(57)【要約】【課題】電子移動度を向上させつつ結晶中のカーボン濃度を所望の値にすることが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板が配置されたチャンバ内にガス状の窒化物系化合物半導体材料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ３）とを導入してバッファ層１３を形成する際、プロパンなどのカーボンを含む炭化水素または有機化合物の材料ガスを添加剤として導入することで、バッファ層１３のカーボン濃度を制御する。【選択図】図６−１
2010239034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板上に窒化物系化合物半導体層を形成する際、分子式にカーボン（Ｃ）を２以上含む材料ガスを添加剤として導入することで、前記窒化物系化合物半導体層のカーボン濃度を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記窒化物系化合物半導体層のカーボン濃度は、７×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記材料ガスは、炭化水素または有機化合物であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記材料ガスは、分子式がＣｎＨ２ｎ＋２、ＣｎＨ２ｎまたはＣｎＨ２ｎ−２（ただし、ｎ≧２）で表される炭化水素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記材料ガスは、プロパンであることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
Ｓｉ基板上に形成された窒化物系化合物半導体層を備えた半導体装置であって、
前記窒化物系化合物半導体層は、カーボン濃度が７×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であり、かつ、（３０−３２）面を回折面としたＸ線回折の半値幅が２１００ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、（ＩｎＸＡｌ１−Ｘ）ＹＧa１−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）で表される窒化ガリウム系（以下、単にＧａＮ系という）半導体層を用いた半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系化合物半導体、例えばＧａＮ系化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）は、例えばＧａＡｓ系材料に比べてバンドギャップエネルギーが大きく、また、４００℃近い高温環境下においても安定動作が可能であるという特徴を備える。このため近年では、窒化物系化合物半導体、特にＧａＮを用いたＦＥＴや高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＥＭＴ）などの電子デバイスの研究開発が進められている。
【０００３】
また、窒化物系化合物半導体を用いた電子デバイスは、上記のような材料特性を有するがために、マイクロ波帯やミリ波帯のパワーデバイスとして注目を浴びているだけでなく、高効率インバーター、コンバーターへの適用にも大きな期待がかけられている。
【０００４】
ただし、マイクロ波帯やミリ波帯のパワーデバイス、ならびに、高効率インバーターやコンバーターへの適用を実現するためには、窒化物系化合物半導体を用いた電子デバイスの小型化、高信頼性化および低損失化が必要である。そこで、マイクロ波帯やミリ波帯のパワーデバイスならびに高効率インバーターやコンバーターを窒化物系化合物半導体を用いた電子デバイスで実現する場合、高耐圧化と低オン抵抗化とが重要なファクタとなる。
【０００５】
半導体デバイスの高耐圧化は、バッファ層を高抵抗化してバッファ層中のリーク電流の発生を抑制する方法が一般的に取られている。バッファ層が高抵抗化されていない場合、ゲート電極直下の空乏層を拡大させてドレイン電流をオフしようとしても、バッファ層にリーク電流が流れるため、完全にオフすることができない。そこで、以下に示す特許文献１には、バッファ層にカーボンを不純物としてドーピングすることでバッファ層を高抵抗化する方法が提案されている。
【０００６】
一方で、半導体でバイスの低オン抵抗化のためには、結晶中の転位密度、特に電子に対して歪場となる刃状転位密度を低減し、電子移動度を向上させることが重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて結晶成長する場合、有機金属に含まれる炭素を添加剤としたオートドーピングが一般的である。しかしながら、ＭＯＣＶＤ法などを用いて結晶成長する場合、転位密度を低減する条件とカーボン濃度を増加させる条件とが必ずしも一致するとは限らない。実際に、ＭＯＣＶＤ法でＧａＮ系半導体層を成長する場合、成長温度を高くする等、転位密度が減少するため電子移動度を向上させることは可能であるが、結晶中のカーボン濃度も同時に減少してしまうため、耐圧特性が劣化してしまうという問題が発生する。特にＳｉ基板上にエピタキシャル成長されたＧａＮでは基板とＧａＮ層の格子定数差が大きいために転位が高濃度に発生してしまうため、成長条件によって転位密度を低減しようとしても十分な効果が得られず、カーボン濃度を高く保ちつつ転位密度を低減させることが極めて難しいという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、電子移動度を向上させつつ結晶中のカーボン濃度を所望の値にすることが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために、本発明による半導体装置の製造方法は、Ｓｉ基板上に窒化物系化合物半導体層を形成する際、分子式にカーボン（Ｃ）を２以上含む材料ガスを添加剤として導入することで、前記窒化物系化合物半導体層のカーボン濃度を制御することを特徴とする。
【００１１】
上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記窒化物系化合物半導体層のカーボン濃度が、７×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であることを特徴とする。
【００１２】
上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記材料ガスが、炭化水素または有機化合物であることを特徴とする。
【００１３】
上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記材料ガスが、分子式がＣｎＨ２ｎ＋２、ＣｎＨ２ｎまたはＣｎＨ２ｎ−２（ただし、ｎ≧２）で表される炭化水素であることを特徴とする。
【００１４】
上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記材料ガスが、プロパンであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による半導体装置は、Ｓｉ基板上に形成された窒化物系化合物半導体層を備えた半導体装置であって、前記窒化物系化合物半導体層が、カーボン濃度が７×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であり、かつ、（３０−３２）面を回折面としたＸ線回折の半値幅が２１００ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、窒化物系化合物半導体層を形成する際、窒化物系化合物半導体材料とは別にカーボンを含む材料ガスをカーボン・ドーピングのための添加剤として導入するため、窒化物系化合物半導体層中のカーボン濃度を窒化物系化合物半導体層の成長条件（例えば成長温度）とは独立して制御することが可能となる。この結果、電子移動度を向上させつつ結晶中のカーボン濃度を改善することが可能な半導体装置の製造方法を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態にかかる半導体素子としてのＨＥＭＴの構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態によるＨＥＭＴにおけるバッファ層中のカーボン濃度と破壊電圧との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態によるバッファ層の成長温度とカーボン濃度との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、カーボン（Ｃ）濃度と（３０−３２）面を回折面としたＸ線回折の半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態において炭化水素としてプロパンを用いた場合であってプロパンガスの流量を変えることでバッファ層中のカーボン濃度を変化させた結果を示すグラフである。
【図６−１】図６−１は、本発明の一実施の形態によるＨＥＭＴの製造方法を示すプロセス図である（その１）。
【図６−２】図６−２は、本発明の一実施の形態によるＨＥＭＴの製造方法を示すプロセス図である（その２）。
【図６−３】図６−３は、本発明の一実施の形態によるＨＥＭＴの製造方法を示すプロセス図である（その３）。
【図６−４】図６−４は、本発明の一実施の形態によるＨＥＭＴの製造方法を示すプロセス図である（その４）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の説明において、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。
【００１９】
＜実施の形態１＞
以下、本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法を、図面を用いて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本実施の形態では、半導体装置として、図１に示す窒化物系化合物半導体を用いたＨＥＭＴ１を例に挙げる。
【００２０】
（構成）
図１は、本実施の形態１にかかる半導体素子としてのＨＥＭＴ１の構成を示す断面図である。図１に示すように、ＨＥＭＴ１は、サファイア、ＳｉまたはＳｉＣ等からなる基板１１上に、バッファ層を介して積層された窒化物系化合物半導体層を備える。具体的には、基板１１上に、低温形成したＧａＮからなる低温バッファ層１２と、ＧａＮからなるバッファ層１３と、アンドープのＧａＮからなるキャリア走行層１４と、ＡｌＧａＮからなるキャリア供給層１５とが順次積層されている。この積層構造において、キャリア走行層１４とキャリア供給層１５との接合面は、ヘテロ接合界面を形成する。
【００２１】
また、ＨＥＭＴ１は、キャリア供給層１５上にソース電極１７ｓ、ゲート電極１６およびドレイン電極１７ｄを備える。オーミック電極としてのソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄは、キャリア供給層１５上に例えばアルミニウム（Ａｌ）膜とチタン（Ｔｉ）膜と金（Ａｕ）膜とを順次積層して形成される。また、ショットキー電極としてのゲート電極１６は、キャリア供給層１５上に例えば白金（Ｐｔ）膜とＡｕを順次積層して形成される。
【００２２】
かかる構成のＨＥＭＴ１では、キャリア供給層１５はキャリア走行層１４に比べてバンドギャップエネルギーが大きい。このため、キャリア供給層１５とキャリア走行層１４との間のヘテロ接合界面直下には、２次元電子ガス層２ＤＥＧが形成される。この２次元電子ガス層２ＤＥＧは、動作時にキャリアとして利用することができる。すなわち、ソース電極１７ｓとドレイン電極１７ｄとの間にバイアス電圧を印加した場合、キャリア走行層１４に供給された電子が２次元電子ガス層２ＤＥＧ中を高速走行してドレイン電極１７ｄまで移動する。このとき、ゲート電極１６に加える電圧を制御してゲート電極１６直下の空乏層の厚さを変化させることで、ソース電極１７ｓからドレイン電極１７ｄへ移動する電子、すなわちドレイン電流を制御することができる。なお、キャリア走行層１４における２次元電子ガス層２ＤＥＧは、いわゆるチャネル層として機能する。
【００２３】
ここで、ＨＥＭＴ１が備えるバッファ層１３について説明する。バッファ層１３は、炭素不純物がドーピングされることで、高抵抗化されている。図２に示すように、バッファ層１３中のカーボン濃度が高いほど、ＨＥＭＴ１の破壊電圧は高くなる。すなわち、バッファ層１３中のカーボン濃度が高いほど、ＨＥＭＴ１の耐圧特性が高くなる。なお、図２は、ＨＥＭＴ１におけるバッファ層１３中のカーボン濃度と破壊電圧との関係を示すグラフである。
【００２４】
ただし、低転位化を目的として例えば成長時の基板温度を高くすると、図３に示すように、バッファ層１３中のカーボン濃度が低下してしまう。このため、ＨＥＭＴ１の耐圧特性が劣化する。なお、図３は、バッファ層１３の成長温度とカーボン濃度との関係を示すグラフである。
【００２５】
そこで本発明者らは、バッファ層１３のカーボン濃度を高めるためには、炭化水素や有機化合物を添加剤としてドーピングすることが好適であることを見出した。すなわち、例えば成長温度を高くする等の成長条件の最適化によって転位密度を下げ、それに伴って減少したカーボンを炭化水素や有機化合物を添加剤としてドーピングすることにより耐圧性能を維持することが出来る。これにより、低転位密度化と耐圧特性とを両立した窒化物系化合物半導体層（バッファ層１３）を得ることができる。
【００２６】
図４は、カーボン（Ｃ）濃度と（３０−３２）面を回折面としたＸ線回折の半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示すグラフである。ここで図４に示すように、Ｘ線回折の半値幅（ＦＷＨＭ）は、半導体層内の刃状転位密度と相関があり、半値幅が小さいほど刃状転位密度が小さく、結果として移動度が高いことがわかっている。
【００２７】
また、従来のオートドーピングでは、図４に示すカーボン濃度と（３０−３２）面を回折面としたＸ線回折の半値幅（ＦＷＨＭ）との関係から明らかなように、線Ｌよりも高カーボン濃度かつ低半値幅の領域で作成することができなかった。しかしながら、本実施の形態のように、炭化水素や有機化合物を添加剤として追加ドーピングすることで、線Ｌよりも高カーボン濃度かつ低半値幅の領域での成膜が可能となり、高耐圧かつ高電子移動度なＳｉ上ＧａＮエピウエハを得ることが出来る。なお、図４中、塗りつぶしの四角はオートドーピングによる半導体層中のカーボン濃度を示し、中抜きの丸は本実施の形態の追加ドーピングによる半導体層中のカーボン濃度を示す。
【００２８】
具体的には、所望の耐圧性を得るためには、カーボン濃度が７×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であることが好ましい。さらに、カーボン濃度は、１×１０１９／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であることがより好ましい。また、転位密度としては、耐圧性に影響する刃状転位の密度を考慮して、（３０−３２）面を回折面としたＸ線回折の半値幅が２１００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。
【００２９】
ただし、分子量の大きい炭化水素や有機化合物は、室温付近で液体である。そこで、炭化水素や有機化合物を原料として用いる場合、窒素または水素などをキャリアガスとして、バブラーを用いることで、液状の原料をバッファ層１３を成膜するための反応炉のチャンバ内に導入する。
【００３０】
なお、バッファ層１３の成膜において、窒化物系化合物半導体層（バッファ層１３）の原料となるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ３）とカーボン・ドーピングの材料ガスである炭化水素との流量を、それぞれ７００μｍｏｌ／分と３５ｌ／ｍｉｎと６７０μｍｏｌ／ｍｉｎとし、炭化水素に、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、アセチレン、プロピン、ブチン、ペンチン、ヘキシン、ヘプチン、オクチン、ジメチルヒドラジン、ジメチルアミンまたはトリメチルアミンを用いた場合、メタンでは、バッファ層１３中のカーボン濃度がほとんど増えないものの、分子式にカーボン（Ｃ）を２以上含む材料ガス、例えばエタンやプロパンなどの炭化水素を用いた場合では、カーボン濃度が増えたことを本発明者らは見出した。このことから、添加剤（材料ガス）として炭化水素を使用する場合、この添加剤には、分子式にカーボン（Ｃ）を２以上含む炭化水素を用いることが好ましいことが分かる。すなわち、分子式にカーボン（Ｃ）を２以上含む炭化水素を用いることで、バッファ層１３中のカーボン濃度をより高くすることが可能である。この際、炭化水素は、分子式がＣｎＨ２ｎ＋２、ＣｎＨ２ｎまたはＣｎＨ２ｎ−２で表される飽和炭化水素であってもよい。さらに、添加剤とする材料ガスは、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、アセチレン、プロピン、ブチン、ペンチン、ヘキシン、ヘプチン、オクチン、ヒドラジン系有機化合物、アミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、トリエチルアミンおよびジメチルアミンのうち少なくとも１つを含む混合ガスであってもよい。
【００３１】
また、炭化水素としてメタンまたはプロパンをカーボン・ドーピングの材料ガスとして用いた場合であって各材料ガスの流量を変えることでバッファ層１３中のカーボン濃度を変化させた結果を図５に示す。なお、本実験では、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ３）との流量を、それぞれ７００μｍｏｌ／分、３５ｌ／分とした。図５を参照すると明らかなように、材料ガスとしてメタンガスを用いた場合よりもプロパンガスを用いた場合の方がバッファ層１３中にカーボン（Ｃ）を効率よくドーピングできることが分かる。また、図５からは、プロパンガスの流量を増加させると、バッファ層１３中のカーボン濃度が増加することが読み取れる。このような効果は、その他の炭化水素においても同様である。
【００３２】
以上のように、炭化水素を原料としてカーボン・ドーピングをすることで、成長条件に依らず、バッファ層１３中のカーボン濃度を高くすることができ、結果として、高い耐圧特性を備えたバッファ層１３を形成することができる。なお、これは、バッファ層１３に限らず、他の窒化物系化合物半導体層についても同様であることは言うまでもない。
【００３３】
（製造方法）
次に、本実施の形態によるＨＥＭＴ１の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。図６−１〜図６−４は、本実施の形態によるＨＥＭＴ１の製造方法を示すプロセス図である。
【００３４】
本製造方法では、まず、基板１１上に、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって窒化物系化合物半導体層を積層する。具体的には、まず、Ｓｉからなる基板１１をＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内に配置し、続いてこのチャンバ内に窒化物系化合物半導体の原料となるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ３）とを、それぞれ７００μｍｏｌ／分、３５ｌ／分の流量で導入する。この際の成長温度を例えば５５０℃とし、成長後の膜厚を例えば３０ｎｍとする。これにより、ＧａＮからなる低温バッファ層１２が基板１１上にエピタキシャル成長される。
【００３５】
次に、ＴＭＧａおよびＮＨ３の窒化物系化合物半導体材料ｍａ１と、カーボン・ドーピング用の材料ガス（炭化水素（プロパン））ｍａ２とを、それぞれ７００μｍｏｌ／分、３５ｌ／分、３×１０５μｍｏｌ／分の流量で上記チャンバ内に導入することで、図６−１に示すように、層厚３μｍのカーボンがドーピングされたＧａＮからなるバッファ層１３を低温バッファ層１２上にエピタキシャル成長させる。
【００３６】
このように、本実施の形態では、基板１１が配置されたチャンバ内にガス状の窒化物系化合物半導体材料（ＴＭＧａおよびＮＨ３）を導入して窒化物系化合物半導体層（バッファ層１３）を形成する際、カーボンを含む材料ガス（炭化水素）を添加剤として窒化物系化合物半導体材料とは独立に導入しているため、窒化物系化合物半導体層中のカーボン濃度を窒化物系化合物半導体層の成長条件（例えば成長温度）とは独立して制御することが可能となる。言い換えれば、カーボン・ドーピングのための原料である炭化水素または有機化合物を添加剤とすることで、有機金属原料によるオートドーピングとは独立に、窒化物系化合物半導体（ＧａＮ系半導体層（例えばバッファ層１３））中のカーボン濃度を制御することが可能となる。
【００３７】
これにより、本実施の形態では、窒化物系化合物半導体（ＧａＮ系半導体層（例えばバッファ層１３））の成長温度を高くして転位密度を減少させつつ、結晶中のカーボン濃度を高くすることが可能となる。この結果、ＨＥＭＴ１の電子移動度を向上させつつ結晶中のカーボン濃度を所望の値にすることが可能となる。なお、バッファ層１３を成長する際の成長温度は例えば１０５０℃とする。また、カーボン・ドーピングのための炭化水素には、例えばプロパンを用いたとする。
【００３８】
次に、ＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ７００μｍｏｌ／分、３５ｌ／分ｎの流量で上記チャンバ内に導入することで、層厚０．０５〜０．１μｍのＧａＮからなるキャリア走行層１４をバッファ層１３上にエピタキシャル成長させる。この際の成長温度は例えば１０５０℃とする。
【００３９】
次に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）とＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ３５００μｍｏｌ／分、７００μｍｏｌ／分、３５ｌ／分の流量で上記チャンバ内に導入することで、図６−２に示すように、膜厚３０ｎｍのＡｌＧａＮからなるキャリア供給層１５をキャリア走行層１４上にエピタキシャル成長させる。この際の成長温度は例えば１０５０℃とする。なお、各窒化物系化合物半導体層の成長工程では、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＮＨ３の導入に例えば濃度１００％の水素をキャリアガスとして用いる。
【００４０】
その後、例えばＭＯＣＶＤ法を用いることで、キャリア走行層１４上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成し、このＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィ技術を用いてパターンニングすることで、ソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄを形成する領域に各電極形状に対応した開口部Ａ１が形成されたマスク層Ｍ１を形成する。
【００４１】
次に、マスク層Ｍ１の開口部Ａ１内にＡｌとＴｉとＡｕとを順次蒸着することで、図６−３に示すように、Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの積層膜よりなるソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄを形成する。
【００４２】
次に、キャリア供給層１５上のマスク層Ｍ１を除去し、再度、キャリア供給層１５上にＳｉＯ2膜を形成してこれをパターニングすることで、ゲート電極１６を形成する領域にゲート電極形状に対応した開口部Ａ２が形成されたマスク層Ｍ２を形成する。
【００４３】
次に、マスク層Ｍ２の開口部Ａ２内にＰｔとＡｕとを順次蒸着することで、図６−４に示すように、Ｐｔ／Ａｕの積層膜よりなるゲート電極１６を形成する。以上の工程を経ることで、図１に示すＨＥＭＴ１を製造することができる。
【００４４】
以上で説明したように、本実施の形態１にかかるＨＥＭＴ１では、バッファ層１３にカーボンが比較的高濃度にドーピングされる。これにより、バッファ層１３を高抵抗化することが可能となるため、結果として、バッファ層１３中に発生するリーク電流を低減できるとともに、ＨＥＭＴ１の耐圧特性を改善することができる。すなわち、電子移動度を向上させつつ結晶中のカーボン濃度を改善することが可能な半導体装置の製造方法を実現することができる。
【００４５】
なお、ＧａＮ（バッファ層１３）中のカーボン濃度は１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３程度であることが好ましい。カーボン濃度を１×１０１７／ｃｍ３程度以上とすることで、ＨＥＭＴ１の破壊電圧を４００Ｖ以上とすることができるため、実用的に有効な特性のＨＥＭＴ１を製造することができる。一方、ＧａＮ（バッファ層１３）中のカーボン濃度を１×１０２０／ｃｍ３程度以下とすることで、良好な結晶性と層表面の鏡面性を得ることができるため、リーク電流の増大を回避することが可能となる。
【００４６】
以上では、本発明の一実施の形態であるＨＥＭＴ１を説明したが、本発明は、これに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば種々の変形が可能である。例えば、上述した実施の形態１では、基板１１とバッファ層１３との間に低温バッファ層１２が介在するものとして説明したが、基板や窒化物系化合物半導体層に適宜適したバッファ層を設けるようにしてもよい。特に、基板と窒化物系化合物半導体層との格子定数の差が大きい場合には、格子定数が大きく異なる層を交互に積層したバッファ層を設けることによって、窒化物系化合物半導体層にかかる応力を低減させることができる。
【００４７】
具体的には、例えばＧａＮ系の半導体素子では、各層厚が１〜３０００ｎｍ程度のＡｌＮ層とＧａＮ層とを交互に積層したバッファ層や、ＩｎＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とを交互に積層したバッファ層を設けてもよい。この場合、ＡｌＮ層とＧａＮ層との各接合界面に２次元電子ガス層が形成され易いため、半導体素子の耐圧が低下するとともにリーク電流が増大し易くなるが、上記した実施の形態１を適用することで、リーク電流を低減させつつ高耐圧化を実現することができる。
【００４８】
また、上述した実施の形態１では、バッファ層１３およびキャリア走行層１４は、ＧａＮを用いて形成され、キャリア供給層１５は、ＡｌＧａＮを用いて形成されるものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、他の元素を適宜添加した窒化物系化合物半導体を用いて各層を形成するようにしてもよい。例えば、バッファ層１３とキャリア走行層１４との少なくとも一方を、（ＩｎＸＡｌ１−Ｘ）ＹＧa１−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）系の半導体材料を用いて形成することができる。より具体的には、例えばキャリア走行層１４をＩｎＧａＮを用いて形成することができる。
【００４９】
さらに、上述した実施の形態１では、本発明にかかる半導体素子として、ＦＥＴの一種であるＨＥＭＴについて説明したが、ＨＥＭＴに限定して解釈する必要はなく、ＭＩＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＦＥＴ）、ＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＦＥＴ）といったＦＥＴ等、高耐圧化が必要な電子デバイスに対しても本発明は適用可能である。
【００５０】
また、ＦＥＴ以外にも、ショットキーダイオード等、各種ダイオードに対して本発明は適用可能である。本発明を適用したダイオードとしては、例えば、ＨＥＭＴ１が備えたソース電極１７ｓ、ドレイン電極１７ｄおよびゲート電極１６に替えて、カソード電極およびアノード電極を形成したダイオードが実現される。  
【００５１】
また、上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００５２】
１  ＨＥＭＴ
１１  基板
１２  低温バッファ層
１３  バッファ層
１４  キャリア走行層
１５  キャリア供給層
１６  ゲート電極
１７ｄ  ドレイン電極
１７ｓ  ソース電極
２ＤＥＧ  ２次元電子ガス層
Ａ１、Ａ２  開口部
Ｍ１、Ｍ２  マスク層
【図１】
2010239034.tif 000003
【図２】
2010239034.tif 000004
【図３】
2010239034.tif 000005
【図４】
2010239034.tif 000006
【図５】
2010239034.tif 000007
【図６−１】
2010239034.tif 000008
【図６−２】
2010239034.tif 000009
【図６−３】
2010239034.tif 000010
【図６−４】
2010239034.tif 000011