(57)【要約】【課題】リーク電流及び電子トラッピング現象を同時に抑制できる半導体エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】基板(1)上に形成された核生成層(2)と、核生成層(2)上に形成された第一の窒化物半導体層(3)と、第一の窒化物半導体層(3)上に形成され、かつ第一の窒化物半導体層(3)よりも電子親和力の小さい第二の窒化物半導体層(4)と、を有する半導体エピタキシャルウェハにおいて、第一の窒化物半導体層(3)中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にある。【選択図】図２
2008277655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された核生成層と、
前記核生成層上に形成された第一の窒化物半導体層と、
前記第一の窒化物半導体層上に形成され、かつ前記第一の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第二の窒化物半導体層と、
を有する半導体エピタキシャルウェハにおいて、
前記第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
基板上に窒化物半導体層を含むエピタキシャル層が形成された電界効果トランジスタ用の半導体エピタキシャルウェハにおいて、
電子親和力が最大となる前記窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする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に記載の半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記シリコン濃度が、７×１０１４ｃｍ−３から２×１０１５ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
基板上に形成された核生成層と、
前記核生成層上に形成された第一の窒化物半導体層と、
前記第一の窒化物半導体層上に形成され、かつ前記第一の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第二の窒化物半導体層と、
前記第二の窒化物半導体層上に直接形成された、或いは第三の窒化物半導体層を介して形成された、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間の、前記第二の窒化物半導体層又は前記第三の窒化物半導体層の表面を覆う第一の保護層と、
を有する電界効果トランジスタにおいて、
前記第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項５】
窒化物半導体層を含む電界効果トランジスタにおいて、
電子親和力が最大となる前記窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項６】
窒化物半導体層を含む電界効果トランジスタにおいて、
二次元電子ガスが主に蓄積される能動層となる前記窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタにおいて、前記シリコン濃度が、７×１０１４ｃｍ−３から２×１０１５ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタに関し、より詳細にはリーク電流の抑制と電子トラッピング現象の低減との両立を図った半導体エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
インジウム、ガリウム、アルミニウムおよび窒素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領域をカバーする革新的な高効率発光デバイスの材料として開発が進められ、実用化されている。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を有する為、将来的には高周波領域で桁違いの高効率・高出力を実現する電子デバイス用材料としての応用も期待されている。
【０００３】
窒化物半導体薄膜を材料として用いる電界効果トランジスタでは、二つの問題が指摘されている。一つはリーク電流の発生であり、もう一つは電子のトラッピング現象である。
【０００４】
リーク電流は、主に、結晶成長中に意図せずにｎ型ドーパントとして活性化する不純物が、窒化ガリウムを主成分とした比較的電子親和力の大きい能動層へと混入した場合に発生する。
このリーク電流を防ぐための技術としては、結晶成長中に、意図的に鉄を、窒化ガリウムを主成分とした比較的電子親和力の大きい能動層部と基板との間の窒化物半導体層に混入させて、高抵抗化させるという技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
電子のトラッピング現象とは、電界効果トランジスタ構造内或いは構造の表面に、何らかの欠陥或いはその他の電気的作用を及ぼす点が多数存在し、これらがトランジスタ動作時に注入された電子をトラップして負の電界を発生させ、以後の電子の流れを阻害する現象のことを指す。
この電子のトラッピング現象を防ぐ技術としては、表面保護膜にＳｉＮを用いたり、或いはｎ型ドーピングしたＡｌＧａＮ層を使用したりするなどの技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４５９７号公報（第３−４頁）
【特許文献２】特表２００４−５１７４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、リーク電流を防ぐために、鉄をドーピングした場合、次のような二つの問題がある。１）鉄が結晶成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）内部の素材であるＳｉＣを侵食し、装置ジグの寿命を劣化させるおそれがある。２）鉄はＣｐ２Ｆｅ（ビスシクロペンタジエニル鉄）という有機金属を使ってドープするが、このＣｐ２Ｆｅはメモリー効果が強く、能動層に鉄を入れないためには、バッファ層を余分に厚く積む必要があり、原料効率が悪い。
また、電子トラッピング現象を防ぐために、ＳｉＮ保護膜を使ったり、或いはｎ型ドーピングしたＡｌＧａＮ層を使ったりした場合、ゲートリーク耐圧が劣化するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記した問題を発生させずに、リーク電流及び電子トラッピング現象という二つの課題を同時に解決できる半導体エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタを
提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、基板上に形成された核生成層と、前記核生成層上に形成された第一の窒化物半導体層と、前記第一の窒化物半導体層上に形成され、かつ前記第一の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第二の窒化物半導体層と、を有する半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする半導体エピタキシャルウェハである。
【００１０】
本発明の第２の態様は、基板上に窒化物半導体層を含むエピタキシャル層が形成された電界効果トランジスタ用の半導体エピタキシャルウェハにおいて、電子親和力が最大となる前記窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする半導体エピタキシャルウェハである。
【００１１】
本発明の第３の態様は、上記第１または第２の態様の半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記シリコン濃度が、７×１０１４ｃｍ−３から２×１０１５ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
上記第１の態様の半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記第一の窒化物半導体層はＧａＮ層であり、前記第二の窒化物半導体層はＡｌＧａＮ層であるのが好ましい。また、第２の態様の半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記電子親和力が最大となる窒化物半導体層は、ＧａＮ層であるのが好ましい。
【００１３】
本発明の第４の態様は、基板上に形成された核生成層と、前記核生成層上に形成された第一の窒化物半導体層と、前記第一の窒化物半導体層上に形成され、かつ前記第一の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第二の窒化物半導体層と、前記第二の窒化物半導体層上に直接形成された、或いは第三の窒化物半導体層を介して形成された、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間の、前記第二の窒化物半導体層又は前記第三の窒化物半導体層の表面を覆う第一の保護層と、を有する電界効果トランジスタにおいて、前記第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする電界効果トランジスタである。
【００１４】
本発明の第５の態様は、窒化物半導体層を含む電界効果トランジスタにおいて、電子親和力が最大となる前記窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする電界効果トランジスタである。
【００１５】
本発明の第６の態様は、窒化物半導体層を含む電界効果トランジスタにおいて、二次元電子ガスが主に蓄積される能動層となる前記窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする電界効果トランジスタである。
【００１６】
本発明の第７の態様は、上記第４〜第６の態様のいずれかの電界効果トランジスタにおいて、前記シリコン濃度が、７×１０１４ｃｍ−３から２×１０１５ｃｍ−３の範囲にあることを特徴とする。
【００１７】
上記第４の態様の電界効果トランジスタにおいて、前記第一の窒化物半導体層はＧａＮ層であり、前記第二の窒化物半導体層はＡｌＧａＮ層であるのが好ましい。また、第５の
態様の電界効果トランジスタにおける前記電子親和力が最大となる窒化物半導体層、および第６の態様の電界効果トランジスタにおける前記二次元電子ガスが主に蓄積される能動層となる前記窒化物半導体層は、ＧａＮ層であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、リーク電流及び電子トラッピング現象を同時に抑制することができる半導体エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る半導体エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタの実施形態を説明する。
【００２０】
本発明の実施形態に係る電界効果トランジスタは、基板上に形成された核生成層と、前記核生成層上に形成された第一の窒化物半導体層と、前記第一の窒化物半導体層上に形成され、かつ前記第一の窒化物半導体層よりも電子親和力の小さい第二の窒化物半導体層と、前記第二の窒化物半導体層上に直接形成され、或いは第三の窒化物半導体層を介して形成されたゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間の、前記第二の窒化物半導体層又は前記第三の窒化物半導体層の表面を覆う第一の保護層と、を有する電界効果トランジスタにおいて、前記第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度が、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲にある。
【００２１】
このように、本実施形態の電界効果トランジスタにおいて、第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度を１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲とした理由は、次の通りである。
【００２２】
まず、本発明者は、リーク電流を支配的に引きおこす元素が、主にシリコンであることに着目した。そして本発明者の検討では、第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度が５×１０１６ｃｍ−３以下になるように結晶成長条件を制御すると、リーク電流が十分に低くなることが分かった。また、シリコン濃度は５×１０１６ｃｍ−３以下に制御することによって、十分なリーク電流低減効果があるが、より効果を高めるためには、シリコン濃度を８×１０１５ｃｍ−３以下に、更には２×１０１５ｃｍ−３以下に制御することが望ましいことが分かった。
【００２３】
その一方で、本発明者は、シリコンの存在が電子トラッピング現象を緩和する方向に働くことにも着目した。電子のトラッピング現象とは、先に述べたとおり、電界効果トランジスタ構造内或いは構造の表面になんらかの欠陥或いはその他の電気的作用を及ぼす点が多数存在し、これらがトランジスタ動作時に注入された電子をトラップして負の電界を発生させ、以後の電子の流れを阻害する現象のことをいう。この電子トラッピング現象が発生した領域の近傍にシリコン、或いはその他のｎ型ドーパントとして活性化する不純物が存在した場合、例えばシリコンであればＳｉ＋という正のチャージが発生する。すると、この正のチャージは電子トラッピング現象によって発生した負の電界を中和する方向で働き、結果として以後の電子の流れが阻害されなくなる。
本発明者の実験によれば、第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度が１×１０１４ｃｍ−３以上になるように結晶成長条件を制御すると、この第一の窒化物半導体層中での電子トラッピング現象が著しく抑制できることが分かった。またシリコン濃度は１×１０１４ｃｍ−３以上に制御することによって、十分な電子トラッピング現象の抑止効果があるが、より効果を高めるためにはシリコン濃度を７×１０１４ｃｍ−３以上に制御することが望ましいことが分かった。
【００２４】
以上に述べたことを勘案した結果、リーク電流と電子トラッピング現象という二つの課題を同時に解決するために、第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度が１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の間に制御されている半導体エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタの構造を発明するに至った。
【００２５】
また上述した同様の理由から、基板上に窒化物半導体層を含むエピタキシャル層が形成された電界効果トランジスタ用の半導体エピタキシャルウェハにおいて、電子親和力が最大となる前記窒化物半導体層中のシリコン濃度を１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲に、また、窒化物半導体層を含む電界効果トランジスタにおいて、電子親和力が最大となる前記窒化物半導体層中のシリコン濃度を１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲に、更に、窒化物半導体層を含む電界効果トランジスタにおいて、二次元電子ガスが主に蓄積される能動層となる前記窒化物半導体層中のシリコン濃度を１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲に、それぞれ規定するのが好ましい。
【００２６】
本発明の他の実施形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法を図面を用いて説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係る電界効果トランジスタの断面図である。図１に示すように、本実施形態の電界効果トランジスタ（ＧａＮＨＥＭＴ）では、ＳｉＣ基板１の上にアンドープＡｌＮ核生成層（バッファ層）２と、シリコン濃度がドーピングその他の手法によって１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の間に制御された、第一の窒化物半導体層としてのＧａＮ層３と、第二の窒化物半導体層としてのアンドープＡｌＧａＮキャリア供給層４とが順番に積層されている。ＡｌＧａＮキャリア供給層４の上には、Ｎｉ／Ａｕ金属薄膜からなるゲート電極５が形成されると共に、Ｔｉ／Ａｌ金属薄膜からなるソース電極６とドレイン電極７とが形成されている。ゲート電極５とソース電極６の間のＡｌＧａＮキャリア供給層４表面、およびゲート電極５とドレイン電極７の間のＡｌＧａＮキャリア供給層４表面はＳｉＮ薄膜からなる保護層８で覆われている。ＧａＮ層３よりも格子定数が小さいためにアンドープＡｌＧａＮキャリア供給層４には歪が加り、歪応力から生ずるアンドープＡｌＧａＮキャリア供給層４中のピエゾ電界の影響により、ＧａＮ層３には二次元電子ガスが蓄積され、ここが能動層として機能する。
【００２８】
また上記構造のうち、シリコン濃度がドーピングその他の手法によって１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の間に制御されたＧａＮ層３を含む半導体エピタキシャルウェハ（図２）は、次のような製造方法によって形成される。
【００２９】
まず、ＳｉＣ基板１上に、例えばＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）
装置により、原料としてアンモニアガス（ＮＨ３）とＴＭＡ（Tri Methyl Aluminum）を
用いて、膜厚１５０ｎｍのアンドープＡｌＮ核生成層２を形成する。
次いで、アンドープＡｌＮ核生成層２上に、同一のＭＯＶＰＥ装置を引き続き使用し、また原料としてアンモニアガスとＴＭＧ（Tri Methyl Gallium）さらにはドーピングガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ４）を用いて、膜厚４００ｎｍでシリコン濃度が１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の間に制御されたＧａＮ層３を形成する。
この場合、シリコン濃度はドーピングガスであるモノシランの濃度、流量、および希釈割合で制御する。なお、これとは別に、予め所望の濃度のシリコン原料をＴＭＧに混入させておいても良い。また、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内にシリコン源となる素材を使用し、当該素材から脱離してくるシリコンがＧａＮ層に導入されるよう工夫し、且つＧａＮ層の成長条件（具体的には温度や成長速度、Ｖ／III比）を調整することにより、シリコン濃
度を制御することも可能である。
次に、ＧａＮ層３の上に、引き続いて同一のＭＯＶＰＥ装置を使用し、原料としてアン
モニアガスとＴＭＡ、ＴＭＧを用いて、膜厚４０ｎｍのアンドープＡｌＧａＮキャリア供給層４を形成する。
以上の工程で、シリコン濃度がドーピングその他の手法によって１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の間に制御されたＧａＮ層３を含む半導体エピタキシャルウェハを形成することができる。
【００３０】
図２および図３は、効率の良い方法でリーク電流を抑制できるという本発明の効果を説明するための図である。
図３は、従来の鉄ドープを適用してリーク電流を抑止する電界効果トランジスタ用半導体エピタキシャルウェハの比較例を示す。すなわち、ＳｉＣ基板１１上に、アンドープＡｌＮ核生成層１２と、ＧａＮ層１３と、アンドープＡｌＧａＮキャリア供給層１４とが積層された構造であって、ＧａＮ層１３の下部層１３ａには、鉄が高濃度にドーピングされている。鉄ドープでリーク電流を抑制する場合、上述したように鉄ドーピング原料となるＣｐ２Ｆｅはメモリー効果が激しいため、能動部（ＧａＮ層１３とアンドープＡｌＧａＮキャリア供給層１４の界面近傍）への鉄の混入を防ぐためには、ＧａＮ層１３全体を例えば３μｍ以上と非常に厚く形成する必要があった。
これに対し、図２に示す実施形態の半導体エピタキシャルウェハのように、ＳｉＣ基板１上に、アンドープＡｌＮ核生成層２と、シリコン濃度が１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の間に制御されたＧａＮ層３と、アンドープＡｌＧａＮキャリア供給層４とが積層された構造によれば、鉄ドープをしなくてもリーク電流を抑止することができるため、ＧａＮ層３は例えば１μｍ以下という薄い状態でも電界効果トランジスタとして使用する上で不都合が生じない。すなわち、本実施形態により、リーク電流を抑制しつつ、電界効果トランジスタ用半導体エピタキシャルウェハ構造の能動層となるＧａＮ層の厚さを、図３の鉄ドープの比較例と比べて１／３に減少できる。
【００３１】
図４および図５は、電子トラッピング現象を抑止できるという本発明の効果を説明するための電界効果トランジスタのＩ‐Ｖ特性図である。
このうち、図４は、図１と同一構造の電界効果トランジスタにおいて、ＧａＮ層３に相当する部分を、モノシランなどのシリコン原料を供給することなく高速成長することにより、ＧａＮ層のシリコン濃度を１×１０１４ｃｍ−３未満となるように形成した比較例の電界効果トランジスタのＩ‐Ｖ特性図である。
これに対し、図５は、図１と同一構造の電界効果トランジスタにおいて、ＧａＮ層３のＭＯＶＰＥ成長時に、モノシランを流量制御しながら導入することにより、約１×１０１６ｃｍ−３の濃度でシリコンがドーピングされた構造を有する実施形態の電界効果トランジスタのＩ‐Ｖ特性図である。
【００３２】
図４、図５は、電界効果トランジスタのゲート電極に正の電圧が印加された状態での、ソース電極とドレイン電極間の電流密度Ｉdsをソース電極とドレイン電極間の電圧Ｖdsに対してプロットしたものである。それぞれの図面において、電流を直流（ＤＣ）で測定した測定値と、パルスＩ‐Ｖ試験方法にて測定した測定値とがプロットしてある。
ここで、パルスＩ‐Ｖ試験とは、電子トラッピングの度合いを評価する手法であり、まずゲート電極に負の電圧を印加した状態でソース‐ドレイン間にも電圧Ｖdsを印加し、引き続いてＤＣ測定時と同様に、ゲート電極に正の電圧を印加した状態でソース‐ドレイン間の電流密度Ｉdsを電圧Ｖdsに対してプロットするものである。
ＤＣでのＩ‐Ｖ測定プロットと、パルスでのＩ‐Ｖ測定プロットとを比較し、ＤＣとパルスのＩ‐Ｖ測定値の差が少ないものほど、電子トラッピング現象が抑制できている、すなわち優れた電界効果トランジスタであるといえる。
比較例の電界トランジスタを評価した図４をみると、特にＶds＝１０Ｖ付近で、ＤＣとパルスとの電流密度Ｉdsの差が大きく、電子トラッピング現象が激しく生じていることが分かる。これに対し、実施形態の電界トランジスタを評価した図５をみると、ＤＣとパル
スの電流密度Ｉdsの差が格段に小さくなっており、電子トラッピング現象を抑制できていることが分かる。
【００３３】
以上の結果から、本実施形態によって提供される半導体エピタキシャルウェハ構造、及び電界効果トランジスタ構造により、効率よい製造手法で、リーク電流及び電子トラッピング現象という二つの課題を同時に解決可能であることが確認できた。
【００３４】
次に、本発明における第一の窒化物半導体層中のシリコン濃度を１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１６ｃｍ−３の範囲とした理由・根拠を説明する。
【００３５】
図６は、図１と同一構造の電界効果トランジスタにおいて、ＧａＮ層３中のシリコン濃度を変えた場合の、電界効果トランジスタのパルス動作時における電流回復率を測定した結果を示すものである。
ここで言う電流回復率とは、ソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓが１０Ｖのときの、パルス動作時におけるＩdsと、ＤＣ動作時におけるＩdsとの比をいう。電流回復率が１に近いデバイスほど電子トラッピング現象が抑制された良好な製品であり、逆に電流回復率がゼロに近いデバイスでは電子トラッピング減少による劣化が著しい製品であると言える。
究極的には電流回復率は１であることが理想であるが、ある程度の許容範囲をもった目安としては電流回復率が０.５以上が必要であり、このためには、図６に示すように、シ
リコン濃度が１×１０１４ｃｍ−３以上が必要であることが分かる。また、電流回復率が０.７以上であるのが望ましいが、このためにはシリコン濃度が７×１０１４ｃｍ−３以
上であるのが好ましいことが分かる。
【００３６】
また、図７は、図６と同一の電界効果トランジスタ、即ち、図１と同一構造の電界効果トランジスタにおいて、ＧａＮ層３中のシリコン濃度を変えた場合の、電界効果トランジスタの素子間リーク電流の測定結果を示す。
具体的には、図１に示すようなデバイス（電界効果トランジスタのチップ）をウェハ面内に多数形成する際、これらのデバイス間をイオン注入或いはメサアイソレーション技術などにより分離し、その後、隣接するデバイスのオーミック電極間に流れる素子間リーク電流を、ＧａＮ層３中のシリコン濃度に対してプロットしたものである。
素子間リ一ク電流は１×１０−４Ａ／ｍｍ未満であることが必要であり、このためには、図７に示すように、シリコン濃度を５×１０１６ｃｍ−３以下に制御する必要がある。また素子間リ一ク電流は１×１０−５Ａ／ｍｍ未満であるのが好ましいが、このためにはシリコン濃度を８×１０１５ｃｍ−３以下とする必要があり、好ましくはシリコン濃度を２×１０１５ｃｍ−３以下とするのがよいことが分かる。
【００３７】
なお、上記実施形態の電界効果トランジスタ（図１）および上記実施形態の半導体エピタキシャルウェハ（図２）では、ＳｉＣ基板１を用いたが、サファイア基板を用いるようにしても良い。また、ＡｌＮ核生成層２をＧａＮ核生成層に替えても良い。更に、第二の窒化物半導体層としてのＡｌＧａＮ層４の上に更にＡｌＧａＮ層（アンドープ或いはシリコンドープ）を形成したり、ＡｌＧａＮ層４に替えてＳｉドープのＡｌＧａＮ層を形成したり種々に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電界効果トランジスタ構造の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電界効果トランジスタ用の半導体エピタキシャルウェハ構造の断面図である。
【図３】比較例の電界効果トランジスタ用の半導体エピタキシャルウェハ構造の断面図である。
【図４】比較例の電界効果トランジスタのＩ‐Ｖ特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電界効果トランジスタのＩ‐Ｖ特性を示す図である。
【図６】図１と同一構造の電界効果トランジスタにおいて、ＧａＮ層３中のシリコン濃度を変えた場合の、電界効果トランジスタのパルス動作時における電流回復率を測定した結果を示す図である。
【図７】図１と同一構造の電界効果トランジスタにおいて、ＧａＮ層３中のシリコン濃度を変えた場合の、電界効果トランジスタの素子間リーク電流の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ＳｉＣ基板（基板）
２  アンドープＡｌＮ層（核生成層）
３  ＧａＮ層（第一の窒化物半導体層）
４  アンドープＡｌＧａＮ層（第二の窒化物半導体層）
５  ゲート電極
６  ソース電極
７  ドレイン電極
８  保護層
【図１】
2008277655.tif 000003
【図２】
2008277655.tif 000004
【図５】
2008277655.tif 000005
【図６】
2008277655.tif 000006
【図７】
2008277655.tif 000007
【図３】
2008277655.tif 000008
【図４】
2008277655.tif 000009