JP2011171640A - 窒化物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノーマリオフ特性が安定的に得られる窒化物半導体装置を提供すること。
【解決手段】基板１と、基板１上に形成され、且つ、ヘテロ接合界面２２ａを有する窒化物半導体層２と、窒化物半導体層２に形成されたリセス３と、を備える窒化物半導体装置であって、
窒化物半導体層２は、基板１上に形成されたＡｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｘ２≦１、０≦（ｘ１＋ｘ２）≦１）からなるキャリア走行層２２と、キャリア走行層２２上に形成されたＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第１の層２３１、第１の層２３１上に形成されたＧａＮからなる第２の層２３２、及び、第２の層上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｘ１＜ｚ）からなる第３の層２３３を有するキャリア供給層２３と、を備え、
凹部３は、第３の層２３３を貫通し、凹部底面３１において第２の層２３２の主面が露出するように形成される。
【選択図】図１
【解決手段】基板１と、基板１上に形成され、且つ、ヘテロ接合界面２２ａを有する窒化物半導体層２と、窒化物半導体層２に形成されたリセス３と、を備える窒化物半導体装置であって、
窒化物半導体層２は、基板１上に形成されたＡｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｘ２≦１、０≦（ｘ１＋ｘ２）≦１）からなるキャリア走行層２２と、キャリア走行層２２上に形成されたＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第１の層２３１、第１の層２３１上に形成されたＧａＮからなる第２の層２３２、及び、第２の層上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｘ１＜ｚ）からなる第３の層２３３を有するキャリア供給層２３と、を備え、
凹部３は、第３の層２３３を貫通し、凹部底面３１において第２の層２３２の主面が露出するように形成される。
【選択図】図１
Description
本発明は、窒化物半導体装置及びその製造方法に関する。より詳細には、ノーマリオフ特性を有するＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）及びその製造方法に関する。
近年、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の窒化物半導体を用いたＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）が、その物性的特徴から高耐圧・高速デバイスとして期待されている。また、ＨＥＭＴの高速動作を実現させるためには、ゲートバイアスを印加しない状態でソースとドレインとの間に電流が流れない、ノーマリオフ特性の改善が重要である。
図４は、特許文献１に開示される従来技術に係るＨＥＭＴ１１０の構造を示す断面図である。特許文献１は、基板１０１と、バッファ層１２１と電子走行層１２２と電子供給層１２３とからなる窒化物半導体層１０２と、ソース電極１０４と、ドレイン電極１０５と、リセス（凹部）１０３内に形成されたゲート電極１０６と、を備えるＨＥＭＴ１１０を開示する。特許文献１に開示されるＨＥＭＴ１１０において、リセス１０３は、ドライエッチングにより電子供給層１２３の一部を薄くすることで形成される。
ところで、リセス１０３の直下に残存する電子供給層１２３の厚さは、ノーマリオフ特性に大きな影響を与えることが知られている。従来技術のように、リセス１０３がドライエッチングにより形成される場合、電子供給層１２３の厚さバラつきに起因する閾値変動が発生しやすく、ノーマリオフ特性を有するＨＥＭＴが安定的に得られない。
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ノーマリオフ特性が安定的に得られる窒化物半導体装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明に係る窒化物半導体装置は、基板と、前記基板の主面上に形成され、且つ、ヘテロ接合界面を有する窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層に形成された凹部と、を備える窒化物半導体装置であって、
前記窒化物半導体層は、前記基板上に形成されたＡｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｘ２≦１、０≦（ｘ１＋ｘ２）≦１）からなるキャリア走行層と、前記キャリア走行層上に形成されたＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第１の層、前記第１の層上に形成されたＧａＮからなる第２の層、及び、前記第２の層上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第３の層を有するキャリア供給層と、を備え、
前記凹部は、前記第３の層を貫通し、凹部底面において前記第２の層の主面が露出するように形成されることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために本発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、基板と、前記基板の主面上に形成され、且つ、ヘテロ接合界面を有する窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層に形成された凹部と、を備える窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記基板上にＡｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｘ２≦１、０≦（ｘ１＋ｘ２）≦１）からなるキャリア走行層と、前記キャリア走行層上に形成されたＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第１の層、前記第１の層上に形成されたＧａＮからなる第２の層、及び、前記第２の層上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｘ１＜ｚ）からなる第３の層を有するキャリア供給層と、が順次形成される窒化物半導体層形成工程と、
前記凹部が、前記第３の層を貫通し、凹部底面において前記第２の層の主面が露出するように形成される凹部形成工程と、を備えることを特徴とする。
前記窒化物半導体層は、前記基板上に形成されたＡｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｘ２≦１、０≦（ｘ１＋ｘ２）≦１）からなるキャリア走行層と、前記キャリア走行層上に形成されたＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第１の層、前記第１の層上に形成されたＧａＮからなる第２の層、及び、前記第２の層上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第３の層を有するキャリア供給層と、を備え、
前記凹部は、前記第３の層を貫通し、凹部底面において前記第２の層の主面が露出するように形成されることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために本発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、基板と、前記基板の主面上に形成され、且つ、ヘテロ接合界面を有する窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層に形成された凹部と、を備える窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記基板上にＡｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｘ２≦１、０≦（ｘ１＋ｘ２）≦１）からなるキャリア走行層と、前記キャリア走行層上に形成されたＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第１の層、前記第１の層上に形成されたＧａＮからなる第２の層、及び、前記第２の層上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｘ１＜ｚ）からなる第３の層を有するキャリア供給層と、が順次形成される窒化物半導体層形成工程と、
前記凹部が、前記第３の層を貫通し、凹部底面において前記第２の層の主面が露出するように形成される凹部形成工程と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る窒化物半導体装置及びその製造方法によれば、電子供給層の厚さバラつきに起因する閾値変動が抑制されるため、ノーマリオフ特性が安定的に得られ、且つ、ゲートリーク電流が抑制される窒化物半導体装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態の窒化物半導体装置及びその製造方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（窒化物半導体装置の構成）
図１は、本発明の実施例１に係るＨＥＭＴ１０の構造を示す断面図である。
本発明に係る窒化物半導体装置としてのＨＥＭＴ１０は、基板１と、窒化物半導体層２と、リセス（凹部）３と、を備える。
図１は、本発明の実施例１に係るＨＥＭＴ１０の構造を示す断面図である。
本発明に係る窒化物半導体装置としてのＨＥＭＴ１０は、基板１と、窒化物半導体層２と、リセス（凹部）３と、を備える。
基板１は、例えばＳｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、又はサファイア等の材料からなる単結晶基板である。本実施例における基板１は、主面１ａを有する単結晶Ｓｉからなる。
窒化物半導体層２は、基板１の主面１ａ上にエピタキシャル成長されてなる積層構造を有し、ヘテロ接合界面２２ａと、その付近に発生する二次元電子ガス層（２ＤＥＧ）と、を有する。さらに、窒化物半導体層２は、バッファ層２１と、キャリア走行層２２と、キャリア供給層２３と、を備える。
電子走行層２２は、バッファ層２１上において、例えばノンドープのＡｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（アルミインジウム窒化ガリウム）からなり、３．０〜４．５μｍの厚さに形成される。ここで、ノンドープとは、不純物が意図的に添加されないことを意味する。また、ｘ１とｘ２との和は、０以上１以下の範囲となる数値である。ｘ１は、例えば０以上１未満の範囲にある数値であって、本実施例においては０である。ｘ２は、例えば０以上１以下の範囲にある数値であって、本実施例においては０である。即ち、本実施例における電子走行層２２はＧａＮからなる。
電子供給層２３は、電子走行層２２よりも大きいバンドギャップを有し、且つ、電子走行層２２よりも小さい格子定数を有する。本実施例における電子供給層２３は、電子走行層２２上に形成され、第１の層２３１、第２の層２３２及び第３の層２３３を備える。電子走行層２２を構成する各層は、リセス３の直下における２ＤＥＧが消失するように、後述のような組成及び膜厚で構成される。
第２の層２３２は、第１の層２３１上に隣接するように、導電型不純物としてＳｉがドーピングされたｎ型のＧａＮで２〜５ｎｍの厚さに形成される。第２の層２３２は、ノンドープのＧａＮで形成されても良い。また、本発明において、第２の層２３２の主面２３２ａは、ＧａＮのｃ面（（０００１）面）であることが好ましい。後述するように、リセス３の底面３１において、第２の層２３２の主面２３２ａは露出し、第２の層２３２はゲート電極６と隣接する。
第３の層２３３は、第２の層２３２上に隣接するように、ノンドープのＡｌｚＧａ１−ｚＮで１０〜２０ｎｍの厚さに形成される。ここで、ｚは、例えば０より大きく１以下の範囲にあり、好ましくはｙ以上の数値であって、０．３以上０．５以下の数値であるが、本実施例においては０．３である。なお、第３の層２３３上にＧａＮからなるキャップ層が形成されても良い。また、第３の層２３３は、窒化物半導体層２におけるリセス３を構成する開孔を有する。
リセス３は、第３の層２３３を貫通するように形成される。即ち、リセス３の底面３１は、第２の層２３２の主面２３２ａと略同一平面をなし、リセス３の側面３２は、開孔側に露出した第３の層２３３の側面と一致する。リセス３の底面３１と電子走行層２２との間には、第１の層２３１と第２の層２３２とが存在する。キャリア供給層２３及びリセス３はこのように形成されるため、リセス３の直下において、２ＤＥＧは分断され、ＨＥＭＴ１０はノーマリオフ特性を得ることができる。
ＨＥＭＴ１０は、さらに、ソース電極４とドレイン電極５とゲート電極６とを備える。ソース電極４は、窒化物半導体層２上に形成され、且つ、２ＤＥＧにオーミック接続される。ドレイン電極５は、窒化物半導体層２上において、ソース電極４と互いに離間するように形成され、２ＤＥＧにオーミック接続される。ソース電極４及びドレイン電極５は、電子走行層２２に隣接されるように形成されても良い。即ち、第１の層２３１、第２の層２３２及び第３の層２３３を貫通する開孔の内部に充填されるように形成されても良い。
ゲート電極６は、窒化物半導体層２上において、ソース電極４とドレイン電極５との間に配設され、リセス３の内部に充填されるように形成される。即ち、本実施例に係るＨＥＭＴ１０におけるゲート電極６は、リセス３の底面３１において第２の層２３２に隣接し、側面３２において第３の層２３３に隣接する。
（窒化物半導体装置の製造方法）
図２は、本発明の実施例１に係るＨＥＭＴ１０の製造方法を示す工程断面図である。
本発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層形成工程と、凹部形成工程と、を備える。
図２は、本発明の実施例１に係るＨＥＭＴ１０の製造方法を示す工程断面図である。
本発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層形成工程と、凹部形成工程と、を備える。
まず、図２（ａ）に示すように、窒化物半導体層２を構成するバッファ層２１、電子走行層２２、第１の層２３１、第２の層２３２及び第３の層２３３が、単結晶Ｓｉからなり主面１ａが（１００）面である基板１の主面１ａ上に順次形成される。例えば、基板１が周知のＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置のチャンバ内に配置され、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）及びＳｉ等を含有するドーパントガスがチャンバ内に適宜供給されることで、窒化物半導体層２がエピタキシャル成長により形成される。本実施例において、バッファ層２１の厚さは２μｍ、電子走行層２２の厚さは３．２μｍ、第１の層２３１の厚さは５ｎｍ、第２の層２３２の厚さは５ｎｍ、第３の層２３３の厚さは１５ｎｍに形成される。前述のような基板１を用いることで、主面２３２ａの結晶面がｃ面となる第２の層２３２が容易に得られる。
図２（ａ）に示される製造工程は、本発明に係る窒化物半導体層形成工程と換言される。
図２（ａ）に示される製造工程は、本発明に係る窒化物半導体層形成工程と換言される。
次に、図２（ｂ）に示すように、金属膜４１及びレジスト４２が第３の層２３３上に形成される。金属膜４１は、均一な厚さを有するＴｉ（チタン）及びＡｌ（アルミニウム）の積層構造からなり、例えば、スパッタリングによって第３の層２３３上に形成される。詳細には、第３の層２３３上にＴｉ膜が２５ｎｍの厚さに形成され、Ｔｉ膜上にＡｌ膜が３００ｎｍの厚さに形成される。レジスト４２は、金属膜４１上において、所定の開孔４３を有するように、周知のフォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。金属膜４１の一部は、開孔４３によって露出される。
次に、図２（ｃ）に示すように、ソース電極４及びドレイン電極５が第３の層２３３上に形成される。開孔４３において露出される金属膜４１は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の異方性エッチングによってパターニングされ、レジスト４２が除去されることで、ソース電極４及びドレイン電極５が形成される。金属膜４１は、ウェットエッチング或いはリフトオフによってパターニングされても良い。
次に、図２（ｄ）に示すように、マスク４４が、第３の層２３３、ソース電極４及びドレイン電極５を覆うように形成される。マスク４４は、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなり、所定の開孔４５を有する。マスク４４は、フォトリソグラフィ及びフッ素系ガスを用いた異方性エッチングによって形成される。第３の層２３３のリセス３が形成される部分は、開孔４５によって露出する。
次に、図２（ｅ）に示すように、リセス３が電子供給層２３に形成される。リセス３は、第３の層２３３を貫通し、底面３１において、第２の層２３２の主面２３２ａを露出させるように形成される。リセス３は、ウェットエッチングにより形成される。本実施例におけるウェットエッチングのエッチング液は、ＧａＮやＡｌＧａＮのような三族窒化物半導体に対して選択性を有するアルカリ性剤が用いられる。このようなアルカリ性剤として、例えば、ＴＭＡＨ（水酸化トリメチルアンモニウム：（ＣＨ３）４ＮＯＨ）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）及びＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）のいずれかを含む溶液が用いられるが、本実施例におけるウェットエッチングには、ＴＭＡＨが用いられる。これらのアルカリ性剤は、三族窒化物半導体のｃ面に比べて、それ以外の面のエッチングレートが高く、また、ＡｌＮのようにＡｌ組成比が高い三族窒化物半導体をエッチングしやすい、という特性を有する。アルカリ性剤は、５０〜１００℃の温度で用いられることが好ましい。電子供給層２３は前述のような積層構造を有するため、Ａｌ組成比が高い第３の層２３３は垂直方向及び水平方向にエッチングされ、Ａｌを含まない第２の層２３２はエッチングされない。従って、リセス３の底面３１は第２の層２３２の主面２３２ａと一致し、側面３２は開孔４５の側面よりも後退するように形成される。なお、前述のように、第３の層２３３上にＧａＮからなるキャップ層が形成される場合、ウェットエッチングの前にＣｌ（塩素）系ガスによるＲＩＥが施され、キャップ層に開孔が形成されることが好ましい。
図２（ｄ）及び（ｅ）に示される製造工程は、本発明に係る凹部形成工程と換言される。
図２（ｄ）及び（ｅ）に示される製造工程は、本発明に係る凹部形成工程と換言される。
次に、図２（ｆ）に示すように、リセス３が形成された後、マスク４４が除去され、レジスト４６が第３の層２３３、ソース電極４及びドレイン電極５を覆うように形成される。レジスト４６は、所定の開孔４７を有し、レジスト４２と同様に、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。リセス３とその周辺における第３の層２３３の一部は、開孔４７によって露出する。
次に、図２（ｇ）に示すように、金属膜４８が、第２の層２３２、第３の層２３３及びレジスト４６を覆うように形成される。金属膜４８は、均一な厚さを有するＮｉ（ニッケル）及びＡｕ（金）の積層構造からなり、例えば、スパッタリングによって形成される。詳細には、第２の層２３２、第３の層２３３及びマスク４６上にＮｉ膜が３０ｎｍの厚さに形成され、Ｎｉ膜上にＡｕ膜が３００ｎｍの厚さに形成される。その後、レジスト４６とともにレジスト４６上の金属膜が除去される。即ち、ゲート電極６はリフトオフにより形成され、図１に示されるＨＥＭＴ１０が得られる。
本実施例に係る窒化物半導体装置は、Ａｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｘ２≦１、０≦（ｘ１＋ｘ２）≦１）からなるキャリア走行層２２と、キャリア走行層２２上に形成されたＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第１の層２３１と、第１の層２３１上に形成されたＧａＮからなる第２の層２３２と、第２の層２３２上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｘ１＜ｚ）からなる第３の層２３３と、を有するキャリア供給層２３と、を備え、さらに、第１の層２３１を貫通し、第２の層２３２の主面２３２ａを露出させるように形成されるリセス３を備える。
リセス３の底面とキャリア走行層との間に存在する電子供給層２３の厚さは、エッチングよりもＭＯＣＶＤの条件に強く依存する。即ち、電子供給層２３の組成及び厚さは精度良く形成されるため、電子供給層２３の厚さバラつきに起因するＨＥＭＴの閾値変動が抑制される。従って、ノーマリオフ特性を有するＨＥＭＴが安定的に得られる。
また、リセス３は、凹部形成工程において、アルカリ性剤を用いたウェットエッチングにより形成される。第２の層２３２の主面２３２ａはＧａＮのｃ面であるため、凹部３の底面３１にはウェットエッチングによる結晶欠陥等のダメージが発生しにくい。従って、ＨＥＭＴ１０の動作時、ゲート電極６を介して流れるリーク電流が抑制され、低損失な窒化物半導体装置が得られる
また、リセス３は、凹部形成工程において、アルカリ性剤を用いたウェットエッチングにより形成される。第２の層２３２の主面２３２ａはＧａＮのｃ面であるため、凹部３の底面３１にはウェットエッチングによる結晶欠陥等のダメージが発生しにくい。従って、ＨＥＭＴ１０の動作時、ゲート電極６を介して流れるリーク電流が抑制され、低損失な窒化物半導体装置が得られる
第１の層２３１及び第３の層２３３は、電子走行層２２とよりも高いＡｌ組成比を有するため、リセス３の直下以外の２ＤＥＧのキャリア濃度を高めることができる。従って、ＨＥＭＴ１０のオン抵抗が低減され、低損失な窒化物半導体装置が得られる。
図３は、本発明の実施例２に係るＨＥＭＴ１０’の製造方法を示す工程断面図である。
本実施例に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層形成工程と、改質領域形成工程と、凹部形成工程と、を備える。
本実施例に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層形成工程と、改質領域形成工程と、凹部形成工程と、を備える。
まず、実施例１に係る窒化物半導体装置の製造方法と同様の工程を経て、図２（ｄ）に示す構造が得られる。即ち、基板１と、基板１上に形成されたバッファ層２１、キャリア走行層２２、及びキャリア供給層２３を有する窒化物半導体層２と、キャリア供給層２３を構成する第３の層２３３上に形成されたソース電極４及びドレイン電極５と、所定の開孔４５を有するマスク４４と、が得られる。
次に、図３（ａ）に示すように、改質領域２３３’が、開孔４５によって露出された第３の層２３３の表面付近に形成される。改質領域２３３’は、第３の層２３３に結晶欠陥が多く導入された領域であり、図中の矢印で示すように、マスク４４上からＲＩＥを施すことで得られる。なお、改質領域形成工程におけるＲＩＥの目的は、第３の層２３３をエッチングすることではないため、Ｃｌ系ではなくＮ２（窒素）又はＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスが用いられることが好ましい。また、ＲＩＥに替わって、Ｎ２又はＡｒ等のイオン注入を施すことで、改質領域２３３’が形成されても良い。
図３（ａ）に示される製造工程は、本発明に係る改質領域形成工程と換言される。
図３（ａ）に示される製造工程は、本発明に係る改質領域形成工程と換言される。
次に、図３（ｂ）に示すようにリセス３’が電子供給層２３に形成される。リセス３’は、実施例１におけるリセス３と同様に、ＴＭＡＨを用いたウェットエッチングにより形成され、第３の層２３３及び改質領域２３３’を貫通し、底面３１において、第２の層２３２の主面２３２ａを露出させるように形成される。但し、キャリア供給層２３に形成された改質領域２３３’は、第２の層２３２よりもさらにエッチングされやすいため、エッチングに要する処理時間は実施例１に係る凹部形成工程よりも短縮される。さらに、処理時間が短いため、リセス３’の側面３２’は、実施例１におけるリセス３の側面３２よりも後退幅が縮小され、リセスの直下において２ＤＥＧが分断される領域を狭く形成することが可能となる。
次に、図３（ｃ）に示すように本実施例に係る窒化物半導体装置としてのＨＥＭＴ１０’が得られる。ゲート電極６’は、実施例１におけるゲート電極６と同様に、図２（ｆ）及び（ｇ）に示されるリフトオフ法により形成される。但し、凹部形成工程におけるリセス３’の側面３２’の後退幅が小さいため、ゲート電極と第２の層との接触面積が実施例１に係るＨＥＭＴ１０よりも小さくなる。
前述のように構成された本実施例に係る窒化物半導体装置の製造方法によって得られる効果について説明する。
本実施例に係る窒化物半導体装置の製造方法は、改質領域形成工程を備える。結晶欠陥等のダメージを多く含む改質領域２３３’が、ウェットエッチングに用いられるマスクと同一のマスクによって、第３の層２３３に形成されるため、ウェットエッチングの処理時間が短縮される。即ち、第３の層２３３が水平方向にエッチングされる時間が短縮され、リセス３’の開孔幅が縮小されるため、図中のＬｇで示されるＨＥＭＴ１０’のゲート長が短くなる。従って、本実施例に係る窒化物半導体装置の製造方法によれば、実施例１に係る窒化物半導体装置の製造方法と同様の効果が得られる他、ＨＥＭＴ１０’の高周波特性が改善されるとともに、ゲート構造が微細化される。
本実施例に係る窒化物半導体装置の製造方法は、改質領域形成工程を備える。結晶欠陥等のダメージを多く含む改質領域２３３’が、ウェットエッチングに用いられるマスクと同一のマスクによって、第３の層２３３に形成されるため、ウェットエッチングの処理時間が短縮される。即ち、第３の層２３３が水平方向にエッチングされる時間が短縮され、リセス３’の開孔幅が縮小されるため、図中のＬｇで示されるＨＥＭＴ１０’のゲート長が短くなる。従って、本実施例に係る窒化物半導体装置の製造方法によれば、実施例１に係る窒化物半導体装置の製造方法と同様の効果が得られる他、ＨＥＭＴ１０’の高周波特性が改善されるとともに、ゲート構造が微細化される。
（変形例）
以上、本発明の実施例の一例について説明したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。また、リセスを備える半導体素子として、例えば、二次元ホールガス層をチャネルとするＨＥＭＴの他、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＦＥＴ、ＳＢＤ或いはこれらの複合素子が形成されても良い。
以上、本発明の実施例の一例について説明したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。また、リセスを備える半導体素子として、例えば、二次元ホールガス層をチャネルとするＨＥＭＴの他、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＦＥＴ、ＳＢＤ或いはこれらの複合素子が形成されても良い。
１ 基板
２ 窒化物半導体層
３ リセス
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６ ゲート電極
２１ バッファ層
２２ キャリア走行層
２３ キャリア供給層
３１ リセス３の底面
３２ リセス３の側面
２３１ 第１の層
２３２ 第２の層
２３３ 第３の層
２ 窒化物半導体層
３ リセス
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６ ゲート電極
２１ バッファ層
２２ キャリア走行層
２３ キャリア供給層
３１ リセス３の底面
３２ リセス３の側面
２３１ 第１の層
２３２ 第２の層
２３３ 第３の層
Claims (8)
- 基板と、前記基板の主面上に形成され、且つ、ヘテロ接合界面を有する窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層に形成された凹部と、を備える窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記基板上にＡｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｘ２≦１、０≦（ｘ１＋ｘ２）≦１）からなるキャリア走行層と、前記キャリア走行層上に形成されたＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第１の層、前記第１の層上に形成されたＧａＮからなる第２の層、及び、前記第２の層上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｘ１＜ｚ）からなる第３の層を有するキャリア供給層と、が順次形成される窒化物半導体層形成工程と、
前記凹部が、前記第３の層を貫通し、凹部底面において前記第２の層の主面が露出するように形成される凹部形成工程と、を備えることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記凹部形成工程が、アルカリ性剤を用いて第３の層をウェットエッチングする工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記アルカリ性剤が、水酸化トリメチルアンモニウム、水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムのいずれかを含む溶液であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記凹部形成工程を行う前に前記第３の層に結晶欠陥が導入される改質領域形成工程を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記第３の層が、ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｙ＜ｚ）からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 基板と、前記基板の主面上に形成され、且つ、ヘテロ接合界面を有する窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層に形成された凹部と、を備える窒化物半導体装置であって、
前記窒化物半導体層は、前記基板上に形成されたＡｌｘ１Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｘ２≦１、０≦（ｘ１＋ｘ２）≦１）からなるキャリア走行層と、前記キャリア走行層上に形成されたＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ１＜ｙ）からなる第１の層、前記第１の層上に形成されたＧａＮからなる第２の層、及び、前記第２の層上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｘ１＜ｚ）からなる第３の層を有するキャリア供給層と、を備え、
前記凹部は、前記第３の層を貫通し、凹部底面において前記第２の層の主面が露出するように形成されることを特徴とする窒化物半導体装置。
- 前記凹部は、アルカリ性剤を用いたウェットエッチングにより形成されることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体装置。
- 前記アルカリ性剤が、水酸化トリメチルアンモニウム、水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムのいずれかを含む溶液であることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体装置。
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