(57)【要約】【課題】移動度を低下させずに二次元電子ガスの濃度を高める構造を提供する。【解決手段】すなわち、Ｉｎa1Ａｌb1Ｇａc1Ｎ（０≦a1≦１、０≦b1≦１、０≦c1≦１、a1+b1+c1＝1）の組成を有する第一の層と、前記第一の層上に形成され、Ｉｎa2Ａｌb2Ｇａc2Ｎ（０≦a2≦１、０≦b2≦１、０≦c2≦１、a2+b2+c2＝1）の組成を有し、かつ、前記第一の層とは異なるバンドギャップを有する第二の層と、前記第二の層上に形成され、ＡjＢ1-jＮ（Ａは１３族元素、Ｂは１３族元素または１４族元素、Ａ≠Ｂ、0＜j＜1）の組成を有する第三の層とを有する窒化物半導体基板を提供する。【選択図】図１
2018137432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎa1Ａｌb1Ｇａc1Ｎ（０≦a1≦１、０≦b1≦１、０≦c1≦１、a1+b1+c1＝1）の組成を有する第一の層と、
前記第一の層上に形成され、Ｉｎa2Ａｌb2Ｇａc2Ｎ（０≦a2≦１、０≦b2≦１、０≦c2≦１、a2+b2+c2＝1）の組成を有し、かつ、前記第一の層とは異なるバンドギャップを有する第二の層と、
前記第二の層上に形成され、ＡjＢ1-jＮ（Ａは１３族元素、Ｂは１３族元素または１４族元素、Ａ≠Ｂ、0＜j＜1）の組成を有する第三の層と
を有することを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
前記第二の層と前記第三の層との間に、１３族窒化物からなるキャップ層を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記第一の層がＧａＮからなる電子走行層であり、
前記第二の層がＩｎa2Ａｌb2Ｇａc2Ｎ（a2＝0、0＜b2≦1、０≦c2＜１、b2+c2＝1）の組成を有する電子供給層であり、
前記キャップ層がＧａＮ層であり、
前記第三の層がＧａjＳｉ1-jＮ（0＜j＜1）層であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体基板。
【請求項４】
第一の層として、電子走行層であるＧａＮ層と、
第二の層として、電子供給層であるＩｎa2Ａｌb2Ｇａc2Ｎ（a2＝0、0＜b2≦1、０≦c2＜１、b2+c2＝1）層と、
キャップ層としてＧａＮ層と、
第三の層として、ＧａjＳｉ1-jＮ（0＜j＜1）層と
をこの順に有し、有機金属気相成長法により窒化物半導体基板を製造する方法であって、
第一の層を積層後、前記第一の層上に第二の層を連続して積層する第１ステップと、
第１ステップの後、前記第二の層上にキャップ層を形成する第２ステップと、
第２ステップ終了直後に、Ｇａ原料ガスとＳｉ原料ガスとＮ原料ガスとを３秒以下の時間で供給し、第三の層を積層する第３ステップと、
第３ステップの後、前記Ｇａ原料ガスの供給を停止し、前記Ｓｉ原料ガスと前記Ｎ原料ガスとを供給する第４ステップと、
を備えることを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）に用いられる窒化物半導体基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体からなるＨＥＭＴでは、電子供給層（またはバリア層）の上に各種の層（保護層、またはキャップ層）を形成して電気特性を向上させる技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ＩＩＩ族窒化物ベースのチャネル層と、前記チャネル層上のＩＩＩ族窒化物ベースのバリア層と、前記バリア層上の多層キャップ層であって、前記バリア層上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む層を有し、該ＡｌＮを含む層上に窒化ガリウム（ＧａＮ）層を有する多層キャップ層と、前記ＧａＮ層上のＳｉＮ不動態化層と、を有するＩＩＩ族窒化物高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の開示がある。
【０００４】
特許文献２には、ＧａＮ系半導体層と、前記ＧａＮ系半導体層上に設けられるソース電極と、前記ＧａＮ系半導体層上に設けられるドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の、前記ＧａＮ系半導体層上に設けられるゲート電極と、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に、前記ＧａＮ系半導体層に接して設けられる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に設けられ、前記第１の保護膜よりも抵抗率の高い第２の保護膜と、を備え、前記第１の保護膜が、不純物としてガリウム（Ｇａ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、または、ニッケル（Ｎｉ）を、１×１０18ｃｍ-3以上含有する酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、または、酸化アルミニウムである半導体装置、の開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２７５０１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７７０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１または２に記載の発明では、ＧａＮ系半導体からなる電子供給層（またはバリア層）の上に、必要に応じてさらに各種の層を介して、窒化ケイ素（ＳｉＮ）を保護膜として形成したものを用いている。
【０００７】
ところが、上記のようにＳｉＮ膜を保護層として用いた場合は、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の濃度が十分高くならないことが判明した。これは、保護膜の絶縁性の高さに起因するものと考えられる。
【０００８】
この点に関して、特許文献２に記載の半導体装置は、ＧａＮ系半導体層に接して設けられる第１の保護膜と、第１の保護膜上に設けられ第１の保護膜よりも抵抗の高い第２の保護膜とを備えており、第１の保護膜が一定以上の導電性を備えることにより、ＧａＮ系半導体層に生じた電荷をＧａＮ系半導体層から除去したり、ＧａＮ系半導体層に生じた電荷の半導体装置中での偏在を抑制したりする機能を発揮し、ＧａＮ系半導体層内の不要な電荷を第１の保護膜を介して逃がしたり、第１の保護膜内に分散させたりして、電荷の意図せぬ局在化や偏在化を防止する。したがって、電流コラプス等のトランジスタ特性の変動を抑制することができる。
【０００９】
しかしながら、上記の方法でも、二次元電子ガスの濃度を十分高くすると言う観点では、必ずしも望ましい効果が得られるとはいえなかった。
【００１０】
本発明は、かかる課題に鑑み、電子供給層上に保護膜を有するＨＥＭＴにおいて、移動度を維持しつつ、より二次元電子ガスの濃度を高めることを可能にした窒化物半導体基板の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の窒化物半導体基板は、Ｉｎa1Ａｌb1Ｇａc1Ｎ（０≦a1≦１、０≦b1≦１、０≦c1≦１、a1+b1+c1＝1）の組成を有する第一の層と、前記第一の層上に形成され、Ｉｎa2Ａｌb2Ｇａc2Ｎ（０≦a2≦１、０≦b2≦１、０≦c2≦１、a2+b2+c2＝1）の組成を有し、かつ、前記第一の層とは異なるバンドギャップを有する第二の層と、前記第二の層上に形成され、ＡjＢ1-jＮ（Ａは任意の１３族元素、Ｂは任意の１３族元素または１４族元素、Ａ≠Ｂ、0＜j＜1）の組成を有する第三の層と、を有することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成を有することで、移動度を維持しつつ、より二次元電子ガスの濃度を高めることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の窒化物半導体基板は、第二の層と第三の層との間に、１３族窒化物からなるキャップ層を有することが好ましい。
【００１４】
本発明の好適な一態様は、前記第一の層がＧａＮからなる電子走行層であり、前記第二の層がＩｎa2Ａｌb2Ｇａc2Ｎ（a2＝0、0＜b2≦1、０≦c2＜１、b2+c2＝1）の組成を有する電子供給層であり、前記キャップ層がＧａＮ層であり、前記第三の層がＧａjＳｉ1-jＮ（0＜j＜1）層である。
【００１５】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、第一の層として、電子走行層であるＧａＮ層と、第二の層として、電子供給層であるＩｎa2Ａｌb2Ｇａc2Ｎ（a2＝0、0＜b2≦1、０≦c2＜１、b2+c2＝1）層と、キャップ層としてＧａＮ層と、第三の層として、ＧａjＳｉ1-jＮ（0＜j＜1）層とをこの順に有し、有機金属気相成長法により窒化物半導体基板を製造する方法であって、第一の層を積層後、前記第一の層上に第二の層を連続して積層する第１ステップと、第１ステップの後、前記第二の層上にキャップ層を形成する第２ステップと、第２ステップ終了直後に、Ｇａ原料ガスとＳｉ原料ガスとＮ原料ガスとを３秒以下の時間で供給し、第三の層を積層する第３ステップと、第３ステップの後、前記Ｇａ原料ガスの供給を停止し、前記Ｓｉ原料ガスと前記Ｎ原料ガスとを供給する第４ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電子供給層上に保護膜を有するＨＥＭＴにおいて、移動度の低下をもたらさずに、二次元電子ガスの濃度を高める、すなわち、電子濃度を上げることが可能な窒化物半導体基板およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の窒化物半導体基板の一態様を示す断面概略図である。
【図２】本発明の窒化物半導体基板の好適な一態様を示す断面概略図である。
【図３】本発明の窒化物半導体基板の他の一態様における、層中のＧａ組成比の形態を模式的に示す概略図である。
【図４】本発明の窒化物半導体基板の好適な他の一態様における、層中のＧａ組成比の形態を模式的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を、図面も参照しながら詳細に説明する。本発明の窒化物半導体基板は、Ｉｎa1Ａｌb1Ｇａc1Ｎ（０≦a1≦１、０≦b1≦１、０≦c1≦１、a1+b1+c1＝1）の組成を有する第一の層と、前記第一の層上に形成され、Ｉｎa2Ａｌb2Ｇａc2Ｎ（０≦a2≦１、０≦b2≦１、０≦c2≦１、a2+b2+c2＝1）の組成を有し、かつ、前記第一の層とは異なるバンドギャップを有する第二の層と、前記第二の層上に形成され、ＡjＢ1-jＮ（Ａは任意の１３族元素、Ｂは任意の１３族元素または１４族元素、Ａ≠Ｂ、0＜j＜1）の組成を有する第三の層と、を含む。
【００１９】
図１は、本発明の窒化物半導体基板Ｚの一態様を示す断面概略図であり、下地基板１、バッファ層２、第一の層３、第二の層４、第三の層Ｘおよび電極５を含む。具体的には、第一の層３は電子走行層であり、第二の層４は電子供給層である。
図２に示す窒化物半導体基板Ｚは、本発明の好適な一態様であり、下地基板１、バッファ層２、第一の層（電子走行層）３、キャップ層Ｃ、第二の層（電子供給層）４、第三の層Ｘおよび電極５を含む。
なお、本発明で示す図はすべて、説明のために形状を模式的に簡素化かつ強調したものであり、細部の形状、寸法、および比率は実際と異なる。また、本発明を説明するのに不要と考えられるその他の構成については、記載を割愛する。
【００２０】
下地基板１としては、シリコン単結晶、炭化ケイ素、サファイア、ＧａＮが挙げられる。これらの材料において、絶縁性がより高い炭化ケイ素、サファイア等と比べて、シリコン単結晶は、縦方向の耐圧の点で不利になりがちであるが、本発明では、下地基板１にシリコン単結晶を用いた場合でも、その効果がより顕著に発揮されるので、特に好適といえる。
【００２１】
バッファ層２としては、例えば、特許第５１５９８５８号公報または特許第５１８８５４５号公報に開示されたバッファ層構造が適用できる。すなわち、例えば、第一層が厚さ５０〜２００ｎｍのＡｌＮ、第二層が厚さ１００〜３００ｎｍのＡｌＧａＮで構成されるＡｌＧａＮ系の初期バッファ層と、第三層が厚さ１〜５０ｎｍのＧａＮ、第四層が厚さ１〜５０ｎｍのＡｌＮ、第五層が厚さ２００ｎｍ以上のＧａＮであって、第三層および第４層がこの順に複数回繰り返し積層され、最後に第五層が積層されてなる周期堆積層とからなり、窒化物が合計して５〜１００回繰り返し積層されたＡｌＧａＮ系の多層バッファ層、あるいは、ＡｌxＧａ1-xＮ単結晶層（０．６≦ｘ≦１．０）およびＡｌyＧａ1-yＮ単結晶層（０≦ｙ≦０．５）が５〜１００組繰り返し積層した多層バッファ層を適用することができる。さらには、電子走行層３の下に、高抵抗のバッファ層、一例として、炭素濃度１×１０18〜３×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、具体的には１×１０18〜３×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、厚さ１００ｎｍ以上、好ましくは１００〜２００ｎｍ程度のＧａＮ層があると、このＧａＮ層による縦方向の耐圧向上効果と本発明による縦方向の耐圧向上効果が相乗的に発揮され、特に好ましい。
【００２２】
図１は、Ｉｎａ1Ａｌｂ1Ｇａｃ1Ｎ（０≦a1≦１、０≦b1≦１、０≦c1≦１、a1+b1+c1＝1）の組成を有する第一の層３（電子走行層）と、該第一の層３とは異なるバンドギャップを有し、Ｉｎａ2Ａｌｂ2Ｇａｃ2Ｎ（０≦a2≦１、０≦b2≦１、０≦c2≦１、a2+b2+c2＝1）の組成を有する第二の層４（電子供給層）とがこの順に積層した構造を示している。
【００２３】
電子走行層を構成するＩｎａ1Ａｌｂ1Ｇａｃ1Ｎ（０≦a1≦１、０≦b1≦１、０≦c1≦１、a1+b1+c1＝1）は、具体的には、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＩｎＡｌＧａＮが挙げられる。これらの窒化物のうち、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮなどが好ましく、ＧａＮがより好ましい。なお、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＩｎＡｌＧａＮの構成元素は、種々の組成比を有していてよい。
【００２４】
電子供給層を構成するＩｎａ2Ａｌｂ2Ｇａｃ2Ｎ（０≦a2≦１、０≦b2≦１、０≦c2≦１、a2+b2+c2＝1）は、具体的には、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＩｎＡｌＧａＮが挙げられる。これらの窒化物のうち、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮなどが好ましく、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮがより好ましく、ＡｌＧａＮが特に好ましい。なお、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＩｎＡｌＧａＮの構成元素は、種々の組成比を有していてよい。
【００２５】
電子走行層および電子供給層については、その層厚に制限はないが、通常、電子走行層は１０ｎｍ以上、好ましくは３００〜２５００ｎｍ、電子供給層は１〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍである。
また、第一の層３および第二の層４に含まれる不純物についても、その許容量に限界はない。なお、不純物は、例えば、炭素、リン、マグネシウム、ケイ素、鉄、酸素および水素などである。
【００２６】
また、電子走行層と電子供給層との間にスペーサ層が介在していてもよい。スペーサ層は、二次元電子の閉じ込め効果を高めることにより、電子走行層や電子供給層との界面に形成される二次元電子が散乱を受け、移動度低下を抑制する役割を有する。スペーサ層は、その厚さが数分子層程度で、例えば、バンドギャップの大きいＡｌＮなどの材料を用いて形成される。
【００２７】
本発明の窒化物半導体基板Ｚは、第二の層４上に形成され、ＡjＢ1-jＮ（Ａは任意の１３族元素、Ｂは任意の１３族元素または１４族元素、Ａ≠Ｂ、0＜j＜1）の組成を有する第三の層Ｘを含む。
この第三の層Ｘは、広義には保護層としての役割を担っており、本発明でも、特に、電子供給層が大気雰囲気に暴露されることによる不具合を回避する作用を備えている。
【００２８】
一般的に、このような保護層としては、従来、ＳｉＮ等の絶縁膜が適用されていたが、電子供給層上に絶縁膜がある場合、電子濃度を上げようとすると、移動度が低下する傾向がみられた。
【００２９】
本発明者らは、このような保護層として最適な材料や構造について鋭意検討したところ、基本的には絶縁体であるが、その一部がいくらかの導電性を有し、しかも、その導電性のある部位が、結晶性の高い構造である材料が好適であることを見出した。このような材料が、ＡjＢ1-jＮ（Ａは任意の１３族元素、Ｂは任意の１３族元素または１４族元素、Ａ≠Ｂ、0＜j＜1）の組成を有するものである。
【００３０】
第三の層Ｘを構成するＡjＢ1-jＮ（Ａは任意の１３族元素、Ｂは任意の１３族元素または１４族元素、Ａ≠Ｂ、0＜j＜1）の例として、ＡがＧａ、ＩｎおよびＡｌの中から任意に選択され、ＢがＳｉおよびＧｅの中から任意に選択された組み合わせを有する窒化物が挙げられる。これらのうち、具体的には、ＧａＳｉＮ、ＧａＧｅＮ、またはＡｌＳｉＮ等が挙げられるが、ＧａＳｉＮがより好ましい。なお、従来のＳｉＮ層は、本発明に倣えば、ＡjＢ1-jＮ（Ａは１３族元素、Ｂは１４族元素であるＳｉ、Ａ≠Ｂ、ｊ＝０）と表記される。
【００３１】
第三の層Ｘは、ＡjＢ1-jＮの組成を有することで、単なる絶縁膜ではなく、電子供給層である第二の層４と同程度の結晶性を保持している。そのため、第二の層４と第三の層Ｘとの界面での格子不整合も小さい。これは、抵抗の差および格子不整合の度合いのいずれも大きくなる絶縁層を形成する場合と比べると、界面での電子挙動の悪化が抑えられる。
【００３２】
この点で、特開２０１５−１７７０６９号公報に記載の発明では、第１の保護膜が不純物としてＧａを含む窒化ケイ素膜であるから、本発明は、ＡjＢ1-jＮの組成を有する構成であることにより、上記した高い結晶性と界面での安定性の理由で、有意な効果の差を呈しているといえる。
【００３３】
第三の層Ｘの厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、さらには５ｎｍ以下であると好ましい。
上記のとおり、第三の層Ｘは、第二の層４との界面における電子の挙動に影響を与えるものであり、それ自体があまり厚いと、格子定数の差による応力の影響が無視できなくなる。しかし１ｎｍ未満では、本発明の効果が十分得られないだけでなく、形成すること自体が困難である。
【００３４】
第三の層ＸのＡjＢ1-jＮにおけるｊは、少なくとも０．０１以上あれば本発明の効果が得られ、０．９５まではその効果が損なわれることはない。好ましくは、ｊは０．３以上０．６である。
【００３５】
また、本発明では、第二の層４と第三の層Ｘとの間に、１３族窒化物からなるキャップ層Ｃを有してもよい。図２は、本発明の窒化物半導体基板の好適な一態様、すなわち、第二の層４の上に、さらにキャップ層Ｃを有する構造を示す断面概略図である。例えば、厚さ１〜３ｎｍ程度で、かつ、絶縁層でないキャップ層であれば、本発明の効果が損なわれることはない。
【００３６】
本発明の好適な一実施態様は、第一の層３が電子走行層としてのＧａＮ、第二の層４が電子供給層としてのＩｎａ2Ａｌｂ2Ｇａｃ2Ｎ（a2＝0、０＜b2≦１、０≦c2＜１、b2+c2＝1）、キャップ層ＣがＧａＮ、第三の層ＸがＧａjＳｉ1-jＮ（0＜j＜1）である場合である。この場合、ｊは０．４から０．５程度であると、より好ましいといえる。
【００３７】
図３は、本発明の他の一態様における、層中のＧａ組成比の形態を模式的に示す概略図である。このように、第三の層Ｘ上に、ＳｉＮ保護層６が形成されていてもよい。また、図４は、本発明の好適な一態様、キャップ層Ｃを挿入した場合における、層中のＧａ組成比の形態を模式的に示す概略図である。
【００３８】
図３に示す一態様では、ＳｉＮ保護膜６と第二の層４（電子供給層）との間に、第三の層ＸとなるＧａとＳｉからなる混晶の窒化物化合物の層を設けることで、移動度の低下をもたらさずに、電子濃度を上げることが可能となり、結果的にシート抵抗を抑制することが可能となる。さらに、図４に示す好適な一態様のように、第二の層４（電子供給層）と第三の層Ｘとの間にキャップ層を設けることで、Ｇａ組成比の低下がより少なく、本発明の効果が顕著となる。
【００３９】
本発明の製造方法の一態様は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ；metalorganic chemical vapor deposition）を用いて、第一の層および第二の層を連続して積層する第１ステップと、引き続きキャップ層を形成する第２ステップと、第２ステップの終了直後から、０秒を超え３秒以下の時間だけ、Ｇａ原料ガスとＳｉ原料ガスとＮ原料ガスとを供給する第３ステップと、第３ステップの後、Ｇａ原料ガスの供給を停止し、Ｓｉ原料ガスおよびＮ原料ガスのみを供給する第４ステップと、を備える。
【００４０】
すなわち、本発明では、特に、第３ステップおよび第４ステップにおいて、上記のような結晶成長条件下に、第三の層Ｘにおける元素Ａ（例えば、Ｇａ）の原料ガスを、元素Ｂ（例えば、Ｓｉ）の原料ガスと窒素原料ガスとともに供給することで、本発明の効果を有する構造を得ることができる。
【００４１】
また、ＭＯＣＶＤ法では、原料ガスの供給を止めてからタイムラグを有して結晶成長が起こる。本発明では、元素Ａの原料ガスの供給時間を最長でも３秒以下に抑えることで、第二の層４上に薄く、かつ、ｊが０．０１以上のＧａjＳｉ1-jＮを形成することが可能となる。
【００４２】
なお、薄く、かつ、ｊが０．０１以上のＧａjＳｉ1-jＮの形成は、例えば、分子線ビームエピタキシー（ＭＢＥ；MolecularBeam Epitaxy）法でも可能ではあるが、ＭＢＥ法は、ＭＯＣＶＤ法で第一の層３と第二の層４を作製する場合に比べて、著しく生産効率が悪い。
【００４３】
以上の通り、本発明の窒化物半導体基板は、この窒化ケイ素膜にＧａを添加することで移動度の低下をもたらさずに、電子濃度を上げることが可能となり、結果的にシート抵抗を抑制することが可能となる。よって、本発明の窒化物半導体基板は、より電気的特性に優れたＨＥＭＴ用の窒化物半導体基板として好適である。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明を実施例に基づいて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。
【００４５】
［共通する実験条件］
直径６インチ、厚さ６７５μｍ、ｐ型で比抵抗０．００２Ωｃｍ、面方位（１１１）のシリコン単結晶基板を準備した。これを公知の基板洗浄方法で清浄化した後、ＭＯＣＶＤ装置内にセットして、昇温し、装置内をキャリアガスで置換後、１０００℃×１５分、水素１００％雰囲気で熱処理を行い、シリコン単結晶表面の自然酸化膜を除去した。
【００４６】
次に、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、厚さ７０ｎｍのＡｌＮ単結晶からなる初期層を、成長温度１０００℃で気相成長させた。
【００４７】
前記初期層の上に、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＴＭＡ、ＮＨ3を用い、炭素濃度５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、厚さ３００ｎｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ単層を気相成長させた。次に、炭素濃度５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3で、厚さ５ｎｍのＡｌＮ薄層と厚さ３０ｎｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ薄層とを交互に各８層の積層体を形成させて、続いて、炭素濃度５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ単層を厚さ１２５ｎｍ成長させた。その積層体および単層を順にさらに４回繰り返した。さらに、炭素濃度１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、厚さ５００ｎｍのＧａＮ単層を積層し、初期層である厚さ３００ｎｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ単層を含めた一連のバッファ層を形成した。その後、電子走行層として炭素濃度１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、厚さ７００ｎｍのＧａＮ単層を同様にして積層した後、電子供給層としてＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝１）を２ｎｍ成膜した。なお、初期層の形成以降、バッファ層、電子走行層、および電子供給層の形成はすべて、成長温度１０００℃を基準として、これに１〜１５℃の範囲で微調整を加えることにより行った。
【００４８】
［実施例１］
電子供給層上に、キャップ層としてＧａＮ層を１ｎｍ、続いて、第三の層を４ｎｍ成膜した。第三の層の成膜では、シラン（ＳｉＨ4）、ＮＨ3およびＴＭＧａを同時に３秒間供給した後、ＴＭＧａの供給のみを止め、さらに５秒間、ＳｉＨ4およびＮＨ3を供給して、ＧａjＳｉ1-jＮ（0＜j＜1）層を形成した。ＧａjＳｉ1-jＮの厚さは約１ｎｍ、ｊ値は約０．５であった。
【００４９】
［比較例１］
ＴＭＧａの供給は行わず、第三の層の成膜時間を調整した以外は、実施例１と同様にして、キャップ層の形成、および厚さ約４ｎｍでＳｉＮ層の形成を行った。
【００５０】
［評価］
実施例１および比較例１の窒化物半導体基板について、移動度とキャリア濃度を評価した。すなわち、これらの窒化物半導体基板の表面に電極を形成し、Ｈａｌｌ効果を測定した。Ｈａｌｌ効果の測定は、Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ法を採用し、測定装置はＡＣＣＥＮＴ製ＨＬ５５００ＰＣを用いて実施した。また、この電極を用いてシート抵抗も測定した。
結果を以下に示す。
【表１】
2018137432.tif 000003
【００５１】
表１より、移動度は、実施例１、比較例１ともに、１２５０ ｓｑ．ｃｍ／Ｖｓ程度と、同程度であったが、比較例１の窒化物半導体基板では、キャリア濃度が０．９２Ｅ＋１３／ｓｑ．ｃｍであるのに対して、実施例１の窒化物半導体基板では、キャリア濃度は１．４５Ｅ＋１３／ｓｑ．ｃｍであった。これにより、シート抵抗も、比較例１では５４４Ｏｈｍ／ｓｑ．となり、実施例１では３４５ Ｏｈｍ／ｓｑ．となった。
【００５２】
このことから、本発明の窒化物半導体基板は、従来のスペーサ層構造と同等の移動度を有しながら、電子密度が向上していることがわかる。
【符号の説明】
【００５３】
１            下地基板
２            バッファ層
３            第一の層（電子走行層）
４            第二の層（電子供給層）
Ｘ            第三の層
５            電極
６            ＳｉＮ保護膜
Ｃ            キャップ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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