WO2018234873A1 - 窒化物半導体エピタキシャル基板および半導体装置 - Google Patents

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    • H01L29/2003—Nitride compounds

Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor epitaxial substrate and a semiconductor device.
  • GaN gallium nitride
  • SiC silicon carbide
  • HEMT High Electron Mobility Transistor
  • AlGaN aluminum gallium nitride
  • An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor epitaxial substrate and a semiconductor device capable of suppressing a temporal change of a two-dimensional electron gas.
  • a substrate A first nitride semiconductor layer formed on the substrate as an electron transit layer in which a two-dimensional electron gas is present; And a second nitride semiconductor layer as an electron supply layer formed on the first nitride semiconductor layer,
  • the second nitride semiconductor layer has a hydrogen concentration higher than that of the first nitride semiconductor layer, and a difference in hydrogen concentration with the first nitride semiconductor layer is 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • a nitride semiconductor epitaxial substrate including a portion is provided.
  • temporal changes in the two-dimensional electron gas can be suppressed.
  • FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration example of a nitride semiconductor template and a semiconductor device according to the present invention.
  • FIG. 2 shows an example of the relationship between the hydrogen concentration difference between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer in the nitride semiconductor template according to the present invention and the amount of change in pinch-off voltage when the semiconductor device is configured.
  • FIG. FIG. 3 is an explanatory view showing an example of the relationship between the hydrogen concentration difference between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer in the nitride semiconductor template according to the present invention and the electron mobility when the semiconductor device is configured. It is.
  • the nitride semiconductor epitaxial substrate is a substrate-like structure used as a base when manufacturing a semiconductor device such as HEMT described later.
  • the nitride semiconductor epitaxial substrate is sometimes referred to as “intermediate” or “intermediate precursor” because it is used as a substrate of a semiconductor device. As shown in FIG.
  • the intermediate 10 includes at least a substrate 11, a nucleation layer 12 formed on the substrate 11, and a first nitride semiconductor formed on the nucleation layer 12.
  • a layer 13 and a second nitride semiconductor layer 14 formed on the first nitride semiconductor layer 13 are provided.
  • the substrate 11 is configured as a base substrate on which the nucleation layer 12, the first nitride semiconductor layer 13 and the like are grown, and is configured using, for example, a SiC substrate.
  • a semi-insulating SiC substrate of polytype 4H or polytype 6H is used as the substrate 11.
  • the numbers 4H and 6H indicate the repetition cycle in the c-axis direction, and H indicates a hexagonal crystal.
  • “semi-insulating” here means, for example, a specific resistance of 5 The state of ⁇ ⁇ cm or more. If the substrate 11 has a semi-insulating property, the diffusion of free electrons from the side of the first nitride semiconductor layer 13 to the substrate 11 is suppressed when configuring the semiconductor device 20 described later, and the leakage current is It can be suppressed.
  • the substrate 11 is preferably a semi-insulating SiC substrate, but may be a conductive SiC substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, a GaN substrate or the like. (Nucleation layer)
  • the nucleation layer 12 is formed mainly of, for example, AlN, which is a group III nitride semiconductor.
  • the nucleation layer 12 functions as a buffer layer (buffer layer) in which a partial region (for example, a region located on the side of the substrate 11) mainly buffers the difference in lattice constant between the substrate 11 and the first nitride semiconductor layer 13.
  • the other region for example, the region located on the side of the first nitride semiconductor layer 13 mainly functions as a nucleation layer for forming nuclei for crystal growth of the first nitride semiconductor layer 13.
  • the nucleation layer 12 may be referred to as an “AlN layer” or an “AlN buffer layer”.
  • the first nitride semiconductor layer 13 is formed mainly of GaN, which is, for example, a group III nitride semiconductor.
  • the first nitride semiconductor layer 13 is a buffer layer in which a partial region (for example, a region located on the side of the AlN buffer layer 12) mainly buffers the lattice constant difference between the AlN buffer layer 12 and the first nitride semiconductor layer 13. While functioning as a (buffer layer), other regions (for example, a region located on the side of the second nitride semiconductor layer 14) function as an electron transit layer (channel layer) for mainly causing electrons to travel. ing.
  • the piezoelectric effect (the crystal is distorted in the second nitride semiconductor layer 14 due to the lattice constant difference between the first nitride semiconductor layer 13 and the second nitride semiconductor layer 14
  • 2DEG Two Dimensional Electron Gas
  • the surface of the region functioning as the electron transit layer (upper surface of the first nitride semiconductor layer 13) is a group III atom polar surface (+ c surface).
  • the first nitride semiconductor layer 13 may be referred to as a “GaN layer” or a “GaN channel / buffer layer”.
  • the second nitride semiconductor layer 14 has a wider band gap than the group III nitride semiconductor constituting the GaN channel / buffer layer 13 and is smaller than the lattice constant of the group III nitride semiconductor constituting the GaN channel / buffer layer 13
  • the second nitride semiconductor layer 14 functions as an electron supply layer that supplies electrons to the electron traveling layer of the GaN channel / buffer layer 13 and also functions as a barrier layer (barrier layer) that spatially confines the 2DEG 15. ing.
  • the surface (upper surface) of the second nitride semiconductor layer 14 is a group III atom polar surface (+ c surface). With such a configuration, spontaneous polarization and piezoelectric polarization occur in the second nitride semiconductor layer 14. The polarization action induces a high concentration of 2DEG 15 near the heterojunction interface in the GaN channel / buffer layer 13.
  • the second nitride semiconductor layer 14 may be referred to as an "AlGaN layer” or an "AlGaN barrier layer".
  • the semiconductor device 20 a HEMT, which is one of field effect transistors (FETs), is taken as an example.
  • the HEMT 20 includes the intermediate 10 having the above-described configuration, a third nitride semiconductor layer 21 formed on the AlGaN barrier layer 14 in the intermediate 10, and a third nitride.
  • a gate electrode 22, a source electrode 23 and a drain electrode 24 formed on the semiconductor layer 21 are provided.
  • the third nitride semiconductor layer 21 is formed mainly of GaN, which is, for example, a group III nitride semiconductor.
  • the third nitride semiconductor layer 21 is interposed between the AlGaN barrier layer 14 and the gate electrode 22 in order to improve, for example, the device characteristics (controllability of the threshold voltage, etc.) when the HEMT 20 is configured.
  • the HEMT 20 is not necessarily an essential component and may be omitted.
  • the third nitride semiconductor layer 21 may be referred to as a "GaN cap layer”.
  • the gate electrode 22 has, for example, a multilayer structure (Ni / Au) of nickel (Ni) and gold (Au).
  • the source electrode 23 is disposed at a predetermined distance from the gate electrode 22 and has, for example, a multilayer structure (Ti / Al) of titanium (Ti) and aluminum (Al).
  • the drain electrode 24 is disposed opposite to the source electrode 23 with the gate electrode 22 on the opposite side of the gate electrode 22 and at a predetermined distance from the gate electrode 22, similarly to the source electrode 23, for example, a multilayer structure of Ti and Al (Ti / It consists of Al).
  • the source electrode 23 and the drain electrode 24 may have a multilayer structure of Ni / Au stacked on a multilayer structure of Ti / Al.
  • the GaN layer 13 as the first nitride semiconductor layer has a positive polarity on the side of the GaN layer 13 as the second nitride semiconductor layer
  • the GaN cap layer 21 as the third nitride semiconductor layer has a positive polarity.
  • Polarization occurs such that the side is unipolar.
  • the polarization action induces a high concentration of 2DEG 15 near the heterojunction interface in the GaN layer 13.
  • protons (cations) 16 of hydrogen (H) which is an example of an impurity, exist in the AlGaN layer 14 having a strong bonding force with the impurity at a higher concentration than the GaN layer 13.
  • the electrons in the GaN layer 13 drawn to the side of the AlGaN layer 14 by the excess H protons 16 also constitute the 2DEG 15 in the GaN layer 13.
  • the H protons 16 present in the AlGaN layer 14 are very small and easy to move, the H protons 16 may come out of the AlGaN layer 14 in the usage mode in which the HEMT 20 is operated in a heated state, for example. It is conceivable. If the H protons 16 are pulled out, the electrons in the GaN layer 13 attracted to the H protons 16 may also be pulled out of the GaN layer 13 accordingly. This leads to the occurrence of temporal changes, such as removal from the GaN layer 13, for the 2DEG 15 in the GaN layer 13.
  • Such temporal change of the 2DEG 15 causes fluctuation of device characteristics when the HEMT 20 is configured, and therefore the generation thereof should be suppressed.
  • the inventor of the present application has noted that one of the factors causing the temporal change of 2DEG 15 is that more H protons 16 are pulled out of the AlGaN layer 14 compared to the GaN layer 13.
  • Each of the HEMT 20 and the intermediate 10 is largely characterized by the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14.
  • the AlGaN layer 14 has a higher H concentration than the GaN layer 13, and the H concentration difference from the GaN layer 13 is 2 ⁇ 10 18 cm -3 It is comprised including the part which is the following.
  • H concentration difference is 2 ⁇ 10 18 cm -3
  • the part which is the following preferably extends over the entire area of the AlGaN layer 14, but may be present only in part of the AlGaN layer 14. More preferably, the AlGaN layer 14 has an H concentration difference of 8 ⁇ 10 6 with the GaN layer 13. 17 cm -3 It is comprised including the part which is the following.
  • the H concentration difference is 8 ⁇ 10 17 cm -3
  • the following part is preferably extended to the entire area of the AlGaN layer 14, but may be present only in part of the AlGaN layer 14.
  • the AlGaN layer 14 has a H concentration difference of 2 ⁇ 10 6 with the GaN layer 13. 18 cm -3 Or less, preferably 8 ⁇ 10 17 cm -3
  • the upper limit of the H concentration difference from the GaN layer 13 is defined, and the H concentration difference from the GaN layer 13 is suppressed to a small value. Therefore, for example, even if the H protons 16 are pulled out of the AlGaN layer 14, the H protons 16 are similarly pulled out of the GaN layer 13 along with this.
  • FIG. 2 shows an example of the relationship between the H concentration difference between the AlGaN layer 14 and the GaN layer 13 and the amount of change in pinch-off voltage when the HEMT is configured.
  • the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 is 2 ⁇ 10 18 cm -3 If it is the following, the temporal change of 2DEG 15 in GaN layer 13 is suppressed, so the case where the H concentration difference is larger than this (for example, 3 ⁇ 10 10 18 cm -3 In the case where the HEMT 20 is configured, the amount of change in pinch-off voltage can be reduced (see the arrow A in the figure). Specifically, for example, the H concentration difference is 3 ⁇ 10 18 cm -3 While the amount of change in the pinch-off voltage in the case of 1 ⁇ over 1.10 V, the H concentration difference is 18 cm -3 If it is below, the amount of change of pinch off voltage can be reduced to about 0.80 V or less.
  • a normal HEMT generally has a pinch-off voltage of about 3 V (depending on the structural specification such as 2 V to 4 V), but if the amount of change can be reduced to 0.3 V or less, which corresponds to about 10% of it, a large amount in practice It will be an advantage.
  • the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 is 8 ⁇ 10 17 cm -3 If it is the following, the temporal change of 2DEG 15 in GaN layer 13 is further suppressed, so the amount of change in pinch-off voltage when HEMT 20 is configured can be minimized (for example, 0.20 V or less) (FIG. Middle arrow B).
  • the AlGaN layer 14 has an H concentration difference of 2 ⁇ 10 6 with the GaN layer 13 at least partially, preferably over the entire region thereof. 18 cm -3 Or less, preferably 8 ⁇ 10 17 cm -3 As described below, it is assumed that the H concentration difference with the GaN layer 13 is kept small.
  • the AlGaN layer 14 has a H concentration difference of 3 ⁇ 10 3 with the GaN layer 13. 17 cm -3 It is comprised including the part which is the above.
  • H concentration difference is 3 ⁇ 10 17 cm -3
  • the portion which is the above may extend to the entire area of the AlGaN layer 14, but it is not necessary.
  • the lower limit of the H concentration difference from the GaN layer 13 is defined for the AlGaN layer 14 at least in the region 17 near the interface with the GaN layer 13. Therefore, the electron mobility when forming the HEMT 20 can be sufficiently secured, and the electrical characteristics of the HEMT 20 can be made favorable. This is also apparent from the measurement results shown in FIG. FIG.
  • the H concentration difference between the AlGaN layer 14 and the GaN layer 13 is 3 ⁇ 10 17 cm -3 If it is above, the electron mobility at the time of comprising HEMT 20 is 1700 cm, for example. 2 It becomes possible to set the voltage to / Vs or more, and a sufficient electron mobility can be secured (see arrow C in the figure).
  • the H concentration difference is 3 ⁇ 10 17 cm -3 If it is above, electron mobility is 1700 cm 2 / Vs or higher, but the H concentration difference is 2 ⁇ 10 17 cm -3 Electron mobility is 1300 cm if it is 2 It falls to about / Vs, and the current value decreases by more than 20%. If the comparison is based on the same structure specification, it is thought that a decrease in current by about 10% will cause a problem, but if sufficient electron mobility can be secured to avoid such a situation, it is practical. It will be a great advantage. If sufficient electron mobility can be secured, the electrical characteristics and the like when the HEMT 20 is configured can be made favorable.
  • the H concentration difference from the GaN layer 13 is 3 ⁇ 10 6 at least in part, specifically, in the region 17 near the interface with the GaN layer 13. 17 cm -3
  • the lower limit of the H concentration difference is defined. (Arrangement of lower specified part of H concentration difference)
  • the AlGaN layer 14 has a H concentration difference of 3 ⁇ 10 6 with the GaN layer 13 at least in the region 17 near the interface with the GaN layer 13. 17 cm -3 It is above. That is, the AlGaN layer 14 has a region having a high hydrogen concentration in the region 17 near the interface.
  • the region near the interface 17 as the high hydrogen concentration region in which the H concentration difference is thus defined is at least a portion 1 nm thick from the interface with the GaN layer 13. Since the area is at least 1 nm thick, the H concentration difference from the GaN layer 13 is 3 ⁇ 10 for the area exceeding 1 nm thick from the interface with the GaN layer 13, ie, the non-interface near area 18. 17 cm -3 May be less than 3 ⁇ 10 17 cm -3 It may be more than. Thus, the H concentration difference is 3 ⁇ 10 7 at least in the vicinity of the interface 17 which is a portion 1 nm thick from the interface with the GaN layer 13.
  • the H concentration in the GaN layer 13 and the H concentration in the AlGaN layer 14 may be configured as described above, and the magnitude of each concentration value (absolute value) is particularly limited. Absent. That is, as long as the above-described H concentration difference is satisfied, each H concentration value may be set appropriately. However, in order to satisfy the above-described H concentration difference, as described in detail later, the H concentration value of each of the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 (in particular, the H concentration value of the AlGaN layer 14) should be reduced. preferable. By suppressing the respective H concentration values to be small, it is possible to relatively easily suppress the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 to be relatively small.
  • the H concentration value of the GaN layer 13 is 1 ⁇ 10 16 ⁇ 1 x 10 18 cm -3 , More preferably 5 ⁇ 10 16 ⁇ 5 ⁇ 10 17 cm -3
  • the H concentration value of the AlGaN layer 14 is 1 ⁇ 10 17 ⁇ 3 ⁇ 10 18 cm -3 , More preferably 3 ⁇ 10 17 ⁇ 2 x 10 18 cm -3 It is possible to do.
  • the H concentration value of the region 17 near the interface is set to 8 ⁇ 10 17 ⁇ 3 ⁇ 10 18 cm -3 , H concentration value of the non-interface vicinity region 18 1 ⁇ 10 17 ⁇ 2 x 10 18 cm -3 It is possible to do.
  • Nitride semiconductor epitaxial substrate and method of manufacturing semiconductor device Next, a method of manufacturing the intermediate of the above-described configuration (that is, the nitride semiconductor epitaxial substrate according to the present embodiment) 10 and a method of manufacturing the HEMT (that is, the semiconductor device according to the present embodiment) 20 will be described.
  • an intermediate 10 which is an example of a nitride semiconductor epitaxial substrate
  • MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
  • the supply of TMA gas is stopped.
  • NH 3 Continue the gas supply.
  • the temperature of the substrate 11 is adjusted to a predetermined growth temperature (for example, 1000 ° C. or more and 1100 ° C. or less) of the GaN layer 13.
  • a predetermined growth temperature for example, 1000 ° C. or more and 1100 ° C. or less
  • NH 3 trimethylgallium (TMG) gas is supplied as a group III source gas while the gas supply is continued.
  • TMG trimethylgallium
  • the GaN layer 13 made of single crystal GaN is epitaxially grown on the AlN layer 12.
  • a carrier gas (dilution gas) is supplied into the processing chamber.
  • H 2 Gas only or H 2 Gas and N 2 N in mixed gas with gas 2 Increase the concentration of the gas (eg, N 2 Partial pressure of gas / H 2 Partial pressure of gas: 1.0 to 3.0). Thereby, H contamination to the GaN layer 13 is suppressed.
  • the temperature of the substrate 11 is adjusted to a high temperature side (for example, 1040 ° C. or more and 1100 ° C. or less) within a predetermined growth temperature range.
  • the pressure in the processing chamber is adjusted to be high (for example, 13.3 kPa or more and 66.7 kPa or less). As described above, H adjustment to the GaN layer 13 is suppressed by adjusting the growth temperature and the pressure in the processing chamber to be high.
  • the GaN layer 13 has, for example, an H concentration value of 1 ⁇ 10 16 ⁇ 1 x 10 18 cm -3 Be satisfied. Then, when the growth of the GaN layer 13 having a predetermined thickness is completed, the supply of TMG gas is stopped. At this time, NH 3 Continue the gas supply. (S130: AlGaN layer formation process) Next, for example, the temperature of the substrate 11 is adjusted to a predetermined growth temperature (for example, 900 ° C. or more and 1100 ° C. or less) of the AlGaN layer 14. Then, when the temperature of the substrate 11 reaches a predetermined growth temperature, NH 3 While the gas supply is continued, for example, TMG gas and TMA gas are supplied as a group III source gas.
  • a predetermined growth temperature for example, 900 ° C. or more and 1100 ° C. or less
  • the AlGaN layer 14 made of single crystal AlGaN is epitaxially grown on the electron transit layer 140.
  • epitaxial growth of the AlGaN layer 14 is first performed on the near interface region 17 and then on the non near interface region 18.
  • the epitaxial growth of the near-interface region 17 is performed under growth conditions that can suppress deterioration of the state of the interface with the GaN layer 13.
  • H is used as a carrier gas (dilution gas) in the processing chamber.
  • the thickness of the interface vicinity region 17 may be, for example, 0.5 to 2.0 nm.
  • the interface vicinity region 17 becomes too thick, the non-interface vicinity region 18 becomes relatively thin, and as a result, the proportion of the part with high H concentration increases and the proportion of the part with low H concentration decreases. It is feared that the suppressing effect of the temporal change is lost.
  • the growth near the interface 17 is completed, for example, to a thickness of 0.5 to 2.0 nm, preferably a thickness of at least about 1.0 nm sufficient to suppress deterioration of the interface state.
  • Epitaxial growth of the near interface region 18 is performed under growth conditions that can suppress H contamination into the AlGaN layer 14.
  • the carrier gas (dilution gas) supplied into the processing chamber is N 2 Gas only or H 2 Gas and N 2 N in mixed gas with gas 2 Increase the concentration of the gas (eg, N 2 Partial pressure of gas / H 2 Partial pressure of gas: 1.0 to 3.0). Thereby, H contamination to the AlGaN layer 14 is suppressed.
  • the temperature of the substrate 11 is adjusted to a high temperature side (for example, 1040 ° C. or more and 1100 ° C. or less) within a predetermined growth temperature range.
  • the pressure in the processing chamber is adjusted to be high (for example, 13.3 kPa or more and 40.0 kPa or less).
  • the AlGaN layer 14 has, for example, an H concentration value of 1 ⁇ 10 17 ⁇ 3 ⁇ 10 18 cm -3 Be satisfied.
  • the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 obtained through the above steps have an H concentration difference of 2 ⁇ 10 18 cm -3 Or less (preferably 8 ⁇ 10 17 cm -3 The following is satisfied.
  • the H concentration difference is 3 ⁇ 10 17 cm -3 The above will be satisfied.
  • the H concentration value of each of the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 small. By suppressing the respective H concentration values to be small, it is possible to relatively easily suppress the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 to be relatively small. Then, when the growth of the AlGaN layer 14 having a predetermined thickness is completed, the supply of TMG gas and TMA gas is stopped, and the temperature of the substrate 11 is lowered from the growth temperature of the AlGaN layer 14. At this time, normally, the carrier gas is stopped and N is used as a purge gas. 2 While supplying gas, NH 3 Continue the gas supply.
  • the intermediate 10 (that is, an example of the nitride semiconductor epitaxial substrate) shown in FIG. 1 is manufactured. (Method of manufacturing semiconductor device) Subsequently, a case of manufacturing the HEMT 20 which is an example of the semiconductor device using the intermediate body 10 will be described.
  • the intermediate 10 is prepared, and the intermediate 10 is carried into the processing chamber of the MOVPE apparatus. Then, the same process as in the case of the GaN layer forming step (S120) described above is performed to epitaxially grow the GaN cap layer 21 made of single crystal GaN on the AlGaN layer 14 in the intermediate 10. Thereafter, when the growth of the GaN cap layer 21 having a predetermined thickness is completed, the intermediate 10 on which the GaN cap layer 21 is formed is unloaded from the processing chamber. Note that the growth of the GaN cap layer 21 may be continued with the high temperature state after the above-described AlGaN layer forming step (S130).
  • a resist film is formed on the GaN cap layer 21, and the resist film is patterned so that the region where the source electrode 23 and the drain electrode 24 are to be formed in plan view becomes an opening. Then, for example, a Ti / Al multilayer structure (or a Ti / Al / Ni / Au multilayer structure) is formed by electron beam evaporation so as to cover the GaN cap layer 21 and the resist film. Thereafter, the resist film is removed by lift-off using a predetermined solvent to form the source electrode 23 and the drain electrode 24 in the predetermined region, and the entire structure is N 2 Annealing is performed at a predetermined temperature for a predetermined time in an atmosphere (for example, 650 ° C. for 3 minutes).
  • each of the source electrode 23 and the drain electrode 24 can be in ohmic contact with the GaN cap layer 21.
  • a resist film is formed to cover the GaN cap layer 21, the source electrode 23, and the drain electrode 24, and the resist film is patterned so that the region where the gate electrode 22 is to be formed in plan view becomes an opening.
  • a Ni / Au multilayer structure is formed to cover the GaN cap layer 21 and the resist film, for example, by electron beam evaporation.
  • the resist film is removed by liftoff using a predetermined solvent to form the gate electrode 22 in the predetermined region, and the entire structure is N 2 Annealing is performed at a predetermined temperature for a predetermined time in an atmosphere (for example, 450 ° C. for 10 minutes).
  • the HEMT 20 (that is, an example of the semiconductor device) shown in FIG. 1 is manufactured.
  • the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 is 2 ⁇ 10 18 cm -3 It is comprised including the part which is the following, and each H density
  • the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 is 2 ⁇ 10 18 cm -3 If the H concentration difference is larger than this (for example, 18 cm -3
  • the amount of change in pinch-off voltage can be reduced (for example, less than half). If the amount of change in the pinch-off voltage can be suppressed to a small value, the fluctuation of the threshold voltage VTH when the HEMT 20 is formed can be suppressed to a small value, and the reliability, the electrical characteristics, etc. of the HEMT 20 can be improved.
  • the present embodiment it is possible to suppress the temporal change of the 2DEG 15, and to improve the reliability, the electrical characteristics, and the like when the HEMT 20 is configured.
  • the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 is 8 ⁇ 10 17 cm -3 It is very preferable to suppress the temporal change of the 2DEG 15 in the GaN layer 13 if it is configured to include the following portion.
  • the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 is 8 ⁇ 10 17 cm -3 If it is the following, since the temporal change of 2DEG 15 in GaN layer 13 is further suppressed, the amount of change in pinch-off voltage when HEMT 20 is configured can be minimized (for example, 0.20 V or less). That is, it is very preferable to improve the reliability, the electrical characteristics, and the like when the HEMT 20 is configured.
  • the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 is 3 ⁇ 10 17 cm -3 Since it is configured to include the above-described portion, it is possible to suppress that the electron mobility in the GaN layer 13 is adversely affected due to the growth conditions at the time of film formation. Specifically, for example, the H concentration difference between the GaN layer 13 and the AlGaN layer 14 is 3 ⁇ 10 17 cm -3 If it is above, the electron mobility at the time of comprising HEMT 20 is 1700 cm, for example. 2 The electron mobility can be made higher than / Vs, and a sufficient electron mobility can be secured.
  • the HEMT 20 can be defined by defining the lower limit and suppressing the H concentration difference too small.
  • the electron mobility at the time of comprising can be sufficiently secured. As described above, if sufficient electron mobility can be secured, electrical characteristics and the like when the HEMT 20 is configured can be made favorable.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
  • the intermediate (nitride semiconductor epitaxial substrate) 10 is the substrate 11, the AlN layer (nucleation layer) 12, the GaN layer (first nitride semiconductor layer) 13, and the AlGaN layer (second nitride semiconductor layer)
  • stacked was mentioned as an example, this invention is not limited to this.
  • the nitride semiconductor epitaxial substrate according to the present invention comprises at least the first nitride semiconductor layer as the electron transit layer and the second nitride semiconductor layer as the electron supply layer on the substrate, the AlN layer ( The nucleation layer 12 may not be provided, or other layers not described in the above embodiment may be provided.
  • the first nitride semiconductor layer as the electron transit layer is the GaN layer 13 and the second nitride semiconductor layer as the electron supply layer is the AlGaN layer 14 as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are not limited to the GaN crystal or the AlGaN crystal as long as they are made of a single crystal of a group III nitride semiconductor, for example, aluminum nitride (AlN), nitride Nitride crystals such as indium (InN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum indium gallium nitride (AlInGaN), ie, Al x In y Ga 1-xy It may be made of a nitride crystal represented by a composition formula of N (0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the HEMT 20 which is one of the FETs is taken as an example of a semiconductor device manufactured using the intermediate (nitride semiconductor epitaxial substrate) 10, but the present invention is limited thereto The same applies to other semiconductor devices.
  • ⁇ Preferred embodiment of the present invention> Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally stated.
  • a substrate A first nitride semiconductor layer formed on the substrate as an electron transit layer in which a two-dimensional electron gas is present; And a second nitride semiconductor layer as an electron supply layer formed on the first nitride semiconductor layer,
  • the second nitride semiconductor layer has a hydrogen concentration higher than that of the first nitride semiconductor layer, and a hydrogen concentration difference from the first nitride semiconductor layer is 2 ⁇ 10 18 cm -3 Including the following parts A nitride semiconductor epitaxial substrate is provided.
  • the second nitride semiconductor layer has a hydrogen concentration difference of 8 ⁇ 10 6 with the first nitride semiconductor layer. 17 cm -3 It includes the following parts.
  • the second nitride semiconductor layer has a hydrogen concentration difference of 3 ⁇ 10 6 with the first nitride semiconductor layer. 17 cm -3 Including the parts that are above.
  • the second nitride semiconductor layer has a high hydrogen concentration region in the vicinity of the interface with the first nitride semiconductor layer.
  • the high hydrogen concentration region is formed at least 1 nm thick from the interface with the first nitride semiconductor layer, and the hydrogen concentration difference with the first nitride semiconductor layer is 3 ⁇ 10 17 cm -3 It is above.
  • the hydrogen concentration value of the first nitride semiconductor layer is 1 ⁇ 10 16 ⁇ 1 x 10 18 cm -3 , More preferably 5 ⁇ 10 16 ⁇ 5 ⁇ 10 17 cm -3
  • the hydrogen concentration value of the second nitride semiconductor layer is 1 ⁇ 10 17 ⁇ 3 ⁇ 10 18 cm -3 , More preferably 3 ⁇ 10 17 ⁇ 2 x 10 18 cm -3 It is.
  • Oxide semiconductor epitaxial substrate (intermediate) 11 substrate 13 first nitride semiconductor layer (GaN layer, GaN channel / buffer layer) 14 Second nitride semiconductor layer (AlGaN layer, AlGaN barrier layer) 15 Two-dimensional electron gas (2DEG) 17 near interface region 20 semiconductor device (HEMT) 21 Third nitride semiconductor layer (GaN layer, GaN cap layer) 22 gate electrode 23 source electrode 24 drain electrode

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Abstract

基板と、二次元電子ガスが存在する電子走行層としての第一窒化物半導体層と、電子供給層としての第二窒化物半導体層と、を備える窒化物半導体エピタキシャル基板において、第二窒化物半導体層は、第一窒化物半導体層よりも水素濃度が高濃度で、かつ、第一窒化物半導体層との水素濃度差が2X1018cm-3以下である部分を含む。

Description

窒化物半導体エピタキシャル基板および半導体装置
　本発明は、窒化物半導体エピタキシャル基板および半導体装置に関する。
　例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に用いられる窒化物半導体エピタキシャル基板として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板上に形成されて電子走行層として機能する窒化ガリウム（ＧａＮ）層と、そのＧａＮ層上に形成されて電子供給層として機能する窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層とを備え、ＧａＮ層のＡｌＧａＮ層側に二次元電子ガスが存在するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１３−１７５６９６号公報
　窒化物半導体エピタキシャル基板においては、ＧａＮ層に存在する二次元電子ガスについて、例えばその濃度が減少してしまうといった経時的な変化が生じることがあり得る。このような経時的な変化は、ＨＥＭＴを構成した際のデバイス特性の変動を招くため、その発生を抑制すべきである。
　本発明は、二次元電子ガスについての経時的な変化を抑制することができる窒化物半導体エピタキシャル基板および半導体装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様によれば、
　基板と、
　前記基板上に形成された、二次元電子ガスが存在する電子走行層としての第一窒化物半導体層と、
　前記第一窒化物半導体層上に形成された電子供給層としての第二窒化物半導体層と、を備え、
　前記第二窒化物半導体層は、前記第一窒化物半導体層よりも水素濃度が高濃度で、かつ、前記第一窒化物半導体層との水素濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下である部分を含む
　窒化物半導体エピタキシャル基板が提供される。
　本発明によれば、二次元電子ガスについての経時的な変化を抑制することができる。
　図１は本発明に係る窒化物半導体テンプレートおよび半導体装置の概略構成例を模式的に示す説明図である。
　図２は本発明に係る窒化物半導体テンプレートにおける第一窒化物半導体層と第二窒化物半導体層との水素濃度差と半導体装置を構成した際のピンチオフ電圧の変化量との関係の一例を示す説明図である。
　図３は本発明に係る窒化物半導体テンプレートにおける第一窒化物半導体層と第二窒化物半導体層との水素濃度差と半導体装置を構成した際の電子移動度との関係の一例を示す説明図である。
　＜本発明の一実施形態＞
　以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
（１）窒化物半導体エピタキシャル基板の基本構成
　先ず、本実施形態に係る窒化物半導体エピタキシャル基板の基本的な構成例を説明する。
　窒化物半導体エピタキシャル基板は、後述するＨＥＭＴ等の半導体装置を製造する際に基体として用いられる基板状の構造体である。半導体装置の基体として用いられることから、以下、窒化物半導体エピタキシャル基板のことを「中間体」または「中間前駆体」ということもある。
　図１に示すように、本実施形態に係る中間体１０は、少なくとも、基板１１と、基板１１上に形成された核生成層１２と、核生成層１２上に形成された第一窒化物半導体層１３と、第一窒化物半導体層１３上に形成された第二窒化物半導体層１４と、を備えて構成されている。
（基板）
　基板１１は、核生成層１２や第一窒化物半導体層１３等を成長させる下地基板として構成されたもので、例えばＳｉＣ基板を用いて構成されている。具体的には、基板１１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基板が用いられる。４Ｈ、６Ｈの数字はｃ軸方向の繰返し周期を示し、Ｈは六方晶を示す。また、ここでいう「半絶縁性」とは、例えば、比抵抗が１０５Ω・ｃｍ以上である状態をいう。基板１１が半絶縁性を有していれば、後述する半導体装置２０を構成した際に、第一窒化物半導体層１３の側から基板１１への自由電子の拡散を抑制して、リーク電流を抑えることができる。なお、基板１１は、半絶縁性ＳｉＣ基板を用いることが好ましいが、導電性ＳｉＣ基板、サファイア基板、シリコン基板、ＧａＮ基板等であってもよい。
（核生成層）
　核生成層１２は、例えばＩＩＩ族窒化物半導体であるＡｌＮを主成分として形成されている。核生成層１２は、一部領域（例えば基板１１の側に位置する領域）が主に基板１１と第一窒化物半導体層１３との格子定数差を緩衝する緩衝層（バッファ層）として機能するとともに、他部領域（例えば第一窒化物半導体層１３の側に位置する領域）が主に第一窒化物半導体層１３の結晶成長のための核を形成する核生成層として機能するようになっている。以下、核生成層１２のことを「ＡｌＮ層」または「ＡｌＮバッファ層」ということもある。
（第一窒化物半導体層）
　第一窒化物半導体層１３は、例えばＩＩＩ族窒化物半導体であるＧａＮを主成分として形成されている。第一窒化物半導体層１３は、一部領域（例えばＡｌＮバッファ層１２の側に位置する領域）が主にＡｌＮバッファ層１２と第一窒化物半導体層１３との格子定数差を緩衝する緩衝層（バッファ層）として機能するとともに、他部領域（例えば第二窒化物半導体層１４の側に位置する領域）が主に電子を走行させるための電子走行層（チャネル層）として機能するようになっている。電子走行層として機能する領域には、第一窒化物半導体層１３と第二窒化物半導体層１４との格子定数差に起因した第二窒化物半導体層１４内のピエゾ効果（結晶が歪むことで電界が生じる効果）によって誘起された二次元電子ガス（２ＤＥＧ：Ｔｗｏ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｇａｓ）１５が存在することになる。また、電子走行層として機能する領域の表面（第一窒化物半導体層１３の上面）は、ＩＩＩ族原子極性面（＋ｃ面）となっている。以下、第一窒化物半導体層１３のことを「ＧａＮ層」または「ＧａＮチャネル／バッファ層」ということもある。
（第二窒化物半導体層）
　第二窒化物半導体層１４は、ＧａＮチャネル／バッファ層１３を構成するＩＩＩ族窒化物半導体よりも広いバンドギャップと、ＧａＮチャネル／バッファ層１３を構成するＩＩＩ族窒化物半導体の格子定数よりも小さい格子定数とを有するＩＩＩ族窒化物半導体からなり、例えばＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ただし、０＜ｘ＜１）を主成分として構成されている。第二窒化物半導体層１４は、ＧａＮチャネル／バッファ層１３の電子走行層に電子を供給する電子供給層として機能するとともに、２ＤＥＧ１５を空間的に閉じ込める障壁層（バリア層）として機能するようになっている。第二窒化物半導体層１４の表面（上面）は、ＩＩＩ族原子極性面（＋ｃ面）となっている。このような構成により、第二窒化物半導体層１４には、自発分極とピエゾ分極とが生じる。その分極作用により、ＧａＮチャネル／バッファ層１３内のヘテロ接合界面付近に高濃度の２ＤＥＧ１５が誘起されることとなる。以下、第二窒化物半導体層１４のことを「ＡｌＧａＮ層」または「ＡｌＧａＮバリア層」ということもある。
（２）半導体装置の基本構成
　続いて、上述した構成の中間体１０を用いて構成される半導体装置２０、すなわち本実施形態に係る半導体装置２０の基本的な構成例を説明する。ここでは、半導体装置２０として、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の一つであるＨＥＭＴを例に挙げる。
　図１に示すように、本実施形態に係るＨＥＭＴ２０は、上述した構成の中間体１０と、中間体１０におけるＡｌＧａＮバリア層１４上に形成された第三窒化物半導体層２１と、第三窒化物半導体層２１上に形成されたゲート電極２２、ソース電極２３およびドレイン電極２４と、を備えて構成されている。
（第三窒化物半導体層）
　第三窒化物半導体層２１は、例えばＩＩＩ族窒化物半導体であるＧａＮを主成分として形成されている。第三窒化物半導体層２１は、例えばＨＥＭＴ２０を構成した際のデバイス特性（閾値電圧の制御性等）を向上させるためにＡｌＧａＮバリア層１４とゲート電極２２との間に介在するものであるが、必ずしも必須構成要素ではなく、これを省いてＨＥＭＴ２０を構成してもよい。以下、第三窒化物半導体層２１のことを「ＧａＮキャップ層」ということもある。
（電極）
　ゲート電極２２は、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との複層構造（Ｎｉ／Ａｕ）からなる。なお、本明細書においてＸ／Ｙの複層構造と記載した場合には、Ｘ、Ｙの順で積層したことを示しているものとする。
　ソース電極２３は、ゲート電極２２から所定距離離れた位置に配置され、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との複層構造（Ｔｉ／Ａｌ）からなる。
　ドレイン電極２４は、ゲート電極２２を挟んでソース電極２３と反対側にゲート電極２２から所定距離離れた位置に配置され、ソース電極２３と同様に、例えばＴｉとＡｌとの複層構造（Ｔｉ／Ａｌ）からなる。
　なお、ソース電極２３およびドレイン電極２４は、Ｔｉ／Ａｌの複層構造上にＮｉ／Ａｕの複層構造が積層されていてもよい。
（３）発明者が得た知見
　上述した構成のＨＥＭＴ２０において、第二窒化物半導体層であるＡｌＧａＮ層１４には、第一窒化物半導体層であるＧａＮ層１３の側が＋極性となり第三窒化物半導体層であるＧａＮキャップ層２１の側が一極性となるような分極が生じる。その分極作用により、ＧａＮ層１３内のヘテロ接合界面付近には、高濃度の２ＤＥＧ１５が誘起される。
　また、不純物との結合力が強いＡｌＧａＮ層１４には、ＧａＮ層１３よりも高濃度で、不純物の一例である水素（Ｈ）のプロトン（陽イオン）１６が存在している。その場合には、過剰なＨプロトン１６によってＡｌＧａＮ層１４の側に引き寄せられたＧａＮ層１３内の電子も、ＧａＮ層１３における２ＤＥＧ１５を構成することになる。
　ところで、ＡｌＧａＮ層１４に存在するＨプロトン１６は、非常に小さく動きやすいものであることから、例えばＨＥＭＴ２０が加熱された状態で動作させるといった使用態様では、Ｈプロトン１６がＡｌＧａＮ層１４から抜け出してしまうことが考えられる。Ｈプロトン１６が抜け出してしまうと、これに伴って、Ｈプロトン１６に引き寄せられたＧａＮ層１３内の電子も、ＧａＮ層１３から抜け出してしまうおそれがある。このことは、ＧａＮ層１３における２ＤＥＧ１５について、例えばＧａＮ層１３から抜けてしまうといった経時的な変化が生じることに繋がる。このような２ＤＥＧ１５の経時的な変化は、ＨＥＭＴ２０を構成した際のデバイス特性の変動を招くため、その発生を抑制すべきである。
　本願の発明者は、２ＤＥＧ１５の経時的な変化が発生する要因の一つが、ＧａＮ層１３からと較べてより多くのＨプロトン１６がＡｌＧａＮ層１４から抜け出してしまうことであることに着目した。そして、ＡｌＧａＮ層１４におけるＨ濃度と、２ＤＥＧ１５が形成されるＧａＮ層１３におけるＨ濃度とについて、互いの濃度差が小さく抑えられていれば、ＡｌＧａＮ層１４からＨプロトン１６が抜け出した場合であっても、これに伴ってＧａＮ層１３からも同程度のＨプロトン１６が抜け出すので、そのＧａＮ層１３内から２ＤＥＧ１５を構成する電子が抜け出してしまうのを抑制できるのではないか、という着想を得るに至った。
　本発明は、本願の発明者が新規に見い出した上述の知見に基づくものである。
（４）本実施形態の特徴的な構成
　次に、本実施形態に係るＨＥＭＴ２０、および、そのＨＥＭＴ２０を構成する本実施形態に係る中間体１０について、その特徴的な構成を具体的に説明する。ＨＥＭＴ２０および中間体１０は、いずれも、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差に大きな特徴がある。
（Ｈ濃度差の上限）
　具体的には、ＡｌＧａＮ層１４は、ＧａＮ層１３よりもＨ濃度が高濃度で、かつ、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下である部分を含んで構成されている。Ｈ濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下である部分は、ＡｌＧａＮ層１４の全域に及んでいることが好ましいが、ＡｌＧａＮ層１４の一部分のみに存在していてもよい。
　より好ましくは、ＡｌＧａＮ層１４は、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が８×１０１７ｃｍ−３以下である部分を含んで構成されている。Ｈ濃度差が８×１０１７ｃｍ−３以下である部分についても同様に、ＡｌＧａＮ層１４の全域に及んでいることが好ましいが、ＡｌＧａＮ層１４の一部分のみに存在していてもよい。
　このように、ＡｌＧａＮ層１４は、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下、好ましくは８×１０１７ｃｍ−３以下といったように、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差の上限が規定され、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が小さく抑えられている。したがって、例えば、ＡｌＧａＮ層１４からＨプロトン１６が抜け出してしまった場合であっても、これに伴ってＧａＮ層１３からも同様にＨプロトン１６が抜けることになる。つまり、Ｈ濃度のバランス状態が保たれるので、ＡｌＧａＮ層１４内のＨプロトン１６に引き寄せられたＧａＮ層１３内の電子がそのＧａＮ層１３から抜け出してしまうこと、すなわちＡｌＧａＮ層１４からＨプロトン１６が抜けることに誘発されてＧａＮ層１３内の２ＤＥＧ１５に経時的な変化が生じてしまうことが抑制される。
　このことは、図２に示す測定結果からも明らかである。図２は、ＡｌＧａＮ層１４とＧａＮ層１３のＨ濃度差とＨＥＭＴを構成した際のピンチオフ電圧の変化量との関係の一例を示している。
　例えば、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下であれば、ＧａＮ層１３における２ＤＥＧ１５の経時的な変化が抑制されるので、これよりもＨ濃度差が大きい場合（例えば３×１０１８ｃｍ−３である場合）に比べると、ＨＥＭＴ２０を構成した際のピンチオフ電圧の変化量を減少させることができる（図中矢印Ａ参照）。具体的には、例えば、Ｈ濃度差が３×１０１８ｃｍ−３である場合のピンチオフ電圧の変化量が１．１０Ｖを超えるのに対して、Ｈ濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下であれば、ピンチオフ電圧の変化量を０．８０Ｖ程度以下に減少させることができる。通常のＨＥＭＴはピンチオフ電圧が３Ｖ程度（２Ｖ~４Ｖなど構造仕様に依存）が一般的であるが、その１割程度に相当する０．３Ｖ以下に変化量を減少することができれば、実用上大きなメリットとなる。
　また、例えば、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差が８×１０１７ｃｍ−３以下であれば、より一層ＧａＮ層１３における２ＤＥＧ１５の経時的な変化が抑制されるので、ＨＥＭＴ２０を構成した際のピンチオフ電圧の変化量を極小（例えば０．２０Ｖ以下）にすることができる（図中矢印Ｂ参照）。
　ピンチオフ電圧の変化量を小さく抑えることができれば、ＨＥＭＴ２０を構成した際の閾値電圧ＶＴＨの変動を小さく抑えることが可能となる。したがって、ＨＥＭＴ２０の信頼性や電気特性等を良好なものとすることができる。
　以上のように、ＡｌＧａＮ層１４は、少なくとも一部分、好ましくはその全域にわたり、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下、好ましくは８×１０１７ｃｍ−３以下といったように、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が小さく抑えられているものとする。
（Ｈ濃度差の下限）
　ところで、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度については、その差を小さく抑え過ぎると、後述する製法にて窒化物半導体エピタキシャル基板１１を製造する際に、Ｈ濃度を抑える製法の採用が界面劣化を招いてしまい、その結果としてＧａＮ層１３における電子移動度が悪化してしまう傾向にある。つまり、Ｈ濃度差を小さく抑え過ぎると、成膜時の成長条件との関係で、ＧａＮ層１３における電子移動度に悪影響が及んでしまうおそれがある。
　このことから、ＡｌＧａＮ層１４は、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上である部分を含んで構成されている。Ｈ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上である部分は、ＡｌＧａＮ層１４の全域に及んでいてもよいが、必ずしもその必要はなく、好ましくはＡｌＧａＮ層１４の一部分のみ、具体的には後述するように少なくともＧａＮ層１３との界面近傍領域１７に存在していればよい。
　このように、ＡｌＧａＮ層１４については、少なくともＧａＮ層１３との界面近傍領域１７において、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差の下限が規定されている。したがって、ＨＥＭＴ２０を構成した際の電子移動度を十分に確保することができ、ＨＥＭＴ２０の電気特性を良好なものとすることができる。
　このことは、図３に示す測定結果からも明らかである。図３は、ＡｌＧａＮ層１４とＧａＮ層１３のＨ濃度差とＨＥＭＴを構成した際の電子移動度との関係の一例を示している。
　例えば、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上であれば、ＨＥＭＴ２０を構成した際の電子移動度を例えば１７００ｃｍ２／Ｖｓ以上とすることが可能となり、十分な電子移動度を確保できるようになる（図中矢印Ｃ参照）。具体的には、例えば、Ｈ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上であれば電子移動度を１７００ｃｍ２／Ｖｓ以上とすることができるが、Ｈ濃度差が２×１０１７ｃｍ−３程度である場合には電子移動度が１３００ｃｍ２／Ｖｓ程度まで下がってしまい、電流値が２割以上も減少してしまうことになる。同一構造仕様での比較であれば、１割程度の電流減少で不都合が生じると考えられるが、このような事態を未然に回避すべく、十分な電子移動度を確保できるようになれば、実用上大きなメリットとなる。
　十分な電子移動度を確保できれば、ＨＥＭＴ２０を構成した際の電気特性等を良好なものとすることができる。
　以上のように、ＡｌＧａＮ層１４は、少なくとも一部分、具体的にはＧａＮ層１３との界面近傍領域１７において、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上といったように、Ｈ濃度差の下限が規定されているものとする。
（Ｈ濃度差の下限規定部分の配置）
　上述したように、ＡｌＧａＮ層１４は、少なくともＧａＮ層１３との界面近傍領域１７において、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上となっている。つまり、ＡｌＧａＮ層１４は、界面近傍領域１７に高水素濃度である領域を有する。このようにＨ濃度差が規定される高水素濃度領域としての界面近傍領域１７は、少なくともＧａＮ層１３との界面から１ｎｍ厚の部分であるものとする。少なくとも１ｎｍ厚の部分であるから、ＧａＮ層１３との界面から１ｎｍ厚を超える部分、すなわち非界面近傍領域１８については、ＧａＮ層１３とのＨ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３未満であってもよいし、３×１０１７ｃｍ−３以上であってもよい。
　このように、少なくともＧａＮ層１３との界面から１ｎｍ厚の部分である界面近傍領域１７について、Ｈ濃度差を３×１０１７ｃｍ−３以上とすれば、かかる部分については、必要以上にＨ濃度差を小さく抑えることを要さず、その結果としてＧａＮ層１３との界面の状態が劣化してしまうのを抑制することができる。つまり、界面近傍領域１７として少なくとも１ｎｍ厚を確保すれば、界面劣化の抑制に十分なものとなる。したがって、かかる部分を界面近傍領域１７として確保すれば、界面劣化がＧａＮ層１３における２ＤＥＧ１５に悪影響を及ぼして電子移動度が悪化してしまうのを抑制する上で、非常に好適なものとなる。
（Ｈ濃度の値）
　ＧａＮ層１３におけるＨ濃度とＡｌＧａＮ層１４におけるＨ濃度については、それぞれの濃度差が上述したように構成されていればよく、それぞれの濃度値（絶対値）の大きさが特に限定されるものではない。つまり、上述したＨ濃度差を満足していれば、それぞれのＨ濃度値は、適宜設定されたものでも構わない。
　ただし、上述したＨ濃度差を満足させるためには、詳細を後述するように、ＧａＮ層１３およびＡｌＧａＮ層１４のそれぞれのＨ濃度値（特に、ＡｌＧａＮ層１４のＨ濃度値）を小さく抑えることが好ましい。それぞれのＨ濃度値を小さく抑えることで、相対的にＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差を小さく抑えることが容易に実現可能となるからである。
　具体的には、上述したＨ濃度差を満足させるために、例えば、ＧａＮ層１３のＨ濃度値を１×１０１６~１×１０１８ｃｍ−３、さらに好ましくは５×１０１６~５×１０１７ｃｍ−３、ＡｌＧａＮ層１４のＨ濃度値を１×１０１７~３×１０１８ｃｍ−３、さらに好ましくは３×１０１７~２×１０１８ｃｍ−３とすることが考えられる。また、特にＡｌＧａＮ層１４については、界面近傍領域１７のＨ濃度値を８×１０１７~３×１０１８ｃｍ−３、非界面近傍領域１８のＨ濃度値を１×１０１７~２×１０１８ｃｍ−３とすることが考えられる。
（５）窒化物半導体エピタキシャル基板および半導体装置の製造方法
　次に、上述した構成の中間体（すなわち、本実施形態に係る窒化物半導体エピタキシャル基板）１０の製造方法およびＨＥＭＴ（すなわち、本実施形態に係る半導体装置）２０の製造方法ついて説明する。
（窒化物半導体エピタキシャル基板の製造方法）
　先ず、窒化物半導体エピタキシャル基板の一例である中間体１０を製造する場合について説明する。
　本実施形態では、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）装置を用い、以下の手順により、中間体１０を製造する。
（Ｓ１１０：基板用意工程）
　中間体１０の製造にあたっては、先ず、基板１１として、例えば、ポリタイプ４Ｈの半絶縁性ＳｉＣ基板を用意する。
（Ｓ１２０：ＧａＮ層形成工程）
　基板１１を用意したら、ＭＯＶＰＥ装置の処理室内に、用意した基板１１を搬入する。そして、処理室内にキャリアガス（希釈ガス）として水素（Ｈ２）ガス（または、Ｈ２ガスおよび窒素（Ｎ２）ガスの混合ガス）を供給し、基板１１の温度を核生成層の所定の成長温度（例えば１１５０℃以上１２５０℃以下）まで上昇させる。基板１１の温度が所定の成長温度となったら、例えば、ＩＩＩ族原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスと、Ｖ族原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスとを、それぞれ基板１１に対して供給する。これにより、基板１１上にＡｌＮからなるＡｌＮ層１２を成長させる。所定の厚さのＡｌＮ層１２の成長が完了したら、ＴＭＡガスの供給を停止する。なお、このとき、ＮＨ３ガスの供給を継続する。
　次に、基板１１の温度をＧａＮ層１３の所定の成長温度（例えば１０００℃以上１１００℃以下）に調整する。そして、基板１１の温度が所定の成長温度となったら、ＮＨ３ガスの供給を継続した状態で、例えば、ＩＩＩ族原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを供給する。これにより、ＡｌＮ層１２上に単結晶のＧａＮからなるＧａＮ層１３をエピタキシャル成長させる。
　このとき、処理室内にキャリアガス（希釈ガス）を供給しているが、そのキャリアガスをＮ２ガスのみとするか、またＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスにおけるＮ２ガスの濃度を高くする（例えば、Ｎ２ガスの分圧／Ｈ２ガスの分圧：１．０~３．０）。これにより、ＧａＮ層１３へのＨ混入が抑制される。
　また、このとき、基板１１の温度を、所定の成長温度の範囲内で高温側（例えば１０４０℃以上１１００℃以下）に調整する。また、処理室内圧力を高め（例えば１３．３ｋＰａ以上６６．７ｋＰａ以下）に調整する。このように、成長温度と処理室内圧力を高めに調整することで、ＧａＮ層１３へのＨ混入が抑制される。
　このような成長条件とすることで、ＧａＮ層１３は、例えば、Ｈ濃度値が１×１０１６~１×１０１８ｃｍ−３を満足するものとなる。
　そして、所定の厚さのＧａＮ層１３の成長が完了したら、ＴＭＧガスの供給を停止する。なお、このとき、ＮＨ３ガスの供給を継続する。
（Ｓ１３０：ＡｌＧａＮ層形成工程）
　次に、例えば、基板１１の温度をＡｌＧａＮ層１４の所定の成長温度（例えば９００℃以上１１００℃以下）に調整する。そして、基板１１の温度が所定の成長温度となったら、ＮＨ３ガスの供給を継続した状態で、例えば、ＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧガスおよびＴＭＡガスを供給する。これにより、電子走行層１４０上に単結晶のＡｌＧａＮからなるＡｌＧａＮ層１４をエピタキシャル成長させる。
　このとき、ＡｌＧａＮ層１４のエピタキシャル成長は、先ず、界面近傍領域１７について行われ、次いで、非界面近傍領域１８について行われる。
　界面近傍領域１７についてのエピタキシャル成長は、ＧａＮ層１３との界面の状態の劣化を抑制し得る成長条件にて行う。具体的には、処理室内にキャリアガス（希釈ガス）としてＨ２ガス、またはＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガス（例えば、Ｎ２ガスの分圧／Ｈ２ガスの分圧：０．５~１．０）を供給し、基板１１の温度を所定の成長温度（例えば９００℃以上１０８０℃以下）に調整する。また、処理室内圧力を低め（例えば６．７ｋＰａ以上１３．２ｋＰａ以下）に調整する。これにより、界面近傍領域１７の部分については、ＧａＮ層１３との界面の状態が劣化してしまうのが抑制されることになる。
　界面近傍領域１７の厚さについては、例えば、０．５~２．０ｎｍとすることが考えられる。界面近傍領域１７が厚くなり過ぎると、相対的に非界面近傍領域１８が薄くなり、その結果として、Ｈ濃度が高い部分の割合が増え、Ｈ濃度が低い部分の割合が減ることになり、後述する経時的変化の抑制効果が損なわれることが懸念されるからである。
　そして、例えば０．５~２．０ｎｍの厚さ、好ましくは界面状態の劣化抑制に十分な少なくとも１．０ｎｍ程度の厚さとなるように、界面近傍領域１７の成長が完了したら、続いて、非界面近傍領域１８についてのエピタキシャル成長を、ＡｌＧａＮ層１４へのＨ混入を抑制し得る成長条件にて行う。
　具体的には、処理室内に供給するキャリアガス（希釈ガス）を、Ｎ２ガスのみとするか、またＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスにおけるＮ２ガスの濃度を高くする（例えば、Ｎ２ガスの分圧／Ｈ２ガスの分圧：１．０~３．０）。これにより、ＡｌＧａＮ層１４へのＨ混入が抑制される。
　また、このとき、基板１１の温度を、所定の成長温度の範囲内で高温側（例えば１０４０℃以上１１００℃以下）に調整する。同時に処理室内圧力を高め（例えば１３．３ｋＰａ以上４０．０ｋＰａ以下）に調整する。このように、成長温度と処理室内圧力を高めに調整することで、ＡｌＧａＮ層１４へのＨ混入が抑制される。
　このような成長条件とすることで、ＡｌＧａＮ層１４は、例えば、Ｈ濃度値が１×１０１７~３×１０１８ｃｍ−３を満足するものとなる。
　以上の各工程を経て得られるＧａＮ層１３およびＡｌＧａＮ層１４は、それぞれのＨ濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下（好ましくは８×１０１７ｃｍ−３以下）を満足するものとなる。また、少なくとも界面近傍領域１７の部分については、それぞれのＨ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上を満足するものとなる。
　なお、このようなＨ濃度差を満足するためには、ＧａＮ層１３およびＡｌＧａＮ層１４のそれぞれのＨ濃度値を小さく抑えることが好ましい。それぞれのＨ濃度値を小さく抑えることで、相対的にＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差を小さく抑えることが容易に実現可能となるからである。
　そして、所定の厚さのＡｌＧａＮ層１４の成長が完了したら、ＴＭＧガスおよびＴＭＡガスの供給を停止し、基板１１の温度をＡｌＧａＮ層１４の成長温度から低下させる。なお、このとき、通常は、キャリアガスを停止し、パージガスとしてＮ２ガスを供給するとともに、ＮＨ３ガスの供給を継続する。そして、窒化物半導体エピタキシャル基板１１の温度が５００℃以下となったら、ＮＨ３ガスの供給を停止し、ＭＯＶＰＥ装置の処理室内の雰囲気をＮ２ガスのみへ置換して大気圧に復帰させる。
　その後、ＧａＮ層１３およびＡｌＧａＮ層１４を含む中間体１０が搬出可能な温度にまで低下したら、その中間体１０を処理室内から搬出する。
　以上により、図１に示す中間体１０（すなわち、窒化物半導体エピタキシャル基板の一例）が製造される。
（半導体装置の製造方法）
　続いて、中間体１０を用いて、半導体装置の一例であるＨＥＭＴ２０を製造する場合について説明する。
（Ｓ１４０：ＧａＮ層形成工程）
　ＨＥＭＴ２０の製造にあたっては、先ず、中間体１０を用意し、その中間体１０をＭＯＶＰＥ装置の処理室内に搬入する。そして、上述したＧａＮ層形成工程（Ｓ１２０）の場合と同様の処理を行って、中間体１０におけるＡｌＧａＮ層１４の上に単結晶のＧａＮからなるＧａＮキャップ層２１をエピタキシャル成長させる。その後、所定の厚さのＧａＮキャップ層２１の成長が完了したら、ＧａＮキャップ層２１が形成された中間体１０を処理室内から搬出する。なお、このＧａＮキャップ層２１の成長は、上述したＡｌＧａＮ層形成工程（Ｓ１３０）の後に高温状態のまま引き続いて実施してもよい。
（Ｓ１５０：電極形成工程）
　次いで、ＧａＮキャップ層２１上にレジスト膜を形成し、平面視でソース電極２３およびドレイン電極２４が形成されることとなる領域が開口となるようにレジスト膜をパターニングする。そして、例えば、電子ビーム蒸着法により、ＧａＮキャップ層２１およびレジスト膜を覆うようにＴｉ／Ａｌの複層構造（またはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕの複層構造）を形成する。その後、所定の溶媒を用い、リフトオフによりレジスト膜を除去することで、上記所定領域にソース電極２３およびドレイン電極２４を形成し、その全体をＮ２雰囲気中において所定の温度で所定時間アニール処理する（例えば、６５０℃３分間）。これにより、ソース電極２３およびドレイン電極２４のそれぞれをＧａＮキャップ層２１に対してオーミック接合させることができる。
　次に、ＧａＮキャップ層２１、ソース電極２３およびドレイン電極２４を覆うようにレジスト膜を形成し、平面視でゲート電極２２が形成されることとなる領域が開口となるようにレジスト膜をパターニングする。そして、例えば電子ビーム蒸着法により、ＧａＮキャップ層２１およびレジスト膜を覆うようにＮｉ／Ａｕの複層構造を形成する。その後、所定の溶媒を用い、リフトオフによりレジスト膜を除去することで、上記所定領域にゲート電極２２を形成し、その全体をＮ２雰囲気中において所定の温度で所定時間アニール処理する（例えば、４５０℃１０分間）。
　以上により、図１に示すＨＥＭＴ２０（すなわち、半導体装置の一例）が製造される。
（６）本実施形態により得られる効果
　本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。
（Ａ）本実施形態によれば、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下である部分を含んで構成され、それぞれのＨ濃度差が小さく抑えられている。したがって、ＧａＮ層１３内の２ＤＥＧ１５に経時的な変化が生じてしまうことを抑制することができる。また、２ＤＥＧ１５の経時的な変化を抑制できれば、ＨＥＭＴ２０を構成した際のデバイス特性の変動についても抑制することができる。
　具体的には、例えば、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下であれば、これよりもＨ濃度差が大きい場合（例えば３×１０１８ｃｍ−３である場合）に比べて、ＨＥＭＴ２０を構成した際のピンチオフ電圧の変化量を減少（例えば半減以下）させることができる。ピンチオフ電圧の変化量を小さく抑えることができれば、ＨＥＭＴ２０を構成した際の閾値電圧ＶＴＨの変動を小さく抑えることが可能となり、ＨＥＭＴ２０の信頼性や電気特性等を良好なものとすることができる。
　つまり、本実施形態によれば、２ＤＥＧ１５についての経時的な変化を抑制することができ、ＨＥＭＴ２０を構成した際の信頼性や電気特性等を良好なものとすることができる。
（Ｂ）特に、本実施形態で説明したように、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差が８×１０１７ｃｍ−３以下である部分を含んで構成されていれば、ＧａＮ層１３内の２ＤＥＧ１５の経時的な変化を抑制する上で非常に好ましいものとなる。
　具体的には、例えば、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差が８×１０１７ｃｍ−３以下であれば、より一層ＧａＮ層１３における２ＤＥＧ１５の経時的な変化が抑制されるので、ＨＥＭＴ２０を構成した際のピンチオフ電圧の変化量を極小（例えば０．２０Ｖ以下）にすることができる。つまり、ＨＥＭＴ２０を構成した際の信頼性や電気特性等を良好にする上で非常に好ましいものとなる。
（Ｃ）また、本実施形態によれば、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上である部分を含んで構成されているので、成膜時の成長条件との関係でＧａＮ層１３における電子移動度に悪影響が及んでしまうのを抑制することができる。
　具体的には、例えば、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上であれば、ＨＥＭＴ２０を構成した際の電子移動度を例えば１７００ｃｍ２／Ｖｓ以上とすることが可能となり、十分な電子移動度を確保できる。
　つまり、本実施形態によれば、ＧａＮ層１３とＡｌＧａＮ層１４とのＨ濃度差を小さく抑える場合であっても、下限を規定してＨ濃度差を小さく抑え過ぎないようにすることで、ＨＥＭＴ２０を構成した際の電子移動度を十分に確保することができる。このように、十分な電子移動度を確保できれば、ＨＥＭＴ２０を構成した際の電気特性等を良好なものとすることができる。
（Ｄ）特に、本実施形態で説明したように、ＡｌＧａＮ層１４におけるＧａＮ層１３との界面近傍領域１７にＨ濃度差の下限が規定された高水素濃度領域を有していれば、かかる部分については、必要以上にＨ濃度差を小さく抑えることを要さず、その結果としてＧａＮ層１３との界面の状態が劣化してしまうのを抑制することができる。したがって、かかる部分を高水素濃度領域としての界面近傍領域１７として確保すれば、界面劣化がＧａＮ層１３における２ＤＥＧ１５に悪影響を及ぼして電子移動度が悪化してしまうのを抑制する上で、非常に好適なものとなる。
＜他の実施形態＞
　以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
　上述した実施形態では、中間体（窒化物半導体エピタキシャル基板）１０が基板１１、ＡｌＮ層（核生成層）１２、ＧａＮ層（第一窒化物半導体層）１３およびＡｌＧａＮ層（第二窒化物半導体層）１４が積層されてなる場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されるものではない。本発明に係る窒化物半導体エピタキシャル基板は、少なくとも基板上に電子走行層としての第一窒化物半導体層と電子供給層としての第二窒化物半導体層とを備えたものであれば、ＡｌＮ層（核生成層）１２を有していなくてもよいし、上述の実施形態では説明しない他の層を有したものであってもよい。
　また、上述した実施形態では、電子走行層としての第一窒化物半導体層がＧａＮ層１３であり、電子供給層としての第二窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層１４である場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、第一窒化物半導体層および第二窒化物半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなるものであれば、ＧａＮ結晶またはＡｌＧａＮ結晶に限らず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）等の窒化物結晶、すなわち、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式で表される窒化物結晶からなるものであってもよい。
　また、上述の実施形態では、中間体（窒化物半導体エピタキシャル基板）１０を用いて製造される半導体装置として、ＦＥＴの一つであるＨＥＭＴ２０を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはなく、他の半導体デバイスについても全く同様に適用することが可能である。
＜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。
［付記１］
　本発明の一態様によれば、
　基板と、
　前記基板上に形成された、二次元電子ガスが存在する電子走行層としての第一窒化物半導体層と、
　前記第一窒化物半導体層上に形成された電子供給層としての第二窒化物半導体層と、を備え、
　前記第二窒化物半導体層は、前記第一窒化物半導体層よりも水素濃度が高濃度で、かつ、前記第一窒化物半導体層との水素濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下である部分を含む
　窒化物半導体エピタキシャル基板が提供される。
　［付記２］
　付記１に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
　前記第二窒化物半導体層は、前記第一窒化物半導体層との水素濃度差が８×１０１７ｃｍ−３以下である部分を含む。
　［付記３］
　付記１または２に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
　前記第二窒化物半導体層は、前記第一窒化物半導体層との水素濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上である部分を含む。
　［付記４］
　付記１から３のいずれか１つに記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
　前記第二窒化物半導体層は、前記第一窒化物半導体層との界面近傍に高水素濃度領域を有する。
　［付記５］
　付記４に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
　前記高水素濃度領域は、前記第一窒化物半導体層との界面から少なくとも１ｎｍ厚に形成され、前記第一窒化物半導体層との水素濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上である。
　［付記６］
　付記１から５のいずれか１つに記載の窒化物半導体エピタキシャル基板において、好ましくは、
　前記第一窒化物半導体層の水素濃度値が１×１０１６~１×１０１８ｃｍ−３、さらに好ましくは５×１０１６~５×１０１７ｃｍ−３であり、
　前記第二窒化物半導体層の水素濃度値が１×１０１７~３×１０１８ｃｍ−３、さらに好ましくは３×１０１７~２×１０１８ｃｍ−３である。
　［付記７］
　本発明の他の一態様によれば、
　付記１から６のいずれか１つに記載の窒化物半導体エピタキシャル基板と、
　前記窒化物半導体エピタキシャル基板の上方側に形成されたソース電極、ドレイン電極およびゲート電極と、
　を備える半導体装置が提供される。
１０　化物半導体エピタキシャル基板（中間体）
１１　基板
１３　第一窒化物半導体層（ＧａＮ層、ＧａＮチャネル／バッファ層）
１４　第二窒化物半導体層（ＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮバリア層）
１５　二次元電子ガス（２ＤＥＧ）
１７　界面近傍領域
２０　半導体装置（ＨＥＭＴ）
２１　第三窒化物半導体層（ＧａＮ層、ＧａＮキャップ層）
２２　ゲート電極
２３　ソース電極
２４　ドレイン電極

Claims (6)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に形成された、二次元電子ガスが存在する電子走行層としての第一窒化物半導体層と、
    　前記第一窒化物半導体層上に形成された電子供給層としての第二窒化物半導体層と、を備え、
    　前記第二窒化物半導体層は、前記第一窒化物半導体層よりも水素濃度が高濃度で、かつ、前記第一窒化物半導体層との水素濃度差が２×１０１８ｃｍ−３以下である部分を含む
    　窒化物半導体エピタキシャル基板。
  2. 　前記第二窒化物半導体層は、前記第一窒化物半導体層との水素濃度差が８×１０１７ｃｍ−３以下である部分を含む
    　請求項１に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板。
  3. 　前記第二窒化物半導体層は、前記第一窒化物半導体層との水素濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上である部分を含む
    　請求項１または２に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板。
  4. 　前記第二窒化物半導体層は、前記第一窒化物半導体層との界面近傍に高水素濃度領域を有する
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板。
  5. 　前記高水素濃度領域は、前記第一窒化物半導体層との界面から少なくとも１ｎｍ厚に形成され、前記第一窒化物半導体層との水素濃度差が３×１０１７ｃｍ−３以上である
    　請求項４に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板と、
    　前記窒化物半導体エピタキシャル基板の上方側に形成されたソース電極、ドレイン電極およびゲート電極と、
    　を備える半導体装置。
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