TWI902875B - 化合物半導體基板及化合物半導體裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之課題係提供具有高品質之化合物半導體基板及化合物半導體裝置。 其解決手段係化合物半導體基板為具備：具有3×10 ¹⁷個/cm ³以上3×10 ¹⁸個/cm ³以下之O濃度之Si基板、和形成於Si基板上之SiC層、和形成於SiC層上之第1之氮化物半導體層中，包含絕緣性或半絕緣性之層，由Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦1)所成第1之氮化物半導體層、和形成於第1之氮化物半導體層上之第2之氮化物半導體層中，包含C-GaN層之第2之氮化物半導體層、和形成於第2之氮化物半導體層上，由Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)所成電子傳輸層。第1之氮化物半導體層、第2之氮化物半導體層、及電子傳輸層之合計之厚度係6μm以上10μm以下。

Description

化合物半導體基板及化合物半導體裝置

本發明係關於化合物半導體基板及化合物半導體裝置。更特定為關於具備電子傳輸層和障壁層之化合物半導體基板及化合物半導體裝置。

近年以來，手機等之通訊機器正式地被普及。伴隨於此，提升行動體無線通訊系統之通訊機器之通訊容量及通訊速度之需求則增加。近年以來之行動體無線通訊系統中，實施有行動電話之通信規格之LTE(Long Term Evolution)之服務。亦檢討到LTE之下世代之通訊規格之實用化。

在於上述之行動體通訊系統中，做為關鍵之技術，則關注在GaN(氮化鎵)或AlGaN(窒化鋁鎵)等之氮化物半導體所成HEMT(High Electron Mobility Transistor，高電子移動率電晶體)。氮化物半導體所成HEMT之技術則交年以來被快速地開發。

HEMT係包含電子傳輸層、和形成於電子傳輸層上之障壁層。構成障壁層之材料係具有較構成電子傳輸層之材料之能帶隙為廣之能帶隙。HEMT中，在與電子傳輸層之障壁層之界面附近，形成2次元電子氣體。此2次元電子氣體則使用於HEMT之動作。氮化物半導體所成HEMT係與GaAs(鎵砷)系之半導體材料所成場效電晶體比較，可產生許多2次元電子氣體，電流密度為大。

做為一例，AlGaN與GaN之晶格常數之差係較AlGaAs(鋁鎵砷)與GaAs之晶格常數差為大。為此，AlGaN/GaN之層積構造之AlGaN層係相較AlGaAs/GaAs之層積構造之AlGaAs層則大為扭曲。因此，AlGaN/GaN之層積構造之AlGaN層中，相較於AlGaAs/GaAs之層積構造之AlGaAs層，會止產生更大之壓電電場。經由如此大的壓電電場，於AlGaN/GaN之層積構造中，則激發較AlGaAs/ GaAs之層積構造更多之2次元電子氣體。更且，AlGaN層係與AlGaAs層不同，大為自發極化。經由起因於AlGaN層之自發極化之極化電場，於與AlGaN層之邊界附近之GaN層中，則激發許多2次元電子氣體。其結果，氮化物半導體之AlGaN/GaN所成HEMT係與GaAs系之AlGaAs/GaAs所成場效電晶體比較，可產生約10倍之2次元電子氣體。

因此，氮化物半導體所成HEMT係可進行高輸出及高效率之動作之故，被期待做為下世代之高輸出增幅器。

做為上述行動體通訊系統之高頻增幅器，為了使用氮化物半導體所成HEMT，則於HEMT之閘極電極，抑制施加高頻電壓時之高頻信號之損失為重要的。此高頻信號之損失之主要原因係半導體裝置之寄生電容以及寄生阻抗。半導體裝置之寄生電容為大，更且存在與寄生電容並列之寄生阻抗成分之時，此等寄生要素則賦予高頻信號之損失，妨礙到半導體裝置之高速動作。

為了抑制上述原因所成高頻信號之衰減，將2次元電子氣體之周圍之領域以絕緣性高之材料構成為有效的。做為HEMT之基板，經由使用半絕緣性基板或高阻抗基板，可減低上述之寄生要素。另一方面，做為HEMT之基板，使用導電性基板時，於導電性基板與半導體裝置之構成要素之間，經由介入存在厚半絕緣性乃至高阻抗之化合物半導體層，可減低上述之寄生要素。在此觀點下，以往，提案有種種之構造。例如，在下述專利文獻1及非專利文獻1之中，揭示有圖22所示之構造。

圖22係模式顯示以往之HEMT之構造之第1例之剖面圖。

參照圖22，第1例之HEMT1010係具備半絕緣性之SiC(碳化矽)基板1051、和氮化物緩衝層1052、和GaN所成電子傳輸層1053、和AlGaN所成障壁層1054、和源極電極1055、和汲極電極1056、和閘極電極1057。於半絕緣性之SiC基板1051上，形成氮化物緩衝層1052。於氮化物緩衝層1052之上，形成電子傳輸層1053。於電子傳輸層1053之上，形成障壁層1054。於障壁層1054之上，形成源極電極1055、汲極電極1056及閘極電極1057。各別源極電極1055、汲極電極1056及閘極電極1057係相互空出間隔加以形成。

HEMT1010中，在與電子傳輸層1053之障壁層1054之邊界附近，形成2次元電子氣體1053a。為了使2次元電子氣體1053a之周圍之領域以絕緣性高之材料構成，電子傳輸層1053、氮化物緩衝層1052、及SiC基板1051則以絕緣性高之材料構成。但是，於半絕緣性之SiC基板中，有難以入手大尺寸之基板的問題。此係推測由於成長半絕緣性之SiC之結晶難度較高之緣故。具體而言，難以入手超過4英吋直徑之半絕緣性之SiC基板。又，半絕緣性之SiC基板係較其他之基板更為高價。

在此，做為不使用半絕緣性之SiC基板之技術，提案圖23及圖24所示構造。圖23所示構造係示於下述非專利文獻2。圖24所示構造係揭示於下述專利文獻2及非專利文獻3。

圖23係模式顯示以往之HEMT之構造之第2例之剖面圖。

參照圖23，做為第2例之HEMT1020係做為基板，代替半絕緣性之SiC基板，使用高阻抗之Fz-Si(矽)基板1061之部分，與圖22所示構造不同。Fz-Si基板係經由Fz法(浮熔帶法)加以製作之Si基板。又，HEMT1020之氮化物緩衝層1052係例如具有1μm之厚度。

圖23所示構造中，為了使2次元電子氣體1053a之周圍之領域以絕緣性高之材料構成，電子傳輸層1053、氮化物緩衝層1052、及Fz-Si基板1061則以絕緣性高之材料構成。更且，Fz-Si基板1061係較半絕緣性之SiC基板更為便宜。

圖24係模式顯示以往之HEMT之構造之第3例之剖面圖。

參照圖24，做為第3例之HEMT1030係做為基板，在代替半絕緣性之SiC基板，使用n型SiC基板1062，且氮化物緩衝層1052為厚之部分，與圖22所示構造不同。n型SiC基板1062係具有六方之結晶構造。氮化物緩衝層1052係具有10μm以上之厚度。

圖24所示構造中，為了使2次元電子氣體1053a之周圍之領域以絕緣性高之材料構成，氮化物緩衝層1052及電子傳輸層1053則以絕緣性高之材料構成。又，氮化物緩衝層1052以超過10μm之厚度加以形成。更且，n型SiC基板1062係較半絕緣性之SiC基板，可更容易入手尺寸之基板。具體而言，可入手6英吋直徑之n型SiC基板1062。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特表2006-517726號公報(日本特許第4990496號) [專利文獻2] 國際公開第2007/116517號(日本特許第5274245號) [非專利文獻]

[非專利文獻1] S. T. Sheppard et al. “High-Power Microwave GaN/AlGaN HEMT’s on Semi-Insulating Silicon Carbide Substrates”, IEEE Electron Device Lett., vol.20, No.4, pp.161-163, Apr 1999. [非專利文獻2] J. W. Johnson et al. “12 W/mm AlGaN–GaN HFETs on Silicon Substrates”, IEEE Electron Device Lett., vol.25, No.7, pp.459-461, Jul 2004. [非專利文獻3] Toshihide Kikkawa et al. “Highly Uniform AlGaN/GaN Power HEMT on a 3-inch Conductive N-SiC Substrate for Wireless Base Station Application”, Technical Digest of IEEE CSIC 2005 Symposium, vol.25, No.7, pp.77-80.

[發明欲解決之課題]

但是，圖23及圖24所示構造中，有品質低之問題。

圖23所示HEMT1020中，做為基板使用絕緣性之Fz-Si基板1061。Fz-Si基板1061之彈性極限為低。為此，於氮化物緩衝層1052之成長時，經由起因於Fz-Si基板1061與氮化物緩衝層1052之晶格常數之差之來自氮化物緩衝層1052所承受之應力，基板則易於塑性變形。其結果，於HEMT之製造程序中，會有增加不適當程度之基板之彎曲的問題。更且，Si較SiC，能帶隙為小之故，在高溫下，易於低阻抗化。為此，經由HEMT之增幅動作，基板之溫度上昇時，含於基板之Si則容易低阻抗化，高頻信號之損失則希變得顯著之問題。

圖24所示HEMT1030中，做為基板使用n型SiC基板1062。此n型SiC基板1062之導電性為高。為此，為了使2次元電子氣體1053a之周圍之領域以絕緣性高之材料構成，需將氮化物緩衝層1052變厚。氮化物緩衝層1052為厚之時，有在於氮化物緩衝層1052，易產生龜裂之問題，或基板之彎曲為大之問題。更且，在製造成本之觀點下，半絕緣性之SiC基板置換成n型SiC基板所得到之好處，會由於氮化物緩衝層加厚形成所造成之壞處而相抵消。為此，在製造成本之觀點下，圖24所示之HEMT1030係非較圖22所示HEMT1010優異者。

本發明係為解決上述課題者，該目的係提供具有高品質之化合物半導體基板及化合物半導體裝置。 [為解決課題之手段]

跟從本發明之一局面之化合物半導體基板係具備：具有3×10 ¹⁷個/cm ³以上3×10 ¹⁸個/cm ³以下之O濃度之Si基板、和形成於Si基板上之SiC層、和形成於SiC層上之第1之氮化物半導體層中，包含絕緣性或半絕緣性之層，由Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦1)所成第1之氮化物半導體層、和形成於第1之氮化物半導體層上之第2之氮化物半導體層中，包含絕緣性或半絕緣性之由Al _yGa _1-yN(0≦y＜0.1)所成第2之氮化物半導體層、和形成於第2之氮化物半導體層上，由Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)所成電子傳輸層、和形成於電子傳輸層上，具有較電子傳輸層之能帶隙寬廣之能帶隙的障壁層；第1及第2之氮化物半導體層、以及電子傳輸層之合計之厚度係6μm以上10μm以下。

於上述化合物半導體基板中，較佳係第2之氮化物半導體層為形成於主層之內部及主層上中之至少任一方的1層以上之中間層中，更包含Al _yGa _1-yN(0.5≦y≦1)所成中間層，主層係具有較電子傳輸層之C濃度為高之C濃度、及較電子傳輸層之Fe濃度高之Fe濃度中之至少一方。

上述化合物半導體基板中，較佳係中間層為2層以上，各別2層以上之中間層係具有10nm以上30nm以下之厚度，以0.5μm以上10μm以下之間隔加以形成。

上述化合物半導體基板中，較佳係Si基板為包含B，具有p型之導電型，具有0.1mΩcm以上100mΩcm以下之電阻率。

上述化合物半導體基板中，SiC層係具有0.5μm以上2μm以下之厚度。

上述化合物半導體基板中，較佳係電子傳輸層之Si濃度、O濃度、Mg濃度、C濃度、及Fe濃度係皆為較0為大，1×10 ¹⁷個/cm ³以下。

上述化合物半導體基板中，較佳係第1之氮化物半導體層係包含由Al _xGa _1-xN(0.4＜x≦1)所成第1之領域、和由具有0.5μm以上之厚度之Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦0.4)所成第2之領域中之至少一方；第1之領域係具有0個/cm ³以上5×10 ¹⁷個/cm ³以下之Si濃度、0個/cm ³以上5×10 ¹⁷個/cm ³以下之O濃度、及0個/cm ³以上5×10 ¹⁷個/cm ³以下之Mg濃度；第2之領域係具有0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之Si濃度、0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之O濃度、及0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之Mg濃度；第2之領域之C濃度或Fe濃度中之至少一方係較第2之領域之Si濃度、O濃度、及Mg濃度之任一為高，5×10 ¹⁹個/cm ³以下；主層係具有0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之Si濃度、0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之O濃度、及0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之Mg濃度；第2之氮化物半導體層之C濃度或Fe濃度中之至少一方係較第2之氮化物半導體層之Si濃度、O濃度、及Mg濃度之任一為高，5×10 ¹⁹個/cm ³以下；主層係活性化之供體離子之濃度為包含0個/cm ³以上2×10 ¹⁴個/cm ³以下之領域；電子傳輸層係具有0個/cm ³以上1×10 ¹⁶個/cm ³以下之Si濃度、0個/cm ³以上1×10 ¹⁶個/cm ³以下之O濃度、0個/cm ³以上1×10 ¹⁶個/cm ³以下之Mg濃度、0個/cm ³以上1×10 ¹⁷個/cm ³以下之C濃度、及0個/cm ³以上1×10 ¹⁷個/cm ³以下之Fe濃度。

上述化合物半導體基板中，較佳係第1之氮化物半導體層係包含第1之領域與第2之領域之兩者，第1之領域與SiC層之距離係較第2之領域與SiC層之距離為小。

上述化合物半導體基板中，較佳係第1之氮化物半導體層係具有第2之氮化物半導體層之厚度以下的厚度。

上述化合物半導體基板中，較佳為電子傳輸層係具有0.3μm以上之厚度。

上述化合物半導體基板中，較佳係規定化合物半導體基板之上面之最小平方平面，令自最小平方平面到達化合物半導體基板之上面之最高點之距離、和令自最小平方平面到達化合物半導體基板之上面之最低點之距離的合計量做為彎曲量時，彎曲量係0以上50μm以下。

上述化合物半導體基板中，較佳係自化合物半導體基板之上面之外周端部的距離為5mm以下之領域以外的領域係不含龜裂。

上述化合物半導體基板中，具有圓板形狀，具有100mm以上200mm以下之直徑。

上述化合物半導體基板中，較佳係化合物半導體基板之上面係不包含回熔蝕刻之痕跡。

跟從本發明之其他局面之化合物半導體基板係具備：具有0.1Ωcm以上不足1×10 ⁵Ωcm之電阻率之導電性之SiC基板、和形成於SiC基板上之第1之氮化物半導體層中，包含絕緣性或半絕緣性之層，由Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦1)所成第1之氮化物半導體層、和形成於第1之氮化物半導體層上之第2之氮化物半導體層中，包含絕緣性或半絕緣性之由Al _yGa _1-yN(0≦y＜0.1)所成第2之氮化物半導體層、和形成於第2之氮化物半導體層上，由Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)所成電子傳輸層、和形成於電子傳輸層上，具有較電子傳輸層之能帶隙寬廣之能帶隙的障壁層；第1及第2之氮化物半導體層、以及電子傳輸層之合計之厚度係6μm以上10μm以下，第2之氮化物半導體層為形成於主層之內部及主層上中之至少任一方的1層以上之中間層中，更包含Al _yGa _1-yN(0.5≦y≦1)所成中間層，主層係具有較電子傳輸層之C濃度為高之C濃度、及較電子傳輸層之Fe濃度高之Fe濃度中之至少一方。

本發明之跟隨更為其他之局面之化合物半導體裝置係具備上述化合物半導體基板、和形成於障壁層上之第1及第2之電極、和形成於障壁層上，經由施加電壓，控制流動於第1及第2之電極間之電流的第3之電極。 [發明效果]

根據本發明時，可提供具有高品質之化合物半導體基板及化合物半導體裝置。

以下，對於本發明之實施形態，根據圖面加以說明。

[第1之實施形態]

圖1係顯示本發明之第1實施形態之化合物半導體裝置DC1及化合物半導體基板CS1之構成的剖面圖。

參照圖1，本實施之形態之化合物半導體裝置DC1(化合物半導體裝置之一例)係包含HEMT之構造。化合物半導體元件DC1係具備化合物半導體基板CS1(化合物半導體基板之一例)、和源極電極11(第1之電極之一例)、和汲極電極12(第2之電極之一例)、和閘極電極13(第3之電極之一例)。源極電極11、汲極電極12及閘極電極13係形成於化合物半導體基板CS1之障壁層8上。閘極電極13係經由施加之電壓，控制流動於源極電極11與汲極電極12之間的電流。

化合物半導體基板CS1係包含Si基板1(Si基板之一例)、和SiC層2(SiC層之一例)、和第1之氮化物半導體層4(第1之氮化物半導體層之一例)、和第2之氮化物半導體層5(第2之氮化物半導體層之一例)、和電子傳輸層6(電子傳輸層之一例)、和障壁層8(障壁層之一例)。

Si基板1係經由Cz法(柴可拉斯基法)加以製作者。Cz法中，自石英坩堝內之熔融之Si，在Ar等之特定之環境中，徐徐拉起Si之種晶。附著於種晶之Si係在環境中冷卻，結晶化。由此可獲得Si的單結晶。Cz法中，Si被結晶化之時，含於構成坩堝之石英材料的O(氧)則被吸收到結晶中。為此，Si基板1係與經由Fz法所製作之Si基板比較，O濃度為高。具體而言，Si基板1係具有、3×10 ¹⁷個/cm ³以上3×10 ¹⁸個/cm ³以下之O濃度。Si基板1係O濃度為高之故，與經由Fz法所製作之Si基板比較，彈性極限較為高。Si基板1係容易入手與SiC基板相較為大尺寸(例如8英吋之直徑)之基板，而且便宜。

Si基板1係例如經由p ⁺型之Si所成。Si基板1係可為非刻意進行摻雜。於Si基板1之上面，露出(111)面。Si基板1之上面係具有0以上1度以下之偏角，更佳為具有0.5度以下之偏角。Si基板1係具有單結晶鑽石構造為佳。

Si基板1係B(硼)，具有p型之導電型之時，Si基板1係例如具有0.1mΩcm以上100mΩcm以下之電阻率。Si基板1係具有0.5mΩcm以上20mΩcm以下之電阻率為佳，具有1mΩcm以上5mΩcm以下之電阻率則更佳。

較佳係Si基板1為具有約50mm(做為一例47mm~53mm)之直徑，且具有270μm以上1600μm以下之厚度。Si基板1係具有約50.8mm(做為一例47.8mm~53.8mm)之直徑，且具有270μm以上1600μm以下之厚度。Si基板1係具有約75mm(做為一例72mm~78mm)之直徑，且具有350μm以上1600μm以下之厚度。Si基板1係具有約76.2mm(做為一例73.2mm~79.2mm)之直徑，且具有350μm以上1600μm以下之厚度。Si基板1係具有約100mm(做為一例97mm~103mm)之直徑，且具有500μm以上1600μm以下之厚度。Si基板1係具有約125mm(做為一例122mm~128 mm)之直徑，且具有600μm以上1600μm以下之厚度。Si基板1係具有約150mm(做為一例147mm~153mm)之直徑，且具有600μm以上1600μm以下之厚度。又，Si基板1係具有約200mm(做為一例197mm~203mm)之直徑，且具有700μm以上2100μm以下之厚度。

更佳係Si基板1為具有約100mm(做為一例99.5mm~100.5mm)之直徑，且具有700μm以上1100μm以下之厚度。Si基板1係具有約125mm(做為一例124.5mm~ 125.5mm)之直徑，且具有700μm以上1100μm以下之厚度。Si基板1係具有約150mm(做為一例149.8mm~150.2mm)之直徑，且Si基板1係具有900μm以上1100μm以下之厚度。又，Si基板1係具有約200mm(做為一例199.8mm~200.2mm)之直徑，且具有900μm以上1600μm以下之厚度。

然而，Si基板1係可具有n型之導電型。可於Si基板1之上面，露出(100)面或(110)面。

SiC層2係接觸於Si基板1，形成於Si基板1上。SiC層2係由3C-SiC、4H-SiC、或6H-SiC等所成。尤其，SiC層2係磊晶成長於Si基板1上之時，一般而言，SiC層2係由3C-SiC所成。

SiC層2係於碳化Si基板1之上面所得SiC而成基底層，使用MBE(分子束磊晶)法、CVD(化學氣相沉積)法、或LPE(液相磊晶)法等，經由將SiC同質磊晶成長加以形成亦可。SiC層2係可僅碳化Si基板1之上面加以形成。更且SiC層2係經由異質磊晶成長於Si基板1之上面(或挾著緩衝層)加以形成亦可。SiC層2係例如摻雜N(氮)等，具有n型之導電型。SiC層2係可具有p型之導電型，亦可為半絕緣性。

SiC層2例如具有0.5μm以上2μm以下之厚度。令SiC層2之厚度成為0.5μm以上，可抑制Si基板1之Si與含於Si基板1之上層之Ga(鎵)之反應(回熔蝕刻)。又，可將SiC層2之上面之狀態，適於構成第1之氮化物半導體層4之材料之成長之狀態。令SiC層2之厚度成為2μm以下，可抑制對SiC層2之龜裂之產生，抑制起因於SiC層2之Si基板1之彎曲之產生。SiC層2係具有0.7μm以上1.5μm以下之厚度為佳。係SiC層2係具有0.9μm以上1.2μm以下之厚度為更佳。

第1之氮化物半導體層4係與SiC層2接觸，形成於SiC層2上。第1之氮化物半導體層4係經由Al _xGa _1-xN (0.1≦x≦1)所成。第1之氮化物半導體層4係達成做為緩和SiC層2與第2之氮化物半導體層5之晶格常數之差的緩衝層之機能。第1之氮化物半導體層4係例如具有600nm以上4μm以下之厚度，較佳為具有1μm以上3μm以下之厚度，更佳為具有1.5μm以上2.5μm以下之厚度。第1之氮化物半導體層4係使用MOCVD(有機金屬化學氣相沉積)法加以形成。此時，做為Al(鋁)源氣體，例如使用TMA(三甲基鋁)、TEA(三乙基鋁)等。做為Ga源氣體，例如使用TMG(三甲基鎵)、TEG(三乙基鎵)等。做為N源氣體，例如使用NH ₃(氨)等。第1之氮化物半導體層4係具有後述第2之氮化物半導體層5之厚度以下的厚度為佳。

第1之氮化物半導體層4係具有絕緣性或半絕緣性。惟，接近第1之氮化物半導體層4之SiC層2之領域(下例之層)係結晶性有極端下降之疑慮。為此，接近第1之氮化物半導體層4之SiC層2之領域係局部性具有絕緣性或半絕緣性亦可。於此時，接近第1之氮化物半導體層4之電子傳輸層6之領域(上側之層)係具有絕緣性或半絕緣性。第1之氮化物半導體層4係由非故意摻雜層(uid層)、摻雜C(碳)之層、或摻雜過渡金屬之層等所成。

uid層係意味在層之形成時，不進行刻意之不純物之導切之層。uid層係些微包含於層之形成時，非刻意導入之不純物(層之形成時之環境中之不純物)。

第1之氮化物半導體層4係如後述經由互為不之材料所成複數之層所構成亦可。第1之氮化物半導體層4係至少包含Al _xGa _1-xN(0.4＜x≦1)所成第1之領域、和具有0.5μm以上之厚度之Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦0.4)所成第2之領域一。第1之氮化物半導體層4係包含第1之領域與第2之領域之兩者，第1之領域與SiC層2之距離係較第2之領域與SiC層2之距離為小為佳。

第1之氮化物半導體層4為uid層之時，第1之氮化物半導體層4之第1之領域係具有0個/cm ³以上5×10 ¹⁷個/cm ³以下之Si濃度、0個/cm ³以上5×10 ¹⁷個/cm ³以下之O濃度、及0個/cm ³以上5×10 ¹⁷個/cm ³以下之Mg濃度。第1之氮化物半導體層4之第2之領域係具有0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之Si濃度、0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之O濃度、及0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之Mg濃度。更且，第1之氮化物半導體層4之第2之領域之C濃度或Fe濃度中之至少一方係較第1之氮化物半導體層4之第2之領域之Si濃度、O濃度、及Mg濃度之任一者為高，為5×10 ¹⁹個/cm ³以下。由此，可提升第1之氮化物半導體層之絕緣性。

第2之氮化物半導體層5係接觸於第1之氮化物半導體層4，形成於第1之氮化物半導體層4上。第2之氮化物半導體層5係形成於第1之氮化物半導體層4與電子傳輸層6之間。第2之氮化物半導體層5中，刻意導入C或Fe為佳。此時，第2之氮化物半導體層5之C濃度或Fe濃度中之至少一方係較第2之氮化物半導體層5之Si濃度、O濃度、及Mg濃度之任一為高，5×10 ¹⁹個/cm ³以下為佳。第2之氮化物半導體層5係包含C-GaN層51(主層之一例)、和中間層52(中間層之一例)。

C-GaN層51係包含C之GaN層(刻意導入C之GaN層)。C係達到提高GaN之絕緣性之功能。於C-GaN層51中，於層之形成時，不進行C以外之不純物之刻意的導入。此時，C-GaN層51係具有0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之Si濃度、0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之O濃度、及0個/cm ³以上2×10 ¹⁶個/cm ³以下之Mg濃度。又，C-GaN層51係活性化之供體離子之濃度為包含0個/cm ³以上2×10 ¹⁴個/cm ³以下之領域。

然而，構成第2之氮化物半導體層5之主層係非限於C-GaN層51，只有經由絕緣性或半絕緣性之 Al _yGa _1-yN(0≦y＜0.1)所成即可。構成第2之氮化物半導體層5之主層係具有較電子傳輸層6之C濃度為高之C濃度、及較電子傳輸層6之Fe濃度為高之Fe濃度中之至少一方為佳。另一方面，構成第2之氮化物半導體層5之主層中，於層之形成時，不刻意導入上述C及Fe以外之不純物為佳。

中間層52係形成於C-GaN層51之內部及C-GaN層51上之中之至少一方。中間層52係由Al _yGa _1-yN(0.5≦y≦1)所成。中間層52係由AlN所成為佳。中間層52係只要是1層以上即可。中間層52係2層以下為佳，更佳為1層。

本實施之形態之第2之氮化物半導體層5係包含2層之中間層52a及52b。中間層52a及52b係形成於C-GaN層51之內部。經由中間層52a及52b，C-GaN層51係分割成3層之C-GaN層51a、51b、及51c。C-GaN層51a係成為構成第2之氮化物半導體層5之層中之最下層，與第1之氮化物半導體層4接觸。中間層52a係與C-GaN層51a接觸，形成於C-GaN層51a上。C-GaN層51b係與中間層52a接觸，形成於中間層52a上。中間層52b係與C-GaN層51b接觸，形成於C-GaN層51b上。C-GaN層51c係與中間層52b接觸，形成於中間層52b上。C-GaN層51c係成為構成第2之氮化物半導體層5之層中之最上層，與電子傳輸層6接觸。

C-GaN層51(本實施之形態中，係各別之C-GaN層51a、51b、及51c)中，中心PT1(圖4)之深度方向之平均碳濃度係3×10 ¹⁸個/cm ³以上5×10 ²⁰個/cm ³以下，較佳為3×10 ¹⁸個/cm ³以上2×10 ¹⁹個/cm ³以下。C-GaN層51分割成複數之C-GaN層之時，各別複數之C-GaN層係可具有同一之平均碳濃度，具有互為不同之平均碳濃度亦可。複數之C-GaN層中之最上部之C-GaN層係具有較電子傳輸層6之C濃度為高之C濃度佳。

又，C-GaN層51分割成複數之C-GaN層之時，各別複數之C-GaN層係例如具有550nm以上3000nm以下之厚度，較佳為具有800nm以上2500nm以下之厚度。各別複數之C-GaN層係可具有同一之厚度，具有互為不同之厚度亦可。

構成第2之氮化物半導體層5之中間層52(本實施之形態中，中間層52a及52b)為2層以上之時，2層以上之各別中間層係可具有同一之厚度，亦可具有互為不同之厚度。2層以上之各別中間層係具有10nm以上30nm以下之厚度為佳。2層以上之各別中間層係以0.5μm以上10μm以下之間隔加以形成為佳。

第2之氮化物半導體層5係使用MOCVD法加以形成。一般而言，形成C-GaN層之時，較未吸收C之時之GaN層之成長溫度，使GaN層之成長溫度設定為低(具體而言，設定在較刻意地未摻雜C之GaN層之成長溫度低約300℃之溫度)。由此，含於Ga源氣體之C則吸收於GaN層，GaN層則成為C-GaN層。另一方面，GaN層之成長溫度為低時。C-GaN層之品質則下降，C-GaN層之C濃度之面內均勻性則下降。

在此，本案發明人等係發現於形成C-GaN層之時，於反應室內，伴隨Ga源氣體及N源氣體，導入做為C源氣體(C先驅體)之烴方法。根據此方法時，為了促進C之對GaN層之吸收，將GaN之成長溫度設定在高溫(具體而言，設定在較刻意地未摻雜C之GaN層之成長溫度低約200℃之溫度)，而形成C-GaN層。其結果，提升C-GaN層之品質，且提升C-GaN層之C濃度之面內均勻性。

具體而言，做為C源氣體，使用、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、乙炔、丙炔、丁炔、戊炔、己炔、庚炔、或辛炔等之烴。尤其，包含雙鍵或三鍵之烴係具有高反應性之故為佳。做為C源氣體，可僅使用1種類之烴，亦可使用2種類以上之烴。

又，第1之氮化物半導體層4係具有第2之氮化物半導體層5之厚度以下的厚度為佳。使用MOCVD形成包含Al之氮化物層之時，包含Al之有機金屬氣體及氨之原料氣體則導入至基板上。此時，原料氣體之流量多時，Al之有機金屬氣體與氨產生不必要之反應，而產生氣相中粒子。為此，不能增加原料氣體之流量，包含Al之氮化物層之形成，需要長時間。第1之氮化物半導體層4之Al組成比係較第2之氮化物半導體層5之主層之Al組成比為高。為此，第1之氮化物半導體層4藉由具有第2之氮化物半導體層5之厚度以下的厚度，可縮餖第1之氮化物半導體層4及第2之氮化物半導體層5之成膜所需的時間。

然而，於第1之氮化物半導體層4與第2之氮化物半導體層5之間，可介入存在uid層之GaN層(uid-GaN層)等之其他之層。第2之氮化物半導體層5係可包含中間層以外之層，省略中間層亦可。

電子傳輸層6係接觸於第2之氮化物半導體層5，形成於第2之氮化物半導體層5上。電子傳輸層6係由Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)所成。電子傳輸層6係uid層為佳，於層之形成時，為了n型化、p型化、或半絕緣化之不純物非進行刻意導入者為佳。此時，電子傳輸層6之Si濃度、O濃度、Mg濃度、C濃度、及Fe濃度係皆較0為大，1×10 ¹⁷個/cm ³以下。電子傳輸層6係具有0個/cm ³以上1×10 ¹⁶個/cm ³以下之Si濃度、0個/cm ³以上1×10 ¹⁶個/cm ³以下之O濃度、0個/cm ³以上1×10 ¹⁶個/cm ³以下之Mg濃度、0個/cm ³以上1×10 ¹⁷個/cm ³以下之C濃度、及0個/cm ³以上1×10 ¹⁷個/cm ³以下之Fe濃度為更佳。電子傳輸層6係例如具有0.3μm以上5μm以下之厚度。電子傳輸層6係使用MOCVD法加以形成。

尤其，自與電子傳輸層6之障壁層8之邊界起0.5μm以內之領域係具有0以上1×10 ¹⁷個/cm ³以下之C濃度為佳。自與電子傳輸層6之障壁層8之邊界起0.5μm以內之領域具有上述C濃度之時，自與電子傳輸層6之障壁層8之邊界起3μm以內之領域係具有0以上1×10 ¹⁸個/cm ³以下之C濃度為佳。經由將2次元電子氣體6a之附近之領域之C濃度設定在上述範圍，可抑制電流坍塌，抑制HEMT之高頻特性之劣化。

第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係6μm以上10μm以下。厚度W係7.5μm以上8.5μm以下為佳。

障壁層8係接觸於電子傳輸層6，形成於電子傳輸層6上。障壁層8係由具有較電子傳輸層6之能帶隙為廣之能帶隙的氮化物半導體所成。障壁層8係例如由包含Al之氮化物半導體所成，例如由Al _aGa _1-aN(0＜a≦1)所表示之材料所成。障壁層8係由Al _aGa _1-aN(0.17≦a≦0.27)所成為佳，更佳為由Al _aGa _1-aN(0.19≦a≦0.22)所成。障壁層8係例如具有10nm以上50nm以下之厚度。障壁層8係例如具有25nm以上34nm以下之厚度為佳。障壁層8由以Al _aGa _1-aN (0＜a≦1)所表示之材料所成之時，形成障壁層8時之成長溫度係例如1000℃以上1100℃以下。障壁層8係使用MOCVD法加以形成。

然而，於電子傳輸層6與障壁層8之間，介入存在間隔層等亦可。於障壁層8上，形成覆蓋層或鈍化層亦可。

圖2係顯示本發明之第1實施形態之第1之氮化物半導體層4內部之Al組成比之分布圖。

參照圖2，第1之氮化物半導體層4之內部之Al之組成比係伴隨自下部朝向上部而減少。第1之氮化物半導體層4係包含AlN層40、和AlGaN層4a。AlN層40係接觸於SiC層2，形成於SiC層2上。

AlGaN層4a係接觸於AlN層40，形成於AlN層40上。AlGaN層4a之內部之Al之組成比係伴隨自下部朝向上部而減少。AlGaN層4a係由Al _0.75Ga _0.25N層41(Al之組成比為0.75之AlGaN層)、和Al _0.5Ga _0.5N層42(Al之組成比為0.5之AlGaN層)、和Al _0.25Ga _0.75N層43(Al之組成比為0.25之AlGaN層)所構成。Al _0.75Ga _0.25N層41係接觸於AlN層40，形成於AlN層40上。Al _0.5Ga _0.5N層42係接觸於Al _0.75Ga _0.25N層41，形成於Al _0.75Ga _0.25N層41上。Al _0.25Ga _0.75N層43係接觸於Al _0.5Ga _0.5N層42，形成於Al _0.5Ga _0.5N層42上。

各別之AlN層40、Al _0.75Ga _0.25N層41、及Al _0.5Ga _0.5N層42係相當於由Al _xGa _1-xN(0.4＜x≦1)所成第1之氮化物半導體層4之第1之領域。Al _0.25Ga _0.75N層43係相當於由Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦0.4)所成第1之氮化物半導體層4之第2之領域。

第1之氮化物半導體層4之內部之Al組成比係可為任意的。第1之氮化物半導體層4由複數之層構成之時，最下層係AlN層為佳。

本實施之形態中，第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係6μm以上10μm以下。厚度W為6μm以上之故，自2次元電子氣體6a視之，基板側之方向被絕緣性或半絕緣性之層厚厚地被覆。其結果，可抑制基板之寄生電容及寄生阻抗所成高頻損失，而提升HEMT之高頻特性。又，厚度W為10μm以下之故，可抑制第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度變厚所造成之龜裂之產生或基板之彎曲之產生。具體而言，可將化合物半導體基板CS1之彎曲量抑制在較0為50μm以下之範圍。

又，Si基板1係以Cz法加以製作。為此，Si基板1係具有5×10 ¹⁷個/cm ³以上1×10 ¹⁹個/cm ³以下之高O濃度，具有高彈性極限。經由使用以Cz法製作之Si基板1，可抑制起因於以6μm以上10μm以下之合計之厚度W所形成之第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之基板之彎曲。又，經由於Si基板1與第1之氮化物半導體層4之間，形成SiC層2，可抑制起因於包含在形成於Si基板1上層之Ga與Si基板1之Si之反應的回熔蝕刻。又，經由於Si基板1與第1之氮化物半導體層4之間，形成SiC層2，SiC層2則達成做為Si基板1與第1之氮化物半導體層4之間之緩衝層之功能，抑制對第1之氮化物半導體層4之龜裂之產生。其結果，可提供具有高品質之化合物半導體基板及化合物半導體裝置。

又，根據本實施之形態時，於第2之氮化物半導體層5中，經由於C-GaN層51之內部及C-GaN層51上之至少一方，形成中間層52，可抑制Si基板1之彎曲之產生，抑制中間層52上之C-GaN層51或對電子傳輸層6之龜裂之產生。對此，說明如下。

中間層52形成於C-GaN層51之內部時，中間層52之基材係成為C-GaN層51，形成於中間層52上之層亦成為C-GaN層51。中間層52形成於C-GaN層51上時，中間層52之基材係成為C-GaN層51，形成於中間層52上之層係成為電子傳輸層6。

構成中間層52之Al _yGa _1-yN(0.5≦y≦1)係以對於基材之構成C-GaN層51之GaN(一般化而言，構成主層之Al _yGa _1-yN(0≦y＜0.1))之結晶而言非整合之狀態(產生滑移之狀態)，於C-GaN層51上磊晶成長。另一方面，中間層52上之構成C-GaN層51之GaN或構成電子傳輸層6之Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)係受到基材之構成中間層52之Al _yGa _1-yN(0.5≦y≦1)之結晶之影響。即，中間層52上之構成C-GaN層51之GaN或構成電子傳輸層6之Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)係承接構成中間層52之Al _yGa _1-yN(0.5≦y≦1)之結晶構造，磊晶成長於中間層52上。GaN及Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)之晶格常數係較Al _yGa _1-yN(0.5≦y≦1)之晶格常數為大之故，中間層52上之GaN及Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)之圖1中橫方向之晶格常數係較一般之(不含壓縮應變)GaN及Al _zGa _1-zN (0≦z＜0.1)之晶格常數為小。換言之，中間層52上之C-GaN層51或電子傳輸層6係於該內部，包含壓縮應變。

於C-GaN層51及電子傳輸層6形成後之降溫時，起因於GaN及Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)、和Si之熱膨脹係數之差，C-GaN層51及電子傳輸層6係從基材之中間層52受到應力。此應力則成為Si基板1之彎曲之產生的原因，成為對C-GaN層51及電子傳輸層6之龜裂之產生之原因。但是此應力係於C-GaN層51及電子傳輸層6之形成時，經由導入至中間層52上之C-GaN層51或電子傳輸層6之內部的壓縮應變而被緩和。其結果，可抑制Si基板1之彎曲之產生，而抑制對C-GaN層51或電子傳輸層6之龜裂之產生。

又，化合物半導體基板CS1係包含具有較GaN之絕緣破壞電壓高之絕緣破壞電壓之C-GaN層51、中間層52、以及第1之氮化物半導體層4。其結果，可提升化合物半導體基板之縱方向之耐電壓。

又，根據本實施之形態時，化合物半導體基板CS1則於Si基板1與電子傳輸層6之間，包含第1之氮化物半導體層4之故，可緩和Si之晶格常數與電子傳輸層6之Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)之晶格常數之差。第1之氮化物半導體層4之Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦1)之晶格常數係具有Si之晶格常數與Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)之晶格常數之間之值之緣故。其結果，可提升電子傳輸層6之結晶品質。又，可抑制Si基板1之彎曲之產生，而抑制對C-GaN層51及電子傳輸層6之龜裂之產生。

又，根據本實施之形態，如上所述，可抑制Si基板1之彎曲之產生，及對電子傳輸層6之龜裂之產生之故，可厚膜化電子傳輸層6。

更且，化合物半導體基板CS1係做為電子傳輸層6之基底層，包含SiC層2。SiC之晶格常數係相較Si之晶格常數，接近電子傳輸層6之電子傳輸層6之Al _zGa _1-zN(0≦z＜0.1)之晶格常數。經由於SiC層2上形成C-GaN層51及電子傳輸層6，可提升C-GaN層51及電子傳輸層6之結晶品質。

如上所述，根據本實施之形態時，經由分為第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及SiC層2之各別機能、可各別增大抑制Si基板1之彎曲之產生之效果，抑制對C-GaN層51及電子傳輸層6之龜裂之產生之效果，提升化合物半導體基板CS1之耐電壓之效果，以及提升C-GaN層51及電子傳輸層6之結晶品質之效果。尤其，本實施之形態中，令SiC層2成為基底層，可大為賦予改善電子傳輸層6之結晶品質之部分。

根據本實施之形態時，有SiC層2，經由提升C-GaN層51及電子傳輸層6之結晶品質，經由第2之氮化物半導體層5中之中間層52，更有效率抑制彎曲之產生及龜裂之產生。又，有SiC層2，經由提升C-GaN層51之結晶品質，可使C-GaN層51及電子傳輸層6變厚之故，更可改善耐電壓。提升HEMT之性能。

本實施之形態中，第2之氮化物半導體層5係形成於C-GaN層51之內部及C-GaN層51上之中之至少一方之1層以上之中間層52中，包含由Al _yGa _1-yN(0.5≦y≦1)所成中間層52。C-GaN層51係具有較電子傳輸層6之C濃度為高之C濃度、及較電子傳輸層6之Fe濃度為高之Fe濃度中之至少一方。由此，可提高氮化物半導體層之絕緣性下，可抑制彎曲之產生及龜裂之產生。

根據本實施之形態時，具有圓板形狀，具有100mm以上200mm以下之直徑之化合物半導體基板(大口徑化之化合物半導體基板)中，可將經由後述記載定義之彎曲量成為0以上50μm以下。又，可使自化合物半導體基板之上面之外周端部的距離為5mm以下之領域以外的領域，不含龜裂。更且，可使化合物半導體基板之上面不包含回熔蝕刻之痕跡。

又，於形成C-GaN層51之時，做為C源氣體經由導入烴，可使GaN之成長溫度設定在高溫下，形成C-GaN層51。GaN之成長溫度成為高溫之故，可提升C-GaN層51之品質。

圖3係模式性顯示構成C-GaN層51之GaN之二次元成長之圖。圖3(a)係顯示GaN之成長溫度為低溫之時之成長，圖3(b)係顯示GaN之成長溫度為高溫之時之成長。

參照圖3(a)，於GaN之成長溫度為低溫之時，C-GaN層51之二次元成長(圖3中橫方向)緩慢之故，存在於C-GaN層51之下層之凹坑等之缺陷DF係未經由C-GaN層51被覆，缺陷DF亦易於擴展至C-GaN層51之內部。

參照圖3(b)，本實施之形態中，GaN之成長溫度成為高溫之故，促進GaN之二次元成長，存在於C-GaN層51之下層之凹坑等之缺陷DF係經由C-GaN層51被覆。其結果，可減低C-GaN層51之缺陷密度，缺陷DF則將化合物半導體基板向縱方向貫通，回避化合物半導體基板之耐壓明顯下降之事態。

圖4係顯示本發明之第1之實施形態之化合物半導體基板CS1之構成的平面圖。

參照圖4，化合物半導體基板CS1之平面形狀可為任意的。化合物半導體基板CS1係具有圓之平面形狀之時，化合物半導體基板CS1之直徑係6英吋以上。以平面視之時，令化合物半導體基板CS1之中心為中心PT1，令從中心PT1遠離71.2mm之位置(相當於從直徑6英吋之基板之外周端部遠離5mm之位置)為邊緣PT2。

提升C-GaN層51之品質之結果，可提升C-GaN層51之膜厚之面內均勻性，提升C-GaN層51之C濃度之面內均勻性。又，提升化合物半導體基板CS1之縱方向之真性破壞電壓值，減少C-GaN層51之缺陷密度。其結果，可提升縱方向之電流-電壓特性之面內均勻性。

具體而言，令C-GaN層51之中心PT1之深度方向(圖1中縱方向)之中心位置之碳素濃度為濃度C1，令C-GaN層51之邊緣PT2之深度方向之中心位置之碳濃度為濃度C2之時，ΔC(%)=|C1-C2|×100/C1所表示之濃度誤差ΔC係0以上50%以下，較佳為0以上33%以下。

又，令C-GaN層51之中心PT1之膜厚為膜厚W1，令C-GaN層51之邊緣PT2之膜厚為膜厚W2之時，ΔW(%)=|W1-W2|×100/W1所表示之膜厚誤差ΔW係較0為，8%以下，較佳為較0為大，4%以下。

又，化合物半導體基板CS1之縱方向之真性破壞電壓值係1200V以上1600V以下。又，造成此真性破壞電壓值之80%以下之電壓值之絕緣破壞之C-GaN層51之中心PT1之缺陷密度係較0為大，100個/cm ²以下，較佳為較0為大，2個/cm ²以下。又，造成此真性破壞電壓值之80%以下之電壓值之絕緣破壞之C-GaN層51之邊緣PT2之缺陷密度係較0為大，7個/cm ²以下，較佳為較0為大，2個/cm ²以下。

[第2之實施形態]

圖5係顯示本發明之第2之實施形態之化合物半導體裝置DC2及化合物半導體基板CS2之構成的剖面圖。

參照圖5，本實施之形態之化合物半導體裝置DC2(化合物半導體裝置之一例)係替代化合物半導體基板CS1，具備化合物半導體基板CS2(化合物半導體基板之一例)。化合物半導體基板CS2係與化合物半導體基板CS1比較，第2之氮化物半導體層5之內部之構成係不同的。具體而言，本實施之形態之第2之氮化物半導體層5係包含僅1層之中間層52。中間層52係形成於C-GaN層51上。中間層52係成為構成第2之氮化物半導體層5之層中之最上層，與電子傳輸層6接觸。以補足伴隨構成第2之氮化物半導體層5之層數之減少為目的，電子傳輸層6之厚度W係較第1之實施的形態之電子傳輸層之厚度為厚。

然而，上述以外之化合物半導體裝置DC2及化合物半導體基板CS2之構成係與第1之實施的形態之化合物半導體裝置DC1及化合物半導體基板CS1之構成相同之故，於同一之構件加上相同之符號，不重覆該說明。

根據本實施之形態時，亦可得與第1之實施形態相同的效果。更且，構成第2之氮化物半導體層5之層數變少之故，化合物半導體基板及化合物半導體裝置則成為簡單之構成。

[第1及第2之實施形態之變形例]

本變形例中，對於各別之化合物半導體基板CS1及CS2之第1之氮化物半導體層4之變形例之構成加以說明。

圖6係顯示本發明之第1及第2之實施形態之第1之變形例之第1之氮化物半導體層4內部之Al組成比之分布圖。

參照圖6，本變形例之第1之氮化物半導體層4係包含AlN層40、和AlGaN層4a、和AlN層44、和AlGaN層4b。AlN層40係接觸於SiC層2，形成於SiC層2上。

AlGaN層4a係接觸於AlN層40，形成於AlN層40上。AlGaN層4a係由Al _0.75Ga _0.25N層41(Al之組成比為0.75之AlGaN層)所成。AlGaN層4a之內部之Al之組成比係成為一定。

AlN層44係接觸於AlGaN層4a，形成於AlGaN層4a上。AlGaN層4b係接觸於AlN層44，形成於AlN層44上。AlGaN層4b之內部之Al之組成比係伴隨自下部朝向上部而減少。AlGaN層4b係由Al _0.5Ga _0.5N層42(Al之組成比為0.5之AlGaN層)、和Al _0.25Ga _0.75N層43(Al之組成比為0.25之AlGaN層)所構成。Al _0.5Ga _0.5N層42係接觸於AlN層44，形成於AlN層44上。Al _0.25Ga _0.75N層43係接觸於Al _0.5Ga _0.5N層42，形成於Al _0.5Ga _0.5N層42上。

各別之AlN層40及44、Al _0.75Ga _0.25N層41、以及Al _0.5Ga _0.5N層42係相當於由Al _xGa _1-xN(0.4＜x≦1)所成第1之氮化物半導體層4之第1之領域。Al _0.25Ga _0.75N層43係相當於由Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦0.4)所成第1之氮化物半導體層4之第2之領域。

圖7係顯示本發明之第1及第2之實施形態之第2之變形例之第1之氮化物半導體層4內部之Al組成比之分布圖。

參照圖7，本變形例之第1之氮化物半導體層4係包含AlN層40、和AlGaN層4a、和AlN層44、和AlGaN層4b。AlN層40係接觸於SiC層2，形成於SiC層2上。

AlGaN層4a係接觸於AlN層40，形成於AlN層40上。AlGaN層4a之內部之Al之組成比係伴隨自下部朝向上部而減少。AlGaN層4a係由Al _0.75Ga _0.25N層41(Al之組成比為0.75之AlGaN層)、和Al _0.5Ga _0.5N層42(Al之組成比為0.5之AlGaN層)所構成。Al _0.75Ga _0.25N層41係接觸於AlN層40，形成於AlN層40上。Al _0.5Ga _0.5N層42係接觸於Al _0.75Ga _0.25N層41，形成於Al _0.75Ga _0.25N層41上。

AlN層44係接觸於AlGaN層4a，形成於AlGaN層4a上。AlGaN層4b係接觸於AlN層44，形成於AlN層44上。AlGaN層4b係由Al _0.25Ga _0.75N層43(Al之組成比為0.25之AlGaN層)所成。AlGaN層4b之內部之Al之組成比係成為一定。

各別之AlN層40及44、Al _0.75Ga _0.25N層41、以及Al _0.5Ga _0.5N層42係相當於由Al _xGa _1-xN(0.4＜x≦1)所成第1之氮化物半導體層4之第1之領域。Al _0.25Ga _0.75N層43係相當於由Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦0.4)所成第1之氮化物半導體層4之第2之領域。

然而，各別之第1及第2之變形例之化合物半導體基板之上述以外之構成係與上述實施的形態之時相同之故，於同一之構件加上相同之符號，不重覆該說明。

AlN層44係達成在於AlGaN層4b產生壓縮應變之機能。如第1及第2之變形例，經由設置AlN層44，可更抑制彎曲或龜裂。

[第3之實施形態]

圖8係顯示本發明之第3之實施形態之化合物半導體裝置DC3及化合物半導體基板CS3之構成的剖面圖。

參照圖8，本實施之形態之化合物半導體裝置DC3(化合物半導體裝置之一例)係替代化合物半導體基板CS1，具備化合物半導體基板CS3(化合物半導體基板之一例)。化合物半導體基板CS3中，第1之氮化物半導體層4係包含AlN層40、和Al _0.75Ga _0.25N層41、和AlN層44、和Al _0.5Ga _0.5N層42、和AlN層45、和Al _0.25Ga _0.75N層43。AlN層40係與SiC層2接觸，形成於SiC層2上。Al _0.75Ga _0.25N層41係接觸於AlN層40，形成於AlN層40上。AlN層44係接觸於Al _0.75Ga _0.25N層41，形成於Al _0.75Ga _0.25N層41上。Al _0.5Ga _0.5N層42係接觸於AlN層44，形成於AlN層44上。AlN層45係接觸於Al _0.5Ga _0.5N層42，形成於Al _0.5Ga _0.5N層42上。Al _0.25Ga _0.75N層43係接觸於AlN層45，形成於AlN層45上。

AlN層40、44及45、Al _0.75Ga _0.25N層41、以及Al _0.5Ga _0.5N層42係相當於由Al _xGa _1-xN(0.4＜x≦1)所成第1之氮化物半導體層4之第1之領域。Al _0.25Ga _0.75N層43係相當於由Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦0.4)所成第1之氮化物半導體層4之第2之領域。

然而，上述以外之化合物半導體裝置DC3及化合物半導體基板CS3之構成係與第1之實施的形態之化合物半導體裝置DC1及化合物半導體基板CS1之構成相同之故，於同一之構件加上相同之符號，不重覆該說明。

根據本實施之形態時，亦可得與第1之實施形態相同的效果。

[第4之實施形態]

圖9係顯示本發明之第4之實施形態之化合物半導體裝置DC4及化合物半導體基板CS4之構成的剖面圖。

參照圖9，本實施之形態之化合物半導體裝置DC4(化合物半導體裝置之一例)係替代化合物半導體基板CS1，具備化合物半導體基板CS4(化合物半導體基板之一例)。於化合物半導體基板CS4中，第1之氮化物半導體層4係具有與第3之實施的形態之化合物半導體基板CS3之第1之氮化物半導體層之構成相同之構成。具體而言，第1之氮化物半導體層4係包含AlN層40、和Al _0.75Ga _0.25N層41、和AlN層44、和Al _0.5Ga _0.5N層42、和AlN層45、和Al _0.25Ga _0.75N層43。AlN層40係與SiC層2接觸，形成於SiC層2上。Al _0.75Ga _0.25N層41係接觸於AlN層40，形成於AlN層40上。AlN層44係接觸於Al _0.75Ga _0.25N層41，形成於Al _0.75Ga _0.25N層41上。Al _0.5Ga _0.5N層42係接觸於AlN層44，形成於AlN層44上。AlN層45係接觸於Al _0.5Ga _0.5N層42，形成於Al _0.5Ga _0.5N層42上。Al _0.25Ga _0.75N層43係接觸於AlN層45，形成於AlN層45上。

AlN層40、44及45、Al _0.75Ga _0.25N層41、以及Al _0.5Ga _0.5N層42係相當於由Al _xGa _1-xN(0.4＜x≦1)所成第1之氮化物半導體層4之第1之領域。Al _0.25Ga _0.75N層43係相當於由Al _xGa _1-xN(0.1≦x≦0.4)所成第1之氮化物半導體層4之第2之領域。

又，於化合物半導體基板CS4中，第2之氮化物半導體層5係具有與第2之實施的形態之化合物半導體基板CS2之第2之氮化物半導體層之構成相同之構成。具體而言，第2之氮化物半導體層5係包含僅1層之中間層52。中間層52係形成於C-GaN層51上。中間層52係成為構成第2之氮化物半導體層5之層中之最上層，與電子傳輸層6接觸。

然而，上述以外之化合物半導體裝置DC4及化合物半導體基板CS4之構成係與第1之實施的形態之化合物半導體裝置DC1及化合物半導體基板CS1之構成相同之故，於同一之構件加上相同之符號，不重覆該說明。

根據本實施之形態時，亦可得與第1之實施形態相同的效果。

[實施例]

做為第1之實施例，本案發明人等係製造做為試料具有說明如下構成之各別試料1~3。

試料1(本發明例)：使用經由Cz法製作之6英吋之Si基板，製造與圖8所示化合物半導體基板CS3相同之構造。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成7μm。

試料2(本發明例)：使用經由Cz法製作之6英吋之Si基板，製造與圖8所示化合物半導體基板CS3相同之構造。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成8μm。

試料3(本發明例)：使用經由Cz法製作之6英吋之Si基板，製造與圖9所示化合物半導體基板CS4相同之構造。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成8μm。

試料4(比較例)：除了使用經由Fz法製作之6英吋之Si基板之外，製造與圖8所示化合物半導體基板CS3相同之構造。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成7μm。

試料5(比較例)：除了使用經由Fz法製作之6英吋之Si基板之外，製造與圖8所示化合物半導體基板CS3相同之構造。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成8μm。

試料6(比較例)：除了使用經由Fz法製作之6英吋之Si基板之外，製造與圖9所示化合物半導體基板CS4相同之構造。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成8μm。

試料7(比較例)：除了省略SiC層2之部分以外，製造與圖8所示化合物半導體基板CS3相同之構造。本比較例中，使用經由Cz法製作之6英吋之Si基板。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成7μm。

試料8(比較例)：除了省略SiC層2之部分以外，製造與圖8所示化合物半導體基板CS3相同之構造。本比較例中，使用經由Cz法製作之6英吋之Si基板。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成8μm。

試料9(比較例)：除了省略SiC層2之部分以外，製造與圖9所示化合物半導體基板CS4相同之構造。本比較例中，使用經由Cz法製作之6英吋之Si基板。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成8μm。

本案發明人等係對於所得各別試料1~3，就表面測定而言，使用表面2探針型之水銀探針，進行CV測定。然後，從所得CV資料，取得各別試料1~3之供體離子濃度之深度方向分布。對於CV測定，使用「Four Dimensions(註冊商標)」公司製之「CV92M手動水銀探針(註冊商標)」、以及「Keysight Tehcnologies(註冊商標)」公司製之「E4980A LCR測量器(註冊商標)」。此結果、於試料1~3之任一者中，具有2×10 ¹⁴個/cm ³以下之供體離子濃度之充分為高阻抗或半絕緣性之領域，則可確認在C-GaN層51(主層)內。

本案發明人等係對於所得各別試料1~6，進行彎曲量之測定。彎曲量之測定係使用「Corning Tropel (註冊商標)」公司製之「Flatmaster」之平面度測定機。根據SORI之規格，算出彎曲量。具體而言，算出(規定)試料之上面之最小平方平面。然後，將從算出之最小平方平面，至試料之上面之最高點之距離之絕對值、和至試料之上面之最低點之距離之絕對值之合計做為彎曲量加以計算。

圖10係顯示本發明之第1實施例之試料1~3之各別上面之彎曲量之分布圖。圖10(a)顯示試料1之上面之彎曲量之分布圖。圖10(b)顯示試料2之上面之彎曲量之分布圖。圖10(c)顯示試料3之上面之彎曲量之分布圖。

參照圖10，試料1之彎曲量係34.260μm。試料2之彎曲量係13.461μm。試料3之彎曲量係19.526μm。本案發明人等係做為試料1，製造複數之試料，算出所得複數之試料1之各別彎曲量。本案發明人等係做為試料2，製造複數之試料，算出所得複數之試料2之各別彎曲量。更且，本案發明人等係做為試料3，製造複數之試料，算出所得複數之試料3之各別彎曲量。其結果，試料1~3之彎曲量係皆為0以上50μm以下。相較之下，試料4~6之彎曲量係皆超過50μm。由此結果，在試料1~3中，相較於試料4~6，彎曲量可知被加以抑制。

接著，本案發明人等係對所得各別試料1~3及7~9，確認龜裂之產生之有無及回熔蝕刻之產生之有無。於試料之上面，照射雷射光，根據收訊之散亂光，作成雷射散射圖像。從作成之雷射散射圖像，確認龜裂之產生之有無及回熔蝕刻之產生之有無。雷射散射圖像之作成中，使用「KLA-TENCOR(註冊商標)」公司製之「CANDELA(註冊商標)」。

圖11係本發明之第1實施例之試料1及7之各別上面之雷射散射圖像。圖10(a)係試料1之上面之雷射散射圖像。圖10(b)係試料7之上面之雷射散射圖像。

參照圖11，試料1及7之各別之厚度W係皆為7μm。於試料1之上面之外周端部附近之領域(自外周端部的距離為5mm以下之領域)中，發現些微之龜裂之產生。於此以外之領域中，未發現龜裂之產生。於試料1之上面，未發現回熔蝕刻之痕跡。另一方面，於試料7之上面之外周端部附近之領域，發現具有10mm以上之長度的巨大龜裂之產生。

圖12係本發明之第1實施例之試料2及8之各別上面之雷射散射圖像。圖12(a)係試料2之上面之雷射散射圖像。圖12(b)係試料8之上面之雷射散射圖像。

參照圖12，試料2及8之各別之厚度W係皆為8μm。於試料2之上面之外周端部附近之領域(自外周端部的距離為5mm以下之領域)中，發現些微之龜裂之產生。於此以外之領域中，未發現龜裂之產生。另一方面，於試料8之上面，遍及整體，發現巨大龜裂之產生。

圖13係圖12所示之雷射散射圖像之部分擴大圖。圖13(a)係圖12(a)所示之雷射散射圖像之部分擴大圖。圖13(b)係圖12(b)所示之雷射散射圖像之部分擴大圖。

參照圖13，於試料2之上面，未發現回熔蝕刻之痕跡。另一方面，於試料8之上面之外周端部附近之龜裂底部，則露出金屬化之Si(圖13(b)中以箭頭顯示之部分)。金屬化之Si係回熔蝕刻之產生之痕跡。

圖14係本發明之第1之實施例之試料3及9之各別上面之雷射散射圖像。圖14(a)係試料3之上面之雷射散射圖像。圖14(b)係試料9之上面之雷射散射圖像。

參照圖14，試料3及9之各別之厚度W係皆為8μm。於試料3之上面之外周端部附近之領域(自外周端部的距離為5mm以下之領域)中，發現些微之龜裂之產生。於此以外之領域中，未發現龜裂之產生。於試料3之上面，未發現回熔蝕刻之痕跡。另一方面，於試料9之上面，遍及整體，發現巨大龜裂之產生。

從圖11~圖14之結果，試料1~3中，即使厚度W為6μm以上時，可知抑制對於自化合物半導體基板之上面之外周端部的距離成為5mm以下之領域以外的領域之龜裂之產生。又，試料1~3中，可知遍及於化合物半導體基板之上面，抑制整體回熔蝕刻之產生。

接著本案發明人等，使用所得試料3，製作化合物半導體裝置DC4。然後，將製作之化合物半導體裝置DC4之遮蔽頻率，在室溫進行測定。在此，將障壁層8之組成成為Al _0.26Ga _0.74N。

化合物半導體裝置DC4係以下述方法加以製作。首先，元件分離裝置之外周領域。於元件分離之時，使用BCl ₃電漿基礎之反應性離子蝕刻(RIE)技術，從試料3之表面至300nm之深度位置，將試料3進行深高台蝕刻加工。

接著，使用紫外線(UV)微影技術及電子束沉積法，堆積Ti/Al/Ni/Au金屬層疊。由此，於形成源極電極11、及汲極電極12。各別之源極電極11及汲極電極12與試料3之表面之電阻接觸層係在在N ₂環境下，進行850℃30秒之快速高溫退火(RTA)而作成。蕭特基電極之閘極電極13係使用電子束沉積法，堆積Ni/Au金屬層疊而形成。

然而，閘極襯墊係形成於從試料3之表面至300nm之深度位置進行深高台蝕刻加工之領域。為此，對應於後述之開放閘極襯墊之S參數測定之有效氮化物層之厚度係成為7.7μm。

於遮蔽頻率之測定時，使用並列形成2條之閘極電極13之裝置。閘極電極13之閘極長係2μm，閘極寬度係50μm。遮蔽頻率之測定係使用「Keysight Tehcnologies(註冊商標)」公司製之「P5400A向量網路分析儀(註冊商標)」而進行。此測定系統係經由SLOT校正標準，正確加以校正。

遮蔽頻率之測定係經由施加10V之汲極電壓及-0.8V之閘極電壓，使裝置成為導通(ON)之狀態，在0.5~20GHz之頻率領域進行。由此，取得電流增益(|H21|)之頻率關連性曲線。接著，將對於頻率之對數，繪製|H21| ²之值的資料，以直線外插，將成為|H21|=0dB時之頻率做為遮蔽頻率加以決定。

圖15係顯示本發明之第1實施例中，使用試料3製作之化合物半導體裝置DC4之遮蔽頻率與閘極長之關係圖。然而，圖15中，亦一併顯示以往之高頻用途之化合物半導體裝置之遮蔽頻率與閘極長之關係圖。圖15中之圓之圖形係顯示使用試料3製作之化合物半導體裝置DC4之遮蔽頻率與閘極長之關係。圖15中之菱形之圖形係顯示圖22所示HEMT1010之遮蔽頻率與閘極長之關係。圖15中之三角之圖形係顯示圖23所示HEMT1020之遮蔽頻率與閘極長之關係。圖15中之正方形之圖形係顯示圖23所示HEMT1020中，於Fz-Si基板1061與氮化物緩衝層1052之間，追加薄SiC層之構造之遮蔽頻率與閘極長之關係。

參照圖15，拉出連結顯示以往之高頻用途之化合物半導體裝置之遮蔽頻率與閘極長之關係之複數之圖形之直線L。顯示使用試料3製作之化合物半導體裝置DC4之遮蔽頻率與閘極長之關係之圖形，係存在於直線L上。經由此結果，得知化合物半導體裝置DC4係具有與以往之高頻用途之化合物半導體元件相同程度之高頻特性。

接著本案發明人等，以與遮蔽頻率之測定時(圖15之情形)相同之方法，使用各別試料2及試料3，製作各別化合物半導體裝置DC3及DC4。然後，評估製作之各別化合物半導體裝置DC3及DC4之小信號特性之溫度變化。具體而言，在各別25℃、50℃、75℃、100℃、及125℃之溫度，測定對於閘極開放襯墊構造而言之S參數S11。S參數之測定係使用「Keysight Tehcnologies(註冊商標)」公司製之「P5400A向量網路分析儀(註冊商標)」而進行。此測定系統係經由SLOT校正標準，正確加以校正。

於S參數S11之測定時，於電子傳輸層上不存在閘極電極，使用僅形成閘極襯墊之裝置，即使用閘極開放襯墊構造之裝置。閘極襯墊領域之面積係4.9×10 ^-5cm ²。

然而，閘極襯墊係形成於從試料3之表面至300nm之深度位置進行深高台蝕刻加工之領域。為此，對應於開放閘極襯墊之S參數測定之有效氮化物層之厚度係成為7.7μm。

圖16係顯示本發明之第1實施例之試料2之S參數S11之頻率特性圖。圖17係顯示本發明之第1實施例之試料3之S參數S11之頻率特性圖。然而，圖16及圖17中，僅顯示25℃及125℃之各別溫度之S參數S11。

參照圖16及圖17，使用上述之閘極開放襯墊構造之裝置，S參數S11之頻率關連性曲線則在0.5~20GHz之頻率領域取得，繪製於Smith圖上。

從圖16及圖17可知，試料2及3之S參數S11係顯示無關溫度幾近成為一定之舉動。由此結果，化合物半導體裝置DC3及DC4係與圖23所示以往之HEMT1020等不同，在高溫下，亦與室溫同様地，高頻信號之衰減為少。

更且，將圖17之資料在RC串聯電路匹配之結果，襯墊之靜電電容與阻抗之測定值係各別為0.059pF與9.5Ω。襯墊之阻抗值9.5Ω係以閘極襯墊領域之面積4.9×10 ^-5cm ²規格化時，就每單位面積之值而言，充分為高阻抗。由此試料3中，可知伴隨高頻特性之劣化之寄生導通要素可被充分抑制。

又，將襯墊之靜電電容以閘極襯墊領域之面積規格化，使用規格化之值，將氮化物之絕緣性高之部分之厚度，做為襯墊之靜電電容之介電層之厚度計算。其結果，所計算之值為7.1μm。此值係對應於開放閘極襯墊之S參數測定之有效氮化物層之厚度，為接近7.7μm之值。由此，試料3中，氮化物層之大部分維持做為介電層之性質(即半絕緣性或充分之高阻抗性)。

由此，以本案之構成於厚SiC層上形成厚氮化物層時，氮化物層之大部分可維持做為介電層之性質，即維持半絕緣性或充分之高阻抗性。更且，經由於氮化物層之下側，設置SiC層，可將氮化物層之厚度，使高頻特性之劣化變化，而成為充分之厚度。其結果，可提升裝置之高頻性能。更且，在高溫下亦可與室溫相同，減少高頻信號之衰減。

做為第2實施例，本案發明人等，將與圖8所示化合物半導體基板CS3相同之構造，以2種之製造條件加以製造，得各別之試料10及11。試料10及11係使用Cz法製作之6英吋之Si基板加以製造。

於形成各別試料10：C-GaN層51a、51b及51c之時，將成膜溫度設定在高溫(較不摻雜C之GaN層之成長溫度低約200℃之溫度)下，做為C源氣體導入烴。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成7μm。

於形成各別試料11：C-GaN層51a、51b及51c之時，將成膜溫度設定在低溫(較不摻雜C之GaN層之成長溫度低約300℃之溫度)下，不導入C源氣體。第1之氮化物半導體層4、第2之氮化物半導體層5、及電子傳輸層6之合計之厚度W係設定成7μm。

接著本案發明人等係目視確認化合物半導體基板CS3之龜裂之產生之有無。其結果，在試料10及11之任一中，未產生龜裂。

接著本案發明人等係將化合物半導體基板CS3之Si基板1之回熔蝕刻(經由Si與Ga之反應，結晶變質之現象)之產生之有無，經由光學顯微鏡之觀察加以確認。其結果，在試料10及11之任一中，未產生回熔蝕刻(在試料10及11之任一之基板整面，滿足無回熔)。

接著本案發明人等係對於各別化合物半導體基板CS3之C-GaN層51a、51b、及51c，計測中心PT1之深度方向之碳濃度分布、與邊緣PT2之深度方向之碳濃度分布。此計測中，使用SIMS(二次離子質譜)。接著，根據計測之碳濃度分布，算出中心PT1之深度方向之中心位置之碳素濃度之濃度C1，和邊緣PT2之深度方向之中心位置之碳濃度之濃度C2。接著，根據算出之濃度C1及C2，算出ΔC(%)=|C1-C2|×100/C1所表示之濃度誤差ΔC。

圖18係顯示本發明之第2實施例所算出之濃度誤差ΔC之值之圖。

參照圖18，於試料10中，各別C-GaN層51a、51b、及51c之中心PT1之深度方向之碳濃度之範圍係4×10 ¹⁸個/cm ²以上8×10 ¹⁸個/cm ²以下，邊緣PT2之深度方向之碳濃度之範圍係4.3×10 ¹⁸個/cm ²以上7×10 ¹⁸個/cm ²以下。試料10中，中心PT1之碳濃度與邊緣PT2之碳濃度係幾乎為相同之值，各別C-GaN層51a、51b、及51c之濃度誤差ΔC係各別為33%、21%、及0%。本案發明人等係製造複數之試料10，將所得複數之試料10之各別濃度誤差ΔC，以上述方法計測。其結果，任一之試料10，濃度誤差ΔC係皆成為0以上50%以下之範圍內之值。

另一方面，於試料11中，各別C-GaN層51a、51b、及51c之中心PT1之深度方向之碳濃度之範圍係5×10 ¹⁸個/cm ²以上1.5×10 ¹⁹個/cm ²以下，邊緣PT2之深度方向之碳濃度之範圍係2.3×10 ¹⁹個/cm ²以上4.2×10 ¹⁹個/cm ²以下。試料11中，邊緣PT2之碳濃度較中心PT1之碳濃度為高，各別C-GaN層51a、51b、及51c之濃度誤差ΔC係各別為448%、312%、及258%。

由以上之結果，在試料10中，相較於試料11，提升了C-GaN層之碳濃度之面內均勻性。

接著本案發明人等係對於各別化合物半導體基板CS3之C-GaN層51a、51b、及51c，計測各別之中心PT1之膜厚之膜厚W1、和邊緣PT2之膜厚的膜厚W2。此計測係使用TEM(穿透式電子顯微鏡)，觀察化合物半導體基板CS3之剖面加以進行。接著，根據計測之膜厚W1及W2，算出ΔW(%)=|W1-W2|×100/W1所表示之膜厚誤差ΔW。

圖19係顯示本發明之第2實施例所算出之膜厚誤差ΔW之值之圖。

參照圖19，於試料10中，各別C-GaN層51a、51b、及51c之膜厚誤差ΔW係各別為3.9%、1.8%、及1.2%，皆為微小之值。本案發明人等係製造做為試料10之複數之試料10，將所得複數之試料10之各別膜厚誤差ΔW，以上述方法計測。其結果，任一之試料10，膜厚誤差ΔW係皆成為較0為大，8%以下之範圍內之值。

另一方面，於試料11中，各別C-GaN層51a、51b、及51c之膜厚誤差ΔW係各別為9%、11%、及11%，皆為較大之值。

由以上之結果，在試料10中，相較於試料11，提升了C-GaN層之膜厚之面內均勻性。

接著本案發明人等係計測各別試料10及11之真性破壞電壓。真性破壞電壓之計測你以如下之方法進行。

圖20係顯示本發明之第2實施例之真性破壞電壓之計測方法的剖面圖。

參照圖20，在黏貼於玻璃板21上之銅板22上，固定成為計測對象之試料之化合物半導體基板CS3。於固定之化合物半導體基板CS3之障壁層8上，接觸於障壁層8而設置由Al所成電極23。

做為電極23，使用具有充分小之面積之電極(具體而言為直徑0.1cm之電極)，於化合物半導體基板CS3之障壁層8之表面之4個不同位置，順序接觸電極23，計測流動在各別位置接觸電極23時之銅板22與電極23之間之電流(在試料向縱方向流動之電流)之密度。計測之電流之密度到達1×10 ^-1A/mm ²之達時，視為試料被絕緣破壞，計測此時之銅板22與電極23之間之電壓。除了所得4個電壓中最高值與最低值之外，將殘留之2值之平均值做為真性破壞電壓。做為試料10，製作複數之試料，計測對於各別之試料之真性破壞電壓。其結果，試料10之真性破壞電壓係皆為1200V以上1600V以下之值。

接著本案發明人等係將化合物半導體基板CS3之GaN層(GaN層51a、51b、及51c中任意之GaN層)之缺陷密度，以如下之方法加以計測。首先，於化合物半導體基板CS3之障壁層8之表面之中心PT1附近之5個不同位置，順序接觸電極23，計測於各別位置接觸電極23時之銅板22與電極23間所流動電流(在試料縱方向流動之電流)之密度。計測之電流之密度到達1×10 ^-1A/mm ²之達時，視為試料被絕緣破壞，將此時之銅板22與電極23之間之電壓，做為中心PT1之絕緣破壞電壓。接著，計測之絕緣破壞電壓為真性絕緣破壞電壓之80%以下之位置，判斷為存在缺陷之位置。將對於計測絕緣破壞電壓之5個位置之存在缺陷之位置之個數之比率，算出做為中心PT1之缺陷密度D。

將上述之中心PT1之缺陷密度D之計算，使用4種類各別不同之面積S(0.283cm ²、0.126cm ²、0.031cm ²、0.002cm ²)之電極，各別加以進行。其結果，可得4組電極之面積S與中心PT1之缺陷密度D之組合。

接著，使用顯示產率Y、和電極之面積S、和缺陷密度D之關係之一般之帕松式之式(1)，算出4種類各別不同面積S之產率Y。

Y=exp(-S×D)　・・・(1)

接著，將算出之產率Y最接近50%之面積S之電極，判斷為最佳缺陷密度之計算之電極，將對應於最佳電極之面積S之缺陷密度D，採用做為中心PT1之缺陷密度。

又，將接觸電極23之位置變更成障壁層8之表面之邊緣PT2附近之5個不同位置，以與上述相同之方法，計測邊緣PT2之缺陷密度。

圖21係顯示本發明之第2實施例中所計測之缺陷密度之值之圖。

參照圖21，試料10之中心PT1之缺陷密度係1.8個/cm ²，試料10之邊緣PT2之缺陷密度係1.8個/cm ²。本案發明人等係製造複數之試料10，將所得複數之試料10之各別之中心PT1及邊緣PT2之缺陷密度，以上述方法計測。其結果，任一之試料10，缺陷密度係皆成為較0為大，7個/cm ²以下之範圍內之值。另一方面，試料11之中心PT1之缺陷密度係207個/cm ²，試料11之邊緣PT2之缺陷密度係7.1個/cm ²。

由以上之結果，在試料10中，相較於試料11，減低了GaN層之缺陷密度。

[其他]

上述之實施的形態之化合物半導體基板係非限定於高頻裝置之用途，亦可適於功率裝置之用途。將上述之實施的形態之化合物半導體基板成為功率裝置之用途時，可減低縱方向之泄放電流。

於各別化合物半導體基板CS1、CS2、CS3、及CS4中，Si基板1及SiC層2可置換為具有0.1Ωcm以上不足1×10 ⁵Ωcm之電阻率之導電性之SiC基板。此時，經由C-GaN層51及中間層52之作用，可提高氮化物半導體層之絕緣性下，抑制彎曲之產生及龜裂之產生。其結果，可提供具有高品質之化合物半導體基板及化合物半導體裝置。

上述之實施的形態、變形例、及實施例之構成及製造方法係可適切加以組合。例如做為各別化合物半導體基板CS1、CS2、CS3、及CS4之第1之氮化物半導體層4，可適用圖2、圖6、圖7、或圖8之構成等。例如做為各別化合物半導體基板CS1、CS2、CS3、及CS4之第2之氮化物半導體層5，可適用圖1之構成或圖5之構成等。

上述之實施的形態、變形例、及實施例係在所有部分僅為例示者，而非加以限制者。本發明之範圍乃非以上述之說明，而是經由申請專利範圍所揭示，即包含與申請專利範圍均等之意義及範圍內所有之變更者。

1:Si(矽)基板(Si基板之一例) 2:SiC(碳化矽)層(SiC層之一例) 4:第1之氮化物半導體層(第1之氮化物半導體層之一例) 4a,4b:AlGaN(氮化鋁鎵)層 5:第2之氮化物半導體層(第2之氮化物半導體層之一例) 6,1053:電子傳輸層(電子傳輸層之一例) 6a,1053a:2次元電子氣體 8,1054:障壁層(障壁層之一例) 11,1055:源極電極(第1之電極之一例) 12,1056:汲極電極(第2之電極之一例) 13,1057:閘極電極(第3之電極之一例) 21:玻璃板 22:銅板 23:電極 40,44,45:AlN(氮化鋁)層 41:Al _0.75Ga _0.25N層 42:Al _0.5Ga _0.5N層 43:Al _0.25Ga _0.75N層 51,51a,51b,51c:C-GaN(氮化鎵)層(主層之一例) 52,52a,52b:中間層(中間層之一例) 1051:SiC基板 1052:氮化物緩衝層 1061:Fz-Si基板 1062:n型SiC基板 CS1,CS2,CS3,CS4:化合物半導體基板(化合物半導體基板之一例) DC1,DC2,DC3,DC4:化合物半導體裝置(化合物半導體裝置之一例) PT1:中心 PT2:邊緣

[圖1]顯示本發明之第1實施形態之化合物半導體裝置DC1及化合物半導體基板CS1之構成的剖面圖。 [圖2]顯示本發明之第1實施形態之第1之氮化物半導體層4內部之Al組成比之分布圖。 [圖3]模式性顯示構成C-GaN層51之GaN之二次元成長之圖。 [圖4]顯示本發明之第1之實施形態之化合物半導體基板CS1之構成的平面圖。 [圖5]顯示本發明之第2之實施形態之化合物半導體裝置DC2及化合物半導體基板CS2之構成的剖面圖。 [圖6]顯示本發明之第1及第2之實施形態之第1之變形例之第1之氮化物半導體層4內部之Al組成比之分布圖。 [圖7]顯示本發明之第1及第2之實施形態之第2之變形例之第1之氮化物半導體層4內部之Al組成比之分布圖。 [圖8]顯示本發明之第3之實施形態之化合物半導體裝置DC3及化合物半導體基板CS3之構成的剖面圖。 [圖9]顯示本發明之第4之實施形態之化合物半導體裝置DC4及化合物半導體基板CS4之構成的剖面圖。 [圖10]顯示本發明之第1實施例之試料1~3之各別上面之彎曲量之分布圖。 [圖11]本發明之第1實施例之試料1及7之各別上面之雷射散亂畫像。 [圖12]本發明之第1實施例之試料2及8之各別上面之雷射散亂畫像。 [圖13]圖12所示之雷射散亂畫像之部分擴大圖。 [圖14]本發明之第1實施例之試料3及9之各別上面之雷射散亂畫像。 [圖15]顯示本發明之第1實施例中，使用試料3製作之化合物半導體裝置DC4之遮蔽頻率與閘極長之關係圖。 [圖16]顯示本發明之第1實施例之試料2之S參數S11之頻率特性圖。 [圖17]顯示本發明之第1實施例之試料3之S參數S11之頻率特性圖。 [圖18]顯示本發明之第2實施例所算出之濃度誤差ΔC之值之圖。 [圖19]顯示本發明之第2實施例所算出之濃度誤差ΔW之值之圖。 [圖20]顯示本發明之第2實施例之真性破壞電壓之計測方法的剖面圖。 [圖21]顯示本發明之第2實施例中所計測之缺陷密度之值之圖。 [圖22]模式顯示以往之HEMT之構造之第1例之剖面圖。 [圖23]模式顯示以往之HEMT之構造之第2例之剖面圖。 [圖24]模式顯示以往之HEMT之構造之第3例之剖面圖。

1:Si(矽)基板(Si基板之一例) 2:SiC(碳化矽)層(SiC層之一例) 4:第1之氮化物半導體層(第1之氮化物半導體層之一例) 5:第2之氮化物半導體層(第2之氮化物半導體層之一例) 6:電子傳輸層(電子傳輸層之一例) 6a:2次元電子氣體 8:障壁層(障壁層之一例) 11:源極電極(第1之電極之一例) 12:汲極電極(第2之電極之一例) 13:閘極電極(第3之電極之一例) 40:AlN(氮化鋁)層 41:Al _0.75Ga _0.25N層 42:Al _0.5Ga _0.5N層 43:Al _0.25Ga _0.75N層 51,51a,51b,51c:C-GaN(氮化鎵)層(主層之一例) 52,52a,52b:中間層(中間層之一例) CS1:化合物半導體基板(化合物半導體基板之一例) DC1:化合物半導體裝置(化合物半導體裝置之一例) W:厚度

Claims (13)

1. 一種化合物半導體基板，其特徵係具備：具有3×10¹⁷個/cm³以上3×10¹⁸個/cm³以下之O濃度之Si基板、和形成於前述Si基板上之SiC層、和形成於前述SiC層上之第1之氮化物半導體層中，包含絕緣性或半絕緣性之層，由Al_xGa_1-xN(0.1≦x≦1)所成之主層的第1之氮化物半導體層、和形成於前述第1之氮化物半導體層上之第2之氮化物半導體層中，包含絕緣性或半絕緣性之由Al_yGa_1-yN(0≦y<0.1)所成之主層的第2之氮化物半導體層、和形成於前述第2之氮化物半導體層上，由Al_zGa_1-zN(0≦z<0.1)所成電子傳輸層、和形成於前述電子傳輸層上，具有較前述電子傳輸層之能帶隙寬廣之能帶隙的障壁層；前述第1及第2之氮化物半導體層、以及前述電子傳輸層之合計之厚度係6μm以上10μm以下；前述第1之氮化物半導體層係至少包含Al_xGa_1-xN(0.4<x≦1)所成第1之領域、和具有0.5μm以上之厚度之Al_xGa_1-xN(0.1≦x≦0.4)所成第2之領域之一方，前述第1之領域係具有0個/cm³以上5×10¹⁷個/cm³以下之Si濃度、0個/cm³以上5×10¹⁷個/cm³以下之O濃度、及0個/cm³以上5×10¹⁷個/cm³以下之Mg濃度，前述第2之領域係具有0個/cm³以上2×10¹⁶個/cm³以下 之Si濃度、0個/cm³以上2×10¹⁶個/cm³以下之O濃度、及0個/cm³以上2×10¹⁶個/cm³以下之Mg濃度，前述第2之領域之C濃度或Fe濃度中之至少一方係較前述第2之領域之Si濃度、O濃度、及Mg濃度之任一為高，5×10¹⁹個/cm³以下；前述主層係具有0個/cm³以上2×10¹⁶個/cm³以下之Si濃度、0個/cm³以上2×10¹⁶個/cm³以下之O濃度、及0個/cm³以上2×10¹⁶個/cm³以下之Mg濃度，前述第2之氮化物半導體層之C濃度或Fe濃度中之至少一方係較前述第2之氮化物半導體層之Si濃度、O濃度、及Mg濃度之任一為高，5×10¹⁹個/cm³以下；前述主層係活性化之供體離子之濃度為包含0個/cm³以上2×10¹⁴個/cm³以下之領域；前述電子傳輸層係具有0個/cm³以上1×10¹⁶個/cm³以下之Si濃度、0個/cm³以上1×10¹⁶個/cm³以下之O濃度、0個/cm³以上1×10¹⁶個/cm³以下之Mg濃度、0個/cm³以上1×10¹⁷個/cm³以下之C濃度、及0個/cm³以上1×10¹⁷個/cm³以下之Fe濃度。
2. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，前述第2之氮化物半導體層為形成於前述主層之內部及前述主層上中之至少任一方的1層以上之中間層中，更包含Al_yGa_1-yN(0.5≦y≦1)所成中間層，前述主層係具有較前述電子傳輸層之C濃度為高之C濃度、及較前述電子傳輸層之Fe濃度高之Fe濃度中之至少 一方。
3. 如請求項2記載之化合物半導體基板，其中，前述中間層為2層以上，各別2層以上之前述中間層係具有10nm以上30nm以下之厚度，以0.5μm以上10μm以下之間隔加以形成。
4. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，前述Si基板為包含B，具有p型之導電型，具有0.1mΩcm以上100mΩcm以下之電阻率。
5. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，前述SiC層係具有0.5μm以上2μm以下之厚度。
6. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，前述第1之氮化物半導體層係包含前述第1之領域與前述第2之領域之兩者，前述第1之領域與前述SiC層之距離係較前述第2之領域與前述SiC層之距離為小。
7. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，前述第1之氮化物半導體層係具有第2之氮化物半導體層之厚度以下的厚度。
8. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，前述電子傳輸層係具有0.3μm以上之厚度。
9. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，規定前述化合物半導體基板之上面之最小平方平面，令自前述最小平方平面到達前述化合物半導體基板之上面之最高點之距離、和令自前述最小平方平面到達前述化合 物半導體基板之上面之最低點之距離的合計量做為彎曲量時，前述彎曲量係0以上50μm以下。
10. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，自前述化合物半導體基板之上面之外周端部的距離為5mm以下之領域以外的領域係不含龜裂。
11. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，具有圓板形狀，具有100mm以上200mm以下之直徑。
12. 如請求項1記載之化合物半導體基板，其中，前述化合物半導體基板之上面係不包含回熔蝕刻之痕跡。
13. 一種化合物半導體裝置，其特徵係具備：記載於請求項1之化合物半導體基板、和形成於前述障壁層上的第1及第2之電極、和形成於前述障壁層上，經由施加的電壓，控制流動於前述第1及第2之電極間之電流的第3之電極。