(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上にＧａを含む窒化物半導体からなり炭素をドープしたバッファ層を形成する第１工程と、
窒化物半導体からなるチャネル層を前記バッファ層の上に接して形成する第２工程と、
窒化物半導体からなるバリア層を前記チャネル層の上に形成する第３工程と、
前記バリア層の上にゲート電極を形成する第４工程と、
前記バリア層の上にソース電極およびドレイン電極を形成する第５工程と
を備え、
前記第１工程では、前記バッファ層を、バッファリークを抑制する炭素濃度とし、かつ、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態に形成し、
前記バッファ層は、炭素濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とし、かつ波長５５０ｎｍにおける室温フォトルミネッセンススペクトルの発光ピーク強度を波長３６５ｎｍにおける発光ピーク強度の０．７倍以下とする
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第１工程では、トリエチルガリウムをＧａソースとした有機金属気相成長法により前記バッファ層を形成することで、前記バッファ層を、バッファリークを抑制する炭素濃度とし、かつ、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態に形成する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項３】
基板の上に形成されたＧａを含む窒化物半導体からなり炭素をドープしたバッファ層と、
前記バッファ層の上に接して形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、
前記チャネル層の上に形成された窒化物半導体からなるバリア層と、
前記バリア層の上に形成されたゲート電極と、
前記バリア層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極と
を備え、
前記バッファ層は、バッファリークを抑制する炭素濃度とされ、かつ、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態とされ、
前記バッファ層は、炭素濃度が１×１０17ｃｍ-3以上とされ、かつ波長５５０ｎｍにおける室温フォトルミネッセンススペクトルの発光ピーク強度が波長３６５ｎｍにおける発光ピーク強度の０．７倍以下とされている
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、窒化物半導体を用いて２次元電子ガスをチャネルとした電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮをはじめとした窒化物半導体は、高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率および高い電子飽和速度などの特性を有しており、高周波のハイパワーデバイス向けの材料として優れている。例えば、主表面をＣ面としたサファイア基板上に、主表面をＩＩＩ族極性面（Ｃ面）としたＧａＮバッファ層を介して形成された、ＡｌＧａＮバリア層を有するヘテロ接合構造は、分極効果によりヘテロ接合界面近傍に電子が高濃度に蓄積され、いわゆる２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を形成する。
【０００３】
この２次元電子ガスは、散乱要因となる導電性不純物が存在しないアンドープＧａＮ層内に形成されるために高い電子移動度を示す。従って、２次元電子ガスをチャネルとして用いることで、いわゆる高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）として動作させることが可能である。窒化物系ＨＥＭＴにおいては、上記分極効果によって発生する２次元電子ガス濃度が非常に高いことから高電流密度でのトランジスタ動作が可能となり、この点でもハイパワーデバイス向けとして有利である。
【０００４】
また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造を利用した窒化物半導体系デバイスを構成する窒化物半導体の積層構造は、様々な基板の上に堆積されるが、コスト上の観点からＳｉ基板が広く用いられている。この構成は、特に高耐圧動作が必要となるパワーエレクトロニクス分野への応用が期待されており、各社で活発に開発が進められている（非特許文献１参照）。
【０００５】
さて、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造を利用した窒化物系ＨＥＭＴにおける最大の課題の１つとして電流コラプスと呼ばれる現象がある。これは、ＨＥＭＴ動作時にオン抵抗が増大し、また、ドレイン電流が低下する現象である。原因の１つとして、チャネル層およびバッファ層に存在する電子トラップ準位の関与がある。
【０００６】
まず、図６に示すＨＥＭＴを例に電流コラプスについて説明する。図６は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造を利用した窒化物系ＨＥＭＴの構成を示す断面図である。このＨＥＭＴは、Ｓｉ基板２０１の上に、核形成層２０２を形成し、この上に、炭素をドープした第１バッファ層２０３，炭素をドープした第２バッファ層２０４を形成している。第１バッファ層２０３は、炭素をドープしたＡｌＮと炭素をドープしたＡｌＧａＮとを繰り返し堆積する超格子構造とされ、異種基板であるＳｉ基板２０１を用いていることによる反りの発生や、破壊耐圧の向上が図られている。
【０００７】
また、第２バッファ層２０４の上に、ＧａＮからなるチャネル層２０５，ＡｌＧａＮからなるバリア層２０６を形成し、バリア層２０６の上にゲート電極２０７，ソース電極２０８，ドレイン電極２０９を形成している。なお、この例では、実用上十分な耐圧を得るために、ソース電極２０８とゲート電極２０７との間に対し、ゲート電極２０７とドレイン電極２０９との間を長くした構造としている。また、ゲート電極２０７の両脇の領域に絶縁膜２１０を形成して保護している。
【０００８】
このＨＥＭＴにおいて、２次元電子ガスはチャネル層２０５に存在し、ソースとドレインの間を走行することで電流が流れる。電流値はゲート電極２０７に加えられる電圧によって制御される。第１バッファ層２０３および第２バッファ層２０４は、ＨＥＭＴの高耐圧性を確保するための層であり、特に第２バッファ層２０４は、ドープされている炭素（Ｃ）に由来した深い準位に残留キャリア（電子）が捕獲されることによって残留キャリア密度が低下する作用を利用し、いわゆるバッファリークを抑制するために存在している。このように、第２バッファ層２０４における高耐圧性を確保するために炭素が意図的に混入するような堆積条件を採用して第２バッファ層２０４を堆積する。
【０００９】
上述したＨＥＭＴの作製において、各層を堆積（成長）する技術として広く用いられている有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法では、原料ガスとして一般に用いられているトリメチルガリウム［Ｇａ（ＣＨ3）3）］が炭素を含んでいるために、この原料ガスを用いることで、成長させる層に炭素を混入させる。これまでの発明者らの検討によれば、炭素をドープした第２バッファ層２０４における炭素濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上、望ましくは、１×１０18ｃｍ-3以上であれば、バッファリーク抑制の効果が得られる。
【００１０】
一方、チャネル層２０５は、通常、意図的なドーピングは行わないアンドープとしているが、チャネル層２０５の成長に用いる原料ガスであるトリメチルガリウムが炭素を含んでいるため、わずかな炭素が意図せずに混入する。この炭素に由来した電子トラップ準位が、伝導電子帯に比較的近いエネルギー位置に存在し（浅い準位）、このトラップにおける電子の充・放電過程によって、チャネル層２０５内のフリーキャリアが低下することが、電流コラプスを引き起こす要因の１つである。このため、できるだけ炭素が混入しないような堆積条件を採用してチャネル層２０５を成長させることが重要となる。
【００１１】
これまでの発明者らの検討によれば、チャネル層２０５の炭素濃度は、５×１０16ｃｍ-3以下、望ましくは、１×１０16ｃｍ-3以下であれば電流コラプス改善の効果が得られている。図７は、このような堆積条件によって得られるチャネル層２０５および第２バッファ層２０４における炭素原子の濃度プロファイルの一例を示す特性図である。図７において、横軸が各層の積層方向の位置を示し、左側の縦軸が炭素濃度を示している。図７の実線の変化に示すように、チャネル層２０５では低い炭素濃度が、第２バッファ層２０４では高い炭素濃度となっている。
【００１２】
また、図７において、右の縦軸は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトル測定における、発光波長５５０ｎｍ付近に存在するブロードな発光（イエロールミネッセンス：ＹＬ）ピークの強度を、バンド端発光（ＢＥ）で規格化したＹＬの割合（強度）を示している。図７の破線に示すように、チャネル層２０５では低いＹＬ強度が、第２バッファ層２０４では高いＹＬ強度となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】池田  成明  他、「Ｓｉ基板上高出力ＧａＮ  ＨＦＥＴの開発」、古河電工時報、第１２２号、２２−２８頁、２００８年。
【非特許文献２】小田  康裕  他，「ＧａＮ系ＨＥＭＴ用エピでの光照射による電流コラプスの回復と励起波長との関係」，２００８年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会  エレクトロニクス講演論文集、５０頁、２００８年。
【非特許文献３】A. Ishibashi et al., "Residual Impurities in GaN/Al2O3 Grown by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy", Journal of Electronic Materials, Vol.26, No.5, pp.799-803, 1996.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、上述したようにチャネル層２０５の炭素濃度を抑制しても、電流コラプス改善の効果があまり得られないという問題があった。
【００１５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタにおける電流コラプスが改善できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法は、基板の上にＧａを含む窒化物半導体からなり炭素をドープしたバッファ層を形成する第１工程と、窒化物半導体からなるチャネル層をバッファ層の上に接して形成する第２工程と、窒化物半導体からなるバリア層をチャネル層の上に形成する第３工程と、バリア層の上にゲート電極を形成する第４工程と、バリア層の上にソース電極およびドレイン電極を形成する第５工程とを備え、第１工程では、バッファ層を、バッファリークを抑制する炭素濃度とし、かつ、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態に形成する。
【００１７】
上記電界効果トランジスタの製造方法において、第１工程では、トリエチルガリウムをＧａソースとした有機金属気相成長法によりバッファ層を形成することで、バッファ層を、バッファリークを抑制する炭素濃度とし、かつ、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態に形成すればよい。
【００１８】
上記電界効果トランジスタの製造方法において、バッファ層は、炭素濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とし、かつ波長５５０ｎｍにおける室温フォトルミネッセンススペクトルの発光ピーク強度を波長３６５ｎｍにおける発光ピーク強度の０．７倍以下とする。
【００１９】
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、基板の上に形成されたＧａを含む窒化物半導体からなり炭素をドープしたバッファ層と、バッファ層の上に接して形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、チャネル層の上に形成された窒化物半導体からなるバリア層と、バリア層の上に形成されたゲート電極と、バリア層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、バッファ層は、バッファリークを抑制する炭素濃度とされ、かつ、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態とされている。
【００２０】
なお、バッファ層は、トリエチルガリウムをＧａソースとした有機金属気相成長法により形成されることで、バッファリークを抑制する炭素濃度とされ、かつ、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態とされていればよい。
【００２１】
上記電界効果トランジスタにおいて、バッファ層は、炭素濃度が１×１０17ｃｍ-3以上とされ、かつ波長５５０ｎｍにおける室温フォトルミネッセンススペクトルの発光ピーク強度が波長３６５ｎｍにおける発光ピーク強度の０．７倍以下とされている。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、トリエチルガリウムをＧａソースとして用いてチャネル層に接して形成されるバッファ層を成長し、バッファ層は、炭素濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とし、かつ波長５５０ｎｍにおける室温フォトルミネッセンススペクトルの発光ピーク強度を波長３６５ｎｍにおける発光ピーク強度の０．７倍以下とするようにしたので、窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタにおける電流コラプスが改善できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程の状態を示す構成図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程の状態を示す構成図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程の状態を示す構成図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程の状態を示す構成図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程の状態を示す構成図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程の状態を示す構成図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程の状態を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの、チャネル層１０６，第３バッファ層１０５，第２バッファ層１０４までの範囲の炭素濃度プロファイル、およびＹＬ／ＢＥ比プロファイルを示す特性図である。
【図３】図３は、窒化物半導体によるＨＥＭＴの構成を示す断面図である。
【図４】図４は、図３を用いて説明したＨＥＭＴのチャネル層２０５，第３バッファ層２１１，第２バッファ層２０４までの範囲の炭素濃度プロファイル、およびＹＬ／ＢＥ比プロファイルを示す特性図である。
【図５】図５は、トリメチルガリウムを用いた場合（実線）とトリエチルガリウムを用いた場合（破線）のＹＬ強度とＢＥ強度の比（ＹＬ／ＢＥ比）と炭素濃度との関係を示す特性図である。
【図６】図６は、窒化物半導体によるＨＥＭＴの構成を示す断面図である。
【図７】図７は、図６を用いて説明したＨＥＭＴのチャネル層２０５から第２バッファ層２０４までの範囲の炭素濃度プロファイル、およびＹＬ／ＢＥ比プロファイルを示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１Ａ〜図１Ｇは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程の状態を示す構成図である。図１Ａ〜図１Ｇは、断面を模式的に示している。
【００２５】
まず、図１Ａに示すように、単結晶シリコンからなる基板１０１を用意し、基板１０１を所定の有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置の成長室に搬入する。次いで、成長室内を水素雰囲気とし、また、基板１０１の温度を１０５０℃まで上昇させる。
【００２６】
次に、アンモニアおよびトリメチルアルミニウムを原料ガスとして成長室内に導入して基板１０１の上に供給し、図１Ｂに示すように基板１０１の上にＡｌＮからなる核形成層１０２を成長させる。引き続き、アンモニアおよびトリメチルアルミニウムの供給と、アンモニア，トリメチルガリウム，およびトリメチルアルミニウムの供給とを交互に繰り返し、炭素ドープＡｌＮ層と炭素ドープＡｌＧａＮ層と薄膜を繰り返し積層し、炭素がドープされた超格子構造の第１バッファ層１０３を形成する。
【００２７】
次に、アンモニアおよびトリメチルガリウムを原料ガスとして成長室内に導入して第１バッファ層１０３の上に供給し、図１Ｃに示すように、第１バッファ層１０３の上に、炭素がドープされたＧａＮからなる第２バッファ層１０４を形成する。
【００２８】
次に、アンモニアおよびトリエチルガリウムを原料ガスとして成長室内に導入して第２バッファ層１０４の上に供給し、図１Ｄに示すように、第２バッファ層１０４の上に、炭素がドープされたＧａＮからなる第３バッファ層１０５を形成する。
【００２９】
次に、アンモニアおよびトリエチルガリウムを原料ガスとして成長室内に導入して第３バッファ層１０５の上に供給することで、図１Ｅに示すように、アンドープのＧａＮからなるチャネル層１０６を、第３バッファ層１０５の上に接して形成する。ここで、チャネル層１０６は、トリエチルガリウムをＧａソースとした有機金属気相成長法により形成された第３バッファ層１０５の上に接して形成することが重要である。
【００３０】
次に、アンモニア，トリメチルガリウム，およびトリメチルアルミニウムを原料ガスとして成長室内に導入してチャネル層１０６の上に供給することで、図１Ｆに示すように、アンドープのＡｌＧａＮからなるバリア層１０７をチャネル層１０６の上に形成する。
【００３１】
上述した各窒化物半導体層は、ｃ軸方向にエピタキシャル成長することで（主表面をＣ面として）形成する。なお、一般に、有機金属気相成長法による窒化物半導体の成長では、＋ｃ軸方向に成長する。
【００３２】
この後、バリア層１０７まで形成した基板１０１をＭＯＣＶＤ装置の成長室より搬出し、例えばリフトオフ法などの公知の技術により、図１Ｇに示すように、ソース電極１０９，ドレイン電極１１０，ゲート電極１０８を形成する。また、表面保護膜としての絶縁膜１１１を形成する。なお、実施の形態では、実用上十分な耐圧を得るために、ソース電極１０９とゲート電極１０８との間に対し、ゲート電極１０８とドレイン電極１１０との間を長くした構造としているが、これに限るものではない。
【００３３】
以上のことにより、基板１０１の上に形成されたＧａを含む窒化物半導体からなり炭素をドープした第３バッファ層１０５と、第３バッファ層１０５の上に接して形成された窒化物半導体からなるチャネル層１０６と、チャネル層１０６の上に形成された窒化物半導体からなるバリア層１０７と、バリア層１０７の上に形成されたゲート電極１０８と、バリア層１０７の上に形成されたソース電極１０９およびドレイン電極１１０とを備え、第３バッファ層１０５は、トリエチルガリウムをＧａソースとした有機金属気相成長法により形成されている電界効果トランジスタが得られる。
【００３４】
上述した実施の形態における電界効果トランジスタであるＨＥＭＴの、チャネル層１０６，第３バッファ層１０５，第２バッファ層１０４までの範囲の炭素濃度プロファイル、およびＹＬ／ＢＥ比プロファイルを、図２に示す。第３バッファ層１０５は、チャネル層１０６からバッファ層側へキャリアがしみ出す領域を網羅している。また、第３バッファ層１０５の炭素濃度は、バッファリーク抑制効果を示す１×１０17ｃｍ-3以上でありながら、ＹＬ／ＢＥ比は電流コラプス改善効果を示す０．５を下回る値となっている。このように、実施の形態によれば、バッファリークを効果的に抑制しつつ、高電圧動作時にも電流コラプスが抑制可能となっている。
【００３５】
ところで、実施の形態では、第１バッファ層１０３の上に、トリメチルガリウムを用いて成長した第２バッファ層１０４と、トリエチルガリウムを用いて成長した第３バッファ層１０５とを備えるようにしている。第１バッファ層１０３とチャネル層１０６との間には、トリエチルガリウムを用いて成長したバッファ層のみが形成されていても良い。
【００３６】
しかしながら、トリエチルガリウムを用いた成長は、成長速度があまり速くなく、厚いバッファ層を形成するためには多くの時間を要し、生産性が低下する。このため、成長速度がより速いトリメチルガリウムを用いた成長によりある程度の厚さの第２バッファ層１０４を形成し、この後、トリエチルガリウムを用いた成長により、薄い第３バッファ層１０５を形成することで、生産性の低下を抑制している。
【００３７】
また、例えばＧａＮ基板を用いる場合、基板との間に格子不整合などがないため、超格子構造の第１バッファ層１０３は用いなくても良い。
【００３８】
次に、本発明の経緯について説明する。前述したように、チャネル層２０５の炭素濃度を抑制しても、電流コラプス改善の効果があまり得られないという問題があった。この原因について、発明者らは、チャネル層に接して形成されている高濃度炭素ドープバッファ層において、深い準位とともに浅い準位におけるトラップが存在することが原因と考えた。
【００３９】
図６を用いて説明したＨＥＭＴがトランジスタ動作をする際に、キャリアはチャネル層２０５のみを走行しているわけではなく、第２バッファ層２０４のチャネル層２０５に近い領域にも若干しみ出す。第２バッファ層２０４は、上述したように電流コラプスの要因となる浅い電子トラップ準位も含んだ状態であり、この結果、第２バッファ層２０４にしみ出したキャリアによる電流コラプスが生じるものと考えられる。特に、高電圧動作時には、第２バッファ層２０４にしみ出すキャリアが増え、結果的に電流コラプスが顕在化することにつながるものと考えられる。
【００４０】
この問題を回避するために、例えば、図３に示すように、第２バッファ層２０４とチャネル層２０５との間に、第２バッファ層２０４よりも炭素濃度の低い第３バッファ層２１１を挿入する構成が考えられる。この場合、炭素原子の濃度プロファイルおよびＢＥで規格化したＹＬ強度は、図４に示すように変化する。
【００４１】
しかしながら、電流コラプス改善に効果を有する炭素濃度（５×１０16ｃｍ-3未満）と、バッファリーク抑制に効果を示す炭素濃度（１×１０17ｃｍ-3以上）とは両立しない。このため、上述した構成では、第３バッファ層２１１にしみ出すキャリアによる電流コラプスの問題を回避することは困難である。
【００４２】
ここで、電流コラプスは比較的浅い準位が関与した現象である。これを検知するにはフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトル測定が有効である。非特許文献２によれば、発光波長５５０ｎｍ付近に存在するブロードな発光（イエロールミネッセンス：ＹＬ）ピークの強度と電流コラプスの大きさに相関があり、バンド端発光（ＢＥ）で規格化したＹＬ強度が小さいほど電流コラプスも小さくなる。
【００４３】
このことを確認するために、トリメチルガリウムを用いて堆積したチャネル層２０５のＹＬ強度とＢＥ強度の比（ＹＬ／ＢＥ比）を調べたところ、前述した電流コラプス改善効果を示す炭素濃度の範囲は、図５に示すように、ＹＬ／ＢＥ比としては０．７以下、望ましくは、０．１４以下に相当することがわかった。従って、前述した実施の形態においては、第３バッファ層１０５は、炭素濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とし、かつ波長５５０ｎｍにおける室温フォトルミネッセンススペクトルの発光ピーク強度を波長３６５ｎｍにおける発光ピーク強度の０．７倍以下とすればよいものとなる。
【００４４】
ところで、トリメチルガリウムをＧａソースとして用いたＧａを含む窒化物半導体層の有機金属気相成長法では、トリメチルガリウムからの炭素混入はＧａ−ＣＨ3結合からＧａ−Ｃの形で窒化物半導体へと取り込まれる。従って、炭素はＶ族（Ｎ）サイトに位置することになる。
【００４５】
これに対し、トリエチルガリウムをＧａソースとして用いたＧａを含む窒化物半導体層の有機金属気相成長法では、トリエチルガリウムからの炭素混入は、トリメチルガリウムからの炭素混入とは異なる反応経路を取る。トリエチルガリウムの分解は、いわゆるβ水素脱離反応を主反応としており、この結果、窒化物半導体へはＣ−Ｃの結合を有する形態で取り込まれる（非特許文献３参照）。このため、炭素は、Ｖ族サイトだけではなく格子間にも位置し、これが深い準位を形成するものと考えられる。
【００４６】
この点を確認するため、上述したトリメチルガリウムの場合とトリエチルガリウムの場合との差による炭素取り込みの形態の差が、ＹＬ／ＢＥ比に与える影響を調査した。この調査では、トリエチルガリウムを用いて成長したチャネル層のＰＬ測定を実施し、ＹＬ／ＢＥ比と炭素濃度の相関を調べた。
【００４７】
この結果、図５の破線に示すように、同じＹＬ／ＢＥ比であってもトリメチルガリウムを用いて成長したチャネル層よりも、およそ１桁高い炭素濃度を混入させることができることが判明した。この状態は、トリエチルガリウムをＧａソースとして用いて成長したバッファ層では、バッファリークを抑制するのに十分な炭素濃度としても、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態になっているものと考えられる。なお、図５において、実線がトリメチルガリウムの場合であり、破線がトリエチルガリウムの場合である。
【００４８】
このように、発明者らの鋭意の検討の結果、トリエチルガリウムを用いることで、浅い準位を供給せずに炭素を混入させることが可能であることが初めて判明した。
【００４９】
以上に説明したように、本発明では、トリエチルガリウムをＧａソースとして用いてチャネル層に接して形成されるバッファ層を成長するようにしたので、窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタにおける電流コラプスが改善できるようになる。
【００５０】
前述したように、トリエチルガリウムをＧａソースとして用いて成長したバッファ層では、バッファリークを抑制するのに十分な炭素濃度を有しながら、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態となるものと考えられる。従って、トリエチルガリウムをＧａソースとして用いること以外であっても、チャネル層に接して形成されるバッファ層を、バッファリークを抑制する炭素濃度とし、かつ、電流コラプスの要因となる浅い準位の電子トラップ準位を有しない状態とすれば、窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタにおける電流コラプスが改善できるものと考えられる。
【００５１】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００５２】
１０１…基板、１０２…核形成層、１０３…第１バッファ層、１０４…第２バッファ層、１０５…第３バッファ層、１０６…チャネル層、１０７…バリア層、１０８…ゲート電極、１０９…ソース電極、１１０…ドレイン電極、１１１…絶縁膜。
【図１Ａ】
0006416705.tif 000002
【図１Ｂ】
0006416705.tif 000003
【図１Ｃ】
0006416705.tif 000004
【図１Ｄ】
0006416705.tif 000005
【図１Ｅ】
0006416705.tif 000006
【図１Ｆ】
0006416705.tif 000007
【図１Ｇ】
0006416705.tif 000008
【図２】
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【図３】
0006416705.tif 000010
【図４】
0006416705.tif 000011
【図５】
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【図６】
0006416705.tif 000013
【図７】
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