窒化物系化合物半導体素子の製造方法および窒化物系化合物半導体素子
【課題】リーク電流が低減された、耐圧性が高い窒化物系化合物半導体素子の製造方法および窒化物系化合物半導体素子を提供すること。
【解決手段】基板上に少なくともガリウム原子を含むＩＩＩ族原子と窒素原子とからなる窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長する成長工程と、素子構造形成前に、前記窒化物系化合物半導体層にレーザ光または電離放射線を照射し、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔と水素原子との複合体を分解する分解工程と、を含む。
【解決手段】基板上に少なくともガリウム原子を含むＩＩＩ族原子と窒素原子とからなる窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長する成長工程と、素子構造形成前に、前記窒化物系化合物半導体層にレーザ光または電離放射線を照射し、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔と水素原子との複合体を分解する分解工程と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系化合物半導体素子の製造方法および窒化物系化合物半導体素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系化合物半導体、たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体は、シリコン系材料に比べてバンドギャップエネルギーが大きく絶縁破壊電圧が大きいため、これを用いて高温環境下においても動作する高耐圧の半導体素子を作製することが可能である。このため、ＧａＮ系半導体はシリコン系材料に代わるインバーターやコンバーター等のパワーデバイスの材料として期待されている。
【０００３】
パワーデバイスにとって、高いオフ耐圧は、トランジスタの最大出力を決める重要なパラメータである。高いオフ耐圧を得るためには、高いバッファ耐圧の実現、すなわち漏れ電流（リーク電流）の低減が必要になる。
【０００４】
ＧａＮ系半導体は、通常はＧａＮ系半導体とは異なる材料から成る基板上にヘテロエピタキシャル成長するため、窒素空孔、ガリウム空孔（ＶＧａ）などの点欠陥や転位をはじめとする格子欠陥を多数含むという課題がある。特に、シリコン基板等の異種材料基板を成長基板に用いた場合、ＧａＮとの格子定数差（シリコンの場合、およそ１７％）、熱膨張係数差（シリコンの場合、およそ５６％）が大きいため、１０１０ｃｍ−２を超える高密度の転位が導入される場合がある。このように高密度の転位が導入されたＧａＮ系半導体素子はリーク電流が大きくなり、耐圧性が低くなる。
【０００５】
高耐圧化のためには、基板直上に形成するバッファ層を高抵抗化する方法がある。バッファ層の高抵抗化には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いる場合に、原料である有機金属に含まれる炭素を添加剤とするオートドーピング法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示させるような、炭素をドーピングし、バッファ層の高抵抗化を行った素子よりも、さらにリーク電流が低減された、耐圧性が高い窒化物系化合物半導体素子が要求されている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リーク電流が低減された、耐圧性が高い窒化物系化合物半導体素子の製造方法および窒化物系化合物半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、基板上に少なくともガリウム原子を含むＩＩＩ族原子と窒素原子とからなる窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長する成長工程と、素子構造形成前に、前記窒化物系化合物半導体層にレーザ光または電離放射線を照射し、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔と水素原子との複合体を分解する分解工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記レーザ光は波長が３８０ｎｍ以下のレーザ光であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記レーザ光はパルス幅が１００マイクロ秒以下のパルスレーザ光であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記窒化物系化合物半導体層の最表面における光強度がＣＷ換算で１Ｗ／ｃｍ２以上、１０００Ｗ／ｃｍ２以下となるようにパルスレーザ光を照射することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記電離放射線はシンクロトロン放射光であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記電離放射線は中性子線であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記中性子線は１ｅＶ以下のエネルギーを有する熱外中性子線または熱中性子線であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記基板はシリコン、サファイア、炭化珪素または酸化亜鉛からなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子は、上記発明の製造方法によって製造した窒化物系化合物半導体素子であって、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔濃度が５×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＩＩＩ族空孔と水素との複合体に起因するリーク電流の発生を低減できるので、リーク電流が小さく、耐圧性が高い窒化物系化合物半導体素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、ＶＧａ−Ｈを含む系（破線）とＶＧａのみを含む系（実線）との電子の状態密度の計算結果を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係るＨＦＥＴの模式的な断面図である。
【図３】図３は、レーザ光の照射方法を説明する模式図である。
【図４】図４は、実施例１のＨＦＥＴの製造工程における、レーザ光の照射前後でのエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを示す図である。
【図５】図５は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのリーク特性を示す図である。
【図６】図６は、ソース・ドレイン間電圧が５００Ｖのときの実施例１、実施例１−１〜１−４、比較例１のＨＦＥＴのレーザ光照射時間とリーク電流との関係を示す図である。
【図７】図７は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値（相対値）の経時変化を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係るＳＢＤの模式的な断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２に係るＳＢＤの模式的な平面図である。
【図１０】図１０は、エピタキシャル基板へのシンクロトロン放射光の白色光の照射方法を説明する模式図である。
【図１１】図１１は、エピタキシャル基板へのシンクロトロン放射光を分光した単色光の照射方法を説明する模式図である。
【図１２】図１２は、ソース・ドレイン間電圧が５００Ｖのときの実施例２、３、比較例２のＳＢＤのリーク電流を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３に係るＨＦＥＴの模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、比較例３のＨＦＥＴおよびこれに熱中性子線を照射したＨＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、本発明者らが、窒化物系化合物半導体素子に生じるリーク電流の発生のメカニズムを精査し、これによって得た知見によって、リーク電流の発生要因の１つを除去する方法に想到し、完成したものである。
【００２１】
以下では、はじめに、本発明者が行なったリーク電流の発生のメカニズムの考察について説明する。次いで、これによって得た知見によって完成した本発明について、その実施の形態により説明する。
【００２２】
＜第一原理電子状態計算によるＶＧａ−Ｈのつくる欠陥準位の予測＞
本発明者らは、窒化物系化合物半導体素子を結晶成長させる際に、原料ガスとして水素を含むアンモニアを用いていることから、成長時に分解した水素が窒化物系化合物半導体結晶中の空孔欠陥と複合体を形成し、これがリーク電流に寄与するキャリアを供給しているものと考えた。
【００２３】
そこで、本発明者は、ＧａＮ結晶中において、ＩＩＩ族空孔欠陥であるＧａ空孔と水素との複合体（ＶＧａ−Ｈ）のつくる欠陥準位がＧａＮ結晶の電気特性に及ぼす影響を確認するために、第一原理電子状態計算（シミュレーション）を行った。
【００２４】
なお、このシミュレーションには、アドバンスソフト株式会社製のＡｄｖａｎｃｅ／ＰＨＡＳＥを用いた。また、計算には、Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ型のウルトラソフト擬ポテンシャルを用いた。また、交換相互作用は、一般化勾配近似の範囲で計算した。さらに、計算条件は、以下の条件で行った。
・原子モデル：３２原子（Ｇａ原子１５個、窒素原子１６個、水素原子１個）からなるスーパーセル
・カットオフエネルギー：波動関数および電荷密度分布で、それぞれ２５Ｒｙおよび２３０Ｒｙ
・ｋ点サンプル：３×３×４
・計算したバンド数：１００
【００２５】
図１は、ＶＧａ−Ｈを含む系（破線）とＶＧａのみを含む系（実線）との電子の状態密度（ＤＯＳ：ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓｔａｔｅｓ）の計算結果を示す図である。なお、横軸は電子のエネルギーを示し、エネルギーが０の位置は、フェルミ準位を示している。また、図１では、荷電子帯近傍のＤＯＳのみを示している。
【００２６】
図１において、ピークＰ１に対応するＶＧａ−Ｈのつくる欠陥準位、およびピークＰ２に対応するＶＧａのつくる欠陥準位は、それぞれ、荷電子帯から４６ｍｅＶと１２８ｍｅＶの位置に現れた。
【００２７】
このように、ＶＧａ−Ｈは、比較的浅いアクセプタ準位を形成することが分かる。
このため、ＶＧａ−Ｈを含むＧａＮ結晶に可視光を照射することで、荷電子帯の電子がこのアクセプタ準位に励起されて荷電子帯にホールが形成されるので、伝導性が実際の値よりも高く検出されることが予測される（光応答）。また、比較的浅い準位のため、室温においても熱的に電子が励起されてキャリアが供給されるので、これがリーク電流の原因となると考えられる。
【００２８】
一方、孤立したＶＧａは、深い準位を形成することから、可視光による光応答は起こさない。また、ＶＧａの形成する深い準位は、ドナー型のキャリアを補償できるため、リーク電流の低減効果が期待できる。
【００２９】
さらに、ＶＧａ−Ｈの結合エネルギーを同様に第一原理電子状態計算により計算したところ、約３ｅＶとなった。この結合エネルギーは、可視から紫外の波長を持つレーザ光や、シンクロトロン放射光や熱中性子線といった電離放射線を照射することで、分解することが可能である。
【００３０】
以上の結果より、本発明者らは、結晶成長した窒化物系化合物半導体に含まれるＶＧａ−Ｈにレーザ光または電離放射線を照射して分解し、孤立したＶＧａとすることによって、その後形成される素子のリーク電流を低減できることに想到したのである。
【００３１】
＜実施の形態＞
以下に、図面を参照して本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法および窒化物系化合物半導体素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各層の厚さや厚さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。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。
【００３２】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る窒化物系化合物半導体素子である異種接合電界効果トランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＦＥＴ）の模式的な断面図である。図２に示すように、このＨＦＥＴ１０は、窒化物系化合物半導体とは異なる材料からなる基板である主表面が（１１１）面のシリコン基板１１と、シリコン基板１１上に順次形成された、ＧａＮからなる低温バッファ層１２、炭素（Ｃ）をドープしたＧａＮからなるバッファ層１３、バッファ層よりもＣ濃度が低いＧａＮからなる電子走行層１４、およびＡｌＧａＮからなる電子供給層１５と、電子供給層１５上に形成されたゲート電極１６、ソース電極１７、ドレイン電極１８とを備えている。すなわち、このＨＦＥＴ１０は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮのヘテロ接合を有するＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＦＥＴである。
【００３３】
このＨＦＥＴ１０は、バッファ層１３にＣをドープすることによって、リーク電流を低減してバッファ層１３を高抵抗化しており、リーク電流を低減して耐圧を高めている。また、電子走行層１４はＣ濃度を十分に低く設定することによって、高い電子移動度を維持している。
【００３４】
さらに、このＨＦＥＴ１０は、窒化物系化合物半導体層を結晶成長した後にレーザ光を照射して結晶中のＶＧａ−Ｈを分解し、孤立したＶＧａにしたものなので、さらにリーク電流が低減されたものとなる。
【００３５】
（製造方法）
本実施の形態１に係るＨＦＥＴ１０の製造方法の一例について図１を参照して説明する。なお、原材料の流量、各層の厚さ、または成長温度等は例示であり、特に限定はされない。
【００３６】
はじめに、厚さが５００μｍのシリコン基板１１を設置した有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置内に、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ３）とを、それぞれ１４μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度５５０℃で、シリコン基板１１上に層厚３０ｎｍのＧａＮからなる低温バッファ層１２をエピタキシャル成長させる。
【００３７】
つぎに、ＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃にて、低温バッファ層１２上に層厚６００ｎｍのＧａＮからなるバッファ層１３をエピタキシャル成長させる。なお、このときの成長圧力を調整することによって、バッファ層１３にドープされる炭素濃度を１×１０１８ｃｍ−３以上とすることができ、高抵抗化してリーク電流を低減することができる。
【００３８】
つぎに、ＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃にて、バッファ層１３上に層厚１００ｎｍのＧａＮからなる電子走行層１４をエピタキシャル成長させる。このときの成長圧力を調整することによって、電子走行層１４にドープされる炭素濃度を低下させ（例えば１×１０１７ｃｍ−３以下）、高い電子移動度を維持することができる。
【００３９】
続いて、バッファ層１３および電子走行層１４の成長後に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）とＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃にて、電子走行層１４上に層厚３０ｎｍのＡｌＧａＮからなる電子供給層１５をエピタキシャル成長させる。
【００４０】
つぎに、上記のようにシリコン基板１１上に各半導体層をエピタキシャル成長したエピタキシャル基板に対して、ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ、以下、ＹＡＧの第４高調波とする）のパルスレーザ光を照射する。このレーザ光のパルス幅は１ｎｍであり、光強度はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ：連続発振）換算で約３Ｗ／ｃｍ２である。パルス光の繰り返し周波数は５ｋＨｚである。ただし、パルス幅、光強度、繰り返し周波数はこれらの値に限られない。
【００４１】
また、レーザ光のビーム径は通常エピタキシャル基板の面積に対して小さいので、エピタキシャル基板全面に照射するためには、レーザ光を走査する必要がある。図３は、レーザ光の照射方法を説明する模式図である。ここでは、図３に示すように、エピタキシャル基板をＸ−Ｙステージに載せ、電子供給層１５の表面にビームスポットＢ１のレーザ光Ｌ１を照射しながら、Ｘ−Ｙステージを移動させてビームスポットＢ１を走査させる。
【００４２】
このレーザ光照射によって、結晶中のＶＧａ−Ｈから水素原子が分離され、孤立したＶＧａとなる。なお、ＹＡＧの第４高調波のＧａＮ結晶への浸入長（強度が１／１０になる距離）は、約１００ｎｍであり、レーザ照射の効果は電子走行層１４においても十分得られる。
【００４３】
なお、リーク電流低減の効果は、バッファ層１３にもレーザ光を照射した方が大きい。そこで、ＹＡＧの第４高調波照射後（または、照射前もしくは同時に）、ＹＡＧの第３高調波（波長３５５ｎｍ）のパルスレーザ光を照射してもよい。この波長ではＧａＮ結晶への浸入長が長くなるため、レーザ光はシリコン基板１１まで到達する。ＹＡＧの第３高調波を照射する場合、レーザ光のパルス幅は１ｎｍであり、光強度はＣＷ換算で約３０Ｗ／ｃｍ２である。パルス光の繰り返し周波数は１０ｋＨｚである。ただし、パルス幅、光強度、繰り返し周波数はこれらの値に限られない。照射方法はＹＡＧの第４高調波のパルスレーザ光の照射方法と同様である。
【００４４】
つぎに、素子構造を形成するために、電子供給層１５上に、チタン（Ｔｉ）およびＡｌをこの順に蒸着して、オーミック電極であるソース電極１７およびドレイン電極１８を形成する。つぎに、ソース電極１７とドレイン電極１８との間にニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）をこの順に蒸着して、ショットキー電極であるゲート電極１６を形成する。なお、ソース電極１７およびドレイン電極１８の蒸着後、７００℃で３０分の熱処理を行うことで、良好なオーミック特性が得られる。また、この熱処理において、レーザ光照射によりＶＧａから切り離された水素原子は拡散して、エピタキシャル基板の外に追い出される。
以上の製造方法によって、本実施の形態１に係るＨＦＥＴ１０を製造することができる。
【００４５】
このように製造された本実施の形態１に係るＨＦＥＴ１０は、結晶中のＶＧａ−Ｈが分解され、孤立したＶＧａにされたものなので、リーク電流が低減されたものとなる。
【００４６】
（実施例１、比較例１）
本発明の実施例１として、上述した製造方法にて、ＹＡＧの第４高調波のパルスレーザ光に続いてＹＡＧの第３高調波のパルスレーザ光を照射して、実施の形態１に係るＨＦＥＴ１０の構造を有するＨＦＥＴを製造した。なお、ＡｌＧａＮからなる電子供給層のＡｌ組成は、Ｘ線回折法による評価によれば０．２３であった。また、ＨＦＥＴのサイズについては、ゲート長を２μｍ、ゲート幅を０．２ｍｍ、ソース・ドレイン間距離を１５μｍとした。
【００４７】
また、比較例１として、レーザ光を照射しない以外は、実施例１のＨＦＥＴと同様の構造のＨＥＦＴを製造した。
【００４８】
なお、使用したＹＡＧの第３高調波および第４高調波のパルスレーザ光のビーム径は０．３ｍｍであったため、エピタキシャル基板をＸ−Ｙステージに載せ、１秒毎に０．３ｍｍずつステージを移動し、ビームスポットを走査させた。すなわち、エピタキシャル基板上の全ての領域にレーザ光が１秒間照射されている。
【００４９】
また、実施例１のＨＦＥＴの製造工程において、レーザ光の照射前後でのエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを測定した。この測定は紫外光源による弱励起条件で行った。
【００５０】
図４は、実施例１のＨＦＥＴにおける、レーザ光の照射前後でのエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを示す図である。スペクトルＳ１が比較例１、スペクトルＳ２が実施例１のＰＬスペクトルである。図４に示すとおり、実施例１のスペクトルＳ２は、比較例１のスペクトルＳ１に対して、２．２ｅＶ近傍のブロードな発光（いわゆる黄色発光）の強度が減少していることが分かる。この結果は、レーザ光照射により、ＶＧａ−Ｈが分解され、半導体層中の残留キャリアが減少したことを意味している。
【００５１】
つぎに、実施例１のＨＦＥＴの特性を測定したところ、２次元電子ガスの移動度は１１００ｃｍ２／Ｖｓ、シートキャリア濃度は８×１０１２ｃｍ−２であった。また、比較例１のＨＦＥＴの移動度およびシートキャリア濃度も実施例１のＨＦＥＴと同程度であり、レーザ光照射の有無に依存しなかった。
【００５２】
つぎに、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのリーク特性を測定した。ここでは、ソース・ゲート間に−１０Ｖの電圧を印加し、ソース・ドレイン間に０Ｖから６５０Ｖの電圧を徐々に印加したときのリーク電流を測定した。
【００５３】
図５は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのリーク特性を示す図である。データ点群Ｄ１が比較例１のデータ、データ点群Ｄ２が実施例１のデータである。なお、横軸はソース・ドレイン間電圧を示している。また、縦軸のリーク電流の値において、「Ｅ」は１０のべき乗を表す記号であり、たとえば「２．０Ｅ−０４」は「２．０×１０−４」を意味する。
【００５４】
図５に示すように、比較例１ではソース・ドレイン間電圧が４００Ｖ付近からリーク電流が増加しているのに対して、実施例１ではソース・ドレイン間電圧が５００Ｖ程度までリーク電流の増加が抑制されていた。この結果は、実施例１のＨＦＥＴでは、レーザ光を照射することによってＶＧａ−Ｈが分解されたため、ＧａＮ中の残留キャリアが減少し、リーク電流が低減されていることを示している。
【００５５】
つぎに、本発明の実施例１−１〜１−４として、実施例１と同様の構造を有するＨＦＥＴを製造した。ただし、レーザ光照射の際に、ステージを移動させる時間間隔を調整し、エピタキシャル基板の単位面積あたりのレーザ照射時間を、０．１秒（実施例１−１）、０．３秒（実施例１−２）、０．５秒（実施例１−３）、０．７５秒（実施例１−４）とした。そして、製造した実施例１−１〜１−４のＨＦＥＴに対しても実施例１、比較例１と同様にリーク特性の測定を行った。
【００５６】
図６は、ソース・ドレイン間電圧が５００Ｖのときの実施例１、実施例１−１〜１−４、比較例１のＨＦＥＴのレーザ光照射時間とリーク電流との関係を示す図である。図６に示すように、上述したレーザ光の条件（ＹＡＧ第４高調波についてはパルス幅１ｎｍ、光強度がＣＷ換算で約３Ｗ／ｃｍ２、繰り返し周波数５ｋＨｚ、ＹＡＧ第３高調波についてはパルス幅１ｎｍ、光強度がＣＷ換算で約３０Ｗ／ｃｍ２、繰り返し周波数１０ｋＨｚ）では、レーザ照射時間は０．１秒以上であればリーク電流低減の効果が現れており、１秒であれば十分な効果が得られることが確認された。
【００５７】
つぎに、実施例１、比較例１のＨＦＥＴの光応答特性について測定した。この測定は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴに可視光（ここでは、蛍光灯の光）を照射した後、暗所に移し、ソース・ドレイン間の抵抗値の経時変化を測定するというものである。なお、抵抗値の測定は、ソース・ゲート間電圧を０Ｖとして、ソース・ドレイン間に０．５Ｖの電圧を印加して行った。
【００５８】
図７は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値（相対値）の経時変化を示す図であり、横軸は暗所に移してからの経過時間、縦軸は飽和時の抵抗値を１としたときの抵抗値の相対値である。図７に示すように、実施例１では光応答による抵抗値の低下は１０％程度であり、しかも数時間〜１０時間程度で変化が飽和した。しかしながら、比較例１では、光応答による抵抗値の変化は３０％程度もあり、飽和するのに５０時間以上掛かった。
【００５９】
この光応答特性は、レーザ光を照射していない比較例１のＨＦＥＴでは、通電前の可視光照射により、ＶＧａ−Ｈが形成する浅いアクセプタ準位に荷電子帯からキャリアが供給され、ホールによる伝導が生じ、その結果抵抗値が実際の抵抗値よりも低く現れることを示している。一方、レーザ光を照射した実施例１のＨＦＥＴでは、ＶＧａ−Ｈが分解され、残留キャリアは低下し、浅いアクセプタ準位も減少したことを示している。
【００６０】
以上説明したように、本発明の実施例１のＨＦＥＴは、リーク電流と光応答とが低減されたものであることが確認された。
【００６１】
ところで、結晶中のＶＧａ−Ｈが分解されたことの検証は、陽電子消滅法で行うこともできる。この方法では、陽電子源としてラジオアイソトープである２２Ｎａ（〜２ＭＢｑ）を含むＮａＣｌを用いて、陽電子寿命を測定する。検出器はＢａＦ２シンチレーション・カンウタを用いることができる。
【００６２】
ＶＧａに捕獲された陽電子寿命は約２３０ｐｓである。これに対して、ＶＧａ−Ｈは陽電子に対しては浅いトラップであるため、この場合の陽電子寿命は、欠陥を含まないＧａＮ結晶における寿命である約１６０ｐｓとほとんど変らない。
【００６３】
そこで、実施例１、比較例１のエピタキシャル基板に対して、陽電子の平均寿命を測定してＶＧａ濃度を評価すると、実施例１のエピタキシャル基板（すなわち、ＶＧａ−Ｈが分解され、ＶＧａが単体で存在する）においては、ＶＧａ濃度は１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲にあった。一方、比較例１のエピタキシャル基板においては、ＶＧａによる陽電子捕獲速度は一桁以上小さく、ＶＧａ濃度は５×１０１６ｃｍ−３より小さかった。この結果から、ＶＧａ濃度が５×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲であれば、ＶＧａ−Ｈが分解されていると考えられる。
【００６４】
この結果から、レーザ光を照射した実施例１のエピタキシャル基板においては、リーク電流や光応答の原因となるＶＧａ−Ｈの濃度が低いことが確認された。
【００６５】
なお、上記の実施例１においては、ビーム径の小さいレーザ光を走査することで、エピタキシャル基板の全面にレーザ光を照射したが、光強度の高いレーザ光にビームエキスパンダを用いてそのビーム径を拡大して、一度に広い面積にレーザ光を照射するようにしても良い。
【００６６】
また、レーザ光の照射時間を短縮するには、レーザ光の光強度が高いほど良いが、１Ｗ／ｃｍ２以上が好ましい。また、パルスレーザ光を用いた場合は、ＣＷ換算で１０００Ｗ／ｃｍ２の光強度を超えると窒化物半導体表面が改質されたり、窒化物系化合物半導体層を破壊してしまうおそれがあるため、ＣＷ換算で１０００Ｗ／ｃｍ２以下の光強度とすることが好ましい。
【００６７】
また、照射するレーザ光の波長は、ＶＧａ−Ｈの分解に必要な光エネルギーと、窒化物系化合物半導体の吸収係数とを勘案して、３８０ｎｍ以下であることが好ましい。したがって、使用するレーザとしては、ＨｅＡｇレーザ（波長２２４．３ｎｍ）、ＮｅＣｕレーザ（波長２４８．６ｎｍ）であってもよい。ただし、これらのレーザは、パルス幅が５０マイクロ秒程度と広いため、ピーク強度は低い。したがって、これらのレーザを用いる場合には、レーザ光の照射時間を、パルス幅がナノ秒程度のレーザの１０倍程度にする必要がある。このようにレーザ光の照射時間を考慮すると、照射するパルスレーザ光のパルス幅は１００マイクロ秒以下であることが好ましい。また、ＣＷレーザであるアルゴンイオンレーザからのレーザ光の第２高調波（波長２４４ｎｍ、２５７．２ｎｍ）も使用可能である。この場合、光強度が１００ｋＷ／ｃｍ２程度であることが望ましい。
【００６８】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る窒化物系化合物半導体素子であるショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｏｄｅ：ＳＢＤ）について説明する。本実施の形態２に係るＳＢＤでは、結晶中のＶＧａ−Ｈを分解するためにシンクロトロン放射光を用いている。
【００６９】
図８は、本実施の形態２に係るＳＢＤの模式的な断面図である。また、図９は、本実施の形態２に係るＳＢＤの模式的な平面図である。図８、９に示すように、このＳＢＤ２０は、主表面が（１１１）面のシリコン基板２１と、シリコン基板２１上に順次形成された、ＡｌＮからなる第１バッファ層２２、ＧａＮ層２３ａとＡｌＮ層２３ｂとを交互に８層ずつ積層して構成された第２バッファ層２３、ＧａＮからなる第３バッファ層２４、ｎ型の導電性を有するＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）からなる電子走行層２５と、電子走行層２５上に形成された円形のショットキー電極２６、およびショットキー電極２６の周囲を所定の間隔で囲むように形成されたオーミック電極２７とを備えている。
【００７０】
このＳＢＤ２０は、ＧａＮ層とＡｌＮ層とを交互に積層した第２バッファ層２３を備えることにとって、エピタキシャル基板にクラックが発生することを抑制し、かつエピタキシャル基板の反り量が小さくなるように制御することができる。
【００７１】
さらに、このＳＢＤ２０は、窒化物系化合物半導体層を結晶成長した後にシンクロトロン放射光を照射して結晶中のＶＧａ−Ｈを分解し、孤立したＶＧａにしたものなので、さらにリーク電流が低減されたものとなる。なお、シンクロトロン放射光とは、超高真空中を高速に近い速度で運動する電子または陽電子を磁場あるいは電場で曲げ、軌道の接線方向に放射される電磁波である。この放射光は可視・真空紫外からＸ線に至る白色スペクトルを持つ輝度の高い光である。シンクロトロン放射光の発生源としては、例えば、高エネルギー加速器機構放射光施設（ＫＥＫ−ＰＦ）のビームラインＢＬ−１５を利用することができる。
【００７２】
（製造方法）
本実施の形態２に係るＳＢＤ２０の製造方法の一例について説明する。なお、原材料の流量、各層の厚さ、または成長温度等は例示であり、特に限定はされない。
【００７３】
はじめに、厚さが１ｍｍのシリコン基板２１を設置したＭＯＣＶＤ装置内に、ＴＭＡｌとＮＨ３とを、それぞれ１７５μｍｏｌ／ｍｉｎ、３５Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０００℃で、シリコン基板２１上に層厚４０ｎｍのＡｌＮからなる第１バッファ層２２をエピタキシャル成長させる。
【００７４】
つぎに、層厚が１８０ｎｍのＧａＮ層２３ａと層厚が２０ｎｍのＡｌＮ層２３ｂとを一対とする層を、成長温度１０５０℃、成長圧力２００Ｔｏｒｒの条件で８回繰り返して成長し、第２バッファ層２３を形成する。なお、ＡｌＮ層２３ｂおよびＧａＮ層２３ａの成長時のＴＭＡｌ、ＴＭＧａおよびＮＨ３の流量は、それぞれ、１９５μｍｏｌ／ｍｉｎ、５８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび１２Ｌ／ｍｉｎである。
【００７５】
つぎに、層厚が２００ｎｍのＧａＮからなる第３バッファ層２４を、成長温度１０５０℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒの条件でエピタキシャル成長させる。なお、第３バッファ層２４の成長時には、ＴＭＧａおよびＮＨ３の流量を５８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび１２Ｌ／ｍｉｎとする。
【００７６】
つぎに、ＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、層厚が５００ｎｍのｎ−ＧａＮからなる電子走行層２５をエピタキシャル成長させる。成長温度は１０５０℃、成長圧力は２００Ｔｏｒｒである。なお、ｎ型ドーパントであるシリコン（Ｓｉ）をドープするために、電子走行層２５の成長時にシラン（ＳｉＨ４）を流すとともに、ｎ型のキャリア濃度が２×１０１６ｃｍ−３となるようにＳｉＨ４の流量を調整する。
【００７７】
つぎに、上記のようにシリコン基板２１上に各半導体層をエピタキシャル成長したエピタキシャル基板に対して、室温・大気圧・空気中でシンクロトン放射光を照射する。これによって、電子走行層２５から第２バッファ層２３にかけての全ての領域にあるＶＧａ−Ｈの結合を切断して、ＶＧａとＨを分離することができる。したがって、実施の形態１のレーザ光を用いる場合と同様に、リーク電流を著しく低減することができる。
【００７８】
なお、シンクロトロン放射光は、白色光として照射してもよいし、たとえばシンクロトロン放射光を、Ｓｉ（１１１）結晶からなるモノクロメータで分光し、これによって得られる単色光（波長；１．４〜１．６オングストローム（０．１４〜０．１６ｎｍ））を照射してもよい。単色光を用いる場合は、白色光と比較して強度が弱いため、長時間照射を行う必要があるが、照射しながらＸ線トポグラフィー観察ができるというメリットがある。一方、白色光を用いる場合、強度が強いため照射時間を短縮できる。ただし、空気中の酸素からオゾンが生成されて、窒化物系化合物半導体の表面が改質される場合があるので、照射時間をできるだけ短くすることが好ましい。
【００７９】
図１０は、エピタキシャル基板へのシンクロトロン放射光の白色光の照射方法を説明する模式図である。図１０に示すように白色光Ｌ２の場合大きいビーム径が得られる。したがって、エピタキシャル基板２８の直径が４インチ（約１００ｍｍ）程度であれば、その主表面に垂直に照射することで、主表面全面への照射が可能である。なお、白色光Ｌ２照射時間はたとえば１秒とする。
【００８０】
図１１は、エピタキシャル基板へのシンクロトロン放射光を分光した単色光の照射方法を説明する模式図である。単色光Ｌ３は、ビーム径がたとえば１ｃｍ×６ｃｍと小さくなるため、１ショットでエピタキシャル基板２９の全面に照射するためには、エピタキシャル基板２９を傾ければよい。図１１では、エピタキシャル基板２９の主表面と平行な結晶面Ｓ３（（０００１）面）が単色光Ｌ３に対して角度Ａ１だけ傾くように設定している。角度Ａ１はたとえば〜２°である。なお、図１１の配置では、単色光Ｌ３の波長を１．６オングストロームとした場合、（１，−２，１，４）面である回折面Ｓ４からの回折線Ｌ４を、エピタキシャル基板２９のほぼ真上から観察することができる。このとき、例えば、原子核乾板を用いて回折線Ｌ４を観察することによって、エピタキシャル基板２９中の欠陥を検知することができる。なお、単色光Ｌ３の照射時間はたとえば６０秒とする。
【００８１】
つぎに、素子構造を形成するために、電子走行層２５上に、直径が１６０μｍ、電極間距離１０μｍである同心円状パターンを有するショットキー電極２６およびオーミック電極２７を形成する。なお、ショットキー電極２６はＮｉ／Ａｕ構造、オーミック電極はＴｉ／Ａｌ構造とする。また、オーミック電極の蒸着後、７００℃で３０分の熱処理を行うことで、良好なオーミック特性が得られる。また、この熱処理において、放射光照射によりＶＧａから切り離された水素原子は、拡散によってエピタキシャル基板の外に追い出される。
以上の製造方法によって、本実施の形態２に係るＳＢＤ２０を製造することができる。
【００８２】
（実施例２、３、比較例２）
本発明の実施例２、３として、上述した製造方法にて実施の形態２に係るＳＢＤ２０の構造を有するＳＢＤを製造した。なお、実施例２のＳＢＤは、シンクロトロン放射光の白色光を１秒照射した。実施例３のＳＢＤは、シンクロトロン放射光から分光した波長１．６オングストロームの単色光を、エピタキシャル基板の主表面と平行な面から２°傾けて、６０秒照射した。また、比較例２として、シンクロトロン放射光を照射しない以外は、実施例２、３のＳＢＤと同様の構造のＳＢＤを製造した。そして、実施例２、３、比較例２のＳＢＤについて、実施例１、比較例１と同様の方法でリーク特性を測定した。なお、測定は室温で行った。
【００８３】
図１２は、ソース・ドレイン間電圧が５００Ｖのときの実施例２、３、比較例２のＳＢＤのリーク電流を示す図である。図１２に示すように、シンクロトロン放射光を照射した実施例２、３のＳＢＤは、照射しない比較例２のＳＢＤよりもリーク電流を１桁以上低減できることが確認された。また、素子の破壊電圧については、比較例２のＳＢＤでは約６００Ｖであったのに対して、実施例２、３のＳＢＤでは約７００Ｖに向上した。また、実施例２、３間では有意な差は見られず、白色光でも単色光でも同等の効果が得られることが確認された。
【００８４】
また、実施例１、比較例１と同様の方法で光応答特性について測定したところ、実施例２、３のＳＢＤでは光応答が低減されたものであることが確認された。これらの結果は、シンクロトロン放射光を照射することでＶＧａ−Ｈが分解され、残留キャリアは低下し、浅いアクセプタ準位も消滅したことを示している。
【００８５】
以上説明したように、本発明の実施例２、３のＨＦＥＴは、リーク電流と光応答とが低減されたものであることが確認された。
【００８６】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る窒化物系化合物半導体素子であるＨＦＥＴについて説明する。本実施の形態３に係るＨＦＥＴでは、結晶中のＶＧａ−Ｈを分解するために熱中性子線を用いている。
【００８７】
図１３は、本実施の形態３に係るＨＦＥＴの模式的な断面図である。図１３に示すように、このＨＦＥＴ３０は、主表面が（１１１）面のシリコン基板３１と、シリコン基板３１上に順次形成された、ＡｌＮからなる第１バッファ層３２、ＧａＮ層３３ａとＡｌＮ層３３ｂとを交互に１２層ずつ積層して構成された第２バッファ層３３、ＧａＮからなる第３バッファ層３４、ＧａＮからなる電子走行層３５、およびＡｌＧａＮからなる電子供給層３６と、電子供給層３６上に形成されたゲート電極３７、ソース電極３８、ドレイン電極３９とを備えているＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＦＥＴである。
【００８８】
このＨＦＥＴ３０は、ＧａＮ層とＡｌＮ層とを交互に積層した第２バッファ層３３を備えることにとって、エピタキシャル基板にクラックが発生することを抑制し、かつエピタキシャル基板の反り量が小さくなるように制御することができる。
【００８９】
さらに、このＨＦＥＴ３０は、窒化物系化合物半導体層を結晶成長した後に熱中性子線を照射して結晶中のＶＧａ−Ｈを分解し、孤立したＶＧａにしたものなので、さらにリーク電流が低減されたものとなる。
【００９０】
ここで、中性子線は、電荷を持たないため、主として原子核とのみ相互作用する。熱中性子線のエネルギー領域においては（〜２５ｍｅＶ）、原子核との弾性散乱のみを考慮すればよい。弾性散乱においては、中性子と質量の近い陽子（水素原子）との相互作用が最も大きい。したがって、熱中性子線を窒化物系化合物半導体層に照射することによって、ＶＧａ−Ｈの結合が切れ、水素原子が叩き出される。
【００９１】
なお、熱中性子線のエネルギーが高くなると、Ｇａ原子や窒素原子の原子核との非弾性散乱の断面積が増大するため、空孔型の点欠陥が形成され、素子の電気特性に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、熱中性子線のエネルギーは１ｅＶ以下が望ましく、０．５ｅＶ以下であることがさらに望ましい。また、熱中性子線のエネルギーが０．５ｍｅＶ以下では、弾性散乱による水素の叩き出しの効果が低下するので、０．５ｍｅＶより大きいことが望ましい。また、熱中性子線は、ＪＲＲ−３（日本原子力研究開発機構の研究用原子炉）のような原子炉を用いて照射することができる。
【００９２】
（製造方法）
本実施の形態３に係るＨＦＥＴ３０の製造方法の一例について説明する。なお、原材料の流量、各層の厚さ、または成長温度等は例示であり、特に限定はされない。
【００９３】
はじめに、厚さが１ｍｍのシリコン基板３１を設置したＭＯＣＶＤ装置内に、ＴＭＡｌとＮＨ３とを、それぞれ１７５μｍｏｌ／ｍｉｎ、３５Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０００℃で、シリコン基板３１上に層厚４０ｎｍのＡｌＮからなる第１バッファ層３２をエピタキシャル成長させる。
【００９４】
つぎに、層厚が１８０ｎｍのＧａＮ層３３ａと層厚が２０ｎｍのＡｌＮ層３３ｂとを一対とする層を、成長温度１０５０℃、成長圧力２００Ｔｏｒｒの条件で１２回繰り返して成長し、第２バッファ層３３を形成する。なお、ＡｌＮ層３３ｂおよびＧａＮ層３３ａの成長時のＴＭＡｌ、ＴＭＧａおよびＮＨ３の流量は、それぞれ、１９５μｍｏｌ／ｍｉｎ、５８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび１２Ｌ／ｍｉｎである。
【００９５】
つぎに、層厚が６００ｎｍのＧａＮからなる第３バッファ層３４を、成長温度１０５０℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒの条件でエピタキシャル成長させる。なお、第３バッファ層３４の成長時には、ＴＭＧａおよびＮＨ３の流量を５８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび１２Ｌ／ｍｉｎとする。
【００９６】
つぎに、ＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃、成長圧力２００Ｔｏｒｒの条件で、第３バッファ層３４上に層厚１００ｎｍのＧａＮからなる電子走行層３５をエピタキシャル成長させる。
【００９７】
続いて、第３バッファ層３４および電子走行層３５の成長後に、ＴＭＡｌとＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃にて、電子走行層３５上に層厚３２ｎｍのＡｌＧａＮからなる電子供給層３６をエピタキシャル成長させる。
【００９８】
つぎに、上記のようにシリコン基板３１上に各半導体層をエピタキシャル成長したエピタキシャル基板に対して、熱中性子線を照射する。熱中性子線の照射条件としては、たとえば中性子線流束が１×１０１７ｃｍ−２の条件で、６０分間、熱中性子線を照射すればよいが、特に限定はされない。
【００９９】
つぎに、素子構造を形成するために、電子供給層３６上に、ＴｉおよびＡｌをこの順に蒸着して、オーミック電極としてのソース電極３８およびドレイン電極３９を形成する。つぎに、ソース電極３８とドレイン電極３９との間にＮｉおよびＡｕをこの順に蒸着して、ショットキー電極としてのゲート電極３７を形成する。なお、オーミック電極の蒸着後、７００℃で３０分の熱処理を行うことで、良好なオーミック特性が得られる。また、この熱処理において、熱中性子線照射によりＶＧａから切り離された水素原子は素子の外に追い出される。
以上の製造方法によって、本実施の形態３に係るＨＦＥＴ３０を製造することができる。
【０１００】
つぎに、本発明の比較例３として、熱中性子線を照射しない以外は、上述した製造方法にて、実施の形態３に係るＨＦＥＴ３０の構造を有するＨＦＥＴを製造した。なお、ＡｌＧａＮからなる電子供給層のＡｌ組成は、Ｘ線回折法による評価によれば０．２４であった。また、ＨＦＥＴのサイズについては、ゲート長を２μｍ、ゲート幅を０．２ｍｍ、ソース・ドレイン間距離を１５μｍとした。
【０１０１】
また、この比較例３のＨＦＥＴの製造時に、上述した製造方法のように熱中性子線を照射したものとして、その特性をシミュレーションによって計算した。なお、熱中性子線の照射条件としては、中性子線流束が１×１０１７ｃｍ−２の条件で、６０分間、熱中性子線を照射するものとした。
【０１０２】
つぎに、比較例３のＨＦＥＴの特性を測定したところ、２次元電子ガスの移動度は１３００ｃｍ２／Ｖｓ、シートキャリア濃度は９×１０１２ｃｍ−２であった。また、熱中性子線を照射した場合の計算結果では、これらの特性については、比較例３の場合と同様の特性が得られており、熱中性線照射によるＨＦＥＴのオン特性への悪影響は見られていない。
【０１０３】
つぎに、比較例３のＨＦＥＴのリーク特性を測定した。ここでは、ソース・ゲート間に−５Ｖの電圧を印加し、ソース・ドレイン間に２００Ｖの電圧を印加した。その結果、リーク電流は２×１０−８Ａ／ｍｍであった。また、熱中性子線を照射した場合の計算結果では、リーク電流は３×１０−９Ａ／ｍｍであり、熱中性子線照射によってリーク電流が１桁程度低減する結果となった。
【０１０４】
つぎに、実施例１、比較例１と同様の方法で比較例３のＨＦＥＴの光応答特性について測定した。図１４は、比較例３のＨＦＥＴおよびこれに熱中性子線を照射したＨＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値の経時変化を示す図である。図１４に示すように、比較例３のＨＦＥＴでは、抵抗値が一定になるまで１０００秒以上かかるのに対して、熱中性子線を照射した場合の計算結果では、３０秒以内には飽和し、抵抗値が一定になるという結果になった。
【０１０５】
以上の結果から、熱中性子線の照射によって、リーク電流と光応答とが低減されたＨＦＥＴを実現できることが確認された。
【０１０６】
以上説明したように、エピタキシャル成長後の窒化物系化合物半導体層にレーザ光、または電離放射線を照射することよって、結晶中のＶＧａ−Ｈの結合を切断できる。その結果、ＶＧａ−Ｈに起因する比較的浅いアクセプタ準位を抑制することができ、リーク電流低減と光応答抑制という効果を持つことが明らかとなった。この効果を利用することで、長期信頼性に優れた高効率なＧａＮ系半導体を用いたインバーターやコンバーター等のパワーデバイスが実現できる。
【０１０７】
なお、上記実施の形態は、基板として異種基板であるシリコン基板を使用したが、使用する異種基板としては特に限定されず、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＬｉＧａＯ２、（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４等を使用しても同様の効果が得られる。
【０１０８】
また、上記実施の形態では、電子走行層がｎ−ＧａＮまたはＣをドープしたＧａＮであるが、アンドープのＧａＮでもよい。
【０１０９】
また、上記実施の形態では、照射する中性子線として熱中性子線を用いているが、エネルギーが１ｅＶ以下であれば、熱外中性子線を用いてもよい。
【０１１０】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子は、ＨＦＥＴやＳＢＤに限定されず様々な素子とすることができ、たとえばＭＯＳＦＥＴでもよい。また、本発明に係る窒化物系化合物半導体は、ＧａＮに限らず、Ｇａ原子と窒素原子とを含む窒化物系化合物半導体であれば良く、Ｇａ原子のほかに、Ａｌ原子、インジウム（Ｉｎ）原子およびホウ素（Ｂ）原子から選択される１以上のＩＩＩ族原子を含んでいても良い。
【０１１１】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０、３０ ＨＦＥＴ
１１、２１、３１ シリコン基板
１２ 低温バッファ層
１３ バッファ層
１４、２５、３５ 電子走行層
１５、３６ 電子供給層
１６、３７ ゲート電極
１７、３８ ソース電極
１８、３９ ドレイン電極
２０ ＳＢＤ
２２、３２ 第１バッファ層
２３、３３ 第２バッファ層
２３ａ、３３ａ ＧａＮ層
２３ｂ、３３ｂ ＡｌＮ層
２４、３４ 第３バッファ層
２６ ショットキー電極
２７ オーミック電極
２８、２９ エピタキシャル基板
Ｂ１ ビームスポット
Ｄ１、Ｄ２ データ点群
Ｌ１ レーザ光
Ｌ２ 白色光
Ｌ３ 単色光
Ｌ４ 回折線
Ｐ１、Ｐ２ ピーク
Ｓ１、Ｓ２ スペクトル
Ｓ３ 結晶面
Ｓ４ 回折面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系化合物半導体素子の製造方法および窒化物系化合物半導体素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系化合物半導体、たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体は、シリコン系材料に比べてバンドギャップエネルギーが大きく絶縁破壊電圧が大きいため、これを用いて高温環境下においても動作する高耐圧の半導体素子を作製することが可能である。このため、ＧａＮ系半導体はシリコン系材料に代わるインバーターやコンバーター等のパワーデバイスの材料として期待されている。
【０００３】
パワーデバイスにとって、高いオフ耐圧は、トランジスタの最大出力を決める重要なパラメータである。高いオフ耐圧を得るためには、高いバッファ耐圧の実現、すなわち漏れ電流（リーク電流）の低減が必要になる。
【０００４】
ＧａＮ系半導体は、通常はＧａＮ系半導体とは異なる材料から成る基板上にヘテロエピタキシャル成長するため、窒素空孔、ガリウム空孔（ＶＧａ）などの点欠陥や転位をはじめとする格子欠陥を多数含むという課題がある。特に、シリコン基板等の異種材料基板を成長基板に用いた場合、ＧａＮとの格子定数差（シリコンの場合、およそ１７％）、熱膨張係数差（シリコンの場合、およそ５６％）が大きいため、１０１０ｃｍ−２を超える高密度の転位が導入される場合がある。このように高密度の転位が導入されたＧａＮ系半導体素子はリーク電流が大きくなり、耐圧性が低くなる。
【０００５】
高耐圧化のためには、基板直上に形成するバッファ層を高抵抗化する方法がある。バッファ層の高抵抗化には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いる場合に、原料である有機金属に含まれる炭素を添加剤とするオートドーピング法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示させるような、炭素をドーピングし、バッファ層の高抵抗化を行った素子よりも、さらにリーク電流が低減された、耐圧性が高い窒化物系化合物半導体素子が要求されている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リーク電流が低減された、耐圧性が高い窒化物系化合物半導体素子の製造方法および窒化物系化合物半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、基板上に少なくともガリウム原子を含むＩＩＩ族原子と窒素原子とからなる窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長する成長工程と、素子構造形成前に、前記窒化物系化合物半導体層にレーザ光または電離放射線を照射し、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔と水素原子との複合体を分解する分解工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記レーザ光は波長が３８０ｎｍ以下のレーザ光であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記レーザ光はパルス幅が１００マイクロ秒以下のパルスレーザ光であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記窒化物系化合物半導体層の最表面における光強度がＣＷ換算で１Ｗ／ｃｍ２以上、１０００Ｗ／ｃｍ２以下となるようにパルスレーザ光を照射することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記電離放射線はシンクロトロン放射光であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記電離放射線は中性子線であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記中性子線は１ｅＶ以下のエネルギーを有する熱外中性子線または熱中性子線であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法は、上記発明において、前記基板はシリコン、サファイア、炭化珪素または酸化亜鉛からなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子は、上記発明の製造方法によって製造した窒化物系化合物半導体素子であって、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔濃度が５×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＩＩＩ族空孔と水素との複合体に起因するリーク電流の発生を低減できるので、リーク電流が小さく、耐圧性が高い窒化物系化合物半導体素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、ＶＧａ−Ｈを含む系（破線）とＶＧａのみを含む系（実線）との電子の状態密度の計算結果を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係るＨＦＥＴの模式的な断面図である。
【図３】図３は、レーザ光の照射方法を説明する模式図である。
【図４】図４は、実施例１のＨＦＥＴの製造工程における、レーザ光の照射前後でのエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを示す図である。
【図５】図５は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのリーク特性を示す図である。
【図６】図６は、ソース・ドレイン間電圧が５００Ｖのときの実施例１、実施例１−１〜１−４、比較例１のＨＦＥＴのレーザ光照射時間とリーク電流との関係を示す図である。
【図７】図７は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値（相対値）の経時変化を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係るＳＢＤの模式的な断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２に係るＳＢＤの模式的な平面図である。
【図１０】図１０は、エピタキシャル基板へのシンクロトロン放射光の白色光の照射方法を説明する模式図である。
【図１１】図１１は、エピタキシャル基板へのシンクロトロン放射光を分光した単色光の照射方法を説明する模式図である。
【図１２】図１２は、ソース・ドレイン間電圧が５００Ｖのときの実施例２、３、比較例２のＳＢＤのリーク電流を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３に係るＨＦＥＴの模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、比較例３のＨＦＥＴおよびこれに熱中性子線を照射したＨＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、本発明者らが、窒化物系化合物半導体素子に生じるリーク電流の発生のメカニズムを精査し、これによって得た知見によって、リーク電流の発生要因の１つを除去する方法に想到し、完成したものである。
【００２１】
以下では、はじめに、本発明者が行なったリーク電流の発生のメカニズムの考察について説明する。次いで、これによって得た知見によって完成した本発明について、その実施の形態により説明する。
【００２２】
＜第一原理電子状態計算によるＶＧａ−Ｈのつくる欠陥準位の予測＞
本発明者らは、窒化物系化合物半導体素子を結晶成長させる際に、原料ガスとして水素を含むアンモニアを用いていることから、成長時に分解した水素が窒化物系化合物半導体結晶中の空孔欠陥と複合体を形成し、これがリーク電流に寄与するキャリアを供給しているものと考えた。
【００２３】
そこで、本発明者は、ＧａＮ結晶中において、ＩＩＩ族空孔欠陥であるＧａ空孔と水素との複合体（ＶＧａ−Ｈ）のつくる欠陥準位がＧａＮ結晶の電気特性に及ぼす影響を確認するために、第一原理電子状態計算（シミュレーション）を行った。
【００２４】
なお、このシミュレーションには、アドバンスソフト株式会社製のＡｄｖａｎｃｅ／ＰＨＡＳＥを用いた。また、計算には、Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ型のウルトラソフト擬ポテンシャルを用いた。また、交換相互作用は、一般化勾配近似の範囲で計算した。さらに、計算条件は、以下の条件で行った。
・原子モデル：３２原子（Ｇａ原子１５個、窒素原子１６個、水素原子１個）からなるスーパーセル
・カットオフエネルギー：波動関数および電荷密度分布で、それぞれ２５Ｒｙおよび２３０Ｒｙ
・ｋ点サンプル：３×３×４
・計算したバンド数：１００
【００２５】
図１は、ＶＧａ−Ｈを含む系（破線）とＶＧａのみを含む系（実線）との電子の状態密度（ＤＯＳ：ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓｔａｔｅｓ）の計算結果を示す図である。なお、横軸は電子のエネルギーを示し、エネルギーが０の位置は、フェルミ準位を示している。また、図１では、荷電子帯近傍のＤＯＳのみを示している。
【００２６】
図１において、ピークＰ１に対応するＶＧａ−Ｈのつくる欠陥準位、およびピークＰ２に対応するＶＧａのつくる欠陥準位は、それぞれ、荷電子帯から４６ｍｅＶと１２８ｍｅＶの位置に現れた。
【００２７】
このように、ＶＧａ−Ｈは、比較的浅いアクセプタ準位を形成することが分かる。
このため、ＶＧａ−Ｈを含むＧａＮ結晶に可視光を照射することで、荷電子帯の電子がこのアクセプタ準位に励起されて荷電子帯にホールが形成されるので、伝導性が実際の値よりも高く検出されることが予測される（光応答）。また、比較的浅い準位のため、室温においても熱的に電子が励起されてキャリアが供給されるので、これがリーク電流の原因となると考えられる。
【００２８】
一方、孤立したＶＧａは、深い準位を形成することから、可視光による光応答は起こさない。また、ＶＧａの形成する深い準位は、ドナー型のキャリアを補償できるため、リーク電流の低減効果が期待できる。
【００２９】
さらに、ＶＧａ−Ｈの結合エネルギーを同様に第一原理電子状態計算により計算したところ、約３ｅＶとなった。この結合エネルギーは、可視から紫外の波長を持つレーザ光や、シンクロトロン放射光や熱中性子線といった電離放射線を照射することで、分解することが可能である。
【００３０】
以上の結果より、本発明者らは、結晶成長した窒化物系化合物半導体に含まれるＶＧａ−Ｈにレーザ光または電離放射線を照射して分解し、孤立したＶＧａとすることによって、その後形成される素子のリーク電流を低減できることに想到したのである。
【００３１】
＜実施の形態＞
以下に、図面を参照して本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の製造方法および窒化物系化合物半導体素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各層の厚さや厚さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。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。
【００３２】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る窒化物系化合物半導体素子である異種接合電界効果トランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＦＥＴ）の模式的な断面図である。図２に示すように、このＨＦＥＴ１０は、窒化物系化合物半導体とは異なる材料からなる基板である主表面が（１１１）面のシリコン基板１１と、シリコン基板１１上に順次形成された、ＧａＮからなる低温バッファ層１２、炭素（Ｃ）をドープしたＧａＮからなるバッファ層１３、バッファ層よりもＣ濃度が低いＧａＮからなる電子走行層１４、およびＡｌＧａＮからなる電子供給層１５と、電子供給層１５上に形成されたゲート電極１６、ソース電極１７、ドレイン電極１８とを備えている。すなわち、このＨＦＥＴ１０は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮのヘテロ接合を有するＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＦＥＴである。
【００３３】
このＨＦＥＴ１０は、バッファ層１３にＣをドープすることによって、リーク電流を低減してバッファ層１３を高抵抗化しており、リーク電流を低減して耐圧を高めている。また、電子走行層１４はＣ濃度を十分に低く設定することによって、高い電子移動度を維持している。
【００３４】
さらに、このＨＦＥＴ１０は、窒化物系化合物半導体層を結晶成長した後にレーザ光を照射して結晶中のＶＧａ−Ｈを分解し、孤立したＶＧａにしたものなので、さらにリーク電流が低減されたものとなる。
【００３５】
（製造方法）
本実施の形態１に係るＨＦＥＴ１０の製造方法の一例について図１を参照して説明する。なお、原材料の流量、各層の厚さ、または成長温度等は例示であり、特に限定はされない。
【００３６】
はじめに、厚さが５００μｍのシリコン基板１１を設置した有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置内に、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ３）とを、それぞれ１４μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度５５０℃で、シリコン基板１１上に層厚３０ｎｍのＧａＮからなる低温バッファ層１２をエピタキシャル成長させる。
【００３７】
つぎに、ＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃にて、低温バッファ層１２上に層厚６００ｎｍのＧａＮからなるバッファ層１３をエピタキシャル成長させる。なお、このときの成長圧力を調整することによって、バッファ層１３にドープされる炭素濃度を１×１０１８ｃｍ−３以上とすることができ、高抵抗化してリーク電流を低減することができる。
【００３８】
つぎに、ＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃にて、バッファ層１３上に層厚１００ｎｍのＧａＮからなる電子走行層１４をエピタキシャル成長させる。このときの成長圧力を調整することによって、電子走行層１４にドープされる炭素濃度を低下させ（例えば１×１０１７ｃｍ−３以下）、高い電子移動度を維持することができる。
【００３９】
続いて、バッファ層１３および電子走行層１４の成長後に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）とＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃にて、電子走行層１４上に層厚３０ｎｍのＡｌＧａＮからなる電子供給層１５をエピタキシャル成長させる。
【００４０】
つぎに、上記のようにシリコン基板１１上に各半導体層をエピタキシャル成長したエピタキシャル基板に対して、ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ、以下、ＹＡＧの第４高調波とする）のパルスレーザ光を照射する。このレーザ光のパルス幅は１ｎｍであり、光強度はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ：連続発振）換算で約３Ｗ／ｃｍ２である。パルス光の繰り返し周波数は５ｋＨｚである。ただし、パルス幅、光強度、繰り返し周波数はこれらの値に限られない。
【００４１】
また、レーザ光のビーム径は通常エピタキシャル基板の面積に対して小さいので、エピタキシャル基板全面に照射するためには、レーザ光を走査する必要がある。図３は、レーザ光の照射方法を説明する模式図である。ここでは、図３に示すように、エピタキシャル基板をＸ−Ｙステージに載せ、電子供給層１５の表面にビームスポットＢ１のレーザ光Ｌ１を照射しながら、Ｘ−Ｙステージを移動させてビームスポットＢ１を走査させる。
【００４２】
このレーザ光照射によって、結晶中のＶＧａ−Ｈから水素原子が分離され、孤立したＶＧａとなる。なお、ＹＡＧの第４高調波のＧａＮ結晶への浸入長（強度が１／１０になる距離）は、約１００ｎｍであり、レーザ照射の効果は電子走行層１４においても十分得られる。
【００４３】
なお、リーク電流低減の効果は、バッファ層１３にもレーザ光を照射した方が大きい。そこで、ＹＡＧの第４高調波照射後（または、照射前もしくは同時に）、ＹＡＧの第３高調波（波長３５５ｎｍ）のパルスレーザ光を照射してもよい。この波長ではＧａＮ結晶への浸入長が長くなるため、レーザ光はシリコン基板１１まで到達する。ＹＡＧの第３高調波を照射する場合、レーザ光のパルス幅は１ｎｍであり、光強度はＣＷ換算で約３０Ｗ／ｃｍ２である。パルス光の繰り返し周波数は１０ｋＨｚである。ただし、パルス幅、光強度、繰り返し周波数はこれらの値に限られない。照射方法はＹＡＧの第４高調波のパルスレーザ光の照射方法と同様である。
【００４４】
つぎに、素子構造を形成するために、電子供給層１５上に、チタン（Ｔｉ）およびＡｌをこの順に蒸着して、オーミック電極であるソース電極１７およびドレイン電極１８を形成する。つぎに、ソース電極１７とドレイン電極１８との間にニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）をこの順に蒸着して、ショットキー電極であるゲート電極１６を形成する。なお、ソース電極１７およびドレイン電極１８の蒸着後、７００℃で３０分の熱処理を行うことで、良好なオーミック特性が得られる。また、この熱処理において、レーザ光照射によりＶＧａから切り離された水素原子は拡散して、エピタキシャル基板の外に追い出される。
以上の製造方法によって、本実施の形態１に係るＨＦＥＴ１０を製造することができる。
【００４５】
このように製造された本実施の形態１に係るＨＦＥＴ１０は、結晶中のＶＧａ−Ｈが分解され、孤立したＶＧａにされたものなので、リーク電流が低減されたものとなる。
【００４６】
（実施例１、比較例１）
本発明の実施例１として、上述した製造方法にて、ＹＡＧの第４高調波のパルスレーザ光に続いてＹＡＧの第３高調波のパルスレーザ光を照射して、実施の形態１に係るＨＦＥＴ１０の構造を有するＨＦＥＴを製造した。なお、ＡｌＧａＮからなる電子供給層のＡｌ組成は、Ｘ線回折法による評価によれば０．２３であった。また、ＨＦＥＴのサイズについては、ゲート長を２μｍ、ゲート幅を０．２ｍｍ、ソース・ドレイン間距離を１５μｍとした。
【００４７】
また、比較例１として、レーザ光を照射しない以外は、実施例１のＨＦＥＴと同様の構造のＨＥＦＴを製造した。
【００４８】
なお、使用したＹＡＧの第３高調波および第４高調波のパルスレーザ光のビーム径は０．３ｍｍであったため、エピタキシャル基板をＸ−Ｙステージに載せ、１秒毎に０．３ｍｍずつステージを移動し、ビームスポットを走査させた。すなわち、エピタキシャル基板上の全ての領域にレーザ光が１秒間照射されている。
【００４９】
また、実施例１のＨＦＥＴの製造工程において、レーザ光の照射前後でのエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを測定した。この測定は紫外光源による弱励起条件で行った。
【００５０】
図４は、実施例１のＨＦＥＴにおける、レーザ光の照射前後でのエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを示す図である。スペクトルＳ１が比較例１、スペクトルＳ２が実施例１のＰＬスペクトルである。図４に示すとおり、実施例１のスペクトルＳ２は、比較例１のスペクトルＳ１に対して、２．２ｅＶ近傍のブロードな発光（いわゆる黄色発光）の強度が減少していることが分かる。この結果は、レーザ光照射により、ＶＧａ−Ｈが分解され、半導体層中の残留キャリアが減少したことを意味している。
【００５１】
つぎに、実施例１のＨＦＥＴの特性を測定したところ、２次元電子ガスの移動度は１１００ｃｍ２／Ｖｓ、シートキャリア濃度は８×１０１２ｃｍ−２であった。また、比較例１のＨＦＥＴの移動度およびシートキャリア濃度も実施例１のＨＦＥＴと同程度であり、レーザ光照射の有無に依存しなかった。
【００５２】
つぎに、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのリーク特性を測定した。ここでは、ソース・ゲート間に−１０Ｖの電圧を印加し、ソース・ドレイン間に０Ｖから６５０Ｖの電圧を徐々に印加したときのリーク電流を測定した。
【００５３】
図５は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのリーク特性を示す図である。データ点群Ｄ１が比較例１のデータ、データ点群Ｄ２が実施例１のデータである。なお、横軸はソース・ドレイン間電圧を示している。また、縦軸のリーク電流の値において、「Ｅ」は１０のべき乗を表す記号であり、たとえば「２．０Ｅ−０４」は「２．０×１０−４」を意味する。
【００５４】
図５に示すように、比較例１ではソース・ドレイン間電圧が４００Ｖ付近からリーク電流が増加しているのに対して、実施例１ではソース・ドレイン間電圧が５００Ｖ程度までリーク電流の増加が抑制されていた。この結果は、実施例１のＨＦＥＴでは、レーザ光を照射することによってＶＧａ−Ｈが分解されたため、ＧａＮ中の残留キャリアが減少し、リーク電流が低減されていることを示している。
【００５５】
つぎに、本発明の実施例１−１〜１−４として、実施例１と同様の構造を有するＨＦＥＴを製造した。ただし、レーザ光照射の際に、ステージを移動させる時間間隔を調整し、エピタキシャル基板の単位面積あたりのレーザ照射時間を、０．１秒（実施例１−１）、０．３秒（実施例１−２）、０．５秒（実施例１−３）、０．７５秒（実施例１−４）とした。そして、製造した実施例１−１〜１−４のＨＦＥＴに対しても実施例１、比較例１と同様にリーク特性の測定を行った。
【００５６】
図６は、ソース・ドレイン間電圧が５００Ｖのときの実施例１、実施例１−１〜１−４、比較例１のＨＦＥＴのレーザ光照射時間とリーク電流との関係を示す図である。図６に示すように、上述したレーザ光の条件（ＹＡＧ第４高調波についてはパルス幅１ｎｍ、光強度がＣＷ換算で約３Ｗ／ｃｍ２、繰り返し周波数５ｋＨｚ、ＹＡＧ第３高調波についてはパルス幅１ｎｍ、光強度がＣＷ換算で約３０Ｗ／ｃｍ２、繰り返し周波数１０ｋＨｚ）では、レーザ照射時間は０．１秒以上であればリーク電流低減の効果が現れており、１秒であれば十分な効果が得られることが確認された。
【００５７】
つぎに、実施例１、比較例１のＨＦＥＴの光応答特性について測定した。この測定は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴに可視光（ここでは、蛍光灯の光）を照射した後、暗所に移し、ソース・ドレイン間の抵抗値の経時変化を測定するというものである。なお、抵抗値の測定は、ソース・ゲート間電圧を０Ｖとして、ソース・ドレイン間に０．５Ｖの電圧を印加して行った。
【００５８】
図７は、実施例１、比較例１のＨＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値（相対値）の経時変化を示す図であり、横軸は暗所に移してからの経過時間、縦軸は飽和時の抵抗値を１としたときの抵抗値の相対値である。図７に示すように、実施例１では光応答による抵抗値の低下は１０％程度であり、しかも数時間〜１０時間程度で変化が飽和した。しかしながら、比較例１では、光応答による抵抗値の変化は３０％程度もあり、飽和するのに５０時間以上掛かった。
【００５９】
この光応答特性は、レーザ光を照射していない比較例１のＨＦＥＴでは、通電前の可視光照射により、ＶＧａ−Ｈが形成する浅いアクセプタ準位に荷電子帯からキャリアが供給され、ホールによる伝導が生じ、その結果抵抗値が実際の抵抗値よりも低く現れることを示している。一方、レーザ光を照射した実施例１のＨＦＥＴでは、ＶＧａ−Ｈが分解され、残留キャリアは低下し、浅いアクセプタ準位も減少したことを示している。
【００６０】
以上説明したように、本発明の実施例１のＨＦＥＴは、リーク電流と光応答とが低減されたものであることが確認された。
【００６１】
ところで、結晶中のＶＧａ−Ｈが分解されたことの検証は、陽電子消滅法で行うこともできる。この方法では、陽電子源としてラジオアイソトープである２２Ｎａ（〜２ＭＢｑ）を含むＮａＣｌを用いて、陽電子寿命を測定する。検出器はＢａＦ２シンチレーション・カンウタを用いることができる。
【００６２】
ＶＧａに捕獲された陽電子寿命は約２３０ｐｓである。これに対して、ＶＧａ−Ｈは陽電子に対しては浅いトラップであるため、この場合の陽電子寿命は、欠陥を含まないＧａＮ結晶における寿命である約１６０ｐｓとほとんど変らない。
【００６３】
そこで、実施例１、比較例１のエピタキシャル基板に対して、陽電子の平均寿命を測定してＶＧａ濃度を評価すると、実施例１のエピタキシャル基板（すなわち、ＶＧａ−Ｈが分解され、ＶＧａが単体で存在する）においては、ＶＧａ濃度は１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲にあった。一方、比較例１のエピタキシャル基板においては、ＶＧａによる陽電子捕獲速度は一桁以上小さく、ＶＧａ濃度は５×１０１６ｃｍ−３より小さかった。この結果から、ＶＧａ濃度が５×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲であれば、ＶＧａ−Ｈが分解されていると考えられる。
【００６４】
この結果から、レーザ光を照射した実施例１のエピタキシャル基板においては、リーク電流や光応答の原因となるＶＧａ−Ｈの濃度が低いことが確認された。
【００６５】
なお、上記の実施例１においては、ビーム径の小さいレーザ光を走査することで、エピタキシャル基板の全面にレーザ光を照射したが、光強度の高いレーザ光にビームエキスパンダを用いてそのビーム径を拡大して、一度に広い面積にレーザ光を照射するようにしても良い。
【００６６】
また、レーザ光の照射時間を短縮するには、レーザ光の光強度が高いほど良いが、１Ｗ／ｃｍ２以上が好ましい。また、パルスレーザ光を用いた場合は、ＣＷ換算で１０００Ｗ／ｃｍ２の光強度を超えると窒化物半導体表面が改質されたり、窒化物系化合物半導体層を破壊してしまうおそれがあるため、ＣＷ換算で１０００Ｗ／ｃｍ２以下の光強度とすることが好ましい。
【００６７】
また、照射するレーザ光の波長は、ＶＧａ−Ｈの分解に必要な光エネルギーと、窒化物系化合物半導体の吸収係数とを勘案して、３８０ｎｍ以下であることが好ましい。したがって、使用するレーザとしては、ＨｅＡｇレーザ（波長２２４．３ｎｍ）、ＮｅＣｕレーザ（波長２４８．６ｎｍ）であってもよい。ただし、これらのレーザは、パルス幅が５０マイクロ秒程度と広いため、ピーク強度は低い。したがって、これらのレーザを用いる場合には、レーザ光の照射時間を、パルス幅がナノ秒程度のレーザの１０倍程度にする必要がある。このようにレーザ光の照射時間を考慮すると、照射するパルスレーザ光のパルス幅は１００マイクロ秒以下であることが好ましい。また、ＣＷレーザであるアルゴンイオンレーザからのレーザ光の第２高調波（波長２４４ｎｍ、２５７．２ｎｍ）も使用可能である。この場合、光強度が１００ｋＷ／ｃｍ２程度であることが望ましい。
【００６８】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る窒化物系化合物半導体素子であるショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｏｄｅ：ＳＢＤ）について説明する。本実施の形態２に係るＳＢＤでは、結晶中のＶＧａ−Ｈを分解するためにシンクロトロン放射光を用いている。
【００６９】
図８は、本実施の形態２に係るＳＢＤの模式的な断面図である。また、図９は、本実施の形態２に係るＳＢＤの模式的な平面図である。図８、９に示すように、このＳＢＤ２０は、主表面が（１１１）面のシリコン基板２１と、シリコン基板２１上に順次形成された、ＡｌＮからなる第１バッファ層２２、ＧａＮ層２３ａとＡｌＮ層２３ｂとを交互に８層ずつ積層して構成された第２バッファ層２３、ＧａＮからなる第３バッファ層２４、ｎ型の導電性を有するＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）からなる電子走行層２５と、電子走行層２５上に形成された円形のショットキー電極２６、およびショットキー電極２６の周囲を所定の間隔で囲むように形成されたオーミック電極２７とを備えている。
【００７０】
このＳＢＤ２０は、ＧａＮ層とＡｌＮ層とを交互に積層した第２バッファ層２３を備えることにとって、エピタキシャル基板にクラックが発生することを抑制し、かつエピタキシャル基板の反り量が小さくなるように制御することができる。
【００７１】
さらに、このＳＢＤ２０は、窒化物系化合物半導体層を結晶成長した後にシンクロトロン放射光を照射して結晶中のＶＧａ−Ｈを分解し、孤立したＶＧａにしたものなので、さらにリーク電流が低減されたものとなる。なお、シンクロトロン放射光とは、超高真空中を高速に近い速度で運動する電子または陽電子を磁場あるいは電場で曲げ、軌道の接線方向に放射される電磁波である。この放射光は可視・真空紫外からＸ線に至る白色スペクトルを持つ輝度の高い光である。シンクロトロン放射光の発生源としては、例えば、高エネルギー加速器機構放射光施設（ＫＥＫ−ＰＦ）のビームラインＢＬ−１５を利用することができる。
【００７２】
（製造方法）
本実施の形態２に係るＳＢＤ２０の製造方法の一例について説明する。なお、原材料の流量、各層の厚さ、または成長温度等は例示であり、特に限定はされない。
【００７３】
はじめに、厚さが１ｍｍのシリコン基板２１を設置したＭＯＣＶＤ装置内に、ＴＭＡｌとＮＨ３とを、それぞれ１７５μｍｏｌ／ｍｉｎ、３５Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０００℃で、シリコン基板２１上に層厚４０ｎｍのＡｌＮからなる第１バッファ層２２をエピタキシャル成長させる。
【００７４】
つぎに、層厚が１８０ｎｍのＧａＮ層２３ａと層厚が２０ｎｍのＡｌＮ層２３ｂとを一対とする層を、成長温度１０５０℃、成長圧力２００Ｔｏｒｒの条件で８回繰り返して成長し、第２バッファ層２３を形成する。なお、ＡｌＮ層２３ｂおよびＧａＮ層２３ａの成長時のＴＭＡｌ、ＴＭＧａおよびＮＨ３の流量は、それぞれ、１９５μｍｏｌ／ｍｉｎ、５８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび１２Ｌ／ｍｉｎである。
【００７５】
つぎに、層厚が２００ｎｍのＧａＮからなる第３バッファ層２４を、成長温度１０５０℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒの条件でエピタキシャル成長させる。なお、第３バッファ層２４の成長時には、ＴＭＧａおよびＮＨ３の流量を５８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび１２Ｌ／ｍｉｎとする。
【００７６】
つぎに、ＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、層厚が５００ｎｍのｎ−ＧａＮからなる電子走行層２５をエピタキシャル成長させる。成長温度は１０５０℃、成長圧力は２００Ｔｏｒｒである。なお、ｎ型ドーパントであるシリコン（Ｓｉ）をドープするために、電子走行層２５の成長時にシラン（ＳｉＨ４）を流すとともに、ｎ型のキャリア濃度が２×１０１６ｃｍ−３となるようにＳｉＨ４の流量を調整する。
【００７７】
つぎに、上記のようにシリコン基板２１上に各半導体層をエピタキシャル成長したエピタキシャル基板に対して、室温・大気圧・空気中でシンクロトン放射光を照射する。これによって、電子走行層２５から第２バッファ層２３にかけての全ての領域にあるＶＧａ−Ｈの結合を切断して、ＶＧａとＨを分離することができる。したがって、実施の形態１のレーザ光を用いる場合と同様に、リーク電流を著しく低減することができる。
【００７８】
なお、シンクロトロン放射光は、白色光として照射してもよいし、たとえばシンクロトロン放射光を、Ｓｉ（１１１）結晶からなるモノクロメータで分光し、これによって得られる単色光（波長；１．４〜１．６オングストローム（０．１４〜０．１６ｎｍ））を照射してもよい。単色光を用いる場合は、白色光と比較して強度が弱いため、長時間照射を行う必要があるが、照射しながらＸ線トポグラフィー観察ができるというメリットがある。一方、白色光を用いる場合、強度が強いため照射時間を短縮できる。ただし、空気中の酸素からオゾンが生成されて、窒化物系化合物半導体の表面が改質される場合があるので、照射時間をできるだけ短くすることが好ましい。
【００７９】
図１０は、エピタキシャル基板へのシンクロトロン放射光の白色光の照射方法を説明する模式図である。図１０に示すように白色光Ｌ２の場合大きいビーム径が得られる。したがって、エピタキシャル基板２８の直径が４インチ（約１００ｍｍ）程度であれば、その主表面に垂直に照射することで、主表面全面への照射が可能である。なお、白色光Ｌ２照射時間はたとえば１秒とする。
【００８０】
図１１は、エピタキシャル基板へのシンクロトロン放射光を分光した単色光の照射方法を説明する模式図である。単色光Ｌ３は、ビーム径がたとえば１ｃｍ×６ｃｍと小さくなるため、１ショットでエピタキシャル基板２９の全面に照射するためには、エピタキシャル基板２９を傾ければよい。図１１では、エピタキシャル基板２９の主表面と平行な結晶面Ｓ３（（０００１）面）が単色光Ｌ３に対して角度Ａ１だけ傾くように設定している。角度Ａ１はたとえば〜２°である。なお、図１１の配置では、単色光Ｌ３の波長を１．６オングストロームとした場合、（１，−２，１，４）面である回折面Ｓ４からの回折線Ｌ４を、エピタキシャル基板２９のほぼ真上から観察することができる。このとき、例えば、原子核乾板を用いて回折線Ｌ４を観察することによって、エピタキシャル基板２９中の欠陥を検知することができる。なお、単色光Ｌ３の照射時間はたとえば６０秒とする。
【００８１】
つぎに、素子構造を形成するために、電子走行層２５上に、直径が１６０μｍ、電極間距離１０μｍである同心円状パターンを有するショットキー電極２６およびオーミック電極２７を形成する。なお、ショットキー電極２６はＮｉ／Ａｕ構造、オーミック電極はＴｉ／Ａｌ構造とする。また、オーミック電極の蒸着後、７００℃で３０分の熱処理を行うことで、良好なオーミック特性が得られる。また、この熱処理において、放射光照射によりＶＧａから切り離された水素原子は、拡散によってエピタキシャル基板の外に追い出される。
以上の製造方法によって、本実施の形態２に係るＳＢＤ２０を製造することができる。
【００８２】
（実施例２、３、比較例２）
本発明の実施例２、３として、上述した製造方法にて実施の形態２に係るＳＢＤ２０の構造を有するＳＢＤを製造した。なお、実施例２のＳＢＤは、シンクロトロン放射光の白色光を１秒照射した。実施例３のＳＢＤは、シンクロトロン放射光から分光した波長１．６オングストロームの単色光を、エピタキシャル基板の主表面と平行な面から２°傾けて、６０秒照射した。また、比較例２として、シンクロトロン放射光を照射しない以外は、実施例２、３のＳＢＤと同様の構造のＳＢＤを製造した。そして、実施例２、３、比較例２のＳＢＤについて、実施例１、比較例１と同様の方法でリーク特性を測定した。なお、測定は室温で行った。
【００８３】
図１２は、ソース・ドレイン間電圧が５００Ｖのときの実施例２、３、比較例２のＳＢＤのリーク電流を示す図である。図１２に示すように、シンクロトロン放射光を照射した実施例２、３のＳＢＤは、照射しない比較例２のＳＢＤよりもリーク電流を１桁以上低減できることが確認された。また、素子の破壊電圧については、比較例２のＳＢＤでは約６００Ｖであったのに対して、実施例２、３のＳＢＤでは約７００Ｖに向上した。また、実施例２、３間では有意な差は見られず、白色光でも単色光でも同等の効果が得られることが確認された。
【００８４】
また、実施例１、比較例１と同様の方法で光応答特性について測定したところ、実施例２、３のＳＢＤでは光応答が低減されたものであることが確認された。これらの結果は、シンクロトロン放射光を照射することでＶＧａ−Ｈが分解され、残留キャリアは低下し、浅いアクセプタ準位も消滅したことを示している。
【００８５】
以上説明したように、本発明の実施例２、３のＨＦＥＴは、リーク電流と光応答とが低減されたものであることが確認された。
【００８６】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る窒化物系化合物半導体素子であるＨＦＥＴについて説明する。本実施の形態３に係るＨＦＥＴでは、結晶中のＶＧａ−Ｈを分解するために熱中性子線を用いている。
【００８７】
図１３は、本実施の形態３に係るＨＦＥＴの模式的な断面図である。図１３に示すように、このＨＦＥＴ３０は、主表面が（１１１）面のシリコン基板３１と、シリコン基板３１上に順次形成された、ＡｌＮからなる第１バッファ層３２、ＧａＮ層３３ａとＡｌＮ層３３ｂとを交互に１２層ずつ積層して構成された第２バッファ層３３、ＧａＮからなる第３バッファ層３４、ＧａＮからなる電子走行層３５、およびＡｌＧａＮからなる電子供給層３６と、電子供給層３６上に形成されたゲート電極３７、ソース電極３８、ドレイン電極３９とを備えているＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＦＥＴである。
【００８８】
このＨＦＥＴ３０は、ＧａＮ層とＡｌＮ層とを交互に積層した第２バッファ層３３を備えることにとって、エピタキシャル基板にクラックが発生することを抑制し、かつエピタキシャル基板の反り量が小さくなるように制御することができる。
【００８９】
さらに、このＨＦＥＴ３０は、窒化物系化合物半導体層を結晶成長した後に熱中性子線を照射して結晶中のＶＧａ−Ｈを分解し、孤立したＶＧａにしたものなので、さらにリーク電流が低減されたものとなる。
【００９０】
ここで、中性子線は、電荷を持たないため、主として原子核とのみ相互作用する。熱中性子線のエネルギー領域においては（〜２５ｍｅＶ）、原子核との弾性散乱のみを考慮すればよい。弾性散乱においては、中性子と質量の近い陽子（水素原子）との相互作用が最も大きい。したがって、熱中性子線を窒化物系化合物半導体層に照射することによって、ＶＧａ−Ｈの結合が切れ、水素原子が叩き出される。
【００９１】
なお、熱中性子線のエネルギーが高くなると、Ｇａ原子や窒素原子の原子核との非弾性散乱の断面積が増大するため、空孔型の点欠陥が形成され、素子の電気特性に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、熱中性子線のエネルギーは１ｅＶ以下が望ましく、０．５ｅＶ以下であることがさらに望ましい。また、熱中性子線のエネルギーが０．５ｍｅＶ以下では、弾性散乱による水素の叩き出しの効果が低下するので、０．５ｍｅＶより大きいことが望ましい。また、熱中性子線は、ＪＲＲ−３（日本原子力研究開発機構の研究用原子炉）のような原子炉を用いて照射することができる。
【００９２】
（製造方法）
本実施の形態３に係るＨＦＥＴ３０の製造方法の一例について説明する。なお、原材料の流量、各層の厚さ、または成長温度等は例示であり、特に限定はされない。
【００９３】
はじめに、厚さが１ｍｍのシリコン基板３１を設置したＭＯＣＶＤ装置内に、ＴＭＡｌとＮＨ３とを、それぞれ１７５μｍｏｌ／ｍｉｎ、３５Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０００℃で、シリコン基板３１上に層厚４０ｎｍのＡｌＮからなる第１バッファ層３２をエピタキシャル成長させる。
【００９４】
つぎに、層厚が１８０ｎｍのＧａＮ層３３ａと層厚が２０ｎｍのＡｌＮ層３３ｂとを一対とする層を、成長温度１０５０℃、成長圧力２００Ｔｏｒｒの条件で１２回繰り返して成長し、第２バッファ層３３を形成する。なお、ＡｌＮ層３３ｂおよびＧａＮ層３３ａの成長時のＴＭＡｌ、ＴＭＧａおよびＮＨ３の流量は、それぞれ、１９５μｍｏｌ／ｍｉｎ、５８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび１２Ｌ／ｍｉｎである。
【００９５】
つぎに、層厚が６００ｎｍのＧａＮからなる第３バッファ層３４を、成長温度１０５０℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒの条件でエピタキシャル成長させる。なお、第３バッファ層３４の成長時には、ＴＭＧａおよびＮＨ３の流量を５８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび１２Ｌ／ｍｉｎとする。
【００９６】
つぎに、ＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃、成長圧力２００Ｔｏｒｒの条件で、第３バッファ層３４上に層厚１００ｎｍのＧａＮからなる電子走行層３５をエピタキシャル成長させる。
【００９７】
続いて、第３バッファ層３４および電子走行層３５の成長後に、ＴＭＡｌとＴＭＧａとＮＨ３とを、それぞれ１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、１９μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、成長温度１０５０℃にて、電子走行層３５上に層厚３２ｎｍのＡｌＧａＮからなる電子供給層３６をエピタキシャル成長させる。
【００９８】
つぎに、上記のようにシリコン基板３１上に各半導体層をエピタキシャル成長したエピタキシャル基板に対して、熱中性子線を照射する。熱中性子線の照射条件としては、たとえば中性子線流束が１×１０１７ｃｍ−２の条件で、６０分間、熱中性子線を照射すればよいが、特に限定はされない。
【００９９】
つぎに、素子構造を形成するために、電子供給層３６上に、ＴｉおよびＡｌをこの順に蒸着して、オーミック電極としてのソース電極３８およびドレイン電極３９を形成する。つぎに、ソース電極３８とドレイン電極３９との間にＮｉおよびＡｕをこの順に蒸着して、ショットキー電極としてのゲート電極３７を形成する。なお、オーミック電極の蒸着後、７００℃で３０分の熱処理を行うことで、良好なオーミック特性が得られる。また、この熱処理において、熱中性子線照射によりＶＧａから切り離された水素原子は素子の外に追い出される。
以上の製造方法によって、本実施の形態３に係るＨＦＥＴ３０を製造することができる。
【０１００】
つぎに、本発明の比較例３として、熱中性子線を照射しない以外は、上述した製造方法にて、実施の形態３に係るＨＦＥＴ３０の構造を有するＨＦＥＴを製造した。なお、ＡｌＧａＮからなる電子供給層のＡｌ組成は、Ｘ線回折法による評価によれば０．２４であった。また、ＨＦＥＴのサイズについては、ゲート長を２μｍ、ゲート幅を０．２ｍｍ、ソース・ドレイン間距離を１５μｍとした。
【０１０１】
また、この比較例３のＨＦＥＴの製造時に、上述した製造方法のように熱中性子線を照射したものとして、その特性をシミュレーションによって計算した。なお、熱中性子線の照射条件としては、中性子線流束が１×１０１７ｃｍ−２の条件で、６０分間、熱中性子線を照射するものとした。
【０１０２】
つぎに、比較例３のＨＦＥＴの特性を測定したところ、２次元電子ガスの移動度は１３００ｃｍ２／Ｖｓ、シートキャリア濃度は９×１０１２ｃｍ−２であった。また、熱中性子線を照射した場合の計算結果では、これらの特性については、比較例３の場合と同様の特性が得られており、熱中性線照射によるＨＦＥＴのオン特性への悪影響は見られていない。
【０１０３】
つぎに、比較例３のＨＦＥＴのリーク特性を測定した。ここでは、ソース・ゲート間に−５Ｖの電圧を印加し、ソース・ドレイン間に２００Ｖの電圧を印加した。その結果、リーク電流は２×１０−８Ａ／ｍｍであった。また、熱中性子線を照射した場合の計算結果では、リーク電流は３×１０−９Ａ／ｍｍであり、熱中性子線照射によってリーク電流が１桁程度低減する結果となった。
【０１０４】
つぎに、実施例１、比較例１と同様の方法で比較例３のＨＦＥＴの光応答特性について測定した。図１４は、比較例３のＨＦＥＴおよびこれに熱中性子線を照射したＨＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値の経時変化を示す図である。図１４に示すように、比較例３のＨＦＥＴでは、抵抗値が一定になるまで１０００秒以上かかるのに対して、熱中性子線を照射した場合の計算結果では、３０秒以内には飽和し、抵抗値が一定になるという結果になった。
【０１０５】
以上の結果から、熱中性子線の照射によって、リーク電流と光応答とが低減されたＨＦＥＴを実現できることが確認された。
【０１０６】
以上説明したように、エピタキシャル成長後の窒化物系化合物半導体層にレーザ光、または電離放射線を照射することよって、結晶中のＶＧａ−Ｈの結合を切断できる。その結果、ＶＧａ−Ｈに起因する比較的浅いアクセプタ準位を抑制することができ、リーク電流低減と光応答抑制という効果を持つことが明らかとなった。この効果を利用することで、長期信頼性に優れた高効率なＧａＮ系半導体を用いたインバーターやコンバーター等のパワーデバイスが実現できる。
【０１０７】
なお、上記実施の形態は、基板として異種基板であるシリコン基板を使用したが、使用する異種基板としては特に限定されず、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＬｉＧａＯ２、（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４等を使用しても同様の効果が得られる。
【０１０８】
また、上記実施の形態では、電子走行層がｎ−ＧａＮまたはＣをドープしたＧａＮであるが、アンドープのＧａＮでもよい。
【０１０９】
また、上記実施の形態では、照射する中性子線として熱中性子線を用いているが、エネルギーが１ｅＶ以下であれば、熱外中性子線を用いてもよい。
【０１１０】
また、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子は、ＨＦＥＴやＳＢＤに限定されず様々な素子とすることができ、たとえばＭＯＳＦＥＴでもよい。また、本発明に係る窒化物系化合物半導体は、ＧａＮに限らず、Ｇａ原子と窒素原子とを含む窒化物系化合物半導体であれば良く、Ｇａ原子のほかに、Ａｌ原子、インジウム（Ｉｎ）原子およびホウ素（Ｂ）原子から選択される１以上のＩＩＩ族原子を含んでいても良い。
【０１１１】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０、３０ ＨＦＥＴ
１１、２１、３１ シリコン基板
１２ 低温バッファ層
１３ バッファ層
１４、２５、３５ 電子走行層
１５、３６ 電子供給層
１６、３７ ゲート電極
１７、３８ ソース電極
１８、３９ ドレイン電極
２０ ＳＢＤ
２２、３２ 第１バッファ層
２３、３３ 第２バッファ層
２３ａ、３３ａ ＧａＮ層
２３ｂ、３３ｂ ＡｌＮ層
２４、３４ 第３バッファ層
２６ ショットキー電極
２７ オーミック電極
２８、２９ エピタキシャル基板
Ｂ１ ビームスポット
Ｄ１、Ｄ２ データ点群
Ｌ１ レーザ光
Ｌ２ 白色光
Ｌ３ 単色光
Ｌ４ 回折線
Ｐ１、Ｐ２ ピーク
Ｓ１、Ｓ２ スペクトル
Ｓ３ 結晶面
Ｓ４ 回折面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくともガリウム原子を含むＩＩＩ族原子と窒素原子とからなる窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長する成長工程と、
素子構造形成前に、前記窒化物系化合物半導体層にレーザ光または電離放射線を照射し、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔と水素原子との複合体を分解する分解工程と、
を含むことを特徴とする窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ光は波長が３８０ｎｍ以下のレーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記レーザ光はパルス幅が１００マイクロ秒以下のパルスレーザ光であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記窒化物系化合物半導体層の最表面における光強度がＣＷ換算で１Ｗ／ｃｍ２以上、１０００Ｗ／ｃｍ２以下となるようにパルスレーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記電離放射線はシンクロトロン放射光であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記電離放射線は中性子線であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記中性子線は１ｅＶ以下のエネルギーを有する熱外中性子線または熱中性子線であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記基板はシリコン、サファイア、炭化珪素または酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の製造方法によって製造した窒化物系化合物半導体素子であって、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔濃度が５×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３であることを特徴とする窒化物系化合物半導体素子。
【請求項１】
基板上に少なくともガリウム原子を含むＩＩＩ族原子と窒素原子とからなる窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長する成長工程と、
素子構造形成前に、前記窒化物系化合物半導体層にレーザ光または電離放射線を照射し、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔と水素原子との複合体を分解する分解工程と、
を含むことを特徴とする窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ光は波長が３８０ｎｍ以下のレーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記レーザ光はパルス幅が１００マイクロ秒以下のパルスレーザ光であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記窒化物系化合物半導体層の最表面における光強度がＣＷ換算で１Ｗ／ｃｍ２以上、１０００Ｗ／ｃｍ２以下となるようにパルスレーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記電離放射線はシンクロトロン放射光であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記電離放射線は中性子線であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記中性子線は１ｅＶ以下のエネルギーを有する熱外中性子線または熱中性子線であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記基板はシリコン、サファイア、炭化珪素または酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の製造方法によって製造した窒化物系化合物半導体素子であって、前記窒化物系化合物半導体層中のＩＩＩ族空孔濃度が５×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３であることを特徴とする窒化物系化合物半導体素子。
【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】
【公開番号】特開２０１２−１０４７２２（Ｐ２０１２−１０４７２２Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５３２５２（Ｐ２０１０−２５３２５２）
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５１００３５８４２）次世代パワーデバイス技術研究組合 (46)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５１００３５８４２）次世代パワーデバイス技術研究組合 (46)
【Ｆターム（参考）】
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