JP2005158889A - 半導体素子形成用板状基体及びこの製造方法及びこれを使用した半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 多層構造のバッファ領域を有する窒化物系化合物半導体素子の漏れ電流が大きくなる。
【解決手段】 シリコン基板２の上に、ＡｌＮから成る第１の層Ｌ１とＧａＮから成る第２の層Ｌ２とＡｌＧａＮから成る第３の層Ｌ３とを繰り返して配置した構造のバッファ領域３を形成する。第３の層Ｌ３のＡｌの割合を零又は第２の層Ｌ２のＡｌの割合と第１の層Ｌ１のＡｌの割合との間の値にする。第３の層Ｌ３のＡｌの割合が低いと２次元電子ガスの発生が抑制される。バッファ領域３ の上にＨＥＭＴ素子用の窒化物系化合物半導体領域４を形成する。バッファ領域３に２次元電子ガスが発生することが抑制されるので、バッファ領域３が高抵抗になり、ＨＥＭＴの漏れ電流が抑制される。
【選択図】 図1
【解決手段】 シリコン基板２の上に、ＡｌＮから成る第１の層Ｌ１とＧａＮから成る第２の層Ｌ２とＡｌＧａＮから成る第３の層Ｌ３とを繰り返して配置した構造のバッファ領域３を形成する。第３の層Ｌ３のＡｌの割合を零又は第２の層Ｌ２のＡｌの割合と第１の層Ｌ１のＡｌの割合との間の値にする。第３の層Ｌ３のＡｌの割合が低いと２次元電子ガスの発生が抑制される。バッファ領域３ の上にＨＥＭＴ素子用の窒化物系化合物半導体領域４を形成する。バッファ領域３に２次元電子ガスが発生することが抑制されるので、バッファ領域３が高抵抗になり、ＨＥＭＴの漏れ電流が抑制される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、窒化物系化合物半導体が使用されているＨＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ等の半導体素子を形成するための板状基体及びこの製造方法及びこれを使用した半導体素子に関する。
窒化物系化合物半導体素子を形成するための板状基体は、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等の基板とこの上にエピタキシャル成長された複数の窒化物系化合物半導体層とから成る。サファイア基板及びＳｉＣ基板は、高価であるために、これに代わってＳｉ基板を使用することが、特開２００３-５９９４８号公報等に開示されている。Ｓｉ基板と窒化物系化合物半導体領域との間に、比較的大きい線膨張係数の差がある。このため、窒化物系化合物半導体領域に応力が加わり、ここにクラックや転位が発生し易い。この問題を解決するために上記特許公開公報の技術では、Ｓｉ基板上に多層構造のバッファ領域が設けられ、このバッファ領域の上に半導体素子のための窒化物系化合物半導体領域がエピタキシャル成長されている。上記多層構造のバッファ領域によれば良好な応力緩和効果が得られ、半導体素子が形成される窒化物系化合物半導体領域のクラックや転位が減少する。
しかし、多層構造バッファ領域が例えばＡｌＮから成る比較的薄い第１の層とＧａＮから成る比較的厚い第２の層との繰り返しによって形成されている時には、ＧａＮから成る第２の層の格子定数はこの上のＡｌＮから成る第１の層の格子定数よりも大きいため、ヘテロ構造が格子緩和を起こしておらず歪んでいると、上側のＡｌＮから成る第１の層に引張り応力が加わり、ヘテロ界面に大きな分極電荷が生じ、ＧａＮから成る第２の層に２次電子ガス層が生じる。図４は応力を説明するための模式図であり、Ｓｉ基板２の上に格子定数の異なる第１の層Ｌ1と第２の層Ｌ2が繰り返して配置されている。第１及び第２の層Ｌ1、Ｌ2の中の縦線は格子の大きさを説明的に示している。ＡｌＮから成る第１の層Ｌ1の格子定数はＧａＮから成る第２の層Ｌ2の格子定数よりも小さい。格子定数の大きいＧａＮから成る第２の層Ｌ2の上にＧａＮよりも格子定数の小さいＡｌＮから成る第１の層Ｌ1を配置すると、このヘテロ構造が格子緩和を起こしておらず歪んでいる場合には第２の層Ｌ2の上の第１の層Ｌ1に矢印Ｆｂで示す引張り応力が加わり、ヘテロ界面にヘテロ構造を構成する材料で決定される自発分極だけでなくピエゾ電界分極が生じ、第２の層Ｌ2の上側部分に２次元電子ガス層が生成する。この２次元電子ガス層は図５のエネルギーバンド図における伝導帯ＥｃがフェルミレベルＥｆよりも下側に突出した部分２０に対応する。
なお、ＧａＮから成る第２の層Ｌ2とこの下側即ちＳｉ基板のＡｌＮから成る第１の層との間のヘテロ界面には２次元電子ガス層が生じ難い。これは、図４に示すようにＧａＮから成る第２の層Ｌ2には矢印Ｆａで示す圧縮応力が加わり、ＡｌＮ層とＧａＮ層には互いに逆向きのピエゾ電界分極が発生し、バンドが大きく変調されるためである。
上述のようにＧａＮから成る第２の層Ｌ2に２次元電子ガス層が生じると、第２の層Ｌ2の横方向の抵抗が極めて小さくなる。このためバッファ領域がこの上に形成される半導体素子の漏れ電流の通路となり、漏れ電流が増大するという問題が生じる。例えば、ＨＥＭＴの場合、バッファ領域の上にＨＥＭＴのための電子走行層と電子供給層とソース電極とドレイン電極とゲート電極とが設けられる。バッファ領域の抵抗が小さいと、ＨＥＭＴのゲート電極にオフ制御信号を印加した状態において、ソース電極、電子供給層、電子走行層、バッファ領域、電子走行層、電子供給層及びドレイン電極の経路で漏れ電流が流れる。この漏れ電流は半導体制御素子において不要なものであり、可能な限り小さいことが望ましい。バッファ領域の漏れ電流はＨＥＭＴ以外の半導体素子においても問題になる。
特開２００３-５９９４８号公報
なお、ＧａＮから成る第２の層Ｌ2とこの下側即ちＳｉ基板のＡｌＮから成る第１の層との間のヘテロ界面には２次元電子ガス層が生じ難い。これは、図４に示すようにＧａＮから成る第２の層Ｌ2には矢印Ｆａで示す圧縮応力が加わり、ＡｌＮ層とＧａＮ層には互いに逆向きのピエゾ電界分極が発生し、バンドが大きく変調されるためである。
上述のようにＧａＮから成る第２の層Ｌ2に２次元電子ガス層が生じると、第２の層Ｌ2の横方向の抵抗が極めて小さくなる。このためバッファ領域がこの上に形成される半導体素子の漏れ電流の通路となり、漏れ電流が増大するという問題が生じる。例えば、ＨＥＭＴの場合、バッファ領域の上にＨＥＭＴのための電子走行層と電子供給層とソース電極とドレイン電極とゲート電極とが設けられる。バッファ領域の抵抗が小さいと、ＨＥＭＴのゲート電極にオフ制御信号を印加した状態において、ソース電極、電子供給層、電子走行層、バッファ領域、電子走行層、電子供給層及びドレイン電極の経路で漏れ電流が流れる。この漏れ電流は半導体制御素子において不要なものであり、可能な限り小さいことが望ましい。バッファ領域の漏れ電流はＨＥＭＴ以外の半導体素子においても問題になる。
従って、本発明が解決しようとする課題は、多層構造のバッファ領域の抵抗が低いことである。
課題を解決するための本発明は、
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つの窒化物系化合物半導体層を含んでいる主半導体領域と
を備えた半導体素子形成用板状基体であって、
前記バッファ領域が、
Ａｌ（アルミニウム）を第１の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記基板の上に配置されている第１の層と、
Ａｌを含まない又は前記第１の割合よりも小さい第２の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層の上に配置されている第２の層と、
零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第２の層の上に配置されている第３の層と
を有していることを特徴とする半導体素子形成用板状基体に係わるものである。
なお、前記バッファ領域の第1の層は、
化学式 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、
で示される材料から成り、前記第２の層は、
化学式 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、
で示される材料から成り、前記第３の層は、
化学式 ＡｌiＭjＧａ1-i-jＮ
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ｉ及びｊは、 ０＜ｉ＜１、
０≦ｊ＜１、
ｉ＋ｊ≦１、
ａ＜ｉ＜ｘ
を満足させる数値、
で示される材料から成ることが望ましい。
また、前記窒化物系化合物半導体層は、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１つ又は複数であることが望ましい。
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つの窒化物系化合物半導体層を含んでいる主半導体領域と
を備えた半導体素子形成用板状基体であって、
前記バッファ領域が、
Ａｌ（アルミニウム）を第１の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記基板の上に配置されている第１の層と、
Ａｌを含まない又は前記第１の割合よりも小さい第２の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層の上に配置されている第２の層と、
零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第２の層の上に配置されている第３の層と
を有していることを特徴とする半導体素子形成用板状基体に係わるものである。
なお、前記バッファ領域の第1の層は、
化学式 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、
で示される材料から成り、前記第２の層は、
化学式 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、
で示される材料から成り、前記第３の層は、
化学式 ＡｌiＭjＧａ1-i-jＮ
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ｉ及びｊは、 ０＜ｉ＜１、
０≦ｊ＜１、
ｉ＋ｊ≦１、
ａ＜ｉ＜ｘ
を満足させる数値、
で示される材料から成ることが望ましい。
また、前記窒化物系化合物半導体層は、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１つ又は複数であることが望ましい。
請求項２に示すように、前記バッファ領域は、更に、零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層と前記第２の層との間に配置されている第４の層を有していることが望ましい。前記第４の層は、
化学式 ＡｌmＭnＧａ1-m-nＮ
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ｍ及びｎは ０＜ｍ＜１、
０≦ｎ＜１、
ｍ＋ｎ≦１
ａ＜ｍ＜ｘ
を満足させる任意の数値、
で示される材料から成ることが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記第３の層のＡ１の割合が前記基板に近い側から遠い側に向って徐々に又は階段状に増大していることが望ましい。
また、請求項６に示すように、前記第４の層のＡ１の割合が前記基板に近い側から遠い側に向って徐々に又は階段状に減少していることが望ましい。
また、請求項７に示すように、前記第１、第２及び第３の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置されていることが望ましい。
また、請求項８に示すように、前記第１、第２、第３及び第４の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置されていることが望ましい。
また、請求項９に示すように、前記第３の層のＡ１の割合を示すｉの値は0.2以下であり、前記第１の層のＡ１の割合を示すｘの値は0.5以上であることが望ましい。ここで、前記ｉの値は前記第３の層における平均のＡ１の割合を示す。
また、請求項１０に示すように、前記第４の層のＡ１の割合を示すｍの値は0.2以下であり、前記第１の層のＡ１の割合を示すｘの値は0.5以上であることが望ましい。ここで、前記ｍの値は前記第４の層における平均のＡ１の割合を示す。
また、請求項１１に示すように、前記第１の層の格子定数は第２の層の格子定数よりも小さいく、第３の層の格子定数は第１の層の格子定数と第２の格子定数の間との定数であることが望ましい。
また、請求項１２に示すように、前記バッファ層における前記第１の層の厚みが０．５ｎｍ〜５０ｎｍ及び前記第２の層の厚みが０．５ｎｍ〜５００ｎｍであることが望ましい。
また、請求項１３に示すように、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つの窒化物系化合物半導体層を含んでいる主半導体領域とを備えた半導体素子形成用板状基体を製造するために、
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Ａｌ（アルミニウム）を第１の割合で含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第1の層を得、前記第1の層の上にＡｌを含まない又は前記第１の割合よりも小さい第２の割合で含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第２の層を得、前記第２の層の上に零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第３の層を得ることによってバッファ領域を形成する工程と、
前記バッファ領域の上に窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて主半導体領域を得る工程と
を有していることが望ましい。
また、請求項１４に示すように、更に、前記第１の層を形成する工程と前記第２の層を形成する工程との間に、零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第４の層を得る工程を有していることが望ましい。
また、請求項１５に示すように、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つの窒化物系化合物半導体層を含んでいる主半導体領域とを備えた半導体素子形成用板状基体と、
前記主半導体領域の上に配置された第１及び第２の主電極と、
前記主半導体領域の上に配置され且つ前記第１及び第２の主電極間を流れる電流を制御する機能を有する制御電極と
を備えた半導体素子において、 前記バッファ領域が、
Ａｌ（アルミニウム）を第１の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記基板の上に配置されている第１の層と、
Ａｌを含まない又は前記第１の割合よりも小さい第２の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層の上に配置されている第２の層と、
零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第２の層の上に配置されている第３の層と
を有していることが望ましい。
また、請求項１６に示すように、前記バッファ領域は、更に、零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層と前記第２の層との間に配置されている第４の層を有していることが望ましい。
また、請求項１７に示すように、前記主半導体領域は、ＨＥＭＴを形成するための電子走行層と電子供給層とを有することが望ましい。
また、請求項１８に示すように、前記主半導体領域は、メタル・セミコンダクタ電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を形成するための半導体層を有することが望ましい。
化学式 ＡｌmＭnＧａ1-m-nＮ
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ｍ及びｎは ０＜ｍ＜１、
０≦ｎ＜１、
ｍ＋ｎ≦１
ａ＜ｍ＜ｘ
を満足させる任意の数値、
で示される材料から成ることが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記第３の層のＡ１の割合が前記基板に近い側から遠い側に向って徐々に又は階段状に増大していることが望ましい。
また、請求項６に示すように、前記第４の層のＡ１の割合が前記基板に近い側から遠い側に向って徐々に又は階段状に減少していることが望ましい。
また、請求項７に示すように、前記第１、第２及び第３の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置されていることが望ましい。
また、請求項８に示すように、前記第１、第２、第３及び第４の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置されていることが望ましい。
また、請求項９に示すように、前記第３の層のＡ１の割合を示すｉの値は0.2以下であり、前記第１の層のＡ１の割合を示すｘの値は0.5以上であることが望ましい。ここで、前記ｉの値は前記第３の層における平均のＡ１の割合を示す。
また、請求項１０に示すように、前記第４の層のＡ１の割合を示すｍの値は0.2以下であり、前記第１の層のＡ１の割合を示すｘの値は0.5以上であることが望ましい。ここで、前記ｍの値は前記第４の層における平均のＡ１の割合を示す。
また、請求項１１に示すように、前記第１の層の格子定数は第２の層の格子定数よりも小さいく、第３の層の格子定数は第１の層の格子定数と第２の格子定数の間との定数であることが望ましい。
また、請求項１２に示すように、前記バッファ層における前記第１の層の厚みが０．５ｎｍ〜５０ｎｍ及び前記第２の層の厚みが０．５ｎｍ〜５００ｎｍであることが望ましい。
また、請求項１３に示すように、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つの窒化物系化合物半導体層を含んでいる主半導体領域とを備えた半導体素子形成用板状基体を製造するために、
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Ａｌ（アルミニウム）を第１の割合で含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第1の層を得、前記第1の層の上にＡｌを含まない又は前記第１の割合よりも小さい第２の割合で含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第２の層を得、前記第２の層の上に零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第３の層を得ることによってバッファ領域を形成する工程と、
前記バッファ領域の上に窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて主半導体領域を得る工程と
を有していることが望ましい。
また、請求項１４に示すように、更に、前記第１の層を形成する工程と前記第２の層を形成する工程との間に、零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第４の層を得る工程を有していることが望ましい。
また、請求項１５に示すように、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つの窒化物系化合物半導体層を含んでいる主半導体領域とを備えた半導体素子形成用板状基体と、
前記主半導体領域の上に配置された第１及び第２の主電極と、
前記主半導体領域の上に配置され且つ前記第１及び第２の主電極間を流れる電流を制御する機能を有する制御電極と
を備えた半導体素子において、 前記バッファ領域が、
Ａｌ（アルミニウム）を第１の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記基板の上に配置されている第１の層と、
Ａｌを含まない又は前記第１の割合よりも小さい第２の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層の上に配置されている第２の層と、
零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第２の層の上に配置されている第３の層と
を有していることが望ましい。
また、請求項１６に示すように、前記バッファ領域は、更に、零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層と前記第２の層との間に配置されている第４の層を有していることが望ましい。
また、請求項１７に示すように、前記主半導体領域は、ＨＥＭＴを形成するための電子走行層と電子供給層とを有することが望ましい。
また、請求項１８に示すように、前記主半導体領域は、メタル・セミコンダクタ電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を形成するための半導体層を有することが望ましい。
各請求項の発明によれば次の効果が得られる。
（１）バッファ領域が、Ａｌを含む第１の層と、この第１の層の上に配置され且つＡｌを含まないか又は第１の層よりＡｌの割合が小さい第２の層と、この第２の層の上に配置され且つ第１の層よりＡｌの割合が小さく且つ第２の層よりはＡｌの割合が大きく設定されている第３の層とを有するので、第２の層と第３の層とのヘテロ接合に基づく２次元電子ガスの発生が抑制又は阻止される。従って、バッファ領域の低抵抗化が防止される。この結果、バッファ領域を介して流れる漏れ電流を低減又は零にすることができる。
（２）第１及び第３の層はＡｌを含むので第２の層の結晶性の向上及び第３の層の上に形成する窒化物系化合物半導体領域の結晶性及び平坦性の向上を図ることができる。
請求項５及び６に示すように、前記第１、第２及び第３の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置される場合、又は前記第１、第２、第３及び第４の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置される場合において、仮に第３の層が形成されていないと、第２の層の上に第１の層が配置されることになり、２次元電子ガスが発生し、バッファ領域の抵抗が低くなる。これに対して、本発明に従うバッファ領域では第３の層の働きで２次元電子ガスの発生が阻止又は抑制され、バッファ領域の抵抗が高くなる。
（１）バッファ領域が、Ａｌを含む第１の層と、この第１の層の上に配置され且つＡｌを含まないか又は第１の層よりＡｌの割合が小さい第２の層と、この第２の層の上に配置され且つ第１の層よりＡｌの割合が小さく且つ第２の層よりはＡｌの割合が大きく設定されている第３の層とを有するので、第２の層と第３の層とのヘテロ接合に基づく２次元電子ガスの発生が抑制又は阻止される。従って、バッファ領域の低抵抗化が防止される。この結果、バッファ領域を介して流れる漏れ電流を低減又は零にすることができる。
（２）第１及び第３の層はＡｌを含むので第２の層の結晶性の向上及び第３の層の上に形成する窒化物系化合物半導体領域の結晶性及び平坦性の向上を図ることができる。
請求項５及び６に示すように、前記第１、第２及び第３の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置される場合、又は前記第１、第２、第３及び第４の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置される場合において、仮に第３の層が形成されていないと、第２の層の上に第１の層が配置されることになり、２次元電子ガスが発生し、バッファ領域の抵抗が低くなる。これに対して、本発明に従うバッファ領域では第３の層の働きで２次元電子ガスの発生が阻止又は抑制され、バッファ領域の抵抗が高くなる。
次に、図１〜図８を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施例１に従う半導体素子としてのHEMTの１部を概略的に示す。HEMTは周知のようにソース電極とドレイン電極との間を流れる電流を制御することが可能な半導体制御素子の１種である。HEMTを構成する板状基体１は、シリコンから成るサブストレート即ち基板２とバッファ領域３とHEMTの主要部を構成するための主半導体領域４とから成る。バッファ領域３は第１、第２及び第３の層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から成る複合層領域５の複数の積層体即ち多層構造体からなる。HEMTを構成するための主半導体領域４はHEMTを構成するための電子走行層６と電子供給層７とを有している。第１の電極としてのソース電極８と第２の電極としてのドレイン電極９と制御電極としてのゲート電極１０とが主半導体領域４の上に配置され、これ等は絶縁膜１１で相互に絶縁されている。次に、図１の各部を詳しく説明する。
基板２は、導電形決定不純物としてＰ（リン）等の５族元素を含むｎ型シリコン単結晶から成る。この基板２のバッファ領域３が配置されている側の主面は、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２の不純物濃度は、基板１を通る漏れ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２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２は、比較的厚い約５００μｍの厚みを有し、バッファ領域３及び半導体領域４の支持体として機能する。
バッファ領域３は基板２と主半導体領域４との間に配置されており、主半導体領域４の結晶性及び平坦性の改善に寄与せる。バッファ領域３を構成する第１、第２及び第３の層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から成る複合層領域５は好ましくは２〜２００、より好ましくは２０〜８０回繰返して配置される。この実施例１では２０個の複合層領域５を有するが、図示の都合上一部のみが示されている。
Ｓｉ基板２の上及び第３の層Ｌ３の上に配置された第１の層Ｌ１のそれぞれは、Ｓｉ基板２の線膨張係数と主半導体領域４の線膨張係数との間の線膨張係数を有する材料で形成することが望ましい。第１の層Ｌ１と主半導体領域４と間の線膨張係数の差が小さいと、窒化物系化合物半導体から成る主半導体領域４のクラックや転位が少なくなる。この効果を得るために第１の層Ｌ１は、
化学式 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、
で示される材料で形成される。即ち、第１の層Ｌ１は、Ａｌ（アルミニウム）を含む窒化物系化合物半導体であって、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロン アルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム ボロン アルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム ボロン アルミニウム）から選択された材料から成る。第１の層Ｌ１の好ましい材料は、前記式のＡｌの割合を示す値ｘが１とされた材料に相当するＡｌＮ（窒化アルミニウム）である。第１の層Ｌ１の格子定数及び熱膨張係数は第２の層Ｌ２よりもシリコン基板２に近い。なお、第１の層Ｌ１の格子定数が第２の層Ｌ２の格子定数よりも小さいことが望ましい。第１の層Ｌ１の好ましい厚みは、0.5ｎｍ〜５0ｎｍ即ち５〜５００オングストロ−ムである。第１の層Ｌ１の厚みが0.5ｎｍ未満の場合にはバッファ領域３の上面に形成される主半導体領域４の平坦性が良好に保てなくなる。第１の層Ｌ１の厚みが５0ｎｍを超えると、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ１との格子不整差、及び第１の層Ｌ１と基板２との熱膨張係数差に起因して第１の層Ｌ１内に発生する引っ張り歪みにより、第１の層Ｌ１内にクラックが発生する恐れがある。
化学式 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、
で示される材料で形成される。即ち、第１の層Ｌ１は、Ａｌ（アルミニウム）を含む窒化物系化合物半導体であって、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロン アルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム ボロン アルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム ボロン アルミニウム）から選択された材料から成る。第１の層Ｌ１の好ましい材料は、前記式のＡｌの割合を示す値ｘが１とされた材料に相当するＡｌＮ（窒化アルミニウム）である。第１の層Ｌ１の格子定数及び熱膨張係数は第２の層Ｌ２よりもシリコン基板２に近い。なお、第１の層Ｌ１の格子定数が第２の層Ｌ２の格子定数よりも小さいことが望ましい。第１の層Ｌ１の好ましい厚みは、0.5ｎｍ〜５0ｎｍ即ち５〜５００オングストロ−ムである。第１の層Ｌ１の厚みが0.5ｎｍ未満の場合にはバッファ領域３の上面に形成される主半導体領域４の平坦性が良好に保てなくなる。第１の層Ｌ１の厚みが５0ｎｍを超えると、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ１との格子不整差、及び第１の層Ｌ１と基板２との熱膨張係数差に起因して第１の層Ｌ１内に発生する引っ張り歪みにより、第１の層Ｌ１内にクラックが発生する恐れがある。
第１の層Ｌ１の上に配置された第２の層Ｌ２は、バッファ領域３の緩衝機能を更に高めるためのものであって、Ａｌを含まないか又はＡｌの割合が第１の層Ｌ１のＡｌの割合よりも小さい窒化物系化合物半導体から成る。この条件を満足させることができる第２の層Ｌ２は
化学式 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、
で示される材料で形成される。即ち、第２の層Ｌ２は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロン アルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム ボロン アルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム ボロン アルミニウム）から選択された材料から成る。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の割合を示すａを０≦ａ＜０．２を満足する値、即ち０又は０よりも大きく且つ０．２よりも小さくすることが望ましい。また、第２の層Ｌ２のＡｌの割合を示すａを、第１の層Ｌ１のＡｌの割合を示すｘ及び第３の層Ｌ３のＡｌの割合を示すｉよりも小さくすることが望ましい。なお、この実施例１の第２の層Ｌ２は、上記化学式におけるａ＝０に相当するＧａＮから成る。第２の層Ｌ２の好ましい厚みは、０．５ｎｍ〜５００ｎｍ即ち５〜５０００オングストロ−ムである。第２の層Ｌ２の厚みが０．５ｎｍ未満の場合には、この第２の層Ｌ２上の第１の層Ｌ１、及びバッファ領域３上の主半導体領域４の平坦性を良好に保つことが困難になる。また、第２の層Ｌ２の厚みが５００ｎｍを超えると、第２の層Ｌ２と第１の層Ｌ１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。第２の層Ｌ２の厚みを第１の層Ｌ１の厚みより大きくするのが望ましい。このようにすれば、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２との格子不整差及び第１の層Ｌ１と基板２との熱膨張係数差に起因して第１の層Ｌ１に歪が発生してこの第１の層Ｌ１にクラックが発生することを抑えることができる。
化学式 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、
で示される材料で形成される。即ち、第２の層Ｌ２は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロン アルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム ボロン アルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム ボロン アルミニウム）から選択された材料から成る。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の割合を示すａを０≦ａ＜０．２を満足する値、即ち０又は０よりも大きく且つ０．２よりも小さくすることが望ましい。また、第２の層Ｌ２のＡｌの割合を示すａを、第１の層Ｌ１のＡｌの割合を示すｘ及び第３の層Ｌ３のＡｌの割合を示すｉよりも小さくすることが望ましい。なお、この実施例１の第２の層Ｌ２は、上記化学式におけるａ＝０に相当するＧａＮから成る。第２の層Ｌ２の好ましい厚みは、０．５ｎｍ〜５００ｎｍ即ち５〜５０００オングストロ−ムである。第２の層Ｌ２の厚みが０．５ｎｍ未満の場合には、この第２の層Ｌ２上の第１の層Ｌ１、及びバッファ領域３上の主半導体領域４の平坦性を良好に保つことが困難になる。また、第２の層Ｌ２の厚みが５００ｎｍを超えると、第２の層Ｌ２と第１の層Ｌ１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。第２の層Ｌ２の厚みを第１の層Ｌ１の厚みより大きくするのが望ましい。このようにすれば、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２との格子不整差及び第１の層Ｌ１と基板２との熱膨張係数差に起因して第１の層Ｌ１に歪が発生してこの第１の層Ｌ１にクラックが発生することを抑えることができる。
第２の層Ｌ２の上に配置された第３の層Ｌ３は２次元電子ガスの発生を抑制又は阻止するための層であって、
化学式 ＡｌiＢjＧａ1-i-jＮ
ここで、ｉ、ｊは、 ０＜ｉ＜１、
０≦ｊ＜１、
ｉ＋ｊ≦１、
ａ＜ｉ＜ｘ
を満足させる数値、
で示される材料から成る。即ち、第３の層Ｌ３は、例えばＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロン アルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム ボロン アルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム ボロン アルミニウム）から選択された材料から成る。この第３の層Ｌ３は好ましくはＡｌiＧａ1-iＮ（窒化ガリウム アルミニウム）で形成される。第３の層Ｌ３のＡｌの割合ｉは第１の層Ｌ１のＡｌの割合ｘよりも小さく且つ第２の層Ｌ２のＡｌの割合ａよりも大きい。第３の層Ｌ３の格子定数及び熱膨張係数は第２の層Ｌ２よりもシリコン基板２に近い。第３の層Ｌ３の格子定数は第２の層Ｌ２の格子定数よりも小さいことが望ましい。第３の層Ｌ３の好ましい厚さは０.５〜５０ｎｍである。第３の層Ｌ３の厚みが0.5ｎｍ未満の場合にはバッファ領域３の上面に形成される主半導体領域４の平坦性が良好に保てなくなる。第３の層Ｌ３の厚みが５0ｎｍを超えると、第３の層Ｌ３と第２の層Ｌ２との格子不整差、及び第３の層Ｌ３と基板２との熱膨張係数差に起因して第３の層Ｌ３内に発生する引っ張り歪みにより、第３の層Ｌ３内にクラックが発生する恐れがある。
化学式 ＡｌiＢjＧａ1-i-jＮ
ここで、ｉ、ｊは、 ０＜ｉ＜１、
０≦ｊ＜１、
ｉ＋ｊ≦１、
ａ＜ｉ＜ｘ
を満足させる数値、
で示される材料から成る。即ち、第３の層Ｌ３は、例えばＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロン アルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム ボロン アルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム ボロン アルミニウム）から選択された材料から成る。この第３の層Ｌ３は好ましくはＡｌiＧａ1-iＮ（窒化ガリウム アルミニウム）で形成される。第３の層Ｌ３のＡｌの割合ｉは第１の層Ｌ１のＡｌの割合ｘよりも小さく且つ第２の層Ｌ２のＡｌの割合ａよりも大きい。第３の層Ｌ３の格子定数及び熱膨張係数は第２の層Ｌ２よりもシリコン基板２に近い。第３の層Ｌ３の格子定数は第２の層Ｌ２の格子定数よりも小さいことが望ましい。第３の層Ｌ３の好ましい厚さは０.５〜５０ｎｍである。第３の層Ｌ３の厚みが0.5ｎｍ未満の場合にはバッファ領域３の上面に形成される主半導体領域４の平坦性が良好に保てなくなる。第３の層Ｌ３の厚みが５0ｎｍを超えると、第３の層Ｌ３と第２の層Ｌ２との格子不整差、及び第３の層Ｌ３と基板２との熱膨張係数差に起因して第３の層Ｌ３内に発生する引っ張り歪みにより、第３の層Ｌ３内にクラックが発生する恐れがある。
第３の層Ｌ３のＡｌの割合ｉは第３の層Ｌ３の厚み方向の全てにおいて同一でもよいが、好ましくは図３に示す様に基板２に最も近い第１の位置Ｐ１から基板２から最も遠い第２の位置Ｐ２に向かって実線で示すように徐々に又は点線で示すように階段状に増大していることが望ましい。また、図３の第１の位置Ｐ１のＡｌの割合を第２の層Ｌ２のＡｌの割合ａと同一とし、第２の位置Ｐ２のＡｌの割合を第１の層Ｌ１のＡｌの割合ｘと同一にすることが望ましい。第３の層Ｌ３のＡｌの割合ｉが図３に示す様に徐々に又は階段状に変化する場合における第３の層Ｌ３のＡｌの割合の平均値は第１の層Ｌ１のＡｌの割合ｘと第２の層Ｌ２のＡｌの割合ａとの間の値となる。
HEMT素子のための主半導体領域４は、不純物非ドープのGaNから成る電子走行層６と、n形不純物としてSiのドープされているn形Al0.2Ga0.8Nから成る電子供給層７とを有している。主半導体領域４の各層６，７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。バッファ領域３の上に配置された電子走行層６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。電子走行層６の上に配置された電子供給層７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６に供給するものであって、例えば３０ｎｍの厚みを有する。なお、電子供給層７のｎ形不純物としてのシリコンが電子走行層６に拡散することを抑制するために電子走行層６と電子供給層７との間にスペーサ層を設けることができる。第１の電極としてのソース電極８及び第２の電極としてのドレイン電極９は電子供給層７にオーミック接触し、制御電極としてのゲート電極１０は電子供給層７にシヨットキー接触している。なお、ソース電極８及びドレイン電極９と電子供給層７との間にｎ形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１１は主半導体領域４の表面を覆っている。
電子供給層７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の動作時には、ソース電極８、電子供給層７、電子走行層６、電子供給層７、ドレイン電極９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１０に印加される制御電圧で調整される。
次に、バッファ領域３における第１の層Ｌ１がＡＩＮ、第２の層Ｌ２がＧａＮ、第３の層Ｌ３がＡｌＧａＮとされたＨＥＭＴの製造方法を説明する。
まず、図１に示すシリコン基板２を用意する。バッファ領域を形成する側のシリコン基板２の一方の主面は、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、（１１１）ジャスト面に対して好ましくは−４°〜+４°範囲で基板２の主面を傾斜させることができる。
まず、図１に示すシリコン基板２を用意する。バッファ領域を形成する側のシリコン基板２の一方の主面は、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、（１１１）ジャスト面に対して好ましくは−４°〜+４°範囲で基板２の主面を傾斜させることができる。
次に、基板２の主面上に、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Ｌ１とＧａＮから成る第２の層Ｌ２とＡｌＧａＮから成る第３の層Ｌ３とを繰返して積層することによってバッファ領域３を形成する。即ち、ＨＦ系エッチャントで前処理したシリコン基板２をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置し、まず、１１００℃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）ガスを供給して、基板２の一方の主面に厚さ約５ｎｍのＡｌＮをエピタキシャル成長させて第１の層Ｌ１を形成する。
次に、反応室内にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスとＮＨ3 （アンモニア）ガスとを供給して、第１の層Ｌ１の上面に、厚さ約２０ｎｍのＧａＮをエピタキシャル成長させて第２の層Ｌ２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７０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 ガスの流量即ちＮＨ3 の供給量を約０．１１ｍｏｌ／ｍｉｎとした。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）ガスを供給して、第２の層Ｌ２の主面に厚さ約５ｎｍのＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させて第３の層Ｌ３を形成する。この時、反応室内に導入するＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスの徐々に増大する。これにより、第３の層Ｌ３におけるＡｌの分布が図３に示すように変化する。
次に、第１、第２及び第３の層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から成る複合層領域５の形成を例えば２０回繰り返してバッファ領域３を得る。
次に、反応室内にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスとＮＨ3 （アンモニア）ガスとを供給して、第１の層Ｌ１の上面に、厚さ約２０ｎｍのＧａＮをエピタキシャル成長させて第２の層Ｌ２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７０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 ガスの流量即ちＮＨ3 の供給量を約０．１１ｍｏｌ／ｍｉｎとした。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）ガスを供給して、第２の層Ｌ２の主面に厚さ約５ｎｍのＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させて第３の層Ｌ３を形成する。この時、反応室内に導入するＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスの徐々に増大する。これにより、第３の層Ｌ３におけるＡｌの分布が図３に示すように変化する。
次に、第１、第２及び第３の層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から成る複合層領域５の形成を例えば２０回繰り返してバッファ領域３を得る。
次に、バッファ領域３の上面に周知のＭＯＣＶＤ法によってＨＥＭＴ素子用の主半導体領域４を形成する。即ち、バッファ領域３の形成に続いて、ＭＯＣＶＤ装置の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 （アンモニア）ガスを供給してバッファ領域３の上面に約５００ｎｍの厚みの非ドープＧａＮからなる電子走行層６を形成する。本実施形態では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。
次に、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）ガスを供給して電子走行層６の上面にＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎから成る電子供給層７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。
その後、主半導体領域４及びバッファ領域３の形成されたシリコン基板２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４の全面にシリコン酸化膜から成る絶縁膜１１を形成する。
図１には１個のＨＥＭＴが示されているが、多数のＨＥＭＴを同時に製造する時には１枚の半導体ウエハ即ち板状基体から多数のＨＥＭＴを得る。
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１１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、リフトオフした後、Ｎ2雰囲気中で６５０℃、１０分間のアニールを行い、オーミック電極として機能するソース電極８、ドレイン電極９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１１に開口を形成し、電子ビーム蒸着によってＮｉ（ニッケル），Ａｕ（金）を蒸着し、リフトオフしてシヨットキバリア電極としての機能を有するゲート電極１０を形成する。
その後、周知のダイシング工程等により、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素子（ＨＥＭＴチップ）を完成させる。
その後、周知のダイシング工程等により、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素子（ＨＥＭＴチップ）を完成させる。
図１のＨＥＭＴのバッファ領域３の第１の層Ｌ1を、前述したＡｌＮの代わりに前述の化学式ＡｌxＭyＧａ1-x-yＮのｘを０．５、ｙを０．０１、ＭをＩｎとした材料に相当するＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎで形成し、また、第２の層Ｌ２を前述のＧａＮの代わりに前述の化学式ＡｌaＭbＧａ1-a-bＮのａを０．０５、ｂを０．３５、ＭをＩｎとした材料に相当するＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎで形成し、また、第３の層Ｌ３を前述のＡｌＧａＮの代わりに前述の化学式 ＡｌiＢjＧａ1-i-jＮのｉを０〜０．５、ｊを０．０１、ＭをＩｎとした材料に相当するＡｌ0〜0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0．49〜0.99Ｎで形成した板状基体を得た。このようにＩｎを含む第１、第２及び第３の層Ｌ1、Ｌ2、Ｌ３をエピタキシャル成長で形成する時には、前述したＡｌＮの第１の層Ｌ１及びＧａＮの第２の層Ｌ3、ＡｌＧａＮの第３の層を形成した時の反応室の雰囲気にＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）ガスを付加した。このようにＩｎを含む第１、第２及び第３の層Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3から成るバッファ領域の場合においてもＩｎを含まない第１、第２及び第３の層Ｌ1、Ｌ2、Ｌ３から成るバッファ領域３と同様な効果が得られた。また、インジウムを含むバッファ領域３はインジウムを含めない場合よりもバッファ領域３の熱膨張係数をシリコン基板２に近づけることができるという効果を有する。
図１のＨＥＭＴのバッファ領域３の第１の層Ｌ1を、前述したＡｌＮの代わりに前述の化学式ＡｌxＭyＧａ1-x-yＮのｘを０．５、ｙを０、ＭをＢとした材料に相当するＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎで形成し、また、第２の層Ｌ２を前述のＧａＮの代わりに前述の化学式ＡｌaＭbＧａ1-a-bＮのａを０、ｂを０．３、ＭをＢとした材料に相当するＢ0.3Ｇａ0.7Ｎで形成し、また、第３の層Ｌ３を前述のＡｌＧａＮの代わりに前述の化学式 ＡｌiＭjＧａ1-i-jＮのｉを０〜０．５、ｊを０、ＭをＢとした材料に相当するＡｌ0〜0.5Ｇａ0．5〜1Ｎで形成した板状基体を得た。このようにＢを含む第１、第２及び第３の層Ｌ1、Ｌ2、Ｌ３をエピタキシャル成長で形成する時には、前述したＡｌＮの第１の層Ｌ１及びＧａＮの第２の層Ｌ２、ＡｌＧａＮの第３の層Ｌ３を形成した時の反応室の雰囲気にＴＥＢ（トリエチルボロン）ガスを付加した。このようにＢを含むバッファ領域の場合においてもＢを含まないバッファ領域３と同様な効果が得られた。また、ボロンを含む第２の層はボロンを含まない第２の層Ｌ２よりも堅牢になり、第２の層にクラックが発生し難くなる。なお、ボロンを第１の層Ｌ１及び第３の層Ｌ３にも含めることができる。
窒化物系化合物半導体から成る第１、第２及び第３の層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３はＡｌの割合の大小関係において重要であり、第１、第２及び第３の層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のＡｌ以外の成分を変えてもバッファ領域３の機能はさほど変化しない。
本実施例のＨＥＭＴによれば、次の効果が得られる。
（１） バッファ領域３の第２の層L２の上にAlの割合が小さい第３の層１０を配置したので、２次元電子ガスの発生を抑制または阻止することができる。即ち、図４及び図５を参照して既に説明したように格子定数の大きい第２の層L２の上にAlの割合が０．５のように大きい第１の層L１を配置すると、第１の層Ｌ1に矢印Ｆｂで示す引張り応力が加わり、ヘテロ接合面にピエゾ分極電界が生じ、図５のエネルギーバンド図における伝導帯ＥｃがフェルミレベルＥｆよりも下側に突出した部分２０が生じ、２次元電子ガスが発生する。これに対して、本発明ではバッファ領域３の第２の層L２の上にAlの割合が例えば０．２以下のようい小さい第３の層L3を配置したので、第２の層L２と第３の層L3との格子定数及び線膨張係数の差が小さくなり、第３の層L3の引張り応力も小さくなり、ヘテロ接合面のピエゾ分極電界も抑制又は阻止され、２次元電子ガスの発生が抑制又は阻止される。更に、本実施例では、第３の層L3のAlの割合が第２の層L２から離れるに従って徐々に増大しているので、格子定数及び線膨張係数の差の急激な変化が生じていない。従って、図２に示すように第２の層L２と第３の層L3との接合面において伝導帯Ｅｃの急激な変化が発生せず、伝導帯ＥｃがフェルミレベルＥｆよりも下側に突出せず、２次元電子ガスの発生が良好に防止される。この結果、バッファ領域３の低抵抗化が防止され、バッファ領域３を介して流れる漏れ電流成分が低減又は零になる。
（２） 第３の層L3のAlの割合が第２の層L２から離れるに従って徐々に増大し、格子定数及び線膨張係数の差の急激な変化が生じていないので、第３の層L3及びこれよりも上の層の欠陥密度が減少する。即ち、第３の層L3において格子定数が徐々に変化すると第３の層L3における格子面で発生するミスフィット転位がつながり、欠陥密度が減少する。
（３）バッファ領域３の第１の層L１及び第２の層L２は前記特許文献１に記載の多層構造のバッファ領域と同様な材料で形成され、又第３の層L3はAlを含むので、主半導体領域４の結晶性及び平坦性は前記特許文献１と同様に良好にたもたれる。
（１） バッファ領域３の第２の層L２の上にAlの割合が小さい第３の層１０を配置したので、２次元電子ガスの発生を抑制または阻止することができる。即ち、図４及び図５を参照して既に説明したように格子定数の大きい第２の層L２の上にAlの割合が０．５のように大きい第１の層L１を配置すると、第１の層Ｌ1に矢印Ｆｂで示す引張り応力が加わり、ヘテロ接合面にピエゾ分極電界が生じ、図５のエネルギーバンド図における伝導帯ＥｃがフェルミレベルＥｆよりも下側に突出した部分２０が生じ、２次元電子ガスが発生する。これに対して、本発明ではバッファ領域３の第２の層L２の上にAlの割合が例えば０．２以下のようい小さい第３の層L3を配置したので、第２の層L２と第３の層L3との格子定数及び線膨張係数の差が小さくなり、第３の層L3の引張り応力も小さくなり、ヘテロ接合面のピエゾ分極電界も抑制又は阻止され、２次元電子ガスの発生が抑制又は阻止される。更に、本実施例では、第３の層L3のAlの割合が第２の層L２から離れるに従って徐々に増大しているので、格子定数及び線膨張係数の差の急激な変化が生じていない。従って、図２に示すように第２の層L２と第３の層L3との接合面において伝導帯Ｅｃの急激な変化が発生せず、伝導帯ＥｃがフェルミレベルＥｆよりも下側に突出せず、２次元電子ガスの発生が良好に防止される。この結果、バッファ領域３の低抵抗化が防止され、バッファ領域３を介して流れる漏れ電流成分が低減又は零になる。
（２） 第３の層L3のAlの割合が第２の層L２から離れるに従って徐々に増大し、格子定数及び線膨張係数の差の急激な変化が生じていないので、第３の層L3及びこれよりも上の層の欠陥密度が減少する。即ち、第３の層L3において格子定数が徐々に変化すると第３の層L3における格子面で発生するミスフィット転位がつながり、欠陥密度が減少する。
（３）バッファ領域３の第１の層L１及び第２の層L２は前記特許文献１に記載の多層構造のバッファ領域と同様な材料で形成され、又第３の層L3はAlを含むので、主半導体領域４の結晶性及び平坦性は前記特許文献１と同様に良好にたもたれる。
次に、図６及び図７を参照して実施例２のHEMTを説明する。但し、図６及び図７において、図１及び図２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６の実施例２のHEMTは、図１のバッファ領域３に第４の層L４を付加したバッファ領域３を設け、この他は図１と同一に構成したものである。付加した第４の層L４は第１の層L１と第２の層L２との間に配置されている。この第４の層L４は零又は第２の層L２のAlの割合ａと第１の層L１のAlの割合ｘとの間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成る。
この第４の層L４は、
化学式 ＡｌmＭnＧａ1-m-nＮ
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ｍ及びｎは ０＜ｍ＜１、
０≦ｎ＜１、
ｍ＋ｎ≦１
ａ＜ｍ＜ｘ
を満足させる任意の数値、
で示される材料から成ることが望ましい。即ち、第４の層Ｌ４は、第３の層Ｌ３と同様に例えばＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロン アルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム ボロン アルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム ボロン アルミニウム）から選択された材料から成ることが望ましい。この第４の層Ｌ４は好ましくはＡｌmＧａ1-mＮ（窒化ガリウム アルミニウム）で形成される。第４の層Ｌ４のＡｌの割合ｍは第１の層Ｌ１のＡｌの割合ｘよりも小さく且つ第２の層Ｌ２のＡｌの割合ａよりも大きい。第４の層Ｌ４の格子定数及び熱膨張係数は第２の層Ｌ２よりもシリコン基板２に近い。第４の層Ｌ４の格子定数は第２の層Ｌ２の格子定数よりも小さいことが望ましい。第４の層Ｌ４の好ましい厚さは０.５〜５０ｎｍである。第４の層Ｌ４の厚みが0.5ｎｍ未満の場合にはバッファ領域３ａの上面に形成される主半導体領域４の平坦性が良好に保てなくなる。第４の層Ｌ４の厚みが５0ｎｍを超えると、第４の層Ｌ４と第２の層Ｌ２との格子不整差、及び第４の層Ｌ４と基板２との熱膨張係数差に起因して第４の層Ｌ４内に発生する引っ張り歪みにより、第４の層Ｌ４内にクラックが発生する恐れがある。
この第４の層L４は、
化学式 ＡｌmＭnＧａ1-m-nＮ
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ｍ及びｎは ０＜ｍ＜１、
０≦ｎ＜１、
ｍ＋ｎ≦１
ａ＜ｍ＜ｘ
を満足させる任意の数値、
で示される材料から成ることが望ましい。即ち、第４の層Ｌ４は、第３の層Ｌ３と同様に例えばＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム、アルミニウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロン アルミニウム）、ＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム ボロン アルミニウム）及びＡｌＢＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム ボロン アルミニウム）から選択された材料から成ることが望ましい。この第４の層Ｌ４は好ましくはＡｌmＧａ1-mＮ（窒化ガリウム アルミニウム）で形成される。第４の層Ｌ４のＡｌの割合ｍは第１の層Ｌ１のＡｌの割合ｘよりも小さく且つ第２の層Ｌ２のＡｌの割合ａよりも大きい。第４の層Ｌ４の格子定数及び熱膨張係数は第２の層Ｌ２よりもシリコン基板２に近い。第４の層Ｌ４の格子定数は第２の層Ｌ２の格子定数よりも小さいことが望ましい。第４の層Ｌ４の好ましい厚さは０.５〜５０ｎｍである。第４の層Ｌ４の厚みが0.5ｎｍ未満の場合にはバッファ領域３ａの上面に形成される主半導体領域４の平坦性が良好に保てなくなる。第４の層Ｌ４の厚みが５0ｎｍを超えると、第４の層Ｌ４と第２の層Ｌ２との格子不整差、及び第４の層Ｌ４と基板２との熱膨張係数差に起因して第４の層Ｌ４内に発生する引っ張り歪みにより、第４の層Ｌ４内にクラックが発生する恐れがある。
第４の層Ｌ４のＡｌの割合ｍは第４の層Ｌ４の厚み方向の全てにおいて同一でもよいが、好ましくは図３とは逆に基板２に最も近い第１の位置Ｐ１から基板２から最も遠い第２の位置Ｐ２に向かって徐々に又は階段状に減少していることが望ましい。また、第１の位置Ｐ１のＡｌの割合を第１の層Ｌ１のＡｌの割合ｘと同一とし、第２の位置Ｐ２のＡｌの割合を第２の層Ｌ２のＡｌの割合ａと同一にすることが望ましい。第４の層Ｌ４のＡｌの割合ｍが図３とは逆に徐々に又は階段状に変化する場合における第４の層Ｌ４のＡｌの割合の平均値は第１の層Ｌ１のＡｌの割合ｘと第２の層Ｌ２のＡｌの割合ａとの間の値となる。
図６の第１、第４、第２及び第３の層Ｌ１，Ｌ４，Ｌ２，Ｌ３の積層された複合層領域５ａを繰り返して配置することによってされバッファ領域３ａが形成されている。第１、第４、第２及び第３の層Ｌ１，Ｌ４，Ｌ２，Ｌ３は周知のＭＯＣＶＤ装置を使用したエピタキシャル成長で順次に形成する。
図７は第１、第４、第２及び第３の層Ｌ１，Ｌ４，Ｌ２，Ｌ３を繰り返して含むバッファ領域３ａの伝導帯の状態を図２と同様に示す。これから明らかなように、伝導帯ＥｃがフェルミレベルＥｆよりも下側に突出せず、２次元電子ガスの発生が良好に防止される。従って、実施例２によっても実施例１と同様な効果を得ることができる。
次に、図８を参照して第３の実施形態のＭＥＳＦＥＴを説明する。但し、図８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８の半導体素子形成用板状基体１ａは、図１のＨＥＭＴの主半導体領域４の代わりに、ｎ型不純物としてＳｉがドープされたＧａＮから成る窒化物系化合物半導体領域６ａを主半導体領域４ａとして設け、この他は図１と同一に形成したものである。ｎ型の窒化物系化合物半導体領域６ａに対してソース電極８及びドレイン電極９がオーミック接触し、ゲート電極６がショットキバリア接触している。窒化物系化合物半導体領域６ａはバッファ領域３の上にｎ型の窒化物系化合物半導体を周知のＭＯＣＶＤ装置を使用してエピタキシャル成長させることによって形成される。
図８のＭＥＳＦＥＴは、図１のＨＥＭＴと同様な効果を有する。即ち、バッファ領域３の低抵抗化を防ぎ、ＭＥＳＦＥＴの漏れ電流を低減することができる。
本発明は上述の実施形態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） 基板２を単結晶シリコン以外の多結晶シリコン又はＳｉＣ等のシリコン化合物とすることができる。
（２） 主半導体領域４、４ａの各層の導電型を各実施形態と逆にすることができる。
（３） 窒化物系化合物半導体から成る主半導体領域４、４ａの各層を、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム）、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）から選択された窒化ガリウム系化合物半導体又は窒化インジウム系化合物半導体とすることができる。
（４） 図１のＨＥＭＴにおいて、活性層即ち電子走行層６とバッファ領域３との間に電子供給層７と同様な電子供給層を設けることができる。
（５） 本発明に従ってＨＥＭＴ及びＭＥＳＦＥＴの代りに絶縁ゲート型電量効果トランジスタ等の別の半導体素子を設けることができる。
（１） 基板２を単結晶シリコン以外の多結晶シリコン又はＳｉＣ等のシリコン化合物とすることができる。
（２） 主半導体領域４、４ａの各層の導電型を各実施形態と逆にすることができる。
（３） 窒化物系化合物半導体から成る主半導体領域４、４ａの各層を、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム）、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム アルミニウム）から選択された窒化ガリウム系化合物半導体又は窒化インジウム系化合物半導体とすることができる。
（４） 図１のＨＥＭＴにおいて、活性層即ち電子走行層６とバッファ領域３との間に電子供給層７と同様な電子供給層を設けることができる。
（５） 本発明に従ってＨＥＭＴ及びＭＥＳＦＥＴの代りに絶縁ゲート型電量効果トランジスタ等の別の半導体素子を設けることができる。
１，１ａ、１ｂ 半導体素子形成用板状基体
２ シリコン基板
３、３ａ バッファ領域
４、４ａ、４ｂ 主半導体領域
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４ 第１、第２、第３、第４の層
２ シリコン基板
３、３ａ バッファ領域
４、４ａ、４ｂ 主半導体領域
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４ 第１、第２、第３、第４の層
Claims (18)
- 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つの窒化物系化合物半導体層を含んでいる主半導体領域と
を備えた半導体素子形成用板状基体であって、
前記バッファ領域が、
Ａｌ（アルミニウム）を第１の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記基板の上に配置されている第１の層と、
Ａｌを含まない又は前記第１の割合よりも小さい第２の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層の上に配置されている第２の層と、
零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第２の層の上に配置されている第３の層と
を有していることを特徴とする半導体素子形成用板状基体。 - 前記バッファ領域が、更に、零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層と前記第２の層との間に配置されている第４の層を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体素子形成用板状基体。
- 前記第１の層は
化学式 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、
で示される材料から成り、
前記第２の層は、
化学式 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、
で示される材料から成り、
前記第３の層は、
化学式 ＡｌiＭjＧａ1-i-jＮ
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ｉ及びｊは、０＜ｉ＜１、
０≦ｊ＜１、
ｉ＋ｊ≦１、
ａ＜ｉ＜ｘ
を満足させる数値、
で示される材料から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体素子形成用板状基体。 - 前記第４の層は、
化学式 ＡｌmＭnＧａ1-m-nＮ
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ｍ及びｎは ０＜ｍ＜１、
０≦ｎ＜１、
ｍ＋ｎ≦１
ａ＜ｍ＜ｘ
を満足させる任意の数値、
で示される材料から成ることを特徴とする請求項２記載の半導体素子形成用板状基体。 - 前記第３の層のＡ１の割合が前記基板に近い側から遠い側に向って徐々に又は階段状に増大していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体素子形成用板状基体。
- 前記第４の層のＡ１の割合が前記基板に近い側から遠い側に向って徐々に又は階段状に減少していることを特徴とする請求項２又は４記載の半導体素子形成用板状基体。
- 前記第１、第２及び第３の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体素子形成用板状基体。
- 前記第１、第２、第３及び第４の層から成る複合層領域が複数回繰返して配置されていることを特徴とする請求項２記載の半導体素子形成用板状基体。
- 前記第３の層のＡ１の割合を示すｉの値は0.2以下であり、前記第１の層のＡ１の割合を示すｘの値は0.5以上であることを特徴とする請求項３又は４記載の半導体素子形成用板状基体。
- 前記第４の層のＡ１の割合を示すｍの値は0.2以下であり、前記第１の層のＡ１の割合を示すｘの値は0.5以上であることを特徴とする請求項４記載の半導体素子形成用板状基体。
- 前記第１の層の格子定数は前記第２の層の格子定数よりも小さく、前記第３の層の格子定数は前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数の間の定数であることを特徴とする請求項請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体素子形成用板状基体。
- 前記バッファ層における前記第１の層の厚みが０．５ｎｍ〜５０ｎｍ及び前記第２の層の厚みが０．５ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体素子形成用板状基体。
- 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つの窒化物系化合物半導体層を含んでいる主半導体領域とを備えた半導体素子形成用板状基体の製造方法であって、
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Ａｌ（アルミニウム）を第１の割合で含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第1の層を得、前記第1の層の上にＡｌを含まない又は前記第１の割合よりも小さい第２の割合で含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第２の層を得、前記第２の層の上に零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第３の層を得ることによってバッファ領域を形成する工程と、
前記バッファ領域の上に窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて主半導体領域を得る工程と
を有していることを特徴とする半導体素子形成用板状基体の製造方法。 - 更に、前記第１の層を形成する工程と前記第２の層を形成する工程との間に、零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させて第４の層を得る工程を有していることを特徴とする請求項１３記載の半導体素子形成用板状基体の製造方法。
- 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つの窒化物系化合物半導体層を含んでいる主半導体領域とを備えた半導体素子形成用板状基体と、
前記主半導体領域の上に配置された第１及び第２の主電極と、
前記主半導体領域の上に配置され且つ前記第１及び第２の主電極間を流れる電流を制御する機能を有する制御電極と
を備えた半導体素子であって、
前記バッファ領域が、
Ａｌ（アルミニウム）を第１の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記基板の上に配置されている第１の層と、
Ａｌを含まない又は前記第１の割合よりも小さい第２の割合で含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層の上に配置されている第２の層と、
零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第２の層の上に配置されている第３の層と
を有していることを特徴とする半導体素子。 - 前記バッファ領域は、更に、零又は前記第２の割合と前記第１の割合との間の割合でＡｌを含む窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の層と前記第２の層との間に配置されている第４の層を有していることを特徴とする請求項１５記載の半導体素子。
- 前記主半導体領域は、ＨＥＭＴを形成するための電子走行層と電子供給層とを有することを特徴とする請求項１５又は１６記載の半導体素子。
- 前記主半導体領域は、メタル・セミコンダクタ電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を形成するための半導体層を有することを特徴とする請求項１５又は１６記載の半導体素子。
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