(57)【要約】【課題】  高耐圧化とカレントコラプス現象の低減ないしは解消との両立を可能とした窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法ならびに電界効果型トランジスタ素子を提供する。【解決手段】  基板１と、前記基板１の上に形成された第１の窒化物半導体層３と、前記第１の窒化物半導体層３の上に形成された、前記第１の窒化物半導体層３よりも電子親和力の小さい第２の窒化物半導体層５とを有し、前記第１の窒化物半導体層３には、その表面から深さ方向に、近似式；ＮＦｅ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｂ×Ｃ）、（ＮＦｅ：第１の窒化物半導体層における鉄濃度、Ａ：１Ｅ１４〜１Ｅ１７［ｃｍ−３］、Ｂ：３〜８［μｍ−１］、Ｃ：第１の窒化物半導体層における表面からの深さ）によって表わされる深さ方向プロファイルで鉄がドーピングされており、かつ前記第１の窒化物半導体層の表面側には、前記鉄の濃度よりも高い濃度でシリコンをドーピングしてなるシリコンドーピング領域４が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体を成長させるためのベースとなる基板と、前記基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層の上に形成された、前記第１の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第２の窒化物半導体層とを有する窒化物半導体エピタキシャルウェハであって、
前記第１の窒化物半導体層には、その表面から深さ方向に、下記の近似式；
ＮＦｅ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｂ×Ｃ）
ここに、
ＮＦｅ：第１の窒化物半導体層における鉄濃度
Ａ：１Ｅ１４〜１Ｅ１７［ｃｍ−３］
Ｂ：３〜８［μｍ−１］の範囲内の係数
Ｃ：第１の窒化物半導体層における表面からの深さ［μｍ］
によって表わされる深さ方向プロファイルで、鉄（Ｆｅ）がドーピングされており、
かつ前記第１の窒化物半導体層の表面側には、シリコン（Ｓｉ）をドーピングしてなるシリコンドーピング領域が設けられ、当該シリコンドーピング領域では、シリコン（Ｓｉ）の濃度が鉄（Ｆｅ）の濃度よりも高い
ことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
請求項１記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
前記第１の窒化物半導体層が、窒化ガリウムを主材料としてなるものであり、
前記第２の窒化物半導体層が、窒化アルミニウムガリウムを主材料としてなるものである
ことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
請求項１または２記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に、窒化アルミニウムからなる核生成層が設けられている
ことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちいずれか１つの項に記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
前記第１の窒化物半導体層の全膜厚は、１．０μｍ以上４．０μｍ以下であり、
前記鉄がドーピングされた領域の厚さは、０．１μｍ以上０．５μｍ以下であり、
前記シリコンドーピング領域は、前記第１の窒化物半導体層の表面からの深さが０．５μｍよりも浅い領域に形成されている
ことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
基板の表面上に、核生成層を形成する工程と、
前記核生成層が形成された前記基板上に、第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層の上に、前記第１の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第２の窒化物半導体層を形成する工程と、を有する窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法であって、
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程は、鉄（Ｆｅ）ドーパントを供給しながら窒化物半導体を成長させる第１の工程と、前記鉄（Ｆｅ）ドーパントの供給を停止した状態で窒化物半導体を成長させる第２の工程と、前記第２の工程中または工程後に、シリコン（Ｓｉ）ドーパントを供給しながら窒化物半導体を成長させる第３の工程とを含んでおり、
かつ前記シリコン（Ｓｉ）ドーパントを供給しながら窒化物半導体を成長してなるシリコンドーピング領域に不純物濃度として含まれる鉄（Ｆｅ）の濃度よりもシリコンの濃度
の方が高くなるようにする
ことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のうちいずれか１つの項に記載の窒化物半導体エピタキシャルウェハを用い、当該窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける前記第２の窒化物半導体層の直上に、または前記第２の窒化物半導体層の上に中間層を設けて当該中間層の上に、ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を設けてなる
ことを特徴とする電界効果型トランジスタ素子。
【請求項７】
請求項６記載の電界効果型トランジスタ素子において、
前記中間層における、少なくとも前記第２の窒化物半導体層とソース電極との間またはドレイン電極との間の材質が、窒化ガリウムを主材料としてなるものである
ことを特徴とする電界効果型トランジスタ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法ならびに電界効果型トランジスタ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）などからなる窒化物半導体は、そのIII族元素の組成比を制御することにより、紫外から可視光の
大部分の波長領域をカバーすることのできる革新的な高効率発光デバイス用の材料として開発が進められ、実用化もされている。
また、窒化物半導体は、高い飽和電子速度と高い絶縁破壊耐圧とを有していることから、将来的には高周波領域において、従前の電子デバイスとは桁違いの高効率・高出力を実現することができるポテンシャルを秘めており、言うなれば夢のデバイス用材料としての応用も期待されている。
【０００３】
従来の電界効果型トランジスタ素子の構造では、一般に、その構造中に何らかのリークパスが存在すると、ゲート電極を閉じた際に、電極間に漏洩電流が生じて、その素子の耐圧が著しく低下することとなる。
リークパスは、通常、素子の構造中における電子親和力の大きい層に発生しやすい傾向にある。
このため、より具体的には、例えば電子親和力が元々高めな層中にバックグラウンドとして微少量混入した不純物やその層中に含まれる原子空孔などが導電性キャリアを放出することに起因して、その層の一部もしくは全体が、リークパスになることがある。
電界効果型トランジスタ素子用の窒化物半導体エピタキシャルウェハでは一般に、窒化ガリウムからなる層が、電子親和力の大きい層に相当し、この層にリークパスが発生する虞がある。
【０００４】
この窒化ガリウムからなる層におけるリークパスの発生を抑止するために、一般に用いられる手法が、窒化ガリウムからなる層への鉄（Ｆｅ）のドーピングである。
一般に、化合物半導体に遷移元素をドーピングすると、その化合物半導体は高抵抗化する。これは、ドーピングされた遷移元素が化合物半導体のバンドギャップ中に深いトラップ準位を形成して、フリーキャリアをトラップすることによる。例えば窒化ガリウム系あるいはリン化インジウム系の化合物半導体層では、その化合物半導体層を高抵抗化するためのドーパント用の遷移元素として、上記のように鉄（Ｆｅ）が用いられる。
このように、窒化ガリウム系のような電子親和力の大きい材質からなる化合物半導体層に鉄をドーピングすることにより、リークパスの発生が抑制されて、その化合物半導体層を含んだ構造の電子デバイスの耐圧を向上させることができる（以上、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような電子親和力の大きい窒化ガリウムからなる化合物半導体層に鉄をドーピングすると、導電性が低下してしまう。
特に窒化物トランジスタでは、チャネル領域を走行するキャリアが、窒化物半導体層に混入された鉄によって生じたトラッピング準位に捕獲されることで、高周波動作時にドレイン電流が大幅に減少するという、いわゆるカレントコラプス現象が発生することが指摘されている。
すなわち、鉄のような遷移元素を窒化ガリウムからなる層にドーピングすると、その遷移元素が化合物半導体のバンドギャップ中に深いトラップ準位を形成する。このため、トランジスタ素子としての動作に直接寄与しない部分については、鉄がドーピングされていた方が、耐圧の点で好ましい。しかしその反面、トランジスタ素子としての動作上、最も重要なチャネル領域の部分については、鉄が混入していると、導電性が低下する。
【０００７】
高耐圧化と、カレントコラプス現象の低減ないしは解消との、両方を達成するための方策としては、電子親和力の大きい窒化ガリウムからなる化合物半導体層の大部分に鉄をドーピングする一方、その化合物半導体層の少なくともチャネル領域における、化合物半導体層の表面側から深さ０．５μｍ程度もしくはそれよりも浅い部分までは、鉄は敢えてドーピングしないようにすればよい、とも考えられる。
【０００８】
ところが、このような方策は、実際には、実現が極めて困難である。
窒化ガリウム中に鉄をドーピングするためには、ビスシクロペンタジエニル鉄（Ｃｐ２Ｆｅ）という有機金属が用いられるが、このビスシクロペンタジエニル鉄は、メモリー効果が強力であるという特質を有している。
例えば、高耐圧化を図るために、電子親和力の大きい窒化ガリウムに対して、その表面側から０．５μｍもしくはそれよりも深い領域のみに鉄をドーピングしたつもりであっても、メモリー効果に因って、ドーピング用ガス導入のための配管内等に残留したビスシクロペンタジエニル鉄が、徐々にリアクタ内へと流れ込み続ける。
このため、意図しない、表面側からの深さが０．５μｍ、もしくはそれより薄い領域にまで、鉄（Ｆｅ）が混入して、その部分、つまりチャネル領域を含んだ部分が、鉄の混入に因って高抵抗化してしまう。
【０００９】
このように、従来の技術では、窒化ガリウムのような窒化物からなる半導体層にチャネル領域を形成してなる窒化物半導体エピタキシャルウェハや、それを用いて作製された電界効果型トランジスタ素子では、高耐圧化とカレントコラプス現象の低減ないしは解消とを両立することは、極めて困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みて成されたもので、その目的は、高耐圧化とカレントコラプス現象の低減ないしは解消との両立を可能とした窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法ならびに電界効果型トランジスタ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の窒化物半導体エピタキシャルウェハは、窒化物半導体を成長させるためのベースとなる基板と、前記基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層の上に形成された、前記第１の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第２の窒化物半導体層とを有する窒化物半導体エピタキシャルウェハであって、前記第１の窒化物半導体層には、その表面から深さ方向に、下記の近似式；
ＮＦｅ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｂ×Ｃ）
ここに、
ＮＦｅ：第１の窒化物半導体層における鉄濃度
Ａ：１Ｅ１４（１×１０１４）〜１Ｅ１７（１×１０１７）［ｃｍ−３］
Ｂ：３〜８［μｍ−１］の範囲内の係数
Ｃ：第１の窒化物半導体層における表面からの深さ［μｍ］
によって表わされる深さ方向プロファイルで、鉄（Ｆｅ）がドーピングされており、かつ
前記第１の窒化物半導体層の表面側には、シリコン（Ｓｉ）をドーピングしてなるシリコンドーピング領域が設けられ、当該シリコンドーピング領域では、シリコン（Ｓｉ）の濃度が鉄（Ｆｅ）の濃度よりも高いことを特徴としている。
本発明の窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法は、基板の表面上に、核生成層を形成する工程と、前記核生成層が形成された前記基板上に、第１の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物半導体層の上に、前記第１の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第２の窒化物半導体層を形成する工程と、を有する窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法であって、前記第１の窒化物半導体層を形成する工程は、鉄（Ｆｅ）ドーパントを供給しながら窒化物半導体を成長させる第１の工程と、前記鉄（Ｆｅ）ドーパントの供給を停止した状態で窒化物半導体を成長させる第２の工程と、前記第２の工程中または工程後に、シリコン（Ｓｉ）ドーパントを供給しながら窒化物半導体を成長させる第３の工程とを含んでおり、かつ前記シリコン（Ｓｉ）ドーパントを供給しながら窒化物半導体を成長してなるシリコンドーピング領域に不純物濃度として含まれる鉄（Ｆｅ）の濃度よりもシリコンの濃度の方が高くなるようにすることを特徴としている。
本発明の電界効果型トランジスタ素子は、上記の窒化物半導体エピタキシャルウェハを用い、当該窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける前記第２の窒化物半導体層の直上に、または前記第２の窒化物半導体層の上に中間層を設けて当該中間層の上に、ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を設けてなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高耐圧化とカレントコラプス現象の低減ないしは解消との両立を可能とした窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法ならびに電界効果型トランジスタ素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハを用いて作製された電界効果型トランジスタ素子の主要部の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る電界効果型トランジスタ素子における、鉄のドーピング濃度ＮＦｅの好適な数値的態様を求める式に用いられる係数Ａとリーク電流との関係を調べた実験結果の曲線、および鉄のドーピング濃度ＮＦｅの好適な数値的態様を求める式に用いられる係数Ａと電子移動度との関係を調べた実験結果の曲線を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る電界効果型トランジスタ素子における、鉄のドーピング濃度ＮＦｅの好適な数値的態様を求める式に用いられる係数Ｂとリーク電流との関係を調べた実験結果の曲線、および鉄のドーピング濃度ＮＦｅの好適な数値的態様を求める式に用いられる係数Ｂと電子移動度との関係を調べた実験結果の曲線を示す図である。
【図４】本発明の実施例に係る電界効果型トランジスタ素子と、従来の一般的な電界効果型トランジスタ素子とについて、それぞれＤＣ駆動時のドレイン電流値とＲＦ駆動時のドレイン電流値とでの乖離を調べた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法ならびに電界効果型トランジスタ素子について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハを用いて作製される電界効果型トランジスタ素子の主要部の構成を示す図である。
ここで、本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ素子は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハに種々のプロセスを施して個々の半導体素子チップとしたものを、その主要な構成要素として含んで作製されるものである。従って、本実施の形態の説明では、いわゆる二重記載となる煩雑さ等を回避するために、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハを用いて作製される電界効果型トラ
ンジスタ素子を中心として説明することで、その中に窒化物半導体エピタキシャルウェハについての説明も含めるものとする。
【００１６】
この電界効果型トランジスタ素子は、基板１と、核生成層２と第１の窒化物半導体層３と、シリコンドーピング領域４と、第２の窒化物半導体層５と、中間層６と、ソース電極７と、ドレイン電極８と、ゲート電極９とを、その主要部として備えている。
【００１７】
基板１は、窒化物半導体を成長させるためのベースとなる基板である。この基板１としては、例えば、ポリタイプ４Ｈまたはポリタイプ６Ｈのような炭化珪素基板を用いることが可能である。
【００１８】
基板１の表面に、核生成層２が形成されている。この核生成層２は、例えばアンドープの窒化アルミニウムからなるものとすることが望ましい。
【００１９】
第１の窒化物半導体層３は、核生成層２を成長の核として、その核生成層２を含めて基板１の上に、例えばＭＯＶＰＥ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置を用
いて、窒化ガリウムのような窒化物半導体を成長させることで形成されるものである。この第１の窒化物半導体層３は、窒化ガリウムを主材料としてなるものとすることが望ましい。
この第１の窒化物半導体層３における下層部分、つまり少なくとも基板１との界面付近の所定の深さ領域においては、その表面からの深さをＣ［μｍ］、係数Ａを１Ｅ１４〜１Ｅ１７［ｃｍ−３］の範囲内の値、係数Ｂを３〜８［μｍ−１］の範囲内の値とすると、鉄の濃度（ＮＦｅ）が、ＮＦｅ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｂ×Ｃ）［ｃｍ−３］であるように設定されている。
また、この第１の窒化物半導体層３における上層部分、つまりこの第１の窒化物半導体層３の表面（第２の窒化物半導体層５との界面）から下の、所定の深さ領域には、シリコン（Ｓｉ）がドーピングされて、シリコンドーピング領域４が形成されている。このシリコンドーピング領域４におけるシリコン濃度（ＮＳｉ）は、このシリコンドーピング領域４における鉄の濃度（ＮＦｅ）よりも高い値となっている（ＮＳｉ＞ＮＦｅ）。
【００２０】
第１の窒化物半導体層３の上には、電子親和力が第１の窒化物半導体層３のそれよりも小さい、第２の窒化物半導体層５が形成されている。この第２の窒化物半導体層は、例えば窒化アルミニウムガリウムを主材料としてなるものとすることが望ましい。
【００２１】
上記の、第１の窒化物半導体層３の全膜厚は、１．０μｍ以上４．０μｍ以下とすることが望ましい。
また、第１の窒化物半導体層３における、鉄がドーピングされた領域の厚さは、０．１μｍ以上０．５μｍ以下とすることが望ましい。
また、シリコンドーピング領域４は、第１の窒化物半導体層３の表面からの深さが０．５μｍよりも浅い領域に形成することが望ましい。
【００２２】
このように主要部が構成された本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ素子は、次のようにして製造される。
【００２３】
まず、基板１を用意し、その表面上に、例えばＭＯＶＰＥ装置を用いて、核生成層２を形成する。
【００２４】
続いて、例えばＭＯＶＰＥ装置を用いて、核生成層２を含めて基板１の上に、第１の窒化物半導体層３を形成する。
このとき、第１の工程として、例えばＭＯＶＰＥ装置を用いて、鉄ドーパントを供給し
ながら、窒化ガリウムのような窒化物半導体を成長させる。
このとき、成長する窒化物半導体における鉄の濃度（ＮＦｅ）が、ＮＦｅ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｂ×Ｃ）［ｃｍ−３］となるように、フロー等の各種プロセス条件を設定する。
【００２５】
続いて、第２の工程として、例えばＭＯＶＰＥ装置を用いて、鉄ドーパントの供給を停止した状態で、窒化物半導体を成長させる。
【００２６】
続いて、もしくは第２の工程の途中から、第３の工程として、例えばＭＯＶＰＥ装置を用いて、シリコンドーパントを供給しながら、窒化物半導体を成長させることで、その部分をシリコンドーピング領域４とする。
このとき、シリコンをドーピングされつつ成長する窒化物半導体（つまりシリコンドーピング領域４）におけるシリコンの濃度（ＮＳｉ）が、シリコンをドーピングされつつ成長する窒化物半導体（つまりシリコンドーピング領域４）における鉄の濃度（ＮＦｅ）よりも高い値となる（ＮＳｉ＞ＮＦｅ）ように、フロー等の各種プロセス条件を設定する。
続いて、例えばＭＯＶＰＥ装置を用いて、第１の窒化物半導体層３の上（つまりシリコンドーピング領域４の上）に、第１の窒化物半導体層３よりも電子親和力の小さい、例えば窒化アルミニウムガリウムを主材料としてなる第２の窒化物半導体層５を形成する。
【００２７】
このようにして、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハの主要部が完成する。
これらの各層の成長プロセスは、同一のＭＯＶＰＥ装置のような製造装置を用いて引き続き行うようにする。このようにすることにより、この電界効果型トランジスタ素子に用いられる窒化物半導体エピタキシャルウェハの生産能率を、より高いものとすることができる。
【００２８】
その後、上記の窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける、中間層６の表面上の所定位置ごとに、ソース電極７、ドレイン電極８、ゲート電極９を形成し、ダイシング加工等を施して個々の半導体素子チップとすることで、本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ素子の主要部が完成する。
【００２９】
本発明の実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法ならびに電界効果型トランジスタ素子では、第２の窒化物半導体層５の直下に位置している、第１の窒化物半導体層３の表面付近から所定の深さに亘る領域に、シリコンドーピング領域４を設けるようにしたことにより、それら第１の窒化物半導体層３および第２の窒化物半導体層５ならびにシリコンドーピング領域４等を有する窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびそれを用いて製造される電界効果型トランジスタ素子における、高耐圧化と、カレントコラプス現象の低減ないしは解消との、両立が可能となる。
【００３０】
すなわち、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法ならびに電界効果型トランジスタ素子では、電子親和力の大きい窒化ガリウムのような窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層３の大部分の領域に鉄（Ｆｅ）をドーピングすることで、トランジスタ素子としての高耐圧化を実現するようにしている。
そして、さらには、第１の窒化物半導体層３の表面付近から所定の深さに亘る領域に、鉄の濃度よりも高い濃度でシリコン（Ｓｉ）をドーピングして、シリコンドーピング領域４を設けるようにしたことで、カレントコラプス現象の低減ないしは解消を可能としている。
【００３１】
そのシリコンドーピング領域４は、次のように機能する。
シリコン（Ｓｉ）は、窒化ガリウムのような窒化物半導体中で、ｎ型不純物となり、浅いドナー準位を形成する。そのドナー準位から放出される電子は、鉄が作る深いトラッピ
ング準位に捕獲される。すると、その鉄のトラッピング準位は電子で満たされた状態となるので、その鉄のトラッピング準位には、それ以上はキャリアが捕獲されなくなる。よって、チャネルを走行するキャリアは、第１の窒化物半導体層３を主体とした鉄のトラッピング準位に捕獲されることから免れることとなる。このようにして、従来技術においては第１の窒化物半導体層３中にドーピングされた鉄に起因して生じていたカレントコラプス現象を、飛躍的に減少ないしは解消することが可能となるのである。
【００３２】
ここで、シリコンドーピング領域４を形成するための、望ましくは表面から０．５μｍの深さまでの領域へのシリコン（Ｓｉ）のドーピングは、モノシラン（mono silane；Ｓ
ｉＨ４）を用いて行うようにすることが好ましい。これは、モノシランはプロセス条件設定の制御を簡易に行うことが可能な原料ガスであり、また第１の窒化物半導体層３中へのドーピング深度や濃度等を極めて高精度に制御することが可能なものだからである。
そして、これは換言すれば、モノシランのようなシリコン（Ｓｉ）ドーピングの際の制御が容易な原料ガスを用いることと相まって、本発明の実施の形態に係る技術によれば、第１の窒化物半導体層３中における濃度コントロールが困難な鉄を第１の窒化物半導体層３中にドーピングしたことに起因して生じるカレントコラプスの問題を、濃度コントロールを簡易に行うことができるシリコンを用いたシリコンドーピングによって低減ないしは解消することができる、ということでもある。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態に係る本発明の実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法ならびに電界効果型トランジスタ素子によれば、第１の窒化物半導体層３には、その表面から深さ方向に、近似式；ＮＦｅ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｂ×Ｃ）（ここに、ＮＦｅ：第１の窒化物半導体層における鉄濃度、Ａ：１Ｅ１４〜１Ｅ１７［ｃｍ−３］の範囲内の係数、Ｂ：３〜８［μｍ−１］の範囲内の係数、Ｃ：第１の窒化物半導体層における表面からの深さ、によって表わされる深さ方向プロファイルで鉄（Ｆｅ）をドーピングし、かつ第１の窒化物半導体層３の表面側には、鉄（Ｆｅ）の濃度よりも高い濃度でシリコン（Ｓｉ）をドーピングしてなるシリコンドーピング領域４を設けるようにしたので、高耐圧化とカレントコラプス現象の低減ないしは解消との両立が可能となる。
【実施例】
【００３４】
上記の実施の形態で説明した構成を主要部として備えた電界効果型トランジスタ素子を作製した。
【００３５】
基板１として、ポリタイプ４Ｈ（これはポリタイプ６Ｈでもよい）の炭化珪素基板を用意した。
そして、ＭＯＶＰＥ装置により、原料としてアンモニアガスとＴＭＡ（Tri Methyl Aluminum）を用いて、基板１の表面上に、膜厚１５０ｎｍのアンドープ窒化アルミニウムか
らなる核生成層２を形成した。その窒化アルミニウム層を形成する際の反応温度は、最も好ましいプロセス条件に相当する１２００℃とした。
【００３６】
引き続いて、同一のＭＯＶＰＥ装置を使用すると共に、アンモニアガスとＴＭＧ（Tri Methyl Gallium）を用いて、核生成層２の上に全膜厚が２０００ｎｍの窒化ガリウム層（これが完成して第１の窒化物半導体層３になる）を形成した。その形成プロセスにおける反応温度は、１０２０℃に設定した。
この窒化ガリウム層の成長時、基板との界面付近の４００ｎｍ相当の部分の形成の際には、同時に鉄（Ｆｅ）原料としてビスシクロペンタジエニル鉄（bis cyclopentadienyl iron；Ｃｐ２Ｆｅ）を用いて、意図的に鉄のドーピングを行った。その４００ｎｍ相当の
部分の形成が完了した後も、メモリー効果によって、それ以降に形成される窒化ガリウム層に鉄が自動的にドーピングされ続けるが、その鉄の濃度ＮＦｅを、そのとき形成される
窒化ガリウム層の厚さＣ［μｍ］に対して、  
ＮＦｅ＝２．０Ｅ１５×ｅｘｐ（３．５×Ｃ）［ｃｍ−３］  
となるように、それ以前の意図的なドーピングのフローを調節した。
【００３７】
引き続き、窒化ガリウム層を成長させて行くが、目標とする厚さのうち、つまり第１の窒化物半導体層３の全膜厚のうちの、表面付近の厚さ１００ｎｍ相当の部分の形成の際には、同時にシリコン（Ｓｉ）原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）を用いて、シリコンのドーピングを行うことで、その厚さ１００ｎｍ相当の部分を、シリコンドーピング領域４とした。その際の、シリコンのドーピング濃度（ＮＳｉ）は、ＮＳｉ=２Ｅ１６［ｃｍ−３
］とした。
【００３８】
このようにして第１の窒化物半導体層３を形成した後、引き続いて、同一のＭＯＶＰＥ装置を使用すると共に、アンモニアガスとＴＭＡおよびＴＭＧを用いて、第１の窒化物半導体層３の上に、膜厚３０ｎｍの窒化アルミニウムガリウム供給層である第２の窒化物半導体層５を形成した。
【００３９】
引き続いて、同一のＭＯＶＰＥ装置を使用すると共に、アンモニアガスとＴＭＧを用いて、第２の窒化物半導体層５の上に、膜厚８ｎｍの窒化ガリウムからなる中間層６を形成した。
【００４０】
このようにして、本発明の実施例に係る窒化物半導体エピタキシャルウェハを作製した。
その後、一般的な金属膜形成プロセスおよびフォトリソグラフィプロセスを用いて、中間層６の表面上の所定位置に、ソース電極７、ドレイン電極８、ゲート電極９を形成し、本発明の実施例に係る電界効果型トランジスタ素子の主要部を完成した。
【００４１】
図２は、上記のようにして形成された本発明の実施例に係る電界効果型トランジスタ素子における、鉄のドーピング濃度ＮＦｅの好適な数値的態様を求める式に用いられる係数Ａとリーク電流との関係を調べた実験結果の曲線、および鉄のドーピング濃度ＮＦｅの好適な数値的態様を求める式に用いられる係数Ａと電子移動度との関係を調べた実験結果の曲線を示す図である。
【００４２】
係数Ａとリーク電流との関係を調べた実験結果の曲線１１から、係数Ａが１．０Ｅ１４よりも小さいと、第１の窒化物半導体層３の表面付近における鉄の濃度が低すぎて、リークパスが発生し、リーク電流が１．０Ｅ−０５（１．０×１０−５）以上になって、耐圧が悪化する。この点からすると、係数Ａは、１．０Ｅ１４以上であることが望ましい。
他方、係数Ａと電子移動度との関係を調べた実験結果の曲線１２から、係数Ａが１．０Ｅ１７よりも大きいと、チャネル領域における電子移動度が急峻に低下して、トランジスタ素子としての動作特性が悪化する。
このような実験結果から、係数Ａの値としては、１．０Ｅ１４以上１．０Ｅ１７以下であることが望ましいという結論を得た。
【００４３】
図３は、上記のようにして形成された本発明の実施例に係る電界効果型トランジスタ素子における、鉄のドーピング濃度ＮＦｅの好適な数値的態様を求める式に用いられる係数Ｂとリーク電流との関係を調べた実験結果の曲線、および鉄のドーピング濃度ＮＦｅの好適な数値的態様を求める式に用いられる係数Ｂと電子移動度との関係を調べた実験結果の曲線を示す図である。
【００４４】
係数Ｂとリーク電流との関係を調べた実験結果の曲線１３から、係数Ｂが３よりも小さいと、第１の窒化物半導体層３の表面付近における鉄の濃度が低すぎて、リークパスが発
生し、リーク電流が１．０Ｅ−０５以上になって、耐圧が悪化する。この点からすると、係数Ｂは、３以上であることが望ましい。
他方、係数Ｂと電子移動度との関係を調べた実験結果の曲線１４から、係数Ｂが８よりも大きいと、チャネル領域における電子移動度が低くなって、トランジスタ素子としての動作特性が悪化する。
このような実験結果から、係数Ｂの値としては、３以上８以下であることが望ましいという結論を得た。
【００４５】
図４は、上記のようにして形成された本発明の実施例に係る電界効果型トランジスタ素子と、従来の一般的な電界効果型トランジスタ素子とについて、それぞれＤＣ駆動時のドレイン電流値とＲＦ駆動時のドレイン電流値とでの乖離を調べた結果を示す図である。一般に、ＤＣ駆動時とＲＦ駆動時とでのドレイン電流値の乖離が大きいほど、カレントコラプスの発生が顕著なものとなる傾向にある。
この図４に示した実験結果から、本発明の実施例に係る電界効果型トランジスタ素子では、ＤＣ駆動時とＲＦ駆動時とでのドレイン電流値の乖離が、従来技術に係るものの場合と比較して、顕著に微少化していることが確認された。よって、本発明の実施例に係る電界効果型トランジスタ素子では、従来技術の場合と比較して、カレントコラプスを極めて効果的に低減ないしは解消することが可能であることが確認された。
【００４６】
なお、シリコンドーピング領域４におけるシリコンのドーピング濃度（ＮＳｉ）は、１．５Ｅ１６［ｃｍ−３］以上１．５Ｅ１８［ｃｍ−３］以下とすることが望ましい。特に、その上限に関しては、１．５Ｅ１８［ｃｍ−３］を超えた濃度にまでドーピングすると、移動度の低下が生じやすくなるので、この点から、上限値を１．５Ｅ１８［ｃｍ−３］とすることが望ましい。
また、シリコンドーピング領域４の厚さの好適な数値的態様としては、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが望ましい。さらに望ましくは、８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００４７】
なお、上記の実施の形態および各実施例では、シリコンドーピング領域４を単層とした場合について説明したが、これのみには限定されない。シリコンドーピング領域４は、複数層に分けて形成してもよい。
また、シリコンドーピング領域４におけるシリコン（Ｓｉ）の濃度は、第１の窒化物半導体層３への鉄のドーピングに起因して生じるカレントコラプスの程度の多寡に応じて、上記の好適な数値範囲内で、適宜にその数値の設定を変更することが可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４８】
１    基板
２    核生成層
３    第１の窒化物半導体層
４    シリコンドーピング領域
５    第２の窒化物半導体層
６    中間層
７    ソース電極
８    ドレイン電極
９    ゲート電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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