【手続補正書】
【提出日】平成16年10月29日(2004.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
HEMT素子半導体領域３は、不純物非ドープのGaNから成る電子走行層１０と、非ドープのAl0.2Ga0.8Nから成るスペーサ層１１と、n形不純物としてSiのドープされているn形Al0.2Ga0.8Nから成る電子供給層１２とを有している。素子用半導体領域３の各層１０，１１、１２は窒素とガリウムをベースとした窒化ガリウム系化合物半導体から成る。バッファ層２の上に配置された電子走行層１０はチャネル層とも呼ぶことができるものであり、例えば、５００ｎｍの厚みを有する。電子走行層１０の上に配置されたスペーサ層１１は例えば７ｎｍの厚みを有し電子供給層１２のｎ形不純物としてのシリコンが電子走行層１０に拡散することを抑制する。スペーサ層１１の上に配置された電子供給層１２は活性層又は動作層又はチャネル層とも呼ぶことができるものであり、例えば１０ｎｍの厚みを有する。ソース電極４及びドレイン電極５は電子供給層１２にオーミック接触し、ゲート電極６は電子供給層１２にシヨットキー接触している。なお、ソース電極４及びドレイン電極５と電子供給層１２との間にｎ形不純物濃度の高いコンタクト層を設けることができる。ＳｉＯ２から成る絶縁膜７は半導体領域３の表面を覆っている。  
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
第２の層９の好ましい厚みは、０．５ｎｍ〜２００ｎｍ即ち５〜２０００オングストロ−ムである。第２の層９の厚みが０．５ｎｍ未満の場合には、第１の層８、及びバッファ層２上に成長される素子用半導体領域３を平坦に成長させることが困難になる。また、第２の層９の厚みが２００ｎｍを超えると、第２の層９と第１の層８との格子不整に起因して第２の層９内に発生する圧縮応力により、チャネル層１０の電子密度が低下してＨＥＭＴの特性が劣化する。
更に好ましくは、第２の層９の厚みを第１の層８の厚みより大きくするのがよい。このようにすれば、第１の層８と第２の層９との格子不整差及び第１の層８と基板１との熱膨張係数差に起因して第１の層８に発生する歪の大きさを第１の層８にクラックが発生しない程度に抑えること、及びチャネル層１０の電子濃度高濃度に保つことにおいて有利になる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
【第２の実施形態】
次に、図４を参照して第２の実施形態のＭＥＳＦＥＴを説明する。但し、図４において、図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図４のＭＥＳＦＥＴは、図１のＨＥＭＴの半導体領域３を、ｎ形不純物としてＳｉがドープされたＧａＮ化合物半導体層から成るｎ形半導体領域３ａを設け、この他は図１と同一に形成したものである。即ち、図４のＭＥＳＦＥＴにおいて、シリコン基板１、バッファ層２、ソース電極４、ドレイン電極５、ゲート電極６、絶縁膜７は図１で同一符号で示すものと同様に形成されている。ｎ形半導体領域３ａはチャネル層又は活性層とも呼ぶことができるものであり、バッファ層２の上に配置されている。ソース電極４及びドレイン電極５はｎ形半導体領域３ａにオーミック接触し、ゲート電極６はｎ形半導体領域３ａにショットキバリア接触している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
第２の層９ａは
化学式  ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ
ここで、ａ、ｂは、０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１
を満足する任意の数値、
で示すことができる材料から成る半導体の薄い膜である。即ち、第２の層９ａは例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＡｌＩｎＧａＮから選択されたもので形成される。図５の実施形態では、前記式のａが０．０５、ｂが０．３５とされた材料に相当するＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎが第２の層９ａに使用されている。第２の層９ａの価電子帯と伝導帯との間のギャップ即ちバンドギャップが第１の層８ａのバンドギャップよりも小さい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
次に、第１の層８ａがＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎ、第２の層９ａがＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎとされたバッファ層２ａの製造方法を説明する。
バッファ層２ａは第１の実施形態と同様な基板１の主面１ａ上に形成される。このバッファ層２ａは、周知のＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）即ち有機金属化学気相成長法によってＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８aとＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａとを繰返して積層することによって形成する。即ち、シリコン単結晶の基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置し、まず、サーマルアニーリングを施して表面の酸化膜を除去する。次に、反応室内にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）ガスとＮＨ3（アンモニア）ガスを約２４秒間供給して、基板１の一方の主面に厚さＴ1が約５ｎｍ即ち約５０オングストロームのＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８aを形成する。本実施例では基板１の加熱温度を８００℃とした後に、ＴＭＡガスの流量即ちＡｌの供給量を約１４μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量を３１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩｎガスの流量を４７μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3の供給量を約０．２３ｍｏｌ／ｍｉｎとした。続いて、ＴＭＡガス、ＴＭＧガス及びＴＭＩｎガスの供給を止め、基板１の加熱温度を７５０℃まで下げ、しかる後、ＴＭＡガス、ＴＭＧガス、ＴＭＩｎガス、及びＮＨ3（アンモニア）ガスを約８３秒間供給して、第１の層８ａの上面に、厚さＴ2が３０ｎｍ即ち３００オングストロームのＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａを形成する。なお、ＳｉＨ4ガスを同時に供給して形成膜中に不純物としてのＳｉを導入することもできる。本実施例では、ＴＭＡガスの流量を２．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量を４６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩｎガスの流量を５９μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3の供給量を約０．２３ｍｏｌ／ｍｉｎとした。本実施例では、上述のＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８ａとＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａの形成を１０回繰り返してＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８ａとＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａとが交互に２０層積層されたバッファ層２ａを形成する。勿論Ａｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８ａ、Ａｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａをそれぞれ５０層等の任意の数に変えることもできる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
第２の層９ｂは、
化学式  ＡｌaＢbＧａ1-a-bＮ
ここで、ａ、ｂは、０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１
を満足する任意の数値、
で示すことができる材料から成る半導体の薄い膜である。即ち、第２の層９ｂはＡｌ、Ｂ及びＧａから選択された少なくとも１つの元素とＮとを含む層であり、例えばＧａＮ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＢＮ及びＡｌＢＧａＮから選択されたもので形成される。図６の実施形態では、前記式のａが０、ｂが０．３とされた材料に相当するＢ0.3Ｇａ0.7Ｎが第２の層９ｂに使用されている。第２の層９ｂの価電子帯と伝導帯との間のギャップ即ちバンドギャップが第１の層８ｂのバンドギャップよりも小さい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
バッファ層２ｂは基板１の（１１１）ジャスト面を有する主面１ａ上に周知のＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）即ち有機金属化学気相成長法によってＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂとＢ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂとを繰返して積層することによって形成する。即ち、シリコン単結晶の基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置し、まず、サーマルアニーリングを施して表面の酸化膜を除去する。次に、反応室内にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＮＨ3（アンモニア）ガスを約２７秒間供給して、基板１の一方の主面に厚さＴ1が約５ｎｍ即ち約５０オングストロームのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂを形成する。本実施例では基板１の加熱温度を１０８０℃とした後に、ＴＭＡガスの流量即ちＡｌの供給量を約３１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量を３１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3の供給量を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎとした。続いて、ＴＭＡガスの供給を止め、基板１の加熱温度を１１２０℃まで下げ、しかる後、ＴEB（トリエチルボロン）ガス、ＴＭＧガス、及びＮＨ3（アンモニア）ガスを約８５秒間供給して、第１の層８ｂの上面に、厚さＴ2が３０ｎｍ即ち３００オングストロームのｎ形のＢ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂを形成する。なお、同時にＳｉＨ4ガスを供給して形成膜中に不純物としてのＳｉを導入することもできる。本実施例では、ＴＥＢガスの流量即ちボロンの供給量を７５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量即ちガリウムの供給量を６３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3の供給量を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎとした。本実施例では、上述のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂとＢ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂの形成を５０回繰り返してＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂとＢ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂとが交互に合計で１００層積層されたバッファ層２ｂを形成する。勿論Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂと、Ｂ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂをそれぞれ２５層等の任意の数に変えることもできる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）  基板１１を単結晶シリコン以外の多結晶シリコン又はＳｉＣ等のシリコン化合物とすることができる。
（２）  半導体領域３、３ａの各層の導電形を実施例と逆にすることができる。
（３）  半導体領域３、３ａの各層を、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム）、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム  アルミニウム）から選択された窒化ガリウム系化合物半導体又は窒化インジウム系化合物半導体とすることができる。
（４）  図１のＨＥＭＴにおいて、活性層即ち電子走行層１０とバッファ層２との間に電子供給層１２と同様な電子供給層を設けることができる。
（５）  ＨＥＭＴ及びＭＥＳＦＥＴの代りに絶縁ゲート型電界効果トランジスタを設けることができる。
（６）  バッファ層２、２ａ、２ｂの第１の層８、８ａ、８ｂの数を第２の層９、９ａ、９ｂよりも１層多くしてバッファ層２、２ａ、２ｂの最上層を第1の層８、８ａ、８ｂとすることができる。また、逆に第2の層９、９ａ、９ｂの数を第1の層８、８ａ、８ｂの数よりも1層多くすることもできる。
（７）  第１の層８、８ａ、８ｂ及び第２の層９、９ａ、９ｂは、これらの機能を阻害しない範囲で不純物を含むものであってもよい。