(57)【要約】【課題】精度良く加工された窒化物半導体装置を実現できるようにする。【解決手段】窒化物半導体装置は、基板１０１の上に形成された第１の窒化物半導体層１０７と、第１の窒化物半導体層１０７の上に形成された欠陥導入層１０８と、欠陥導入層１０８の上に接して形成され、欠陥導入層１０８を露出する開口部を有する第２の窒化物半導体層１０９とを備えている。欠陥導入層１０８は、第１の窒化物半導体層１０７及び第２の窒化物半導体層１０９と比べて結晶欠陥密度が大きい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に形成された欠陥導入層と、
前記欠陥導入層の上に接して形成され、前記欠陥導入層を露出する開口部を有する第２の窒化物半導体層とを備え、
前記欠陥導入層は、前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層と比べて結晶欠陥密度が大きいことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記欠陥導入層は、結晶欠陥密度が２．９×１０7ｃｍ-2以上であり、
前記第２の窒化物半導体層は、結晶欠陥密度が２．６×１０7ｃｍ-2以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第１の窒化物半導体層と前記欠陥導入層との間に形成され、不純物がδドープされたδドープ層をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記δドープ層は、シリコンを１．３×１０19ｃｍ-3以上含むことを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記欠陥導入層はｎ型の不純物を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記欠陥導入層は、Ｓｉのドープ量が２×１０19ｃｍ-3以上であり、
前記第２の窒化物半導体層は、Ｓｉのドープ量が４×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記欠陥導入層はｐ型の不純物を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記第２の窒化物半導体層の上に、前記開口部を埋めるように形成された第３の窒化物半導体層をさらに備え、
前記第１の窒化物半導体層は、活性層及び該活性層と前記欠陥導入層との間に形成された第１のｐ型光ガイド層を含み、
前記第２の窒化物半導体層は、ｎ型電流ブロック層であり、
前記第３の窒化物半導体層は、第２のｐ型光ガイド層を含み、
半導体レーザ装置として機能することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記欠陥導入層は、膜厚が０．２５ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記開口部において前記欠陥導入層の上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側方に形成されたオーミック電極と、
前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に形成されたチャネル層とをさらに備え、
トランジスタとして機能することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１１】
前記欠陥導入層は、膜厚が０．２５ｎｍ以上且つ３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１２】
基板の上に第１の窒化物半導体層を結晶成長する工程（ａ）と、
前記第１の窒化物半導体層の上に欠陥導入層を形成する工程（ｂ）と、
前記欠陥導入層の上に第２の窒化物半導体層を結晶成長する工程（ｃ）と、
前記第２の窒化物半導体層を、選択的に光化学エッチングすることにより、前記欠陥導入層を露出する開口部を形成する工程（ｄ）とを備え、
前記欠陥導入層は、前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層と比べて結晶欠陥密度が大きいことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｂ）では、不純物を供給しながら結晶成長を行うことにより前記欠陥導入層を形成し、
前記欠陥導入層への不純物の導入量は、前記第２の窒化物半導体層への不純物の導入量よりも多くすることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ｂ）では、前記欠陥導入層にシリコンを２×１０19ｃｍ-3以上導入し、
前記工程（ｃ）では、前記第２の窒化物半導体層に導入するシリコンの量を４×１０18ｃｍ-3以下とすることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ａ）よりも後で且つ前記工程（ｂ）よりも前に、前記第１の窒化物半導体層の表面に不純物を供給することによりδドープ層を形成する工程（ｅ）をさらに備え、
前記工程（ｂ）では、前記δドープ層の上に前記欠陥導入層を結晶成長することを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ｅ）では、シリコンを１．３×１０19ｃｍ-3以上導入することを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ａ）では、前記第１の窒化物半導体層を有機金属気相成長法により所定の結晶成長温度において結晶成長し、
前記工程（ｂ）は、前記所定の結晶成長温度を保持した状態において、前記第１の窒化物半導体層を結晶成長するための有機金属原料の供給を遮断することにより、前記第１の窒化物半導体層の上部に前記欠陥導入層を形成する工程であることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物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、窒化物半導体装置及びその製造方法に関し、特に選択的なエッチングプロセスを必要とする窒化物半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物半導体は、禁制帯幅が大きく絶縁破壊電界や電子の飽和ドリフト速度が大きい。このため、高密度の情報の記録及び再生が可能である高密度光ディスクの記録用及び再生用光源である青紫色半導体レーザ装置の材料及び高周波大電力半導体装置等として近年盛んに研究開発が行われている。窒化物半導体は赤色レーザ装置や高周波半導体装置等の材料として用いられているアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）や、赤外色レーザ装置の材料として用いられているインジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）と同じIII−Ｖ族半導体に属する。しかし、これらの材料とは特性が大きく異なるために既存の技術をそのまま転用することができない。このため、半導体装置を製造する際の歩留まりが低く、歩留まり良く窒化物半導体からなる半導体装置を製造する技術の成熟が望まれている。
【０００３】
窒化物半導体を用いて半導体装置を作製する際には選択的なエッチングプロセスを必要とする。例えば、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とを積層して電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を形成する場合、ゲートリーク電流を低減するために、ＡｌＧａＮ層の一部を選択的にエッチングしてゲートリセス構造を形成することが知られている。この場合には、ＡｌＧａＮ層を精度良く選択的に除去する必要がある。また、窒化物半導体を用いた埋め込み型の半導体レーザ装置を形成する場合には、電流狭窄層を精度良く選択的に除去する必要がある。
【０００４】
窒化物半導体のドライエッチングは比較的容易に行うことができる。しかし、ドライエッチングは膜厚の制御性が悪い。このため、例えばゲートリセス構造を形成する際に、一定の厚さのＡｌＧａＮ層を残して正確にエッチングを停止することは困難である。ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層の界面までドライエッチングしてしまうと、電子の通り道であるチャネルが形成されないため、ＦＥＴとして動作しなくなってしまう。また、ＡｌＧａＮ層の残存量がばらつくとＦＥＴの特性がばらついてしまう。さらに、ドライエッチングには結晶欠陥を多量に生成してしまうというデメリットもある。このような問題は、ゲートリセス構造を形成する場合だけでなく、埋め込み型の半導体レーザ装置において電流経路を形成する際にも発生する。
【０００５】
一方、ウェットエッチングは膜厚制御性が良く、結晶欠陥をほとんど生成せずにエッチングを行うことができるというメリットがある。そこで、非晶質や多結晶の窒化物半導体をウェットエッチングすることにより青紫色レーザ装置を作製する手法が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６１１６０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、結晶質の窒化物半導体層は容易にウェットエッチングを行うことができないという問題がある。このため、結晶質の窒化物半導体層を加工する必要がある場合には、非晶質又は多結晶の窒化物半導体層をウェットエッチングした後、熱処理を行うことにより結晶化する必要がある。しかし、このような方法では結晶性が良い窒化物半導体層を得ることは困難である。結晶性の窒化物半導体を直接ウェットエッチングし、精度良く加工する方法が望まれている。
【０００８】
また、ウェットエッチングを用いたとしても完全なエッチング選択性が得られるわけではなく、エッチング残りが生じたり、オーバーエッチが生じたりする。半導体装置の性能を向上するために、より正確に界面においてエッチングを停止させることが求められている。
【０００９】
本発明は、前記の問題を解決し、窒化物半導体の界面において精度良くエッチングを停止することを可能とし、精度良く加工された窒化物半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明は窒化物半導体装置を、エッチング対象の窒化物半導体層と比べて結晶欠陥密度が大きい欠陥導入層を備えている構成とする。
【００１１】
具体的に、本発明に係る窒化物半導体装置は、基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層の上に形成された欠陥導入層と、欠陥導入層の上に接して形成され、欠陥導入層を露出する開口部を有する第２の窒化物半導体層とを備え、欠陥導入層は、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層と比べて結晶欠陥密度が大きいことを特徴とする。
【００１２】
本発明の窒化物半導体装置は、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層と比べて結晶欠陥密度が大きい欠陥導入層を備えている。このため、第２の窒化物半導体層においては正孔が供給されて光化学エッチングが進行するが、欠陥導入層においては正孔が結晶欠陥により消費されるため光化学エッチングが進行しない。従って、第２の窒化物半導体層と欠陥導入層との界面において、光化学エッチングを精度良く停止させることができる。その結果、選択的なエッチングプロセスを必要とする窒化物半導体装置の加工精度及び再現性を大きく向上することが可能となる。
【００１３】
本発明の窒化物半導体装置において、欠陥導入層は、結晶欠陥密度が２．９×１０7ｃｍ-2以上であり、第２の窒化物半導体層は、結晶欠陥密度が２．６×１０7ｃｍ-2以下とすればよい。
【００１４】
本発明の窒化物半導体装置において、第１の窒化物半導体層と欠陥導入層との間に形成され、不純物がδドープされたδドープ層をさらに備えていてもよい。この場合、δドープ層は、シリコンを１．３×１０19ｃｍ-3以上含む構成とすればよい。
【００１５】
本発明の窒化物半導体装置において、欠陥導入層はｎ型の不純物を含む構成としてもよい。この場合、欠陥導入層は、Ｓｉのドープ量が２×１０19ｃｍ-3以上であり、第２の窒化物半導体層は、Ｓｉのドープ量が４×１０18ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の窒化物半導体装置において、欠陥導入層はｐ型の不純物を含む構成としてもよい。
【００１７】
本発明の窒化物半導体装置は、第２の窒化物半導体層の上に、開口部を埋めるように形成された第３の窒化物半導体層をさらに備え、第１の窒化物半導体層は、活性層及び活性層と欠陥導入層との間に形成された第１のｐ型光ガイド層を含み、第２の窒化物半導体層は、ｎ型電流ブロック層であり、第３の窒化物半導体層は、第２のｐ型光ガイド層を含み、半導体レーザ装置として機能する構成としてもよい。
【００１８】
このような構成とすれば、電流注入部を再現性良く正確に形成することができる。従って、埋め込み型の窒化物半導体レーザ装置の歩留まりを大幅に向上させることが可能となる。
【００１９】
本発明の窒化物半導体装置において、欠陥導入層は、膜厚が０．２５ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下とすればよい。このような構成とすれば、欠陥導入層がｎ型の層であっても、電位障壁の形成に伴うデバイスの動作電圧の上昇がほとんど生じることはない。
【００２０】
本発明の窒化物半導体装置は、開口部において欠陥導入層の上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の両側方に形成されたソース電極及びドレイン電極と、基板と第１の窒化物半導体層との間に形成されたチャネル層とをさらに備え、トランジスタとして機能する構成としてもよい。
【００２１】
このような構成とすれば、ゲートリセス構造を再現性良く正確に形成することができる。従って、ゲートリーク電流が低く且つ高出力の電界効果トランジスタを容易に実現できる。
【００２２】
本発明の窒化物半導体装置において、欠陥導入層は、膜厚が０．２５ｎｍ以上且つ３０ｎｍ以下とすればよい。このような構成とすれば、欠陥導入層がゲート電圧による電流制御にほとんど影響を与えることはない。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、基板の上に第１の窒化物半導体層を結晶成長する工程（ａ）と、第１の窒化物半導体層の上に欠陥導入層を形成する工程（ｂ）と、欠陥導入層の上に第２の窒化物半導体層を形成する工程（ｃ）と、第２の窒化物半導体層を、選択的に光化学エッチングすることにより、欠陥導入層を露出する開口部を形成する工程（ｄ）とを備え、欠陥導入層は、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層と比べて結晶欠陥密度が大きいことを特徴とする。
【００２４】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層と比べて結晶欠陥密度が大きい欠陥導入層を形成し、欠陥導入層を露出する開口部を光化学エッチングにより形成する。このため、第２の窒化物半導体層と欠陥導入層との界面において光化学エッチングを精度良く停止させることができる。従って、選択的なエッチングプロセスを必要とする窒化物半導体装置の加工精度及び再現性を大きく向上することが可能となる。
【００２５】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）では、不純物を供給しながら結晶成長を行うことにより欠陥導入層を形成し、欠陥導入層への不純物の導入量は、第２の窒化物半導体層への不純物の導入量よりも多くすればよい。
この場合において、工程（ｂ）では、欠陥導入層にシリコンを２×１０19ｃｍ-3以上導入し、工程（ｃ）では、第２の窒化物半導体層に導入するシリコンの量を４×１０18ｃｍ-3以下とすればよい。
【００２６】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、工程（ａ）よりも後で且つ工程（ｂ）よりも前に、第１の窒化物半導体層の表面に不純物を供給することによりδドープ層を形成する工程（ｅ）をさらに備え、工程（ｂ）では、δドープ層の上に欠陥導入層を結晶成長してもよい。不純物のδドープ層の上に結晶成長した層の成長初期にはナノホールが形成され結晶欠陥密度が高くなる。従って、欠陥導入層を容易に形成することが可能となる。
【００２７】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法において、工程（ｅ）では、シリコンを１．３×１０19ｃｍ-3以上導入することが好ましい。
【００２８】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法において、工程（ａ）では、第１の窒化物半導体層を有機金属気相成長法により所定の結晶成長温度において結晶成長し、工程（ｂ）は、結晶成長温度を保持した状態において、第１の窒化物半導体層を結晶成長するための有機金属原料の供給を遮断することにより、第１の窒化物半導体層の上部に欠陥導入層を形成する工程としてもよい。このような構成とすることにより、第１の窒化物半導体層の上部に容易に欠陥導入層を形成することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る窒化物半導体装置及びその製造方法によれば、選択的なエッチングプロセスを必要とする窒化物半導体装置において、従来よりも加工精度及び再現性を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】光化学エッチングの検証に用いた積層体を示す断面図である。
【図２】積層体の光化学エッチング工程を示す模式図である。
【図３】エッチング量の経時変化にシリコン濃度が及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
まず、本願発明者らが見出した従来よりも精度良く界面においてエッチングを停止させる方法について説明する。図１に示すような窒化物半導体の積層体６０についてエッチングの検討を行った。図１において積層体６０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板５１の上に順次形成されたｎ−ＧａＮ層５２、ｎ−ＡｌＧａＮ層５３、ｎ−ＧａＮ層５４、ＩｎＧａＮ層５５、ｐ−ＡｌＧａＮ層５６、ｐ−ＧａＮ層５７及びｎ−ＡｌＧａＮ層５８である。ｎ−ＡｌＧａＮ層５８のＡｌ及びＧａの組成比は、それぞれ０．１５及び０．８５とした。
【００３２】
ウェットエッチングは図２に示すような光化学エッチングとした。光化学エッチングは紫外光とアルカリ溶液とを用いるウェットエッチングである。具体的には、まず液温２０℃で濃度が１０ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液６８中にストライプ状の開口部を有するメタルマスク６２を形成した積層体６０を浸漬する。メタルマスク６２と白金等からなるカソード６３とを接続した後、メタルマスク６２の開口部にｎ−ＡｌＧａＮ層５８の吸収端よりも波長が短い紫外光６４を照射する。今回は、波長が４０５ｎｍにおける強度が約６５ｍＷ／ｃｍ2の紫外光を照射した。紫外光の照射には低圧紫外線ランプ等を用いればよい。メタルマスク６２の開口部は、積層体６０の結晶軸の＜１−１００＞方向に形成した。
【００３３】
本願発明者らは、ｎ−ＡｌＧａＮ層５８に含まれるシリコン（Ｓｉ）の量により、ｎ−ＡｌＧａＮ層５８のエッチング挙動が大きく変化することを見出した。図３はｎ−ＡｌＧａＮ層５８にＳｉを４×１０18ｃｍ-3ドーピングした場合と、Ｓｉを２×１０19ｃｍ-3ドーピングした場合とにおけるエッチング量の時間変化を示している。Ｓｉのドープ量を４×１０18ｃｍ-3とした場合には、エッチング量は時間と共に増加している。しかし、Ｓｉのドープ量を２×１０19ｃｍ-3とした場合には、エッチングが生じなかった。
【００３４】
ＧａＮを光化学エッチングする場合は以下の式（１）に従って反応が生じていると考えられる。
ＧａＮ＋６ＯＨ-＋３ｈ+→ＧａＯ3-＋０．５Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ・・・（１）
式（１）に示すように、窒化物半導体の光化学エッチングには正孔が必要である。正孔は、窒化物半導体に紫外線を照射することにより供給される。しかし、窒化物半導体に過剰なＳｉドーピングを行うと多量の結晶欠陥が形成され、紫外線照射により生じた正孔が非発光再結合により消費される。このことから、ｎ−ＡｌＧａＮ層５８のＳｉドープ量が２×１０19ｃｍ-3の場合に光化学エッチングが生じなかった理由は、反応に必要な正孔を消費してしまうだけの結晶欠陥が発生したためであると考えられる。
【００３５】
ｎ−ＡｌＧａＮ層５８の平均の結晶欠陥密度をＸ線回折（ＸＲＤ）の回折ピークの半値幅から見積もったところ、Ｓｉのドープ量が４×１０18ｃｍ-3の場合には、約２．６×１０7ｃｍ-2であった。一方、Ｓｉのドープ量が２×１０19ｃｍ-3の場合には、約２．９×１０7ｃｍ-2であった。このことから、結晶欠陥密度が約２．６×１０7ｃｍ-2以下の場合には、反応に必要な正孔を供給することができ、約２．９×１０7ｃｍ-2以上の場合には正孔が消費されエッチング反応が進行しなかったものと考えられる。
【００３６】
この結果によれば、結晶欠陥密度が約２．９×１０7ｃｍ-2以上の第１の層の上に、結晶欠陥密度が約２．６×１０7ｃｍ-2以下の第２の層を積層した場合には、第２の層は光化学エッチングされるが第１の層は光化学エッチングされない。つまり、結晶欠陥密度が高い第１の層と結晶欠陥密度が低い第２の層との界面において正確に光化学エッチングを停止することが可能となる。
【００３７】
正孔の発生量は、紫外線照射の条件等によって変化させることができる。従って、第１の層と第２の層との間に相対的な結晶欠陥密度の差があれば、第１の層と第２の層との界面において正確にエッチングを停止することが可能となる。エッチング反応が生じない場合の結晶欠陥密度は、エッチング反応が進行する場合の結晶欠陥密度よりも約１０％大きい。従って、第１の層の結晶欠陥密度が第２の層よりも約１０％以上大きい場合には、第１の層と第２の層との界面において正確に光化学エッチングを停止することが可能となる。
【００３８】
本願発明者らが見出した界面において精度良く光化学エッチングを停止させる条件を適用した半導体装置について具体的な実施形態として以下に説明する。但し、以下の実施形態は一例であり、選択的なエッチングプロセスを必要とする種々の窒化物半導体装置に対して同様に適用することができる。
【００３９】
（第１の実施形態）
図４は、第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の断面構成を示している。また、図５は、第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法を工程順に示している。図４に示すように、本実施形態の窒化物半導体装置は埋め込み型の半導体レーザ装置である。第１のｐ型光ガイド層１０７と電流ブロック層１０９との間に欠陥導入層１０８が形成されている。欠陥導入層１０８を形成することにより、電流ブロック層１０９をエッチングして電流注入部１１０を形成する際に、オーバーエッチング又はアンダーエッチングが生じるおそれがほとんどない。
【００４０】
具体的に製造方法を説明すると、まず、図５（ａ）に示すように有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる基板１０１の主面上に、積層構造体１１６を形成する。積層構造体１１６は、基板１０１側から順次成長させたｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光ガイド層１０４、量子井戸活性層１０５、ｐ型電子障壁層１０６、第１のｐ型光ガイド層１０７、欠陥導入層１０８及び電流ブロック層１０９からなる。
【００４１】
ＭＯＣＶＤ法のIII族有機金属原料には、例えばＴＭＧ（Trimethyl Gallium）、ＴＭＡ（Trimethyl Alminium）及びＴＭＩｎ（Trimethyl Indium）等を用い、Ｖ族原料にはアンモニアガス等を用いればよい。ｎ型のドーパントには、ＴＥＳｉ（Tetra Ethyl Silane）を用い、ｐ型のドーパントとしてはＣｐ2Ｍｇ（Bis cyclopentadienyl magnesium）を用いればよい。
【００４２】
ｎ型ＧａＮ層１０２の膜厚は２μｍとすればよい。ｎ型クラッド層１０３は、例えば膜厚が１．６μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎとすればよく、ｎ型光ガイド層１０４は、例えば膜厚が１５０ｎｍのｎ型ＧａＮとすればよい。量子井戸活性層１０５は、例えば膜厚が３ｎｍでＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる井戸層と膜厚が７．５ｎｍでＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とすればよい。ｐ型電子障壁層１０６は、例えば膜厚が１０ｎｍのｐ型Ａｌ0.16Ｇａ0.84Ｎとすればよく、第１のｐ型光ガイド層１０７は、例えば膜厚が１０ｎｍのｐ型ＧａＮとすればよい。欠陥導入層１０８は、Ｓｉの濃度が２×１０19ｃｍ-3となるようにして結晶成長した、膜厚が３ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎとすればよい。電流ブロック層１０９は、Ｓｉの濃度が４×１０18ｃｍ-3となるようにして結晶成長した、厚さが１２５ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎとすればよい。
【００４３】
次に、図５（ｂ）に示すように、電流ブロック層１０９を光化学エッチングにより選択的に除去して開口部１０９ａを形成する。欠陥導入層１０８は、電流ブロック層１０９と比べて結晶欠陥密度が約１０％大きい。このため、電流ブロック層１０９と欠陥導入層１０８との界面において光化学エッチングは停止する。
【００４４】
光化学エッチングは、まず、電流ブロック層１０９の上に、ストライプ状の開口部を有するメタルマスクを形成する。この後、メタルマスクとカソードとを接続した状態で積層構造体１１６をエッチング液中に浸漬し、紫外線を照射する。メタルマスクの開口部は、積層構造体１１６の結晶軸の＜１−１００＞方向に形成すればよい。エッチング液は１０ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ溶液とすればよく、液温は２０℃とすればよい。照射する紫外線は、波長が４０５ｎｍにおける照射強度を約６５ｍＷ／ｃｍ2とすればよい。
【００４５】
次に、図５（ｃ）に示すように、開口部１０９ａを形成した電流ブロック層１０９の上に、第２のｐ型光ガイド層１１１、ｐ型クラッド層１１２及びｐ型コンタクト層１１３を、ＭＯＣＶＤ法により順次形成する。第２のｐ型光ガイド層１１１は、例えば膜厚が１０ｎｍのｐ型ＧａＮとすればよく、ｐ型クラッド層１１２は、例えば膜厚が４０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮとすればよく、ｐ型コンタクト層１１３は、例えば膜厚が４０ｎｍのｐ型ＧａＮとすればよい。これにより、開口部１０９ａに電流注入部１１０が形成される。
【００４６】
次に、図５（ｄ）に示すように、ｐ型コンタクト層１１３の上に、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるｐ側電極１１４を形成し、基板１０１におけるｎ型ＧａＮ層１０２と反対側の面（裏面）上に、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層膜からなるｎ側電極１１５を形成する。なお、ｎ側電極１１５は、基板１０１の裏面に限られず、積層構造体１１６の一部を除去して、ｎ型半導体層を露出し、露出したｎ型半導体層に形成してもよい。この後、ブレーキング又は劈開等を行い、個々の半導体装置に分離する。
【００４７】
電流ブロック層１０９の膜厚は、電流をブロックするのに十分な厚さとする必要がある。このため、約５０ｎｍ以上の厚さであることが好ましい。また、あまり厚いとクラックが生じるおそれがあるため約５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
欠陥導入層１０８は、１原子層分の膜厚があれば光化学エッチングを停止させることができる。従って、膜厚が０．２５ｎｍ以上あればよい。但し、欠陥導入層１０８の膜厚が厚くなると電流注入を効率よく行うことができなくなるため、膜厚を１０ｎｍ以下とすることが好ましい。膜厚が１０ｎｍ以下であれば、欠陥導入層１０８がｎ型の層であっても、電位障壁の形成に伴うデバイスの動作電圧の上昇はほとんど認められない。
【００４９】
本実施形態においては、濃度が２×１０19ｃｍ-3となるようにＳｉをドープすることにより欠陥導入層１０８を形成している。しかし、先に述べたように、電流ブロック層１０９よりも結晶欠陥密度が約１０％以上大きければよく、Ｓｉをドープする代わりに他のｎ型不純物をドープしてもよい。また、欠陥導入層１０８はｎ型である必要はなくｐ型不純物をドープしてもよい。不純物のドープは、ＴＥＳｉ又はＣｐ2Ｍｇ等のIII族元素以外の有機金属を結晶成長の際に混入すればよい。通常のＧａＮ基板の結晶欠陥密度は５×１０4ｃｍ-2程度である。このため、不純物のドープをせずにＧａＮ基板上に成長したＡｌＧａＮ層の結晶欠陥密度は５×１０5ｃｍ-2〜５×１０6ｃｍ-2程度となる。この値と、電流ブロック層１０９のドープ量とを考慮して欠陥導入層１０８のドープ量を決定すればよい。
【００５０】
また、結晶成長の際に不純物を導入するのではなく、結晶成長を行った後、イオン注入等により不純物を導入して結晶欠陥密度を上昇させてもよい。さらに、不純物を導入するのではなく結晶成長により形成した半導体層をドライエッチングしたり、再蒸発させたりすることにより結晶欠陥密度を上昇させてもよい。この他、結晶欠陥密度は、成膜温度、Ｖ族元素とIII族元素との供給量の比及び成膜時のチャンバ内の圧力等によって変化させることができる。従って、これらのパラメータを変化させることにより欠陥導入層１０８を形成してもよい。
【００５１】
また、欠陥導入層１０８のIII族元素の組成は電流ブロック層１０９と一致している必要はない。従って、欠陥導入層１０８をＧａＮ又はＡｌＮ等としてもよく、電流ブロック層１０９とはＡｌ組成が異なるＡｌＧａＮとしても問題なく、その他、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体から任意に選択できる。
【００５２】
（第１の実施形態の第１変形例）
第１の実施形態においては、第１のｐ型光ガイド層１０７の上に高濃度の不純物をドープした半導体層をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させることにより欠陥導入層１０８を形成する方法を示した。しかし、次のような方法により欠陥導入層１０８を形成してもよい。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様にして基板１０１の上に第１のｐ型光ガイド層１０７までをＭＯＣＶＤ法により結晶成長する。
【００５４】
次に、図６（ｂ）に示すように一旦結晶成長を中断し、第１のｐ型光ガイド層１０７の表面上にＴＥＳｉを供給しＳｉ濃度が１．３×１０19ｃｍ-3以上のδドープ層１２１を形成する。Ｓｉが供給されたδドープ層１２１においては、Ｓｉ−Ｎの結合手が形成され、表面のダングリングボンドが終端される。
【００５５】
次に、δドープ層１２１の上に例えばｎ型ＡｌＧａＮ層の成長を行う。δドープ層１２１の上にｎ型ＡｌＧａＮ層の成長を行うと、成長の初期においてはIII族元素であるＧａが吸着せず、小さな穴（ナノホール）が形成され結晶欠陥が生じる。成長が進むとナノホールが埋め込まれ結晶欠陥密度は減少する。このため、図６（ｃ）に示すように膜厚が３ｎｍ程度の欠陥導入層１０８と、電流ブロック層１０９を形成できる。欠陥導入層１０８の膜厚は、δドープ層１２１の不純物量、δドープ層１２１の上に形成する窒化物半導体層の成長温度及びＶ族元素とIII族元素との供給量の比等によって変化させることができる。
【００５６】
この後、第１の実施形態と同様にして、電流ブロック層１０９の光化学エッチング、第２のｐ型光ガイド層１１１等の再成長、電極形成及び劈開等を行うことにより図６（ｄ）に示す埋め込み型の半導体レーザ装置が得られる。
【００５７】
本変形例においては、欠陥導入層１０８と電流ブロック層１０９とを同一の成膜条件で連続して形成したが、途中で成膜条件を変えることも可能である。例えば、成長初期にはＡｌの供給量を多くし、その後Ａｌ供給量を減らして成長すれば、欠陥導入層１０８と電流ブロック層１０９とをＡｌ組成が異なる層とすることができる。また、成長初期にはｐ型不純物を供給し、その後ｎ型不純物に切り替えれば、ｐ型の欠陥導入層１０８とｎ型の電流ブロック層１０９とを形成することができる。
【００５８】
また、δドープ層１２１はＳｉ以外の不純物をドープしてもよく、Ｍｇ等のｐ型不純物をドープしてもよい。
【００５９】
（第１の実施形態の第２変形例）
欠陥導入層１０８の形成は以下のようにしてもよい。まず、図７（ａ）に示すように第１の実施形態と同様にして基板１０１の上に第１のｐ型光ガイド層１０７までをＭＯＣＶＤ法により結晶成長する。次に、結晶成長温度を維持したまま有機金属原料の供給を停止する。これにより、第１のｐ型光ガイド層１０７の表面近傍に結晶欠陥が多数生成され、図７（ｂ）に示すように膜厚が数ｎｍの欠陥導入層１０８が形成される。次に、図７（ｃ）に示すように再び有機金属原料を供給して電流ブロック層１０９を成長する。この後、第１の実施形態と同様にして、電流ブロック層１０９の光化学エッチング、第２のｐ型光ガイド層１１１等の再成長、電極形成及び劈開等を行うことにより図７（ｄ）に示す埋め込み型の半導体レーザ装置が得られる。
【００６０】
第１の実施形態及びその変形例において、基板をＧａＮ又はＡｌＧａＮとしたが、ＳｉＣ基板等としてもよい。また、絶縁性のサファイア基板等を用いた構成とすることも可能である。
【００６１】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図８は、第２の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図９は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示している。図８に示すように第２の実施形態に係る窒化物半導体装置は、ゲートリセス構造を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。チャネル層２０２の上に第１の半導体層２０３、欠陥導入層２０４及び第２の半導体層２０５が順次形成されている。第１の半導体層２０３と第２の半導体層２０５との間に欠陥導入層２０４を形成することにより、正確に第２の半導体層２０５と欠陥導入層２０４との界面においてエッチングを停止することが可能となる。このため、第２の半導体層２０５を選択的に除去してゲートリセス構造を容易に形成することができる。
【００６２】
本実施形態の半導体装置の製造方法を説明すると、まず図９（ａ）に示すように、例えばサファイアからなる基板２０１上に、チャネル層２０２、第１の半導体層２０３、欠陥導入層２０４及び第２の半導体層２０５を順次形成する。チャネル層２０２は、膜厚が１μｍのＧａＮとすればよい。第１の半導体層２０３は例えば膜厚が１０ｎｍのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎとすればよい。欠陥導入層２０４は例えば膜厚が５ｎｍのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎとすればよい。第２の半導体層２０５は例えば膜厚が１５ｎｍのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎとすればよい。
【００６３】
欠陥導入層２０４は、第２の半導体層２０５と比べて結晶欠陥密度が約１０％以上大きくなるように形成する。具体的には、第１の実施形態と同様に結晶成長の際に、ＴＥＳｉ又はＣｐ2Ｍｇ等のIII族有機金属原料以外の有機金属原料を混入することにより結晶性を劣化させればよい。また、結晶成長の際に不純物を導入するのではなく、結晶成長を行った後、イオン注入等により不純物を導入して結晶欠陥密度を上昇させてもよい。さらに、不純物を注入するのではなく結晶成長により形成した半導体層をドライエッチングしたり、再蒸発させることにより結晶欠陥密度を上昇させてもよい。この他、結晶欠陥密度は、成膜温度、Ｖ族元素とIII族元素との供給量の比及び成膜時のチャンバ内の圧力等によって変化させることができる。従って、これらのパラメータを変化させることにより欠陥導入層２０４を形成してもよい。
【００６４】
次に、第２の半導体層２０５の上にメタルマスクを形成した後、光化学エッチングを行うことにより第２の半導体層２０５を選択的に除去し、図９（ｂ）に示すように開口部２０５ａを形成する。光化学エッチングは、第１の実施形態と同様に行えばよく、１０ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ溶液をエッチング液として用い、液温２０℃において波長が４０５ｎｍにおける強度が約６５ｍＷ／ｃｍ2の紫外光を照射すればよい。
【００６５】
次に、図９（ｃ）に示すように、開口部２０５ａの両側方に、チャネル層２０２と第１の半導体層２０３との界面よりも下側に達する開口部２０２ａをドライエッチングにより形成する。
【００６６】
次に、図９（ｄ）に示すように、電子ビーム蒸着法及びリフトオフ法を用いて、開口部２０２ａのそれぞれにソース電極及びドレイン電極であるオーミック電極２０７を形成し、開口部２０５ａにゲート電極２０８を形成する。
【００６７】
本実施形態においては、第１の半導体層２０３、欠陥導入層２０４及び第２の半導体層２０５をＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎとしたが、チャネル層２０２に２次元電子ガスを発生させられればどのような組成であってもよい。また、第１の半導体層２０３、欠陥導入層２０４及び第２の半導体層２０５が同じ組成である必要もなく、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体を任意に組み合わせることができる。第２の半導体層２０５はアンドープ又はｎ型にドープされていればよい。第１の半導体層２０３もアンドープであってもｎ型にドープされていてもよい。第１の半導体層２０３がｎ型にドープされていた方が２次元電子ガス濃度を上昇させることができる。
【００６８】
欠陥導入層２０４は、１原子層以上あれば光化学エッチングを停止させることができる。従って、膜厚が０．２５ｎｍ以上あればよい。但し、欠陥導入層２０４の膜厚が厚くなるとゲート電圧による電流制御が困難となるため、膜厚を３０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００６９】
（第２の実施形態の第１変形例）
第２の実施形態においては、第１の半導体層２０３の上に高濃度の不純物をドープした半導体層をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させることにより欠陥導入層２０４を形成する方法を示した。しかし、次のような方法により欠陥導入層２０４を形成してもよい。
【００７０】
図１０（ａ）に示すように、第２の実施形態と同様にして基板２０１の上に第２の半導体層２０５までをＭＯＣＶＤ法により結晶成長する。
【００７１】
次に、図１０（ｂ）に示すように一旦結晶成長を中断し、第２の半導体層２０５の表面上にＴＥＳｉを供給しＳｉ濃度が１．３×１０19ｃｍ-3以上のδドープ層２２１を形成する。Ｓｉが供給されたδドープ層２２１においては、Ｓｉ−Ｎの結合手が形成され、表面のダングリングボンドが終端される。
【００７２】
次に、δドープ層２２１の上に例えばＡｌＧａＮ層の成長を行う。δドープ層２２１の上にＡｌＧａＮ層の成長を行うと、成長の初期においてはIII族元素であるＧａが吸着せず、小さな穴（ナノホール）が形成され結晶欠陥が生じる。成長が進むとナノホールが埋め込まれ結晶欠陥密度は減少する。このため、図１０（ｃ）に示すように成長初期の数ｎｍは欠陥導入層２０４となり、その後第２の半導体層２０５を形成できる。
【００７３】
この後、第２の実施形態と同様にして、第２の半導体層２０５の光化学エッチング及び電極形成を行うことにより図１０（ｄ）に示すＦＥＴが得られる。
【００７４】
本変形例においては、欠陥導入層２０４と第２の半導体層２０５とを同一の成膜条件で連続して形成したが、途中で成膜条件を変えることも可能である。例えば、成長初期にはＡｌの供給量を多くし、その後Ａｌ供給量を減らして成長すれば、欠陥導入層２０４と第２の半導体層２０５とをＡｌ組成が異なる層とすることができる。また、δドープ層１２１はＳｉ以外の不純物をドープしてもよく、Ｍｇ等のｐ型不純物をドープしてもよい。
【００７５】
（第２の実施形態の第２変形例）
欠陥導入層２０４の形成は以下のようにしてもよい。まず、図１１（ａ）に示すように第２の実施形態と同様にして基板２０１の上に第１の半導体層２０３までをＭＯＣＶＤ法により結晶成長する。次に、結晶成長温度を維持したまま有機金属原料の供給を停止する。これにより、第１の半導体層２０３の表面近傍に結晶欠陥が多数生成され、図１１（ｂ）に示すように膜厚が数ｎｍの欠陥導入層２０４が形成される。次に、図１１（ｃ）に示すように第２の半導体層２０５を成長する。この後、第２の実施形態と同様にして、第２の半導体層２０５の光化学エッチング及び電極形成を行うことにより図１１（ｄ）に示すＦＥＴが得られる。
【００７６】
第２の実施形態及びその変形例において、オーミック電極２０７が２次元電子ガスと直接接する構成としたが、オーミック電極２０７と２次元電子ガスとがオーミック接続できればどのような構成としてもよい。ゲート電極２０８は欠陥導入層２０４と直接接する構成としたが、例えばリセス部にｐ型のＧａＮ層等を形成し、ｐ型層の上にゲート電極２０８を形成する構成としてもよい。このようにすれば、容易にノーマリオフ化することができる。この場合、ゲート電極２０８はｐ型層とオーミック接触するように形成すればよい。
【００７７】
第２の実施形態及びその変形例において基板にサファイアを用いたが、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＳｉＣ等の他の基板を用いてもよい。第２の実施形態及びその変形例において、ＦＥＴについて説明したが選択的なエッチングプロセスを必要とする他の窒化物半導体装置にも適用可能である。
【００７８】
第１の実施形態、第２の実施形態及びそれらの変形例において光化学エッチングのエッチング液にＫＯＨを用いたが、他のアルカリ性の溶液を用いてもよい。また、カソードには、水素よりもイオン化傾向が大きい材料を用いればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係る窒化物半導体装置及びその製造方法によれば、従来よりも窒化物半導体の加工精度及び再現性を向上でき、特に選択的なエッチングプロセスを必要とする窒化物半導体装置及びその製造方法等として有用である。
【符号の説明】
【００８０】
５１        基板
５２        ｎ−ＧａＮ層
５３        ｎ−ＡｌＧａＮ層
５４        ｎ−ＧａＮ層
５５        ＩｎＧａＮ層
５６        ｐ−ＡｌＧａＮ層
５７        ｐ−ＧａＮ層
５８        ｎ−ＡｌＧａＮ層
６０        積層体
６２        メタルマスク
６３        カソード
６４        紫外光
６８        水酸化カリウム溶液
１０１      基板
１０２      ｎ型ＧａＮ層
１０３      ｎ型クラッド層
１０４      ｎ型光ガイド層
１０５      量子井戸活性層
１０６      ｐ型電子障壁層
１０７      第１のｐ型光ガイド層
１０８      欠陥導入層
１０９      電流ブロック層
１０９ａ    開口部
１１０      電流注入部
１１１      第２のｐ型光ガイド層
１１２      ｐ型クラッド層
１１３      ｐ型コンタクト層
１１４      ｐ側電極
１１５      ｎ側電極
１１６      積層構造体
１２１      δドープ層
２０１      基板
２０２      チャネル層
２０２ａ    開口部
２０３      第１の半導体層
２０４      欠陥導入層
２０５      第２の半導体層
２０５ａ    開口部
２０７      オーミック電極
２０８      ゲート電極
２２１      δドープ層
【図１】
2010287805.tif 000003
【図２】
2010287805.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010287805.tif 000010
【図９】
2010287805.tif 000011
【図１０】
2010287805.tif 000012
【図１１】
2010287805.tif 000013