(57)【要約】シリコンから成る基板（１）の上にＡｌＮから成る第１の層（８）とＧａＮから成る第２の層（９）とを交互に複数積層した構造のバッファ領域（２）が設けられている。バッファ領域（２）の第１の層（８）はｎ型半導体としての機能をする。バッファ領域（２）の第２の層（９）にｐ型不純物が導入されている。バッファ領域（２）の第１の層（８）と第２の層（９）との間にｐｎ接合が生じている。バッファ領域（２）の上にＨＥＭＴ素子用の窒化ガリウム系半導体領域３が形成されている。バッファ領域（２）ｐ型半導体として機能する第２の層（９）とｎ型半導体として機能する半導体領域３との間にｐｎ接合が生じる。ｐｎ接合はＨＥＭＴのリーク電流の低減に寄与する。
2005015642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン又はシリコン化合物から成る基板と、
前記基板の一方の主面上に配置され窒化物半導体から成るバッファ領域と、
前記バッファ領域の上に配置された少なくとも１つの窒化物半導体層を含んでいる主半導体領域と、
前記主半導体領域の表面上に配置された少なくとも第１及び第２の主電極とを備え、前記バッファ領域の中、又は前記バッファ領域と前記主半導体領域との間、又はこれ等の両方にｐｎ接合が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
シリコン又はシリコン化合物から成る基板と、
前記基板の一方の主面上に配置された窒化物半導体から成るバッファ領域と、
前記バッファ領域の上に配置された少なくとも１つの窒化物半導体層を含んでいる主半導体領域と、
前記主半導体領域の表面上に配置された少なくとも第１及び第２の主電極とを備え、前記バッファ領域の少なくとも一部にｐ型不純物が導入されており、且つ前記バッファ領域はｐ型不純物が導入される前の状態において、不純物がドーピングされたｎ型窒化物半導体、又は不純物がドーピングされていないがｎ型と同様な作用を有する窒化物半導体から成ることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記バッファ領域は、アルミニウムを所定の割合で含む窒化物半導体から成る複数の第１の層と、アルミニウムを含まない又はアルミニウムを前記第１の層よりも小さい割合で含む窒化物半導体から成る複数の第２の層とから成り、前記第１の層と前記第２の層とが交互に積層されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の層は、
ＡｌｘＭｙＧａ１−ｘ−ｙＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ｘ及びｙは、０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１
を満足する数値、
を含み、
前記第２の層は、
ＡｌａＭｂＧａ１−ａ−ｂＮ
ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１、
ａ＜ｘ
を満足させる数値、
を含むことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の層はＡｌｘＧａ１−ｘＮを含み、
前記第２の層は、ＡｌａＧａ１−ａＮを含むことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の層はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含み、前記第２の層は、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮを含み、前記第１及び第２の層の少なくとも一方にＩｎ（インジウム）が含まれていることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の層は、ＡｌｘＢｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含み、前記第２の層は、ＡｌａＢｂＧａ１−ａ−ｂＮを含み、前記第１及び第２の層の少なくとも一方にＢ（ボロン）が含まれていることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項８】
前記バッファ領域の複数の前記第１の層は、不純物がドーピングされたｎ型窒化物半導体、又は不純物がドーピングされていないがｎ型と同様な作用を有する窒化物半導体から成り、
前記バッファ領域の複数の前記第２の層の一部又は全部にｐ型不純物が導入されることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記バッファ領域の複数の前記第２の層は、不純物がドーピングされたｎ型窒化物半導体、又は不純物がドーピングされていないがｎ型と同様な作用を有する窒化物半導体から成り、
前記バッファ領域の複数の前記第１の層の一部又は全部にｐ型不純物が導入されていることを特徴とする請求項項３乃至７記載のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記バッファ領域の複数の前記第１の層と複数の前記第２の層との全てにｐ型不純物が導入されることを特徴とする請求項請求項項３乃至７いずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記バッファ領域における前記第１の層の厚みが０．５ｎｍ〜５０ｎｍ、及び前記第２の層の厚みが０．５ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記主半導体領域の前記窒化物半導体層は、ＧａＮ（窒化ガリウム）層、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）層、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）層、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム）層、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム  アルミニウム）層から選択されたものであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１３】
更に、前記第１の主電極と前記第２の主電極との間の電流を制御する制御電極を有し、
前記主半導体領域は、前記制御電極で制御される半導体スイッチ素子を形成するための領域であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１４】
シリコン又はシリコン化合物から成る基板を用意する工程と、前記基板の上に気相成長法によって窒化物半導体から成るバッファ領域を成長させると共に前記バッファ領域の少なくとも一部にｐ型不純物を導入する工程と、前記バッファ領域の上に少なくとも１つの窒化物半導体層を含んでいる主半導体領域を気相成長法によって形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、リーク電流の小さいＭＥＳＦＥＴやＨＥＭＴ等の窒化物半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】窒化ガリウム系化合物半導体を用いたメタル・セミコンダクタ電界効トランジスタ即ちＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｌｅｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や高電子移動度トランジスタ即ちＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体デバイスは公知である。【０００３】従来の典型的な窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体デバイスにおいては、サファイア基板の上にバッファ領域を介して窒化ガリウム系化合物半導体が形成されている。しかし、サファイア基板は硬度が高いため、このダイシング等を生産性良く行うことが困難であり、且つ高価である。サファイア基板の欠点を解決すためにシリコン又はシリコン化合物から成る基板を使用することが日本の特開２００３−５９９４８号公報（以下特許文献１と言う）に開示されている。【０００４】シリコン又はシリコン化合物から成る基板は、サファイア基板に比べて熱伝導率が高いので、デバイスの動作中に発生する熱を十分に放出することができ、デバイスの利得等の諸特性を向上させることができる。前記特許文献１には、シリコン又はシリコン化合物から成る基板の上に複数の第１及び第２の層から成り、第１の層と第２の層とが交互に積層されたバッファ領域を形成し、このバッファ領域の上に半導体素子の主要部分としての窒化物半導体層を形成することが開示されている。上記バッファ領域の第１の層は、例えばＡｌｘＧａ１−ｘＮ、（０＜ｘ≦１）から成り、第２の層は例えばＧａＮから成る。【０００５】前記特許文献１に示すようにバッファ領域を多層構造にすると、次の効果が得られる。
（１）バッファ領域は、基板と窒化ガリウム系化合物半導体との間の格子定数を有するので、基板の結晶方位を良好に引き継ぐことができる。この結果、バッファ領域の上面に窒化ガリウム系化合物半導体領域を結晶方位を揃えて良好に形成することができる。このため、バッファ領域上の半導体領域の平坦性が良くなり、半導体素子の電気的特性が良好に得られる。
（２）バッファ領域をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）とＧａＮとを交互に積層して形成した場合には、ＡｌｘＧａ１−ｘＮやＧａＮの単一層から構成される低温バッファ領域に比較して比較的高温で結晶成長させることができ、バッファ領域がアモルファス状になり難い。このため、バッファ領域上に形成されるエピタキシャル層即ち半導体素子用の主半導体領域の結晶欠陥密度を減少することができ、リーク電流の発生を抑制できる。
【特許文献１】特開２００３−５９９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】しかしながら、シリコン又はシリコン化合物から成る基板は低抵抗性基板であるため、上述のように低抵抗性基板の上に多層構造のバッファ領域を介して窒化物系化合物半導体領域を形成したＨＥＭＴ等のデバイスにおいては、バッファ領域側にリーク電流が流れ易いという問題があった。即ち、ＨＥＭＴのゲート電極にオン電圧を印加しない状態においても、ドレイン・ソース間にバッファ領域、又はバッファ領域と低抵抗性基板との両方を介してリーク電流が流れ、このリーク電流に基づく電力損失又はデバイス特性低下が生じる。また、半導体デバイスの耐圧がリーク電流の大きさを基準にして決定される場合があり、この場合には必然的にデバイスの耐圧が低くなる。【０００７】このリーク電流を低減する方法として、バッファ領域を構成するＡｌｘＧａ１−ｘＮを絶縁性の大きいＡｌＮ層とし、この厚みを増加することが考えられる。しかし、ＡｌＮ層の厚みを増大すると、ＡｌＮ層とＧａＮ層との間の格子の不整合、及びＡｌＮ層と基板との間の熱膨張係数の差に起因してＡｌＮ層内に発生する引っ張り歪によってバッファ領域やその上に形成されるエピタキシャル層にクラックが発生する虞がある。上述のような問題はＨＥＭＴに限らず、これに類似の半導体装置においてもある。【０００８】そこで、本発明の目的は、上述の問題点を解決できるＭＥＳＦＥＴやＨＥＭＴ等の半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、シリコン、又は例えばＳｉＣ及び多結晶シリコン等のシリコン化合物から成る基板と、前記基板の一方の主面上に配置され窒化物半導体から成るバッファ領域と、ＨＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ及び電界効果トランジスタ等の窒化物半導体素子の主要部を構成するためのものであって、前記バッファ領域の上に配置された少なくとも１つの窒化物半導体層を含んでいる主半導体領域と、前記主半導体領域の表面上に配置された少なくとも第１及び第２の主電極とを備え、前記バッファ領域の中、又は前記バッファ領域と前記主半導体領域との間、又はこれ等の両方にｐｎ接合が形成されていることを特徴とする半導体装置に係るものである。【００１０】上記発明と同一の目的を達成するための本願の別な発明は、シリコン又はシリコン化合物から成る基板と、前記基板の一方の主面上に配置された窒化物半導体から成るバッファ領域と、前記バッファ領域の上に配置された少なくとも１つの窒化物半導体層を含んでいる主半導体領域と、前記主半導体領域の表面上に配置された少なくとも第１及び第２の主電極とを備え、前記バッファ領域の少なくとも一部にｐ型不純物が導入されており、且つ前記バッファ領域はｐ型不純物が導入される前の状態において、不純物がドーピングされたｎ型窒化物半導体、又は不純物がドーピングされていないがｎ型と同様な作用を有する窒化物半導体から成ることを特徴とする半導体装置に係るものである。
この別な発明の半導体装置のｐ型不純物が導入された前記バッファ領域の少なくとも一部は、ｐ型半導体であっても良いし、前記バッファ領域に含まれるｎ型不純物がｐ型不純物で相殺された高抵抗半導体であっても良い。【００１１】前記バッファ領域は、アルミニウムを所定の割合で含む窒化物半導体から成る複数の第１の層と、アルミニウムを含まない又はアルミニウムを前記第１の層よりも小さい割合で含む窒化物半導体から成る複数の第２の層とから成り、前記第１の層と前記第２の層とが交互に積層されていることが望ましい。【００１２】前記第１の層の好ましい材料は次の化学式で示される。
ＡｌｘＭｙＧａ１−ｘ−ｙＮ  ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、前記ｘ及びｙは、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１を満足する数値である。【００１３】前記第２の層の好ましい材料は次の化学式で示される。
ＡｌａＭｂＧａ１−ａ−ｂＮ  ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、前記ａ及びｂは、０≦ａ＜１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ≦１、ａ＜ｘを満足させる数値である。【００１４】前記第１の層のより好ましい材料は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮであり、前記第２の層のより好ましい材料は、ＡｌａＧａ１−ａＮである。【００１５】前記バッファ領域の熱膨張係数を前記基板の熱膨張係数に近づけるために、前記第１及び第２の層の少なくとも一方にＩｎ（インジウム）を含めることができる。【００１６】前記バッファ領域のクラックを防ぐために、前記第１及び第２の層の少なくとも一方にＢ（ボロン）を含めることができる。【００１７】ｐｎ接合の形成のため又はバッファ領域の高抵抗化のために、前記バッファ領域の複数の前記第２の層の一部又は全部にｐ型不純物を導入することができる。【００１８】ｐｎ接合の形成のため又はバッファ領域の高抵抗化のために、前記バッファ領域の複数の前記第１の層の一部又は全部にｐ型不純物を導入することができる。【００１９】前記主半導体領域と前記バッファ領域との間にｐｎ接合を形成するため又はバッファ領域の高抵抗化のために、前記バッファ領域の複数の前記第１の層と複数の前記第２の層との全てにｐ型不純物を導入することができる。【００２０】前記バッファ領域における前記第１の層の厚みが０．５ｎｍ〜５０ｎｍ、及び前記第２の層の厚みが０．５ｎｍ〜２００ｎｍであることが望ましい。【００２１】前記主半導体領域の前記窒化物半導体層は、ＧａＮ（窒化ガリウム）層、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）層、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）層、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム）層、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム  アルミニウム）層から選択された窒化ガリウム系化合物半導体層又は窒化インジウム系化合物半導体層であることが望ましい。【００２２】前記半導体装置は、更に、前記第１の主電極と前記第２の主電極との間の電流を制御する制御電極を有し、前記主半導体領域は、前記制御電極で制御される半導体スイッチ素子を形成するための領域であることが望ましい。【００２３】前記半導体装置を製造する方法は
シリコン又はシリコン化合物から成る基板を用意する工程と、前記基板の上に気相成長法によって窒化物半導体から成るバッファ領域を成長させると共に、前記バッファ領域の少なくとも１部にｐ型不純物を導入する工程と、前記バッファ領域の上に少なくとも１つの窒化物半導体層を含んでいる主半導体領域を気相成長法によって形成する工程とを有することが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】各請求項の発明によれば、第１及び第２の主電極間に印加された電圧に基づいて、バッファ領域、又はバッファ領域及び基板を通って流れる電流を低減することができる。即ち、バッファ領域の中、又はバッファ領域と主半導体領域との間、又はこれ等の両方にｐｎ接合が形成されているので、ｐｎ接合によってリーク電流が低減される。
また、バッファ領域へのｐ型不純物の導入量が少ないためにｐｎ接合が生じない場合であっても、ｐ型不純物によってｎ型不純物を相殺してバッファ領域を高抵抗化することができ、リーク電流が低減される。
バッファ領域を多層構造に形成すると、主半導体領域のクラックの防止、平坦性の改善等を良好に維持しつつリーク電流を低減できる。
本願の方法の発明によれば、リーク電流の小さい半導体装置を安価且つ容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】［図１］図１は本発明の実施例１に従うＨＥＭＴの一部を概略的示す中央縦断面図である。
［図２］図２は図１のＨＥＭＴの平面図である。
［図３］図３は図１のＨＥＭＴの構造の一部を製造工程順に拡大して示す断面図である。
［図４］図４は実施例１及び従来例のＨＥＭＴのドレン・ソース間電圧とリーク電流の関係を示す特性図である。
［図５］図５は実施例２のバッファ領域の一部を示す断面図である。
［図６］図６は実施例３のバッファ領域の一部を示す断面図である。
［図７］図７は実施例４のバッファ領域の一部を示す断面図である。
［図８］図８は実施例５のバッファ領域の一部を示す断面図である。
［図９］図９は本発明の実施例６に従うＭＥＳＦＥＴの一部を概略的示す中央縦断面図である。
［図１０］図１０は実施例７のバッファ領域の一部を示す断面図である。
［図１１］図１１は実施例８のバッファ領域の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】１  シリコン単結晶から成る基板、２〜２ｆ  バッファ領域、８、８ａ、８’、８”  第１の層、９、９ａ、９’、９”  第２の層、３、３ａ  半導体領域
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】次に、図１〜図１１を参照して本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００２８】図１に示す本発明の実施例１に係る窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体装置としてのＨＥＭＴは、シリコンから成るサブストレート即ち基板１とバッファ領域２と半導体素子としてのＨＥＭＴ素子の主要部を形成するための主半導体領域３と第１の主電極としてのソース電極４と第２の主電極としてのドレイン電極５と制御電極としてのゲート電極６と絶縁膜７とから成る。【００２９】基板１は、導電型決定不純物としてＢ（ボロン）等の３族元素を含むｐ型シリコン単結晶から成る。この基板１のバッファ領域２が配置されている側の主面１ａは、ミラー指数で示す結晶の面方位において（１１１）ジャスト面である。この基板１の不純物濃度は、基板１を通るリーク電流を低減させるために比較的低い値、例えば１×１０１２ｃｍ−３〜１×１０１４ｃｍ−３程度であり、この基板１の抵抗率は比較的高い値、例えば１００Ω・ｃｍ〜１００００Ω・ｃｍ程度である。基板１は、バッファ領域２とＨＥＭＴ素子を形成するための主半導体領域３との合計の厚みよりも厚い約５００μｍの厚みを有し、主半導体領域３及びバッファ領域２の支持体として機能する。なお、基板１にｐ型不純物の代わりにｎ型不純物を導入すること、又は不純物非ドープとすることができる。【００３０】基板１の一方の主面全体を被覆するように配置されたバッファ領域２は、複数の第１の層８と複数の第２の層９とが積層された複合層から成る。図１では、図示の都合上、バッファ層２の一部のみが示されているが、実際には、バッファ領域２は、２０個の第１の層８と２０個の第２の層９とを有する。なお、第１及び第２の層８、９のそれぞれの数を好ましくは２〜２００、より好ましくは２０〜８０から選択された任意の数に決定できる。【００３１】バッファ領域２の第１の層８は、少なくともＡｌ（アルミニウム）を所定の割合で含む窒化物半導体から成る。不純物を無視した第１の層８の好ましい組成は次の化学式で示される。
ＡｌｘＭｙＧａ１−ｘ−ｙＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、前記ｘ及びｙは０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１を満足する数値である。
上記化学式に従う第１の層８の好ましい材料は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、又はＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）、又はＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウムアルミニウム）、又はＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム  ボロン  アルミニウム）、又はＡｌＩｎＢＧａＮ（窒化ガリウム  ボロン  インジウム  アルミニウム）、又はＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）、又はＡｌＢＮ（窒化ボロン  アルミニウム）、又はＡｌＩｎＢＮ（窒化ボロン  インジウム  アルミニウム）である。【００３２】第１の層８がＢ（ボロン）及びＩｎ（インジウム）を含まない場合の第１の層８の組成は次の化学式で示される。
ＡｌｘＧａ１−ｘＮ  ここで、ｘは０＜ｘ≦１を満足する任意の数値である。
この式でｘが１の場合の第１の層８は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）から成る。【００３３】第１の層８は、ｎ型半導体層、又はｎ型不純物が導入されていないにも拘わらずｎ型と同様な作用を有するｎライク半導体層であり、且つ比較的高い絶縁性を有する。第１の層８の格子定数及び熱膨張係数は第２の層９よりもシリコン基板１に近い。この第１の層８の格子定数は第２の層９の格子定数よりも小さいことが望ましい。この実施例１の変形例として、リーク電流の抑制を目的としてバッファ領域２と主半導体領域３との間にｐｎ接合を形成する場合には、第１の層８にもｐ型不純物が導入される。【００３４】バッファ領域２の第１の層８の好ましい厚みは、０．５ｎｍ〜５０ｎｍ即ち５〜５００オングストロームである。第１の層８の厚みが０．５ｎｍ未満の場合にはバッファ領域２の上面に形成される主半導体領域３の平坦性が良好に保てなくなる。第１の層８の厚みが５０ｎｍを超えると、第１の層８と第２の層９との格子の不整合、及び第１の層８と基板１との間の熱膨張係数の差に起因して第１の層８内に発生する引っ張り歪みにより、第１の層８内にクラックが発生する恐れがある。【００３５】第２の層９は、Ａｌを含まないか又はＡｌを第１の層８よりも少ない割合で含むｐ型窒化物半導体から成る。不純物を無視した第２の層９の好ましい組成は次の化学式で示される。
ＡｌａＭｂＧａ１−ａ−ｂＮ
ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、前記ａ及びｂは、０≦ａ＜１、０≦ｂ＜１、ａ−ｂ≦１、ａ＜ｘを満足させる数値である。【００３６】上記化学式に従う第２の層９の好ましい材料は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）又はＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）、又はＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム  アルミニウム）、又はＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム  ボロン  アルミニウム）又はＡｌＩｎＢＧａＮ（窒化ガリウム  ボロン  インジウム  アルミニウム）、又はＡｌＩｎＮ（窒化  インジウム  アルミニウム）、又はＡｌＢＮ（窒化ボロン  アルミニウム）、又はＡｌＩｎＢＮ（窒化ボロン  インジウム  アルミニウム）、又はＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム）、又はＢＧａＮ（窒化ガリウム  ボロン）、又はＩｎＢＧａＮ（窒化ガリウム  ボロン  インジウム）、又はＩｎＮ（窒化  インジウム）、又はＢＮ（窒化ボロン）又はＩｎＢＮ（窒化ボロン  インジウム）ある。【００３７】図１及び図２の実施例１の第２の層９には、ｐ型不純物が導入されている。このｐ型不純物は、第２の層９と後述するｎライクの電子走行層１１との間、及び第１及び第２の層８、９間にｐｎ接合を生じさせるために導入されている。【００３８】第２の層９がＢ（ボロン）及びＩｎ（インジウム）を含まない場合の第２の層９の組成は次の化学式で示される。
ＡｌｙＧａ１−ｙＮ  ここで、ｙは、ｙ＜ｘ、０≦ｙ＜１を満足する任意の数値である。上記化学式においてるｙ＝０の場合には、第２の層９はＧａＮから成る。【００３９】第２の層９がＡｌ（アルミニウム）を含む場合には、Ａｌ（アルミニウム）の増大により発生する恐れのあるクラックを防ぐためにＡｌ（アルミニウム）の割合を示すｙの値を０＜ｙ＜０．８を満足する値即ち０よりも大きく且つ０．８よりも小さくすることが望ましい。また、第２の層９のＡｌの割合は、第１の層８のＡｌの割合よりも小さいことが望ましい。【００４０】第２の層９の好ましい厚みは、０．５ｎｍ〜２００ｎｍ即ち５〜２０００オングストロームである。第２の層９の厚みが０．５ｎｍ未満の場合には、第１の層８、及びバッファ領域２上に成長される主半導体領域３を平坦に成長させることが困難になる。また、第２の層９の厚みが２００ｎｍを超えると、第２の層９と第１の層８との組合せによる応力緩和効果が損なわれ、クラックが発生するおそれがある。
更に好ましくは、第２の層９の厚みＴ２を第１の層８の厚みＴ１より大きくするのがよい。このようにすれば、第１の層８と第２の層９との間の格子の不整合及び第１の層８と基板１との間の熱膨張係数の差に起因して第１の層８に発生する歪の大きさを第１の層９にクラックが発生しない程度に抑えること、及び後述する電子走行層１１の電子濃度を高濃度に保つことにおいて有利になる。【００４１】周知のＨＥＭＴを形成するための主半導体領域３は、例えば不純物非ドープのＧａＮから成る電子走行層１０と、例えば非ドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎから成るスペーサ層１１と、例えばｎ型不純物としてＳｉがドープされているｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎから成る電子供給層１２とを有している。この主半導体領域３の各層１０、１１、１２は窒素とガリウムをベースとした窒化ガリウム系化合物半導体から成ることが望ましい。バッファ領域２の上に配置された電子走行層１０はチャネル層とも呼ぶことができるものであり、例えば、５００ｎｍの厚みを有する。この電子走行層１０は好ましくは不純物非ドープのＧａＮから成るが、ｎ型の作用を有するｎライク半導体層として機能する。このｎライクの電子走行層１０はｐ型不純物が導入された第２の層９に隣接しているので、両者の間にリーク電流抑制のｐｎ接合が生じている。【００４２】電子走行層１０の上に配置されたスペーサ層１１は例えば７ｎｍの厚みを有し、電子供給層１２のｎ型不純物としてのシリコンが電子走行層１０に拡散することを抑制する。なお、このスペーサ層１１を省いた構成にすることもできる。【００４３】スペーサ層１１の上に配置されたｎ型の電子供給層１２はドナー不純物（ｎ型不純物）から発生した電子を電子走行層１０に供給するものであって、例えば３０ｎｍの厚みを有する。【００４４】ソース電極４及びドレイン電極５は電子供給層１２にオーミック接触し、ゲート電極６は電子供給層１２にショットキー接触している。なお、ソース電極４及びドレイン電極５と電子供給層１２との間にｎ型不純物濃度の高いコンタクト層を設けることができる。ＳｉＯ２から成る絶縁膜７は主半導体領域３の表面を覆っている。なお、バッファ領域２と電子走行層１０との間に電子供給層１２と同様な機能を有する電子供給層を設けることができる。【００４５】電子供給層１２及びスペーサ層１１は極く薄い膜であるので、横方向には絶縁物として機能し、縦方向には導電体として機能する。従って、ＨＥＭＴのドレイン電極５にソース電極４よりも高い電圧が印加され且つゲート電極６にＨＥＭＴをオンにする制御電圧が印加された時に、ソース電極４、電子供給層１２、スペーサ層１１、電子走行層１０、スペーサ層１１、電子供給層１２、ドレイン電極５の経路で電子が流れる。この電子の流れ即ち電流の流れはゲート電極６に印加される制御電圧で調整される。ゲート電極６にＨＥＭＴをオンにする制御電圧が印加されていないオフ期間にはソース電極４とドレイン電極５との間にリーク電流が流れる。リーク電流は本発明によって低減される。【００４６】次に、バッファ層２における第１の層８がＡｌＮ、第２の層９がｐ型不純物を含むＧａＮとされたＨＥＭＴの製造方法を説明する。まず、図３（Ａ）に示すｐ型不純物が導入されたｐ型シリコン半導体から成る基板１を用意する。バッファ層２を形成する側のシリコン基板１の一方の主面１ａは、ミラー指数で示す結晶の面方位において（１１１）ジャスト面、即ち正確な（１１１）面である。しかし、図３において０で示す（１１１）ジャスト面に対して−θ〜＋θで示す範囲で基板１の主面１ａを傾斜させることができる。−θ〜＋θの好ましく範囲は−４°〜＋４°であり、より好ましくは−３°〜＋３°であり、最も好ましい範囲は−２°〜＋２°である。シリコン基板１の主面１ａの結晶方位を、（１１１）ジャスト面又は（１１１）ジャスト面からのオフ角度が小さい面とすることによって、バッファ領域２及び主半導体領域３をエピタキシャル成長させる際の原子レベルでのステップを無くすこと又は小さくすることができる。【００４７】次に、図３（Ｂ）に示すように基板１の主面１ａ上に、エピタキシャル成長法の一種である周知のＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）即ち有機金属化学気相成長法によってＡｌＮから成る第１の層８とｐ型ＧａＮから成る第２の層９とを繰返して積層することによってバッファ領域２を形成する。即ち、ＨＦ系エッチャントで前処理したｐ型シリコン単結晶基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置し、まず、１１２０℃で約１０分間のサーマルアニーリングを施して表面の酸化膜を除去する。次に、反応室内にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスとＮＨ３（アンモニア）ガスを約６５秒間供給して、基板１の一方の主面に厚さ約１０ｎｍのＡｌＮ層から成る第１の層８を形成する。本実施例ではＴＭＡガスの流量即ちＡｌの供給量を約６３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガスの流量即ちＮＨ３の供給量を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎとした。続いて、ＴＭＡガスの供給を止めてから反応室内にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスとビスシクロペンタジエニルマグネシウムガス即ちＣｐ２ＭｇガスとＮＨ３（アンモニア）ガスとを約９０秒間供給して、基板１の一方の主面に形成された上記ＡｌＮから成る第１の層８の上面に、厚さ約３０ｎｍのｐ型のＧａＮから成る第２の層９を形成する。本実施例では、ＴＭＧガスの流量即ちＧａの供給量を約６０μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇガスの流量即ちＭｇの供給量を約０．１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガスの流量即ちＮＨ３の供給量を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎとした。本実施例では、上述のＡｌＮから成る第１の層８とｐ型のＧａＮから成る第２の層９の形成を２０回繰り返してＡｌＮから成る第１の層８とｐ型のＧａＮから成る第２の層９との合計で４０層が積層されたバッファ層２を得る。勿論ＡｌＮから成る第１の層８、ＧａＮから成る第２の層９をそれぞれ５０層等の任意の数に変えることもできる。ｐ型不純物はＭｇに限定されるものでなく、Ｍｇ以外の２族の元素、例えばＺｎ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｂｅ，Ｂａ，Ｃｄ，Ｒａ等から選択することができる。【００４８】次に、バッファ領域２の上面に周知のＭＯＣＶＤ法によって主半導体領域３を形成する。即ち、上面にバッファ領域２が形成された基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置して、反応室内にまずトリメチルガリウムガス即ちＴＭＧガス及びＮＨ３（アンモ��ア）ガスを１０分間供給してバッファ領域２の上面に約５００ｎｍの厚みの非ドープＧａＮ即ち導電型決定不純物を含まないＧａＮから成る電子走行層１０を形成する。この電子走行層１０はｎ型と同様な作用を有するｎライク半導体層である。本実施例ではＴＭＧガスの流量即ちＧａの供給量を約７０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガスの流量即ちＮＨ３の供給量を約０．１１ｍｏｌ／ｍｉｎとした。【００４９】次に、反応室内にＴＭＡガスとＴＭＧガスとアンモニアガスを３２秒間供給して電子走行層１０の上面に非ドープ即ち導電型決定不純物を含まないＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎから成るスペーサ層１１を７ｎｍの厚みに形成する。本実施例では、ＴＭＡガスの流量即ちＡｌの供給量を約５．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量を約１７μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガスの流量を約０．１１ｍｏｌ／ｍｉｎとした。【００５０】次に、約１５秒間結晶成長を中断した後、反応室内にＴＭＡガスとＴＭＧガスとアンモニアガスとＳｉＨ４（シラン）ガスを約１３８秒間供給してスペーサ層１１の上面にｎ型不純物を含むＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎから成る電子供給層１２を約３０ｎｍの厚みに形成する。本実施例では、この時のＴＭＡガスの流量を約５．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量を約１７μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアガスの流量を約０．１１ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ４ガスの流量を約２１ｎｍｏｌ／ｍｉｎとした。【００５１】その後、半導体領域３及びバッファ領域２の形成されたシリコン基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、周知のプラズマＣＶＤによって主半導体領域３の全面にシリコン酸化膜から成る絶縁膜７を形成する。絶縁膜７の厚みは、約２５０ｎｍとする。【００５２】図１には１個のＨＥＭＴが示されているが、この製造時には１枚の半導体ウエハ即ち基板１を使用して多数のＨＥＭＴを同時に作る。このため、フォトリソグラフィーにより、塩素（Ｃｌ２）と塩素系混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、主半導体領域３及びバッファ層２の素子分離領域をシリコン基板１に至るまでエッチングし、ＨＥＭＴの素子分離を行う。このようにシリコン基板１を残した状態に素子分離すると、各素子領域の電気的特性等を他の素子の影響を受けることなしに良好に検査することができる。【００５３】次に、フォトリソグラフィーとフッ酸系エッチャントを使用して、絶縁膜７にソース電極及びドレイン電極形成用の開口を形成した後、電子ビーム蒸着等を用いてＴｉ（チタン）とＡｌ（アルミニウム）を順次積層形成し、リフトオフしてソース電極４、ドレイン電極５を形成する。ゲート電極を形成する時も、同様な手順で絶縁膜７に開口を形成し、電子ビーム蒸着によってＰｄ（パラジウム），Ｔｉ（チタン），Ａｕ（金）を蒸着し、リフトオフしてショットキバリア電極としての機能を有するゲート電極６を形成する。
その後、周知のダイシング工程等により、エピタキシャルウエハを素子分離領域で切断分離して個別化した半導体装置（ＨＥＭＴチップ）を完成させる。【００５４】本実施形態のＨＥＭＴによれば、次の効果が得られる。
（１）バッファ領域２の第２の層９にｐ型不純物としてのＭｇが導入されているので、ｎライクの第１の層８とｐ型の第２の層９との間にｐｎ接合が生じる。また、ｎライクの電子走行層１０とｐ型の第２の層９との間にもｐｎ接合が生じる。従って、ＨＥＭＴがオフ制御されている期間にソース電極４とドレイン電極５との間に印加される電圧によってソース電極４とドレイン電極５の間に流れるリーク電流Ｉｄが小さくなる。即ち、例えばドレイン電極５が正、ソース電極４が負の時に、ドレイン電極５、電子供給層１２、スペーサ層１１、電子走行層１０、バッファ領域２又はバッファ領域２と基板１、電子走行層１０、スペーサ層１１、電子供給層１２及びソース電極４から成る経路に流れるリーク電流がｐｎ接合によって抑制されて小さくなる。
図４はＨＥＭＴのオフ制御時におけるドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓとリーク電流Ｉｄとの関係を示し、実線で示す特性線Ａは実施例１に従うもの、点線で示す特性線Ｂは実施例１と同一の構造においてバッファ領域２にｐ型不純物を導入しなかったものを示す。従来装置の特性線Ｂでは、約４０Ｖでリーク電流Ｉｄが急激に大きくなっているが本実施例の特性線Ａではこのようなリーク電流の増大が生じない。一般に半導体装置の耐圧はリーク電流を基準にして決定されるので、特性線ＢのＨＥＭＴは低耐圧素子となり、特性線ＡのＨＥＭＴは高耐圧素子となる。
（２）格子定数がシリコンとＧａＮとの間の値を有するＡｌＮから成る第１の層８を含むバッファ層２は、シリコン基板１の結晶方位を良好に引き継ぐことができる。この結果、バッファ層２の一方の主面に、少なくともＧａを含む窒化物半導体から成る主半導体領域３を結晶方位を揃えて良好に形成することができる。このため、主半導体領域３の平坦性が良くなり、ＨＥＭＴの電気的特性も良くなる。もし、シリコンから成る基板１の一方の主面に、ＧａＮ半導体のみによって低温でバッファ層を形成した場合、シリコンとＧａＮとは格子定数の差が大きいため、このバッファ層の上面に平坦性に優れた主半導体領域３を形成することはできない。
（３）ＡｌＮから成る第１の層８とＧａＮから成る第２の層９とを含むバッファ層２は、従来のＧａＮやＡｌＮの単一層から構成される低温バッファ層に比較して高温で結晶成長させることができる。このため、窒素源となるアンモニアを良好に分解させることができ、バッファ層２はアモルファス層とならない。このため、バッファ層２の上に形成されるエピタキシャル成長層即ち主半導体領域３の結晶欠陥の密度を十分に小さくすることができ、リーク電流の発生を防止することができる。この結果、ピンチオフ特性の良好なＨＥＭＴを提供することができる。
【実施例２】
【００５５】次に、図５を参照して実施例１のバッファ領域２を変形したバッファ領域２ａを有する実施例２を説明する。なお、図５及び後述する図６〜図１１において図１〜図３と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。【００５６】図５のバッファ領域２ａは実施例１の第１の層８にもｐ型不純物を導入したものに相当し、ｐ型不純物（Ｍｇ）が導入されたｐ型の第１の層８ａとｐ型不純物が導入されたｐ型の第２の層９とが交互に積層されたものから成る。図５の第１及び第２の層８ａ、９のｐ型不純物以外の材料は実施例１と同一である。【００５７】実施例２の場合は、バッファ領域２ａの全体がｐ型となり、図１と同様な主半導体領域３を図５のバッファ領域２ａの上に形成した時には、バッファ領域２ａと図１の主半導体領域３のｎライク半導体から成る電子走行層１０と同様なものとの間にｐｎ接合が生じ、リーク電流が抑制され、実施例１と同一の効果が得られる。なお、実施例２の基板１をｎ型シリコンとして、基板１とバッファ領域２ａとの間にｐｎ接合を得ることもできる。
【実施例３】
【００５８】図６の実施例３のバッファ領域２ｂは、実施例１のｐ型不純物を含む複数の第２の層９の中の下側の複数（例えば１８個）をｐ型不純物を含まない第２の層９ａに置き換えたものに相当する。即ち。図６では上側の２つの第２の層９がｐ型不純物を含み、これよりも下側の第２の層９ａはｐ型不純物を含んでいない。また、第１の層８は実施例１と同様にｐ型不純物を含んでいない。図６の第１及び第２の層８、９、９ａの主成分は実施例１と同一である。【００５９】図６の実施例３でもバッファ領域２ｂの上に図１の主半導体領域３と同様なものを形成した時に、バッファ領域２ｂと図１の主半導体領域３のｎライク半導体から成る電子走行層１０と同様なものとの間にｐｎ接合が生じ、且つｎライク半導体から成る第１の層８とここに隣接するｐ型不純物を含む第２の層９との間にもｐｎ接合が生じ、実施例１と同様にリーク電流抑制効果を得ることができる。なお、図６においてｐ型不純物を含む第２の層９に隣接する第１の層８にｐ型不純物を導入することができる。この場合であって、ｎライク半導体から成る電子走行層とバッファ領域２ｂとの間にｐｎ接合が生じ、リーク電流が抑制される。
【実施例４】
【００６０】図７の実施例４のバッファ領域２ｃでは、下側にｐ型不純物を含む第２の層９が配置され、上側にｐ型不純物を含まない第２の層９ａが配置されている。第１及び第２の層８、９、９ａの主成分は実施例１と同一である。バッファ領域２ｃの上側にｐ型不純物を含まない第２の層９ａを配置すると、主半導体領域３のエピタキシャル成長をｐ型不純物の妨害を受けずに進めることができる。即ち、ｐ型不純物をバッファ領域に導入すると、この結晶性が劣化するが、バッファ領域の上側にｐ型不純物を導入しないことによってバッファ領域の上側の結晶性を良好に保つことができ、主半導体領域３の結晶性も良くなる。なお、図７の基板１はｎ型に変形されている。従って、図７の実施例４においては、バッファ領域２ｃの下側の第２の層９とここに隣接する第１の層８との間のｐｎ接合によってリーク電流が抑制される他に、ｎ型基板１とバッファ領域２ｃとの間のｐｎ接合によってもリーク電流が抑制される。
【実施例５】
【００６１】図８の実施例５のバッファ領域２ｄは、上側と下側とに分散してｐ型不純物を含む第２の層９が配置され、両者の間にｐ型不純物を含まない第２の層９ａが配置されている。この実施例５によっても実施例１と同様にリーク電流の抑制効果を得ることができる。なお、図８においても基板１がｎ型とされているので、ｎ型基板１とバッファ領域２ｄとの間にもｐｎ接合が生じている。
【実施例６】
【００６２】次に、図９を参照して実施例６のＭＥＳＦＥＴを説明する。但し、図９において、図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図９のＭＥＳＦＥＴは、図１の主半導体領域３の代わりに、ｎ型不純物としてＳｉがドープされたＧａＮ化合物半導体層から成るＭＥＳＦＥＴ用のｎ型の主半導体領域３ａを設け、この他は図１と同一に形成したものである。即ち、図９のＭＥＳＦＥＴにおいて、シリコン基板１、バッファ層２、ソース電極４、ドレイン電極５、ゲート電極６、絶縁膜７は図１で同一符号で示すものと同様に形成されている。ｎ型の主半導体領域３ａはチャネル層又は活性層とも呼ぶことができるものであり、バッファ領域２の上に配置されている。ソース電極４及びドレイン電極５はｎ型の主半導体領域３ａにオーミック接触し、ゲート電極６はｎ型の主半導体領域３ａにショットキバリア接触している。【００６３】図９のＭＥＳＦＥＴのためのＧａＮから成る主半導体領域３ａ以外の製造方法は、実施例１と同一である。ＧａＮから成る主半導体領域３ａを形成する時には、バッファ領域２の形成時に使用した反応室内にＴＭＧガスとＮＨ３ガスとＳｉＨ４（シラン）ガスを約５分間供給して、基板１の一方の主面に形成されたバッファ領域２の上面に、厚さ約２５０ｎｍのｎ型の主半導体領域３ａを形成する。本実施例６では、ＴＭＧガスの流量、即ちＧａの供給量を約７０μｍｏｌ／ｍｉｎ，ＮＨ３ガスの流量即ちＮＨ３の供給量を０．１１ｍｏｌ／ｍｉｎ，ＳｉＨ４ガスの流量、即ちＳｉの供給量を２１ｎｍｏｌ／ｍｉｎとした。【００６４】図９のＭＥＳＦＥＴは、図１のＨＥＭＴと同様な効果を有する。即ち、ＭＥＳＦＥＴを図９の構成にすることによって、バッファ領域２を通るリーク電流を低減すること、主半導体領域３ａの平坦性及び結晶性を良くすること、ＭＥＳＦＥＴの特性を良くすることが可能になる。
【実施例７】
【００６５】図１０は、ＨＥＭＴ及びＭＥＳＦＥＴ等のデバイスに使用可能な実施例７に従うＩｎ（インジウム）を含むバッファ領域２ｅの一部を示す。Ｉｎ（インジウム）はバッファ領域２ｅの第１の層８’と第２の層９’とのいずれか一方又は両方に添加される。
第１の層８’の組成は次の化学式で示される。
ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ  ここで、ｘ、ｙは、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１を満足する任意の数値である。【００６６】上記化学式に従う第１の層８’は、例えばＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）、又はＡｌＧａＩｎＮ（窒化ガリウム  インジウム  アルミニウム）、又はＡｌＮ（窒化アルミニウム）、又はＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）である。図１０の実施例７の第１の層８’は、前記式のｘが０．５、ｙが０．０１とされた材料に相当するＡｌ０．５Ｉｎ０．０１Ｇａ０．４９Ｎから成り且つ不純物を含んでいないｎライク半導体から成る。アルミニウムを含む第１の層８’の格子定数及び熱膨張係数はシリコン基板１の格子定数及び熱膨張係数と半導体領域３又は３ａの格子定数及び熱膨張係数との間の値を有する。【００６７】この図１０のバッファ領域２ｅの第２の層９’はｐ型不純物がドープされたｐ型半導体から成る。この第２の層９’の組成は次の化学式で示される。
ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮここで、ａ、ｂは、０≦ａ＜１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ≦１、ａ＜ｘを満足する任意の数値である。上記化学式に従う第２の層９’は例えばＡｌＩｎＧａＮ、又はＩｎＧａＮ、又はＩｎＮ、又はＡｌＩｎＮ、又はＧａＮ、又はＡｌＧａＮである。図１０の実施例７の第２の層９’は、前記式のａが０．０５、ｂが０．３５とされた材料に相当するＡｌ０．０５Ｉｎ０．３５Ｇａ０．６Ｎから成る。第２の層９’の価電子帯と伝導帯との間のギャップ即ちバンドギャップが第１の層８’のバンドギャップよりも小さい。【００６８】次に、ｎライク半導体から成る第１の層８’がＡｌ０．５Ｉｎ０．０１Ｇａ０．４９Ｎとされ、ｐ型不純物を含む第２の層９’がＡｌ０．０５Ｉｎ０．３５Ｇａ０．６Ｎとされたバッファ領域２ｅの製造方法を説明する。まず、シリコン単結晶の基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置し、サーマルアニーリングを施して表面の酸化膜を除去する。次に、反応室内にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）ガスとＮＨ３（アンモニア）ガスを約２４秒間供給して、基板１の一方の主面に厚さＴ１が約５ｎｍ即ち約５０オングストロームのＡｌ０．０５Ｉｎ０．０１Ｇａ０．４９Ｎから成る第１の層８’を形成する。続いて、ＴＭＡガス、ＴＭＧガス及びＴＭＩｎガスの供給を止め、基板１の加熱温度を７５０℃まで下げ、しかる後、ＴＭＡガス、ＴＭＧガス、ＴＭＩｎガス、ＣＰ２Ｍｇガス及びＮＨ３（アンモニア）ガスを約８３秒間供給して、第１の層８’の上面に、厚さＴ２が３０ｎｍ即ち３００オングストロームのＡｌ０．０５Ｉｎ０．３５Ｇａ０．６Ｎから成る第２の層９’を形成する。本実施例では、上述のＡｌ０．５Ｉｎ０．０１Ｇａ０．４９Ｎから成る第１の層８’とＭｇを含むＡｌ０．０５Ｉｎ０．３５Ｇａ０．６Ｎから成る第２の層９’の形成を１０回繰り返して第１の層８’と第２の層９’とが交互に２０層積層されたバッファ領域２ｅを形成する。勿論第１の層８’、第２の層９’をそれぞれ５０層等の任意の数に変えることもできる。【００６９】図１０の実施例７のバッファ領域２ｅはｎライク半導体から成る第１の層８’とｐ型半導体から成るの第２の層９’との間にｐｎ接合を有するので、図１の実施例１と同一の効果を有し、更に、バッファ領域２ｅにインジウムが含まれているので、バッファ領域２ｅにインジウムを含めない場合よりもバッファ領域２ｅの熱膨張係数をシリコン基板１に近似させることができるという効果を有する。
図１０の実施例７では、バッファ領域２ｅの第１の層８’と第２の層９’との両方にインジウムが含まれているが、第１の層８’と第２の層９’とのいずれか一方のみにインジウムを含めることもできる。
【実施例８】
【００７０】図１１は、ＨＥＭＴ及びＭＥＳＦＥＴ等のデバイスに使用可能な実施例８に従うＢ（ボロン）を含むバッファ領域２ｆの一部を示す。この図１１のバッファ領域２ｆはｎライク半導体から成る第１の層８”とｐ型半導体から成る第２の層９”との交互積層体から成る。Ｂ（ボロン）は第１の層８”と第２の層９”とのいずれか一方又は両方に添加される。第１の層８”の組成は次の化学式で示される。
ＡｌｘＢｙＧａ１−ｘ−ｙＮ  ここで、ｘ、ｙは、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１を満足する任意の数値である。【００７１】上記化学式に従う第１の層８”は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、又はＡｌＧａＮ（窒化ガリウムアルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロンアルミニウム）、又はＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウムボロンアルミニウム）である。図１１の実施例８の第１の層８”は、前記式のｘが０．５とされ、ｙが０とされたＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎから成る。第１の層８”の格子定数及び熱膨張係数は第２の層９”よりもシリコン基板１に近い。【００７２】第２の層９”の組成は次の化学式で示される。
ＡｌａＢｂＧａ１−ａ−ｂＮ  ここで、ａ、ｂは、０≦ａ＜１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ≦１、ａ＜ｘを満足する任意の数値である。【００７３】上記化学式に従う第２の層９”は、例えばＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム  ボロン  アルミニウム）、又はＢＮ（窒化ボロン）、又はＧａＮ（窒化ガリウム）、又はＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）、又はＡｌＢＮ（窒化ボロン  アルミニウム）、又はＢＧａＮ（窒化ガリウム  ボロン）である。図１１の実施例の第２の層９”は、前記式のａが０、ｂが０．３とされた材料に相当するＢ０．３Ｇａ０．７Ｎから成る。第２の層９”の価電子帯と伝導帯との間のギャップ即ちバンドギャップが第１の層８”のバンドギャップよりも小さい。【００７４】次に、図１１に示すｎ型不純物を含まないｎライク半導体としてのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎから成る第１の層８”とｐ型不純物を含むＢ０．３Ｇａ０．７Ｎから成る第２の層９”とから成るバッファ領域２ｆの製造方法を説明する。まず、シリコン単結晶の基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置し、サーマルアニーリングを施して表面の酸化膜を除去する。次に、反応室内にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＮＨ３（アンモニア）ガスを約２７秒間供給して、基板１の一方の主面に厚さＴ１が約５ｎｍ即ち約５０オングストロームのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎから成る第１の層８”を形成する。次に、ＴＭＡガスの供給を止め、基板１の加熱温度を１１２０℃まで下げ、しかる後、ＴＥＢ（トリエチルボロン）ガス、ＴＭＧガス、ＣＰ２Ｍｇガス及びＮＨ３（アンモニア）ガスを約８５秒間供給して、第１の層８”の上面に、厚さＴ２が３０ｎｍ即ち３００オングストロームのｎ型のＢ０．３Ｇａ０．７Ｎから成る第２の層９”を形成する。本実施例では、上述のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎから成る第１の層８”とＢ０．３Ｇａ０．７Ｎから成る第２の層９”の形成を５０回繰り返して第１の層８”ｂと第２の層９”ｂとが交互に合計で１００層積層されたバッファ層２ｂを形成する。勿論第１の層８”ｂと第２の層９”とをそれぞれ２５層等の任意の数に変えることもできる。【００７５】図１１のバッファ領域２ｆはｎライクの第１の層８”とｐ型の第２の層９”との間にｐｎ接合を有するので図１のバッファ領域２と同様な効果を有し、更に、第２の層９”にボロンが含まれているので、第２の層９”がボロンを含まない場合に比べて堅牢になり、クラックの発生を防いで第２の層９”を比較的厚く形成することができるという効果を有する。【００７６】本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）半導体体素子を形成するための主半導体領域がｐ型を有する場合には、この下のバッファ領域をｎ型にすることができる。
（２）ｐ型バッファ領域に接する主半導体領域をｎ型不純物をドーピングされたｎ型領域とすることができる。また、バッファ領域２〜２ｆのｐ型の第２の層９、９’、９”に隣接する第１の層８、８’、８”をｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層とすることができる。
（３）バッファ領域２〜２ｆの第２の層９、９’、９”の代りに、ｐ型に転換するレベルよりも少ない量のｐ型不純物をドーピングした第２の層を設けることができる。また、バッファ領域２〜２ｆの第１の層８にもｐ型不純物をドーピングすることができる。このようにｎライク半導体材料から成る第１及び第２の層にｐ型不純物を少しドーピングすると、ｐ型に転換はしないが、第１及び第２の層の抵抗値が大きくなり、リーク電流の抑制効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】本発明は、ＨＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ等の半導体装置に利用することができる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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