特許 7698510 窒化物半導体、半導体装置及び窒化物半導体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-17

(45)【発行日】2025-06-25

(54)【発明の名称】窒化物半導体、半導体装置及び窒化物半導体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20250618BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20250618BHJP

   H10D 30/01 20250101ALI20250618BHJP

   H10D 30/47 20250101ALI20250618BHJP

   H10D 30/60 20250101ALI20250618BHJP

   H10D 30/87 20250101ALI20250618BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/20

H10D30/01 401

H10D30/47 201

H10D30/60 B

H10D30/60 G

H10D30/60 V

H10D30/87 F

【請求項の数】 26

(21)【出願番号】P 2021132235

(22)【出願日】2021-08-16

(65)【公開番号】P2023026838

(43)【公開日】2023-03-01

【審査請求日】2024-03-01

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】彦坂 年輝

(72)【発明者】

【氏名】名古 肇

(72)【発明者】

【氏名】田島 純平

(72)【発明者】

【氏名】布上 真也

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０２７２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５７５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０５０２５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－２０８４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３１３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２５４４１１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ１０Ｄ ３０／４７

Ｈ１０Ｄ ３０／６０

Ｈ１０Ｄ ３０／８７

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体と、
窒化物部材と、
を備え、
前記窒化物部材は、
Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含み、前記ｘ１は１である、第１窒化物領域と、
Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域と、
を含み、
前記第１窒化物領域は、前記基体と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第１部分及び前記第２部分は、ＡｌＮを含み、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への第１方向における前記第１部分の第１厚さは、前記第１方向における前記第２部分の第２厚さよりも薄い、窒化物半導体。

【請求項2】

基体と、
窒化物部材と、
を備え、
前記窒化物部材は、
Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域と、
Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域と、
を含み、
前記第１窒化物領域は、前記基体と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第１部分におけるＡｌ組成比は、前記第２部分におけるＡｌ組成比と同じであり、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への第１方向における前記第１部分の第１厚さは、前記第１方向における前記第２部分の第２厚さよりも薄い、窒化物半導体。

【請求項3】

前記第１厚さは、前記第２厚さの０．８倍以下である、請求項１または２に記載の窒化物半導体。

【請求項4】

前記第１厚さは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、
前記第２厚さは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項１～３のいずれか１つに記載の窒化物半導体。

【請求項5】

基体と、
窒化物部材と、
を備え、
前記窒化物部材は、
Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含み、前記ｘ１は１である、第１窒化物領域と、
Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域と、
を含み、
前記第１窒化物領域は、前記基体と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第１部分及び前記第２部分は、ＡｌＮを含み、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記第１部分における前記酸素濃度の、前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への第１方向に対する変化率は、前記第２部分における前記酸素濃度の前記第１方向に対する変化率よりも高い、窒化物半導体。

【請求項6】

基体と、
窒化物部材と、
を備え、
前記窒化物部材は、
Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域と、
Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域と、
を含み、
前記第１窒化物領域は、前記基体と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第１部分におけるＡｌ組成比は、前記第２部分におけるＡｌ組成比と同じであり、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記第１部分における前記酸素濃度の、前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への第１方向に対する変化率は、前記第２部分における前記酸素濃度の前記第１方向に対する変化率よりも高い、窒化物半導体。

【請求項7】

前記第２部分における前記酸素濃度は、３×１０^１６／ｃｍ^３以上である、請求項１～６のいずれか１つに記載の窒化物半導体。

【請求項8】

前記第１部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３を超え、３．６×１０^２０／ｃｍ^３以下である、請求項１～７のいずれか１つに記載の窒化物半導体。

【請求項9】

前記第１部分における前記酸素濃度は、２．５×１０^１９／ｃｍ^３以上である、請求項８に記載の窒化物半導体。

【請求項10】

基体と、
窒化物部材と、
を備え、
前記窒化物部材は、
Ａｌ _ｘ１ Ｇａ _１－ｘ１ Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域と、
Ａｌ _ｘ２ Ｇａ _１－ｘ２ Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域と、
を含み、
前記第１窒化物領域は、前記基体と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第１部分及び前記第２部分は、ＡｌＮを含み、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０ ^１８ ／ｃｍ ^３ 以下であり、
前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への第１方向における前記第１部分の第１厚さは、前記第１方向における前記第２部分の第２厚さよりも薄く、
前記第２窒化物領域における酸素濃度は、前記第２部分における前記酸素濃度よりも低い、窒化物半導体。

【請求項11】

基体と、
窒化物部材と、
を備え、
前記窒化物部材は、
Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む、第１窒化物領域と、
Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域と、
を含み、
前記第１窒化物領域は、前記基体と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第１部分及び前記第２部分は、ＡｌＮを含み、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記第１部分における前記酸素濃度の、前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への第１方向に対する変化率は、前記第２部分における前記酸素濃度の前記第１方向に対する変化率よりも高く、
前記第２窒化物領域における酸素濃度は、前記第２部分における前記酸素濃度よりも低い、窒化物半導体。

【請求項12】

基体と、
窒化物部材と、
を備え、
前記窒化物部材は、
Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域と、
Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域と、
を含み、
前記第１窒化物領域は、前記基体と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への第１方向における前記第１部分の第１厚さは、前記第１方向における前記第２部分の第２厚さよりも薄く、
前記第２窒化物領域における酸素濃度は、前記第２部分における前記酸素濃度よりも低い、窒化物半導体。

【請求項13】

基体と、
窒化物部材と、
を備え、
前記窒化物部材は、
Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域と、
Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域と、
を含み、
前記第１窒化物領域は、前記基体と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にあり、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記第１部分における前記酸素濃度の、前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への第１方向に対する変化率は、前記第２部分における前記酸素濃度の前記第１方向に対する変化率よりも高く、
前記第２窒化物領域における酸素濃度は、前記第２部分における前記酸素濃度よりも低い、窒化物半導体。

【請求項14】

前記第２窒化物領域における前記酸素濃度は、１×１０^１７／ｃｍ^３以下である、請求項１０～１３のいずれか１つに記載の窒化物半導体。

【請求項15】

前記第１窒化物領域は、ＡｌＮを含む、請求項２または６または１２または１３に記載の窒化物半導体。

【請求項16】

前記基体は、シリコンを含む、請求項１～１５のいずれか１つに記載の窒化物半導体。

【請求項17】

前記窒化物部材は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０≦ｘ３≦１）を含む第３窒化物領域をさらに含み、
前記第２窒化物領域は、前記第１窒化物領域と前記第３窒化物領域との間にある、請求項１～１６のいずれか１つに記載の窒化物半導体。

【請求項18】

前記第３窒化物領域は、複数の第１領域と、複数の第２領域と、を含み、
前記第１方向において、前記複数の第１領域の１つは、前記複数の第２領域の１つと前記複数の第２領域の別の１つとの間にあり、前記複数の第２領域の前記１つは、前記複数の第１領域の前記１つと、前記複数の第１領域の別の１つとの間にあり、
前記第１領域は、Ａｌ_ｙ１Ｇａ_１－ｙ１Ｎ（０＜ｙ１≦１）を含み、
前記第２領域は、Ａｌ_ｙ２Ｇａ_１－ｙ２Ｎ（０≦ｙ２＜ｙ１）を含む、請求項１７に記載の窒化物半導体。

【請求項19】

前記窒化物部材は、
Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１－ｘ４Ｎ（０≦ｘ４＜１）を含む第４窒化物領域と、
Ａｌ_ｘ５Ｇａ_１－ｘ５Ｎ（０＜ｘ５≦１、ｘ４＜ｘ５）を含む第５窒化物領域と、
をさらに含み、
前記第３窒化物領域は、前記第１窒化物領域と前記第５窒化物領域との間にあり、
前記第４窒化物領域は、前記第３窒化物領域と前記第５窒化物領域との間にある、
請求項１７に記載の窒化物半導体。

【請求項20】

請求項１９に記載の窒化物半導体と、
第１電極と、
第２電極と、
第３電極と、
絶縁部材と、
を備え、
前記第１電極から前記第２電極への方向は、前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への方向と交差する第２方向に沿い、
前記第３電極の前記第２方向における位置は、前記第１電極の前記第２方向における位置と、前記第２電極の前記第２方向における位置と、の間にあり、
前記第４窒化物領域は、第１部分領域、第２部分領域、第３部分領域、第４部分領域、及び、第５部分領域を含み、
前記第１部分領域から前記第１電極への方向は、前記第１方向に沿い、
前記第２部分領域から前記第２電極への方向は、前記第１方向に沿い、
前記第３部分領域は、前記第２方向において前記第１部分領域と前記第２部分領域との間にあり、前記第３部分領域から前記第３電極への方向は、前記第１方向に沿い、
前記第４部分領域は、前記第２方向において前記第１部分領域と前記第３部分領域との間にあり、
前記第５部分領域は、前記第２方向において前記第３部分領域と前記第２部分領域との間にあり、
前記第５窒化物領域は、第６部分領域及び第７部分領域を含み、
前記第４部分領域から前記第６部分領域への方向は、前記第１方向に沿い、
前記第５部分領域から前記第７部分領域への方向は、前記第１方向に沿い、
前記絶縁部材は、前記窒化物部材と前記第３電極との間にある、半導体装置。

【請求項21】

Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域の第１部分を第１温度で形成し、
前記第１部分の前記形成の後に、前記第１窒化物領域の第２部分を前記第１温度よりも高い第２温度で形成し、
前記第２部分の前記形成の後に、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域を形成し、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記第１部分の第１厚さは、前記第２部分の第２厚さよりも薄く、
前記第２窒化物領域の前記形成における第３温度は、前記第１温度よりも高い、窒化物半導体の製造方法。

【請求項22】

前記第１温度は、５５０℃以上８００℃以下であり、
前記第２温度は、１０００℃以上である、請求項２１に記載の窒化物半導体の製造方法。

【請求項23】

Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域の第１部分を第１温度で形成し、
前記第１部分の前記形成の後に、前記第１窒化物領域の第２部分を前記第１温度よりも高い第２温度で形成し、
前記第２部分の前記形成の後に、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域を形成し、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記第１部分の第１厚さは、前記第２部分の第２厚さよりも薄く、
前記第１温度は、５５０℃以上８００℃以下であり、
前記第２温度は、１０００℃以上である、窒化物半導体の製造方法。

【請求項24】

前記第２部分における前記酸素濃度は、３×１０^１６／ｃｍ^３以上である、請求項２１～２３のいずれか１つに記載の窒化物半導体の製造方法。

【請求項25】

前記第１部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３を超え、３．６×１０^２０／ｃｍ^３以下である、請求項２１～２４のいずれか１つに記載の窒化物半導体の製造方法。

【請求項26】

基体と、
窒化物部材と、
を備え、
前記窒化物部材は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域を含み、
前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第１部分におけるＡｌ組成比は、前記第２部分におけるＡｌ組成比と同じであり、
前記第１部分は、前記基体と前記第２部分との間にあり、
前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高く、
前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり、
前記基体から前記第１窒化物領域への第１方向における前記第１部分の第１厚さは、前記第１方向における前記第２部分の第２厚さよりも薄い、窒化物半導体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、窒化物半導体、半導体装置及び窒化物半導体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、窒化物半導体を含むウェーハを用いて半導体装置が製造される。窒化物半導体において品質の向上が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－１０３４７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、品質を向上できる窒化物半導体、半導体装置及び窒化物半導体の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、窒化物半導体は、基体及び窒化物部材を含む。前記窒化物部材は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域と、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域と、を含む。前記第１窒化物領域は、前記基体と前記第２窒化物領域との間にある。前記第１窒化物領域は、第１部分及び第２部分を含む。前記第２部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にある。前記第１部分における酸素濃度は、前記第２部分における酸素濃度よりも高い。前記第２部分における前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下である。前記第１窒化物領域から前記第２窒化物領域への第１方向における前記第１部分の第１厚さは、前記第１方向における前記第２部分の第２厚さよりも薄い。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示する模式的断面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示するグラフである。

【図3】図３は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示するグラフである。

【図4】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示するグラフである。

【図5】図５は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示するグラフである。

【図6】図６は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示する模式的断面図である。

【図7】図７は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図8】図８は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図9】図９は、第３実施形態に係る窒化物半導体の製造方法を例示するフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る窒化物半導体１１０は、基体１８ｓ及び窒化物部材１０Ｍを含む。ウェーハ２１０は、窒化物半導体１１０を含む。

【0009】

基体１８ｓは、例えば、シリコンを含む。基体１８ｓは、例えば、シリコン基板である。

【0010】

窒化物部材１０Ｍは、第１窒化物領域１１及び第２窒化物領域１２を含む。

【0011】

窒化物部材１０Ｍは、第３窒化物領域１３、第４窒化物領域１４及び第５窒化物領域１５などを含んでも良い。第４窒化物領域１４及び第５窒化物領域１５は、機能層に対応する。第３窒化物領域１３、第４窒化物領域１４及び第５窒化物領域１５は必要に応じて設けられ、省略されても良い。第３窒化物領域１３、第４窒化物領域１４及び第５窒化物領域１５の少なくもいずれかが第２窒化物領域１２に含まれるとみなされても良い。

【0012】

第１窒化物領域１１は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む。第１窒化物領域１１におけるＡｌの組成比ｘ１は、例えば、０．３５以上１以下である。１つの例において、第１窒化物領域１１は、ＡｌＮを含む。

【0013】

第２窒化物領域１２は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む。第２窒化物領域１２は、ＡｌＧａＮまたはＧａＮを含む。第１窒化物領域１１は、基体１８ｓと第２窒化物領域１２との間にある。

【0014】

第１窒化物領域１１から第２窒化物領域１２への方向を第１方向とする。第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

【0015】

基体１８ｓ、第１窒化物領域１１及び第２窒化物領域１２は、Ｘ－Ｙ平面に沿う層状である。

【0016】

第１窒化物領域１１は、第１部分１１ａ及び第２部分１１ｂを含む。第２部分１１ｂは、第１部分１１ａと第２窒化物領域１２との間にある。例えば、第１部分１１ａは、基体１８ｓと接して良い。例えば、第２部分１１ｂは、第２窒化物領域１２と接して良い。第１部分１１ａと第２部分１１ｂとの間の境界は、不明確でも明確でも良い。

【0017】

第１部分１１ａにおける酸素濃度は、第２部分１１ｂにおける酸素濃度よりも高い。第２部分１１ｂにおける酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下である。

【0018】

図１に示すように、第１窒化物領域１１から第２窒化物領域１２への第１方向（Ｚ軸方向）における第１部分１１ａの第１厚さｔａは、第１方向における第２部分１１ｂの第２厚さｔｂよりも薄い。このような構成により、窒化物部材１０Ｍにおける欠陥が抑制できることが分かった。例えば、欠陥に起因したリーク電流を抑制できる。実施形態によれば、品質を向上できる窒化物半導体及び半導体装置が提供できる。

【0019】

例えば、欠陥は、基体１８ｓの上に形成された窒化物部材１０Ｍにおける転位に起因して形成されると考えられる。欠陥は、例えば、ピットである。酸素濃度が高い第１部分１１ａを設けられることで、例えば、転位の伝搬を抑制できると考えられる。例えば、第１部分１１ａがＡｌＮを含む場合、酸素がＡｌを酸化させる。酸化されたＡｌは、例えば、転位の伝搬を抑制する。酸化されたＡｌは、例えば、転位を止めるマスクとして機能する。酸素濃度が高い第１部分１１ａを設けることで、欠陥が低減される。

【0020】

第１窒化物領域１１の全体において、酸素濃度を高くすると、高い密度の酸素がＡｌＮの成長を阻害すると考えられる。これにより、例えば、平坦性が低くなり易い。酸素濃度が高い第１部分１１ａに加えて、酸素濃度が低い第２部分１１ｂが設けられることで、ＡｌＮの成長の阻害が抑制できる。例えば、高い平坦性が得やすい。

【0021】

第１窒化物領域１１から第２窒化物領域１２への第１方向（Ｚ軸方向）における第１窒化物領域１１の厚さｔｒ１（図１参照）は、第１部分１１ａの第１厚さｔａと、第２部分１１ｂの第２厚さｔｂと、の和で良い。

【0022】

図２は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示するグラフである。
図２は、窒化物半導体１１０のＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）分析結果を例示している。図２において、横軸は、Ｚ軸方向における位置ｐＺである。図２の左の縦軸は、酸素濃度Ｃ（Ｏ）である。図２の右の縦軸は、Ａｌの２次イオン強度Ｉｎｔ＿Ａｌである。

【0023】

図２に示すように、基体１８ｓと第２窒化物領域１２との間に第１窒化物領域１１が設けられる。第１窒化物領域１１は、第１部分１１ａ及び第２部分１１ｂを含む。基体１８ｓと第２部分１１ｂの間に第１部分１１ａがある。第１部分１１ａにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）よりも高い。

【0024】

後述するように、酸素濃度Ｃ（Ｏ）が異なるこのような複数の部分は、第１窒化物領域１１となる層の形成時に、温度を変更することにより、形成できる。この他、第１窒化物領域１１となる層の形成時の、成長速度、または、アンモニアガスの分圧などによっても、酸素濃度の差が形成できる。例えば、温度が低いと、酸素濃度Ｃ（Ｏ）が高くなる。例えば、成長速度が速いと、酸素濃度Ｃ（Ｏ）が高くなる。例えば、アンモニアガスの分圧が高いと、酸素濃度Ｃ（Ｏ）が高くなる。

【0025】

以下、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）を変えたときの欠陥密度についての実験結果の例について説明する。

【0026】

図３は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示するグラフである。
図３の横軸は、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）１である。図３の縦軸は、リークの原因となる欠陥密度ＤＤ１である。欠陥密度ＤＤ１は、例えば、光学顕微鏡を用いて窒化物部材１０Ｍの表面を観察することにより検出できる。例えば、光学顕微鏡を用いた観察において、１ｃｍ^２あたりのピットの数が算出され、算出から欠陥密度ＤＤ１が得られる。

【0027】

図３に示すように、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）１が３×１０^１６／ｃｍ^３以上、１×１０^１８／ｃｍ^３以下のときに、欠陥密度ＤＤ１が低い。酸素濃度Ｃ（Ｏ）１が３×１０^１６／ｃｍ^３未満のときは、欠陥密度ＤＤ１が高い。酸素濃度Ｃ（Ｏ）１が１×１０^１８／ｃｍ^３を超えると、欠陥密度ＤＤ１が高い。

【0028】

図３に示すように、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）１と、欠陥密度ＤＤ１と、の特性は臨界的である。酸素濃度Ｃ（Ｏ）１が約３×１０^１３／ｃｍ^３の近傍で、欠陥密度ＤＤ１が急激に変化する。酸素濃度Ｃ（Ｏ）１が約１×１０^１８／ｃｍ^３の近傍で、欠陥密度ＤＤ１が急激に変化する。

【0029】

以下、第１部分１１ａの第１厚さｔａと、第２部分１１ｂの第２厚さｔｂと、の大小関係と、欠陥密度との関係についての実験例について説明する。

【0030】

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示するグラフである。
これらの図において、横軸は、Ｚ軸方向における位置ｐＺである。縦軸は、酸素濃度Ｃ（Ｏ）である。図４（ａ）は第１試料ＳＰＬ１に対応する。図４（ｂ）は、第２試料ＳＰＬ２に対応する。第１試料ＳＰＬ１においては、第１厚さｔａは、第２部分１１ｂよりも薄い。第２試料ＳＰＬ２においては、第１厚さｔａは、第２部分１１ｂよりも厚い。以下に説明するように、第１厚さｔａが第２部分１１ｂよりも薄いときに、より低い欠陥密度が得られることが分かった。

【0031】

図５は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示するグラフである。
図５の横軸は、厚さ比Ｃｔ１である。厚さ比Ｃｔ１は、第１部分１１ａの第１厚さｔａの、第２部分１１ｂの第２厚さｔｂに対する比である。図５の縦軸は、形状欠陥密度ＤＤ２である。形状欠陥の一部が、リークの原因となる欠陥となる。図５の実験例では、第１厚さｔａ及び第２厚さｔｂの和は、２００ｎｍであり、一定である。

【0032】

図５に示すように、厚さ比Ｃｔ１が低いと、形状欠陥密度ＤＤ２が低い。厚さ比Ｃｔ１は、例えば、０．８以下であることが好ましい。厚さ比Ｃｔ１は、例えば、０．５以下でも良い。厚さ比Ｃｔ１は、例えば、０．３以下でも良い。低い厚さ比Ｃｔ１により、低い形状欠陥密度ＤＤ２が得られる。低い形状欠陥密度ＤＤ２により、低い欠陥密度ＤＤ１が得られる。低い形状欠陥密度ＤＤ２により、リークの原因となる欠陥の密度が低減される。

【0033】

図２に示すように、酸素濃度Ｃ（Ｏ）が高い第１部分１１ａにおいて、酸素濃度Ｃ（Ｏ）が急激に変化する。酸素濃度Ｃ（Ｏ）が低い第２部分１１ｂおいて、酸素濃度Ｃ（Ｏ）は急激に変化しない。例えば、第１部分１１ａにおいて、酸素濃度Ｃ（Ｏ）が急激に低下することで、ＡｌＮの成長の阻害が効果的に抑制できると考えられる。これにより、例えば、高い平坦性が効果的に得られる。

【0034】

例えば、第１部分１１ａにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）の、第１方向（Ｚ軸方向）に対する変化率は、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）の第１方向に対する変化率よりも高い。このようなプロファイルにより、欠陥が抑制でき、高い平坦性が得られる。例えば、品質を向上できる窒化物半導体及び半導体装置が提供できる。

【0035】

第１部分１１ａにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、例えば、１×１０^１８／ｃｍ^３を超え、３．６×１０^２０／ｃｍ^３以下であることが好ましい。第１部分１１ａにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）が過度に高いと、ＡｌＮの成長が阻害されると考えられる。これにより、例えば、平坦性が低くなり易い。

【0036】

第１部分１１ａにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、例えば、２．５×１０^１９／ｃｍ^３以上であることが好ましい。これにより、転位の伝搬を効果的に抑制できる。

【0037】

図２に示すように、第２窒化物領域１２における酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）よりも低い。これにより、第２窒化物領域１２において高い平坦性が得られる。高い品質の第２窒化物領域１２が得やすい。第２窒化物領域１２における酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、例えば、１×１０^１７／ｃｍ^３以下であることが好ましい。高い品質の第２窒化物領域１２が得やすい。

【0038】

実施形態において、第１厚さｔａは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。第１厚さｔａが５ｎｍ以上であることで、例えば、低い欠陥密度が得易い。第１厚さｔａが１５０ｎｍ以下であることで、均質な第１部分１１ａが得易い。

【0039】

実施形態において、第２厚さｔｂは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。上記のように、第２厚さｔｂは、第１厚さｔａよりも厚い。第２厚さｔｂが５０ｎｍ以上であることで、例えば、均質な第２部分１１ｂが得易い。第２厚さｔｂが３００ｎｍ以下であることで、例えば、低い欠陥密度が得やすい。

【0040】

第１窒化物領域１１は、例えば、ＡｌＮを含む。第２窒化物領域１２は、例えば、ＡｌＧａＮを含む。基体１８ｓは、例えば、シリコンを含む。

【0041】

図１に示すように、窒化物部材１０Ｍは、第３窒化物領域１３を含んでも良い。第３窒化物領域１３は、例えば、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０≦ｘ３≦１）を含む。第３窒化物領域１３は、例えば、ＡｌＧａＮまたはＧａＮを含む。後述するように、第３窒化物領域１３は、例えば、積層構造を有して良い。第３窒化物領域１３の厚さ（第３窒化物領域厚さｔｒ３：図１参照））は、例えば、１０００ｎｍ以上８０００ｎｍ以下である。

【0042】

図１に示すように、既に説明したように、窒化物部材１０Ｍは、第４窒化物領域１４及び第５窒化物領域１５を含んでも良い。第４窒化物領域１４は、Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１－ｘ４Ｎ（０≦ｘ４＜１）を含む。第４窒化物領域１４におけるＡｌの組成比ｘ４は、例えば、０以上０．５以下である。第４窒化物領域１４は、例えば、ＧａＮを含む。第４窒化物領域１４におけるＡｌの組成比ｘ４は、第３窒化物領域１３におけるＡｌの組成比よりも低い。第４窒化物領域１４の厚さ（第４窒化物領域厚さｔｒ４（図１参照））は、例えば、５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。

【0043】

図１に示すように、第４窒化物領域１４は、第１膜領域１４ａ及び第２膜領域１４ｂを含んでも良い。第１膜領域１４ａは、第３窒化物領域１３と第２膜領域１４ｂとの間にある。第１膜領域１４ａは、炭素を含む。第２膜領域１４ｂは、炭素を含まない。または、第２膜領域１４ｂにおける炭素濃度は、第１膜領域１４ａにおける炭素濃度よりも低い。炭素を含む第１膜領域１４ａが設けられることにより、例えば、低い転位密度が得易くなる。炭素濃度が低い第２膜領域１４ｂにより、例えば、高い電子移動度が得易い。第１膜領域１４ａの厚さ（第１膜領域厚さｔｒ４ａ（図１参照））は、例えば、１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。第２膜領域１４ｂの厚さ（第２膜領域厚さｔｒ４ｂ（図１参照））は、例えば、５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。

【0044】

第５窒化物領域１５は、Ａｌ_ｘ５Ｇａ_１－ｘ５Ｎ（０＜ｘ５≦１、ｘ４＜ｘ５）を含む。第５窒化物領域１５におけるＡｌの組成比ｘ５は、例えば、０．０５以上０．３５以下である。第５窒化物領域１５は、例えば、ＡｌＧａＮである。第５窒化物領域１５の厚さ（第５窒化物領域厚さｔｒ５（図１参照））は、例えば、１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。第２窒化物領域１２は、第１窒化物領域１１と第５窒化物領域１５との間にある。第３窒化物領域１３は、第２窒化物領域１２と第５窒化物領域１５との間にある。第４窒化物領域１４は、第３窒化物領域１３と第５窒化物領域１５との間にある。

【0045】

例えば、第４窒化物領域１４の第５窒化物領域１５に対向する部分にキャリア領域が形成される。キャリア領域は、例えば、２次元電子ガスである。窒化物半導体１１０に基づく半導体装置において、キャリア領域が半導体装置の動作に用いられる。

【0046】

窒化物部材１０Ｍは、例えば、III族元素（ＡｌまたはＧａ）を含む原料ガスと、Ｖ族元素（Ｎ）を含む原料ガスと、を用いて、例えば、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法などにより形成される。

【0047】

実施形態に係る半導体装置１１０は、例えば、基体１８ｓ及び窒化物部材１０Ｍを含む。窒化物部材１０Ｍは、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域１１を含む。第１窒化物領域１１は、第１部分１１ａ及び第２部分１１ｂを含む。第１部分１１ａは、基体１８ｓと第２部分１１ｂとの間にある。第１部分１１ａにおける酸素濃度は、第２部分１１ｂにおける酸素濃度よりも高い。第２部分１１ｂにおける前記酸素濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下であり。基体１８ｓから第１窒化物領域１１への第１方向における第１部分１１ａの第１厚さｔａは、第１方向における第２部分１１ｂの第２厚さｔｂよりも薄い。欠陥に起因したリーク電流を抑制できる。品質を向上できる窒化物半導体及び半導体装置が提供できる。

【0048】

図６は、第１実施形態に係る窒化物半導体を例示する模式的断面図である。
図６に示すように、実施形態に係る窒化物半導体１１１及びウェーハ２１１において、第３窒化物領域１３は、積層構造を有する。

【0049】

例えば、第３窒化物領域１３は、複数の第１領域１３ａと、複数の第２領域１３ｂと、含む。第１窒化物領域１１から第２窒化物領域１２への第１方向（Ｚ軸方向）において、複数の第１領域１３ａの１つは、複数の第２領域１３ｂの１つと、複数の第２領域１３ｂの別の１つとの間にある。複数の第２領域１３ｂの上記の１つは、複数の第１領域１３ａの上記の１つと、複数の第１領域１３ａの別の１つとの間にある。例えば、第１領域１３ａと第２領域１３ｂとが、Ｚ軸方向に沿って、交互に設けられる。

【0050】

第１領域１３ａは、Ａｌ_ｙ１Ｇａ_１－ｙ１Ｎ（０＜ｙ１≦１）を含む。第２領域１３ｂは、Ａｌ_ｙ２Ｇａ_１－ｙ２Ｎ（０≦ｙ２＜ｙ１）を含む。

【0051】

第１領域１３ａにおけるＡｌ組成比（組成比ｙ１）は、例えば、０．７５以上１以下である。１つの例において、第１領域１３ａは、ＡｌＮである。

【0052】

第２領域１３ｂにおけるＡｌ組成比（組成比ｙ２）は、例えば、０．０６以上０．３以下である。１つの例において、第２領域１３ｂは、Ａｌ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎである。

【0053】

１つの例において、組成比ｙ１は、組成比ｘ１以下である。１つの例において、組成比ｙ２は、組成比ｘ２よりも高い。

【0054】

例えば、複数の第１領域１３ａの１つが第２窒化物領域１２と接しても良い。例えば、複数の第２領域１３ｂの１つが第２窒化物領域１２と接しても良い。例えば、複数の第１領域１３ａの１つが第４窒化物領域１４と接しても良い。例えば、複数の第２領域１３ｂの１つが第４窒化物領域１４と接しても良い。複数の第１領域１３ａと、複数の第２領域１３ｂと、は、例えば、超格子構造を形成しても良い。複数の第１領域１３ａの数と、複数の第２領域１３ｂの数と、の差の絶対値は、０でも良く１でも良い。複数の第１領域１３ａの数は、例えば、１０以上２００以下である。複数の第１領域１３ａの１つが第２窒化物領域１２と見なされても良い。

【0055】

複数の第１領域１３ａのそれぞれは、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う第１領域厚さｔ１を有する。例えば、第１領域厚さｔ１は、第２窒化物領域１２の第１方向に沿う第２窒化物領域厚さｔｒ２よりも薄い。複数の第２領域１３ｂのそれぞれは、第１方向に沿う第２領域厚さｔ２を有する。例えば、第２領域厚さｔ２は、第２窒化物領域厚さｔｒ２よりも薄い。例えば、第１領域厚さｔ１は、第２領域厚さｔ２よりも薄い。

【0056】

例えば、複数の第１領域１３ａのそれぞれの第１方向に沿う第１領域厚さｔ１は、第１窒化物領域１１の第１方向に沿う第１窒化物領域厚さｔｒ１よりも薄い。複数の第２領域１３ｂのそれぞれの第１方向に沿う第２領域厚さｔ２は、第１窒化物領域厚さｔｒ１よりも薄い。

【0057】

第１領域厚さｔ１は、例えば、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。１つの例において、第１領域厚さｔ１は、５ｎｍである。第２領域厚さｔ２は、例えば、１５ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。１つの例において、第２領域厚さｔ２は、２５ｎｍである。

【0058】

このような構造を有する第３窒化物領域１３において、例えば、第１領域１３ａと第２領域１３ｂとの間の界面において、転位が曲がりやすくなる。より低い転位密度が得易い。Ａｌの組成比が異なる複数の領域が設けられることで、例えば、高い耐圧が得易くなる。

【0059】

以下、窒化物半導体１１１（ウェーハ２１１）の作製方法の例について、説明する。

【0060】

基体１８ｓを有機洗浄及び酸洗浄により処理する。基体１８ｓをＭＯＣＶＤ装置に導入する。水素雰囲気中で、１０００℃で、基体１８ｓの表面を熱処理する。熱処理により、例えば、基体１８ｓの表面の酸化膜が除去される。

【0061】

その後、第１窒化物領域１１を形成する。例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）及びアンモニア（ＮＨ_３）を用い、７８０℃で、第１部分１１ａとなるＡｌＮ層を形成する。第１部分１１ａの第１厚さｔａは、例えば、８０ｎｍ（例えば、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下）である。第１部分１１ａを形成する際の成長温度は、例えば、５５０℃以上８００℃以下である。

【0062】

その後、基板温度を１０２０℃とし、ＴＭＡｌ及びＮＨ_３を用い、第２部分１１ｂとなるＡｌＮ層を形成する。第２部分１１ｂの第２厚さｔｂは、例えば、２５０ｎｍ（例えば、９０ｎｍ以上３００ｎｍ以下）である。第２部分１１ｂを形成する際の成長温度は、例えば、１０００℃以上１１００℃以下である。

【0063】

第１部分１１ａ及び第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、例えば、温度（基体１８ｓの温度）またはアンモニア分圧で変化させることができる。温度を低くすることで、酸素濃度Ｃ（Ｏ）が上昇する。アンモニア分圧を高くすることで、酸素濃度Ｃ（Ｏ）が上昇する。例えば、第１部分１１ａを形成する際のアンモニア分圧は７３Ｐａであり、第２部分１１ｂを形成する際のアンモニア分圧は６Ｐａである。例えば、第２部分１１ｂを形成する際のアンモニア分圧は、第１部分１１ａを形成する際のアンモニア分圧に対し、１／１０以下である。

【0064】

例えば、第２部分１１ｂは、炭素を実質的に含まない。または、第２部分１１ｂにおける炭素の濃度は、例えば、第１部分１１ａにおける炭素の濃度よりも低い。例えば、第１部分１１ａにおける炭素の濃度に対する、第２部分１１ｂにおける炭素の濃度の比は、０．０５以下である。第１部分１１ａが炭素を含むことで、例えば、窒化物部材１０Ｍにおいて、低い転位密度が得られやすい。例えば、炭素を含む第１部分１１ａにおいて、転位の方向が曲がりやすい。これにより、第２部分１１ｂに伝搬する転位が減少する。例えば、第１部分１１ａにおける炭素の濃度に対する、第２部分１１ｂにおける炭素の濃度の比は、０．０００１以上でもよい。

【0065】

その後、第２窒化物領域１２を形成する。例えば、ＴＭＡｌ、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）及びアンモニアを用い、９６０℃で、第２窒化物領域１２の少なくとも一部となるＡｌＧａＮ層を形成する。このＡｌＧａＮ層は、例えば、炭素ドープＡｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎ層である。第２窒化物領域１２の厚さ（第２窒化物領域厚さｔｒ２）は、例えば、２５０ｎｍ（例えば、５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下）である。第２窒化物領域１２における炭素濃度は、例えば、４．０×１０^１８／ｃｍ^３である。例えば、第２窒化物領域１２における炭素の濃度は、第１窒化物領域１１における炭素の濃度よりも高い。第２窒化物領域１２が炭素を含むことで、例えば、窒化物部材１０Ｍにおいて、低い転位密度が得やすい。例えば、炭素を含む第２窒化物領域１２において、転位の方向が曲がりやすい。これにより、第２窒化物領域１２よりも上に延びる転位が減少する。第２窒化物領域１２における酸素の濃度は、例えば、７．９×１０^１５／ｃｍ^３である。例えば、第２窒化物領域１２における酸素の濃度は、第１窒化物領域１１における酸素の濃度よりも低い。これにより、第２窒化物領域１２において高い平坦性が得られる。高い品質の第２窒化物領域１２が得やすい。

【0066】

その後、第３窒化物領域１３を形成する。例えば、第３窒化物領域１３は、複数の第１領域１３ａ、及び、複数の第２領域１３ｂを含む。例えば、窒素及び水素を含む雰囲気にて、ＴＭＡｌ及びアンモニアを用いて、第１領域１３ａとなるＡｌＮ層を形成する。第１領域１３ａの形成の温度は、例えば９４０℃である。第１領域１３ａの厚さ（第１領域厚さｔ１）は、例えば、５ｎｍ（例えば、２ｎｍ以上１５ｎｍ以下）である。

【0067】

第１領域１３ａの上に、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ及びアンモニアを用いて、第２領域１３ｂとなるＡｌ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎ層を形成する。第２領域１３ｂの形成の温度は、例えば、９４０℃である。第２領域１３ｂの厚さ（第２領域厚さｔ２）は、例えば、２５ｎｍ（例えば、１５ｎｍ以上４０ｎｍ以下）である。このような第１領域１３ａの形成及び第２領域１３ｂの形成を計１２５回繰り返す。最後の第２領域１３ｂの上に、第１領域１３ａをさらに形成する。これにより、第３窒化物領域１３が形成される。

【0068】

第３窒化物領域１３における炭素の濃度は、例えば、１．５×１０^１９／ｃｍ^３（例えば、５×１０^１８／ｃｍ^３以上９×１０^１９／ｃｍ^３以下）である。第３窒化物領域１３における酸素の濃度は、例えば、３．９×１０^１６／ｃｍ^３（例えば、５×１０^１５／ｃｍ^３以上１×１０^１７／ｃｍ^３以下）である。例えば、第３窒化物領域１３における炭素の濃度は、第２窒化物領域１２における炭素の濃度よりも高い。第３窒化物領域１３における酸素の濃度は、第２窒化物領域１２における酸素の濃度よりも高い。

【0069】

その後、基体１８ｓの温度を、例えば、９４０℃として、水素雰囲気にて、ＴＭＧａ及びアンモニアを用い、第１膜領域１４ａを形成する。第１膜領域１４ａは、例えば、ＧａＮ層である。第１膜領域１４ａは、炭素を含む。第１膜領域１４ａの厚さは、例えば、１０００ｎｍ（例えば、１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下）である。第１膜領域１４ａにおける炭素の濃度は、例えば、３×１０^１９／ｃｍ^３（例えば、５×１０^１８／ｃｍ^３以上９×１０^１９／ｃｍ^３以下）である。

【0070】

その後、基体１８ｓの温度を、例えば、１０４０℃として、ＴＭＧａ及びアンモニアを用い、第２膜領域１４ｂを形成する。第２膜領域１４ｂは、例えば、アンドープのＧａＮ層である。第２膜領域１４ｂの厚さは、例えば、５００ｎｍ（例えば、５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下）である。

【0071】

その後、基体１８ｓの温度を、例えば、１０２０℃として、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ及びアンモニアを用い、第５窒化物領域１５を形成する。第５窒化物領域１５は、例えば、アンドープのＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層である。第５窒化物領域１５の厚さは、例えば、３０ｎｍ（例えば、１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下）である。

【0072】

第１膜領域１４ａ、第２膜領域１４ｂ及び第５窒化物領域１５は、機能層の一部となる。

【0073】

（第２実施形態）
第２実施形態は、半導体装置に係る。
図７は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図７に示すように、実施形態に係る半導体装置１２０は、第１実施形態に係る窒化物半導体（この例では、窒化物半導体１１０）と、第１電極５１と、第２電極５２と、第３電極５３と、絶縁部材６１と、を含む。

【0074】

第１電極５１から第２電極５２への方向は、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する第２方向に沿う。第２方向は、例えば、Ｘ軸方向である。第３電極５３の第２方向における位置は、第１電極５１の第２方向における位置と、第２電極５２の第２方向における位置と、の間にある。

【0075】

窒化物部材１０Ｍは、第１～第５窒化物領域１１～１５を含む。第４窒化物領域１４は、第１部分領域１０ａ、第２部分領域１０ｂ、第３部分領域１０ｃ、第４部分領域１０ｄ、及び、第５部分領域１０ｅを含む。第１部分領域１０ａから第１電極５１への方向は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。第２部分領域１０ｂから第２電極５２への方向は、第１方向に沿う。第３部分領域１０ｃは、第２方向（Ｘ軸方向）において第１部分領域１０ａと第２部分領域１０ｂとの間にある。第３部分領域１０ｃから第３電極５３への方向は、第１方向に沿う。第４部分領域１０ｄは、第２方向において第１部分領域１０ａと第３部分領域１０ｃとの間にある。第５部分領域１０ｅは、第２方向において第３部分領域１０ｃと第２部分領域１０ｂとの間にある。

【0076】

第５窒化物領域１５は、第６部分領域１５ｆ及び第７部分領域１５ｇを含む。第４部分領域１０ｄから第６部分領域１５ｆへの方向は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。第５部分領域１０ｅから第７部分領域１５ｇへの方向は、第１方向に沿う。

【0077】

絶縁部材６１は、窒化物部材１０Ｍと第３電極５３との間にある。例えば、絶縁部材６１は、第１絶縁領域６１ｐを含む。第１絶縁領域６１ｐは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第３部分領域１０ｃと第３電極５３との間に設けられる。

【0078】

半導体装置１２０は、窒化物半導体１１１を含んでも良い。半導体装置１２０において、第１電極５１と第２電極５２との間に流れる電流は、第３電極５３の電位により制御できる。第３電極５３の電位は、例えば、第１電極５１の電位を基準にした電位である。第１電極５１は、例えば、ソース電極として機能する。第２電極５２は、例えば、ドレイン電極として機能する。第３電極５３は、例えば、ゲート電極として機能する。１つの例において、半導体装置１２０は、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）である。実施形態によれば、特性の向上が可能な半導体装置を提供できる。

【0079】

半導体装置１２０においては、第３電極５３の少なくとも一部は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）において、第６部分領域１５ｆと第７部分領域１５ｇとの間にある。第３電極５３の少なくとも一部が、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）において、第４部分領域１０ｄと第５部分領域１０ｅとの間にあっても良い。半導体装置１２０は、例えば、ノーマリオフ型である。

【0080】

図８は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図８に示すように、実施形態に係る半導体装置１２１は、第１実施形態に係る窒化物半導体（この例では、窒化物半導体１１０）と、第１電極５１と、第２電極５２と、第３電極５３と、絶縁部材６１と、を含む。半導体装置１２１においては、第３電極５３は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）において、第６部分領域１５ｆ及び第７部分領域１５ｇと重ならない。第３電極５３は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）において、第４部分領域１０ｄ及び第５部分領域１０ｅと重ならない。半導体装置１２１は、例えば、ノーマリオン型である。

【0081】

（第３実施形態）
第３実施形態は、窒化物半導体の製造方法に係る。第３実施形態に係る窒化物半導体の製造方法は、ウェーハの製造方法、または、半導体装置の製造方法に適用されても良い。

【0082】

図９は、第３実施形態に係る窒化物半導体の製造方法を例示するフローチャート図である。
図９に示すように、実施形態に係る窒化物半導体の製造方法において、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１窒化物領域１１の第１部分１１ａを第１温度で形成する（ステップＳ１２０）。第１部分１１ａの形成の後に、第１窒化物領域１１の第２部分１１ｂを第１温度よりも高い第２温度で形成する（ステップＳ１３０）。第２部分１１ｂの形成の後に、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む第２窒化物領域１２を形成する（ステップＳ１４０）。図９に示すように、ステップＳ１２０の前に、基体１８ｓを加熱処理しても良い（ステップＳ１１０）。

【0083】

上記のような温度により、第１部分１１ａにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）よりも高くなる。

【0084】

第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下である。第１部分１１ａの第１厚さｔａは、第２部分１１ｂの第２厚さｔｂよりも薄い。

【0085】

このような製造方法により、品質を向上できる窒化物半導体、半導体装置及び窒化物半導体の製造方法が提供できる。

【0086】

実施形態において、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、３×１０^１６／ｃｍ^３以上であることが好ましい。１×１０^１８／ｃｍ^３を超え、３．６×１０^２０／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

【0087】

上記の第１温度は、例えば、５５０℃以上８００℃以下である。上記の第２温度は、例えば、１０００℃以上である。第２温度は、例えば、１１００℃以下である。

【0088】

例えば、第２窒化物領域１２の形成における第３温度は、上記の第１温度よりも高い。第２窒化物領域１２において低い酸素濃度Ｃ（Ｏ）が得られる。第２窒化物領域１２における酸素濃度Ｃ（Ｏ）は、第２部分１１ｂにおける酸素濃度Ｃ（Ｏ）よりも低い。

【0089】

実施形態において、窒化物領域の形状などに関する情報は、例えば、電子顕微鏡観察などにより得られる。窒化物領域における組成及び元素濃度に関する情報は、例えば、ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）、または、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）などにより得られる。窒化物領域における組成に関する情報は、例えば、Ｘ線逆格子空間マッピングなどにより得られても良い。

【0090】

実施形態によれば、反りを抑制可能な窒化物半導体、半導体装置及び窒化物半導体の製造方法を提供することができる。

【0091】

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、窒化物半導体に含まれる、窒化物部材、窒化物領域及び基体などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

【0092】

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

【0093】

その他、本発明の実施の形態として上述した窒化物半導体、半導体装置及び窒化物半導体の製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての窒化物半導体、半導体装置及び窒化物半導体の製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0094】

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと解される。

【0095】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0096】

１０Ｍ…窒化物部材、 １０ａ～１０ｅ…第１～第５部分領域、 １１～１５…第１～第５窒化物領域、 １１ａ、１１ｂ…第１、第２部分、 １３ａ、１３ｂ…第１、第２領域、 １４ａ、１４ｂ…第１、第２膜領域、 １５ｆ…第６部分領域、 １５ｇ…第７部分領域、 １８ｓ…基体、 ５１～５３…第１～第３電極、 ６１…絶縁部材、 ６１ｐ…第１絶縁領域、 １１０、１１１…窒化物半導体、 １２０、１２１…半導体装置、 ２１０、２１１…ウェーハ、 Ｃ（Ｏ）、Ｃ（Ｏ）１…酸素濃度、 Ｃｔ１…厚さ比、 ＤＤ１…欠陥密度、 ＤＤ２…形状欠陥密度、 Ｉｎｔ＿Ａｌ…２次イオン強度、 ＳＰＬ１、ＳＰＬ２…第１、第２試料、 ｐＺ…位置、 ｔ１、ｔ２…第１、第２領域厚さ、 ｔａ、ｔｂ…第１、第２厚さ、 ｔｒ１～ｔｒ５…第１～第５窒化物領域厚さ、 ｔｒ４ａ、ｔｒ４ｂ…第１、第２膜領域厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】