窒化物電子デバイス、窒化物電子デバイスを作製する方法
【課題】チャネル層のキャリア濃度が増大することを避けてリークを低減できる構造を有する、窒化物電子デバイスを提供する。
【解決手段】半導体積層１５の斜面１５ａ及び主面１５ｃは、それぞれ、第１及び第２の基準面Ｒ１、Ｒ２に対して延在する。半導体積層１５の主面１５ｃは六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸Ｃｘに対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜すると共に、第１の基準面Ｒ１の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度は第２の基準面Ｒ２の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度より小さいので、チャネル層１９の酸素濃度を１×１０１７ｃｍ−３未満にすることができる。これ故に、チャネル層１９において、酸素添加によりキャリア濃度が増加することを避けることができ、チャネル層を介したトランジスタのリーク電流を低減できる。
【解決手段】半導体積層１５の斜面１５ａ及び主面１５ｃは、それぞれ、第１及び第２の基準面Ｒ１、Ｒ２に対して延在する。半導体積層１５の主面１５ｃは六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸Ｃｘに対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜すると共に、第１の基準面Ｒ１の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度は第２の基準面Ｒ２の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度より小さいので、チャネル層１９の酸素濃度を１×１０１７ｃｍ−３未満にすることができる。これ故に、チャネル層１９において、酸素添加によりキャリア濃度が増加することを避けることができ、チャネル層を介したトランジスタのリーク電流を低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物電子デバイス、及び窒化物電子デバイスを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体装置が記載されている。この半導体装置は、ピンチオフ特性を改善し、またはチャネル層の移動度を向上させ電気的特性の良好な半導体装置を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８６９４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、窒化物電子デバイスは、基板上に形成される半導体領域を含む。半導体領域は、その主面には開口部を有する層を備える。半導体領域の主面及びの開口部の側面には、チャネル層及びキャリア供給層が再成長される。キャリア供給層はチャネル層上に形成されて、これらはヘテロ接合を形成する。ゲート電極は、キャリア供給層の開口部の側面に形成される。ソース電極は、半導体領域の主面上に形成される。
【０００５】
上記のように、チャネル層は、半導体積層の主面及びの開口部の側面に成長される。チャネル層はアンドープ窒化ガリウム系半導体からなり、この半導体層を半導体積層の主面及びの開口部の側面に成長するとき、主面と斜面の面方位が異なるので、半導体領域の主面への成長は開口部の側面への成長と異なる。半導体積層がｃ面基板上に形成されるとき、半導体領域の成長がｃ面基板上にほぼ平坦に成長されて、半導体領域主面もまた平坦面（実質的にｃ面）になる。
【０００６】
この半導体領域に先のように開口を形成した後に、半導体積層の主面及びの開口部の側面に成長するとき、チャネル層の成長の初期において、主面における成長面は、Ｃ面又はその微斜面から構成される。このような成長面では、窒化ガリウム系半導体の成長において原料の取り込みが制限される。平坦面に取り込まれなかったIII族原子は、半導体領域に主面から開口側面に到達し、そこで多くの原子が取り込まれる。従って、開口側面（平坦面に対して傾斜する斜面）における成長では、Ｃ面に対して垂直方向の成長速度が極端に大きくなり、このエピタキシャル成長時には、その成長方向に起因して、より多くの酸素が開口側面上への成長において取り込まれる。この酸素取込みは、アンドープのチャネル層の成長において生じるので、酸素添加により電子キャリアがチャネル層に生成される。これは、トランジスタのドレインリークの原因となる。
【０００７】
低い成長温度でチャネル層を成長することにより、Ｃ軸垂直方向の成長を抑制することができる。成長温度を下げることにより、Ｃ面への原料の取り込みを促進でき、結果として半導体積層の側面（斜面）への取り込みを相対的に低減できる。
【０００８】
キャリア供給層の結晶性の視点からチャネル層に比べてキャリア供給層の最適な成長温度は高い。これ故に、チャネル層の成長温度の低減は、チャネル層の成長温度からキャリア供給層の成長温度への遷移期間を長くすることになる。この成長中断期間の増大により、高温雰囲気中に晒されているチャネル層の表面において物質の移動が生じて、開口側面に成長されるチャネル層表面の形状が、下地の半導体領域の形状から変形により崩れてしまう。したがって、酸素取り込みの低減のために成長温度を下げることには制約がある。
【０００９】
一方で、遷移期間を短縮して成長中断時間を短くすると、基板温度が十分に安定する前にキャリア供給層の成長が介しされるので、キャリア供給層の結晶性の低下やヘテロ界面の急峻性の低下が生じる。これは、デバイスのオン抵抗増加を招く。
【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、チャネル層のキャリア濃度の増大に起因するリークを低減できる、窒化物電子デバイスを作製する方法を提供することを目的とし、また、チャネル層のキャリア濃度が増大することを避けてリークを低減できる構造を有する、窒化物電子デバイス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】
【００１１】
本発明の一側面に係る発明は、窒化物電子デバイスを作製する方法である。この方法は、（ａ）基板の主面上に半導体積層を成長する工程と、（ｂ）前記半導体積層上にマスクを形成する工程と、（ｃ）前記マスクを用いて前記半導体積層をエッチングして、前記半導体積層の主面に対して斜面を有する開口を前記半導体積層の前記主面に形成する工程と、（ｄ）前記マスクを除去した後に、アンモニア及びIII族元素原料を含む原料ガスを成長炉に供給することによって前記半導体積層の前記主面及び前記斜面上に、チャネル層を第１の成長温度で成長する工程とを備える。前記基板の前記主面は六方晶系III族窒化物からなり、前記半導体積層は、第１の窒化ガリウム系半導体からなるドリフト層、第２の窒化ガリウム系半導体からなる電流ブロック層、及び第３の窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層を含み、前記チャネル層は、アンドープ窒化ガリウム系半導体を含み、前記半導体積層の前記斜面及び前記主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に沿って延在し、前記半導体積層の前記主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、前記第１の基準面の法線ベクトルと前記基準軸との成す角度は前記第２の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さい。
【００１２】
この作製方法によれば、ｃ軸に対する傾斜角の違いに応じて半導体積層主面への成長と半導体積層斜面上への成長とに違いがある。しかし、半導体積層の主面は、上記の基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、第１の基準面（半導体積層の斜面が延在する面）の法線ベクトルと基準軸（ｃ軸）との成す角度は第２の基準面（半導体積層の主面が延在する面）の法線ベクトルと基準軸（ｃ軸）との成す角度より小さい。これ故に、半導体積層の斜面における成長が、半導体積層の主面に比べてよりｃ面に近くなる。したがって、半導体積層の斜面における成長において、酸素取込みの程度を低減できる。酸素添加によりチャネル層のキャリア濃度が増大することを避けることができ、トランジスタのチャネルリークを低減できる。
【００１３】
本発明の別の側面に係る窒化物電子デバイスは、（ａ）六方晶系III族窒化物からなり、該六方晶系III族窒化物のｃ軸に対して５度以上４０度以下の範囲で傾斜した主面を有する支持基体と、（ｂ）前記支持基体の前記主面上に順に設けられたドリフト層、電流ブロック層及びコンタクト層を含むと共に、前記コンタクト層から前記電流ブロック層を介して前記ドリフト層に至る開口を有する半導体積層と、（ｃ）前記開口の側面に設けられ、窒化ガリウム系半導体を含むチャネル層と、（ｄ）前記開口の前記側面に設けられ、III族窒化物を含むキャリア供給層と、（ｅ）前記開口の前記側面に設けられたゲート電極と、（ｆ）前記半導体積層の主面上に設けられたソース電極と、（ｇ）前記半導体積層及び前記支持基体のいずれかに設けられドレイン電極とを備える。前記チャネル層の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満であり、前記半導体積層の前記側面及び前記主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に対して延在し、前記半導体積層の前記主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に直交する面に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、前記第１の基準面の法線と前記基準軸との成す角度は前記第２の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さく、前記ドリフト層は、第１の窒化ガリウム系半導体からなり、前記電流ブロック層は、第２の窒化ガリウム系半導体からなり、前記コンタクト層は、第３の窒化ガリウム系半導体からなり、前記チャネル層は前記キャリア供給層と前記開口の前記側面との間に設けられ、前記キャリア供給層の前記III族窒化物のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きい。
【００１４】
この窒化物半導体素子によれば、半導体積層の斜面及び主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に対して延在すると共に、半導体積層の主面の法線ベクトルは六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。第１の基準面の法線ベクトルと基準軸との成す角度は第２の基準面の法線と基準軸との成す角度より小さいので、チャネル層の酸素濃度を１×１０１７ｃｍ−３未満にすることができる。酸素添加によりチャネル層のキャリア濃度が増大することを避けることができ、トランジスタのチャネルリークを低減できる。
【００１５】
本発明の一側面は、（ｅ）前記チャネル層を成長した後に、前記第１の成長温度から第２の成長温度に基板温度を上昇する工程と、（ｆ）前記チャネル層上にキャリア供給層を前記第２の成長温度で成長して、基板生産物を形成する工程とを備えることができる。前記キャリア供給層はIII族窒化物半導体を含み、前記キャリア供給層の前記III族窒化物半導体のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きく、前記チャネル層は、前記半導体積層の前記斜面上に成長された第１の部分と、前記半導体積層の前記主面上に成長された第２の部分とを含み、前記キャリア供給層は、前記チャネル層の前記第１の部分上に成長された第１の部分と前記チャネル層の前記第２の部分上に成長された第２の部分とを含み、前記キャリア供給層の前記第１の部分は第２の基準面に対して傾斜し、前記第２の基準面の法線ベクトルは、前記第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。
【００１６】
本発明の一側面によれば、第２の基準面の法線ベクトルが第３の窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。このため、チャネル層を半導体積層の斜面に成長する際に、チャネル層の成長温度を下げることなく、酸素取込みの程度を低減できる。また、チャネル層の成長温度を下げることなく成長するので、第１の成長温度から第２の成長温度に基板温度を上昇する期間が長くならない。これ故に、温度上昇中にチャネル層の表面における原子の移動を低減でき、チャネル層表面の変形を避けることができる。
【００１７】
また、第１の成長温度から第２の成長温度に基板温度を上昇する期間を長くすることなく、基板温度が、第２の成長温度に十分に安定させることができる。基板温度が第２の成長温度に十分に安定した後に、チャネル層とキャリア供給層とのヘテロ界面が形成される。これ故に、低い品質のヘテロ界面の形成を避けることができる。
【００１８】
本発明の一側面及び別の側面は、前記チャネル層の前記第１の部分の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満であることが好適である。この作製方法によれば、チャネル層における酸素濃度に起因したトランジスタリークを低減できる。
【００１９】
本発明の一側面及び別の側面は、前記半導体積層の前記斜面は、前記基準軸に直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことが好適である。本発明の一側面及び別の側面によれば、半導体積層の斜面が上記の角度範囲にあれば、チャネル層の厚さの不均一を低減できる。
【００２０】
本発明の一側面及び別の側面は、前記基板生産物を取り出した後に、前記キャリア供給層上にゲート電極を形成する工程を更に備えることができる。前記開口の前記斜面は、前記ドリフト層の側面、前記電流ブロック層の側面、及び前記コンタクト層の側面を含み、前記電流ブロック層の前記側面は、前記半導体積層の前記主面上に成長された第２の部分に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。前記ゲート電極は前記電流ブロック層の前記側面上に設けられる。
【００２１】
本発明の一側面及び別の側面によれば、電流ブロック層の側面の法線が基準軸に対して５度以上の角度で傾斜するので、チャネル長の増大によるオン抵抗の増加を避けることができる。一方、Ｃ軸を基準にして基板結晶方位を４０度以下の角度でかつ電流ブロック層の法線ベクトルを40度以下に設定すると、ＲＩＥによる開口部形成以前の下地エピタキシャル成長において成長表面の窒素による酸素の混入を低減でき、また、チャネル層と電流ブロック層とのｐｎダイオード耐圧が、電流ブロック層におけるアクセプタ補償、及びチャネル層の過剰ドナーの両影響により低下することを防ぐことができる。
【００２２】
本発明の一側面及び別の側面は、前記半導体積層上に前記マスクを形成する前記工程として、前記半導体積層上に塗布されたレジストに前記開口を規定するエッジを有するパターンを形成する工程と、前記パターン形成されたレジストに熱処理を行って、前記エッジに傾斜面を形成して前記マスクを形成する工程とを含むことができる。前記エッチングでは、ドライエッチングにより前記マスク及び前記半導体積層をエッチングする。
【００２３】
本発明の一側面及び別の側面によれば、マスクが、パターン形成されたレジストに熱処理を行ってエッジに傾斜面を形成することによって形成されるので、開口の傾面の角度の調整が容易になる。
【００２４】
本発明の一側面及び別の側面では、前記基板は導電性の自立III族窒化物基板からなり、前記自立III族窒化物基板の主面の法線は、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に直交する面に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。当該方法は、前記基板の裏面にドレイン電極を形成する工程を更に備えることができる。
【００２５】
本発明の一側面及び別の側面によれば、自立III族窒化物基板の主面が上記の角度範囲内の角度で傾斜するので、半導体積層の主面及び斜面の形成が容易になる。
【００２６】
本発明の一側面及び別の側面は、前記ドリフト層の前記第１の窒化ガリウム系半導体、前記電流ブロック層の前記第２の窒化ガリウム系半導体、及び前記コンタクト層の第３の窒化ガリウム系半導体は、ｎ型ＧａＮ／ｐ型ＧａＮ／ｎ＋型ＧａＮ、及びｎ型ＧａＮ／ｐ型ＡｌＧａＮ／ｎ＋型ＧａＮのいずれかであることが好適である。本発明の一側面及び別の側面によれば、ドリフト層、電流ブロック層及びコンタクト層の好適な組み合わせが提供される。
【００２７】
本発明の一側面及び別の側面では、前記チャネル層及び前記キャリア供給層の材料は、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、及びＡｌＧａＮ／ＡｌＮのいずれかであることができる。本発明の一側面及び別の側面では、チャネル層及びキャリア供給層の好適な組み合わせが提供される。
【００２８】
本発明の一側面及び別の側面は、前記基板生産物を取り出した後に、前記半導体積層の前記主面上にソース電極を形成する工程を更に備えることができる。前記ソース電極は、前記電流ブロック層及び前記コンタクト層に電位を供給し、前記チャネル層と前記キャリア供給層とは接合を成し、前記接合には二次元電子ガス層が形成され、前記ソース電極は、前記チャネル層を流れるキャリアを供給することができる。本発明の一側面及び別の側面によれば、ソース電極が電流ブロック層及びコンタクト層に電位を供給するので、電流ブロック層がチャネル層のバックゲートとして働く。
【００２９】
本発明の一側面及び別の側面は、前記キャリア供給層の前記第１の部分に接合を成すゲート電極を形成する工程を更に備えることができる。本発明の一側面及び別の側面によれば、半導体にショットキ接合を成すゲート電極を用いてチャネルキャリアを制御するトランジスタを提供できる。
【００３０】
本発明の一側面及び別の側面は、前記キャリア供給層の前記第１の部分上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを更に備えることができる。前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成す。本発明の一側面及び別の側面によれば、絶縁膜を介してチャネルキャリアを制御するゲート電極を有するトランジスタを提供できる。
【００３１】
本発明の一側面及び別の側面では、前記ドリフト層の前記第１の窒化ガリウム系半導体はＳｉドープｎ型ＧａＮであり、前記ドリフト層の膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第１の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上３×１０１６ｃｍ−３以下であり、前記電流ブロック層の前記第２の窒化ガリウム系半導体はＭｇドープｐ型ＧａＮであり、前記電流ブロック層の膜厚が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であり、前記第２の窒化ガリウム系半導体のＭｇ濃度は５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であり、前記コンタクト層の前記第３の窒化ガリウム系半導体はＳｉドープｎ型ＧａＮであり、前記コンタクト層の膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、前記第３の窒化ガリウム系半導体Ｓｉ濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることは好適である。本発明の一側面及び別の側面によれば、半導体積層が上記の値を有する窒化ガリウム系半導体を含むとき、好適なトランジスタ特性が提供される。
【００３２】
本発明の一側面及び別の側面では、前記キャリア供給層はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）を含み、前記キャリア供給層の膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記チャネル層はアンドープＧａＮを含み、前記チャネル層の膜厚が２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることができる。本発明の一側面及び別の側面によれば、キャリア供給層及びチャネル層は、ゲート電極と電流ブロック層との間において上記の値を持つとき、好適なトランジスタ特性が提供される。
【００３３】
本発明の一側面及び別の側面に係る窒化物電子デバイスでは、前記半導体積層の前記側面は、前記基準軸に直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことができる。この窒化物電子デバイスよれば、半導体積層の側面が上記の角度範囲にあれば、チャネル層の厚さの均一性を向上できる。
【００３４】
本発明の一側面及び別の側面に係る窒化物電子デバイスでは、前記ゲート電極は前記キャリア供給層に接合を成すことができる。ゲート電極と電流ブロック層との間に前記キャリア供給層及びチャネル層が設けられる。本発明の一側面及び別の側面によれば、半導体にショットキ接合を成すゲート電極を用いてチャネルキャリアを制御するトランジスタを提供できる。
【００３５】
或いは、本発明の一側面及び別の側面に係る窒化物電子デバイスは、前記キャリア供給層上に設けられたゲート絶縁膜を更に備えることができる。前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成す。ゲート絶縁膜と電流ブロック層との間に前記キャリア供給層及びチャネル層が設けられる。本発明の一側面及び別の側面によれば、絶縁膜を介してチャネルキャリアを制御するゲート電極を有するトランジスタを提供できる。
【００３６】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、チャネル層のキャリア濃度の増大に起因するリークを低減できる、窒化物電子デバイスを作製する方法が提供される。また、本発明の別の側面によれば、チャネル層のキャリア濃度が増大することを避けてリークを低減できる構造を有する、窒化物電子デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタの構造を示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を含む工程フローを示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、開口部の側面の傾斜とチャネル層厚の均一性とを説明する図面である。
【図８】図８は、チャネル層及びキャリア供給層を成長する再成長温度シーケンスを示す図面である。
【図９】図９は、物理的に形成された下地面における結晶の再成長機構を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物電子デバイス、窒化物電子デバイスを作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００４０】
図１は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタの構造を示す図面である。ヘテロ接合トランジスタ１１は、導電性の支持基体１３と、半導体積層１５と、チャネル層１９と、キャリア供給層２１と、ゲート電極２３とを備える。支持基体１３は、半極性を示す主面１３ａ及び裏面１３ｂを有し、この主面１３ａは六方晶系のIII族窒化物からなる。主面１３ａは、該六方晶系III族窒化物のｃ軸の方向に延在する基準軸Ｃｘ（ｃ軸ベクトルＣＶ）に対して５度以上４０度以下の範囲で傾斜しており、これ故に、主面１３ａの法線軸（法線ベクトルＮＶ）Ｎｘは、基準軸Ｃｘに対して上記の角度で傾斜している。半導体積層１５は開口部１６を有し、この開口部１６は支持基体１３の主面１３ａから離れた底部１６ｂを有する。開口部１６は、半導体積層１５に形成されたメサ、凹部又は溝により規定される。チャネル層１９は、窒化ガリウム系半導体からなり、また半導体積層１５の開口部１６内に設けられる。キャリア供給層２１は、III族窒化物からなり、また半導体積層１５の開口部１６内に設けられると共に開口部１６内のチャネル層１９に沿って延在する。
【００４１】
キャリア供給層２１のIII族窒化物のバンドギャップはチャネル層１９の窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きい。ゲート電極２３はキャリア供給層２１上に設けられ、開口部１６内においてキャリア供給層２１はチャネル層１９とゲート電極２３との間に位置する。ゲート電極２３は開口部１６の側面１６ａ上に設けられ、チャネル層１９のキャリア伝導を制御する。チャネル層１９とキャリア供給層２１とはヘテロ接合２０を成す。ゲート電極２３は、ヘテロ接合２０に沿った二次元電子ガスの生成を制御する。
【００４２】
半導体積層１５は、第１導電型窒化ガリウム系半導体層を含むドリフト層２５、第２導電型窒化ガリウム系半導体層を含む電流ブロック層２７、及び第１導電型窒化ガリウム系半導体層を含むコンタクト層２９を含む。ドリフト層２５は、例えばＳｉドープｎ型半導体であり、また基板１３の主面１３ａ上に設けられる。電流ブロック層２７は、例えばｐ導電性を有し、またコンタクト層２９とドリフト層２５との間に設けられる。コンタクト層２９は、電流ブロック層２７と支持基体１３との間に設けられ、コンタクト層２９は、例えばｎ導電性半導体であることができる。半導体積層１５はｎｐｎ構造の構成を含む。
【００４３】
ドリフト層２５は、半導体積層１６の開口部１６の側面１６ａ及び底面１６ｂに位置する端面２５ａを有する。電流ブロック層２７は、半導体積層１５の開口部１６の側面１６ａに位置する端面２７ａを有する。コンタクト層２９は、半導体積層１５の開口部１６の側面１６ａに到達する端面２９ａを有する。チャネル層１９は、ドリフト層２５の端面２５ａ及び上面２５ｄ、電流ブロック層２７の端面２７ａ並びにコンタクト層２９の端面２９ａ上に設けられる。
【００４４】
半導体積層１５の斜面１５ａ及び主面１５ｃは、それぞれ、第１及び第２の基準面Ｒ１、Ｒ２に対して延在する。半導体積層１５の主面１５ｃは六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸Ｃｘに対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。第１の基準面Ｒ１の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度は第２の基準面Ｒ２の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度より小さい。チャネル層１９は、半導体積層１５の斜面１５ａ上に設けられた部分を有する。この部分は、ゲート電極２３と電流ブロック層２７の端面２７ａとの間に位置し、その酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満である。
【００４５】
このヘテロ接合トランジスタ１１によれば、半導体積層１５の斜面１５ａ及び主面１５ｃは、それぞれ、第１及び第２の基準面Ｒ１、Ｒ２に対して延在する。半導体積層１５の主面１５ｃは六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸Ｃｘに対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜すると共に、第１の基準面Ｒ１の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度は第２の基準面Ｒ２の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度より小さいので、チャネル層１９の酸素濃度を１×１０１７ｃｍ−３未満にすることができる。これ故に、チャネル層１９において、酸素添加によりキャリア濃度が増加することを避けることができ、チャネル層を介したトランジスタのリーク電流を低減できる。
【００４６】
このヘテロ接合トランジスタ１１では、半導体積層１５の斜面１５ａは、基準軸Ｃｘに直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことが好適である。半導体積層１５の斜面１５ａが上記の角度範囲にあれば、所望の特性（例えば、キャリア濃度）を有するチャネル層を形成できると共に、チャネル層厚の均一性が良好になる。
【００４７】
好適な実施例では、図１に示されるように、開口部１５の側面１５ａは、ｃ軸に直交又はほぼ直交する平面に沿って設けられている。図１においては、結晶座標系ＣＲが示されており、基準軸Ｃｘはｃ軸の方向を示している。ｍ面は結晶座標系ＣＲのｍ軸に直交する面であり、ａ面は結晶座標系ＣＲのａ軸に直交する面である。開口部１６の側面１６ａは、III族窒化物半導体のａ面に対して第１の角度を成し、III族窒化物半導体のｍ面に対して第２の角度を成すと共にIII族窒化物半導体のｃ面に対して第３の角度を成す。これらの角度は、それぞれの面における法線動詞の成す角度として規定される。この定義に基づくとき、第３の角度は第１の角度よりも小さく、第３の角度は第２の角度よりも小さい。
【００４８】
ヘテロ接合トランジスタ１１は、コンタクト層２５に直接に接続されたソース電極３１を更に備えることができる。ソース電極３１は電流ブロック層にキャリアを供給するように接続されている。ソース電極３１がコンタクト層２５だけでなく、電流ブロック層２７にも電気を供給するとき、電流ブロック層２７の電位はソース電極３１を用いて印加されて、これが背面バイアスとなる。これは、ヘテロ接合トランジスタ１１にノーマリオフ動作をさせるために好適である。
【００４９】
ヘテロ接合トランジスタ１１では、支持基体１３の裏面１３ｂに設けられたドレイン電極３３を更に備えることができる。ドレイン電極３３が支持基体１３の裏面１３ｂに設けられるので、ドレイン電極３３をゲート電極２３から隔てることができる。
【００５０】
コンタクト層２９の第１の面２９ｂは、チャネル層１９と接合を成す。コンタクト層２９の第２の面２９ｃは、電流ブロック層２７の第１の面２７ｂと接合を成す。ドリフト層２９の第１の面２９ｂは、電流ブロック層２７の第２の面２７ｃと接合を成す。ドリフト層２９の第２の面２９ｃは、支持基体１３の主面１３ａと接合を成す。
【００５１】
開口部１６の側面１６ａでは、チャネル層１９の裏面は、ドリフト層２９の端面２９ａと接合を成す。また、チャネル層１９の裏面は、ドリフト層２５の端面２５ａと接合を成す。チャネル層１９の裏面は、及び電流ブロック層２７の端面２７ａと接合を成す。
【００５２】
ヘテロ接合トランジスタ１１では、支持基体１３はｎ型ＧａＮからなり、ドリフト層２５はアンドープＧａＮからなり、電流ブロック層２７はｐ＋型ＧａＮからなり、及びコンタクト層２９はｎ＋型ＧａＮからなり、チャネル層１９はアンドープＧａＮからなり、キャリア供給層２１はＡｌＧａＮからなることができる。
【００５３】
ゲート電極２３は、キャリア供給層２１にショットキ接合を成すことができる。ゲート電極２３と電流ブロック層２７の端面２７ａとの間にキャリア供給層２１及びチャネル層１９が設けられる。この実施例は、半導体にショットキ接合を成すゲート電極２３を用いてチャネルキャリアを制御するトランジスタを提供できる。
【００５４】
或いは、ヘテロ接合トランジスタ１１は、キャリア供給層２１上に設けられたゲート絶縁膜を更に備えることができる。このゲート絶縁膜にゲート電極２３は接合を成すことができる。キャリア供給層２１及びチャネル層１９がゲート絶縁膜と電流ブロック層２７の端面２７ａとの間に設けられる。この実施例においては、絶縁膜を介してチャネルキャリアを制御するゲート電極２３を有するトランジスタを提供できる。
【００５５】
ヘテロ接合トランジスタ１１の一実施例を以下に示す。
支持基体１３：ｎ型ＧａＮ（電子濃度：１×１０１９ｃｍ−３）。
チャネル層１９：アンドープＧａＮ（電子濃度：１×１０１６ｃｍ−３、厚さ：３０ｎｍ）。
キャリア供給層２１：アンドープＡｌＧａＮ（厚さ：３０ｎｍ、Ａｌ組成比０．２５）。
ドリフト層２５：Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（電子濃度：１×１０１６ｃｍ−３、厚さ：５μｍ）。
電流ブロック層２７：Ｍｇドープｐ＋型ＧａＮ（正孔濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：０．５μｍ）。
コンタクト層２９：Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（電子濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：０．３μｍ）。
このヘテロ接合トランジスタによれば、実用的な構造の一例が提供される。
【００５６】
また、ドリフト層２５の膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下であり、ドリフト層２５の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上３×１０１６ｃｍ−３以下であることができる。電流ブロック層２７の膜厚が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であり、電流ブロック層２７の窒化ガリウム系半導体のＭｇ濃度は５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であることができる。コンタクト層２９の膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、コンタクト層２９の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることは好適である。半導体積層１５が、上記の値を有する窒化ガリウム系半導体を含むとき、好適なトランジスタ特性が提供される。
【００５７】
さらに、キャリア供給層２１はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）を含むことができ、キャリア供給層２１の膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることができる。チャネル層１９はアンドープＧａＮを含むことができ、チャネル層１９の膜厚が２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることができる。キャリア供給層２１及びチャネル層１９は、ゲート電極２３と電流ブロック層２７との間において上記の値を持つとき、好適なトランジスタ特性が提供される。
【００５８】
ヘテロ接合トランジスタ１１の動作を説明する。ヘテロ接合トランジスタ１１の導通及び非導通は、ゲート電極２３に印加される電圧により制御される。ヘテロ接合トランジスタ１１が非導通であるとき、ヘテロ接合トランジスタ１１のソース電極３１及びドレイン電極３３の間に電流は流れない。ヘテロ接合トランジスタ１１が導通であるとき、ソース電極３１からキャリアがコンタクト層２９に流れ込む。コンタクト層２９からチャネル層１９にキャリアが流れ込む。ゲートバイアスにおかげで二次元電子ガスチャネルが形成されているので、キャリアは、ゲート電極直下のチャネルを通過する。チャネルを通過したキャリアは、ドレインバイアスに引かれて、チャネル層１９からドリフト層２５に流れ込む。さらに、ドリフト層２５を走行したキャリアは、支持基体１３を介してドレイン電極３３に到達する。
【００５９】
有用な形態では、ドリフト層２５の端面２５ａは、この半導体層２５のｃ面を含むことが良い。また、電流ブロック層２７の端面２７ａは、この半導体層２７のｃ面を含むことが良い。さらに、コンタクト層２９の端端面２９ａは、この半導体層２９のｃ面を含むことが良い。ｃ面及びｃ面に近い微傾斜面にすれば、開口部１６の側面１６ａ上への半導体層の成長の際に、酸素といった不純物の取り込みを低減できる。
【００６０】
図２は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を含む工程フローを示す図面である。図３〜図６は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【００６１】
工程Ｓ１０１では、III族窒化物半導体の半極性を示す主面５１ａを有する導電性基板（図３の（ａ）部では、基板は参照番号「５１」として参照される）を準備する。例えば、導電性基板５１として、III族窒化物半導体基板を用いることができる。III族窒化物半導体基板は、例えばＧａＮ、ＡｌＮ等からなることができる。導電性基板５１の主面５１ａは、後の工程で形成される開口の側面に所望の面方位を提供できるように選択される。主面５１ａの傾斜角は、基板のｃ軸の方向を示す基準軸Ｃｘ（ベクトルＣＶ）に対して５度以上４０度以下の範囲である。
【００６２】
工程Ｓ１０２では、III族窒化物半導体基板５１を成長炉１０ａに配置した後に、図３の（ａ）部に示されるように、III族窒化物半導体基板５１の熱クリーニングを行う。熱クリーニングは、例えばアンモニア及び水素を含む雰囲気においてIII族窒化物半導体基板５１の熱処理によって行われる。熱処理は、例えば１０分間程度である。また、熱処理温度は、例えば摂氏１０３０度程度である。炉内圧力は例えば１００Ｔｏｒｒである。
【００６３】
工程Ｓ１０３では、図３の（ｂ）部に示されるように、基板５１の主面５１ａに半導体積層５３を成長して、エピタキシャル基板Ｅを形成する。半導体積層５３の形成では、第１導電型窒化ガリウム系半導体からなるドリフト層５５、第２導電型窒化ガリウム系半導体からなる電流ブロック層５７、及び第１導電型窒化ガリウム系半導体のためのコンタクト層５９を基板５１の主面５１ａ上に順に成長する。この成長は、例えば有機金属気相成長法で行われる。ドリフト層５５は、例えば厚さ５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなり、電流ブロック層５７は例えば厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなり、及びコンタクト層５９は例えば厚さ０．２μｍのＳｉドープｎ＋型ＧａＮからなる。このとき、半導体積層５３の厚さは５．７μｍである。半導体積層５３における接合６１ａ、６１ｂの各々も、基板５１の主面５１ａの面方位と同じ面方位を示す。
【００６４】
工程Ｓ１０４でが、エッチング条件の適正化のために半導体積層５３及び／又は基板５１のＸ線回折の測定を行って、主面５１ａ及び／又は５３ａの面方位を見積もることができる。Ｘ線回折の測定結果を用いて、エッチング条件等を調整を行って、半導体積層５３に所望の開口を形成できる。
【００６５】
エピタキシャル基板Ｅを成長炉１０ａから取り出した後に、工程Ｓ１０４では、半導体積層５３の主面５３ａ上にマスクを形成する。まず、図４の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０５−１では、半導体積層５３の主面５３ａ上にレジストを塗布してレジスタ膜６０を形成する。レジスト膜６０の膜厚は例えば1μｍ〜5μｍであることができる。工程Ｓ１０５−２では、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜６０にパターン形成して、図４の（ｂ）部に示されるように、パターン形成されたレジスト層６２を形成する。このパターンは、開口部の形状を規定する。レジスト層６２は、現像により形成された側面６２ａ及び上面６２ｂを含む。工程Ｓ１０５−３では、パターン形成されたレジスト層６２をベークして、図４の（ｃ）部に示されるように、ベークされたパターン形成されたレジスト層、つまりマスク６３を形成する。マスク６３は、傾斜した側面６３ａ及び上面６３ｂを含む。マスク６３の傾斜した側面６３ａは、実際には平坦な平面ではない。主面５３ａにおける傾斜した側面６３ａの基点とレジストの平坦な上面のエッジとを結ぶ線分の傾斜は、ベーク前に比べてベークにより大きくなる。ベーク時間は、レジストの種類や厚さに依存するが、例えば窒素雰囲気で摂氏９０度、５分であることができる。マスク６３は、半導体積層５３に形成される開口の形状及び位置を規定する開口６３ｃを有する。
【００６６】
フォトリソグラフィ法でマスク６３を形成した後に、工程Ｓ１０６では、図５の（ａ）部に示されるエッチング装置１０ｂにエピタキシャル基板Ｅを配置する。この装置１０ｂ及びマスク６３を用いて半導体積層５３のドライエッチングを行う。このドライエッチングは、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）であることができる。エッチャントとして不活性ガス及び塩素系エッチャント（Ｃｌ２ガス）を含むエッチャントを使用できる。不活性ガスとして、例えばアルゴン、ネオン、窒素等を用いることができる。マスク６３を用いたドライエッチングにより、半導体積層５３に開口６５が形成される。開口形成の結果として、開口６５を含む半導体積層５３ｂが形成される。エッチングでは、マスク６３の傾斜側面６３ａは、エッチングが進むに従い削られて、平坦な上面６３ｂのエッジが後退していく。また、エッチング中に、マスク６３の側面６３ａの傾斜が半導体積層５３の開口６５の側面の形状に転写されていく。上記の方法は、半導体積層５３の開口６５の側面を傾斜させる一方法であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６７】
開口６５は、表面５３ａのコンタクト層５９からドリフト層５５に到達する。開口６５は側面６５ｄ及び底面６５ｅによって規定される。開口６５の側面６５ｄ及び底面６５ｅには、ドリフト層５５の側面５５ａ及び上面５５ｂ、電流ブロック層５７の側面５７ａ、及びコンタクト層５９の側面５９ａが現れている。開口６５の底面６５ｅには、ドリフト層５５の上面５５ｂが現れている。
【００６８】
工程Ｓ１０７では、図５の（ｂ）部に示されるように、マスク６３が除去される。この結果、基板生産物ＳＰ１が形成される。基板生産物ＳＰ１では、開口６５は、第１〜第３部分６５ａ、６５ｂ、６５ｃを有する。第１の部分６５ａでは、ドリフト層５５の上面５５ｂ（底面６５ｅ）が露出している。第２の部分６５ｂでは、開口６５の側面６５ｄが、ドリフト層５５の上面５５ｂから半導体積層５３ｂの表面５３ａまで傾斜して延在する。第３の部分６５ｃでは、半導体積層５３ｂの表面５３ａ（コンタクト層５９の表面）が露出している。
【００６９】
図５の（ｂ）部では、単一の開口６５が描かれているけれども、基板５１には多数の開口が配列されている。これ故に、半導体積層５３ｂは、開口６３の形状に応じて、メサ形状、或いは凹部（例えば溝）を含む形状を成す。側面６５ｄは、基板５１の主面５１ａに対して傾斜しており、また半導体積層５３ｂの表面５３ａに対して傾斜している。マスク６３を用いたエッチングにより、側面６５ｄの具体的な傾斜角を制御できる。
【００７０】
必要な場合には、エッチング工程の前に、工程Ｓ１０４で半導体の面方位をＸ線回折により調べて、Ｘ線回折により半導体の面方位を見積もることが好ましい。この見積もり結果に基づき、エッチング条件を調整することができる。条件の調整は、半導体積層６５の側面６５ａの傾斜の制御に好適である。また、必要な場合には、この見積もり結果に基づき、レジスト膜厚、露光条件、及び／又はベーク条件を調整することができる。Ｘ線回折を行う工程は、エッチングを行う前であり、半導体積層５３が形成された後である。
【００７１】
側面６５ｄは、全体としては、基準面Ｒ１１に沿って延在している。基準面Ｒ１１は基板５１の主面５１ａの法線及び基板５１の主面５１ａの両方に対して傾斜している。開口６５の底面６５ｅは基準面Ｒ１２に沿って延在しており、半導体積層５３ｂの主面５３ａは基準面Ｒ１３に沿って延在している。基準面Ｒ１１の法線とｃ軸との成す角度は、基準面Ｒ１２、Ｒ１３の法線とｃ軸との成す角度より小さい。好適な実施例では、半導体積層５３ｂの主面５３ａは基板５１の主面５１ａと実質的に平行であることができる。基準面Ｒ１１（つまり、側面６５ｄ）と基準面Ｒ１２、Ｒ１３（主面５３ａ、底面６５ｅ）との成す角度は例えば５度から４０度の範囲にあることができる。
【００７２】
チャネル層及びキャリア供給層の成長に先立って、必要な場合には、基板生産物ＳＰ１の前処理（例えば、洗浄）を行った後に、基板生産物ＳＰ１を成長炉１０ａに配置することができる。
【００７３】
工程Ｓ１０８では、アンモニア及びIII族元素原料を含む原料ガスＧ１を成長炉１０ａに供給して、図６の（ａ）部に示されるように、半導体積層５３ｂの主面５３ａ、開口６５の側面６５ｄ及び底面６５ｅ上に、チャネル層６９を成長温度ＴＧ１で成長する。チャネル層６９はアンドープ窒化ガリウム系半導体からなる。チャネル層６８は、第１の部分６９ａ、第２の部分６９ｂ及び第３の部分６９ｃを含む。第１の部分６９ａは、開口６５の側面６５ｄ上に成長され、基準面Ｒ２１に沿って延在する。基準面Ｒ２１は、基板５１の主面５１ａに対して傾斜する。基準面Ｒ２１の法線は、例えばｃ軸に対して−１０度〜＋１０度の角度範囲内にあり、好適な実施例ではチャネル層６９の窒化ガリウム系半導体のｃ軸にほぼ直交することができる。第２の部分６９ｂは、半導体積層５３ｂの主面５３ａ上に成長され、法線軸Ｎｘに直交する基準面Ｒ２２に沿って延在する。第１の部分６９ａは、基準面Ｒ２１に対して傾斜する。第３の部分６９ｃは、開口６５の底面６５ｅ上に成長され、基準面Ｒ２３に沿って延在する。第１の部分６９ａは、基準面Ｒ２２、Ｒ２３に対して傾斜する。好適な実施例では、開口部６５の底面６５ｅの形状はエッチング条件やマスクの材質や形状に依存するが、好適な実施例では、基準面Ｒ２３は基準面Ｒ２２と実質的に平行であり、また基準面Ｒ２３及び基準面Ｒ２２は基板５１の主面５１ａに平行であることができる。
【００７４】
半導体積層６５の側面６５ｄ上にチャネル層６９の部分が成長され、側面６５ｄの面方位のおかげで、この部分の酸素濃度は１×１０１６ｃｍ−３未満にできる。チャネル層６９における酸素濃度に起因したドレインリークを低減できる。
【００７５】
また、電流ブロック層５７の側面５７ａが基準軸Ｃｘに対して５度以上の角度で傾斜するので、チャネル長の増大によるオン抵抗の増加を避けることができる。電流ブロック層５７の端面５７ａが基準軸Ｃｘに対して４０度以下の角度で傾斜するので、その上に成長されたチャネル層６９において面方位に起因する酸素濃度の増加を避けることができる。
【００７６】
工程Ｓ１０９では、チャネル層６９を成長した後にキャリア供給層７１を成長する前に、成長温度ＴＧ１から成長温度ＴＧ２に基板温度を上昇する。この温度変更は、例えばアンモニアを成長炉１０ａに流しながら行われる。例えば、チャネル層６９がＧａＮからなると共に、キャリア供給層７１がＡｌＧａＮからなるとき、成長温度ＴＧ１は例えば９５０度であり、成長温度ＴＧ２は例えば１０８８０度である。成長温度ＴＧ１は例えば摂氏900度以上摂氏1100度以下であり、成長温度ＴＧ２は例えば摂氏1000度以上摂氏1200度以下である。
【００７７】
半導体積層５３の主面５３ａが基準軸Ｃｘに対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。このため、半導体積層６５の斜面６５ｄにチャネル層６９を成長する際に、成長温度ＴＧ１を下げることなく、チャネル層６９への酸素取込みの程度を低減できる。また、成長温度ＴＧ１を下げることなくチャネル層６９が成長されるので、成長温度ＴＧ１から成長温度ＴＧ２に基板温度を上昇する期間が長くならない。これ故に、温度上昇中にチャネル層６９の表面における原子の移動を低減でき、チャネル層表面の変形を避けることができる。
【００７８】
また、成長温度ＴＧ１から成長温度ＴＧ２に基板温度を上昇する期間が長くすることなく、基板温度を成長温度ＴＧ２に十分に安定させることができる。基板温度が成長温度ＴＧ２に十分に安定した後に、引き続き成長されるキャリア供給層７１とチャネル層６９とのヘテロ界面７０が形成される。これ故に、低い品質のヘテロ界面７０の形成を避けることができる。
【００７９】
工程Ｓ１１０では、アンモニア及びIII族元素原料を含む原料ガスＧ２を成長炉１０ａに供給して、図６の（ｂ）部に示されるように、半導体積層５３ｂの主面５３ａ、開口６５の側面６５ｄ及び底面６５ｅ上に、キャリア供給層７１を成長温度ＴＧ２で成長する。キャリア供給層７１はチャネル層６９とヘテロ接合７０を形成する。キャリア供給層７１はIII族窒化物半導体からなる。キャリア供給層７１は、第１の部分７１ａ、第２の部分７１ｂ及び第３の部分７１ｃを含む。第１の部分７１ａは、開口６５の側面６５ｄ上に成長され、基準面Ｒ３１に沿って延在する。基準面Ｒ３１は、基板５１の主面５１ａに対して傾斜する。基準面Ｒ３１の法線は、例えばｃ軸に対して−１０度〜＋１０度の角度範囲内にあり、好適な実施例では、基準面Ｒ３１はキャリア供給層７１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸にほぼ直交することができる。第２の部分７１ｂは、半導体積層５３ｂの主面５３ａ上に成長され、基準面Ｒ３２に沿って延在する。第１の部分７１ａは、基準面Ｒ３２に対して傾斜する。第３の部分７１ｃは、開口６５の底面６５ｅ上に成長され、基準面Ｒ３３に沿って延在する。第１の部分７１ａは、基準面Ｒ３３に対して傾斜する。本実施例では、基準面Ｒ３３は基準面Ｒ３２と実質的に平行であり、また基準面Ｒ３３及び基準面Ｒ３２は基板５１の主面５１ａに平行である。キャリア供給層７１のIII族窒化物半導体のバンドギャップは、チャネル層６９の窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きい。チャネル層６９とキャリア供給層７１とは接合７０を成し、接合７０に沿って二次元キャリアガス層が形成される。
【００８０】
キャリア供給層７１の成長が完了した後に、基板生産物ＳＰ２の温度を成長温度ＴＧ２からの低下を開始することができる。キャリア供給層７１の成長が完了した後にキャリア供給層７１の成長温度ＴＧ２以下の温度の所定雰囲気にキャリア供給層７１の表面７１ａをさらしながら降温を行う。所定雰囲気は、窒素（Ｎ２）を含むと共にアンモニアを含まない。
【００８１】
工程Ｓ１１１では、基板生産物ＳＰ２の温度を下げて基板生産物ＳＰ２を取り出す。工程Ｓ１１２ａ又は工程Ｓ１１２ｂの電極形成工程では、キャリア供給層７１上にゲート電極を形成する。より具体的には、電極形成工程では、半導体積層５３ｂの半導体層５７、５９に接触を成すソース電極の形成、基板５１の裏面５１ｂに接触を成すドレイン電極の形成、ゲート絶縁膜７７の形成、及びゲート絶縁膜７７に接触を成すゲート電極の形成を行う。
【００８２】
半導体積層５３ｂの主面５３ａ上にソース電極を形成することができる。このソース電極は、電流ブロック層５７及びコンタクト層５９に電位を供給する。ソース電極７３は、チャネル層６９を流れるキャリアを供給し、キャリアは二次元キャリアガスを介してドリフト層５５に流れる。この作製方法によれば、ソース電極が電流ブロック層５７及びコンタクト層５９に電位を供給するので、電流ブロック層５７がチャネル層６９に対してバックゲートとして働く。
【００８３】
（実施例）
エピタキシャル基板の作製。
窒化ガリウム膜をＭＯＣＶＤ法により成膜する。ガリウム原料として、トリメチルガリウムを用いる。窒素原料としては、高純度アンモニアを用いる。キャリアガスとしては、純化した水素を用いる。高純度アンモニアの純度は、９９．９９９％以上であり、純化水素の純度は９９．９９９９９５％以上である。ｎ型ドーパントとして水素ベースのシランを用い、ｐ型ドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。基板として導電性の窒化ガリウム基板を用い、この基板のサイズは２インチである。まず、摂氏１０３０度の温度及び１００Ｔｏｒｒの圧力で、アンモニアと水素の雰囲気中で基板のクリーニングを行う。その後に、摂氏１０５０度に昇温した後に、２００Ｔｏｒｒの圧力、及び１５００のＶ／IIIモル比で窒化ガリウム層を成膜する。本実施例では、ＧａＮ基板主面のオフ角は１８度である。
【００８４】
窒化ガリウム基板上に、厚さ５μｍのアンドープＧａＮドリフト層、厚さ０．５μのｐ型ＡｌＧａＮ電流ブロック層、厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮキャップ層（コンタクト層）が順に成長される。ドリフト層のＳｉ濃度は１×１０１６ｃｍ−３であり、バリア層のＭｇ濃度は１×１０１８ｃｍ−３であり、キャップ層のＳｉ濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。この成膜により、窒化ガリウム基板上にｎｐｎ構造の半導体積層を有するエピタキシャル基板が作製される。
【００８５】
デバイス構造の作製。
このエピタキシャル基板に開口部を形成する。このためのマスクは、エピタキシャル膜表面にレジストを塗布した後にフォトリソグラフィによりレジストにパターンを形成して作製される。このマスクを用いて、エピタキシャル基板に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により開口部を形成して、開口を有する基板生産物をする。開口部の斜面の傾斜角に関しては、ＧａＮ基板のｃ軸方向に延在する基準軸と開口部の斜面の法線との角度差は−１０度より大きく＋１０度未満であることが好ましい。この角度範囲の外側の角度では、チャネル層としてアンドープＧａＮの再成長を行った場合、その傾斜角度の斜面上におけるチャネル層厚の均一性が良好でなくなる。
【００８６】
図７は、開口部の側面の傾斜とチャネル層厚の均一性とを説明する図面である。座標軸は、図１に示された座標軸Ｓに従う。開口部の側面がｃ面又はｃ面に近い面であるので、チャネル層の表面にｃ面が形成される傾向にある。図７の（ａ）には、比較的大きい傾斜を有する開口部の側面上に成長されたチャネル層の形態を示す。開口部の側面は、基準面Ｒ０に沿って延在しており、チャネル層の表面は、ｃ軸にほぼ直交する基準面ＲＣ１に沿って延在する。基準面ＲＣ１と基準面Ｒ０との成す角度ＴＨ１が大きすぎるとき、開口部の斜面上において、開口部の底面から半導体積層の上面への方向に、チャネル層厚の徐々に厚くなり、これ故に、チャネル層厚の均一性が良好でない。電流ブロック層の側面の上端上におけるチャネル層厚が厚すぎるとき、ゲート電極の電界がチャネル層の深部に及ばなくなり、リーク電流の増大になる。また、電流ブロック層の側面の下端上におけるチャネル層厚が薄すぎるとき、下地のｐ型層からのｐ型ドーパント拡散の影響によりオン抵抗の増大になる。
【００８７】
図７の（ｂ）には、比較的小さい傾斜を有する開口部の側面上に成長されたチャネル層の形態を示す。開口部の側面は、基準面Ｒ０に沿って延在しており、チャネル層の表面は、ｃ軸にほぼ直交する基準面ＲＣ２に沿って延在する。基準面ＲＣ２と基準面Ｒ０との成す角度ＴＨ２が大きすぎるとき、開口部の斜面上において、半導体積層の上面から開口部の底面への方向に、チャネル層厚の徐々に厚くなり、これ故に、チャネル層厚の均一性が良好でない。電流ブロック層の側面の上端上におけるチャネル層厚が薄すぎるとき、チャネル電流が流れるチャネル層断面が小さくなり、オン抵抗の増大になる。また、電流ブロック層の側面の下端上におけるチャネル層厚が厚すぎるとき、ゲート電極の電界がチャネル層の深部に及ばなくなり、リーク電流の増大になる。
【００８８】
図７の（ｃ）には、ｃ軸に対する基板主面の傾斜角とほぼ等しい傾斜の開口部側面上に成長されたチャネル層の形態を示す。開口部の側面がｃ面又はｃ面に近い面であるので、チャネル層の表面にｃ面が形成される傾向にある。開口部の側面は、基準面Ｒ０に沿って延在しており、チャネル層の表面は、ｃ軸にほぼ直交する基準面ＲＣ３に沿って延在する。基準面ＲＣ３と基準面Ｒ０とはほぼ平行にあるとき、開口部の斜面上において、開口部の底面から半導体積層の上面への方向に、チャネル層厚の変化は小さくなり、これ故に、チャネル層厚の均一性が良好になる。電流ブロック層の側面の上端上におけるチャネル層厚が、電流ブロック層の側面の下端上におけるチャネル層厚とほぼ等しいとき、ゲート電極の電界がチャネル層の深部に十分に及んでリーク電流を抑制でき、また、下地のｐ型層からのｐ型ドーパント拡散の影響によるオン抵抗増大も防げる。
【００８９】
本実施例では、結晶方位はＸＲＤのω−２θスキャンで把握すると共に、その結晶方位に応じて、反応性ガス（塩素等）／不活性ガス(希ガス)の供給比の調整により、斜面形成ＲＩＥ時に基板垂直方向のエッチングレートを変更することで開口部の傾斜角を調節することにより、エッチングにより生成される開口部の側面の傾斜角が先に述べた角度差の範囲になるように形成できる。
【００９０】
レジストマスクの除去と基板洗浄の後に、図８に示される再成長温度シーケンスに従ってチャネル層及びキャリア供給層を成長する。まず、時刻ｔ０でＭＯＣＶＤ装置に基板生産物を導入して、時刻ｔ１で摂氏４００度に基板温度を上昇させる。さらに、アンモニア及び水素を含む雰囲気で摂氏９５０度まで温度を上昇した後に、熱クリーニングを行う。次いで、引き続きアンモニア及び水素を成長炉に供給しながらIII族有機金属原料（ＴＭＧ）を成長炉に時刻ｔ２に供給して、厚さ１００ｎｍのｉ−ＧａＮチャネル層を成長する。時刻ｔ３でIII族有機金属原料の供給を停止してチャネル層の成長を終了する。この後に、アンモニア及び水素を含む雰囲気で基板温度を上昇して時刻ｔ４で摂氏１０８０度の基板温度になる。時刻ｔ５でIII族有機金属原料（ＴＭＧ、ＴＭＡ）を成長炉に供給して、厚さ２５ｎｍのｉ−ＡｌＧａＮキャリア供給層を成長する。時刻ｔ６でIII族有機金属原料の供給を停止してキャリア供給層の成長を終了する。この後に、アンモニア及び水素を含む雰囲気を窒素（Ｎ２）雰囲気に変更した後に、基板温度を室温まで降下する。時刻ｔ７で、基板生産物を成長炉から取り出す。
【００９１】
基板生産物の全面に絶縁膜を成膜した後に、フォトリソグラフィとイオンビーム蒸着法を用いて、ソース電極、ドレイン電極をそれぞれエピタキシャル基板の表面と裏面に形成すると共に、ゲート電極を開口部側面に形成する。
【００９２】
これらの工程により、オン抵抗の増大を抑制できると共にドレインリーク電流の低減されたヘテロ構造トランジスタが形成される。
【００９３】
ｃ面ＧａＮ基板を用いて縦型トランジスタ構造を形成するとき、ｉ−ＧａＮチャネル層及びｉ−ＡｌＧａＮ電子供給層の再成長を順次行う。この際に、下地となる開口部斜面は、エッチングといった物理的なプロセスにより形成された面であるので、結晶学的な特定の面方位では無い。
【００９４】
このため、物理的に形成された下地面に、ｉ−ＧａＮの再成長を行った場合、斜面周囲の平坦面は再成長初期にＣ面あるいはその微斜面が形成されるので、図９の（ａ）部に示されるように、原料の取り込みが制限され、その平坦面に取り込まれなかったIII族原子が、より荒れた斜面に多く取り込まれる、斜面においてはＣ面に対して垂直方向の成長速度が極端に速くなり、エピタキシャル成長時に成長方向に起因してより多くの酸素を取り込みやすくなる。その結果、開口部に再成長したｉ−ＧａＮチャネル層が予想外に多くの電子濃度を有する。これは、トランジスタのドレインリークの原因となる。
【００９５】
上記のようにＣ軸垂直方向の成長を抑制するために、ｉ−ＧａＮの成長温度を下げてＣ面への原料の取り込みを促進すると共に、斜面部への取り込みを相対的に低減することができる。結晶品質の観点からｉ−ＧａＮと比べてｉ−ＡｌＧａＮの最適成長温度を高くする。このため、ｉ−ＧａＮ成長後にｉ−ＡｌＧａＮの成長温度に昇温するために成長中断時間が長くなる。その場合、高温雰囲気中に晒されている斜面の表面で物質の移動が発生しており、より長時間成長を中断した場合、斜面の形状が崩れてしまう。したがって、成長温度下げによる酸素取り込み低減には制約が生じる。一方で、成長中断時間を長くしない場合、ｉ−ＡｌＧａＮの成長時に成長温度が十分に上がりきる前に成長が介しされ、これは、ｉ−ＡｌＧａＮの結晶性や、ｉ−ＡｌＧａＮ／ｉ−ＧａＮ界面におけるＡｌ組成の急峻性が低下する。この低下により、デバイス形成後のオン抵抗の増加を招く。
【００９６】
さらに、Ｃ面に対して大きく傾斜した開口側面にｉ−ＧａＮチャネル層及びｉ−ＡｌＧａＮ電子供給層を再成長するとき、平坦面のＣ面と比して斜面部の成長速度が速くなる。特に、ｉ−ＧａＮチャネル層の成長では酸素等の導電性不純物を取り込みやすくなり、トランジスタ形成後のドレイン耐圧低下の原因となる。
【００９７】
そこで、本実施の形態では縦型トランジスタの電気的特性と信頼性改善に有効な半導体素子の形成法および構造を提供する。本実施例では、基板主面の結晶方位をＣ軸より任意の方向に５度〜４０度程度の角度で傾斜させる。この基板上に半導体積層をエピタキシャル成長する。半導体積層の上面に対して斜面した斜面を形成すると共に、傾斜面とは別の平坦面をＣ面に対して傾斜させる。この斜面は、半導体積層の上面に対して、基板結晶方位に合わせて５度〜４０度程度の角度で傾斜させる。この斜面は、Ｃ面テラスとステップからなる微斜面或いはＣ面のいずれかなる構造を有する。この斜面上に、チャネル層及び電子供給層を再成長する。
【００９８】
ＨＥＭＴ構造を再成長により形成するに先だって、開口斜面にＣ面あるいはＣ面テラスとステップからなる微斜面を形成し、開口内の平坦面及び半導体積層の主面をＣ面に対して傾斜される。この表面の構造上にＨＥＭＴ構造を再成長により形成するとき、図９の（ｂ）部に示されるように、平坦部から斜面部へのIII族原子の取り込みが生じない。また、再成長ｉ−ＧａＮの成長方向がＣ軸と平行になることで酸素の取り込みを低減できる。このため、ｉ−ＧａＮチャネル層のリークに起因するトランジスタのドレインリークを低減できる。
【００９９】
また、Ｃ面あるいはＣ面テラスとステップからなる微斜面が開口部の斜面に形成されるので、仮にｉ−ＧａＮの成長温度を上げたとしても平坦面に対する垂直方向の成長速度の増加を抑えることができ、またｉ−ＡｌＧａＮ成長時にその最適温度への到達時間を長くならない。その結果、ｉ−ＡｌＧａＮ成長時に不十分な成長温度に起因するｉ−ＡｌＧａＮの結晶性の低下やｉ−ＡｌＧａＮ／ｉ−ＧａＮ界面におけるＡｌ組成の急峻性の悪化を避けることができる。また、二次元電子ガスのための界面品質の劣化を伴うトランジスタのオン抵抗増加を防ぐことができる。
【０１００】
電流ブロック層の側面の長さが２次元電子ガスの制御のための実効チャネルとなるので、Ｃ軸を基準にして基板結晶方位を５度以下の角度にすると、そのチャネル長が長くなり、オン抵抗の増加を招く。一方、Ｃ軸を基準にして基板結晶方位を４０度以上の角度にすると、ＲＩＥによる開口部形成以前の下地エピタキシャル成長において成長表面に窒素が表出するようになり、その結果酸素の混入を招く。また、チャネル層と電流ブロック層とのｐｎダイオード耐圧が、電流ブロック層におけるアクセプタ補償、及びチャネル層の過剰ドナーの両影響により低下する。また、これは、電流ブロック層におけるアクセプタ不足は、ドレインリークの増加を招く。特に、Ｃ軸からの傾斜角が４０度を超えるとき、酸素が１×１０１７ｃｍ−３以上でｉ−ＧａＮ層に混入し、ｐｎダイオード構造部の耐圧、及びドレイン耐圧を低下させる。
【０１０１】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本実施の形態によれば、チャネル層のキャリア濃度の増大に起因するリークを低減できる、窒化物電子デバイスを作製する方法を提供できる。また、本実施の形態によれば、チャネル層のキャリア濃度が増大することを避けてリークを低減できる構造を有する、窒化物電子デバイスを提供できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ａ…成長炉、１１…ヘテロ接合トランジスタ、１３…導電性基板、１５…半導体積層、１６…開口、１９…チャネル層、２０…ヘテロ接合、２１…バリア層、２３…ゲート電極、２５…ドリフト層、２７…電流ブロック層、２９…コンタクト層、３１…ソース電極、３３…ドレイン電極、ＣＲ…結晶座標系、５１…III族窒化物半導体基板、５３、５３ｂ…半導体積層、５５…ドリフト層、５７…電流ブロック層、５７…コンタクト層、Ｅ…エピタキシャル基板、６３…マスク、６５…開口、６５ｄ…側面、６５ｅ…底面、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３…基準面、６９…チャネル層、７１…キャリア供給層、７３…ソース電極、７７…ゲート絶縁膜、７９…ゲート電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物電子デバイス、及び窒化物電子デバイスを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体装置が記載されている。この半導体装置は、ピンチオフ特性を改善し、またはチャネル層の移動度を向上させ電気的特性の良好な半導体装置を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８６９４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、窒化物電子デバイスは、基板上に形成される半導体領域を含む。半導体領域は、その主面には開口部を有する層を備える。半導体領域の主面及びの開口部の側面には、チャネル層及びキャリア供給層が再成長される。キャリア供給層はチャネル層上に形成されて、これらはヘテロ接合を形成する。ゲート電極は、キャリア供給層の開口部の側面に形成される。ソース電極は、半導体領域の主面上に形成される。
【０００５】
上記のように、チャネル層は、半導体積層の主面及びの開口部の側面に成長される。チャネル層はアンドープ窒化ガリウム系半導体からなり、この半導体層を半導体積層の主面及びの開口部の側面に成長するとき、主面と斜面の面方位が異なるので、半導体領域の主面への成長は開口部の側面への成長と異なる。半導体積層がｃ面基板上に形成されるとき、半導体領域の成長がｃ面基板上にほぼ平坦に成長されて、半導体領域主面もまた平坦面（実質的にｃ面）になる。
【０００６】
この半導体領域に先のように開口を形成した後に、半導体積層の主面及びの開口部の側面に成長するとき、チャネル層の成長の初期において、主面における成長面は、Ｃ面又はその微斜面から構成される。このような成長面では、窒化ガリウム系半導体の成長において原料の取り込みが制限される。平坦面に取り込まれなかったIII族原子は、半導体領域に主面から開口側面に到達し、そこで多くの原子が取り込まれる。従って、開口側面（平坦面に対して傾斜する斜面）における成長では、Ｃ面に対して垂直方向の成長速度が極端に大きくなり、このエピタキシャル成長時には、その成長方向に起因して、より多くの酸素が開口側面上への成長において取り込まれる。この酸素取込みは、アンドープのチャネル層の成長において生じるので、酸素添加により電子キャリアがチャネル層に生成される。これは、トランジスタのドレインリークの原因となる。
【０００７】
低い成長温度でチャネル層を成長することにより、Ｃ軸垂直方向の成長を抑制することができる。成長温度を下げることにより、Ｃ面への原料の取り込みを促進でき、結果として半導体積層の側面（斜面）への取り込みを相対的に低減できる。
【０００８】
キャリア供給層の結晶性の視点からチャネル層に比べてキャリア供給層の最適な成長温度は高い。これ故に、チャネル層の成長温度の低減は、チャネル層の成長温度からキャリア供給層の成長温度への遷移期間を長くすることになる。この成長中断期間の増大により、高温雰囲気中に晒されているチャネル層の表面において物質の移動が生じて、開口側面に成長されるチャネル層表面の形状が、下地の半導体領域の形状から変形により崩れてしまう。したがって、酸素取り込みの低減のために成長温度を下げることには制約がある。
【０００９】
一方で、遷移期間を短縮して成長中断時間を短くすると、基板温度が十分に安定する前にキャリア供給層の成長が介しされるので、キャリア供給層の結晶性の低下やヘテロ界面の急峻性の低下が生じる。これは、デバイスのオン抵抗増加を招く。
【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、チャネル層のキャリア濃度の増大に起因するリークを低減できる、窒化物電子デバイスを作製する方法を提供することを目的とし、また、チャネル層のキャリア濃度が増大することを避けてリークを低減できる構造を有する、窒化物電子デバイス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】
【００１１】
本発明の一側面に係る発明は、窒化物電子デバイスを作製する方法である。この方法は、（ａ）基板の主面上に半導体積層を成長する工程と、（ｂ）前記半導体積層上にマスクを形成する工程と、（ｃ）前記マスクを用いて前記半導体積層をエッチングして、前記半導体積層の主面に対して斜面を有する開口を前記半導体積層の前記主面に形成する工程と、（ｄ）前記マスクを除去した後に、アンモニア及びIII族元素原料を含む原料ガスを成長炉に供給することによって前記半導体積層の前記主面及び前記斜面上に、チャネル層を第１の成長温度で成長する工程とを備える。前記基板の前記主面は六方晶系III族窒化物からなり、前記半導体積層は、第１の窒化ガリウム系半導体からなるドリフト層、第２の窒化ガリウム系半導体からなる電流ブロック層、及び第３の窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層を含み、前記チャネル層は、アンドープ窒化ガリウム系半導体を含み、前記半導体積層の前記斜面及び前記主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に沿って延在し、前記半導体積層の前記主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、前記第１の基準面の法線ベクトルと前記基準軸との成す角度は前記第２の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さい。
【００１２】
この作製方法によれば、ｃ軸に対する傾斜角の違いに応じて半導体積層主面への成長と半導体積層斜面上への成長とに違いがある。しかし、半導体積層の主面は、上記の基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、第１の基準面（半導体積層の斜面が延在する面）の法線ベクトルと基準軸（ｃ軸）との成す角度は第２の基準面（半導体積層の主面が延在する面）の法線ベクトルと基準軸（ｃ軸）との成す角度より小さい。これ故に、半導体積層の斜面における成長が、半導体積層の主面に比べてよりｃ面に近くなる。したがって、半導体積層の斜面における成長において、酸素取込みの程度を低減できる。酸素添加によりチャネル層のキャリア濃度が増大することを避けることができ、トランジスタのチャネルリークを低減できる。
【００１３】
本発明の別の側面に係る窒化物電子デバイスは、（ａ）六方晶系III族窒化物からなり、該六方晶系III族窒化物のｃ軸に対して５度以上４０度以下の範囲で傾斜した主面を有する支持基体と、（ｂ）前記支持基体の前記主面上に順に設けられたドリフト層、電流ブロック層及びコンタクト層を含むと共に、前記コンタクト層から前記電流ブロック層を介して前記ドリフト層に至る開口を有する半導体積層と、（ｃ）前記開口の側面に設けられ、窒化ガリウム系半導体を含むチャネル層と、（ｄ）前記開口の前記側面に設けられ、III族窒化物を含むキャリア供給層と、（ｅ）前記開口の前記側面に設けられたゲート電極と、（ｆ）前記半導体積層の主面上に設けられたソース電極と、（ｇ）前記半導体積層及び前記支持基体のいずれかに設けられドレイン電極とを備える。前記チャネル層の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満であり、前記半導体積層の前記側面及び前記主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に対して延在し、前記半導体積層の前記主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に直交する面に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、前記第１の基準面の法線と前記基準軸との成す角度は前記第２の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さく、前記ドリフト層は、第１の窒化ガリウム系半導体からなり、前記電流ブロック層は、第２の窒化ガリウム系半導体からなり、前記コンタクト層は、第３の窒化ガリウム系半導体からなり、前記チャネル層は前記キャリア供給層と前記開口の前記側面との間に設けられ、前記キャリア供給層の前記III族窒化物のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きい。
【００１４】
この窒化物半導体素子によれば、半導体積層の斜面及び主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に対して延在すると共に、半導体積層の主面の法線ベクトルは六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。第１の基準面の法線ベクトルと基準軸との成す角度は第２の基準面の法線と基準軸との成す角度より小さいので、チャネル層の酸素濃度を１×１０１７ｃｍ−３未満にすることができる。酸素添加によりチャネル層のキャリア濃度が増大することを避けることができ、トランジスタのチャネルリークを低減できる。
【００１５】
本発明の一側面は、（ｅ）前記チャネル層を成長した後に、前記第１の成長温度から第２の成長温度に基板温度を上昇する工程と、（ｆ）前記チャネル層上にキャリア供給層を前記第２の成長温度で成長して、基板生産物を形成する工程とを備えることができる。前記キャリア供給層はIII族窒化物半導体を含み、前記キャリア供給層の前記III族窒化物半導体のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きく、前記チャネル層は、前記半導体積層の前記斜面上に成長された第１の部分と、前記半導体積層の前記主面上に成長された第２の部分とを含み、前記キャリア供給層は、前記チャネル層の前記第１の部分上に成長された第１の部分と前記チャネル層の前記第２の部分上に成長された第２の部分とを含み、前記キャリア供給層の前記第１の部分は第２の基準面に対して傾斜し、前記第２の基準面の法線ベクトルは、前記第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。
【００１６】
本発明の一側面によれば、第２の基準面の法線ベクトルが第３の窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。このため、チャネル層を半導体積層の斜面に成長する際に、チャネル層の成長温度を下げることなく、酸素取込みの程度を低減できる。また、チャネル層の成長温度を下げることなく成長するので、第１の成長温度から第２の成長温度に基板温度を上昇する期間が長くならない。これ故に、温度上昇中にチャネル層の表面における原子の移動を低減でき、チャネル層表面の変形を避けることができる。
【００１７】
また、第１の成長温度から第２の成長温度に基板温度を上昇する期間を長くすることなく、基板温度が、第２の成長温度に十分に安定させることができる。基板温度が第２の成長温度に十分に安定した後に、チャネル層とキャリア供給層とのヘテロ界面が形成される。これ故に、低い品質のヘテロ界面の形成を避けることができる。
【００１８】
本発明の一側面及び別の側面は、前記チャネル層の前記第１の部分の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満であることが好適である。この作製方法によれば、チャネル層における酸素濃度に起因したトランジスタリークを低減できる。
【００１９】
本発明の一側面及び別の側面は、前記半導体積層の前記斜面は、前記基準軸に直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことが好適である。本発明の一側面及び別の側面によれば、半導体積層の斜面が上記の角度範囲にあれば、チャネル層の厚さの不均一を低減できる。
【００２０】
本発明の一側面及び別の側面は、前記基板生産物を取り出した後に、前記キャリア供給層上にゲート電極を形成する工程を更に備えることができる。前記開口の前記斜面は、前記ドリフト層の側面、前記電流ブロック層の側面、及び前記コンタクト層の側面を含み、前記電流ブロック層の前記側面は、前記半導体積層の前記主面上に成長された第２の部分に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。前記ゲート電極は前記電流ブロック層の前記側面上に設けられる。
【００２１】
本発明の一側面及び別の側面によれば、電流ブロック層の側面の法線が基準軸に対して５度以上の角度で傾斜するので、チャネル長の増大によるオン抵抗の増加を避けることができる。一方、Ｃ軸を基準にして基板結晶方位を４０度以下の角度でかつ電流ブロック層の法線ベクトルを40度以下に設定すると、ＲＩＥによる開口部形成以前の下地エピタキシャル成長において成長表面の窒素による酸素の混入を低減でき、また、チャネル層と電流ブロック層とのｐｎダイオード耐圧が、電流ブロック層におけるアクセプタ補償、及びチャネル層の過剰ドナーの両影響により低下することを防ぐことができる。
【００２２】
本発明の一側面及び別の側面は、前記半導体積層上に前記マスクを形成する前記工程として、前記半導体積層上に塗布されたレジストに前記開口を規定するエッジを有するパターンを形成する工程と、前記パターン形成されたレジストに熱処理を行って、前記エッジに傾斜面を形成して前記マスクを形成する工程とを含むことができる。前記エッチングでは、ドライエッチングにより前記マスク及び前記半導体積層をエッチングする。
【００２３】
本発明の一側面及び別の側面によれば、マスクが、パターン形成されたレジストに熱処理を行ってエッジに傾斜面を形成することによって形成されるので、開口の傾面の角度の調整が容易になる。
【００２４】
本発明の一側面及び別の側面では、前記基板は導電性の自立III族窒化物基板からなり、前記自立III族窒化物基板の主面の法線は、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に直交する面に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。当該方法は、前記基板の裏面にドレイン電極を形成する工程を更に備えることができる。
【００２５】
本発明の一側面及び別の側面によれば、自立III族窒化物基板の主面が上記の角度範囲内の角度で傾斜するので、半導体積層の主面及び斜面の形成が容易になる。
【００２６】
本発明の一側面及び別の側面は、前記ドリフト層の前記第１の窒化ガリウム系半導体、前記電流ブロック層の前記第２の窒化ガリウム系半導体、及び前記コンタクト層の第３の窒化ガリウム系半導体は、ｎ型ＧａＮ／ｐ型ＧａＮ／ｎ＋型ＧａＮ、及びｎ型ＧａＮ／ｐ型ＡｌＧａＮ／ｎ＋型ＧａＮのいずれかであることが好適である。本発明の一側面及び別の側面によれば、ドリフト層、電流ブロック層及びコンタクト層の好適な組み合わせが提供される。
【００２７】
本発明の一側面及び別の側面では、前記チャネル層及び前記キャリア供給層の材料は、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、及びＡｌＧａＮ／ＡｌＮのいずれかであることができる。本発明の一側面及び別の側面では、チャネル層及びキャリア供給層の好適な組み合わせが提供される。
【００２８】
本発明の一側面及び別の側面は、前記基板生産物を取り出した後に、前記半導体積層の前記主面上にソース電極を形成する工程を更に備えることができる。前記ソース電極は、前記電流ブロック層及び前記コンタクト層に電位を供給し、前記チャネル層と前記キャリア供給層とは接合を成し、前記接合には二次元電子ガス層が形成され、前記ソース電極は、前記チャネル層を流れるキャリアを供給することができる。本発明の一側面及び別の側面によれば、ソース電極が電流ブロック層及びコンタクト層に電位を供給するので、電流ブロック層がチャネル層のバックゲートとして働く。
【００２９】
本発明の一側面及び別の側面は、前記キャリア供給層の前記第１の部分に接合を成すゲート電極を形成する工程を更に備えることができる。本発明の一側面及び別の側面によれば、半導体にショットキ接合を成すゲート電極を用いてチャネルキャリアを制御するトランジスタを提供できる。
【００３０】
本発明の一側面及び別の側面は、前記キャリア供給層の前記第１の部分上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを更に備えることができる。前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成す。本発明の一側面及び別の側面によれば、絶縁膜を介してチャネルキャリアを制御するゲート電極を有するトランジスタを提供できる。
【００３１】
本発明の一側面及び別の側面では、前記ドリフト層の前記第１の窒化ガリウム系半導体はＳｉドープｎ型ＧａＮであり、前記ドリフト層の膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第１の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上３×１０１６ｃｍ−３以下であり、前記電流ブロック層の前記第２の窒化ガリウム系半導体はＭｇドープｐ型ＧａＮであり、前記電流ブロック層の膜厚が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であり、前記第２の窒化ガリウム系半導体のＭｇ濃度は５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であり、前記コンタクト層の前記第３の窒化ガリウム系半導体はＳｉドープｎ型ＧａＮであり、前記コンタクト層の膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、前記第３の窒化ガリウム系半導体Ｓｉ濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることは好適である。本発明の一側面及び別の側面によれば、半導体積層が上記の値を有する窒化ガリウム系半導体を含むとき、好適なトランジスタ特性が提供される。
【００３２】
本発明の一側面及び別の側面では、前記キャリア供給層はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）を含み、前記キャリア供給層の膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記チャネル層はアンドープＧａＮを含み、前記チャネル層の膜厚が２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることができる。本発明の一側面及び別の側面によれば、キャリア供給層及びチャネル層は、ゲート電極と電流ブロック層との間において上記の値を持つとき、好適なトランジスタ特性が提供される。
【００３３】
本発明の一側面及び別の側面に係る窒化物電子デバイスでは、前記半導体積層の前記側面は、前記基準軸に直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことができる。この窒化物電子デバイスよれば、半導体積層の側面が上記の角度範囲にあれば、チャネル層の厚さの均一性を向上できる。
【００３４】
本発明の一側面及び別の側面に係る窒化物電子デバイスでは、前記ゲート電極は前記キャリア供給層に接合を成すことができる。ゲート電極と電流ブロック層との間に前記キャリア供給層及びチャネル層が設けられる。本発明の一側面及び別の側面によれば、半導体にショットキ接合を成すゲート電極を用いてチャネルキャリアを制御するトランジスタを提供できる。
【００３５】
或いは、本発明の一側面及び別の側面に係る窒化物電子デバイスは、前記キャリア供給層上に設けられたゲート絶縁膜を更に備えることができる。前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成す。ゲート絶縁膜と電流ブロック層との間に前記キャリア供給層及びチャネル層が設けられる。本発明の一側面及び別の側面によれば、絶縁膜を介してチャネルキャリアを制御するゲート電極を有するトランジスタを提供できる。
【００３６】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、チャネル層のキャリア濃度の増大に起因するリークを低減できる、窒化物電子デバイスを作製する方法が提供される。また、本発明の別の側面によれば、チャネル層のキャリア濃度が増大することを避けてリークを低減できる構造を有する、窒化物電子デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタの構造を示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を含む工程フローを示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、開口部の側面の傾斜とチャネル層厚の均一性とを説明する図面である。
【図８】図８は、チャネル層及びキャリア供給層を成長する再成長温度シーケンスを示す図面である。
【図９】図９は、物理的に形成された下地面における結晶の再成長機構を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物電子デバイス、窒化物電子デバイスを作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００４０】
図１は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタの構造を示す図面である。ヘテロ接合トランジスタ１１は、導電性の支持基体１３と、半導体積層１５と、チャネル層１９と、キャリア供給層２１と、ゲート電極２３とを備える。支持基体１３は、半極性を示す主面１３ａ及び裏面１３ｂを有し、この主面１３ａは六方晶系のIII族窒化物からなる。主面１３ａは、該六方晶系III族窒化物のｃ軸の方向に延在する基準軸Ｃｘ（ｃ軸ベクトルＣＶ）に対して５度以上４０度以下の範囲で傾斜しており、これ故に、主面１３ａの法線軸（法線ベクトルＮＶ）Ｎｘは、基準軸Ｃｘに対して上記の角度で傾斜している。半導体積層１５は開口部１６を有し、この開口部１６は支持基体１３の主面１３ａから離れた底部１６ｂを有する。開口部１６は、半導体積層１５に形成されたメサ、凹部又は溝により規定される。チャネル層１９は、窒化ガリウム系半導体からなり、また半導体積層１５の開口部１６内に設けられる。キャリア供給層２１は、III族窒化物からなり、また半導体積層１５の開口部１６内に設けられると共に開口部１６内のチャネル層１９に沿って延在する。
【００４１】
キャリア供給層２１のIII族窒化物のバンドギャップはチャネル層１９の窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きい。ゲート電極２３はキャリア供給層２１上に設けられ、開口部１６内においてキャリア供給層２１はチャネル層１９とゲート電極２３との間に位置する。ゲート電極２３は開口部１６の側面１６ａ上に設けられ、チャネル層１９のキャリア伝導を制御する。チャネル層１９とキャリア供給層２１とはヘテロ接合２０を成す。ゲート電極２３は、ヘテロ接合２０に沿った二次元電子ガスの生成を制御する。
【００４２】
半導体積層１５は、第１導電型窒化ガリウム系半導体層を含むドリフト層２５、第２導電型窒化ガリウム系半導体層を含む電流ブロック層２７、及び第１導電型窒化ガリウム系半導体層を含むコンタクト層２９を含む。ドリフト層２５は、例えばＳｉドープｎ型半導体であり、また基板１３の主面１３ａ上に設けられる。電流ブロック層２７は、例えばｐ導電性を有し、またコンタクト層２９とドリフト層２５との間に設けられる。コンタクト層２９は、電流ブロック層２７と支持基体１３との間に設けられ、コンタクト層２９は、例えばｎ導電性半導体であることができる。半導体積層１５はｎｐｎ構造の構成を含む。
【００４３】
ドリフト層２５は、半導体積層１６の開口部１６の側面１６ａ及び底面１６ｂに位置する端面２５ａを有する。電流ブロック層２７は、半導体積層１５の開口部１６の側面１６ａに位置する端面２７ａを有する。コンタクト層２９は、半導体積層１５の開口部１６の側面１６ａに到達する端面２９ａを有する。チャネル層１９は、ドリフト層２５の端面２５ａ及び上面２５ｄ、電流ブロック層２７の端面２７ａ並びにコンタクト層２９の端面２９ａ上に設けられる。
【００４４】
半導体積層１５の斜面１５ａ及び主面１５ｃは、それぞれ、第１及び第２の基準面Ｒ１、Ｒ２に対して延在する。半導体積層１５の主面１５ｃは六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸Ｃｘに対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。第１の基準面Ｒ１の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度は第２の基準面Ｒ２の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度より小さい。チャネル層１９は、半導体積層１５の斜面１５ａ上に設けられた部分を有する。この部分は、ゲート電極２３と電流ブロック層２７の端面２７ａとの間に位置し、その酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満である。
【００４５】
このヘテロ接合トランジスタ１１によれば、半導体積層１５の斜面１５ａ及び主面１５ｃは、それぞれ、第１及び第２の基準面Ｒ１、Ｒ２に対して延在する。半導体積層１５の主面１５ｃは六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸Ｃｘに対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜すると共に、第１の基準面Ｒ１の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度は第２の基準面Ｒ２の法線と基準軸Ｃｘとの成す角度より小さいので、チャネル層１９の酸素濃度を１×１０１７ｃｍ−３未満にすることができる。これ故に、チャネル層１９において、酸素添加によりキャリア濃度が増加することを避けることができ、チャネル層を介したトランジスタのリーク電流を低減できる。
【００４６】
このヘテロ接合トランジスタ１１では、半導体積層１５の斜面１５ａは、基準軸Ｃｘに直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことが好適である。半導体積層１５の斜面１５ａが上記の角度範囲にあれば、所望の特性（例えば、キャリア濃度）を有するチャネル層を形成できると共に、チャネル層厚の均一性が良好になる。
【００４７】
好適な実施例では、図１に示されるように、開口部１５の側面１５ａは、ｃ軸に直交又はほぼ直交する平面に沿って設けられている。図１においては、結晶座標系ＣＲが示されており、基準軸Ｃｘはｃ軸の方向を示している。ｍ面は結晶座標系ＣＲのｍ軸に直交する面であり、ａ面は結晶座標系ＣＲのａ軸に直交する面である。開口部１６の側面１６ａは、III族窒化物半導体のａ面に対して第１の角度を成し、III族窒化物半導体のｍ面に対して第２の角度を成すと共にIII族窒化物半導体のｃ面に対して第３の角度を成す。これらの角度は、それぞれの面における法線動詞の成す角度として規定される。この定義に基づくとき、第３の角度は第１の角度よりも小さく、第３の角度は第２の角度よりも小さい。
【００４８】
ヘテロ接合トランジスタ１１は、コンタクト層２５に直接に接続されたソース電極３１を更に備えることができる。ソース電極３１は電流ブロック層にキャリアを供給するように接続されている。ソース電極３１がコンタクト層２５だけでなく、電流ブロック層２７にも電気を供給するとき、電流ブロック層２７の電位はソース電極３１を用いて印加されて、これが背面バイアスとなる。これは、ヘテロ接合トランジスタ１１にノーマリオフ動作をさせるために好適である。
【００４９】
ヘテロ接合トランジスタ１１では、支持基体１３の裏面１３ｂに設けられたドレイン電極３３を更に備えることができる。ドレイン電極３３が支持基体１３の裏面１３ｂに設けられるので、ドレイン電極３３をゲート電極２３から隔てることができる。
【００５０】
コンタクト層２９の第１の面２９ｂは、チャネル層１９と接合を成す。コンタクト層２９の第２の面２９ｃは、電流ブロック層２７の第１の面２７ｂと接合を成す。ドリフト層２９の第１の面２９ｂは、電流ブロック層２７の第２の面２７ｃと接合を成す。ドリフト層２９の第２の面２９ｃは、支持基体１３の主面１３ａと接合を成す。
【００５１】
開口部１６の側面１６ａでは、チャネル層１９の裏面は、ドリフト層２９の端面２９ａと接合を成す。また、チャネル層１９の裏面は、ドリフト層２５の端面２５ａと接合を成す。チャネル層１９の裏面は、及び電流ブロック層２７の端面２７ａと接合を成す。
【００５２】
ヘテロ接合トランジスタ１１では、支持基体１３はｎ型ＧａＮからなり、ドリフト層２５はアンドープＧａＮからなり、電流ブロック層２７はｐ＋型ＧａＮからなり、及びコンタクト層２９はｎ＋型ＧａＮからなり、チャネル層１９はアンドープＧａＮからなり、キャリア供給層２１はＡｌＧａＮからなることができる。
【００５３】
ゲート電極２３は、キャリア供給層２１にショットキ接合を成すことができる。ゲート電極２３と電流ブロック層２７の端面２７ａとの間にキャリア供給層２１及びチャネル層１９が設けられる。この実施例は、半導体にショットキ接合を成すゲート電極２３を用いてチャネルキャリアを制御するトランジスタを提供できる。
【００５４】
或いは、ヘテロ接合トランジスタ１１は、キャリア供給層２１上に設けられたゲート絶縁膜を更に備えることができる。このゲート絶縁膜にゲート電極２３は接合を成すことができる。キャリア供給層２１及びチャネル層１９がゲート絶縁膜と電流ブロック層２７の端面２７ａとの間に設けられる。この実施例においては、絶縁膜を介してチャネルキャリアを制御するゲート電極２３を有するトランジスタを提供できる。
【００５５】
ヘテロ接合トランジスタ１１の一実施例を以下に示す。
支持基体１３：ｎ型ＧａＮ（電子濃度：１×１０１９ｃｍ−３）。
チャネル層１９：アンドープＧａＮ（電子濃度：１×１０１６ｃｍ−３、厚さ：３０ｎｍ）。
キャリア供給層２１：アンドープＡｌＧａＮ（厚さ：３０ｎｍ、Ａｌ組成比０．２５）。
ドリフト層２５：Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（電子濃度：１×１０１６ｃｍ−３、厚さ：５μｍ）。
電流ブロック層２７：Ｍｇドープｐ＋型ＧａＮ（正孔濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：０．５μｍ）。
コンタクト層２９：Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（電子濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：０．３μｍ）。
このヘテロ接合トランジスタによれば、実用的な構造の一例が提供される。
【００５６】
また、ドリフト層２５の膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下であり、ドリフト層２５の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上３×１０１６ｃｍ−３以下であることができる。電流ブロック層２７の膜厚が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であり、電流ブロック層２７の窒化ガリウム系半導体のＭｇ濃度は５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であることができる。コンタクト層２９の膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、コンタクト層２９の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることは好適である。半導体積層１５が、上記の値を有する窒化ガリウム系半導体を含むとき、好適なトランジスタ特性が提供される。
【００５７】
さらに、キャリア供給層２１はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）を含むことができ、キャリア供給層２１の膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることができる。チャネル層１９はアンドープＧａＮを含むことができ、チャネル層１９の膜厚が２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることができる。キャリア供給層２１及びチャネル層１９は、ゲート電極２３と電流ブロック層２７との間において上記の値を持つとき、好適なトランジスタ特性が提供される。
【００５８】
ヘテロ接合トランジスタ１１の動作を説明する。ヘテロ接合トランジスタ１１の導通及び非導通は、ゲート電極２３に印加される電圧により制御される。ヘテロ接合トランジスタ１１が非導通であるとき、ヘテロ接合トランジスタ１１のソース電極３１及びドレイン電極３３の間に電流は流れない。ヘテロ接合トランジスタ１１が導通であるとき、ソース電極３１からキャリアがコンタクト層２９に流れ込む。コンタクト層２９からチャネル層１９にキャリアが流れ込む。ゲートバイアスにおかげで二次元電子ガスチャネルが形成されているので、キャリアは、ゲート電極直下のチャネルを通過する。チャネルを通過したキャリアは、ドレインバイアスに引かれて、チャネル層１９からドリフト層２５に流れ込む。さらに、ドリフト層２５を走行したキャリアは、支持基体１３を介してドレイン電極３３に到達する。
【００５９】
有用な形態では、ドリフト層２５の端面２５ａは、この半導体層２５のｃ面を含むことが良い。また、電流ブロック層２７の端面２７ａは、この半導体層２７のｃ面を含むことが良い。さらに、コンタクト層２９の端端面２９ａは、この半導体層２９のｃ面を含むことが良い。ｃ面及びｃ面に近い微傾斜面にすれば、開口部１６の側面１６ａ上への半導体層の成長の際に、酸素といった不純物の取り込みを低減できる。
【００６０】
図２は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を含む工程フローを示す図面である。図３〜図６は、本実施の形態に係るヘテロ接合トランジスタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【００６１】
工程Ｓ１０１では、III族窒化物半導体の半極性を示す主面５１ａを有する導電性基板（図３の（ａ）部では、基板は参照番号「５１」として参照される）を準備する。例えば、導電性基板５１として、III族窒化物半導体基板を用いることができる。III族窒化物半導体基板は、例えばＧａＮ、ＡｌＮ等からなることができる。導電性基板５１の主面５１ａは、後の工程で形成される開口の側面に所望の面方位を提供できるように選択される。主面５１ａの傾斜角は、基板のｃ軸の方向を示す基準軸Ｃｘ（ベクトルＣＶ）に対して５度以上４０度以下の範囲である。
【００６２】
工程Ｓ１０２では、III族窒化物半導体基板５１を成長炉１０ａに配置した後に、図３の（ａ）部に示されるように、III族窒化物半導体基板５１の熱クリーニングを行う。熱クリーニングは、例えばアンモニア及び水素を含む雰囲気においてIII族窒化物半導体基板５１の熱処理によって行われる。熱処理は、例えば１０分間程度である。また、熱処理温度は、例えば摂氏１０３０度程度である。炉内圧力は例えば１００Ｔｏｒｒである。
【００６３】
工程Ｓ１０３では、図３の（ｂ）部に示されるように、基板５１の主面５１ａに半導体積層５３を成長して、エピタキシャル基板Ｅを形成する。半導体積層５３の形成では、第１導電型窒化ガリウム系半導体からなるドリフト層５５、第２導電型窒化ガリウム系半導体からなる電流ブロック層５７、及び第１導電型窒化ガリウム系半導体のためのコンタクト層５９を基板５１の主面５１ａ上に順に成長する。この成長は、例えば有機金属気相成長法で行われる。ドリフト層５５は、例えば厚さ５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなり、電流ブロック層５７は例えば厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなり、及びコンタクト層５９は例えば厚さ０．２μｍのＳｉドープｎ＋型ＧａＮからなる。このとき、半導体積層５３の厚さは５．７μｍである。半導体積層５３における接合６１ａ、６１ｂの各々も、基板５１の主面５１ａの面方位と同じ面方位を示す。
【００６４】
工程Ｓ１０４でが、エッチング条件の適正化のために半導体積層５３及び／又は基板５１のＸ線回折の測定を行って、主面５１ａ及び／又は５３ａの面方位を見積もることができる。Ｘ線回折の測定結果を用いて、エッチング条件等を調整を行って、半導体積層５３に所望の開口を形成できる。
【００６５】
エピタキシャル基板Ｅを成長炉１０ａから取り出した後に、工程Ｓ１０４では、半導体積層５３の主面５３ａ上にマスクを形成する。まず、図４の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０５−１では、半導体積層５３の主面５３ａ上にレジストを塗布してレジスタ膜６０を形成する。レジスト膜６０の膜厚は例えば1μｍ〜5μｍであることができる。工程Ｓ１０５−２では、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜６０にパターン形成して、図４の（ｂ）部に示されるように、パターン形成されたレジスト層６２を形成する。このパターンは、開口部の形状を規定する。レジスト層６２は、現像により形成された側面６２ａ及び上面６２ｂを含む。工程Ｓ１０５−３では、パターン形成されたレジスト層６２をベークして、図４の（ｃ）部に示されるように、ベークされたパターン形成されたレジスト層、つまりマスク６３を形成する。マスク６３は、傾斜した側面６３ａ及び上面６３ｂを含む。マスク６３の傾斜した側面６３ａは、実際には平坦な平面ではない。主面５３ａにおける傾斜した側面６３ａの基点とレジストの平坦な上面のエッジとを結ぶ線分の傾斜は、ベーク前に比べてベークにより大きくなる。ベーク時間は、レジストの種類や厚さに依存するが、例えば窒素雰囲気で摂氏９０度、５分であることができる。マスク６３は、半導体積層５３に形成される開口の形状及び位置を規定する開口６３ｃを有する。
【００６６】
フォトリソグラフィ法でマスク６３を形成した後に、工程Ｓ１０６では、図５の（ａ）部に示されるエッチング装置１０ｂにエピタキシャル基板Ｅを配置する。この装置１０ｂ及びマスク６３を用いて半導体積層５３のドライエッチングを行う。このドライエッチングは、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）であることができる。エッチャントとして不活性ガス及び塩素系エッチャント（Ｃｌ２ガス）を含むエッチャントを使用できる。不活性ガスとして、例えばアルゴン、ネオン、窒素等を用いることができる。マスク６３を用いたドライエッチングにより、半導体積層５３に開口６５が形成される。開口形成の結果として、開口６５を含む半導体積層５３ｂが形成される。エッチングでは、マスク６３の傾斜側面６３ａは、エッチングが進むに従い削られて、平坦な上面６３ｂのエッジが後退していく。また、エッチング中に、マスク６３の側面６３ａの傾斜が半導体積層５３の開口６５の側面の形状に転写されていく。上記の方法は、半導体積層５３の開口６５の側面を傾斜させる一方法であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６７】
開口６５は、表面５３ａのコンタクト層５９からドリフト層５５に到達する。開口６５は側面６５ｄ及び底面６５ｅによって規定される。開口６５の側面６５ｄ及び底面６５ｅには、ドリフト層５５の側面５５ａ及び上面５５ｂ、電流ブロック層５７の側面５７ａ、及びコンタクト層５９の側面５９ａが現れている。開口６５の底面６５ｅには、ドリフト層５５の上面５５ｂが現れている。
【００６８】
工程Ｓ１０７では、図５の（ｂ）部に示されるように、マスク６３が除去される。この結果、基板生産物ＳＰ１が形成される。基板生産物ＳＰ１では、開口６５は、第１〜第３部分６５ａ、６５ｂ、６５ｃを有する。第１の部分６５ａでは、ドリフト層５５の上面５５ｂ（底面６５ｅ）が露出している。第２の部分６５ｂでは、開口６５の側面６５ｄが、ドリフト層５５の上面５５ｂから半導体積層５３ｂの表面５３ａまで傾斜して延在する。第３の部分６５ｃでは、半導体積層５３ｂの表面５３ａ（コンタクト層５９の表面）が露出している。
【００６９】
図５の（ｂ）部では、単一の開口６５が描かれているけれども、基板５１には多数の開口が配列されている。これ故に、半導体積層５３ｂは、開口６３の形状に応じて、メサ形状、或いは凹部（例えば溝）を含む形状を成す。側面６５ｄは、基板５１の主面５１ａに対して傾斜しており、また半導体積層５３ｂの表面５３ａに対して傾斜している。マスク６３を用いたエッチングにより、側面６５ｄの具体的な傾斜角を制御できる。
【００７０】
必要な場合には、エッチング工程の前に、工程Ｓ１０４で半導体の面方位をＸ線回折により調べて、Ｘ線回折により半導体の面方位を見積もることが好ましい。この見積もり結果に基づき、エッチング条件を調整することができる。条件の調整は、半導体積層６５の側面６５ａの傾斜の制御に好適である。また、必要な場合には、この見積もり結果に基づき、レジスト膜厚、露光条件、及び／又はベーク条件を調整することができる。Ｘ線回折を行う工程は、エッチングを行う前であり、半導体積層５３が形成された後である。
【００７１】
側面６５ｄは、全体としては、基準面Ｒ１１に沿って延在している。基準面Ｒ１１は基板５１の主面５１ａの法線及び基板５１の主面５１ａの両方に対して傾斜している。開口６５の底面６５ｅは基準面Ｒ１２に沿って延在しており、半導体積層５３ｂの主面５３ａは基準面Ｒ１３に沿って延在している。基準面Ｒ１１の法線とｃ軸との成す角度は、基準面Ｒ１２、Ｒ１３の法線とｃ軸との成す角度より小さい。好適な実施例では、半導体積層５３ｂの主面５３ａは基板５１の主面５１ａと実質的に平行であることができる。基準面Ｒ１１（つまり、側面６５ｄ）と基準面Ｒ１２、Ｒ１３（主面５３ａ、底面６５ｅ）との成す角度は例えば５度から４０度の範囲にあることができる。
【００７２】
チャネル層及びキャリア供給層の成長に先立って、必要な場合には、基板生産物ＳＰ１の前処理（例えば、洗浄）を行った後に、基板生産物ＳＰ１を成長炉１０ａに配置することができる。
【００７３】
工程Ｓ１０８では、アンモニア及びIII族元素原料を含む原料ガスＧ１を成長炉１０ａに供給して、図６の（ａ）部に示されるように、半導体積層５３ｂの主面５３ａ、開口６５の側面６５ｄ及び底面６５ｅ上に、チャネル層６９を成長温度ＴＧ１で成長する。チャネル層６９はアンドープ窒化ガリウム系半導体からなる。チャネル層６８は、第１の部分６９ａ、第２の部分６９ｂ及び第３の部分６９ｃを含む。第１の部分６９ａは、開口６５の側面６５ｄ上に成長され、基準面Ｒ２１に沿って延在する。基準面Ｒ２１は、基板５１の主面５１ａに対して傾斜する。基準面Ｒ２１の法線は、例えばｃ軸に対して−１０度〜＋１０度の角度範囲内にあり、好適な実施例ではチャネル層６９の窒化ガリウム系半導体のｃ軸にほぼ直交することができる。第２の部分６９ｂは、半導体積層５３ｂの主面５３ａ上に成長され、法線軸Ｎｘに直交する基準面Ｒ２２に沿って延在する。第１の部分６９ａは、基準面Ｒ２１に対して傾斜する。第３の部分６９ｃは、開口６５の底面６５ｅ上に成長され、基準面Ｒ２３に沿って延在する。第１の部分６９ａは、基準面Ｒ２２、Ｒ２３に対して傾斜する。好適な実施例では、開口部６５の底面６５ｅの形状はエッチング条件やマスクの材質や形状に依存するが、好適な実施例では、基準面Ｒ２３は基準面Ｒ２２と実質的に平行であり、また基準面Ｒ２３及び基準面Ｒ２２は基板５１の主面５１ａに平行であることができる。
【００７４】
半導体積層６５の側面６５ｄ上にチャネル層６９の部分が成長され、側面６５ｄの面方位のおかげで、この部分の酸素濃度は１×１０１６ｃｍ−３未満にできる。チャネル層６９における酸素濃度に起因したドレインリークを低減できる。
【００７５】
また、電流ブロック層５７の側面５７ａが基準軸Ｃｘに対して５度以上の角度で傾斜するので、チャネル長の増大によるオン抵抗の増加を避けることができる。電流ブロック層５７の端面５７ａが基準軸Ｃｘに対して４０度以下の角度で傾斜するので、その上に成長されたチャネル層６９において面方位に起因する酸素濃度の増加を避けることができる。
【００７６】
工程Ｓ１０９では、チャネル層６９を成長した後にキャリア供給層７１を成長する前に、成長温度ＴＧ１から成長温度ＴＧ２に基板温度を上昇する。この温度変更は、例えばアンモニアを成長炉１０ａに流しながら行われる。例えば、チャネル層６９がＧａＮからなると共に、キャリア供給層７１がＡｌＧａＮからなるとき、成長温度ＴＧ１は例えば９５０度であり、成長温度ＴＧ２は例えば１０８８０度である。成長温度ＴＧ１は例えば摂氏900度以上摂氏1100度以下であり、成長温度ＴＧ２は例えば摂氏1000度以上摂氏1200度以下である。
【００７７】
半導体積層５３の主面５３ａが基準軸Ｃｘに対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜する。このため、半導体積層６５の斜面６５ｄにチャネル層６９を成長する際に、成長温度ＴＧ１を下げることなく、チャネル層６９への酸素取込みの程度を低減できる。また、成長温度ＴＧ１を下げることなくチャネル層６９が成長されるので、成長温度ＴＧ１から成長温度ＴＧ２に基板温度を上昇する期間が長くならない。これ故に、温度上昇中にチャネル層６９の表面における原子の移動を低減でき、チャネル層表面の変形を避けることができる。
【００７８】
また、成長温度ＴＧ１から成長温度ＴＧ２に基板温度を上昇する期間が長くすることなく、基板温度を成長温度ＴＧ２に十分に安定させることができる。基板温度が成長温度ＴＧ２に十分に安定した後に、引き続き成長されるキャリア供給層７１とチャネル層６９とのヘテロ界面７０が形成される。これ故に、低い品質のヘテロ界面７０の形成を避けることができる。
【００７９】
工程Ｓ１１０では、アンモニア及びIII族元素原料を含む原料ガスＧ２を成長炉１０ａに供給して、図６の（ｂ）部に示されるように、半導体積層５３ｂの主面５３ａ、開口６５の側面６５ｄ及び底面６５ｅ上に、キャリア供給層７１を成長温度ＴＧ２で成長する。キャリア供給層７１はチャネル層６９とヘテロ接合７０を形成する。キャリア供給層７１はIII族窒化物半導体からなる。キャリア供給層７１は、第１の部分７１ａ、第２の部分７１ｂ及び第３の部分７１ｃを含む。第１の部分７１ａは、開口６５の側面６５ｄ上に成長され、基準面Ｒ３１に沿って延在する。基準面Ｒ３１は、基板５１の主面５１ａに対して傾斜する。基準面Ｒ３１の法線は、例えばｃ軸に対して−１０度〜＋１０度の角度範囲内にあり、好適な実施例では、基準面Ｒ３１はキャリア供給層７１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸にほぼ直交することができる。第２の部分７１ｂは、半導体積層５３ｂの主面５３ａ上に成長され、基準面Ｒ３２に沿って延在する。第１の部分７１ａは、基準面Ｒ３２に対して傾斜する。第３の部分７１ｃは、開口６５の底面６５ｅ上に成長され、基準面Ｒ３３に沿って延在する。第１の部分７１ａは、基準面Ｒ３３に対して傾斜する。本実施例では、基準面Ｒ３３は基準面Ｒ３２と実質的に平行であり、また基準面Ｒ３３及び基準面Ｒ３２は基板５１の主面５１ａに平行である。キャリア供給層７１のIII族窒化物半導体のバンドギャップは、チャネル層６９の窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きい。チャネル層６９とキャリア供給層７１とは接合７０を成し、接合７０に沿って二次元キャリアガス層が形成される。
【００８０】
キャリア供給層７１の成長が完了した後に、基板生産物ＳＰ２の温度を成長温度ＴＧ２からの低下を開始することができる。キャリア供給層７１の成長が完了した後にキャリア供給層７１の成長温度ＴＧ２以下の温度の所定雰囲気にキャリア供給層７１の表面７１ａをさらしながら降温を行う。所定雰囲気は、窒素（Ｎ２）を含むと共にアンモニアを含まない。
【００８１】
工程Ｓ１１１では、基板生産物ＳＰ２の温度を下げて基板生産物ＳＰ２を取り出す。工程Ｓ１１２ａ又は工程Ｓ１１２ｂの電極形成工程では、キャリア供給層７１上にゲート電極を形成する。より具体的には、電極形成工程では、半導体積層５３ｂの半導体層５７、５９に接触を成すソース電極の形成、基板５１の裏面５１ｂに接触を成すドレイン電極の形成、ゲート絶縁膜７７の形成、及びゲート絶縁膜７７に接触を成すゲート電極の形成を行う。
【００８２】
半導体積層５３ｂの主面５３ａ上にソース電極を形成することができる。このソース電極は、電流ブロック層５７及びコンタクト層５９に電位を供給する。ソース電極７３は、チャネル層６９を流れるキャリアを供給し、キャリアは二次元キャリアガスを介してドリフト層５５に流れる。この作製方法によれば、ソース電極が電流ブロック層５７及びコンタクト層５９に電位を供給するので、電流ブロック層５７がチャネル層６９に対してバックゲートとして働く。
【００８３】
（実施例）
エピタキシャル基板の作製。
窒化ガリウム膜をＭＯＣＶＤ法により成膜する。ガリウム原料として、トリメチルガリウムを用いる。窒素原料としては、高純度アンモニアを用いる。キャリアガスとしては、純化した水素を用いる。高純度アンモニアの純度は、９９．９９９％以上であり、純化水素の純度は９９．９９９９９５％以上である。ｎ型ドーパントとして水素ベースのシランを用い、ｐ型ドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。基板として導電性の窒化ガリウム基板を用い、この基板のサイズは２インチである。まず、摂氏１０３０度の温度及び１００Ｔｏｒｒの圧力で、アンモニアと水素の雰囲気中で基板のクリーニングを行う。その後に、摂氏１０５０度に昇温した後に、２００Ｔｏｒｒの圧力、及び１５００のＶ／IIIモル比で窒化ガリウム層を成膜する。本実施例では、ＧａＮ基板主面のオフ角は１８度である。
【００８４】
窒化ガリウム基板上に、厚さ５μｍのアンドープＧａＮドリフト層、厚さ０．５μのｐ型ＡｌＧａＮ電流ブロック層、厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮキャップ層（コンタクト層）が順に成長される。ドリフト層のＳｉ濃度は１×１０１６ｃｍ−３であり、バリア層のＭｇ濃度は１×１０１８ｃｍ−３であり、キャップ層のＳｉ濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。この成膜により、窒化ガリウム基板上にｎｐｎ構造の半導体積層を有するエピタキシャル基板が作製される。
【００８５】
デバイス構造の作製。
このエピタキシャル基板に開口部を形成する。このためのマスクは、エピタキシャル膜表面にレジストを塗布した後にフォトリソグラフィによりレジストにパターンを形成して作製される。このマスクを用いて、エピタキシャル基板に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により開口部を形成して、開口を有する基板生産物をする。開口部の斜面の傾斜角に関しては、ＧａＮ基板のｃ軸方向に延在する基準軸と開口部の斜面の法線との角度差は−１０度より大きく＋１０度未満であることが好ましい。この角度範囲の外側の角度では、チャネル層としてアンドープＧａＮの再成長を行った場合、その傾斜角度の斜面上におけるチャネル層厚の均一性が良好でなくなる。
【００８６】
図７は、開口部の側面の傾斜とチャネル層厚の均一性とを説明する図面である。座標軸は、図１に示された座標軸Ｓに従う。開口部の側面がｃ面又はｃ面に近い面であるので、チャネル層の表面にｃ面が形成される傾向にある。図７の（ａ）には、比較的大きい傾斜を有する開口部の側面上に成長されたチャネル層の形態を示す。開口部の側面は、基準面Ｒ０に沿って延在しており、チャネル層の表面は、ｃ軸にほぼ直交する基準面ＲＣ１に沿って延在する。基準面ＲＣ１と基準面Ｒ０との成す角度ＴＨ１が大きすぎるとき、開口部の斜面上において、開口部の底面から半導体積層の上面への方向に、チャネル層厚の徐々に厚くなり、これ故に、チャネル層厚の均一性が良好でない。電流ブロック層の側面の上端上におけるチャネル層厚が厚すぎるとき、ゲート電極の電界がチャネル層の深部に及ばなくなり、リーク電流の増大になる。また、電流ブロック層の側面の下端上におけるチャネル層厚が薄すぎるとき、下地のｐ型層からのｐ型ドーパント拡散の影響によりオン抵抗の増大になる。
【００８７】
図７の（ｂ）には、比較的小さい傾斜を有する開口部の側面上に成長されたチャネル層の形態を示す。開口部の側面は、基準面Ｒ０に沿って延在しており、チャネル層の表面は、ｃ軸にほぼ直交する基準面ＲＣ２に沿って延在する。基準面ＲＣ２と基準面Ｒ０との成す角度ＴＨ２が大きすぎるとき、開口部の斜面上において、半導体積層の上面から開口部の底面への方向に、チャネル層厚の徐々に厚くなり、これ故に、チャネル層厚の均一性が良好でない。電流ブロック層の側面の上端上におけるチャネル層厚が薄すぎるとき、チャネル電流が流れるチャネル層断面が小さくなり、オン抵抗の増大になる。また、電流ブロック層の側面の下端上におけるチャネル層厚が厚すぎるとき、ゲート電極の電界がチャネル層の深部に及ばなくなり、リーク電流の増大になる。
【００８８】
図７の（ｃ）には、ｃ軸に対する基板主面の傾斜角とほぼ等しい傾斜の開口部側面上に成長されたチャネル層の形態を示す。開口部の側面がｃ面又はｃ面に近い面であるので、チャネル層の表面にｃ面が形成される傾向にある。開口部の側面は、基準面Ｒ０に沿って延在しており、チャネル層の表面は、ｃ軸にほぼ直交する基準面ＲＣ３に沿って延在する。基準面ＲＣ３と基準面Ｒ０とはほぼ平行にあるとき、開口部の斜面上において、開口部の底面から半導体積層の上面への方向に、チャネル層厚の変化は小さくなり、これ故に、チャネル層厚の均一性が良好になる。電流ブロック層の側面の上端上におけるチャネル層厚が、電流ブロック層の側面の下端上におけるチャネル層厚とほぼ等しいとき、ゲート電極の電界がチャネル層の深部に十分に及んでリーク電流を抑制でき、また、下地のｐ型層からのｐ型ドーパント拡散の影響によるオン抵抗増大も防げる。
【００８９】
本実施例では、結晶方位はＸＲＤのω−２θスキャンで把握すると共に、その結晶方位に応じて、反応性ガス（塩素等）／不活性ガス(希ガス)の供給比の調整により、斜面形成ＲＩＥ時に基板垂直方向のエッチングレートを変更することで開口部の傾斜角を調節することにより、エッチングにより生成される開口部の側面の傾斜角が先に述べた角度差の範囲になるように形成できる。
【００９０】
レジストマスクの除去と基板洗浄の後に、図８に示される再成長温度シーケンスに従ってチャネル層及びキャリア供給層を成長する。まず、時刻ｔ０でＭＯＣＶＤ装置に基板生産物を導入して、時刻ｔ１で摂氏４００度に基板温度を上昇させる。さらに、アンモニア及び水素を含む雰囲気で摂氏９５０度まで温度を上昇した後に、熱クリーニングを行う。次いで、引き続きアンモニア及び水素を成長炉に供給しながらIII族有機金属原料（ＴＭＧ）を成長炉に時刻ｔ２に供給して、厚さ１００ｎｍのｉ−ＧａＮチャネル層を成長する。時刻ｔ３でIII族有機金属原料の供給を停止してチャネル層の成長を終了する。この後に、アンモニア及び水素を含む雰囲気で基板温度を上昇して時刻ｔ４で摂氏１０８０度の基板温度になる。時刻ｔ５でIII族有機金属原料（ＴＭＧ、ＴＭＡ）を成長炉に供給して、厚さ２５ｎｍのｉ−ＡｌＧａＮキャリア供給層を成長する。時刻ｔ６でIII族有機金属原料の供給を停止してキャリア供給層の成長を終了する。この後に、アンモニア及び水素を含む雰囲気を窒素（Ｎ２）雰囲気に変更した後に、基板温度を室温まで降下する。時刻ｔ７で、基板生産物を成長炉から取り出す。
【００９１】
基板生産物の全面に絶縁膜を成膜した後に、フォトリソグラフィとイオンビーム蒸着法を用いて、ソース電極、ドレイン電極をそれぞれエピタキシャル基板の表面と裏面に形成すると共に、ゲート電極を開口部側面に形成する。
【００９２】
これらの工程により、オン抵抗の増大を抑制できると共にドレインリーク電流の低減されたヘテロ構造トランジスタが形成される。
【００９３】
ｃ面ＧａＮ基板を用いて縦型トランジスタ構造を形成するとき、ｉ−ＧａＮチャネル層及びｉ−ＡｌＧａＮ電子供給層の再成長を順次行う。この際に、下地となる開口部斜面は、エッチングといった物理的なプロセスにより形成された面であるので、結晶学的な特定の面方位では無い。
【００９４】
このため、物理的に形成された下地面に、ｉ−ＧａＮの再成長を行った場合、斜面周囲の平坦面は再成長初期にＣ面あるいはその微斜面が形成されるので、図９の（ａ）部に示されるように、原料の取り込みが制限され、その平坦面に取り込まれなかったIII族原子が、より荒れた斜面に多く取り込まれる、斜面においてはＣ面に対して垂直方向の成長速度が極端に速くなり、エピタキシャル成長時に成長方向に起因してより多くの酸素を取り込みやすくなる。その結果、開口部に再成長したｉ−ＧａＮチャネル層が予想外に多くの電子濃度を有する。これは、トランジスタのドレインリークの原因となる。
【００９５】
上記のようにＣ軸垂直方向の成長を抑制するために、ｉ−ＧａＮの成長温度を下げてＣ面への原料の取り込みを促進すると共に、斜面部への取り込みを相対的に低減することができる。結晶品質の観点からｉ−ＧａＮと比べてｉ−ＡｌＧａＮの最適成長温度を高くする。このため、ｉ−ＧａＮ成長後にｉ−ＡｌＧａＮの成長温度に昇温するために成長中断時間が長くなる。その場合、高温雰囲気中に晒されている斜面の表面で物質の移動が発生しており、より長時間成長を中断した場合、斜面の形状が崩れてしまう。したがって、成長温度下げによる酸素取り込み低減には制約が生じる。一方で、成長中断時間を長くしない場合、ｉ−ＡｌＧａＮの成長時に成長温度が十分に上がりきる前に成長が介しされ、これは、ｉ−ＡｌＧａＮの結晶性や、ｉ−ＡｌＧａＮ／ｉ−ＧａＮ界面におけるＡｌ組成の急峻性が低下する。この低下により、デバイス形成後のオン抵抗の増加を招く。
【００９６】
さらに、Ｃ面に対して大きく傾斜した開口側面にｉ−ＧａＮチャネル層及びｉ−ＡｌＧａＮ電子供給層を再成長するとき、平坦面のＣ面と比して斜面部の成長速度が速くなる。特に、ｉ−ＧａＮチャネル層の成長では酸素等の導電性不純物を取り込みやすくなり、トランジスタ形成後のドレイン耐圧低下の原因となる。
【００９７】
そこで、本実施の形態では縦型トランジスタの電気的特性と信頼性改善に有効な半導体素子の形成法および構造を提供する。本実施例では、基板主面の結晶方位をＣ軸より任意の方向に５度〜４０度程度の角度で傾斜させる。この基板上に半導体積層をエピタキシャル成長する。半導体積層の上面に対して斜面した斜面を形成すると共に、傾斜面とは別の平坦面をＣ面に対して傾斜させる。この斜面は、半導体積層の上面に対して、基板結晶方位に合わせて５度〜４０度程度の角度で傾斜させる。この斜面は、Ｃ面テラスとステップからなる微斜面或いはＣ面のいずれかなる構造を有する。この斜面上に、チャネル層及び電子供給層を再成長する。
【００９８】
ＨＥＭＴ構造を再成長により形成するに先だって、開口斜面にＣ面あるいはＣ面テラスとステップからなる微斜面を形成し、開口内の平坦面及び半導体積層の主面をＣ面に対して傾斜される。この表面の構造上にＨＥＭＴ構造を再成長により形成するとき、図９の（ｂ）部に示されるように、平坦部から斜面部へのIII族原子の取り込みが生じない。また、再成長ｉ−ＧａＮの成長方向がＣ軸と平行になることで酸素の取り込みを低減できる。このため、ｉ−ＧａＮチャネル層のリークに起因するトランジスタのドレインリークを低減できる。
【００９９】
また、Ｃ面あるいはＣ面テラスとステップからなる微斜面が開口部の斜面に形成されるので、仮にｉ−ＧａＮの成長温度を上げたとしても平坦面に対する垂直方向の成長速度の増加を抑えることができ、またｉ−ＡｌＧａＮ成長時にその最適温度への到達時間を長くならない。その結果、ｉ−ＡｌＧａＮ成長時に不十分な成長温度に起因するｉ−ＡｌＧａＮの結晶性の低下やｉ−ＡｌＧａＮ／ｉ−ＧａＮ界面におけるＡｌ組成の急峻性の悪化を避けることができる。また、二次元電子ガスのための界面品質の劣化を伴うトランジスタのオン抵抗増加を防ぐことができる。
【０１００】
電流ブロック層の側面の長さが２次元電子ガスの制御のための実効チャネルとなるので、Ｃ軸を基準にして基板結晶方位を５度以下の角度にすると、そのチャネル長が長くなり、オン抵抗の増加を招く。一方、Ｃ軸を基準にして基板結晶方位を４０度以上の角度にすると、ＲＩＥによる開口部形成以前の下地エピタキシャル成長において成長表面に窒素が表出するようになり、その結果酸素の混入を招く。また、チャネル層と電流ブロック層とのｐｎダイオード耐圧が、電流ブロック層におけるアクセプタ補償、及びチャネル層の過剰ドナーの両影響により低下する。また、これは、電流ブロック層におけるアクセプタ不足は、ドレインリークの増加を招く。特に、Ｃ軸からの傾斜角が４０度を超えるとき、酸素が１×１０１７ｃｍ−３以上でｉ−ＧａＮ層に混入し、ｐｎダイオード構造部の耐圧、及びドレイン耐圧を低下させる。
【０１０１】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本実施の形態によれば、チャネル層のキャリア濃度の増大に起因するリークを低減できる、窒化物電子デバイスを作製する方法を提供できる。また、本実施の形態によれば、チャネル層のキャリア濃度が増大することを避けてリークを低減できる構造を有する、窒化物電子デバイスを提供できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ａ…成長炉、１１…ヘテロ接合トランジスタ、１３…導電性基板、１５…半導体積層、１６…開口、１９…チャネル層、２０…ヘテロ接合、２１…バリア層、２３…ゲート電極、２５…ドリフト層、２７…電流ブロック層、２９…コンタクト層、３１…ソース電極、３３…ドレイン電極、ＣＲ…結晶座標系、５１…III族窒化物半導体基板、５３、５３ｂ…半導体積層、５５…ドリフト層、５７…電流ブロック層、５７…コンタクト層、Ｅ…エピタキシャル基板、６３…マスク、６５…開口、６５ｄ…側面、６５ｅ…底面、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３…基準面、６９…チャネル層、７１…キャリア供給層、７３…ソース電極、７７…ゲート絶縁膜、７９…ゲート電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物電子デバイスを作製する方法であって、
基板の主面上に半導体積層を成長する工程と、
前記半導体積層上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記半導体積層をエッチングして、前記半導体積層の主面に対して斜面を有する開口を前記半導体積層の前記主面に形成する工程と、
前記マスクを除去した後に、アンモニア及びIII族元素原料を含む原料ガスを成長炉に供給することによって前記半導体積層の前記主面及び前記斜面上に、チャネル層を第１の成長温度で成長する工程と、
を備え、
前記基板の前記主面は六方晶系III族窒化物からなり、
前記半導体積層は、第１の窒化ガリウム系半導体からなるドリフト層、第２の窒化ガリウム系半導体からなる電流ブロック層、及び第３の窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層を含み、
前記チャネル層は、アンドープ窒化ガリウム系半導体を含み、
前記半導体積層の前記斜面及び前記主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に沿って延在し、
前記半導体積層の前記主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、
前記第１の基準面の法線と前記基準軸との成す角度は前記第２の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さいことを特徴とする、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項２】
前記チャネル層を成長した後に、前記第１の成長温度から第２の成長温度に基板温度を上昇する工程と、
前記チャネル層上にキャリア供給層を前記第２の成長温度で前記成長炉で成長して、基板生産物を形成する工程と、
を備え、
前記キャリア供給層はIII族窒化物半導体を含み、
前記キャリア供給層の前記III族窒化物半導体のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きく、
前記チャネル層は、前記半導体積層の前記斜面上に成長された第１の部分と、前記半導体積層の前記主面上に成長された第２の部分とを含み、
前記キャリア供給層は、前記チャネル層の前記第１の部分上に成長された第１の部分と前記チャネル層の前記第２の部分上に成長された第２の部分とを含み、
前記キャリア供給層の前記第１の部分は第２の基準面に対して傾斜し、
前記第２の基準面の法線ベクトルは、前記第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜することを特徴とする請求項１に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項３】
前記チャネル層の前記第１の部分の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項４】
前記半導体積層の前記斜面の法線ベクトルは、前記基準軸に直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項５】
前記基板生産物を取り出した後に、前記キャリア供給層上にゲート電極を形成する工程を更に備え、
前記開口の前記斜面は、前記ドリフト層の側面、前記電流ブロック層の側面、及び前記コンタクト層の側面を含み、
前記ゲート電極は前記電流ブロック層の前記側面上に設けられ、
前記電流ブロック層の前記側面は、前記半導体積層の前記主面上に成長された第２の部分に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項６】
前記半導体積層上に前記マスクを形成する前記工程は、
前記半導体積層上に塗布されたレジストに前記開口を規定するエッジを有するパターンを形成する工程と、
前記パターン形成されたレジストに熱処理を行って、前記エッジに傾斜面を形成して前記マスクを形成する工程と、
を含み、
前記エッチングでは、ドライエッチングにより前記マスク及び前記半導体積層をエッチングすることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項７】
前記基板は導電性の自立III族窒化物基板からなり、
前記自立III族窒化物基板の主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に直交する面に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、
当該方法は、前記基板の裏面にドレイン電極を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項８】
前記ドリフト層の前記第１の窒化ガリウム系半導体、前記電流ブロック層の前記第２の窒化ガリウム系半導体、及び前記コンタクト層の第３の窒化ガリウム系半導体の組み合わせは、ｎ型ＧａＮ／ｐ型ＧａＮ／ｎ＋型ＧａＮ、及びｎ型ＧａＮ／ｐ型ＡｌＧａＮ／ｎ＋型ＧａＮのいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項９】
前記チャネル層及び前記キャリア供給層の組み合わせは、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、及びＡｌＧａＮ／ＡｌＮのいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項１０】
前記基板生産物を成長炉から取り出した後に、前記半導体積層の前記主面上にソース電極を形成する工程を更に備え、
前記ソース電極は、前記電流ブロック層及び前記コンタクト層に電位を供給し、
前記チャネル層と前記キャリア供給層とは接合を成し、
前記接合には二次元電子ガス層が形成され、
前記ソース電極は、前記チャネル層を流れるキャリアを供給することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項１１】
前記キャリア供給層の前記第１の部分に接合を成すゲート電極を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項１２】
前記キャリア供給層の前記第１の部分上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を更に備え、
前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成すことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項１３】
窒化物電子デバイスであって、
六方晶系III族窒化物からなり、該六方晶系III族窒化物のｃ軸に対して５度以上４０度以下の範囲で傾斜した主面の法線ベクトルを有する支持基体と、
前記支持基体の前記主面上に順に設けられたドリフト層、電流ブロック層及びコンタクト層を含むと共に、前記コンタクト層から前記電流ブロック層を介して前記ドリフト層に至る開口を有する半導体積層と、
前記開口の側面に設けられ、窒化ガリウム系半導体を含むチャネル層と、
前記開口の前記側面に設けられ、III族窒化物を含むキャリア供給層と、
前記開口の前記側面に設けられたゲート電極と、
前記半導体積層の主面上に設けられたソース電極と、
前記半導体積層及び前記支持基体のいずれかに設けられたドレイン電極と、
を備え、
前記チャネル層の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満であり、
前記半導体積層の前記側面及び前記主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に対して延在し、
前記半導体積層の前記主面は、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に直交する面に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、
前記第１の基準面の法線と前記基準軸との成す角度は前記第２の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さく、
前記ドリフト層は、第１の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記電流ブロック層は、第２の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記コンタクト層は、第３の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記チャネル層は前記キャリア供給層と前記開口の前記側面との間に設けられ、
前記キャリア供給層の前記III族窒化物のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きいことを特徴とする窒化物電子デバイス。
【請求項１４】
前記ドリフト層の第１の窒化ガリウム系半導体はＳｉドープｎ型ＧａＮであり、前記ドリフト層の膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第１の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上３×１０１６ｃｍ−３以下であり、
前記電流ブロック層の第２の窒化ガリウム系半導体はＭｇドープｐ型ＧａＮであり、前記電流ブロック層の膜厚が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であり、前記第２の窒化ガリウム系半導体のＭｇ濃度は５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であり、
前記コンタクト層の第３の窒化ガリウム系半導体はＳｉドープｎ型ＧａＮであり、前記コンタクト層の膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、前記第３の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１３に記載された、窒化物電子デバイス。
【請求項１５】
前記キャリア供給層はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）を含み、
前記キャリア供給層の膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、
前記チャネル層はアンドープＧａＮを含み、
前記チャネル層の膜厚が２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載された、窒化物電子デバイス。
【請求項１６】
前記半導体積層の前記側面は、前記基準軸に直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことを特徴とする請求項１３〜請求項１５のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイス。
【請求項１７】
前記ゲート電極は前記キャリア供給層の前記第１の部分に接合を成すことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイス。
【請求項１８】
前記キャリア供給層上に設けられたゲート絶縁膜を更に備え、
前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成すことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイス。
【請求項１】
窒化物電子デバイスを作製する方法であって、
基板の主面上に半導体積層を成長する工程と、
前記半導体積層上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記半導体積層をエッチングして、前記半導体積層の主面に対して斜面を有する開口を前記半導体積層の前記主面に形成する工程と、
前記マスクを除去した後に、アンモニア及びIII族元素原料を含む原料ガスを成長炉に供給することによって前記半導体積層の前記主面及び前記斜面上に、チャネル層を第１の成長温度で成長する工程と、
を備え、
前記基板の前記主面は六方晶系III族窒化物からなり、
前記半導体積層は、第１の窒化ガリウム系半導体からなるドリフト層、第２の窒化ガリウム系半導体からなる電流ブロック層、及び第３の窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層を含み、
前記チャネル層は、アンドープ窒化ガリウム系半導体を含み、
前記半導体積層の前記斜面及び前記主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に沿って延在し、
前記半導体積層の前記主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、
前記第１の基準面の法線と前記基準軸との成す角度は前記第２の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さいことを特徴とする、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項２】
前記チャネル層を成長した後に、前記第１の成長温度から第２の成長温度に基板温度を上昇する工程と、
前記チャネル層上にキャリア供給層を前記第２の成長温度で前記成長炉で成長して、基板生産物を形成する工程と、
を備え、
前記キャリア供給層はIII族窒化物半導体を含み、
前記キャリア供給層の前記III族窒化物半導体のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きく、
前記チャネル層は、前記半導体積層の前記斜面上に成長された第１の部分と、前記半導体積層の前記主面上に成長された第２の部分とを含み、
前記キャリア供給層は、前記チャネル層の前記第１の部分上に成長された第１の部分と前記チャネル層の前記第２の部分上に成長された第２の部分とを含み、
前記キャリア供給層の前記第１の部分は第２の基準面に対して傾斜し、
前記第２の基準面の法線ベクトルは、前記第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向を示す基準軸に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜することを特徴とする請求項１に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項３】
前記チャネル層の前記第１の部分の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項４】
前記半導体積層の前記斜面の法線ベクトルは、前記基準軸に直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項５】
前記基板生産物を取り出した後に、前記キャリア供給層上にゲート電極を形成する工程を更に備え、
前記開口の前記斜面は、前記ドリフト層の側面、前記電流ブロック層の側面、及び前記コンタクト層の側面を含み、
前記ゲート電極は前記電流ブロック層の前記側面上に設けられ、
前記電流ブロック層の前記側面は、前記半導体積層の前記主面上に成長された第２の部分に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項６】
前記半導体積層上に前記マスクを形成する前記工程は、
前記半導体積層上に塗布されたレジストに前記開口を規定するエッジを有するパターンを形成する工程と、
前記パターン形成されたレジストに熱処理を行って、前記エッジに傾斜面を形成して前記マスクを形成する工程と、
を含み、
前記エッチングでは、ドライエッチングにより前記マスク及び前記半導体積層をエッチングすることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項７】
前記基板は導電性の自立III族窒化物基板からなり、
前記自立III族窒化物基板の主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に直交する面に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、
当該方法は、前記基板の裏面にドレイン電極を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項８】
前記ドリフト層の前記第１の窒化ガリウム系半導体、前記電流ブロック層の前記第２の窒化ガリウム系半導体、及び前記コンタクト層の第３の窒化ガリウム系半導体の組み合わせは、ｎ型ＧａＮ／ｐ型ＧａＮ／ｎ＋型ＧａＮ、及びｎ型ＧａＮ／ｐ型ＡｌＧａＮ／ｎ＋型ＧａＮのいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項９】
前記チャネル層及び前記キャリア供給層の組み合わせは、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、及びＡｌＧａＮ／ＡｌＮのいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項１０】
前記基板生産物を成長炉から取り出した後に、前記半導体積層の前記主面上にソース電極を形成する工程を更に備え、
前記ソース電極は、前記電流ブロック層及び前記コンタクト層に電位を供給し、
前記チャネル層と前記キャリア供給層とは接合を成し、
前記接合には二次元電子ガス層が形成され、
前記ソース電極は、前記チャネル層を流れるキャリアを供給することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項１１】
前記キャリア供給層の前記第１の部分に接合を成すゲート電極を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項１２】
前記キャリア供給層の前記第１の部分上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を更に備え、
前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成すことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
【請求項１３】
窒化物電子デバイスであって、
六方晶系III族窒化物からなり、該六方晶系III族窒化物のｃ軸に対して５度以上４０度以下の範囲で傾斜した主面の法線ベクトルを有する支持基体と、
前記支持基体の前記主面上に順に設けられたドリフト層、電流ブロック層及びコンタクト層を含むと共に、前記コンタクト層から前記電流ブロック層を介して前記ドリフト層に至る開口を有する半導体積層と、
前記開口の側面に設けられ、窒化ガリウム系半導体を含むチャネル層と、
前記開口の前記側面に設けられ、III族窒化物を含むキャリア供給層と、
前記開口の前記側面に設けられたゲート電極と、
前記半導体積層の主面上に設けられたソース電極と、
前記半導体積層及び前記支持基体のいずれかに設けられたドレイン電極と、
を備え、
前記チャネル層の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未満であり、
前記半導体積層の前記側面及び前記主面は、それぞれ、第１及び第２の基準面に対して延在し、
前記半導体積層の前記主面は、前記六方晶系III族窒化物のｃ軸方向を示す基準軸に直交する面に対して５度以上４０度以下の範囲内の角度で傾斜し、
前記第１の基準面の法線と前記基準軸との成す角度は前記第２の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さく、
前記ドリフト層は、第１の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記電流ブロック層は、第２の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記コンタクト層は、第３の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記チャネル層は前記キャリア供給層と前記開口の前記側面との間に設けられ、
前記キャリア供給層の前記III族窒化物のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きいことを特徴とする窒化物電子デバイス。
【請求項１４】
前記ドリフト層の第１の窒化ガリウム系半導体はＳｉドープｎ型ＧａＮであり、前記ドリフト層の膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第１の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上３×１０１６ｃｍ−３以下であり、
前記電流ブロック層の第２の窒化ガリウム系半導体はＭｇドープｐ型ＧａＮであり、前記電流ブロック層の膜厚が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であり、前記第２の窒化ガリウム系半導体のＭｇ濃度は５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であり、
前記コンタクト層の第３の窒化ガリウム系半導体はＳｉドープｎ型ＧａＮであり、前記コンタクト層の膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、前記第３の窒化ガリウム系半導体のＳｉ濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１３に記載された、窒化物電子デバイス。
【請求項１５】
前記キャリア供給層はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）を含み、
前記キャリア供給層の膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、
前記チャネル層はアンドープＧａＮを含み、
前記チャネル層の膜厚が２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載された、窒化物電子デバイス。
【請求項１６】
前記半導体積層の前記側面は、前記基準軸に直交する面に対して−１０度より大きく＋１０度未満の範囲の角度を成すことを特徴とする請求項１３〜請求項１５のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイス。
【請求項１７】
前記ゲート電極は前記キャリア供給層の前記第１の部分に接合を成すことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイス。
【請求項１８】
前記キャリア供給層上に設けられたゲート絶縁膜を更に備え、
前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成すことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２２７６５（Ｐ２０１１−２２２７６５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０６８９（Ｐ２０１０−９０６８９）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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