III族氮化物相比，構(gòu)成所述第二單位層的第二 III族氮化物在無應變狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)更大，并且各所述第二單位層相對于所述第一單位層呈共格狀態(tài)； 在所述末端層形成工序中，由第一 III族氮化物將所述末端層形成為大于所述第一單位層的厚度； 在所述中間層形成工序中，由第三III族氮化物將所述中間層形成為相對于所述末端層呈共格狀態(tài)。
12.權(quán)利要求11所述的外延基板的制造方法，其特征在于， 由AlN形成所述第一單位層，由AlxGahN組分的III族氮化物形成所述第二單位層，其中X滿足O彡X彡O. 25。
13.權(quán)利要求12所述的外延基板的制造方法，其特征在于， 由AlyGa^yN組分的III族氮化物將所述中間層形成為IOOnm以上、500nm以下的厚度，其中y滿足OSySO. 25。
14.權(quán)利要求12或13所述的外延基板的制造方法，其特征在于， 由AlxGahN組分的III族氮化物形成所述第二單位層，其中x滿足O. I < x < O. 25，并且由AlyGa^N組分的III族氮化物形成所述中間層，其中y滿足O. I彡y彡O. 25。
15.權(quán)利要求14所述的外延基板的制造方法，其特征在于， 所述第二單位層的組分和所述中間層的組分實質(zhì)上相同。
16.權(quán)利要求11-15中任一項所述的外延基板的制造方法，其特征在于， 所述制造方法還包括 第一基底層形成工序，在所述基底基板之上形成由AlN構(gòu)成的第一基底層， 第二基底層形成工序，在所述第一基底層之上形成由AlpGai_pN構(gòu)成的第二基底層，其中P滿足O≤P < I ; 在所述第一基底層形成工序中，將所述第一基底層形成為多結(jié)晶含有缺陷層，該多結(jié)晶含有缺陷層由柱狀或者粒狀的結(jié)晶或疇中的至少一種構(gòu)成且表面呈三維凹凸面； 在所述緩沖層形成工序中，在所述第二基底層的正上方形成所述緩沖層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種將硅基板作為基底基板且無裂紋的外延基板。在作為(111)取向的單晶硅的基底基板之上，以使(0001)結(jié)晶面與基板面大致平行的方式形成有III族氮化物層組，其特征在于，所述外延基板包括緩沖層，其連續(xù)層疊多個層疊單位；結(jié)晶層，形成在緩沖層之上。所述層疊單位包括組分調(diào)制層，其通過重復交替層疊組分不同的第一單位層和第二單位層而成，從而內(nèi)部存在壓縮應變；末端層，其形成在組分調(diào)制層的最上部，用于維持組分調(diào)制層內(nèi)部存在的壓縮應變；應變強化層，形成在末端層之上，用于強化組分調(diào)制層內(nèi)部存在的壓縮應變。
文檔編號H01L21/205GK102870196SQ20118002153
公開日2013年1月9日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者三好實人, 角谷茂明, 市村干也, 前原宗太, 田中光浩 申請人:日本礙子株式會社