(57)【要約】      （修正有）【課題】２次元電子ガスを利用した高移動度の特性を有し、かつ、ノーマリオフ動作が可能な縦型半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】窒化ガリウムを含む半導体層１０と、半導体層１０の主表面Ｆ２側に形成され、２次元電子ガスを利用した、半導体層１０の厚み方向に流れる電流のチャネル層２０と、チャネル層２０の一方端部と接続され、主表面Ｆ２に形成されたスイッチング素子部３０とを備える。【選択図】図２
2014022701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウムを含む半導体層と、
前記半導体層の主表面側に形成され、２次元電子ガスを利用した、前記半導体層の厚み方向に流れる電流のチャネル層と、
前記チャネル層の一方端部と接続され、前記主表面に形成されたスイッチング素子部とを備える、縦型半導体装置。
【請求項２】
前記チャネル層は、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とのヘテロ接合により構成される、請求項１に記載の縦型半導体装置。
【請求項３】
前記半導体層の前記主表面は、
第１の導電型を有する第１の領域および第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に形成された第１の導電型とは異なる導電型である第２の導電型を有する第３の領域とを含み、
前記チャネル層の一方端部は、前記第２の領域と接続され、
前記スイッチング素子部は、前記第３の領域の上に形成されたゲート電極を含み、前記ゲート電極に電圧を印加することにより、前記第１の領域と前記第２の領域との間を、前記第３の領域を介して導通させる、請求項１または請求項２に記載の縦型半導体装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子部は、
前記半導体層上に形成され、絶縁性を有する絶縁膜をさらに含み、
前記ゲート電極は、前記絶縁膜を介して前記第３の領域と対向するように設けられる、請求項３に記載の縦型半導体装置。
【請求項５】
前記半導体層は、前記第３の領域下に設けられ第１の導電型を有する第４の領域と、前記第４の領域下に設けられ第１の導電型を有する基板とをさらに含み、
前記半導体層の前記主表面側に前記第２の領域から前記第３の領域を貫通して前記第４の領域に至る側壁を有するトレンチが形成され、
前記チャネル層は前記側壁上に形成され、
前記チャネル層上に設けられたコントロールゲート電極と、前記基板において前記第４の領域と対向する表面と反対側の裏面上に設けられたドレイン電極とをさらに備える、請求項３または４に記載の縦型半導体装置。
【請求項６】
前記第１の領域上に形成されたソース電極と、
前記ソース電極と前記コントロールゲート電極とを結線する配線とを備える、請求項５に記載の縦型半導体装置。
【請求項７】
窒化ガリウムを含む半導体層を準備する工程と、
前記半導体層の主表面側に形成され、２次元電子ガスを利用した前記半導体層の厚み方向に流れる電流のチャネル層と、前記チャネル層の一部と接続され、前記主表面側に形成されたスイッチング素子部とを形成する工程とを備える、縦型半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記準備する工程は、第１の導電型を有する窒化ガリウム基板を準備する工程と、前記窒化ガリウム基板上に、第１の導電型を有する第４の領域を形成する工程と、前記第４の領域上に、第１の導電型とは異なる導電型である第２の導電型を有する第３の領域を形成する工程とを含み、
前記形成する工程は、前記半導体層の前記主表面側に、前記第３の領域を貫通し、前記第４の領域に至る側壁を含むトレンチを形成する工程と、前記主表面において、前記第３の領域によって隔てられるように前記第１の導電型を有する第１の領域と第２の領域とをイオン注入により形成する工程と、前記第２の領域の一部と接続し、かつ前記トレンチを覆うように、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とを順次形成する工程と、前記主表面に直流電圧に対して絶縁性を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に、前記第１の領域の一部から前記第２の領域の一部まで、前記第３の領域を跨ぐようにゲート電極を形成する工程と、前記ＡｌＧａＮ層上にコントロールゲート電極を形成する工程と、前記第１の領域上にソース電極を形成する工程と、前記ソース電極と前記コントロールゲート電極とを結線する工程とを含む、請求項７に記載の縦型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、縦型半導体装置およびその製造方法に関し、特に窒化ガリウム系の縦型半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、炭化珪素（ＳｉＣ）と同様のワイドギャップ半導体であり、ＧａＮを用いたパワーデバイスは、Ｓｉパワーデバイスに比べて低オン抵抗、高耐圧、高温動作等が期待できる。
【０００３】
ＧａＮ基板を用いた縦型トランジスタについては、縦型トランジスタに適用可能なほどの良好なＧａＮ基板が一般的に入手が困難なため、開発が進んでいない。
【０００４】
出願人は、縦型トランジスタに適用可能なＧａＮ基板の開発を進めており、ＡｌＧａＮ／ＧａＮのヘテロ接合を用いた２次元電子ガスをチャネルに用いた、縦型パワー半導体装置の開発に成功している（たとえば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍ．Ｏｋａｄａ  ｅｔ  ａｌ．「Ｎｏｖeｌ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｒｅ−Ｇｒｏｗｎ  ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｇａｓ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ  ｏｎ  ＧａＮ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ３，０５４２０１（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合界面では、電界を加えない場合でも２次元電子ガスが生じるため、ノーマリオフ動作のデバイスを作成することは難しい。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、２次元電子ガスを利用した高移動度の特性を有し、かつ、ノーマリオフ動作が可能な縦型半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の縦型半導体装置は、本発明者が着想した新規な縦型トランジスタである。すなわち、窒化ガリウムを含む半導体層と、半導体層の主表面側に形成され、２次元電子ガスを利用した、半導体層の厚み方向に流れる電流のチャネル層と、チャネル層の一方端部と接続され、主表面に形成されたスイッチング素子部とを備える。これにより、２次元電子ガスを利用したノーマリオフ型の縦型半導体装置を得ることができる。
【０００９】
上記チャネル層は、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とのヘテロ接合により構成されることができる。これにより、ヘテロ接合界面に生じる２次元電子ガスをチャネルとして利用することができ、高移動度の特性を得ることができる。
【００１０】
上記半導体層の前記主表面は、第１の導電型を有する第１の領域および第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に形成された第１の導電型とは異なる導電型である第２の導電型を有する第３の領域とを含み、チャネル層の一方端部は、第２の領域と接続され、スイッチング素子部は、第３の領域の上に形成されたゲート電極を含み、ゲート電極に電圧を印加することにより、第１の領域と第２の領域との間を、第３の領域を介して導通させてもよい。これにより、ゲート電極に電圧を印加することにより、第１の領域から第２の領域に至る伝導チャネルを形成することができる。
【００１１】
上記スイッチング素子部は、半導体層上に形成され、絶縁性を有する絶縁膜を含み、ゲート電極は、絶縁膜を介して第３の領域と対向するように設けられてもよい。これにより、スイッチング素子部をＭＩＳ構造により構成できるため、縦型パワー半導体装置はノーマリオフ動作が可能となる。
【００１２】
上記半導体層は、第３の領域下に設けられ第１の導電型を有する第４の領域と、第４の領域下に設けられ第１の導電型を有する基板とをさらに含み、半導体層の主表面側に第２の領域から第３の領域を貫通して第４の領域に至る側壁を有するトレンチが形成され、チャネル層は側壁上に形成されていてもよい。上記縦型半導体装置は、チャネル層上に設けられたコントロールゲート電極と、基板において第４の領域と対向する表面と反対側の裏面上に設けられたドレイン電極とをさらに備えていてもよい。これにより、第２の領域から第４の領域に至る伝導チャネルを形成でき、さらにコントロールゲート電極とドレイン電極間に電圧を印加することで、第４の領域から基板に電流が流れ、ドレイン電流を流すことができる。
【００１３】
上記縦型半導体装置は、上記第１の領域上に形成されたソース電極と、当該ソース電極とコントロールゲート電極とを結線する配線とを備えていてもよい。これにより、第１の領域と第２の領域との間に高電圧が印加されることを抑制できるため、絶縁膜を保護することができる。
【００１４】
本発明の縦型半導体装置の製造方法は、本発明者が着想した新規な縦型トランジスタを製造する製造方法である。すなわち、窒化ガリウムを含む半導体層を準備する工程と、半導体層の主表面側に形成され、２次元電子ガスを利用した半導体層の厚み方向に流れる電流のチャネル層と、チャネル層の一部と接続され、主表面側に形成されたスイッチング素子部とを形成する工程とを備える。これにより、２次元電子ガスを利用したノーマリオフ型の縦型半導体装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２次元電子ガスを利用した高移動度、かつ、ノーマリオフ動作が可能な縦型半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態に係る縦型パワー半導体装置の概略平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線分での部分断面図である。
【図３】本実施の形態に係る縦型パワー半導体装置の回路図である。
【図４】本実施の形態に係る縦型パワー半導体装置の製造方法の第１の工程を示す部分断面図である。
【図５】本実施の形態に係る縦型パワー半導体装置の製造方法の第２の工程を示す部分断面図である。
【図６】本実施の形態に係る縦型パワー半導体装置の製造方法の第３の工程を示す部分断面図である。
【図７】本実施の形態に係る縦型パワー半導体装置の製造方法の第４の工程を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１８】
以下、図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係る縦型半導体装置について説明する。図１に示すように、本発明による縦型パワー半導体装置１００は、半導体層の表面に形成された外周形状が六角形状の環状のトレンチＧＴ（図２参照）および当該トレンチＧＴによって囲まれた領域を利用して形成されている。具体的には、図２を参照して、本実施の形態に係る縦型半導体装置である縦型パワー半導体装置１００は、窒化ガリウムを含む半導体層１０と、半導体層１０の主表面側Ｆ２に形成され、２次元電子ガスを利用した、半導体層１０の厚み方向に流れる電流のチャネル層２０と、チャネル層２０の一方端部と接続され、主表面Ｆ２に形成されたスイッチング素子部３０とを備える。半導体層１０は、厚さ方向（図１中での縦方向）に互いに対向する裏面Ｆ１および主表面Ｆ２を有する。
【００１９】
窒化ガリウムを含む半導体層１０は、第１の導電型を有する窒化ガリウム基板１５と、第１の導電型を有する第４の領域１４と、第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第３の領域１３とを含む。第３の領域１３は、第１の導電型を有する第１の領域１１および第２の領域１２とを有する。
【００２０】
好ましくは、第１の導電型はｎ型とし、第２の導電型をｐ型とする。これにより、電子をキャリアとして用いることができる。具体的には、例えば、窒化ガリウム基板１５をｎ−ＧａＮ基板、第４の領域１４をｎ−ＧａＮ層、第３の領域１３をｐ−ＧａＮ層、第１の領域１１および第２の領域１２は、ｎ+−ＧａＮ領域としてもよい。
【００２１】
ｎ−ＧａＮ層（第４の領域１４）は、ｎ−ＧａＮ基板１５上に形成されており、ｐ−ＧａＮ層（第３の領域１３）は、ｎ−ＧａＮ層１４上に形成されている。ｎ+−ＧａＮ領域（第１の領域１１および第２の領域１２）は、ｐ−ＧａＮ１３層１３に形成されている。
【００２２】
ｎ+−ＧａＮ領域１１に接するソース電極４１、およびｎ−ＧａＮ基板１５に接するドレイン電極４５は、オーミック電極として形成され、例えば、Ａｌ系電極である。
【００２３】
チャネル層２０は、ＧａＮ層２１とＡｌＧａＮ層２２とのヘテロ接合により構成される。つまり、ＧａＮ層２１は電子走行層に、ＡｌＧａＮ層２２は電子供給層となる。これにより、該ヘテロ接合界面に生じる２次元電子ガスを利用したｎチャネルとすることができる。チャネル層２０は、半導体層１０の主表面側Ｆ２に、ｎ+−ＧａＮ領域１２とｐ−ＧａＮ層１３とを貫通しｎ−ＧａＮ層１４に至るように形成されたトレンチＧＴの側壁ＳＧ上に形成されてもよい。
【００２４】
側壁ＳＧは、半導体層１０の主表面Ｆ２に対し、傾斜していてもよい。側壁ＳＧを主表面Ｆ２に対し傾斜して形成することにより、チャネル層２０を容易に成膜形成することができる。また、側壁ＳＧは、半導体層１０の主表面Ｆ２に対し、垂直であってもよい。この場合、半導体層１０の主表面Ｆ２における縦型パワー半導体装置１００の専有面積を小さくでき、当該縦型パワー半導体装置１００を小型化することができる。つまり、側壁ＳＧが半導体層１０の主表面Ｆ２となす傾斜角θ（図５参照）は、０°以上９０°以下とすることができる。
【００２５】
チャネル層２０の一方端部は、ｎ+−ＧａＮ領域１２に接続される。ＡｌＧａＮ層２２上には、コントロールゲート電極２３が形成される。コントロールゲート電極２３は、その印加電圧によって、チャネル層２０のヘテロ接合界面に生じる２次元電子ガスの濃度を制御することができる。コントロールゲート電極２３は、ソース電極４１と導電性の配線５０等により結線されていてもよい。これにより、ソース電極４１とコントロールゲート電極２３とを、同電位とすることができる。
【００２６】
スイッチング素子部３０は、半導体層１０の主表面上において、ｎ+−ＧａＮ領域１１の一部上からｐ−ＧａＮ層１３上およびｎ+−ＧａＮ領域１２の一部上にまで形成され、直流電圧に対して絶縁性を有する絶縁膜３１と、絶縁膜３１上にｐ−ＧａＮ層１３と対向するように形成されるゲート電極３２とを含む。
【００２７】
絶縁膜３１は、絶縁性を有する任意の絶縁膜とすることができる。絶縁膜３１を構成する材料としては、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＮ）等を用いることができる。
【００２８】
ゲート電極３２は、その印加電圧によって、絶縁膜３１とｐ−ＧａＮ層１３との界面に反転層を生じさせる。これにより、ｎ+−ＧａＮ領域１１とｎ+−ＧａＮ領域１２とをｐ−ＧａＮ層１３に形成された上記反転層を介して導通させることができる。
【００２９】
図１を参照して、ソース電極４１の平面形状を六角形とし、ゲート電極３２およびコントロールゲート電極２３の平面形状を、外周が六角形である環状の形状としてもよい。ゲート電極３２はソース電極２１の周を囲むように配置されている。また、コントロールゲート電極２３は、外周形状が六角形状である環状のトレンチＧＴ（図２参照）の内部形成されている。上記ソース電極４１およびゲート電極３２は、環状のトレンチＧＴに囲まれた領域の内部に配置されている。チャネル層２０およびコントロールゲート電極２３は、トレンチＧＴの内部であって、上記ゲート電極３２を囲むように配置される。これにより、半導体層１０の主表面において、チャネル層２０を効率良く配置することができ、電流密度を高めることができる。
【００３０】
図３を参照して、本実施の形態の縦型パワー半導体装置１００は、ノーマリオフ型のＭＩＳＦＥＴと、ノーマリオン型のＨＥＭＴとをカスコード接続した構成を用いている。これにより、縦型パワー半導体装置１００の全体としてノーマリオフ型とすることができるとともに、オン状態では２次元電子ガスをチャネルとして利用できるため、高移動度な特性を得ることができる。
【００３１】
次に、本実施の形態の縦型パワー半導体装置の動作について、説明する。本実施の形態の縦型パワー半導体装置１００は、ノーマリオフ型のＭＩＳＦＥＴのゲート電極３２に、閾値電圧Ｖｔ以上の電圧が印加されない場合には、ｎ+−ＧａＮ領域１１とｎ+−ＧａＮ領域１２との間に、伝導チャネルは形成されない。よって、ソース電極４１およびコントロールゲート電極２３とドレイン電極４５との間に電圧が印加され、かつ、コントロールゲート電極２３にピンチオフ電圧以下の負電圧を印加されていない場合でも、縦型パワー半導体装置１００は全体としてオフ状態となる。また、コントロールゲート電極２３とドレイン電極４５との間に高電圧が印加された場合でも、ＭＩＳＦＥＴのｎ+−ＧａＮ領域１１とｎ+−ＧａＮ領域１２との間に高電圧は印加されず、絶縁膜３１に高電圧が印加されることもないため、絶縁膜３１の絶縁破壊を抑止できる。
【００３２】
一方、ゲート電極３２に、閾値電圧Ｖｔ以上の電圧が印加された場合には、絶縁膜３１とｐ−ＧａＮ層１３との界面に反転層が生じ、伝導チャネルが形成される。このとき、コントロールゲート電極２３にピンチオフ電圧以下の負電圧を印加していなければ、チャネル層２０には２次元電子ガスが形成されているため、ｎ+−ＧａＮ領域１２から反転層およびチャネル層２０を経てｎ−ＧａＮ層１４に至る伝導チャネルが形成される。さらにこのとき、ドレイン電極４５に、ソース電極４２およびコントロールゲート電極２３に対し正の電圧が印加されていれば、縦型パワー半導体装置１００はオン状態となる。
【００３３】
つまり、本実施の形態の縦型パワー半導体装置１００は、ゲート電極３２に電圧を印加しなければオフ状態であり、ノーマリオフ型とすることができる。
【００３４】
本実施の形態に係る縦型パワー半導体装置１００によれば、半導体層１０の主表面側にスイッチング素子部３０としてＭＩＳＦＥＴを構成するとともに、ＭＩＳＦＥＴにおけるドレイン領域であるｎ+−ＧａＮ領域１１からｎ−ＧａＮ層１４に至るトレンチＧＴの側壁ＳＧに沿って、窒化ガリウム系半導体のヘテロ接合を用いたチャネルが形成されているため、２次元電子ガスを利用した高移動度な特性を有しながら、ノーマリオフ動作が可能な縦型パワー半導体装置を得ることができる。
【００３５】
次に、図４〜図７を参照して、本実施の形態の縦型パワー半導体装置１００の製造方法を説明する。
【００３６】
ます、図４を参照して、窒化ガリウムを含む半導体層１０を準備する。具体的には、第１の導電型を有する窒化ガリウム基板１５を準備し、窒化ガリウム基板１５上に、第１の導電型を有する第４の領域１４（ｎ−ＧａＮ層１４）と、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第３の領域１３（ｐ−ＧａＮ層１３）とを、順にエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長の方法は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法またはＭＢＥ（Molecular  Beam  Epitaxy）法を用い得る。上述のように、好ましくは、第１の導電型はｎ型であり、第２の導電型はｐ型である。これにより、第３の領域１３において、電子をキャリアとして用いることができる。
【００３７】
次に、図５を参照して、トレンチＧＴを形成する。具体的には、半導体層１０の主表面Ｆ２上に、トレンチＧＴが形成されるべき位置に対応した開口部を有するマスク層（図示せず）を形成した後、エッチングを行い半導体層１０を部分的に除去することにより、トレンチＧＴを形成する。マスク層は、例えば、フォトレジスト層とする。エッチングは、例えば、塩素ガス（Ｃｌ２）とアルゴンガス（Ａｒ）との混合ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）とする。このとき、ＲＩＥの処理条件により、トレンチＧＴの側壁ＳＧの、半導体層１０の主表面Ｆ２に対する（あるいはトレンチＧＴの底壁ＴＧに対する）傾斜角θ（図５参照）を調整することができる。側壁ＳＧの上記傾斜角θは、側壁ＳＧに沿って絶縁膜３１を均一に形成できる限りにおいて、任意の角度としてよい。好ましくは、傾斜角θを０°超え９０°以下とすることにより、側壁ＳＧにもチャネル層２０を容易に形成することができる。なお、トレンチＧＴを形成した後、上述したマスク層を（たとえばウエットエッチングなどの任意の方法により）除去する。トレンチＧＴを主表面側から見た平面構造は、正六角形のハニカム構造状や正方形状としてもよい。
【００３８】
次に、図６を参照して、半導体層１０の主表面に露出しているｐ−ＧａＮ層１３に、イオン注入により互いに隔てられたｎ+−ＧａＮ領域１１とｎ+−ＧａＮ領域１２とを形成する。ｎ+−ＧａＮ領域１２はＭＩＳＦＥＴのソース、ｎ+−ＧａＮ領域１１はドレインとなる。このとき、先の工程で形成したトレンチＧＴが延在する方向に対して垂直な方向に、トレンチＧＴからそれぞれ異なる任意の距離を有してｎ+−ＧａＮ領域１１、１２は配置される。ｎ+−ＧａＮ領域１１とｎ+−ＧａＮ領域１２との間の距離は、任意に決めることができる。
【００３９】
次に、図７を参照して、トレンチＧＴを覆うようにＧａＮ層２１／ＡｌＧａＮ層２２を順にエピタキシャル成長させ、チャネル層２０を形成する。成長方法は、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法を用い得る。好ましくはＧａＮ層２１とＡｌＧａＮ層２２とを連続して形成する。これにより、良好なヘテロ接合界面を形成でき、界面準位の発生を抑制できる。なお、エピタキシャル成長時の加熱条件によっては、先の工程で注入されたイオンを活性化することができる。
【００４０】
次に、半導体層１０の主表面において、絶縁膜３１（図２参照）を形成する。絶縁膜３１は、ｎ+−ＧａＮ領域１１とｎ+−ＧａＮ領域１２とに挟まれたｐ−ＧａＮ層１３を覆うように形成される。絶縁膜３１は、任意の方法で形成することができるが、たとえば絶縁膜３１が形成されるべき領域に開口パターンを有する保護膜を半導体層１０の主表面上に形成し、露出した半導体層１０上に絶縁膜３１を形成してもよい。絶縁膜３１の材料は、絶縁性を有する任意の材料とすることができ、その厚みも任意に決めることができる。絶縁膜３１は、誘電体でもよい。
【００４１】
その後、ソース電極４１、ゲート電極３２、コントロールゲート電極２３、ドレイン電極４５とを形成する。さらに、ソース電極４１とコントロールゲート電極２３とを接続する配線５０（図２参照）を形成する。このようにして、図１および図２に示した本実施の形態の縦型パワー半導体装置１００を得ることができる。なお、ソース電極４１は、ＭＩＳＦＥＴのソース領域であるｎ+−ＧａＮ領域１１とオーミック接合し、ドレイン電極４５は、窒化ガリウム基板１５と、裏面側においてオーミック接合するように形成される。ゲート電極３２およびコントロールゲート電極２３は、それぞれ絶縁膜３１およびＡｌＧａＮ層２２の表面上に形成される。
【００４２】
また、異なる観点から言えば、本発明の縦型半導体装置の製造方法は、図４〜図７に示すように、窒化ガリウムを含む半導体層１０を準備する工程と、半導体層１０の主表面側に形成され、２次元電子ガスを利用した半導体層１０の厚み方向に流れる電流のチャネル層２０と、チャネル層２０の一部と接続され、主表面側に形成されたスイッチング素子部３０（図２参照）とを形成する工程とを備える。
【００４３】
上記準備する工程は、第１の導電型を有する窒化ガリウム基板１５を準備する工程と、窒化ガリウム基板１５上に、第１の導電型（ｎ型）を有する第４の領域１４を形成する工程と、第４の領域１４上に、第１の導電型とは異なる導電型である第２の導電型（ｐ型）を有する第３の領域１３を形成する工程とを含んでいてもよい。上記形成する工程は、半導体層１０の前記主表面側に、第３の領域１３を貫通し、第４の領域１４に至る側壁ＳＧを含むトレンチＧＴを形成する工程（図５参照）と、主表面において、第３の領域１３によって隔てられるように第１の導電型（ｎ型）を有する第１の領域１１と第２の領域１２とをイオン注入により形成する工程と、第２の領域１２の一部と接続し、かつトレンチＧＴを覆うように、ＧａＮ層２１とＡｌＧａＮ層２２とを順次形成する工程（図７参照）と、主表面に直流電圧に対して絶縁性を有する絶縁膜３１を形成する工程と、絶縁膜３１上に、第１の領域１１の一部から第２の領域１２の一部まで、第３の領域１３を跨ぐようにゲート電極３２を形成する工程と、ＡｌＧａＮ層２２上にコントロールゲート電極２３を形成する工程と、第１の領域１１上にソース電極４１を形成する工程と、ソース電極４１とコントロールゲート電極２３とを結線する工程とを含んでいてもよい。
【００４４】
本実施の形態の縦型半導体装置の製造方法によれば、半導体層１０の主表面側にＭＩＳＦＥＴを形成するとともに、ＭＩＳＦＥＴにおけるドレイン領域であるｎ+−ＧａＮ領域１２からｎ−ＧａＮ層１４に至るトレンチＧＴの側壁ＳＧに沿って、窒化ガリウム系半導体のヘテロ接合を用いたチャネルを形成するため、２次元電子ガスを利用した高移動度な特性を有しながら、ノーマリオフ動作が可能な縦型パワー半導体装置１００を得ることができる。
【００４５】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の縦型半導体装置およびその製造方法は、大電流動作が要求される電力用素子に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００４７】
１０  半導体層、１１  第１の領域（ｎ+−ＧａＮ領域）、１２  第２の領域（ｎ+−ＧａＮ領域）、１３  第３の領域（ｐ−ＧａＮ層）、１４  第４の領域（ｎ−ＧａＮ層）、１５  窒化ガリウム基板（ｎ−ＧａＮ）、２０  チャネル層、２１  ＧａＮ層、２２  ＡｌＧａＮ層、２３  コントロールゲート電極、３０  スイッチング素子部、３１  絶縁膜、３２  ゲート電極、４１  ソース電極、４５  ドレイン電極、５０  配線、１００  縦型パワー半導体装置。
【図１】
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【図２】
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【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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