(57)【要約】【課題】リーク電流の低減化を図りつつ、電流コラプスが抑制され、高耐圧パワーデバイスに好適な窒化物半導体基板を提供する。【解決手段】シリコン単結晶基板１上に、いずれも１３族窒化物からなるバッファ層２、活性層３、電子供給層４が順次積層された窒化物半導体基板において、バッファ層２は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる初期層２２上に、Ａｌ又はＧａの組成が異なる窒化物層を対にして複数回繰り返し堆積させた複層２３が積層された構造を備え、かつ、炭素濃度が１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3、Ｓｉ濃度が１×１０17〜１×１０20ｃｍ-3であるドーピング層２１を含むものとし、ドーピング層２１の厚さを、バッファ層２全体厚さに対して１５％以上とする。【選択図】図１
2014222716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶基板上に、いずれも１３族窒化物からなるバッファ層、活性層、電子供給層が順次積層され、
前記バッファ層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる初期層上に、Ａｌ又はＧａの組成が異なる窒化物層を対にして複数回繰り返し堆積させた複層が積層された構造を備え、かつ、炭素濃度が１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3、Ｓｉ濃度が１×１０17〜１×１０20ｃｍ-3であるドーピング層を含み、
前記ドーピング層の厚さは、前記バッファ層全体厚さに対して１５％以上であることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
前記ドーピング層が、Ａｌ又はＧａの組成が異なる窒化物層を対にして複数回繰り返し堆積させた複層構造であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記バッファ層の酸素濃度が、５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パワーデバイスに好適に用いられる１３族窒化物からなる窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮをはじめとした１３族窒化物半導体は、次世代半導体パワーデバイス材料として注目されている。中でも、サファイアやシリコン等の異種材料からなる基板上に、１３族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させた窒化物半導体基板は、デバイス特性と製造コストとのバランス面でのメリットが多く、特に、６インチの大口径化が可能であるシリコン基板を用いたものは産業上の有用性が非常に高い。
【０００３】
ところで、窒化物半導体パワーデバイスにおいては、電流コラプス（電流スランプとも言う。）と呼ばれる現象が生じることが知られている。電流コラプスとは、電流をオフからオンにスイッチングする際、あたかもチャネルの抵抗が増大したかのように振る舞い、導通電流が減少してしまう現象である。
【０００４】
電流コラプスの発生原因は、一般に、デバイス最表層の欠陥やバッファ層中の欠陥における電子トラッピングが関係していると言われている。このような電流コラプスを改善するための対策としては、ＳｉＮx膜等による最表層のパッシベーションや電界集中緩和のためのフィールドプレート構造等が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００５】
また、電流コラプスに関連するバッファ層中のキャリアトラップサイトとしては、該バッファ層中の残留炭素により形成される深い準位の欠陥が知られている。一方で、残留炭素は、ＧａＮ系半導体結晶中の残留ドナーを補償し、該結晶を高抵抗化する。このため、ドーピングにより高抵抗化したバッファ層を形成する方法も検討されており、例えば、特許文献３には、電流コラプスに悪影響を与えない範囲で炭素がドープされた窒化物半導体層を含むバッファ層を形成することが開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献４には、基板上に、ｎ型ＧａＮに炭素がドーピングされたバッファ層を介して窒化物半導体層を積層することにより、炭素原子の取り込み位置が制御され、効果的にキャリアが補償され、高抵抗のバッファ層を形成可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２８６１３５号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２７５６号公報
【特許文献３】特開２００７−２５１１４４号公報
【特許文献４】特開２０１２−１７４６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献３に記載されているように、電流コラプスの抑制のためには、前記残留炭素の濃度は低い方が好ましい。その一方で、残留炭素は、ＧａＮ系半導体結晶を高抵抗化し、デバイスのリーク電流を低減させる作用がある。すなわち、バッファ層中の残留炭素濃度の制御においては、電流コラプス特性とリーク電流低減がトレードオフの関係となる。このため、バッファ層に炭素をドープすることのみによって、電流コラプス特性及びリーク特性の両方を同時に満足させるように改善することは、必ずしも容易ではない。
【０００９】
さらに、上記特許文献４に記載されているような、Ｓｉドープによるｎ型ＧａＮからなるバッファ層に炭素をドープする方法によっても、電流コラプス特性及びリーク特性の両方を満足しつつ、高耐圧特性をも十分に満足できる窒化物半導体基板を得ることは困難であった。
【００１０】
したがって、ドーピングによって、より高耐圧の窒化物半導体電子デバイスを実現するためには、バッファ層中のドープ炭素濃度制御以外の方法で電流コラプスを抑制する手段が求められる。
【００１１】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、リーク電流の低減化を図りつつ、電流コラプスが抑制され、高耐圧パワーデバイスに好適な窒化物半導体基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る窒化物半導体基板は、シリコン単結晶基板上に、いずれも１３族窒化物からなるバッファ層、活性層、電子供給層が順次積層され、前記バッファ層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる初期層上に、Ａｌ又はＧａの組成が異なる窒化物層を対にして複数回繰り返し堆積させた複層が積層された構造を備え、かつ、炭素濃度が１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3、Ｓｉ濃度が１×１０17〜１×１０20ｃｍ-3であるドーピング層を含み、前記ドーピング層の厚さは、前記バッファ層全体厚さに対して１５％以上であることを特徴とする。
このようなバッファ層を形成することにより、リーク電流の低減化を図りつつ、電流コラプスを抑制することができる。
【００１３】
前記窒化物半導体基板のドーピング層は、Ａｌ又はＧａの組成が異なる窒化物層を対にして複数回繰り返し堆積させた複層構造であることが好ましい。また、前記バッファ層の酸素濃度が、５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、炭素を所定濃度含有するバッファ層にドーピング層を形成することにより、リーク電流の低減化が図られ、かつ、電流コラプスが抑制された窒化物半導体基板が得られる。
したがって、本発明に係る窒化物半導体基板は、高耐圧パワーデバイスの基板として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る窒化物半導体基板の層構造の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明におけるバッファ層を詳細に説明するための拡大断面図である。
【図３】バッファ層内におけるドーピング層の配置例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を、図面を参照して、より詳細に説明する。
図１に、本発明に係る窒化物半導体基板の層構造の一例を示す。図１に示す窒化物半導体基板は、シリコン単結晶基板１上に、バッファ層２、活性層３、電子供給層４が、順次積層された構成を備えている。これらのバッファ層２、活性層３及び電子供給層４は、いずれも１３族窒化物からなる。そして、このバッファ層２内には、炭素を１×１０19〜１×１０21ｃｍ-3、Ｓｉを１×１０17〜１×１０20ｃｍ-3含むドーピング層２１が挿入されている。なお、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）においては、活性層３と電子供給層４との界面直下に形成される２次元電子ガス層５がチャネルとなる。
【００１７】
ここで、１３族窒化物とは、具体的には、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム又はタリウムの窒化物であり、各１元素の窒化物に限られず、２元素以上を含む複合窒化物であってもよい。代表的なものとしては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が挙げられ、各構成元素は種々の組成比とすることができる。
【００１８】
図２に、バッファ層２の層構造の一例を示す。バッファ層２は、単一の層ではなく、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる初期層２２上に複層２３が積層された構造を備えている。
【００１９】
ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる初期層２２は、この上に積層する窒化物層との界面の平坦性を向上させる作用を有する。この初期層２２は、単一層でもよく、また、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のｘ値が互いに異なる２層を積層した２層構造であってもよい。
【００２０】
初期層２２上に形成される複層２３は、Ａｌ又はＧａの組成が異なる窒化物層である交互層２３ａと交互層２３ｂを対にして複数回繰り返し堆積させることにより形成される。このような構成とすることにより、窒化物半導体基板の反り及び転位密度を効果的に低減させることができる。
【００２１】
なお、初期層２２と複層２３からなるバッファ層２は、図２に示したような層構造に限られず、組成や膜厚、窒化物層（交互層２３ａ，２３ｂ）の対の繰り返し回数等は、窒化物半導体基板の用途や使用目的等に応じて適宜設定することができる。例えば、複層２３上に窒化物半導体の単一層を形成し、さらに、別の複層を積層させた構造であってもよい。
【００２２】
また、バッファ層２内には、ドーピング層２１が挿入されている。このドーピング層２１の炭素濃度は１×１０19〜１×１０21ｃｍ-3、Ｓｉ濃度は１×１０17〜１×１０20ｃｍ-3である。
なお、これら各元素の濃度は、例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定することができる。
【００２３】
ドーピング層２１に含まれる炭素は、１３族窒化物を高抵抗化してリーク電流を低減する働きを持つ。
前記炭素濃度が１×１０19ｃｍ-3未満の場合、リーク電流は十分に低減されない。一方、１×１０21ｃｍ-3を超える場合は、１３族窒化物中の欠陥密度が増大し、結晶性の低下や欠陥に起因するリーク電流の増大を招くこととなる。
【００２４】
ドーピング層２１に含まれるＳｉは、ドナー不純物として作用し、高濃度で含まれる炭素に起因して発生する欠陥を電気的に補償する役割を有しており、前記欠陥が多数存在することによって顕在化する電流コラプスを抑制する効果を奏する。
前記濃度が１×１０17ｃｍ-3未満の場合、電流コラプスを十分に抑制することができない。一方、１×１０20ｃｍ-3を超える場合は、ドナー不純物であるＳｉ自身が高抵抗化を阻害し、リーク電流を十分に低減させることができない。
【００２５】
なお、前記炭素濃度及びＳｉ濃度は、ドーピング層２１全体の平均濃度が上記規定範囲内であればよく、必ずしも、ドーピング層２１全体において均一でなくてもよい。例えば、厚さ方向において、直線状、２次関数状又は階段状に漸増もしくは漸減するような濃度プロファイルであってもよい。
【００２６】
また、ドーピング層２１の厚さは、バッファ層２の全体厚さの１５％以上とする。
バッファ層２全体に対してドーピング層２１が占める厚さの割合が大きいと、リーク電流の低減と電流コラプスの抑制とを両立する効果が顕著に具現化される。
前記厚さの割合が、１５％未満では十分な効果が得られない。好ましくは、５０％以上である。
【００２７】
より好ましくは、ドーピング層２１の厚さがバッファ層２全体厚さに占める割合が８５〜９５％であり、かつ、シリコン単結晶基板１とバッファ層２の界面及びバッファ層２と活性層３の界面のうちの少なくとも一方がドーピング層２１とは異なる１３族窒化物層により構成される。
炭素とＳｉのいずれもが高濃度で含まれているドーピング層２１は、結晶性の悪化の点では不利に働き、特に、ドーピング層２１とドーパント量が少ない層とが接する界面では、転位の発生が増加し、基板特性に悪影響を及ぼすことが懸念されるためである。
【００２８】
図３（ａ）〜（ｄ）に、バッファ層２におけるドーピング層２１の配置例を示す。ドーピング層２１は、図３に示すような態様以外にも、厚さ方向の任意の位置に形成することができる。
【００２９】
ドーピング層２１は、Ａｌ又はＧａの組成が異なる窒化物層を対にして複数回繰り返し堆積させた複層構造であることが好ましい。言い換えると、複層２３の一部を、所定の炭素濃度及びＳｉ濃度のドーピング層２１とすることが好ましい。
このような構成とすることにより、ドーピング層５自体が、複層構造による反りの低減効果や転位の伝播の抑制効果を発揮し、窒化物半導体基板全体の反り制御性が向上し、より低転位の基板を得ることができる。また、炭素及びＳｉが高濃度で併存している窒化物層は、貫通転位の屈曲効果等も促進され、リーク電流の低減に有利となる。
【００３０】
また、バッファ層２は、酸素濃度が５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。
従来、１３族窒化物中の酸素は、電流リークに対して悪影響を及ぼすため、できる限り低濃度とすることが好ましいとされていた。
しかしながら、炭素及びＳｉがいずれも高濃度で含まれる１３族窒化物においては、炭素とＳｉの存在により発生する欠陥が電流コラプスを悪化させるが、所定濃度の酸素の存在により、電流コラプスの悪化が緩和されるものと考えられる。すなわち、バッファ層２に含まれる酸素は、電流コラプスの抑制に寄与する。特に、炭素及びＳｉのいずれか一方が高濃度である場合よりも、ドーピング層２１のように両方ともが高濃度で含まれている場合の方が、電流コラプスの抑制効果がより高い。
【００３１】
前記酸素濃度が５×１０17ｃｍ-3未満の場合は、ＳＩＭＳの測定下限領域であり、濃度制御が難しく、しかも、酸素濃度を精度よく保持するためには、特殊な成膜条件としなければならず、生産性の低下や膜質の劣化等が懸念される。一方、５×１０18ｃｍ-3超の場合は、酸素過多による電流コラプス悪化の影響が大きくなる。
前記酸素濃度は、好ましくは５×１０17〜８×１０17ｃｍ-3である。
【００３２】
なお、前記酸素濃度は、バッファ層２全体の平均濃度が上記規定範囲内であればよく、必ずしも、バッファ層２全体において均一でなくてもよい。例えば、厚さ方向において、直線状、２次関数状又は階段状に漸増もしくは漸減するような濃度プロファイルであってもよい。また、ドーピング層２１以外の初期層２２及び複層２３のみに酸素が含まれていてもよい。あるいはまた、バッファ層２の厚さ方向において、酸素濃度の高い領域と低い領域が交互に繰り返されたり、酸素濃度を低くし難い成膜条件で形成される層をバッファ層２の一部に挿入したりするような態様であってもよい。
このような層構成とすることにより、挿入される機能層による反りや転位の低減効果が、酸素濃度に左右される場合であっても、バッファ層２における所定の酸素濃度による電流コラプスの抑制効果が得られる。
【００３３】
以上のとおり、所定濃度の炭素、Ｓｉ及び酸素が含まれている１３族窒化物からなるドーピング層２１を含むバッファ層２は、炭素による高抵抗化、ドナー不純物であるＳｉによる欠陥の電気的補償、酸素による電流コラプス悪化の抑制のそれぞれが相互に適切に作用し、全体として低リークかつ電流コラプスが抑制された窒化物半導体基板が得られる。
【００３４】
バッファ層２において、ドーピング層２１以外の層は、Ｓｉ濃度及び酸素濃度のうちの少なくともいずれかが、ドーピング層２１又はバッファ層２について規定する上記範囲外であることが好ましい。
ただし、リーク電流の低減の観点からは、バッファ層２は、全体としてある程度高抵抗化されていることが好ましいことから、炭素濃度は、ドーピング層２１について規定する範囲内の炭素濃度であることが好ましい。このとき、転位低減の観点からは、Ｓｉ濃度及び酸素濃度のいずれもが上記範囲よりも低いことがより好ましい。
【００３５】
シリコン単結晶基板１は、その製造方法は特に限定されない。チョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されたものであっても、フローティングゾーン（ＦＺ）法により製造されたものであってもよく、また、これらのシリコン単結晶基板上に気相成長法によりシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させたもの（シリコンエピ基板）であってもよい。さらに、シリコン単結晶基板１は、裏面側にシリコンの酸化膜又は窒化膜等が形成されていてもよい。この裏面膜は電子供給層４を形成後、適宜除去してもよい。
【００３６】
前記窒化物半導体基板の各層は、通常、エピタキシャル成長により堆積形成されるが、その方法は、特に限定されるものではなく、一般的に用いられる方法でよく、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）やＰＥＣＶＤ(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)を始めとしたＣＶＤ法、レーザービームを用いた蒸着法、雰囲気ガスを用いたスパッタ法、高真空における分子線を用いたＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)、ＭＯＣＶＤとＭＢＥの複合であるＭＯＭＢＥ(Metal Organic Molecular Beam Epitaxy)等を用いることができる。
【００３７】
また、各層のエピタキシャル成長に用いられる原料も、下記実施例で用いられているものに限定されない。例えば、炭素を含有させるための原料ガスは、メタン以外に、アセチレン、エタン、プロパン、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウムであってもよい。また、Ｓｉを含有させるための原料ガスは、モノシラン、モノメチルシランであってもよい。
なお、酸素濃度の制御も、下記実施例においては気相成長時の圧力や原料ガス流量の調整により行っているが、これに限定されるものではない。
【００３８】
また、上記のような本発明に係る窒化物半導体基板を用いて、窒化物半導体デバイスを作製する際の電極の形成や加工は、特に限定されるものではなく、一般的な方法で行うことができ、例えば、真空蒸着やリソグラフィにより、前記基板の表面及び裏面に、公知の材料で電極形成を行うことができる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
【００４０】
（実験１）
図１に示すような層構造を備えた窒化物半導体基板を、以下の工程により作成した。
まず、直径６インチのシリコン（１１１）単結晶基板１を、ＭＯＣＶＤ装置内にセットした。
【００４１】
そして、原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びアンモニア（ＮＨ3）を用い、１１００℃での気相成長により、厚さ１５０ｎｍのＡｌＮ単結晶層を形成し、さらに、原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＴＭＡ及びＮＨ3を用い、１０００℃での気相成長により、厚さ２００ｎｍのＡｌＧａＮ単結晶層を積層して、初期層２２を形成した。
その上に、厚さ５ｎｍのＡｌＮ単結晶層と厚さ５０ｎｍのＧａＮ単結晶層を対にして交互に各３０層（合計６０層）を繰り返し堆積させた複層２３を形成した。初期層２２及び複層２３の酸素濃度は１×１０17ｃｍ-3であった。なお、Ｓｉ濃度の調整は、必要に応じて、原料にモノシラン（ＳｉＨ4）も用いることにより行った。
その上に、原料としてＴＭＧ、ＮＨ3及びＳｉＨ4を用い、炭素及びＳｉが、下記表１に示す各試料の濃度となるようにそれぞれ調整して、厚さ１０００ｎｍのＧａＮ単結晶層からなるドーピング層２１を積層した。
上記工程により、初期層２２、複層２３及びドーピング層２１からなるバッファ層２を形成した。
【００４２】
次に、バッファ層２上に、原料としてＴＭＧ及びＮＨ3を用い、１０００℃での気相成長により、厚さ１５００ｎｍのＧａＮ単結晶からなる活性層３を積層させた。その上に、原料としてＴＭＧ、ＴＭＡ及びＮＨ3を用い、厚さ３０ｎｍのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ単結晶層からなる電子供給層４を積層させた。活性層３及び電子供給層４は、炭素濃度を１×１０17ｃｍ-3、酸素濃度を１×１０17ｃｍ-3とした。
なお、気相成長により形成した各層の厚さや、炭素濃度、Ｓｉ濃度及び酸素濃度の制御は、原料の供給量及び供給時間、及び基板温度の調整等により行った。
【００４３】
そして、電子供給層４上に、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を用いて、ソース電極、ゲート電極及びドレイン電極（いずれも図示せず）を形成し、ＨＥＭＴ素子を作製した。
【００４４】
上記のようにして作製した下記表１に示すような各ＨＥＭＴ素子について、カーブトレーサーを用いてソース−ドレイン電極間への電圧印加、ゲート電極への電圧印加を行い、リーク特性とコラプス特性を測定及び評価した。
リーク特性は、耐電圧値で判定し、閾値電流密度１００μＡ／ｍｍ2に対して４５０Ｖ未満：×、４５０〜６００Ｖ：△、６００Ｖ超：〇とした。
電流コラプス特性は、オフ状態でソース−ドレイン電極間にある一定のストレス電圧を印加し、その印加前後のオン状態の導通電流量の比から算出したコラプスファクターと呼ばれる定数を求めて評価した。コラプスファクターは、値が１．０に近いほど、素子の通電損失が小さいことを示す。コラプスファクターが０．７〜１．０の場合：○、０．５〜０．７未満の場合：△、０．５未満の場合：×とした。
これらの評価結果を表１にまとめて示す。
【００４５】
【表１】
2014222716.tif 000003
【００４６】
表１に示した評価結果から分かるように、ドーピング層の炭素濃度が１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3、かつ、Ｓｉ濃度が１×１０17〜１×１０20ｃｍ-3である場合（試料２〜４，７，８，１１，１２，１５，１６）は、リーク特性及び電流コラプス特性ともに非常に良好であることが認められた。
【００４７】
また、透過型電子顕微鏡観察により、ドーピング層での転位密度を調べたところ、初期層・複層も、炭素濃度が１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3、かつ、Ｓｉ濃度が１×１０17〜１×１０20ｃｍ-3である場合（試料１１，１２，１５，１６）に比べて、炭素濃度及びＳｉ濃度のいずれか一方が上記範囲外となる場合（試料２〜４）の方が、転位密度が２０％程度低く、より好ましいことが認められた。
【００４８】
（実験２）
実験１における初期層２２・複層２３の炭素濃度が１×１０191ｃｍ-3、Ｓｉ濃度が１×１０16ｃｍ-3、ドーピング層２１の炭素濃度が５×１０19ｃｍ-3、Ｓｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3である素子（試料３に相当）を基準とし、バッファ層２全体厚さに対するドーピング層２１の厚さを下記表２に示す各試料の割合に変更し、それ以外については実験１の試料３と同様にして各素子を作製し、評価を行った。
これらの評価結果を表２にまとめて示す。
【００４９】
【表２】
2014222716.tif 000004
【００５０】
表２に示した評価結果から分かるように、バッファ層全体厚さに対するドーピング層の厚さの割合が１５％以上である場合（試料２０〜２６）は、リーク特性及び電流コラプス特性ともに良好であり、特に、５０％以上の場合（試料２２〜２６）は、電流コラプス抑制効果がより優れていることが認められた。
ただし、活性層について、Ｘ線回折によるロッキングカーブ半値幅から結晶性を評価したところ、試料２６は、試料２５よりも結晶性が１０％程度劣り、また、転位密度が増加しており、結晶性の点からは、バッファ層はドーピング層のみで構成しない方が好ましいと言える。
【００５１】
（実験３）
実験１の試料３を基準とし、ドーピング層２１の構成を、厚さ５ｎｍのＡｌＮ単結晶層と厚さ５０ｎｍのＧａＮ単結晶層を対にして交互に各１０層（合計２０層）を繰り返し堆積させた複層構造に変更し、それ以外については実験１の試料３と同様にして素子（試料２７）を作製し、評価を行った。
【００５２】
その結果、試料２７のリーク特性及び電流コラプス特性は、試料３とほぼ同等であったが、基板中央部１００μｍ四方を透過型電子顕微鏡観察したところ、シリコン単結晶基板とバッファ層の界面で発生した転位が活性層まで到達している貫通転位本数が、試料２７の方が、約１０％低く、より好ましいことが認められた。
【００５３】
（実験４）
実験１の試料３を基準とし、バッファ層２におけるドーピング層２１の配置を、図１に示すように最上層とした場合（試料２８）、図２（ｃ）に示すように最下層とした場合（試料２９）、図２（ｂ）に示すように中間層とした場合（試料３０）の各素子を、ドーピング層２１の配置以外については実験１の試料３と同様にして作製し、評価を行った。
これらの評価結果を表３にまとめて示す。
【００５４】
【表３】
2014222716.tif 000005
【００５５】
表３に示した評価結果から分かるように、バッファ層２におけるドーピング層２１の配置がいずれの場合にも、リーク特性及び電流コラプス特性ともに良好であり、特に、デバイスの横リークの点で、ドーピング層が活性層に接している場合（試料２８）が好ましいことが認められた。
また、基板中央部１００μｍ四方を透過型電子顕微鏡観察したところ、シリコン単結晶基板とバッファ層の界面で発生した貫通転位、らせん転位及び刃状転位を含む全転位の密度が、ドーピング層がシリコン単結晶基板に接している場合（試料２９）に比べて、活性層に接している場合（試料２８）や、シリコン単結晶基板及び活性層のいずれにも接しておらず、バッファ層の中間部にある場合（試料３０）の方が、転位密度が１５％程度少なく、欠陥密度の点では、より好ましいことが認められた。
【００５６】
（実験５）
実験１の試料３を基準とし、ドーピング層２１の酸素濃度を、下記表４に示す各試料の割合に変更し、それ以外については実験１の試料３と同様にして各素子を作製し、コラプス特性の評価を行った。
これらの評価結果を表４にまとめて示す。
【００５７】
【表４】
2014222716.tif 000006
【００５８】
表４に示した評価結果から分かるように、ドーパント層の酸素濃度が１×１０17〜１×１０19ｃｍ-3の場合（試料３１〜３５）はいずれも、電流コラプス特性は良好であり、特に、酸素濃度が５×１０17〜５×１０18ｍ-3の場合（試料３２〜３４）が、試料３１，３５に比べて、約５％低く、より好ましいことが認められた。
【符号の説明】
【００５９】
１    シリコン単結晶基板
２    バッファ層
２１  ドーピング層
２２  初期層
２３  複層
３    活性層
４    電子供給層
５    ２次元電子ガス層
【図１】
2014222716.tif 000007
【図２】
2014222716.tif 000008
【図３】
2014222716.tif 000009