TW200414313A - Semiconductor device and the manufacturing method thereof - Google Patents

Description

200414313 Π) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於mesfet(金屬半導體體場效應電晶體 或HEMT (高電子移動度電晶體）等之半導體裝置及其製 造方法 ° 【先前技術】 使用氮化鎵系化合物半導體之金屬半導體場效應電晶 體’即 MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)或高電子移動度電晶體，即 HEMT(High Electron Mobility Transistor)等之半導體裝置，是爲所周 知。 在習知之典型的使用氮化鎵系化合物半導體之半導體 裝置中，是在由藍寶石所形成的絕緣性基板上介由以500 〜600 °C程度之比較低溫的基板溫度所形成的 GaN或者 A1N而形成的低溫緩衝層（以下，單單稱爲低溫緩衝 層），而形成化合物半導體。 即在形成Μ E S F E T時，是在由藍寶石形成的絕緣性基 板上介由由GaN或者Α1Ν形成的低溫緩衝層，而形成由 摻雜Si(矽）之η型GaN層形成的動作層，即通道層，在 動作層的表面形成源極、汲極以及閘極。 另外，在形成HEMT時，是在由藍寶石形成的絕緣性 基板上介由由GaN或者A1N形成的低溫緩衝層，而形成 由非摻雜之GaN形成的電子移動層，即通道層，和由^ -5- (2) (2)200414313 型A1 G aN形成之電子供給層，在電子供給層的表面形成 源極、汲極以及閘極。 可是，由藍寶石所形成的絕緣性基板由於硬度高，難 於生產性良好地進行其之切割等。另外，藍寶石價格高， 半導體裝置的成本變高。 而且，藍寶石基板的熱傳導率小至 0.1 26W/cm · K 故，無法將裝置動作中所產生的熱充分散出，導致裝置的 耐壓或增益等諸特性降低。 另外，一般的HEMT具有由GaN層和AlGaN層所形 成的異質接合構造。在此異質接合構造中，由於GaN層 和AlGaN層間的晶格不匹配，而在AlGaN層內存有拉伸 變形。因此，在GaN層和AlGaN層之界面產生基於壓電 極化’即壓電效果之電氣極化，基於此壓電極化和自發極 化，在 GaN層和 AlGaN層間的異質接合界面產生數 MW/cm之電場。由於此電場而在通道層中形成l〇l3cm-2 級之2維電子氣體，即2DEG，通道層之片電阻降低。藉 此’可使汲極電流增加。藉由此2維電子氣體的形成所致 之通道層的片電阻降低，是具有GaN層和AlGaN層之異 質接合構造的HEMT之優點。

但是’藍寶石基板比起氮化物半導體，其熱膨脹係數 大’由於熱不匹配，在磊晶層會產生壓縮變形。此壓縮變 形是作用於去除起因於GaN層和AlGaN層間的晶格不匹 配所致之AlGaN中的拉伸變形故，使得壓電極化減少。 因此，通道層之2維電子氣體的電子濃度降低，具有GaN (3) (3)200414313 層和AlGaN層之異質接合構造之HEM丁的優點無法充分 發揮。 爲了解決上述之問題點，在日本專利之特開 2743 7 6號公報（以下，稱爲專利文獻㈠以及日=專利特 願2 00 1 -24 8 73 5號公報（以下，稱爲專利文獻中揭示 了使用轉㈣代替藍寶石鞋。別，在上述專利文獻 2中揭示了：爲了在矽基板上介由緩衝層而形成具有良好 結晶性之氮化物半導體區域，以一種積層體來構成緩衝 層’該積層體係以·由化學式AlxMyGai.XeyN所示之材 料形成的第1層，此處，上述Μ是由In(銦）和B (硼）所選 擇之至少1種元素， 上述X以及y係滿足 0<χ $ 1、 0 ^ y < 1 x + y ^ 1 之數値，和化學式AlaMbGa^.bN所示材料形成之第 2層構成，此處，上述Μ是由In(銦）和B(硼）所選擇之至 少1種元素， ‘上述a以及b係滿足 0 S a < 1、 0 ^ b ^ 1 a + b g 1 a<x 之數値。 依據上述專利文獻2之技術，如介由第1及第2層之 積層構造的緩衝層’而在矽基板上形成氮化物半導體區 (4) (4)200414313 域，則A1元素之混合比相對高的第1層之晶格常數具有 矽晶格常數和氮化物半導體晶格常數之間的値故，可獲得 良好地繼承矽基板的結晶方位之緩衝層。另外，可將良好 地繼承此緩衝層之結晶方位的氮化物半導體區域形成在緩 衝層的上面。 但是，在第1層之例如A1N或者AlGaN層和第2層 之例如 GaN層交互積層的緩衝層之 A1N或者 AlGaN與 GaN層的異質接面界面產生2維電子氣體層。此2維電子 氣體層是比較低電阻之層。其結果爲，在具有由第1及第 2層形成的緩衝層之HEMT中，在通過本來成爲汲極電流 通路之通道層的電流通路外，也形成介由緩衝層之電流通 路。通過此緩衝層之電流通路，在關閉控制HEMT之閘極 時，成爲源極和汲極間的洩漏電流通路，導致洩漏電流增 加。洩漏電流在半導體裝置中是屬不需要的。另外，通常 半導體裝置的耐壓係以洩漏電流的大小所決定。因此，洩 漏電流大的半導體裝置被視爲耐壓低的半導體裝置。假 如，由非摻雜GaN層形成的電子輸送層的結晶缺陷少， 則洩漏電流降低。但是，現在並無減少電子輸送層的結晶 缺陷之具體方案。另外，爲了減少洩漏電流，可考慮：厚 厚形成電子輸送層，或似η ( 1 i k e )狀態，即盡管沒有添 加（摻雜）不純物，在具有與η型同樣導電型之GaN層 所形成的電子輸送層添加p型不純物，以使電子輸送層高 電阻化之方法。但是，如採用這些方法，由於作用在氮化 鎵系化合物半導體的變形，氮化鎵系化合物半導體會產生 (5) (5)200414313 龜裂，半導體裝置的特性劣化。 上述洩漏電流的問題，也存在於HEMT以外的半導體 裝置中。 【發明內容】 因此，本發明的目的在於提供：可以解決上述問題點 之半導體裝置及其製造方法。 達成上述目的用之本發明的半導體裝置，是具備：由 矽或矽化合物形成的基板；及配置在上述基板之一主面上 的緩衝層；及爲了形成半導體元件，包含配置在上述緩衝 層上之至少一個氮化物半導體層之主半導體區域。上述緩 衝層係具備：由以第〗比例含A1(鋁）之氮化物半導體所形 成的第1層；及由不含A1之氮化物半導體或者以比上述 第1比例小之第2比例含A1之氮化物半導體所形成的第 2層；及由配置在上述第1層和上述第2層之間，且可抑 制2維電子氣體產生之材料所形成的第3層。另外，在本 發明中，半導體裝置不單指完成的半導體元件，也指不具 有電極之半導體元件或者半導體晶圓等。 上述緩衝層之上述第1層，期望以化學式 AlxMyGanyN所示材料形成，其中，上述A1係鋁， 上述Μ是由In(銦）和B(硼）所選擇之至少1種元素， 上述G a係鎵， 上述N係氮， 上述X以及y係滿足 0 < X $ 1、 -9- (6) (6)200414313 0 ^ y<l x + y ^ 1 之數値。上述第1層之晶格常數具有矽和G a N之間 的値故，可以良好地繼承基板的結晶方位。其結果爲’在 緩衝層的一主面可使結晶方位一致而良好地形成半導體元 件形成用主半導體區域。因此，主半導體區域的平坦性變 好，半導體裝置的電氣特性也變好。假如’在由矽形成之 基板的一主面只藉由 GaN半導體而以低溫形成緩衝層 時，矽和G aN其晶格常數差大之故，無法在此緩衝層的 上面形成平坦性優異的主半導體區域。 另外，上述緩衝層的上述第 2層期望以化學式 AlaMbGal_a-bN所示材料形成，其中，上述A1係銘， 上述Μ是由In(銦）和B (硼）所選擇之至少1種元素， 上述Ga係鎵， 上述N係氮， 上述a以及b係滿足 OS a<l、 0 ^ b ^ 1 a + bg 1 之數値。 另外，上述第3層期望具有0.5〜50nm之厚度。第3 層之厚度如被限定在0.5〜50nm之範圍，則由於作用在半 導體元件形成用主半導體區域之變形所引起的龜裂發生會 降低，半導體裝置之電氣特性會變得良好。 •10- (7) 200414313 另外，可將上述第1層設爲AlxGa^N、上 設爲 AlaGai.aN。 另外，可將上述第1層設爲AlxInyGai_x-y， 2層設爲AUIiuGaub，使上述第1及第2層之 一方包含In(銦）。如使構成緩衝層之第1層和第 至少其中一層包含有銦，則基板和緩衝層間之應 果可更好。即構成第1以及第2層之至少其中一 銦系化合物半導體，例如InN、InGaN、AlInN、 等與不含In爲構成元素之其他的氮化物半導 GaN、A1N等比較，熱膨脹係數與由矽或由矽化 成的基板更近似。因此，藉由使構成緩衝層之第 2層中至少其中一層包含銦，可良好地防止起因 緩衝層間之熱膨脹係數差所致的緩衝層之變形。 另外，可將上述第1層設爲 AUByGamN 第2層爲AUBbGanbN，使上述第1以及第2 其中一方包含B (硼）。在第1層和第2層內之至 層包含有B (硼）之緩衝層，具有比起緩衝層更接 矽化合物所形成基板之熱膨脹係數之熱膨脹係數 如依據包含B(硼）之緩衝層，可良好地防止起因 矽化合物所形成基板和緩衝層間之熱膨脹係數差 衝層的變形。 另外，期望上述第1層之晶格常數小於第2 常數。 另外，期望上述第3層係由與第2層相同的 述第2層 將上述第 至少其中 2層內之 力緩和效 方的氮化 A 11n G aN 體，例如 合物所形 1層和第 於基板和 ，設上述 層之至少 少其中一 近由矽或 。因此， 於由矽或 所致之緩 層之晶格 半導體材 -11 - (8) (8)200414313 料形成，包含P型不純物以當作導電型決定不純物。包含 p型不純物之第3層是代替第2層以與第1層接觸。因 此，第3層成爲2維電子氣體之發生處所。但是，包含在 第3層之p型不純物可補償發生在第3層之電子。其結果 爲，第3層之載子濃度，即電子濃度降低。另外，假如， 如以在與第1層相同的半導體材料添加p型不純物者形成 第3層時，則無法獲得2維電子氣體發生的抑制效果。 另外，期望上述第 3層爲 0.5〜5nm，更好爲0.5〜 2nm之厚度的絕緣層。 另外，上述絕緣層可設爲由：SiN(氮化矽）、Si02(氧 化矽）、Al2〇3(氧化鋁）、Ti203 (氧化鈦）、Zr02(氧化鉻）以 及Ta20 5(氧化鉅）所選擇之至少1種。這些絕緣層可緩和 第2層之變形，抑制2維電子氣體的發生。 另外，期望上述緩衝層係分別具有多數之上述第1及 第2層，具有至少1個上述第3層，多數的上述第1及第 2層係相互積層，在多數的上述第1及第2層相互間中的 至少1個配置上述第3層。如此，交互積層多數的第1層 和多數的第2層以構成緩衝層時，則多數薄的第1層可被 分散配置。其結果爲，緩衝層全體可獲得良好之緩衝功 能，形成在緩衝層上之主半導體區域的結晶性變良好。 另外，可以上述第3層被配置在上述第2層和其上之 上述第1層之間，而不配置於上述第2層和其下之上述第 1層之間而構成上述緩衝層。 另外，期望上述緩衝層之上述第1層厚度爲 •12- (9) (9)200414313 0.5nm〜50nm以及上述第2層厚度爲〇.5nm〜200nm。如此 構成緩衝層，則緩衝層的緩衝功能提升，可使主半導體區 域的平坦性變好。 另外，期望上述基板之配置有上述緩衝層側的主面以 鏡面指數所示結晶的面方位，爲（1 1 1 )正面或者由（1 1 1 ) 面在-4度至+ 4度範圍傾斜之面。如此構成基板時，可在 基板上良好地形成緩衝層以及半導體區域。即藉由使基板 的主面之面方位成爲（111)正面或者由（111)正面之偏 離角度小的面，可使緩衝層以及半導體區域的結晶表面之 原子間距，即原子等級之間距不見或者變少。假如，在 (1 1 1 )正面之偏離角度大的主面上形成緩衝層以及主半 導體區域，則以原子等級之大小來看，會在彼等產生比較 大的間距。於磊晶成長層比較厚的情形下，少許的間距雖 不會變成大問題，但是，在具有薄的半導體裝置時，則會 有導致特性降低之虞。相對於此，如使基板的主面成爲 (1 1 1 )正面或者偏離角度小的面，則間距變小，可良好 地形成緩衝層以及主半導體區域。 另外，期望上述主半導體區域的上述氮化物半導體層 爲由：GaN(氮化鎵）層' AlInN(氮化銦鋁）層、AlGaN(氮化 鎵鋁）層、InGaN(氮化鎵銦）層、以及AlInGaN(氮化鎵銦鋁） 層所選擇之層。 另外，期望在上述主半導體區域上設置第1主電極和 第2主電極和控制電極。 另外，期望上述主半導體區域係形成：高電子移動度 -13- (10) 200414313 電晶體（ΗΕΜΤ )、以及金屬半導體場效應電晶體 (ME SFET )等之場效應電晶體用的區域。在此情形下， 上述第1主電極係源極，上述第2主電極係汲極，上述控 制電極係閘極。 另外，期望具有氮化物半導體層之半導體裝置之製造 方法係具有：準備由矽或者矽化合物所形成的基板之工 程；

及在上述基板上，藉由氣相沈積法形成含：由以第1 比例含 A1(鋁）之氮化物半導體形成的第1層，及由不含 A1之氮化物半導體或者以比上述第1比例小的第2比例 含A1之氮化物半導體形成的第2層，及由配置在上述第 1層和上述第2層之間，且可抑制2維電子氣體發生之材 料形成的第3層之緩衝層的工程；

及在上述緩衝層上，藉由氣相沈積法形成至少含1個 氮化物半導體層之主半導體區域之工程。藉此方法，可便 宜且容易地形成特性良好之半導體裝置。 依據本發明之緩衝層係在第1層和第2層間具有抑制 2維電子氣體發生之第3層故，與直接和第1以及第2層 接觸之習知的相比，2維電子氣體的發生量變少或者變 零，緩衝層之低電阻化得以被防止。其結果爲，介由緩衝 層而流動之洩漏電流降低或變零，可謀求半導體裝置之高 耐壓化。 【實施方式】 -14- (11) (11)200414313 第1實施形態 接著，參考第1〜第3圖說明使用關於本發明之第1 實施形態的氮化鎵系化合物半導體之Η Ε Μ T，即高電子移 動度電晶體。 第1圖所示之本發明的第1實施形態之HE ΜΤ係由： 由矽形成之基材，即基板1，和緩衝層2，和形成Η Ε Μ T 之主要部的主半導體區域3，和作爲第1電極之源極4, 和作爲第2電極之汲極5，和作爲控制電極之閘極6，和 絕緣膜7所形成。 基板1係由含Β(硼）等3族元素以作爲導電型決定不 純物之Ρ型矽單結晶形成。此基板1之配置緩衝層2側的 主面1 a係在以鏡面指數所示之結晶的面方位中的（Π 1 ) 正面。爲了降低通過基板1之洩漏電流，此基板1之不純 物濃度系比較低之値，例如，lXl〇12cm·3〜lX1014cm·3程 度，此基板1之電阻率爲比較高的値’例如’ 10 0 Ω · cm〜1 0000 Ω · cm程度。基板1具有比較厚的約500 # m 之厚度，作用爲半導體區域3以及緩衝層2的支撐體。 覆蓋基板1的一主面全體而配置的緩衝層2係也稱爲 緩衝區域之層，由多數的第1層8和多數的第2層9和這 些相互間的第3層1 0所積層之複合層形成。第1圖中’ 爲了圖示方便，雖只顯示緩衝層2的一部份’但是’實際 上，緩衝層2係具有20個第1層8和20個第2層9和 39個第3層10。另外，第1以及第2層8、9之數目可決 定爲合適之2〜200個，更好爲20〜80個之範圍。 -15- (12) (12)200414313 第1層8係以化學式 AIxMyGah-yN所示之材料形 成，此處，上述Μ是由In(銦）和B(硼）所選擇之至少1種 元素， 上述X以及y係滿足 0<X S 1、 0 ^ y<l χ + y ^ 1 之數値。即第1層8係含A1 (鋁）之氮化物，例如，以 由：A1N(氮化鋁）、AlInN(氮化銦鋁）、AlGaN(氮化鎵 鋁）、AlInGaN(氮化鎵銦鋁）、A1BN(氮化硼鋁）、 AIBGaN(氮化鎵硼鋁）以及 AlBInGaN(氮化鎵銦硼鋁）所選 擇之材料形成。 第1層8之晶格常數以及熱膨脹係數比起第2層9更 接近矽基板1。另外，期望第1層8之晶格常數小於第2 層9之晶格常數。 緩衝層2中的第1層8的合適厚度爲0.5nm〜50nm， 即5〜5 00A。在第1層8的厚度未滿0.5nm時，則無法良 好保持形成在緩衝層2上面之主半導體區域3的平坦性。 第1層8的厚度如超過5〇nm，則由於起因於第1層8和 第2層9之晶格不匹配差，以及第1層8和基板1之熱膨 脹係數差所發生於第1層8內之拉伸變形，在第1層8內 會有發生龜裂之虞。 第1層8更好以也受上述化學式所限定的化學式 AlxGabXN所以材料形成，此處，x爲滿足0<x$ i之任意 的數値。在第1圖以及第2圖的實施形態中，相當於上述 -16- (13) (13)200414313 式子之x被設爲1之材料的A IN (氮化鋁）被使用爲第1層 8 〇 第 2層 9係以薄摻雜導電型決定不純物之化學式 AlaMbGai.a-bN所不材料形成，此處，上述Μ是由In(銦） 和B (硼）所選擇之至少1種元素， 上述a以及b係滿足 0 $ a < 1、 0 ^ b ^ 1 a + b^ 1 之數値。即第 2層 9係由例如：GaN(氮化鎵）、 AlInN(氮化銦鋁）、AlGaN(氮化鎵鋁）、AlInGaN(氮化鎵銦 鋁）、A1BN(氮化硼）、AIBGaN(氮化鎵硼鋁）以及 AlBInGaN(氮化鎵銦硼鋁）所選擇材料形成。 第 2層 9更好以 GaN(氮化鎵），或者可以化學式 AlaGai_aN所示材料形成，此處，a爲滿足0$a<l a<x 之任意的數値。 在使用 AUGa^N最爲第2層9時，爲了防止由於 A1 (鋁）的增加有發生龜裂之虞，期望顯示A1之比例的値a 爲滿足〇<a<0.8之値，即比0大且小於0.8之値。另外， 期望第2層9的A1比例比第1層8的A1比例小。另外， 此第1實施形態之第2層9係由相當於上述化學式之a=〇 的GaN形成。 第2層9的合適厚度爲0.5nm〜200nm，即5〜200A。 -17- (14) (14)200414313 在第2層9的厚度未滿0.5 nm時，難於使第1層8以及成 長於緩衝層2上之主半導體區域3平坦地成長。另外’第 2層9的厚度如超過200nm，則藉由第2層9和第1層8 之組合所得之應力緩和效果受損，有發生龜裂之虞。 更好爲，使第2層9的厚度大於第1層8的厚度。如 此一來，有利於：起因於第1層8和第2層9之晶格不匹 配差以及第1層8和基板1之熱膨脹係數差，而發生在第 1層8之變形大小可抑制在不使第2層9發生龜裂之程 度，以及可將電子輸送層11的電子濃度保持在高濃度。 第3層1 0係抑制2維電子氣體發生用的層，分別配 置在多數的第1以及第2層8、9之相互間。期望此第3 層1 0由：與第2層9相同的半導體材料，例如在GaN(氮 化鎵）添加P型不純物，例如Mg (鎂）者形成。另外，期 望第3層10具有由適當之範圍的〇.5〜50 nm所選擇的1 〜5 nm之厚度。假如，在沒有設置第3層10時，則在第 1層8和第2層9之異質接面界面形成2維電子氣體層， 緩衝層2的電阻降低，洩漏電流增加。柑對於此，含p型 不純物之第3層10係代替第2層9而與第1層8接觸。 因此，第3層10成爲發生2維電子氣體之處所。但是， 包含在第3層10之p型不純物可補償發生在第3層1〇之 電子。其結果，第3層10的載子濃度，即電子濃度降 低，緩衝層2的電阻變高。期望此第3層1〇的厚度小於 第1以及第2層8、9之厚度。 另外，第1圖中，於多數的第1以及第2層8、9的 -18- (15) (15)200414313 相互間全部配置有第3層1 0。但是，也可以代替此而只 在多數的第1以及第2層8、9之相互間中的一部份或者 1個配置。 形成HEMT之主要部用的主半導體區域3例如具有： 由不摻雜不純物之G aN形成的電子輸送層1 1，和例如由 不摻雜不純物之A 1 〇 . 2 G aG · 8N形成之間隔層1 2，和例如由 摻雜Si(矽）作爲n型不純物之n型AluGauN形成之電 子供給層1 3。主半導體區域3之各層1 1、1 2、1 3係由以 氮和鎵爲基礎之氮化物半導體。配置在緩衝層2上之電子 輸送層11是也可稱爲通道層之層，例如，具有50 Onm之 厚度。配置在電子輸送層1 1上之間隔層1 2例如具有7nm 之厚度，可抑制電子供給層1 3的η型不純物之矽擴散於 電子輸送層1 1。另外，也可做成省去此間隔層12之構 造。配置在間隔層1 2上之電子供給層1 3係將由施體無純 物（η型不純物）所發生的電子供應給電子輸送層1 ]之 層，例如，具有3 0 n m之厚度。 源極4以及汲極5係分別與電子供給層1 3歐姆接 觸，閘極6係與電子供給層13爲肖脫基（Schottky)接 觸。另外，源極4以及汲極5和電子供給層1 3之間可設 置η型不純物濃度高的接觸用半導體層。由Si〇2形成的 絕緣膜7係覆蓋主半導體區域3的表面。 電子供給層1 3以及間隔層1 2爲極爲薄的膜，在橫向 作用爲絕緣物，在縱向作用爲導電體。因此，在Η Ε Μ T之 導通動作時，電留在源極4、電子供給層丨3、間隔層 -19- (16) (16)200414313 1 2、電子輸送層1 1、間隔層1 2、電子供給層丨3、以及汲 極5之路徑流動。此電子的流動，即電流的流動係由施加 在閘極6之控制電壓所調整。 接著，說明設緩衝層2之第1層8爲A1N、第2層9 爲GaN、第3層10爲含p型不純物之GaN的HEMT的製 造方法。 首先，準備第3(A)圖所示之由導入了 p型不純物 之P型單晶矽半導體形成的基板1。形成緩衝層2側之矽 基板1的一主面1 a係在以鏡面指數所示的結晶之面方位 中爲（111)正面，即正確的（111)面。但是，第3圖 中，相對於以〇所示之（η 1 )正面，可使基板1之主面 1 a傾斜在-0〜+ 0之範圍內。-0〜+ 0之範圍爲-4°〜+ 4°，合適爲-3°〜+3°，更好爲-2°〜+2°。 藉由使矽基板1的主面1 a的結晶方位成爲（1 1 1 )正 面或者由（1 1 1 )正面之偏離角度小的面，可使緩衝層2 以及主半導體區域3在磊晶成長時的原子等級大小之間距 不見或者使間距變小。 接著，如第3 ( B )圖所示般，藉由磊晶成長法之一 種的周知之 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)，即有機金屬化學氣相沈積法在基板1的主面 la上重複積層：由A1N形成之第1層8和由p型GaN形 成之第3層10和由GaN形成之第2層9以形成緩衝層 2。即，將以HF系蝕刻劑做前處理之p型矽基板1配置 於M0CVD裝置的反應室內，首先，以11〇〇 X:以約1〇分 -20- (17) (17)200414313 鐘的熱退火，去除表面的氧化膜。接著，在反應室內供給 TMA(三甲基鋁）氣體和NH3(氨）氣體約3〇秒鐘，在基板1 的一主面形成由厚度約5nm的A1N層形成之第1層8。在 本實施例中，在將基板1的加熱溫度提高至1 1 0 0 t後， 設Τ Μ A氣體之流量，即A 1的供給量約1 8 μ m ο 1 / m i η，N Η 3 氣體之流量，即ΝΗ3之供給量約0.1 lmol/min。 接著，停止TMA氣體之供給後，供給TMG(三甲基 鎵）氣體和NH3 (氨）氣體和二茂鎂氣體，即Cp2Mg氣 體，作爲P型不純物，形成由含Mg之GaN形成的第3層 10在厚度3〜6nm之範圍。p型不純物並不限定爲Mg， 可由M g以外的2族元素，例如，Z η、S r、C a、B e、B a、 Cd、Ra等選擇。 接著，停止Cp2Mg氣體之供給，在反應室內供給 TMG(三甲基鎵）氣體和NH3(氨）氣體約3〇秒鐘，在第3層 10的上面形成由厚度約20nm之n型的GaN形成的第2 層9。在本實施形態中，設TMG氣體之流量，即Ga的供 給量約70μπιο1/πιίη，NH3氣體的流量，即NH3的供給量 約 0 · 1 1 m ο 1 / m i η 〇 接者’供給Cp2Mg氣體’再度形成第3層10。 接著，在第3層10上再度形成第1層8。 在本實施形態中，20次重複形成由A1N形成之第1 層8和由GaN形成之第2層9之各層，重複39次形成由 p型GaN形成之第3層。當然，可將第1、第2以及第3 層8、9、10改變爲任意之數目。 -21 - (18) (18)200414313 接著，藉由周知的Μ O C V D法在緩衝層2之上面形成 HEMT之主要部用的主半導體區域3。 即將於上面形成有緩衝層2之基板1配置在Μ 0 C V D 裝置的反應室內，在反應室內首先供給三甲基鎵氣體’即 TMG氣體以及ΝΗ3 (氨）氣體10分鐘，在緩衝層2的上 面形成由約5 0 0 nm厚度之非摻雜GaN，即不含導電型決 定不純物之 G aN形成之電子輸送層1 1。在本實施形態 中，設 TMG 氣體之流量，β卩 Ga 之供給量約 70μιηο1/πιίη，NH3氣體之流量，即 NH3 之供給量約 O.llmol/min 。 接著，對反應室內供給TMA氣體和TMG氣體和氨氣 體共3 2秒鐘，在電子輸送層1 1的上面形成由非摻雜，即 不含導電型決定不純物之A10.2Ga0.8N形成之間隔層12 共7nm厚。在本實施形態中，設TMA氣體的流量，即A1 之供給量爲 5.8 μ m ο 1 / m i η ， TMG 氣體之流量約 17μιηο1/ηιίη，NH3 氣體之流量約 O.llmol/min。 接著，中斷約1 5秒鐘結晶成長後，在反應室內供給 TMG氣體和TMG氣體和作爲氨氣體之SiH4(矽烷）氣體約 138秒鐘，在間隔層12的上面形成由Al〇.2Ga().8N形成之 電子供給層1 3厚度約30nm。在本實施例中，設此時的 TMG 氣體流量約 5·8μιηο1/ιηίη，TMG 氣體流量約 17μιηο1/πιίη，氨氣體流量約 O.llmol/min，SiH4氣體流量 約 21nmol/mino 在以上的工程中，可以獲得包含由矽基板1和緩衝層 -22- (19) (19)200414313 2和主半導體區域3形成的多數之半導體元件部份之板狀 半導體基體，即半導體晶圓。 之後，即由MOCVD裝置取出形成有主半導體區域3 以及緩衝層2之矽基板1，藉由周知的電漿CVD法，在 主半導體區域3的全面形成由矽氧化膜形成的絕緣膜7。 設絕緣膜7的厚度約2 5 0nm。 第1圖雖顯示1個之HEMT，但是，實際上，使用一 片半導體晶圓，即基板1同時製作多數的HEMT。因此， 藉由微影法，以使用氯（C12 )和氯系混合氣體之反應性 離子蝕刻，蝕刻主半導體區域3以及緩衝層2的元件分離 部份直到矽基板1爲止，進行HEMT的元件分離。如此做 元件分離，可不受其他元件的影響而良好地檢查各元件區 域的電氣特性等。 接著，使用微影法和氟系鈾刻劑，在絕緣膜7形成源 極和汲極形成用開口後，利用電子束蒸鍍等’依序積層形 成Ti(鈦）和A1 (鋁），舉離（lift off )蒸鍍層之不需要部份 後，在氮氣環境中，例如施以6 5 0 °C、1 〇分鐘的退火’形 成作用爲歐姆電極之源極4、汲極5。形成閘極時’也以 同樣步驟在絕緣膜7形成開口，藉由電子束蒸鍍’例如蒸 鍍Ni (鎳）以及An(金）、或者Pd、Ti以及An，舉離蒸鍍層 之不需要部份，形成具有作用爲肖特基阻障電極之閘極 6 〇 之後，藉由周知的切割工程’以元件分離部份切斷分 開磊晶晶圓，完成個別化之半導體裝置（HEMT晶片）。 -23- (20) (20)200414313 如依據本實施形態之HEMT，可以獲得以下效果。 (1 )在緩衝層2的第1層8和第2層9之間配置可 抑制2維電子氣體發生的第3層1 0故，與直接和第1以 及第2層8、9接觸之習知構造相比，2維電子氣體之發 生量變少，可以防止緩衝層2的低電阻化。其結果，介由 緩衝層2所流過之浅漏電流降低或變成零，可以獲得高耐 壓之HEMT。 (2)弟3層10的厚度被限定在〇.5〜50nm之範圍 故，作用於主半導體區域3之變形所導致的主半導體區域 3之龜裂發生降低，可以獲得良好之電氣特性。 (3 )包含由晶格常數具有矽和GaN間之値的A1N形 成的第】層8之緩衝層2可以良好地繼承矽基板1之結晶 方位。其結果，在緩衝層2的一主面，可使結晶方位一致 而良好地形成由GaN系半導體形成之主半導體區域3。因 此，主半導體區域3的平坦性變好，HEMT的電氣特性也 變好。假如，在由矽形成之基板1的一主面只藉由GaN 半導體而以低溫形成緩衝層時，矽和GaN其晶格常數差 大之故，在此緩衝層之上面無法形成平坦性優異之 GaN 系半導體區域。 (4)含由A1N形成之第1層8和由GaN形成之第2 層9的緩衝層2與習知的GaN或A1N之單一層所構成的 低溫緩衝層比較，可在高溫進行結晶成長。因此，可使成 爲氮氣源之氨良好地分解，緩衝層2不會成爲非晶質層。 因此’可使形成在緩衝層2上之磊晶成長層，即主半導體 -24- (21) (21)200414313 區域3的結晶缺陷之密度變得十分小’能夠抑制洩漏電 流。其結果，可以提供夾斷（pinch off )特性良好之 HEMT。 第2實施形態 接著，參考第 4圖說明依據第 2實施形態之 Μ E S F E T，即金屬半導體場效應電晶體。但是，第4圖 中，對於與第1圖實質上相同的部份’賦予相同符號’省 略其說明。 第4圖之MESFET係將第1圖之ΗΕΜΤ的主半導體 區域3變形爲由摻雜S i作爲η型不純物之G aN化合物半 導體層所形成的η型半導體區域3 a ’其他’與第1圖形 成爲相同。即在第4圖之MESFET中，矽基板1、緩衝層 2、源極4、汲極5、閘極6、絕緣膜7係與第1圖中以相 同符號所示者同樣地形成。作爲ME SFET之主半導體區域 的η型半導體區域3 a係也可稱爲通道層或者活性層者， 配置在緩衝層2上。源極4以及汲極5係與η型半導體區 域3 a歐姆接觸，閘極6係與η型半導體區域3 a做背特基 阻障接觸。 第4圖之MESFET由GaN形成的η型半導體區域3a 以外之製造方法係與第1實施形態相同。在形成由GaN 形成之η型半導體區域3 a時，於使用在緩衝層2之形成 時的反應室內供給TMG氣體和NH3氣體和SiH4 (矽烷） 氣體約5分鐘，在形成於基板1之一主面的緩衝層2上面 -25- (22) (22)200414313 形成厚度約25 Onm之η型半導體區域3a。在本實施形態 中，設TMG氣體之流量，即Ga供給量約70μηι〇1/ηιίη， ΝΗ3氣體之流量，即ΝΗ3供給量約0.1 lmol/min，SiH4氣 體之流量，即S i供給量爲2 1 n m ο 1 / m i η。 第4圖MESFE丁係具有在第1圖之ΗΕΜΤ效果說明 欄中敘述的（1 ) ( 2 ) ( 3 )同樣的效果。即可防止緩衝 層2的低電阻化、使η型半導體區域3 a的平坦性以及結 晶性變好、使ME SFET的特性變好。 第3實施形態 第5圖係顯示依據變形第1以及第2實施形態之緩衝 層2的第3實施形態之緩衝層2 a的一部份。第5圖之緩 衝層2a可使用在HEMT以及MESFET等之所有半導體元 件。此第5圖之緩衝層2a是由將多數的第1層8a和多數 的第2層9 a介由以和第1實施形態相同的2維電子氣體 控制用P型GaN形成的第3層1〇而交互積層者形成。 第1層8a係以不摻雜導電型不純物之化學式 AlxInyGamN所示之材料形成，此處x以及y係滿足 0<x $ 1、 0 ^ y<l x + y ^ 1 之任意的數値。即第1層8a係以由·· A IN (氮化鋁）、 AlGaN(氮化鎵鋁）、AlInN(氮化銦鋁）、以及AlGalnN(氮 化鎵銦鋁）所選擇的形成。在第5圖之實施形態中，相當 •26- (23) (23)200414313 於上述式子之 x 爲 0.5 ， y 爲 0.01 之材料的

Alo.sInonGao.^N係被使用於第1層8a。含鋁之第1層 8 a的晶格常數以及熱膨脹係數係具有矽基板1的晶格常 數以及熱膨脹係數和半導體區域3 a之晶格常數以及熱膨 脹係數之間的値。 第 2層 9a以不摻雜導電型決定不純物之化學式 AUIruGanbN所示材料形成，其中，a以及b係滿足 0 $ a < 1 、 之任意的數値。即第2層 9a係以由：GaN、A1N、 InN、InGaN、AlGaN、AlInN 以及 AlInGaN 所選擇的形 成。在第5圖之實施形態中，相當於上述式子之a爲 0.05 ’ b爲〇·35之材料的AlnsInmGaN被使用在第2層 9a。第2層9a的價電子帶和傳導帶之間的間隙，即能隙 比第1層8 a的能隙大。另外，代替在第1以及第2層 8a、9b含In，也可在第1以及第2層8a、9b中的至少其 中一方包含In。 接者’說明第1層8a爲AluIno.cnGaowN，第2層 9a爲AlusInmGauN，第3層"爲p型GaN之緩衝層 2 a的製造方法。 緩衝層2a係形成在與第i實施形態相同的基板1之 主面la上。此緩衝層2a係藉由周知的MOCVD法，即有 -27- (24) (24)200414313 機金屬化學氣相沈積法重複積層由A10.5In〇.〇iGa().49N形成 的第 1層 8a和由 p型 GaN形成的第 3層10和由 AI〇.〇5In〇.3 5Gac).6N形成之第2層9a而形成。即將單晶砂 基板1配置在Μ Ο C V D裝置的反應室內’首先，施以熱退 火，去除表面的氧化膜。噎著，在反應室內供給： ΤΜΑ(三甲基鋁）氣體、TMG(三甲基鎵）氣體、TMIn(三甲 基銦）氣體和ΝΗ3(氨）氣體約24秒鐘，在基板1的一主面 形成由厚度Τ1約5nm，即約50Α之AlojIno.wGao.oN所 形成的第1層8 a。在本實施形態中，在將基板1的加熱 溫度加到8 00°C以後，設TMA氣體之流量，即A1供給氯 約 12pmol/min，TMG 氣體之流量爲 12μηιο1/ηιίη，TMIn 氣體之流量爲47pmol/min，NH3氣體之流量，即NH3供 給量約 〇 . 2 3 m ο 1 / m i η。 接著，形成由抑制與第1實施形態相同的2維電子氣 體用之Ρ型GaN形成的第3層10。 接著，將基板1之加熱溫度降低至75 0 °C，之後，供 給TMA氣體、TMG氣體、TMIn氣體、以及NH3(氨）氣體 約83秒鐘，在第3層10的上面形成厚度T2爲3 Onm，即 300人之Al〇〇5In〇.35Ga〇_6N形成的第2層9a。另外，也可 以同時供給S i Η 4氣體，在第2層9 a導入S i作爲不純 物。在本實施形態中，設 TMA 氣體之流量爲 2·8μτηο1/η^η，TMG 氣體之流量爲 1 2 μπιοΐ/min，TMIn 氣 體之流量爲59μιηο1/ιηίη，NH3氣體之流量，即NH3供給 量約 〇.23mol/min° -28- 10。 (25) 200414313 接著，在第2層9a上再度形成第3層 在本實施形態中，將第1以及第2層 爲20層，第3層10設爲39層。當然，5 變第1、第2以及第3層8a、10、9a之婁 可以不將第3層1 0配置於第1以及第2層 的全部，而只配置在一部份之相互間。 第5圖之第3實施形態的緩衝層2 a係 之第1實施形態的緩衝層2相同的效果， 2a包含銦之故，比起不含銦之情形，具有 的熱膨脹係數近似矽基板1之效果。 第4實施形態 第6圖所示之第4實施形態的緩衝層 以及第4圖之緩衝層2者，由中間存在有白 施形態相同的2維電子氣體用之ρ型GaN 10之第1以及第2層8b、9b之交互積層體 第 1層 8b係以不摻雜導電型不） AlxByGai.x.yN 所示之材料形成，此處 〇 < X g 1、 0 ^ y<l χ + y ^ 1 之任意的數値。即第1層8b係以由： AlGaN(氮化鎵鋁）、A1BN(氮化硼鋁）、以及 鎵硼鋁）所選擇的形成。在第6圖之實施死 8 a、9 a分別設 ]*分別任意地改 之目。另外，也 8 a、9 a相互間 :具有與第1圖 另外，緩衝層 可使緩衝層2a 2b係變形第1 I抑制與第1實 形成的第3層 形成。 ;屯物之化學式 X、y 係滿足 A1N (氮化鋁）、 AIBGaN(氮化 >態中，相當於 -29- (26) (26)200414313 上述式子之x爲〇.5，y爲0之材料的aU 5Ga() 5n係被使 用於第1層8 b。第1層8 b的晶格常數以及熱膨脹係數係 比第2層9b更接近矽基板1。 第2層9b以不摻雜導電型決定不純物之化學式 AlaBbGamN所示材料形成，其中，a、b係滿足 〇$ 之任意的數値。即第2層9b係含：Ai (鋁）、B (硼）以 及Ga(鎵）所選擇之至少其中1種元素和N(氮）之層，例 如，以由·· GaN、BN、AIN、BGaN、AlGaN、A1BN 以及 A1B G aN所選擇的形成。在第6圖之實施形態中，相當於 上述式子之a爲0，b爲0.3之材料的BG.3Ga().7N被使用 在第2層9b。第2層9b的價電子帶和傳導帶之間的間 隙，即能隙比第1層8b的能隙大。另外，代替在第1以 及第2層8b、9b之兩方含B(硼），也可在第1以及第2 層8b、9b中的至少其中一方包含B (硼）。 藉由周知的MOCVD，即有機金屬化學氣相沈積法， 在基板1之具有（Π1)正面的主面la上使由Alo.5Gao.sN 形成之第1層8b和由B〇.3GaQ.7N形成之第2層9b中間存 在有第3層1 0而重複積層以形成緩衝層2b。即將由單晶 矽形成的基板1配置在MOCVD裝置的反應室內，首先， 施以熱退火，去除表面的氧化膜。接著，在反應室內供給 -30- (27) (27)200414313 TMA(二甲基銘）氣體、TMG(二甲基鎵）氣體、NH3(氨）氣體 約2 7秒鐘，在基板1的一主面形成由厚度T1約5 nm，即 約50A之AlQ.5Ga().5N形成的第1層8b。在本實施例中， 在將基板1的加熱溫度加到108 〇t後，設TMA氣體之流 量，即 A 1供給量約 1 2 μ m ο 1 / m i η，T M G氣體之流量爲 12pmol/min，NH3氣體之流量，HP ΝΗ3供給量約 0.1 1 m ο 1 / m i η 。 接著，以與第1實施形態相同方法，形成由抑制2維 電子氣體用之Ρ型GaN形成的第3層10。 接著，供給TEB(三乙基硼）氣體、TMG氣體、以及 NH3(氨）氣體約85秒鐘，在第3層10的上面形成由厚度 T2爲30nm，即30A之η型的B0.3Ga0.7N形成的第2層 9b。另外，也可以同時供給SiH4氣體，在第2層9b中導 入Si作爲不純物。在本實施例中，設TEB氣體之流量， 即硼供給量爲7μηι〇1/πιίη，TMG氣體之流量，即鎵供給量 爲 1 6 μ m ο 1 / m i η，Ν Η 3氣體之流量，即 Ν Η 3供給量約 0.1 lmol/min 0 接著，在第2層9b上再度形成第3層10。 在本實施形態中，設第1層8b和第2層9b爲50 層，第3層10爲99層。當然，第1層8b和第2層9b和 第3層1 0之各層數目可以任意改變。 第6圖之緩衝層2b具有與第1圖之緩衝層2同樣的 效果，另外，第2層9b含有硼故，與第2層9b不含硼之 情形相比，變得牢靠，具有防止龜裂發生，可比較厚地形 -31 - (28) (28)200414313 成第2層9 b之效果。 第5實施形態 第7圖係顯示依據第5實施形態之緩衝層2 c。第7 圖之緩衝層2c係代替第1圖之由p型GaN形成的第3層 1 〇而設置由絕緣層形成之第3層1 0a，此外，與第1實施 形態爲相同構造。如使由絕緣層形成的第3層1 0a介於第 1以及第2層8、9間，可以防止第1層8之變形產生， 與第1實施形態相同，可抑制第2層9之2維電子氣體的 產生。防止第1層8之變形用的第3層1 0a的絕緣材料， 可使用 SiN、Si02、Al2〇3、Ti203、Zr02、Ta2 05 等。爲 了抑制緩衝層2c以及主半導體區域3之結晶性的劣化， 可設由絕緣層形成之第3層l〇a的厚度爲0.5〜5 nm，更 好爲0.5〜2nm。另外，可代替第4圖、第5圖以及第6 圖之第2、第3以及第4實施形態的第3層1 〇，而設置與 第7圖相同之由絕緣層形成的第3層1 0a。 依據此第5實施形態，也可獲得與第1〜第4實施形 態同樣的效果。 第6實施形態 第8圖係顯示依據第6實施形態之緩衝層2d。第8 圖之緩衝層2d係減少第1圖之由p型GaN形成的第3層 1 〇之個數，此外，與第1實施形態爲相同構造。 即在第8圖中，只在第2層9和在其上之第1層8之 •32· (29) 200414313

間配置第3層1 0。在第2層9和在其下之第1層8間不 配置第3層10。換言之，第3層10係被配置在第2層9 之主半導體區域3側的主面和第1層8之間，在第2層9 之基板1側的主面和第1層8之間不做配置。假如，在緩 衝層2d中完全沒有設置第3層1〇時，由於第1以及第2 層8、9間的應力關係，在第2層9和其上之第1層8間 的接合界面附近容易產生2維電子氣體，在第2層9和其 下的第1層8間的接合界面附近不易產生。因此，如第8 圖所示般，即使是在第2層9和其下之第1層8間不具有 第3層1〇之緩衝層2d，也可以獲得與第1圖之第1實施 形態同樣的效果。 另外，在第5圖之緩衝層2 a中，可以省去配置在第 2層9a和其下之第1層8a間的第3層10。 另外，在第6圖之緩衝層2 b中’可以省去配置在第 2層9b和其下之第1層8b間的第3層1〇。

-另外，在第7圖之緩衝層2c中’可以省去配置在第 2層9和其下之第丨層8間的第3層1 〇a。 變形例 本發明並不受限於上述實施形態’例如’可有以下的 變形。 (1 )將基板1設爲單晶矽以外的多晶砂或者SiC等 之砂化合物。 (2)可將主半導體區域3、3a之各層的導電型設爲 -33- (30) (30)200414313 與各實施形態相反。 (3)可將主半導體區域 3、3a之各層設爲由： GaN(氮化鎵）、ΑΠηΝ(氮化銦鋁）、AlGaN(氮化鎵鋁）、 I n G a N (氮化鎵銦）、以及A 11 n G a N (氮化鎵銦鋁）所選擇之氮 化鎵系化合物半導體或者氮化銦系化合物半導體。 (4 )在第1圖之HEMT中，可在活性層，即電子輸 送層1 1和緩衝層2之間設置與電子供給層1 3相同之電子 供給層。 (5) 依據本發明，代替HEMT以及MESFET，可設 置絕緣閘極型場效應電晶體或者別的半導體元件。 (6) 可使緩衝層2、2a、2b的第1層8、8a、8b之 數目比第2層9、9a、9b多1層，將緩衝層2、2a、2b的 最上層設爲第1層8、8a、8b。另外，反之，也可使第2 層9、9a、9b的數目比第1層8、8a、8b的數目多1層。 (7) 第1層8、8a、8b以及第2層9、9a、9b可在 不妨礙這些的功能之範圍下，爲包含不純物之層。 (產業上之利用可能性） 本發明可以利用於HEMT、ME SFET、絕緣閘極型場 效應電晶體等之半導體元件。 【圖式簡單說明】 第1圖係槪略顯示依據本發明之第1實施形態之 HEMT的中央縱剖面圖。 -34- (31) 200414313 第2圖係第1圖之HEMT的平面圖。 第3圖係以製造工程順序放大顯示第1圖之HE MT的 構造剖面圖。 第4圖係顯示依據第2實施形態之Μ E S F E T之剖面 圖。 第5圖係顯示依據第3實施形態之基板和緩衝層之一 部份的剖面圖。

第6圖係顯示依據第4實施形態之基板和緩衝層之一 部份的剖面圖。 第7圖係顯示依據第5實施形態之基板和緩衝層之一 部份的剖面圖。 第8圖係顯示依據第6實施形態之基板和緩衝層之一 部份的剖面圖。 【符號說明】 1 1 a 2 3 4 5 6 7 8 基板 主面 緩衝層 主半導體區域 源極 汲極 閘極 絕緣膜 第1層

-35- 200414313 (32) 9 第2層 10 第3層 11 電子輸送層 12 間隔層 13 電子供給層

Claims (1)

1. 200414313 Π) 拾、申請專利範圍 1 · 一種半導體裝置，是針對具備：由矽或矽 形成的基板（丨）；及配置在上述基板（1 )之一主 緩衝層（2或者2a或者2b或者2c或者2d);及 成半導體元件，包含配置在上述緩衝層或者2 2b或者2c或者2d)上之至少一個氮化物半導體層 導體區域（3或者3a)之半導體裝置，其特徵爲： 上述緩衝層（2或者2a或者2b或者2c或者 具備： 由以第1比例含A1(鋁）之氮化物半導體所形成 層（8或者8a或者8b); 及由不含A1之氮化物半導體或者以比上述第 小之第2比例含A1之氮化物半導體所形成的第2 或者9a或者9b ); 及由配置在上述第1層（8或者8a或者8b) 第2層（9或者9a或者9b)之間，且可抑制2維 體產生之材料所形成的第3層（1〇或者l〇a)。 2.如申請專利範圍第1項記載之半導體裝 中，上述緩衝層之上述第1層（8或者8a或者8b) 化學式 AlxMyGanyN所示材料形成，其中，上述 由In(銦）和B (硼）所選擇之至少1種元素， 上述X以及y係滿足 〇<x€ 1、 0 ^ y<l x + y ^ 1 化合物 面上的 爲了形 a或者 之主半 2d)係 的第1 1比例 層（9 和上述 電子氣 置，其 ，是以 Μ是 -37- (2) (2)200414313 之數値， 上述第 2層（9或者 9a或者 9b)是以化學式 AUMbGab^bN所示材料形成，其中，上述Μ是由In(銦） 和B (硼）所選擇之至少1種元素， 上述a以及b係滿足 OS a<l、 0 ^ b ^ 1 a + b ^ 1 之數値。 上述第3層（10或者10a)係具有0.5〜50nm之厚 度。 3. 如申請專利範圍第 2項記載之半導體裝置，其 中，上述第1層（8或者 8a或者 8b )係以化學式 AlxGa^N所示材料形成，此處，上述X爲滿足0<x$ 1 □ 之數値， 上述第2層係以化學式AlaGa!_aN所示材料形成，此 處，上述a爲滿足0Sa<l， a<x之數値。 4. 如申請專利範圍第2項記載之半導體裝置，其 中，上述第1層（8a)是由以化學式AlxInyGamN所示 材料形成，此處，上述X以及y係滿足 〇<x$ 1、 0 ^ y<l x + yS 1 之數値， -38- (3) (3)200414313 上述第2層（9a )是由以化學式AlalmGan-bN所示 材料形成， 其中，上述a以及b係滿足 OS a<l、 0 ^ b ^ 1 a + b ^ 1 之數値， 上述第1以及第2層（8a、9a)之至少其中一方包含 有I η (銦）。 5.如申請專利範圍第2項記載之半導體裝置，其 中，上述第1層（8b )是由以化學式AlxByGamN所示 材料形成， 此處，上述X以及y係滿足 〇<χ$ι、 0 ^ y<l x + y $ 1 之數値， 上述第2層（9b)是由以化學式AlaBbGai.a-bN所不 材料形成， 其中，上述a以及b係滿足 OS a<l、 0 ^ b ^ 1 a + b^ 1 之數値， 上述第1以及第2層（8b、9b)之至少其中一方包含 -39- (4) (4)200414313 有B(硼）。 6. 如申請專利範圍第1項記載之半導體裝置，其 中，上述第1層（8或者8a或者8b)之晶格常數小於第 2層（9或者9a或者9b)之晶格常數。 7. 如申請專利範圍第1項記載之半導體裝置，其 中，上述第3層（10或者10a)之厚度小於上述第1以及 第2層（8或者8a或者8b、9或者9a或者9b)之厚度。 8. 如申請專利範圍第1項記載之半導體裝置，其 中，上述第3層（10)係由與上述第2層（9或者9a或 者9b )相同的半導體材料形成，含P型不純物以作爲導 電型決定不純物。 9. 如申請專利範圍第1項記載之半導體裝置，其 中，上述第3層（10a)係由0.5〜5nm厚度之絕緣層形 成。 10. 如申請專利範圍第9項記載之半導體裝置，其 中，上述絕緣層（l〇a)是由SiN (氮化5夕）、Si〇2(氧 化矽）、Al2〇3 (氧化鋁）、Ti2〇3 (氧化鈦）、Zr02 (氧 化鉻）以及TΟ5 (氧化鉅）中所選擇之至少其中1種形 成。 11. 如申請專利範圍第1項記載之半導體裝置，其 中’上述緩衝層（2或者2a或者2b或者2d)係分別具有 多數的上述第1層（8或者8a或者8b)以及上述第2層（9 或者9a或者9b)，且至少具有1個上述第3層（1〇或考 l〇a) ’多數的上述第1以及第2靥爲交互積層，上述第3 -40. (5) (5)200414313 層（10或者10a)係配置在上述第1以及第2層相互間中的 至少其中之一。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項記載之半導體裝置，其 中’上述第3層（10或者1〇 a)係配置在上述第2層（9或者 9a或者9b)的上述主半導體區域（3或者3a )側的主面和 上述第1層（8或者8a或者8 b)之間，而不配置在上述第2 層（9或者9a或者9b)之上述基板（1 )側的主面和上述第 1層（8或者8a或者8b)之間。 13·如申請專利範圍第1項記載之半導體裝置，其 中’上述緩衝層之上述第1層（8或者8a或者8b)的厚度 爲〇.5nm〜50nm，上述第2層（9或者9a或者9b)的厚度 爲 0.5 nm〜2 0 Onm 〇 14·如申請專利範圍第1項記載之半導體裝置，其 中，上述基板（1 )之配置有上述緩衝層側的主面，是在 以鏡面指數所示的結晶之面方位中，爲（1 1 1 )正面或者 由（1 1 1 )面傾斜在-4度至+4度之範圍的面。 1 5 .如申請專利範圍第1項記載之半導體裝置，其 中，上述主半導體區域（3或者3a)的上述氮化物半導體 層，是由：GaN(氮化鎵）層、AlInN(氮化銦鋁）層、 AlGaN(氮化鎵鋁）層、InGaN(氮化鎵銦）層、以及 AlInGaN(氮化鎵銦鋁）層所選擇之層。 16.如申請專利範圍第1項記載之半導體裝置，其 中，另外具備有：配置在上述主半導體區域（3或者3a) 之表面上的第1主電極（4)，和配置在上述主半導體區 -41 - (6) (6)200414313 域（3或者3a)之表面上的第2主電極（5) ’和配置在 上述主半導體區域（3或者3a)之表面上的控制電極 (6 ) ° 17.如申請專利範圍第1 5項記載之半導體裝置’其 中，上述主半導體區域（3或者3 a )是由形成場效應電晶 體用之多數的半導體層形成，上述第1主電極（4)爲源 極，上述第2主電極（5)爲汲極，上述控制電極（6)爲 鬧極。 1 8 .如申請專利範圍第1 5項記載之半導體裝置’其 中，上述主半導體區域（3)是由形成高電子移動度電晶 體（HEMT)用的多數半導體層（12、13)所形成。 19. 如申請專利範圍第1 5項記載之半導體裝置，其 中，上述主半導體區域（3a)是由形成金屬半導體場效應 電晶體（MESFET)用的半導體層所形成。 20. —種半導體裝置之製造方法，是針對具有氮化物 半導體層之半導體裝置之製造方法，其特徵爲具有： 準備由矽或矽化合物形成的基板（1 )之工程； 和藉由氣相沈積法，在上述基板（1 )之上形成包 含：由以第1比例含A1 (鋁）之氮化物半導體形成的第1層 (8或者8a或者8b)，和由不含A1之氮化物半導體或者以 比上述第1比例小的第2比例含A1之氮化物半導體形成 的第2層（9或者9a或者9b)，和由配置在上述第1層（8 或者8a或者8b)和上述第2層（9或者9a或者9b)之間， 且可控制2維電子氣體發生之材料形成的第3層（10或者 -42- (7) 200414313 l〇a)之緩衝層（2或者2a或者2b或者2c或者2d)之工 程； 和藉由氣相沈積法，在上述緩衝層（2或者2 a或者2 b 或者2 c或者2 d )之上形成至少含1層氮化物半導體層之主 半導體區域（3或者3a)之工程。 -43-