(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、炭素を含有する第１のＧａＮ層と、
前記第１のＧａＮ層上に設けられ、遷移金属と炭素を含有する第２のＧａＮ層と、
前記第２のＧａＮ層上に設けられ、遷移金属と炭素を含有する第３のＧａＮ層と、
前記第３のＧａＮ層上に設けられ、ＧａＮよりもバンドギャップが大きい電子供給層とを備え、
前記第３のＧａＮ層の遷移金属濃度は、前記第２のＧａＮ層から前記電子供給層に向かって前記第２のＧａＮ層の遷移金属濃度から徐々に低下し、前記電子供給層の下端から深さ１００ｎｍの位置において１×１０１５ｃｍ−３よりも高く５×１０１７ｃｍ−３よりも低く、
前記第３のＧａＮ層の炭素濃度は５×１０１６ｃｍ−３よりも低く、
前記第２のＧａＮ層の上端は前記電子供給層の下端から８００ｎｍより深く、
前記第３のＧａＮ層の炭素濃度は前記第１及び第２のＧａＮ層の炭素濃度よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第３のＧａＮ層の炭素濃度は２×１０１６ｃｍ−３よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のＧａＮ層の炭素濃度は２×１０１６ｃｍ−３よりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１及び第２のＧａＮ層の炭素濃度は５×１０１６ｃｍ−３よりも高いことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に設けられ、炭素を含有する第１のＧａＮ層と、
前記第１のＧａＮ層上に設けられ、遷移金属と炭素を含有する第２のＧａＮ層と、
前記第２のＧａＮ層上に設けられ、遷移金属と炭素を含有する第３のＧａＮ層と、
前記第３のＧａＮ層上に設けられ、ＧａＮよりもバンドギャップが大きい電子供給層とを備え、
前記第３のＧａＮ層の遷移金属濃度は、前記第２のＧａＮ層から前記電子供給層に向かって前記第２のＧａＮ層の遷移金属濃度から徐々に低下し、前記電子供給層の下端から深さ１００ｎｍの位置において１×１０１５ｃｍ−３よりも高く５×１０１７ｃｍ−３よりも低く、
前記第３のＧａＮ層の炭素濃度は５×１０１６ｃｍ−３よりも低く、
前記第１のＧａＮ層の上端は前記電子供給層の下端から８００ｎｍより深く、
前記第２及び第３のＧａＮ層の炭素濃度は前記第１のＧａＮ層の炭素濃度よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記第２及び第３のＧａＮ層の炭素濃度は２×１０１６ｃｍ−３よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２のＧａＮ層の遷移金属濃度は１×１０１７ｃｍ−３よりも低いことを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１のＧａＮ層の炭素濃度は２×１０１６ｃｍ−３よりも高いことを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１のＧａＮ層の炭素濃度は５×１０１６ｃｍ−３よりも高いことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に設けられ、遷移金属と炭素を含有する第１のＧａＮ層と、
前記第１のＧａＮ層上に設けられ、遷移金属と炭素を含有する第２のＧａＮ層と、
前記第２のＧａＮ層上に設けられ、ＧａＮよりもバンドギャップが大きい電子供給層とを備え、
前記第２のＧａＮ層の遷移金属濃度は、前記第１のＧａＮ層から前記電子供給層に向かって前記第１のＧａＮ層の遷移金属濃度から徐々に低下し、前記電子供給層の下端から深さ１００ｎｍの位置において１×１０１５ｃｍ−３よりも高く５×１０１７ｃｍ−３よりも低く、
前記第１のＧａＮ層の炭素濃度は２×１０１６ｃｍ−３よりも高く、
前記第２のＧａＮ層の炭素濃度は１×１０１７ｃｍ−３よりも低く、
前記第１のＧａＮ層の上端は前記電子供給層の下端から８００ｎｍより深く、
前記第２のＧａＮ層の炭素濃度は前記第１のＧａＮ層の炭素濃度よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記第２のＧａＮ層の炭素濃度は２×１０１６ｃｍ−３よりも低いことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１のＧａＮ層の炭素濃度は５×１０１６ｃｍ−３よりも高いことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記遷移金属は鉄であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体膜を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体膜、特にＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ≠０）膜は、高い飽和電子速度と高い耐圧特性を持つため、電子デバイスの材料として応用されている。こうした電子デバイスの中でも、ヘテロ構造を用いて界面に高濃度の２次元電子ガス（2DEG: two-dimensional electron gas）を生じさせる高電子移動度トランジスタ（HEMT: high electron mobility transistor）が特に注目を集めている。以降、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ≠０）膜を用いたＨＥＭＴのことをＧａＮ系ＨＥＭＴと呼ぶ。
【０００３】
ＧａＮ系ＨＥＭＴでは、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ≠０）からなる電子走行層上に、電子走行層よりもバンドギャップの大きなＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ＞ｚ）からなる電子供給層を設ける。これにより、分極効果によって高濃度の２ＤＥＧを生じさせることが可能であり、シート抵抗が低くなり、高い出力を得ることができる。
【０００４】
また、ＧａＮ系ＨＥＭＴでは、ピンチオフ特性改善又はオフ耐圧向上のために、鉄（Ｆｅ）などの遷移金属又は炭素（Ｃ）が２ＤＥＧ領域よりも下部の領域へ添加されている。これらのドーパントはＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ≠０）層中に深い準位を形成するため、電子をトラップするという特性を持ち、ドーピングされた領域は高抵抗な領域となる。ここで、ピンチオフ特性が良いとは、トランジスタがオフとなるゲート電圧を印加しつつソース・ドレイン間に電圧（例えば動作電圧）を印加している状態でドレインに流れている漏れ電流が十分に小さいことを意味する。また、オフ耐圧が高いとは、トランジスタがオフとなるゲート電圧を印加しつつソース・ドレイン間に動作電圧以上の大きな電圧を印加していった場合に、ドレインに流れている漏れ電流が大きくなって素子の破壊に至る電圧が高いことを意味する。
【０００５】
一般的には、遷移金属か炭素のどちらかが選択されてドーピングされる。これに対し、特許文献１では、遷移金属はエネルギー準位安定化が十分でないために遷移金属とともに炭素も添加する必要があるとしている。その一方で、炭素は電流コラプスに代表される電流電圧特性の過渡応答を悪化させると述べられている。これらを踏まえ、遷移金属の濃度よりも低い濃度で炭素を遷移金属の濃度変化と同じように濃度変化させて添加している（特許文献１の図６参照）。これにより遷移金属のエネルギー準位を安定にすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５６９６３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の方法では、遷移金属を意図的に添加したＧａＮ層中にのみＣ（炭素）を添加しているのではなく、遷移金属が裾を引く形で取り込まれている上部のＧａＮ層中にもＣを添加している。このため、２ＤＥＧに近いところまでＣが存在しており、電流コラプスなどの電流電圧特性の過度応答が悪化する原因となりうる。また、ピンチオフ特性とオフ耐圧との両方を十分に向上させることができないという問題がある。すなわち、ピンチオフ特性とオフ耐圧について、それぞれを向上させるためにどのようなドーピングが必要かという本質的なことが未解明であったために、最適な構造となっていなかった。さらに、一般的に、Ｃの添加量は成長温度や圧力などの成長条件によってコントロールされる。従って、Ｃの添加量を遷移金属と同様に徐々に濃度を低下させていくためには、成長温度や圧力を徐々に変化させながら成長させなければならない。このため、成長条件に多大な制約が課されるのみならず、成長速度も徐々に変化しながら成長されるために膜厚管理が非常に困難になる。よって、特許文献１の方法では、ピンチオフ特性、オフ耐圧、過渡応答の全てを良好にすることはできず、安定に生産することも困難である。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はピンチオフ特性、オフ耐圧及び過渡応答の全てを良好にすることができる半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、基板と、前記基板上に設けられ、炭素を含有する第１のＧａＮ層と、前記第１のＧａＮ層上に設けられ、遷移金属と炭素を含有する第２のＧａＮ層と、前記第２のＧａＮ層上に設けられ、遷移金属と炭素を含有する第３のＧａＮ層と、前記第３のＧａＮ層上に設けられ、ＧａＮよりもバンドギャップが大きい電子供給層とを備え、前記第３のＧａＮ層の遷移金属濃度は、前記第２のＧａＮ層から前記電子供給層に向かって前記第２のＧａＮ層の遷移金属濃度から徐々に低下し、前記電子供給層の下端から深さ１００ｎｍの位置において１×１０１５ｃｍ−３よりも高く５×１０１７ｃｍ−３よりも低く、前記第３のＧａＮ層の炭素濃度は５×１０１６ｃｍ−３よりも低く、前記第２のＧａＮ層の上端は前記電子供給層の下端から８００ｎｍより深く、前記第３のＧａＮ層の炭素濃度は前記第１及び第２のＧａＮ層の炭素濃度よりも低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、第３のＧａＮ層の遷移金属濃度は電子供給層の下端から深さ１００ｎｍの位置において１×１０１５ｃｍ−３よりも高く、炭素を含有する第２のＧａＮ層の上端は電子供給層の下端から８００ｎｍより深く、第３のＧａＮ層の炭素濃度は第１及び第２のＧａＮ層の炭素濃度よりも低い。これにより、ピンチオフ特性、オフ耐圧及び過渡応答の全てを良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の深さに対するＦｅ濃度とＣ濃度の変化を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の深さに対するＦｅ濃度とＣ濃度の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の深さに対するＦｅ濃度とＣ濃度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。この半導体装置はＧａＮ系ＨＥＭＴである。
【００１４】
ＳｉＣからなる基板１上にＡｌＮ核形成層２が設けられている。ＡｌＮ核形成層２上に例えば５×１０１６ｃｍ−３の濃度でＣを含有するＧａＮ層３が設けられている。ＧａＮ層３上に、例えば５×１０１６ｃｍ−３の濃度のＣと例えば５．０×１０１７ｃｍ−３の濃度のＦｅとを含有するＧａＮ層４が設けられている。ＧａＮ層４上にＦｅとＣを含有するＧａＮ層５が設けられている。
【００１５】
ＧａＮ層５上に、ＧａＮよりもバンドギャップが大きいＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ＞ｚ、例えばｘ＝０．２、ｙ＝０．８、ｚ＝０）からなる電子供給層６が設けられている。ここで、電子供給層６は単層である必要はなく、例えば、ＡｌＮ層上にＡｌＧａＮ層を積層した二層構造などでもよい。この場合でもＡｌＮ層とＡｌＧａＮ層をまとめて電子供給層６とみなす。ＧａＮ層５のＦｅ濃度は、ＧａＮ層４から電子供給層６に向かってＧａＮ層４のＦｅ濃度から徐々に低下する。
【００１６】
電子供給層６上に例えばＳｉＮ保護膜７が設けられている。ＳｉＮ保護膜７から露出した電子供給層６上に、ソース電極８、ドレイン電極９及びゲート電極１０が設けられている。
【００１７】
ここで、発明者は、ピンチオフ特性を向上させるためには、電子供給層６の下端から比較的近いところを高抵抗な層にすることが必要であることを見出した。また、このためのドーパントは、電子供給層６に比較的近いことから、炭素では電流コラプスなどの過渡応答の悪化が生じるため、遷移金属でなければならない。そして、電子供給層６の下端から深さ１００ｎｍの位置における遷移金属の含有量を１×１０１５ｃｍ−３よりも高くすることが必要であることを見出した。
【００１８】
また、オフ耐圧向上のためには、Ｃを添加する必要があること、このためのＣは電子供給層６から遠いところに添加しても効果を発揮すること、電子供給層６から遠いところに添加されたＣは電流コラプスなどの過渡応答の悪化は引き起こさないことを見出した。具体的には、電子供給層６の下端からの深さ８００ｎｍより深い任意の位置に炭素を含有させることが必要であることを見出した。
【００１９】
また、ＣとＦｅをともに添加した層においては、Ｆｅの存在により結晶中のＣの位置や結合の状態がＣのみを添加した層に比べて変化するため、オフ耐圧向上に寄与するＣの量が減少する、すなわちＣ自体のオフ耐圧向上効果が薄れてしまうことを見出した。これを踏まえ、Ｃのオフ耐圧向上の効果を十分に発揮させるためにはＦｅを添加せずにＣのみを含有させた層を設けることが有効であることを見出した。
【００２０】
そこで、本実施の形態では、ＧａＮ層５のＦｅ濃度は電子供給層６の下端から深さ１００ｎｍの位置において１×１０１５ｃｍ−３よりも高くする。そして、Ｃを含有するＧａＮ層４の上端は電子供給層６の下端から８００ｎｍより深くする。さらに、ＧａＮ層５のＣ濃度はＧａＮ層３，４のＣ濃度よりも低くする。これにより、ピンチオフ特性、オフ耐圧及び過渡応答の全てを良好にすることができる。
【００２１】
続いて、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。ＳｉＣからなる基板１上に、例えば有機金属気相エピタキシャル（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）法によってＡｌＮ核形成層２を５０ｎｍ成長させる。
【００２２】
ＡｌＮ核形成層２上に、例えば５×１０１６ｃｍ−３の濃度でＣを含有するＧａＮ層３を２００ｎｍ成長させる。成長条件は、例えば、温度１０５０℃、圧力５０ｍｂａｒ、Ｖ／ＩＩＩ比２５０とする。なお、所望のＣ濃度が得られるように温度、圧力、Ｖ／ＩＩＩ比を調整し、また、ＣＢｒ４などのＣのドーパントガスを供給してもよい。
【００２３】
ＧａＮ層３上に、例えば５×１０１６ｃｍ−３の濃度のＣと例えば５．０×１０１７ｃｍ−３の濃度のＦｅとを含有するＧａＮ層４を２００ｎｍ成長させる。成長条件は、例えば、温度１０５０℃、圧力５０ｍｂａｒ、Ｖ／ＩＩＩ比２５０とする。なお、所望のＣ濃度が得られるように温度、圧力、Ｖ／ＩＩＩ比を調整し、また、ＣＢｒ４などのＣのドーパントガスを供給してもよい。ＦｅはＣｐ２Ｆｅ（フェロセン）などのドーパントガスを供給することにより含有させる。
【００２４】
ここで、オフ耐圧向上の効果を十分に発揮させるため、ＧａＮ層３とＧａＮ層４には２×１０１６ｃｍ−３よりも高い濃度のＣを含有させることが望ましい。また、さらなるオフ耐圧向上のためには、５×１０１６ｃｍ−３よりも高い濃度のＣを含有させることが望ましい。一方で、Ｃ濃度を高めるためには一般に低温・低圧・低Ｖ／ＩＩＩ比という条件が必要となるが、このような条件は結晶性の悪化を引き起こすことがあるため、使用する基板やバッファ層構造に応じて結晶性を大幅に悪化させない範囲でＣ濃度は選択されることが望ましい。
【００２５】
ＧａＮ層４上にＧａＮ層５を９００ｎｍ成長させる。成長条件は、例えば、温度１１５０℃、圧力２００ｍｂａｒ、Ｖ／ＩＩＩ比１５００とする。ここで、ＧａＮ層５の層のＣ濃度を２×１０１６ｃｍ−３より低くすることで、電流コラプスに代表される電流電圧特性の過渡応答悪化を十分に抑制することができる。また、ＧａＮ層５のＣ濃度はできるかぎり低くすることがより望ましい。そのためには高温・高圧・高Ｖ／ＩＩＩ比という条件を用いればよい。しかし、これらをあまり高くし過ぎると表面平坦性が悪化するため、表面平坦性悪化がデバイス特性に悪影響を及ぼさない範囲で適切に設定することが望ましい。
【００２６】
ＧａＮ層５上にＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ＞ｚ、例えばｘ＝０．２、ｙ＝０．８、ｚ＝０）からなる電子供給層６を２５ｎｍ成長させる。
【００２７】
電子供給層６上に例えばＳｉＮ保護膜７を形成させる。その後、ＳｉＮ保護膜７をパターンニングして電子供給層６を露出させる。露出した電子供給層６上に、例えば蒸着法によって、例えばＴｉ／Ａｌからなるソース電極８とドレイン電極９を形成し、アニール処理を行う。さらに、保護膜７をパターンニングして電子供給層６を露出させる。露出した電子供給層６上に、例えば蒸着法を用いて、例えばＮｉ／Ａｕからなるゲート電極１０を形成する。以上の工程により、実施の形態１に係る半導体装置が形成される。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の深さに対するＦｅ濃度とＣ濃度の変化を示す図である。電子供給層６の下端を深さ０ｎｍとしている。ＦｅはＧａＮ層５中にも含まれており、その濃度は表面に向かって徐々に低下している。これは主にＧａＮ中のＦｅ特有の表面偏析と呼ばれる現象によるものである。なお、この低下の傾きは成長条件などによって異なる。
【００２９】
ここで、重要なことは、電子供給層６の下端から深さ１００ｎｍの位置における遷移金属の含有量を１×１０１５ｃｍ−３よりも高くすることと、Ｃを含有させた層の上端を電子供給層の下端から８００ｎｍより深くすることである。これらの条件を満たすようにＧａＮ層４のＦｅ濃度及びＧａＮ層５の膜厚を適宜設計する。このとき、結晶性やウエハ反りのコントロールも考慮した設計を行なう。また、電子供給層６の下端から近いところにＦｅが過剰に存在している場合にはシート抵抗の上昇などの悪影響が生じる可能性があるため、電子供給層６の下端から深さ１００ｎｍの位置における遷移金属の含有量を５×１０１６ｃｍ−３よりも低くすることが望ましく、そのように設計されることが望ましい。
【００３０】
なお、ＧａＮ層５において、例えば下端から２００ｎｍまではＣｐ２Ｆｅ（フェロセン）などのドーパントガスを供給し、そこでＣｐ２Ｆｅの供給をやめ、そこから上部の６００ｎｍでは徐々にＦｅ濃度を低下させるといった方法により、深さ１００ｎｍの位置における遷移金属の含有量を調整してもよい。
【００３１】
また、電子供給層６上にＧａＮ等の窒化物半導体からなるキャップ層を設け、キャップ層上に各電極を設けてもよい。また、例えば、電子供給層６とゲート電極１０との間、又はキャップ層とゲート電極１０との間に絶縁膜を設けるなど、所望のデバイス性能に応じて適宜設計を行うことができる。また、基板１はＳｉＣに限らず、例えばＳｉ又はサファイアを用いてもよい。さらに、ＡｌＮ核形成層２は上部のＧａＮ層を成長させるためのバッファ層の一例であり、別のＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いてもよいし、複数の組成のＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を重ねた多層のバッファ層を用いてもよいし、例えばＳｉＮなどの材料を基板１上に設けた後にＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を成長させるなどしてもよい。
【００３２】
また、本実施の形態では、Ｆｅにはピンチオフ特性向上の役割を持たせ、Ｃにはオフ耐圧向上の役割を持たせており、Ｆｅの準位安定化のためにＣを用いるという構造ではない。このため、Ｆｅの最大含有量とＣの最大含有量のどちらが大きいかに関わらず効果を得ることができ、Ｆｅの最大含有量がＣの最大含有量より小さくてもよい。
【００３３】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。実施の形態１のＧａＮ層４の代わりに、例えば５．０×１０１７ｃｍ−３の濃度のＦｅを含有し、Ｃ濃度が２×１０１６ｃｍ−３よりも低いＧａＮ層１１を設ける。Ｃを含有するＧａＮ層３の上端は電子供給層６の下端から８００ｎｍより深い。ＧａＮ層１１，５の炭素濃度はＧａＮ層３の炭素濃度よりも低い。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３４】
オフ耐圧向上の効果を十分に発揮させるため、ＧａＮ層３には２×１０１６ｃｍ−３よりも高い濃度のＣを含有させることが望ましい。また、さらなるオフ耐圧向上のためには、５×１０１６ｃｍ−３よりも高い濃度のＣを含有させることが望ましい。ここで、ＧａＮ層１１の成長条件は、例えば、温度１１５０℃、圧力２００ｍｂａｒ、Ｖ／ＩＩＩ比１５００、膜厚は２００ｎｍとし、Ｃ濃度が２×１０１６ｃｍ−３よりも低くなるようにする。これにより過渡応答悪化を十分に抑制することができる。ＦｅはＣｐ２Ｆｅ（フェロセン）などのドーパントガスを供給することにより含有させる。ＧａＮ層１１もＧａＮ層５と同様に、Ｃ濃度をできる限り低くすることがより望ましく、表面平坦性悪化がデバイス特性に悪影響を及ぼさない範囲で適切に成長条件を設定することが望ましい。
【００３５】
図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の深さに対するＦｅ濃度とＣ濃度の変化を示す図である。ここで、重要なことは、電子供給層６の下端から深さ１００ｎｍの位置における遷移金属の含有量を１×１０１５ｃｍ−３よりも高くすることと、Ｃを含有させた層の上端を電子供給層６の下端からの深さを８００ｎｍより深くすることである。これらの条件を満たすようにＧａＮ層４のＦｅ濃度と膜厚及びＧａＮ層５の膜厚を適宜設計する。例えば、ＧａＮ層１１のＦｅ含有量を１×１０６ｃｍ−３として膜厚は５００ｎｍとし、ＧａＮ層５を３００ｎｍとした場合にも、本発明の効果を得ることができる。このようにＧａＮ層１１のＦｅ最大含有量を１×１０１７ｃｍ−３よりも低く抑え、Ｆｅドープによる表面平坦性の悪化を極力抑制してもよい。
【００３６】
実施の形態３
図５は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。図６は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の深さに対するＦｅ濃度とＣ濃度の変化を示す図である。ＧａＮ層３を設けず、ＡｌＮ核形成層２上又はバッファ層上に直接的にＧａＮ層４を設ける。ＧａＮ層４のＣ濃度は例えば１×１０１７ｃｍ−３とする。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３７】
本実施の形態ではＧａＮ層３を設けないため、全ＧａＮ層の合計膜厚を薄くすることができる。反りのコントロールのために薄くする必要がある場合や、低コスト化やリードタイムの短縮などが必要な場合に好適である。一方で、Ｃのみを含有させた層が無いため、Ｃの効果が減少してしまう。このため、オフ耐圧を向上させるためにはＧａＮ層４のＣ濃度は２×１０１６ｃｍ−３よりも高くする必要がある。また、さらなるオフ耐圧向上のためには、５×１０１６ｃｍ−３よりも高い濃度のＣを含有させることが望ましい。
【符号の説明】
【００３８】
１  基板、３，４，５，１１  ＧａＮ層、６  電子供給層
【図１】
0006547581.tif 000002
【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】
0006547581.tif 000007