(57)【要約】【課題】電流コラプスを有効に抑制することのできる窒化物半導体積層物および半導体装置を提供する。【解決手段】基板２上に少なくとも電子走行層４ｂと電子供給層５とが順に積層されてなる窒化物半導体積層物１において、電子供給層５は、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）を含有してなるとともに、電子供給層５内の炭素（Ｃ）濃度が電子供給層内の水素（Ｈ）を濃度よりも低くなるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも電子走行層と電子供給層とが順に積層されてなる窒化物半導体積層物において、
前記電子供給層は、炭素および水素を含有してなるとともに、当該電子供給層内の炭素濃度が当該電子供給層内の水素濃度よりも低い
ことを特徴とする窒化物半導体積層物。
【請求項２】
前記電子供給層は、前記炭素濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３未満であり、前記水素濃度２×１０１７ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３未満である
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体積層物。
【請求項３】
前記電子供給層は、シリコンを含有してなるとともに、当該電子供給層内のシリコン濃度が前記水素濃度と同じか当該水素濃度よりも高い
ことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体積層物。
【請求項４】
前記電子供給層は、前記シリコン濃度が２×１０１７ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３未満である
ことを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体積層物。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の窒化物半導体積層物を用いて形成されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体積層物および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
III−Ｖ族化合物半導体は、高効率発光素子や電界効果型トランジスタ等の半導体装置の形成材料として用いられている。例えば、高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）等の電界効果型トランジスタ（Field effect transistor：ＦＥＴ）は、窒化物半導体エピタキシャルウエハ等の窒化物半導体積層物にソース電極、ドレイン電極、ゲート電極を設けて形成される。
このような半導体装置形成に用いられる窒化物半導体積層物は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等からなる基板と、その基板上にエピタキシャル成長された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなる核生成層と、その核生成層上にエピタキシャル成長された窒化ガリウム（ＧａＮ）等を含むバッファ層と、そのバッファ層上にエピタキシャル成長された高純度ＧａＮ等からなるチャネル層（電子走行層）と、そのチャネル層上にエピタキシャル成長された窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等からなるバリア層（電子供給層）と、が積層されて構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、電界効果型トランジスタにおいては、電流コラプスが動作上の問題となり得る。電流コラプスとは、ＧａＮ系電界効果型トランジスタで顕著に見られるもので、高電圧印加後にドレイン電流が大幅に低下してしまう現象である。この電流コラプスは、結晶表面の表面準位に電子がトラップされることにより、二次元電子ガス（Two Dimensional Electorn Gas）が空乏化してしまうことで発生する。電流コラプスにおけるトラップ準位の起源としては、ＡｌＧａＮバリア層が考えられている。
このような電流コラプスの発生を低減させるべく、窒化物半導体積層物については、例えば、ＡｌＧａＮバリア層における炭素（Ｃ）濃度とシリコン（Ｓｉ）濃度を所定関係に規定することで、炭素による電子トラップ機能を抑制することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０２３６７７号公報
【特許文献２】特開２００９−１１７４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来構成の窒化物半導体積層物では、電流コラプスの発生を必ずしも確実に抑制できるとは言えない。具体的には、特許文献２に開示されているように、ＡｌＧａＮバリア層における炭素濃度とシリコン濃度との関係性を満たすだけでは、電界効果型トランジスタを構成した場合におけるドレイン電流の向上またはシート抵抗の低減（すなわち、窒化物半導体積層物におけるシート抵抗の低減または電子移動度の向上）を実現させる上で、必ずしも十分なものではないことがわかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、電流コラプスを有効に抑制することのできる窒化物半導体積層物および半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本願の発明者は、炭素濃度とシリコン濃度との関係性を満たすだけでは電流コラプスの発生を必ずしも抑制し得ない理由について検討し、バリア層（電子供給層）が含有する他の元素（すなわち炭素またはシリコン以外の元素）の影響が及んでいるのではないかとの知見を得た。そして、本願の発明者は、さらに鋭意検討を重ね、他の元素である電子供給層内の水素（Ｈ）に着目し、以下に述べる本発明を想到するに至った。
【０００８】
本発明の第１の態様は、
基板上に少なくとも電子走行層と電子供給層とが順に積層されてなる窒化物半導体積層物において、
前記電子供給層は、炭素および水素を含有してなるとともに、当該電子供給層内の炭素濃度が当該電子供給層内の水素濃度よりも低い
ことを特徴とする窒化物半導体積層物である。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の窒化物半導体積層物において、
前記電子供給層は、前記炭素濃度１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３未満であり、前記水素濃度２×１０１７ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３未満である
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載の窒化物半導体積層物において、
前記電子供給層は、シリコンを含有してなるとともに、当該電子供給層内のシリコン濃度が前記水素濃度と同じか当該水素濃度よりも高い
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の窒化物半導体積層物において、
前記電子供給層は、前記シリコン濃度が２×１０１７ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３未満である
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれか１態様に記載の窒化物半導体積層物を用いて形成されたことを特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電流コラプスを有効に抑制することのできる窒化物半導体積層物および半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る窒化物半導体積層物の概略構成例を示す側断面図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の概略構成例を示す側断面図である。
【図３】本発明の一実施例および比較例について、シート抵抗、電子移動度および電流コラプスの測定結果の具体例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明に係る窒化物半導体積層物および半導体装置について説明する。ここでは、窒化物半導体積層物としてＧａＮ系の窒化物半導体エピタキシャルウエハを例に挙げ、また半導体装置として電界効果型トランジスタを例に挙げて説明する。
【００１６】
（１）窒化物半導体積層物の構成
図１は、本発明に係る窒化物半導体積層物の概略構成例を示す側断面図である。
図例のように、本実施形態で説明する窒化物半導体積層物１は、基板２上に、核生成層３と、バッファ層４と、バリア層５とを、順にエピタキシャル成長させて構成されている。
【００１７】
（基板）
基板２は、例えばＳｉ、ＳｉＣ等で形成されている。さらに具体的には、基板２として、例えばポリタイプ４Ｈあるいはポリタイプ６Ｈの半絶縁性ＳｉＣ基板等が用いられる。ここで、４Ｈ、６Ｈの数字はｃ軸方向の繰り返し周期を示し、Ｈは六方晶を示す。なお、基板２としては、電界効果型トランジスタを構成した場合の寄生容量を低減し、良好な高周波特性を得るために、半絶縁性ＳｉＣ基板を用いることが好ましい。
【００１８】
（核生成層）
核生成層３は、例えばＡｌＮを主成分として形成されている。この核生成層３は、一部領域（例えば基板２の側に位置する領域）が主に基板２とバッファ層４との格子定数差を緩衝する緩衝層３ａとして機能するとともに、他部領域（例えばバッファ層４の側に位置する領域）が主に結晶成長のための核を形成する核生成層３ｂとして機能するようになっている。
【００１９】
（バッファ層）
バッファ層４は、例えばＧａＮを主成分として形成されている。このバッファ層４は、一部領域（例えば核生成層３の側に位置する領域）が主に核生成層３とバリア層５との格子定数差を緩衝する緩衝層４ａとして機能するとともに、他部領域（例えばバリア層５の側に位置する領域）が主に電子を走行させるための電子走行層（チャネル層）４ｂとして機能するようになっている。なお、電子走行層４ｂには、バッファ層４とバリア層５の格子定数差に起因したバリア層５内のピエゾ効果（結晶が歪むことで電界が生じる効果）によって発生した二次元電子ガスが存在することになる。
【００２０】
（バリア層）
バリア層５は、例えばＡｌＧａＮを主成分として形成されている。このバリア層５は、電子走行層４ｂに電子を供給する電子供給層として機能するとともに、二次元電子ガスを空間的に閉じ込める障壁層として機能するようになっている。
【００２１】
また、バリア層５には、Ｓｉがドーピングされており、そのＳｉがｎ型キャリアとして機能する。さらに、バリア層５には、エピタキシャル成長条件に応じてＣがオートドープされており、そのＣがｐ型キャリアとして機能する。さらにまた、バリア層５には、エピタキシャル成長条件に応じて、そのエピタキシャル成長中の原料ガスからＨが取り込まれている。つまり、バリア層５は、例えばＡｌＧａＮを主成分としているが、これに加えてＳｉ、ＣおよびＨを含有して形成されている。
【００２２】
ところで、バリア層５におけるＣドーピングは、キャリアを捕獲するトラップ準位として働くため、このトラップされたキャリアが負の電界を形成することにより、結果としてバッファ層４における二次元電子ガス濃度の減少を招き、電流コラプスの増加を起こす要因となり得る。つまり、電流コラプスの発生を抑制するためには、バリア層５におけるＣ濃度が低いほうが好ましい。
また、バリア層５にＳｉドーピングを行うと、当該バリア層５におけるＳｉ濃度をＣ濃度よりも高くして、トラップ準位よりも多くのｎ型キャリアを存在させることで、抵抗率を減少させ電流コラプスの発生を抑制することができる。
これらのことから、バリア層５については、Ｃ濃度を抑えつつ、Ｓｉ濃度をＣ濃度よりも高くするように、これらの関係を規定することで、電流コラプスの発生を抑制し得るようにすることが考えられる。
【００２３】
しかしながら、本願の発明者による検討の結果、単にバリア層５におけるＳｉ濃度をＣ濃度よりも高くしただけでは、電流コラプスの発生を必ずしも確実に抑制できるとは言えないことがわかった。その理由については、完全には解明していないが、バリア層５が含有する他の元素（すなわちＣまたはＳｉ以外の元素）の影響が及んでいるのではないかと考えられる。より具体的には、バリア層５が含有する他の元素の一つであるＨの影響が及んでおり、当該バリア層５におけるＨ濃度をＣ濃度よりも高くしないと、電流コラプスの発生を有効に抑制することができないとの知見を得た。このことは、単にバリア層５中のＳｉ濃度をＣ濃度より大きくしても、当該バリア層５中のＨ濃度がＣ濃度よりも大きくないと、結果として電界効果型トランジスタを構成した場合のドレイン電流の減少またはオン抵抗の増加、すなわち窒化物半導体積層物１におけるシート抵抗の増加または電子移動度の低下に繋がってしまうという事態が生じることを考慮すると、明らかであると言える。
【００２４】
以上のことから、本実施形態の窒化物半導体積層物１において、バリア層５は、当該バリア層５内のＣ濃度が当該バリア層５内のＨ濃度よりも低くなっている。さらに、バリア層５は、当該バリア層５内のＳｉ濃度が当該バリア層５内のＨ濃度と同じか当該Ｈ濃度よりも高くなっている。つまり、バリア層５は、Ｓｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係が成立するように形成されている。
【００２５】
Ｃ濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましい。Ｃ濃度は、電流コラプス発生抑制のためには低いほうが有効であるが、これより低すぎると電流コラプス発生抑制とトレードオフの関係にあるゲートリーク電流増大に繋がる可能性が生じるためである。なお、Ｃ濃度の上限値は、二次元電子ガスの低下を考慮すると、１×１０１８ｃｍ−３未満であることが好ましい。
Ｈ濃度は、２×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましい。Ｈ濃度＞Ｃ濃度の関係成立を確実なものとするためである。なお、Ｈ濃度の上限値は、エピタキシャル成長可能な成長条件を考慮すると、３×１０１８ｃｍ−３未満が好ましい。
Ｓｉ濃度は、２×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましい。Ｓｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度の関係成立を確実なものとするためである。なお、Ｓｉ濃度の上限値は、窒化物半導体積層物１における電子移動度の低下を考慮すると、３×１０１８ｃｍ−３未満が好ましい。
【００２６】
（２）窒化物半導体積層物の製造方法
次に、上述した構成の窒化物半導体積層物１の製造方法の一例について説明する。ここでは、有機金属気相成長装置、別名ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）装置を用い、核生成層３、バッファ層４およびバリア層５をエピタキシャル成長法により形成する場合を例に挙げて説明する。
【００２７】
（基板搬入・前処理工程）
窒化物半導体積層物１の製造にあたっては、先ず、基板２として、例えばポリタイプ４Ｈまたはポリタイプ６Ｈの半絶縁性ＳｉＣ基板を用意して、ＭＯＶＰＥ装置が備える処理室内に搬入する。そして、前処理工程として、基板２を搬入した処理室内を、アンモニア（ＮＨ３）を含まない水素（Ｈ２）／窒素（Ｎ２）混合ガスフロー雰囲気とし、所定設定温度（例えば１１００℃）で所定時間（例えば５分間）加熱処理をする。この加熱処理により、処理室内の基板２は、その表面が清浄化される。
【００２８】
（核生成層形成工程）
前処理工程の終了後は、ＭＯＶＰＥ装置の処理室内にＮＨ３ガスを供給し、処理室内を所定設定温度（例えば１１００℃）に保ったままＨ２／ＮＨ３混合ガスを所定時間（例えば２５秒間）導入する。このＮＨ３ガスフローにより、核生成層形成工程でＡｌＮ層を形成する際の窒素原子の脱離を防ぎ、ＡｌＮからなる核生成層３の高品質化を図ることができる。
【００２９】
その後は、処理室内が所定設定温度（例えば１１００℃）のままの状態で、核生成層３を形成する原料ガスの処理室内への供給を開始する。核生成層３を形成する原料ガスとしては、例えばＮＨ３ガスとトリメチルアルミニウム（Tri Methyl Aluminium：ＴＭＡ）ガスとの混合ガスを用いることができる。そして、基板２のいずれかの主面上に、所定厚さ（例えば平均膜厚１２ｎｍ）のＡｌＮからなる核生成層３を形成する。このようにして形成する核生成層３は、基板２の表面が確実に清浄化されており不純物混入を未然に回避することができ、また核生成層３を形成する際の窒素原子の脱離が防止されるので、高品質なものとなる。
【００３０】
（バッファ層形成工程）
核生成層形成工程の終了後は、ＭＯＶＰＥ装置の処理室内を上述した所定設定温度より低温の所定設定温度（例えば１０００℃）とする。そして、ＴＭＡガスの処理室内への供給を停止するとともに、例えばトリメチルガリウム（Tri Methyl Gallium：ＴＭＧ）ガスの処理室内への供給を開始する。このとき、ＮＨ３ガスの処理室内への供給は続いているため、ＴＭＧガスの供給開始により、バッファ層４としてのＧａＮ層の形成が開始される。そして、核生成層３の上面に、バッファ層４として、所定厚さ（例えば平均膜厚が５００ｎｍ）のＧａＮ層を形成する。
【００３１】
（バリア層形成工程）
バッファ層形成工程の終了後は、処理室内が所定設定温度（例えば１０００℃）のままの状態で、ＴＭＡガスの処理室内への供給を再開するとともに、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガスの処理室内への供給を開始する。このとき、ＮＨ３ガスおよびＴＭＧガスの処理室内への供給は続いている。そのため、これらの混合ガスの処理室内への供給により、バリア層５として、ＳｉがドーピングされたＡｌＧａＮ層の形成が開始される。そして、バッファ層４の上面に、バリア層５として、所定厚さ（例えば平均膜厚が３０ｎｍ）のｎ型ＡｌＧａＮ層を形成する。
【００３２】
このとき、バリア層５には、ＳｉＨ４ガスの供給によりＳｉがドーピングされ、またエピタキシャル成長条件に応じてＣがオートドープされ、さらにはエピタキシャル成長中の原料ガスからＨが取り込まれる。このようにして含有することになったＳｉ、ＣおよびＨについては、Ｓｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係を満たす必要がある。
この関係を成立させるために、バリア層形成工程では、バリア層５としてのＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させる際に、その成長条件の最適化を行う。ここでいう「成長条件」には、例えば成長温度、成長圧力、Ｖ／III比、成長速度、各ガス流量等の少なくとも一つが含まれる。また、成長条件の「最適化」とは、Ｓｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係が成り立つように、成長条件を適宜調整することをいう。
【００３３】
例えば、Ｓｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係を成立させるためには、ＡｌＧａＮ層中にＣがドープされ難くすることが必要である。そのためには、成長温度を高くする、成長圧力を高くする、Ｖ／III比におけるＶ族を増やす、バリア層５の形成ガス種を適宜選択する等の手法が有効である。具体的には、ＡｌＧａＮ層の一般的な成長温度が７００〜８００℃であるところ、これよりも高温の所定設定温度（例えば１０００℃）でＡｌＧａＮ層を形成する等の手法を採用することが考えられる。また、ＡｌＧａＮ層の形成ガスとしては、ＴＭＧガスの他のトリエチルガリウム（Tri Ethyl Gallium：ＴＥＧ）も使用可能であるが、ＴＥＧ（組成式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）ガスよりもＣが少ないＴＭＧ（組成式：（ＣＨ３）３Ｇａ）を用いる等の手法を採用することも考えられる。ただし、ここで述べた手法は、Ｃをドープされ難くしてＳｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係を成立させるための一手法に過ぎない。すなわち、成長条件の最適化は、ここで挙げた手法に限定されることはなく、Ｓｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係を成立させ得るものであれば、形成すべきＡｌＧａＮ層の膜厚、品質等、ＭＯＶＰＥ装置の仕様等を考慮しつつ、適宜行うことが考えられる。
【００３４】
（基板搬出工程）
バリア層形成工程の終了後は、基板２を処理室内から搬出し、本実施形態にかかる窒化物半導体積層物１の製造工程を終了する。
【００３５】
（３）電界効果型トランジスタの構成
次に、上述した構成の窒化物半導体積層物１を用いて構成される電界効果型トランジスタについて説明する。
電界効果型トランジスタ（Field effect transistor：ＦＥＴ）は、窒化物半導体積層物１を用いて構成される半導体装置の一例であり、ゲート電極から生じる電界によって電流の流れを制御する方式のトランジスタ構造を有したものである。この電界効果型トランジスタには、半導体ヘテロ接合に誘起された高移動度の二次元電子ガスをチャネルとした高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）が含まれる。
【００３６】
図２は、本発明に係る電界効果型トランジスタの概略構成例を示す側断面図である。
図例のように、本実施形態における電界効果型トランジスタ１０は、窒化物半導体積層物１の上面、すなわちバリア層５の上面に設けられる電極１１を備えている。電極１１としては、ゲート電極１１ａと、ソース電極１１ｂと、ドレイン電極１１ｃとが設けられている。ゲート電極１１ａは、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の複層構造からなる。ソース電極１１ｂは、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との複層構造からなる。ドレイン電極１１ｃは、例えばＴｉとＡｌとの複層構造からなる。また、バリア層５の上面と電極１１との間には、中間層１２として例えばＧａＮ層が設けられていてもよい。
【００３７】
（４）本実施形態の効果
本実施形態によれば、以下に述べる１つまたは複数の効果を奏する。
【００３８】
（ａ）本実施形態によれば、電子供給層として機能するバリア層５が少なくともＣおよびＨを含有してなるとともに、当該バリア層５内のＣ濃度が当該バリア層５内のＨ濃度よりも低くなっている。したがって、キャリアを捕獲するトラップ準位として働くＣの濃度が低いため、Ｃ濃度が高い場合に比べると電流コラプスの発生を抑制し得るようになる。しかも、Ｃ濃度がＨ濃度よりも低いため、電流コラプスの発生を有効に抑制することができる。すなわち、バリア層５中のＨ濃度がＣ濃度よりも大きいことから、窒化物半導体積層物１におけるシート抵抗の増加または電子移動度の低下に繋がることがなく、電界効果型トランジスタを構成した場合のドレイン電流の減少またはオン抵抗の増加を招いてしまうことがない。
このように、本実施形態によれば、バリア層５におけるＣ濃度がＨ濃度よりも低いため、電流コラプスを有効に抑制することのできる窒化物半導体積層物１および電界効果型トランジスタを提供することができる。
【００３９】
（ｂ）本実施形態によれば、バリア層５におけるＣ濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上であり、Ｈ濃度２×１０１７ｃｍ−３以上であるため、Ｈ濃度＞Ｃ濃度の関係成立を確実なものとしつつ、電流コラプスの発生を有効に抑制することができる。しかも、Ｃ濃度が低すぎることもなくなるので、電流コラプス発生抑制とトレードオフの関係にあるゲートリーク電流増大を招いてしまうこともない。
【００４０】
（ｃ）本実施形態によれば、電子供給層として機能するバリア層５がＣおよびＨに加えてＳｉを含有してなるとともに、当該バリア層５内のＳｉ濃度が当該バリア層５内のＨ濃度と同じか当該Ｈ濃度よりも高くなっている。つまり、バリア層５内においては、Ｓｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度の関係が成り立つことになり、その結果としてＳｉ濃度がＣ濃度よりも高くなる。したがって、このようなＳｉドーピングにより、トラップ準位よりも多くのｎ型キャリアを存在させることで、抵抗率を減少させ電流コラプスの発生を抑制することができる。しかも、その場合であっても、単にバリア層５におけるＳｉ濃度をＣ濃度よりも高くするだけではなく、Ｓｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度の関係が成り立つことになるので、電流コラプスの発生を確実に抑制できるようになる。
【００４１】
（ｄ）本実施形態によれば、バリア層５におけるＳｉ濃度が２×１０１７ｃｍ−３以上であるため、Ｓｉ濃度≧Ｈ濃度＞Ｃ濃度の関係成立を確実なものとしつつ、電流コラプスの発生を有効に抑制することができる。
【００４２】
（４）変形例等
以上に、本実施形態について説明したが、上記の開示内容は、本発明の例示的な実施形態を示すものである。すなわち、本発明の技術的範囲は、上記の例示的な実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、本実施形態では、ＳｉＣ基板上に核生成層３としてのＡｌＮ層、バッファ層４としてのＧａＮ層およびバリア層５としてのＡｌＧａＮ層が順に積層されて窒化物半導体積層物１が構成されている場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることなく、窒化物半導体積層物と呼べるものであれば、他の構成のもの（例えばＩｎＡｌＮ層を含むもの）であっても全く同様に本発明を適用することが考えられる。
【００４４】
また、例えば、本実施形態では、基板搬入・前処理工程、核生成層形成工程、バッファ層形成工程、バリア層形成工程および基板搬出工程を順に経て窒化物半導体積層物１を製造する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることなく、その要旨を変更しない範囲で工程の削除、追加または変更を行っても構わない。
【００４５】
また、例えば、本実施形態では、本発明に係る半導体装置の一例として、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を含む電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を例に挙げて説明したが、本発明がこれに限定されることはなく、半導体レーザ等の他の半導体装置についても本発明を適用することが可能である。
【実施例】
【００４６】
次に、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明が、以下の実施例に限定されないことは勿論である。
【００４７】
（実施例）
本発明の実施例では、上述した実施形態で説明した製造方法の手順に従い、ポリタイプ４Ｈまたはポリタイプ６Ｈの半絶縁性ＳｉＣ基板からなる基板２上に、平均膜厚１２ｎｍのＡｌＮからなる核生成層３を形成し、その上に平均膜厚５００ｎｍのＧａＮからなるバッファ層４を形成し、その上に平均膜厚３０ｎｍのＡｌＧａＮからなるバリア層５を形成して、窒化物半導体積層物１を構成した。
【００４８】
この窒化物半導体積層物１におけるバリア層５について、二次イオン質量分析法（Secondary Ion-microprobe Mass Spectometry：ＳＩＭＳ）により、Ｓｉ濃度、Ｈ濃度およびＣ濃度を測定したところ、Ｓｉ濃度が１．２×１０１８ｃｍ−３、Ｈ濃度が５．０×１０１７ｃｍ−３、Ｃ濃度が１．４×１０１７ｃｍ−３であった。つまり、このバリア層５については、Ｓｉ濃度＞Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係が成立していることがわかる。
【００４９】
（比較例）
続いて、上述した実施例との比較のために構成した比較例について説明する。比較例１における窒化物半導体積層物は、従来構成に相当するものである。
【００５０】
ここで説明する比較例においても、上述した実施例の場合と略同様の手順にて窒化物半導体積層物を構成した。ただし、比較例においては、上述した実施例の場合とは異なり、バリア層形成工程での成長条件の最適化を行わなかった。
その結果として得られた窒化物半導体積層物におけるバリア層について、ＳＩＭＳによりＳｉ濃度、Ｈ濃度およびＣ濃度を測定したところ、Ｓｉ濃度が１．１×１０１８ｃｍ−３、Ｈ濃度が４．１×１０１７ｃｍ−３、Ｃ濃度が７．９×１０１７ｃｍ−３であった。つまり、比較例においては、バリア層についてＳｉ濃度＞Ｃ濃度＞Ｈ濃度という関係が成立していることがわかる。
【００５１】
（電気的特性の評価）
以上のように構成した実施例および比較例について、その電気的特性の評価を行った。
電気的特性の評価としては、窒化物半導体積層物におけるシート抵抗を非接触型過電流法により測定し、電子移動度を非接触型ホール効果により測定した。
さらに、窒化物半導体積層物のバリア層上にソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を形成して電界効果型トランジスタを構成し、その電界効果型トランジスタについて、電流コラプスを例えばパルスＩ−Ｖにより測定した。
【００５２】
図３は、実施例および比較例について、シート抵抗、電子移動度および電流コラプスの測定結果の具体例を示す説明図である。
図例のように、実施例については、シート抵抗の測定結果が３８４Ω／ｓｑ．であり、電子移動度の測定結果が１５２０ｃｍ２／Ｖｓであり、電流コラプスの測定結果が１．１４であった。
これに対して、比較例については、シート抵抗の測定結果が４２２Ω／ｓｑ．であり、電子移動度の測定結果が１３５０ｃｍ２／Ｖｓであり、電流コラプスの測定結果が１．８９であった。
【００５３】
この測定結果によれば、実施例のように窒化物半導体積層物１のバリア層５について、Ｓｉ濃度＞Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係が成立していれば、比較例のようにＳｉ濃度＞Ｃ濃度＞Ｈ濃度という関係が成立している場合に比べて、窒化物半導体積層物１におけるシート抵抗が低く抑えられ、さらに電子移動度が高くなっていることがわかる。また、電界効果型トランジスタを構成した場合においても、実施例のようにＳｉ濃度＞Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係が成立していれば、比較例のようにＳｉ濃度＞Ｃ濃度＞Ｈ濃度という関係が成立している場合に比べて、電流コラプスの発生が低く抑えられていることがわかる。
つまり、実施例のようにＳｉ濃度＞Ｈ濃度＞Ｃ濃度という関係が成立していれば、窒化物半導体積層物１におけるシート抵抗の増加または電子移動度の低下を抑制して、電界効果型トランジスタを構成した場合の電流コラプスの発生を有効に抑制することができると言える。
【符号の説明】
【００５４】
１…窒化物半導体積層物、２…基板、３…核生成層、３ａ…核生成層、３ｂ…緩衝層、４…バッファ層、４ａ…緩衝層、４ｂ…電子走行層（チャネル層）、５…バリア層（電子供給層）、１０…電界効果型トランジスタ、１１…電極、１１ａ…ゲート電極、１１ｂ…ソース電極、１１ｃ…ドレイン電極、１２…中間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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