半導体装置及びその製造方法
【課題】窒化物半導体デバイス層がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層を基板から剥離することができるようにする。
【解決手段】半導体装置の製造方法を、基板１２上に、エッチング犠牲層１３を形成する工程と、エッチング犠牲層１３上に、エッチングストッパ層２を形成する工程と、エッチングストッパ層２上に、窒化物半導体デバイス層１を形成する工程と、エッチング犠牲層１３を、光電気化学エッチングによって除去する工程とを含むものとし、エッチングストッパ層２を、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止する層とする。
【解決手段】半導体装置の製造方法を、基板１２上に、エッチング犠牲層１３を形成する工程と、エッチング犠牲層１３上に、エッチングストッパ層２を形成する工程と、エッチングストッパ層２上に、窒化物半導体デバイス層１を形成する工程と、エッチング犠牲層１３を、光電気化学エッチングによって除去する工程とを含むものとし、エッチングストッパ層２を、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止する層とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系電子デバイスは、その物性的特徴から高耐圧で高速動作可能なデバイスとして、例えばミリ波帯レーダシステム、無線通信基地局システム、サーバシステム等への応用が期待されている。
一方、ＧａＮ系光デバイスは、そのバンドギャップ波長帯を利用して、信号機の青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、自動車のヘッドランプや室内照明の白色ＬＥＤ、ブルーレイディスク用青紫色レーザなどへの実用化がすでに進んでいる。
【０００３】
通常、これらのデバイスにおいては、主に放熱のために窒化物半導体デバイス層を成長したＳｉＣ基板やサファイア基板を例えば１００μｍ前後にまで薄化する。しかしながら、これらの基板は非常に高価である。
そこで、低コスト化のために、光電気化学（ＰＥＣ；Photoelectrochemical）エッチングを用いて、窒化物半導体デバイス層をこれらの基板から剥離して、基板を再利用することが検討されている。剥離が出来れば、放熱のための基板薄化も不要となる。
【０００４】
例えば、光電気化学エッチングを用いてＧａＮをエッチングする場合、ＧａＮのバンドギャップに相当する波長（３６５ｎｍ）よりも短いＵＶ（Ultra Violet）光（紫外線）を照射する。これにより、ＧａＮ中に電子−正孔対が生成され、電子はバイアス印加によって引き抜かれ、残った正孔がＧａＮの表面側に移動する。そして、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液のＯＨ−イオンとの反応でＧａＮ表面の酸化・溶解を繰り返しながらＧａＮがエッチングされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】C. Youtsey et al., “Highly anisotropic photoenhanced wet etching of n-type GaN”, Appl. Phys. Lett. 71(15), 13 October 1997, pp.2151-2153
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば図３３に示すように、サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ犠牲層及びｐ型ＧａＮエッチングストッパ層を介して、窒化物半導体デバイス層を形成する。そして、ＫＯＨ水溶液を用いた光電気化学エッチングによってｎ型ＧａＮ犠牲層を除去して、サファイア基板から窒化物半導体デバイス層を剥離することが考えられる。
この場合、ｎ型導電性を持つＧａＮ層とＫＯＨ水溶液との表面ポテンシャルの関係により、ｎ型ＧａＮ層の表面には正孔が溜まりやすい（図３３、図３４中、２−２′参照）。また、ｐ型導電性を持つＧａＮ層とＫＯＨ水溶液との表面ポテンシャルの関係により、正孔は表面に出現しにくい（図３３、図３４中、１−１′参照）。このため、ｎ型導電性を持つＧａＮ層はエッチング犠牲層として、ｐ型導電性を持つＧａＮ層はエッチングストッパ層として機能する。
【０００７】
さらに、例えば図３３に示すように、ｎ型ＧａＮ犠牲層にトレンチ電極が接するようにすることで、高速にエッチングを進めることが可能となる。
しかしながら、窒化物半導体デバイス層を基板から剥離する工程において、剥離時間が長くなると、エッチング液にさらされている時間が長くなるため、図３５に示すように、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層も徐々にエッチングされてしまうことがわかった。
【０００８】
この場合、ｎ型ＧａＮ犠牲層／ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層領域（図３５、図３６中、３−３′参照）では、ＵＶ光照射によって、常に電子−正孔対が生成され、電子はバイアス印加によってトレンチ電極側に引き抜かれる。
一方、ｎ型ＧａＮ犠牲層で生成された正孔でＯＨ−イオンとの反応が出来なかった一部の正孔は余剰となる。そして、ｐｎ接合のバンドポテンシャルの関係より、これらの余剰の正孔はｐ型ＧａＮエッチングストッパ層や窒化物半導体デバイス層に流れ込み、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層で生成された正孔とともにｐ型ＧａＮエッチングストッパ層や窒化物半導体デバイス層に蓄積し続けることになる。
【０００９】
正孔が蓄積し続けると、いかにＫＯＨ水溶液に対して表面ポテンシャル障壁を持つｐ型ＧａＮエッチングストッパ層といえども、正孔がある確率で表面側に出現し、ＯＨ−イオンと反応することになる（図３５、図３６中、４−４′参照）。これにより、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層もわずかではあるが、エッチングが進行することになる。このようにして、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層が、エッチングストッパ層として十分機能せず、エッチングされてしまい、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積していると、窒化物半導体デバイス層もエッチング（侵食）されてしまうおそれがある。
【００１０】
そこで、窒化物半導体デバイス層がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層を基板から剥離することができるようにしたい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このため、本半導体装置の製造方法は、基板上に、エッチング犠牲層を形成する工程と、エッチング犠牲層上に、エッチングストッパ層を形成する工程と、エッチングストッパ層上に、窒化物半導体デバイス層を形成する工程と、エッチング犠牲層を、光電気化学エッチングによって除去する工程とを含み、エッチングストッパ層は、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層であることを要件とする。
【００１２】
本半導体装置は、窒化物半導体デバイス層と、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層とを備え、窒化物半導体デバイス層を成長させるために用いる基板を有しないことを要件とする。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、本半導体装置及びその製造方法によれば、窒化物半導体デバイス層がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層を基板から剥離することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法における原理を説明するための模式図である。
【図２】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法における原理を説明するためのエネルギバンドダイヤグラムである。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１１】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１３】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１５】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１７】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１８】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法及び半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図１９】第２実施形態にかかる半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図２０】第２実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図２１】（Ａ），（Ｂ）は、第３実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２２】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２３】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施形態にかかる半導体装置の製造方法及び半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図２４】（Ａ）〜（Ｄ）は、第４実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２５】（Ａ）〜（Ｄ）は、第４実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２６】（Ａ），（Ｂ）は、第４実施形態にかかる半導体装置の製造方法及び半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図２７】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法における原理を説明するための模式図である。
【図２８】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法における原理を説明するためのエネルギバンドダイヤグラムである。
【図２９】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法における課題を説明するためのエネルギバンドダイヤグラムである。
【図３０】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図３１】（Ａ）は、第５実施形態にかかる半導体装置のＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造まで成長させたエピタキシャルウェハのＸ線回折パターンを示しており、（Ｂ）は、第５実施形態にかかる半導体装置のＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造まで成長させたエピタキシャルウェハのＡＦＭ像を示している。
【図３２】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法及び半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図３３】半導体装置の製造方法において光電気化学エッチングを用いる場合を説明するための模式図である。
【図３４】半導体装置の製造方法において光電気化学エッチングを用いる場合のエネルギバンドダイヤグラムである。
【図３５】半導体装置の製造方法において光電気化学エッチングを用いる場合の課題を説明するための模式図である。
【図３６】半導体装置の製造方法において光電気化学エッチングを用いる場合の課題を説明するためのエネルギバンドダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図１〜図１８を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態にかかる半導体装置は、窒化物半導体を用いた半導体装置であって、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系高電子移動度トランジスタ［ＧａＮ−ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）；ＧａＮ系デバイス］である。本実施形態では、窒化物半導体デバイス層の表面側に電極を配置する横型電子デバイス（ＧａＮ系横型電子デバイス）である。
【００１７】
本半導体装置は、図１８に示すように、窒化物半導体デバイス層１と、エッチングストッパ層２とを備え、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装されている。
本実施形態では、窒化物半導体デバイス層１は、ＧａＮ層（チャネル層）５と、ＡｌＧａＮ層（バリア層）６とを含む。そして、素子分離領域７が形成されている。また、ＡｌＧａＮ層６上にソース電極８、ドレイン電極９及びゲート電極１０が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）１１で覆われている。
【００１８】
なお、エッチングストッパ層２の構成については後述する。
また、本実施形態では、このように構成される半導体装置を製造するのに、図３（Ｂ）に示すようなデバイスを用いる。つまり、基板１２と、ＧａＮ層５及びＡｌＧａＮ層６を含む窒化物半導体デバイス層１と、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層２とを備え、素子分離領域７、ソース電極８、ドレイン電極９、ゲート電極１０、ＳｉＮ膜１１を有するデバイスを用いる。
【００１９】
そして、図１に示すように、光電気化学（ＰＥＣ）エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から分離した後、図１８に示すように、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１と、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層２とを備え、窒化物半導体デバイス層１を成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。
【００２０】
本実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
エッチング犠牲層１３は、基板１２と窒化物半導体デバイス層１との間に設けられており、光電気化学エッチングによって除去される層である。本実施形態では、エッチング犠牲層１３はｎ型ＧａＮ層である。
【００２１】
エッチングストッパ層２は、窒化物半導体デバイス層１とエッチング犠牲層１３との間に設けられており、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止する層である。
ここでは、エッチングストッパ層２、即ち、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止する層は、ディープトラップ（ディープレベル）を含む窒化物半導体層である。
【００２２】
ここで、ディープトラップを含む窒化物半導体層２は、例えば、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒ等の遷移金属がドープされた窒化物半導体層、Ｍｇ又はＺｎをドープ（例えば高濃度ドープ）し、かつ、活性化していない窒化物半導体層、Ｃドープ窒化物半導体層、低温成長された窒化物半導体層である。但し、多結晶化すると、エッチング液に容易に溶けてしまうため、単結晶が好ましい。なお、ディープトラップを含む窒化物半導体層２は、複数（多数）のディープトラップを含む窒化物半導体層であることが好ましい。
【００２３】
なお、低温成長窒化物半導体層とは、通常の成長温度よりも２００℃〜３００℃程度温度を下げて成長させた窒化物半導体層をいう。例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって成長させる場合には、７００℃〜８００℃程度の温度で成長させることをいう。また、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法によって成長させる場合には、５００℃〜６００℃程度の温度で成長させることをいう。
【００２４】
本実施形態では、ディープトラップを含む窒化物半導体層２は、ＦｅドープＧａＮ層（ディープトラップを含むＧａＮ層）である。
次に、このようなディープトラップを含む窒化物半導体層２を、窒化物半導体デバイス層１とエッチング犠牲層１３との間に導入することで、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止できる原理について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２５】
ここで、図２は、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ディープトラップを含むＧａＮ層２、デバイス層１としてのＧａＮ層のエネルギバンドダイヤグラムを示している。図２中、５−５′は、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３とディープトラップを含むＧａＮ層２との間（図１中、５−５′参照）のエネルギバンドダイヤグラムを示している。また、図２中、６−６′は、ディープトラップを含むＧａＮ層２とＫＯＨ溶液との間（図１中、６−６′参照）のエネルギバンドダイヤグラムを示している。
【００２６】
図２中、５−５′で示す領域、即ち、ｎ型ＧａＮ犠牲層／ディープトラップを含むＧａＮ層領域では、ＵＶ光（３６５ｎｍ）照射によって、電子−正孔対が生成され、電子はバイアス印加によってトレンチ電極側に引き抜かれる。
一方、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３で生成された正孔でＯＨ−イオンとの反応が出来なかった一部の正孔は余剰となる。そして、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３とディープトラップを含むＧａＮ層２とのバンドポテンシャルの関係より、これらの余剰の正孔は、ディープトラップを含むＧａＮ層２に流れ込み、トラップに捕獲される。つまり、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層を用いると、ｎ型ＧａＮ犠牲層で励起された一部の余剰正孔がｐ型ＧａＮエッチングストッパ層やデバイス層としてのＧａＮ層に流れ込み、蓄積してしまう。これに対し、ディープトラップを含むＧａＮ層２を用いると、ディープトラップを含むＧａＮ層２に流れ込んだ正孔はトラップに捕獲される。このように、ディープトラップを含むＧａＮ層２によって、デバイス層１としてのＧａＮ層に正孔が蓄積するのを防止することができる。
【００２７】
また、ディープトラップを含むＧａＮ層２で励起された正孔は、非発光再結合中心となるディープトラップで、励起後直ちに再結合（非発光再結合）し、消滅する。
さらに、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が除去され、エッチング液（ＫＯＨ溶液）にむき出しとなった領域、即ち、図１、図２中、６−６′で示す領域においても、ディープトラップを含むＧａＮ層２の表面側に正孔が出現することがなく、ディープトラップで再結合し、消滅する。
【００２８】
このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを含むＧａＮ層２の表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、ディープトラップを含むＧａＮ層２はエッチングされず、エッチングストッパ層として機能する。また、ディープトラップを含むＧａＮ層２を設けているため、デバイス層１としてのＧａＮ層に正孔が蓄積しない。これにより、デバイス層１としてのＧａＮ層がエッチングされないようにすることができる。
【００２９】
次に、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）の製造方法について、図３〜図１８を参照しながら説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、基板温度７５０℃で、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を形成する。その後、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１μｍ）、ＦｅドープＧａＮ層２（０．２μｍ）、ＧａＮチャネル層５（１μｍ）、ＡｌＧａＮバリア層６（２５ｎｍ）を順次成長させる。
【００３０】
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２上に、窒化物半導体デバイス層１としてのＧａＮチャネル層５及びＡｌＧａＮバリア層６が形成される。
【００３１】
ここで、材料ガスにはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３)を、Ｓｉ原料にはモノシラン（ＳｉＨ４）、Ｆｅ原料にはフェロセン（Ｃｐ２Ｆｅ）、キャリアガスには水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）を用いれば良い。
成長後、エピタキシャルウェハに対して、図３（Ｂ）に示すように、例えばイオン注入で素子分離領域７を形成し、ソース電極８、ドレイン電極９及びゲート電極１０を形成し、ＳｉＮ膜（絶縁膜）１１でパッシベーションを行なう等して、デバイスの表面側を形成する。なお、素子分離領域７を形成する際に、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３まで不活性化しないようにイオン注入の加速電圧を制御する。
【００３２】
なお、素子分離はドライエッチングで行なっても良い。この場合、ｎ型ＧａＮ犠牲層をエッチングしないようにする。
ここで、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、上述のようにして作製したデバイス（ウェハ）のチップレイアウトを示している。
ここでは、図４（Ｂ）に示すように、長方形チップの長辺方向に平行にエッチング液挿入用スクライブライン（縦）１５を、短辺方向に平行に犠牲層コンタクト用スクライブライン（横）１６を形成する。このように、エッチング液挿入用スクライブライン１５をチップの長辺方向に平行に形成することによって、エッチング時間を短縮することができる。また、マルチフィンガゲートＧａＮ−ＨＥＭＴの場合、図４（Ｃ）に示すように、Ｙ方向に各電極（ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極）が順に配置される。
【００３３】
このため、まず、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、レジスト１７を塗布し、エッチング液挿入用スクライブライン（縦）１５のパターニングを行なう。
ここで、図５（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図４（Ｃ）のチップのＸ方向から見た模式的断面図、図４（Ｃ）のチップのＹ方向から見た模式的断面図を示している。なお、図５（Ａ）では、マルチフィンガゲートではあるが、２つのゲート電極１０のみを示し、それ以外を省略している。また、図５（Ｂ）では、チップ群の２列分のみを示し、それ以外を省略している。
【００３４】
次に、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば、アンテナパワー５００Ｗ／バイアスパワー５０Ｗで、ＳＦ６／ＣＨＦ３系ドライエッチングによって、ＳｉＮパッシベーション膜１１をエッチングする。
その後、例えば、アンテナパワー２００Ｗ／バイアスパワー３０Ｗで、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、窒化物半導体層６，５，２，１３，１４をサファイア基板１２の表面が露出するまでエッチングする。ここでは、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ＡｌＧａＮバリア層６、ＧａＮチャネル層５、ＦｅドープＧａＮ層２、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ＡｌＮ核形成層１４を除去する。
【００３５】
次に、レジスト１７を剥離した後、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、再度、レジスト１８（保護用レジスト）を塗布して、犠牲層コンタクト用スクライブライン（横）１６のパターニングを行なう。
次いで、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、上述のドライエッチングと同様に、ＳＦ６／ＣＨＦ３系ドライエッチングによって、ＳｉＮパッシベーション膜１１をエッチングする。
【００３６】
その後、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、窒化物半導体層６，５，２をｎ型ＧａＮ犠牲層１３の表面が露出するまでエッチングする。ここでは、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ＡｌＧａＮバリア層６、ＧａＮチャネル層７、ＦｅドープＧａＮ層２を除去する。
そして、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば５００ｎｍ厚のＴｉをスパッタして、トレンチ電極１９を形成する。
【００３７】
次に、エッチング液挿入部を開口するために、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、レジスト２０を塗布し、パターニングを行なう。
次いで、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、レジスト開口部のＴｉ１９を例えばミリングで除去した後、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば酸素ドライエッチングによって、レジスト２０を除去する。
【００３８】
これにより、図１３に示すようなチップレイアウトになる。
図１３に示すように、Ｔｉからなるトレンチ電極（Ｔｉ配線）１９は、ウェハ外周部まで延びており、ウェハ外周部と同程度の大きさのリング電極４９（図１参照）に接触させることで、一度に光電気化学エッチングができるようになっている。
次に、図１４（Ａ），（Ｂ）に示すように、光電気化学エッチングを行なって、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する。
【００３９】
ここで、エッチング液は、例えば０．１Ｍ ＫＯＨ水溶液を用いれば良い。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を選択的にエッチングするために、例えば、水銀ランプ光源とウェハとの間に波長３６５ｎｍのバンドパスフィルタを挿入すれば良い。この場合、得られる光量は約８０ｍＷ／ｃｍ２である。また、ウェハとＰｔ陰極（図１参照）間のバイアス電圧は１Ｖとすれば良い。
【００４０】
このような光電気化学エッチングは、図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、サファイア基板１２から窒化物半導体デバイス層１を剥離（分離）しうる状態になるまで行なう。
図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、チップはトレンチ電極１９によって支持されるため、ばらばらにはならない。水洗を緩やかに行なった後、乾燥させれば良い。
一方、チップは、例えば５００ｎｍ厚のＴｉからなるトレンチ電極１９で固定されているだけであるため、例えば真空ピンセットなどで容易にピックアップできる。ピックアップしたチップは、図１７に示すように、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装する。ここで、接着層としては、例えば、接着剤、ワックス、銀や銅のペースト状の物、ＡｕＳｎソルダー等を用いれば良い。
【００４１】
最後に、図１８に示すように、トレンチ電極１９及びレジスト１８を除去する。
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）を作製することができる。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から剥離することができるという利点がある。
【００４２】
つまり、ディープトラップを有する窒化物半導体層（ここではＦｅドープＧａＮ層）２を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１との間に設ける。このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを有する窒化物半導体層２は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１に光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から剥離することができる。このように、ディープトラップを有する窒化物半導体層２によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
［第２実施形態］
第２実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図１９、図２０を参照しながら説明する。
【００４３】
本実施形態では、窒化物半導体を用いた半導体装置としての窒化物半導体光デバイス（ＧａＮ系デバイス）、具体的には、窒化物半導体デバイス層の表面側に電極を配置する横型光デバイス（ＧａＮ系横型光デバイス）に、本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
本実施形態では、半導体装置を製造するのに、図１９に示すようなデバイスを用いる。つまり、基板１２と、窒化物半導体デバイス層１Ａと、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層２とを備えるデバイスを用いる。なお、図１９では、上述の第１実施形態［例えば図３（Ｂ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００４４】
ここで、窒化物半導体デバイス層１Ａは、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１、ｎ型ＧａＮ層２２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）２３、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４、ｐ型ＧａＮ層２５を含む。
また、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１、ｎ型ＧａＮ層２２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸層２３、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４、ｐ型ＧａＮ層２５を含むメサ構造が形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９上に例えばＴｉ／Ａｌからなるｎ型オーミック電極２６、ｐ型ＧａＮ層２５上に例えばＮｉ／Ａｕからなるｐ型オーミック電極２７が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）２８で覆われている。
【００４５】
そして、光電気化学エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１Ａを基板１２から分離した後、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１Ａと、窒化物半導体デバイス層１Ａに正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層２とを備え、窒化物半導体デバイス層１Ａを成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。
【００４６】
本実施形態では、図１９に示すように、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
なお、エッチング犠牲層１３やエッチングストッパ層２などのその他の構成の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００４７】
次に、本実施形態にかかる半導体装置（光デバイス）の製造方法について説明する。
上述の第１実施形態の場合［図３（Ａ）参照］と同様のプロセスを行なって、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２を形成する。その後、ＦｅドープＧａＮ層２上に、光デバイスを構成する窒化物半導体デバイス層１Ａを形成する。
【００４８】
つまり、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を基板温度７５０℃で形成し、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１μｍ）、ＦｅドープＧａＮ層２（０．２μｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９（０．１μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１（０．１μｍ）、ｎ型ＧａＮ層２２（０．１μｍ）を順次成長させる（図１９参照）。
【００４９】
その後、例えば、基板温度を７５０℃まで下げて、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）２３を成長させる（図１９参照）。
そして、再び、例えば、基板温度を９００℃まで上げて、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４（０．５ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ層２５（１μｍ）を順次成長させる（図１９参照）。
ここでは、上述の第１実施形態において用いたガス以外に、ｐ型不純物Ｍｇの原料として、ビスシクロペンタンマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いれば良い。
【００５０】
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２上に、窒化物半導体デバイス層１Ａとしてのｎ型ＧａＮコンタクト層２９、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１、ｎ型ＧａＮ層２２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）２３、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４、ｐ型ＧａＮ層２５が形成される。
【００５１】
このようにして、エピタキシャルウェハを作製した後、ウェハにプロセスを施して、デバイスを形成する。
まず、活性領域を形成するためにパターニングを行ない、例えばＣｌ系ドライエッチングによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９の表面が露出するまでエッチングを行なう。つまり、ドライエッチングによって、ｐ型ＧａＮ層２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸層２３、ｎ型ＧａＮ層２２、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１を含むメサ構造を形成する。
【００５２】
次に、再度、パターニングを行ない、例えばＣｌ系ドライエッチングによって、ＦｅドープＧａＮ層２の表面が露出するまでエッチングを行なう。これは、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する際にｎ型ＧａＮコンタクト層２９まで除去されないようにｎ型ＧａＮコンタクト層２９の表面全体がＳｉＮ膜２８で覆われるようにするためである。
その後、例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等によって形成されるＳｉＮ膜（絶縁膜）２８でパッシベーションを行なう。
【００５３】
次いで、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９上のＳｉＮ膜２８を開口した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９上に、例えば、Ｔｉ／Ａｌを真空蒸着によって堆積し、７５０℃の熱処理を行なって、ｎ型オーミック電極２６を形成する。
同様に、ｐ型ＧａＮ層２５上のＳｉＮ膜２８を開口した後、ｐ型ＧａＮ層２５上に、例えば、Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、４００℃程度の熱処理を行って、ｐ型オーミック電極２７を形成する。
【００５４】
その後、上述の第１実施形態（図４〜図８参照）と同様の手順で、エッチング液挿入用スクライブライン１５と犠牲層コンタクト用スクライブライン１６を形成する。
なお、光デバイスがレーザの場合には、図２０に示すように、キャビティ方向に平行にエッチング液挿入用スクライブライン１５を配置すれば良く、ダイオードのように正方形に近いデバイスの場合にはどの方向に平行に配置しても良い。
【００５５】
次に、上述の第１実施形態（図９〜図１３参照）と同様の手順で、トレンチ電極１９を形成した後、エッチング液挿入部（導入口）を形成する。
そして、上述の第１実施形態（図１４、図１５参照）と同様に、光電気化学エッチングを行ない、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する。
その後、上述の第１実施形態（図１６〜図１８参照）と同様に、チップをピックアップし、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装する。
【００５６】
最後に、トレンチ電極１９及びレジスト１８を除去する。
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置（光デバイス）を作製することができる。
なお、その他の製造方法の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００５７】
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、窒化物半導体デバイス層１Ａがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ａを基板１２から剥離することができるという利点がある。
つまり、ディープトラップを有する窒化物半導体層（ここではＦｅドープＧａＮ層）２を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１Ａとの間に設ける。このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを有する窒化物半導体層２は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１Ａに光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１Ａがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ａを基板１２から剥離することができる。このように、ディープトラップを有する窒化物半導体層２によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
［第３実施形態］
第３実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図２１〜図２３を参照しながら説明する。
【００５８】
本実施形態では、窒化物半導体を用いた半導体装置としての窒化物半導体光デバイス（ＧａＮ系デバイス）、具体的には、窒化物半導体デバイス層の表面側及び裏面側に電極を配置する縦型光デバイス（ＧａＮ系縦型光デバイス）に、本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
本実施形態では、半導体装置を製造するのに、図２２（Ｄ）に示すようなデバイスを用いる。つまり、基板１２と、窒化物半導体デバイス層１Ｂと、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層２とを備えるデバイスを用いる。なお、図２２（Ｄ）では、上述の第１実施形態［例えば図３（Ｂ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００５９】
ここで、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
窒化物半導体デバイス層１Ｂは、ｐ型ＧａＮ層３０、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）３２、ｎ型ＧａＮ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ層３４、ｎ型ＧａＮ層３５を含む。
【００６０】
また、エッチングストッパ層（ＦｅドープＧａＮ層）２、ｐ型ＧａＮ層３０、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）３２、ｎ型ＧａＮ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ層３４、ｎ型ＧａＮ層３５を含むメサ構造が形成されている。
そして、光電気化学エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から分離した後、図２３（Ｄ）に示すように、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１Ｂと、窒化物半導体デバイス層１Ｂに正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層２とを備え、窒化物半導体デバイス層１Ｂを成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。なお、図２３（Ｄ）では、上述の第１実施形態［例えば図１８参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００６１】
ところで、窒化物半導体デバイス層の表面側及び裏面側に電極を配置する縦型光デバイスの場合、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２は高抵抗であるため、デバイスに電流を流すことができない。
そこで、本実施形態では、図２３（Ｄ）に示すように、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域に、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層３０が形成されている。つまり、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２は分断されており、分断されたＦｅドープＧａＮ層２の間に、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層３０が形成されている。
【００６２】
そして、ｎ型ＧａＮ層３５に接するように、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ型オーミック電極３６、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２及びｐ型ＧａＮ層３０に接するように、例えばＮｉ／Ａｕからなるｐ型オーミック電極３８が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）３７で覆われている。
なお、エッチング犠牲層１３やエッチングストッパ層２などのその他の構成の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００６３】
次に、本実施形態にかかる半導体装置（光デバイス）の製造方法について、図２１〜図２３を参照しながら説明する。
まず、上述の第１実施形態の場合［図３（Ａ）参照］と同様のプロセスを行なって、図２１（Ａ）に示すように、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ＦｅドープＧａＮ層２を形成する。そして、図２１（Ｂ）に示すように、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した後、図２２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３及びＦｅドープＧａＮ層２上に、光デバイスを構成する窒化物半導体デバイス層１Ｂを形成する。
【００６４】
つまり、図２１（Ａ）に示すように、まず、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を基板温度７５０℃で形成し、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１μｍ）、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２（０．２μｍ）を順次成長させる。
次に、図２１（Ｂ）に示すように、エピタキシャルウェハ上に、レジスト３９を塗布し、パターニングを行ない、例えば、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３の表面が露出するまで、ＦｅドープＧａＮ層２の一部を除去する。
【００６５】
次いで、レジスト剥離後、図２２（Ａ）に示すように、再度、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型ＧａＮ層３０（１μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１（０．５ｎｍ）を基板温度１０５０℃で成長させた後、基板温度を７５０℃まで下げて、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）３２を成長させる。
そして、再び、例えば、基板温度を９００℃まで上げて、ｎ型ＧａＮ層３３（０．１μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層３４（０．１μｍ）、ｎ型ＧａＮ層３５（０．１μｍ）を順次成長させる。
【００６６】
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２上に、窒化物半導体デバイス層１Ｂとしてのｐ型ＧａＮ層３０、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）３２、ｎ型ＧａＮ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ層３４、ｎ型ＧａＮ層３５が形成される。
【００６７】
このようにして、エピタキシャルウェハを作製した後、ウェハにプロセスを施して、デバイスを形成する。
まず、デバイス領域を分離するために、図２２（Ｂ）に示すように、レジスト４０を塗布し、パターニングを行ない、図２２（Ｃ）に示すように、例えば、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３の表面が露出するまでエッチングを行なう。
【００６８】
その後、図２２（Ｄ）に示すように、例えば、プラズマＣＶＤ等によって形成されるＳｉＮ膜（絶縁膜）３７でパッシベーションを行なう。
次いで、ｎ型ＧａＮ層３５上のＳｉＮ膜３７を開口した後、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを真空蒸着によって堆積し、７５０℃の熱処理を行なって、ｎ型オーミック電極３６を形成する。
【００６９】
その後、上述の第１実施形態（図４〜図８参照）と同様の手順で、エッチング液挿入用スクライブライン（ダイシングライン）１５と犠牲層コンタクト用スクライブライン（ダイシングライン）１６を形成する。
次に、上述の第１実施形態（図９〜図１３参照）と同様の手順で、トレンチ電極１９を形成した後、エッチング液挿入部（導入口）を形成する。なお、ここでは、保護用レジスト及びトレンチ電極１９は図示していない。
【００７０】
そして、上述の第１実施形態（図１４、図１５参照）と同様に、図２３（Ａ）に示すように、光電気化学エッチングを行ない、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する。
ここで、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、ｐ型ＧａＮ層は、エッチング時間が長くなり、正孔がｐ型ＧａＮ層に蓄積されると、徐々にエッチングされてしまう。
【００７１】
そこで、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と接するｐ型ＧａＮ層３０の幅を短くすることによって、ｐ型ＧａＮ層３０の直下のｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去するエッチング時間を短縮することができるようにしている。これにより、ｐ型ＧａＮ層３０はほとんどエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から剥離することができるようにしている。
【００７２】
そして、トレンチ電極１９及びレジストを除去した後、図２３（Ｂ），（Ｃ）に示すように、チップをピックアップし、反転させて、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装する。
最後に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２及びｐ型ＧａＮ層３０上に、例えば、Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、４００℃程度の熱処理を行なって、ｐ型オーミック電極３８を形成する。
【００７３】
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置（光デバイス）を作製することができる。
なお、その他の製造方法の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、窒化物半導体デバイス層１Ｂがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から剥離することができるという利点がある。
【００７４】
つまり、ディープトラップを有する窒化物半導体層（ここではＦｅドープＧａＮ層）２を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１Ｂとの間に設ける。このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを有する窒化物半導体層２は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１Ｂに光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１Ｂがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から剥離することができる。このように、ディープトラップを有する窒化物半導体層２によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
【００７５】
特に、本実施形態では、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去し、除去した領域をｐ型ＧａＮ層３０で埋め込むことによって、表面側及び裏面側に電極３６，３８を配置する縦型光デバイスを実現できるようにしている。そして、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と接するｐ型ＧａＮ層３０の幅を短くして、ｐ型ＧａＮ層３０の直下のｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去するエッチング時間を短縮するようにしている。このため、窒化物半導体デバイス層１Ｂを構成するｐ型ＧａＮ層３０がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から剥離することができることになる。
【００７６】
なお、上述の実施形態では、エッチングストッパ層２としてＦｅドープＧａＮ層を用いる場合に適した構成として説明しているが、エッチングストッパ層２として、例えばＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒ等の遷移金属がドープされた窒化物半導体層を用いる場合等にも、上述の実施形態のような構成を適用することができる。
［第４実施形態］
第４実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図２４〜図２６を参照しながら説明する。
【００７７】
本実施形態では、窒化物半導体を用いた半導体装置としての窒化物半導体電子デバイス（ＧａＮ系デバイス；例えばＧａＮ−ＨＥＭＴ）、具体的には、窒化物半導体デバイス層の表面側及び裏面側に電極を配置する縦型電子デバイス（ＧａＮ系縦型電子デバイス）に、本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
本実施形態では、半導体装置を製造するのに、図２４（Ｄ）に示すようなデバイスを用いる。つまり、基板１２と、窒化物半導体デバイス層１Ｃと、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層２とを備えるデバイスを用いる。なお、図２４（Ｄ）では、上述の第１実施形態［例えば図３（Ｂ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００７８】
ここで、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
窒化物半導体デバイス層１Ｃは、ｎ型ＧａＮ層４２、ｎ型ＡｌＧａＮ層４３を含む。そして、素子分離領域７が形成されている。また、ｎ型ＡｌＧａＮ層４３の表面側にソース電極８及びゲート電極１０が形成されている。また、図２６（Ｂ）に示すように、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２及びｎ型ＧａＮ層４２の裏面側にドレイン電極９が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）１１で覆われている。
【００７９】
そして、光電気化学エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から分離した後、図２６（Ｂ）に示すように、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１Ｃと、窒化物半導体デバイス層１Ｃに正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層２とを備え、窒化物半導体デバイス層１Ｃを成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。なお、図２６（Ｂ）では、上述の第１実施形態［例えば図１８参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００８０】
ところで、上述の第３実施形態にかかる縦型光デバイスでは、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去し、除去した領域をｐ型ＧａＮ層３０で埋め込み、ｐ型ＧａＮ層３０に接するようにｐ型オーミック電極３８を形成している。
一方、縦型電子デバイスの場合、一般的には、ｎ型オーミック電極を形成する。このため、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域にｐ型半導体層（ｐ型ＧａＮ層）が残存しているとオーミックをとることができない。
【００８１】
窒化物半導体デバイス層１Ｃを上述のように構成する場合、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域に、窒化物半導体デバイス層１Ｃを構成するｎ型半導体層（ｎ型ＧａＮ層）４２が露出していると、ｎ型半導体層４２はエッチングレートが速いため、著しく侵食されてしまうことになる。
そこで、本実施形態では、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域を、エッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１で覆った後、ｎ型ＧａＮ層４２で埋め込むようにしている。つまり、ｎ型ＧａＮ層４２の裏面側の表面がエッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１で覆われるようにしている。この場合、窒化物半導体デバイス層１Ｃを構成するｎ型ＧａＮ層４２とｎ型ＧａＮ犠牲層１３との間に、エッチングストッパ層として、ＦｅドープＧａＮ層２及びｐ型ＧａＮ層４１が設けられることになる。そして、ｐ型ＧａＮ層４１の幅及び膜厚を調整することによって、エッチング犠牲層（ｎ型ＧａＮ犠牲層）１３が除去されるのと同時に、ｎ型ＧａＮ層４２を覆っているｐ型ＧａＮ層４１も除去され、窒化物半導体デバイス層１Ｃが基板１２から剥離されるようにしている。
【００８２】
つまり、本実施形態では、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域に、ｎ型ＧａＮ層４２、及び、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層４１が形成されている。つまり、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２は分断されており、分断されたＦｅドープＧａＮ層２の間に、ｎ型ＧａＮ層４２、及び、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層４１が形成されている。
【００８３】
なお、エッチング犠牲層やエッチングストッパ層などのその他の構成の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）の製造方法について、図２４〜図２６を参照しながら説明する。
まず、上述の第１実施形態の場合［図３（Ａ）参照］と同様のプロセスを行なって、図２４（Ａ）に示すように、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ＦｅドープＧａＮ層２を形成する。そして、図２４（Ｂ）に示すように、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した後、図２４（Ｃ），（Ｄ）に示すように、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３及びＦｅドープＧａＮ層２上に、エッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１、及び、ＧａＮ−ＨＥＭＴを構成する窒化物半導体デバイス層１Ｃを形成する。
【００８４】
つまり、図２４（Ａ）に示すように、まず、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を基板温度７５０℃で形成し、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１μｍ）、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２（０．２μｍ）を順次成長させる。
次に、図２４（Ｂ）に示すように、エピタキシャルウェハ上に、レジスト４４を塗布し、パターニングを行ない、例えば、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３の表面が露出するまで、ＦｅドープＧａＮ層２の一部を除去する。
【００８５】
次いで、レジスト剥離後、図２４（Ｃ）に示すように、再度、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、エッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１（２０ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層４２（２μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層４３（２０ｎｍ）を基板温度１０５０℃で成長させる。
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２上に、エッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１、窒化物半導体デバイス層１Ｃとしてのｎ型ＧａＮ層４２、ｎ型ＡｌＧａＮ層４３が形成される。
【００８６】
そして、エピタキシャルウェハに対して、図２４（Ｄ）に示すように、例えばイオン注入で素子分離領域７を形成し、例えばＴｉ／Ａｌからなるソース電極８、及び、例えばＮｉ／Ａｕからなるゲート電極１０を形成し、ＳｉＮ膜（絶縁膜）１１でパッシベーションを行なう等して、デバイスの表面側を形成する。
その後、上述の第１実施形態（図４〜図８参照）と同様の手順で、エッチング液挿入用スクライブライン（ダイシングライン）１５と犠牲層コンタクト用スクライブライン（ダイシングライン）１６を形成する。
【００８７】
次に、上述の第１実施形態（図９〜図１３参照）と同様の手順で、トレンチ電極１９を形成した後、エッチング液挿入部（導入口）を形成する。なお、ここでは、保護用レジスト及びトレンチ電極１９は図示していない。
そして、上述の第１実施形態（図１４、図１５参照）と同様に、図２５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、光電気化学エッチングを行ない、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する。
【００８８】
ここで、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、ｐ型ＧａＮ層は、エッチング時間が長くなり、正孔がｐ型ＧａＮ層に蓄積されると、徐々にエッチングされてしまう。
そこで、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と接するｐ型ＧａＮ層４１の幅及び膜厚を調整することによって、図２５（Ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が除去されるのと同時にｐ型ＧａＮ層４１も除去されるようにしている。これにより、ｎ型ＧａＮ層４２はほとんどエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から剥離することができるようにしている。
【００８９】
その後、トレンチ電極１９及びレジストを除去した後、チップをピックアップし、反転させて、図２５（Ｄ）に示すように、サポート基板４５などに接着剤４６で仮接着する。
そして、図２６（Ａ）に示すように、剥離したチップの裏面、即ち、ｎ型ＧａＮ層４２、ｐ型ＧａＮ層４１及びＦｅドープＧａＮ層２上に、例えばＴｉ／Ａｌからなるドレイン電極９を形成する。その後、仮接着を外し、例えば、５５０℃で熱処理を行なってオーミックをとる。
【００９０】
その後、チップをピックアップし、反転させて、図２６（Ｂ）に示すように、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装する。
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）を作製することができる。
なお、その他の製造方法の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００９１】
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、窒化物半導体デバイス層１Ｃがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から剥離することができるという利点がある。
つまり、ディープトラップを有する窒化物半導体層（ここではＦｅドープＧａＮ層）２を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１Ｃとの間に設ける。このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを有する窒化物半導体層２は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１Ｃに光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１Ｃがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から剥離することができる。このように、ディープトラップを有する窒化物半導体層２によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
【００９２】
特に、本実施形態では、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去し、除去した領域に埋め込まれるｎ型ＧａＮ層４２をｐ型ＧａＮ層（薄膜）４１で被覆することによって、表面側及び裏面側に電極を配置する縦型電子デバイスを実現できるようにしている。そして、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と接するｐ型ＧａＮ層４１の幅及び膜厚を調整して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が除去されるのと同時にｐ型ＧａＮ層４１も除去されるようにしている。このため、窒化物半導体デバイス層１Ｃを構成するｎ型ＧａＮ層４２がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から剥離することができることになる。
【００９３】
なお、上述の実施形態では、ｎ型ＧａＮ層４２を覆うエッチングストッパ層としてｐ型ＧａＮ層４１を用いているが、これに限られるものではない。例えばＡｌＧａＮ層を用いても良く、この場合も同様の効果が得られる。
また、上述の実施形態では、エッチングストッパ層２としてＦｅドープＧａＮ層を用いる場合を例に挙げて説明しているが、エッチングストッパ層２として、例えばＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒ等の遷移金属がドープされた窒化物半導体層を用いる場合等にも、上述の実施形態のような構成を適用することができる。
［第５実施形態］
第５実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図２７〜図３２を参照しながら説明する。
【００９４】
本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）は、上述の第１実施形態のもの（図１８参照）に対し、窒化物半導体デバイス層１と接着層４との間に設けられ、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層の構成が異なる。
つまり、本半導体装置は、図３２に示すように、窒化物半導体デバイス層１と、エッチングストッパ層５０（ここではＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜）とを備え、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装されている。なお、図３２では、上述の第１実施形態（例えば図１８参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００９５】
本実施形態では、窒化物半導体デバイス層１は、ＧａＮ層（チャネル層）５と、ＡｌＧａＮ層（バリア層）６とを含む。そして、素子分離領域７が形成されている。また、ＡｌＧａＮ層６上にソース電極８、ドレイン電極９及びゲート電極１０が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）１１で覆われている。
なお、エッチングストッパ層５０の構成については後述する。
【００９６】
また、本実施形態では、このように構成される半導体装置を製造するのに、図３０に示すようなウェハを用いる。つまり、基板１２と、ＧａＮ層５及びＡｌＧａＮ層６を含む窒化物半導体デバイス層１と、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層５０（ここではＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜）とを備えるウェハを用いる。なお、上述の第１実施形態の場合と同様に、このようなウェハにプロセスを施して、素子分離領域７、ソース電極８、ドレイン電極９、ゲート電極１０、ＳｉＮ膜１１を有するデバイスが形成される。また、図３０では、上述の第１実施形態［例えば図３（Ａ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００９７】
そして、図２７に示すように、光電気化学（ＰＥＣ）エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から分離した後、図３２に示すように、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１と、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層５０とを備え、窒化物半導体デバイス層１を成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。なお、図２７では、上述の第１実施形態（例えば図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００９８】
本実施形態では、図３０に示すように、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
また、本実施形態では、エッチングストッパ層５０は、図２８に示すように、エッチング犠牲層１３よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体障壁層（バリア層）と、窒化物半導体障壁層よりもバンドギャップの小さい窒化物半導体井戸層とからなる。
【００９９】
ここでは、エッチングストッパ層５０は、窒化物半導体障壁層と窒化物半導体井戸層とが繰り返し積層された多層膜である。つまり、エッチングストッパ層５０は、少なくとも２層以上の多層膜である。
具体的には、エッチングストッパ層５０は、窒化物半導体障壁層と窒化物半導体井戸層とからなる超格子構造を有する超格子エッチングストッパ層（超格子構造層）である。
【０１００】
ここでは、窒化物半導体障壁層は、Ａｌ組成５０％以上の高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層（高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層）である。また、窒化物半導体井戸層は、ＧａＮ層である。そして、エッチングストッパ層５０は、これらを６周期積層させてなるＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子エッチングストッパ層（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜；ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層）である。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子エッチングストッパ層５０を、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子エッチングストッパ層ともいう。
【０１０１】
次に、上述のようなＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０を、窒化物半導体デバイス層１とエッチング犠牲層１３との間に導入することで、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止できる原理について、図２７〜図２９を参照しながら説明する。
まず、バンドパスフィルタなどによって、ＧａＮのバンドギャップに合わせた波長（３６５ｎｍ）のＵＶ光を導入すると、それよりもバンドギャップの大きい窒化物半導体層では電子−正孔対が形成されないため、エッチングストッパ層として用いるには有利である。
【０１０２】
しかしながら、図２９に示すように、Ａｌ組成１０％程度の低いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層をエッチングストッパ層に用いると、価電子帯不連続ΔＥｖが小さいため、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３で生成され、余剰となった正孔がこの価電子帯不連続ΔＥｖを乗り越え、窒化物半導体デバイス層１に流れ込み、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することになる。
【０１０３】
また、窒化物半導体デバイス層１で生成された電子も、伝導帯不連続ΔＥｃが小さいため、バイアス印加によってｎ型ＧａＮ犠牲層１３側に引き抜かれてしまい、結果的に、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することになる。
このように正孔が蓄積された窒化物半導体デバイス層１にエッチング液（ＫＯＨ溶液）が接触すると、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされてしまうことになる。
【０１０４】
この場合、ＡｌＧａＮエッチングストッパ層のＡｌ組成を高くし、膜厚を増加させることで、エッチング耐性を向上させることが考えられる。
しかしながら、実際には、結晶にクラック等が入ってしまうため、Ａｌ組成を高くする場合には、膜厚を薄くしなければならない。
そこで、本実施形態では、図２７、図２８に示すように、窒化物半導体デバイス層１とエッチング犠牲層１３との間に導入されるエッチングストッパ層５０に、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層を用いることでバリア性を確保するとともに、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を採用することでトータル膜厚を増加させてエッチング耐性を向上させるようにしている。
【０１０５】
ここで、図２８は、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０、デバイス層１としてのＧａＮ層のエネルギバンドダイヤグラムを示している。図２８中、７−７′は、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３とＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０との間（図２７中、７−７′参照）のエネルギバンドダイヤグラムを示している。また、図２８中、８−８′は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０とＫＯＨ溶液との間（図２７中、８−８′参照）のエネルギバンドダイヤグラムを示している。
【０１０６】
図２８中、７−７′で示す領域、即ち、ｎ型ＧａＮ犠牲層／エッチングストッパ層領域では、ＵＶ光（波長３６５ｎｍ）照射によって、電子−正孔対が生成され、電子はバイアス印加によってトレンチ電極１９側に引き抜かれる。
一方、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３で生成された正孔は、ＡｌＧａＮ障壁層にブロックされ、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３に残留し、光電気化学エッチングに消費される。
【０１０７】
また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０内ではＧａＮ井戸層も量子化されるため、波長３６５ｎｍのＵＶ光による励起では、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０において電子−正孔対は生成されない。
さらに、窒化物半導体デバイス層１で生成される電子−正孔対は、ＡｌＧａＮ障壁層にブロックされ、行き場がないため、常に発光再結合して消滅する。
【０１０８】
このように、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０によって、デバイス層１としてのＧａＮ層に正孔が蓄積するのを防止することができる。このため、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、窒化物半導体デバイス層１のエッチングが進行することはない。
また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が除去され、エッチング液（ＫＯＨ溶液）にむき出しとなった領域、即ち、図２７、図２８中、８−８′で示す領域においても、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０の表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しない。このため、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０はエッチングされず、エッチングストッパ層として機能する。また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０を設けているため、デバイス層１としてのＧａＮ層に正孔が蓄積しない。これにより、デバイス層１としてのＧａＮ層がエッチングされないようにすることができる。
【０１０９】
なお、その他の構成の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）の製造方法について、図３０〜図３２を参照しながら説明する。
まず、図３０に示すように、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、基板温度７５０℃で、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を形成する。その後、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１．２μｍ）、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０、ＧａＮチャネル層５（１μｍ）、ＡｌＧａＮバリア層６（２０ｎｍ）を順次成長させる。
【０１１０】
ここでは、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０は、Ａｌ組成５０％のＡｌＧａＮ層（３ｎｍ）とＧａＮ層（４．８ｎｍ）とを例えば６周期積層させて超格子構造としている。
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を有するＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止する層としてのＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０上に、窒化物半導体デバイス層１としてのＧａＮチャネル層５及びＡｌＧａＮバリア層６が形成される。
【０１１１】
ここで、図３１（Ａ）は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を有するエッチングストッパ層５０までを成長させたエピタキシャルウェハのＸ線回折パターンを示しており、図３１（Ｂ）は、そのＡＦＭ（Atomic Force Microscope；原子間力顕微鏡）像を示している。
図３１（Ａ）に示すように、Ｘ線回折パターンでは、超格子構造特有のサテライトピークが観測されており、超格子構造が崩れていないことが分かる。
【０１１２】
また、図３１（Ｂ）に示すように、ＡＦＭ像では、通常Ａｌ組成３０％以上のＡｌＧａＮ層で見られるスパイラル成長が全く観測されず、良好なステップフロー成長が観測されている。
このように、Ａｌ組成５０％のＡｌＧａＮ層（３ｎｍ）とＧａＮ層（４．８ｎｍ）とを６周期積層させた超格子構造を有するエッチングストッパ層５０は、良好な結晶性を持つため、このエッチングストッパ層５０上に、良好なＧａＮ−ＨＥＭＴ構造を作製することができる。なお、ここでは、Ａｌ組成５０％のＡｌＧａＮ層を用いているが、Ａｌ組成５０％以上のＡｌＧａＮ層を用いた場合にも、同様に、良好な結晶性を有するエッチングストッパ層を形成することができる。
【０１１３】
その後、上述の第１実施形態の場合と同様の工程を経て、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）を作製することができる。
なお、その他の製造方法の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から剥離することができるという利点がある。
【０１１４】
つまり、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１との間に設ける。このため、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１に光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から剥離することができる。このように、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
【０１１５】
なお、上述の実施形態のエッチングストッパ層５０の構成と、上述の第１実施形態〜第４実施形態のエッチングストッパ層２の構成とを組み合わせ、これらの構成を複合した層として構成しても良い。つまり、エッチングストッパ層を、エッチング犠牲層よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体障壁層と、窒化物半導体障壁層よりもバンドギャップの小さい窒化物半導体井戸層とからなり、窒化物半導体障壁層又は窒化物半導体井戸層がディープトラップを含むように構成しても良い。具体的には、エッチングストッパ層を、ディープトラップを含むＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層（高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造層）とする。この場合、ＧａＮ層を、ディープトラップを含む層として構成しても良いし、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層を、ディープトラップを含む層として構成しても良い。これにより、さらにエッチング耐性に優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
［その他］
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【０１１６】
例えば、上述の各実施形態及び変形例では、サファイア基板を用いた例を挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、ＵＶ光が透過する基板であれば、同様のプロセスが可能である。例えば、炭化シリコン基板（ＳｉＣ基板）、窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板）、窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ基板）を用いても良い。つまり、上述の各実施形態にかかる半導体装置に用いる基板は、サファイア基板、炭化シリコン基板、窒化ガリウム基板、窒化アルミニウム基板のいずれかであれば良い。
【０１１７】
また、上述の各実施形態及び変形例では、窒化物半導体層にＡｌＧａＮ、ＧａＮを用いた場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＮ，ＩｎＡｌＧａＮなどを用いても良い。この場合、バンドパスフィルタ等を用いて、ＵＶ光の波長を適切に選択することによって、上述の各実施形態及び変形例の場合と同様の効果が得られる。
【０１１８】
また、上述の各実施形態及び変形例における半導体装置及びその製造方法を用いることによって、例えば、ミリ波帯レーダシステム、無線通信基地局用システム、サーバシステム、自動車・交通システムや家電製品などの窒化物半導体デバイスを用いる種々のシステム・製品の低コスト化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 窒化物半導体デバイス層
２ エッチングストッパ層（窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層；ディープトラップを含む窒化物半導体層；ＦｅドープＧａＮ層）
３ 台座
４ 接着層
５ ＧａＮ層（チャネル層）
６ ＡｌＧａＮ層（バリア層）
７ 素子分離領域
８ ソース電極
９ ドレイン電極
１０ ゲート電極
１１ ＳｉＮ膜
１２ サファイア基板
１３ エッチング犠牲層
１４ ＡｌＮ核形成層
１５ エッチング液挿入用スクライブライン
１６ 犠牲層コンタクト用スクライブライン
１７，１８，２０ レジスト
１９ トレンチ電極
２１ ｎ型ＡｌＧａＮ層
２２ ｎ型ＧａＮ層
２３ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）
２４ ｐ型ＡｌＧａＮ層
２５ ｐ型ＧａＮ層
２６ ｎ型オーミック電極
２７ ｐ型オーミック電極
２８ ＳｉＮ膜
２９ ｎ型ＧａＮコンタクト層
３０ ｐ型ＧａＮ層
３１ ｐ型ＡｌＧａＮ層
３２ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）
３３ ｎ型ＧａＮ層
３４ ｎ型ＡｌＧａＮ層
３５ ｎ型ＧａＮ層
３６ ｎ型オーミック電極
３７ ＳｉＮ膜
３８ ｐ型オーミック電極
３９，４０，４４ レジスト
４１ ｐ型ＧａＮ層
４２ ｎ型ＧａＮ層
４３ ｎ型ＡｌＧａＮ層
４５ サポート基板
４６ 接着剤
４９ リング電極
５０ エッチングストッパ層（窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層；ＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系電子デバイスは、その物性的特徴から高耐圧で高速動作可能なデバイスとして、例えばミリ波帯レーダシステム、無線通信基地局システム、サーバシステム等への応用が期待されている。
一方、ＧａＮ系光デバイスは、そのバンドギャップ波長帯を利用して、信号機の青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、自動車のヘッドランプや室内照明の白色ＬＥＤ、ブルーレイディスク用青紫色レーザなどへの実用化がすでに進んでいる。
【０００３】
通常、これらのデバイスにおいては、主に放熱のために窒化物半導体デバイス層を成長したＳｉＣ基板やサファイア基板を例えば１００μｍ前後にまで薄化する。しかしながら、これらの基板は非常に高価である。
そこで、低コスト化のために、光電気化学（ＰＥＣ；Photoelectrochemical）エッチングを用いて、窒化物半導体デバイス層をこれらの基板から剥離して、基板を再利用することが検討されている。剥離が出来れば、放熱のための基板薄化も不要となる。
【０００４】
例えば、光電気化学エッチングを用いてＧａＮをエッチングする場合、ＧａＮのバンドギャップに相当する波長（３６５ｎｍ）よりも短いＵＶ（Ultra Violet）光（紫外線）を照射する。これにより、ＧａＮ中に電子−正孔対が生成され、電子はバイアス印加によって引き抜かれ、残った正孔がＧａＮの表面側に移動する。そして、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液のＯＨ−イオンとの反応でＧａＮ表面の酸化・溶解を繰り返しながらＧａＮがエッチングされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】C. Youtsey et al., “Highly anisotropic photoenhanced wet etching of n-type GaN”, Appl. Phys. Lett. 71(15), 13 October 1997, pp.2151-2153
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば図３３に示すように、サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ犠牲層及びｐ型ＧａＮエッチングストッパ層を介して、窒化物半導体デバイス層を形成する。そして、ＫＯＨ水溶液を用いた光電気化学エッチングによってｎ型ＧａＮ犠牲層を除去して、サファイア基板から窒化物半導体デバイス層を剥離することが考えられる。
この場合、ｎ型導電性を持つＧａＮ層とＫＯＨ水溶液との表面ポテンシャルの関係により、ｎ型ＧａＮ層の表面には正孔が溜まりやすい（図３３、図３４中、２−２′参照）。また、ｐ型導電性を持つＧａＮ層とＫＯＨ水溶液との表面ポテンシャルの関係により、正孔は表面に出現しにくい（図３３、図３４中、１−１′参照）。このため、ｎ型導電性を持つＧａＮ層はエッチング犠牲層として、ｐ型導電性を持つＧａＮ層はエッチングストッパ層として機能する。
【０００７】
さらに、例えば図３３に示すように、ｎ型ＧａＮ犠牲層にトレンチ電極が接するようにすることで、高速にエッチングを進めることが可能となる。
しかしながら、窒化物半導体デバイス層を基板から剥離する工程において、剥離時間が長くなると、エッチング液にさらされている時間が長くなるため、図３５に示すように、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層も徐々にエッチングされてしまうことがわかった。
【０００８】
この場合、ｎ型ＧａＮ犠牲層／ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層領域（図３５、図３６中、３−３′参照）では、ＵＶ光照射によって、常に電子−正孔対が生成され、電子はバイアス印加によってトレンチ電極側に引き抜かれる。
一方、ｎ型ＧａＮ犠牲層で生成された正孔でＯＨ−イオンとの反応が出来なかった一部の正孔は余剰となる。そして、ｐｎ接合のバンドポテンシャルの関係より、これらの余剰の正孔はｐ型ＧａＮエッチングストッパ層や窒化物半導体デバイス層に流れ込み、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層で生成された正孔とともにｐ型ＧａＮエッチングストッパ層や窒化物半導体デバイス層に蓄積し続けることになる。
【０００９】
正孔が蓄積し続けると、いかにＫＯＨ水溶液に対して表面ポテンシャル障壁を持つｐ型ＧａＮエッチングストッパ層といえども、正孔がある確率で表面側に出現し、ＯＨ−イオンと反応することになる（図３５、図３６中、４−４′参照）。これにより、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層もわずかではあるが、エッチングが進行することになる。このようにして、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層が、エッチングストッパ層として十分機能せず、エッチングされてしまい、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積していると、窒化物半導体デバイス層もエッチング（侵食）されてしまうおそれがある。
【００１０】
そこで、窒化物半導体デバイス層がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層を基板から剥離することができるようにしたい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このため、本半導体装置の製造方法は、基板上に、エッチング犠牲層を形成する工程と、エッチング犠牲層上に、エッチングストッパ層を形成する工程と、エッチングストッパ層上に、窒化物半導体デバイス層を形成する工程と、エッチング犠牲層を、光電気化学エッチングによって除去する工程とを含み、エッチングストッパ層は、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層であることを要件とする。
【００１２】
本半導体装置は、窒化物半導体デバイス層と、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層とを備え、窒化物半導体デバイス層を成長させるために用いる基板を有しないことを要件とする。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、本半導体装置及びその製造方法によれば、窒化物半導体デバイス層がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層を基板から剥離することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法における原理を説明するための模式図である。
【図２】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法における原理を説明するためのエネルギバンドダイヤグラムである。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１１】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１３】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１５】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ａ）は、図４（Ｃ）中、Ｘ方向から見た模式的断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、Ｙ方向から見た模式的断面図である。
【図１７】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１８】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法及び半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図１９】第２実施形態にかかる半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図２０】第２実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図２１】（Ａ），（Ｂ）は、第３実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２２】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２３】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施形態にかかる半導体装置の製造方法及び半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図２４】（Ａ）〜（Ｄ）は、第４実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２５】（Ａ）〜（Ｄ）は、第４実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２６】（Ａ），（Ｂ）は、第４実施形態にかかる半導体装置の製造方法及び半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図２７】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法における原理を説明するための模式図である。
【図２８】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法における原理を説明するためのエネルギバンドダイヤグラムである。
【図２９】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法における課題を説明するためのエネルギバンドダイヤグラムである。
【図３０】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図３１】（Ａ）は、第５実施形態にかかる半導体装置のＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造まで成長させたエピタキシャルウェハのＸ線回折パターンを示しており、（Ｂ）は、第５実施形態にかかる半導体装置のＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造まで成長させたエピタキシャルウェハのＡＦＭ像を示している。
【図３２】第５実施形態にかかる半導体装置の製造方法及び半導体装置の構成を説明するための模式的断面図である。
【図３３】半導体装置の製造方法において光電気化学エッチングを用いる場合を説明するための模式図である。
【図３４】半導体装置の製造方法において光電気化学エッチングを用いる場合のエネルギバンドダイヤグラムである。
【図３５】半導体装置の製造方法において光電気化学エッチングを用いる場合の課題を説明するための模式図である。
【図３６】半導体装置の製造方法において光電気化学エッチングを用いる場合の課題を説明するためのエネルギバンドダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図１〜図１８を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態にかかる半導体装置は、窒化物半導体を用いた半導体装置であって、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系高電子移動度トランジスタ［ＧａＮ−ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）；ＧａＮ系デバイス］である。本実施形態では、窒化物半導体デバイス層の表面側に電極を配置する横型電子デバイス（ＧａＮ系横型電子デバイス）である。
【００１７】
本半導体装置は、図１８に示すように、窒化物半導体デバイス層１と、エッチングストッパ層２とを備え、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装されている。
本実施形態では、窒化物半導体デバイス層１は、ＧａＮ層（チャネル層）５と、ＡｌＧａＮ層（バリア層）６とを含む。そして、素子分離領域７が形成されている。また、ＡｌＧａＮ層６上にソース電極８、ドレイン電極９及びゲート電極１０が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）１１で覆われている。
【００１８】
なお、エッチングストッパ層２の構成については後述する。
また、本実施形態では、このように構成される半導体装置を製造するのに、図３（Ｂ）に示すようなデバイスを用いる。つまり、基板１２と、ＧａＮ層５及びＡｌＧａＮ層６を含む窒化物半導体デバイス層１と、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層２とを備え、素子分離領域７、ソース電極８、ドレイン電極９、ゲート電極１０、ＳｉＮ膜１１を有するデバイスを用いる。
【００１９】
そして、図１に示すように、光電気化学（ＰＥＣ）エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から分離した後、図１８に示すように、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１と、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層２とを備え、窒化物半導体デバイス層１を成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。
【００２０】
本実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
エッチング犠牲層１３は、基板１２と窒化物半導体デバイス層１との間に設けられており、光電気化学エッチングによって除去される層である。本実施形態では、エッチング犠牲層１３はｎ型ＧａＮ層である。
【００２１】
エッチングストッパ層２は、窒化物半導体デバイス層１とエッチング犠牲層１３との間に設けられており、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止する層である。
ここでは、エッチングストッパ層２、即ち、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止する層は、ディープトラップ（ディープレベル）を含む窒化物半導体層である。
【００２２】
ここで、ディープトラップを含む窒化物半導体層２は、例えば、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒ等の遷移金属がドープされた窒化物半導体層、Ｍｇ又はＺｎをドープ（例えば高濃度ドープ）し、かつ、活性化していない窒化物半導体層、Ｃドープ窒化物半導体層、低温成長された窒化物半導体層である。但し、多結晶化すると、エッチング液に容易に溶けてしまうため、単結晶が好ましい。なお、ディープトラップを含む窒化物半導体層２は、複数（多数）のディープトラップを含む窒化物半導体層であることが好ましい。
【００２３】
なお、低温成長窒化物半導体層とは、通常の成長温度よりも２００℃〜３００℃程度温度を下げて成長させた窒化物半導体層をいう。例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって成長させる場合には、７００℃〜８００℃程度の温度で成長させることをいう。また、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法によって成長させる場合には、５００℃〜６００℃程度の温度で成長させることをいう。
【００２４】
本実施形態では、ディープトラップを含む窒化物半導体層２は、ＦｅドープＧａＮ層（ディープトラップを含むＧａＮ層）である。
次に、このようなディープトラップを含む窒化物半導体層２を、窒化物半導体デバイス層１とエッチング犠牲層１３との間に導入することで、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止できる原理について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２５】
ここで、図２は、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ディープトラップを含むＧａＮ層２、デバイス層１としてのＧａＮ層のエネルギバンドダイヤグラムを示している。図２中、５−５′は、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３とディープトラップを含むＧａＮ層２との間（図１中、５−５′参照）のエネルギバンドダイヤグラムを示している。また、図２中、６−６′は、ディープトラップを含むＧａＮ層２とＫＯＨ溶液との間（図１中、６−６′参照）のエネルギバンドダイヤグラムを示している。
【００２６】
図２中、５−５′で示す領域、即ち、ｎ型ＧａＮ犠牲層／ディープトラップを含むＧａＮ層領域では、ＵＶ光（３６５ｎｍ）照射によって、電子−正孔対が生成され、電子はバイアス印加によってトレンチ電極側に引き抜かれる。
一方、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３で生成された正孔でＯＨ−イオンとの反応が出来なかった一部の正孔は余剰となる。そして、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３とディープトラップを含むＧａＮ層２とのバンドポテンシャルの関係より、これらの余剰の正孔は、ディープトラップを含むＧａＮ層２に流れ込み、トラップに捕獲される。つまり、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、ｐ型ＧａＮエッチングストッパ層を用いると、ｎ型ＧａＮ犠牲層で励起された一部の余剰正孔がｐ型ＧａＮエッチングストッパ層やデバイス層としてのＧａＮ層に流れ込み、蓄積してしまう。これに対し、ディープトラップを含むＧａＮ層２を用いると、ディープトラップを含むＧａＮ層２に流れ込んだ正孔はトラップに捕獲される。このように、ディープトラップを含むＧａＮ層２によって、デバイス層１としてのＧａＮ層に正孔が蓄積するのを防止することができる。
【００２７】
また、ディープトラップを含むＧａＮ層２で励起された正孔は、非発光再結合中心となるディープトラップで、励起後直ちに再結合（非発光再結合）し、消滅する。
さらに、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が除去され、エッチング液（ＫＯＨ溶液）にむき出しとなった領域、即ち、図１、図２中、６−６′で示す領域においても、ディープトラップを含むＧａＮ層２の表面側に正孔が出現することがなく、ディープトラップで再結合し、消滅する。
【００２８】
このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを含むＧａＮ層２の表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、ディープトラップを含むＧａＮ層２はエッチングされず、エッチングストッパ層として機能する。また、ディープトラップを含むＧａＮ層２を設けているため、デバイス層１としてのＧａＮ層に正孔が蓄積しない。これにより、デバイス層１としてのＧａＮ層がエッチングされないようにすることができる。
【００２９】
次に、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）の製造方法について、図３〜図１８を参照しながら説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、基板温度７５０℃で、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を形成する。その後、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１μｍ）、ＦｅドープＧａＮ層２（０．２μｍ）、ＧａＮチャネル層５（１μｍ）、ＡｌＧａＮバリア層６（２５ｎｍ）を順次成長させる。
【００３０】
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２上に、窒化物半導体デバイス層１としてのＧａＮチャネル層５及びＡｌＧａＮバリア層６が形成される。
【００３１】
ここで、材料ガスにはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３)を、Ｓｉ原料にはモノシラン（ＳｉＨ４）、Ｆｅ原料にはフェロセン（Ｃｐ２Ｆｅ）、キャリアガスには水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）を用いれば良い。
成長後、エピタキシャルウェハに対して、図３（Ｂ）に示すように、例えばイオン注入で素子分離領域７を形成し、ソース電極８、ドレイン電極９及びゲート電極１０を形成し、ＳｉＮ膜（絶縁膜）１１でパッシベーションを行なう等して、デバイスの表面側を形成する。なお、素子分離領域７を形成する際に、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３まで不活性化しないようにイオン注入の加速電圧を制御する。
【００３２】
なお、素子分離はドライエッチングで行なっても良い。この場合、ｎ型ＧａＮ犠牲層をエッチングしないようにする。
ここで、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、上述のようにして作製したデバイス（ウェハ）のチップレイアウトを示している。
ここでは、図４（Ｂ）に示すように、長方形チップの長辺方向に平行にエッチング液挿入用スクライブライン（縦）１５を、短辺方向に平行に犠牲層コンタクト用スクライブライン（横）１６を形成する。このように、エッチング液挿入用スクライブライン１５をチップの長辺方向に平行に形成することによって、エッチング時間を短縮することができる。また、マルチフィンガゲートＧａＮ−ＨＥＭＴの場合、図４（Ｃ）に示すように、Ｙ方向に各電極（ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極）が順に配置される。
【００３３】
このため、まず、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、レジスト１７を塗布し、エッチング液挿入用スクライブライン（縦）１５のパターニングを行なう。
ここで、図５（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図４（Ｃ）のチップのＸ方向から見た模式的断面図、図４（Ｃ）のチップのＹ方向から見た模式的断面図を示している。なお、図５（Ａ）では、マルチフィンガゲートではあるが、２つのゲート電極１０のみを示し、それ以外を省略している。また、図５（Ｂ）では、チップ群の２列分のみを示し、それ以外を省略している。
【００３４】
次に、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば、アンテナパワー５００Ｗ／バイアスパワー５０Ｗで、ＳＦ６／ＣＨＦ３系ドライエッチングによって、ＳｉＮパッシベーション膜１１をエッチングする。
その後、例えば、アンテナパワー２００Ｗ／バイアスパワー３０Ｗで、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、窒化物半導体層６，５，２，１３，１４をサファイア基板１２の表面が露出するまでエッチングする。ここでは、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ＡｌＧａＮバリア層６、ＧａＮチャネル層５、ＦｅドープＧａＮ層２、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ＡｌＮ核形成層１４を除去する。
【００３５】
次に、レジスト１７を剥離した後、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、再度、レジスト１８（保護用レジスト）を塗布して、犠牲層コンタクト用スクライブライン（横）１６のパターニングを行なう。
次いで、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、上述のドライエッチングと同様に、ＳＦ６／ＣＨＦ３系ドライエッチングによって、ＳｉＮパッシベーション膜１１をエッチングする。
【００３６】
その後、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、窒化物半導体層６，５，２をｎ型ＧａＮ犠牲層１３の表面が露出するまでエッチングする。ここでは、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ＡｌＧａＮバリア層６、ＧａＮチャネル層７、ＦｅドープＧａＮ層２を除去する。
そして、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば５００ｎｍ厚のＴｉをスパッタして、トレンチ電極１９を形成する。
【００３７】
次に、エッチング液挿入部を開口するために、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、レジスト２０を塗布し、パターニングを行なう。
次いで、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、レジスト開口部のＴｉ１９を例えばミリングで除去した後、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば酸素ドライエッチングによって、レジスト２０を除去する。
【００３８】
これにより、図１３に示すようなチップレイアウトになる。
図１３に示すように、Ｔｉからなるトレンチ電極（Ｔｉ配線）１９は、ウェハ外周部まで延びており、ウェハ外周部と同程度の大きさのリング電極４９（図１参照）に接触させることで、一度に光電気化学エッチングができるようになっている。
次に、図１４（Ａ），（Ｂ）に示すように、光電気化学エッチングを行なって、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する。
【００３９】
ここで、エッチング液は、例えば０．１Ｍ ＫＯＨ水溶液を用いれば良い。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を選択的にエッチングするために、例えば、水銀ランプ光源とウェハとの間に波長３６５ｎｍのバンドパスフィルタを挿入すれば良い。この場合、得られる光量は約８０ｍＷ／ｃｍ２である。また、ウェハとＰｔ陰極（図１参照）間のバイアス電圧は１Ｖとすれば良い。
【００４０】
このような光電気化学エッチングは、図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、サファイア基板１２から窒化物半導体デバイス層１を剥離（分離）しうる状態になるまで行なう。
図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、チップはトレンチ電極１９によって支持されるため、ばらばらにはならない。水洗を緩やかに行なった後、乾燥させれば良い。
一方、チップは、例えば５００ｎｍ厚のＴｉからなるトレンチ電極１９で固定されているだけであるため、例えば真空ピンセットなどで容易にピックアップできる。ピックアップしたチップは、図１７に示すように、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装する。ここで、接着層としては、例えば、接着剤、ワックス、銀や銅のペースト状の物、ＡｕＳｎソルダー等を用いれば良い。
【００４１】
最後に、図１８に示すように、トレンチ電極１９及びレジスト１８を除去する。
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）を作製することができる。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から剥離することができるという利点がある。
【００４２】
つまり、ディープトラップを有する窒化物半導体層（ここではＦｅドープＧａＮ層）２を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１との間に設ける。このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを有する窒化物半導体層２は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１に光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から剥離することができる。このように、ディープトラップを有する窒化物半導体層２によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
［第２実施形態］
第２実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図１９、図２０を参照しながら説明する。
【００４３】
本実施形態では、窒化物半導体を用いた半導体装置としての窒化物半導体光デバイス（ＧａＮ系デバイス）、具体的には、窒化物半導体デバイス層の表面側に電極を配置する横型光デバイス（ＧａＮ系横型光デバイス）に、本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
本実施形態では、半導体装置を製造するのに、図１９に示すようなデバイスを用いる。つまり、基板１２と、窒化物半導体デバイス層１Ａと、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層２とを備えるデバイスを用いる。なお、図１９では、上述の第１実施形態［例えば図３（Ｂ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００４４】
ここで、窒化物半導体デバイス層１Ａは、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１、ｎ型ＧａＮ層２２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）２３、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４、ｐ型ＧａＮ層２５を含む。
また、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１、ｎ型ＧａＮ層２２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸層２３、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４、ｐ型ＧａＮ層２５を含むメサ構造が形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９上に例えばＴｉ／Ａｌからなるｎ型オーミック電極２６、ｐ型ＧａＮ層２５上に例えばＮｉ／Ａｕからなるｐ型オーミック電極２７が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）２８で覆われている。
【００４５】
そして、光電気化学エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１Ａを基板１２から分離した後、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１Ａと、窒化物半導体デバイス層１Ａに正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層２とを備え、窒化物半導体デバイス層１Ａを成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。
【００４６】
本実施形態では、図１９に示すように、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
なお、エッチング犠牲層１３やエッチングストッパ層２などのその他の構成の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００４７】
次に、本実施形態にかかる半導体装置（光デバイス）の製造方法について説明する。
上述の第１実施形態の場合［図３（Ａ）参照］と同様のプロセスを行なって、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２を形成する。その後、ＦｅドープＧａＮ層２上に、光デバイスを構成する窒化物半導体デバイス層１Ａを形成する。
【００４８】
つまり、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を基板温度７５０℃で形成し、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１μｍ）、ＦｅドープＧａＮ層２（０．２μｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９（０．１μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１（０．１μｍ）、ｎ型ＧａＮ層２２（０．１μｍ）を順次成長させる（図１９参照）。
【００４９】
その後、例えば、基板温度を７５０℃まで下げて、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）２３を成長させる（図１９参照）。
そして、再び、例えば、基板温度を９００℃まで上げて、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４（０．５ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ層２５（１μｍ）を順次成長させる（図１９参照）。
ここでは、上述の第１実施形態において用いたガス以外に、ｐ型不純物Ｍｇの原料として、ビスシクロペンタンマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いれば良い。
【００５０】
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２上に、窒化物半導体デバイス層１Ａとしてのｎ型ＧａＮコンタクト層２９、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１、ｎ型ＧａＮ層２２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）２３、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４、ｐ型ＧａＮ層２５が形成される。
【００５１】
このようにして、エピタキシャルウェハを作製した後、ウェハにプロセスを施して、デバイスを形成する。
まず、活性領域を形成するためにパターニングを行ない、例えばＣｌ系ドライエッチングによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９の表面が露出するまでエッチングを行なう。つまり、ドライエッチングによって、ｐ型ＧａＮ層２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸層２３、ｎ型ＧａＮ層２２、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１を含むメサ構造を形成する。
【００５２】
次に、再度、パターニングを行ない、例えばＣｌ系ドライエッチングによって、ＦｅドープＧａＮ層２の表面が露出するまでエッチングを行なう。これは、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する際にｎ型ＧａＮコンタクト層２９まで除去されないようにｎ型ＧａＮコンタクト層２９の表面全体がＳｉＮ膜２８で覆われるようにするためである。
その後、例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等によって形成されるＳｉＮ膜（絶縁膜）２８でパッシベーションを行なう。
【００５３】
次いで、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９上のＳｉＮ膜２８を開口した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層２９上に、例えば、Ｔｉ／Ａｌを真空蒸着によって堆積し、７５０℃の熱処理を行なって、ｎ型オーミック電極２６を形成する。
同様に、ｐ型ＧａＮ層２５上のＳｉＮ膜２８を開口した後、ｐ型ＧａＮ層２５上に、例えば、Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、４００℃程度の熱処理を行って、ｐ型オーミック電極２７を形成する。
【００５４】
その後、上述の第１実施形態（図４〜図８参照）と同様の手順で、エッチング液挿入用スクライブライン１５と犠牲層コンタクト用スクライブライン１６を形成する。
なお、光デバイスがレーザの場合には、図２０に示すように、キャビティ方向に平行にエッチング液挿入用スクライブライン１５を配置すれば良く、ダイオードのように正方形に近いデバイスの場合にはどの方向に平行に配置しても良い。
【００５５】
次に、上述の第１実施形態（図９〜図１３参照）と同様の手順で、トレンチ電極１９を形成した後、エッチング液挿入部（導入口）を形成する。
そして、上述の第１実施形態（図１４、図１５参照）と同様に、光電気化学エッチングを行ない、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する。
その後、上述の第１実施形態（図１６〜図１８参照）と同様に、チップをピックアップし、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装する。
【００５６】
最後に、トレンチ電極１９及びレジスト１８を除去する。
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置（光デバイス）を作製することができる。
なお、その他の製造方法の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００５７】
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、窒化物半導体デバイス層１Ａがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ａを基板１２から剥離することができるという利点がある。
つまり、ディープトラップを有する窒化物半導体層（ここではＦｅドープＧａＮ層）２を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１Ａとの間に設ける。このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを有する窒化物半導体層２は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１Ａに光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１Ａがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ａを基板１２から剥離することができる。このように、ディープトラップを有する窒化物半導体層２によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
［第３実施形態］
第３実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図２１〜図２３を参照しながら説明する。
【００５８】
本実施形態では、窒化物半導体を用いた半導体装置としての窒化物半導体光デバイス（ＧａＮ系デバイス）、具体的には、窒化物半導体デバイス層の表面側及び裏面側に電極を配置する縦型光デバイス（ＧａＮ系縦型光デバイス）に、本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
本実施形態では、半導体装置を製造するのに、図２２（Ｄ）に示すようなデバイスを用いる。つまり、基板１２と、窒化物半導体デバイス層１Ｂと、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層２とを備えるデバイスを用いる。なお、図２２（Ｄ）では、上述の第１実施形態［例えば図３（Ｂ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００５９】
ここで、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
窒化物半導体デバイス層１Ｂは、ｐ型ＧａＮ層３０、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）３２、ｎ型ＧａＮ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ層３４、ｎ型ＧａＮ層３５を含む。
【００６０】
また、エッチングストッパ層（ＦｅドープＧａＮ層）２、ｐ型ＧａＮ層３０、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）３２、ｎ型ＧａＮ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ層３４、ｎ型ＧａＮ層３５を含むメサ構造が形成されている。
そして、光電気化学エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から分離した後、図２３（Ｄ）に示すように、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１Ｂと、窒化物半導体デバイス層１Ｂに正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層２とを備え、窒化物半導体デバイス層１Ｂを成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。なお、図２３（Ｄ）では、上述の第１実施形態［例えば図１８参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００６１】
ところで、窒化物半導体デバイス層の表面側及び裏面側に電極を配置する縦型光デバイスの場合、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２は高抵抗であるため、デバイスに電流を流すことができない。
そこで、本実施形態では、図２３（Ｄ）に示すように、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域に、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層３０が形成されている。つまり、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２は分断されており、分断されたＦｅドープＧａＮ層２の間に、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層３０が形成されている。
【００６２】
そして、ｎ型ＧａＮ層３５に接するように、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ型オーミック電極３６、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２及びｐ型ＧａＮ層３０に接するように、例えばＮｉ／Ａｕからなるｐ型オーミック電極３８が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）３７で覆われている。
なお、エッチング犠牲層１３やエッチングストッパ層２などのその他の構成の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００６３】
次に、本実施形態にかかる半導体装置（光デバイス）の製造方法について、図２１〜図２３を参照しながら説明する。
まず、上述の第１実施形態の場合［図３（Ａ）参照］と同様のプロセスを行なって、図２１（Ａ）に示すように、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ＦｅドープＧａＮ層２を形成する。そして、図２１（Ｂ）に示すように、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した後、図２２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３及びＦｅドープＧａＮ層２上に、光デバイスを構成する窒化物半導体デバイス層１Ｂを形成する。
【００６４】
つまり、図２１（Ａ）に示すように、まず、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を基板温度７５０℃で形成し、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１μｍ）、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２（０．２μｍ）を順次成長させる。
次に、図２１（Ｂ）に示すように、エピタキシャルウェハ上に、レジスト３９を塗布し、パターニングを行ない、例えば、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３の表面が露出するまで、ＦｅドープＧａＮ層２の一部を除去する。
【００６５】
次いで、レジスト剥離後、図２２（Ａ）に示すように、再度、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型ＧａＮ層３０（１μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１（０．５ｎｍ）を基板温度１０５０℃で成長させた後、基板温度を７５０℃まで下げて、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）３２を成長させる。
そして、再び、例えば、基板温度を９００℃まで上げて、ｎ型ＧａＮ層３３（０．１μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層３４（０．１μｍ）、ｎ型ＧａＮ層３５（０．１μｍ）を順次成長させる。
【００６６】
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２上に、窒化物半導体デバイス層１Ｂとしてのｐ型ＧａＮ層３０、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）３２、ｎ型ＧａＮ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ層３４、ｎ型ＧａＮ層３５が形成される。
【００６７】
このようにして、エピタキシャルウェハを作製した後、ウェハにプロセスを施して、デバイスを形成する。
まず、デバイス領域を分離するために、図２２（Ｂ）に示すように、レジスト４０を塗布し、パターニングを行ない、図２２（Ｃ）に示すように、例えば、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３の表面が露出するまでエッチングを行なう。
【００６８】
その後、図２２（Ｄ）に示すように、例えば、プラズマＣＶＤ等によって形成されるＳｉＮ膜（絶縁膜）３７でパッシベーションを行なう。
次いで、ｎ型ＧａＮ層３５上のＳｉＮ膜３７を開口した後、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを真空蒸着によって堆積し、７５０℃の熱処理を行なって、ｎ型オーミック電極３６を形成する。
【００６９】
その後、上述の第１実施形態（図４〜図８参照）と同様の手順で、エッチング液挿入用スクライブライン（ダイシングライン）１５と犠牲層コンタクト用スクライブライン（ダイシングライン）１６を形成する。
次に、上述の第１実施形態（図９〜図１３参照）と同様の手順で、トレンチ電極１９を形成した後、エッチング液挿入部（導入口）を形成する。なお、ここでは、保護用レジスト及びトレンチ電極１９は図示していない。
【００７０】
そして、上述の第１実施形態（図１４、図１５参照）と同様に、図２３（Ａ）に示すように、光電気化学エッチングを行ない、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する。
ここで、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、ｐ型ＧａＮ層は、エッチング時間が長くなり、正孔がｐ型ＧａＮ層に蓄積されると、徐々にエッチングされてしまう。
【００７１】
そこで、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と接するｐ型ＧａＮ層３０の幅を短くすることによって、ｐ型ＧａＮ層３０の直下のｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去するエッチング時間を短縮することができるようにしている。これにより、ｐ型ＧａＮ層３０はほとんどエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から剥離することができるようにしている。
【００７２】
そして、トレンチ電極１９及びレジストを除去した後、図２３（Ｂ），（Ｃ）に示すように、チップをピックアップし、反転させて、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装する。
最後に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２及びｐ型ＧａＮ層３０上に、例えば、Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、４００℃程度の熱処理を行なって、ｐ型オーミック電極３８を形成する。
【００７３】
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置（光デバイス）を作製することができる。
なお、その他の製造方法の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、窒化物半導体デバイス層１Ｂがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から剥離することができるという利点がある。
【００７４】
つまり、ディープトラップを有する窒化物半導体層（ここではＦｅドープＧａＮ層）２を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１Ｂとの間に設ける。このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを有する窒化物半導体層２は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１Ｂに光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１Ｂがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から剥離することができる。このように、ディープトラップを有する窒化物半導体層２によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
【００７５】
特に、本実施形態では、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去し、除去した領域をｐ型ＧａＮ層３０で埋め込むことによって、表面側及び裏面側に電極３６，３８を配置する縦型光デバイスを実現できるようにしている。そして、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と接するｐ型ＧａＮ層３０の幅を短くして、ｐ型ＧａＮ層３０の直下のｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去するエッチング時間を短縮するようにしている。このため、窒化物半導体デバイス層１Ｂを構成するｐ型ＧａＮ層３０がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｂを基板１２から剥離することができることになる。
【００７６】
なお、上述の実施形態では、エッチングストッパ層２としてＦｅドープＧａＮ層を用いる場合に適した構成として説明しているが、エッチングストッパ層２として、例えばＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒ等の遷移金属がドープされた窒化物半導体層を用いる場合等にも、上述の実施形態のような構成を適用することができる。
［第４実施形態］
第４実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図２４〜図２６を参照しながら説明する。
【００７７】
本実施形態では、窒化物半導体を用いた半導体装置としての窒化物半導体電子デバイス（ＧａＮ系デバイス；例えばＧａＮ−ＨＥＭＴ）、具体的には、窒化物半導体デバイス層の表面側及び裏面側に電極を配置する縦型電子デバイス（ＧａＮ系縦型電子デバイス）に、本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
本実施形態では、半導体装置を製造するのに、図２４（Ｄ）に示すようなデバイスを用いる。つまり、基板１２と、窒化物半導体デバイス層１Ｃと、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層２とを備えるデバイスを用いる。なお、図２４（Ｄ）では、上述の第１実施形態［例えば図３（Ｂ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００７８】
ここで、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
窒化物半導体デバイス層１Ｃは、ｎ型ＧａＮ層４２、ｎ型ＡｌＧａＮ層４３を含む。そして、素子分離領域７が形成されている。また、ｎ型ＡｌＧａＮ層４３の表面側にソース電極８及びゲート電極１０が形成されている。また、図２６（Ｂ）に示すように、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２及びｎ型ＧａＮ層４２の裏面側にドレイン電極９が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）１１で覆われている。
【００７９】
そして、光電気化学エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から分離した後、図２６（Ｂ）に示すように、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１Ｃと、窒化物半導体デバイス層１Ｃに正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層２とを備え、窒化物半導体デバイス層１Ｃを成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。なお、図２６（Ｂ）では、上述の第１実施形態［例えば図１８参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００８０】
ところで、上述の第３実施形態にかかる縦型光デバイスでは、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去し、除去した領域をｐ型ＧａＮ層３０で埋め込み、ｐ型ＧａＮ層３０に接するようにｐ型オーミック電極３８を形成している。
一方、縦型電子デバイスの場合、一般的には、ｎ型オーミック電極を形成する。このため、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域にｐ型半導体層（ｐ型ＧａＮ層）が残存しているとオーミックをとることができない。
【００８１】
窒化物半導体デバイス層１Ｃを上述のように構成する場合、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域に、窒化物半導体デバイス層１Ｃを構成するｎ型半導体層（ｎ型ＧａＮ層）４２が露出していると、ｎ型半導体層４２はエッチングレートが速いため、著しく侵食されてしまうことになる。
そこで、本実施形態では、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域を、エッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１で覆った後、ｎ型ＧａＮ層４２で埋め込むようにしている。つまり、ｎ型ＧａＮ層４２の裏面側の表面がエッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１で覆われるようにしている。この場合、窒化物半導体デバイス層１Ｃを構成するｎ型ＧａＮ層４２とｎ型ＧａＮ犠牲層１３との間に、エッチングストッパ層として、ＦｅドープＧａＮ層２及びｐ型ＧａＮ層４１が設けられることになる。そして、ｐ型ＧａＮ層４１の幅及び膜厚を調整することによって、エッチング犠牲層（ｎ型ＧａＮ犠牲層）１３が除去されるのと同時に、ｎ型ＧａＮ層４２を覆っているｐ型ＧａＮ層４１も除去され、窒化物半導体デバイス層１Ｃが基板１２から剥離されるようにしている。
【００８２】
つまり、本実施形態では、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した領域に、ｎ型ＧａＮ層４２、及び、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層４１が形成されている。つまり、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２は分断されており、分断されたＦｅドープＧａＮ層２の間に、ｎ型ＧａＮ層４２、及び、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層としてのｐ型ＧａＮ層４１が形成されている。
【００８３】
なお、エッチング犠牲層やエッチングストッパ層などのその他の構成の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）の製造方法について、図２４〜図２６を参照しながら説明する。
まず、上述の第１実施形態の場合［図３（Ａ）参照］と同様のプロセスを行なって、図２４（Ａ）に示すように、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ＦｅドープＧａＮ層２を形成する。そして、図２４（Ｂ）に示すように、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去した後、図２４（Ｃ），（Ｄ）に示すように、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３及びＦｅドープＧａＮ層２上に、エッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１、及び、ＧａＮ−ＨＥＭＴを構成する窒化物半導体デバイス層１Ｃを形成する。
【００８４】
つまり、図２４（Ａ）に示すように、まず、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を基板温度７５０℃で形成し、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１μｍ）、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２（０．２μｍ）を順次成長させる。
次に、図２４（Ｂ）に示すように、エピタキシャルウェハ上に、レジスト４４を塗布し、パターニングを行ない、例えば、Ｃｌ２系ドライエッチングによって、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３の表面が露出するまで、ＦｅドープＧａＮ層２の一部を除去する。
【００８５】
次いで、レジスト剥離後、図２４（Ｃ）に示すように、再度、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、エッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１（２０ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層４２（２μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層４３（２０ｎｍ）を基板温度１０５０℃で成長させる。
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層としてのＦｅドープＧａＮ層２が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＦｅドープＧａＮ層２上に、エッチングストッパ層としてのｐ型ＧａＮ層４１、窒化物半導体デバイス層１Ｃとしてのｎ型ＧａＮ層４２、ｎ型ＡｌＧａＮ層４３が形成される。
【００８６】
そして、エピタキシャルウェハに対して、図２４（Ｄ）に示すように、例えばイオン注入で素子分離領域７を形成し、例えばＴｉ／Ａｌからなるソース電極８、及び、例えばＮｉ／Ａｕからなるゲート電極１０を形成し、ＳｉＮ膜（絶縁膜）１１でパッシベーションを行なう等して、デバイスの表面側を形成する。
その後、上述の第１実施形態（図４〜図８参照）と同様の手順で、エッチング液挿入用スクライブライン（ダイシングライン）１５と犠牲層コンタクト用スクライブライン（ダイシングライン）１６を形成する。
【００８７】
次に、上述の第１実施形態（図９〜図１３参照）と同様の手順で、トレンチ電極１９を形成した後、エッチング液挿入部（導入口）を形成する。なお、ここでは、保護用レジスト及びトレンチ電極１９は図示していない。
そして、上述の第１実施形態（図１４、図１５参照）と同様に、図２５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、光電気化学エッチングを行ない、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３を除去する。
【００８８】
ここで、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、ｐ型ＧａＮ層は、エッチング時間が長くなり、正孔がｐ型ＧａＮ層に蓄積されると、徐々にエッチングされてしまう。
そこで、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と接するｐ型ＧａＮ層４１の幅及び膜厚を調整することによって、図２５（Ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が除去されるのと同時にｐ型ＧａＮ層４１も除去されるようにしている。これにより、ｎ型ＧａＮ層４２はほとんどエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から剥離することができるようにしている。
【００８９】
その後、トレンチ電極１９及びレジストを除去した後、チップをピックアップし、反転させて、図２５（Ｄ）に示すように、サポート基板４５などに接着剤４６で仮接着する。
そして、図２６（Ａ）に示すように、剥離したチップの裏面、即ち、ｎ型ＧａＮ層４２、ｐ型ＧａＮ層４１及びＦｅドープＧａＮ層２上に、例えばＴｉ／Ａｌからなるドレイン電極９を形成する。その後、仮接着を外し、例えば、５５０℃で熱処理を行なってオーミックをとる。
【００９０】
その後、チップをピックアップし、反転させて、図２６（Ｂ）に示すように、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装する。
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）を作製することができる。
なお、その他の製造方法の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００９１】
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、窒化物半導体デバイス層１Ｃがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から剥離することができるという利点がある。
つまり、ディープトラップを有する窒化物半導体層（ここではＦｅドープＧａＮ層）２を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１Ｃとの間に設ける。このため、エッチングストッパ層としてのディープトラップを有する窒化物半導体層２は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１Ｃに光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１Ｃがエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から剥離することができる。このように、ディープトラップを有する窒化物半導体層２によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
【００９２】
特に、本実施形態では、ＦｅドープＧａＮ層２を一部除去し、除去した領域に埋め込まれるｎ型ＧａＮ層４２をｐ型ＧａＮ層（薄膜）４１で被覆することによって、表面側及び裏面側に電極を配置する縦型電子デバイスを実現できるようにしている。そして、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と接するｐ型ＧａＮ層４１の幅及び膜厚を調整して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が除去されるのと同時にｐ型ＧａＮ層４１も除去されるようにしている。このため、窒化物半導体デバイス層１Ｃを構成するｎ型ＧａＮ層４２がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１Ｃを基板１２から剥離することができることになる。
【００９３】
なお、上述の実施形態では、ｎ型ＧａＮ層４２を覆うエッチングストッパ層としてｐ型ＧａＮ層４１を用いているが、これに限られるものではない。例えばＡｌＧａＮ層を用いても良く、この場合も同様の効果が得られる。
また、上述の実施形態では、エッチングストッパ層２としてＦｅドープＧａＮ層を用いる場合を例に挙げて説明しているが、エッチングストッパ層２として、例えばＦｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｒ等の遷移金属がドープされた窒化物半導体層を用いる場合等にも、上述の実施形態のような構成を適用することができる。
［第５実施形態］
第５実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図２７〜図３２を参照しながら説明する。
【００９４】
本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）は、上述の第１実施形態のもの（図１８参照）に対し、窒化物半導体デバイス層１と接着層４との間に設けられ、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層の構成が異なる。
つまり、本半導体装置は、図３２に示すように、窒化物半導体デバイス層１と、エッチングストッパ層５０（ここではＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜）とを備え、例えばアルミナセラミック基板等の台座３に接着層４を介して実装されている。なお、図３２では、上述の第１実施形態（例えば図１８参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００９５】
本実施形態では、窒化物半導体デバイス層１は、ＧａＮ層（チャネル層）５と、ＡｌＧａＮ層（バリア層）６とを含む。そして、素子分離領域７が形成されている。また、ＡｌＧａＮ層６上にソース電極８、ドレイン電極９及びゲート電極１０が形成されている。さらに、表面はＳｉＮ膜（絶縁膜）１１で覆われている。
なお、エッチングストッパ層５０の構成については後述する。
【００９６】
また、本実施形態では、このように構成される半導体装置を製造するのに、図３０に示すようなウェハを用いる。つまり、基板１２と、ＧａＮ層５及びＡｌＧａＮ層６を含む窒化物半導体デバイス層１と、エッチング犠牲層１３と、エッチングストッパ層５０（ここではＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜）とを備えるウェハを用いる。なお、上述の第１実施形態の場合と同様に、このようなウェハにプロセスを施して、素子分離領域７、ソース電極８、ドレイン電極９、ゲート電極１０、ＳｉＮ膜１１を有するデバイスが形成される。また、図３０では、上述の第１実施形態［例えば図３（Ａ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【００９７】
そして、図２７に示すように、光電気化学（ＰＥＣ）エッチングによってエッチング犠牲層１３を除去し、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から分離した後、図３２に示すように、接着層４を介して台座３に実装することによって、半導体装置が製造される。この場合、半導体装置は、窒化物半導体デバイス層１と、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層５０とを備え、窒化物半導体デバイス層１を成長させるために用いる基板を有しないものとして構成される。なお、図２７では、上述の第１実施形態（例えば図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００９８】
本実施形態では、図３０に示すように、基板１２は、サファイア基板である。このサファイア基板１２上には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。つまり、サファイア基板１２とエッチング犠牲層１３との間には、ＡｌＮ核形成層１４が形成されている。
また、本実施形態では、エッチングストッパ層５０は、図２８に示すように、エッチング犠牲層１３よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体障壁層（バリア層）と、窒化物半導体障壁層よりもバンドギャップの小さい窒化物半導体井戸層とからなる。
【００９９】
ここでは、エッチングストッパ層５０は、窒化物半導体障壁層と窒化物半導体井戸層とが繰り返し積層された多層膜である。つまり、エッチングストッパ層５０は、少なくとも２層以上の多層膜である。
具体的には、エッチングストッパ層５０は、窒化物半導体障壁層と窒化物半導体井戸層とからなる超格子構造を有する超格子エッチングストッパ層（超格子構造層）である。
【０１００】
ここでは、窒化物半導体障壁層は、Ａｌ組成５０％以上の高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層（高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層）である。また、窒化物半導体井戸層は、ＧａＮ層である。そして、エッチングストッパ層５０は、これらを６周期積層させてなるＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子エッチングストッパ層（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜；ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層）である。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子エッチングストッパ層５０を、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子エッチングストッパ層ともいう。
【０１０１】
次に、上述のようなＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０を、窒化物半導体デバイス層１とエッチング犠牲層１３との間に導入することで、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止できる原理について、図２７〜図２９を参照しながら説明する。
まず、バンドパスフィルタなどによって、ＧａＮのバンドギャップに合わせた波長（３６５ｎｍ）のＵＶ光を導入すると、それよりもバンドギャップの大きい窒化物半導体層では電子−正孔対が形成されないため、エッチングストッパ層として用いるには有利である。
【０１０２】
しかしながら、図２９に示すように、Ａｌ組成１０％程度の低いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層をエッチングストッパ層に用いると、価電子帯不連続ΔＥｖが小さいため、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３で生成され、余剰となった正孔がこの価電子帯不連続ΔＥｖを乗り越え、窒化物半導体デバイス層１に流れ込み、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することになる。
【０１０３】
また、窒化物半導体デバイス層１で生成された電子も、伝導帯不連続ΔＥｃが小さいため、バイアス印加によってｎ型ＧａＮ犠牲層１３側に引き抜かれてしまい、結果的に、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することになる。
このように正孔が蓄積された窒化物半導体デバイス層１にエッチング液（ＫＯＨ溶液）が接触すると、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされてしまうことになる。
【０１０４】
この場合、ＡｌＧａＮエッチングストッパ層のＡｌ組成を高くし、膜厚を増加させることで、エッチング耐性を向上させることが考えられる。
しかしながら、実際には、結晶にクラック等が入ってしまうため、Ａｌ組成を高くする場合には、膜厚を薄くしなければならない。
そこで、本実施形態では、図２７、図２８に示すように、窒化物半導体デバイス層１とエッチング犠牲層１３との間に導入されるエッチングストッパ層５０に、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層を用いることでバリア性を確保するとともに、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を採用することでトータル膜厚を増加させてエッチング耐性を向上させるようにしている。
【０１０５】
ここで、図２８は、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０、デバイス層１としてのＧａＮ層のエネルギバンドダイヤグラムを示している。図２８中、７−７′は、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３とＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０との間（図２７中、７−７′参照）のエネルギバンドダイヤグラムを示している。また、図２８中、８−８′は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０とＫＯＨ溶液との間（図２７中、８−８′参照）のエネルギバンドダイヤグラムを示している。
【０１０６】
図２８中、７−７′で示す領域、即ち、ｎ型ＧａＮ犠牲層／エッチングストッパ層領域では、ＵＶ光（波長３６５ｎｍ）照射によって、電子−正孔対が生成され、電子はバイアス印加によってトレンチ電極１９側に引き抜かれる。
一方、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３で生成された正孔は、ＡｌＧａＮ障壁層にブロックされ、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３に残留し、光電気化学エッチングに消費される。
【０１０７】
また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０内ではＧａＮ井戸層も量子化されるため、波長３６５ｎｍのＵＶ光による励起では、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０において電子−正孔対は生成されない。
さらに、窒化物半導体デバイス層１で生成される電子−正孔対は、ＡｌＧａＮ障壁層にブロックされ、行き場がないため、常に発光再結合して消滅する。
【０１０８】
このように、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０によって、デバイス層１としてのＧａＮ層に正孔が蓄積するのを防止することができる。このため、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、窒化物半導体デバイス層１のエッチングが進行することはない。
また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が除去され、エッチング液（ＫＯＨ溶液）にむき出しとなった領域、即ち、図２７、図２８中、８−８′で示す領域においても、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０の表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しない。このため、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０はエッチングされず、エッチングストッパ層として機能する。また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０を設けているため、デバイス層１としてのＧａＮ層に正孔が蓄積しない。これにより、デバイス層１としてのＧａＮ層がエッチングされないようにすることができる。
【０１０９】
なお、その他の構成の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）の製造方法について、図３０〜図３２を参照しながら説明する。
まず、図３０に示すように、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１２上に、基板温度７５０℃で、ＡｌＮ核形成層１４（２５ｎｍ）を形成する。その後、基板温度１０５０℃で、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３（１．２μｍ）、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０、ＧａＮチャネル層５（１μｍ）、ＡｌＧａＮバリア層６（２０ｎｍ）を順次成長させる。
【０１１０】
ここでは、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０は、Ａｌ組成５０％のＡｌＧａＮ層（３ｎｍ）とＧａＮ層（４．８ｎｍ）とを例えば６周期積層させて超格子構造としている。
これにより、サファイア基板１２上に、ＡｌＮ核形成層１４を介して、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３が形成される。また、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、エッチングストッパ層としてのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を有するＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０が形成される。つまり、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３上に、窒化物半導体デバイス層１に正孔が蓄積することを防止する層としてのＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０が形成される。さらに、エッチングストッパ層としてのＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０上に、窒化物半導体デバイス層１としてのＧａＮチャネル層５及びＡｌＧａＮバリア層６が形成される。
【０１１１】
ここで、図３１（Ａ）は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を有するエッチングストッパ層５０までを成長させたエピタキシャルウェハのＸ線回折パターンを示しており、図３１（Ｂ）は、そのＡＦＭ（Atomic Force Microscope；原子間力顕微鏡）像を示している。
図３１（Ａ）に示すように、Ｘ線回折パターンでは、超格子構造特有のサテライトピークが観測されており、超格子構造が崩れていないことが分かる。
【０１１２】
また、図３１（Ｂ）に示すように、ＡＦＭ像では、通常Ａｌ組成３０％以上のＡｌＧａＮ層で見られるスパイラル成長が全く観測されず、良好なステップフロー成長が観測されている。
このように、Ａｌ組成５０％のＡｌＧａＮ層（３ｎｍ）とＧａＮ層（４．８ｎｍ）とを６周期積層させた超格子構造を有するエッチングストッパ層５０は、良好な結晶性を持つため、このエッチングストッパ層５０上に、良好なＧａＮ−ＨＥＭＴ構造を作製することができる。なお、ここでは、Ａｌ組成５０％のＡｌＧａＮ層を用いているが、Ａｌ組成５０％以上のＡｌＧａＮ層を用いた場合にも、同様に、良好な結晶性を有するエッチングストッパ層を形成することができる。
【０１１３】
その後、上述の第１実施形態の場合と同様の工程を経て、本実施形態にかかる半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）を作製することができる。
なお、その他の製造方法の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から剥離することができるという利点がある。
【０１１４】
つまり、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０を、ｎ型ＧａＮ犠牲層１３と窒化物半導体デバイス層１との間に設ける。このため、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０は、その表面側に正孔が出現することがなく、ＯＨ−イオンと反応しないため、エッチングされない。また、窒化物半導体デバイス層１に光電気化学エッチングに寄与しなかった正孔が蓄積するのを防止することもできる。このため、窒化物半導体デバイス層１がエッチングされないようにしながら、窒化物半導体デバイス層１を基板１２から剥離することができる。このように、ＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層５０によって、上述の発明が解決しようとする課題の欄で説明したｐ型ＧａＮエッチングストッパ層よりもエッチング耐性の優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
【０１１５】
なお、上述の実施形態のエッチングストッパ層５０の構成と、上述の第１実施形態〜第４実施形態のエッチングストッパ層２の構成とを組み合わせ、これらの構成を複合した層として構成しても良い。つまり、エッチングストッパ層を、エッチング犠牲層よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体障壁層と、窒化物半導体障壁層よりもバンドギャップの小さい窒化物半導体井戸層とからなり、窒化物半導体障壁層又は窒化物半導体井戸層がディープトラップを含むように構成しても良い。具体的には、エッチングストッパ層を、ディープトラップを含むＡｌＧａＮ／ＧａＮエッチングストッパ層（高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造層）とする。この場合、ＧａＮ層を、ディープトラップを含む層として構成しても良いし、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層を、ディープトラップを含む層として構成しても良い。これにより、さらにエッチング耐性に優れたエッチングストッパ層を提供できることになる。
［その他］
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【０１１６】
例えば、上述の各実施形態及び変形例では、サファイア基板を用いた例を挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、ＵＶ光が透過する基板であれば、同様のプロセスが可能である。例えば、炭化シリコン基板（ＳｉＣ基板）、窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板）、窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ基板）を用いても良い。つまり、上述の各実施形態にかかる半導体装置に用いる基板は、サファイア基板、炭化シリコン基板、窒化ガリウム基板、窒化アルミニウム基板のいずれかであれば良い。
【０１１７】
また、上述の各実施形態及び変形例では、窒化物半導体層にＡｌＧａＮ、ＧａＮを用いた場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＮ，ＩｎＡｌＧａＮなどを用いても良い。この場合、バンドパスフィルタ等を用いて、ＵＶ光の波長を適切に選択することによって、上述の各実施形態及び変形例の場合と同様の効果が得られる。
【０１１８】
また、上述の各実施形態及び変形例における半導体装置及びその製造方法を用いることによって、例えば、ミリ波帯レーダシステム、無線通信基地局用システム、サーバシステム、自動車・交通システムや家電製品などの窒化物半導体デバイスを用いる種々のシステム・製品の低コスト化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 窒化物半導体デバイス層
２ エッチングストッパ層（窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層；ディープトラップを含む窒化物半導体層；ＦｅドープＧａＮ層）
３ 台座
４ 接着層
５ ＧａＮ層（チャネル層）
６ ＡｌＧａＮ層（バリア層）
７ 素子分離領域
８ ソース電極
９ ドレイン電極
１０ ゲート電極
１１ ＳｉＮ膜
１２ サファイア基板
１３ エッチング犠牲層
１４ ＡｌＮ核形成層
１５ エッチング液挿入用スクライブライン
１６ 犠牲層コンタクト用スクライブライン
１７，１８，２０ レジスト
１９ トレンチ電極
２１ ｎ型ＡｌＧａＮ層
２２ ｎ型ＧａＮ層
２３ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）
２４ ｐ型ＡｌＧａＮ層
２５ ｐ型ＧａＮ層
２６ ｎ型オーミック電極
２７ ｐ型オーミック電極
２８ ＳｉＮ膜
２９ ｎ型ＧａＮコンタクト層
３０ ｐ型ＧａＮ層
３１ ｐ型ＡｌＧａＮ層
３２ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（多層構造）
３３ ｎ型ＧａＮ層
３４ ｎ型ＡｌＧａＮ層
３５ ｎ型ＧａＮ層
３６ ｎ型オーミック電極
３７ ＳｉＮ膜
３８ ｐ型オーミック電極
３９，４０，４４ レジスト
４１ ｐ型ＧａＮ層
４２ ｎ型ＧａＮ層
４３ ｎ型ＡｌＧａＮ層
４５ サポート基板
４６ 接着剤
４９ リング電極
５０ エッチングストッパ層（窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層；ＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、エッチング犠牲層を形成する工程と、
前記エッチング犠牲層上に、エッチングストッパ層を形成する工程と、
前記エッチングストッパ層上に、窒化物半導体デバイス層を形成する工程と、
前記エッチング犠牲層を、光電気化学エッチングによって除去する工程とを含み、
前記エッチングストッパ層は、前記窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチングストッパ層が、前記エッチング犠牲層よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体障壁層と、前記窒化物半導体障壁層よりもバンドギャップの小さい窒化物半導体井戸層とからなり、前記窒化物半導体障壁層又は前記窒化物半導体井戸層がディープトラップを含むことを特徴とする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エッチングストッパ層が、ディープトラップを含む窒化物半導体層であることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングストッパ層が、前記エッチング犠牲層よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体障壁層と、前記窒化物半導体障壁層よりもバンドギャップの小さい窒化物半導体井戸層とからなることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記エッチングストッパ層が、分断されており、
分断された前記エッチングストッパ層の間に、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
窒化物半導体デバイス層と、
前記窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層とを備え、
前記窒化物半導体デバイス層を成長させるために用いる基板を有しないことを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
基板上に、エッチング犠牲層を形成する工程と、
前記エッチング犠牲層上に、エッチングストッパ層を形成する工程と、
前記エッチングストッパ層上に、窒化物半導体デバイス層を形成する工程と、
前記エッチング犠牲層を、光電気化学エッチングによって除去する工程とを含み、
前記エッチングストッパ層は、前記窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止する層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチングストッパ層が、前記エッチング犠牲層よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体障壁層と、前記窒化物半導体障壁層よりもバンドギャップの小さい窒化物半導体井戸層とからなり、前記窒化物半導体障壁層又は前記窒化物半導体井戸層がディープトラップを含むことを特徴とする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エッチングストッパ層が、ディープトラップを含む窒化物半導体層であることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングストッパ層が、前記エッチング犠牲層よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体障壁層と、前記窒化物半導体障壁層よりもバンドギャップの小さい窒化物半導体井戸層とからなることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記エッチングストッパ層が、分断されており、
分断された前記エッチングストッパ層の間に、ｐ型導電性を持つ窒化物半導体層を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
窒化物半導体デバイス層と、
前記窒化物半導体デバイス層に正孔が蓄積することを防止するエッチングストッパ層とを備え、
前記窒化物半導体デバイス層を成長させるために用いる基板を有しないことを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３１】
【公開番号】特開２０１１−９５２１（Ｐ２０１１−９５２１Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５２２９２（Ｐ２００９−１５２２９２）
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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