(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲンガスおよびハロゲン化合物ガスのうちの少なくとも一方からなる第１のガスと水素ガスおよび不活性ガスのうちの少なくとも一方からなる第２のガスとの混合ガスからなるエッチングガスを用い、アルミニウムを含む窒化物系化合物半導体をエッチングストップ層としてアルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体を気相で熱化学的に、選択的にエッチングするようにした
ことを特徴とする窒化物系化合物半導体の選択エッチング方法。
【請求項２】
ハロゲンガスおよびハロゲン化合物ガスのうちの少なくとも一方からなる第１のガスと水素ガスおよび不活性ガスのうちの少なくとも一方からなる第２のガスとの混合ガスからなるエッチングガスを用い、アルミニウムを含む窒化物系化合物半導体をエッチングストップ層としてアルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体を気相で熱化学的に、選択的にエッチングする工程と、
上記アルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体の上記選択的にエッチングされた部分の側壁にサイドウォールスペーサを形成する工程と、
上記サイドウォールスペーサの間の部分における上記アルミニウムを含む窒化物系化合物半導体上にゲート電極を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
上記ハロゲン化合物ガスはハロゲンと水素との化合物のガスであることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記ハロゲン化合物ガスはハロゲンと炭素との化合物のガスであることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
上記ハロゲン化合物ガスはハロゲンと水素と炭素との化合物のガスであることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
上記エッチングガスは活性窒素を放出する化合物のガスをさらに含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
上記活性窒素を放出する化合物はアンモニアであることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
上記活性窒素を放出する化合物はアミン化合物であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、窒化物系化合物半導体の選択エッチング方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ系半導体は直接遷移半導体であり、その禁制帯幅は１．９ｅＶから６．２ｅＶに亘っており、可視領域から紫外線領域の発光が可能な発光素子の実現が理論上可能であることから、近年注目を集めており、その開発が活発に進められている。また、ＧａＮ系半導体は、電子走行素子の材料としても大きな可能性を持っている。すなわち、ＧａＮの飽和電子速度は約２．５×１０７  ｃｍ／ｓとＳｉ、ＧａＡｓおよびＳｉＣに比べて大きく、また、破壊電界は約５×１０６  Ｖ／ｃｍとダイヤモンドに次ぐ大きさを持っている。このような理由により、ＧａＮ系半導体は、高周波、大電力用半導体素子の材料として大きな可能性を持つことが予想されてきた。
【０００３】
しかしながら、ＧａＮ系半導体を用いて電子走行素子を作る場合には、不純物のイオン注入による導電層の形成という手法を適用することができない点で、ＧａＡｓ系半導体などを用いた従来の半導体素子と大きく異なる。すなわち、ＧａＮ系半導体中にイオン注入された不純物は熱的アニールによっては活性化されないため、例えばＧａＮ系半導体を用いたＦＥＴにおいては、キャリア濃度が実用上十分に高いソース領域およびドレイン領域を形成することができず、したがってソース電極およびドレイン電極をそれぞれソース領域およびドレイン領域に低接触抵抗でオーミック接触させることができない。
【０００４】
このため、ＧａＮ系半導体を用いたＦＥＴとしては、不純物のイオン注入による導電層の形成という手法を用いない、図１３に示すような構造のＦＥＴが試作されている（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，６２（１５），１７８６（１９９３））。図１３に示すように、このＦＥＴにおいては、ｃ面サファイア基板１０１上にアンドープＧａＮ層１０２およびチャネル層としてのｎ型ＧａＮ層１０３が順次積層され、ｎ型ＧａＮ層１０３上にゲート電極１０４、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６が設けられている。ここで、ゲート電極１０４はｎ型ＧａＮ層１０３とショットキー接触し、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６はｎ型ＧａＮ層１０３とオーミック接触している。
【０００５】
また、ＧａＮ系半導体を用いた場合には、不純物のイオン注入による導電層の形成という手法を適用することができないという上述の困難に加え、ＧａＮ系半導体に対しては有効なウエットエッチング液がまだ開発されておらず、通常の酸またはアルカリを用いたウエットエッチング技術では、全くと言ってよいほどエッチングされないという困難もある。このため、ＧａＮ系半導体を用いたＦＥＴにおいては、ＧａＡｓ系半導体を用いたＦＥＴにおいてソース抵抗低減のために用いられる、いわゆるリセスゲート構造を良好に形成することは困難であった。ここで、物理的モードの大きな条件での反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いれば、リセスゲート構造を形成することは一応可能であるが、このＲＩＥ法では、被エッチング層や下地に損傷が生じてしまうばかりでなく、選択エッチングが困難であるため、被エッチング層をエッチングしようとするとその下地までエッチングせざるを得ないという問題があり、実際上適用は困難である。
【０００６】
一方、ＧａＮ系半導体を用いた高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＨＥＭＴ）として、図１４に示すような構造のＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴが試作されている（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，６８（４），２２（１９９６））  。図１４に示すように、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴにおいては、ｃ面サファイア基板２０１上にアンドープＧａＮ層２０２、電子走行層としてのアンドープＧａＮ層２０３および電子供給層としてのｎ型ＡｌＧａＮ層２０４が順次積層され、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０４上にゲート電極２０５、ソース電極２０６およびドレイン電極２０７が設けられている。ここで、ゲート電極２０５はｎ型ＡｌＧａＮ層２０４とショットキー接触している。
【０００７】
しかしながら、この図１４に示すＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴにおいては、ソース電極２０６およびドレイン電極２０７が低電子濃度のｎ型ＡｌＧａＮ層２０４上に形成されていることや、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ  ＨＥＭＴにおけるようにソース電極およびドレイン電極の下側にオーミック接触用の合金層を形成することが困難であることなどにより、ソース電極２０６およびドレイン電極２０７の接触抵抗が極めて高い。このため、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴの性能は低かった。
【０００８】
また、図１５に示すような構造のＡｌＧａＮ／ＧａＮ接合を用いたＦＥＴも試作されている（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，６９（６），７９４（１９９６））。図１５に示すように、このＦＥＴにおいては、ｃ面サファイア基板３０１上にアンドープＧａＮ層３０２、電子走行層としてのｎ型ＧａＮ層３０３、スペーサ層としてのアンドープＡｌＧａＮ層３０４および電子供給層としてのｎ型ＡｌＧａＮ層３０５が順次積層され、ｎ型ＡｌＧａＮ層３０５上にゲート電極３０６、ソース電極３０７およびドレイン電極３０８が設けられている。ここで、ゲート電極３０６はｎ型ＡｌＧａＮ層３０５とショットキー接触しており、ソース電極３０７およびドレイン電極３０８はｎ型ＡｌＧａＮ層３０５とオーミック接触している。このＦＥＴは、ＨＥＭＴと類似の構造を有するが、ドーピングされた層であるｎ型ＧａＮ層３０３を電子走行層に用いていることが通常のＨＥＭＴと異なる。
【０００９】
しかしながら、この図１５に示すＦＥＴにおいては、ソース電極３０７およびドレイン電極３０８はｎ型ＡｌＧａＮ層３０５上に形成されているために接触抵抗が十分に低くないことなどにより、高性能のものが得られていない。
【００１０】
また、ＧａＮ系半導体を用いたＦＥＴとしては、図１６に示すようなものも試作されている（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，６５（９），１１２１（１９９４））  。図１６に示すように、このＦＥＴにおいては、ｃ面サファイア基板４０１上に電子走行層としてのｎ型ＧａＮ層４０２および電子供給層としてのｎ型ＡｌＧａＮ層４０３が順次積層されている。ｎ型ＡｌＧａＮ層４０３は所定形状にパターニングされている。そして、このｎ型ＡｌＧａＮ層４０３上にゲート電極４０４が設けられているとともに、このｎ型ＡｌＧａＮ層４０３の両側壁にそれぞれ接触するようにソース電極４０５およびドレイン電極４０６がｎ型ＧａＮ層４０２上に設けられている。ここで、ゲート電極４０４はｎ型ＡｌＧａＮ層４０３とショットキー接触し、ソース電極４０５およびドレイン電極４０６はｎ型ＧａＮ層４０２およびｎ型ＡｌＧａＮ層４０３とオーミック接触している。このＦＥＴは、ＨＥＭＴと類似の構造を有するが、ドーピングされた層であるｎ型ＧａＮ層４０２を電子走行層に用いていることが通常のＨＥＭＴと異なる。
【００１１】
しかしながら、この図１６に示すＦＥＴにおいては、ｎ型ＡｌＧａＮ層４０３のパターニングにＲＩＥ法のような物理的エッチング法を用いざるを得ないことから、このｎ型ＡｌＧａＮ層４０３および下地のｎ型ＧａＮ層４０２に損傷が生じてしまい、素子特性の劣化をもたらすという問題がある。
【００１２】
一方、ＧａＮ系半導体を用いた半導体レーザにおいては、ＧａＡｓ系半導体を用いた半導体レーザにおいてしきい値電流低減のために用いられる、いわゆるリジ構造を良好に形成することは、ＧａＮ系半導体を用いたＦＥＴにおいてリセスゲート構造を良好に形成することが困難であるのと同様な理由により、困難であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ＧａＮ系半導体を用いた電子走行素子や半導体レーザの製造においては、ＧａＮ系半導体に固有の問題、すなわち選択エッチングが困難であることや不純物のイオン注入による導電層の形成が困難であることなどに起因する多くの課題があり、その解決が望まれていた。
【００１４】
この発明は、これらの課題を一挙に解決するものである。すなわち、この発明の目的は、アルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体を、下地に対してほぼ完全に選択的にエッチングすることができ、しかもエッチングの際に損傷を伴わない窒化物系化合物半導体の選択エッチング方法およびそのような選択エッチング方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来の技術が有する上述の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ＧａＮやＧａＩｎＮなどのアルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体を下地に対してほぼ完全に選択的にエッチングすることができ、しかもエッチングの際に損傷を伴わない窒化物系化合物半導体の選択エッチング方法を得ることができれば、上述の課題を一挙に解決することができることに着目し、種々の実験を経てその具体的な方法を見い出し、本発明を案出するに至ったものである。
【００１６】
すなわち、上記目的を達成するために、この発明による窒化物系化合物半導体の選択エッチング方法は、
ハロゲンガスおよびハロゲン化合物ガスのうちの少なくとも一方からなる第１のガスと水素ガスおよび不活性ガスのうちの少なくとも一方からなる第２のガスとの混合ガスからなるエッチングガスを用い、アルミニウムを含む窒化物系化合物半導体をエッチングストップ層としてアルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体を気相で熱化学的に、選択的にエッチングするようにした
ことを特徴とするものである。
【００１７】
ここで、第１のガスとして用いられるハロゲンガスまたはハロゲン化合物ガスは、エッチング温度でハロゲンを分離するものであれば、基本的にはどのようなものであってもよい。具体的には、ハロゲンガスはＸ２  （Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）である。また、ハロゲン化合物ガスは、ハロゲンと水素との化合物のガス（ハイドライドガスの一種）、具体的にはＨＸ（Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）や、ハロゲンと炭素との化合物、具体的には例えばＣＸ４  （Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）や、ハロゲンと水素と炭素との化合物のガス、具体的には例えばＣＨ３  Ｘ（Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）などである。第２のガスとして用いられる不活性ガスは、具体的にはＮ２  、Ａｒ、Ｘｅ、Ｈｅなどのガスである。さらに、エッチングの際の窒化物系化合物半導体の面荒れを防止するためには、好適には、これらのガスに加えて、活性窒素を放出する化合物のガスを含ませる。この活性窒素を放出する化合物は、具体的には、例えば、アンモニアやアミン化合物である。アミン化合物は、具体的には、トリメチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミンなどである。
【００１８】
また、エッチングは、必要なエッチング速度が得られ、かつ、被エッチング物およびエッチングストップ層である窒化物系化合物半導体の結晶の破壊、結晶性の劣化、面荒れなど、すなわち損傷が生じない範囲の温度で行う。特に、被エッチング物およびエッチングストップ層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である場合には、エッチングは、典型的には、５５０℃以上９００℃以下の温度で行う。ここで、エッチングを５５０℃よりも低い温度で行うとエッチング速度が小さすぎ、エッチングを９００℃よりも高い温度で行うと被エッチング物およびエッチングストップ層である窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の損傷が生じてしまう。十分なエッチング速度を得るとともに、被エッチング物およびエッチングストップ層である窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の損傷を有効に抑えるために、このエッチングは、好適には、６００℃以上８００℃以下の温度で行う。
【００２０】
また、この発明による半導体装置の製造方法は、
ハロゲンガスおよびハロゲン化合物ガスのうちの少なくとも一方からなる第１のガスと水素ガスおよび不活性ガスのうちの少なくとも一方からなる第２のガスとの混合ガスからなるエッチングガスを用い、アルミニウムを含む窒化物系化合物半導体をエッチングストップ層としてアルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体を気相で熱化学的に、選択的にエッチングする工程と、
アルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体の選択的にエッチングされた部分の側壁にサイドウォールスペーサを形成する工程と、
サイドウォールスペーサの間の部分におけるアルミニウムを含む窒化物系化合物半導体上にゲート電極を形成する工程と
を有することを特徴とするものである。
【００２１】
この発明において、典型的には、アルミニウムを含む窒化物系化合物半導体はＡｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ｎ（ただし、０．０２≦ｘ≦１）であり、アルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体はＧａ１−ｙ  Ｉｎｙ  Ｎ（ただし、０≦ｙ≦１）である。
【００２２】
上述のように構成されたこの発明においては、エッチングガス中に含まれるハロゲンの作用により、気相で熱化学的に、アルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体がエッチングされる。これに対し、アルミニウムを含む窒化物系化合物半導体は、それに含まれるアルミニウムの作用により実質的にエッチングされない。すなわち、アルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体を、下地であるアルミニウムを含む窒化物系化合物半導体に対して、ほぼ完全に選択的にエッチングすることができる。また、このエッチングの際には、アルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体およびアルミニウムを含む窒化物系化合物半導体に損傷が生じるのを防止することができる。さらに、エッチング速度は主に温度で制御されるので、エッチングの制御性が良好である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
以下の実施形態においては、ｃ面サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層を積層した構造を用いるが、まず、これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により成長させる一般的な方法について説明する。
【００２５】
これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長の際の原料ガスとしては、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｎ原料としてアンモニア（ＭＨ３  ）、ｎ型不純物のドーパントとしてシラン（ＳｉＨ４  ）、ｐ型不純物のドーパントとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２  Ｍｇ）を用いる。そして、よく知られているように、まず、ｃ面サファイア基板上に低温でＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層を成長させた後、ＮＨ３  ガスを流しながら成長温度を１０００℃前後に上昇させ、バッファ層上にＧａＮ、ＡｌＧａＮなどを成長させる。ここで、ＧａＩｎＮなどのＩｎを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合には、成長温度を７００〜８００℃に下げ、雰囲気ガスは窒素（Ｎ２  ）とすることも、よく知られている。
【００２６】
次に、ＧａＮのエッチング速度の測定結果について説明する。このエッチング速度の測定のための試料は、次のようにして作製した。まず、ｃ面サファイア基板上にＡｌＮまたはＧａＮからなる低温成長によるバッファ層を成長させた後、このバッファ層上に厚さ５μｍのＧａＮ層を成長させる。次に、このＧａＮ層上にストライプ形状を有するＳｉＯ２  膜からなるマスクを形成する。次に、このｃ面サファイア基板を反応炉に導入する。次に、Ｎ２  ガスにＨＣｌガスを所定の割合で混合したエッチングガスを反応炉内に１００〜２００ｃｃ／ｍｉｎの流量で流し、６００〜８００℃の温度で５〜６０分間、試料をエッチングガスにさらした。
【００２７】
図１は、ＨＣｌを１０％含むエッチングガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で流しながら７００℃でＧａＮ層のエッチングを行ったときのエッチング時間とエッチング深さとの関係を示す。図２は、同一条件におけるエッチング温度（Ｔ）とエッチング速度との関係を示す。
【００２８】
図２より、ＨＣｌによるＧａＮのエッチングは化学反応によるものであり、その反応の活性化エネルギーは１．４３ｅＶであること、エッチング速度は温度により、１ｎｍ／ｍｉｎ（６００℃）から２０ｎｍ／ｍｉｎ（８００℃）以上まで制御することができることがわかる。また、図１より、エッチングには時間遅れがなく、時間によってエッチング深さを精密に制御することができることがわかる。
【００２９】
次に、ＡｌＧａＮのエッチング速度の測定結果について説明する。このエッチング速度の測定のための試料は、次のようにして作製した。まず、ｃ面サファイア基板上にＡｌＮまたはＧａＮからなる低温成長によるバッファ層を成長させた後、このバッファ層上にＧａＮ層を成長させ、引き続いてこのＧａＮ層上に厚さ０．５μｍのＡｌＧａＮ層を成長させる。次に、このＡｌＧａＮ層上にストライプ形状を有するＳｉＯ２  膜からなるマスクを形成する。次に、このｃ面サファイア基板を反応炉に導入する。次に、Ｎ２  ガスにＨＣｌガスを所定の割合で混合したエッチングガスを反応炉内に１００〜２００ｃｃ／ｍｉｎの流量で流し、６００〜８００℃の温度で５〜６０分間、試料をエッチングガスにさらした。これらの試料のＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比は７％、１５％および５０％の３水準に変えた。一方、比較のために、ｃ面サファイア基板上にバッファ層を介してＧａＮ層を成長させた試料を別に用意し、この試料も同時にエッチングガスにさらした。
【００３０】
まず、ＨＣｌを５％含むエッチングガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で流しながら７００℃で１０分間ＡｌＧａＮ層のエッチングを試みたところ、３個の試料のいずれも、ＡｌＧａＮ層はまったくエッチングされなかった。これに対し、同時にエッチングガスにさらした別の試料のＧａＮ層の表面の段差の高さを測定したところ、約５５ｎｍであった。すなわち、ＧａＮ層は約５５ｎｍエッチングされた。
【００３１】
次に、ＨＣｌを１０％含むエッチングガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で流しながら８００℃で３０分間ＡｌＧａＮ層のエッチングを試みたところ、やはり、３個の試料のいずれも、ＡｌＧａＮ層はほとんどエッチングされなかった。これに対し、同時にエッチングガスにさらした別の試料のＧａＮ層は、約１．６μｍエッチングされた。
【００３２】
上述のようにしてエッチングを試みたＡｌＧａＮ層の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、ＳｉＯ２  マスクで覆われた領域とＳｉＯ２  膜マスクで覆われていない領域とは、コントラストとしてかろうじて区別することができる程度で、明確な段差は見られなかった。
【００３３】
上述のように、この実験では、ＧａＮ層が約１．６μｍエッチングされても、Ａｌ組成比が７％のＡｌＧａＮ層、すなわちＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ層はエッチングされない。このＡｌＧａＮ層の耐エッチング性の理由はＡｌ−Ｎ結合の強さに由来すると考えられるが、極めて微量のＡｌの添加でも大きなエッチング耐性を発揮する理由はいまだ解明されていない。
【００３４】
次に、この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴの製造方法について説明する。
【００３５】
この第１の実施形態においては、まず、図３に示すように、ｃ面サファイア基板１上に、ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層（図示せず）を介して、アンドープＧａＮ層２、アンドープＡｌＧａＮ層３、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ＋  型ＡｌＧａＮ層４、アンドープＧａＮ層５、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＡｌＧａＮ層６およびｎ型不純物として同様にＳｉがドープされたｎ＋  型ＧａＮ層７を順次成長させる。ここで、アンドープＧａＮ層５は電子走行層、ｎ＋  型ＡｌＧａＮ層４およびｎ型ＡｌＧａＮ層６は電子供給層である。また、アンドープＡｌＧａＮ層３の厚さは例えば３００ｎｍ、ｎ＋  型ＡｌＧａＮ層４の厚さは例えば５ｎｍ、アンドープＧａＮ層５の厚さは例えば１５ｎｍ、ｎ型ＡｌＧａＮ層６の厚さは例えば１５ｎｍ、ｎ＋  型ＧａＮ層７の厚さは例えば１５０ｎｍである。
【００３６】
次に、図４に示すように、例えばＣＶＤ法によりｎ＋  型ＧａＮ層７の全面に例えば厚さが０．４μｍのＳｉＯ２  膜８を形成した後、このＳｉＯ２  膜８をリソグラフィーおよびエッチングにより所定のストライプ形状にパターニングする。このＳｉＯ２  膜８で覆われていない部分が素子分離領域となる。このＳｉＯ２  膜８のエッチングには、例えば、フッ酸系エッチング液を用いたウエットエッチング法またはフッ素系エッチングガスを用いたＲＩＥ法を用いる。
【００３７】
次に、ＳｉＯ２  膜８をエッチングマスクとして、例えばＲＩＥ法により、アンドープＡｌＧａＮ層３に達するまでエッチングする。このときのエッチング深さは例えば０．３５μｍである。
【００３８】
次に、図５に示すように、リソグラフィーによりソース電極およびドレイン電極形成用の所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをエッチングマスクとしてＳｉＯ２  膜８をエッチングすることにより開口８ａ、８ｂを形成する。次に、例えば真空蒸着法により全面に例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕ膜（図示せず）を形成する。次に、このレジストパターンをその上に形成されたＴｉ／Ａｌ／Ａｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、開口８ａ、８ｂの部分におけるｎ＋  型ＧａＮ層７上にそれぞれソース電極９およびドレイン電極１０が形成される。この後、ソース電極９およびドレイン電極１０の接触抵抗を低くするために、例えば、Ｎ２  雰囲気、８００℃、１０分の条件でアニールを行う。
【００３９】
次に、図６に示すように、リソグラフィーおよびエッチングにより、ゲート電極形成領域のＳｉＯ２  膜８を除去した後、ＨＣｌとＮ２  との混合ガスからなり、ＨＣｌを１０％含むエッチングガスを用いて、７００℃で５０分間、熱化学エッチングを行う。このときのｎ＋  型ＧａＮ層７のエッチング深さは約０．１５μｍである。この場合、このｎ＋  型ＧａＮ層７がエッチングされて下層のｎ型ＡｌＧａＮ層６が露出した時点でこのエッチングは完全に停止し、したがってこのｎ型ＡｌＧａＮ層６は全くエッチングされない。
【００４０】
次に、例えばＣＶＤ法により全面に例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ２  膜を形成した後、ＲＩＥ法によりエッチバックする。これによって、ゲート電極形成領域におけるｎ＋  型ＧａＮ層６およびＳｉＯ２  膜８の側壁にＳｉＯ２  からなるサイドウォールスペーサ１１が形成される。
【００４１】
次に、リソグラフィーによりゲート電極形成用の所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、例えば真空蒸着法により全面に例えばＴｉ／Ａｕ膜を形成する。次に、レジストパターンをその上に形成されたＴｉ／Ａｕ膜とともに除去する。これによって、図７に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層６とショットキー接触したゲート電極１２が形成される。
【００４２】
以上により、目的とするＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴが製造される。
【００４３】
このＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴにおいては、電子走行層であるアンドープＧａＮ層５と電子供給層であるｎ＋  型ＡｌＧａＮ層４およびｎ型ＡｌＧａＮ層６との界面の近傍におけるアンドープＧａＮ層５にそれぞれ２次元電子ガス（図示せず）が存在する。
【００４４】
この第１の実施形態によれば、次のような種々の利点を得ることができる。すなわち、ゲート電極形成領域におけるｎ＋  型ＧａＮ層７のエッチング、すなわちリセスエッチングの際には、下層のｎ型ＡｌＧａＮ層６が露出した時点でエッチングが完全に停止するので、ゲート電極形成領域におけるこのｎ型ＡｌＧａＮ層６の厚さの減少がなく、このため電子走行層であるアンドープＧａＮ層５とゲート電極１２との間の距離をこのｎ型ＡｌＧａＮ層６の厚さにより正確に規定することができる。また、このようにゲート電極形成領域におけるｎ＋  型ＧａＮ層７のリセスエッチングが可能であることにより、ソース抵抗の大幅な低減を図ることができる。また、このリセスエッチングの際には、ｎ＋  型ＧａＮ層７およびｎ型ＡｌＧａＮ層６に損傷が生じるのを防止することができる。さらに、ソース電極９およびドレイン電極１０は高キャリア濃度のｎ＋  型ＧａＮ層７上に形成しているので、これらのソース電極９およびドレイン電極１０の接触抵抗の大幅な低減を図ることができる。また、ゲート電極形成領域におけるｎ＋  型ＧａＮ層７を選択的に除去した後、この除去部の側壁にサイドウォールスペーサ１１を形成してからゲート電極１２を自己整合的に形成しているので、エッチングによる加工限界よりもサイドウォールスペーサ１１の厚さの２倍小さい寸法にまで、ゲート長を短縮することができる。一方、このゲート電極１２の上部の寸法は十分に大きくすることができるので、ゲート抵抗の大幅な低減を図ることができる。以上により、高性能、高速、大電力のＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴを得ることができる。
【００４５】
次に、この発明の第２の実施形態によるリッジ型ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮ半導体レーザの製造方法について説明する。
【００４６】
この第２の実施形態においては、まず、図８に示すように、ｃ面サファイア基板２１上に、ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層（図示せず）を介して、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層２２、ｎ型不純物として同様にＳｉがドープされたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２３、アンドープのＧａＩｎＮ活性層２４、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５およびｐ型不純物として同様にＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ層２６を順次成長させる。ここで、ｎ型ＧａＮ層２２はｎ側電極のコンタクト層となり、ｐ型ＧａＮ層２６はｐ側電極のコンタクト層となる。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２３およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５のＡｌ組成比は例えば０．１５、ＧａＩｎＮ活性層２４のＩｎ組成比は例えば０．０５である。また、これらの層の厚さは、例えば、ｎ型ＧａＮ層２２は４μｍ、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２３は０．５μｍ、ＧａＩｎＮ活性層２４は０．０５μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５は０．５μｍ、ｐ型ＧａＮ層２６は１μｍである。
【００４７】
次に、例えばＣＶＤ法によりｐ型ＧａＮ層２６の全面に例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ２  膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ２  膜をリソグラフィーおよびエッチングにより例えば幅が７μｍの所定のストライプ形状にパターニングする。次に、このＳｉＯ２  膜をエッチングマスクとして、ＨＣｌとＮ２  との混合ガスからなり、ＨＣｌを１０％含むエッチングガスを用いて、７５０℃で１時間、ｐ型ＧａＮ層２６の熱化学エッチングを行う。これによって、図９に示すように、ｐ型ＧａＮ層２６が所定のストライプ形状にパターニングされる。この場合、このｐ型ＧａＮ層２６がエッチングされて下層のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５が露出した時点でこのエッチングは完全に停止し、したがってこのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５は全くエッチングされない。したがって、ｐ型ＧａＮ層２６で覆われている部分のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５の上面とｐ型ＧａＮ層２６で覆われていない部分のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５の上面とは連続的につながっていて同一平面上にある。また、このエッチングの際には、同時に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５およびｐ型ＧａＮ層２６のアニールも行われ、それらにドープされたＭｇが活性化される。
【００４８】
次に、エッチングマスクとして用いられた上述のＳｉＯ２  膜をエッチング除去した後、図１０に示すように、例えばスパッタリング法により全面に例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ２  膜２７を形成する。次に、このＳｉＯ２  膜２７上にリソグラフィーによりｐ側電極形成用の所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをエッチングマスクとしてＳｉＯ２  膜２７をエッチングすることにより開口２７ａを形成する。この開口２７ａの幅は例えば５μｍである。次に、例えば真空蒸着法により全面に例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を形成した後、レジストパターンをその上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜とともに除去する。これによって、開口２７ａの部分におけるｐ型ＧａＮ層２６上にｐ側電極２８が形成される。
【００４９】
次に、ＳｉＯ２  膜２７上にリソグラフィーにより例えば厚さが３μｍの所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをエッチングマスクとして、例えばＲＩＥ法により、ＳｉＯ２  膜２７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５、ＧａＩｎＮ活性層２４およびｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２３を順次エッチングする。次に、リソグラフィーによりｎ側電極形成用の所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、例えば真空蒸着法により全面に例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ膜を形成する。次に、レジストパターンをその上に形成されたＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ膜とともに除去する。これによって、ｎ型ＧａＮ層２２上にｎ側電極２９が形成される。この後、このｎ側電極２９の接触抵抗を低くするために、例えば、Ｎ２  雰囲気、８００℃、１０分の条件でアニールを行う。
【００５０】
以上により、目的とするリッジ型ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮ半導体レーザが製造される。
【００５１】
この第２の実施形態によれば、熱化学エッチングによりｐ型ＧａＮ層２６をストライプ形状にパターニングしていることにより、このストライプ形状のｐ型ＧａＮ層２６からなるリッジ部を、このｐ型ＧａＮ層２６自身やｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５に損傷を生じることなく形成することができる。そして、このようにリッジ構造を形成することができることにより、半導体レーザのしきい値電流の低減を図ることができる。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５およびｐ型ＧａＮ層２６にドープされたＭｇの活性化のためのアニールをｐ型ＧａＮ層２６のパターニングのための熱化学エッチングで兼用することができることにより、この活性化のためのアニールを独立に行う必要がなくなり、したがってその分だけ半導体レーザの製造工程の簡略化を図ることができる。
【００５２】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００５３】
例えば、上述の第１および第２の実施形態において挙げた数値、構造、材料、原料、成長法などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値、構造、材料、原料、成長法などを用いてもよい。
【００５４】
具体的には、上述の第１の実施形態においては、ｎ＋  型ＧａＮ層７にソース電極９およびドレイン電極１０を接触させているが、このｎ＋  型ＧａＮ層７の代わりにｎ＋  型ＧａＩｎＮ層を用い、このｎ＋  型ＧａＩｎＮ層にソース電極９およびドレイン電極１０を接触させるようにしてもよく、この場合には、ソース電極９およびドレイン電極１０の接触抵抗をより低減することができる。また、上述の第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴは、電子走行層であるアンドープＧａＮ層５の上下に電子供給層であるｎ型ＡｌＧａＮ層６およびｎ＋  型ＡｌＧａＮ層４を設けた、いわゆるダブルドープ型のＨＥＭＴであるが、この発明は、電子走行層であるアンドープＧａＮ層５上に電子供給層であるｎ型ＡｌＧａＮ層６が積層された、いわゆる順ＨＥＭＴや、電子供給層であるｎ型ＡｌＧａＮ層６上に電子走行層であるアンドープＧａＮ層５が積層された、いわゆる逆ＨＥＭＴとしてもよい。さらに、電子走行層としては、アンドープＧａＮ層５の代わりに、例えばアンドープＧａＩｎＮ層を用いてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、気相で熱化学的にエッチングが行われるので、アルミニウムを含まない窒化物系化合物半導体を、下地に対してほぼ完全に選択的にエッチングすることができ、しかもエッチングの際に損傷を伴わないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧａＮ層のエッチング時間とエッチング深さとの関係を示す略線図である。
【図２】ＧａＮ層のエッチング温度とエッチング速度との関係を示す略線図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】この発明の第２の実施形態によるリッジ型ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮ半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】この発明の第２の実施形態によるリッジ型ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮ半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態によるリッジ型ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮ半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態によるリッジ型ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮ半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態によるリッジ型ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮ半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】従来の第１の例によるＧａＮ系半導体を用いたＦＥＴを示す断面図である。
【図１４】従来の第２の例によるＧａＮ系半導体を用いたＦＥＴを示す断面図である。
【図１５】従来の第３の例によるＧａＮ系半導体を用いたＦＥＴを示す断面図である。
【図１６】従来の第４の例によるＧａＮ系半導体を用いたＦＥＴを示す断面図である。
【符号の説明】
１、２１・・・ｃ面サファイア基板、２、５・・・アンドープＧａＮ層、３・・・アンドープＡｌＧａＮ層、４・・・ｎ＋  型ＡｌＧａＮ層、６・・・ｎ型ＡｌＧａＮ層、７・・・ｎ＋  型ＧａＮ層、８、２７・・・ＳｉＯ２  膜、９・・・ソース電極、１０・・・ドレイン電極、１２・・・ゲート電極、２２・・・ｎ型ＧａＮ層、２３・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、２４・・・ＧａＩｎＮ活性層、２５・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２６・・・ｐ型ＧａＮ層、２８・・・ｐ側電極、２９・・・ｎ側電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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