n型氮化鋁單晶基板以及垂直型氮化物半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及摻雜有Si的η型導(dǎo)電性單晶氮化鋁基板(η型氮化鋁單晶基板)、以及使用了該基板的垂直型氮化物半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鋁與作為寬禁帶半導(dǎo)體而廣為人知的氮化鎵、碳化硅相比，除了禁帶寬度大至IJ2倍左右(6.2eV)以外，還具有高介質(zhì)擊穿電壓(12MV/cm)、高熱導(dǎo)率(3.0Wcm—1IT工)等優(yōu)異特性，與使用上述材料的情況相比，作為能實(shí)現(xiàn)具有更高的耐壓特性的功率器件的材料而被期待。
[0003]作為用于實(shí)現(xiàn)高元件性能(大容量/高耐壓)的元件構(gòu)造，在使用氮化鎵以及碳化硅的器件中，提出了將導(dǎo)電性基板作為支承基板使用的垂直型、即電流在元件的表面到背面之間流過、或者施加電壓的半導(dǎo)體元件構(gòu)造(參照專利文獻(xiàn)I?3)。
[0004]通過采用垂直型構(gòu)造，能提高耐壓特性，提高耐壓特性是在水平型、即用于使器件驅(qū)動(dòng)的電流的流動(dòng)方向是水平方向的器件中存在的課題。進(jìn)一步，通過采用垂直型構(gòu)造，能將施加到器件的功率增大。如上所述，為了實(shí)現(xiàn)垂直型的元件構(gòu)造，需要使用導(dǎo)電性基板。關(guān)于具有導(dǎo)電性的氮化招，已知通過利用金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE:Metalorganic VaporPhase Epitaxy)法、氫化物氣相外延(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法慘雜Si，形成η型導(dǎo)電性晶體層的方法(專利文獻(xiàn)4?5)。
[0005]但是，在專利文獻(xiàn)4、5的記載中，由于在SiC基板之類的異種基板上形成有η型氮化鋁單晶層，因此難以制作高品質(zhì)的單晶層。特別是，對(duì)于制作高品質(zhì)且層厚度大的η型氮化鋁單晶層，有改善的余地。
[0006]為了解決以上問題，還開發(fā)了在同種基板、即由氮化鋁單晶層構(gòu)成的基礎(chǔ)基板上使η型氮化鋁單晶層生長(zhǎng)的方法(參照專利文獻(xiàn)6)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)I:日本特開2003-086816號(hào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開2006-100801號(hào)
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-059912號(hào)
[0012]專利文獻(xiàn)4:日本特開2000-091234號(hào)
[0013]專利文獻(xiàn)5:日本特開2003-273398號(hào)
[0014]專利文獻(xiàn)6:日本專利第5234968號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0016]根據(jù)專利文獻(xiàn)6所述的方法，通過日本特開2005-2552248號(hào)所述的方法，制造穿透位錯(cuò)密度是15CHf2左右的氮化鋁自立基板之后，能在該氮化鋁自立基板上形成η型氮化鋁單晶層。而且，根據(jù)該方法，能獲得位錯(cuò)密度是5X 109cm—2左右的η型氮化鋁單晶層。
[0017]但是，在專利文獻(xiàn)6的方法中，實(shí)際上只能制作出ΙΟμπι以下的層厚度小的η型氮化鋁單晶層，并未示出形成了電極的具體例。即，在現(xiàn)有技術(shù)中，還未實(shí)現(xiàn)具有能將η型層作為自立的基板來使用的程度的厚度，并且使用了具有η型導(dǎo)電性的、高性能的氮化鋁單晶的垂直型半導(dǎo)體器件。
[0018]本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而完成的，其目的在于提供一種使用摻雜了Si的η型氮化鋁單晶基板的垂直型半導(dǎo)體器件。
[0019]用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0020]本發(fā)明人等通過專利文獻(xiàn)6所公開的方法，制作η型單晶氮化鋁基板，并實(shí)際上形成電極確認(rèn)了各種特性。而且，在該η型氮化鋁單晶基板中，有時(shí)反向的耐壓會(huì)顯著降低，已查明該原因在于，η型氮化鋁單晶基板的位錯(cuò)密度。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)為了制作高性能的器件，需要位錯(cuò)密度更小且高品質(zhì)的η型單晶氮化鋁單晶基板，從而完成本發(fā)明。
[0021]S卩，本發(fā)明的第一方案是一種η型氮化鋁單晶基板，其Si含量是3 X 117?I X102Qcm—3，位錯(cuò)密度是106cm—2以下，并且厚度是50?500μπι。
[0022]而且，本發(fā)明的第二方案是一種在所述η型氮化鋁單晶基板的上下主面具備電極層的垂直型氮化物半導(dǎo)體器件。該垂直型氮化物半導(dǎo)體器件優(yōu)選為其中一個(gè)主面的電極層是歐姆電極層。此外，該垂直型氮化物半導(dǎo)體器件通過在η型氮化鋁單晶基板的一個(gè)主面設(shè)置歐姆電極層，在另一個(gè)主面設(shè)置肖特基電極層，能作為垂直型肖特基勢(shì)皇二極管適宜地使用。
[0023]本發(fā)明的第三方案是一種層疊體，在所述η型氮化鋁單晶基板的至少一個(gè)主面上，層疊有由Si含量是I X 1018?5父1019011—3的厶11631—1~(其中，乂是滿足0.3< X < 0.8的有理數(shù)。)構(gòu)成的層。
[0024]而且，本發(fā)明的第四方案是一種在所述層疊體的上下主面具備電極層的垂直型氮化物半導(dǎo)體器件。該垂直型氮化物半導(dǎo)體器件優(yōu)選為由AlxGa1-xN(其中，X是滿足0.3<Χ<0.8的有理數(shù)。)構(gòu)成的層上的電極層是歐姆電極層。此外，垂直型氮化物半導(dǎo)體器件通過將η型氮化鋁單晶基板上的電極層設(shè)為肖特基電極層，能作為垂直型肖特基勢(shì)皇二極管適宜地使用。
[0025]本發(fā)明的第五方案是一種η型氮化鋁單晶基板的制造方法，其特征在于，在制造所述η型氮化鋁單晶基板時(shí)，使用位錯(cuò)密度是14Cnf2以下的氮化鋁單晶種基板。
[0026]發(fā)明效果
[0027]根據(jù)所述本發(fā)明的第一方案，提供一種以往未曾實(shí)現(xiàn)的、使用了η型氮化鋁單晶基板的垂直型氮化物半導(dǎo)體器件，并通過將η型氮化鋁單晶基板的位錯(cuò)密度設(shè)為16Cnf2以下，能實(shí)現(xiàn)高耐壓特性。
【附圖說明】
[0028]圖1是表示本發(fā)明的垂直型氮化物器件的一個(gè)實(shí)施方式(第一實(shí)施方式例)的剖面示意圖。
[0029]圖2是表示本發(fā)明的垂直型氮化物器件的一個(gè)實(shí)施方式(第二實(shí)施方式例)的剖面示意圖。
[0030]圖3是表示本發(fā)明的垂直型氮化物器件(第一實(shí)施方式例)的制作工藝的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。
[0031]圖4是表示本發(fā)明的垂直型氮化物器件(第二實(shí)施方式例)的制作工藝的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。
[0032]圖5是表示本發(fā)明的垂直型氮化物器件(第二實(shí)施方式例)的制作工藝的其它實(shí)施方式的示意圖。
[0033]圖6是在實(shí)施例中制作的垂直型肖特基勢(shì)皇二極管的電流-電壓特性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]在本發(fā)明中，所謂的垂直型氮化物半導(dǎo)體器件是在η型氮化鋁單晶基板的上下表面形成有工作電極的構(gòu)造，在不偏離本發(fā)明的保護(hù)范圍的范圍內(nèi)，能適用于肖特基勢(shì)皇二極管、晶體管、發(fā)光二極管、激光二極管等各種半導(dǎo)體器件。
[0035]本發(fā)明的垂直型氮化物半導(dǎo)體器件是在η型氮化鋁單晶基板的上下表面上具備電極層的垂直型的氮化物半導(dǎo)體器件。而且，其特征在于，所述η型氮化鋁單晶基板的Si含量、位錯(cuò)密度、以及厚度在特定的范圍內(nèi)。
[0036]在本發(fā)明中，η型氮化鋁單晶基板既可以是Si含量固定的單層，也可以由Si含量不同的多個(gè)層構(gòu)成。此外，也可以由Si含量呈階梯式變化的氮化鋁單晶層構(gòu)成。接著，利用附圖，對(duì)具體的構(gòu)造加以說明。
[0037]垂直型氮化物半導(dǎo)體器件的構(gòu)造:第一實(shí)施方式例)
[0038]首先，對(duì)Si含量是固定的單層、或者由Si含量呈階梯式變化的氮化鋁單晶層構(gòu)成的情況加以說明。在圖1中，作為典型例示出了垂直型肖特基勢(shì)皇二極管構(gòu)造。
[0039]如圖1所示，本發(fā)明的垂直型氮化物半導(dǎo)體器件具有η型氮化鋁單晶基板I，在該η型氮化鋁單晶基板I的上下表面((主面):不是側(cè)面，而是形成電極層、或者供其它層生長(zhǎng)的面)形成有工作電極層2、3。而且，在使用本發(fā)明的垂直型氮化物半導(dǎo)體器件作為垂直型肖特基勢(shì)皇二極管的情況下，一個(gè)表面上的電極是歐姆電極層3，另一個(gè)表面上的電極是肖特基電極層2 ο接著，對(duì)各構(gòu)成構(gòu)件加以說明。
[0040](η型氮化鋁單晶基板)
[0041]η型氮化鋁單晶基板I的位錯(cuò)密度是106cm—2以下，所包含的Si在3 X 117?I X12t3Cnf3的范圍內(nèi)。需要說明的是，該位錯(cuò)密度是指η型氮化鋁單晶基板的最表面的位錯(cuò)密度。
[0042]η型氮化鋁單晶基板中的位錯(cuò)除了是在使垂直型器件驅(qū)動(dòng)的情況下成為電流的泄漏源，使初始的耐壓特性惡化的主要因素以外，在長(zhǎng)時(shí)間的使用中，通過介由位錯(cuò)來促進(jìn)雜質(zhì)的擴(kuò)散，從而使器件特性漸漸地惡化。此外，位錯(cuò)是作為η型導(dǎo)電載體的電子的散射的主要因素。而且，由于在η型氮化鋁單晶基板中大量存在位錯(cuò)，從而導(dǎo)致電子的迀移率降低，其結(jié)果是存在η型導(dǎo)電特性降低的傾向。為了抑制這種器件特性以及η型導(dǎo)電特性的降低，η型氮化鋁單晶基板中的位錯(cuò)密度是16Cnf2以下，更優(yōu)選為14Cnf2以下。位錯(cuò)密度的適宜下限值是0cm—2，但考慮工業(yè)生產(chǎn)的話是102cm—2。位錯(cuò)密度的測(cè)量能通過利用透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行觀察，或者通過觀察簡(jiǎn)易地浸漬在堿性溶液后的腐蝕坑密度來進(jìn)行。需要說明的是，在本發(fā)明中，將腐蝕坑密度作為位錯(cuò)密度。
[0043]此外，η型氮化鋁單晶基板I所包含的Si含量是3X117?IX 10'm—3。在Si含量小于3 X 117Cnf3的情況下，由于η型導(dǎo)電載體濃度降低，因此導(dǎo)電性降低，器件的電阻值上升，因此不優(yōu)選。另一方面，若在IX 102%Γ3以上，則由于隨著裂紋的產(chǎn)生、生長(zhǎng)表面的粗糙化而產(chǎn)生的氧等Si以外的雜質(zhì)濃度增加等問題的幾率變大，因此不優(yōu)選。需要說明的是，如前所述，只要Si含量在所述范圍內(nèi)，在η型氮化鋁單晶基板中也可以包含一定量的Si。此外