(57)【要約】【課題】シリコン基板の上に形成され、優れた高周波特性を有する窒化物半導体装置を実現できるようにする。【解決手段】窒化物半導体装置は、シリコン基板１０１と、シリコン基板１０１の上に形成された窒化物半導体からなるバッファ層１０２と、バッファ層１０２の上に形成された窒化物半導体からなる能動層１０３とを備えている。バッファ層は、シリコン基板１０１と接して形成された第１の層１２１と、第１の層１２１及び能動層１０３と接して形成された第２の層１２２とを含む。第１の層１２１と第２の層１２２との界面における炭素濃度は、１×１０19原子／ｃｍ3以上且つ１×１０21原子／ｃｍ3以下であり、第２の層１２２は、炭素濃度が第１の層１２１と接する部分において最も高く、能動層１０３と接する部分において最も低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の上に形成された窒化物半導体からなるバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された窒化物半導体からなる能動層とを備え、
前記バッファ層は、前記シリコン基板と接して形成された第１の層と、前記第１の層及び前記能動層と接して形成された第２の層とを含み、
前記第１の層と前記第２の層との界面における炭素濃度は、１×１０19原子／ｃｍ3以上且つ１×１０21原子／ｃｍ3以下であり、
前記第２の層は、炭素濃度が前記第１の層と接する部分において最も高く、前記能動層と接する部分において最も低いことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記第１の層と前記第２の層とは、III族元素を含み且つ含まれるIII族元素の組成が等しいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第２の層は、前記第１の層よりも厚い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装置。
【請求項４】
前記第１の層は、膜厚が５ｎｍ以上且つ４０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第２の層の（０００１）面に対するロッキングカーブの半値幅は、３０００アーク秒以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
最大動作周波数は、２．５ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
最大動作周波数は、２５ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
シリコン基板の上に窒化物半導体からなる第１の層を結晶成長させる工程（ａ）と、
前記第１の層の上に窒化物半導体からなる第２の層を結晶成長させる工程（ｂ）と、
前記第２の層の上に窒化物半導体からなる能動層を結晶成長させる工程（ｃ）とを備え、
前記工程（ａ）では前記工程（ｂ）よりも低温で結晶成長を行うことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
シリコン基板の上に窒化物半導体からなる第１の層を結晶成長させる工程（ａ）と、
前記第１の層の上に窒化物半導体からなる第２の層を結晶成長させる工程（ｂ）と、
前記第２の層の上に窒化物半導体からなる能動層を結晶成長させる工程（ｃ）とを備え、
前記工程（ａ）では前記工程（ｂ）よりも原料ガスに含まれるIII族元素に対するＶ属元素の比率を小さくすることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
シリコン基板の上に窒化物半導体からなる第１の層を結晶成長させる工程（ａ）と、
前記第１の層の上に窒化物半導体からなる第２の層を結晶成長させる工程（ｂ）と、
前記第２の層の上に窒化物半導体からなる能動層を結晶成長させる工程（ｃ）とを備え、
前記工程（ａ）では原料ガスに炭素を含む炭素原料を添加することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記炭素原料は、炭化水素であることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記炭素原料は、四臭化炭素であることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体装置に関し、特にシリコン基板の上に形成された窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、ワイドバンドギャップ半導体であり、絶縁破壊電界が大きい。また、シリコン系半導体又はガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体と比べて電子の飽和ドリフト速度が大きい。さらに、(０００１)面を主面とする窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）等のヘテロ界面には、自発分極及びピエゾ分極により電荷が生じる。ヘテロ界面におけるシートキャリア濃度は、アンドープの場合にも１×１０13ｃｍ-2以上となる。このため、ヘテロ界面における２次元電子ガス（２ＤＥＧ：2 Dimensional Electron Gas）を利用して、電流密度が大きいヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ：Hetero-junction Field Effect Transistor）を実現することができる。そこで、窒化物半導体を用いたパワートランジスタ及び高周波動作トランジスタの研究開発が現在活発に行われている。
【０００３】
窒化物半導体を結晶成長させる基板には、サファイア、炭化シリコン又はシリコンといった窒化物半導体との格子不整合が大きい基板が用いられている。これは、窒化物半導体からなる基板は異種基板上に気相成長法により形成するため、現状ではコストが高く、大口径の基板が得られないためである。シリコン基板は、大口径基板が量産されており、コスト面でも優位であるが、窒化物半導体の成長においては、以下の欠点を有する。
【０００４】
窒化物半導体はシリコンと比べて熱膨張係数が大きく、その差が大きい。窒化物半導体の成長は一般に１０００℃程度の高温で行う。高温で窒化物半導体をシリコン基板の上に成膜した後、温度を室温まで下げると窒化物半導体に引っ張り応力が発生しやすい。このため、シリコン基板の上に形成した窒化物半導体には高密度の欠陥が発生したり、クラックが発生しやすい。また、ガリウムを含む窒化物半導体を形成する際に、その原料がシリコンとの化合物を形成しやすい。このため、シリコン基板上には、窒化物半導体が平坦に成長しにくい。
【０００５】
さらに、シリコン基板上に高周波用の窒化物半導体装置を形成する場合には次のような問題も生じる。高周波用の半導体装置においては、基板表面付近の少数キャリアが、高周波特性に悪影響を及ぼす。高抵抗シリコン基板上に、窒化物半導体を形成する場合においては、シリコン基板の表面に、寄生チャネル層が形成されるため、伝送損失が発生し高周波動作が難しくなる。寄生チャネル層の形成を抑えるためには、高抵抗シリコン基板と窒化物半導体とのヘテロ界面付近におけるシート抵抗を高くする必要がある。
【０００６】
このようなシリコン基板の問題を抑えるために、シリコン基板と能動層との間に種々のバッファ層を設けることが検討されている。例えば、シリコン基板上に、スパッタ法により酸化アルミニウム層を形成し、その後窒化アルミニウム層を形成することが検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、シリコン基板上のシリコンを窒化して、窒化シリコンを形成し、その上に窒化アルミニウムを形成することにより、窒化半導体を形成することが検討されている（例えば、特許文献２を参照。）。シリコン基板上に、高炭素濃度のＧａＮからなるバッファ層を低温で成長することについても検討されている（例えば、特許文献３を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−０３８３９５号公報
【特許文献２】特表２００８−５２２４４７号公報
【特許文献３】特開２００７−２５１１４４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、前記従来のバッファ層はいずれも種々の問題を有している。バッファ層の上に結晶性に優れた能動層を形成するためには、平坦性及び結晶性に優れたバッファ層が必要となる。高周波用の窒化物半導体装置においては、さらにバッファ層のシート抵抗を高くすることが必要となる。また、コストの面からはできるだけ容易なプロセスによりバッファ層を形成する必要がある。従来の方法では、これらの条件を満たすバッファ層を得ることは困難である。
【０００９】
本発明は、前記の問題を解決し、シリコン基板の上に形成され、優れた高周波特性を有する窒化物半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明は窒化物半導体装置を、炭素濃度が傾斜した炭素濃度傾斜膜からなるバッファ層を備えている構成とする。
【００１１】
具体的に、本発明に係る窒化物半導体装置は、シリコン基板と、シリコン基板の上に形成された窒化物半導体からなるバッファ層と、バッファ層の上に形成された窒化物半導体からなる能動層とを備え、バッファ層は、シリコン基板と接して形成された第１の層と、第１の層及び能動層と接して形成された第２の層とを含み、第１の層と第２の層との界面における炭素濃度は、１×１０19／ｃｍ3以上且つ１×１０21／ｃｍ3以下であり、第２の層は、炭素濃度が第１の層と接する部分において最も高く、能動層と接する部分において最も低い。
【００１２】
本発明の窒化物半導体装置は、第１の層と第２の層との界面における炭素濃度は、１×１０19／ｃｍ3以上且つ１×１０21／ｃｍ3以下であり、第２の層は、炭素濃度が第１の層と接する部分において最も高く、能動層と接する部分において最も低い。このため、バッファ層の高抵抗化と、バッファ層の結晶性の向上とを両立させることができる。従って、半導体装置の伝送損失を低減すると共に、欠陥の発生及びクラックの発生を抑えることができ、優れた高周波特性を有する窒化物半導体装置を容易に実現することが可能となる。
【００１３】
本発明の窒化物半導体装置において、第１の層と第２の層とは、III族元素の組成が等しくてもよい。
【００１４】
本発明の窒化物半導体装置において、第２の層は、第１の層よりも厚くすればよい。
【００１５】
本発明の窒化物半導体装置において、第１の層は、膜厚が５ｎｍ以上且つ４０ｎｍ未満とすればよい。
【００１６】
本発明の窒化物半導体装置において、第２の層の（０００１）面に対するロッキングカーブの半値幅は、３０００アーク秒以下とすればよい。
【００１７】
本発明の窒化物半導体装置において、最大動作周波数は、２．５ＧＨｚ以上であってもよく、２５ＧＨｚ以上であってもよい。
【００１８】
本発明に係る第１の窒化物半導体装置の製造方法は、シリコン基板の上に窒化物半導体からなる第１の層を結晶成長させる工程（ａ）と、第１の層の上に窒化物半導体からなる第２の層を結晶成長させる工程（ｂ）と、第２の層の上に窒化物半導体からなる能動層を結晶成長させる工程（ｃ）とを備え、工程（ａ）では工程（ｂ）よりも低温で結晶成長を行う。
【００１９】
第１の窒化物半導体装置の製造方法は、第１の層を第２の層よりも低温で結晶成長するため、第１の層の炭素濃度を高くしバッファ層全体としてのシート抵抗の向上と、バッファ層全体としての結晶性の向上とを両立させることができる。
【００２０】
本発明に係る第２の窒化物半導体装置の製造方法は、シリコン基板の上に窒化物半導体からなる第１の層を結晶成長させる工程（ａ）と、第１の層の上に窒化物半導体からなる第２の層を結晶成長させる工程（ｂ）と、第２の層の上に窒化物半導体からなる能動層を結晶成長させる工程（ｃ）とを備え、工程（ａ）では工程（ｂ）よりも原料ガスに含まれるＶ族元素のIII族元素に対する比率を小さくする。
【００２１】
第２の窒化物半導体装置の製造方法は、第１の層を第２の層よりもＶ／III比が低い状態で結晶成長するため、第１の層の炭素濃度を高くしバッファ層全体としてのシート抵抗の向上と、バッファ層全体としての結晶性の向上とを両立させることができる。
【００２２】
本発明に係る第３の窒化物半導体装置の製造方法は、シリコン基板の上に窒化物半導体からなる第１の層を結晶成長させる工程（ａ）と、第１の層の上に窒化物半導体からなる第２の層を結晶成長させる工程（ｂ）と、第２の層の上に窒化物半導体からなる能動層を結晶成長させる工程（ｃ）とを備え、工程（ａ）では原料ガスに炭素を含む炭素原料を添加する。
【００２３】
第３の窒化物半導体装置の製造方法は、第１の層を結晶成長する際に炭素原料を添加する。このため、第１の層の炭素濃度を高くしバッファ層全体としてのシート抵抗の向上と、バッファ層全体としての結晶性の向上とを両立させることができる。
【００２４】
第３の窒化物半導体装置の製造方法において、炭素原料は、炭化水素とすればよく、四臭化炭素としてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、シリコン基板の上に形成され、優れた高周波特性を有する窒化物半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施形態に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。
【図２】一実施形態に係るバッファ層における炭素濃度の測定結果を示すチャート図である。
【図３】従来のバッファ層における炭素濃度の測定結果を示すチャート図である。
【図４】第１の層の膜厚とバッファ層のシート抵抗及び結晶性との関係を示すグラフである。
【図５】窒化アルミニウム膜のシート抵抗と伝送損失との関係を示すグラフである。
【図６】一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図７】一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図８】コントロール層を形成したゲート領域におけるバンドギャップを示す図である。
【図９】コントロール層を形成していない部分におけるバンドギャップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、一実施形態に係る窒化物半導体装置の断面構成を示している。図１に示すように、本実施形態の窒化物半導体装置は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ: High Electron Mobility Transistor）であり、高抵抗のシリコン基板（Ｓｉ基板）１０１の上に、バッファ層１０２を介して能動層１０３が形成されている。バッファ層１０２は、シリコン基板１０１と接して形成された第１の層１２１と、第１の層１２１及び能動層１０３と接して形成された第２の層１２２とを有している。能動層１０３は、下側から順次形成された緩衝層１３１、電子走行層１３２及び電子供給層１３３を有している。電子供給層１３３の上には、ソース電極１０５、ゲート電極１０６及びドレイン電極１０７が形成されている。
【００２８】
第１の層１２１及び第２の層１２２は、一般式がＡｌxＧａ1-xＮ（但し、０≦ｘ≦１である。）で表される化合物であればよい。第１の層１２１と第２の層１２２とは、III族元素の組成が等しい化合物であっても、III族元素の組成が互いに異なる化合物であってもよい。本実施形態においては第１の層１２１及び第２の層１２２を共に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とした。第１の層１２１及び第２の層１２２は炭素含み、第１の層１２１の炭素濃度は第２の層１２２よりも高い。また、第２の層１２２における炭素濃度は、第１の層１２１との界面において最も高く、能動層１０３との界面に向かって次第に低くなっている。
【００２９】
図２は、膜厚が２０ｎｍの第１の層と、膜厚が２３０ｎｍの第２の層とをシリコン基板の上に積層したバッファ層について二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用いて原子濃度を測定した結果を示している。第１の層及び第２の層は、ＡｌＮ膜であり有機金属気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により形成した。アルミニウム（III族）原料にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、窒素（Ｖ族）原料にはアンモニアを用いた。第１の層を形成する際には、成膜温度を９００℃とし、第２の層を形成する際には、成膜温度を１１００℃とした。
【００３０】
図２に示すように、第１の層とシリコン基板との界面において炭素濃度は最も高くなり１×１０20原子／ｃｍ3程度となった。これは、第１の層を比較的に低い温度で成膜することにより、Ａｌ原子の供給源であるＴＭＡから、第１の層中に炭素が取り込まれるためであると考えられる。しかし、第１の層と第２の層との界面と考えられる深さが２３０ｎｍ程度の位置においても、炭素濃度は８×１０19原子／ｃｍ3程度の値を示している。これは、既に結晶成長炉内に滞留している炭素原子が、比較的高い温度で第２の層を成膜する際にも膜中に取り込まれるためであると考えられる。炭素濃度は、第２の層の上面側（能動層との界面側）に向かって次第に低下し、第２の層の表面付近においては、６×１０19／原子／ｃｍ3程度となった。このように、比較的低温で炭素濃度が高い第１の層を成膜した後、高温で炭素濃度が第１の層よりも低い第２の層を成膜することにより、膜中における炭素濃度が傾斜した炭素濃度傾斜膜からなるバッファ層が得られる。なお、図２においては第１の層と第２の層との間に明瞭な境界が認められず、連続的に炭素濃度が傾斜した状態となっている。しかし、成膜条件によっては第１の層と第２の層との間に境界が認められる場合もある。
【００３１】
図３は、シリコン基板の上に１１００℃でＡｌＮからなる膜厚が２５０ｎｍのバッファ層を成膜した場合のＳＩＭＳの測定結果を示している。バッファ層中における炭素濃度は１×１０17原子／ｃｍ3程度からそれ以下であり、またバッファ層中の炭素濃度はほとんど変化していない。
【００３２】
表１は、炭素濃度が傾斜したバッファ層及び炭素濃度が一定のバッファ層について、シート抵抗及び結晶性を評価した結果を示している。表１において、炭素濃度が傾斜した炭素濃度傾斜膜は、９００℃で成膜した厚さが２０ｎｍのＡｌＮ膜と、１１００℃で成膜した厚さが１００ｎｍのＡｌＮ膜との積層膜である。高炭素濃度膜は、９００℃で成膜した厚さが１２０ｎｍのＡｌＮ膜である。低炭素濃度膜は１１００℃で成膜した厚さが１２０ｎｍのＡｌＮ膜である。結晶性は、（０００１）面に対するＸ線ロッキングカーブにおけるＴｗｉｓｔ成分（（１０−１１）回折）の半値幅により評価した。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１に示すように低炭素濃度膜のシート抵抗は１ｋΩ／ｃｍ2程度の低い値を示した。一方、高炭素濃度膜のシート抵抗は７８ｋΩ／ｃｍ2程度の高い値を示した。炭素濃度傾斜膜のシート抵抗は、高炭素濃度膜よりは低くなったが６９ｋΩ／ｃｍ2程度の比較的高い値となった。一方、低炭素濃度膜は、Ｔｗｉｓｔ成分の半値幅が２６７０アーク秒（arc sec）程度の値となり、良好な結晶性を示した。高炭素濃度膜は半値幅が４６３０アーク秒（arc sec）程度の値となり、結晶性が低下していることが明らかとなった。炭素濃度傾斜膜は、半値幅が２９５０アーク秒（arc sec）となり、良好な結晶性を有していることが明らかとなった。このように、炭素濃度が高い第１の層と炭素濃度が低い第２の層とを積層して炭素濃度傾斜膜とすることにより、高抵抗で且つ結晶性の優れたバッファ層が得られる。
【００３５】
図４は、炭素濃度が高い第１の層の膜厚と、バッファ層の面内における平均のシート抵抗及び結晶性との関係を示している。第１の層の膜厚が５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲では、バッファ層のシート抵抗（Ｒｓ）はほとんど変化していない。また、ロッキングカーブにおけるＴｗｉｓｔ成分（（１０−１１）回折）の半値幅及びＴｉｌｔ成分（（０００２）回折）の半値幅もほとんど変化していない。しかし、第１の層の膜厚が４０ｎｍの場合には、クラックが発生した。これは、炭素濃度が高く結晶性が低い第１の層の膜厚を厚くすると、結晶成長後の降温の際にクラックが発生しやすくなることを意味している。従って、第１の層の膜厚は４０ｎｍ未満とすることが好ましい。
【００３６】
図５は、バッファ層のシート抵抗と２．５ＧＨｚ及び２５ＧＨｚにおける伝送損失との関係を示している。図５に示すようにいずれの周波数においてもバッファ層のシート抵抗を高くすることにより伝送損失を低減することができる。このように、半導体装置のバッファ層を、炭素濃度が高い第１の層と炭素濃度が低い第２の層とを積層した炭素濃度傾斜膜とすることにより、伝送損失を低減した高性能の半導体装置を実現できる。また、バッファ層の結晶性が高いため、バッファ層の上に形成する能動層の欠陥を低減したり、クラックの発生を抑えたりすることもできる。
【００３７】
炭素濃度が高い第１の層を、成膜温度を比較的低くすることにより形成する例を示したが、第１の層を成膜する際に、通常のIII族原料及びＶ族原料に加えて炭素供給源となる炭素材料を積極的に添加することにより炭素濃度を高くしてもよい。炭素材料は、III族元素を含まず炭素を含む材料とすればよく、例えばメタン、エタン又はプロパン等の炭化水素系のガスを用いればよい。また、四臭化水素（ＣＢｒ4）を用いてもよい。炭素材料を添加する場合には、第１の層の成膜温度を比較的高温としても、炭素濃度を高くすることができる。このため、成膜温度を１１００℃程度としてもよい。また、原料ガス中のIII族元素に対するＶ族元素の比率（Ｖ／III比）を小さくすることによって、炭素濃度が高い第１の層を形成してもよい。
【００３８】
第１の層の炭素濃度は高いほど、シート抵抗を高くすることができる。しかし、第１の層の炭素濃度が高くなりすぎると、第２の層においても炭素濃度が非常に高くなり、バッファ層の結晶性が低下するおそれがある。一方、炭素濃度が低すぎるとシート抵抗が低下してしまう。このため、第１の層と第２の層との界面近傍における炭素濃度を１×１０19原子／ｃｍ3以上且つ１×１０21原子／ｃｍ3以下とすることが好ましい。
【００３９】
緩衝層１３１は、膜厚が５００ｎｍ程度の一般式がＡｌxＧａ1-xＮ（但し、０≦ｘ≦１）で表される化合物からなる単層膜とすればよい。また、ＡｌxＧａ(1-x)ＮとＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（（但し、０≦ｘ＜ｙ、ｘ＜ｙ≦１である。）とが交互に積層された超格子膜としてもよい。また、単層膜と超格子膜とを組み合わせてもよい。緩衝層１３１は必要に応じて設ければよく、緩衝層１３１を設けることにより、シリコン基板の反りを低減する効果及び窒化物半導体層にクラックが発生しにくくなるという効果が得られる。緩衝層１３１の膜厚が厚いほど、緩衝層１３１の上に形成する窒化物半導体層の結晶性を高くすることができる。また、半導体装置の耐圧を向上させることができる。しかし、緩衝層１３１の膜厚が厚くなりすぎるとクラックが発生しやすくなる。
【００４０】
電子走行層１３２は、例えば膜厚が２μｍのアンドープのＧａＮとすればよい。但し、アンドープとは意図的に不純物を導入していないことをいう。電子走行層１３２は、炭素原子等のキャリアをトラップする不純物の混入が少ないことが好ましい。ＭＯＣＶＤ法により電子走行層１３２を形成する場合には、成膜温度を１０５０℃程度とすればよい。
【００４１】
電子供給層１３３は、電子走行層１３２と比べてバンドギャップが大きく、電子走行層１３２における電子供給層１３３との界面近傍に２ＤＥＧ層を形成できる材料であればよい。例えば、電子走行層１３２がアンドープのＧａＮの場合には、電子供給層１３３を膜厚が５０ｎｍのアンドープのＡｌＧａＮとすれば、自発分極及びピエゾ分極により２ＤＥＧ層を形成できる。ＭＯＣＶＤ法により電子供給層１３３を形成する場合には、成膜温度を１１００℃程度とすればよい。
【００４２】
ソース電極１０５及びドレイン電極１０７は、接している半導体層とオーミックオーミック接合していればよく、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層構造とすればよい。ゲート電極１０６は、接している半導体層とショットキー接合していればよく、例えばニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）の積層構造とすればよい。ソース電極１０５、ドレイン電極１０７及びゲート電極１０６は、電子線（ＥＢ）蒸着法及びリフトオフ法等により形成すればよい。
【００４３】
ソース電極１０５及びドレイン電極１０７を動作させると、２ＤＥＧ層からなるチャネル中を電子が高速に走行し、ドレイン電流が流れる。ゲート電極１０６の電圧を制御することによりゲート電極１０６の直下において空乏層を制御し、ドレイン電流を制御することができる。
【００４４】
ＨＥＭＴに代えて、図６に示すようにゲート電極１０６と電子供給層１３３との間にゲート絶縁膜１４１を設けたＭＩＳ（金属−絶縁膜−半導体接合）型の電界効果トランジスタとしてもよい。ゲート絶縁膜１４１はシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等とすればよい。ＭＩＳ型のトランジスタはＨＥＭＴと比べて相互コンダクタンスを高くしつつ、シートキャリア濃度を高くすることが容易であるという利点を有する。
【００４５】
また、図７に示すようにゲート電極１０６と電子供給層１３３との間に、ｐ型のＧａＮからなるコントロール層１５１及びコンタクト層１５２を設けてもよい。この場合、ゲート電極１０６は、ｐ型のコンタクト層１５２とオーミック接合を形成するようにする。コンタクト層１５２は、ゲート電極１０６とのオーミック接合が形成しやすいようにコントロール層１５１よりもｐ型不純物の濃度が高い層とすればよい。
【００４６】
コントロール層１５１及びコンタクト層１５２は、電子供給層１３３の上にｐ型ＧａＮ層及び高濃度ｐ型ＧａＮ層を形成した後、ｐ型ＧａＮ層及び高濃度ｐ型ＧａＮ層を選択的にドライエッチングして形成すればよい。ドライエッチングを行った場合には、半導体層の表面を覆う絶縁膜１５３を形成することが好ましい。
【００４７】
図８は、ゲート領域における電子走行層１３２、電子供給層１３３及びコントロール層１５１のエネルギーバンドを示している。電子走行層１３２と電子供給層１３３との界面では、自発分極及びピエゾ分極により生じた電荷のために、エネルギーバンドに溝が形成されている。しかし、ゲート領域には、コントロール層１５１が存在するため、電子走行層１３２及び電子供給層１３３のエネルギーレベルが引き上げられる。従って、電子走行層１３２と電子供給層１３３との界面における伝導帯の溝がフェルミレベルよりも高い位置となる。その結果、ゲート電極にバイアスが印加していない状態では、ゲート領域に２ＤＥＧ層が発生せず、ノーマリオフ状態となる。一方、ゲート領域以外においては、コントロール層１５１が存在しないため、図９に示すように２ＤＥＧ層が形成される。以上の特性により、図７に示す半導体装置はゲート電極に正のバイアスを印加することにより、ソース−ドレイン間に大電流を流すことが可能となる。
【００４８】
本実施形態の窒化物半導体装置は、シリコン基板とバッファ層との界面が高抵抗化されており、伝送損失が小さい。このため、図５に示すように最大動作周波数（ｆmax）が２．５ＧＨｚ以上、さらには２５ＧＨｚ以上の窒化物半導体装置を容易に実現することができる。
【００４９】
本実施形態においては、窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法により形成する例を示したが、高品質の窒化物半導体層が形成できればどの様な方法を用いてもよい。例えば、ＭＯＣＶＤ法に代えて、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）又はハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法等を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、優れた高周波特性を有する半導体装置を実現でき、シリコン基板の上に形成された窒化物半導体装置及びその製造方法等として有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１      シリコン基板
１０２      バッファ層
１０３      能動層
１０５      ソース電極
１０６      ゲート電極
１０７      ドレイン電極
１２１      第１の層
１２２      第２の層
１３１      緩衝層
１３２      電子走行層
１３３      電子供給層
１４１      ゲート絶縁膜
１５１      コントロール層
１５２      コンタクト層
１５３      絶縁膜
【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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