(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族元素原料ガス及びＶ族元素原料ガスが導入される反応炉内でＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の多層膜を成長させる窒化物半導体装置の製造方法であって、
前記Ｖ族元素原料ガスの第１の原料ガス流量及び第１のキャリアガス流量で第１の窒化物半導体層を成長させるステップと、
前記反応炉に供給される全ガス流量が前記第１の窒化物半導体層の成長時における全ガス流量と実質的に同じであって、前記Ｖ族元素原料ガスの前記第１の原料ガス流量よりも少ない第２の原料ガス流量及び前記第１のキャリアガス流量よりも多い第２のキャリアガス流量で、前記第１の窒化物半導体層と異なる組成の第２の窒化物半導体層を成長させるステップと
を含み、前記第１の窒化物半導体層を成長させるステップと前記第２の窒化物半導体層を成長させるステップとを交互に繰り返して、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層を積層することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記Ｖ族元素原料ガスがアンモニアガス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の製造方法。
【請求項３】
前記第１の窒化物半導体層を成長させるステップにおけるＶ／ＩＩＩ比が、前記第２の窒化物半導体層を成長させるステップにおけるＶ／ＩＩＩ比よりも高い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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の多層膜を成長させる窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体層は安価なシリコン基板上やサファイア基板上に形成されることが一般的である。しかし、これらの半導体基板の格子定数と窒化物半導体層の格子定数は大きく異なり、また、熱膨張係数も異なる。このため、半導体基板上にエピタキシャル成長によって形成された窒化物半導体層に、大きな歪みエネルギーが発生する。その結果、窒化物半導体層にクラックの発生や結晶品質の低下が生じやすい。
【０００３】
上記問題を解決するために、シリコン基板と窒化物半導体からなる機能層との間に窒化物半導体層を積層したバッファ層を配置する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このバッファ層を形成するために、Ｖ族元素の原料であるアンモニア（ＮＨ3）ガスの流量を固定し、ＩＩＩ族元素の原料ガスの流量を切り替える方法が採用されている。このため、Ｖ族元素とＩＩＩ族元素の比は、ＩＩＩ族元素の原料ガスの供給量によって決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１８４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的な製造条件下では、バッファ層の現在の主流である窒化ガリウム（ＧａＮ）層と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層の積層体の形成、若しくは窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層とＡｌＮ層の積層体の形成において、アルミニウム（Ａｌ）の原料であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスの蒸気圧はガリウム（Ｇａ）の原料であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスの蒸気圧に比べて低い。このため、ＡｌＮ層成長時におけるＩＩＩ族元素原料ガスに対するＶ族元素原料ガスの比（以下において、「Ｖ／ＩＩＩ比」という。）は、ＧａＮ層成長時におけるＶ／ＩＩＩ比よりも高い。ここで、ＡｌＮ層成長時のＶ／ＩＩＩ比は、アンモニアガスの供給モル数をＴＭＡガスの供給モル数で除算した値である。ＧａＮ層成長時のＶ／ＩＩＩ比は、アンモニアガスの供給モル数をＴＭＧガスの供給モル数で除算した値である。
【０００６】
ＧａＮ層では窒素空孔を低減するために高いＶ／ＩＩＩ比が要求される。一方、ＡｌＮ層はＶ／ＩＩＩ比を高くすると、成膜に寄与しない寄生反応の影響が大きくなる。
【０００７】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層の積層構造体を、各層に適したＶ／ＩＩＩ比で成長させる窒化物半導体装置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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、ＩＩＩ族元素原料ガス及びＶ族元素原料ガスが導入される反応炉内でＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の多層膜を成長させる窒化物半導体装置の製造方法であって、（イ）Ｖ族元素原料ガスの第１の原料ガス流量及び第１のキャリアガス流量で第１の窒化物半導体層を成長させるステップと、（ロ）反応炉に供給される全ガス流量が第１の窒化物半導体層の成長時における全ガス流量と実質的に同じであって、Ｖ族元素原料ガスの第１の原料ガス流量よりも少ない第２の原料ガス流量及び第１のキャリアガス流量よりも多い第２のキャリアガス流量で、第１の窒化物半導体層と異なる組成の第２の窒化物半導体層を成長させるステップとを含み、第１の窒化物半導体層を成長させるステップと第２の窒化物半導体層を成長させるステップとを交互に繰り返して、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層を積層する窒化物半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層の積層構造体を、各層に適したＶ／ＩＩＩ比で成長させる窒化物半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法により製造された積層体の構造を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法を説明するためのガス流量を示すグラフである。
【図３】比較例の製造方法を説明するためのガス流量を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る製造方法と比較例の製造法によってそれぞれ製造された窒化物半導体装置の特性を比較した結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係る製造方法により製造された窒化物半導体装置の例を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る製造方法により製造された窒化物半導体装置の他の例を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る他の窒化物半導体装置の製造方法を説明するためのガス流量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１２】
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
本発明の実施形態に係る製造方法により製造される窒化物半導体装置１の構造例を、図１に示す。窒化物半導体装置１は、半導体基板１０と、半導体基板１０上に配置された積層体２０とを備える。積層体２０は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の多層膜であり、具体的には第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２とを交互に積層した構造である。半導体基板１０は、積層体２０と異なる格子定数を有する例えばシリコン基板である。
【００１４】
積層体２０を形成するために、半導体基板１０を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置などの成膜装置の反応炉１００内に格納する。そして、反応炉１００内にＩＩＩ族元素原料ガス、Ｖ族元素原料ガス及びキャリアガスを供給して、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２を成長させる工程を繰り返す。キャリアガスには、窒素と水素の混合ガスなどが使用される。
【００１５】
ここでは、第１の窒化物半導体層２１が、第２の窒化物半導体層２２よりも窒素が抜けやすく、窒素空孔が生じやすいとする。以下では、第１の窒化物半導体層２１がＧａＮからなり、第２の窒化物半導体層２２がＡｌＮからなる場合について例示的に説明する。ＧａよりもＡｌの方が窒素との結合力が強いために、ＡｌＮ層よりもＧａＮ層の方が窒素が抜けやすい。
【００１６】
ＧａＮ層を成長させる工程では、ＩＩＩ族元素であるＧａの原料ガスとＶ族元素である窒素の原料ガスを、キャリアガスによって反応炉１００内に供給する。ＡｌＮ層を成長させる工程では、ＩＩＩ族元素であるＡｌの原料ガスと窒素の原料ガスを、キャリアガスによって反応炉１００内に供給する。例えば、窒素の原料ガスにはアンモニア（ＮＨ3）ガスを採用可能である。また、Ｇａの原料ガスにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、Ａｌの原料ガスにトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスが採用可能である。
【００１７】
窒化物半導体装置１の積層体２０の製造方法の例を、図２を参照して説明する。図２に示したグラフの縦軸は各ガスの流量であり、横軸は時間である。
【００１８】
時刻ｔ１〜ｔ２は条件変更期間であり、反応炉１００内に残留する原料ガスを反応炉１００から排気する。これにより、その後の成膜工程においてＶ／ＩＩＩ比の変化を急峻にできる。
【００１９】
時刻ｔ２〜ｔ３において、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層２１を成長させる。具体的には、ＩＩＩ族元素原料ガスであるＴＭＧガスと共に、第１の原料ガス流量Ｎ１でＶ族元素原料ガスであるアンモニアガスを反応炉１００に供給する。このとき、キャリアガスの流量は第１のキャリアガス流量Ｃ１である。第１の窒化物半導体層２１を成膜中は、ＴＭＡガスは供給されない。
【００２０】
時刻ｔ３〜ｔ４において、ＡｌＮからなる第２の窒化物半導体層２２を成長させる。具体的には、ＩＩＩ族元素原料ガスであるＴＭＡガスと共に、第１の原料ガス流量Ｎ１よりも少ない第２の原料ガス流量Ｎ２でＶ族元素原料ガスであるアンモニアガスを反応炉１００に供給する。このとき、キャリアガスの流量は、第１のキャリアガス流量Ｃ１よりも多い第２のキャリアガス流量Ｃ２である。第２の窒化物半導体層２２を成膜中は、ＴＭＧガスは供給されない。
【００２１】
上記のように、反応炉１００内に供給されるアンモニアガスについて、第２の原料ガス流量Ｎ２は第１の原料ガス流量Ｎ１よりも少なく設定される。アンモニアガスの流量調整の詳細については後述する。なお、第２の窒化物半導体層２２の成長時における反応炉１００に供給される全ガス流量が、第１の窒化物半導体層２１の成長時における全ガス流量と実質的に同じであるように、第２のキャリアガス流量Ｃ２が設定される。したがって、第１のキャリアガス流量Ｃ１よりも多い第２のキャリアガス流量Ｃ２でキャリアガスが供給される。
【００２２】
その後、時刻ｔ４〜ｔ５において、時刻ｔ２〜ｔ３と同様にしてＧａＮからなる第１の窒化物半導体層２１を成長させる。更に、時刻ｔ５〜ｔ６において、時刻ｔ３〜ｔ４と同様にしてＡｌＮからなる第２の窒化物半導体層２２を成長させる。以降、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２を交互に成長させて、積層体２０が形成される。
【００２３】
なお、図２では、時刻ｔ０〜ｔ１において、反応炉１００にＴＭＡガス及びアンモニアガスを供給して、半導体基板１０上にＡｌＮ初期層を形成する例を示した。ＡｌＮ初期層は、バッファ層の一部として半導体基板１０に接触する窒化物半導体層であり、第１の窒化物半導体層２１や第２の窒化物半導体層２２よりも厚く形成される。ＡｌＮ初期層を形成するための原料ガスの種類や流量は、ＡｌＮからなる第２の窒化物半導体層２２と同様である。ただし、ＡｌＮ初期層を形成しなくてもよい。
【００２４】
次に、アンモニアガスの流量調整について説明する。上記のように、第２の原料ガス流量Ｎ２は第１の原料ガス流量Ｎ１より少なく設定される。これは、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層２１と、ＡｌＮからなる第２の窒化物半導体層２２とでは、成長時におけるＩＩＩ族元素の原料ガスのモル数に対するＶ族元素の原料ガスのモル数の比（Ｖ／ＩＩＩ比）の最適値が異なるためである。
【００２５】
既に述べたようにＡｌＮ層よりもＧａＮ層の方が窒素が抜けやすく、窒素空孔が生じやすい。このため、結晶性を高めるためにＧａＮ層の成長では高いＶ／ＩＩＩ比が要求される。具体的には、ＧａＮ層の成長に適したＶ／ＩＩＩ比は５００〜２５００程度である。
【００２６】
通常、ＧａＮ層での窒素空孔の発生を抑制するために、ＧａＮ層の成長に適したＶ／ＩＩＩ比になるようにアンモニアガスの流量が設定される。したがって、例えば図３に示すように、Ｖ族元素原料ガスであるアンモニアガスの流量を一定にし、供給されるＩＩＩ族元素原料ガスの種類の切り替えのみを行った場合には、ＡｌＮからなる第２の窒化物半導体層２２成長時のＶ／ＩＩＩ比が、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層２１成長時のＶ／ＩＩＩ比よりも高くなる。これは、ＴＭＡの蒸気圧がＴＭＧに比べて低いためである。
【００２７】
図３に示したようにＧａＮ層の成長に適したアンモニアガスの流量のままでＴＭＡガスを流してＡｌＮ層を成長させると、ＡｌＮ層の成長時のＶ／ＩＩＩ比はＧａＮ層の成長時よりも高く、２０００〜７５００である。このＶ／ＩＩＩ比は、ＡｌＮ層の最適条件に対して高すぎる。ＡｌＮ層のＶ／ＩＩＩ比を高くした場合は、成膜に寄与しない寄生反応の影響が大きくなる。その結果、成長レートの低下や材料効率の悪化などが顕著になる。
【００２８】
一方、ＡｌＮ層に適したＶ／ＩＩＩ比になるようにアンモニアガスの流量を設定した場合は、その設定のアンモニアガス流量で成長させたＧａＮ層はＶ／ＩＩＩ比が低すぎて特性が劣化する。
【００２９】
しかし、図２に示した製造方法では、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層２１の成長時のアンモニアガスの流量（第１の原料ガス流量Ｎ１）よりも、ＡｌＮからなる第２の窒化物半導体層２２の成長時のアンモニアガスの流量（第２の原料ガス流量Ｎ２）が小さく設定される。これにより、ＡｌＮ層成長の最適条件に近づけた成長条件で第２の窒化物半導体層２２を成長できる。例えば、第２の原料ガス流量Ｎ２を第１の原料ガス流量Ｎ１の半分にすることで、第２の窒化物半導体層２２成長時のＶ／ＩＩＩ比を、ＧａＮ層の成長に適したアンモニアガスの流量のままの場合に比べて低く、１０００〜４０００程度にできる。
【００３０】
上記のように、本発明の実施形態に係る製造方法によれば、それぞれのＶ／ＩＩＩ比が最適になるように第１の窒化物半導体層２１の成長時と第２の窒化物半導体層２２の成長時のアンモニアガスの流量が設定される。その結果、結晶品質の高い積層体２０が得られる。
【００３１】
更に、第１の窒化物半導体層２１の成長時と第２の窒化物半導体層２２の成長時のアンモニアガスの流量の変化に合わせて、キャリアガスの流量が調整される。具体的には、アンモニアガスの流量を減らした場合にはキャリアガスの流量を増大させ、アンモニアガスの流量を増やした場合にはキャリアガスの流量を減少させる。これにより、第１の窒化物半導体層２１の成長時と第２の窒化物半導体層２２の成長時における反応炉１００に供給される全ガス流量が実質的に一定になるように調整する。その結果、製造装置の圧力制御範囲内でガスの切り替えができ、反応炉１００内のガス分布を一定に保ちやすいので、成長レートの変動が抑制される。
【００３２】
図２に示した本発明の実施形態に係る製造方法と図３に示した比較例の製造法によってそれぞれ窒化物半導体装置を製造し、特性を比較した結果を以下に示す。なお、窒化物半導体装置はシリコン基板上に膜厚が約６μｍの窒化物半導体層を成長させた。詳細には、シリコン基板上にＡｌＮ初期層及びバッファ層を約３μｍ成長させ、バッファ層上にＧａＮ層を約３μｍ成長させた。バッファ層は、ＡｌＮ層とＧａＮ層を積層した構造である。実施形態に係る製造方法では、比較例の製造条件と比べてＧａＮ層成長時のアンモニアガスの流量を増やし、且つキャリアガスの流量を減らした。これにより、実施形態に係る製造方法と比較例の製造方法とで、反応炉内に流すガス流量を実質的に一定にした。
【００３３】
図４に、実施形態に係る製造方法と比較例の製造方法により製造された窒化物半導体措置の縦方向リーク電流の測定結果を示す。図４の縦軸はリーク電流Ｉｓｕｂ、横軸は印加電圧Ｖｄｓである。図４において、実施形態に係る製造方法により製造された窒化物半導体措置のリーク電流をＩａ、比較例の製造方法により製造された窒化物半導体措置のリーク電流をＩｂとして示した。
【００３４】
図４に示したように、実施形態に係る製造方法におけるリーク電流Ｉａは、比較例の製造方法におけるリーク電流Ｉｂに比べて、８００Ｖ印加時において１／１０以下である。つまり、実施形態に係る製造方法によれば、窒化物半導体装置の高耐圧化を実現できる。
【００３５】
ＧａＮ層とＡｌＮ層が積層された積層体２０をバッファ層として使用した例を図５に示す。図５に示した窒化物半導体装置は、積層体２０をバッファ層に用いて高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を形成した例である。即ち、図５に示した窒化物半導体装置は、キャリア供給層３２、及びキャリア供給層３２とヘテロ接合を形成するキャリア走行層３１を積層した構造の機能層３０を有する。バンドギャップエネルギーが互いに異なる窒化物半導体からなるキャリア走行層３１とキャリア供給層３２間の界面にヘテロ接合面が形成され、ヘテロ接合面近傍のキャリア走行層３１に電流通路（チャネル）としての二次元キャリアガス層３３が形成される。
【００３６】
更に、機能層３０上に、ソース電極４１、ドレイン電極４２及びゲート電極４３が形成される。ソース電極４１及びドレイン電極４２は、機能層３０と低抵抗接触（オーミック接触）可能な金属により形成される。例えばＡｌ、チタン（Ｔｉ）などがソース電極４１及びドレイン電極４２に採用可能である。或いはＴｉとＡｌの積層体として、ソース電極４１及びドレイン電極４２は形成される。ソース電極４１とドレイン電極４２間に配置されるゲート電極４３には、例えばニッケル金（ＮｉＡｕ）などが採用可能である。
【００３７】
上記では、積層体２０を用いた窒化物半導体装置がＨＥＭＴである例を示したが、積層体２０を用いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの他の構造のトランジスタを形成してもよい。
【００３８】
以上においては、ＧａＮ層とＡｌＮ層を積層する場合について例示的に説明したが、積層体２０が他の構成であっても同様である。組成式ＡｌxＧａ1-xＮ、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＜ｙ）で表される窒化アルミニウムガリウム層などのように複数のＩＩＩ族元素からなる窒化物半導体層を成長させる場合には、その層の組成に応じてアンモニアガス及びキャリアガスの流量を調節する。ＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比が低い場合には、ＧａＮ層と同様に、成長時のアンモニアガスの流量を増大させる。一方、ＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比が高い場合には、ＡｌＮ層と同様に、アンモニアガスの流量を減少させる。例えば、ＡｌＮからなる膜厚５ｎｍ程度の第１の窒化物半導体層２１と膜厚３０ｎｍ程度のＡｌＧａＮからなる第２の窒化物半導体層２２を積層した構造の積層体２０を、バッファ層として使用できる。
【００３９】
また、組成式ＩｎxＧａ1-xＮ、ＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＜ｙ）で表される窒化インジウムガリウム層について説明する。ＧａＮ層と窒化インジウム（ＩｎＮ）層とを積層する場合については、ＧａＮ層よりも窒化インジウム（ＩｎＮ）層の方が窒素空孔が生じやすい。これは、インジウム（Ｉｎ）よりもＧａの方が窒素との結合が強いためである。このため、ＩｎＮ層成長時のＶ／ＩＩＩ比を高く、ＧａＮ層成長時のＶ／ＩＩＩ比を低くする必要がある。したがって、ＩｎＮ層成長時のアンモニアガスの流量を増大させ、ＧａＮ層成長時のアンモニアガスの流量を減少させればよい。これにより、ＩｎＮ層を第１の窒化物半導体層２１として形成し、ＧａＮ層を第２の窒化物半導体層２２として形成した積層体２０が得られる。このとき、アンモニアガスの流量の増減に合わせてキャリアガスの流量を増減させる。このように、積層される層の組み合わせによってアンモニアガス及びキャリアガスの流量を調節すればよい。
【００４０】
積層体２０をバッファ層として使用するだけでなく、超格子層として使用してもよい。図６に、発光装置の活性層３６に積層体２０を使用した例を示す。即ち、図６に示した活性層３６はバリア層とそのバリア層よりバンドギャップが小さい井戸層が交互に配置された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有し、このＭＱＷ構造に窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層２１と、ＧａＮからなる第２の窒化物半導体層２２の積層構造を採用できる。ｎ型クラッド層３５から供給された電子とｐ型クラッド層３７から供給された正孔とが活性層３６で再結合して、光が発生する。なお、図６では半導体基板の図示を省略している。
【００４１】
ｎ型クラッド層３５は、例えばｎ型不純物がドーピングされたＧａＮ層などである。図６に示すように、ｎ型クラッド層３５にはｎ側電極４５が接続されており、発光装置の外部の負電源から電子がｎ側電極４５に供給される。これにより、ｎ型クラッド層３５から活性層３６に電子が供給される。ｐ型クラッド層３７は、例えばｐ型不純物がドーピングされたＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層３７にはｐ側電極４７が接続されており、発光装置の外部の正電源から正孔（ホール）がｐ側電極４７に供給される。これにより、ｐ型クラッド層３７から活性層３６に正孔が供給される。
【００４２】
図７に、ＩｎＧａＮからなる第１の窒化物半導体層２１とＧａＮからなる第２の窒化物半導体層２２の積層体２０を活性層３６として形成するためのガス流量の例を示す。図７の時刻ｔ１〜ｔ２は条件変更の期間である。時刻ｔ２〜ｔ３においてＩｎＧａＮ層が形成され、時刻ｔ３〜ｔ４においてＧａＮ層が形成される。その後、時刻ｔ４〜ｔ５においてＩｎＧａＮ層が形成され、更に時刻ｔ５〜ｔ６においてＧａＮ層が形成される。以降、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層が交互に形成されて、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層の積層体からなる活性層３６が形成される。
【００４３】
ＩｎＧａＮ層を成長時のＶ／ＩＩＩ比、即ち「アンモニアガスのモル数／（ＴＭＧガスのモル数＋トリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスのモル数）」の値は、５０００〜２５０００程度に設定される。この条件でのアンモニアガスの流量のままでＴＭＧガスのみを流してＧａＮ層を成長させると、ＧａＮ層成長時のＶ／ＩＩＩ比は、ＴＭＩガスが減少した分だけ高くなる。具体的には、ＧａＮ層成長時のＶ／ＩＩＩ比は、ＩｎＧａＮ層成長時の約２倍の１００００〜５００００になる。
【００４４】
このＶ／ＩＩＩ比の条件は高すぎて、ＧａＮ層の最適成長条件から大きく離れている。このため、図７に示したように、アンモニアガスの流量を減らすことによってＶ／ＩＩＩ比を下げ、ＧａＮ層の最適成長条件に近づける。例えば、ＧａＮ層成長時のアンモニアガスの流量（第２の原料ガス流量Ｎ２）を、ＩｎＧａＮ層成長時のアンモニアガスの流量（第１の原料ガス流量Ｎ１）の半分にする。これにより、ＧａＮ層成長時のＶ／ＩＩＩ比を、ＩｎＧａＮ層の成長に適したアンモニアガスの流量のままの場合に比べて半分の５０００〜２５０００程度にできる。
【００４５】
このとき、ＧａＮ層の成長時における反応炉１００に供給される全ガス流量が、ＩｎＧａＮ層の成長時における全ガス流量と同じであるように、第２のキャリアガス流量Ｃ２が設定される。つまり、第１のキャリアガス流量Ｃ１よりも多い第２のキャリアガス流量Ｃ２でキャリアガスが供給される。
【００４６】
なお、ｎ型クラッド層３５やｐ型クラッド層３７を、積層体２０を用いた超格子層にしてもよい。
【００４７】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法では、積層体２０における第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２の成長切り替え時において、ＩＩＩ族元素の原料ガスの種類と共にＶ族元素の原料ガス及びそのキャリアガスの流量を切り替える。これにより、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２を、それぞれに適したＶ／ＩＩＩ比で成長させることができる。その結果、結晶品質の高い積層体２０が形成される。
【００４８】
なお、ＧａＮ層とＡｌＮ層の成長においてアンモニアガスの流量を一定にして、ＴＭＡガスの流量を増やすことによってＡｌＮ層に適したＶ／ＩＩＩ比を実現することも考えられるが、実現は困難である。これは、成膜に最適な原料ガスの流量の範囲が決まっており、それより流量を増やしても効率的な成膜ができないためである。
【００４９】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１…窒化物半導体装置
１０…半導体基板
２０…積層体
２１…第１の窒化物半導体層
２２…第２の窒化物半導体層
３０…機能層
３１…キャリア走行層
３２…キャリア供給層
３３…二次元キャリアガス層
３５…ｎ型クラッド層
３６…活性層
３７…ｐ型クラッド層
４１…ソース電極
４２…ドレイン電極
４３…ゲート電極
４５…ｎ側電極
４７…ｐ側電極
１００…反応炉
【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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