JP2009231561A - 窒化物半導体結晶薄膜およびその作製方法、半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種材料基板の上にそりを制御して窒化物半導体結晶の層が形成できるようにする。
【解決手段】シリコン基板１０１と、シリコン基板１０１の上にエピタキシャル成長されたＡｌＮ結晶からなる膜厚１００ｎｍの核形成層１０２と、核形成層１０２の上にエピタキシャル成長されたＡｌＧａＮからなる膜厚１００ｎｍの挿入層１０３と、挿入層１０３の上にエピタキシャル成長されたＧａＮからなるキャリア走行層１０４と、キャリア走行層１０４の上にエピタキシャル成長されたＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎからなる膜厚２５ｎｍのバリア層１０５とを備える。バリア層１０５は、キャリア走行層１０４に対してキャリアを供給するキャリア供給層として機能する。また、ＡｌＧａＮからなる挿入層１０３にホウ素が添加されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窒化物半導体の積層構造を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ），レーザダイオード（ＬＤ），ヘテロ接合電界効果型トランジスタ（ＨＦＥＴあるいはＨＥＭＴ），およびヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などの電子デバイスが製造可能な窒化物半導体結晶薄膜およびその作製方法、また、この薄膜を用いた半導体装置およびその製造方法に関するものである。

窒化ガリウム（ＧａＮ）を始めとした窒化物半導体は、高い絶縁破壊電界強度，高い熱伝導率、および高い電子飽和速度などの特性を有しており、高周波のハイパワーデバイス向けの材料として優れている。例えば、基板上に、窒化ガリウムバッファ層およびＡｌＧａＮバリア層を有するヘテロ接合構造においては、ヘテロ接合界面近傍に電子が高濃度に蓄積され、いわゆる２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を形成している。この２次元電子ガスは、散乱要因となる導電性不純物が存在しないアンドープＧａＮ層内に配置されるため、高い電子移動度を示す。このため、２次元電子ガスをチャネルとして用いたトランジスタは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）として動作させることが可能である。

上述した例をはじめ、窒化物半導体から構成される積層構造を利用した光デバイスおよび電子デバイスを作製する場合、窒化物半導体の結晶（層）を基板の上に順次成長することにより所望とする積層構造を形成している。このように、窒化物半導体の層を成長させる基板として、通常用いられているものは、サファイア，ＳｉＣ，あるいはシリコンなどの、いわゆる異種材料基板である。これは、窒化物半導体の基板の作製技術が非常に難しく、容易に入手できないためである。

異種材料基板を用いた結晶成長では、基板と基板上に形成する窒化物半導体との間には、格子不整合が存在し、いわゆる「metamorphic」な成長となる。基板とこの上に成長する半導体層との間の格子不整合は、貫通転移やミスフィット転移、クラックを発生させ、成長した半導体層の結晶品質を劣化させる原因となる。こうした結晶品質の劣化を抑制するために、格子不整合とこれに起因した転移を核形成層とバッファ層とで吸収させることが一般的に行われている。

また、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶成長は、ＩｎＰやＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体の結晶成長に比較して成長温度が高いため、基板と窒化物半導体層との熱膨張係数の差に起因した転移やクラックなども発生しやすい。特に、基板としてシリコンを用いた場合に、熱膨張係数の差に起因した結晶品質の劣化が顕著である。こうした熱膨張係数の差に起因した転移などを吸収できるバッファ層として、均一組成あるいは組成傾斜ＡｌＧａＮ層を挿入する技術が提案されている（例えば非特許文献１〜３参照）。

例えば、シリコン基板の上に高温あるいは低温成長ＡｌＮ核形成層を形成した後、高Ａｌ組成から低Ａｌ組成へ連続的にあるいは段階的に変化させた組成傾斜ＡｌＧａＮ層を形成してＧａＮ層を形成する構造では、窒化物半導体よりなる各層の格子定数をＡｌＮからＧａＮへ連続的に変化させることで、ミスフィット転移の発生を抑制すると同時に、ＧａＮが歪みを内包した状態で結晶成長することによって、熱膨張係数の違いにより生じる引っ張り応力を相殺させている。

このようにして得られたＧａＮ層には、上述したように歪みを内包している。窒化物半導体では、ヘテロ接合界面に、層内の歪みに起因したピエゾ電界によって電荷が発生し、これによりデバイス特性が決定されている。例えば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系のＨＥＭＴにおいては、ＧａＮよりも格子定数の小さいＡｌＧａＮの層に引っ張り歪みが存在し、これによって誘起されたピエゾ電界により、ヘテロ接合界面に２次元電子ガスが発生する。

H.Ishikawa, et al.,"GaN on Si Substrate with AlGaN/AlN Intermediate Layer", Jpn. J. Appl. Phys., Vol.38, pp.L492-L494, 1999. H.Marchand, et al., "Metalorganic chemical vapor deposition of GaN on Si(111): Stress control and application to field-effect transistors", Journal of Applied Physics, Vol.89, No.12, pp.7846-7851, 2001. A.Able, et al., "Growth of crack-free GaN on Si(111) with graded AlGaN buffer layers", Journal of Crystal Growth, Vol.276, pp.415-418, 2005.

ここで、ＧａＮの層にも歪みが内包されていると、ピエゾ電界が増幅あるいは相殺されて、設計通りの２次元電池ガス濃度が得られないという問題がある。
また、ハイパワーデバイスなど、特に高耐圧動作が求められるデバイスを作製するためには、ＧａＮ層の厚さを増加させることが求められるが、上述した手法では、ＡｌＧａＮ挿入層の厚さや組成プロファイルの僅かな違いで応力バランスが崩れ、クラックやミスフィット転移が発生し、高品質窒化物半導体の結晶を再現性よく得ることが困難であった。

これらの問題について、より詳細に説明する。まず、挿入層と反りとの関係について説明する。図８は、均一組成のＡｌＧａＮ挿入層（Ａｌ組成０．２５）の層厚の変化と、この挿入層を含めた窒化物半導体結晶の層が形成されているシリコン基板の反りとの関係を示す特性図である。図８において、負の値の反りは、各層が形成されているシリコン基板が基板側（下側）に凸になっている状態を示している。この方向に反りが大きくなるとシリコン基板が平坦に戻ろうとするために、形成されている各半導体結晶層に引っ張り応力が加わり、クラックが発生する原因となる。

一方、正の値の反りは、半導体結晶層が形成されているシリコン基板の反りが、各層が形成されている側（上側）に凸になっている状態を示している。この方向においても、反りが大きくなるとシリコン基板が戻ろうとするために、形成されている半導体結晶層に圧縮応力が加わる。圧縮応力の場合はクラックは発生しにくいが、半導体結晶層柱に強い圧縮歪みを内包することになる。このように圧縮歪みが内包すると、例えば、２次元電子ガス濃度が大きく変化し、デバイス特性を変化させる原因となる。

また、いずれの方向への反りであっても、この反りの大きな基板は、よく知られているように、半導体装置の製造を行う各装置において基板搬送や基板の固定において問題を起こしやすい。製造装置の稼働中に基板の搬送や固定でエラーが発生すれば、単位時間あたりの処理量の低下を招き、また、製品歩留まりの低下を招くことになり、大きな問題となる。

上述したような特定上の問題がなく高品質で、かつ製造上の問題を起こさない状態とするためには、反りの状態を図８において斜線で示した領域に制御することが重要となる。ここで、前述したように、ＡｌＧａＮなどの３元系の混晶材料による挿入層を用いることで、反りの状態を適正な範囲にすることは可能ではあるが、この構造では、挿入層の層厚や組成が数％ずれただけで、適正な反りの範囲を外れてしまい、制御性が非常に悪いという問題がある。また、この上に形成するＧａＮの層を厚くするほど、適正な範囲がより狭くなり、制御性がより悪化してしまうという問題もある。

以上に説明したように、異種材料基板の上に窒化物半導体層を結晶成長させて素子を形成する場合、格子の不整合に起因する基板の反りが発生し、発生した反りの制御が容易ではないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、異種材料基板の上にそりを制御して窒化物半導体結晶の層が形成できるようにすることを目的とする。

本発明に係る窒化物半導体結晶薄膜は、基板の上に窒化物半導体からなる核形成層を介して形成された窒化物半導体からなる結晶の薄膜であって、薄膜はホウ素が添加されているようにしたものである。なお、薄膜の基板平面の法線方向の一部領域にホウ素が添加されているようにしてもよい。また、基板は、シリコンから構成されたものである。

本発明に係る半導体装置は、基板の上に窒化物半導体からなる核形成層を介して形成され、ホウ素が添加された窒化物半導体の結晶からなるホウ素添加層と、このホウ素添加層の上に形成された窒化物半導体からなる素子とを少なくとも備えるものである。なお、ホウ素添加層の基板平面の法線方向の一部領域にホウ素が添加されているようにしてもよい。

上記半導体装置において、素子は、ホウ素添加層の上に形成されたキャリア供給層と、このキャリア供給層の下のホウ素添加層の上に形成され、キャリア供給層より供給された電子によるチャネルが形成されるキャリア走行層と、キャリア供給層の上に形成されたゲート電極と、このゲート電極を挟むようにキャリア供給層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極とを少なくとも備えるものである。なお、基板は、シリコンから構成されたものである。

本発明に係る窒化物半導体結晶薄膜の作製方法は、基板の上に窒化物半導体からなる核形成層を介してホウ素が添加された窒化物半導体の層をエピタキシャル成長させる工程を少なくとも備えるものである。なお、基板は、シリコンから構成されたものである。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の上に窒化物半導体からなる核形成層を形成する工程と、ホウ素が添加された窒化物半導体をエピタキシャル成長させることで核形成層の上にホウ素添加層が形成された状態とする工程と、ホウ素添加層の上に窒化物半導体からなる素子が形成された状態とする工程とを少なくとも備えるものである。例えば、基板は、シリコンから構成されたものである。

以上説明したように、本発明によれば、ホウ素が添加された窒化物半導体の結晶からなるホウ素添加層を備えるようにしたので、異種材料基板の上にそりを制御して窒化物半導体結晶の層が形成できるようになるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における半導体装置の構成例を示す構成図である。この半導体装置は、シリコン基板１０１と、シリコン基板１０１の上にエピタキシャル成長されたＡｌＮ結晶からなる膜厚１００ｎｍの核形成層１０２と、核形成層１０２の上にエピタキシャル成長されたＡｌＧａＮからなる膜厚１００ｎｍの挿入層１０３と、挿入層１０３の上にエピタキシャル成長されたＧａＮからなるキャリア走行層１０４と、キャリア走行層１０４の上にエピタキシャル成長されたＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎからなる膜厚２５ｎｍのバリア層１０５とを備える。バリア層１０５は、キャリア走行層１０４に対してキャリアを供給するキャリア供給層として機能する。また、バリア層１０５の上には、例えばＮｉ／Ａｕからなるゲート電極１０６が形成され、ゲート電極１０６を挟むように、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるソース電極１０７およびドレイン電極１０８が形成されている。

ここで、本実施の形態では、ＡｌＧａＮからなる挿入層１０３にホウ素が添加されているようにしたところに特徴がある。このように、本実施の形態では、核形成層１０２で表面が覆われているシリコン基板１０１の上に、ホウ素が添加されている窒化物半導体からなる結晶の薄膜を備えているので、添加するホウ素の量により基板のそりが制御できるようになり、この上に形成する窒化物半導体よりなる素子の特性を向上させることができる。

上述した各層は、後述するように、エピタキシャル成長により形成すればよく、また、エピタキシャル成長によりホウ素が添加されている窒化物半導体結晶の薄膜（挿入層１０３）を形成した後に、公知の電極形成工程などにより上述した素子を形成すればよい。なお、上述では、素子がいわゆる高電子移動度トランジスタの場合について示したが、これに限るものではない。窒化物半導体を用いた他の形態の素子についても同様である。

次に、ホウ素が添加された窒化物半導体結晶の層を用いることによるそりの制御について説明する。

［実施例１］
はじめに、素子を形成するために用いるＧａＮ層の層厚を１０００ｎｍ程度とした場合について説明する。まず、図２に示すような試料基板１を形成する。この試料基板１の形成について説明すると、シリコンからなる支持基板２０１の表面に、公知のＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法を用いてＡｌＮをエピタキシャル成長させ、膜厚１５０ｎｍの核形成層２０２が形成された状態とする。例えば、Ａｌのソースガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｎのソースガスとしてアンモニア（ＮＨ₃）を用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。

次に、核形成層２０２の上にホウ素を添加したＡｌ_0.27Ｇａ_0.73Ｎをエピタキシャル成長させ、膜厚１００ｎｍの挿入層２０３が形成された状態とする。例えば、ＡｌのソースガスとしてＴＭＡを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、Ｇａのソースガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、加えて、ホウ素のソースガスとしてトリエチルボロン（ＴＥＢ）を用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。なお、ホウ素は、挿入層２０３に対して一様に添加する。

引き続いて、挿入層２０３の上にＧａＮをエピタキシャル成長させ、膜厚１０００ｎｍのＧａＮ層２０４が形成された状態とする。例えば、ＧａのソースガスとしてＴＭＧを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。

また、挿入層２０３に添加するホウ素の量を変化させ、各々ホウ素の添加量が異なる複数の試料基板１を作製する。

上述した各試料基板１の反りと添加したホウ素の量との関係を図３に示す。なお、反りは、例えば、レーザ干渉計などの測定器を用いてＧａＮ層２０４の表面の平坦性を計測することで得られた数値である。図３において、負の値の反りは、支持基板２０１がこの裏面の側に凸になっている状態を示し、正の値の反りは、支持基板２０１がこの表面側に凸になっている状態を示している。また、ホウ素を添加しない場合の反りは、約２０μｍであり、挿入層２０３を用いない場合の反りは、約−８０μｍである。

図３に示すように、ホウ素の濃度が１０¹⁷ｃｍ^-3台半ばを過ぎて高くなると、試料基板１の反りは下に凸の状態に変化し始める。さらに、添加するホウ素の濃度が増加すると、試料基板１の反りは下へ大きく凸の状態となっていき、添加するホウ素の濃度が８×１０¹⁹ｃｍ^-3を超えると、挿入層を用いない状態の反りと同じ状態になる。この状態は、歪みが完全に緩和した状態である。

以上に示したように、挿入層に添加するホウ素の量により、基板のそりが制御できることがわかる。高品質でかつ製造上の問題が発生しない反りの範囲は、＋４０〜−２０であるが、上述したように、ＧａＮ層２０４の膜厚が１０００ｎｍ程度の場合は、挿入層に１×１０¹⁹ｃｍ^-3未満のホウ素を添加すればよいことがわかる。

［実施例２］
次に、素子を形成するために用いるＧａＮ層の層厚を２０００ｎｍ程度とした場合について説明する。まず、図４に示すような試料基板２を形成する。この試料基板２の形成について説明すると、シリコンからなる支持基板４０１の表面に、公知のＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法を用いてＡｌＮをエピタキシャル成長させ、膜厚１５０ｎｍの核形成層４０２が形成された状態とする。例えば、ＡｌのソースガスとしてＴＭＡを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。

次に、核形成層４０２の上にホウ素を添加したＡｌ_0.27Ｇａ_0.73Ｎをエピタキシャル成長させ、膜厚１００ｎｍの挿入層４０３が形成された状態とする。例えば、ＡｌのソースガスとしてＴＭＡを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、ＧａのソースガスとしてＴＭＧを用い、加えて、ホウ素のソースガスとしてＴＥＢを用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。なお、ホウ素は、挿入層４０３に対して一様に添加する。

引き続いて、挿入層４０３の上にＧａＮをエピタキシャル成長させ、膜厚２０００ｎｍのＧａＮ層４０４が形成された状態とする。例えば、ＧａのソースガスとしてＴＭＧを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。

また、挿入層４０３に添加するホウ素の量を変化させ、各々ホウ素の添加量が異なる複数の試料基板２を作製する。

上述した各試料基板２の反りと添加したホウ素の量との関係を図５に示す。図５においても、負の値の反りは、支持基板４０１がこの裏面の側に凸になっている状態を示し、正の値の反りは、支持基板４０１がこの表面側に凸になっている状態を示している。また、ホウ素を添加しない場合の反りは、約６０μｍであり、高品質でかつ製造上の問題が発生しない反りの範囲（＋４０〜−２０）を超えている。

図５に示すように、ホウ素の濃度が１０¹⁷ｃｍ^-3台半ばを過ぎて高くなると、実施例１と同様に、試料基板２の反りは下に凸の状態に変化し始め、添加するホウ素の濃度が増加すると、試料基板２の反りは下へ大きく凸の状態となっていき、添加するホウ素の濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3を超えると、反りが＋４０μｍを下回る。さらに、添加するホウ素の濃度が８×１０¹⁹ｃｍ^-3を超えると、挿入層を用いない状態の反りと同じ状態になる。この状態は、歪みが完全に緩和した状態である。

以上に示したように、ＧａＮ層の厚さを２０００ｎｍと厚くしても、挿入層に添加するホウ素の量により、基板のそりが制御できることがわかる。高品質でかつ製造上の問題が発生しない反りの範囲は、＋４０〜−２０であるが、上述したように、ＧａＮ層４０４の膜厚が２０００ｎｍ程度の場合は、挿入層に１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3未満のホウ素を添加すればよいことがわかる。このように、窒化物半導体結晶の薄膜の厚さにかかわらず、ホウ素の添加量で基板のそりが制御できる。

ところで、上述では、挿入層に対して一様にホウ素を添加するようにしたが、これに限るものではなく、挿入層において、基板平面の法線方向（厚み方向）の一部領域にホウ素が添加されている場合でも、上述同様の効果が得られる。この状態は、例えば、原子層程度の厚さのホウ素添加層が、挿入層（窒化物半導体結晶の薄膜）に設けられている状態である。いずれにおいても、平面方向においては、ホウ素が均一に分布していればよい。また、ＡｌＧａＮからなる挿入層を、いわゆる組成が傾斜した状態としてもよい。

［実施例３］
次に、素子を形成するために用いるＧａＮ層の層厚を２５００ｎｍ程度とし、また、挿入層以外にホウ素を添加した場合について説明する。まず、図６に示すような試料基板３を形成する。この試料基板３の形成について説明すると、シリコンからなる支持基板６０１の表面に、公知のＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法を用いてＡｌＮをエピタキシャル成長させ、膜厚１５０ｎｍの核形成層６０２が形成された状態とする。例えば、ＡｌのソースガスとしてＴＭＡを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。

次に、核形成層６０２の上にＡｌ_0.27Ｇａ_0.73Ｎをエピタキシャル成長させ、膜厚１００ｎｍの挿入層６０３が形成された状態とする。例えば、ＡｌのソースガスとしてＴＭＡを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、Ｇａのソースガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。引き続いて、挿入層６０３の上にＧａＮをエピタキシャル成長させ、膜厚５００ｎｍの下部ＧａＮ層６０４が形成された状態とする。例えば、ＧａのソースガスとしてＴＭＧを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。

続いて、下部ＧａＮ層６０４の上に、膜厚５０ｎｍのホウ素添加ＧａＮ層６０５が形成された状態とする。例えば、ＡｌのソースガスとしてＴＭＡを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、ＧａのソースガスとしてＴＭＧを用い、加えて、ホウ素のソースガスとしてＴＥＢを用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。なお、ホウ素は、ホウ素添加ＧａＮ層６０５に対して一様に添加する。引き続いて、ホウ素添加ＧａＮ層６０５の上にＧａＮをエピタキシャル成長させ、膜厚２５００ｎｍのＧａＮ層６０６が形成された状態とする。例えば、ＧａのソースガスとしてＴＭＧを用い、ＮのソースガスとしてＮＨ₃を用い、成長温度は１０００℃程度とすればよい。

また、ホウ素添加ＧａＮ層６０５に添加するホウ素の量を変化させ、各々ホウ素の添加量が異なる複数の試料基板３を作製する。

上述した各試料基板３の反りと添加したホウ素の量との関係を図７に示す。図７においても、負の値の反りは、支持基板６０１がこの裏面の側に凸になっている状態を示し、正の値の反りは、支持基板６０１がこの表面側に凸になっている状態を示している。また、ホウ素を添加しない場合の反りは、１００μｍを超える大きな値を示し、高品質でかつ製造上の問題が発生しない反りの範囲（＋４０〜−２０）を超えている。

図７に示すように、ホウ素の濃度が１０¹⁷ｃｍ^-3台半ばを過ぎて高くなると、実施例１，２と同様に、試料基板３の反りは下に凸の状態に変化し始め、添加するホウ素の濃度が増加すると、試料基板３の反りは下へ大きく凸の状態となっていき、添加するホウ素の濃度が３×１０¹⁸ｃｍ^-3を超えると、反りが＋４０μｍを下回る。さらに、添加するホウ素の濃度が８×１０¹⁹ｃｍ^-3を超えると、そりは−２０μｍ程度で飽和する。

以上に示したように、ＧａＮの層にホウ素を添加しても、この添加量により基板のそりが制御できることがわかる。高品質でかつ製造上の問題が発生しない反りの範囲は、＋４０〜−２０であるが、上述したように、ＧａＮ層の層厚が２５００ｎｍを超える（合計３０５０ｎｍ）場合は、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上のホウ素を添加すればよいことがわかる。このように、素子を形成する層の下であれば、いずれの層であっても、ホウ素の添加量で基板のそりが制御できる。これらの反りの制御においては、対象とする各層の構成および層厚に対し、上述したような試料基板を作製した上で、適宜最適なホウ素添加量を設定すればよい。なお、現状の結晶成長法では、ホウ素の添加量の上限は３×１０²⁰ｃｍ^-3程度である。

ところで、上述では、例えば、１つのホウ素添加ＧａＮ層を用いるようにしたが、これに限るものではなく、複数のホウ素添加ＧａＮ層を用いるようにしてもよいことは、言うまでもない。

また、上述した各層の組成比以外の組成の窒化物半導体結晶の層の構造であっても、添加するホウ素の濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3を超えていれば、適宜最適な濃度を設定することで同様の効果が得られることが確認されている。このホウ素の添加による上述したそり制御の効果は、ホウ素が添加された層が、ホウ素を添加していない状態に比較して格子定数が小さくなり、発生している歪みをある程度緩和させることに起因するものと考えられる。この格子定数の変化は、ホウ素の添加量に依存しているため、結果として、ホウ素の添加量により基板の反りが制御可能になるものと考えられる。

なお、上述では、シリコン基板の上に窒化物半導体結晶層を形成するために、歪みを発生させる層としてＡｌＧａＮからなる挿入層を用いるようにしたが、これに限るものではなく、ＩｎＡｌＮからなる挿入層であってもよい。シリコン基板を用いるようにしたが、これに限るものではなく、サファイア基板およびＳｉＣ基板の場合であっても同様である。なお、これらの基板の場合、歪みを発生させるための挿入層を用いる必要はない。また、例えばサファイア基板の場合は、核形成層がＧａＮおよびＡｌＧａＮから構成されていてもよい。また、ＳｉＣ基板の場合は、核形成層がＡｌＧａＮから構成されていてもよい。

また、上述では、ホウ素の添加にトリエチルボロンを用いるようにしたが、他のアルキルボロンを用いても同様である。また、エピタキシャル成長の方法としては、ＭＯＶＰＥ法に限らず、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy），ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）など、他の方法であってもよい。

本発明の実施の形態における半導体装置の構成例の断面を示す構成図である。 反りと添加したホウ素の量との関係を調べるために作製した試料基板１の構成を示す断面図である。 試料基板１における反りと添加したホウ素の量との関係を示す特性図である。 反りと添加したホウ素の量との関係を調べるために作製した試料基板２の構成を示す断面図である。 試料基板２における反りと添加したホウ素の量との関係を示す特性図である。 反りと添加したホウ素の量との関係を調べるために作製した試料基板３の構成を示す断面図である。 試料基板３における反りと添加したホウ素の量との関係を示す特性図である。 均一組成のＡｌＧａＮ挿入層（Ａｌ組成０．２５）の層厚の変化と、この挿入層を含めた窒化物半導体結晶の層が形成されているシリコン基板の反りとの関係を示す特性図である

符号の説明

１０１…シリコン基板、１０２…核形成層、１０３…挿入層、１０４…キャリア走行層、１０５…バリア層、１０６…ゲート電極、１０７…ソース電極、１０８…ドレイン電極。

Claims (11)

1. 基板の上に窒化物半導体からなる核形成層を介して形成された窒化物半導体からなる結晶の薄膜であって、
   前記薄膜はホウ素が添加されていることを特徴とする窒化物半導体結晶薄膜。
2. 請求項１記載の窒化物半導体結晶薄膜において、
   前記薄膜の前記基板平面の法線方向の一部領域にホウ素が添加されている
   ことを特徴とする窒化物半導体結晶薄膜。
3. 請求項１または２記載の窒化物半導体結晶薄膜において、
   前記基板は、シリコンから構成されたものであることを特徴とする窒化物半導体結晶薄膜。
4. 基板の上に窒化物半導体からなる核形成層を介して形成され、ホウ素が添加された窒化物半導体の結晶からなるホウ素添加層と、
   このホウ素添加層の上に形成された窒化物半導体からなる素子と
   を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４記載の半導体装置において、
   前記ホウ素添加層の前記基板平面の法線方向の一部領域にホウ素が添加されている
   ことを特徴とする半導体装置。
6. 請求項４または５記載の半導体装置において、
   前記素子は、
   前記ホウ素添加層の上に形成されたキャリア供給層と、
   このキャリア供給層の下の前記ホウ素添加層の上に形成され、前記キャリア供給層より供給された電子によるチャネルが形成されるキャリア走行層と、
   前記キャリア供給層の上に形成されたゲート電極と、
   このゲート電極を挟むように前記キャリア供給層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極と
   を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記基板は、シリコンから構成されたものであることを特徴とする半導体装置。
8. 基板の上に窒化物半導体からなる核形成層を介してホウ素が添加された窒化物半導体の層をエピタキシャル成長させる工程を少なくとも備えることを特徴とする窒化物半導体結晶薄膜の作製方法。
9. 請求項８記載の窒化物半導体結晶薄膜の作製方法において、
   前記基板は、シリコンから構成されたものであることを特徴とする窒化物半導体結晶薄膜の作製方法。
10. 基板の上に窒化物半導体からなる核形成層を形成する工程と、
    ホウ素が添加された窒化物半導体をエピタキシャル成長させることで前記核形成層の上にホウ素添加層が形成された状態とする工程と、
    前記ホウ素添加層の上に窒化物半導体からなる素子が形成された状態とする工程と
    を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
    前記基板は、シリコンから構成されたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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