(57)【要約】      （修正有）【課題】表面の平坦性の高いＮ極性ＡｌＮ層を備えた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、主面のｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下であるサファイア基板１１と、その上にＮ極性ＡｌＮがエピタキシャル成長して形成されたＮ極性ＡｌＮ層１２とを備える。Ｎ極性ＡｌＮ層１２の表面粗さ（ＲＭＳ）が０．８５ｎｍ以下である。【選択図】図１
2020136683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面のｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下である下地基板と、
前記下地基板上にＮ極性ＡｌＮがエピタキシャル成長して形成されたＮ極性ＡｌＮ層と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体装置において、
前記Ｎ極性ＡｌＮ層の表面粗さ（ＲＭＳ）が０．８５ｎｍ以下である半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された半導体装置において、
前記下地基板の主面のｃ面に対するオフ角度が１．５°よりも大きい半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された半導体装置において、
前記下地基板がサファイア基板である半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された半導体装置において、
前記Ｎ極性ＡｌＮ層上にＮ極性半導体がエピタキシャル成長して形成されるとともに、前記Ｎ極性ＡｌＮ層との間でヘテロ接合構造を構成するＮ極性半導体層を更に備えた半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載された半導体装置において、
前記Ｎ極性半導体層がＮ極性ＧａＮ層である半導体装置。
【請求項７】
主面のｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下である下地基板上に、Ｎ極性ＡｌＮをエピタキシャル成長させてＮ極性ＡｌＮ層を形成し、このとき、前記Ｎ極性ＡｌＮの表面を水素エッチングするステップを含む半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載された半導体装置の製造方法において、
前記Ｎ極性ＡｌＮの表面の水素エッチングをパルス的に行う半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載された半導体装置の製造方法において、
前記Ｎ極性ＡｌＮの結晶成長過程において、前記Ｎ極性ＡｌＮの結晶成長と、前記Ｎ極性ＡｌＮの表面の水素エッチングとを交互に繰り返す半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
主面がｃ面に対してオフ角度を有する基板上にＮ極性ＧａＮをエピタキシャル成長させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、ｃ面に対するオフ角度が０．５°以上２．０°以下サファイア基板の表面を窒化し、その上にＮ極性ＧａＮをエピタキシャル成長させることが開示されている。また、非特許文献１には、ｃ面に対するオフ角度が０．２°、０．８°、及び２．０°のそれぞれのサファイア基板上に、Ｎ極性ＧａＮ、Ｎ極性ＡｌＧａＮ、及びＮ極性ＧａＮが順にエピタキシャル成長させて製造された高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４７２７１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】K. Prasertsuk et al., Appl. Phys. Express 11, 015503 (2018)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、パワーデバイスや高周波デバイスには、半導体のヘテロ接合に誘起される二次元電子ガス（Two Dimensional Electron Gas：２ＤＥＧ）がチャネルとして利用されているものがある。そして、これらの半導体装置のエネルギー変換効率の向上は、この二次元電子ガスを高濃度化することにより達成することができる。ところが、現在実用化されているＧａＮ上にＡｌＧａＮを積層したＡｌＧａＮ／ＧａＮ構造のヘテロ接合では、二次元電子ガスを現状以上に高濃度化することを期待することができない。そこで、新規な半導体のヘテロ接合として、ＡｌＮ上にＧａＮ等の半導体を積層した構造が考えられ、これにＮ極性のＡｌＮを適用することにより、二次元電子ガスの高濃度化を期待することができる。しかしながら、高濃度の二次元電子ガスを誘起するヘテロ接合を形成するためには、ＡｌＮの表面の平坦性が高いことが必要である。
【０００６】
本発明の課題は、表面の平坦性の高いＮ極性ＡｌＮ層を備えた半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、主面のｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下である下地基板と、前記下地基板上にＮ極性ＡｌＮがエピタキシャル成長して形成されたＮ極性ＡｌＮ層とを備えた半導体装置である。
【０００８】
本発明は、主面のｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下である下地基板上に、Ｎ極性ＡｌＮをエピタキシャル成長させてＮ極性ＡｌＮ層を形成するステップを含む半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下である下地基板の主面上にＮ極性ＡｌＮをエピタキシャル成長させていることにより、表面の平坦性の高いＮ極性ＡｌＮ層を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る高電子移動度トランジスタの断面図である。
【図２Ａ】実施形態に係る高電子移動度トランジスタの製造方法の第３ステップを示す説明図である。
【図２Ｂ】実施形態に係る高電子移動度トランジスタの製造方法の第４ステップを示す説明図である。
【図２Ｃ】実施形態に係る高電子移動度トランジスタの製造方法の第５ステップを示す説明図である。
【図３】実施例の試験評価１におけるサファイア基板上にＡｌＮを結晶成長させたときのタイミングチャートである。
【図４】サファイア基板の主面のｃ面に対するオフ角度とＮ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示すグラフである。
【図５Ａ】実施例の試験評価２における水素エッチングの第１のタイミングチャートである。
【図５Ｂ】実施例の試験評価２における水素エッチングの第２のタイミングチャートである。
【図６】水素エッチング時間とＮ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示すグラフである。
【図７】実施例の試験評価３におけるＮ極性ＡｌＮの結晶成長と水素エッチングとのタイミングチャートである。
【図８】１回当たりのＮ極性ＡｌＮの結晶成長時間とＮ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、実施形態に係る高電子移動度トランジスタ１０（半導体装置）を示す。高電子移動度トランジスタ１０は、半導体のヘテロ接合に誘起される二次元電子ガス（２ＤＥＧ）をチャネルとした電界効果トランジスタである。
【００１３】
実施形態に係る高電子移動度トランジスタ１０は、下地基板のサファイア基板１１と、サファイア基板１１上に設けられたＮ極性ＡｌＮ層１２と、Ｎ極性ＡｌＮ層１２上に設けられたＮ極性半導体層のＮ極性ＧａＮ層１３と、各々、Ｎ極性ＧａＮ層１３上に設けられたゲート電極１４、ソース電極１５、及びドレイン電極１６とを備える。ここで、本出願における「Ｎ極性」とは、各層の厚さ方向に直交する半導体の結晶成長する側の面が、Ｎ極性面（−ｃ面、Ｎ面）、又は、Ｎ極性面から傾斜し且つＮ極性面を主体として含む半極性面であることをいう。
【００１４】
サファイア基板１１は、その主面のｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下である。すなわち、サファイア基板１１の主面は、ｃ面がａ軸又はｍ軸を中心として、０．５°以上５．０°以下傾斜した面である。サファイア基板１１の主面のｃ面に対するオフ角度は、後述するように表面の平坦性の高いＮ極性ＡｌＮ層１２を得る観点から、好ましくは１．５°以上、より好ましくは１．５°よりも大きく、更に好ましくは２．０°以上であり、また、好ましくは４．５°以下、より好ましくは４．０°以下である。ここで、本願における「主面」とは、半導体の積層成長方向に対して垂直な面であって、通常は表面における最も広い面である。
【００１５】
Ｎ極性ＡｌＮ層１２は、サファイア基板１１の主面上にＮ極性ＡｌＮがエピタキシャル成長して形成されている。実施形態に係る高電子移動度トランジスタ１０によれば、このようにｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下であるサファイア基板１１の主面上にＮ極性ＡｌＮをエピタキシャル成長させていることにより、表面の平坦性の高いＮ極性ＡｌＮ層１２を得ることができる。Ｎ極性ＡｌＮ層１２は、ドーパントがドープされていてもよいが、極力不純物の低いことが望ましいので、アンドープであることが好ましい。Ｎ極性ＡｌＮ層１２の厚さは、例えば１００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。
【００１６】
Ｎ極性ＧａＮ層１３は、Ｎ極性ＡｌＮ層１２の表面上にＮ極性半導体のＮ極性ＧａＮがエピタキシャル成長して形成されているとともに、Ｎ極性ＡｌＮ層１２との間でヘテロ接合構造を構成している。このＮ極性ＡｌＮ層１２とＮ極性ＧａＮ層１３とのヘテロ接合構造により、それらの接合面に大きなバンドオフセットが生じる。そのため、Ｎ極性ＧａＮ層１３のＮ極性ＡｌＮ層１２との接合面近傍には、このヘテロ接合に誘起された層状の二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成されている。したがって、Ｎ極性ＧａＮ層１３がチャネル層を構成し、この二次元電子ガス（２ＤＥＧ）において、大電流及び高電子移動度を得ることができる。また、Ｎ極性ＡｌＮ層１２とＮ極性ＧａＮ層１３とのヘテロ接合構造の接合面における高いバンドオフセットにより、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を高濃度化してエネルギー変換効率の向上を図ることができる。二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の濃度は、その観点から、好ましくは１．０×１０１３／ｃｍ２よりも高く、より好ましくは３．０×１０１３／ｃｍ２以上、さらに好ましくは５．０×１０１３／ｃｍ２以上である。Ｎ極性ＧａＮ層１３における電子移動度は２０００ｃｍ２／Ｖｓよりも大である。
【００１７】
Ｎ極性ＧａＮ層１３の結晶成長表面は、結晶品質のよいＮ極性ＧａＮ層１３を得る観点から、半極性面であることが好ましい。Ｎ極性ＧａＮ層１３の厚さは、例えば１００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。
【００１８】
Ｎ極性ＧａＮ層１３には、各々、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）に達する一対の凹部１３ａが間隔をおいて形成されている。ゲート電極１４は、それらの一対の凹部１３ａ間のＮ極性ＧａＮ層１３の表面上に設けられている。ゲート電極１４は、例えば、Ｎｉ膜及びＡｕ膜の積層膜で構成されている。ソース電極１５及びドレイン電極１６は、Ｎ極性ＧａＮ層１３に形成された一対の凹部１３ａをそれぞれ埋めて二次元電子ガス（２ＤＥＧ）に接触するとともに、Ｎ極性ＧａＮ層１３の表面から突出するように設けられている。ソース電極１５及びドレイン電極１６は、例えばＴｉ膜及びＡｌ膜の積層膜で構成されている。
【００１９】
次に、実施形態に係る高電子移動度トランジスタ１０を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いて製造する方法について説明する。
【００２０】
実施形態に係る高電子移動度トランジスタ１０の製造方法において、まず、第１ステップでは、キャリアガスを流通させた高圧雰囲気下で、サファイア基板１１を所定のＡｌＮ結晶成長温度まで昇温し、その後、その温度を維持した状態で減圧する。ＡｌＮ結晶成長温度は、結晶品質が高いＮ極性ＡｌＮを得る観点から、好ましくは１２００℃以上１４５０℃以下、より好ましくは１３００℃以上１４００℃以下である。
【００２１】
次いで、第２ステップでは、例えばＮＨ３ガス等のＮ源ガスをキャリアガスとともに流通させてサファイア基板１１に接触させることにより、サファイア基板１１の主面に窒化処理を施す。
【００２２】
続いて、第３ステップでは、Ａｌ源ガス及びＮ源ガスをキャリアガスととも流通させてサファイア基板１１に接触させることにより、図２Ａに示すように、サファイア基板１１の主面上にＮ極性ＡｌＮをエピタキシャル成長させてＮ極性ＡｌＮ層１２を形成する。Ａｌ源としては、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等が挙げられる。Ｎ源としては、例えばＮＨ３等が挙げられる。
【００２３】
このとき、主面のｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下であるサファイア基板１１を用いているので、表面の平坦性の高いＮ極性ＡｌＮ層１２を得ることができる。Ｎ極性ＡｌＮ層１２の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）は、好ましくは５ｎｍ以下、より好ましくは３ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以下である。この表面粗さ（ＲＭＳ）は、原子間力顕微鏡法により測定されるものである。
【００２４】
また、Ｎ極性ＡｌＮ層１２の表面の平坦性を高める観点からは、このとき、Ｎ極性ＡｌＮの表面のステップバンチングを水素エッチングすることが好ましい。この水素エッチングは、Ｎ極性ＡｌＮ層１２の形成後に１回だけ行ってもよい。この場合、水素エッチング時間は、例えば３０秒以上６０分以下であり、好ましくは５分以下、より好ましくは３分以下である。Ｎ極性ＡｌＮ層１２の表面の平坦性を高める観点からは、この第３ステップのＮ極性ＡｌＮの結晶成長過程において、Ｎ極性ＡｌＮの結晶成長と、Ｎ極性ＡｌＮの表面の水素エッチングとを交互に繰り返すことが好ましい。この場合、１回当たりのＮ極性ＡｌＮの結晶成長時間は、好ましくは１５分以下、より好ましくは１０分以下、更に好ましくは５分以下である。また、１回当たりの水素エッチング時間は、例えば３０秒以上６０分以下であり、好ましくは５分以下、より好ましくは３分以下である。
【００２５】
Ｎ極性ＡｌＮの表面の水素エッチングは、パルス的に行うことが好ましい。「水素エッチングをパルス的に行う」とは、Ｎ極性ＡｌＮの表面のＨ２ガスによるエッチングを周期的に行うことを意味する。これは、例えば、Ｎ極性ＡｌＮの表面を、Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスが流通する雰囲気に配置し、ＮＨ３ガスの流通のオン／オフを周期的に切り換えることにより可能となる。ＮＨ３ガスの流通がオフのときには、Ｈ２ガスのみが流通し、Ｎ極性ＡｌＮの表面の水素エッチングがオンとなる。一方、ＮＨ３ガスの流通がオンのときには、Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスが流通し、ＮＨ３ガスの作用により、Ｎ極性ＡｌＮの表面の水素エッチングがオフとなる。水素エッチングのオン及びオフの時間は、それぞれ例えば１秒以上２分以下である。水素エッチングがオン時間とオフ時間とは、同一であっても、異なっていても、どちらでもよい。
【００２６】
水素エッチングの温度条件は、例えば１１５０℃以上１５００℃以下である。Ｈ２ガスの流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上２０ＳＬＭ以下である。水素エッチングの圧力条件は、例えば２ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下である。水素エッチングの総時間は、例えば３０秒以上６０分以下である。
【００２７】
水素エッチングを行って得られたＮ極性ＡｌＮ層１２の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）は、好ましくは０．８５ｎｍ以下、より好ましくは０．７５ｎｍ以下、更に好ましくは０．７ｎｍ以下、より更に好ましくは０．６５ｎｍ以下、より更に好ましくは０．５ｎｍ以下であり、種々の条件を最適化すれば、０．３ｎｍレベルも期待することができる。
【００２８】
続いて、第４ステップでは、Ｇａ源ガス及びＮ源ガスをキャリアガスととも流通させてサファイア基板１１上のＮ極性ＡｌＮ層１２に接触させることにより、図２Ｂに示すように、Ｎ極性ＡｌＮ層１２の表面上にＮ極性ＧａＮをエピタキシャル成長させてＮ極性ＧａＮ層１３を形成する。Ｇａ源ガスとしては、例えばＴＭＧ、ＴＥＧ等が挙げられる。Ｎ源としては、例えばＮＨ３等が挙げられる。結晶成長条件は、Ｎ極性ＧａＮ層１３を形成するＮ極性ＧａＮに対応して適宜設定される。
【００２９】
最後に、第５ステップでは、フォトリソグラフィ法を用い、図２Ｃに示すように、エッチングによりＮ極性ＧａＮ層１３に凹部１３ａを形成し、その後、ゲート電極１４、ソース電極１５、及びドレイン電極１６を成膜する。
【００３０】
なお、上記実施形態では、半導体装置として、高電子移動度トランジスタ１０を示したが、特にこれに限定されるものではなく、半導体発光素子（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、太陽電池、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、受光素子等であってもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、下地基板をサファイア基板１１としたが、特にこれに限定されるものではなく、例えばＳｉＣ基板等であってもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、Ｎ極性ＡｌＮ層１２上のＮ極性半導体層をＮ極性ＧａＮ層１３としたが、特にこれに限定されるものではなく、Ｎ極性ＡｌＧａＮ層、Ｎ極性ＡｌＧａＩｎＮ層等のその他のＮ極性III族窒化物層であってもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いた製造方法を示したが、特にこれに限定されるものではなく、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、プラズマ気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、分子線結晶成長法（ＭＢＥ）、熱気相成長法などの化学的気相法（ＣＶＤ）；スパッタリグ法、蒸着法などの物理的気相法（ＰＶＤ）等を用いた方法であってもよい。
【実施例】
【００３４】
［試験評価１］
主面のｃ面に対するオフ角度が０．２°、１．０°、１．５°、２．０°、３．０°、４．０°、及び５．０°である下地基板のサファイア基板をそれぞれ複数枚ずつ準備した。そして、各サファイア基板上にＭＯＶＰＥ法でＮ極性ＡｌＮをエピタキシャル成長させてＮ極性ＡｌＮ層を形成した。
【００３５】
具体的には、図３に示すように、（ｉ）まず、Ｈ２ガスを流しながら、圧力１００ｋＰａ下で、１６分かけてサファイア基板の温度を１３００℃まで昇温した。（ii）サファイア基板の温度が１３００℃になったとき、１０分かけて圧力を１００ｋＰａから２０ｋＰａまで減圧した。（iii）その後、ＮＨ３ガスを流し始め、１分間ＮＨ３ガスを流した後、（iv）ＴＭＡガスを流し始め、３０秒間ＴＭＡガスを流した後に停止した。（ｖ）続いて、１０秒間Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスのみを継続して流した後、（vi）再びＴＭＡガスを流し始め、３０分間ＴＭＡガスを流した。このとき、Ａｌ源ガスであるＴＭＡガスによるＡｌの供給モル数に対するＮ源ガスであるＮＨ３ガスの供給モル数の比であるＶ／III比が５となるように、ＴＭＡガス及びＮＨ３ガスの供給流量をそれぞれ２９．２ｓｃｃｍ及び２．９ｓｃｃｍとした。（vii）そして、３０分後にＴＭＡガスを停止するのと同時にＨ２ガス及びＮＨ３ガスも停止し、代わりにＮ２ガスを流し始め、そのまま室温まで冷却した。各サファイア基板上に形成されたＮ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）を原子間力顕微鏡法により測定した。
【００３６】
図４は、サファイア基板の主面のｃ面に対するオフ角度とＮ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示す。図４によれば、サファイア基板の主面のｃ面に対するオフ角度が０．５°〜５．０°の場合、オフ角度が０．２°の場合に比べて、Ｎ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）が小さく、したがって、その平坦性が高いことが分かる。
【００３７】
［試験評価２］
主面のｃ面に対するオフ角度が２．０°である下地基板のサファイア基板を複数枚準備し、それぞれ（vi）ステップまで試験評価１と同様の操作を行い、サファイア基板上にＮ極性ＡｌＮ層を形成した。その後、図５Ａ及びＢに示すように、ＴＭＡガス及びＮＨ３ガスを停止してＨ２ガスのみを１０秒間流すことによりＮ極性ＡｌＮの表面のステップバンチングを水素エッチングし、続いてＨ２ガスとともにＮＨ３ガスを１０秒間流して水素エッチングを停止し、再びＮＨ３ガスを停止してＨ２ガスのみを１０秒間流してＮ極性ＡｌＮの表面を水素エッチングする処理を、水素エッチング時間が２分となるまで行った。つまり、水素エッチングをパルス的に行った。その後、（vii）ステップに進み、Ｈ２ガスを停止し、代わりにＮ２ガスを流し始め、そのまま室温まで冷却した。また、水素エッチング時間を３０分及び４５分とした場合についても、それぞれ同様の実験を行った。なお、Ｖ／III比、並びにＴＭＡガス及びＮＨ３ガスの供給流量は試験評価１と同一とした。
【００３８】
水素エッチング時間を２分、３０分、及び４５分としたそれぞれの場合について、最終的なＮ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）を原子間力顕微鏡法により測定し、その平均値を算出した。Ｎ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）は、水素エッチング時間が２分の場合が０．８１ｎｍ、３０分の場合が０．６２ｎｍ、及び４５分の場合が０．６５ｎｍであった。なお、水素エッチングを行わなかった場合は、試験評価１より１．８ｎｍであった。
【００３９】
図６は、水素エッチング時間とＮ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示す。図６によれば、水素エッチングを行うことにより、Ｎ極性ＡｌＮ層の表面の平坦性が高められることが分かる。また、２分程度の比較的短い水素エッチングであっても、大きな表面平坦化の効果が得られる一方、水素エッチングの時間がそれより長くなっても、効果の微増は認められるものの、効果が飛躍的に増大することはないことが分かる。
【００４０】
なお、主面のｃ面に対するオフ角度が０．２°である下地基板のサファイア基板上に結晶成長させたＮ極性ＡｌＮでは、表面に大きなフロックが発生し、これを水素エッチングしても、小さな結晶粒界が現れ、上記のような表面の平坦化の効果を得ることはできなかった。すなわち、下地基板の主面のｃ面に対するオフ角度がある程度大きくなければ、水素エッチングによる表面の平坦化の効果は得られないということである。
【００４１】
［試験評価３］
主面のｃ面に対するオフ角度が２．０°である下地基板のサファイア基板を複数枚準備し、それぞれ（ｖ）ステップまで試験評価１と同様の操作を行い、その後、図７に示すように、試験評価１の（vi）ステップと同じ条件でのＮ極性ＡｌＮの結晶成長を１５分行い、それに続いて試験評価２と同じ条件での水素エッチングを２分行う操作を２回繰り返し、総時間３０分のＮ極性ＡｌＮの結晶成長を行った。その後、（vii）ステップに進み、Ｈ２ガスを停止し、代わりにＮ２ガスを流し始め、そのまま室温まで冷却した。また、Ｎ極性ＡｌＮの結晶成長の総時間を３０分とし、６分のＮ極性ＡｌＮの結晶成長及び２分の水素エッチングを５回繰り返す実験、並びに３分のＮ極性ＡｌＮの結晶成長及び２分の水素エッチングを１０回繰り返す実験も行った。なお、Ｖ／III比、並びにＴＭＡガス及びＮＨ３ガスの供給流量は試験評価１と同一とした。
【００４２】
Ｎ極性ＡｌＮの結晶成長及び水素エッチングの繰り返し回数を２回、５回、及び１０回としたそれぞれの場合について、最終的なＮ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）を原子間力顕微鏡法により測定し、その平均値を算出した。Ｎ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）は、繰り返し回数が２回の場合が０．８１ｎｍ、５回の場合が０．７３ｎｍ、及び１０回の場合が０．６８ｎｍであった。なお、３０分のＮ極性ＡｌＮの結晶成長及び２分の水素エッチングをそれぞれ１回行った場合は、試験評価２より０．８１ｎｍであった。
【００４３】
図８は、１回当たりのＮ極性ＡｌＮの結晶成長時間とＮ極性ＡｌＮ層の表面の表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示す。図８によれば、Ｎ極性ＡｌＮの結晶成長過程において、Ｎ極性ＡｌＮの結晶成長と、Ｎ極性ＡｌＮの表面の水素エッチングとを交互に繰り返すことにより、Ｎ極性ＡｌＮ層の表面の平坦性が高められることが分かる。また、１回当たりのＮ極性ＡｌＮの結晶成長時間を短くし、小刻みに水素エッチングを行うことにより、水素エッチングによる表面の平坦化の効果が高められることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、半導体装置及びその製造方法の技術分野について有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  高電子移動度トランジスタ（半導体装置）
１１  サファイア基板（下地基板）
１２  Ｎ極性ＡｌＮ層
１３  Ｎ極性ＧａＮ層（Ｎ極性半導体層）
１３ａ  凹部
１４  ゲート電極
１５  ソース電極
１６  ドレイン電極
【図１】
2020136683.tif 000003
【図２Ａ】
2020136683.tif 000004
【図２Ｂ】
2020136683.tif 000005
【図２Ｃ】
2020136683.tif 000006
【図３】
2020136683.tif 000007
【図４】
2020136683.tif 000008
【図５Ａ】
2020136683.tif 000009
【図５Ｂ】
2020136683.tif 000010
【図６】
2020136683.tif 000011
【図７】
2020136683.tif 000012
【図８】
2020136683.tif 000013