(57)【要約】【課題】低コストでしかも高品質の窒化物系の半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びに電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】化合物半導体を結晶成長させるための基板（１）と、基板（１）上に形成されるバッファ層（２）と、バッファ層（２）上に位置する第１の窒化物半導体層（３）と、第１の窒化物半導体層（３）上に位置する第２の窒化物半導体層（５）と、第２の窒化物半導体層（５）上に位置し第２の窒化物半導体層（５）よりも電子親和力の小さい第３の窒化物半導体層（６）とを備えた半導体エピタキシャルウェハにおいて、第１の窒化物半導体層（３）にはＦｅがドープされ、第１の窒化物半導体層（３）と第２の窒化物半導体層（５）との間には、第１の窒化物半導体層（３）及び第２の窒化物半導体層（５）よりも電子親和力の小さい窒化物半導体挿入層（４）が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体を結晶成長させるための基板と、前記基板上に形成されるバッファ層と、前記バッファ層上に位置する第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層上に位置する第２の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物半導体層上に位置し第２の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第３の窒化物半導体層とを備えた半導体エピタキシャルウェハにおいて、
前記第１の窒化物半導体層にはＦｅがドープされ、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間には、前記第１の窒化物半導体層及び前記第２の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい窒化物半導体挿入層が設けられていることを特徴とする半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
前記窒化物半導体挿入層は、窒化アルミニウム又は窒化アルミニウムガリウムであることを特徴とする請求項１に記載の半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
前記第１の窒化物半導体層は、Ｆｅ濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上であり、前記第２の窒化物半導体層は、Ｆｅ濃度が５×１０１６ｃｍ−３未満、厚さ０.２μｍ以上０.５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
前記基板が、炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
前記窒化物半導体挿入層の厚さが、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項６】
前記第２の窒化物半導体層は、窒化ガリウムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載の半導体エピタキシャルウェハを用い、前記第３の窒化物半導体層にソース電極およびドレイン電極を形成し、前記第２の窒化物半導体層又は前記第３の窒化物半導体層にゲート電極を形成して作製されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項８】
リアクタ内に化合物半導体を結晶成長させるための基板を設置し、前記基板上に、バッファ層と、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体層とを形成して半導体エピタキシャルウェハを製造する半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記第１の窒化物半導体層の成長時には、Ｆｅドーパント原料を前記リアクタ内に供給して前記第１の窒化物半導体層にＦｅをドープし、前記第１の窒化物半導体層の成長終了後はＦｅドーパント原料の供給を停止し、前記第１の窒化物半導体層及び前記第２の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい窒化物半導体挿入層を形成した後、Ｆｅドーパント原料の供給系のパージを実施し、その後、前記第２の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層を形成するようにしたことを特徴とする半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びに電界効果トランジスタに関し、更に詳しくは低コストで高品質化が図れる窒化物系の半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びにこの半導体エピタキシャルウェハを用いて作製される電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
III族元素のインジウム、ガリウム、アルミニウムとＶ族元素の窒素からなる窒化物半
導体は、III族元素の組成比を制御することにより、紫外域から可視域の大部分の領域を
カバーする革新的な高効率発光デバイスの材料として開発が進められ、実用化されている。
また、窒化物半導体は、高い飽和電子速度と高い絶縁破壊耐圧を有する為、将来的には高周波領域で桁違いの高効率・高出力を実現する夢の電子デバイス用材料としての応用も期待されている。
【０００３】
窒化物半導体薄膜を材料として用いる電界効果トランジスタでは、リーク電流の問題が指摘されている。リーク電流は、主に結晶成長中に意図せずに、ｎ型ドーパントとして活性化する不純物が、窒化ガリウムを主成分とした電子親和力の大きい能動層へと混入した場合に発生する。リーク電流は、特に格子不整合が生じている界面付近で発生することが多い。
このリーク電流を防ぐための技術としては、結晶成長中に意図的に鉄を、窒化ガリウムを主成分とした電子親和力の大きい能動層にドープさせて、ここを無理やり高抵抗化させるという技術が公知になっている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、関連する技術として、Ｃｐ２Ｆｅ（ビスシクロペンタジエニル鉄、フェロセン）を用いて鉄ドープＧａＮ基板を作製する方法やこの鉄ドープＧａＮ基板を用いたエピタキシャル基板が提案されている（例えば、特許文献２、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４５９７号公報
【特許文献２】特開２００５−３０６７２３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】原田  学他、「Ｆｅドーピングによる半絶縁性ＧａＮ厚膜の成長」、第５１回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集、東京工科大学、2004年3月、p.382
【非特許文献２】APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol.81, No.3, 15 JULY 2002, PP439-441
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したように、リーク電流を防ぐために鉄をドーピングした場合、次のような問題がある。
すなわち、鉄はＣｐ２Ｆｅという有機金属を使ってドープするが、このＣｐ２Ｆｅはメモリー効果が強いという特徴がある。例えば、格子不整合が生じている基板と窒化物半導体層の界面付近のみに鉄をドーピングしても、通常の成長方法では、原料を供給する配管
内にＣｐ２Ｆｅが残留し、残留したＣｐ２Ｆｅが徐々にリアクタ内に流れ込み、意図しない層にまで鉄が混入する現象が起こる。
【０００８】
具体的には、例えば、図４に示すように、ＳｉＣ（炭化ケイ素）基板１０１の上に、アンドープＡｌＮ（窒化アルミニウム）核生成層１０２と、Ｃｐ２Ｆｅを供給してＦｅ（鉄）をドープしたＧａＮ（窒化ガリウム）層１０３と、厚いアンドープＧａＮ層１０４と、ＧａＮ能動層１０５と、ＧａＮ能動層１０５に二次元電子ガスを供給するためのＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）供給層１０６と、が積層されたＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）用エピタキシャルウェハを作製した場合に、鉄を供給していないアンドープＧａＮ層１０４等にも鉄が混入してしまう。
【０００９】
図５は、図４の構造のエピタキシャルウェハに対するＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）による分析結果である。図５に示すように、ＡｌＮ核生成層１０２とＧａＮ層１０３との界面付近には約２×１０１８ｃｍ−３の鉄が存在し、リーク電流の防止が図られていることが分かる。一方、鉄ドープＧａＮ層１０３以外の層を形成する際には、Ｃｐ２Ｆｅをリアクタに供給していないが、図５から分かるとおり、アンドープＧａＮ層１０４の鉄ドープＧａＮ層１０３との界面に近い位置で、より高濃度（約３×１０１８ｃｍ−３）の鉄が意図せずにドープされてしまっていることが分かる。これは、Ｃｐ２Ｆｅの配管内メモリー効果によるものである。
【００１０】
基板側の界面で鉄がドープされていることは、リーク電流を防ぐという意味では電界効果トランジスタ動作に良好な効果をもたらす。しかし一方で、ＧａＮ能動層１０５のＡｌＧａＮ供給層１０６側の界面近傍の、二次元電子ガスが発生する領域に鉄がドープされると、飽和電流値が減少するなどトランジスタの動作に悪影響を与える。従って、メモリー効果によって鉄が意図しないＨＥＭＴの表面付近の層にまで混入して、電子デバイス特性が劣化するのを避ける必要がある。
【００１１】
メモリー効果が電子デバイスの能動層に与える影響を最小限にとどめるための方法には、次の二つが考えられる。
第一の方法は、Ｃｐ２Ｆｅを供給して鉄ドープＧａＮ層を形成した後、アンドープＧａＮ層を非常に厚く形成することである。アンドープＧａＮ層を厚く、例えば１.５μｍ程
度形成してＣｐ２Ｆｅのメモリー効果が収束したところで、ＨＥＭＴの能動層領域を形成すると、良好なデバイス特性が得られる。図４の構造はこの典型例である。ただし、この方法の欠点は、ガリウムを大幅に消費するため原料コストが極めて高くなることであって、工業的な観点からみると実用化は現実的ではない。
【００１２】
メモリー効果を抑制する第二の方法は、鉄ドープＧａＮ層の形成が終了した後に、ＧａＮの成長を中断して配管をパージし、残留Ｃｐ２Ｆｅの濃度が十分に低下した時点でＧａＮの成長を再開する方法である。この方法では、ガリウムを余分に消費しないことから、一見すると第一の方法よりも優れているように思われる。しかし、この方法の致命的な欠点は、長い成長中断時間中にＧａＮ層の表面が大幅に劣化することにある。ＧａＮの最適な形成温度は１０００℃以上と非常に高温であるが、一方で１０００℃以上の高温下では窒素成分やガリウム成分のエピタキシャル層表面からの脱離反応が成長と並行して生じている。このためエピタキシャル多層薄膜の形成中に、Ｃｐ２Ｆｅのメモリー効果の影響を除くために上記のような成長中断を実施すると、ＧａＮ層の表面凹凸が激しくなる、或いはガリウム金属のドロップレットが発生するなど著しい表面状態の劣化が発生するのである。
このように、第二の方法は致命的な欠陥を有し、上記二つの方法以外によい方法がないことから、製造コスト上問題がある第一の方法を選択しているのが実情である。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決し、低コストでしかも高品質の窒化物系の半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びに電界効果トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
【００１５】
本発明の第１の態様は、化合物半導体を結晶成長させるための基板と、前記基板上に形成されるバッファ層と、前記バッファ層上に位置する第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層上に位置する第２の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物半導体層上に位置し第２の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第３の窒化物半導体層とを備えた半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記第１の窒化物半導体層にはＦｅがドープされ、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間には、前記第１の窒化物半導体層及び前記第２の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい窒化物半導体挿入層が設けられていることを特徴とする半導体エピタキシャルウェハである。
【００１６】
本発明の第２の態様は、第１の態様の半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記窒化物半導体挿入層は、窒化アルミニウム又は窒化アルミニウムガリウムであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様の半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記第１の窒化物半導体層は、Ｆｅ濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上であり、前記第２の窒化物半導体層は、Ｆｅ濃度が５×１０１６ｃｍ−３未満、厚さ０.２μｍ以上０.５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれかの半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記基板が、炭化ケイ素であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれかの半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記窒化物半導体挿入層の厚さが、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様のいずれかの半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記第２の窒化物半導体層は、窒化ガリウムであることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第７の態様は、第１〜第６の態様のいずれかの半導体エピタキシャルウェハを用い、前記第３の窒化物半導体層にソース電極およびドレイン電極を形成し、前記第２の窒化物半導体層又は前記第３の窒化物半導体層にゲート電極を形成して作製されていることを特徴とする電界効果トランジスタである。
【００２２】
本発明の第８の態様は、リアクタ内に化合物半導体を結晶成長させるための基板を設置し、前記基板上に、バッファ層と、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体層とを形成して半導体エピタキシャルウェハを製造する半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、前記第１の窒化物半導体層の成長時には、Ｆｅドーパント原料を前記リアクタ内に供給して前記第１の窒化物半導体層にＦｅをドープし、前記第１の窒化物半導体層の成長終了後はＦｅドーパント原料の供給を停止し、前記第１の窒化物半導体層及び前記第２の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい窒化物半導体挿入層を形成した後、Ｆｅドーパント原料の供給系のパージを実施し、その後、前記第２の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層を形成するようにしたことを特徴とする半導体エピタキシャルウェハの製造方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、低コストでしかも高品質の窒化物系の半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びに電界効果トランジスタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体エピタキシャルウェハの構造を示す断面図である。
【図２】図１の半導体エピタキシャルウェハ中の鉄濃度プロファイルのＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電界効果トランジスタ構造の断面図である。
【図４】従来の電界効果トランジスタ用の窒化物半導体エピタキシャルウェハの構造を示す断面図である。
【図５】図４の窒化物半導体エピタキシャルウェハ中の鉄濃度プロファイルのＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明に係る半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びに電界効果トランジスタの実施形態を説明する。
【００２６】
本発明に係る実施形態の半導体エピタキシャルウェハは、化合物半導体を結晶成長させるための基板（例えば、炭化ケイ素、シリコン）と、前記基板上に形成されるバッファ層（例えば、核生成層）と、前記バッファ層上に位置する第１の窒化物半導体層（例えば、窒化ガリウム層）と、前記第１の窒化物半導体層上に位置する第２の窒化物半導体層（例えば、窒化ガリウム層）と、前記第２の半導体層上に位置し第２の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第３の窒化物半導体層とを備えている。
前記第１の窒化物半導体層にはＦｅがドープされ、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間には、前記第１の窒化物半導体層及び前記第２の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい窒化物半導体挿入層（例えば、窒化アルミニウム層或いは窒化アルミニウムガリウム層）が設けられている。
【００２７】
第１の窒化物半導体層には、Ｃｐ２Ｆｅなどを利用してＦｅ濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下でドープされているのが好ましい。第１の窒化物半導体層にＦｅを５×１０１７ｃｍ−３以上ドープすることにより、格子不整合が生じる基板とバッファ層との界面や第１の窒化物半導体層とバッファ層との界面などにＦｅがドープされて高抵抗化され、リーク電流が防止される。
【００２８】
一方、第２の窒化物半導体層は、例えば、電界効果トランジスタ（ＨＥＭＴなど）のチャネル層などに用いられる層であり、Ｆｅ濃度が５×１０１６ｃｍ−３未満、厚さ０.２
μｍ以上０.５μｍ以下の能動層であることが好ましい。
また、第３の窒化物半導体層は、例えば、ＨＥＭＴの電子供給層などに用いられる層であり、その厚さは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするのがよい。
基板上に形成されるバッファ層から第３の窒化物半導体層までのエピタキシャル層の厚さは、１.５μｍ以下が好ましく、１.０μｍ以下とするのがより好ましい。
【００２９】
窒化アルミニウムや窒化アルミニウムガリウムから成る窒化物半導体挿入層の厚さは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのが好ましい。１００ｎｍよりも厚くなると、窒化ガリウム層との格子不整合などによって発生する窒化物半導体挿入層の歪などが問題になる。窒化物半導体挿入層の厚さは、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましい。また、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）の窒化物半導体挿入層は、Ａｌ組成比ｘが０
.３以上、好ましくは０.５以上とするのがよい。
【００３０】
本発明では、主な窒化物半導体層である窒化ガリウムが１０００℃以上の温度では脱離反応を起こす一方で、窒化ガリウムよりも電子親和力の小さい窒化物半導体層である窒化アルミニウム或いは窒化アルミニウムガリウムなどでは、１０００℃以上の温度でも比較的安定であることに注目した。
【００３１】
Ｃｐ２Ｆｅのメモリー効果の影響を除くために、上記第二の方法として窒化ガリウム層の成長を一時中断して配管をパージする方法に言及したが、上述したように、この方法では成長中断時に窒化ガリウムの表面劣化が起こる。
【００３２】
ところが、窒化アルミニウム或いは窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮのＡｌ組成比ｘが０.３以上、好ましくは０.５以上）はｌ０００℃以上の温度でも比較的安定である。このため、Ｆｅをドープした窒化ガリウムなどからなる第１の窒化物半導体層の上に、窒化アルミニウム或いは窒化アルミニウムガリウムの窒化物半導体挿入層を形成しておけば、その後Ｃｐ２Ｆｅのメモリー効果の影響を除去するために、高温下（窒化物半導体挿入層やその他の窒化物半導体層の成長温度と同程度の温度、例えば９８０℃以上１１００℃以下）で成長中断して配管系のパージ（ガスパージ）を行っても、窒化物半導体挿入層によってエピタキシャル層の表面（界面）は保護され、窒化物半導体挿入層上に結晶性の良いエピタキシャル層を形成できる。
【００３３】
このことを、具体的な製造方法の観点で説明すると、次のようになる。
すなわち、まず基板上にバッファ層を形成し、このバッファ層上に、Ｃｐ２Ｆｅの供給により鉄をドーピングした窒化ガリウムの第１の窒化物半導体層を成長する。この窒化ガリウム層の成長後、Ｃｐ２Ｆｅの供給は直ちに停止させる。さらに、この鉄をドーピングした窒化ガリウムの第１の窒化物半導体層の直上に、３０ｎｍ程度と比較的薄めの窒化アルミニウムの窒化物半導体挿入層（界面保護層）を形成する。ここで基板温度を一定に保った状態で約３０分程度、Ｃｐ２Ｆｅのメモリー効果の影響を低減するために一旦原料の供給を停止し、配管を大流量のキャリアガスでパージする。その後、成長を再開し、約０.５ミクロン程度の高純度窒化ガリウムの第２の窒化物半導体層（ＨＥＭＴの能動層とな
る）を形成した上で、第２の窒化物半導体層に２次元電子ガスを供給する目的で数十ｎｍという薄層の窒化アルミニウムガリウムからなる第３の窒化物半導体層を形成する。
【００３４】
この方法では、鉄をドーピングした窒化ガリウムの第１の窒化物半導体層の直上に窒化アルミニウムの窒化物半導体挿入層を形成した後、基板温度を一定に保った状態で配管をキャリアガスでパージし、その後、高純度窒化ガリウムの第２の窒化物半導体層の成長を再開している。このため、第２の窒化物半導体層の厚さを０.５μｍ以下に抑えることが
でき、高純度の窒化ガリウム能動層を得るためのガリウム原料の使用量を低減でき、低コストでＣｐ２Ｆｅのメモリー効果の影響を抑止した半導体エピタキシャルウェハを作製することができる。
【００３５】
また、この半導体エピタキシャルウェハを用いて低コストで高品質の電界効果トランジスタを作製することができる。
電界効果トランジスタは、上記半導体エピタキシャルウェハを用いて、例えば、前記第３の窒化物半導体層上に（或いは更に第４の窒化物半導体層を形成した上に）、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成し、チップ化するなどして作製することができる。
【００３６】
図１には、上記実施形態よりも更に具体的な実施形態に係る窒化物系の半導体エピタキシャルウェハの断面構造を示す。
図１に示すように、半導体エピタキシャルウェハは、化合物半導体を結晶成長させるためのＳｉＣ（炭化ケイ素）基板１上に、アンドープＡｌＮ核生成層（バッファ層）２と、鉄濃度がＣｐ２Ｆｅ利用手法によって５×１０１７ｃｍ−３以上に制御されたＧａＮ層（第１の窒化物半導体層）３と、ＡｌＮ挿入層（窒化物半導体挿入層）４と、鉄濃度が５×１０１６ｃｍ−３未満に制御された高純度のＧａＮ能動層（第２の窒化物半導体層）５と、ＧａＮ能動層５に二次元電子ガスを供給するための、ＧａＮ能動層５よりも電子親和力の小さいＡｌＧａＮ供給層（第３の窒化物半導体層）６とが順番に形成されている。
結晶成長には、ＭＯＶＰＥ法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、有機金属気相成
長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）等が用いられる。
【００３７】
また、図３に、図１の半導体エピタキシャルウェハを用いて作製される電界効果トランジスタの一実施形態の断面図を示す。
図３に示すように、この実施形態の電界効果トランジスタでは、ＡｌＧａＮ供給層６の上には、Ｎｉ／Ａｕ金属薄膜からなるゲート電極７が形成され、またＴｉ／Ａｌ金属薄膜からなるソース電極８とドレイン電極９が形成されている。ゲート電極７とソース電極８の間の表面、およびゲート電極７とドレイン電極９の間の表面は、窒化ケイ素薄膜からなる保護層１０で覆われている。ゲート電極７は、ＡｌＧａＮ供給層６をエッチングし、ＧａＮ能動層５に直接、又は再成長層を介して形成してもよい。
このうち、ＡｌＧａＮ供給層６に加わった歪応力から生ずるピエゾ電界の影響により、鉄濃度が５×１０１６ｃｍ−３未満に制御された高純度のＧａＮ能動層５には二次元電子ガスが蓄積され、ここが能動層として機能する。
【００３８】
図１の半導体エピタキシャルウェハは、次のような製法で作製することができる。
まず、ＳｉＣ基板１上に、例えばＭＯＶＰＥ装置により、原料としてアンモニアガスとＴＭＡ（Tri Methyl Aluminum）を用いて膜厚１５０ｎｍのアンドープＡｌＮ核生成層２
を形成する。次いで、アンドープＡｌＮ核生成層２上に、同一のＭＯＶＰＥ装置を引き続き使用し、また原料としてアンモニアガスとＴＭＧ（Tri Methyl Gallium）さらにはドーピングガスとしてＣｐ２Ｆｅを用いて、例えば膜厚５００ｎｍの鉄濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上に制御されたＧａＮ層３を形成することができる。次に、ＧａＮ層３の上に、引き続いて同一のＭＯＶＰＥ装置を使用し、また原料としてアンモニアガスとＴＭＡを用いて、厚さ３０ｎｍのアンドープＡｌＮ挿入層４を形成する。
その後、前記ＧａＮ層３を形成する際に使用したＣｐ２Ｆｅのメモリー効果の影響を抑制するという目的で、基板温度を一定に保った状態で約３０分程度、一旦原料の供給を停止し、配管を大流量のキャリアガスである水素ガスでパージする。
その後、引き続いて同一のＭＯＶＰＥ装置を使用し、また原料としてアンモニアガスとＴＭＧを用いて高純度のＧａＮ能動層５を例えば３００ｎｍ程度の厚さで形成する。そして最後に、アンモニアガスとＴＭＡ、およびＴＭＧを用いて、例えば膜厚４０ｎｍのＡｌＧａＮ供給層６を形成する。
【００３９】
図２には、以上の工程により作製した図１の構造の半導体エピタキシャルに対する鉄濃度分布のＳＩＭＳの分析結果を示す。図２に示すように、アンドープＡｌＮ挿入層４とＧａＮ能動層５との界面近傍（約１００ｎｍの範囲）を除き、ＧａＮ能動層５の鉄濃度は約４×１０１６ｃｍ−３よりも低く、Ｃｐ２Ｆｅのメモリー効果は殆ど発生しない。
アンドープＡｌＮ挿入層４の成長時には、残留したＣｐ２ＦｅがＭＯＶＰＥ装置のリアクタ内に流れ込むが、アンドープＡｌＮ挿入層４にＦｅは取り込まれ捕捉されて、他の層へはほとんど拡散されない。
また、窒化物半導体エピタキシャル層は全体で１μｍ程度という薄膜であるにもかかわらず、ＧａＮ能動層の表面側のＦｅ濃度を５×１０１６ｃｍ−３以下の低Ｆｅ濃度に抑えることができた。この１μｍというエピタキシャル層の厚さは、図４で示される従来構造のエピタキシャル層の厚さの約半分であり、このことから本実施形態の半導体エピタキシ
ャルウェハでは、製造に必要な主にガリウムの原料コストを約５０％削減できるという大幅な経済的効果が得られ、量産化に好適である。
【符号の説明】
【００４０】
１  基板（ＳｉＣ基板）
２  バッファ層（アンドープＡｌＮ核生成層）
３  第１の窒化物半導体層（ＦｅドープＧａＮ層）
４  窒化物半導体挿入層（ＡｌＮ挿入層）
５  第２の窒化物半導体層（ＧａＮ能動層）
６  第３の窒化物半導体層（ＡｌＧａＮ供給層）
７  ゲート電極
８  ソース電極
９  ドレイン電極
１０  保護層
【図１】
2010182872.tif 000003
【図２】
2010182872.tif 000004
【図３】
2010182872.tif 000005
【図４】
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【図５】
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