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1、(10)申请公布号 CN 104246982 A (43)申请公布日 2014.12.24 C N 1 0 4 2 4 6 9 8 2 A (21)申请号 201380021774.6 (22)申请日 2013.02.28 2012-101383 2012.04.26 JP H01L 21/205(2006.01) C23C 16/34(2006.01) (71)申请人夏普株式会社 地址日本大阪府 (72)发明人寺口信明 (74)专利代理机构北京尚诚知识产权代理有限 公司 11322 代理人龙淳 (54) 发明名称 氮化物半导体生长装置和氮化物半导体功率 器件用外延晶片 (57) 摘要 根据该。
2、氮化物半导体生长装置，在含氮的原 料气体的流动的从反应部(102)起上游侧的包括 反应部(102)的区域，原料气体所接触的部分(气 体导入部(112)、电流导入部(145)、视口部(160) 等)由非铜类材料(即不含铜的材料)制成。由 此，能够防止上述原料气体被铜污染。因此，能够 防止上述氮化物半导体被铜污染，能够避免电子 和空穴被上述氮化物半导体俘获。由此，提供能够 制作能够抑制电流崩塌的氮化物半导体的氮化物 半导体生长装置。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.10.24 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2013/055366 2013.02.。
3、28 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/161381 JA 2013.10.31 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书9页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书9页 附图5页 (10)申请公布号 CN 104246982 A CN 104246982 A 1/1页 2 1.一种氮化物半导体生长装置，其特征在于，具备： 腔室(101)，该腔室(101)被导入含氮的反应性气体作为原料气体；和 反应部(102)，该反应部(102)设置在所述腔室(101)内并且使所述原料气体反应而使 氮化物半导体生长， 在所述原料气体的流。
4、动的从所述反应部(102)起上游侧并且包括所述反应部(102)的 区域，所述原料气体所接触的部分由非铜类材料制成。 2.如权利要求1所述的氮化物半导体生长装置，其特征在于： 具备密封部(117A、118、120)，该密封部(117A、118、120)用于保持所述腔室(101)内的 真空，或者用于将所述原料气体封闭在所述腔室(101)内， 所述密封部(117A、118、120)具有由非铜类材料制成的密封部件(120)。 3.如权利要求2所述的氮化物半导体生长装置，其特征在于： 所述密封部件(120)为由氟类的橡胶制成的O形环、PTFE类的衬垫和由铟制成的线中 的至少1个。 4.如权利要求13中任。
5、一项所述的氮化物半导体生长装置，其特征在于： 所述含氮的反应性气体为氨。 5.一种氮化物半导体功率器件用外延晶片，其特征在于： 利用权利要求14中任一项所述的氮化物半导体生长装置生长而成。 权 利 要 求 书CN 104246982 A 1/9页 3 氮化物半导体生长装置和氮化物半导体功率器件用外延晶 片 技术领域 0001 本发明涉及使氮化物半导体生长的氮化物半导体生长装置和氮化物半导体功率 器件用外延晶片，例如涉及适合于电流崩塌特性优异的氮化物半导体外延晶片的生长的氮 化物半导体生长装置。 背景技术 0002 以往，作为半导体生长装置，如专利文献1(日本特开2007-184379号公报)记。
6、载 的那样，记载有通过在III族氮化物半导体晶体中添加作为过渡金属原子的Cu，III族原子 空穴由Cu原子填埋，III族原子空穴密度下降，使III族氮化物半导体晶体的电阻值提高。 0003 另外，在上述专利文献1中记载有：以使上述电阻值提高后的III族氮化物半导体 晶体作为衬底，在该衬底上形成GaN沟道层和AlGaN电子供给层，构成晶体管，由此，多数的 空穴不会迁移至GaN沟道层，能够防止GaN沟道层的功能由于空穴的迁移而受到妨碍。 0004 现有技术文献 0005 专利文献 0006 专利文献1：日本特开2007-184379号公报 发明内容 0007 发明要解决的技术问题 0008 然而，。
7、本发明人首次发现，与专利文献1的记载相反，在氮化物半导体的生长过程 中，氮化物半导体被铜(Cu)污染时，成为电流崩塌的诱因。 0009 在使用氮化物半导体的电子器件中，与低电压工作时的导通电阻相比，高电压工 作时的导通电阻增加的电流崩塌已成为重要的技术问题。 0010 因此，本发明的技术问题在于提供能够制作能够抑制电流崩塌的氮化物半导体的 氮化物半导体生长装置和氮化物半导体功率器件用外延晶片。 0011 用于解决技术问题的手段 0012 本发明人在对各种晶片的污染进行分析的过程中发现了必然检测出铜的污染。 0013 而且，本发明人首次发现，与专利文献1的记载相反，在氮化物半导体的生长过程 中，。
8、氮化物半导体被铜(Cu)污染时，成为电流崩塌的诱因。本发明人研究发现，该铜(Cu) 在氮化物半导体的带隙中形成深能级，电子和空穴被俘获在该能级上，由此产生电流崩塌。 本发明是基于这样的本发明人的发现和研究而创造出的。 0014 即，本发明的氮化物半导体生长装置的特征在于，具备： 0015 腔室，该腔室被导入含氮的反应性气体作为原料气体；和 0016 反应部，该反应部设置在上述腔室内并且使上述原料气体反应而使氮化物半导体 生长， 0017 在上述原料气体的流动的从上述反应部起上游侧并且包括上述反应部的区域，上 说 明 书CN 104246982 A 2/9页 4 述原料气体所接触的部分由非铜类材。
9、料制成。 0018 根据本发明的氮化物半导体生长装置，在上述原料气体的流动的从上述反应部起 上游侧并且包括上游侧的上述反应部的区域，上述原料气体所接触的部分由非铜类材料 (即不含铜的材料)制成，因此，能够防止上述原料气体被铜污染。由此，能够防止上述氮化 物半导体被铜污染，能够防止在上述氮化物半导体的带隙中形成深能级。因此，能够避免电 子和空穴被上述氮化物半导体俘获，根据具备上述氮化物半导体的电子器件，能够抑制电 流崩塌的发生。 0019 另外，在一个实施方式中，氮化物半导体生长装置具备密封部，该密封部用于保持 上述腔室内的真空，或者用于将上述原料气体封闭在上述腔室内， 0020 上述密封部具有。
10、由非铜类材料制成的密封部件。 0021 根据该实施方式，上述密封部的密封部件由非铜类材料制成，因此，能够防止由密 封部引起的原料气体的铜污染，能够防止氮化物半导体的铜污染。因此，能够抑制具备上述 氮化物半导体的功率器件的电流崩塌。 0022 另外，在一个实施方式中，上述密封部件为由氟类的橡胶制成的O形环、PTFE类的 衬垫和由铟制成的线中的至少1个。 0023 根据该实施方式，上述密封部件由氟类的橡胶制成的O形环、PTFE(聚四氟乙烯) 类的衬垫和铟制成的线中的至少1个构成，因此，能够防止上述氮化物半导体的铜污染，能 够制作能够抑制电流崩塌的功率器件的氮化物半导体。 0024 另外，在一个实施。
11、方式中，上述含氮的反应性气体为氨。 0025 根据该实施方式，氮源为氨，因此，与氮源为肼或二甲基肼的情况不同，能够避免 爆炸的危险性。 0026 另外，本发明的氮化物半导体功率器件用外延晶片的特征在于：利用上述氮化物 半导体生长装置生长而成。 0027 根据本发明的氮化物半导体功率器件用外延晶片，利用上述氮化物半导体生长装 置生长而成，由此，能够避免铜污染，能够抑制功率器件的电流崩塌。 0028 发明效果 0029 根据本发明的氮化物半导体生长装置，在原料气体的流动的从反应部起包括上游 侧的反应部的区域，上述原料气体所接触的部分由非铜类材料制成，因此，能够防止上述原 料气体被铜污染。因此，能够。
12、防止上述氮化物半导体被铜污染，能够防止在上述氮化物半导 体的带隙中形成深能级。因此，能够避免电子和空穴被上述氮化物半导体俘获，根据具备上 述氮化物半导体的电子器件，能够抑制电流崩塌的发生。 0030 另外，根据本发明的氮化物半导体功率器件用外延晶片，利用上述氮化物半导体 生长装置生长而成，由此，能够避免铜污染，能够抑制功率器件的电流崩塌。 附图说明 0031 图1是示意性地表示作为本发明的氮化物半导体生长装置的实施方式的MOCVD装 置的结构的图。 0032 图2A是表示在上述MOCVD装置的气体导入部的凸缘上夹有O形环的情形的截面 图。 说 明 书CN 104246982 A 3/9页 5 。
13、0033 图2B是表示在上述MOCVD装置的电流导入部的凸缘上夹有由特氟龙(注册商标) 类的材料制成的衬垫的情形的截面图。 0034 图2C是表示在上述MOCVD装置的视口(viewport)部的凸缘上夹有铟线的情形的 截面图。 0035 图2D是表示在上述MOCVD装置的排气部的凸缘上夹有铜垫的情形的截面图。 0036 图3是使用上述实施方式的MOCVD装置制造的氮化物半导体器件的截面图。 0037 图4是表示上述氮化物半导体器件的AlGaN势垒层的表层区域的Cu浓度(原子 数/cm 2 )与崩塌值的关系的特性图。 0038 图5A是表示在氮化物半导体器件中，电子沿着沟道GaN层与AlGaN。
14、势垒层的界面 迁移的情形的示意性截面图。 0039 图5B是表示在以往的氮化物半导体器件中，沿着沟道GaN层与AlGaN势垒层的界 面迁移的电子被Cu俘获的情形的示意性截面图。 0040 图5C是表示在使用上述实施方式的MOCVD装置制造的氮化物半导体器件中，电子 没有被Cu俘获而沿着沟道GaN层与AlGaN势垒层的界面迁移的情形的示意性截面图。 具体实施方式 0041 以下，利用图示的实施方式对本发明进行详细说明。 0042 图1是示意性地表示作为本发明的氮化物半导体生长装置的实施方式的结构 的图。本实施方式的氮化物半导体生长装置是MOCVD(Metal Organic Chemical V。
15、apor Deposition：有机金属气相沉积)装置。该MOCVD装置具备腔室101和设置在腔室101内 的反应部102。上述腔室101和反应部102中，至少与原料气体接触的部分由例如不锈钢等 不含铜的非铜类材料制成。上述非铜类材料是指不含铜的材料。 0043 上述腔室101在比上述反应部102更靠下游侧的位置具有排气部111。另外，上述 腔室101在比上述反应部102更靠上游侧的位置具有气体导入部112。 0044 上述排气部111具有与腔室101连通的排气管113和排气配管114，该排气管113 的凸缘113A和上述排气配管114的凸缘114A通过螺栓等紧固部件(未图示)紧固。 0045。
16、 另外，上述气体导入部112具有：与上述腔室101连通的气体导入筒117；和与该 气体导入筒117的凸缘117A紧固的盖部件118。上述气体导入筒117的凸缘117A和盖部 件118通过螺栓等紧固部件(未图示)紧固。另外，上述气体导入筒117和盖部件118中， 至少与原料气体接触的部分由例如不锈钢等非铜类材料制成。 0046 如图2A所示，在上述气体导入部112(图1所示)的凸缘117A与盖部件118之间， 夹有作为密封部件的O形环120。该O形环120配置于在上述凸缘117A的端面上形成的环 状槽119中。另外，上述O形环120由Viton(注册商标)等氟类的橡胶制成。另外，在图 2A中，省。
17、略了上述紧固部件(螺栓等)，该紧固部件在比上述O形环120更靠径向外侧的位 置将盖部件118和凸缘117A紧固。 0047 上述凸缘117A、盖部件118、上述O形环120和上述紧固部件(未图示构成密封 部。该密封部用于保持上述腔室101内的真空，或者用于将上述原料气体封闭在上述腔室 101内。此外，作为密封部件，可以使用后述的由PTFE(聚四氟乙烯)类材料制成的衬垫或 由铟制成的铟线，来代替上述O形环120。上述铟线作为将腔室101内排气至高真空的情 说 明 书CN 104246982 A 4/9页 6 况下的密封部件有效，在不需要高真空的情况下，能够使用上述O形环或由PTFE(聚四氟乙 烯。
18、)等特氟龙(注册商标)类的材料制成的衬垫。 0048 如图1所示，原料气体导入配管125和原料气体导入配管126贯通上述盖部件 118。上述原料气体导入配管125、126中，至少与原料气体接触的部分由例如不锈钢等非铜 类材料制成。另外，该原料气体导入配管125和原料气体导入配管126通过焊接维持与上 述盖部件118之间的气密。该原料气体导入配管125、126的前端部125A、126A位于上述反 应部102的上游侧开口部102A。另外，上述原料气体导入配管125经由管接头(未图示)、 管道153、流量调节阀129，与NH 3 供给源133连接。另外，上述原料气体导入配管126经由 管接头(未图示。
19、)、管道151、流量调节阀127，与TMG(三甲基镓)供给源131连接。另外， 上述原料气体导入配管126经由管接头(未图示)、管道152、流量调节阀128，与TMA(三甲 基铝)供给源132连接。此外，上述各管接头与管道151、152、513和流量调节阀127、128、 129中，至少与原料气体接触的部分由例如不锈钢等非铜类材料制成。 0049 另一方面，如图2D所示，在上述排气部111(图1所示)的排气管113的凸缘113A 与排气配管114的凸缘114A之间，夹有作为密封部件的铜垫115。该铜垫115例如为具有 ICF或CF的规格的铜的环。上述铜垫115被夹在形成在上述凸缘113A的端面。
20、上的环状突 起175与形成在凸缘114A的背面上的环状突起176之间。该铜垫115作为将腔室101内 排气至高真空的情况下的密封部件有效。另外，上述凸缘113A和凸缘114A通过螺栓等紧 固部件(未图示)紧固。上述凸缘113A、114A、铜垫115和上述紧固部件(未图示)构成密 封部。上述排气部111的排气配管114与排气泵(未图示)连接，利用该排气泵，对上述腔 室101内进行排气从而进行减压。在本实施方式中，图1所示的排气部111的排气管113 和排气配管114由例如不锈钢等不含铜的非铜类材料制成，但是也可以由含铜的铜类材料 制成。 0050 另外，如图1所示，在上述反应部102内，设置有载。
21、置板122，在该载置板122上载 置有衬底130。原料气体导入配管125、126的前端部125A、126A配置在该反应部102的上 游侧开口部102A。该原料气体导入配管125、126贯通气体导入筒117。上述反应部102和 载置板122中，至少与原料气体接触的部分由例如不锈钢等非铜类材料制成。 0051 另外，在上述反应部102，安装有对上述载置板122进行加热的加热器135，该加热 器135通过电流供给配线136、138与电流导入端子137、139连接。上述电流供给配线136、 138和电流导入端子137、139由作为非铜类材料的镍制成。 0052 上述电流导入端子137、139被插入到与。
22、上述腔室101连通的端子插入管140内。 该端子插入管140具有凸缘140A，该凸缘140A通过螺栓等紧固部件(未图示)与密封盖 141紧固。上述端子插入管140和密封盖141中，至少与原料气体接触的部分由例如不锈钢 等非铜类材料制成。上述电流供给配线136、138、电流导入端子137、139、端子插入管140 和密封盖141构成电流导入部145。 0053 如图2B所示，在端子插入管140的凸缘140A与密封盖141之间，夹有作为密封部 件的环状的衬垫150。该衬垫150例如由PTFE(聚四氟乙烯)等特氟龙(注册商标)类的 材料制成。上述衬垫150被夹在形成在上述凸缘140A的端面上的环状突。
23、起155与形成在 密封盖141的背面上的环状突起156之间。另外，上述凸缘140A和密封盖141在比上述衬 垫150更靠径向外侧的位置通过螺栓等紧固部件(未图示)紧固。另外，上述电流导入端 说 明 书CN 104246982 A 5/9页 7 子137、139被插入到绝缘陶瓷147中利用银钎焊等被固定在密封盖141上而气密地嵌合。 上述绝缘陶瓷147具有高的气密密封性和高的电绝缘性。上述凸缘140A、密封盖141、上述 衬垫150和上述紧固部件(未图示)构成密封部。该密封部用于保持上述腔室101内的真 空，或者用于将上述原料气体封闭在上述腔室101内。此外，也可以采用图2A所示的使用O 形环的。
24、密封部或图2C所示的使用铟环的密封部，来代替图2B所示的使用衬垫150的密封 部。 0054 另外，如图1所示，上述腔室101设置有位于上述反应部102的上方的视口部160。 该视口部160具有：与腔室101连通的筒部161；和与该筒部101的凸缘161A紧固的窗部 162。上述筒部161中，至少与原料气体接触的部分由例如不锈钢等非铜类材料制成。 0055 如图2C所示，在上述筒部161的凸缘161A与窗部162的窗框部162A之间，夹有 作为密封部件的由铟制成的铟线163。在上述窗框部162A，嵌入有石英玻璃等耐热性玻璃 162B。上述耐热性玻璃162B利用由非铜类材料制成的粘接剂被固定在上。
25、述窗部162。上述 窗框部162A中，至少与原料气体接触的部分由例如不锈钢等非铜类材料制成。上述非铜类 材料是不含铜的材料。 0056 上述凸缘161A和窗部162通过螺栓等紧固部件(未图示)紧固。另外，上述凸缘 161A、窗部162、上述铟线163和上述紧固部件(未图示)构成密封部。该密封部用于保持 上述腔室101内的真空，或者用于将上述原料气体封闭在上述腔室101内。此外，也可以采 用图2A所示的使用O形环的密封部或图2B所示的使用由特氟龙(注册商标)类材料制成 的衬垫的密封部，来代替图2C所示的使用铟线163的密封部。 0057 这样，上述MOCVD装置，在原料气体的流动的从图1所示的由。
26、点划线Y表示的反应 部102的下游端102B起由箭头B表示的上游侧的区域，上述原料气体所接触的部分由不含 铜的非铜类材料制成。 0058 此外，在上述MOCVD装置中，在从由点划线Y表示的反应部102的下游端102B起 由箭头A表示的下游侧的区域，作为排气部111的密封部件使用了铜垫115(图2D所示)， 但是也可以与气体导入部112、电流导入部145、视口部160同样，作为密封部件，采用由氟 类的橡胶制成的O形环、PTFE制的衬垫、铟环。不过，即使在比上述反应部102更靠下游侧 的位置使用铜垫115，原料气体与铜反应，铜也会被排气而不会被引入到晶片中，因此，即使 使用铜垫115也没有问题。另。
27、外，由上述氟类的橡胶制成的O形环、PTFE制的衬垫、铟环形 成的密封部件，与铜垫相比，耐热性低，因此，优选在安装有这些O形环、衬垫、铟环的密封 部(凸缘、盖部件等)上安装未图示的冷却护套等，使冷却介质(冷却水等)在上述冷却护 套内流通，对密封部进行冷却。 0059 接着，对使用上述实施方式的MOCVD装置，制造图3所示的氮化物半导体器件的工 序进行说明。 0060 首先，将Si衬底1用10HF(氢氟酸)溶液洗净后，导入到上述MOCVD(有机金属 气相沉积)装置中。 0061 上述Si衬底1在流量为10slm(Standard Liter per Minute：L/分钟)的氢气气 氛中被加热到衬。
28、底温度1100进行表面的清洁。更严谨地说，氢通过有机金属、氨的气体管 线以外的图1中未记载的气体管线导入到腔室101(图1所示)。 0062 然后，在上述Si衬底1之上，依次层叠缓冲层20、沟道GaN层5和AlGaN势垒层 说 明 书CN 104246982 A 6/9页 8 6。 0063 此时，AlN籽晶层2在生长压力为13.3kPa且衬底温度为1100的条件下成膜。 在此，就作为AlN籽晶层2的AlN的原料而言，供给流量为100mol/分钟的TMA(三甲基 铝)和流量为12.5slm的NH 3 (氨)。上述TMA从TMA供给源132(图1所示)通过气体导 入部112(图1所示)导入到腔室。
29、101内，上述NH 3 从NH 3 供给源133通过气体导入部112 导入到腔室101内。另外，上述衬底温度通过控制上述加热器135的输出来控制。 0064 另外，超晶格层3与AlN籽晶层2同样地，在生长压力为13.3kPa且衬底温度 为1100的条件下成膜。在形成超晶格层3时，交替地切换供给的原料，来层叠AlN和 Al 0.1 Ga 0.9 N。作为一个例子，将由层厚为3nm的AlN和层厚为20nm的Al 0.1 Ga 0.9 N构成的超晶 格层反复层叠120次，形成上述超晶格层3。作为Al 0.1 Ga 0.9 N的原料，供给流量为80mol/ 分钟的TMA、流量为720mol/分钟的TM。
30、G(三甲基镓)、和流量为12.5slm的NH 3 。此外，超 晶格层3的AlN的原料与AlN籽晶层2同样地供给。 0065 另外，掺碳GaN层4与AlN籽晶层2同样地，在生长压力为13.3kPa且衬底温度为 1100的条件下成膜。在此，就作为掺碳层4的GaN的原料而言，供给流量为720mol/分 钟的TMG和流量为12.5slm的NH 3 。 0066 另外，沟道GaN层5在生长压力为100kPa且衬底温度为1100的条件下成膜。在 此，就作为沟道GaN层5的GaN的原料而言，供给流量为100mol/分钟的TMG和流量为 12.5slm的NH 3 。作为一个例子，上述沟道GaN层5的层厚为1m。
31、。上述TMG从TMG供给源 131通过气体导入部112导入到腔室101内。 0067 另外，AlGaN势垒层6与AlN籽晶层2同样地，在生长压力为13.3kPa且衬底温度 为1100的条件下成膜。在此，就作为AlGaN势垒层6的Al 0.17 Ga 0.83 N的原料而言，供给流 量为8mol/分钟的TMA、流量为50mol/分钟的TMG、和流量为12.5slm的NH 3 。 0068 接着，使用这样制成的外延晶片，在上述AlGaN势垒层6上形成源极电极7、漏极电 极8和栅极电极9。该源极电极7、漏极电极8和栅极电极9的制造方法没有特别限定，例 如使用蒸镀法等公知的方法。上述外延晶片成为氮化物。
32、半导体功率器件用外延晶片。 0069 例如，对源极/漏极区域进行图案化，沉积欧姆电极，剥离后，通过热处理实现欧 姆化，形成源极电极7和漏极电极8。该热处理的条件根据金属的膜厚不同而不同，但在本 实施方式中，在氮气气氛中，在800进行1分钟。通过该热处理，得到AlGaN势垒层6与 源极电极7的欧姆接触和AlGaN势垒层6与漏极电极8的欧姆接触。另外，上述源极电极 7与漏极电极8的间隔根据场效应晶体管的期望的性能来调整。 0070 接着，对沉积栅极电极9的区域进行图案化，形成栅极电极9。作为栅极电极9，能 够使用Pt、Ni、Pd、WN等，在本实施方式中使用WN。然后，在AlGaN势垒层6上，利用等。
33、离子 体CVD等公知的方法形成由SiN构成的绝缘膜10。 0071 此外，形成源极电极7、漏极电极8、栅极电极9和绝缘膜10的顺序没有特别限定， 也可以先形成绝缘膜10。另外，作为欧姆电极金属，能够使用Hf/Al/Hf/Au或Ti/Al/Mo/Au。 0072 图4表示上述氮化物半导体器件的上述AlGaN势垒层6的距表面的深度为10nm 以下的表层区域的Cu浓度(原子数/cm 2 )与崩塌值的关系。图4的横轴的E+09、E+10分 别表示10 9 、10 10 。 0073 上述崩塌值是用导通电阻R1与导通电阻R2之比(R2/R1)表示的值，其中，导通电 说 明 书CN 104246982 A。
34、 7/9页 9 阻R1是在源极电极7与漏极电极8之间施加1V的电压时的导通电阻，导通电阻R2是在对 栅极电极9施加有负电压的截止状态时，在源极电极7与漏极电极8之间施加500V的电压 后，使栅极电极9的电压为零而在导通状态时在源极电极7与漏极电极8之间施加1V的电 压的状态下，从截止状态切换为导通状态之后5微秒后的导通电阻。此外，导通电阻由元件 的尺寸(例如，源极电极7与漏极电极8之间的距离、电极的面积)规定。 0074 在使用上述的参照图1说明的MOCVD装置制作的III族氮化物半导体叠层衬底 100(图5所示)的一个例子中，上述AlGaN势垒层6的上述表层区域的Cu浓度(原子数/ cm 2。
35、 )，如用记号的描绘点表示的那样，为1.010 10 (原子数/cm 2 )以下的6.110 9 (原子 数/cm 2 )。另外，在使用上述MOCVD装置通过与上述同样的工序制作的另1个III族氮化物 半导体叠层衬底中，上述AlGaN势垒层6的上述表层区域的Cu浓度(原子数/cm 2 )为作为 TXRF法(Total Reflection X-ray Fluorescence Method：全反射X射线荧光分析法)的 检测极限的310 9 (原子数/cm 2 )以下。 0075 上述TXRF法与XRF法(X-ray Fluorescence Method：X射线荧光分析法)相比， 通过以低角度。
36、(例如0.1)对AlGaN势垒层6的表面照射激发X射线，使从衬底侧产生的 荧光X射线和入射到检测器的散射射线减少，能够高效率地检测来自存在于衬底表面的金 属污染物的荧光X射线。 0076 另一方面，在使用与上述的参照图1说明的MOCVD装置不同，在上述气体导入部、 电流导入部、视口部的密封部件和电流导入端子等部分使用铜(ICF规格的铜垫等)的以往 的MOCVD装置制作的比较例的氮化物半导体叠层衬底中，AlGaN势垒层的上述表层区域的 Cu浓度(原子数/cm 2 )如在图4中用记号的描绘点表示的那样，为1.4410 10 (原子数/ cm 2 )或2.1810 10 (原子数/cm 2 )、2.。
37、7410 10 (原子数/cm 2 )、3.1310 10 (原子数/cm 2 )，均 超过1.010 10 (原子数/cm 2 )。 0077 由图4可知，在具有这些表层区域的Cu浓度(原子数/cm 2 )超过1.010 10 (原子 数/cm 2 )的AlGaN势垒层的比较例的GaN类HFET中，崩塌值为1.441.54，崩塌值均超过 1.3。 0078 与此相对，根据具备上述实施方式的III族氮化物半导体叠层衬底100的氮化物 半导体器件(GaN类HFET)的一个例子，实现了崩塌值1.18。另外，在上述Cu浓度(原子数 /cm 2 )为TXRF法的检测极限以下的另一个例子中，实现了崩塌值。
38、1.10。 0079 就氮化物半导体器件(GaN类HFET)而言，为了在商业上达到商品的要求，重要的 是使崩塌值为1.3以下。即，该崩塌值为1.3以下的GaN类HFET，作为与硅元件相比能够进 行大电流驱动并且适合于高温工作的产品，在性能方面和成本方面具有商业价值。 0080 如图5A中示意性地表示的那样，当在漏极电极D与源极电极S之间施加漏极D成 为高电位的电压，并使栅极电极G的电压为零时，电子在形成在AlGaN势垒层与沟道GaN层 之间的2DEG(二维电子气)层从源极向漏极迁移。在此，如图5B中示意性地表示的那样， 可以认为当AlGaN势垒层中含有Cu(铜)时，电子被俘获到Cu的深能级，导。
39、致漏极电流减 少，导通电阻增加，崩塌值增加。与此相对，可以认为，根据利用本实施方式的MOCVD装置制 作的III族氮化物半导体叠层衬底100，使上述AlGaN势垒层6的表层区域的Cu浓度(原 子数/cm 2 )降低至1.010 10 (原子数/cm 2 )以下，由此，使被Cu俘获的电子减少，如图5C中 示意性地表示的那样，漏极电流增加，导通电阻下降，能够抑制崩塌值。 说 明 书CN 104246982 A 8/9页 10 0081 此外，在上述实施方式的MOCVD装置中，对制作使用Si衬底的III族氮化物半导 体叠层衬底的情况进行了说明，但是不限于Si衬底，也可以使用蓝宝石衬底或SiC衬底，在。
40、 该蓝宝石衬底或SiC衬底上使氮化物半导体层生长。另外，也可以像在GaN衬底上使AlGaN 层生长等那样，在由氮化物半导体构成的衬底上使氮化物半导体层生长。另外，在衬底与氮 化物半导体层之间也可以不形成缓冲层。 0082 另外，本发明的氮化物半导体生长装置不限于MOCVD装置，也能够应用于其他的 热CVD装置。本发明能够应用于不使用等离子体而使用热反应的非等离子体型热反应装 置。当原料气体采用氨(NH 3 )，使用等离子体时，会产生肼，该肼具有爆炸性，伴随着危险，因 此，在本发明中不使用等离子体。 0083 另外，在上述实施方式的MOCVD装置中，对制作常导通型(normally-on typ。
41、e)的 HFET的情况进行了说明，但是也可以将本发明应用于制作常截止型(normally-off type) 的氮化物半导体器件的氮化物半导体生长装置。另外，本发明的氮化物半导体生长装置不 限于制作栅极电极为肖特基电极的氮化物半导体器件的情况，本发明的氮化物半导体生长 装置也可以用于制作绝缘栅结构的场效应晶体管。 0084 另外，使用本发明的氮化物半导体生长装置制作的III族氮化物半导体叠层衬底 的氮化物半导体只要由Al x In y Ga 1-x-y N(x0、y0、0x+y1)表示即可。 0085 另外，使用本发明的氮化物半导体生长装置制作的氮化物半导体器件，不限于利 用2DEG的HFET。
42、，即使是其他结构的场效应晶体管也能得到同样的效果。 0086 以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方 式，能够在本发明的范围内进行各种变更而实施。 0087 符号说明 0088 1 Si衬底 0089 2 AlN籽晶层 0090 3 超晶格层 0091 4 掺碳GaN层 0092 5 沟道GaN层 0093 6 AlGaN势垒层 0094 7 源极电极 0095 8 漏极电极 0096 9 栅极电极 0097 10 绝缘膜 0098 20 缓冲层 0099 100 III族氮化物半导体叠层衬底 0100 101 腔室 0101 102 反应部 0102 102A 。
43、上游侧开口部 0103 111 排气部 0104 112 气体导入部 0105 113 排气管 说 明 书CN 104246982 A 10 9/9页 11 0106 113A、114A、117A、140A、161A 凸缘 0107 114 排气配管 0108 115 铜垫 0109 117 气体导入筒 0110 118 盖部件 0111 120 O形环 0112 122 载置板 0113 125、126 原料气体导入配管 0114 127、128、129 流量调节阀 0115 130 衬底 0116 131 TMG供给源 0117 132 TMA供给源 0118 133 NH 3 供给源 0。
44、119 135 加热器 0120 136、138 电流供给配线 0121 137、139 电流导入端子 0122 140 端子插入管 0123 141 密封盖 0124 150 衬垫 0125 151、152、153 配管 0126 160 视口部 0127 161 筒部 0128 162 窗部 0129 163 铟线 说 明 书CN 104246982 A 11 1/5页 12 图1 说 明 书 附 图CN 104246982 A 12 2/5页 13 图2A 图2B 图2C 图2D 说 明 书 附 图CN 104246982 A 13 3/5页 14 图3 说 明 书 附 图CN 104246982 A 14 4/5页 15 图4 说 明 书 附 图CN 104246982 A 15 5/5页 16 图5A 图5B 图5C 说 明 书 附 图CN 104246982 A 16 。