(57)【要約】【課題】  電流コラプスの発生を抑制できる半導体装置を提供する。【解決手段】  本発明の電界効果トランジスタ１００は、基板１上に設けられたｉ−ＧａＮ層５と、ｉ−ＧａＮ層９と、ｉ−ＧａＮ層５とｉ−ＧａＮ層９との間に設けられたパルスドープ層７とを備える。ｉ−ＧａＮ層５、パルスドープ層７及びｉ−ＧａＮ層９は、基板１上に設けられたバッファ層３上に設けられている。ｉ−ＧａＮ層９上には、ゲート電極１５が設けられている。ゲート電極１５は、ｉ−ＧａＮ層９上に設けられたソース電極１１とドレイン電極１３との間に設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物半導体層と、
第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に設けられ、窒化物半導体からなる第１のパルスドープ層と、
前記第１の窒化物半導体層上に設けられたゲート電極と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記第１のパルスドープ層の不純物濃度は、１０１８ｃｍ−３以上であり、
前記第１のパルスドープ層の厚さは、１００ｎｍ以下である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１のパルスドープ層は、ＩｎＧａＮである請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に設けられ、窒化物半導体からなる第２のパルスドープ層と、
前記第１のパルスドープ層と前記第２のパルスドープ層との間に設けられた第３の窒化物半導体層と、
を更に備える請求項１〜３のいずれか一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、半導体装置、特に窒化物半導体を材料として含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの二次元電子電界効果トランジスタ（ＨＥＭＴ）が記載されている。図５(Ａ)は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの二次元電子電界効果トランジスタ５００の概略断面図である。電界効果トランジスタ５００は、サファイア基板５０１と、サファイア基板５０１上に設けられたバッファ層５０３と、バッファ層５０３上に設けられたｉ−ＧａＮ層５０５と、ｉ−ＧａＮ層５０５上に設けられたＡｌＧａＮ層５０９とを備える。ＡｌＧａＮ層５０９上には、ソース電極５１１、ドレイン電極５１３及びゲート電極５１５が設けられている。
【０００３】
電界効果トランジスタ５００では、ｉ−ＧａＮ層５０５の表面５０５ａに２次元電子（２ＤＥＧ）が誘起される。この２次元電子により、ソース電極５１１とドレイン電極５１３との間に電流が流れる。
【非特許文献１】"The Impact of surface states on the DC & RF Characteristics of AlGaN/GaN HFETs", IEEE Transaction on Electron Devices, March 2001, vol.48, No.3, p.560-566
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記電界効果トランジスタ５００では、静特性から予測される出力よりも高周波動作時の出力が小さくなってしまう。この現象は、電流コラプスにより生じる。電流コラプスが発生すると、ソース電極５１１とドレイン電極５１３との間に流れる電流の値が低下してしまう。
【０００５】
電界効果トランジスタ５００では、２次元電子が以下のように誘起される。ワイドギャップIII−V族化合物半導体では、バンドギャップが大きくなると分極率が大きくなる。この分極は、III族元素とV族元素とが交互に配列される＜０００１＞方向に生じる。ここで、ＡｌＧａＮ層５０９の表面５０９ａにはIII族元素であるＡｌ及びＧａが存在するので、分極により表面５０９ａは負に帯電する。このため、ＡｌＧａＮ層５０９のｉ−ＧａＮ層５０５側の面５０９ｂには正の電荷が存在することとなる。この正の電荷を補償するために、ｉ−ＧａＮ層５０５の表面５０５ａに負の電荷が誘起される。この負の電荷が２次元電子（２ＤＥＧ）である。
【０００６】
電界効果トランジスタ５００を動作させるためにゲート電極５１５に電圧を印加すると、電子はＡｌＧａＮ層５０９の表面５０９ａに存在する表面準位にトラップされてしまう。この表面準位は、ＡｌＧａＮ層５０９を形成する際にＡｌＧａＮ結晶内に生じるＮ空孔、及び、ＡｌＧａＮ層５０９を形成した後にＡｌＧａＮ結晶内に生じるＡｌ酸化による欠陥に起因する。
【０００７】
続いて、図５(Ｂ)及び図５(Ｃ)を参照して、電流コラプスが発生するメカニズムについて説明する。図５(Ｂ)及び図５(Ｃ)は、電界効果トランジスタ５００のエネルギーバンド図である。縦軸はエネルギーＥ、横軸は位置Ｚを示す。図５(Ｂ)はゲート電極５１５に電圧を印加する前のエネルギーバンド図である。図５(Ｃ)はゲート電極５１５に電圧を印加した後のエネルギーバンド図である。各図において、Ｅｃは伝導帯、ＥＦはフェルミ準位、＋σP及び−σPは分極電荷、−σ２Dは２次元電子による電荷、＋σＳＤは分極電荷を補償する表面電荷、−σＴＳＣは表面準位にトラップされた電子による電荷をそれぞれ示す。
【０００８】
図５(Ｂ)に示されるように、ｉ−ＧａＮ層５０５の伝導帯ＥｃがＡｌＧａＮ層５０９に近づくに連れて曲げられている。ゲート電極５１５に電圧を印加する前は、ｉ−ＧａＮ層５０５の表面５０５ａにおける伝導帯Ｅｃがフェルミ準位ＥＦより低くなっている。
【０００９】
しかしながら、上述のように、ゲート電極５１５に電圧を印加すると電子が表面準位にトラップされる。このため、ゲート電極５１５に電圧を印加した後は、２次元電子が減少する。また、図５(Ｃ)に示されるように、ｉ−ＧａＮ層５０５の表面５０５ａにおける伝導帯Ｅｃがフェルミ準位ＥＦより高くなる。これにより、ソース電極５１１とドレイン電極５１３との間を流れる電流の値が低下してしまう。これが電流コラプスである。
【００１０】
本発明は、電流コラプスの発生を抑制できる半導体装置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】
【００１１】
上述の課題を解決するため、本発明の半導体装置は、（ａ）第１の窒化物半導体層と、（ｂ）第２の窒化物半導体層と、（ｃ）第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との間に設けられ、窒化物半導体からなる第１のパルスドープ層と、（ｄ）第１の窒化物半導体層上に設けられたゲート電極と、を備える。
【００１２】
この半導体装置では、第１のパルスドープ層にドーパントが高濃度にドープされているので、このパルスドープ層のキャリア濃度は十分に高い。したがって、ゲート電極に電圧を印加することにより、第１の窒化物半導体層の表面準位にキャリアがトラップされたとしても、パルスドープ層のキャリア濃度はまだ十分に高い。このため、この半導体装置では電流コラプスの発生が抑制される。
【００１３】
また、第１のパルスドープ層の不純物濃度は、１０１８ｃｍ−３以上であり、第１のパルスドープ層の厚さは、１００ｎｍ以下であると好ましい。
【００１４】
第１のパルスドープ層の不純物濃度が１０１８ｃｍ−３以上であると、パルスドープ層のキャリア濃度が十分高いので、当該パルスドープ層中を流れる電流の値が増加する。また、第１のパルスドープ層の厚さが１００ｎｍ以下であると、このパルスドープ層中のキャリア移動度を向上できる。
【００１５】
また、第１のパルスドープ層は、ＩｎＧａＮであると好ましい。
【００１６】
窒化物半導体の中でＩｎＧａＮはバンドギャップが小さいので、第１のパルスドープ層中のキャリア移動度を向上できる。
【００１７】
また、上記半導体装置は、（ｅ）第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に設けられ、窒化物半導体からなる第２のパルスドープ層と、（ｆ）第１のパルスドープ層と第２のパルスドープ層との間に設けられた第３の窒化物半導体層と、を更に備えると好ましい。
【００１８】
この場合、電流は、第１のパルスドープ層に加えて第２のパルスドープ層中も流れる。また、第３の窒化物半導体層によって、第１のパルスドープ層と第２のパルスドープ層とが分離される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電流コラプスの発生を抑制できる半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面とともに本発明の実施形態に係る半導体装置について説明する。なお、図面の説明においては、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１には、第１実施形態に係る半導体装置の一例として電界効果トランジスタ１００が示されている。図１は、電界効果トランジスタ１００を模式的に示す断面図である。電界効果トランジスタ１００は、基板１上に設けられたｉ−ＧａＮ層５と、ｉ−ＧａＮ層９と、ｉ−ＧａＮ層５とｉ−ＧａＮ層９との間に設けられたパルスドープ層７とを備える。ｉ−ＧａＮ層５は、第２の窒化物半導体層の一例である。パルスドープ層７は、第１のパルスドープ層の一例である。ｉ−ＧａＮ層９は、第１の窒化物半導体層の一例である。
【００２２】
ｉ−ＧａＮ層５、パルスドープ層７及びｉ−ＧａＮ層９は、基板１上に設けられると好ましい。また、基板１とｉ−ＧａＮ層５との間に、バッファ層３が設けられていると好ましい。バッファ層３により、ｉ−ＧａＮ層５の結晶性を改善させることができる。
【００２３】
ｉ−ＧａＮ層９上には、ゲート電極１５が設けられている。ゲート電極１５は、ｉ−ＧａＮ層９上に設けられたソース電極１１とドレイン電極１３との間に設けられていると好ましい。
【００２４】
基板１は、例えばサファイア基板、ＳｉＣ基板等である。基板１がサファイア基板の場合、バッファ層３はＧａＮ層であると好ましい。一実施例では、このＧａＮ層の厚さは２０ｎｍである。基板１がＳｉＣ基板の場合、バッファ層３はＡｌＮ層であると好ましい。一実施例では、このＡｌＮ層の厚さは３０ｎｍである。ｉ−ＧａＮ層５の厚さは、例えば２．０μｍである。ｉ−ＧａＮ層９の厚さは、例えば１００ｎｍである。
【００２５】
本実施形態では、パルスドープ層７はｎ型ドーパントが高濃度にドープされたＧａＮからなる。ｎ型ドーパントとしてはＳｉが挙げられる。ｉ−ＧａＮ層９とパルスドープ層７との間には、ホモ接合Ｈｏｍｏ１が形成される。また、ｉ−ＧａＮ層５とパルスドープ層７との間には、ホモ接合Ｈｏｍｏ２が形成される。
【００２６】
電界効果トランジスタ１００では、パルスドープ層７にｎ型ドーパントが高濃度にドープされているので、パルスドープ層７のキャリア濃度が十分に高い。よって、ゲート電極１５に電圧を印加することによりｉ−ＧａＮ層９の表面９ａに存在する表面準位に電子がトラップされても、パルスドープ層７のキャリア濃度はまだ十分に高い。したがって、電界効果トランジスタ１００では電流コラプスの発生が抑制されるので、ゲート電極１５に電圧を印加した後でも十分に大きな電流がパルスドープ層７を流れる。このような電界効果トランジスタ１００では、高周波特性が向上する。
【００２７】
ここで、図２(Ａ)及び図２(Ｂ)を参照して、電流コラプスの発生が抑制されるメカニズムについて説明する。図２(Ａ)及び図２(Ｂ)は、電界効果トランジスタ１００のエネルギーバンド図である。縦軸はエネルギーＥ、横軸は位置Ｚを示す。図２(Ａ)はゲート電極１５に電圧を印加する前のエネルギーバンド図である。図２(Ｂ)はゲート電極１５に電圧を印加した後のエネルギーバンド図である。各図において、Ｅｃは伝導帯、ＥＦはフェルミ準位、−σPは分極電荷、＋σＳＤは分極電荷を補償する表面電荷、−σＴＳＣは表面準位にトラップされた電子による電荷をそれぞれ示す。
【００２８】
図２(Ａ)に示されるように、ゲート電極１５に電圧を印加する前は、パルスドープ層７の伝導帯Ｅｃがフェルミ準位ＥＦより低くなっている。また、図２(Ｂ)に示されるように、ゲート電極１５に電圧を印加した後も、パルスドープ層７の伝導帯Ｅｃはフェルミ準位ＥＦより低くなっている。よって、電界効果トランジスタ１００では電流コラプスの発生が抑制されるので、ソース電極１１とドレイン電極１３との間に十分な電流が流れる。
【００２９】
また、パルスドープ層７の不純物濃度は、１０１８ｃｍ−３以上であると好ましい。この場合、パルスドープ層７のキャリア濃度が十分高いので、パルスドープ層７中を流れる電流が増加する。また、パルスドープ層７の厚さは、１００ｎｍ以下であると好ましく、１０ｎｍ〜２０ｎｍであると特に好ましい。パルスドープ層７の厚さを薄くすると、パルスドープ層７中のキャリア移動度を向上できる。一実施例では、パルスドープ層７はｎ型ＧａＮ層であり、例えばＳｉ濃度は３．０×１０１８ｃｍ−３である。また、パルスドープ層７の厚さは１５ｎｍである。このとき、キャリア移動度は、７００ｃｍ２／Ｖｓに達する。
【００３０】
以上説明したように、電界効果トランジスタ１００では、パルスドープ層７のキャリア濃度が十分に高いので、電流コラプスの発生を抑制できる。一方、図５(Ａ)に示された電界効果トランジスタ５００では、表面準位にトラップされた電子に起因する擬似的なゲート電圧によってチャネルが狭窄されるので、電流コラプスが発生してしまう。
【００３１】
次に、上記電界効果トランジスタ１００を製造する方法について説明する。まず、サファイア基板、ＳｉＣ基板等の基板１を準備し、この基板１上にバッファ層３を形成する。基板１がサファイア基板の場合、バッファ層３はＧａＮ層であると好ましい。ＧａＮ層は、６００℃といった低温で形成されると好ましい。一実施例では、ＧａＮ層の厚さは２０ｎｍである。基板１がＳｉＣ基板の場合、バッファ層３はＡｌＮ層であると好ましい。ＡｌＮ層は、１１００℃といった高温で形成されると好ましい。一実施例では、ＡｌＮ層の厚さは３０ｎｍである。
【００３２】
続いて、バッファ層３上にｉ−ＧａＮ層５を形成する。ｉ−ＧａＮ層５は、１０５０℃といった高温で形成されると好ましい。ｉ−ＧａＮ層５の厚さは、例えば２．０μｍである。続いて、ｉ−ＧａＮ層５上にパルスドープ層７を形成する。パルスドープ層７を形成する際には、Ｓｉといったｎ型ドーパントのソースガスとしてＳｉＨ４を用いることができる。一実施例では、例えばＳｉ濃度は３．０×１０１８ｃｍ−３であり、パルスドープ層７の厚さは１５ｎｍである。続いて、パルスドープ層７上に、ｉ−ＧａＮ層９を形成する。ｉ−ＧａＮ層９の厚さは、例えば１００ｎｍである。
【００３３】
上記バッファ層３、ｉ−ＧａＮ層５、パルスドープ層７及びｉ−ＧａＮ層９は、いずれもエピタキシャル成長法を用いて形成されると好ましい。上記工程を経ることにより、パルスドープ構造が得られる。
【００３４】
次に、ｉ−ＧａＮ層９上にソース電極１１及びドレイン電極１３を形成する。例えば、まず、厚さ２０ｎｍのＴｉ層及び厚さ８０ｎｍのＡｕ層をｉ−ＧａＮ層９上に順に形成する。これらは、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて形成されると好ましい。さらに、ｉ−ＧａＮ層９、Ｔｉ層及びＡｕ層を、窒素雰囲気において６００〜８００℃の高温で加熱することにより、合金化処理を行う。その結果、ｉ−ＧａＮ層９に対してオーミック接触するソース電極１１及びドレイン電極１３が形成され、コンタクト抵抗を小さくできる。
【００３５】
次に、ｉ−ＧａＮ層９上にゲート電極１５を形成する。ゲート電極１５は、ソース電極１１とドレイン電極１３との間に形成されると好ましい。例えば、厚さ８０ｎｍのＮｉ層及び厚さ５０ｎｍのＡｕ層をｉ−ＧａＮ層９上に順に形成することにより、ゲート電極１５を形成する。これらは、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて形成されると好ましい。
【００３６】
以上の工程を経ることにより、電界効果トランジスタ１００が得られる。基板１上に複数の電界効果トランジスタ１００を形成する場合には、さらに素子間分離を行う。例えば、ＢＣｌ３及びＣｌ２を用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行うことにより、メサを形成する。これにより、隣り合う素子（電界効果トランジスタ）が分離される。
【００３７】
次に、ソース電極１１、ドレイン電極１３及びゲート電極１５に各々配線を接続する工程、ボンディングパッドを形成する工程、雰囲気の影響を防ぐパッシベーション膜を形成する工程等を経ることにより、トランジスタチップが得られる。
【００３８】
（第２実施形態）
図３には、第２実施形態に係る半導体装置の一例として電界効果トランジスタ３００が示されている。図３は、電界効果トランジスタ３００を模式的に示す断面図である。電界効果トランジスタ３００は、基板１上に設けられたｉ−ＧａＮ層５と、ｉ−ＧａＮ層９と、ｉ−ＧａＮ層５とｉ−ＧａＮ層９との間に設けられたパルスドープ層７０とを備える。パルスドープ層７０は、第１のパルスドープ層の一例を示す。
【００３９】
ｉ−ＧａＮ層５、パルスドープ層７０及びｉ−ＧａＮ層９は、基板１上に設けられると好ましい。基板１とｉ−ＧａＮ層５との間には、バッファ層３が設けられていると好ましい。バッファ層３により、ｉ−ＧａＮ層５の結晶性を改善させることができる。
【００４０】
ｉ−ＧａＮ層９上には、ゲート電極１５が設けられている。ゲート電極１５は、ｉ−ＧａＮ層９上に設けられたソース電極１１とドレイン電極１３との間に設けられていると好ましい。
【００４１】
本実施形態では、パルスドープ層７０はｎ型ドーパントが高濃度にドープされたＩｎＧａＮからなる。ＩｎＧａＮは窒化物半導体の中でもバンドギャップが小さいので、パルスドープ層７０中のキャリア移動度を向上できる。ｎ型ドーパントとしてはＳｉが挙げられる。ｉ−ＧａＮ層９とパルスドープ層７０との間には、ヘテロ接合Ｈｅｔｅｒｏ１が形成される。また、ｉ−ＧａＮ層５とパルスドープ層７０との間には、ヘテロ接合Ｈｅｔｅｒｏ２が形成される。
【００４２】
電界効果トランジスタ３００では、パルスドープ層７０にｎ型ドーパントが高濃度にドープされているので、パルスドープ層７０のキャリア濃度が十分に高い。よって、ゲート電極１５に電圧を印加することによりｉ−ＧａＮ層９の表面９ａに存在する表面準位に電子がトラップされても、パルスドープ層７０のキャリア濃度はまだ十分に高い。したがって、電界効果トランジスタ３００では、電流コラプスの発生が抑制されるので、ゲート電極１５に電圧を印加した後でも十分に大きな電流がパルスドープ層７０を流れる。このような電界効果トランジスタ３００では、高周波特性が向上する。
【００４３】
また、パルスドープ層７０の不純物濃度は、１０１８ｃｍ−３以上であると好ましい。この場合、パルスドープ層７０のキャリア濃度が十分高いので、パルスドープ層７０中を流れる電流が増加する。また、パルスドープ層７０の厚さは、１００ｎｍ以下であると好ましく、１０ｎｍ〜２０ｎｍであると特に好ましい。パルスドープ層７０の厚さを薄くすると、パルスドープ層７０中のキャリア移動度を向上できる。一実施例では、パルスドープ層７０はｎ型ＩｎＧａＮ層であり、例えばＳｉ濃度は３．０×１０１８ｃｍ−３である。また、パルスドープ層７０の厚さは１５ｎｍである。このとき、キャリア移動度は、９００ｃｍ２／Ｖｓに達する。
【００４４】
（第３実施形態）
図４には、第３実施形態に係る半導体装置の一例として電界効果トランジスタ４００が示されている。図４は、電界効果トランジスタ４００を模式的に示す断面図である。電界効果トランジスタ４００は、基板１上に設けられたｉ−ＧａＮ層５と、ｉ−ＧａＮ層９と、ｉ−ＧａＮ層５とｉ−ＧａＮ層９との間に設けられたパルスドープ層７及びパルスドープ層１７とを備える。パルスドープ層１７は、第２のパルスドープ層の一例を示す。パルスドープ層７とパルスドープ層１７との間には、ｉ−ＧａＮ層１９が設けられている。ｉ−ＧａＮ層１９は、第３の窒化物半導体層の一例を示す。
【００４５】
ｉ−ＧａＮ層５、パルスドープ層７、ｉ−ＧａＮ層１９、パルスドープ層１７及びｉ−ＧａＮ層９は、基板１上に設けられていると好ましい。基板１とｉ−ＧａＮ層５との間には、バッファ層３が設けられていると好ましい。バッファ層３により、ｉ−ＧａＮ層５の結晶性を改善させることができる。
【００４６】
ｉ−ＧａＮ層９上には、ゲート電極１５が設けられている。ゲート電極１５は、ｉ−ＧａＮ層９上に設けられたソース電極１１とドレイン電極１３との間に設けられていると好ましい。
【００４７】
本実施形態では、パルスドープ層１７はｎ型ドーパントが高濃度にドープされたＧａＮからなる。ｎ型ドーパントとしてはＳｉが挙げられる。ｉ−ＧａＮ層５とパルスドープ層７との間には、ホモ接合Ｈｏｍｏ２が形成される。また、ｉ−ＧａＮ層９とパルスドープ層１７との間には、ホモ接合Ｈｏｍｏ３が形成される。また、ｉ−ＧａＮ層１９とパルスドープ層１７との間には、ホモ接合Ｈｏｍｏ４が形成される。また、ｉ−ＧａＮ層１９とパルスドープ層７との間には、ホモ接合Ｈｏｍｏ５が形成される。
【００４８】
電界効果トランジスタ４００では、パルスドープ層７に加えてパルスドープ層１７中も電流が流れる。このような電界効果トランジスタ４００では、パルスドープ層７及びパルスドープ層１７を流れる電流の合計値を任意に設計することができる。また、ｉ−ＧａＮ層１９によって、パルスドープ層７とパルスドープ層１７とが分離される。
【００４９】
また、パルスドープ層７及びパルスドープ層１７にｎ型ドーパントが高濃度にドープされているので、パルスドープ層７及びパルスドープ層１７のキャリア濃度が十分に高い。よって、ゲート電極１５に電圧を印加することによりｉ−ＧａＮ層９の表面９ａに存在する表面準位に電子がトラップされても、パルスドープ層７及びパルスドープ層１７のキャリア濃度はまだ十分に高い。したがって、電界効果トランジスタ４００では、電流コラプスの発生が抑制されるので、ゲート電極１５に電圧を印加した後でも十分に大きな電流がパルスドープ層７及びパルスドープ層１７を流れる。このような電界効果トランジスタ４００では、高周波特性が向上する。
【００５０】
パルスドープ層１７の不純物濃度は、１０１８ｃｍ−３以上であると好ましい。この場合、パルスドープ層１７のキャリア濃度が十分高いので、パルスドープ層１７中を流れる電流が増加する。また、パルスドープ層１７の厚さは、１００ｎｍ以下であると好ましく、１０ｎｍ〜２０ｎｍであると特に好ましい。パルスドープ層１７の厚さを薄くすると、パルスドープ層１７中のキャリア移動度を向上できる。一実施例では、パルスドープ層１７はｎ型ＧａＮ層であり、例えばＳｉ濃度は３．０×１０１８ｃｍ−３である。また、パルスドープ層１７の厚さは１５ｎｍである。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。
【００５２】
例えば、上記各実施形態では、第１〜第３の窒化物半導体層の材料の一例としてＧａＮを挙げたが、この他にＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ等が挙げられる。
【００５３】
また、第１〜第３の窒化物半導体層の材料としては、ＡｌＧａＮに比べてＧａＮの方がより好ましい。この理由としては以下のことが挙げられる。ＧａＮの結合エネルギーは、ＡｌＧａＮの結合エネルギーより小さいので、ＧａＮの結晶を形成する際の温度は、ＡｌＧａＮの結晶を形成する際の温度より低くなる。このため、ＧａＮの結晶内に存在するＮ空孔の数は、ＡｌＧａＮの結晶内に存在するＮ空孔の数より少ない。また、ＧａＮには酸化され易いＡｌが実質的に含まれていないので、ＧａＮ結晶内にＡｌ酸化による欠陥は生じない。さらに、ＡｌＧａＮの原料となるＴＭＡがＮＨ３と反応することによりポリマーを生成するので、ＧａＮの界面準位の数はＡｌＧａＮの界面準位の数より少ない。また、ＧａＮの結晶内に存在するトラップの数は、ＡｌＧａＮの結晶内に存在するトラップの数より少ない。
【００５４】
また、上記各実施形態では、第１のパルスドープ層の材料の一例としてＧａＮ及びＩｎＧａＮを挙げたが、この他に、ＡｌＩｎＧａＮ等が挙げられる。さらに、第２のパルスドープ層の材料の一例としてＧａＮを挙げたが、この他に、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等が挙げられる。
【００５５】
特に、上記第３実施形態では、パルスドープ層７，１７の材料としてＧａＮを挙げたが、これに代えてＩｎＧａＮを用いることもできる。この場合、ｉ−ＧａＮ層５，９，１９とパルスドープ層７，１７との間にはそれぞれヘテロ接合が形成される。
【００５６】
また、上記電界効果トランジスタ４００では、パルスドープ層１７とｉ−ＧａＮ層９との間にｉ−ＧａＮ層及びパルスドープ層が設けられるとしてもよい。この場合、パルスドープ層１７上にｉ−ＧａＮ層、パルスドープ層、ｉ−ＧａＮ層９が順に設けられる。
【００５７】
また、半導体装置の第１〜第３の窒化物半導体層と第１及び第２のパルスドープ層との間にヘテロ接合が形成される場合、第１及び第２のパルスドープ層の材料のバンドギャップは、第１〜第３の窒化物半導体層の材料のバンドギャップより小さいと好ましい。これにより、第１及び第２のパルスドープ層のキャリア移動度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施形態に係る電界効果トランジスタを模式的に示す断面図である。
【図２】図２(Ａ)及び図２(Ｂ)は、第１実施形態に係る電界効果トランジスタのエネルギーバンド図である。
【図３】第２実施形態に係る電界効果トランジスタを模式的に示す断面図である。
【図４】第３実施形態に係る電界効果トランジスタを模式的に示す断面図である。
【図５】図５(Ａ)は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの電界効果トランジスタの概略断面図であり、図５(Ｂ)及び図５(Ｃ)は、この電界効果トランジスタのエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
【００５９】
５…ｉ−ＧａＮ層（第２の窒化物半導体層）、７…パルスドープ層（第１のパルスドープ層）、９…ｉ−ＧａＮ層（第１の窒化物半導体層）、１５…ゲート電極、１７…パルスドープ層（第２のパルスドープ層）、１９…ｉ−ＧａＮ層（第３の窒化物半導体層）、１００，３００，４００…電界効果トランジスタ（半導体装置）。
【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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