(57)【要約】【課題】高耐圧化した窒化物半導体装置を提供する。【解決手段】窒化物半導体装置２００は、シリコン基板２０１上に形成されたバッファ層２２０と、バッファ層２２０上に形成された第１の窒化物超格子層２０４ａと、第１の窒化物超格子層２０４ａ上に形成された活性領域層２３０とを備え、バッファ層２２０は、不純物がドープされた第２の窒化物超格子層２０４ｂと、第２の窒化物超格子層２０４ｂ上に形成され、不純物がドープされた第１の窒化物半導体層２０５と、第１の窒化物半導体層２０５上に形成され、第１の窒化物半導体層２０５よりもＡｌ組成及び不純物の濃度が高い第２の窒化物半導体層２０６とを有する。【選択図】図１
2012009630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された第１の窒化物超格子層と、
前記窒化物超格子層上に形成された活性領域層とを備え、
前記バッファ層は、
不純物がドープされた第２の窒化物超格子層と、
前記第２の窒化物超格子層上に形成され、前記不純物がドープされた第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に形成され、前記第１の窒化物半導体層よりもＡｌ組成及び前記不純物の濃度が高い第２の窒化物半導体層とを有する
窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記不純物は、カーボンである
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記不純物は、カーボン以外の遷移金属元素である
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記不純物は、ドナーを補償するアクセプタ元素である
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記不純物は、アクセプタを補償するドナー元素である
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第１の窒化物半導体層は、膜厚が５００ｎｍ以下のＧａＮである
請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記第２の窒化物半導体層は、膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下のＡｌＮである
請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
第２の窒化物超格子層と、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層とが繰り返し形成されている
請求項１〜７のいずれかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記第２の窒化物超格子層、前記第１の窒化物半導体層、前記第２の窒化物半導体層の繰り返しが２以上５以下である
請求項８に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体装置は、
シリコン基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された第１の窒化物超格子層とを備え、
前記バッファ層は、
不純物がドープされた第２の窒化物超格子層と、
前記第２の窒化物超格子層上に形成され、不純物がドープされた第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に形成され、前記第１の窒化物半導体層よりもＡｌ組成及び前記不純物の濃度が高い第２の窒化物半導体層とを備え、
前記窒化物半導体装置の製造方法は、
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層が形成された前記シリコン基板を降温する工程と、
前記第１の窒化物半導体層上に前記第１の窒化物半導体層よりもＡｌ組成及び不純物濃度が高い第２の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第２の窒化物半導体層が形成された前記シリコン基板を昇温する工程とを含む
窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体により構成される窒化物半導体装置及びその製造方法に関するものであり、特にシリコン基板上に形成された窒化物半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体はワイドギャップ半導体であるため、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等の化合物半導体と比べて絶縁破壊電界が高く、飽和電子速度が大きいといった優れた特性を有している。また窒化アルミニウム（以下ＡｌＮ）と窒化ガリウム（以下ＧａＮ）の混晶である窒化アルミニウムガリウム（以下ＡｌxＧａ1-xＮ）とＧａＮとのヘテロ界面には結晶構造に起因した自発分極、ピエゾ効果による高電子濃度の2次元電子ガス（以下２ＤＥＧ）が発生することが知られている。このため大電流動作が可能な低損失で高効率のヘテロ構造電界効果トランジスタ（以下ＨＦＥＴ）に代表されるパワーデバイスの実現が期待されている。
【０００３】
窒化物半導体は、一般にサファイア、炭化けい素、ＧａＮなどの基板上に気相成長法で形成されているため、コストが高く、大口径の基板も得られてない。一方、シリコン基板を用いる場合、大口径基板が量産されており、コスト面でも優位であるが、シリコンと窒化物半導体の熱膨張係数の差による引張応力が発生し、高密度の欠陥、クラックの原因となり、ＨＦＥＴなどのパワーデバイスにおいて、素子の耐圧に悪影響を及ぼすことが知られている。
【０００４】
この問題を解決するために、シリコン基板上に超格子バッファ層を設けることにより応力を緩和し、クラックや転位を減少させる方法が知られている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１の技術では、超格子構造を作製し、さらにＧａＮ層内にカーボンをドープすることにより高耐圧化することを検討している。特許文献２の技術では、超格子バッファ層と窒化物層を積層し、厚膜化することにより高耐圧化を検討している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５１１４４号公報
【特許文献２】特開２００８−１７１８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に記載の従来の構造では十分に耐圧を確保できていない問題がある。
【０００７】
図６は、従来の窒化物半導体装置の一例である電界効果トランジスタ１０００の断面模式図である。電界効果トランジスタ１０００は、シリコン基板１１０１と、窒化物初期層１１０２と、窒化物中間層１１０３と、窒化物超格子層１１０４と、ＧａＮチャネル層１１０５と、ＡｌＧａＮバリア層１１０６と、ソース電極１１０７と、ゲート電極１１０８と、ドレイン電極１１０９とを有している。
【０００８】
一般に、（１１１）面からなるシリコン基板１１０１を用いて窒化物半導体を形成した場合、窒化物半導体は（０００１）面に成長する。図６に示す電界効果トランジスタ１０００において、複数の層を積層して窒化物半導体を（０００１）面を主面成長する場合、自発分極が生じる。また、格子定数差や熱膨張係数差による歪を受ける場合は、ピエゾ分極が生じる。また、Ａｌ組成が低くバンドギャップが小さい窒化物半導体の上にＡｌ組成が高く、バンドギャップが大きい窒化物半導体を成長すると、歪がない場合でも自発分極により界面に２ＤＥＧが形成される。Ａｌ組成が高く、バンドギャップが大きい窒化物半導体にドナーがドープされている場合、Ａｌ組成が低くバンドギャップが小さい窒化物半導体とＡｌ組成が高く、バンドギャップが大きい窒化物半導体の界面により高濃度な２ＤＥＧが形成される。Ａｌ組成が低くバンドギャップが小さい窒化物半導体に引張歪、またはＡｌ組成が高く、バンドギャップが大きい窒化物半導体に圧縮歪が加わると、より高濃度の２ＤＥＧが形成される。そのため、バッファ層１１００内に高濃度のキャリアが生成され、抵抗が低くなり耐圧が低下するという問題が生じることとなる。
【０００９】
そこで本発明は、上記した従来の問題に鑑み、高耐圧化した窒化物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】
【００１０】
上記の目的を達するために、本発明の一形態に係る窒化物半導体装置は、シリコン基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された第１の窒化物超格子層と、前記第１の窒化物超格子層上に形成された活性領域層とを備え、前記バッファ層は、不純物がドープされた第２の窒化物超格子層と、前記第２の窒化物超格子層上に形成され、前記不純物がドープされた第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層上に形成され、前記第１の窒化物半導体層よりもＡｌ組成及び前記不純物の濃度が高い第２の窒化物半導体層とを有する。
【００１１】
このような構成によれば、窒化物半導体装置中の不純物濃度を制御することにより、バッファ層を構成する第１の窒化物超格子層、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層のそれぞれの界面に生成されるキャリアを低減させ、抵抗が低くなり耐圧が低下することを抑制することができる。これにより、窒化物半導体装置を高抵抗化することができる。
【００１２】
また、前記不純物は、カーボンであることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、窒化物半導体層中において、カーボンは、ＩＩＩ族サイトに入るとドナーとなり、Ｖ族サイトに入るとアクセプタとなる。したがって、効率よくキャリアを低減させて、窒化物半導体装置を高耐圧化することができる。
【００１４】
また、前記不純物は、カーボン以外の遷移金属元素であることが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、窒化物半導体層中において、遷移金属元素は、局在準位を形成し、電子またはホールを捕獲する。したがって、効率よくキャリアを低減させて、窒化物半導体装置を高耐圧化することができる。
【００１６】
また、前記不純物は、ドナーを補償するアクセプタ元素であることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、窒化物半導体層中において、アクセプタ元素は、効率よくキャリアを低減させて、窒化物半導体装置を高耐圧化することができる。
【００１８】
また、前記不純物は、アクセプタを補償するドナー元素であることが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、窒化物半導体層中において、ドナー元素は、効率よくキャリアを低減させて、窒化物半導体装置を高耐圧化することができる。
【００２０】
また、前記第１の窒化物半導体層は、膜厚が５００ｎｍ以下のＧａＮであることが好ましい。
【００２１】
ＡｌＮからなる窒化物初期層の膜厚は、５００ｎｍ以上ではクラックが多発する。したがって、このような構成によれば、クラックが多発するのを防止して、窒化物半導体装置を高耐圧化することができる。
【００２２】
また、前記第２の窒化物半導体層は、膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下のＡｌＮであることが好ましい。
【００２３】
ＡｌＮからなる窒化物初期層の膜厚は、５ｎｍ以下では鏡面成長が不可能である。したがって、このような構成によれば、窒化物初期層を鏡面成長させて、窒化物半導体装置を高耐圧化することができる。
【００２４】
また、第２の窒化物超格子層と、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層とが繰り返し形成されていることが好ましい。
【００２５】
また、前記第２の窒化物超格子層、前記第１の窒化物半導体層、前記第２の窒化物半導体層の繰り返しが２以上５以下であることが好ましい。
【００２６】
このような構成によれば、バッファ層を厚く形成することにより、窒化物半導体装置を高耐圧化することができる。
【００２７】
また、本発明の一形態に係る窒化物半導体装置の製造方法は、前記窒化物半導体装置は、シリコン基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された第１の窒化物超格子層とを備え、前記バッファ層は、不純物がドープされた第２の窒化物超格子層と、前記第２の窒化物超格子層上に形成され、不純物がドープされた第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層上に形成され、前記第１の窒化物半導体層よりもＡｌ組成及び前記不純物の濃度が高い第２の窒化物半導体層とを備え、前記窒化物半導体装置の製造方法は、前記第１の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物半導体層が形成された前記シリコン基板を降温する工程と、前記第１の窒化物半導体層上に前記第１の窒化物半導体層よりもＡｌ組成及び不純物濃度が高い第２の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第２の窒化物半導体層が形成された前記シリコン基板を昇温する工程とを含む。
【００２８】
このような構成によれば、第２の窒化物半導体層の成長温度を制御することにより、不純物濃度を調整することができ、窒化物半導体装置を高耐圧化することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、高耐圧化した窒化物半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態における窒化物半導体装置の断面模式図である。
【図２】窒化物半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】比較例における窒化物半導体装置のＳＩＭＳ分析結果である。
【図４】第２の窒化物超格子層、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層おけるＡｌ組成、酸素濃度、カーボン濃度の模式図である。
【図５】本実施の形態における窒化物半導体装置のＳＩＭＳ分析結果である。
【図６】従来の窒化物半導体装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明における窒化物半導体装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態及び添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。
【００３２】
（実施の形態１）
本実施の形態における窒化物半導体装置は、シリコン基板上に設けられたバッファ層と、バッファ層上に設けられた第１の窒化物超格子層と、第１の窒化物超格子層上に設けられた活性領域層とを備え、バッファ層は、第２の窒化物超格子層と、第２の窒化物超格子層上に形成された第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上に形成され、第１の窒化物半導体層よりもＡｌ組成及びカーボン濃度が高い第２の窒化物半導体層とを有する。
【００３３】
窒化物半導体装置において、バッファ層内に高濃度のキャリアが生成され、抵抗が低くなり耐圧が低下することを抑制するには、第１の窒化物半導体層において電子濃度、正孔濃度の低減、第２の窒化物半導体層において電子濃度を低減させる必要がある。このような電子または正孔濃度の低減は、残留不純物濃度の低減により実現できる。また、ドナーまたはアクセプタを補償する元素のドーピング、または、電子または正孔を捕獲する元素のドーピングによっても実現できる。
【００３４】
ここで、窒化物半導体層中のカーボンは、ＩＩＩ族サイトに入るとドナーとなり、Ｖ族サイトに入るとアクセプタにとなり、キャリアを低減させることができる。カーボンはドナーまたはアクセプタを補償する元素として都合がよい。
【００３５】
そこで、本発明の一実施の形態においては、窒化物半導体装置中のカーボン濃度を制御することにより、バッファ層を構成する窒化物超格子層、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層のそれぞれの界面に生成されるキャリアを低減させる。
【００３６】
図１に、本発明における窒化物半導体装置２００の概略構成図を示す。窒化物半導体装置２００は、一例として、電界効果トランジスタとして利用されるものである。
【００３７】
図１における窒化物半導体装置２００は、（１１１）面からなるシリコン基板２０１の上に、まずバッファ層２２０を構成する窒化物初期層２０２、窒化物中間層２０３をそれぞれ所定の厚さ形成されている。その上に、カーボンドープしたＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮ層からなる窒化物超格子層２０４ｂと、第１の窒化物半導体層２０５と、カーボンドープした第２の窒化物半導体層２０６とがそれぞれ所定の厚さに形成されている。例えば、窒化物超格子層２０４ｂと、第１の窒化物半導体層２０５と、第２の窒化物半導体層２０６の各層がこの順に繰り返されて２〜５層形成され所定の厚さに形成されている。その上に、窒化物超格子層２０４ａがさらに形成されている。さらに、電子走行層であるＧａＮチャネル層２０７と電子供給層であるＡｌxＧａ1-xＮバリア層２０８とからなる活性領域層２３０の各層を結晶成長した窒化物半導体結晶が形成されている。さらに、ＡｌxＧａ1-xＮバリア層２０８の上部にソース電極２０９、ゲート電極２１０、ドレイン電極２１１からなる金属電極が形成されている。
【００３８】
窒化物半導体装置２００を形成する結晶成長炉は、窒化物半導体が成長できる炉であればよく、分子線エピタキシ法やハロゲン化気相エピタキシ法等も使用できるが、量産性の高い有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法が好ましい。
【００３９】
バッファ層２２０を形成する層の１つである窒化物初期層２０２は、シリコンとの反応を抑制するために必要な結晶層であり、ＡｌＮであることが好ましい。また、ＡｌＮからなる窒化物初期層２０２の膜厚は、５ｎｍ以下では鏡面成長が不可能で、５００ｎｍ以上ではクラックが多発するため、ＡｌＮからなる窒化物初期層２０２の膜厚は５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
バッファ層２２０を形成する層の１つであるＡｌxＧａ1-xＮからなる窒化物中間層２０３は、Ａｌ組成ｘを０．３から０．５とし、膜厚を４０ｎｍから２００ｎｍとすることが好ましいが、Ａｌ組成、膜厚共にそれ以外の条件であっても構わない。また、ＡｌxＧａ1-xＮからなる窒化物中間層２０３がない構造であっても構わない。
【００４１】
バッファ層２２０を形成する層の１つであるＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮ層からなる窒化物超格子層２０４ｂにおいて、ＡｌＮの膜厚は３ｎｍから５ｎｍの厚さが好ましい。また、ＡｌyＧａ1-yＮの膜厚は２０ｎｍから２５ｎｍ、Ａｌ組成ｙは０．２から０．４が好ましいが、Ａｌ組成、膜厚共にそれ以外の条件であっても構わない。また、ＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮ層の積層数は１０層から３０層が好ましい。窒化物超格子層２０４ｂへのカーボンドープは、成長中の成長温度を下げること、ＴＭＡまたはＴＭＧとアンモニアのモル比（Ｖ／ＩＩＩ）を下げることによって実現できる。
【００４２】
バッファ層２２０を形成する層の１つである第１の窒化物半導体層２０５は、例えばＧａＮであり、カーボン濃度を調整するため、成長温度は１０００から１１００℃、ＴＭＡとアンモニアのモル比（Ｖ／ＩＩＩ）は７００〜２００００、また、膜厚は１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。
【００４３】
バッファ層２２０を形成する層の１つである第２の窒化物半導体層２０６は、例えばＡｌＮであり、Ａｌ組成、カーボン濃度を調整するため、成長温度、ＴＭＡとアンモニアのモル比（Ｖ／ＩＩＩ）、成長速度を制御する必要がある。例えば、成長温度は５００から１１００℃、Ｖ／ＩＩＩは７００〜１４０００が好ましい。
【００４４】
活性領域層２３０を形成する層の１つであるＧａＮチャネル層２０７は、不純物が混入しない条件で成長することが好ましい。例えば、高温１０００℃から１２００℃、Ｖ／ＩＩＩ比は１０００以上が好ましい。
【００４５】
活性領域層２３０を形成する層の１つであるＡｌxＧａ1-xＮバリア層２０８は、Ａｌ組成ｘが０．０５以上０．５以下であることが好ましい。
【００４６】
次に、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、ＥＢ蒸着装置を用いて、Ｔｉ、Ａｌを順に蒸着し、リフトオフ法により、不要部分の除去を行うことにより、オーミック電極を形成する。同様の方法を用いて、ＥＢ蒸着装置を用いてＰｔ、Ａｕを順に蒸着し、リフトオフ法により、不要部分を除去してゲート電極を形成する。
【００４７】
なお、バッファ層２２０において、カーボンの代わりに鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）などの遷移金属元素をドープすることにより、局在準位を形成してキャリアを捕獲し、高抵抗化することもできる。また、バッファ層２２０においてカーボンの代わりにベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）などのアクセプタとなる元素をドープしドナーを補償することにより、高抵抗化することもできる。また、バッファ層２２０において、カーボンの代わりにシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）ハフニウム（Ｈｆ）などのドナーとなる元素をドープしアクセプタを補償することにより高抵抗化することもできる。
【００４８】
以上のように構成された窒化物半導体装置２００の製造方法について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
まず、シリコン基板２０１をバッファードフッ酸により洗浄し、表面に形成された自然酸化膜を除去する（ステップＳ１０）。シリコン基板２０１をＭＯＣＶＤ結晶成長炉に投入し、水素及び窒素雰囲気において、１１００℃でアニールを行う。
【００５０】
次に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びアンモニアガスを供給することにより、ＡｌＮからなる窒化物初期層２０２を２００ｎｍ成長させる（ステップＳ１１）。
【００５１】
次に、ＴＭＡ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びアンモニアガスを供給し、ＡｌxＧａ1-xＮからなる窒化物中間層２０３を２００ｎｍ成長させる（ステップＳ１２）。ここで、ＡｌxＧａ1-xＮからなる窒化物中間層２０３のＡｌ組成ｘは、０．５とする。
【００５２】
次に、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを供給することにより、ＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮ層からなる窒化物超格子層２０４ｂを２０層成長させる（ステップＳ１３）。このとき、ＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮ層からなる窒化物超格子層２０４ｂに、酸素濃度と同期してカーボンをドープする。ここで、ＡｌＮからなる窒化物初期層２０２、ＡｌyＧａ1-yＮからなる窒化物中間層２０３の膜厚は、それぞれ５ｎｍ、２５ｎｍの厚みで成長させる。
【００５３】
次に、ＴＭＧ及びアンモニアガスを供給し、第１の窒化物半導体層２０５としてＧａＮ層を２００ｎｍ成長させる（ステップＳ１４）。
【００５４】
次に、Ａｌ組成が高い第２の窒化物半導体層２０６を形成する。第２の窒化物半導体層２０６を形成するとき、酸素濃度と同期してカーボンをドープし、酸素によって生成するキャリアを補償する成長条件で形成する。この成長条件として、第２の窒化物半導体層２０６に効果的にカーボンドープを行うために、成長温度を６００℃に降温する（ステップＳ１５）。ＴＭＡ及びアンモニアガスを供給することにより、第２の窒化物半導体層２０６としてカーボンドープしたＡｌＮ層を２０ｎｍ成長させる（ステップＳ１６）。
【００５５】
次に、成長温度を１１００℃に昇温し（ステップＳ１７）、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを供給することにより、ＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮからなる窒化物超格子層２０４ａをさらに２０層成長する（ステップＳ１８）。ここで、ＡｌＮからなる窒化物初期層２０２、ＡｌxＧａ1-xＮからなる窒化物中間層２０３の膜厚はそれぞれ５ｎｍ、２５ｎｍの厚みで成長する。
【００５６】
次に、電子走行層として、ＧａＮチャネル層２０７を２μｍ成長する（ステップＳ１９）。
【００５７】
次に、電子供給層として、ＡｌxＧａ1-xＮバリア層２０８を５０ｎｍ成長する（ステップＳ２０）。ここで、電子供給層であるＡｌxＧａ1-xＮバリア層２０８のＡｌ組成ｘは、０．２とする。以上の層を連続して成長することにより、窒化物半導体装置２００を得る。
【００５８】
また、以下に比較例としてカーボンドープを行わない場合の窒化物半導体装置の製造方法について説明する。
【００５９】
まず、シリコン基板をバッファードフッ酸により洗浄し、表面に形成された自然酸化膜を除去する。シリコン基板をＭＯＣＶＤ結晶成長炉に投入し、水素及び窒素雰囲気において、１１００℃でアニールを行う。
【００６０】
次に、ＴＭＡ及びアンモニアガスを供給することにより、ＡｌＮからなる窒化物初期層を２００ｎｍ成長させる。
【００６１】
次に、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを供給し、ＡｌxＧａ1-xＮ中間層を２００ｎｍ成長させる。ここで、ＡｌxＧａ1-xＮからなる窒化物中間層のＡｌ組成ｘは、０．５とする。
【００６２】
次に、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを供給することにより、ＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮからなる窒化物超格子層を２０層成長させる。ここで、ＡｌＮ、ＡｌxＧａ1-xＮの膜厚はそれぞれ５ｎｍ、２５ｎｍの厚みで成長させる。
【００６３】
次に、ＴＭＧ及びアンモニアガスを供給し、第１の窒化物半導体層としてＧａＮ層を２００ｎｍ成長させる。
【００６４】
次に、ＴＭＡ及びアンモニアガスを供給することにより、第２の窒化物半導体層としてＡｌＮ層を２０ｎｍ成長させる。
【００６５】
次に、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを供給することにより、ＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮ層からなる窒化物超格子層を２０層成長させる。ここで、ＡｌＮ、ＡｌxＧａ1-xＮの膜厚はそれぞれ５ｎｍ、２５ｎｍの厚みで成長させる。
【００６６】
次に、電子走行層として、ＧａＮチャネル層を２μｍ成長させる。
【００６７】
次に、電子供給層として、ＡｌxＧａ1-xＮバリア層を５０ｎｍ成長させる。ここで、ＡｌxＧａ1-xＮバリア層のＡｌ組成ｘは、０．２とする。以上の層を連続して成長することにより、窒化物半導体装置を得る。
【００６８】
以上のように構成された窒化物半導体装置２００について、以下にその特性等を説明する。
【００６９】
上記した比較例として掲げたカーボンドープを行わない場合の窒化物半導体装置は、単位膜厚あたり８０Ｖ／μｍと十分な耐圧が得られなかった。本比較例の窒化物半導体層の膜厚方向に不純物の分布を２次イオン質量（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）分析により測定した結果を図３に示す。
【００７０】
ここで、ＳＩＭＳ分析の分解能が５−１０ｎｍであったため、図３に示すように、第２の窒化物半導体層上に形成されたＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮ層からなる窒化物超格子層において、超格子の周期に応じてＡｌ強度、カーボン強度の周期性が見られていないが、Ａｌ組成が高いＡｌＮ層からなる第２の窒化物半導体層、ＡｌＮ／ＡｌyＧａ1-yＮ層からなる窒化物超格子層において、Ａｌ組成が高い場合に酸素濃度が高くなっていることがわかった。窒化物半導体中の酸素は、電子としてキャリアを生成することが知られており、酸素が不純物として混入することにより、窒化物半導体界面でキャリアを発生させ、バッファ層の抵抗が下がり、耐圧を低下させる原因となることが考えられる。
【００７１】
一方、図４に本実施の形態において検討した窒化物半導体装置２００のバッファ層２２０における窒化物超格子層２０４ｂ、第１の窒化物半導体層２０５、第２の窒化物半導体層２０６のＡｌ組成、酸素濃度、カーボン濃度の模式図を示す。また、本実施の形態における窒化物半導体装置２００の窒化物半導体層の膜厚方向に不純物の分布をＳＩＭＳにより分析した結果を図５に示す。
【００７２】
図５のＳＩＭＳ分析結果から、第２の窒化物半導体層２０６であるＡｌＮ層において酸素濃度が高くなっていると同時に効果的にカーボンドープができていることがわかった。このことから、第２の窒化物半導体層２０６であるＡｌＮ層の成長温度を下げることによりカーボンドープできることがわかる。本実施の形態における窒化物半導体装置２００は、単位膜厚あたり１９０Ｖ／μｍと十分な耐圧が得られた。酸素濃度が高い層に対し効果的にカーボンをドープすることにより、本比較例の窒化物半導体装置と比べ、カーボンドープした場合の窒化物半導体装置２００では２倍以上の耐圧が得られた。カーボンドープにより酸素により生成されるドナーを補償するため高抵抗化し、耐圧を向上することができる。
【００７３】
以上のように、本発明を用いると、シリコン基板とバッファ層のシート抵抗を高抵抗化できるため、窒化物半導体装置を高耐圧化することができる。
【００７４】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。
【００７５】
例えば、本実施の形態では、バッファ層２２０において、カーボンをドープしているが、カーボンの代わりに鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）などの遷移金属元素をドープすることにより、局在準位を形成してキャリアを捕獲し、高抵抗化してもよい。また、カーボンの代わりにベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）などのアクセプタとなる元素をドープしドナーを補償することにより、高抵抗化してもよい。また、カーボンの代わりにシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）ハフニウム（Ｈｆ）などのドナーとなる元素をドープしアクセプタを補償することにより高抵抗化してもよい。
【００７６】
また、窒化物半導体装置を構成する各層の膜厚は、上記した膜厚に限らず、適宜変更してもよい。
【００７７】
また、本発明に係る窒化物半導体装置には、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る窒化物半導体装置を備えた各種デバイスなども本発明に含まれる。例えば、本発明に係る窒化物半導体装置を備えたヘテロ構造電界効果トランジスタ（以下ＨＦＥＴ）に代表されるパワーデバイスも本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る窒化物半導体装置は、高耐圧化が要求される窒化物半導体による電界効果トランジスタなどのパワーデバイスに有用である。
【符号の説明】
【００７９】
２００、１０００  窒化物半導体装置
２０１、１１０１  シリコン基板
２０２、１１０２  窒化物初期層
２０３、１１０３  窒化物中間層
２０４ａ、１１０４  第１の窒化物超格子層
２０４ｂ  第２の窒化物半導体層
２０５  第１の窒化物半導体層
２０６  第２の窒化物半導体層
２０７、１１０５  ＧａＮチャネル層（活性領域層）
２０８、１１０６  ＡｌxＧａ1-xＮバリア層（活性領域層）
２２０、１１００  バッファ層
２３０  活性領域層
【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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