(57)【要約】      （修正有）【課題】ＡｌＧａＮ層の表面の粗さを向上させ、漏れ電流を減少させることができる窒化物系半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】窒化物系半導体素子は、ＡｌＧａＮ層１４０上にアンドープされたＧａＮ層１５０が形成され、アンドープされたＧａＮ層１５０上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０を形成する。【選択図】図１
2014022742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成される半絶縁性ＧａＮ層と、
前記半絶縁性ＧａＮ層上に形成されるＡｌＧａＮ層と、
前記ＡｌＧａＮ層上に形成されるアンドープされたＧａＮ層と、
前記アンドープされたＧａＮ層上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層と、
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層上に形成される第１窒化珪素層（ＳｉＮｘ  ｌａｙｅｒ）と、を有することを特徴とする窒化物系半導体素子。
【請求項２】
前記基板と前記半絶縁性ＧａＮ層との間に形成される低温−ＳｉＣ層又はＧａＮ層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項３】
前記第１窒化珪素層上に形成される第２窒化珪素層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項４】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）において、ｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項５】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は、単結晶、多結晶、又は非晶質であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項６】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項７】
前記アンドープされたＧａＮ層の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項８】
前記第１窒化珪素層の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項９】
前記第２窒化珪素層の厚さは、１ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１０】
前記ＡｌＧａＮ層は、内部に２次元電子ガス層を含むことを特徴とする請求項３に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１１】
前記第２窒化珪素層上に形成されたゲート電極と、
一領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたソース電極と、
他領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたドレイン電極と、を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１２】
前記半絶縁性ＧａＮ層は、該半絶縁性ＧａＮ層の一部、前記ＡｌＧａＮ層、前記アンドープされたＧａＮ層、前記窒化炭素珪素機能層、及び前記第１窒化珪素層をエッチングすることによって形成されたトレンチによって露出されることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１３】
前記トレンチの内側に沿って形成される絶縁層を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１４】
前記絶縁層はゲート絶縁層であり、
前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極と、
一領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたソース電極と、
他領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたドレイン電極と、を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１５】
一領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたオーミック電極と、
他領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたショットキー電極と、を更に含むことを特徴とする請求項１０又は１３に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１６】
基板上に半絶縁性ＧａＮ層を形成するステップと、
前記半絶縁性ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成するステップと、
前記ＡｌＧａＮ層上にアンドープされたＧａＮ層を形成するステップと、
前記アンドープされたＧａＮ層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を形成するステップと、
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層上に第１窒化珪素層を形成するステップと、を有することを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を形成するステップにおいて、炭素（Ｃ）のソースとしてＣＢｒ４を使用し、シリコン（Ｓｉ）のソースとしてＤＴＢＳｉを使用し、窒素のソースとしてＮＨ３を使用することを特徴とする請求項１６に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層及び前記第１窒化珪素層は、金属有機化学気相蒸着法による連続工程によって形成されることを特徴とする請求項１６に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１窒化珪素層上に第２窒化珪素層を形成するステップを更に含み、
前記第２窒化珪素層は、低温圧力化学気相蒸着法を用いる工程によって形成されることを特徴とする請求項１６に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体素子及びその製造方法に関し。より詳細には、ＡｌＧａＮ層の表面における表面の粗さを向上させ、漏れ電流を減少させることのできる窒化物系半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、全世界的に情報通信技術の急激な発達に伴って、超高速、大容量の信号送信のための通信技術が急速に発達している。特に、無線通信技術において、個人携帯電話、衛星通信、軍事用レーダー、放送通信、通信用中継機などの需要が次第に拡大するにつれて、マイクロ波とミリメートル波帯域の超高速情報通信システムに必要な高速、高電力電子素子に対する要求が増加している。従って、高電力電子素子に使用されているパワー素子も省エネのために多くの研究が行われている。
【０００３】
特に、ＧａＮ系窒化物半導体は、エネルギーギャップが大きく、高い熱的化学的な安定度、高い電子飽和速度（〜３×１０７ｃｍ／ｓｅｃ）等の優れた物性を有し、光素子だけではなく高周波、高出力用の電子素子における応用が容易であるため、全世界的に活発に研究されている。
【０００４】
特に、ＧａＮ系窒化物半導体を用いる電子素子は、高い降伏電圧（〜３×１０６Ｖ／ｃｍ）及び最大電流密度、安定した高温動作、高い熱伝導度などの様々な長所を有し、ＡｌＧａＮ／ＧａＮのヘテロ接合構造を用いたヘテロ接合電界効果トランジスタ（ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＦＥＴ）の場合、接合界面におけるバンド不連続（ｂａｎｄ−ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ）が大きいため界面に高い濃度の電子が誘起されることがあり、電子の移動度を高めることができるため高電力素子への応用が可能である。しかし、このような高い電子の移動度を有するＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＦＥＴ構造において、ＡｌＧａＮの表面状態が不安で表面に沿って流れる漏れ電流が素子特性を低下させるという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ＡｌＧａＮ層の表面における表面の粗さを向上させ、漏れ電流を減少させることのできる窒化物系半導体素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による窒化物系半導体素子は、基板と、前記基板上に形成される半絶縁性ＧａＮ層と、前記半絶縁性ＧａＮ層上に形成されるＡｌＧａＮ層と、前記ＡｌＧａＮ層上に形成されるアンドープされたＧａＮ層と、前記アンドープされたＧａＮ層上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層と、前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層上に形成される第１窒化珪素層（ＳｉＮｘ  ｌａｙｅｒ）と、を有する。
【０００７】
前記窒化物系半導体素子は、前記基板と前記半絶縁性ＧａＮ層との間に形成される低温−ＳｉＣ層又はＧａＮ層を更に含むことができる。
前記窒化物系半導体素子は、前記第１窒化珪素層上に形成される第２窒化珪素層を更に含むことができる。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）において、ｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有し得る。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は、単結晶、多結晶、又は非晶質であり得る。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍであり得る。
前記アンドープされたＧａＮ層の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍであり得る。
前記第１窒化珪素層の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍであり得る。
前記第２窒化珪素層の厚さは、１ｎｍ〜５００ｎｍであり得る。
前記ＡｌＧａＮ層は、内部に２次元電子ガス層を含み得る。
前記窒化物系半導体素子は、前記第２窒化珪素層上に形成されたゲート電極と、一領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたソース電極と、他領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたドレイン電極と、を更に含むことができる。
前記窒化物系半導体素子は、一領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたオーミック電極と、他領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたショットキー電極とを更に含むことができる。
前記半絶縁性ＧａＮ層は、該半絶縁性ＧａＮ層の一部、前記ＡｌＧａＮ層、前記アンドープされたＧａＮ層、前記窒化炭素珪素機能層、及び前記第１窒化珪素層をエッチングすることによって形成されたトレンチによって露出され得る。
前記窒化物系半導体素子は、前記トレンチの内側に沿って形成される絶縁層を更に含むことができる。
前記絶縁層はゲート絶縁層であり、前記窒化物系半導体素子は、前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極と、一領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたソース電極と、他領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたドレイン電極と、を更に含むことができる。
前記窒化物系半導体素子は、一領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたオーミック電極と、他領域を介して露出される前記窒化炭素珪素機能層上に形成されたショットキー電極とを更に含むことができる。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた、本発明の一態様による窒化物系半導体素子の製造方法は、基板上に半絶縁性ＧａＮ層を形成するステップと、前記半絶縁性ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成するステップと、前記ＡｌＧａＮ層上にアンドープされたＧａＮ層を形成するステップと、前記アンドープされたＧａＮ層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を形成するステップと、前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層上に第１窒化珪素層を形成するステップと、を有する。
【０００９】
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を形成するステップにおいて、炭素（Ｃ）のソースとしてＣＢｒ４を使用し、シリコン（Ｓｉ）のソースとしてＤＴＢＳｉを使用し、窒素のソースとしてＮＨ３を使用し得る。
前記窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層及び前記第１窒化珪素層は、金属有機化学気相蒸着法による連続工程によって形成され得る。
前記窒化物系半導体素子の製造方法は、前記第１窒化珪素層上に第２窒化珪素層を形成するステップを更に含み、前記第２窒化珪素層は、低温圧力化学気相蒸着法を用いる工程によって形成され得る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の窒化物系半導体素子は、ＡｌＧａＮ層上にアンドープされたＧａＮ層が形成され、アンドープされたＧａＮ層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を形成する。これによってＡｌＧａＮ層の表面の粗さを向上させると共に、ＡｌＧａＮ層の表面でアルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）とが結合することを抑制して表面の漏れ電流を減らすことができる。
また、従来のＡｌＧａＮ層と電極が直接接触する構造に比べ、ＡｌＧａＮ層と電極との間に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層が形成されることで、低い障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）を有するものの動作電圧を低下させることができるため電流密度が増加する。
【００１１】
また、本発明の窒化物系半導体素子の製造方法は、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を形成するために金属有機化学気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）による連続工程を行い、ＣソースとしてＣＢｒ４を使用し、ＳｉソースとしてＤＴＢＳｉを使用し、ＮソースとしてＮＨ３を使用してＳｉｘＣ１−ｘＮを成長させる。これによってＡｌＧａＮ層の表面の粗さを向上させることができる。
更に、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層上に低温圧力化学気相蒸着法（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＬＰＣＶＤ）を用いて保護膜として第２窒化珪素層（ＳｉＮｘ）を形成することで窒化物の界表面を保護する。これによって工程中に窒化物の界表面に影響を与える部分を遮断するため、漏れ電流を減らすと共に信頼性が確保された素子を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の一部を撮影した透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）の写真である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の一部に対して２次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）によって約６０ｎｍの厚さ深さで原子構成を測定したデータを示す図である。
【図８Ａ】窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層がない従来技術による窒化物系半導体素子でバリア層の表面を撮影した原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）の写真である
【図８Ｂ】本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層が含まれた窒化物系半導体素子でバリア層の表面を撮影した原子間力顕微鏡の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態の説明において、各基板、層、又は電極などが各基板、層、又は電極などの「上（ｏｎ）」又は「下（ｕｎｄｅｒ）」に形成されるものとして記載する場合、「上（ｏｎ）」又は「下（ｕｎｄｅｒ）」は「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」又は「他の構成要素を介在して」形成される全てのものを含む。また、各構成要素の「上」又は「下」に対する基準は図面を基準として説明する。
【００１４】
図面における各構成要素の大きさは説明のために誇張することがあり、実際に適用される大きさを意味するものではない。
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が実施形態によって制限されたり限定されたりすることはない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。図１に示した窒化物系半導体素子は、ノーマリーオン（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｏｎ）タイプのヘテロ接合電界効果トランジスタである。
【００１７】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子１００は、基板１１０、基板１１０上に形成される半絶縁性ＧａＮ層１３０、半絶縁性ＧａＮ層１３０上に形成されるＡｌＧａＮ層１４０、ＡｌＧａＮ層１４０上に形成されるアンドープされたＧａＮ層１５０、アンドープされたＧａＮ層１５０上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０、及び窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０上に形成される第１窒化珪素層（ＳｉＮｘ  ｌａｙｅｒ）１７０を含む。また、本実施形態による窒化物系半導体素子１００は、基板１１０及び半絶縁性ＧａＮ層１３０間に形成されるバッファ層１２０を更に含み、バッファ層１２０は、低温−ＳｉＣ層（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ＳｉＣ  ｌａｙｅｒ）又はＧａＮ層であり得る。
【００１８】
基板１１０は、半絶縁性ＧａＮ層１３０及びＡｌＧａＮ層１４０のような窒化物半導体層の格子定数及び熱膨張係数などを考慮して様々な材料からなる。例えば、基板１１０は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）やスピネル構造を有するＭｇＡｌ２ＳＯ４のような絶縁性基板、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＺｒＢ２、ＧａＰ、及びダイヤモンドからなる群から選択される少なくとも１つの物質で構成され得る。しかし、これに限定されることはない。
【００１９】
基板１１０上にバッファ層１２０が形成される。バッファ層１２０は、窒化炭素珪素と窒化ガリウム複合体で構成され得、一例として、低温−ＳｉＣ層又はＧａＮ層である。バッファ層１２０は、半絶縁性ＧａＮ層１３０及びＡｌＧａＮ層１４０のような窒化物半導体層の格子定数及び熱膨張係数などの差を最小化し、ヘテロ接合電界効果トランジスタの安定性を改善することができる。
【００２０】
バッファ層１２０上に半絶縁性（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）ＧａＮ層１３０が形成される。半絶縁性ＧａＮ層１３０は、基板１１０に向かう漏れ電流を防止し、素子間の分離のために比較的に高い抵抗を有する。半絶縁性ＧａＮ層１３０は抵抗が極めて高くて半絶縁性を有する。
【００２１】
半絶縁性ＧａＮ層１３０上にＡｌＧａＮ層１４０が形成される。ＡｌＧａＮ層１４０はチャネル層の役割を行う。即ち、ＡｌＧａＮ層１４０は、下記のアンドープされたＧａＮ層１５０とのバンドギャップエネルギー（ｂａｎｄ−ｇａｐ  ｅｎｅｒｇｙ）の差によってＡｌＧａＮ層１４０に２次元電子ガス層（２−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｇａｓ：２−ＤＥＧ）１４１が形成されて電流が流れるチャネル層の役割を果たす。
【００２２】
ＡｌＧａＮ層１４０の厚さが極めて小さい場合、ピエゾ効果（ｐｉｅｚｏ  ｅｆｆｅｃｔ）が小さく現れるために２次元電子ガス層１４１が小さく形成される一方、ＡｌＧａＮ層１４０の厚さが極めて厚い場合、ピエゾ効果が喪失されるために２次元電子ガス層１４１の密度が低くなる。従って、一実施形態において、ピエゾ効果が最も大きく現れるようにするためには、ＡｌＧａＮ層１４０の厚さが１ｎｍ〜５０ｎｍであり。好ましくは、ＡｌＧａＮ層１４０の厚さは２０ｎｍ〜３０ｎｍである。
【００２３】
ＡｌＧａＮ層１４０上にアンドープされたＧａＮ層１５０が形成される。アンドープされたＧａＮ層１５０は、窒化ガリウムに不純物がドーピングされない層を意味し、ＡｌＧａＮ１４０の表面で電流が漏れることを防止する。また、アンドープされたＧａＮ層１５０がＡｌＧａＮ層１４０上に形成されることによって、ＡｌＧａＮ層１４０の表面が酸素（Ｏ）と反応して酸化されるために生じる酸素（Ｏ）との酸化を防止して、表面の粗さを改善し得る。一実施形態において、アンドープされたＧａＮ層１５０の厚さは１ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００２４】
アンドープされたＧａＮ層１５０上に窒化炭素珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ：ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０が形成される。一実施形態において、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０において、ｘ値は０＜ｘ＜１の範囲を有する。窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０でシリコン（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）が一定の割合で混合され、シリコンと炭素の比率が適切に調節される。窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０は、ＡｌＧａＮ層１４０の表面を保護して表面の粗さを向上させ、ＡｌＧａＮ層１４０の表面の漏れ電流を遮断する。
【００２５】
窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０における窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は、ＡｌＧａＮ層１４０表面の漏れ電流を遮断し、ＡｌＧａＮ層１４０とオーミック金属などとの円滑な電流の流れのために様々な結晶相を有する物質で製造される。例えば、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０で、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）は、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌ）、多結晶（ｐｏｌｙ  ｃｒｙｓｔａｌ）、又は非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）で製造される。また、一実施形態による窒化物系半導体素子において、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０の厚さは１ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００２６】
従って、本実施形態による窒化物系半導体素子は、ＡｌＧａＮ層１４０及びアンドープされたＧａＮ層１５０上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０を形成することによって、ＡｌＧａＮ層１４０表面の粗さを向上させると共に、ＡｌＧａＮ層１４０の表面でアルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）とが結合することを抑制して表面の漏れ電流を減らすことができる。
【００２７】
また、ＡｌＧａＮ層１４０と電極が直接接触する構造に比べて、本発明のようにＡｌＧａＮ層１４０と電極との間に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０を形成する場合は低い障壁を有するが、動作電圧を低くすることができるため電流密度を増加させることができる。
【００２８】
窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０上に第１窒化珪素層（ＳｉＮｘ）１７０が形成される。第１窒化珪素層１７０は、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０を保護する役割を行う。即ち、第１窒化珪素層１７０は、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０の表面を保護する。一実施形態において、第１窒化珪素層１７０の厚さは１ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００２９】
また、第１窒化珪素層１７０上に第２窒化珪素層１８０が形成される。第２窒化珪素層（ＳｉＮｘ）１８０は、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０及び第１窒化珪素層１７０の表面を保護する。一実施形態において、第２窒化珪素層１８０の厚さは１ｎｍ〜５００ｎｍである。第２窒化珪素層１８０は第１窒化珪素層１７０と異なる方法に基づいて形成され、これについては後述する製造方法で詳細に説明する。
【００３０】
このような第１窒化珪素層１７０及び第２窒化珪素層１８０は、不動態化（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）の薄膜層として、窒化炭素珪素機能層１６０の表面状態の不安定な程度を減少させ、高周波の動作時に電流崩壊（Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｌｌａｐｓｅ）現象による電力特性の減少を減らすことができる。
【００３１】
ゲート電極１９１は、第２窒化珪素層１８０上に形成される。
【００３２】
ソース電極１９２は、一領域を介して露出された窒化炭素珪素機能層１６０上に形成され、ドレイン電極１９３は、他領域を介して露出された窒化炭素珪素機能層１６０上に形成される。
【００３３】
このように、本実施形態による窒化物系半導体素子が適用されるヘテロ接合電界効果トランジスタは、ＡｌＧａＮ層１４０上に形成された窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０を含むことによって、ヘテロ接合電界効果トランジスタの上部表面の粗さを改善することができる。また、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層１６０により、不飽和結合（ｄａｎｇｌｉｎｇ  ｂｏｎｄｉｎｇ）を防止して漏れ電流を遮断すると共に、ソース電極及びドレイン電極を形成するためのオーミック金属との接合時にバリアを低くして電流密度を高めることで、電子素子の効率を最大化することができる。
【００３４】
図２は、本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。図２に示した窒化物系半導体素子２００は、ノーマリーオフタイプのヘテロ接合電界効果トランジスタである。
【００３５】
図２を参照すると、本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子２００は、基板２１０、基板２１０上に形成される半絶縁性ＧａＮ層２３０、半絶縁性ＧａＮ層２３０上に形成されるＡｌＧａＮ層２４０、ＡｌＧａＮ層２４０上に形成されるアンドープされたＧａＮ層２５０、アンドープされたＧａＮ層２５０上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層２６０、及び窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層２６０上に形成される第１窒化珪素層（ＳｉＮｘ  ｌａｙｅｒ）２７０を含む。
【００３６】
また、窒化物系半導体素子２００は、基板２１０及び半絶縁性ＧａＮ層２３０間に形成されるバッファ層２２０を更に含み、バッファ層２２０は、低温−ＳｉＣ層又はＧａＮ層であり得る。
【００３７】
半絶縁性ＧａＮ層２３０は、トレンチ２３１によって露出される。具体的に、反絶縁層ＧａＮ層２３０の一部と、ＡｌＧａＮ層２４０、アンドープされたＧａＮ層２５０、窒化炭素珪素機能層２６０、及び第１窒化珪素層２７０をエッチングすることによってトレンチ２３１が形成される。
【００３８】
絶縁層２９１は、トレンチ２３１の内側に沿って形成されるが、図２に示すように、第１窒化珪素層２７０上に第２窒化珪素層２８０が更に形成される場合には、トレンチ２３１の内側に沿って形成されて第２窒化珪素層２８０の上部領域まで延長される。
【００３９】
また、絶縁層２９１はゲート絶縁層であり、絶縁層２９１上にゲート電極２９２を形成する。
【００４０】
ＡｌＧａＮ層２４０には、２次元電子ガス層（２−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｇａｓ：２−ＤＥＧ）２４１が形成される。２次元電子ガス層２４１は、ＡｌＧａＮ層２４０とＧａＮ層２５０との間のバンドギャップエネルギーの差によって形成され、ＡｌＧａＮ層２４０は、この２次元電子ガス層２４１によって電流が流れるチャネル層の役割を行う。
【００４１】
図２に示した実施形態において、ＡｌＧａＮ層２４０内に形成された２次元電子ガス層２４１は、トレンチ２３１によって分離される。このようにトレンチ２４１によってゲート領域に２次元電子ガス層２４１が形成されないため、窒化物系半導体素子２００がノーマリーオフタイプの動作を容易に実現することができる。
【００４２】
窒化炭素珪素機能層２６０は、ソース電極２９４及びドレイン電極２９５を形成するために一領域と他領域を介して露出される。この領域は、第１窒化珪素層２７０及び第２窒化珪素層２８０を一部エッチングすることによって露出される。
【００４３】
ソース電極２９４は、窒化炭素珪素機能層２６０の一領域上に形成される。この実施形態では、窒化炭素珪素機能層２６０上にオーミックメタル層２９３を更に形成し、ソース電極２９４はオーミックメタル層２９３上に形成される。
【００４４】
ドレイン電極２９５は、窒化炭素珪素機能層２６０上の他領域に形成される。この実施形態では、窒化炭素珪素機能層２６０上にオーミックメタル層２９３が更に形成され、ドレイン電極２９５はオーミックメタル層２３９上に形成される。
【００４５】
ゲート電極２９１、ソース電極２９４、及びドレイン電極２９５は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｐｔ、Ａｕ、ＲｕＯ２、Ｖ、Ｗ、ＷＮ、Ｈｆ、ＨｆＮ、Ｍｏ、ＮｉＳｉ、ＣｏＳｉ２、ＷＳｉ、ＰｔＳｉ、Ｉｒ、Ｚｒ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｏ、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択され得る。
【００４６】
一方、不動態化層２９０は、ゲート電極２９２とソース電極２９４との間に露出された第２窒化珪素層２８０、ゲート電極２９２とドレイン電極２９５との間に露出された第２窒化珪素層２８０上に形成される。
【００４７】
図３は、本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。図３に示した窒化物系半導体素子２００’は、図２に示した窒化物系半導体素子２００の構造を一部変更した実施形態である。
【００４８】
具体的に、窒化物系半導体素子２００’は、図２に示した窒化物系半導体素子２００と比較して基板２１０及びバッファ層２２０を含まず、接合層３１０及び熱伝導性基板３２０を含む。
【００４９】
製造方法の順で説明すると、サファイア基板のように絶縁性を有する基板２１０上にバッファ層２２０、半絶縁性ＧａＮ層２３０、ＡｌＧａＮ層２４０を順に形成し、基板２１０及びバッファ層２２０をレーザリフトオフ（ｌａｓｅｒ  ｌｉｆｔ  ｏｆｆ）工程に基づいて除去する。そして、レーザリフトオフによって半絶縁性ＧａＮ層２３０が露出され、接合層３１０を用いて半絶縁性ＧａＮ層２３０に熱伝導性基板３２０を接合する。
【００５０】
即ち、接合層３１０は、半絶縁性ＧａＮ層２３０と熱伝導性基板３２０との間に配置され、これらを結合させる役割を行う。接合層３１０はＡｕＳｎを含み得るが、熱伝導性基板３２０を接合させ得る物質であれば、これに制限されることはない。また、熱伝導性基板３２０は、Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ、又は、金属を含み得るが、これに制限されることはない。
【００５１】
ＡｌＧａＮ層２４０上には、アンドープされたＧａＮ層２５０、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層２６０、第１窒化珪素層２７０、及び第２窒化珪素層２８０が順に形成される。
【００５２】
窒化物系半導体素子２００’は、半絶縁性ＧａＮ層２３０の一部、ＡｌＧａＮ層２４０、アンドープされたＧａＮ層２５０、窒化炭素珪素機能層２６０、第１窒化珪素層２７０、及び第２窒化珪素層２８０をエッチングすることによって形成されたトレンチ２３１を含む。このトレンチ２３１によってＡｌＧａＮ層２４０内に形成された２次元電子ガス層２４１が分離される。このようにトレンチ２４１によってゲート領域で２次元電子ガス層２４１の形成が抑制され、窒化物系半導体素子２００がノーマリーオフタイプの動作を容易に実現することができる。
【００５３】
ゲート絶縁層２９１、ゲート電極２９２、オーミックメタル層２９３、ソース電極２９４、ドレイン電極２９５、及び不動態化層２９０は、図２に示した窒化物系半導体素子２００の各構成と同一である。
【００５４】
図１〜図３に示した窒化物系半導体素子１００、２００、２００’は様々な種類の電子素子に適用される。即ち、図１〜図３では本発明の窒化物系半導体素子が適用されるヘテロ接合電界効果トランジスタについて説明したが、これに制限されることなく、例えば、一実施形態による窒化物系半導体素子は、ショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｄｉｏｄｅ）素子に適用される。
【００５５】
図４〜図６は、本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子を示す図であり、この窒化物系半導体素子はショットキーバリアダイオードである。
【００５６】
窒化物系半導体素子４００は、基板４１０、基板４１０上に形成される半絶縁性ＧａＮ層４３０、半絶縁性ＧａＮ層４３０上に形成されるＡｌＧａＮ層４４０、ＡｌＧａＮ層４４０上に形成されるアンドープされたＧａＮ層４５０、アンドープされたＧａＮ層４５０上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０、及び窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０上に形成される第１窒化珪素層（ＳｉＮｘ  ｌａｙｅｒ）４７０を含む。
【００５７】
また、窒化物系半導体素子４００は、基板４１０及び半絶縁性ＧａＮ層４３０間に形成されるバッファ層４２０を更に含み、バッファ層４２０は、低温−ＳｉＣ層又はＧａＮ層であり得る。
【００５８】
また、ＡｌＧａＮ層４４０は、アンドープされたＧａＮ層４５０とのバンドギャップエネルギー差によってその内部に２次元電子ガス層４４１が形成される。
【００５９】
オーミック電極４９１は、窒化炭素珪素機能層４６０上の一領域に形成され、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタリウム（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び白金（Ｐｔ）からなる群から選択される物質で形成され得る。
【００６０】
ショットキー電極４９２は、窒化炭素珪素機能層４６０上の他領域に形成され、Ｎｉ、Ａｕ、ＣｕＩｎＯ２、ＩＴＯ、Ｐｔ、及びこれらの合金からなる群から選択される物質で形成され得る。また、上記の合金の例として、ＮｉとＡｕ合金、ＣｕＩｎＯ２とＡｕ合金、ＩＴＯとＡｕ合金、Ｎｉ、Ｐｔ及びＡｕ合金、そしてＰｔとＡｕの合金があるが、これに制限されることはない。
【００６１】
以下、本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法を簡略に説明する。
【００６２】
本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の製造方法は、基板４１０上に半絶縁性ＧａＮ層４３０を形成するステップ、半絶縁性ＧａＮ層４３０上にＡｌＧａＮ層４４０を形成するステップ、ＡｌＧａＮ層４４０上にアンドープされたＧａＮ層４５０を形成するステップ、アンドープされたＧａＮ層４５０上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０を形成するステップ、及び窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０上に第１窒化珪素層（ＳｉＮｘ  ｌａｙｅｒ）４７０を形成するステップを含む。
【００６３】
先ず、基板４１０上にバッファ層４２０を形成する。バッファ層４２０は、窒化炭素珪素と窒化ガリウム複合体からなり、一例として、低温−ＳｉＣ層又はＧａＮ層である。バッファ層４２０は、半絶縁性ＧａＮ層４３０及びＡｌＧａＮ層４４０のような窒化物半導体層の格子定数及び熱膨張係数などの差を最小化し、ヘテロ接合電界効果トランジスタの安定性を改善することができる。
【００６４】
バッファ層４２０上に半絶縁性ＧａＮ層４３０を形成する。半絶縁性ＧａＮ層４３０は基板４１０に向かう漏れ電流を防止し、素子間の分離のために比較的に高い抵抗を有する。半絶縁性ＧａＮ層４３０は、抵抗が極めて高いため半絶縁性を有する。
【００６５】
次に、半絶縁性ＧａＮ層４３０上にチャネル層の役割を行うＡｌＧａＮ層４４０及びＡｌＧａＮ４４０の表面で電流が漏れることを防止するアンドープされたＧａＮ層４５０を形成する。
【００６６】
バッファ層４２０、半絶縁性ＧａＮ層４３０、ＡｌＧａＮ層４４０、及びアンドープされたＧａＮ層４５０は、金属有機化学気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、分子線成長法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）、及び水素気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）などの方法を用いて形成されるが、これに制限されることはない。
【００６７】
次に、アンドープされたＧａＮ層４５０上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０を形成する。窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０は、プラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）などを含む様々な蒸着方法によって形成される。一実施形態による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０は、金属有機化学気相蒸着法による連続工程によって形成される。
【００６８】
このような金属有機化学気相蒸着法による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０の形成は、炭素ソースとしてテトラブロモメタン（ｔｅｔｒａｂｒｏｍｏｍｅｔｈａｎｅ：ＣＢｒ４）を使用し、シリコンソースとしてジターシャリーブチルシラン（ｄｉｔｅｒｔｉａｒｙｂｕｔｙｌ  ｓｉｌａｎｅ：ＤＴＢＳＩ）を用い、窒素ソースとしてアンモニア（ＮＨ３）を使用して金属有機化学気相蒸着法によるＡｌＧａＮ層４４０及びアンドープされたＧａＮ層４５０を形成した後、連続工程によって形成され得る。これによって、窒化物系半導体素子の製造効率性を高めることができる。
【００６９】
次に、第１窒化珪素層４７０上に第２窒化珪素層４８０を更に形成する。ここで、第２窒化珪素層４８０は、低温圧力化学気相蒸着法を用いる工程によって形成され得る。
【００７０】
即ち、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０上に低温圧力化学気相蒸着法を用いて保護膜で第２窒化珪素層（ＳｉＮｘ）４８０を形成することができる。これによって窒化物の界表面を保護し、工程中に窒化物の界表面に影響を与える部分を遮断することで漏れ電流を減らすと共に、信頼性が確保された素子を製作することができる。
【００７１】
次に、第１窒化珪素層４７０及び第２窒化珪素層４８０の一部をフォトレジスト工程でエッチングした後、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層４６０上にオーミック電極４９１及びショットキー電極４９２を形成する。
【００７２】
上述した窒化物系半導体素子の製造方法において、オーミック電極４９１及びショットキー電極４９２を形成するステップを除いた残りのステップは、図１〜図３に示した窒化物系半導体素子にも同一に適用される。
【００７３】
図５は、本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。
【００７４】
図５を参照すると、本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子５００は、基板５１０、基板５１０上に形成される半絶縁性ＧａＮ層５３０、半絶縁性ＧａＮ層５３０上に形成されるＡｌＧａＮ層５４０、ＡｌＧａＮ層５４０上に形成されるアンドープされたＧａＮ層５５０、アンドープされたＧａＮ層５５０上に形成される窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層５６０、及び窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層５６０上に形成される第１窒化珪素層（ＳｉＮｘ  ｌａｙｅｒ）５７０を含む。
【００７５】
また、窒化物系半導体素子５００は、基板５１０及び半絶縁性ＧａＮ層５３０間に形成されるバッファ層５２０を更に含み、バッファ層５２０は、低温−ＳｉＣ層又はＧａＮ層であり得る。
【００７６】
半絶縁性ＧａＮ層５３０は、トレンチ５３１によって露出される。具体的に、反絶縁層ＧａＮ層５３０の一部と、ＡｌＧａＮ層５４０、アンドープされたＧａＮ層５５０、窒化炭素珪素機能層５６０、及び第１窒化珪素層５７０をエッチングすることによってトレンチ５３１を形成する。
【００７７】
絶縁層５９０は、トレンチ５３１の内側に沿って形成されるが、図５に示すように、第１窒化珪素層５７０上に第２窒化珪素層５８０が更に形成された場合、トレンチ５３１の内側に沿って形成されて第２窒化珪素層５８０の上部領域まで延長される。
【００７８】
一方、ＡｌＧａＮ層５４０には２次元電子ガス層５４１が形成される。２次元電子ガス層５４１は、ＡｌＧａＮ層５４０とＧａＮ層５５０との間のバンドギャップエネルギーの差によって形成され、ＡｌＧａＮ層２４０は、この２次元電子ガス層５４１によって電流が流れるチャネル層の役割を行う。
【００７９】
図５に示した実施形態において、ＡｌＧａＮ層５４０内に形成された２次元電子ガス層５４１は、トレンチ５３１によって分離される。
【００８０】
窒化炭素珪素機能層５６０は、オーミック電極５９１及びショットキー電極５９２を形成するため一領域と他領域を介して露出される。この領域は、第１窒化珪素層５７０及び第２窒化珪素層５８０を一部エッチングすることによって露出される。
【００８１】
オーミック電極５９１は窒化炭素珪素機能層５６０の一領域上に形成され、ショットキー電極５９２は窒化炭素珪素機能層５６０上の他領域に形成される。
【００８２】
図６は、本発明の他の実施形態による窒化物系半導体素子の構造を示す図である。図６に示した窒化物系半導体素子５００’は、図５に示した窒化物系半導体素子５００の構造を一部変更した実施形態である。
【００８３】
具体的に、窒化物系半導体素子５００’は、図５に示した窒化物系半導体素子５００と比較して基板５１０及びバッファ層５２０を含まず、接合層６１０及び熱伝導性基板６２０を含む。これは、図５に示した窒化物系半導体素子５００において、基板５１０及びバッファ層５２０をレーザリフトオフ工程によって除去した後、接合層６１０を用いて半絶縁性ＧａＮ層５３０に熱伝導性基板６２０を接合して窒化物系半導体素子５００’を具現する。
【００８４】
従って、窒化物系半導体素子５００’において、接合層６１０及び熱伝導性基板６２０を除いた半絶縁性ＧａＮ層５３０、トレンチ５３１、ＡｌＧａＮ層５４０、２次元電子ガス層５４１、アンドープされたＧａＮ層５５０、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層５６０、第１窒化珪素層５７０、第２窒化珪素層５８０、絶縁層５９０、オーミック電極５９１、及びショットキー電極５９２の構成は、図５に対応する各構成と同一の構造及び機能を有する。
【００８５】
以下、図７Ａ及び図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を含まない従来技術と比較して、本発明の一実施形態により製造された窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層を含む窒化物系半導体素子の特性について詳細に説明する。
【００８６】
図７Ａは、本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の一部を撮影した透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）の写真であり、図７Ｂは、本発明の一実施形態による窒化物系半導体素子の一部に対して２次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）によって約６０ｎｍの厚さで原子構成を測定したデータを示す図である。
【００８７】
図７Ａにおいて、約２５ｎｍ程度の厚さを有するバリア層上に窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層７００が約２ｎｍ程度成長したことが確認される。図７Ｂにおいて、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層７００の組成のＳｉ、Ｃ、及びＮが確認され、バリア層の組成としてＡｌが確認される。
【００８８】
図８Ａは、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層がない従来技術による窒化物系半導体素子でバリア層の表面を撮影した原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）の写真であり、図８Ｂは、本発明による窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層が含まれた窒化物系半導体素子でバリア層の表面を撮影した原子間力顕微鏡の写真である。
【００８９】
図８Ａに示すように、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層がない場合にバリア層の表面の粗さは約０．７ｎｍであり、図８Ｂに示すように、本発明により窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層が含まれた場合にバリア層の表面の粗さは約０．４４ｎｍであり、これによって表面の粗さが減少したことが確認される。結局、バリア層表面の粗さが減少してバリア層表面の電荷は保護され得る。
【００９０】
また、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層がない場合は、ホール測定（ｈａｌｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）で測定された２−ＤＥＧ移動度（２−ＤＥＧ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ）は約１５００ｃｍ２／Ｖｓであり、シートキャリア濃度（ｓｈｅｅｔ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ）は約８×１０１２／ｃｍ２を示し、本発明のように約２ｎｍ厚さの窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層が含まれた場合に２−ＤＥＧの移動度は約１３００ｃｍ２／Ｖｓに減少し、シートキャリア濃度は約１×１０１３／ｃｍ２に増加したことが確認される。即ち、窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層が含まれた場合、結晶性の向上したバリア層表面に電子が多く存在してスキャッター（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が円滑に行われるために２−ＤＥＧの移動度は減少する。
【００９１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１００、２００、２００’、４００、５００、５００’    窒化物系半導体素子
１１０、２１０、４１０、５１０    基板
１２０、２２０、４２０、５２０    バッファ層
１３０、２３０、４３０、５３０    半絶縁性ＧａＮ層
１４０、２４０、４４０、５４０    ＡｌＧａＮ層
１４１、２４１、４４１、５４１    ２次元電子ガス層
１５０、２５０、４５０、５５０    アンドープされたＧａＮ層
１６０、２６０、４６０、５６０、７００    窒化炭素珪素（ＳｉｘＣ１−ｘＮ）機能層
１７０、２７０、４７０、５７０    第１窒化珪素層
１８０、２８０、４８０、５８０    第２窒化珪素層
１９１、２９２    ゲート電極
１９２、２９４    ソース電極
１９３、２９５    ドレイン電極
２３１、５３１    トレンチ
２９０    不動態化層
２９１    ゲート絶縁層
２９３    オーミックメタル層
３１０、６１０    接合層
３２０、６２０    熱伝導性基板
４９１、５９１    オーミック電極
４９２、５９２    ショットキー電極
５９０    絶縁層
【図１】
2014022742.tif 000003
【図２】
2014022742.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014022742.tif 000006
【図５】
2014022742.tif 000007
【図６】
2014022742.tif 000008
【図７Ａ】
2014022742.tif 000009
【図７Ｂ】
2014022742.tif 000010
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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