(57)【要約】【課題】半導体材料としてＧａＮ等の窒化物半導体を用いた半導体装置において、リーク電流を低くする。【解決手段】基板の上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、を有し、前記バッファ層は、ＦｅがドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、前記バッファ層は、Ａｌの組成比の異なる複数の層により形成されており、前記複数の層のうち、前記基板側の層は、前記第１の半導体層側の層よりも、Ａｌの組成比が高く、Ｆｅの濃度が低いことを特徴とする半導体装置により上記課題を解決する。【選択図】  図３
2014072430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、
を有し、
前記バッファ層は、ＦｅがドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、
前記バッファ層は、Ａｌの組成比の異なる複数の層により形成されており、前記複数の層のうち、前記基板側の層は、前記第１の半導体層側の層よりも、Ａｌの組成比が高く、Ｆｅの濃度が低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、
を有し、
前記バッファ層は、Ｆｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素がドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、
前記第１の半導体層において、前記バッファ層側の所定の領域に、Ｆｅがドープされているものであって、
前記第１の半導体層の前記所定の領域におけるＦｅの濃度は、前記バッファ層におけるＦｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素の濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記バッファ層は、Ａｌの組成比の異なる複数の層により形成されており、
前記複数の層のうち、前記基板側の層は、前記第１の半導体層側の層よりも、Ａｌの組成比が高く、Ｆｅの濃度が低いことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記バッファ層における複数の層は、３層以上であることを特徴とする請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記バッファ層における複数の層は、前記基板側の層から前記第１の半導体層側の層に向かって、順にＡｌ組成比か減少するように形成されており、
前記複数の層は、前記基板側の層から前記第１の半導体層側の層に向かって、順にＦｅの濃度が増加するように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記バッファ層の複数の層における各々の界面近傍のＦｅの濃度は、前記界面近傍を除く前記バッファ層におけるＦｅの濃度よりも高いことを特徴とする請求項１、３から５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記バッファ層の複数の層における各々の界面近傍においては、前記ＦｅとともにＳｉがドープされていることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記バッファ層の複数の層における各々の界面近傍においては、前記ＦｅとともにＣがドープされていることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項９】
基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、
を有し、
前記バッファ層は、Ｆｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素がドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、
前記バッファ層は、前記基板側から前記第１の半導体層側に向かって、順にＡｌ組成比か減少するように組成傾斜しており、前記基板側から前記第１の半導体層側に向かって、順にＦｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素の濃度が増加していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記バッファ層におけるＦｅの濃度は、５×１０１６ｃｍ−３以上、２×１０２０ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体であるＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ等または、これらの混晶である材料は、広いバンドギャップを有しており、高出力電子デバイスまたは短波長発光デバイス等として用いられている。このうち、高出力デバイスとしては、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ：Field-Effect Transistor）、特に、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）に関する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。このような窒化物半導体を用いたＨＥＭＴは、高出力・高効率増幅器、大電力スイッチングデバイス等に用いられる。
【０００３】
例えば、窒化物半導体の一種であるＧａＮは、ＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであり、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）やＧａＡｓのバンドギャップ（１．４ｅＶ）よりも広く、高い破壊電界強度を有している。ＧａＮを用いたＨＥＭＴとしては、ＧａＮを電子走行層とし、ＡｌＧａＮを電子供給層としたものであって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造が形成されているものがある。このＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造により、ＡｌＧａＮとＧａＮとの格子定数の違いによる格子歪みによりピエゾ分極が誘起されるため、ＧａＮ層における界面近傍には高濃度の２ＤＥＧ（Two-Dimensional Electron Gas：２次元電子ガス）が発生する。このようなＧａＮを用いたＨＥＭＴとしては、特に、高効率のスイッチング素子、電気自動車用等における高耐圧電力素子としての用途等が検討されている。このような高耐圧電力素子においては、回路設計上の観点等からノーマリーオフが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５９２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、窒化物半導体を用いたＨＥＭＴは、低価格であることが求められるため、窒化物半導体を用いたＨＥＭＴを製造する際には、安価で大口径の基板であるシリコン基板が用いられる。しかしながら、シリコンと窒化物半導体材料とでは、格子定数や熱膨張係数が大きく異なるため、一般的には、シリコン基板の上にバッファ層を形成し、バッファ層の上にＨＥＭＴを形成するためのＧａＮ等の窒化物半導体層が形成されている。
【０００６】
具体的には、上述したＨＥＭＴは、図１に示されるように、シリコン基板９１０の上に、ＡｌＧａＮからなるバッファ層９２０を形成し、バッファ層９２０の上に、ＧａＮからなる電子走行層９３１、ＡｌＧａＮからなる電子供給層９３２が順次形成されている。また、電子供給層９３２の上には、ゲート電極９４１、ソース電極９４２及びドレイン電極９４３が形成されている。
【０００７】
このように、シリコン基板９１０の上に形成されるバッファ層９２０は、一般的に厚く形成されている。このため、バッファ層９２０の上にトランジスタを形成した場合、ソース・ドレイン間においては、ゲート電極９４１における電圧制御では制御することのできない、矢印９５０ａに示されるように、バッファ層９２０を介して流れるリーク電流が発生する。
【０００８】
また、トランジスタを動作させる際には、ドレイン電極９４２に正のバイアス電圧が印加されるが、この際、矢印９５０ｂに示されるように、電子供給層９３２、電子走行層９３１、バッファ層９２０を介してシリコン基板９１０の裏面に流れるリーク電流が発生する。このリーク電流は、電子供給層９３２、電子走行層９３１、バッファ層９２０における残留キャリアに依存するものであり、このような残留キャリアの量に依存して電流量が変化する。
【０００９】
このようなリーク電流が多いと、電力損失が多くなり、消費電力も増えてしまうため好ましくない。よって、半導体材料としてＧａＮ等の窒化物半導体を用いた半導体装置において、リーク電流の少ない半導体装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施の形態の一観点によれば、基板の上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、を有し、前記バッファ層は、ＦｅがドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、前記バッファ層は、Ａｌの組成比の異なる複数の層により形成されており、前記複数の層のうち、前記基板側の層は、前記第１の半導体層側の層よりも、Ａｌの組成比が高く、Ｆｅの濃度が低いことを特徴とする。
【００１１】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板の上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、を有し、前記バッファ層は、Ｆｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素がドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、前記第１の半導体層において、前記バッファ層側の所定の領域に、Ｆｅがドープされているものであって、前記第１の半導体層の前記所定の領域におけるＦｅの濃度は、前記バッファ層におけるＦｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素の濃度よりも高いことを特徴とする。
【００１２】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板の上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、を有し、前記バッファ層は、Ｆｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素がドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、前記バッファ層は、前記基板側から前記第１の半導体層側に向かって、順にＡｌ組成比か減少するように組成傾斜しており、前記基板側から前記第１の半導体層側に向かって、順にＦｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素の濃度が増加していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
開示の半導体装置によれば、半導体材料としてＧａＮ等の窒化物半導体を用いた半導体装置において、リーク電流を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のＧａＮを用いたＨＥＭＴの説明図
【図２】Ｆｅの濃度分布と特性の関係図
【図３】第１の実施の形態における半導体装置の構造図
【図４】ＡｌＮ層を形成する際のＶ／ＩＩＩ比とＧａＮ層のTwistとの相関図
【図５】半導体装置におけるリーク電流の説明図
【図６】第１の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（１）
【図７】第１の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（２）
【図８】第１の実施の形態における半導体装置の変形例の説明図（１）
【図９】第１の実施の形態における半導体装置の変形例の説明図（２）
【図１０】第１の実施の形態における半導体装置の変形例の説明図（３）
【図１１】第１の実施の形態における他の半導体装置の構造図
【図１２】第２の実施の形態における半導体装置の説明図
【図１３】第３の実施の形態における半導体装置の説明図
【図１４】第３の実施の形態における半導体装置のエネルギバンド図
【図１５】第４の実施の形態における半導体装置の説明図
【図１６】第５の実施の形態における半導体装置の説明図
【図１７】第６の実施の形態における半導体装置の構造図
【図１８】第７の実施の形態における半導体装置の構造図
【図１９】第８の実施の形態におけるディスクリートパッケージされた半導体デバイスの説明図
【図２０】第８の実施の形態における電源装置の回路図
【図２１】第８の実施の形態における高出力増幅器の構造図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
ところで、上述したようなリーク電流を減らす方法としては、バッファ層９２０等の窒化物半導体層にＦｅ等の不純物元素をドープして高抵抗化する方法が考えられる。しかしながら、バッファ層９２０等の窒化物半導体層にＦｅ等をドープした場合、結晶性が低下してしまい、オン抵抗が高くなってしまう場合がある。
【００１７】
図２は、バッファ層及び電子走行層にＦｅをドープした場合におけるＦｅ濃度分布と、耐圧、結晶性、コプラスとの関係を示すものである。尚、結晶性とは、電子走行層等における窒化物半導体層における結晶性を意味するものである。また、コプラスとは、電流コプラス現象を意味するものであり、低電圧動作に比べて高電圧動作におけるオン抵抗が高くなる現象である。
【００１８】
図２において、２Ａに示されるように、バッファ層及び電子走行層に、略均一に高濃度でＦｅがドープされている場合には、耐圧を高くすることができるものの、結晶性は悪くなるためオン抵抗が高くなり、また、コプラスが生じてしまう。また、２Ｂに示されるように、バッファ層では略均一に高濃度でＦｅがドープされており、電子走行層では徐々にＦｅの濃度が減少している場合には、耐圧は比較的高いが、結晶性は悪くなるため、オン抵抗が高くなり、コプラスの抑制は十分ではない。また、２Ｃに示されるように、バッファ層では徐々にＦｅの濃度が増加し、電子走行層では徐々にＦｅの濃度が減少するようにドープされている場合には、耐圧は比較的高く、結晶性も良好なものとなり、オン抵抗も低く、コプラスも十分に抑制される。
【００１９】
電子走行層等における結晶性は、基板の上に形成されたバッファ層の結晶性に強く依存するため、最初から高濃度のＦｅがドープされているものより、徐々にＦｅの濃度が増加しているものの方が結晶性は良好なものとなる。また、電子走行層において電子が走行する部分にＦｅが含まれていると、この部分が高抵抗となるため、オン抵抗が高くなり、また、コプラスも顕著になる。従って、電子走行層において電子が走行する部分においては、Ｆｅがドープされていないことが好ましい。本実施の形態は、上記の知見に基づきなされたものである。
【００２０】
（半導体装置）
第１の実施の形態における半導体装置について、図３に基づき説明する。図３（ａ）に示されるように、本実施の形態における半導体装置は、基板１０上に、核形成層１１、バッファ層２０、第１の半導体層である電子走行層３１、第２の半導体層である電子供給層３２等の窒化物半導体層が順次形成されている。電子供給層３２上には、ゲート電極４１、ソース電極４２及びドレイン電極４３が形成されている。
【００２１】
基板１０は、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア、ＧａＮ等の基板を用いることができるが、本実施の形態においては、Ｓｉ（１１１）基板が用いられている。核形成層１１、バッファ層２０、電子走行層３１、電子供給層３２等の窒化物半導体層は、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）により形成することが可能である。本実施の形態においては、これら窒化物半導体層は、ＭＯＶＰＥにより形成されている。
【００２２】
核形成層１１は、厚さが約２００ｎｍのＡｌＮにより形成されている。本実施の形態においては、核形成層１１には、Ｆｅが約５×１０１７ｃｍ−３ドープされているが、核形成層１１は、Ｆｅがドープされていないものであってもよい。尚、本実施の形態においては、核形成層１１はバッファ層２０の一部であるものとして記載する場合がある。
【００２３】
バッファ層２０は、第１のバッファ層２１、第２のバッファ層２２、第３のバッファ層２３の３層により形成されている。本実施の形態においては、第１のバッファ層２１はＡｌＸＧａ１−ＸＮにより形成されており、第２のバッファ層２２はＡｌＹＧａ１−ＹＮにより形成されており、第３のバッファ層２３はＡｌＺＧａ１−ＺＮにより形成されており、１＞Ｘ＞Ｙ＞Ｚ＞０の関係にある。具体的には、第１のバッファ層２１はＡｌ０．８Ｇａ０．２Ｎにより形成されており、第２のバッファ層２２はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎにより形成されており、第３のバッファ層２３はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎにより形成されている。このように、本実施の形態における半導体装置においては、バッファ層２０は、基板１０から離れるに伴い、順にＡｌの組成比が減少するように形成されている。本実施の形態においては、Ａｌの組成比とは、ＡｌＧａＮにおいてＡｌ原子とＧａ原子の和に対するＡｌ原子の比率を意味するものであり、上記におけるＸ、Ｙ、Ｚの値はＡｌの組成比に相当する。
【００２４】
また、図３（ｂ）に示されるように、本実施の形態においては、（第１のバッファ層２１のＦｅの濃度）＜（第２のバッファ層２２のＦｅの濃度）＜（第３のバッファ層２３のＦｅの濃度）となるように形成されている。具体的には、第１のバッファ層２１には、Ｆｅが約１×１０１８ｃｍ−３ドープされており、第２のバッファ層２２には、Ｆｅが約５×１０１８ｃｍ−３ドープされており、第３のバッファ層２３には、Ｆｅが約１×１０１９ｃｍ−３ドープされている。このように、基板１０から離れるに伴い、順にＦｅの濃度が高くなるように形成されている。尚、バッファ層２０にドープされるＦｅの濃度は、キャリアの発生を抑制する観点からは、５×１０１６ｃｍ−３以上であることが好ましく、結晶性の低下を防ぐ観点からは、２×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００２５】
また、電子走行層３１はＧａＮにより形成されており、電子供給層３２はＡｌＧａＮにより形成されている。これにより、電子走行層３１と電子供給層３２との界面近傍における電子走行層３１には、２ＤＥＧ３１ａが形成される。尚、本実施の形態においては、電子走行層３１とバッファ層２０との界面近傍における電子走行層３１には、Ｆｅが約２×１０１９ｃｍ−３ドープされている。具体的には、電子走行層３１とバッファ層２０との界面より、厚さ約２００ｎｍの領域における電子走行層３１には、第３のバッファ層２３のＦｅの濃度よりも高い濃度でＦｅがドープされている。Ｆｅは電子走行層３１の全体にドープされるのではなく、電子供給層３２と電子走行層３１の界面近傍においては、Ｆｅの濃度が略０となっていることが好ましい。また、電子供給層３２の上には、ゲート電極４１、ソース電極４２、ドレイン電極４３が形成されている。
【００２６】
本実施の形態においては、バッファ層２０においては、基板１０から離れるに伴い、第１のバッファ層２１、第２のバッファ層２２、第３のバッファ層２３は、順にＡｌの組成比が低くなるように形成されている。また、基板１０から離れるに伴い、第１のバッファ層２１、第２のバッファ層２２、第３のバッファ層２３は、順にＦｅの濃度が高くなるように形成されている。即ち、バッファ層２０においては、Ａｌの組成比が低くなるに伴い、Ｆｅの濃度は高くなるように形成されている。
【００２７】
ここで、図４に基づき窒化物半導体における不純物濃度と結晶性との関係について説明する。図４は、ＡｌＮ層を形成する際のＶ／ＩＩＩ比と、その上に形成されるＧａＮ層のTwistとの関係を示すものである。Ｖ／ＩＩＩ比とは、ＡｌＮ層等をＭＯＶＰＥにより形成する際に、供給されるＩＩＩ族の原料ガスに対するＶ族の原料ガスの比率である。
【００２８】
ＡｌＮ層を形成する際のＶ／ＩＩＩ比を変えることにより、ＡｌＮ層に含まれるＣの濃度を変化させることができる。従って、図４より、ＡｌＮ層におけるＣの濃度とＧａＮ層のTwistとの関係を知ることができる。一般的には、Ｖ／ＩＩＩ比の値が低いほど、ＡｌＮ層におけるＣの濃度の高い膜が形成され、Ｖ／ＩＩＩ比の値が高いほど、ＡｌＮ層におけるＣの濃度の低い膜が形成される。ＧａＮ層のTwistは、結晶のねじれを示す指標であり、Ｘ線回折による半値幅に相当するものである。ＧａＮ層のTwistの値が大きいほど結晶性が悪く、欠陥準位・電子散乱を招く要因となるため、コラプスが顕著となる。従って、ＧａＮ層のTwistの値は、できるだけ低い方が好ましい。
【００２９】
ＡｌＮ層におけるＣの濃度が高い場合には、ＡｌＮ層において転位等が多く発生し、エピタキシャル成長においては、この転位が残ったまま成長する。よって、図４に示されるようにＧａＮ層における結晶性は悪くなるものと考えられる。不純物元素としては、ＣもＦｅも同様に考えることができるため、ＡｌＮ層における不純物元素の濃度が高いと、ＧａＮ層における結晶性は悪くなると考えられる。従って、核形成層１１及びバッファ層２０においては不純物元素の濃度は、できるだけ少ない方が好ましい。具体的には、図２に示される場合においては、２Ａ、２Ｂに示される場合よりも、２Ｃに示される場合の方が、ＧａＮ層における結晶性のよいものを形成することができる。尚、このような結晶性の低下は、特に、Ａｌの組成比の高い層に不純物元素をドープした場合においてより顕著である。
【００３０】
次に、図５に基づき基板１０の裏面へのリーク電流について説明する。図５（ａ）は、ＦｅがドープされていないＡｌＮ層９１１、第１のＡｌＧａＮ層９２１、第２のＡｌＧａＮ層９２２、第３のＡｌＧａＮ層９２３、電子走行層９３１を積層したものに電圧を印加した状態を示す。Ｆｅがドープされていない場合には、Ａｌの組成比の低い窒化物半導体はバンドギャップが狭いため、不純物や欠陥による残留キャリアが発生しやすくｎ型になりやすい。このため、図５（ａ）に示されるように、ＡｌＮ層９１１から第２のＡｌＧａＮ層９２２等にかけて電界が集中し、バンドの曲がりが急峻となり、トンネル電流が流れやすくなり、リーク電流も流れやすくなる。これに対し、本実施の形態においては、図５（ｂ）に示されるように、均一な電界分布となるため、バンドの曲がりが急峻となる部分がない。従って、トンネル電流は流れにくくなるため、リーク電流を減らすことができる。尚、図５は、上述した電界分布の状態を説明するためのものであり、バンドギャップの広さについては、便宜上均一に記載している。
【００３１】
以上のように、本実施の形態における半導体装置においては、結晶性の低下を抑制しつつ、ソース・ドレイン間及び基板裏面に流れるリーク電流を抑制することができる。尚、後述するように、本実施の形態における半導体装置は、ゲート電極４１の直下にリセスを形成した構造や、ｐ型ＧａＮ層等を形成した構造とすることにより、ノーマリーオフとなるようにしたものであってもよい。
【００３２】
（半導体装置の製造方法）
次に、第１の実施の形態における半導体装置の製造方法について、図６に基づき説明する。
【００３３】
最初に、図６（ａ）に示すように、基板１０の上に、核形成層１１をＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長により形成する。本実施の形態においては、核形成層１１は、厚さが約２００ｎｍのＡｌＮにより形成されており、不純物元素としてＦｅが約５×１０１７ｃｍ−３ドープされている。
【００３４】
次に、図６（ｂ）に示すように、核形成層１１の上に、バッファ層２０をＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長により形成する。バッファ層２０は、第１のバッファ層２１、第２のバッファ層２２、第３のバッファ層２３の３層により形成されおり、全体の厚さが約５００ｎｍとなるように形成されている。本実施の形態においては、第１のバッファ層２１はＡｌ０．８Ｇａ０．２Ｎにより形成されており、不純物元素としてＦｅが約１×１０１８ｃｍ−３ドープされている。また、第２のバッファ層２２はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎにより形成されており、不純物元素としてＦｅが約５×１０１８ｃｍ−３ドープされている。また、第３のバッファ層２３はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎにより形成されており、不純物元素としてＦｅが約１×１０１９ｃｍ−３ドープされている。
【００３５】
次に、図７（ａ）に示すように、バッファ層２０の上に、電子走行層３１及び電子供給層３２をＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長により形成する。第１の半導体層である電子走行層３１は厚さが約１μｍのＧａＮにより形成されており、第２の半導体層である電子供給層３２は厚さが約２０ｎｍのＡｌＧａＮにより形成されている。電子走行層３１とバッファ層２０との界面近傍における電子走行層３１には、厚さが約２００ｎｍの領域において、不純物元素としてＦｅが約２×１０１９ｃｍ−３ドープされている。尚、電子走行層３１と電子供給層３２との界面近傍におけるＦｅの濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である。
【００３６】
上述したＭＯＶＰＥによるエピタキシャル成長においては、Ａｌの原料ガスにはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）が用いられ、Ｇａの原料ガスにはＴＭＧ（トリメチルガリウム）が用いられ、Ｎの原料ガスにはＮＨ３（アンモニア）が用いられる。また、Ｆｅの原料ガスにはＣｐ２Ｆｅ（ビスシクロペンタジエニル鉄）が用いられる。尚、これらの原料ガスは、水素（Ｈ２）をキャリアガスとしてＭＯＶＰＥ装置の反応炉（チャンバ）に供給される。
【００３７】
核形成層１１を形成する際には、チャンバ内の圧力が５ｋＰｓ、成長温度が１０００℃の条件で、ＩＩＩ族の原料ガスに対するＶ族の原料ガスの比（Ｖ／ＩＩＩ比）が１０００〜２０００となるように、ＩＩＩ族の原料ガスとＶ族の原料ガスを供給することにより形成する。
【００３８】
バッファ層２０を形成する際には、チャンバ内の圧力が５ｋＰｓ、成長温度が１０００℃の条件で、Ｖ／ＩＩＩ比が１００〜６００となるように、ＩＩＩ族の原料ガスとＶ族の原料ガスを供給することにより形成する。この際、Ｆｅをドープするための原料ガスとしてＣｐ２Ｆｅが所定量供給される。
【００３９】
電子走行層３１を形成する際には、Ｆｅのドープが行われる最初の２００ｎｍまでは、チャンバ内の圧力が１０ｋＰｓ、成長温度が１０００℃の条件で、Ｖ／ＩＩＩ比が１００以下となるように、ＩＩＩ族の原料ガスとＶ族の原料ガスを供給することにより形成する。この際、Ｆｅをドープするための原料ガスとしてＣｐ２Ｆｅも同時に供給される。この後、Ｃｐ２Ｆｅの供給を停止した状態で、チャンバ内の圧力が２０ｋＰｓ、成長温度が１０００℃の条件で、Ｖ／ＩＩＩ比が３０００以上となるように、ＩＩＩ族の原料ガスとＶ族の原料ガスを供給することにより形成する。
【００４０】
電子供給層３２を形成する際には、チャンバ内の圧力が２０ｋＰｓ、成長温度が１０００℃の条件で、Ｖ／ＩＩＩ比が３０００以上となるように、ＩＩＩ族の原料ガスとＶ族の原料ガスを供給することにより形成する。
【００４１】
次に、図７（ｂ）に示すように、電子供給層３２の上に、ゲート電極４１、ソース電極４２及びドレイン電極４３を形成する。
【００４２】
具体的には、最初に、電子供給層３２の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極４２及びドレイン電極４３が形成される領域に開口を有するレジストパターンを形成する。この後、Ｔｉ／Ａｌ（膜厚、Ｔｉ：１００ｎｍ、Ａｌ：３００ｎｍ）により形成される金属積層膜を真空蒸着により成膜した後、有機溶剤に浸漬させて、レジストパターンの上に形成された金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残った金属積層膜によりソース電極４２及びドレイン電極４３が形成される。この後、約６００℃の温度で、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）を行うことによりオーミックコンタクトさせる。
【００４３】
この後、再び、電子供給層３２の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ゲート電極４１が形成される領域に開口を有するレジストパターンを形成する。この後、Ｎｉ／Ａｕ（膜厚、Ｎｉ：５０ｎｍ、Ａｕ：３００ｎｍ）により形成される金属積層膜を真空蒸着により成膜した後、有機溶剤に浸漬させて、レジストパターンの上に形成された金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残った金属積層膜によりゲート電極４１が形成される。
【００４４】
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。
【００４５】
（変形例）
次に、本実施の形態における変形例について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図８に示されるように、バッファ層２０は、Ａｌの組成比とＦｅの濃度比の異なる２層、即ち、第１のバッファ層２１と第２のバッファ層２２の２層により形成されたものであってもよい。尚、上述したように、第１のバッファ層２１は、第２のバッファ層２２よりもＡｌの組成比が高く、Ｆｅの濃度が低くなるように形成されている。このような構造であっても、結晶性の低下を抑制しつつ、リーク電流を低くすることができる。尚、本実施の形態における半導体装置は、バッファ層２０は、Ａｌの組成比が同じであって、Ｆｅの濃度の異なる複数の層により形成されていてもよい。
【００４６】
また、本実施の形態における半導体装置は、図９に示されるように、バッファ層２０には、Ｆｅがドープされており、電子走行層３１には殆どＦｅがドープされていないものであってもよい。このような構造であっても、結晶性の低下を抑制しつつ、リーク電流を低くすることができる。尚、この場合には、バッファ層２０は、Ｆｅの濃度の異なる複数の層により形成される。また、電子走行層３１においては、バッファ層２０からのＦｅが拡散するため、バッファ層２０との界面近傍における電子走行層３１には、拡散したＦｅが含まれる場合がある。
【００４７】
また、本実施の形態における半導体装置は、図１０に示されるように、電子走行層３１の一部にＦｅがドープされている場合には、バッファ層２０におけるＦｅの濃度は均一に形成したものであってもよい。この場合、バッファ層２０におけるＦｅの濃度は、電子走行層３１においてバッファ層２０との界面近傍のＦｅがドープされている領域におけるＦｅの濃度よりも低くなるように形成されている。このような構造の半導体装置においても、Ｆｅの濃度の異なる複数の層が形成されるため、本実施の形態における効果を得ることができるからである。
【００４８】
また、本実施の形態は、図１１（ａ）に示されるように、ゲート電極４１直下における電子供給層３２の一部を除去することによりリセス５１を形成し、ゲート電極４１直下における２ＤＥＧ３１ａを消失させてノーマリーオフとしたものであってもよい。また、図１１（ｂ）に示されるように、電子供給層３２とゲート電極４１との間にｐ−ＧａＮ層５２を形成することにより、ゲート電極４１直下における２ＤＥＧ３１ａを消失させてノーマリーオフとしたものであってもよい。
【００４９】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図１２に示されるように、核形成層１１、第１のバッファ層２１、第２のバッファ層２２、第３のバッファ層２３、電子走行層３１等の界面におけるＦｅの濃度が高くなるように形成されている。具体的には、核形成層１１と第１のバッファ層２１との界面、第１のバッファ層２１と第２のバッファ層２２との界面、第２のバッファ層２２と第３のバッファ層２３との界面、第３のバッファ層２３と電子走行層３１との界面において、Ｆｅの濃度が高く形成する。Ａｌの組成比が異なる層の界面においては、格子定数が異なるため、特にキャリアが発生しやすい。従って、このようなキャリアが発生しやすい領域において、Ｆｅの濃度を高くすることにより、キャリアの発生を防ぐことができる。このため、本実施の形態においては、Ａｌの組成比が異なる層の界面において、双方の層の界面近傍に高濃度にＦｅがドープされている領域を形成したものである。
【００５０】
本実施の形態においては、核形成層１１は、ＡｌＮにより形成されており、Ｆｅが約５×１０１７ｃｍ−３ドープされている。第１のバッファ層２１は、Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎにより形成されており、Ｆｅが約１×１０１８ｃｍ−３ドープされている。核形成層１１と第１のバッファ層２１との界面には、Ｆｅが１×１０１９ｃｍ−３ドープされている領域２１ａが形成されており、高濃度のＦｅがドープされている領域２１ａの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００５１】
また、第２のバッファ層２２はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎにより形成されており、Ｆｅが約５×１０１８ｃｍ−３ドープされている。第１のバッファ層２１と第２のバッファ層２２との界面には、Ｆｅが５×１０１９ｃｍ−３ドープされている領域２２ａが形成されており、高濃度のＦｅがドープされている領域２２ａの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００５２】
また、第３のバッファ層２３はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎにより形成されており、Ｆｅが約１×１０１９ｃｍ−３ドープされている。第２のバッファ層２２と第３のバッファ層２３との界面には、Ｆｅが１×１０２０ｃｍ−３ドープされている領域２３ａが形成されており、高濃度のＦｅがドープされている領域２３ａの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００５３】
また、電子走行層３１とバッファ層２０との界面から厚さが約２００ｎｍの領域の電子走行層３１には、Ｆｅが約２×１０１９ｃｍ−３ドープされている。第３のバッファ層２３と電子走行層３１との界面には、Ｆｅが２×１０２０ｃｍ−３ドープされている領域３１ａが形成されており、高濃度のＦｅがドープされている領域３１ａの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００５４】
各々の層の界面において、Ｆｅの濃度を高くする方法としては、各々の層の界面を形成するタイミングで、Ｆｅの原料ガスの供給量を増やす方法等が挙げられる。これにより、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図１３及び図１４に示されるように、核形成層１１、第１のバッファ層２１、第２のバッファ層２２、第３のバッファ層２３、電子走行層３１等の界面より、バンドギャップが狭い層においてＦｅの濃度が高く形成されている。具体的には、第１のバッファ層２１の核形成層１１側、第２のバッファ層２２の第１のバッファ層２１側、第３のバッファ層２３の第２のバッファ層２２側、電子走行層３１の第３のバッファ層２３側においてＦｅの濃度が高くなるように形成されている。
【００５６】
Ａｌの組成比が異なる層の界面においては、格子定数が異なるため、前述のとおり、キャリアが発生しやすいが、特に、バンドギャップの狭い側に発生しやすい。従って、このようなキャリアが発生しやすい領域において、Ｆｅの濃度を高くすることにより、効率的にキャリアの発生を防ぐことができる。このため、本実施の形態における半導体装置においては、バンドギャップの狭い層の界面近傍に、高濃度にＦｅがドープされている領域を形成したものである。
【００５７】
本実施の形態においては、核形成層１１は、ＡｌＮにより形成されており、Ｆｅが約５×１０１７ｃｍ−３ドープされている。第１のバッファ層２１は、Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎにより形成されており、Ｆｅが約１×１０１８ｃｍ−３ドープされている。第１のバッファ層２１における核形成層１１との界面近傍には、Ｆｅが１×１０１９ｃｍ−３ドープされている領域２１ｂが形成されており、高濃度にＦｅがドープされている領域２１ｂの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００５８】
また、第２のバッファ層２２はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎにより形成されており、Ｆｅが約５×１０１８ｃｍ−３ドープされている。第２のバッファ層２２における第１のバッファ層２１との界面近傍には、Ｆｅが５×１０１９ｃｍ−３ドープされている領域２２ｂが形成されており、高濃度にＦｅがドープされている領域２２ｂの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００５９】
また、第３のバッファ層２３はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎにより形成されており、Ｆｅが約１×１０１９ｃｍ−３ドープされている。第３のバッファ層２３における第２のバッファ層２２との界面近傍には、Ｆｅが１×１０２０ｃｍ−３ドープされている領域２３ｂが形成されており、高濃度にＦｅがドープされている領域２３ｂの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００６０】
また、電子走行層３１とバッファ層２０との界面から厚さが約２００ｎｍの領域の電子走行層３１には、Ｆｅが約２×１０１９ｃｍ−３ドープされている。電子走行層３１における第３のバッファ層２３との界面近傍には、Ｆｅが２×１０２０ｃｍ−３ドープされている領域３１ｂが形成されており、高濃度にＦｅがドープされている領域３１ｂの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００６１】
高濃度にＦｅがドープされている領域を形成する方法としては、組成比の異なる新たな層を形成するタイミングで、Ｆｅの原料ガスの供給量を増やす方法等が挙げられる。これにより、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図１５に示されるように、第３の実施の形態において、ＦｅとともにＳｉをドープしたものである。
【００６３】
前述のとおり、Ａｌの組成比が異なる層の界面においては、格子定数が異なるため、キャリアが発生しやすい。この場合に発生するキャリアは、一般的には、電子であるが、ホールが発生する場合がある。Ｓｉはｎ型となる不純物元素であり、本実施の形態においては、Ｓｉをドープすることにより、ホールの発生を抑制することができる。尚、Ｓｉを過剰にドープすると、電子の供給源となってしまうため、ドープされるＳｉの濃度は、２×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００６４】
本実施の形態においては、核形成層１１は、ＡｌＮにより形成されており、Ｆｅが約５×１０１７ｃｍ−３ドープされている。第１のバッファ層２１は、Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎにより形成されており、Ｆｅが約１×１０１８ｃｍ−３ドープされている。第１のバッファ層２１における核形成層１１との界面近傍には、Ｆｅが１×１０１９ｃｍ−３及びＳｉが２×１０１７ｃｍ−３以下の濃度でドープされている領域２１ｃが形成されている。このＦｅ及びＳｉがドープされている領域２１ｃの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００６５】
また、第２のバッファ層２２はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎにより形成されており、Ｆｅが約５×１０１８ｃｍ−３ドープされている。第２のバッファ層２２における第１のバッファ層２１との界面近傍には、Ｆｅが１×１０１９ｃｍ−３及びＳｉが２×１０１７ｃｍ−３以下の濃度でドープされている領域２２ｃが形成されている。このＦｅ及びＳｉがドープされている領域２２ｃの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００６６】
また、第３のバッファ層２３はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎにより形成されており、Ｆｅが約１×１０１９ｃｍ−３ドープされている。第３のバッファ層２３における第２のバッファ層２２との界面近傍には、Ｆｅが１×１０１９ｃｍ−３及びＳｉが２×１０１７ｃｍ−３以下の濃度でドープされている領域２３ｃが形成されている。このＦｅ及びＳｉがドープされている領域２３ｃの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００６７】
また、電子走行層３１とバッファ層２０との界面から厚さが約２００ｎｍの領域の電子走行層３１には、Ｆｅが約２×１０１９ｃｍ−３ドープされている。電子走行層３１における第３のバッファ層２３との界面近傍には、Ｆｅが１×１０１９ｃｍ−３及びＳｉが２×１０１７ｃｍ−３以下の濃度でドープされている領域３１ｃが形成されている。このＦｅ及びＳｉがドープされている領域３１ｃの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００６８】
Ｆｅ及びＳｉがドープされている領域を形成する方法としては、Ｆｅ及びＳｉがドープされている領域を形成する際、Ｆｅの原料ガスの供給量を増やすとともに、ＳｉをドープするためＳｉＨ４を同時に供給する方法等が挙げられる。これにより、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
【００６９】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図１６に示されるように、第３の実施の形態において、ＦｅとともにＣをドープしたものである。
【００７０】
残留するｎ型のキャリアを抑制するためには、Ｆｅを高濃度にドープすることが好ましいが、原子半径等の相違により、あまりＦｅを多くドープすると、結晶性が低下してしまう場合がある。このため、本実施の形態においては、Ｆｅと同様に機能するＣをドープしたものである。具体的には、ＧａＮの結晶にドープされたＦｅはＧａに置換されるが、Ｇａの共有結合半径は、１２２ｐｍ（１．２２Å）であり、Ｆｅの共有結合半径は、１３２ｐｍ（１．３２Å）であり、ＦｅとＧａとの共有結合半径は１０ｐｍ異なる。これに対し、ＧａＮの結晶にドープされたＣはＮに置換されるが、Ｎの共有結合半径は、７２ｐｍ（０．７２Å）であり、Ｃの共有結合半径は、７３ｐｍ（０．７３Å）であり、ＣとＮとの共有結合半径は１ｐｍ異なる。従って、共有結合半径の差は、ＦｅとＧａよりも、ＣとＮの方が、一桁小さいため、ＧａＮに不純物元素をドープする場合には、ＦｅよりもＣをドープした方が結晶性の低下を抑制することができる。よって、本実施の形態においては、ＦｅとともにＣをドープすることにより、Ｆｅのドープ量を減らし、結晶性の低下を防ぐものである。
【００７１】
本実施の形態においては、核形成層１１は、ＡｌＮにより形成されておりＦｅが約５×１０１７ｃｍ−３ドープされている。第１のバッファ層２１は、Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎにより形成されており、Ｆｅが約１×１０１８ｃｍ−３ドープされている。第１のバッファ層２１における核形成層１１との界面近傍の領域には、Ｆｅが２．５×１０１８ｃｍ−３及びＣが７．５×１０１８ｃｍ−３ドープされている領域２１ｄが形成されており、Ｆｅ及びＣがドープされている領域２１ｄの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００７２】
また、第２のバッファ層２２はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎにより形成されており、Ｆｅが約５×１０１８ｃｍ−３ドープされている。第２のバッファ層２２における第１のバッファ層２１との界面近傍の領域には、Ｆｅが１．２５×１０１９ｃｍ−３及びＣが３．７５×１０１９ｃｍ−３ドープされている領域２２ｄが形成されており、Ｆｅ及びＣがドープされている領域２２ｄの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００７３】
また、第３のバッファ層２３はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎにより形成されており、Ｆｅが約１×１０１９ｃｍ−３ドープされている。第３のバッファ層２３における第２のバッファ層２２との界面近傍の領域には、Ｆｅが２．５×１０１９ｃｍ−３及びＣが７．５×１０１９ｃｍ−３ドープされている領域２３ｄが形成されており、Ｆｅ及びＣがドープされている領域２３ｄの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００７４】
また、電子走行層３１とバッファ層２０との界面から厚さが約２００ｎｍの領域の電子走行層３１には、Ｆｅが約２×１０１９ｃｍ−３ドープされている。電子走行層３１における第３のバッファ層２３との界面近傍の領域には、Ｆｅが５．０×１０１９ｃｍ−３及びＣが１．５×１０２０ｃｍ−３ドープされている領域３１ｄが形成されており、Ｆｅ及びＣがドープされている領域３１ｄの厚さは３０〜５０ｎｍである。
【００７５】
Ｆｅ及びＣがドープされている領域を形成する方法としては、Ｆｅ及びＣがドープされている領域を形成する際、Ｆｅの原料ガスの供給量を増やすとともに、ＣをドープするためＣＢｒ４を同時に供給する方法が挙げられる。また、別の方法としては、Ｆｅの原料ガスの供給量を増やすとともに、ＩＩＩ族の原料ガスとＶ族の原料ガスとの供給量を変えることにより、膜中にＣが取り込まれやすい条件によって成膜する方法が挙げられる。これにより、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
【００７６】
〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態における半導体装置は、バッファ層における組成を階段状に変化させるのではなく、組成が連続的に変化するように組成傾斜させて形成したものである。具体的には、図１７に示されるように、核形成層１１の上に、バッファ層１２０が形成されている。このバッファ層１２０は、核形成層１１の側から電子走行層３１の側に向かって、Ａｌの組成比が徐々に減少しており、また、Ｆｅの濃度は、核形成層１１の側から電子走行層３１の側に向かって、徐々に増加するように形成されている。即ち、バッファ層１２０は、成膜に伴いＡｌの組成比が徐々に減少するように組成傾斜しており、Ｆｅの濃度は、Ａｌの組成比の減少に伴い増加するように形成されている。尚、図１７（ａ）は本実施の形態における半導体装置の構造を示すものであり、図１７（ｂ）はＡｌの組成比及びＦｅの濃度を模式的に示すものである。
【００７７】
このように、バッファ層１２０を組成傾斜させて形成することにより、キャリアの発生をより効果的に防ぐことができる。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００７８】
〔第７の実施の形態〕
次に、第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、ゲート絶縁膜及び保護膜が形成された半導体装置である。具体的には、図１８に示されるように、電子供給層３２の上において、ゲート電極４１の直下の領域にゲート絶縁膜６１を形成し、電子供給層３２が露出している領域の上に、保護膜６２を形成したものである。ゲート絶縁膜６１は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）により形成されており、保護膜６２は窒化シリコン（ＳｉＮ）により形成されている。
【００７９】
〔第８の実施の形態〕
次に、第８の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
【００８０】
本実施の形態における半導体デバイスは、第１から第７の実施の形態におけるいずれかの半導体装置をディスクリートパッケージしたものであり、このようにディスクリートパッケージされた半導体デバイスについて、図１９に基づき説明する。尚、図１９は、ディスクリートパッケージされた半導体装置の内部を模式的に示すものであり、電極の配置等については、第１から第７の実施の形態に示されているものとは、異なっている。
【００８１】
最初に、第１から第７の実施の形態において製造された半導体装置をダイシング等により切断することにより、ＧａＮ系の半導体材料のＨＥＭＴの半導体チップ４１０を形成する。この半導体チップ４１０をリードフレーム４２０上に、ハンダ等のダイアタッチ剤４３０により固定する。尚、この半導体チップ４１０は、第１から第７の実施の形態における半導体装置に相当するものである。
【００８２】
次に、ゲート電極４１１をゲートリード４２１にボンディングワイヤ４３１により接続し、ソース電極４１２をソースリード４２２にボンディングワイヤ４３２により接続し、ドレイン電極４１３をドレインリード４２３にボンディングワイヤ４３３により接続する。尚、ボンディングワイヤ４３１、４３２、４３３はＡｌ等の金属材料により形成されている。また、本実施の形態においては、ゲート電極４１１はゲート電極パッドであり、第１から第７の実施の形態における半導体装置のゲート電極４１と接続されている。また、ソース電極４１２はソース電極パッドであり、第１から第７の実施の形態における半導体装置のソース電極４２と接続されている。また、ドレイン電極４１３はドレイン電極パッドであり、第１から第７の実施の形態における半導体装置のドレイン電極４３と接続されている。
【００８３】
次に、トランスファーモールド法によりモールド樹脂４４０による樹脂封止を行なう。このようにして、ＧａＮ系の半導体材料を用いたＨＥＭＴのディスクリートパッケージされている半導体デバイスを作製することができる。
【００８４】
次に、本実施の形態における電源装置及び高周波増幅器について説明する。本実施の形態における電源装置及び高周波増幅器は、第１から第７の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を用いた電源装置及び高周波増幅器である。
【００８５】
最初に、図２０に基づき、本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置４６０は、高圧の一次側回路４６１、低圧の二次側回路４６２及び一次側回路４６１と二次側回路４６２との間に配設されるトランス４６３を備えている。一次側回路４６１は、交流電源４６４、いわゆるブリッジ整流回路４６５、複数のスイッチング素子（図２０に示す例では４つ）４６６及び一つのスイッチング素子４６７等を備えている。二次側回路４６２は、複数のスイッチング素子（図２０に示す例では３つ）４６８を備えている。図２０に示す例では、第１から第７の実施の形態における半導体装置を一次側回路４６１のスイッチング素子４６６及び４６７として用いている。尚、一次側回路４６１のスイッチング素子４６６及び４６７は、ノーマリーオフの半導体装置であることが好ましい。また、二次側回路４６２において用いられているスイッチング素子４６８はシリコンにより形成される通常のＭＩＳＦＥＴ（metal insulator semiconductor field effect transistor）を用いている。
【００８６】
次に、図２１に基づき、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器４７０は、例えば、携帯電話の基地局用パワーアンプに適用してもよい。この高周波増幅器４７０は、ディジタル・プレディストーション回路４７１、ミキサー４７２、パワーアンプ４７３及び方向性結合器４７４を備えている。ディジタル・プレディストーション回路４７１は、入力信号の非線形歪みを補償する。ミキサー４７２は、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号とをミキシングする。パワーアンプ４７３は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅する。図２１に示す例では、パワーアンプ４７３は、第１から第７の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を有している。方向性結合器４７４は、入力信号や出力信号のモニタリング等を行なう。図２１に示す回路では、例えば、スイッチの切り替えにより、ミキサー４７２により出力信号を交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路４７１に送出することが可能である。
【００８７】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００８８】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、
を有し、
前記バッファ層は、ＦｅがドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、
前記バッファ層は、Ａｌの組成比の異なる複数の層により形成されており、前記複数の層のうち、前記基板側の層は、前記第１の半導体層側の層よりも、Ａｌの組成比が高く、Ｆｅの濃度が低いことを特徴とする半導体装置。
（付記２）
基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、
を有し、
前記バッファ層は、Ｆｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素がドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、
前記第１の半導体層において、前記バッファ層側の所定の領域に、Ｆｅがドープされているものであって、
前記第１の半導体層の前記所定の領域におけるＦｅの濃度は、前記バッファ層におけるＦｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素の濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
（付記３）
前記バッファ層は、Ａｌの組成比の異なる複数の層により形成されており、
前記複数の層のうち、前記基板側の層は、前記第１の半導体層側の層よりも、Ａｌの組成比が高く、Ｆｅの濃度が低いことを特徴とする付記２に記載の半導体装置。
（付記４）
前記バッファ層における複数の層は、３層以上であることを特徴とする付記１または３に記載の半導体装置。
（付記５）
前記バッファ層における複数の層は、前記基板側の層から前記第１の半導体層側の層に向かって、順にＡｌ組成比か減少するように形成されており、
前記複数の層は、前記基板側の層から前記第１の半導体層側の層に向かって、順にＦｅの濃度が増加するように形成されていることを特徴とする付記４に記載の半導体装置。
（付記６）
前記バッファ層の複数の層における各々の界面近傍のＦｅの濃度は、前記界面近傍を除く前記バッファ層におけるＦｅの濃度よりも高いことを特徴とする付記１、３から５のいずれかに記載の半導体装置。
（付記７）
前記Ｆｅの濃度は、前記界面よりバンドギャップの狭い側において、前記バッファ層におけるＦｅの濃度よりも高くなっていること特徴とする付記６に記載の半導体装置。
（付記８）
前記バッファ層の複数の層における各々の界面近傍においては、前記ＦｅとともにＳｉがドープされていることを特徴とする付記６または７に記載の半導体装置。
（付記９）
前記バッファ層の複数の層における各々の界面近傍においては、前記ＦｅとともにＣがドープされていることを特徴とする付記６または７に記載の半導体装置。
（付記１０）
基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、
を有し、
前記バッファ層は、Ｆｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素がドープされたＡｌＧａＮにより形成されており、
前記バッファ層は、前記基板側から前記第１の半導体層側に向かって、順にＡｌ組成比か減少するように組成傾斜しており、前記基板側から前記第１の半導体層側に向かって、順にＦｅ、ＳｉまたはＣのうちの１または２以上の元素の濃度が増加していることを特徴とする半導体装置。
（付記１１）
前記バッファ層におけるＦｅの濃度は、５×１０１６ｃｍ−３以上、２×１０２０ｃｍ−３以下であることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１２）
前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする付記１から１１のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１３）
前記バッファ層において、最も基板側の層はＡｌＮにより形成された核形成層であることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１４）
前記第１の半導体層は、ＧａＮを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から１３のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１５）
前記第２の半導体層は、ＡｌＧａＮを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から１４のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１６）
前記バッファ層、前記第１の半導体層、前記第２の半導体層は、ＭＯＶＰＥにより形成されたものであることを特徴とする付記１から１５のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１７）
前記第２の半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有することを特徴とする付記１から１６のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１８）
前記第２の半導体層と前記ゲート電極との間には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする付記１から１７のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１９）
付記１から１８のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
（付記２０）
付記１から１８のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
【符号の説明】
【００８９】
１０        基板
１１        核形成層
２０        バッファ層
２１        第１のバッファ層
２２        第２のバッファ層
２３        第３のバッファ層
３１        電子走行層（第１の半導体層）
３１ａ      ２ＤＥＧ
３２        電子供給層（第２の半導体層）
４１        ゲート電極
４２        ソース電極
４３        ドレイン電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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