CN1977366A - 高电子迁移率晶体管、场效应晶体管、外延衬底、制造外延衬底的方法以及制造ⅲ族氮化物晶体管的方法 - Google Patents

高电子迁移率晶体管、场效应晶体管、外延衬底、制造外延衬底的方法以及制造ⅲ族氮化物晶体管的方法 Download PDF

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Abstract

提供具有高纯度沟道层和高阻缓冲层的高电子迁移率晶体管。高电子迁移率晶体管11设有由氮化镓构成的支撑衬底13、由第一氮化镓半导体构成的缓冲层15、由第二氮化镓半导体构成的沟道层17、由第三氮化镓半导体构成的半导体层19以及用于晶体管11的电极结构(栅电极21、源电极23和漏电极25)。第三氮化镓半导体的带隙比第二氮化镓半导体更宽。第一氮化镓半导体的碳浓度NC1是4×1017cm－3以上。第二氮化镓半导体的碳浓度NC2小于4×1016cm－3。

Description

高电子迁移率晶体管、场效应晶体管、外延衬底、制造外延衬底的方法以及制造Ⅲ族氮化物晶体管的方法
技术领域
本发明涉及高电子迁移率晶体管、场效应晶体管、金属-半导体(MES)场效应晶体管、金属-绝缘体-半导体(MIS)场效应晶体管、外延衬底、制造外延衬底的方法以及制造III族氮化物晶体管的方法。
背景技术
非专利文献1公开了一种具有凹陷栅极结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。通过金属有机化学气相淀积，在蓝宝石衬底的(0001)面上形成由AlGaN/GaN构成的外延层。该外延层包括具有20nm厚度的GaN成核(nucleation)层、具有2.5μm厚度的非掺杂GaN层、Al0.26Ga0.74N阻挡层、具有20nm厚度的n+-Al0.26Ga0.74N层以及具有20nm厚度的n+-GaN层。为了生长该非掺杂的GaN层，氨气和三甲基镓的流速分别是5升/分钟和69微摩尔/分钟。为了生长该AlGaN层，氨气、三甲基镓和三甲基铝的流速分别是5升/分钟、29.5微摩尔/分钟以及5.2微摩尔/分钟。
非专利文献1：T.Egawa，et al.Appl.Phys.Lett.，Vol.78，No.1，pp.121-123，3 Jan.2000。
发明内容
本发明解决的问题
寻求III族氮化物晶体管如高电子迁移率晶体管和场效应晶体管的性能改进。为了这样做，必须在沟道层中体现高质量，以及保持缓冲层的电阻率高。但是，在过去的研究中，一直没有提高沟道层的质量和缓冲层的电阻率的具体方法。根据发明人的研究，沟道层的质量和缓冲层的电阻率与这些氮化物半导体层中的碳浓度有关。通过本发明人进行的实验论证了通过控制氮化物半导体层中的碳浓度，可以生长半导体。通过利用该结果，可以制造具有高纯度沟道层和高阻缓冲层的晶体管。鉴于上面指出的环境。
本发明的目的是制造可用的高电子迁移率晶体管和场效应晶体管，其具有高纯度沟道层和高阻缓冲层。本发明的另一目的是制造用于制造这些晶体管可用的外延衬底。本发明的再一目的是制造外延衬底的可用方法和制造III族氮化物晶体管的可用方法。
解决问题的方法
根据本发明的一个方面，一种高电子迁移率晶体管包括(a)由氮化镓构成的支撑衬底，(b)由在该支撑衬底上设置的第一氮化镓半导体构成的缓冲层，(c)由在该缓冲层上设置的第二氮化镓半导体构成的沟道层，(d)由在该缓冲层上形成的第三氮化镓半导体构成的半导体层，该第三氮化镓半导体具有比第二氮化镓半导体更宽的带隙，以及(e)在该半导体层上设置的栅电极、源电极和漏电极。第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
根据该高电子迁移率晶体管，由于第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，可以提供具有高电阻率的缓冲层。由于第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3，可以提供具有低杂质浓度的沟道层。
根据本发明的另一方面，一种场效应晶体管包括(a)由氮化镓构成的支撑衬底，(b)由在该支撑衬底上形成的第一氮化镓半导体构成的缓冲层，(c)由在该缓冲层上形成的第二氮化镓半导体构成的沟道层，以及(d)在该沟道层上设置的栅电极、源电极和漏电极。第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
根据该场效应晶体管，由于第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，因此可以提供具有高电阻率的缓冲层。由于第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3，因此可以提供具有低杂质浓度的沟道层。
本发明的再一方面涉及一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底。该外延衬底包括(a)氮化镓衬底，(b)由在该氮化镓衬底上设置的第一氮化镓半导体构成的第一半导体薄膜，以及(c)由在该第一半导体薄膜上设置的第二氮化镓半导体构成的第二半导体薄膜。第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
由于该外延衬底包括具有在具有高电阻率的第一半导体薄膜上形成的低杂质浓度的第二半导体薄膜，因此该外延衬底优选用于诸如场效应晶体管的III族氮化物晶体管。
根据本发明的外延衬底还包括(d)由第三氮化镓半导体构成的第三半导体薄膜，该第三氮化镓半导体具有比第二氮化镓半导体更宽的带隙。第三半导体薄膜被设置在第一半导体薄膜上。
由于该外延衬底包括第二半导体薄膜，该第二半导体薄膜具有在具有高电阻率的第一半导体薄膜上形成的低杂质浓度，因此该外延衬底优选用于诸如高电子迁移率晶体管的III族氮化物晶体管。
本发明的再一方面涉及一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法。该方法包括(a)通过利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤；以及(b)通过利用金属有机化学气相淀积，在该缓冲层上生长由第二氮化镓衬底构成的沟道层的步骤。生长该沟道层时的有机镓的流速低于生长该缓冲层时的有机镓的流速。第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
根据该方法，在生长沟道层时的有机镓的流速低于生长缓冲层时的有机镓的流速的制造条件下，在氮化镓衬底上生长缓冲层和沟道层。由此，可以将用于缓冲层的半导体的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将用于沟道层的半导体的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
本发明的再一方面涉及一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法。该方法包括(a)通过利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤，以及(b)通过利用金属有机化学气相淀积，在该缓冲层上生长由第二氮化镓衬底构成的沟道层的步骤。生长该沟道层时的氮源流速高于生长该缓冲层时的氮源流速。第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
根据该方法，在生长沟道层时的氮源流速高于生长缓冲层时的氮源流速的制造条件下，在该氮化镓衬底上生长缓冲层和沟道层。由此，可以将用于缓冲层的半导体的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将用于沟道层的半导体的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
本发明的再一方面涉及一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法。该方法包括(a)通过利用金属有机化学气相淀积，在该氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤，以及(b)通过利用金属有机化学气相淀积，在该缓冲层上生长由第二氮化镓衬底构成的沟道层的步骤。其中用来生长该沟道层的(V族源流速)/(III族源流速)高于用来生长该缓冲层的(V族源流速)/(III族源流速)。第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
根据该方法，在用来生长沟道层的(V族源流速/(III源流速)高于用来生长缓冲层的(V族源流速)/(III族源流速)的制造条件下，在氮化镓衬底上生长缓冲层和沟道层。由此，可以将用于缓冲层的半导体的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将用于沟道层的半导体的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
本发明的再一方面涉及一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法。该方法包括(a)通过利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤，以及(b)通过利用金属有机化学气相淀积，在该缓冲层上生长由第二氮化镓衬底构成的沟道层的步骤。生长该沟道层时的温度高于生长该缓冲层时的温度。第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
根据该方法，在生长沟道层时的温度高于生长缓冲层时的温度的制造条件下，在氮化镓衬底上生长该缓冲层和沟道层。由此，可以将用于缓冲层的半导体的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将用于沟道层的半导体的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
本发明的再一方面涉及一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法。该方法包括(a)通过利用减压金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤，以及(b)通过利用金属有机化学气相淀积，在该缓冲层上生长由第二氮化镓衬底构成的沟道层的步骤。生长该沟道层时的压力高于生长该缓冲层时的压力。第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
根据该方法，在生长沟道层时的压力高于生长缓冲层时的压力的制造条件下，在氮化镓衬底上生长该缓冲层和沟道层。由此，可以将用于缓冲层的半导体的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将用于沟道层的半导体的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
本发明的再一方面涉及一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法。该方法包括(a)通过利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤，以及(b)通过利用金属有机化学气相淀积，在该缓冲层上生长由第二氮化镓衬底构成的沟道层的步骤。其中生长第一氮化镓半导体时的速度高于生长第二氮化镓半导体时的速度。第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
根据该方法，在生长第一氮化镓半导体时的速度高于生长第二氮化镓半导体时的速度的制造条件下，在氮化镓衬底上生长该缓冲层和沟道层。由此，可以将用于缓冲层的半导体的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将用于沟道层的半导体的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
本发明的再一方面涉及一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法。该方法包括(a)通过利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤，该第一氮化镓半导体具有4×1017cm-3或以上的碳浓度，以及(b)利用金属有机化学气相淀积，在缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层的步骤，第二氮化镓半导体具有小于4×1016cm-3的碳浓度。在缓冲层和沟道层的生长过程中，至少满足以下条件(1)至(6)当中的任意条件：
(1)生长该沟道层时的有机镓的流速低于生长该缓冲层时的有机镓的流速；
(2)生长该沟道层时的氮源流速高于生长该缓冲层时的氮源流速；
(3)其中用来生长该沟道层的(V族源流速)/(III族源流速)高于用来生长该缓冲层的(V族源流速)/(III族源流速)；
(4)生长该沟道层时的温度高于生长该缓冲层时的温度；
(5)生长该沟道层时的压力高于生长该缓冲层时的压力；以及
(6)其中生长第一氮化镓半导体时的速度高于生长第二氮化镓半导体时的速度。
根据该方法，在至少包括上述(1)至(6)的任意一项的制造条件下，在氮化镓衬底上生长缓冲层和沟道层。由此，可以将用于缓冲层的半导体的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将用于沟道层的半导体的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
此外，根据涉及本发明的再一方面的制造外延衬底的方法，可以提供用于III族氮化物晶体管如场效应晶体管的外延衬底。
本发明的再一方面还包括(c)通过利用金属有机化学气相淀积，在该沟道层上生长由III族氮化物半导体构成的层的步骤。第二氮化镓半导体的带隙比所述III族氮化物半导体的带隙更窄。根据该方法，可以提供用于III族氮化物晶体管如高电子迁移率晶体管的外延衬底。
本发明的再一方面涉及一种III族氮化物晶体管的制造方法。该方法包括(a)通过利用用于III族氮化物晶体管的任意制造方法制造外延衬底的步骤，以及(b)在该外延衬底上形成用于III族氮化物晶体管的电极的步骤。根据该方法，可以制造具有高纯度沟道层和高阻缓冲层的晶体管。结合附图，从根据本发明的优选实施例的下列详细描述，所属领域的技术人员将容易明白本发明的上述及其他目的、特点、方面和优点。
发明的效果
如上所述，根据本发明，可以提供具有高纯度沟道层和高阻缓冲层的高电子迁移率晶体管和场效应晶体管，提供用于制造这些晶体管的外延衬底，以及提供制造外延衬底和III族氮化物晶体管的方法。
附图简述
图1是表示涉及本实施例的高电子迁移率晶体管的结构视图。
图2是表示涉及本实施例的场效应晶体管的结构视图。
图3是表示涉及第三实施例的淀积的试验结果的视图。
图4A是表示作为第一例子的外延衬底的制造方法视图。
图4B是表示作为第一例子的外延衬底的制造方法的视图。
图4C是表示作为第一例子的外延衬底的制造方法的视图。
图4D是表示作为第一例子的外延衬底的制造方法的视图。
图5A是表示作为第二例子的外延衬底的制造方法的视图。
图5B是表示作为第二例子的外延衬底的制造方法的视图。
图5C是表示作为第二例子的外延衬底的制造方法的视图。
图5D是表示作为第二例子的外延衬底的制造方法的视图。
图6A是表示作为第三例子的外延衬底的制造方法的视图。
图6B是表示作为第三例子的外延衬底的制造方法的视图。
图6C是表示作为第三例子的外延衬底的制造方法的视图。
图6D是表示作为第三例子的外延衬底的制造方法的视图。
图7A是表示作为第四例子的外延衬底的制造方法的视图。
图7B是表示作为第四例子的外延衬底的制造方法的视图。
图7C是表示作为第四例子的外延衬底的制造方法的视图。
图7D是表示作为第四例子的外延衬底的制造方法的视图。
图8A是说明MES场效应晶体管的制造流程图。
图8B是说明高电子迁移率晶体管的制造流程图。
参考数字的说明
11：高电子迁移率晶体管；13：支撑衬底；15：缓冲层；17：沟道层；19：半导体层；21：栅电极；23：源电极；25：漏电极；27：二维电子气；31：MES场效应晶体管；33：支撑衬底；35：缓冲层；37：沟道层；41：栅电极；43：源电极；45：漏电极；L1-L8：非掺杂氮化镓层；E1-E8：外延衬底；G1-G12：源气体；61：氮化镓衬底；63：反应器；65，67，71，73，77，79，83，85：氮化镓外延膜；69，75，81，87：AlGaN外延膜。
具体实施方式
参考用于例示的附图结合以下详细描述将容易地理解对本发明的了解。下面，将参考附图描述根据高电子迁移率晶体管、场效应晶体管、外延衬底、该外延衬底的制造方法以及III族氮化物晶体管的本发明的实施例。注意，只要可能，相同元件用相同的参考标记来标注。
实施例模式1
图1表示涉及本实施例的高电子迁移率晶体管的结构。该高电子迁移率晶体管11包括由氮化镓构成的支撑衬底13、由第一氮化镓半导体构成的缓冲层15、由第二氮化镓半导体构成的沟道层17、由第三氮化镓半导体构成的半导体层19以及用于晶体管11的电极结构(栅电极21、源电极23和漏电极25)。缓冲层15被布置在支撑衬底13上。沟道层17被布置在缓冲层15上。半导体层19被布置在沟道层17上。第三氮化镓半导体的带隙比第二氮化镓半导体的带隙更宽。在半导体层19上布置栅电极21、源电极23和漏电极25。第一氮化镓半导体的碳浓度NC1是4×1017cm-3或以上。第二氮化镓半导体的碳浓度NC2小于4×1016cm-3。
根据该高电子迁移率晶体管，由于第一氮化镓半导体的碳浓度NC1是4×1017cm-3或以上，因此可以提供具有高电阻率的缓冲层15。此外，由于第二氮化镓半导体的碳浓度NC2小于4×1016cm-3，因此可以提供具有低杂质浓度的沟道层17。
下面将进一步描述高电子迁移率晶体管11。沿沟道层17和半导体层19之间的界面并在沟道层17中形成二维电子气27。通过施加到栅电极21的电压控制该二维电子气27的导电。该控制调制从漏电极25流动到源电极23的漏电流。
氮化镓中的碳是作为受主的杂质，通过补偿施主使外延层的电阻更高。为了实现它，必须实现足够地高于施主杂质如硅(Si)和氧(O)的浓度(约16次幂的上半)和施主缺陷密度的碳浓度。因此，第一氮化镓半导体的碳浓度NC1优选是4×1017cm-3或以上。此外，由于外延层中的杂质有助于电子的分散，因此用于制造沟道层的外延层的碳浓度优选类似于或低于其他杂质的碳浓度。由此，第二氮化镓半导体的碳浓度NC2优选是4×1016cm-3或以下。
作为高电子迁移率晶体管11的一个例子：
支撑衬底13：氮化镓(平均位错密度：1×106cm-2)；
缓冲层15：非掺杂的GaN，厚度3μm(碳浓度NC1：2×1018cm-3)；
沟道层17：非掺杂的GaN，厚度100nm(碳浓度NC2：2×1016cm-3)；
半导体层19：非掺杂的Al0.25Ga0.75N，厚度30nm；
栅电极21：肖特基结，Au；以及
源电极23和漏电极25：欧姆结，Ti/Al。
氮化镓半导体的结合不局限于上述组合，可以以各种方法结合第一氮化镓半导体、第二氮化镓半导体以及第三氮化镓半导体。
实施例模式2
图2示出具有MES型的栅极的MES场效应晶体管，作为涉及本实施例的场效应晶体管结构的一个例子。以下描述也可以被应用于具有MIS型的栅极的MIS场效应晶体管。MES场效应晶体管31包括由氮化镓构成的支撑衬底33、由第一氮化镓半导体构成的缓冲层35、由第二氮化镓半导体构成的沟道层37、以及用于晶体管的电极结构(栅电极41、源电极43以及漏电极45)。缓冲层35被布置在支撑衬底33上。沟道层37被布置在缓冲层35上。栅电极41、源电极43和漏电极45被布置在沟道层37上。第一氮化镓半导体的碳浓度NC4是4×1017cm-3或以上。第二氮化镓半导体的碳浓度NC5小于4×1016cm-3。
根据该MES场效应晶体管31，由于第一氮化镓半导体的碳浓度NC4是4×1017cm-3或以上，因此可以提供具有高电阻率的缓冲层35。
此外，由于第二氮化镓半导体的碳浓度NC5小于4×1016cm-3，因此可以提供具有低杂质浓度的沟道层37。
下面将进一步描述MES场效应晶体管31。根据施加到栅电极41的电压，在沟道层37中形成耗尽层。通过施加到栅电极41的电压控制流过沟道层37的载流子。该控制调制从漏电极45流动到源电极43的漏电流。
作为MES场效应晶体管31的一个例子：
支撑衬底33：氮化镓(平均位错密度：1×106cm-2)；
缓冲层35：非掺杂的GaN，3μm的厚度(碳浓度NC1：2×1018cm-3)；
沟道层37：n-型GaN，500nm的厚度；
载流子浓度1×1017cm-3(碳浓度NC2：2×1016cm-3)；
栅电极41：肖特基结，Au；以及
源电极43和漏电极45：欧姆结，Ti/Al。
氮化镓半导体的结合不局限于上述结合，可以以各种方法结合第一氮化镓半导体和第二氮化镓半导体。
然后，将描述涉及第一和第二实施例的晶体管的实施例。下面描述高电子迁移率晶体管的例子，但是它可以被应用于场效应晶体管。
实验1
下面将描述研究电子迁移率的改进效果的实验。通过控制碳浓度，在一定条件(下面称为“条件1”)下制造的外延衬底用来研究高电子迁移率晶体管11的性能。在OMVPE反应器中的基座上放置蓝宝石模板(下面称为“Sap模板”)和氮化镓衬底，在这些上同时生长用于高电子迁移率晶体管11的外延层。首先，在具有27kPa的压力、2300的V族源流速/III族源总流速(下面称为“V/III比率”)、1050摄氏度的生长温度以及3.3μm/小时的生长速度之下，生长3μm的GaN缓冲层。接下来，在具有27kPa的压力、6800的V/III比率、1050摄氏度的生长温度以及1.1μm/小时的生长速度的条件下，生长100nm的GaN沟道层。在此之后，生长30nm的Al0.25Ga0.75N层。通过使用在Al0.25Ga0.75N层上形成的铟电极，执行霍尔测量。在使用GaN衬底的外延衬底中，电子迁移率是1970cm2/V·s，以及薄层载流子浓度是1.2×1013em-2。相反，在使用Sap模板的外延衬底中，电子迁移率是1590cm2/V·s和薄层载流子浓度是1.1×1013em-2。
同时，在以下条件(下面称为“条件2”)下，制造外延衬底。在OMVPE反应器中的基座上放置Sap模板和氮化镓衬底，然后在这些上同时生长用于高电子迁移率晶体管11的外延层。首先，在包括27kPa的压力、2300的V/III比率、1050摄氏度的生长温度以及3.3μm/小时的条件下，生长3μm的GaN缓冲层，然后在相同的条件下生长100nm的GaN沟道层。在此之后，生长30nm的Al0.25Ga0.75N层。通过使用在Al0.25Ga0.75N层上形成的铟电极，执行霍尔测量。在使用GaN衬底的外延衬底中，电子迁移率是1720cm2/V·s，以及薄层载流子浓度是1.2×1013em-2。相反，在使用Sap模板的外延衬底中，电子迁移率是1510cm2/V·s和薄层载流子浓度是1.0×1013cm-2。在外延衬底中，GaN缓冲层的碳浓度基本上与GaN沟道层的相同。
由于在条件1下制造的外延衬底中GaN沟道层的碳浓度NC2(2×1016cm-3)低于在条件2下制造的外延衬底中的GaN沟道层的碳浓度NC2(8×1017cm-3)，迁移率被提高。
实验2
下面将描述关于缓冲器泄漏效果的实验。在OMVPE反应器中的基座上放置Sap模板和氮化镓衬底，然后在这些上同时生长用于高电子迁移率晶体管11的外延层。首先，在包括10kPa的减压压力、2300的V/III比率、1050摄氏度的生长温度以及3.3μm/小时的生长速度的条件下，生长3μm的GaN缓冲层。接下来，在包括27kPa的压力、6800的V/III比率、1050摄氏度的生长温度和1.1μm/小时的生长速度的条件下，生长100nm的GaN沟道层。在该制造条件下，由于缓冲层的碳浓度高于沟道层，缓冲层的电阻率增加。在此之后，生长30nm的Al0.25Ga0.75N层。部分Al0.25Ga0.75N层被刻蚀，以形成台面(mesa)，如高电子迁移率晶体管。电压被施加到两个台面上形成的欧姆电极，以测量该电流。当施加电压的值是20伏时，该电流对应于高电子迁移率晶体管中的漏电流，具有0.011μA/mm的值。
同时，在OMVPE反应器中的基座上放置Sap模板和氮化镓衬底。在这些上同时生长用于高电子迁移率晶体管的外延层。首先，在包括50kPa的压力、2300的V/III比率、1050摄氏度的生长温度以及3.3μm/小时的生长速度的条件下，生长3μm的GaN缓冲层。接下来，在包括27kPa的压力、6800的V/III比率、1050摄氏度的生长温度和1.1μm/小时的生长速度的条件下，生长100nm的GaN沟道层。在此之后，生长30nm的Al0.25Ga0.75N层。如上测量高电子迁移率晶体管中的漏电流。当施加电压是20伏时，漏电流的值是35μA/mm。
注意只要电子迁移率和薄层载流子浓度被关注，在上述两种外延衬底之间没有差值。
实施例模式3
图3是表示涉及该本实施例的淀积的试验结果的视图。在该实验中，在金属有机化学气相淀积装置的反应器中的基座上放置氮化镓衬底和蓝宝石模板。通过利用金属有机化学气相淀积，在各种条件下，在该氮化镓衬底和Sap模板上生长氮化镓。该sap模板包括在蓝宝石衬底的(0001)面上生长的氮化镓低温缓冲层(在500摄氏度下，25nm)和在氮化镓低温缓冲层上生长的氮化镓层(在1050摄氏度下，3μm)。例如，氮化镓衬底的平均位错密度是1×106cm-2，以及蓝宝石模板的氮化镓层的平均位错密度是1×109cm-2。在氮化镓的生长之前，氮化镓衬底和蓝宝石模板经受预处理。在预处理中，在1000摄氏度的温度下流动氢气(H2)和氨气(NH3)5分钟，氮化镓衬底的表面和蓝宝石模板的氮化镓表面经受热处理。然后，三甲基镓(TMG)、NH3、N2以及H2被提供到反应器中，以外延地生长非掺杂的氮化镓层L1至L8。该生长过程中，生长参数如生长压力、生长温度、V/III比率以及生长速度被改变。在图3中，浓度特性线G表示在氮化镓衬底上生长的氮化镓薄膜的碳浓度，以及浓度特性线S表示Sap模板上生长的氮化镓薄膜的碳浓度。如图3所示，与生长参数的变化一致，在氮化镓衬底上生长的氮化镓薄膜的碳浓度变化大于Sap模板上生长的氮化镓薄膜的碳浓度变化。
在包括1050摄氏度的生长温度、2300的V/III比率、3.3μm/小时的生长速度以及27kPa的生长压力的条件下制造该氮化镓层L1。
在生长温度被增加到1100摄氏度之后，制造氮化镓层L2。换句话说，在包括1100摄氏度的生长温度、2300的V/III比率、3.3μm/小时的生长速度以及27kPa的生长压力的条件下，制造氮化镓层L2。比较氮化镓层L1和氮化镓层L2，在更高的生长温度下，氮化镓衬底上生长的氮化镓层的碳浓度变得更低。
在生长温度被减少到1000摄氏度之后，制造氮化镓层L3。换句话说，在包括1000摄氏度的生长温度、2300的V/III比率、3.3μm/小时的生长速度以及27kPa的生长压力的条件下制造氮化镓层L3。比较氮化镓层L1和氮化镓层L2，在较低的生长温度下在氮化镓衬底上生长的氮化镓层的碳浓度变得更高。
在生长速度被降低到1.1μm/小时，温度被提高到1050摄氏度，以及V/III比率被增加到6800之后，制造氮化镓层L4。换句话说，在具有1050摄氏度的生长温度、6800的V/III比率、1.1μm/小时的生长速度以及27kPa的生长压力的条件下制造氮化镓层L4。比较氮化镓层L3和氮化镓层L4，因为V/III比率增加和淀积速率减小，氮化镓衬底上生长的氮化镓层的碳浓度变低。
为了制造氮化镓层L5，V/III比率被减小到3100。换句话说，在包括1050摄氏度的生长温度、3100的V/III比率、3.3μm/小时的生长速度以及27kPa的生长压力的条件下制造氮化镓层L5。比较氮化镓层L4和氮化镓层15，因为V/III比率减小，氮化镓衬底上生长的氮化镓层的碳浓度增加。
为了制造氮化镓层L6，V/III比率被进一步减小到1350。换句话说，在包括1050摄氏度的生长温度、1350的V/III比率、3.3μm/小时的生长速度以及27kPa的生长压力的条件下制造氮化镓层L6。比较氮化镓层L4和氮化镓层L6，因为V/III比率减小，氮化镓衬底上生长的氮化镓层的碳浓度增加。
为了制造氮化镓层L7，生长压力被降低到10kPa。换句话说，在包括1050摄氏度的生长温度、1350的V/III比率、3.3μm/小时的生长速度以及10kPa的生长压力的条件下制造氮化镓层L6。比较氮化镓层L6和氮化镓层L7，因为生长压力减小，氮化镓衬底上生长的氮化镓层的碳浓度增加。
为了制造氮化镓层L8，生长压力被提高到101kPa。换句话说，在包括1050摄氏度的生长温度、1350的V/III比率、3.3μm/小时的生长速度以及101kPa的生长压力的条件下制造氮化镓层L6。比较氮化镓层L6和氮化镓层L7，因为生长压力增加，氮化镓衬底上生长的氮化镓层的碳浓度增加。
如上文所述，响应于生长参数的变化，氮化镓衬底上生长的氮化镓薄膜的碳浓度变化(约两位数)大于Sap模板上生长的氮化镓薄膜的碳浓度变化(至多一位数)。换句话说，尽管氮化镓薄膜上生长的Sap模板的碳浓度响应于生长参数的变化不大程度改变，但是氮化镓薄膜上生长的氮化镓衬底的碳浓度响应于生长参数的变化大程度改变。
然后，将具体描述用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法。图4A、图4B、图4C和图4D是用于说明制造作为第一例子的外延衬底的方法视图。如图4A所示，制备氮化镓衬底61。氮化镓衬底61的平均位错密度是1×106cm-2或以下。如图4B所示，在反应器63中的基座上放置氮化镓衬底61之后，如先前描述，进行预处理。接下来，源气体G1(TMG、NH3、H2)被提供到反应器63中，以在降压(P65)下，生长用于缓冲层的氮化镓半导体薄膜，例如，氮化镓外延膜65。接下来，如图4C所示，源气体G2(TMG、NH3、H2)被提供到反应器63中，以在大气压(P67)下生长用于沟道层的氮化镓半导体，例如，氮化镓外延膜67。在该例子中，由于在不同的压力下制造用于缓冲层和沟道层的氮化镓薄膜，氮化镓薄膜65和67具有不同的碳浓度。
用于制造氮化镓薄膜65和67的主要条件以及它们的碳浓度的一个例子如下：
                氮化镓外延膜65        氮化镓外延膜67
反应器压力：    10kPa                 101kPa
反应器温度：    1050℃                1050℃
生长速度：      3.3μm                3.3μm
V/III比率：     2300                  2300
碳浓度：        2×1018cm-3         1×1016cm-3
可以采用介于27kPa和1kPa之间的范围作为用于氮化镓薄膜65的生长的优选范围，以及可以采用介于101kPa和27kPa之间的范围作为用于氮化镓薄膜67的生长的优选范围。
根据该方法，在生长氮化镓薄膜67时的压力高于生长氮化镓薄膜时的压力的制造条件下，在氮化镓衬底上生长氮化镓薄膜65和氮化镓薄膜67。由此，可以将氮化镓薄膜65的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将氮化镓薄膜67的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
根据该制造方法，外延衬底E1设有氮化镓衬底、具有4×1017cm-3或以上碳浓度的第一氮化镓半导体薄膜(在该实施例中，氮化镓薄膜65)以及具有小于4×1016cm-3的碳浓度的氮化镓半导体薄膜(在该实施例中，氮化镓薄膜67)。
接下来，将描述用于III族氮化物晶体管如高电子迁移率晶体管的外延衬底E2的制造方法。在氮化镓薄膜65和67的生长之后，如图4D所示，源气体G3(TMG、TMAl、NH3、H2)被提供到反应器63中，以生长氮化镓半导体，其具有比用于沟道层的氮化镓半导体更宽的带隙，例如，AlGaN外延膜69。根据该制造方法，外延衬底E2设有氮化镓衬底、具有4×1017cm-3或以上碳浓度的第一氮化镓半导体薄膜(在本实施例中，氮化镓薄膜65)、具有小于4×1016cm-3碳浓度的氮化镓半导体薄膜(在该实施例中，氮化镓薄膜67)以及氮化镓半导体薄膜(在本实施例中，AlGaN薄膜69)。
图5A、图5B、图5C和图5D是用于说明作为第二例子的外延衬底的制造方法的视图。如图5A所示，制备氮化镓衬底61。如上所述氮化镓衬底61在反应器63中经受预处理。如图5B所示，源气体G4(TMG、NH3、H2)被提供到反应器63中，以在温度T1下，生长用于缓冲层的氮化镓半导体薄膜，例如，氮化镓外延膜71。然后，如图5C示，源气体G5(TMG、NH3、H2)被提供到反应器63中，以在低于温度T1的温度T2下，制造用于沟道层的氮化镓半导体，例如，氮化镓外延膜73。在该例子中，由于在不同温度下制造用于缓冲层和沟道层的氮化镓薄膜，该氮化镓薄膜71和73的碳浓度是不同的。
用于制造氮化镓薄膜71和73的主要条件以及它们的碳浓度的一个例子如下：
              氮化镓外延膜71    氮化镓外延膜73
反应器压力：  27kPa             27kPa
反应器温度：  1000℃            1100℃
生长速度：    3.3μm            3.3μm
V/III比率：     2300           2300
碳浓度：        2×1018cm-3    3×1016cm-3
可以采用介于950℃和1050℃之间的温度范围作为用于氮化镓薄膜71的生长的优选温度范围，以及可以采用1050℃和1150℃之间的温度范围作为用于氮化镓薄膜73的生长的优选温度范围。根据该制造方法，外延衬底E3设有氮化镓衬底61、氮化镓薄膜71以及氮化镓薄膜73。
根据该方法，在生长氮化镓薄膜73时的温度高于生长氮化镓薄膜71时的温度的制造条件下，在氮化镓衬底61上生长氮化镓薄膜71和氮化镓薄膜73。由此，可以将氮化镓薄膜71的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将氮化镓薄膜73的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
接下来，将描述用于III族氮化物晶体管如高电子迁移率晶体管的外延衬底E4的制造方法。在氮化镓薄膜71和73的生长之后，如图5D所示，源气体G3(TMG、TMAl、NH3、H2)被提供到反应器63中，以生长氮化镓半导体，其具有比用于沟道层的氮化镓半导体更宽的带隙，例如，AlGaN外延膜75。根据该制造方法，外延衬底E4设有氮化镓衬底61、GaN薄膜71、GaN薄膜73以及AlGaN薄膜75。
图6A、图6B、图6C和图6D是用于说明作为第三例子的外延衬底的制造方法的视图。如图6A所示，制备氮化镓衬底61。如上所述，氮化镓衬底61在反应器63中经受预处理。如图6B所示，源气体G7(TMG、NH3、H2)被提供到反应器63中，以用V/III比率R1生长用于缓冲层的氮化镓半导体薄膜，例如，氮化镓外延膜71。接下来，如图6C所示，源气体G8(TMG、NH3、H2)被提供到反应器63中，以用V/III比率R2生长用于沟道层的氮化镓半导体，V/III比率R2低于V/III比率R1。用该例子中，由于用不同的V/III比率制造用于缓冲层和沟道层的氮化镓薄膜，氮化镓薄膜77和79的碳浓度是不同的。
用于制造氮化镓薄膜77和79的主要条件以及它们的碳浓度的一个例子如下：
              氮化镓外延膜77      氮化镓外延膜79
反应器压力：  27kPa               27kPa
反应器温度：  1050℃              1050℃
生长速度：    3.3μm              3.3μm
V/III比率：   1000                5000
碳浓度：      6×1017cm-3       4×1016cm-3
可以采用介于2000和100之间的范围作为用于氮化镓薄膜77的生长的优选V/III比率，以及可以采用介于1000和10000之间的范围作为用于氮化镓薄膜79的生长速度的优选V/III比率。根据该制造方法，外延衬底E3设有氮化镓衬底61、氮化镓薄膜77以及氮化镓薄膜79。
根据该方法，在用于氮化镓薄膜的V/III比率R2低于用于氮化镓薄膜77生长的V/III比率R1的制造条件下，在氮化镓衬底上生长氮化镓薄膜77和氮化镓薄膜79。由此，可以将氮化镓薄膜77的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将氮化镓薄膜79的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
接下来，将描述用于III族氮化物晶体管如高电子迁移率晶体管的外延衬底E6的制造方法。在氮化镓薄膜77和79的生长之后，如图6D所示，源气体G9(TMG、TMAl、NH3、H2)被提供到反应器63中，以生长氮化镓半导体，具有比用于沟道层的氮化镓半导体更宽的带隙，例如，AlGaN外延膜81。根据该制造方法，外延衬底E6设有氮化镓衬底61、GaN薄膜77、GaN薄膜79以及AlGaN薄膜81。
此外，V/III比率的改变使之可以改变TMG如有机镓的流速、氮源如NH3的流速以及镓源和氮源的流速。
图7A、图7B、图7C和图7D是用于说明作为第四例子的外延衬底的制造方法的视图。如图7A所示，制备氮化镓衬底61。如上所述，氮化镓衬底61在反应器63中经受预处理。如图7B所示，源气体G10(TMG、NH3、H2)被提供到反应器63中，以在淀积速率GR1下，生长用于缓冲层的氮化镓半导体薄膜，例如，氮化镓外延膜83。然后，如图7C所示，源气体G11(TMG，NH3，H2)被提供到反应器63中，以在淀积速率GR2下生长用于沟道层的氮化镓半导体，例如氮化镓外延膜85，淀积速率GR2高于淀积速率GR1。在该例子中，由于在不同温度下形成用于缓冲层和沟道层的氮化镓薄膜，氮化镓薄膜83和85的碳浓度足不同的。
用于制造氮化镓薄膜83和85的主要条件以及它们的碳浓度的一个例子如下：
              氮化镓外延膜83      氮化镓外延膜85
反应器压力：  27kPa               27kPa
反应器温度：  1050℃              1050℃
生长速度：    6.6μm              1.1μm
V/III比率：   1200                6800
碳浓度：      8×1017cm-3       2×1016cm-3
可以采用介于2μm/小时和20μm/小时之间的范围作为氮化镓薄膜83的生长速度的优选范围，以及可以采用0.1μm/小时和4μm/小时之间的范围作为氮化镓薄膜85的生长速度的优选范围。根据该制造方法，外延衬底E7设有氮化镓衬底61、氮化镓薄膜83以及氮化镓薄膜85。
根据该方法，在用于氮化镓薄膜83的淀积速率GR1高于用于氮化镓薄膜85的淀积速率GR2的制造条件下，在氮化镓衬底上生长氮化镓薄膜83和氮化镓薄膜85。由此，可以将氮化镓薄膜83的碳浓度设为4×1017cm-3或以上，以及将氮化镓薄膜85的碳浓度设为小于4×1016cm-3。
接下来，将描述用于III族氮化物晶体管如高电子迁移率晶体管的外延衬底E8的制造方法。在氮化镓薄膜83和85的生长之后，如图7D所示，源气体G12(TMG、TMAl、NH3、H2)被提供到反应器63中，以生长氮化镓半导体，其具有比用于沟道层的氮化镓半导体更宽的带隙，例如，AlGaN外延膜87。根据该制造方法，外延衬底E8设有氮化镓衬底61、GaN薄膜83、GaN薄膜85以及AlGaN薄膜87。
外延衬底E1至E8包括具有在具有高电阻率的第一氮化镓半导体薄膜上形成的低杂质浓度的第二氮化镓半导体薄膜。由此，它们优选用于III族氮化物晶体管如场效应晶体管和高电子迁移率晶体管。
如上所述，通过结合如上所述的例子也可以实现用于具有高碳浓度的缓冲层的氮化镓薄膜和用于具有低碳浓度的沟道层的氮化镓和制造方法。
为了制造外延衬底，可以结合下列条件(1)至(6)：
(1)生长该沟道层时的有机镓的流速低于生长该缓冲层时的有机镓的流速；
(2)生长该沟道层时的氮源流速高于生长该缓冲层时的氮源流速；
(3)用来生长沟道层的V/III比率高于用来生长缓冲层的V/III比率；
(4)生长该沟道层时的温度高于生长该缓冲层时的温度；
(5)生长该沟道层时的压力高于生长该缓冲层时的压力；以及
(6)生长第一氮化镓半导体时的速度高于生长第二氮化镓半导体时的速度。
用于制造氮化镓薄膜的主要条件以及它们的碳浓度的一个例子如下：
              缓冲GaN薄膜     沟道GaN薄膜
反应器压力：  27kPa            101kPa
反应器温度：  1050℃           1050℃
生长速度：    6.6μm          1.1μm
V/III比率：   1200            6800
碳浓度：      6×1017cm-3   1×1016cm-3
用于制造氮化镓薄膜的主要条件以及它们的碳浓度的另一例子如下：
              缓冲GaN薄膜    沟道GaN薄膜
反应器压力：  27kPa           101kPa
反应器温度：  1050℃          1100℃
生长速度：    6.6μm          1.1μm
V/III比率：   1200            6800
碳浓度：      6×1017cm-3   1×1016cm-3
实施例模式4
图8A是说明场效应晶体管的制造的流程图。首先，在步骤S1中，通过利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层，该第一氮化镓半导体具有4×1017cm-3或以上的碳浓度。在步骤S2中，通过利用金属有机化学气相淀积，在缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层，该第二氮化镓半导体具有小于4×1016cm-3的碳浓度。在步骤S3中，在沟道层上生长用于MES场效应晶体管的电极结构(栅电极、源电极以及漏电极)。根据该方法，可以制造具有高纯度沟道层和高阻缓冲层的晶体管。
图8B是说明高电子迁移率晶体管的制造的流程图。首先，在步骤84中，通过利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层，该第一氮化镓半导体具有4×1017cm-3或以上的碳浓度。在步骤S5中，通过利用金属有机化学气相淀积，在缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层，第二氮化镓半导体具有小于4×1016cm-3的碳浓度。在步骤S6中，通过利用金属有机化学气相淀积，在该沟道层上生长由第三氮化镓衬底构成的阻挡层。在步骤S7中，在沟道层上形成在用于高电子迁移率晶体管的电极结构(栅电极、源电极以及漏电极)。根据该方法，可以制造具有高纯度沟道层和高阻缓冲层以及阻挡层的晶体管。
用于制造高电子迁移率晶体管的主要条件以及其碳浓度的一个例子如下：
             缓冲GaN       沟道GaN     阻挡AlGaN
反应器压力： 27kPa          27kPa        27kPa
反应器温度： 1050℃         1050℃       1050℃
生长速度：   6.6μm         1.1μm
V/III比率：  1200           6800
NH3流速：    6slm           6slm         6slm
碳浓度：     6×1017cm-3  2×1016cm-3
在该实施例中，从缓冲层至沟道层的转变，以及从沟道层至阻挡层的转变，III族有机源气体如TMG和TMA的流速被改变，但是压力、温度、氨气流速或载流子流速没有改变。
如上所述，即使在各种条件(生长温度、生长压力、生长速度、V/III比率等等)下，在蓝宝石衬底或SiC衬底上形成氮化镓，不可能在很大程度上改变生长氮化镓层的杂质浓度(碳，例如)。但是，如果具有极其低位错的GaN衬底被用来制造外延膜，那么可以极大地提高薄膜中的杂质的可控制性。当使用GaN衬底时，例如，通过响应于生长条件的变化，碳浓度被改变两个数量级或以上。通过利用该可控制性调整碳含量，可以分别提供对于缓冲层和沟道层具有优选性能(电阻率和迁移率)的外延膜。结果，可以制造包括具有高电阻的缓冲层和具有高纯度沟道的半导体层。
为了说明本发明的原理已经选择了优选实施例。但足，所属领域的技术人员从上述公开内容将明白，在不脱离附加权利要求限定的本发明范围的条件下，在此可以对位置和细节进行各种改变和改进。本发明不局限于本实施例中公开的特定结构。本发明不局限于本实施例中公开的特定材料。例如，AlGaN可以被用作用于缓冲层的材料，InGaN可以被用作用于沟道层的材料。此外，可以使用AlGaN和AlN作为用于阻挡层的材料。由此，专利权利要求的范围中的权利以及源自其精神的范围的所有改进和改变被要求。

Claims (13)

1.一种高电子迁移率晶体管，其特征在于布置有：
由氮化镓构成的支撑衬底；
缓冲层，由第一氮化镓半导体构成，设置在所述支撑衬底上；
沟道层，由第二氮化镓半导体构成，设置在所述缓冲层上；
半导体层，由第三氮化镓半导体构成，设置在所述缓冲层上，所述第三氮化镓半导体具有比所述第二氮化镓半导体更宽的带隙；以及
设置在所述半导体层上的栅电极、源电极和漏电极；其中
所述第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及
所述第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
2.一种场效应晶体管，其特征在于布置有：
由氮化镓构成的支撑衬底；
缓冲层，由第一氮化镓半导体构成，设置在所述支撑衬底上；
沟道层，由第二氮化镓半导体构成，设置在所述缓冲层上；以及
设置在所述沟道层上的栅电极、源电极和漏电极；其中
所述第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及
所述第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
3.一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底，其特征在于布置有：
氮化镓衬底；
第一半导体膜，由第一氮化镓半导体构成，设置在所述氮化镓衬底上；以及
第二半导体膜，由第二氮化镓半导体构成，设置在所述第一半导体膜上；其中
所述第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及
所述第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
4.权利要求3所述的外延衬底，其特征在于还布置有由第三氮化镓半导体构成的第三半导体膜，该第三氮化镓半导体具有比所述第二氮化镓半导体更宽的带隙，所述第三半导体膜被设置在所述第一半导体膜上。
5.一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法，其特征在于具有：
利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤；以及
利用金属有机化学气相淀积，在所述缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层的步骤；其中
生长所述沟道层的有机镓的流速低于生长所述缓冲层的有机镓的流速，
所述第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及
所述第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
6.一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法，其特征在于具有：
利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤；以及
利用金属有机化学气相淀积，在所述缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层的步骤；其中
生长所述沟道层的氮源的流速高于生长所述缓冲层的氮源的流速，
所述第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及
所述第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
7.一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法，其特征在于具有：
利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤；以及
利用金属有机化学气相淀积，在所述缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层的步骤；其中
用于生长所述沟道层的(V族源流速)/(III族源流速)高于用于生长所述缓冲层的(V族源流速)/(III族源流速)，
所述第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及
所述第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
8.一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法，其特征在于具有：
利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤；以及
利用金属有机化学气相淀积，在所述缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层的步骤；其中
生长所述沟道层的温度高于生长所述缓冲层的温度，
所述第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及
所述第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
9.一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法，其特征在于具有：
利用减压金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤；以及
利用金属有机化学气相淀积，在所述缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层的步骤；其中
生长所述沟道层的压力高于生长所述缓冲层的压力，
所述第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017或cm-3以上，以及
所述第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
10.一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法，其特征在于具有：
利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤；以及
利用金属有机化学气相淀积，在所述缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层的步骤；其中
生长所述第一氮化镓半导体的速度高于生长所述第二氮化镓半导体的速度，
所述第一氮化镓半导体的碳浓度是4×1017cm-3或以上，以及
所述第二氮化镓半导体的碳浓度小于4×1016cm-3。
11.一种用于III族氮化物晶体管的外延衬底的制造方法，其特征在于具有：
利用金属有机化学气相淀积，在氮化镓衬底上生长由第一氮化镓半导体构成的缓冲层的步骤，该第一氮化镓半导体具有4×1017cm-3或以上的碳浓度；以及
利用金属有机化学气相淀积，在所述缓冲层上生长由第二氮化镓半导体构成的沟道层的步骤，该第二氮化镓半导体具有小于4×1016cm-3的碳浓度；其中在所述缓冲层和所述沟道层的生长过程中，满足以下条件(1)至(6)当中的多个条件：
(1)生长所述沟道层的有机镓的流速比低于生长所述缓冲层的有机镓的流速；
(2)用于生长所述沟道层的氮源的流速高于生长所述缓冲层的氮源的流速；
(3)用于生长所述沟道层的(V族源流速)/(III族源流速)高于用于生长所述缓冲层的(V族源流速)/(III族源流速)；
(4)生长所述沟道层的温度高于生长所述缓冲层的温度；
(5)生长所述沟道层的压力高于生长所述缓冲层的压力；以及
(6)生长所述第一氮化镓半导体的速度高于生长所述第二氮化镓半导体的速度。
12.权利要求5至11的任意一项所述的方法，其特征在于还具有利用金属有机化学气相淀积，在所述沟道层上生长由III族氮化物半导体构成的层的步骤，其中所述第二氮化镓半导体的带隙比所述III族氮化物半导体的带隙更窄。
13.一种III族氮化物晶体管的制造方法，其特征在于具有：
通过使用权利要求5至12的任意一项所述的方法制造外延衬底的步骤；以及
在所述外延衬底上形成用于所述III族氮化物晶体管的电极的步骤。
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