(57)【要約】【課題】ノーマリオフ特性を実現する高電子移動度トランジスタを提供する。【解決手段】チャネル層２５が第１のバリア層２７上に設けられると共に第１のバリア層２７と第１のヘテロ接合３３を成す。また、チャネル層２５は圧縮歪みを内包して、チャネル層２５のピエゾ電界ＰＺＣ２は支持基体１３から第１のバリア層２７への方向に向く。第１のヘテロ接合３３がIII族窒化物領域２３のｃ軸方向に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角αで傾斜した基準軸ベクトルに垂直な平面に沿って延在するとき、ゲート電極１９直下におけるチャネル層２５におけるピエゾ電界ＰＺＣ２の大きさをｃ面上のトランジスタにおけるピエゾ電界の大きさに比べて小さくできて、有限な大きさのピエゾ電界を残しながらノーマリオフ特性が実現される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電子移動度トランジスタであって、
III族窒化物領域を含む自立の支持基体と、
前記III族窒化物半導体領域上に設けられた第１のIII族窒化物バリア層と、
前記第１のIII族窒化物バリア層上に設けられ、前記第１のIII族窒化物バリア層と第１のヘテロ接合を成すIII族窒化物チャネル層と、
前記第１のヘテロ接合に電界を及ぼすように前記III族窒化物チャネル層上に設けられたゲート電極と、
前記III族窒化物チャネル層及び前記第１のIII族窒化物バリア層上に設けられたソース電極と、
前記III族窒化物チャネル層及び前記第１のIII族窒化物バリア層上に設けられたドレイン電極と
を備え、
前記III族窒化物チャネル層は圧縮歪みを内包して、前記III族窒化物チャネル層のピエゾ電界は前記支持基体から前記第１のIII族窒化物バリア層への方向に向き、
前記第１のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する、ことを特徴とする高電子移動度トランジスタ。
【請求項２】
前記支持基体はIII族窒化物からなる、ことを特徴とする請求項１に記載された高電子移動度トランジスタ。
【請求項３】
前記第１のIII族窒化物バリア層のバンドギャップは前記III族窒化物チャネル層のバンドギャップより大きく、
前記第１のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層に圧縮応力を及ぼし、
前記III族窒化物チャネル層の材料はＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）からなり、
前記第１のIII族窒化物バリア層の材料はＩｎＹＡｌＺＧａ１−Ｙ−ＺＮ（０≦Ｙ＜１、０≦Ｚ≦１、０≦Ｙ＋Ｚ≦１）からなる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項４】
前記支持基体の前記主面は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下、又は１４０度以上１８０度未満の範囲の角度で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項５】
前記支持基体はＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項６】
前記第１のヘテロ接合の前記傾斜角は５０度以上８０度以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項７】
前記III族窒化物チャネル層がIII族構成元素としてＩｎを含む材料からなり、
前記第１のヘテロ接合の前記傾斜角は６３度以上８０度以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項８】
前記第１のヘテロ接合の前記傾斜角は７０度以上８０度以下である、ことを特徴とする請求項７に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項９】
前記前記第１のヘテロ接合の前記傾斜角は１４５度以上１７０度以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項１０】
前記第１のIII族窒化物バリア層と前記支持基体との間に設けられたアンドープＧａＮバッファ層を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項１１】
前記第１のIII族窒化物バリア層と前記支持基体との間に設けられたＧａＮバッファ層を更に備え、
前記バッファ層はｎ型不純物及びｐ型不純物を含み、
前記ｐ型不純物の濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上であり、
前記ｎ型不純物の濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項１２】
前記ｎ型不純物は酸素である、ことを特徴とする請求項１１に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項１３】
前記ｐ型不純物は、炭素、マグネシウム及び亜鉛の少なくともいずれか一つである、ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項１４】
前記支持基体は半絶縁性である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項１５】
前記支持基体は導電性である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項１６】
前記III族窒化物チャネル層と前記支持基体との間にＡｌＷＧａ１−ＷＮ（０＜Ｗ≦１）層を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項１７】
前記ゲート電極と前記III族窒化物チャネル層との間に設けられた第２のIII族窒化物バリア層を更に備え、
前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層と第２のヘテロ接合を成し、
前記第２のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する、ことを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項１８】
前記第２のIII族窒化物バリア層にはｎ型ドーパントが添加されている、ことを特徴とする請求項１７に記載された高電子移動度トランジスタ。
【請求項１９】
前記ゲート電極は前記III族窒化物チャネル層にショットキ接合を成す、ことを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項２０】
高電子移動度トランジスタのためのエピタキシャル基板であって、
III族窒化物領域を含む自立の基板と、
前記III族窒化物半導体領域上に設けられた第１のIII族窒化物バリア層と、
前記第１のIII族窒化物バリア層上に設けられたIII族窒化物チャネル層と
を備え、
前記III族窒化物チャネル層の第１の面は前記第１のIII族窒化物バリア層と第１のヘテロ接合を成し、
前記III族窒化物チャネル層は圧縮歪みを内包して、前記III族窒化物チャネル層のピエゾ電界は前記基板から前記第１のIII族窒化物バリア層への方向に向き、
前記支持基体の前記主面は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の範囲の角度で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在し、
前記第１のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在し、
前記III族窒化物チャネル層の第２の面は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在し、
前記III族窒化物チャネル層の前記第２の面は前記III族窒化物チャネル層の前記第１の面の反対側にある、ことを特徴とするエピタキシャル基板。
【請求項２１】
前記III族窒化物チャネル層の前記第２の面に第２のヘテロ接合を成す第２のIII族窒化物バリア層を更に備え、
前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層上に設けられ、
前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層と第２のヘテロ接合を成し、
前記第２のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する、ことを特徴とする請求項２０に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項２２】
前記第２のIII族窒化物バリア層は圧縮歪みを内包して、前記第２のIII族窒化物バリア層のピエゾ電界は前記基板から前記第１のIII族窒化物バリア層への方向に向く、ことを特徴とする請求項２１に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項２３】
高電子移動度トランジスタを作製する方法であって、
III族窒化物領域を含む自立の基板を準備する工程と、
第１のIII族窒化物バリア層を前記III族窒化物半導体領域上に成長する工程と、
III族窒化物チャネル層を前記第１のIII族窒化物バリア層上に成長する工程と、
前記III族窒化物チャネル層上に、前記第１のヘテロ接合に電界を印加するためのゲート電極を形成する工程と
を備え、
前記III族窒化物チャネル層は圧縮歪みを内包して、前記III族窒化物チャネル層のピエゾ電界は前記支持基体から前記第１のIII族窒化物バリア層への方向に向き、
前記III族窒化物チャネル層は前記第１のIII族窒化物バリア層と第１のヘテロ接合を成し、
前記基板の主面は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在し、
前記第１のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する、ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記ゲート電極の形成に先立って、前記III族窒化物チャネル層の前記第２の面に第２のヘテロ接合を成す第２のIII族窒化物バリア層を成長する工程を更に備え、
前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層上に設けられ、
前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層と第２のヘテロ接合を成し、
前記第２のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する、ことを特徴とする請求項２３に記載された方法。
【請求項２５】
前記第２のIII族窒化物バリア層のバンドギャップは前記第１のIII族窒化物バリア層のバンドギャップ以下である、ことを特徴とする請求項２３又は請求項２４に記載された方法。
【請求項２６】
前記第２のIII族窒化物バリア層の材料に固有の格子定数は前記第１のIII族窒化物バリア層の材料に固有の格子定数より小さい、ことを特徴とする請求項２３、請求項２４又は請求項２５に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子移動度トランジスタ、エピタキシャル基板、及び  高電子移動度トランジスタを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、環状型ゲート電極を備えたトランジスタが記載されている。アンドープＡｌＮ（厚さ５０ｎｍ）、アンドープＧａＮ層（厚さ１μｍ）、及びアンドープＡｌ０．２Ｇａ０ ．８Ｎ層（厚さ２５ｎｍ）をサファイア基板上に順に分子線エピタキシャル成長方法により成長する。
【０００３】
特許文献２には、ノーマリーオフ特性のトランジスタが記載されている。このトランジスタは、ＧａＮ系単結晶基板上にＧａＮ系半導体層が積層される。ＧａＮ系単結晶基板は電子走行層を構成し、ＧａＮ系半導体層は電子供給層を構成する。ＧａＮ系単結晶基板の成長主面はｍ面であり。これ故に、ＧａＮ系単結晶基板上に形成されたＧａＮ系半導体層の表面もｍ面である。ｍ面（非極性面）ではピエゾ分極が生じないので、ゲート電圧が印加されないときヘテロ接合における２次元電子ガス層の発生が抑制される。
非特許文献１には、ピエゾ電界の見積もりが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０３３０７３号公報
【特許文献２】特開２００８−３１１５３３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】JJAP, vol.39, 413, (2000)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ｃ面上の窒化物系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は正のピエゾ電界によりチャネルに発生する二次元電子ガスを利用している。このピエゾ電界のため、このトランジスタはノーマリオン特性を示す。このトランジスタのシートキャリア濃度は非常に高く、これ故にオン抵抗が小さい。
【０００７】
ｍ面上の窒化物系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）では、ピエゾ電界が発生しないので、ゲート電圧がゼロボルトであるとき二次元電子ガスが発生しない。このトランジスタはノーマリオフ特性を示すけれども、ピエゾ電界の作用がないので、ピエゾ電界によるシートキャリア濃度の増大効果がない。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ノーマリオフ特性を実現する高電子移動度トランジスタを提供することを目的とし、また、この高電子移動度トランジスタのためのエピタキシャル基板を提供することを目的とし、さらにこの高電子移動度トランジスタを作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面に係る高電子移動度トランジスタは、（ａ）III族窒化物領域を含む自立の支持基体と、（ｂ）前記III族窒化物半導体領域上に設けられた第１のIII族窒化物バリア層と、（ｃ）前記第１のIII族窒化物バリア層上に設けられ、前記第１のIII族窒化物バリア層と第１のヘテロ接合を成すIII族窒化物チャネル層と、（ｄ）前記第１のヘテロ接合に電界を及ぼすように前記III族窒化物チャネル層上に設けられたゲート電極と、（ｅ）前記III族窒化物チャネル層及び前記第１のIII族窒化物バリア層上に設けられたソース電極と、（ｆ）前記III族窒化物チャネル層及び前記第１のIII族窒化物バリア層上に設けられたドレイン電極とを備える。前記III族窒化物チャネル層は圧縮歪みを内包して、前記III族窒化物チャネル層のピエゾ電界は前記支持基体から前記第１のIII族窒化物バリア層への方向に向き、前記第１のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する。
【００１０】
この高電子移動度トランジスタによれば、III族窒化物チャネル層が第１のIII族窒化物バリア層上に設けられると共に第１のIII族窒化物バリア層と第１のヘテロ接合を成す。また、第１のヘテロ接合がIII族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在するとき、III族窒化物チャネル層は圧縮歪みを内包して、III族窒化物チャネル層のピエゾ電界は支持基体から第１のIII族窒化物バリア層への方向に向く。上記の角度範囲のとき、ゲート電極直下におけるIII族窒化物チャネル層におけるピエゾ電界の大きさがｃ面上のチャネル層におけるピエゾ電界の大きさに比べて小さくできて、有限な大きさのピエゾ電界を残しながらノーマリオフ特性が実現される。
【００１１】
本発明に係る高電子移動度トランジスタでは、前記ゲート電極と前記III族窒化物チャネル層との間に設けられた第２のIII族窒化物バリア層を更に備えることができる。前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層と第２のヘテロ接合を成し、前記第２のヘテロ接合は、前記第１のIII族窒化物バリア層のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在することができる。
【００１２】
この発明によれば、第２のIII族窒化物バリア層がIII族窒化物チャネル層の第２の面に第２のヘテロ接合を成すので、第２のヘテロ接合もチャネルとして作用可能になる。これ故に、デュアルチャネル構造のトランジスタのためのエピタキシャル基板が提供される。
【００１３】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第２のIII族窒化物バリア層にはｎ型ドーパントが添加されていることができる。この発明によれば、第２のIII族窒化物バリア層とチャネル層との界面近傍に形成されるチャネルに第２のIII族窒化物バリア層からキャリアが提供される。
【００１４】
本発明の上記側面に係る発明では、前記ゲート電極は前記第２のIII族窒化物バリア層にショットキ接合を成すことができる。本件発明によれば、デュアルチャネルを有しノーマリオフ特性のトランジスタが提供される。
【００１５】
本発明の別の側面に係る、高電子移動度トランジスタのためのエピタキシャル基板は、（ａ）III族窒化物領域を含む自立の基板と、（ｂ）前記III族窒化物半導体領域上に設けられた第１のIII族窒化物バリア層と、（ｃ）前記第１のIII族窒化物バリア層上に設けられたIII族窒化物チャネル層とを備える。前記III族窒化物チャネル層の第１の面は前記第１のIII族窒化物バリア層と第１のヘテロ接合を成し、前記III族窒化物チャネル層は圧縮歪みを内包して、前記III族窒化物チャネル層のピエゾ電界は前記支持基体から前記第１のIII族窒化物バリア層への方向に向き、前記基板の前記主面は、前記第１のIII族窒化物バリア層のｃ軸に対して４０度以上８５度以下、又は１４０度以上１８０度未満の範囲の角度で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在し、前記第１のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在し、前記III族窒化物チャネル層の第２の面は、前記第１のIII族窒化物バリア層のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在し、前記III族窒化物チャネル層の前記第２の面は前記III族窒化物チャネル層の前記第１の面の反対側にある。
【００１６】
このエピタキシャル基板によれば、III族窒化物チャネル層が第１のIII族窒化物バリア層上に設けられると共に第１のIII族窒化物バリア層と第１のヘテロ接合を成す。また、III族窒化物チャネル層は圧縮歪みを内包して、III族窒化物チャネル層のピエゾ電界は基板から第１のIII族窒化物バリア層への方向に向く。第１のヘテロ接合がIII族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する。このとき、III族窒化物チャネル層におけるピエゾ電界の大きさがｃ面上のチャネル層におけるピエゾ電界の大きさに比べて小さくできて、エピタキシャル基板上にゲート電極を設けるとき、有限な大きさのピエゾ電界を残しながらノーマリオフ特性が実現される。
【００１７】
本発明の別の側面に係るエピタキシャル基板は、（ｄ）前記III族窒化物チャネル層の前記第２の面に第２のヘテロ接合を成す第２のIII族窒化物バリア層を更に備えることができる。前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層上に設けられ、前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層と第２のヘテロ接合を成し、前記第２のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在することができる。
【００１８】
このエピタキシャル基板によれば、第２のIII族窒化物バリア層がIII族窒化物チャネル層の第２の面に第２のヘテロ接合を成すので、第２のヘテロ接合もチャネルとして作用可能になる。これ故に、デュアルチャネル構造のトランジスタのためのエピタキシャル基板が提供される。
【００１９】
本発明の更なる別の側面は、高電子移動度トランジスタを作製する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物領域を含む自立の基板を準備する工程と、（ｂ）第１のIII族窒化物バリア層を前記III族窒化物半導体領域上に成長する工程と、（ｃ）III族窒化物チャネル層を前記第１のIII族窒化物バリア層上に成長する工程と、（ｄ）前記III族窒化物チャネル層上に、前記第１のヘテロ接合に電界を印加するためのゲート電極を形成する工程とを備える。前記III族窒化物チャネル層は圧縮歪みを内包して、前記III族窒化物チャネル層のピエゾ電界は前記支持基体から前記第１のIII族窒化物バリア層への方向に向き、III族窒化物チャネル層は前記第１のIII族窒化物バリア層と第１のヘテロ接合を成し、前記基板の主面は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在し、前記第１のヘテロ接合は、前記III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する。
【００２０】
この方法によれば、III族窒化物領域のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在すると共にIII族窒化物領域からなる主面を有する基板を準備した後に、III族窒化物チャネル層を第１のIII族窒化物バリア層上に成長する。これ故に、第１のIII族窒化物バリア層がIII族窒化物半導体領域とIII族窒化物チャネル層との間に設けられる。このIII族窒化物チャネル層は圧縮歪みを内包して、III族窒化物チャネル層のピエゾ電界を基板から第１のIII族窒化物バリア層への方向に向けることができる。このとき、III族窒化物チャネル層におけるピエゾ電界の大きさをｃ面上のチャネル層におけるピエゾ電界の大きさに比べて小さくできて、エピタキシャル基板上にゲート電極を設けるとき、有限な大きさのピエゾ電界を残しながらノーマリオフ特性が実現される。
【００２１】
本発明の更なる別の側面に係る方法は、前記III族窒化物チャネル層の前記第２の面に第２のヘテロ接合を成す第２のIII族窒化物バリア層を成長する工程を更に備えることができる。前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層上に設けられ、前記第２のIII族窒化物バリア層は前記III族窒化物チャネル層と第２のヘテロ接合を成し、前記第２のヘテロ接合は、前記第１のIII族窒化物バリア層のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在する。
【００２２】
この方法によれば、III族窒化物チャネル層の第２の面に第２のヘテロ接合を成す第２のIII族窒化物バリア層を成長するので、チャネルとして作用可能な第２のヘテロ接合を形成できる。これ故に、デュアルチャネル構造のトランジスタのためのエピタキシャル基板が提供される。
【００２３】
本発明の上記側面に係る発明では、前記支持基体はIII族窒化物からなることができる。本件発明によれば、支持基体がIII族窒化物からなるとき、支持基体のIII族窒化物とこの上に成長されるIII族窒化物半導体層との間の格子定数差により応力が変化する。また、支持基体のIII族窒化物上に成長されるIII族窒化物半導体層の結晶品質が良好になる。
【００２４】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第１のIII族窒化物バリア層のバンドギャップは前記III族窒化物チャネル層のバンドギャップより大きく、前記III族窒化物チャネル層の材料はＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）からなり、前記第１のIII族窒化物バリア層の材料はＩｎＹＡｌＺＧａ１−Ｙ−ＺＮ（０≦Ｙ＜１、０≦Ｚ≦１、０≦Ｙ＋Ｚ≦１）からなることができる。
【００２５】
本件発明によれば、III族窒化物チャネル層のＩｎＸＧａ１−ＸＮと第１のIII族窒化物バリア層のＩｎＹＡｌＺＧａ１−Ｙ−ＺＮとの格子定数差の関係から、III族窒化物チャネル層に歪みを調整できる。
【００２６】
本発明の上記側面に係る発明では、前記支持基体の前記主面は、前記第１のIII族窒化物バリア層のｃ軸に対して４０度以上８５度以下、又は１４０度以上１８０度未満の範囲の角度で傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在することができる。
【００２７】
本件発明によれば、支持基体の主面の面方位によりヘテロ接合におけるｃ軸の傾斜を実現できる。
【００２８】
本発明の上記側面に係る発明では、前記支持基体はＧａＮからなることができる。本件発明によれば、良好な結晶品質のＧａＮ支持基体を利用できる。
【００２９】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第１のヘテロ接合の前記傾斜角は５０度以上８０度以下であることができる。本件発明によれば、この角度範囲では、ピエゾ電界が負の方向にある程度の大きさを示す。
【００３０】
本発明の上記側面に係る発明では、前記III族窒化物チャネル層がIII族構成元素としてＩｎを含む材料からなり、前記第１のヘテロ接合の前記傾斜角は６３度以上８０度以下であることが良い。
【００３１】
本件発明によれば、チャネル層がIII族構成元素としてＩｎを含む材料からなるとき、この角度範囲では、チャネル層においてＩｎ取り込みがよくなり移動度を高めることができる。
【００３２】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第１のヘテロ接合の前記傾斜角は７０度以上８０度以下であることができる。本件発明によれば、この角度範囲でチャネル層のＩｎ偏析が小さいので、チャネル層の移動度をさらに高くできる。
【００３３】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第１のヘテロ接合の前記傾斜角は１４５度以上１７０度以下であることができる。本件発明によれば、チャネル層がIII族構成元素としてＩｎを含む材料からなるとき、この角度範囲では、チャネル層においてＩｎ取り込みがよくなり移動度を高めることができる。
【００３４】
本発明の上記側面に係る発明は、前記第１のIII族窒化物バリア層と前記支持基体との間に設けられたバッファ層を更に備えることができる。本件発明によれば、バッファ層がアンドープＧａＮからなるとき、バッファ層の結晶品質が良好になり、またバッファ層の比抵抗を高くできる。また、トランジスタにおけるリークを抑制できる。
【００３５】
本発明の上記側面に係る発明では、前記バッファ層はｎ型不純物及びｐ型不純物を含み、前記ｐ型不純物の濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上であり、前記ｎ型不純物の濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上であることができる。本件発明によれば、バッファ層にｐ型及びｎ型ドーパントが添加されるとき、ドーパントの補償によりバッファ層の比抵抗を高くできる。
【００３６】
本発明の上記側面に係る発明では、前記ｎ型不純物は酸素であることができる。上記のオフ角範囲の傾斜角で傾斜した基板上ではエピタキシャル成長中に酸素の取り込みが生じて、エピタキシャル層中における酸素濃度が高くなり、導電性がｎ型になる傾向にある。これを抑えるために、エピタキシャル成長中にｐ型ドーパントを添加して、ドーパントの補償を行う。
【００３７】
本発明の上記側面に係る発明では、前記ｐ型不純物は、炭素、マグネシウム及び亜鉛の少なくともいずれか一つであることができる。本件発明によれば、ｐ型不純物はｐ型ドーパントとして添加されている
【００３８】
本発明の上記側面に係る発明では、前記支持基体は半絶縁性であることができる。本件発明によれば、トランジスタの寄生容量を低減できる。
【００３９】
本発明の上記側面に係る発明では、前記支持基体は導電性であることができる。本件発明によれば、バッファ層と支持基体との間に絶縁性のＡｌＮ、やＭｇドープＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）層が設けられるとき、導電性支持基体を用いることができる。
【００４０】
本発明の上記側面に係る発明では、前記III族窒化物チャネル層と前記支持基体との間にＡｌＷＧａ１−ＷＮ（０＜Ｗ≦１）層を備えることができる。
【００４１】
本件発明によれば、ＡｌＷＧａ１−ＷＮ層、例えばＡｌＮ層を用いるとき、ＡｌＮ層が絶縁性なので、支持基体へのリークを抑制できる。ＡｌＮ層の位置は基板に接するように設けることができ、或いはアンドープＧａＮバッファ層内に設けることができる。ＡｌＮ層の膜厚は２０ｎｍ程度であることができる。厚すぎるＡｌＮ層は、エピタキシャル層の結晶品質が悪化させる。薄すぎるＡｌＮ層は、ＡｌＮによる十分な絶縁性が得られない。
【００４２】
本発明の上記側面に係る発明では、前記ゲート電極は前記III族窒化物チャネル層にショットキ接合を成すことができる。本件発明によれば、シングルチャネルを有しノーマリオフ特性のトランジスタが提供される。
【００４３】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第２のIII族窒化物バリア層のバンドギャップは前記第１のIII族窒化物バリア層のバンドギャップ以下であることができる。本件発明によれば、第２のIII族窒化物バリア層とチャネル層との間のバンドギャップ差に応じて第２のIII族窒化物バリア層からチャネルにキャリアが供給される。
【００４４】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第２のIII族窒化物バリア層の材料に固有の格子定数は前記第１のIII族窒化物バリア層の材料に固有の格子定数より小さい。本件発明によれば、第２のIII族窒化物バリア層には圧縮歪みを内包する。
【００４５】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第２のIII族窒化物バリア層は圧縮歪みを内包して、前記第２のIII族窒化物バリア層のピエゾ電界は前記基板から前記第１のIII族窒化物バリア層への方向に向く。
【００４６】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００４７】
以上説明したように、本発明によれば、ノーマリオフ特性を実現する高電子移動度トランジスタを提供できる。また、本発明によれば、この高電子移動度トランジスタのためのエピタキシャル基板を提供できる。さらに、本発明によれば、この高電子移動度トランジスタを作製する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本実施の形態に係る高電子移動度トランジスタの構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、図１に示された高電子移動度トランジスタのチャネル部を概略的に示す図面である。
【図３】図３は、第１のバリア層及びチャネル層からなる単一のヘテロ接合を含むチャネル部におけるバンドダイアグラムを示す図面である。
【図４】図４は、第１のバリア層、チャネル層及び第２のバリア層からなる二重ヘテロ接合を含むチャネル部におけるバンドダイアグラムを示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係る高電子移動度トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る高電子移動度トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的示す図面である。
【図７】図７は、実施例１及び２におけるＨＥＭＴ構造を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の高電子移動度トランジスタ、エピタキシャル基板、及び高電子移動度トランジスタを作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００５０】
図１は、本実施の形態に係る高電子移動度トランジスタの構造を概略的に示す図面である。図２は、図１に示された高電子移動度トランジスタのチャネル部を概略的に示す図面である。高電子移動度トランジスタ１１は、支持基体１３と、半導体積層１５（１５ａ、１５ｂ）と、ソース電極１７と、ゲート電極１９と、ドレイン電極２１とを備える。自立の支持基体１３は、少なくともその上層部分にIII族窒化物領域２３を含む。III族窒化物領域２３は、基板主面において所定の軸の方向に順に配列された第１、第２及び第３の領域２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有する。ゲート電極１９は、半導体積層１５の主面及び第２の領域２３ｂ上に設けられており、例えば半導体積層１５の主面にショットキ接合２０ｂを成す。ソース電極１７は、半導体積層１５の主面上に設けられており、さらに、本実施例では第１の領域２３ａ上に設けられている。ソース電極１７は、半導体積層１５の主面に例えばオーミック接合２０ａを成す。また、ドレイン電極２１は、半導体積層１５の主面上に設けられ、さらに、本実施例では第３の領域２３ｃ上に設けられている。ドレイン電極２１は、半導体積層１５の主面に例えばオーミック接合２０ｃを成す。
【００５１】
半導体積層１５ａは、III族窒化物チャネル層（以下「チャネル層」と記す）２５及び第１のIII族窒化物バリア層（以下「バリア層」と記す）２７を含んでおり、バリア層２７及びチャネル層２５がIII族窒化物領域２３の主面２３ｄの法線軸に沿って順に配列されている。チャネル層２５及びバリア層２７は、当該界面の近傍におけるチャネル層２５の面２６ａに二次元キャリアガス２２ａが生成される第１のヘテロ接合３３を成す。ゲート電極１９は、チャネル層２５を介してチャネル層２５とバリア層２７との界面近傍のチャネル層２５における二次元キャリアガス２２ａの生成を制御する。ゲート電極１９の電圧がゼロボルトであるとき、第１のヘテロ接合３３に沿ったチャネルは生成されない。半導体積層１５ａの構造によれば、シングルチャネルを有しノーマリオフ特性のトランジスタが提供される。
【００５２】
半導体積層１５ｂは、チャネル層２５並びにバリア層２７、２９を含んでおり、バリア層２７、チャネル層２５及びバリア層２９がIII族窒化物領域２３の主面２３ｄの法線軸に沿って順に配列されている。チャネル層２５は第１のバリア層２７と第２のバリア層２９との間に設けられる。チャネル層２５及びバリア層２７は、当該界面の近傍におけるチャネル層２５の面２６ａに沿った二次元キャリアガス２２ａが生成さ得る第１のヘテロ接合３３を成す。また、チャネル層２５及びバリア層２９は、当該界面の近傍におけるチャネル層２５の面２６ｂに沿った二次元キャリアガス２２ｂが生成される第２のヘテロ接合３５を成す。ゲート電極１９は、バリア層２９及びチャネル層２５を介してチャネル層２５とバリア層２７及びバリア層２９との界面近傍のチャネル層２５における二次元キャリアガス２２ａ、２２ｂの生成を制御する。ゲート電極１９の電圧がゼロボルトであるとき、ヘテロ接合３３、３５に沿ったチャネルは生成されない。ゲート電極１９は、バリア層２９及びチャネル層２５を介してチャネル層２５とバリア層２７及びバリア層２９との界面近傍のチャネル層２５の二次元キャリアガス２２ａ、２２ｂに電界を及ぼす。半導体積層１５ｂの構造によれば、デュアルチャネルを有しノーマリオフ特性のトランジスタが提供される。
【００５３】
第１のヘテロ接合３３は、III族窒化物領域２３のｃ軸に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角αで傾斜した法線軸を有する平面に沿って延在しており、チャネル層２５は圧縮歪みを内包する。チャネル層２５のピエゾ電界ＰＺＣ２は支持基体１３から第１のバリア層２７への方向に向く。
【００５４】
ソース電極１７は、第１の領域２３ａ上のチャネル層２５を介して第２の領域２３ｂ上のチャネル層２５に電気的に接続され、ドレイン電極２１は、第３の領域２３ｃ上のチャネル層２５を介して第２の領域２３ｂのチャネル層２５に電気的に接続され、チャネル層２５にキャリア（例えば電子）が流れる。
【００５５】
半導体領域１５ａにおけるチャネル層２５及びバリア層２７の配置・構造は、半導体領域１５ｂにおけるチャネル層２５及びバリア層２７、２９の配置・構造のうちのチャネル層２５及びバリア層２７の配置・構造と同じであるので、引き続く説明では、半導体領域１５ｂにおける配置・構造を説明する。この説明から、半導体領域１５ａにおける配置・構造が示される。
【００５６】
チャネル層２５は第１の面２６ａと第２の面２６ｂとを有し、第２の面２６ｂは第１の面２６ａの反対側にある。チャネル層２５の第１の面２６ａは第１のバリア層２７と第１のヘテロ接合３３を成すと共に、チャネル層２５の第２の面２６ｂは第２のバリア層２９と第２のヘテロ接合３５を成す。
【００５７】
図２を参照すると、半導体領域１５ｂにおいては、第２の領域２３ｂの主面２４ｂの法線軸（法線ベクトルＮＶ０として表される）Ｎｘは、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（ｃ軸ベクトルＣＶ０として表される）Ｃｘに対して有限な角度αで傾斜する。
【００５８】
第２の領域２７ｂの主面の法線軸（法線ベクトルＮＶ１として表される）Ｎｘは、第１のバリア層２７のIII族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（ｃ軸ベクトルＣＶ１として表される）に対して有限な角度αで傾斜する。
【００５９】
第２の領域２５ｂの主面の法線軸（法線ベクトルＮＶ２として表される）Ｎｘは、チャネル層２５のIII族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（ｃ軸ベクトルＣＶ２として表される）に対して有限な角度αで傾斜する。
【００６０】
第２の領域２９ｂの主面の法線軸（法線ベクトルＮＶ３として表される）Ｎｘは、第２のバリア層２９のIII族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（ｃ軸ベクトルＣＶ３として表される）に対して有限な角度αで傾斜する。
【００６１】
第２のバリア層２９の材料が第１のバリア層２７あるいはIII族窒化物領域２３の材料と同じとき、チャネル層２５は圧縮歪みを内包すると共にバリア層２９は無歪みである。第２のバリア層２９の材料が第１のバリア層２７あるいはIII族窒化物領域２３の材料と異なり、第２のバリア層２９の格子定数が第１のバリア層２７あるいはIII族窒化物領域２３の格子定数より大きいとき、チャネル層２５は圧縮歪みを内包すると共にバリア層２９も圧縮歪みを内包して、図２に示されるように、チャネル層２５の第２の領域２５ｂにおけるピエゾ分極ＰＺＣ２の方向及びバリア層２９の第２の領域２９ｂのピエゾ分極ＰＺＢ２の方向は同じであり、第１のヘテロ接合３３から第２のヘテロ接合３５へ向いている。本実施例では、第１及び第３の領域２３ａ、２３ｃ上におけるチャネル層２５の第１及び第３の領域２５ａ、２５ｃのピエゾ電界ＰＺＣ１、ＰＺＣ３は共に、第１のヘテロ接合３３から第２のヘテロ接合３５への方向に向いている。
【００６２】
また、チャネル層２５の第２の領域２５ｂのピエゾ分極ＰＺＣ２はチャネル層２５の第１の面２６ａから第２の面２６ｂへの方向に向く。本実施例では、チャネル層２５の第１及び３の領域２５ａ、２５ｃのピエゾ分極ＰＺＣ１、ＰＺＣ３は、チャネル層２５の第１の面２６ａから第２の面２６ｂへの方向に向く。III族窒化物領域２３、バリア層２７及びバリア層２９がＧａＮからなるとき、バリア層２９にはピエゾ電界が生じない。バリア層２９が、III族窒化物領域２３あるいはバリア層２７の格子定数より小さい格子定数のＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮからなるとき、バリア層２９は圧縮応力を内包してバリア層２９にはピエゾ電界が生じる。このとき、第１及び第３の領域２３ａ、２３ｃ上におけるバリア層２９の第１及び第３の領域２９ａ、２９ｃのピエゾ電界ＰＺＢ１、ＰＺＢ３は共に、第１のヘテロ接合３３から第２のヘテロ接合３５への方向に向いている。
【００６３】
このトランジスタに１１よれば、チャネル層２５が第１のバリア層２７上に設けられると共に第１のバリア層２７と第１のヘテロ接合３３を成す。また、チャネル層２５は圧縮歪みを内包して、チャネル層２５のピエゾ電界ＰＺＣ２は支持基体１３から第１のバリア層２７への方向に向く。第１のヘテロ接合３３がIII族窒化物領域２３のｃ面に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角αで傾斜した平面に沿って延在するとき、ゲート電極１９直下におけるチャネル層２５におけるピエゾ電界ＰＺＣ２の大きさをｃ面におけるピエゾ電界の大きさに比べて小さくできて、有限な大きさのピエゾ電界を残しながらノーマリオフ特性が実現される。
【００６４】
第１のヘテロ接合３３に沿ったチャネルは、ゲート電極１９直下におけるチャネル層２５におけるピエゾ電界ＰＺＣ２の作用及びゲート電極１９からの電界の作用によって生成される。また、単位面積当たりの二次元電子ガスの濃度は、ピエゾ電界ＰＺＣ２の大きさ及び第１のヘテロ接合３３におけるゲート電界の大きさの両方によって規定される。
【００６５】
第２のヘテロ接合３５に沿ったチャネルは、第２のヘテロ接合３３におけるゲート電界の作用によって生成される。単位面積当たりの二次元電子ガスの濃度は、第２のヘテロ接合３５におけるゲート電界の大きさによって規定される。したがって、このトランジスタ１１は、有限な大きさのピエゾ分極を用いてノーマリオフを提供できる。上記の説明のように、ゲート電極１９直下のチャネル層２５の第２の部分２５ｂには、ゲート電極からの電界が及ぶ。一方、チャネル層２５の第１及び第３の部分２５ａ、２５ｃでは、有限な大きさのピエゾ電界が、大きくないがシートキャリアの生成に寄与し、この寄与分の低オン抵抗が提供される。
【００６６】
また、ゲートにおけるリーク電流を抑制するために、ゲート電極とチャネル層の間に絶縁膜をもうけていわゆるＭＩＳ型とすることも出来る。絶縁膜としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｇａ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、あるいはこれらの組み合わせ等を用いることが出来る。膜厚は１〜１００ｎｍ程度でよい。
【００６７】
トランジスタ１１では、必要な場合には、III族窒化物半導体領域２３は、窒化ガリウムからなるバッファ層４１を含むことができる。バリア層２７はチャネル層２５とバッファ層４１との間に設けられる。このトランジスタ１１によれば、バッファ層４１の抵抗を高比抵抗にできるので、バッファリークを低減できる。バッファ層４１は、例えば窒化ガリウムからなることができる。バッファ層４１は、例えばアンドープ半導体からなることができる。
【００６８】
トランジスタ１１は、バッファ層４１としてＡｌＷＧａ１−ＷＮ（０＜Ｗ≦１）層を備えることができる。バッファ層４１は、チャネル層２５と支持基体１３との間に設けられる。このＡｌＷＧａ１−ＷＮ層、例えばＡｌＮ層を用いるとき、ＡｌＮ層が絶縁性なので、支持基体１３へのリークを抑制できる。ＡｌＮ層の位置は基板に接するように設けることができ、或いはアンドープＧａＮバッファ層内に設けることができる。ＡｌＮ層の膜厚は２０ｎｍ程度であることができる。厚すぎるＡｌＮ層は、エピタキシャル層の結晶品質が悪化させる。薄すぎるＡｌＮ層は、ＡｌＮによる十分な絶縁性が得られない。
【００６９】
トランジスタ１１では、必要な場合には、バッファ層４１の窒化ガリウムにはｎ型不純物及びｐ型不純物が添加されていることができる。これらの不純物はキャリア補償に役立つ。バッファ層４１の高比抵抗の実現は例えばｎ型不純物及びｐ型不純物の添加により実現できる。また、ｎ型不純物の濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上であることが良い。ｎ型不純物は酸素、Ｓｉ、Ｇｅの少なくともいずれかを含むことができる。ｐ型不純物の濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上であることが良い。ｐ型不純物は、炭素、マグネシウム及び亜鉛の少なくともいずれかを含むことができる。
【００７０】
トランジスタ１１では、チャネル層２５は例えばＩｎＧａＮ層を含むことができる。第１のバリア層２７は例えばＧａＮ層を含むことができる。第２のバリア層２９は、例えばチャネル層２５のＩｎＧａＮのバンドギャップより大きく第１のバリア層２７のＧａＮのバンドギャップより小さい若しくは等しい材料からなることができる。或いは、第２のバリア層２９のIII族窒化物の格子定数（ａ軸、ｃ軸）は、それぞれチャネル層２５のＩｎＧａＮの格子定数（ａ軸又はｃ軸）より小さく第１のバリア層２７のＧａＮの格子定数（ａ軸又はｃ軸）より大きい又は同じ材料からなることができる。
【００７１】
III族窒化物半導体領域２３は例えばＧａＮからなることができる。支持基体１３は、半導体積層１５を搭載する基板４５を更に含むことができる。このトランジスタ１１によれば、実用的な構造の一つが実現される。基板４５は半絶縁性を有することができる。このトランジスタ１１によれば、低バッファリークを提供できる。
【００７２】
トランジスタ１１では、第１のバリア層２７のバンドギャップはチャネル層２５のバンドギャップより大きく、チャネル層２５の材料はＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）からなり、第１のバリア層２７の材料はＩｎＹＡｌＺＧａ１−Ｙ−ＺＮ（０≦Ｙ＜１、０≦Ｚ≦１、０≦Ｙ＋Ｚ≦１）からなることができる。チャネル層２５のＩｎＸＧａ１−ＸＮと第１のバリア層２７のＩｎＹＡｌＺＧａ１−Ｙ−ＺＮとの格子定数差の関係から、チャネル層２５に歪みを調整できる。トランジスタ１１では、上記の例に限定されることなく、チャネル層２５は例えばＩｎＡｌＮを含むことができる。バリア層２７は例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮを含むことができる。バリア層２９は例えばＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮを含むことができる。III族窒化物半導体領域２３は例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮからなることができる。チャネル層２５の厚さは例えば５ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。バリア層２９の厚さは例えば１０ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。バリア層２７の厚さは例えば１０ｎｍ〜５０μｍとすることができる。
【００７３】
トランジスタ１１では、チャネル層２５のIII族窒化物に固有のａ軸またはｃ軸格子定数（無歪みのときの格子定数）は第１のバリア層２７の材料に固有のａ軸またはｃ軸格子定数（無歪みのときの格子定数）より大きいとき、或いは、チャネル層２５のIII族窒化物に固有のａ軸またはｃ軸方向の格子定数はIII族窒化物半導体領域２３の材料に固有のａ軸またはｃ軸方向の格子定数より大きいとき、チャネル層２５が圧縮歪みを内包する。必要な場合、第１のバリア層２７はIII族窒化物半導体領域２３と兼用される。
【００７４】
チャネル層２５が第１のバリア層２７の主面上にコヒーレントに成長されることによって、第１のバリア層２７及び／又はIII族窒化物半導体領域２３から応力をチャネル層２５が受けて、チャネル層２５は圧縮歪みを内包することになる。また、バリア層２９のIII族窒化物に固有のａ軸方向の格子定数がチャネル層２５のIII族窒化物に固有のａ軸方向の格子定数より小さく、且つバリア層２９のIII族窒化物に固有のａ軸またはｃ軸方向の格子定数は第１のバリア層２７及び／又はIII族窒化物半導体領域２３のIII族窒化物に固有のａ軸またはｃ軸方向の格子定数より小さいとき、バリア層２９が第１のバリア層２７及び／又はIII族窒化物半導体領域２３から応力をチャネル層２５を介して受けて、チャネル層２５は圧縮応力を内包すると共に、第２のバリア層２９は、チャネル層２５の圧縮歪みよりも小さい圧縮歪みを内包する。なお、バリア層２９の材料がIII族窒化物半導体領域２３の材料と同じとき、第２のバリア層２９は、実質的に無歪みである。
【００７５】
図１及び図２に示されたトランジスタ１１の一例は、ピエゾ電界により生成されるポテンシャルの利用とノーマリオフとを両立できる。この高電子移動度トランジスタは以下の構造を有する。例えば、III族窒化物半導体領域２３の第２の領域２３ｂの主面は、該III族窒化物半導体に係る基準軸Ｃｘに直交する面に対して４０度以上８５度以下及び１４０度以上１８０度未満の角度範囲の傾斜角で傾斜した平面に沿って延在する。このとき、上記の説明から理解されるように、チャネル層２５のピエゾ電界の向き及び大きさによりノーマリオフ特性のトランジスタが提供される。
【００７６】
また、III族窒化物半導体領域２３の第１の領域２３ａの主面の法線ベクトルは基準軸ベクトルに対して４０度以上８５度以下または１４０度以上１８０度未満の範囲の角度を成すことができる。III族窒化物半導体領域２３の第３の領域２３ｃの主面の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して０度以上４０度未満または９０度より大きく１４０度未満の範囲の角度を成すことができる。III族窒化物半導体領域２３の主面の法線ベクトルが例えばｃ軸ベクトルと成す角度に応じて、チャネル層２５におけるピエゾ分極の大きさ及び向きが調整される。チャネル部においてノーマリオフ特性を維持できるピエゾ電界が、チャネル層２５の第１及び第３の領域２５ａ、２５ｃに残る。この残留のピエゾ電界は界面におけるバンドの曲がりの形成に寄与し得る。
【００７７】
トランジスタ１１における上記の一例は、以下の構造を有することができる。第２の領域２３ｂ上においては、第２のヘテロ接合３３の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して４０度以上９０度以下または１４０度以上１８０度以下の範囲の角度を成す。また、第１の領域２３ａ上においては、第２のヘテロ接合３５の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して０度以上４０度未満または９０度より大きく１４０度未満の範囲の角度を成す。さらに、第３の領域２３ｃ上においては、第２のヘテロ接合３５の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して０度以上４０度未満または９０度より大きく１４０度未満の範囲の角度を成す。第２のヘテロ接合３５の法線ベクトルが例えばｃ軸ベクトルと成す角度に応じて、チャネル層２５におけるピエゾ分極の大きさ及び向きが調整される。
【００７８】
トランジスタ１１における上記の一例は、以下の構造を有することができる。第１の領域２３ａ上においては、第２のヘテロ接合３５の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して０度以上４０度未満または９０度より大きく１４０度未満の範囲の角度を成す。また、第２の領域２３ｂ上において、第２のヘテロ接合は３５の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して４０度以上９０度以下または１４０度以上１８０度以下の範囲の角度を成す。第３の領域２３ｃ上においては、第２のヘテロ接合３５の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して０度以上４０度未満または９０度より大きく１４０度未満の範囲の角度を成す。第２のヘテロ接合３５の法線ベクトルが例えばｃ軸ベクトルと成す角度に応じて、チャネル層２５におけるピエゾ分極の大きさ及び向きが調整される。
【００７９】
第１のヘテロ接合３３の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。この角度範囲では、ピエゾ電界が負の方向にある程度の大きさを示す。第２のヘテロ接合３５の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。支持基体１３の主面の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。第１のヘテロ接合３３に上記の角度を提供できる。
【００８０】
チャネル層２５がIII族構成元素としてＩｎを含む材料からなり、第１のヘテロ接合３３の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。チャネル層２５がIII族構成元素としてＩｎを含む材料からなるとき、この角度範囲では、チャネル層２５においてＩｎ取り込みがよくなり移動度を高まることができる。また、上記角度範囲の裏面に対応する角度範囲においても、同様の技術的寄与が得られる。支持基体１３の主面の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。第１のヘテロ接合３３に上記の角度を提供できる。
【００８１】
第１のヘテロ接合３３の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して７０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。この角度範囲でチャネル層２５のＩｎ偏析が小さいので、チャネル層２５の移動度をさらに高くできる。また、上記角度範囲の裏面に対応する角度範囲においても、同様の技術的寄与が得られる。支持基体１３の主面の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して７０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。第１のヘテロ接合３３に上記の角度を提供できる。
【００８２】
第１のヘテロ接合３３の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して１４５度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。チャネル層２５がIII族構成元素としてＩｎを含む材料からなるとき、この角度範囲では、チャネル層２５においてＩｎ取り込みがよくなり移動度を高まることができる。支持基体１３の主面の法線ベクトルは、基準軸ベクトルに対して１４５度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。第１のヘテロ接合３３に上記の角度を提供できる。
【００８３】
好適な実施例のための高電子移動度トランジスタでは、チャネル層２５は、III族元素としてインジウムを含むIII族窒化物半導体からなる。チャネル層２５は、基準軸ベクトルに対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜した法線ベクトルを有する平面に沿って延在する。このトランジスタ１１によれば、チャネル層２５の第２の領域２５ｂの法線ベクトルは、上記の基準軸ベクトルに対して６３度以上８０度以下の範囲の角度を成すようにIII族窒化物半導体領域２３上に設けられる。この角度範囲におけるチャネル層２５の成長は、インジウムの取り込み性に優れる。これ故に、チャネル層２５の結晶品質が良好になる。チャネル層を流れるキャリアの移動度が高くなる。
【００８４】
好適な実施例のための高電子移動度トランジスタ１１では、チャネル層２５は、基準軸ベクトルに対して７０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜した法線ベクトルを有する平面に沿って延在する。この角度範囲におけるチャネル層２５の成長では、Ｉｎ偏析が小さい。故に、チャネル層２５を流れるキャリアの移動度を更に高めることができる。
【００８５】
図３は、第１のバリア層及びチャネル層からなる単一のヘテロ接合を含むチャネル部におけるバンドダイアグラムを示す図面である。チャネル部は、図２に示される第２の領域２３ｂ、２５ｂ、２７ｂからなる。ソース・ドレイン部は、図２に示される第１の領域２３ａ、２５ａ、２７ａ又は第３の領域２３ｃ、２５ｃ、２７ｃからなる。ゲート電極１９はチャネル層２５にショットキ接合３４ａを成す。
【００８６】
図３（ａ）を参照すると、チャネル部におけるエネルギダイアグラムが示されている。ゲート電極１９の直下のチャネル層２５の第２の部分２５ｂでは、ゲート電圧１９に印加される電圧Ｖｇがゼロであるとき、チャネル層内のエネルギーは、バリア層２７からゲート電極１９の方向に増加するが、ピエゾ電界がそれほど大きくないために伝導帯の底はフェルミ準位を下回ることはなく、ヘテロ接合３３に沿ったチャネル層２５には二次元電子ガスが誘起されることがない。したがって、ゲート電圧１９に印加される電圧Ｖｇがゼロであるとき、トランジスタ１１は非導通である。
【００８７】
図３（ｂ）を参照すると、有限の大きさのゲート電圧が印加されたとき、チャネル部におけるエネルギダイアグラムが示されている。ゲート電圧１９に有限な電圧ＶＴが印加されたとき、チャネル層のエネルギーバンドは押し下げられ伝導帯がフェルミ準位に接近する。ゲート電極１９の直下のチャネル層２５の第２の部分２５ｂのヘテロ接合３３では、ゲート電圧によるポテンシャル変化ｑ×ＶＴに応じて、二次元電子ガス２ＤＥＧ０が誘起される。この、トランジスタ１１ａはしきい値電圧ＶＴにおいて導通する。したがって、単一チャネルのトランジスタ１１ａはノーマリオフ特性を示す。
【００８８】
図４は、第１のバリア層、チャネル層及び第２のバリア層からなる二重ヘテロ接合を含むチャネル部におけるバンドダイアグラムを示す図面である。チャネル部は、図２に示される第２の領域２３ｂ、２７ｂ、２５ｂ、２９ｂからなる。ソース・ドレイン部は、図２に示される第１の領域２３ａ、２７ａ、２５ａ、２９ａ又は第３の領域２３ｃ、２７ｃ、２５ｃ、２９ｃからなる。ゲート電極１９はバリア層２９にショットキ接合３４ｂを成す。
【００８９】
図４（ａ）を参照すると、チャネル部におけるエネルギダイアグラムが示されている。ゲート電極１９の直下のチャネル層２５の第２の部分２５ｂでは、ゲート電圧１９に印加される電圧Ｖｇがゼロであるとき、ピエゾ電界によりチャネル層内のエネルギーバンドは、バリア層２７からゲート電極１９の方向に増加するが、ピエゾ電界がそれほど大きくないために伝導帯の底はフェルミ準位を下回ることはなく、ヘテロ接合３３、３５に沿ったチャネル層２５には二次元電子ガスが誘起されることがない。したがって、ゲート電圧１９に印加される電圧Ｖｇがゼロであるとき、トランジスタ１１は非導通である。
【００９０】
図４（ｂ）を参照すると、有限の大きさのゲート電圧が印加されたとき、チャネル部におけるエネルギダイアグラムが示されている。ゲート電圧１９に有限な電圧ＶＴが印加されたとき、ヘテロ界面３５には、界面における電界成分の大きさに応じた二次元電子ガス２ＤＥＧ２が生成される。ゲート電極１９の直下のチャネル層２５の第２の部分２５ｂのヘテロ接合３３では、ゲート電圧によるポテンシャル変化ｑ×ＶＴに応じて、チャネル層２５には二次元電子ガス２ＤＥＧ１が誘起される。このトランジスタ１１ｂはしきい値電圧ＶＴにおいて導通する。したがって、二重チャネルのトランジスタ１１ｂはノーマリオフ特性を示す。
【００９１】
図５及び図６は、本実施の形態に係る高電子移動度トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的示す図面である。工程Ｓ１０１では、所定の面方位のIII族窒化物基板を準備する。III族窒化物基板としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等を用いることができる。本実施例では、III族窒化物基板の主面は、上記の平坦部を提供できる面方位を有することができる。本実施例では、ｍ軸方向にｃ軸から７５度の角度で傾斜した主面を有するＧａＮ基板５１を用いる。図５（ａ）に示されるように、ＧａＮ基板５１は、ソース領域５１ａ、ドレイン領域５１ｃ、及びチャネル部５１ｂを有する。
【００９２】
引き続き、有機金属気相成長法を用いてＧａＮ基板上にエピタキシャル膜を成長する。成長炉１０にＧａＮ基板５１を配置する。工程Ｓ１０２では、図５（ｂ）に示されるように、ＧａＮ基板５１の主面上にバッファ層５３を成長する。バッファ層５３は例えばアンドープＧａＮからなることができる。
【００９３】
工程Ｓ１０３では、図５（ｃ）に示されるように、ＧａＮ基板５１の主面上にバリア層５５を成長する。バリア層５５は例えばアンドープＧａＮからなることができる。
【００９４】
次いで、工程Ｓ１０４では、図６（ａ）に示されるように、ＧａＮ基板５１の主面上にチャネル層５７を成長する。チャネル層５７は例えばアンドープＩｎＧａＮからなることができる。これらの工程により、エピタキシャル基板Ｅ１が形成される。エピタキシャル基板Ｅ１は、半導体積層６１ａ及びヘテロ接合５８ａを含む。半導体積層６１ａは半導体層５３、５５、５７を含む。
【００９５】
必要な場合には、追加のバリア層をチャネル層５７上に成長することができる。追加のバリア層５９をチャネル層５７上に成長するときは、工程Ｓ１０５に進む。エピタキシャル基板Ｅ１を用いて、電子デバイスを作製するときは、成長炉１０からエピタキシャル基板Ｅ１を取り出す。
【００９６】
工程Ｓ１０５では、図６（ｂ）に示されるように、ＧａＮ基板５１の主面上にバリア層５９を成長する。バリア層５９は例えばアンドープＧａＮからなることができる。これらの工程により、エピタキシャル基板Ｅ２が形成される。エピタキシャル基板Ｅ２は、半導体積層６１ｂ及び２つのヘテロ接合５８ａ、５８ｂを含む。半導体積層６１ｂは半導体層５３、５５、５７、５９を含む。
【００９７】
工程Ｓ１０６では、図６（ｃ）に示されるように、ソース電極６３ａ及びドレイン電極６３ｂ並びにゲート電極６５を形成する。ソース電極６３ａ及びドレイン電極６３ｂは半導体積層６１a又は６１ｂにオーミック接触６７ｂを成す。本実施例では、ＧａＮ基板５１の主面にソース領域６９ａ、チャネル領域６９ｂ、ドレイン領域６９ｃが順に配列される。さらに、ＧａＮ基板５１の主面上には、ゲート領域６９ｂとソース領域６９ａとの間にキャリア走行延長部６９ｄが設けられ、ゲート領域６９ｂとドレイン領域６９ｃとの間にキャリア走行延長部６９ｅが設けられる。圧縮歪みを内包するＩｎＧａＮチャネル層に負のピエゾ電界を発生可能なオフ角付きＧａＮ基板を用いて、ＩｎＧａＮチャネル層とＧａＮバリア層とからなるヘテロ接合を基板側に形成している。この構造により、ピエゾ電界により上記ヘテロ接合に、ノーマリオフ特性を提供できるように二次元電子ガスを生成させることができる。
【００９８】
上記の実施の形態において、必要な場合には、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６３ａ直下の半導体領域に高濃度のドーパントを添加することができる。また、必要な場合には、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６３ａ直下のバリア層を選択的に除去して、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６３ａがチャネル層にオーミック接触を成すようにしても良い。
【００９９】
まず、ピエゾ電界の見積もりについて説明した後に、実施例を説明する。
・ピエゾ電界の見積もり
例えばＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎに発生するピエゾ電界の大きさは、ｃ面ＧａＮ上では０．７ＭＶ／ｃｍであり、｛２０−２１｝面ＧａＮ上では−０．２５ＭＶ／ｃｍである。｛２０−２１｝面上のＩｎＧａＮにおけるピエゾ電界の向きは、ｃ面上のＩｎＧａＮにおけるピエゾ電界の向きと反対であり、｛２０−２１｝面上のＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるＨＥＭＴ構造におけるピエゾ電界の絶対値は、ｃ面上のＩｎＧａＮにおけるピエゾ電界の絶対値の約１／３である。一方、ｃ面ＧａＮ上におけるＡｌＧａＮ／ＧａＮからなるＨＥＭＴ構造においては、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎにおけるピエゾ電界は、約−２．９ＭＶ／ｃｍである。これらのピエゾ電界の大きさから見積もると、ピエゾ電界により二次元電子ガスが生成されるとき、｛２０−２１｝面ＨＥＭＴ構造をｃ面ＨＥＭＴ構造と比較すると、｛２０−２１｝面ＨＥＭＴ構造におけるピエゾ電界強度は、ｃ面ＨＥＭＴ構造におけるピエゾ電界強度の１／１０程度である。これ故に、｛２０−２１｝面ＨＥＭＴ構造は、ｃ面ＨＥＭＴ構造と異なり、ゼロゲートバイアスにおいても伝導帯の底はフェルミ準位を下回ることはない。つまり、ゼロゲートバイアスにおいて、二次元電子ガスは発生しない。
【０１００】
この｛２０−２１｝面ＨＥＭＴ構造において、ある大きさの順バイアス（正電圧）をゲート電極に印加したとき、ＩｎＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合における伝導帯のディップがフェルミ準位を下回って、二次元電子ガスが発生する。すなわちこのデバイスはエンハンスモードデバイス（ノーマリオフ）となる。
【０１０１】
（実施例１）
図７（ａ）は実施例１のデバイス構造を示す図面である。ｍ軸方向にｃ面から７５度の角度で傾斜させた半絶縁性半極性ＧａＮ基板上（｛２０−２１｝面に相当）)を用いて図７（ａ）に示されるＨＥＭＴ構造を作製した。なお、ＧａＮ基板が導電性を示す場合には、ＧａＮ基板への電流リークが起こりやすくなるので、アンドープ（ｕｄ）ＧａＮ層の形成に先立って、ＧａＮ基板との間に絶縁性のＡｌＮ膜やＭｇドープＧａＮ層を成長することが良い。
【０１０２】
有機金属気相成長法でエピタキシャル膜の成長を行った。まず、ＧａＮ基板をアンモニア及び水素を含む雰囲気、摂氏１０５０度の処理温度、炉内圧力２７ｋＰａで１０分間の熱処理を行って、前処理（サーマルクリーニング）とした、この後に、アンドープＧａＮ層（厚さ：５μｍ）を摂氏１０５０度の温度で成長した、その後に、基板温度を摂氏７８０度に下げて、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎチャネル層（厚さ：３０ｎｍ）を成長した。これらの工程により、エピタキシャル基板を作製された。その後に、ソース、ドレインのためのオーミック電極をリソグラフィーと蒸着とリフトオフ工程を経て作製した。オーミック電極の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）を用いた。他にチタン（Ｔｉ）、Ｔｉ／Ａｌ、銀（Ａｇ）タングステン（Ｗ）等を用いることができる。
【０１０３】
その後に、リソグラフィーと蒸着とリフトオフ工程を経てゲート電極を作製した。ゲート電極の材料としては、パラジウム（Ｐｄ）を用いた。他に、ニッケル（Ｎｉ）、Ｎｉ／Ａｕ、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等を用いることができる。
【０１０４】
これらの工程により、ＨＥＭＴデバイスが完成した。このＨＥＭＴデバイスの静特性を測定したところ、閾値電圧は３ボルトであり、ノーマリオフが実現されていた。
【０１０５】
発明者らの検討によれば、閾値電圧の制御は、ＩｎＧａＮチャネル層の組成と膜厚で制御可能である。すなわち、Ｉｎ組成の増加及び／又はＩｎＧａＮ膜厚の増加により、ＩｎＧａＮ層の歪みを増大できる。このため、ＩｎＧａＮ層におけるピエゾ電界が増加する。これにより、閾値電圧は低下する。ピエゾ電界の増加のあるところで、閾値電圧がゼロボルトを下回ると、いわゆるディプレッションモード、すなわちノーマリオンデバイスとなる。ＩｎＧａＮチャネル層の組成と膜厚の上限は、歪みが増大し結晶欠陥が入るまでとなる。Ｉｎ組成が低い場合には厚くとも良いし、Ｉｎ組成が高い場合には薄くする必要がある。チャネル層の膜厚の下限は二次元電子ガス層の膜厚以上は必要なので、少なくとも１０ｎｍ程度は必要である。したがって、チャネル層のＩｎ組成は０．０２以上０．３以下であり、チャネル層の膜厚は、３００ｎｍ以下１０ｎｍ以上である。
【０１０６】
また、ソース、ドレイン抵抗を下げるには、ソース、ドレイン電極下にｎ型にドープしたＧａＮやＩｎＧａＮを形成しても良い。ｎ型キャリア濃度は０．１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度でよい。これによりオーミック接触の抵抗が減少する。
【０１０７】
アンドープＧａＮバリア層に替えて、チャネル層よりバンドギャップの大きい材料を用いることができる。例えば、アンドープＡｌＧａＮ層をバリア層のために用いることができる。バリア層がＡｌＧａＮ層を含むとき、ヘテロ接合からＧａＮ基板への方向に向いたピエゾ電界がＡｌＧａＮ層内に発生する。このため、ヘテロ接合における二次元電子ガス濃度は高くなる。この場合、ノーマリオフ動作を保つには、ＩｎＧａＮチャネル層のＩｎ組成の低減及び／又はＩｎＧａＮ膜厚の減少を行うことが良く、これにより閾値を制御できる。ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は高すぎるとき応力が高くなりすぎて、ＩｎＧａＮ層に欠陥が導入されてしまう。ＡｌＧａＮバリア層の厚みにもよるが、Ａｌ組成は５%程度が上限であると考えられる。
【０１０８】
バリア層はＩｎＡｌＧａＮ層からなることができる。ＩｎＡｌＧａＮ層がＧａＮに格子整合する組成であるとき、ＩｎＡｌＧａＮ層に欠陥は導入されない。例えば、バリア層の組成はＩｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎであることができる。このバリア層のバンドギャップ（約３．４９ｅＶ）であり、この値はＧａＮのバンドギャップより大きくなる。このため、基板が導電性を示す場合でも、リーク電流を抑制できる。ヘテロ接合において許容される格子定数の不整合度は主面内で−１．５％〜＋１．５％程度である。｛２０−２１｝面やｍ面等、さらにはｃ面ＧａＮより大きく傾いた半極性及び無極性面上では、ａ軸、ｃ軸とも主面に平行または平行に近いので、両軸（ａ軸及びｃ軸）の格子整合度が重要である。
【０１０９】
（実施例２）
図７（ｂ）は実施例２のデバイス構造を示す図面である。実施例１のエピタキシャル積層構造上に、さらにｎ型ＧａＮ層を追加したＨＥＭＴ構造を作製した。追加されたｎ型ＧａＮ層は歪みを内包していないので、ピエゾ電界は発生しない。また、ＩｎＧａＮチャネル層とｎ型ＧａＮ層とのヘテロ接合では、ピエゾ電界による二次元電子ガスは発生しない。しかしながら、ｎ型ＧａＮ層には、ｎ型ドーパントが添加されているので、ドーパントの意図的な添加がないアンドープＩｎＧａＮチャネル層にｎ型ＧａＮ層から電子が拡散する。ゲート電圧がゼロボルトであるときには、ＩｎＧａＮ層内のピエゾ電界による伝導帯の傾斜があるので、二次元電子ガスは発生しない。ところが、ゲート電極に順バイアスを印加するとき、ｎ型ＧａＮ層とＩｎＧａＮチャネル層とからなる表面側のヘテロ接合に、二次元電子ガスチャネルが形成される。すなわち、ノーマリオン動作デバイスである。
【０１１０】
ｍ軸方向にｃ面から７５度の角度で傾斜させた半絶縁性半極性ＧａＮ基板上（｛２０−２１｝面に相当）)を用いて図７（ｂ）に示されるＨＥＭＴ構造を作製した。なお、ＧａＮ基板が導電性を示す場合には、ＧａＮ基板への電流リークが起こりやすくなるので、アンドープ（ｕｄ）ＧａＮ層の形成に先立って、ＧａＮ基板との間に絶縁性のＡｌＮ膜やＭｇドープＧａＮ層を成長することが良い。
【０１１１】
有機金属気相成長法でエピタキシャル膜の成長を行った。まず、ＧａＮ基板をアンモニア及び水素を含む雰囲気、摂氏１０５０度の熱処理温度、炉内圧力２７ｋＰａで１０分間の熱処理を行って、前処理（サーマルクリーニング）とした、この後に、アンドープＧａＮ層（厚さ：５μｍ）を摂氏１０５０度の温度で成長した、その後に、基板温度を摂氏７８０度に下げて、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎチャネル層（厚さ：３０ｎｍ）を成長した。再度、基板温度を摂氏１０５０度に上昇して、ＳｉドープＧａＮ層（厚さ：４０ｎｍ）を成長した。Ｓｉ濃度は例えば２×１０１７ｃｍ−３であった。これらの工程により、エピタキシャル基板を作製された。その後に、ソース、ドレインのためのオーミック電極をリソグラフィーと蒸着とリフトオフ工程を経て作製した。オーミック電極の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）を用いた。他にチタン（Ｔｉ）、Ｔｉ／Ａｌ、銀（Ａｇ）タングステン（Ｗ）等を用いることができる。
【０１１２】
その後に、リソグラフィーと蒸着とリフトオフ工程を経てゲート電極を作製した。ゲート電極の材料としては、パラジウム（Ｐｄ）を用いた。他に、ニッケル（Ｎｉ）、Ｎｉ／Ａｕ、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等を用いることができる。
【０１１３】
これらの工程により、二重チャネル構造のＨＥＭＴ構造が作製された。静特性を測定したところ、閾値電圧は３ボルトであった。したがって、このＨＥＭＴ構造は、ノーマリオフが実現されていた。
【０１１４】
実施例１の説明と合わせると、アンドープＩｎＧａＮチャネル層の両界面に二次元電子ガスが形成され、トランジスタは、デュアルチャネルＨＥＭＴ構造を有する。チャネルが二重になるので、非常に大きな最大飽和電流（Ｉｄｍａｘ）が得られ、大電流用途に適するデバイスが得られる。
【０１１５】
閾値電圧の制御は、実施例１と同様にＩｎＧａＮチャネル層の組成と膜厚による制御（下部チャネルの制御）に加えて、ｎ型ＧａＮバリア層のドーピング濃度及び／又は膜厚による制御（上部チャネルの制御）が加わる。ゲートがゼロボルトにおけるピンチオフ電圧は、上側バリア層のドーピング濃度に比例し、膜厚の２乗に比例する。ピンチオフ電圧が小さいほど、閾値電圧は大きくなる。このため、上側バリア層のドーピング濃度を下げると共に上側バリア層の膜厚を薄くすることにより、閾値電圧は大きくなり、ＨＥＭＴ構造はノーマリオフを示す。
【０１１６】
ソース、ドレイン抵抗を下げるには、ソース、ドレイン電極下に、ｎ型にドープしたＧａＮやＩｎＧａＮを形成しても良い。このときのｎ型キャリア濃度は０．１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度の範囲を用いることができる。これによりオーミック性の接触抵抗が減少する。
【０１１７】
上側のｎ型ＧａＮバリア層は、チャネル層よりバンドギャップの大きい材料であればよい。例えば、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層を用いることができる。ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層がＧａＮに格子整合する組成を有するとき、欠陥は導入されない。例えば、ｎ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層を用いることができる。Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎのバンドギャップ（約３．４ｅＶ）はＧａＮより大きくなるので、ＩｎＧａＮチャネル層とｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層との伝導帯におけるバンド不連続量が大きくなり、二次元電子ガス濃度を高めることができる。
【０１１８】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【０１１９】
１１…高電子移動度トランジスタ、１３…支持基体、１５…半導体積層、１７…ソース電極、１９…ゲート電極、２１…ドレイン電極、２３…III族窒化物半導体領域、２５…チャネル層、２７…バリア層、２９…バリア層、ＰＺＣ１、ＰＺＣ２、ＰＺＣ３…チャネル層のピエゾ分極、ＰＺＢ１、ＰＺＢ２、ＰＺＢ３…バリア層のピエゾ分極、４１…バッファ層  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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