高周波用半導体素子、高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板、および高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法
【課題】コストメリットがあり、かつ、特性の優れた高周波動作用の半導体素子を実現できるエピタキシャル基板を提供する。
【解決手段】導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、バナジウムをドープすることによって比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有するＳｉＣからなる絶縁層を形成して、下地基板を得る。該下地基板の上に、ＡｌＮからなるバッファ層と、ＧａＮからなるチャネル層と、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層とをエピタキシャル形成する。
【解決手段】導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、バナジウムをドープすることによって比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有するＳｉＣからなる絶縁層を形成して、下地基板を得る。該下地基板の上に、ＡｌＮからなるバッファ層と、ＧａＮからなるチャネル層と、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層とをエピタキシャル形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体により構成される高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板、および該基板を用いて作製される高周波用半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、高い絶縁破壊電界、高い飽和電子速度を有することから次世代の高周波／ハイパワーデバイス用半導体材料として注目されている。特に、ＡｌＧａＮとＧａＮからなる層を積層することにより形成した多層構造体には、窒化物材料特有の大きな分極効果（自発分極効果とピエゾ分極効果）により積層界面（ヘテロ界面）に高濃度の二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が生成するという特徴があることから、係る多層構造体を基板として利用した高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の開発が活発に行われている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
携帯電話基地局などのように、大電力・高周波（１００Ｗ以上、２ＧＨｚ以上）という条件の下で動作させるＨＥＭＴの場合、発熱によるデバイスの温度上昇を抑制するため、極力熱抵抗の低い材料を用いて作製することが望まれる。一方、高周波動作を行わせるＨＥＭＴの場合は、寄生容量を極力抑制する必要があることから、絶縁性の高い材料を用いて作製すること望まれる。窒化物半導体を用いてこれらの要件をみたすデバイスを作製する場合、良好な窒化物膜を成長できることもあり、１×１０8Ωｃｍ以上という高い比抵抗を有する、いわゆる絶縁性ＳｉＣ基板が下地基板として用いられる。
【０００４】
一方、導電性ＳｉＣ基板に、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）やＭＯＣＶＤ法などにて絶縁性のＡｌＮ膜を堆積し、これを下地基板として用いることも提案されている（例えば、非特許文献２および特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】"Highly Reliable 250W GaN High Electron Mobility Transistor Power Amplifier", T. Kikkawa, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 7A, 2005, pp. 4896-4901.
【非特許文献２】"A 100-W High-Gain AlGaN/GaN HEMT Power Amplifier on a Conductive N-SiC Sustrate for Wireless Bass Station Applications", M. Kanamura, T. Kikkawa, and K. Joshin, Tech. Dig. of 2004 IEEE International Electron Device Meeting (IEDM2008), pp.799-802
【特許文献１】特開２００２−３５９２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半絶縁性ＳｉＣ基板は、基板自体が高価であるという問題がある。他方、比較的安価な導電性ＳｉＣ基板を用いた場合、基板の寄生容量が大きくなるため高周波動作に支障をきたすという問題がある。
【０００７】
また、非特許文献２に開示されている手法では、下地基板を得るにあたってＡｌＮ膜を１０μｍという大きな厚みで形成する必要があるために、結晶成長手法としてＨＶＰＥ法が採用されている。しかしながらＨＶＰＥ法を採用した場合、ＡｌＮ膜の結晶品質（転位密度など）を基板全面で均一に制御することが困難であるため、下地基板の表面における結晶品質に不均一が生じやすい。このような結晶品質に不均一のある下地基板の上にIII族窒化物膜を形成してＨＥＭＴを作製した場合に、係る窒化物膜においても面内で結晶品質にばらつきが生じ、ひいては面内で特性バラツキが生じてしまうことになる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コストメリットがあり、かつ、特性の優れた高周波動作用の半導体素子を実現できるエピタキシャル基板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】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ＳｉＣからなる下地基板と、前記下地基板の上にエピタキシャル形成された、ＡｌＮからなるバッファ層と、前記バッファ層の上にエピタキシャル形成された、ＧａＮからなるチャネル層と、前記チャネル層の上にエピタキシャル形成された、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層と、前記障壁層の上に形成されたゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極と、を備え、前記下地基板が、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成したものである、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の高周波用半導体素子であって、前記絶縁層が絶縁化元素を含有することにより絶縁性を有する、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の高周波用半導体素子であって、前記絶縁化元素がバナジウムである、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、ＳｉＣからなる下地基板と、前記下地基板の上にエピタキシャル形成された、ＡｌＮからなるバッファ層と、前記バッファ層の上にエピタキシャル形成された、ＧａＮからなるチャネル層と、前記チャネル層の上にエピタキシャル形成された、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層と、を備え、前記下地基板が、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成したものである、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４に記載のエピタキシャル基板であって、前記絶縁層が絶縁化元素を含有することにより絶縁性を有する、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載のエピタキシャル基板であって、前記絶縁化元素がバナジウムである、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層の上に、ＡｌＮからなるバッファ層をエピタキシャル形成するバッファ層形成工程と、前記バッファ層の上に、ＧａＮからなるチャネル層をエピタキシャル形成するチャネル層形成工程と、前記チャネル層の上に、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層をエピタキシャル形成する障壁層形成工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項７に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、前記絶縁層形成工程が絶縁化元素を含有する前記絶縁層を気相エピタキシャル成長させる工程である、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項８に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、前記絶縁層形成工程が、原料ガスとして塩化バナジウムを用いることにより、前記絶縁化元素としてバナジウムを含有させる工程である、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項８に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、前記絶縁層形成工程が、原料ガスとして有機金属バナジウム化合物を用いることにより、前記絶縁化元素としてバナジウムを含有させる工程である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１ないし請求項１０の発明によれば、絶縁性のＳｉＣ基板を用いて作製したものと同程度に寄生容量が抑制された半導体素子が実現される。これにより、価格の高い絶縁性のＳｉＣ基板を用いる場合よりも低コストにて、高周波動作に適した半導体素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係るエピタキシャル基板１０を含んで構成される半導体素子の一態様としての、ＨＥＭＴ素子２０の断面構造を模式的に示す図である。エピタキシャル基板１０は、基材１の上に、絶縁層２と、それぞれがIII族窒化物半導体層であるバッファ層３とチャネル層４と障壁層５とをエピタキシャル形成してなる構成を有する。なお、以降において、基材１の上に絶縁層２を形成したものを、下地基板と称することがある。また、チャネル層４と障壁層５とを機能層と総称することがある。
【００２１】
さらに、ＨＥＭＴ素子２０においては、エピタキシャル基板１０の上に（障壁層５の上に）ソース電極６とドレイン電極７とゲート電極８とが設けられてなる。なお、図１における各層の厚みの比率は、実際のものを反映したものではない。
【００２２】
基材１としては、導電性のＳｉＣの単結晶基板を用いる。例えば、ｎ導電型を呈し、比抵抗が０．１Ωｃｍから１Ωｃｍ程度の４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いるのが好適な一例である。基材１の厚みには特段の材質上の制限はないが、取り扱いの便宜上、数百μｍ〜数ｍｍの厚みのものが好適である。
【００２３】
絶縁層２は、数μｍ〜数十μｍ程度（例えば１０μｍ程度）の厚みに形成された、絶縁性を有する層である。なお、本実施の形態において、絶縁性を有するとは、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上であることを意味する。係る絶縁層２は、ＳｉＣに所定の不純物元素を意図的に添加することにより、絶縁性が確保された層である。本実施の形態においては、この意図的に添加される不純物元素を、絶縁化元素と称することとする。詳細に言えば、この絶縁化元素の意図的な添加によって、禁制帯内にいわゆる深い準位が形成され、絶縁層２内に残留不純物などにより生成するキャリアが補償される。これにより、元来はワイドバンドギャップ半導体であるＳｉＣが、半絶縁化される。絶縁化元素が高濃度で添加されるほど、ＳｉＣ層における絶縁化の効果は高められるので、絶縁層２においては、少なくとも上述の比抵抗の要件をみたすだけの濃度の絶縁化元素が、添加されてなる。なお、仮に、絶縁化元素のドープを行わずに基材１の上にＳｉＣ層を形成した場合、該ＳｉＣ層はｎ型の導電型を呈することになる。
【００２４】
絶縁化元素としては、バナジウムを用いるのが好適な一例である。この場合、価電子帯からおよそ１．６ｅＶ程度の位置に深い準位が形成される。バナジウムのＳｉＣに対する固溶限界は３×１０17／ｃｍ3程度であるため、絶縁化元素としてバナジウムを用いる場合の濃度は係る固溶限界以下とする必要がある。従って、バナジウムのドーピング範囲としては、１×１０17／ｃｍ3〜３×１０17／ｃｍ3程度とするのが効果的である。
【００２５】
このような絶縁化元素を含有する絶縁層２は、熱ＣＶＤ法を用いて形成されるのが好適な一例である。具体的には、ＳｉＣｌ4やＣＨ4などの原料ガスや絶縁化元素の原料ガスを、Ｎ2、Ｈ2、ＡｒやＨｅなどのキャリアガスともどもリアクタ内に供給可能に構成されてなる公知の熱ＣＶＤ装置を用いて形成される。なお、絶縁化元素としてバナジウムを採用する場合は、塩化バナジウムやＴＤＭＡＶ（テトラキスジメチルアミノバナジウム、Ｖ［Ｎ（ＣＨ3）2］4）などの有機金属バナジウム化合物などが、原料ガスとして用いられる。リアクタ内に基材１を保持し、あらかじめ定められた絶縁層形成温度に該基材１を加熱した状態で、原料ガスをキャリアガスともども所定の供給比で供給することで、絶縁層２が形成される。
【００２６】
上述のように絶縁層２が形成された下地基板は、絶縁性のＳｉＣ基板と同等に取り扱うことができる。加えて、係る下地基板には、絶縁性のＳｉＣ基板よりも低コストで得られる、という利点もある。本実施の形態に係るエピタキシャル基板１０およびＨＥＭＴ素子２０は、係る下地基板の上にバッファ層３以降の層を積層形成している点で特徴的であるといえる。
【００２７】
バッファ層３は、ＡｌＮにて、数百ｎｍ程度（例えば２００ｎｍ程度）の厚みに形成される層である。バッファ層３は、その上に形成されるチャネル層４および障壁層５の結晶品質を良好なものとするために設けられる層である。
【００２８】
チャネル層４は、ＧａＮにて、数μｍ程度（例えば２μｍ程度）の厚みに形成される層である。
【００２９】
障壁層５は、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）なる組成のIII族窒化物にて、数十ｎｍ以下（例えば２５ｎｍ程度）の厚みに形成される層である。障壁層５は、例えば、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎにて形成されるのが好適な一例である。
【００３０】
バッファ層３と、チャネル層４と、障壁層５とはいずれも、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）を用いてエピタキシャル形成される。具体的には、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａについての有機金属（ＭＯ）原料ガス（ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＴＭＧ）と、アンモニアガスと、水素ガスと、窒素ガスとをリアクタ内に供給可能に構成されてなる公知のＭＯＣＶＤ炉を用いたエピタキシャル成長が行われる。すなわち、該リアクタ内に設けられたサセプタの上に下地基板を載置し、あらかじめ定められたバッファ層形成温度に該下地基板を加熱した状態で、ＴＭＡとアンモニアガスとをそれぞれキャリアガスともども所定の供給比で供給することで、バッファ層３が形成される。チャネル層４についても、あらかじめ定められたチャネル層形成温度に該下地基板を加熱した状態で、ＴＭＧとアンモニアガスとをそれぞれキャリアガスともども所定の供給比で供給することで、形成される。さらに、障壁層５については、チャネル層４の形成後、形成しようとする障壁層５の組成等に応じて形成温度を設定し、当該組成に応じたガスを供給することによって、形成することが出来る。
【００３１】
このようにして得られるチャネル層４の転位密度は、１×１０8／ｃｍ2以下であり、障壁層５の表面平坦性は０．５ｎｍ以下である。すなわち、ＭＯＣＶＤ法を用いることで、良好な結晶品質を有する機能層の形成が実現される。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、ＳｉＣにて絶縁層２を形成した下地基板の上に、III族窒化物からなるバッファ層３さらには機能層を形成するようにしている。これは、III族窒化物に対して良好な格子整合性を示すＳｉＣ結晶の上にIII族窒化物結晶を形成している点において、ＳｉＣ基板の上に直接にバッファ層３さらには機能層を形成する場合と同じである。このことも、III族窒化物からなる機能層が、良好な結晶品質にて作製されてなる理由の一つである。
【００３３】
ソース電極６とドレイン電極７とは、それぞれに十数ｎｍ〜百数十ｎｍ程度の厚みを有するＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層金属電極である。ソース電極６およびドレイン電極７は、障壁層５との間にオーミック性接触を有してなる。ソース電極６およびドレイン電極７は、真空蒸着法とフォトリソグラフィプロセスとにより形成されるのが好適な一例である。なお、両電極のオーミック接触性を向上させるために、電極形成後、６５０℃〜１０００℃の間の所定温度（例えば８５０℃）の窒素ガス雰囲気中において数十秒間（例えば３０秒間）の熱処理を施すのが好ましい。
【００３４】
ゲート電極８は、それぞれに十数ｎｍ〜百数十ｎｍ程度の厚みを有するＰｄ／Ａｕからなる多層金属電極である。ゲート電極８は、障壁層５との間にショットキー性接触を有してなる。ゲート電極８は、真空蒸着法とフォトリソグラフィプロセスとにより形成されるのが好適な一例である。
【００３５】
このような構成を有するＨＥＭＴ素子２０においては、チャネル層４と障壁層５の界面がヘテロ接合界面となるので、自発分極効果とピエゾ分極効果により、当該界面に（より詳細には、チャネル層４の当該界面近傍に）二次元電子ガスが高濃度に存在する二次元電子ガス領域が形成される。
【００３６】
係るＨＥＭＴ素子２０においては、ゲート・ソース電極間の寄生容量が、導電性ＳｉＣ基板を下地基板に用いて同様に作製したＨＥＭＴ素子の約１／５００程度となり、絶縁性ＳｉＣ基板を下地基板に用いて作製したＨＥＭＴ素子と同程度の値となる。すなわち、ＨＥＭＴ素子２０は、高周波動作に適したものとなっている。
【００３７】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、導電性ＳｉＣ基板の上に絶縁性のＳｉＣ層を形成したうえで機能層を形成してなるエピタキシャル基板を用いて、半導体素子を形成するようにすることで、絶縁性のＳｉＣ基板を用いて作製したものと同程度に寄生容量が抑制された半導体素子が実現される。これにより、価格の高い絶縁性のＳｉＣ基板を用いる場合よりも低コストにて、高周波動作に適した半導体素子を得ることができる。
【００３８】
なお、絶縁層の具体的構成態様は、上述した絶縁化元素のドープに限られない。同様の絶縁性を確保できるのであれば、他の態様にて絶縁層が形成されてもよい。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
本実施例では、ＨＥＭＴ素子２０を作製した。まず、基材１として、ｎ型の導電性を呈する、２インチ径で（０００１）面方位の４Ｈ−ＳｉＣ基板を用意した。なお、係るＳｉＣ基板の比抵抗は、０．１Ωｃｍであった。
【００４０】
係る基材１を熱ＣＶＤ装置のリアクタ内に載置し、リアクタ圧力１０ｋＰａとし、１５５０℃にまで加熱したうえで、ケイ素原料ガスとしてのＳｉＣｌ4ガスと、炭素原料ガスとしてのＣＨ4ガスと、バナジウム原料ガスとしての塩化バナジウムガスとを、それぞれ所定の流量にてキャリアガスであるＨ2ともどもリアクタ内に導入することで、ＳｉＣ層を形成した。なお、ＳｉＣ層の目標膜厚は９μｍ〜１２μｍの範囲とした。また、塩化バナジウムガスは、ＳｉＣ層内のバナジウム濃度が１×１０17／ｃｍ3となるように、その流量を調整した。これにより、下地基板が得られた。
【００４１】
得られた下地基板について、比抵抗を測定したところ、場所によりばらつきがあったが、最も比抵抗が低い部位であっても１×１０6Ωｃｍ以上であった。これにより、ＳｉＣ層は絶縁性を有する層として形成されていることが確認された。
【００４２】
得られた下地基板を、ＭＯＣＶＤ炉リアクタ内に設置し、真空ガス置換した後、リアクタ内圧力を３０ｋＰａとし、水素／窒素混合フロー状態の雰囲気を形成した。次いで、サセプタ加熱によって基板を昇温した。
【００４３】
サセプタ温度が１０５０℃に達すると、Ａｌ原料ガスとアンモニアガスをリアクタ内に導入し、バッファ層３として厚さ２００ｎｍのＡｌＮ層を形成した。
【００４４】
続いて、サセプタ温度を、チャネル層形成温度である１１００℃に保ち、ＴＭＧガスとアンモニアガスとを所定の流量比でリアクタ内に導入し、チャネル層４としてのＧａＮ層を２μｍの厚みに形成した。
【００４５】
チャネル層４が得られると、サセプタ温度を、障壁層形成温度である１１００℃に引き続き保ち、リアクタ圧力を１０ｋＰａとした。次いで有機金属原料ガスとアンモニアガスとを該目標組成に応じた流量比でリアクタ内に導入し、障壁層５としてのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を２５ｎｍの厚みを有するように形成した。なお、有機金属原料のバブリング用ガスおよびキャリアガスには、全て水素ガスを用いた。また、Ｖ／III比は５０００とした。
【００４６】
障壁層５が形成された後、サセプタ温度を室温付近まで降温し、リアクタ内を大気圧に復帰させた後、リアクタを大気開放して、作製されたエピタキシャル基板１０を取り出した。
【００４７】
次に、このエピタキシャル基板１０を用いてＨＥＭＴ素子２０を作製した。なお、ＨＥＭＴ素子は、ゲート幅が１ｍｍ、ソース−ゲート間隔が０．５μｍ、ゲート−ドレイン間隔が７．５μｍ、ゲート長が１．５μｍとなるように設計した。
【００４８】
また、パッシベーション膜としてエピタキシャル基板１０の上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ4膜を形成し、続いてフォトリソグラフィを用いてソース電極６、ドレイン電極７の形成予定箇所のＳｉＯ2膜をエッチング除去することで、ＳｉＯ2パターン層を得た。
【００４９】
ソース電極６、ドレイン電極７は、真空蒸着法とフォトリソグラフィプロセスとを用い、それぞれの形成予定箇所にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ（それぞれの膜厚は２５／７５／１５／１００ｎｍ）からなる金属パターンを形成することにより得た。次いで、ソース電極６およびドレイン電極７のオーミック性を良好なものにするために、８００℃の窒素ガス雰囲気中にて３０秒間の熱処理を施した。
【００５０】
また、ゲート電極８は、真空蒸着法とフォトリソグラフィとを用いて、その形成予定箇所に、Ｐｄ／Ａｕ（それぞれの膜厚は３０／１００ｎｍ）からなるショットキー性金属パターンを形成することにより得た。
【００５１】
以上のプロセスにより、ＨＥＭＴ素子２０が得られた。
【００５２】
得られたＨＥＭＴ素子２０について、ゲート・ソース電極間容量を測定したところ、０．１ｐＦであった。
【００５３】
（実施例２）
ＳｉＣ層の形成に際し、バナジウム原料ガスとして塩化バナジウムに代えてＴＤＭＡＶを用いたほかは、実施例１と同様にＨＥＭＴ素子２０を作製した。
【００５４】
得られたＨＥＭＴ素子２０について、ゲート・ソース電極間容量を測定したところ、０．１ｐＦであった。
【００５５】
（比較例１）
実施例１および実施例２で行ったＳｉＣ層の形成を行わず、基材１をそのまま下地基板とした他は、実施例１および実施例２と同様にＨＥＭＴ素子を作製した。
【００５６】
得られたＨＥＭＴ素子２０について、ゲート・ソース電極間容量を測定したところ、５０ｐＦであった。
【００５７】
以上の結果から、実施例１および実施例２のように、絶縁層２を設けることが、ＨＥＭＴ素子の寄生容量を抑制するうえで効果的であることが確認された。
【００５８】
（比較例２）
実施例１、実施例２および比較例１で用いた導電性ＳｉＣ基板の代わりに、比抵抗が１×１０7Ωｃｍである２インチ径（０００１）面方位の４Ｈ−ＳｉＣ基板を用意した。実施例１および実施例２で行ったＳｉＣ層の形成を行わず、該ＳｉＣ基板をそのまま下地基板とした他は、実施例１および実施例２と同様にＨＥＭＴ素子を作製した。
【００５９】
得られたＨＥＭＴ素子について、ゲート・ソース電極間容量を測定したところ、０．０８ｐＦであった。
【００６０】
以上の結果は、実施例１および実施例２に係るエピタキシャル基板を用いることによっても、絶縁性のＳｉＣ基板を用いた場合と同程度に寄生容量が低減されることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係るエピタキシャル基板１０を含んで構成される半導体素子の一態様としての、ＨＥＭＴ素子２０の断面構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 基材
２ 絶縁層
３ バッファ層
４ チャネル層
５ 障壁層
６ ソース電極
７ ドレイン電極
８ ゲート電極
１０ エピタキシャル基板
２０ ＨＥＭＴ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体により構成される高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板、および該基板を用いて作製される高周波用半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、高い絶縁破壊電界、高い飽和電子速度を有することから次世代の高周波／ハイパワーデバイス用半導体材料として注目されている。特に、ＡｌＧａＮとＧａＮからなる層を積層することにより形成した多層構造体には、窒化物材料特有の大きな分極効果（自発分極効果とピエゾ分極効果）により積層界面（ヘテロ界面）に高濃度の二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が生成するという特徴があることから、係る多層構造体を基板として利用した高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の開発が活発に行われている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
携帯電話基地局などのように、大電力・高周波（１００Ｗ以上、２ＧＨｚ以上）という条件の下で動作させるＨＥＭＴの場合、発熱によるデバイスの温度上昇を抑制するため、極力熱抵抗の低い材料を用いて作製することが望まれる。一方、高周波動作を行わせるＨＥＭＴの場合は、寄生容量を極力抑制する必要があることから、絶縁性の高い材料を用いて作製すること望まれる。窒化物半導体を用いてこれらの要件をみたすデバイスを作製する場合、良好な窒化物膜を成長できることもあり、１×１０8Ωｃｍ以上という高い比抵抗を有する、いわゆる絶縁性ＳｉＣ基板が下地基板として用いられる。
【０００４】
一方、導電性ＳｉＣ基板に、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）やＭＯＣＶＤ法などにて絶縁性のＡｌＮ膜を堆積し、これを下地基板として用いることも提案されている（例えば、非特許文献２および特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】"Highly Reliable 250W GaN High Electron Mobility Transistor Power Amplifier", T. Kikkawa, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 7A, 2005, pp. 4896-4901.
【非特許文献２】"A 100-W High-Gain AlGaN/GaN HEMT Power Amplifier on a Conductive N-SiC Sustrate for Wireless Bass Station Applications", M. Kanamura, T. Kikkawa, and K. Joshin, Tech. Dig. of 2004 IEEE International Electron Device Meeting (IEDM2008), pp.799-802
【特許文献１】特開２００２−３５９２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半絶縁性ＳｉＣ基板は、基板自体が高価であるという問題がある。他方、比較的安価な導電性ＳｉＣ基板を用いた場合、基板の寄生容量が大きくなるため高周波動作に支障をきたすという問題がある。
【０００７】
また、非特許文献２に開示されている手法では、下地基板を得るにあたってＡｌＮ膜を１０μｍという大きな厚みで形成する必要があるために、結晶成長手法としてＨＶＰＥ法が採用されている。しかしながらＨＶＰＥ法を採用した場合、ＡｌＮ膜の結晶品質（転位密度など）を基板全面で均一に制御することが困難であるため、下地基板の表面における結晶品質に不均一が生じやすい。このような結晶品質に不均一のある下地基板の上にIII族窒化物膜を形成してＨＥＭＴを作製した場合に、係る窒化物膜においても面内で結晶品質にばらつきが生じ、ひいては面内で特性バラツキが生じてしまうことになる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コストメリットがあり、かつ、特性の優れた高周波動作用の半導体素子を実現できるエピタキシャル基板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】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ＳｉＣからなる下地基板と、前記下地基板の上にエピタキシャル形成された、ＡｌＮからなるバッファ層と、前記バッファ層の上にエピタキシャル形成された、ＧａＮからなるチャネル層と、前記チャネル層の上にエピタキシャル形成された、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層と、前記障壁層の上に形成されたゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極と、を備え、前記下地基板が、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成したものである、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の高周波用半導体素子であって、前記絶縁層が絶縁化元素を含有することにより絶縁性を有する、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の高周波用半導体素子であって、前記絶縁化元素がバナジウムである、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、ＳｉＣからなる下地基板と、前記下地基板の上にエピタキシャル形成された、ＡｌＮからなるバッファ層と、前記バッファ層の上にエピタキシャル形成された、ＧａＮからなるチャネル層と、前記チャネル層の上にエピタキシャル形成された、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層と、を備え、前記下地基板が、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成したものである、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４に記載のエピタキシャル基板であって、前記絶縁層が絶縁化元素を含有することにより絶縁性を有する、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載のエピタキシャル基板であって、前記絶縁化元素がバナジウムである、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層の上に、ＡｌＮからなるバッファ層をエピタキシャル形成するバッファ層形成工程と、前記バッファ層の上に、ＧａＮからなるチャネル層をエピタキシャル形成するチャネル層形成工程と、前記チャネル層の上に、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層をエピタキシャル形成する障壁層形成工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項７に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、前記絶縁層形成工程が絶縁化元素を含有する前記絶縁層を気相エピタキシャル成長させる工程である、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項８に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、前記絶縁層形成工程が、原料ガスとして塩化バナジウムを用いることにより、前記絶縁化元素としてバナジウムを含有させる工程である、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項８に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、前記絶縁層形成工程が、原料ガスとして有機金属バナジウム化合物を用いることにより、前記絶縁化元素としてバナジウムを含有させる工程である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１ないし請求項１０の発明によれば、絶縁性のＳｉＣ基板を用いて作製したものと同程度に寄生容量が抑制された半導体素子が実現される。これにより、価格の高い絶縁性のＳｉＣ基板を用いる場合よりも低コストにて、高周波動作に適した半導体素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係るエピタキシャル基板１０を含んで構成される半導体素子の一態様としての、ＨＥＭＴ素子２０の断面構造を模式的に示す図である。エピタキシャル基板１０は、基材１の上に、絶縁層２と、それぞれがIII族窒化物半導体層であるバッファ層３とチャネル層４と障壁層５とをエピタキシャル形成してなる構成を有する。なお、以降において、基材１の上に絶縁層２を形成したものを、下地基板と称することがある。また、チャネル層４と障壁層５とを機能層と総称することがある。
【００２１】
さらに、ＨＥＭＴ素子２０においては、エピタキシャル基板１０の上に（障壁層５の上に）ソース電極６とドレイン電極７とゲート電極８とが設けられてなる。なお、図１における各層の厚みの比率は、実際のものを反映したものではない。
【００２２】
基材１としては、導電性のＳｉＣの単結晶基板を用いる。例えば、ｎ導電型を呈し、比抵抗が０．１Ωｃｍから１Ωｃｍ程度の４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いるのが好適な一例である。基材１の厚みには特段の材質上の制限はないが、取り扱いの便宜上、数百μｍ〜数ｍｍの厚みのものが好適である。
【００２３】
絶縁層２は、数μｍ〜数十μｍ程度（例えば１０μｍ程度）の厚みに形成された、絶縁性を有する層である。なお、本実施の形態において、絶縁性を有するとは、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上であることを意味する。係る絶縁層２は、ＳｉＣに所定の不純物元素を意図的に添加することにより、絶縁性が確保された層である。本実施の形態においては、この意図的に添加される不純物元素を、絶縁化元素と称することとする。詳細に言えば、この絶縁化元素の意図的な添加によって、禁制帯内にいわゆる深い準位が形成され、絶縁層２内に残留不純物などにより生成するキャリアが補償される。これにより、元来はワイドバンドギャップ半導体であるＳｉＣが、半絶縁化される。絶縁化元素が高濃度で添加されるほど、ＳｉＣ層における絶縁化の効果は高められるので、絶縁層２においては、少なくとも上述の比抵抗の要件をみたすだけの濃度の絶縁化元素が、添加されてなる。なお、仮に、絶縁化元素のドープを行わずに基材１の上にＳｉＣ層を形成した場合、該ＳｉＣ層はｎ型の導電型を呈することになる。
【００２４】
絶縁化元素としては、バナジウムを用いるのが好適な一例である。この場合、価電子帯からおよそ１．６ｅＶ程度の位置に深い準位が形成される。バナジウムのＳｉＣに対する固溶限界は３×１０17／ｃｍ3程度であるため、絶縁化元素としてバナジウムを用いる場合の濃度は係る固溶限界以下とする必要がある。従って、バナジウムのドーピング範囲としては、１×１０17／ｃｍ3〜３×１０17／ｃｍ3程度とするのが効果的である。
【００２５】
このような絶縁化元素を含有する絶縁層２は、熱ＣＶＤ法を用いて形成されるのが好適な一例である。具体的には、ＳｉＣｌ4やＣＨ4などの原料ガスや絶縁化元素の原料ガスを、Ｎ2、Ｈ2、ＡｒやＨｅなどのキャリアガスともどもリアクタ内に供給可能に構成されてなる公知の熱ＣＶＤ装置を用いて形成される。なお、絶縁化元素としてバナジウムを採用する場合は、塩化バナジウムやＴＤＭＡＶ（テトラキスジメチルアミノバナジウム、Ｖ［Ｎ（ＣＨ3）2］4）などの有機金属バナジウム化合物などが、原料ガスとして用いられる。リアクタ内に基材１を保持し、あらかじめ定められた絶縁層形成温度に該基材１を加熱した状態で、原料ガスをキャリアガスともども所定の供給比で供給することで、絶縁層２が形成される。
【００２６】
上述のように絶縁層２が形成された下地基板は、絶縁性のＳｉＣ基板と同等に取り扱うことができる。加えて、係る下地基板には、絶縁性のＳｉＣ基板よりも低コストで得られる、という利点もある。本実施の形態に係るエピタキシャル基板１０およびＨＥＭＴ素子２０は、係る下地基板の上にバッファ層３以降の層を積層形成している点で特徴的であるといえる。
【００２７】
バッファ層３は、ＡｌＮにて、数百ｎｍ程度（例えば２００ｎｍ程度）の厚みに形成される層である。バッファ層３は、その上に形成されるチャネル層４および障壁層５の結晶品質を良好なものとするために設けられる層である。
【００２８】
チャネル層４は、ＧａＮにて、数μｍ程度（例えば２μｍ程度）の厚みに形成される層である。
【００２９】
障壁層５は、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）なる組成のIII族窒化物にて、数十ｎｍ以下（例えば２５ｎｍ程度）の厚みに形成される層である。障壁層５は、例えば、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎにて形成されるのが好適な一例である。
【００３０】
バッファ層３と、チャネル層４と、障壁層５とはいずれも、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）を用いてエピタキシャル形成される。具体的には、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａについての有機金属（ＭＯ）原料ガス（ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＴＭＧ）と、アンモニアガスと、水素ガスと、窒素ガスとをリアクタ内に供給可能に構成されてなる公知のＭＯＣＶＤ炉を用いたエピタキシャル成長が行われる。すなわち、該リアクタ内に設けられたサセプタの上に下地基板を載置し、あらかじめ定められたバッファ層形成温度に該下地基板を加熱した状態で、ＴＭＡとアンモニアガスとをそれぞれキャリアガスともども所定の供給比で供給することで、バッファ層３が形成される。チャネル層４についても、あらかじめ定められたチャネル層形成温度に該下地基板を加熱した状態で、ＴＭＧとアンモニアガスとをそれぞれキャリアガスともども所定の供給比で供給することで、形成される。さらに、障壁層５については、チャネル層４の形成後、形成しようとする障壁層５の組成等に応じて形成温度を設定し、当該組成に応じたガスを供給することによって、形成することが出来る。
【００３１】
このようにして得られるチャネル層４の転位密度は、１×１０8／ｃｍ2以下であり、障壁層５の表面平坦性は０．５ｎｍ以下である。すなわち、ＭＯＣＶＤ法を用いることで、良好な結晶品質を有する機能層の形成が実現される。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、ＳｉＣにて絶縁層２を形成した下地基板の上に、III族窒化物からなるバッファ層３さらには機能層を形成するようにしている。これは、III族窒化物に対して良好な格子整合性を示すＳｉＣ結晶の上にIII族窒化物結晶を形成している点において、ＳｉＣ基板の上に直接にバッファ層３さらには機能層を形成する場合と同じである。このことも、III族窒化物からなる機能層が、良好な結晶品質にて作製されてなる理由の一つである。
【００３３】
ソース電極６とドレイン電極７とは、それぞれに十数ｎｍ〜百数十ｎｍ程度の厚みを有するＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層金属電極である。ソース電極６およびドレイン電極７は、障壁層５との間にオーミック性接触を有してなる。ソース電極６およびドレイン電極７は、真空蒸着法とフォトリソグラフィプロセスとにより形成されるのが好適な一例である。なお、両電極のオーミック接触性を向上させるために、電極形成後、６５０℃〜１０００℃の間の所定温度（例えば８５０℃）の窒素ガス雰囲気中において数十秒間（例えば３０秒間）の熱処理を施すのが好ましい。
【００３４】
ゲート電極８は、それぞれに十数ｎｍ〜百数十ｎｍ程度の厚みを有するＰｄ／Ａｕからなる多層金属電極である。ゲート電極８は、障壁層５との間にショットキー性接触を有してなる。ゲート電極８は、真空蒸着法とフォトリソグラフィプロセスとにより形成されるのが好適な一例である。
【００３５】
このような構成を有するＨＥＭＴ素子２０においては、チャネル層４と障壁層５の界面がヘテロ接合界面となるので、自発分極効果とピエゾ分極効果により、当該界面に（より詳細には、チャネル層４の当該界面近傍に）二次元電子ガスが高濃度に存在する二次元電子ガス領域が形成される。
【００３６】
係るＨＥＭＴ素子２０においては、ゲート・ソース電極間の寄生容量が、導電性ＳｉＣ基板を下地基板に用いて同様に作製したＨＥＭＴ素子の約１／５００程度となり、絶縁性ＳｉＣ基板を下地基板に用いて作製したＨＥＭＴ素子と同程度の値となる。すなわち、ＨＥＭＴ素子２０は、高周波動作に適したものとなっている。
【００３７】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、導電性ＳｉＣ基板の上に絶縁性のＳｉＣ層を形成したうえで機能層を形成してなるエピタキシャル基板を用いて、半導体素子を形成するようにすることで、絶縁性のＳｉＣ基板を用いて作製したものと同程度に寄生容量が抑制された半導体素子が実現される。これにより、価格の高い絶縁性のＳｉＣ基板を用いる場合よりも低コストにて、高周波動作に適した半導体素子を得ることができる。
【００３８】
なお、絶縁層の具体的構成態様は、上述した絶縁化元素のドープに限られない。同様の絶縁性を確保できるのであれば、他の態様にて絶縁層が形成されてもよい。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
本実施例では、ＨＥＭＴ素子２０を作製した。まず、基材１として、ｎ型の導電性を呈する、２インチ径で（０００１）面方位の４Ｈ−ＳｉＣ基板を用意した。なお、係るＳｉＣ基板の比抵抗は、０．１Ωｃｍであった。
【００４０】
係る基材１を熱ＣＶＤ装置のリアクタ内に載置し、リアクタ圧力１０ｋＰａとし、１５５０℃にまで加熱したうえで、ケイ素原料ガスとしてのＳｉＣｌ4ガスと、炭素原料ガスとしてのＣＨ4ガスと、バナジウム原料ガスとしての塩化バナジウムガスとを、それぞれ所定の流量にてキャリアガスであるＨ2ともどもリアクタ内に導入することで、ＳｉＣ層を形成した。なお、ＳｉＣ層の目標膜厚は９μｍ〜１２μｍの範囲とした。また、塩化バナジウムガスは、ＳｉＣ層内のバナジウム濃度が１×１０17／ｃｍ3となるように、その流量を調整した。これにより、下地基板が得られた。
【００４１】
得られた下地基板について、比抵抗を測定したところ、場所によりばらつきがあったが、最も比抵抗が低い部位であっても１×１０6Ωｃｍ以上であった。これにより、ＳｉＣ層は絶縁性を有する層として形成されていることが確認された。
【００４２】
得られた下地基板を、ＭＯＣＶＤ炉リアクタ内に設置し、真空ガス置換した後、リアクタ内圧力を３０ｋＰａとし、水素／窒素混合フロー状態の雰囲気を形成した。次いで、サセプタ加熱によって基板を昇温した。
【００４３】
サセプタ温度が１０５０℃に達すると、Ａｌ原料ガスとアンモニアガスをリアクタ内に導入し、バッファ層３として厚さ２００ｎｍのＡｌＮ層を形成した。
【００４４】
続いて、サセプタ温度を、チャネル層形成温度である１１００℃に保ち、ＴＭＧガスとアンモニアガスとを所定の流量比でリアクタ内に導入し、チャネル層４としてのＧａＮ層を２μｍの厚みに形成した。
【００４５】
チャネル層４が得られると、サセプタ温度を、障壁層形成温度である１１００℃に引き続き保ち、リアクタ圧力を１０ｋＰａとした。次いで有機金属原料ガスとアンモニアガスとを該目標組成に応じた流量比でリアクタ内に導入し、障壁層５としてのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を２５ｎｍの厚みを有するように形成した。なお、有機金属原料のバブリング用ガスおよびキャリアガスには、全て水素ガスを用いた。また、Ｖ／III比は５０００とした。
【００４６】
障壁層５が形成された後、サセプタ温度を室温付近まで降温し、リアクタ内を大気圧に復帰させた後、リアクタを大気開放して、作製されたエピタキシャル基板１０を取り出した。
【００４７】
次に、このエピタキシャル基板１０を用いてＨＥＭＴ素子２０を作製した。なお、ＨＥＭＴ素子は、ゲート幅が１ｍｍ、ソース−ゲート間隔が０．５μｍ、ゲート−ドレイン間隔が７．５μｍ、ゲート長が１．５μｍとなるように設計した。
【００４８】
また、パッシベーション膜としてエピタキシャル基板１０の上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ4膜を形成し、続いてフォトリソグラフィを用いてソース電極６、ドレイン電極７の形成予定箇所のＳｉＯ2膜をエッチング除去することで、ＳｉＯ2パターン層を得た。
【００４９】
ソース電極６、ドレイン電極７は、真空蒸着法とフォトリソグラフィプロセスとを用い、それぞれの形成予定箇所にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ（それぞれの膜厚は２５／７５／１５／１００ｎｍ）からなる金属パターンを形成することにより得た。次いで、ソース電極６およびドレイン電極７のオーミック性を良好なものにするために、８００℃の窒素ガス雰囲気中にて３０秒間の熱処理を施した。
【００５０】
また、ゲート電極８は、真空蒸着法とフォトリソグラフィとを用いて、その形成予定箇所に、Ｐｄ／Ａｕ（それぞれの膜厚は３０／１００ｎｍ）からなるショットキー性金属パターンを形成することにより得た。
【００５１】
以上のプロセスにより、ＨＥＭＴ素子２０が得られた。
【００５２】
得られたＨＥＭＴ素子２０について、ゲート・ソース電極間容量を測定したところ、０．１ｐＦであった。
【００５３】
（実施例２）
ＳｉＣ層の形成に際し、バナジウム原料ガスとして塩化バナジウムに代えてＴＤＭＡＶを用いたほかは、実施例１と同様にＨＥＭＴ素子２０を作製した。
【００５４】
得られたＨＥＭＴ素子２０について、ゲート・ソース電極間容量を測定したところ、０．１ｐＦであった。
【００５５】
（比較例１）
実施例１および実施例２で行ったＳｉＣ層の形成を行わず、基材１をそのまま下地基板とした他は、実施例１および実施例２と同様にＨＥＭＴ素子を作製した。
【００５６】
得られたＨＥＭＴ素子２０について、ゲート・ソース電極間容量を測定したところ、５０ｐＦであった。
【００５７】
以上の結果から、実施例１および実施例２のように、絶縁層２を設けることが、ＨＥＭＴ素子の寄生容量を抑制するうえで効果的であることが確認された。
【００５８】
（比較例２）
実施例１、実施例２および比較例１で用いた導電性ＳｉＣ基板の代わりに、比抵抗が１×１０7Ωｃｍである２インチ径（０００１）面方位の４Ｈ−ＳｉＣ基板を用意した。実施例１および実施例２で行ったＳｉＣ層の形成を行わず、該ＳｉＣ基板をそのまま下地基板とした他は、実施例１および実施例２と同様にＨＥＭＴ素子を作製した。
【００５９】
得られたＨＥＭＴ素子について、ゲート・ソース電極間容量を測定したところ、０．０８ｐＦであった。
【００６０】
以上の結果は、実施例１および実施例２に係るエピタキシャル基板を用いることによっても、絶縁性のＳｉＣ基板を用いた場合と同程度に寄生容量が低減されることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係るエピタキシャル基板１０を含んで構成される半導体素子の一態様としての、ＨＥＭＴ素子２０の断面構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 基材
２ 絶縁層
３ バッファ層
４ チャネル層
５ 障壁層
６ ソース電極
７ ドレイン電極
８ ゲート電極
１０ エピタキシャル基板
２０ ＨＥＭＴ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣからなる下地基板と、
前記下地基板の上にエピタキシャル形成された、ＡｌＮからなるバッファ層と、
前記バッファ層の上にエピタキシャル形成された、ＧａＮからなるチャネル層と、
前記チャネル層の上にエピタキシャル形成された、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層と、
前記障壁層の上に形成されたゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極と、
を備え、
前記下地基板が、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成したものである、
ことを特徴とする高周波用半導体素子。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波用半導体素子であって、
前記絶縁層が絶縁化元素を含有することにより絶縁性を有する、
ことを特徴とする高周波用半導体素子。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波用半導体素子であって、
前記絶縁化元素がバナジウムである、
ことを特徴とする高周波用半導体素子。
【請求項４】
ＳｉＣからなる下地基板と、
前記下地基板の上にエピタキシャル形成された、ＡｌＮからなるバッファ層と、
前記バッファ層の上にエピタキシャル形成された、ＧａＮからなるチャネル層と、
前記チャネル層の上にエピタキシャル形成された、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層と、
を備え、
前記下地基板が、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成したものである、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板。
【請求項５】
請求項４に記載のエピタキシャル基板であって、
前記絶縁層が絶縁化元素を含有することにより絶縁性を有する、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板。
【請求項６】
請求項５に記載のエピタキシャル基板であって、
前記絶縁化元素がバナジウムである、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板。
【請求項７】
導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の上に、ＡｌＮからなるバッファ層をエピタキシャル形成するバッファ層形成工程と、
前記バッファ層の上に、ＧａＮからなるチャネル層をエピタキシャル形成するチャネル層形成工程と、
前記チャネル層の上に、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層をエピタキシャル形成する障壁層形成工程と、
を備えることを特徴とする高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法。
【請求項８】
請求項７に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、
前記絶縁層形成工程が絶縁化元素を含有する前記絶縁層を気相エピタキシャル成長させる工程である、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法。
【請求項９】
請求項８に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、
前記絶縁層形成工程が、原料ガスとして塩化バナジウムを用いることにより、前記絶縁化元素としてバナジウムを含有させる工程である、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、
前記絶縁層形成工程が、原料ガスとして有機金属バナジウム化合物を用いることにより、前記絶縁化元素としてバナジウムを含有させる工程である、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法。
【請求項１】
ＳｉＣからなる下地基板と、
前記下地基板の上にエピタキシャル形成された、ＡｌＮからなるバッファ層と、
前記バッファ層の上にエピタキシャル形成された、ＧａＮからなるチャネル層と、
前記チャネル層の上にエピタキシャル形成された、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層と、
前記障壁層の上に形成されたゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極と、
を備え、
前記下地基板が、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成したものである、
ことを特徴とする高周波用半導体素子。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波用半導体素子であって、
前記絶縁層が絶縁化元素を含有することにより絶縁性を有する、
ことを特徴とする高周波用半導体素子。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波用半導体素子であって、
前記絶縁化元素がバナジウムである、
ことを特徴とする高周波用半導体素子。
【請求項４】
ＳｉＣからなる下地基板と、
前記下地基板の上にエピタキシャル形成された、ＡｌＮからなるバッファ層と、
前記バッファ層の上にエピタキシャル形成された、ＧａＮからなるチャネル層と、
前記チャネル層の上にエピタキシャル形成された、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層と、
を備え、
前記下地基板が、導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成したものである、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板。
【請求項５】
請求項４に記載のエピタキシャル基板であって、
前記絶縁層が絶縁化元素を含有することにより絶縁性を有する、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板。
【請求項６】
請求項５に記載のエピタキシャル基板であって、
前記絶縁化元素がバナジウムである、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板。
【請求項７】
導電性を有するＳｉＣからなる基材の上に、ＳｉＣからなり、比抵抗が１×１０6Ωｃｍ以上の絶縁性を有する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の上に、ＡｌＮからなるバッファ層をエピタキシャル形成するバッファ層形成工程と、
前記バッファ層の上に、ＧａＮからなるチャネル層をエピタキシャル形成するチャネル層形成工程と、
前記チャネル層の上に、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる障壁層をエピタキシャル形成する障壁層形成工程と、
を備えることを特徴とする高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法。
【請求項８】
請求項７に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、
前記絶縁層形成工程が絶縁化元素を含有する前記絶縁層を気相エピタキシャル成長させる工程である、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法。
【請求項９】
請求項８に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、
前記絶縁層形成工程が、原料ガスとして塩化バナジウムを用いることにより、前記絶縁化元素としてバナジウムを含有させる工程である、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のエピタキシャル基板の作製方法であって、
前記絶縁層形成工程が、原料ガスとして有機金属バナジウム化合物を用いることにより、前記絶縁化元素としてバナジウムを含有させる工程である、
ことを特徴とする高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−６２１６８（Ｐ２０１０−６２１６８Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１４２３３（Ｐ２００８−２１４２３３）
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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