特開 2023-184710 ＩＩＩ族窒化物積層体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023184710

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】ＩＩＩ族窒化物積層体

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20231221BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

H01L29/80 H

H01L21/205

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023191376

(22)【出願日】2023-11-09

(62)【分割の表示】P 2019116391の分割

【原出願日】2019-06-24

(71)【出願人】

【識別番号】000002093

【氏名又は名称】住友化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100187632

【弁理士】

【氏名又は名称】橘高 英郎

(72)【発明者】

【氏名】田中 丈士

(72)【発明者】

【氏名】磯野 僚多

(57)【要約】

【課題】炭化シリコン基板上にＩＩＩ族窒化物層を成長させたエピタキシャル基板を用いたＨＥＭＴにおいて、リーク電流と電流コラプスとをともに抑制するための技術を提供する。
【解決手段】ＩＩＩ族窒化物積層体は、ポリタイプ４Ｈまたはポリタイプ６Ｈの半絶縁性の炭化シリコンで構成された基板と、窒化アルミニウムで構成され、基板上に形成された第１層と、窒化ガリウムで構成され、第１層の直上に形成された第２層と、第２層を構成する窒化ガリウムよりも電子親和力の小さいＩＩＩ族窒化物で構成され、第２層の直上に形成された第３層と、を有し、第２層は、厚さ方向について炭素の濃度で区分されない１層の窒化ガリウム層で構成され、第２層の厚さが、５００ｎｍ未満であり、第２層に含まれる鉄の濃度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満であり、第２層に含まれる炭素の濃度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリタイプ４Ｈまたはポリタイプ６Ｈの半絶縁性の炭化シリコンで構成された基板と、
窒化アルミニウムで構成され、前記基板上に形成された第１層と、
窒化ガリウムで構成され、前記第１層の直上に形成された第２層と、
前記第２層を構成する窒化ガリウムよりも電子親和力の小さいＩＩＩ族窒化物で構成され、前記第２層の直上に形成された第３層と、
を有し、
前記第２層は、厚さ方向について炭素の濃度で区分されない１層の窒化ガリウム層で構成され、
前記第２層の厚さが、５００ｎｍ未満であり、
前記第２層に含まれる鉄の濃度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満であり、
前記第２層に含まれる炭素の濃度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満である、
ＩＩＩ族窒化物積層体。

【請求項2】

前記第２層の厚さが、４００ｎｍ未満である、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【請求項3】

前記第２層の厚さが、３５０ｎｍ未満である、請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【請求項4】

前記第３層の厚さが、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【請求項5】

前記第２層の電子移動度が、１５００ｃｍ^２／Ｖｓ以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【請求項6】

前記第３層の上方に設けられた電極、を有し、
高電子移動度トランジスタとして用いられる、請求項１～５のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【請求項7】

前記高電子移動度トランジスタのゲート電極に負電圧を印加してオフ状態としたうえで、ソース電極およびドレイン電極間に５０Ｖの電圧を印加することで測定される、前記高電子移動度トランジスタにおけるリーク電流が、１×１０^－５Ａ／ｍｍ以下である、請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【請求項8】

前記ＩＩＩ族窒化物積層体は、ウエハの態様である、請求項１～７のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【請求項9】

前記ＩＩＩ族窒化物積層体は、チップの態様である、請求項１～７のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＩＩＩ族窒化物積層体に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化シリコン基板上にＩＩＩ族窒化物層を成長させたエピタキシャル基板の開発が進められている。このようなエピタキシャル基板は、例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等の半導体装置を作製するための材料として用いられる（特許文献１参照）。

【0003】

このようなエピタキシャル基板を用いたＨＥＭＴにおいて、リーク電流と電流コラプスとをともに抑制することが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－４１１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の一目的は、炭化シリコン基板上にＩＩＩ族窒化物層を成長させたエピタキシャル基板を用いたＨＥＭＴにおいて、リーク電流と電流コラプスとをともに抑制するための技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば
炭化シリコンで構成された基板と、
窒化アルミニウムで構成され、前記基板上に形成された第１層と、
窒化ガリウムで構成され、前記第１層上に形成された第２層と、
前記第２層を構成する窒化ガリウムよりも電子親和力の小さいＩＩＩ族窒化物で構成され、前記第２層上に形成された第３層と、
を有し、
前記第２層の厚さが、５００ｎｍ未満であり、
前記第２層に含まれる鉄の濃度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満であり、
前記第２層に含まれる炭素の濃度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満である、
ＩＩＩ族窒化物積層体
が提供される。

【発明の効果】

【0007】

炭化シリコン基板上にＩＩＩ族窒化物層を成長させたエピタキシャル基板を用いたＨＥＭＴにおいて、リーク電流と電流コラプスとをともに抑制するための技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の一実施形態によるＩＩＩ族窒化物積層体を示す概略断面図である。

【図2】図２（ａ）および図２（ｂ）は、ＩＩＩ族窒化物積層体におけるエピ層のバンド構造と、２ＤＥＧの深さ方向分布と、を示すグラフ（シミュレーションによる結果）であり、図２（ａ）は、一実施形態の場合を例示し、図２（ｂ）は、比較形態の場合を例示する。

【図3】図３（ａ）は、一実施形態によるＩＩＩ族窒化物積層体が有するエピ基板の製造に用いられるＭＯＶＰＥ装置を概念的に示す概略図であり、図３（ｂ）は、一実施形態によるＩＩＩ族窒化物積層体が有するエピ層の成長工程を例示する概略的なタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜本発明の一実施形態＞
本発明の一実施形態によるＩＩＩ族窒化物積層体１００（以下、積層体１００ともいう）について説明する。図１は、積層体１００を例示する概略断面図である。積層体１００は、基板１１０と、ＩＩＩ族窒化物で構成され基板１１０上に形成されたＩＩＩ族窒化物層１６０（以下、エピ層１６０ともいう）と、を有する。エピ層１６０は、（少なくとも、）核生成層１２０と、バッファ／チャネル層１３０と、バリア層１４０と、を有する。

【0010】

積層体１００は、例えば、基板１１０とエピ層１６０とを有するエピタキシャル基板１７０（以下、エピ基板１７０ともいう）の態様であってよい。積層体１００は、また例えば、エピ基板１７０を材料として形成された半導体装置の態様、より具体的には、エピ層１６０の（バリア層１４０の）上方に電極２１０（ソース電極２１１、ゲート電極２１２およびドレイン電極２１３）が設けられることで形成された高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）２００の態様であってよい。図１は、ＨＥＭＴ２００の態様の積層体１００を例示する。ＨＥＭＴ２００の態様の積層体１００は、ウエハの態様であってもよいし、ウエハが分割されたチップの態様であってもよい。

【0011】

基板１１０は、炭化シリコン（ＳｉＣ）で構成されており、エピ層１６０をヘテロエピタキシャル成長させるための下地基板である。基板１１０を構成するＳｉＣとして、例えば、ポリタイプ４Ｈまたはポリタイプ６Ｈの半絶縁性ＳｉＣが用いられる。ここで「半絶縁性」とは、例えば、比抵抗が１０^５Ωｃｍ以上である状態をいう。基板１１０の、エピ層１６０を成長させる下地となる表面は、例えば（０００１）面（ｃ面のシリコン面）である。

【0012】

基板１１０上に、核生成層１２０が形成されている。核生成層１２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成されており、バッファ／チャネル層１３０の結晶成長のための核を生成する核生成層として機能する。核生成層１２０の厚さは、例えば、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0013】

核生成層１２０上に、バッファ／チャネル層１３０（以下、チャネル層１３０ともいう）が形成されている。チャネル層１３０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）で構成されている。チャネル層１３０の下側の部分は、チャネル層１３０の上側の部分の結晶性を向上させるためのバッファ層として機能する。また、チャネル層１３０の上側の部分は、ＨＥＭＴ２００の動作時に電子が走行するチャネル層として機能する。本実施形態によるチャネル層１３０の好ましい厚さ等については、後述する。

【0014】

チャネル層１３０上に、バリア層１４０が形成されている。バリア層１４０は、チャネル層１３０を構成するＧａＮよりも電子親和力の小さいＩＩＩ族窒化物、例えば、ＩＩＩ族元素としてアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）を含む窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）で構成されている。バリア層１４０は、チャネル層１３０に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を生成させるとともに、２ＤＥＧをチャネル層１３０内に空間的に閉じ込めるバリア層として機能する。バリア層１４０の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。

【0015】

バリア層１４０上に、必要に応じ、キャップ層１５０が形成されてよい。つまり、エピ層１６０は、必要に応じ、キャップ層１５０を有してよい。キャップ層１５０は、例えばＧａＮで構成されており、ＨＥＭＴ２００のデバイス特性（閾値電圧の制御性等）を向上させるために、バリア層１４０とゲート電極２１２との間に介在する。

【0016】

キャップ層１５０上に（バリア層１４０の上方に）、ＨＥＭＴ２００の電極２１０として、ソース電極２１１、ゲート電極２１２およびドレイン電極２１３が形成されている。ゲート電極２１２は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層とが積層されたＮｉ／Ａｕ層で構成されている。なお、本明細書で、積層をＸ／Ｙと記載した場合、Ｘ、Ｙの順で積層されていることを示す。

【0017】

ソース電極２１１およびドレイン電極２１３のそれぞれは、例えば、チタン（Ｔｉ）層とＡｌ層とが積層されたＴｉ／Ａｌ層で構成されている。ソース電極２１１およびドレイン電極２１３のそれぞれは、また例えば、Ｔｉ／Ａｌ層上にＮｉ／Ａｕ層が積層されることで構成されていてもよい。

【0018】

以下、チャネル層１３０について、さらに説明する。本実施形態の積層体１００は、チャネル層１３０が薄いことを１つの特徴とする。具体的には、チャネル層１３０の厚さは、５００ｎｍ未満であり、好ましくは４５０ｎｍ未満であり、より好ましくは４００ｎｍ未満であり、さらに好ましくは３５０ｎｍ未満である。

【0019】

従来技術（以下、比較形態という）による積層体１００では、チャネル層（バッファ／チャネル層）１３０の厚さが、５００ｎｍ以上と厚い。比較形態では、チャネル層１３０の厚さを５００ｎｍ以上とすることで、格子不整合に起因する転位などの欠陥を減らすことにより、バリア層１４０の直下に配置されるチャネル結晶部分の品質を向上させている。

【0020】

しかし、ＧａＮで構成されたチャネル層１３０に存在する窒素空孔は、ドナータイプの点欠陥であるため、比較形態のようにチャネル層１３０が厚いと、ＨＥＭＴ２００におけるリーク電流が大きくなる。比較形態において、リーク電流抑制のため、チャネル層１３０に鉄、炭素等の不純物を添加することで、深いエネルギー準位を形成させることにより、窒素空孔から供給されたフリーキャリアを捕獲させて、チャネル層１３０を高抵抗にすることは可能である。しかし、このような態様では、鉄、炭素等の不純物が形成する深いエネルギー準位が、電流コラプスと呼ばれる、ドレイン電流の過渡応答あるいは減少を引き起こす。このように、比較形態の積層体１００においては、チャネル層１３０の厚さが５００ｎｍ以上と厚いことで、リーク電流が大きい、あるいは、電流コラプスが大きい、という課題が生じる。

【0021】

これに対し、本実施形態の積層体１００は、チャネル層（バッファ／チャネル層）１３０の厚さを５００ｎｍ未満と薄くすることで、比較形態と比べて、リーク電流を抑制することができる。また、リーク電流が抑制されていることで、リーク電流低減のための鉄、炭素等の不純物添加が不要となるため、比較形態と比べて、電流コラプスを抑制することもできる。電流コラプス抑制の観点から、本実施形態によるチャネル層１３０に含まれる鉄および炭素の濃度は、それぞれ、１×１０^１７／ｃｍ^３未満とする。

【0022】

ただし、チャネル層１３０の結晶性および表面平坦性は、チャネル層１３０を薄くすることに起因して低下しやすい。このため、本実施形態では、後述のような方法でエピ層１６０を成長させることにより、チャネル層１３０の厚さを５００ｎｍ未満としても、チャネル層１３０の結晶性の低下および表面平坦性の低下が抑制されるようにしている（少なくとも結晶性の低下が抑制されることで、高い電子移動度が得られるようにしている）。なお、チャネル層１３０を過度に薄くすると、結晶性の低下および表面平坦性の低下の抑制が難しくなるため、チャネル層（バッファ／チャネル層）１３０の厚さは、１００ｎｍ以上とすることが好ましい。

【0023】

チャネル層１３０の結晶性の高さは、例えば、チャネル層１３０の電子移動度の大きさで評価される。本実施形態によるチャネル層１３０の電子移動度は、好ましくは１５００ｃｍ^２／Ｖｓ以上であり、より好ましくは１６００ｃｍ^２／Ｖｓ以上である。また、本実施形態によるチャネル層１３０を有するＨＥＭＴ２００において、リーク電流は、好ましくは１×１０^－５Ａ／ｍｍ以下である。なお、リーク電流とは素子間リーク電流、或いはオフリーク電流のことである。素子間リーク電流の測定は、ウエハ上の各素子をイオン注入法あるいはＩＣＰエッチング等により分離したのち、隣接する素子のオーミック電極間に例えば５０Ｖ程度の電圧を印加することで実施できる。オフリーク電流の測定は、形成されたトランジスタ素子においてゲート電極に十分な負電圧を印加して素子をピンチオフすなわちオフ状態にしたうえで、ソース及びドレイン電極間に例えば５０Ｖ程度の電圧を印加することで実施できる。

【0024】

図２（ａ）および図２（ｂ）は、積層体１００におけるエピ層１６０の（チャネル層１３０とバリア層１４０との界面近傍の）バンド構造と、２ＤＥＧの深さ方向分布と、を示すグラフ（シミュレーションによる結果）である。図２（ａ）は、本実施形態（チャネル層１３０の厚さが４００ｎｍ）の場合を例示し、図２（ｂ）は、比較形態（チャネル層１３０の厚さが１０００ｎｍ）の場合を例示する。なお、横軸の単位はオングストロームである。

【0025】

比較形態（図２（ｂ））では、実施形態（図２（ａ））と比べて、２ＤＥＧの分布の裾が下方側（基板１１０側）まで広がっている。つまり、電子濃度が高い（例えば１×１０^１６／ｃｍ^３以上の）範囲が、比較形態では実施形態よりも下方まで広がっている。これに起因して、比較形態では、実施形態と比べて、エピ基板１７０の下方の部分で面内方向に電流が流れやすいため、リーク電流が大きくなる。換言すると、実施形態では、比較形態と比べて、エピ基板１７０の下方の部分で面内方向に電流が流れにくいため、リーク電流が抑制される。

【0026】

次に、実施形態による積層体１００の製造方法について説明する。ここでは、ＨＥＭＴ２００の態様である積層体１００の製造方法について例示する。まず、エピ基板１７０の製造方法について説明する。基板１１０としてＳｉＣ基板を準備する。基板１１０の上方に、エピ層１６０を構成する各層である、核生成層１２０、チャネル層１３０、バリア層１４０および（必要に応じて）キャップ層１５０を、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）により成長させることで、エピ基板１７０を形成する。

【0027】

ＩＩＩ族原料ガスのうちＡｌ原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３、ＴＭＡ）ガスが用いられる。ＩＩＩ族原料ガスのうちＧａ原料ガスとしては、例えばトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ_３）_３、ＴＭＧ）ガスが用いられる。Ｖ族原料ガスである窒素（Ｎ）原料ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ_３）が用いられる。キャリアガスとしては、例えば、窒素ガス（Ｎ_２ガス）および水素ガス（Ｈ_２ガス）の少なくとも一方が用いられる。また、後述のクリーニングに用いるクリーニングガスとしては、例えばアンモニアガス、また例えば塩素ガスが用いられる。成長温度は、例えば、９００℃～１４００℃の範囲で選択可能であり、ＩＩＩ族原料ガスに対するＶ族原料ガスの流量比であるＶ／ＩＩＩ比は、例えば、１０～５０００の範囲で選択可能である。形成する各層の組成に応じて、各原料ガスの供給量の比率が調整される。形成する各層の厚さは、たとえば予備実験で得た成長速度から設計厚さに対応する成長時間を算出することで、成長時間により制御できる。

【0028】

本願発明者は、チャネル層（バッファ／チャネル層）１３０の厚さを、上述のように薄く（５００ｎｍ未満に）しつつ、結晶性の低下および表面平坦性の低下も抑制するための方法について検討した。その結果、一つの方法として、ＡｌＮで構成される核生成層１２０の形成に起因するＡｌの、チャネル層１３０への混入を抑制することで、チャネル層１３０の結晶性の低下および表面平坦性の低下が抑制されるとの知見を見出した。これは、ＧａＮで構成されるチャネル層１３０の成長において、Ａｌの混入が抑制されることで、ＧａＮの２次元成長が容易になるため、薄層でのＧａＮの結晶性および表面平坦性が向上するからではないかと考えられる。この結果、５００ｎｍ未満の薄いチャネル層１３０であっても、好ましくは１５００ｃｍ^２／Ｖｓ以上、より好ましくは１６００ｃｍ^２／Ｖｓ以上の電子移動度を有するような、良好な結晶性を得られるのではないかと考えられる。

【0029】

以下、チャネル層１３０へのＡｌの混入を抑制するための方法について、例示的に説明する。図３（ａ）は、本実施形態によるエピ基板１７０の製造に用いられるＭＯＶＰＥ装置３００を概念的に示す概略図である。ＭＯＶＰＥ装置３００の反応炉３１０内に、基板１１０を載置するためのサセプタ３２０が設置されている。サセプタ３２０の載置面の下方に、基板１１０を所定の温度に加熱するためのヒータ３３０が設置されている。反応炉３１０内に、基板１１０に向けて各種のガスを供給するためのガス管３４１、３４２、３４３および３４４が導入されている。

【0030】

ガス管３４１は、ＩＩＩ族原料のうちＡｌ原料（例えばＴＭＡ）を供給する。ガス管３４２は、Ａｌ原料以外のＩＩＩ族原料、ここではＧａ原料（例えばＴＭＧ）を供給する。ガス管３４３は、Ｖ族原料（例えばＮＨ_３）を供給する。ガス管３４４は、反応炉３１０の炉壁等に付着したＡｌ原料を除去するクリーニングを行うためのクリーニングガスを供給する。

【0031】

図３（ｂ）は、本実施形態によるエピ層１６０の成長工程を例示する概略的なタイミングチャートである。核生成層１２０の形成工程では、基板１１０に向けてＡｌ原料ガスおよびＮ原料ガスを供給することで、ＡｌＮを成長させることにより、核生成層１２０を形成する。核生成層１２０の形成に起因して、反応炉３１０の炉壁等に、Ａｌ原料が付着する。

【0032】

核生成層１２０の形成に続くクリーニング工程では、反応炉３１０内にクリーニングガスを供給することで、反応炉３１０の炉壁等に付着したＡｌ原料を除去する。クリーニングとして塩素ガスを使う場合は、核生成層１２０を形成した基板１１０を、一旦反応炉３１０の外に出した状態で、クリーニング工程を行う。これは、クリーニング工程により核生成層１２０がエッチングされることを防止するためである。クリーニングとしてアンモニアガスを使う場合は、基板１１０を反応炉３１０の外に出さなくともよい。クリーニング工程において、核生成層１２０の形成工程でＡｌ原料の供給に用いられたガス管３４１内にもクリーニングガス（例えばアンモニアガス、また例えば塩素ガス）を流すことで、ガス管３４１の内壁に付着したＡｌ原料を除去することがより好ましい。

【0033】

クリーニング工程に続くチャネル層１３０の形成工程では、基板１１０に向けてＧａ原料ガスおよびＮ原料ガスを供給することで、ＧａＮを成長させることにより、チャネル層１３０を形成する。本実施形態では、チャネル層１３０の形成工程に先立ち、クリーニング工程を行って反応炉３１０の炉壁等に付着したＡｌ原料を除去しておくことにより、チャネル層１３０を形成する際のＡｌ混入が抑制されるため、Ａｌ混入に起因するＧａＮの結晶性の低下および表面平坦性の低下を抑制できる。

【0034】

さらに、本実施形態では、Ａｌ原料ガスを供給するガス管３４１と、Ｇａ原料ガスを供給するガス管３４２と、を別々にしている。これにより、Ａｌ原料ガスとＧａ原料ガスとを共通のガス管から供給する態様において生じるような、ガス管に残留したＡｌ原料ガスがＧａ原料ガスとともに供給されることを防止できるため、チャネル層１３０におけるＡｌ混入に起因するＧａＮの結晶性の低下および表面平坦性の低下を抑制できる。

【0035】

本実施形態では、このようにして、厚さが５００ｎｍ未満であるとともに、結晶性の低下および表面平坦性の低下が抑制されたチャネル層１３０を形成することができる。なお、クリーニング工程における、クリーニングガスの流量、クリーニング工程が行われる時間の長さ等の諸条件は、所定の結晶性および表面平坦性を有するチャネル層１３０が形成されるように、予備実験により定めることができる。

【0036】

なお、チャネル層１３０の形成工程において、鉄、炭素等の、チャネル層１３０を高抵抗にするための不純物の添加は行わない。鉄については、鉄を含む（鉄を添加するための）原料ガスを供給しないことにより、チャネル層１３０に含まれる鉄の濃度を、１×１０^１７／ｃｍ^３未満とする。また、炭素については、ＴＭＧ等の有機原料ガスであるＧａ原料ガスに起因する炭素の、チャネル層１３０への取り込みが抑制されるような成長温度およびＶ／ＩＩＩ比で、チャネル層１３０を成長させることにより、チャネル層１３０に含まれる炭素の濃度を、１×１０^１７／ｃｍ^３未満とする。

【0037】

チャネル層１３０の形成工程に続くバリア層１４０の形成工程では、基板１１０に向けてＡｌ原料ガス、Ｇａ原料ガスおよびＮ原料ガスを供給することで、ＡｌＧａＮを成長させることにより、バリア層１４０を形成する。エピ層１６０がキャップ層１５０を有する場合は、バリア層１４０の形成工程に続き、さらに、基板１１０に向けて例えばＧａ原料ガスおよびＮ原料ガスを供給することで、ＧａＮを成長させることにより、キャップ層１５０を形成する。以上のように、基板１１０上にエピ層１６０を成長させることで、エピ基板１７０を製造する。

【0038】

次に、ＨＥＭＴ２００の製造方法について説明する。エピ基板１７０が製造された後、エピ層１６０上に電極２１０（ソース電極２１１、ゲート電極２１２およびドレイン電極２１３）を形成することで、ＨＥＭＴ２００を製造する。なお、ＨＥＭＴ２００の製造の際、必要に応じ、保護膜等の他の部材を形成してもよい。電極２１０、保護膜等は、公知の手法で形成されてよい。以上のようにして、本実施形態による積層体１００が製造される。

【0039】

以上説明したように、本実施形態によれば、チャネル層１３０の厚さを５００ｎｍ未満と薄くすることで、積層体１００をＨＥＭＴ２００として用いる際のリーク電流を抑制することができる。また、リーク電流が抑制されていることで、リーク電流低減のための鉄、炭素等の不純物添加が不要となるため、電流コラプスを抑制することもできる。

【0040】

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

【0041】

（付記１）
炭化シリコンで構成された基板と、
窒化アルミニウムで構成され、前記基板上に形成された第１層と、
窒化ガリウムで構成され、前記第１層上に形成された第２層と、
前記第２層を構成する窒化ガリウムよりも電子親和力の小さいＩＩＩ族窒化物で構成され、前記第２層上に形成された第３層と、
を有し、
前記第２層の厚さが、５００ｎｍ未満（好ましくは４５０ｎｍ未満、より好ましくは４００ｎｍ未満、さらに好ましくは３５０ｎｍ未満）であり、
前記第２層に含まれる鉄の濃度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満であり、
前記第２層に含まれる炭素の濃度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満である、
ＩＩＩ族窒化物積層体。

【0042】

（付記２）
前記第２層の厚さが、１００ｎｍ以上である、付記１に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【0043】

（付記３）
前記第２層の電子移動度が、好ましくは１５００ｃｍ^２／Ｖｓ以上であり、より好ましくは１６００ｃｍ^２／Ｖｓ以上である、付記１または２に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【0044】

（付記４）
前記第３層の上方に設けられた電極、を有し、
高電子移動度トランジスタとして用いられる、付記１～３のいずれか１つに記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【0045】

（付記５）
前記高電子移動度トランジスタのゲート電極に負電圧を印加してオフ状態としたうえで、ソース電極およびドレイン電極間に５０Ｖの電圧を印加することで測定される、前記高電子移動度トランジスタにおけるリーク電流（オフリーク電流）が、１×１０^－５Ａ／ｍｍ以下である、付記４に記載のＩＩＩ族窒化物積層体。

【符号の説明】

【0046】

１００…ＩＩＩ族窒化物積層体、１１０…基板、１２０…核生成層、１３０…バッファ／チャネル層、１４０…バリア層、１５０…キャップ層、１６０…ＩＩＩ族窒化物層、１７０…エピタキシャル基板、２００…ＨＥＭＴ、２１０…電極、２１１…ソース電極、２１２…ゲート電極、２１３…ドレイン電極、３００…ＭＯＶＰＥ装置、３１０…反応炉、３２０…サセプタ、３３０…ヒータ、３４１～３４４…ガス管

【図1】

【図2】

【図3】