(57)【要約】【課題】光電気化学を用いてパッシベーション層を形成したエンハンスメント型窒化物半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】本明細書に開示された一実施形態による半導体素子は、ＧａＮ層１１０と、ＧａＮ層１１０上に形成されるＡｌＧａＮ層１２０と、ＡｌＧａＮ層１２０上に形成されるｐ−ＧａＮ層１３０と、ｐ−ＧａＮ層１３０上に形成されるゲート電極１５０と、ＡｌＧａＮ層１２０の一部領域上に形成されるソース電極１６０及びドレイン電極１７０と、ＡｌＧａＮ層１２０の一部領域上に形成され、ソース電極１６０とゲート電極１５０との間又はゲート電極１５０とドレイン電極１７０との間に形成されるパッシベーション層１４０とを含み、パッシベーション層１４０は、ｐ−ＧａＮ層１３０の一部が酸化されて形成されるものであってもよい。【選択図】図２
2014212317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ層と、
前記ＧａＮ層上に形成されるＡｌＧａＮ層と、
前記ＡｌＧａＮ層上に形成されるｐ−ＧａＮ層と、
前記ｐ−ＧａＮ層上に形成されるゲート電極と、
前記ＡｌＧａＮ層の一部領域上に形成されるソース電極及びドレイン電極と、
前記ＡｌＧａＮ層の一部領域上に形成され、前記ソース電極と前記ゲート電極との間又は前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に形成されるパッシベーション層とを含み、
前記パッシベーション層は、前記ｐ−ＧａＮ層の一部が酸化されて形成される、半導体素子。
【請求項２】
前記パッシベーション層は、前記ｐ−ＧａＮ層が光電気化学（ＰＥＣ）法により酸化されて形成されるものである、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記パッシベーション層は、ＧａＯxからなり、前記ｘが０．１〜２．０である、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記ｐ−ＧａＮ層は、ｐ型ドーパントがドーピングされて形成され、
前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ及びＺｎの少なくとも一方であり、
前記ｐ型ドーパントの濃度は、１×１０12／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3である、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記ｐ−ＧａＮ層の厚さは、１ｎｍ〜１μｍである、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記ＧａＮ層の厚さは、０．５μｍ〜７μｍである、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記ＧａＮ層は、Ｍｇ、Ｃ及びＦｅの少なくとも１つのドーパントがドーピングされて形成され、
前記少なくとも１つのドーパントの濃度は、１×１０16／ｃｍ3〜５×１０20／ｃｍ3である、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記ＡｌＧａＮ層の厚さは、２ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記ＡｌＧａＮ層上に形成されるＧａＮキャップ層をさらに含み、
前記ＧａＮキャップ層の厚さは、２ｎｍ〜１０ｎｍである、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記ＧａＮ層は、バッファ層上に形成されるものであり、
前記バッファ層は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ及び超格子構造の少なくとも１つからなるものである、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１１】
前記バッファ層は、基板上に形成されるものである、請求項１０に記載の半導体素子。
【請求項１２】
前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア及びＧａＮの少なくとも１つからなるものである、請求項１１に記載の半導体素子。
【請求項１３】
基板上にバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層上にＧａＮ層を形成する段階と、
前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する段階と、
前記ＡｌＧａＮ層上にｐ−ＧａＮ層を形成する段階と、
前記ｐ−ＧａＮ層の一部をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層上に互いに分離されたソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、
前記ｐ−ＧａＮ層のうちゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層を形成する段階と、
前記ゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極を形成する段階とを含む、半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記パッシベーション層は、前記ｐ−ＧａＮ層が光電気化学（ＰＥＣ）法により酸化されて形成されるものである、請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記パッシベーション層は、ＧａＯxからなり、前記ｘが０．１〜２．０である、請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記ｐ−ＧａＮ層は、ｐ型ドーパントがドーピングされて形成され、
前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ及びＺｎの少なくとも一方である、請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記ｐ型ドーパントの濃度は、１×１０12／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3である、請求項１６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記ｐ−ＧａＮ層の厚さは、１ｎｍ〜１μｍである、請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記バッファ層、前記ＧａＮ層、前記ＡｌＧａＮ層及び前記ｐ−ＧａＮ層の少なくとも１つは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング及び原子層堆積法（ＡＬＤ）の少なくとも１つにより形成されるものである、請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
基板上にバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層上にＧａＮ層を形成する段階と、
前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する段階と、
前記ＡｌＧａＮ層上にｐ−ＧａＮ層を形成する段階と、
前記ｐ−ＧａＮ層のうちゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層を形成する段階と、
前記パッシベーション層の一部をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層上に互いに分離されたソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、
前記ゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極を形成する段階とを含む、半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電気化学（photo-electrochemical; PEC）を用いてパッシベーション層を形成したエンハンスメント型窒化物半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、シリコンに比べて高い臨界電界、低いオン抵抗、高温、高周波動作特性が注目され、次世代半導体素子の材料として研究されている。
【０００３】
近年、高出力電力素子としては、主にＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）とＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられており、ＧａＮ系においてはＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）、ＨＦＥＴ（Hetero-structure Field-Effect Transistor）やＭＯＳＦＥＴなどの素子が研究されている。
【０００４】
ＨＥＭＴは、高い電子移動度を利用して、電力用半導体や高周波特性の通信素子などに用いられている。近年、ハイブリッド／燃料電池自動車の開発が行われており、世界各国の様々な企業がハイブリッド自動車を市場に投入している。ハイブリッド自動車内でモータと発電機（ジェネレータ）を連結する昇圧型コンバータ（voltage boost converter）及びインバータ内の半導体スイッチは、エンジンから発生する熱により、信頼性のある高温動作が要求される。ＧａＮは、ワイドバンドギャップにより信頼性のある高温動作が可能であり、ハイブリッド自動車内の次世代半導体スイッチに適している。
【０００５】
一例として、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴディスクリートが古河電気工業株式会社により発表されており、これは、７５０Ｖの高い降伏電圧と６．３ｍΩ・ｃｍ2の低いオン抵抗を有し、既存のＳｉ ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉスーパージャンクションＭＯＳＦＥＴやＳｉＣ ＭＥＳＦＥＴよりも優れた特性を有することが証明された。また、発表されたＧａＮディスクリートは、２２５℃の高温でも安定したスイッチング動作を示した。
【０００６】
図８は一般的なＨＦＥＴの構造の一例を示す図である。
【０００７】
一般的なＨＦＥＴにおいては、ドレイン電極からソース電極に流れる２ＤＥＧ電流をショットキーゲート電極によりスイッチングすることができる。
【０００８】
図８に示すように、一般的なＨＦＥＴ１０は、基板（図示せず）と、前記基板上に形成される第１ＧａＮ層１１と、第１ＧａＮ層１１上に形成されるＡｌＧａＮ層１２と、ＡｌＧａＮ層１２上に形成される第２ＧａＮ層１３と、第２ＧａＮ層１３上に形成されるゲート電極１４、ソース電極１５及びドレイン電極１６とを含んでもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような一般的なＨＦＥＴ素子は、電圧、電流特性に優れており、高出力電力素子として用いるために多くの試みがなされているが、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの素子とは異なり、ノーマリオン型であるという欠点があった。
【００１０】
ノーマリオン素子の場合、複雑度が高いことから回路の構成が難しいので、閾値電圧を高くするために、プラズマ処理、ｐ−ＧａＮ成長、ゲートリセスなどの手法が研究されている。
【００１１】
本発明は、光電気化学を用いてパッシベーション層を形成したエンハンスメント型窒化物半導体素子及びその製造方法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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明による半導体素子は、ＧａＮ層と、前記ＧａＮ層上に形成されるＡｌＧａＮ層と、前記ＡｌＧａＮ層上に形成されるｐ−ＧａＮ層と、前記ｐ−ＧａＮ層上に形成されるゲート電極と、前記ＡｌＧａＮ層の一部領域上に形成されるソース電極及びドレイン電極と、前記ＡｌＧａＮ層の一部領域上に形成され、前記ソース電極と前記ゲート電極との間又は前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に形成されるパッシベーション層とを含み、前記パッシベーション層は、前記ｐ−ＧａＮ層の一部が酸化されて形成されるものであってもよい。
【００１３】
本発明の一態様において、前記パッシベーション層は、前記ｐ−ＧａＮ層が光電気化学（ＰＥＣ）法により酸化されて形成されるものであってもよい。
【００１４】
本発明の一態様において、前記パッシベーション層は、ＧａＯxからなり、前記ｘが０．１〜２．０のものであってもよい。
【００１５】
本発明の一態様において、前記ｐ−ＧａＮ層は、ｐ型ドーパントがドーピングされて形成され、前記ｐ型ドーパントがＭｇ及びＺｎの少なくとも一方であるものであってもよい。
【００１６】
本発明の一態様において、前記ｐ型ドーパントの濃度は、１×１０12／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3であってもよい。
【００１７】
本発明の一態様において、前記ｐ−ＧａＮ層の厚さは、１ｎｍ〜１μｍであってもよい。
【００１８】
本発明の一態様において、前記ＧａＮ層の厚さは、０．５μｍ〜７μｍであってもよい。
【００１９】
本発明の一態様において、前記ＧａＮ層は、Ｍｇ、Ｃ及びＦｅの少なくとも１つのドーパントがドーピングされて形成され、前記少なくとも１つのドーパントの濃度が１×１０16／ｃｍ3〜５×１０20／ｃｍ3であるものであってもよい。
【００２０】
本発明の一態様において、前記ＡｌＧａＮ層の厚さは、２ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。
【００２１】
本発明の一態様において、前記半導体素子は、前記ＡｌＧａＮ層上に形成されるＧａＮキャップ層をさらに含んでもよい。
【００２２】
本発明の一態様において、前記ＧａＮキャップ層の厚さは、２ｎｍ〜１０ｎｍであってもよい。
【００２３】
本発明の一態様において、前記ＧａＮ層は、バッファ層上に形成されるものであってもよい。
【００２４】
本発明の一態様において、前記バッファ層は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ及び超格子構造の少なくとも１つからなるものであってもよい。
【００２５】
本発明の一態様において、前記バッファ層は、基板上に形成されるものであってもよい。
【００２６】
本発明の一態様において、前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア及びＧａＮの少なくとも１つからなるものであってもよい。
【００２７】
上記目的を達成するために、本発明による半導体素子の製造方法は、基板上にバッファ層を形成する段階と、前記バッファ層上にＧａＮ層を形成する段階と、前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する段階と、前記ＡｌＧａＮ層上にｐ−ＧａＮ層を形成する段階と、前記ｐ−ＧａＮ層の一部をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層上に互いに分離されたソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、前記ｐ−ＧａＮ層のうちゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層を形成する段階と、前記ゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極を形成する段階とを含んでもよい。
【００２８】
本発明の一態様において、前記バッファ層、前記ＧａＮ層、前記ＡｌＧａＮ層及び前記ｐ−ＧａＮ層の少なくとも１つは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング及び原子層堆積法（ＡＬＤ）の少なくとも１つにより形成されるものであってもよい。
【００２９】
また、上記目的を達成するために、本発明による半導体素子の製造方法は、基板上にバッファ層を形成する段階と、前記バッファ層上にＧａＮ層を形成する段階と、前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する段階と、前記ＡｌＧａＮ層上にｐ−ＧａＮ層を形成する段階と、前記ｐ−ＧａＮ層のうちゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層を形成する段階と、前記パッシベーション層の一部をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層上に互いに分離されたソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、前記ゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極を形成する段階とを含んでもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本明細書に開示された一実施形態によれば、光電気化学を用いてパッシベーション層を形成したエンハンスメント型窒化物半導体素子及びその製造方法が提供される。
【００３１】
特に、本明細書に開示された半導体素子によれば、ｐ−ＧａＮ層に基づいてノーマリオン状態を実現するが、光電気化学法により前記ｐ−ＧａＮ層の一部を酸化してパッシベーション層を形成することにより、高品質のパッシベーション層を備えて漏れ電流特性が改善された、窒化物半導体素子及びその製造方法を提供できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一般的なパッシベーション層の形成方法の一例を示す図である。
【図２】本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の構造の一例を示す図である。
【図３】本明細書に開示された一実施形態によるパッシベーション層を形成するための光電気化学法を説明するための図である。
【図４】本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す図である。
【図６】本明細書に開示された他の実施形態による半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】本明細書に開示された他の実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す図である。
【図８】一般的なＨＦＥＴの構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、ヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）及びその製造方法に適用することができる。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の技術思想を適用できる全ての窒化物半導体素子及びその製造方法に適用することができる。
【００３４】
本発明は、光電気化学を用いてパッシベーション層を形成したエンハンスメント型窒化物半導体素子及びその製造方法に関し、特に、ノーマリオフスイッチング及び高電流特性を有するエンハンスメント型窒化物半導体に光電気化学を用いてパッシベーション層を形成することにより、従来のパッシベーション及びエッチング技術を改善させた構造を備える、エンハンスメント型窒化物半導体素子及びその製造方法に関する。
【００３５】
本明細書で使用される技術用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されるものであり、本発明を限定するものではない。また、本明細書で使用される技術用語は、本明細書において特に断らない限り、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に一般的に理解される意味で解釈されるべきであり、非常に包括的な意味で解釈されたり、非常に狭い意味で解釈されるべきではない。さらに、本明細書で使用される技術用語が本発明の思想を正確に表現できない間違った技術用語である場合は、当業者が正しく理解できる技術用語で代替して理解すべきである。さらに、本明細書で使用される一般的な用語は、辞書の定義に従って、又は前後の文脈によって解釈されるべきであり、非常に狭い意味で解釈されるべきではない。
【００３６】
そして、本明細書で使用される単数の表現は、特に断らない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「構成される」や「含む」などの用語は、明細書に記載された様々な構成要素又は段階の全てを必ず含むものと解釈されるべきではなく、そのうち一部の構成要素又は段階を含まないこともあり、追加の構成要素又は段階をさらに含むこともあるものと解釈されるべきである。
【００３７】
さらに、本明細書で使用される第１、第２などのように序数を含む用語は様々な構成要素を説明するために使用されるが、前記構成要素は前記用語により限定されるものではない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的でのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲から外れない限り、第１構成要素は第２構成要素と命名してもよく、同様に、第２構成要素は第１構成要素と命名してもよい。
【００３８】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明するが、図面番号に関係なく同一又は類似の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３９】
また、本発明を説明するにあたって、関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。なお、添付図面は本発明の思想を容易に理解できるようにするためのものにすぎず、添付図面により本発明の思想が制限されるように解釈されるべきではない。
【００４０】
一般的なパッシベーション層の形成方法
【００４１】
窒化物半導体は、高い臨界電界と高い飽和電子移動度を有するので、これを用いて製造される半導体素子は、高い降伏電圧と高い電流特性を有する。
【００４２】
例えば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮのヘテロ接合構造を基に製造されるＨＦＥＴ素子が挙げられる。
【００４３】
一例として、窒化物半導体素子の優れた電流特性を維持しながらもノーマリオフスイッチングを行うことができる技術として、ｐ−ＧａＮゲートがある。
【００４４】
このｐ−ＧａＮゲート技術は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮのヘテロ接合構造上にｐ型ドーピングされたＧａＮ（ｐ−ＧａＮ層）を成長させ、その上にゲート電極を形成させるものである。
【００４５】
前記ｐ−ＧａＮ層は、前記ＡｌＧａＮと前記ＧａＮとの間の界面に存在する二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を空乏化する役割を果たす。
【００４６】
本明細書に開示された一実施形態においては、窒化物半導体素子の品質向上及び保護のために、前記ｐ−ＧａＮ層及びその上のゲート電極が形成された構造に加えて、パッシベーション層をさらに形成する。
【００４７】
図１は一般的なパッシベーション層の形成方法の一例を示す図である。
【００４８】
図１を参照すると、まず、ｐ−ＧａＮ層１３０／ＡｌＧａＮ層１２０／ＧａＮ層１１０構造を含むウエハのうちゲート部分を除いてｐ−ＧａＮ層１３０の一部（又は一部領域）をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層１２０の表面に金属を蒸着し、ソース電極１６０、ゲート電極１５０及びドレイン電極１７０を形成する。
【００４９】
次に、ソース電極１６０とｐ−ＧａＮ層１３０との間及びｐ−ＧａＮ層１３０とドレイン電極１７０との間にパッシベーション層１４０を蒸着する。
【００５０】
このようにゲート電極１５０の下にｐ−ＧａＮ層１３０を形成した場合、ｐ−ＧａＮ層１３０とその下のＡｌＧａＮ層１２０／ＧａＮ層１１０構造がｐｎ接合を形成し、空乏現象が発生する。
【００５１】
従って、ゲート電極１５０の下部には２ＤＥＧ層がなくなり、結局、ゲート電極１５０が接地されている場合、ソース電極１６０とドレイン電極１７０との間には電流が流れなくなる。
【００５２】
しかし、ゲート電極１５０に正の閾値電圧を印加すると、なくなったゲート電極１５０の下部の２ＤＥＧ層が生じて電流が流れ、それによりスイッチング動作を行えるようになる。
【００５３】
つまり、ｐ−ＧａＮゲートを用いた場合、窒化物半導体素子のノーマリオフ動作を実現できると共に、高電流特性を維持できるという利点がある。
【００５４】
ただし、一般的なパッシベーション層の形成方法において、前述したｐ−ＧａＮ層のエッチング工程及びパッシベーション層の蒸着工程は、高精度に行わなければならない工程である。
【００５５】
すなわち、ｐ−ＧａＮ層のエッチング工程において、ｐ−ＧａＮ層のエッチング深さが深い場合は、ＡｌＧａＮ層の厚さが薄くなり、それにより２ＤＥＧの量が減少するので、オン状態で流れる電流の量が減少することがある。
【００５６】
それに対して、ｐ−ＧａＮ層のエッチング深さが浅い場合は、ソース電極又はドレイン電極の下部に対応する領域にｐ−ＧａＮ層が残り、金属と半導体間のオーミック接合が行われなくなり、電流がスムーズに流れなくなることがある。
【００５７】
また、ソース電極とゲート電極との間又はゲート電極とドレイン電極との間にｐ−ＧａＮ層が残っている場合は、オフ状態で発生する漏れ電流が大きくなることがある。
【００５８】
よって、ｐ−ＧａＮ層を正確にエッチングする技術が必要である。
【００５９】
しかし、通常用いられるドライエッチング方式の場合、数十秒単位の短いエッチング時間により、所望の深さのエッチングを実現することが難しいという問題があった。
【００６０】
一方、パッシベーション層は、通常、酸化物又は窒化物を蒸着装置により蒸着して形成する。
【００６１】
しかし、スパッタリング、原子層堆積法（ＡＬＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などによる蒸着の場合、通常、ＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層上に異物質を蒸着するので、界面の品質及びパッシベーション層の品質が低下することがある。
【００６２】
酸化物又は窒化物の品質が悪い場合、素子のスイッチング特性、オン状態の電流特性、オフ状態の漏れ電流特性が低下することがある。
【００６３】
よって、ノーマリオフスイッチング動作が可能な窒化物半導体の品質向上及び収率確保のために、ｐ−ＧａＮ層のエッチングを正確に行い、高品質のパッシベーション層を形成する技術が必要である。
【００６４】
以下、図２及び図３を参照して本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の構造について説明する。
【００６５】
本明細書に開示された一実施形態による半導体素子
【００６６】
本明細書に開示された一実施形態による半導体素子は、ＧａＮ層と、前記ＧａＮ層上に形成されるＡｌＧａＮ層と、前記ＡｌＧａＮ層上に形成されるｐ−ＧａＮ層と、前記ｐ−ＧａＮ層上に形成されるゲート電極と、前記ＡｌＧａＮ層の一部領域上に形成されるソース電極及びドレイン電極と、前記ＡｌＧａＮ層の一部領域上に形成され、前記ソース電極と前記ゲート電極との間又は前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に形成されるパッシベーション層とを含んでもよい。
【００６７】
ここで、前記パッシベーション層は、前記ｐ−ＧａＮ層の一部が酸化されて形成されるものであってもよい。
【００６８】
一実施形態によれば、前記パッシベーション層は、前記ｐ−ＧａＮ層が光電気化学（ＰＥＣ）法により酸化されて形成されるものであってもよい。
【００６９】
また、一実施形態によれば、前記パッシベーション層は、ＧａＯxからなり、前記ｘが０．１〜２．０のものであってもよい。
【００７０】
また、一実施形態によれば、前記ｐ−ＧａＮ層は、ｐ型ドーパントがドーピングされて形成され、前記ｐ型ドーパントがＭｇ及びＺｎの少なくとも一方であるものであってもよい。
【００７１】
また、一実施形態によれば、前記ｐ型ドーパントの濃度は、１×１０12／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3であってもよい。
【００７２】
また、一実施形態によれば、前記ｐ−ＧａＮ層の厚さは、１ｎｍ〜１μｍであってもよい。
【００７３】
また、一実施形態によれば、前記ＧａＮ層の厚さは、０．５μｍ〜７μｍであってもよい。
【００７４】
また、一実施形態によれば、前記ＧａＮ層は、Ｍｇ、Ｃ及びＦｅの少なくとも１つのドーパントがドーピングされて形成され、前記少なくとも１つのドーパントの濃度が１×１０16／ｃｍ3〜５×１０20／ｃｍ3であるものであってもよい。
【００７５】
また、一実施形態によれば、前記ＡｌＧａＮ層の厚さは、２ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。
【００７６】
また、一実施形態によれば、前記半導体素子は、前記ＡｌＧａＮ層上に形成されるＧａＮキャップ層をさらに含んでもよい。
【００７７】
また、一実施形態によれば、前記ＧａＮキャップ層の厚さは、２ｎｍ〜１０ｎｍであってもよい。
【００７８】
また、一実施形態によれば、前記ＧａＮ層は、バッファ層上に形成されるものであってもよい。
【００７９】
また、一実施形態によれば、前記バッファ層は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ及び超格子構造の少なくとも１つからなるものであってもよい。
【００８０】
また、一実施形態によれば、前記バッファ層は、基板上に形成されるものであってもよい。
【００８１】
また、一実施形態によれば、前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア及びＧａＮの少なくとも１つからなるものであってもよい。
【００８２】
図２は本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の構造の一例を示す図である。
【００８３】
図２に示すように、本明細書に開示された一実施形態による半導体素子１００は、ＧａＮ層１１０、ＡｌＧａＮ層１２０、ｐ−ＧａＮ層１３０、パッシベーション層１４０、ゲート電極１５０、ソース電極１６０及びドレイン電極１７０を含んでもよい。
【００８４】
本明細書に開示された一実施形態による半導体素子１００は、ＧａＮ層１１０の下部に位置するバッファ層（図示せず）をさらに含んでもよい。
【００８５】
本明細書に開示された一実施形態による半導体素子１００は、ＡｌＧａＮ層１２０上に形成されるＧａＮキャップ層（図示せず）をさらに含んでもよい。
【００８６】
本明細書に開示された一実施形態による半導体素子１００は、ドレイン電極１７０からソース電極１６０に流れる２ＤＥＧ電流をショットキーゲート電極１５０によりスイッチングすることができる。
【００８７】
前記バッファ層は、基板（図示せず）上に形成されるものであってもよい。
【００８８】
一実施形態によれば、前記基板は、ｎ型であってもよく、ｐ型であってもよい。また、前記基板は、様々な種類の物質からなるようにしてもよい。例えば、前記基板は、絶縁性基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、サファイア基板、ＧａＮ基板の少なくとも１つであってもよい。その他にも様々な種類の物質からなる基板を本発明による半導体素子に適用できることは、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
【００８９】
また、前記基板は、半導体素子１００を製造した後に除去してもよい。つまり、最終の半導体素子１００の構造は、前記基板のない構造であり得る。
【００９０】
前記バッファ層は、様々な物質からなるようにしてもよい。例えば、前記バッファ層は、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮの少なくとも１つからなるものであってもよい。
【００９１】
また、一実施形態によれば、前記バッファ層は、超格子バッファ構造（又は超格子層）を含んでもよい。
【００９２】
一例として、前記バッファ層がＡｌＮからなる場合、前記バッファ層は様々な条件で成長させることができる。例えば、前記バッファ層は、低温で成長した第１ＡｌＮ層と、前記第１ＡｌＮ層上に形成され、高温で成長した第２ＡｌＮ層とを含むようにしてもよい。
【００９３】
他の例として、前記バッファ層がＡｌＧａＮからなる場合、Ａｌ組成比を積層方向に沿って変化させることができる。例えば、前記バッファ層は、Ａｌ組成が積層方向に沿って漸次減少するＡｌＧａＮからなるものであってもよい。
【００９４】
すなわち、ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表される。例えば、前記Ａｌ組成は、連続的に漸次減少するようにしてもよい。また、前記Ａｌ組成は、階段状に漸次減少するようにしてもよい。
【００９５】
その他にも、様々な物質、組成比及び成長条件に基づいて前記バッファ層を形成できることは、当該技術分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
【００９６】
前記バッファ層は、様々な方式（又は方法）で形成することができる。例えば、前記バッファ層は、窒化物半導体結晶を選択的に成長させる方法により形成することができるが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング及び原子層堆積法（ＡＬＤ）の少なくとも１つにより形成することもできる。ただし、前記バッファ層の結晶性を考慮すると、デバイスの製造においては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いるのが一般的である。
【００９７】
前記バッファ層が超格子層（図示せず）を含む場合、前記超格子層は、異なる２つの薄膜層が積層された超格子薄膜層が複数積層されて形成されるものであってもよい。
【００９８】
前記超格子薄膜層は、様々な物質からなるようにしてもよい。例えば、前記超格子薄膜層は、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子薄膜層、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ超格子薄膜層及びＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子薄膜層の少なくとも１つからなる。つまり、前記超格子層は、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子薄膜層、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ超格子薄膜層及びＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子薄膜層の少なくとも１つが積層されて形成されるようにしてもよい。その他にも、様々な物質で前記超格子薄膜層を形成できることは、当該技術分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
【００９９】
一実施形態によれば、前記ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成はＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表され、前記Ａｌ組成は積層方向に沿って変化する。例えば、前記Ａｌ組成は、連続的に漸次減少するようにしてもよい。また、前記Ａｌ組成は、階段状に漸次減少するようにしてもよい。
【０１００】
また、一実施形態によれば、前記異なる２つの薄膜層のそれぞれの厚さは、１ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。特に、前記異なる２つの薄膜層のそれぞれの厚さは、５ｎｍ〜３５ｎｍであることが好ましい。
【０１０１】
また、一実施形態によれば、前記超格子層は、３〜５００層の超格子薄膜層を含むものであってもよい。すなわち、前記超格子層は、３〜５００組の前記異なる２つの薄膜層を含むものであってもよい。つまり、前記超格子層は、前記異なる２つの薄膜層が５〜９９９回交互に積層されて形成されるものであってもよい。
【０１０２】
前記超格子層は、様々な方式（又は方法）で形成することができる。例えば、前記超格子層は、窒化物半導体結晶を選択的に成長させる方法により形成することができるが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング及び原子層堆積法（ＡＬＤ）の少なくとも１つにより形成することもできる。ただし、前記超格子層の結晶性を考慮すると、デバイスの製造においては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いるのが一般的である。
【０１０３】
一実施形態によれば、前記超格子バッファ構造（又は超格子層）は、特定のドーパントがドーピングされて形成されるものであってもよい。
【０１０４】
また、一実施形態によれば、前記特定のドーパントは、ｐ型ドーパントであってもよい。例えば、前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｃ及びＦｅの少なくとも１つからなるものであってもよい。
【０１０５】
また、一実施形態によれば、前記ｐ型ドーパントの濃度は、１×１０16／ｃｍ3〜５×１０20／ｃｍ3であってもよい。特に、前記ｐ型ドーパントの濃度は、３×１０17／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3であることが好ましい。
【０１０６】
また、一実施形態によれば、前記ｐ型ドーパントの濃度は、前記超格子層の積層方向に沿って漸次減少するようにしてもよい。例えば、前記ｐ型ドーパントの濃度は、連続的に漸次減少するようにしてもよい。また、前記ｐ型ドーパントの濃度は、階段状に漸次減少するようにしてもよい。
【０１０７】
ＧａＮ層１１０の厚さは、０．１μｍ〜１００μｍであってもよい。特に、ＧａＮ層１１０の厚さは、０．５μｍ〜７μｍであることが好ましい。
【０１０８】
ＧａＮ層１１０は、様々な方式（又は方法）で形成することができる。例えば、ＧａＮ層１１０は、窒化物半導体結晶を選択的に成長させる方法により形成することができるが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング及び原子層堆積法（ＡＬＤ）の少なくとも１つにより形成することもできる。ただし、ＧａＮ層１１０の結晶性を考慮すると、デバイスの製造においては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いるのが一般的である。
【０１０９】
一実施形態によれば、半導体素子１００は、ＧａＮ層１１０上に少なくとも１つのドーパントを注入して形成されたＧａＮチャネルが半絶縁性を示すようにするための高抵抗ＧａＮ層（図示せず）をさらに含んでもよい。ここで、前記少なくとも１つのドーパントは、Ｍｇ、Ｃ及びＦｅの少なくとも１つである。また、前記少なくとも１つのドーパントの濃度は、１×１０16／ｃｍ3〜５×１０20／ｃｍ3であってもよい。特に、前記少なくとも１つのドーパントの濃度は、３×１０17／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3であることが好ましい。
【０１１０】
ＡｌＧａＮ層１２０は、ＧａＮ層１１０上に形成され、活性層の役割を果たす。
【０１１１】
一実施形態によれば、ＡｌＧａＮ層１２０の厚さは、０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。特に、ＡｌＧａＮ層１２０の厚さは、１０ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましい。
【０１１２】
ＡｌＧａＮ層１２０は、様々な物質及び組成からなるようにしてもよい。例えば、ＡｌＧａＮ層１２０は、ＡｌxＧａ1-xＮからなるようにしてもよい。ここで、ｘは０．０１〜１であってもよい。その他にも、様々な物質又は組成比でＡｌＧａＮ層１２０を形成できることは、当該技術分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
【０１１３】
ＡｌＧａＮ層１２０は、様々な方式（又は方法）で形成することができる。例えば、ＡｌＧａＮ層１２０は、窒化物半導体結晶を選択的に成長させる方法により形成することができるが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング及び原子層堆積法（ＡＬＤ）の少なくとも１つにより形成することもできる。ただし、ＡｌＧａＮ層１２０の結晶性を考慮すると、デバイスの製造においては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いるのが一般的である。
【０１１４】
前記ＧａＮキャップ層は、ＡｌＧａＮ層１２０上に形成され、ＧａＮを薄く成長させて形成されてもよい。
【０１１５】
一実施形態によれば、前記ＧａＮキャップ層の厚さは、０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。特に、前記ＧａＮキャップ層の厚さは、２ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。前記ＧａＮキャップ層は、表面漏れ電流を遮断する役割を果たす。
【０１１６】
ソース電極１６０及びドレイン電極１７０は、ＡｌＧａＮ層１２０の一部領域上に形成されてもよい。また、半導体素子１００が前記ＧａＮキャップ層をさらに含む場合、ソース電極１６０及びドレイン電極１７０は、前記ＧａＮキャップ層の一部領域上に形成されてもよい。
【０１１７】
ｐ−ＧａＮ層１３０は、ＡｌＧａＮ層１２０上に形成されてもよい。
【０１１８】
ｐ−ＧａＮ層１３０は、ｐ型ドーパントがドーピングされて形成され、前記ｐ型ドーパントがＭｇ及びＺｎの少なくとも一方であるものであってもよい。
【０１１９】
一実施形態によれば、前記ｐ型ドーパントの濃度は、１×１０12／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3であってもよい。
【０１２０】
また、一実施形態によれば、ｐ−ＧａＮ層１３０の厚さは、１ｎｍ〜１μｍであってもよい。
【０１２１】
ｐ−ＧａＮ層１３０は、様々な方式（又は方法）で形成することができる。例えば、ｐ−ＧａＮ層１３０は、窒化物半導体結晶を選択的に成長させる方法により形成することができるが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング及び原子層堆積法（ＡＬＤ）の少なくとも１つにより形成することもできる。ただし、ｐ−ＧａＮ層１３０の結晶性を考慮すると、デバイスの製造においては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いるのが一般的である。
【０１２２】
ｐ−ＧａＮ層１３０が成長（又はエピタキシャル成長）した後、ｐ−ＧａＮの活性化過程でｐ−ＧａＮ内にホールが形成されるようにしてもよい。
【０１２３】
ゲート電極１５０は、ｐ−ＧａＮ層１３０上に形成されてもよい。
【０１２４】
前述したように、ゲート電極１５０の制御により、ドレイン電極１７０からソース電極１６０に流れる２ＤＥＧ電流を発生させることができる。
【０１２５】
パッシベーション層１４０は、図２に示すように、ＡｌＧａＮ層１２０の一部領域上に形成されてもよい。
【０１２６】
また、パッシベーション層１４０は、ソース電極１６０とゲート電極１５０との間に形成されてもよい。
【０１２７】
さらに、パッシベーション層１４０は、ゲート電極１５０とドレイン電極１７０との間に形成されてもよい。
【０１２８】
一実施形態によれば、パッシベーション層１４０は、ｐ−ＧａＮ層１３０の一部が酸化されて形成されるものであってもよい。
【０１２９】
また、一実施形態によれば、パッシベーション層１４０は、ｐ−ＧａＮ層１３０が光電気化学（ＰＥＣ）法により酸化されて形成されるものであってもよい。
【０１３０】
以下、図３を参照して光電気化学法によりパッシベーション層１４０を形成する方法を詳細に説明する。
【０１３１】
図３は本明細書に開示された一実施形態によるパッシベーション層を形成するための光電気化学法を説明するための図である。
【０１３２】
前述したように、前述した方法で形成されたエピタキシャル層にエンハンスメント型半導体素子の構成のためにゲート電極１５０、ソース電極１６０及びドレイン電極１７０を形成し、各電極間に光電気化学を用いてパッシベーション層１４０を形成してもよい。
【０１３３】
パッシベーション層１４０を形成しない部分は、ｐ−ＧａＮ又はＡｌＧａＮのバンドギャップに対応する光源が遮蔽されるように処理し、その後光電気化学法によりｐ−ＧａＮ層１３０を酸化してもよい。
【０１３４】
例えば、パッシベーション層１４０を形成しない部分は、ゲート電極１５０が形成されるｐ−ＧａＮ層１３０の一部領域であってもよい。
【０１３５】
パッシベーション層１４０を形成しない部分の処理は、パッシベーション層１４０を形成しない部分に、半導体の表面に塗布する感光性材料であるフォトレジストを塗布することにより行ってもよい。
【０１３６】
まず、酸化させる試料（又は窒化物半導体）２８に第１電極３２’を形成して水溶液に浸漬する。例えば、前記水溶液は、水（Ｈ2Ｏ）又はＰＥＣ用水溶液であってもよい。
【０１３７】
次に、試料２８に電気的ポテンシャル差を与えるための第２電極３２’’を第１電極３２’と離隔して水溶液に浸漬する。
【０１３８】
次に、これらの２つの電極３２’、３２’’を接続する電線間に電源を供給するための電源供給装置３４を接続する。
【０１３９】
その後、試料２８に正電圧を印加してｐ−ＧａＮのバンドギャップに対応するエネルギーを有する光の光源（又はＵＶ光源）２６を照射すると、下記化学式によりｐ−ＧａＮ層１３０が酸化する。
【０１４０】
【化１】
2014212317.tif 000003
【０１４１】
【化２】
2014212317.tif 000004
【０１４２】
【化３】
2014212317.tif 000005
【０１４３】
また、光電気化学を用いて形成したパッシベーション層１４０に加え、ゲート電極１５０、ソース電極１６０及びドレイン電極１７０を形成することにより、エンハンスメント型ヘテロ接合窒化物半導体素子を最終的に完成することができる。
【０１４４】
その他にも、様々な方式の光電気化学法によりパッシベーション層１４０を形成できることは、当該技術分野における通常の知識を有する者にとって自明であり、本発明の範囲は図３に開示された光電気化学法に限定されるものではなく、本発明は本発明の思想及び特許請求の範囲に記載された範疇内において様々な形態に修正、変更又は改善された光電気化学法を適用することができる。
【０１４５】
本明細書に開示された実施形態による半導体素子の製造方法
【０１４６】
本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の製造方法は、前述した実施形態が含む構成又は段階の一部もしくは組み合わせで実現したり、実施形態の組み合わせで実現することができる。以下、本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の製造方法をより明確にするために、重複する説明は省略する。
【０１４７】
本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の製造方法は、基板上にバッファ層を形成する段階と、前記バッファ層上にＧａＮ層を形成する段階と、前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する段階と、前記ＡｌＧａＮ層上にｐ−ＧａＮ層を形成する段階と、前記ｐ−ＧａＮ層の一部をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層上に互いに分離されたソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、前記ｐ−ＧａＮ層のうちゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層を形成する段階と、前記ゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極を形成する段階とを含んでもよい。
【０１４８】
本明細書に開示された他の実施形態による半導体素子の製造方法は、基板上にバッファ層を形成する段階と、前記バッファ層上にＧａＮ層を形成する段階と、前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する段階と、前記ＡｌＧａＮ層上にｐ−ＧａＮ層を形成する段階と、前記ｐ−ＧａＮ層のうちゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層を形成する段階と、前記パッシベーション層の一部をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層上に互いに分離されたソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、前記ゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極を形成する段階とを含んでもよい。
【０１４９】
一実施形態によれば、前記パッシベーション層は、前記ｐ−ＧａＮ層が光電気化学（ＰＥＣ）法により酸化されて形成されるものであってもよい。
【０１５０】
また、一実施形態によれば、前記パッシベーション層は、ＧａＯxからなり、前記ｘが０．１〜２．０のものであってもよい。
【０１５１】
また、一実施形態によれば、前記ｐ−ＧａＮ層は、ｐ型ドーパントがドーピングされて形成され、前記ｐ型ドーパントがＭｇ及びＺｎの少なくとも一方であるものであってもよい。
【０１５２】
また、一実施形態によれば、前記ｐ型ドーパントの濃度は、１×１０12／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3であってもよい。
【０１５３】
また、一実施形態によれば、前記ｐ−ＧａＮ層の厚さは、１ｎｍ〜１μｍであってもよい。
【０１５４】
また、一実施形態によれば、前記バッファ層、前記ＧａＮ層、前記ＡｌＧａＮ層及び前記ｐ−ＧａＮ層の少なくとも１つは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング及び原子層堆積法（ＡＬＤ）の少なくとも１つにより形成されるものであってもよい。
【０１５５】
図４は本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。
【０１５６】
図４に示すように、本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の製造方法は、次の段階からなる。
【０１５７】
まず、基板上にバッファ層を形成する（Ｓ１１０）。
次に、前記バッファ層上にＧａＮ層を形成する（Ｓ１２０）。
【０１５８】
次に、前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する（Ｓ１３０）。
次に、前記ＡｌＧａＮ層上にｐ−ＧａＮ層を形成する（Ｓ１４０）。
【０１５９】
次に、前記ｐ−ＧａＮ層の一部をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層上に互いに分離されたソース電極及びドレイン電極を形成する（Ｓ１５０）。
【０１６０】
次に、前記ｐ−ＧａＮ層のうちゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層を形成する（Ｓ１６０）。
【０１６１】
次に、前記ゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極を形成する（Ｓ１７０）。
【０１６２】
図５は本明細書に開示された一実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す図である。
【０１６３】
図５に示すように、まず、ＧａＮ層１１０、ＡｌＧａＮ層１２０及びｐ−ＧａＮ層１３０を順次形成し（図５の（ａ））、ｐ−ＧａＮ層１３０の一部領域を選択的にエッチングする（図５の（ｂ））。ここで、選択的にエッチングされたｐ−ＧａＮ層１３０の一部領域は、ソース電極１６０及びドレイン電極１７０が形成される領域である。
【０１６４】
次に、ｐ−ＧａＮ層１３０の一部をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層１２０上に互いに分離されたソース電極１６０及びドレイン電極１７０を形成する（図５の（ｃ））。
【０１６５】
次に、ｐ−ＧａＮ層１３０のうちゲート電極１５０を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層１４０を形成する（図５の（ｄ））。
【０１６６】
ここで、パッシベーション層１４０は、ｐ−ＧａＮ層１３０が光電気化学（ＰＥＣ）法により酸化されて形成されるものであってもよい。
【０１６７】
なお、前記光電気化学（ＰＥＣ）法は、図３を参照して説明したものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１６８】
次に、ゲート電極１５０を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極１５０を形成（又は蒸着）する（図５（ｅ））。
【０１６９】
図６は本明細書に開示された他の実施形態による半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。
【０１７０】
図６に示すように、本明細書に開示された他の実施形態による半導体素子の製造方法は、次の段階からなる。
【０１７１】
まず、基板上にバッファ層を形成する（Ｓ１１０）。
次に、前記バッファ層上にＧａＮ層を形成する（Ｓ１２０）。
【０１７２】
次に、前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する（Ｓ１３０）。
次に、前記ＡｌＧａＮ層上にｐ−ＧａＮ層を形成する（Ｓ１４０）。
【０１７３】
次に、前記ｐ−ＧａＮ層のうちゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層を形成する（Ｓ２１０）。
【０１７４】
次に、前記パッシベーション層の一部をエッチングして露出したＡｌＧａＮ層上に互いに分離されたソース電極及びドレイン電極を形成する（Ｓ２２０）。
【０１７５】
次に、前記ゲート電極を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極を形成する（Ｓ１７０）。
【０１７６】
図７は本明細書に開示された他の実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す図である。
【０１７７】
まず、ＧａＮ層１１０、ＡｌＧａＮ層１２０及びｐ−ＧａＮ層１３０を順次形成し（図７の（ａ））、ｐ−ＧａＮ層１３０のうちゲート電極１５０を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域を除くｐ−ＧａＮ領域を酸化してパッシベーション層１４０を形成する（図７の（ｂ））。
【０１７８】
ここで、パッシベーション層１４０は、ｐ−ＧａＮ層１３０が光電気化学（ＰＥＣ）法により酸化されて形成されるものであってもよい。
【０１７９】
なお、前記光電気化学（ＰＥＣ）法は、図３を参照して説明したものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１８０】
次に、パッシベーション層１４０の一部をエッチングする（図７の（ｃ））。
【０１８１】
次に、パッシベーション層１４０の一部がエッチングされて露出したＡｌＧａＮ層１２０上に互いに分離されたソース電極１６０及びドレイン電極１７０を形成する（図７の（ｄ））。
【０１８２】
次に、ゲート電極１５０を形成するための一部のｐ−ＧａＮ領域上にゲート電極１５０を形成（又は蒸着）する（図７の（ｅ））。
【０１８３】
前述したように、本明細書に開示された実施形態によれば、光電気化学を用いてパッシベーション層を形成したエンハンスメント型窒化物半導体素子及びその製造方法が提供される。
【０１８４】
特に、本明細書に開示された半導体素子によれば、ｐ−ＧａＮ層に基づいてノーマリオン状態を実現するが、光電気化学法により前記ｐ−ＧａＮ層の一部を酸化してパッシベーション層を形成することにより、高品質のパッシベーション層を備えて漏れ電流特性が改善された、窒化物半導体素子及びその製造方法を提供できるという利点がある。
【０１８５】
具体的には、本発明は、光電気化学を用いてｐ−ＧａＮ層を酸化してパッシベーション層を形成する技術である。
【０１８６】
ｐ−ＧａＮのバンドギャップに対応する光の光源を照射すると同時に電気化学的反応を起こす場合、ｐ−ＧａＮ層が酸化されてＧａＯx（ｘ＝０．１〜２．０）となる。
【０１８７】
この場合、生成されたＧａＯxは、蒸着装置により蒸着されたパッシベーション層よりも高品質の酸化膜であり、パッシベーション層の品質を向上させる。
【０１８８】
また、ｐ−ＧａＮは酸化する過程で次第に薄くなってＧａＯxに完全に置換されるが、これは、ｐ−ＧａＮの正確なエッチングを実現できるという利点を有する。
【０１８９】
その理由は次の通りである。第一に、一般的に用いられるドライエッチングに比べて酸化速度が非常に遅いので、工程条件を定めることが容易である。
【０１９０】
第二に、ｐ−ＧａＮ層のバンドギャップとＡｌＧａＮ層のバンドギャップとが異なることを利用して、ｐ−ＧａＮ層のバンドギャップに対応する光源のみを選択的に照射すると、ＡｌＧａＮ層は酸化しないので、ｐ−ＧａＮ層のみを選択的に酸化することができるが、これは、ｐ−ＧａＮ層を選択的にエッチングしたのと同じ効果を奏するという利点を有する。
【０１９１】
つまり、本発明によれば、ｐ−ＧａＮ層の不正確なエッチングとパッシベーション層の低い品質という２つの問題を解決できるという効果がある。
【０１９２】
本発明の範囲は本明細書に開示された実施形態に限定されるものではなく、本発明は本発明の思想及び特許請求の範囲に記載された範疇内において様々な形態に修正、変更又は改善することができる。
【符号の説明】
【０１９３】
１００    半導体素子
１１０    ＧａＮ層
１２０    ＡｌＧａＮ層
１３０    ｐ−ＧａＮ層
１４０    パッシベーション層
１５０    ゲート電極
１６０    ソース電極
１７０    ドレイン電極
【図１】
2014212317.tif 000006
【図２】
2014212317.tif 000007
【図３】
2014212317.tif 000008
【図４】
2014212317.tif 000009
【図５】
2014212317.tif 000010
【図６】
2014212317.tif 000011
【図７】
2014212317.tif 000012
【図８】
2014212317.tif 000013