(57)【要約】【課題】  窒化ガリウム系化合物半導体層を用いた半導体装置において、半導体装置の動作時に、歪による結晶欠陥によってリーク電流が発生することを防止する。【解決手段】  窒化ガリウム系化合物半導体層よりなるチャネル層１２とゲート電極１７との間にゲート絶縁膜１３を備えた半導体装置であって、ゲート絶縁膜１３は、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる。【選択図】  図１
2006210472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁領域を備えた半導体装置であって、
前記絶縁領域は、砒素が添加された窒化ガリウムよりなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁領域は、マグネシウムが更に添加された前記窒化ガリウムよりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
窒化ガリウム系化合物半導体層よりなるチャネル層とゲート電極との間にゲート絶縁膜を備えた半導体装置であって、
前記ゲート絶縁膜は、砒素が添加された窒化ガリウムよりなることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜は、マグネシウムが更に添加された前記窒化ガリウムよりなることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
電流狭窄層を備えた窒化ガリウム系化合物半導体レーザよりなる半導体装置であって、
前記電流狭窄層は、砒素が添加された窒化ガリウムよりなることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記電流狭窄層は、マグネシウムが更に添加された前記窒化ガリウムよりなることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
窒化ガリウム系化合物半導体層における素子形成領域を区画する素子分離領域を備えた半導体装置であって、
前記素子分離領域は、砒素が添加された窒化ガリウムよりなることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記素子分離領域は、マグネシウムが更に添加された前記窒化ガリウムよりなることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
基板の上に絶縁領域を形成する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁領域を形成する工程は、分子線エピタキシャル法を用いて、前記基板に対して、ガリウムフラックス、活性窒素ラジカル及び砒素フラックスを照射することにより、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる前記絶縁領域を形成する工程を含み、
前記砒素フラックスを照射する強度は、前記ガリウムフラックスを照射する強度の１０００分の１以上であって且つ１００分の１以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁領域を形成する工程は、マグネシウムフラックスを更に照射することにより、砒素及びマグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる前記絶縁領域を形成する工程を含み、
前記マグネシウムフラックスを照射する強度は、前記ガリウムフラックスを照射する強度の１０００分の１以上であって且つ１００分の１以下であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板の上に絶縁領域を備えた半導体装置の製造方法であって、
分子線エピタキシャル法を用いて、前記基板に対して、ガリウムフラックス、活性窒素ラジカル及びマグネシウムフラックスを照射することにより、マグネシウムが添加された窒化ガリウム層を形成する工程と、
前記マグネシウムが添加された窒化ガリウム層に対して砒素を注入することにより、砒素及びマグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる前記絶縁領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
基板の上に絶縁領域を備えた半導体装置の製造方法であって、
有機金属気相成長法又は分子線エピタキシャル成長法を用いて、前記基板の上に窒化ガリウム層を形成する工程と、
前記窒化ガリウム層に対して砒素及びマグネシウムを注入することにより、前記砒素及び前記マグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる前記絶縁領域を形成する工程とを備えることを特徴とする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、窒化ガリウム系化合物半導体層を用いた半導体装置に関し、特に、電界効果型トランジスタ、具体的には、ＭＩＳＦＥＴ及びＭＩＳ−ＨＦＥＴ等、並びに半導体レーザ、具体的には、青色半導体レーザ、及び紫外半導体レーザ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波電子デバイスの用途である電界効果型トランジスタの材料としては、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）が主流であるが、最近では、より高い耐圧性、及びより優れた飽和電子速度をもち、更には、耐放射線性にも優れ、且つヘテロ構造の作製が容易な、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の材料が注目されている。
【０００３】
開発当初は、ＧａＮ結晶と格子整合する基板が少なかったので、高品質なＧａＮ結晶が得られないという課題があったが、近年では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍetal−Ｏrganic  Ｃhemical  Ｖapor  Ｄeposition）、及び分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ：Ｍolecular−Ｂeam  Ｅpitaxy）による結晶成長技術の進歩により、実際の電子デバイスとして使用が可能である程の高品質なＧａＮ結晶の形成が可能となった。
【０００４】
このため、近年では、高耐圧性、高出力性、及び高温動作性の電子デバイスの用途である電界効果型トランジスタの材料として、ＧａＮ系の材料が用いられている。ＧａＮ系の材料を用いた電界効果型トランジスタの具体例として、例えば、ＭＩＳＦＥＴ（金属−絶縁体−半導体 電界効果型トランジスタ）及びＭＩＳ−ＨＦＥＴ（ヘテロ接合 金属−絶縁体−半導体 電界効果型トランジスタ）等が挙げられる。
【０００５】
これらの電界効果型トランジスタにおけるゲート絶縁膜として、半絶縁性の材料であるＡｌＧａＮよりなるゲート絶縁膜を備えた電界効果型トランジスタ（例えば、特許文献１参照）、及びダイアモンドよりなるゲート絶縁膜を備えた電界効果型トランジスタ（例えば、特許文献２参照）が挙げられる。
【０００６】
ＡｌＧａＮ及びダイアモンドは高抵抗性の材料であり、電界効果型トランジスタにおけるゲート絶縁膜の材料として、ＡｌＧａＮ及びダイアモンドを用いることにより、高耐圧性の電界効果型トランジスタを実現することができる。
【０００７】
また、ＧａＮ系の材料は、バンドギャップが大きい。このため、近年では、半導体レーザの材料として、ＧａＮ系の材料が用いられている。このように、ＧａＮ系の材料を用いた半導体レーザ（以下、窒化ガリウム系化合物半導体レーザと記す）は、バンドギャップが大きい材料よりなるので、例えば、次世代型のＤＶＤにおける光源として注目されている。
【０００８】
以下に、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造について、図８を参照しながら説明する。
【０００９】
図８は、従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造を示す断面図である。
【００１０】
図８に示すように、サファイアよりなる基板６０の上には、バッファ層を兼ね備え且つｎ−ＧａＮよりなる第１のコンタクト層６１、ｎ−ＡｌＧａＮよりなる第１のクラッド層６２、ＧａＮよりなる第１のガイド層６３、ＩｎＧａＮよりなる活性層６４、ＧａＮよりなる第２のガイド層６５、ｐ−ＡｌＧａＮよりなる第２のクラッド層６６、及びｐ−ＧａＮよりなる第２のコンタクト層６７が下から順に積層されている。
【００１１】
第２のクラッド層６６及び第２のコンタクト層６７には、断面凸状のリッジ部が形成されている。第２のクラッド層６６の上には、リッジ部における電流注入領域（ｐ電極６９の形成領域）以外の領域を被覆するようにして、ＳｉＯ2 よりなる電流狭窄層６８が形成されている。
【００１２】
第２のコンタクト層６７における電流狭窄層６８が存在していない領域、すなわち、電流注入領域にはｐ電極６９が形成されており、第１のコンタクト層６１の上にはｎ電極７０が形成されている。
【００１３】
このように、従来の半導体レーザでは、電流流入領域以外の領域がＳｉＯ2 膜よりなる電流狭窄層６８によって被覆されることにより、電流狭窄構造が形成されている。
【特許文献１】特開平１１―２６１０５２号公報
【特許文献２】特開平１１―１６３３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の電界効果型トランジスタ及び半導体レーザでは、以下に示す問題がある。
【００１５】
まず、従来の電界効果型トランジスタにおける問題について以下に示す。
【００１６】
電界効果型トランジスタにおけるゲート絶縁膜として、半絶縁性の材料であるＡｌＧａＮ結晶を用いた場合、ＡｌＧａＮ結晶とＧａＮ結晶とは格子定数の違いが大きい。このため、ＡｌＧａＮよりなるゲート絶縁膜と該ゲート絶縁膜の形成領域直下におけるＧａＮよりなるチャネル層との間に歪が発生する。これにより、ゲート絶縁膜とチャネル層との間に歪による結晶欠陥が発生するため、電界効果型トランジスタの動作時に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生するので、電界効果型トランジスタの信頼性が低下する。
【００１７】
また、ＡｌＧａＮ結晶とＧａＮ結晶とは熱膨張係数の違いが大きい。このため、電界効果型トランジスタの高温動作を行った場合、電界効果型トランジスタの動作時に生じる熱に伴って、ゲート絶縁膜とチャネル層との間に発生する歪による結晶欠陥は増大する。このため、ゲート絶縁膜とチャネル層との間に歪による結晶欠陥を発生させることなく、電界効果型トランジスタの高温動作を行うことができない。このように、本来、高温での動作が期待されるべき電界効果型トランジスタにおいて、高温動作が可能な電界効果型トランジスタを実現することができない。
【００１８】
また、電界効果型トランジスタにおけるゲート絶縁膜としてダイアモンド結晶を用いた場合、ダイアモンド結晶とＧａＮ結晶とは格子定数の違いが大きい。このため、前述したように、ダイアモンドよりなるゲート絶縁膜とＧａＮよりなるチャネル層との間に、歪による結晶欠陥が発生するので、該結晶欠陥によるリーク電流が発生する。また、電界効果型トランジスタの動作時に生じる熱に伴って、ゲート絶縁膜とチャネル層との間に発生する歪による結晶欠陥は増大する。このため、前述したように、ゲート絶縁膜とチャネル層との間に歪による結晶欠陥を発生させることなく、電界効果型トランジスタの高温動作を行うことができない。
【００１９】
また、ダイアモンド結晶とＧａＮ結晶とは、格子定数だけでなく結晶構造も異なる。このため、ダイアモンドよりなるゲート絶縁膜とＧａＮよりなるチャネル層との間に、転移による結晶欠陥が発生する。
【００２０】
以上のように、従来の電界効果型トランジスタでは、ゲート絶縁膜と該ゲート絶縁膜の形成領域直下におけるチャネル層との間に、歪による結晶欠陥が発生するので、電界効果型トランジスタの信頼性が低下するだけでなく、高温動作が可能な電界効果型トランジスタを実現することができない。
【００２１】
次に、従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおける問題について以下に示す。
【００２２】
図８に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおける電流狭窄層６８としてＳｉＯ2 結晶を用いた場合、ＳｉＯ2 結晶とＧａＮ結晶とは熱膨張係数の違いが大きい。このため、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの動作時に、電流狭窄層６８の形成領域直下におけるリッジ部に対して、過剰なストレスが加わる。これにより、歪みによる結晶欠陥が発生するので、前述したように、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの動作時に、電流狭窄層６８とリッジ部との間に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生する。また、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの動作時に生じる熱に伴って、電流狭窄層６８とリッジ部との間に発生する歪による結晶欠陥は増大する。このため、電流狭窄層６８とリッジ部との間に歪による結晶欠陥を発生させることなく、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの高温動作を行うことができない。
【００２３】
以上のように、従来の半導体装置では、絶縁領域を構成する材料（例えば、ＡｌＧａＮ、ダイアモンド及びＳｉＯ2 ）が有する格子定数と、該絶縁領域の形成領域直下における半導体層を構成する材料（窒化ガリウム系化合物半導体）が有する格子定数との間に大きな差があると共に、該絶縁領域を構成する材料が有する熱膨張係数と該半導体層を構成する材料が有する熱膨張係数との間に大きな差がある。
【００２４】
このため、従来の半導体装置では、歪みによる結晶欠陥が発生するため、半導体装置の動作時に、絶縁領域と該絶縁領域の形成領域直下における半導体層との間に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生するので、半導体装置の信頼性及び特性の低下が引き起こされる。
【００２５】
前記に鑑み、本発明の目的は、半導体装置における絶縁領域の材料として、良好な高抵抗性の材料を提供すると共に、絶縁領域と該絶縁領域の形成領域直下における半導体層との格子整合を図ることにより、半導体装置の動作時に、絶縁領域と該絶縁領域の形成領域直下における半導体層との間に、結晶歪によるリーク電流が発生することを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前記の課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、絶縁領域を備えた半導体装置であって、絶縁領域は、砒素が添加された窒化ガリウムよりなることを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る半導体装置によると、良好な高抵抗性の材料よりなる絶縁領域を形成することができるので、半導体装置の動作時に、リーク電流が発生することを防止することができる。
【００２８】
本発明に係る半導体装置において、絶縁領域は、マグネシウムが更に添加された窒化ガリウムよりなることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、絶縁領域において、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアが、マグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償される。これにより、絶縁領域の更なる高抵抗化を図ることができるので、半導体装置の動作時に、リーク電流が発生することをより効果的に防止することができる。
【００３０】
本発明に係る半導体装置は、窒化ガリウム系化合物半導体層よりなるチャネル層とゲート電極との間にゲート絶縁膜を備えた半導体装置であって、ゲート絶縁膜は、砒素が添加された窒化ガリウムよりなることを特徴とする。
【００３１】
本発明に係る半導体装置によると、チャネル層とゲート電極との間に良好な高抵抗性の材料よりなるゲート絶縁膜を形成すると共に、ゲート絶縁膜とチャネル層との格子整合を図ることができる。
【００３２】
このため、ゲート絶縁膜とチャネル層との間に、歪による結晶欠陥が発生することを防止することができるため、半導体装置の動作時に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止することができるので、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【００３３】
また、本発明に係る半導体装置によると、高耐圧性の材料よりなるゲート絶縁膜を備えた半導体装置を実現することができるため、高電圧印加が可能な半導体装置を実現することができるので、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００３４】
更には、本発明に係る半導体装置によると、ゲート絶縁膜とチャネル層との間に、結晶欠陥によるリーク電流を発生させることなく、高温動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００３５】
このように、本発明に係る半導体装置では、ゲート絶縁膜とチャネル層との間に、結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止すると共に、高出力動作及び高温動作が可能な半導体装置を提供することができるので、半導体装置の信頼性及び特性の向上を図ることができる。
【００３６】
本発明に係る半導体装置において、ゲート絶縁膜は、マグネシウムが更に添加された窒化ガリウムよりなることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、ゲート絶縁膜において、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアが、マグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償される。
【００３８】
これにより、ゲート絶縁膜の更なる高抵抗化を図ることができるため、より一層、高電圧印加が可能な半導体装置を実現することができるので、より一層、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００３９】
また、半導体装置の動作時に、ゲート絶縁膜とチャネル層との間に、リーク電流が発生することをより効果的に防止することができるので、半導体装置の更なる信頼性の向上を図ることができる。
【００４０】
本発明に係る半導体装置は、電流狭窄層を備えた窒化ガリウム系化合物半導体レーザよりなる半導体装置であって、電流狭窄層は、砒素が添加された窒化ガリウムよりなることを特徴とする。
【００４１】
本発明に係る半導体装置によると、窒化ガリウム系化合物半導体よりなる半導体層の上に、良好な高抵抗性の材料よりなる電流狭窄層を形成すると共に、電流狭窄層と該半導体層との格子整合を図ることができる。
【００４２】
このため、電流狭窄層と窒化ガリウム系化合物半導体よりなる半導体層との間に、歪による結晶欠陥が発生することを防止することができるため、半導体装置の動作時に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止することができるので、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【００４３】
また、本発明に係る半導体装置によると、高耐圧性の材料よりなる電流狭窄層を備えた半導体装置を実現することができるため、高電圧印加が可能な半導体装置を実現することができるので、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００４４】
更には、本発明に係る半導体装置によると、電流狭窄層と窒化ガリウム系化合物半導体よりなる半導体層との間に、結晶欠陥によるリーク電流を発生させることなく、高温動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００４５】
このように、本発明に係る半導体装置では、電流狭窄層と窒化ガリウム系化合物半導体よりなる半導体層との間に、結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止すると共に、高出力動作及び高温動作が可能な半導体装置を提供することができるので、半導体装置の信頼性及び特性の向上を図ることができる。
【００４６】
本発明に係る半導体装置において、電流狭窄層は、マグネシウムが更に添加された窒化ガリウムよりなることが好ましい。
【００４７】
このようにすると、電流狭窄層において、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアが、マグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償される。
【００４８】
これにより、電流狭窄層の更なる高抵抗化を図ることができるため、より一層、高電圧印加が可能な半導体装置を提供することができるので、より一層、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００４９】
また、半導体装置の動作時に、電流狭窄層と窒化ガリウム系化合物半導体よりなる半導体層との間に、リーク電流が発生することをより効果的に防止することができるので、半導体装置の更なる信頼性の向上を図ることができる。
【００５０】
本発明に係る半導体装置は、窒化ガリウム系化合物半導体層における素子形成領域を区画する素子分離領域を備えた半導体装置であって、素子分離領域は、砒素が添加された窒化ガリウムよりなることを特徴とする。
【００５１】
本発明に係る半導体装置によると、窒化ガリウム系化合物半導体層における所望の領域に、良好な高抵抗性の材料よりなる素子分離領域を形成すると共に、素子分離領域と窒化ガリウム系化合物半導体層との格子整合を図ることができる。
【００５２】
このため、素子分離領域と窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、歪による結晶欠陥が発生することを防止することができるため、半導体装置の動作時に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止することができるので、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、本発明に係る半導体装置によると、窒化ガリウム系化合物半導体層における所望の領域を除去することなく、素子分離領域を形成することができるので、一様で平坦な窒化ガリウム系化合物半導体層を備えた半導体装置を提供することができる。
【００５４】
これにより、半導体装置の動作時に、素子分離領域と窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、歪による結晶欠陥が局所的に集中することを防止することができるので、半導体装置の更なる信頼性の向上を図ることができる。
【００５５】
本発明に係る半導体装置において、素子分離領域は、マグネシウムが更に添加された窒化ガリウムよりなることが好ましい。
【００５６】
このようにすると、素子分離領域において、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアが、マグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償される。
【００５７】
これにより、素子分離領域の更なる高抵抗化を図ることができるため、より一層、高電圧印加が可能な半導体装置を提供することができるので、より一層、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００５８】
また、半導体装置の動作時に、素子分離領域と窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、リーク電流が発生することをより効果的に防止することができるので、半導体装置の更なる信頼性の向上を図ることができる。
【００５９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の上に絶縁領域を形成する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、絶縁領域を形成する工程は、分子線エピタキシャル法を用いて、基板に対して、ガリウムフラックス、活性窒素ラジカル及び砒素フラックスを照射することにより、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域を形成する工程を含み、砒素フラックスを照射する強度は、ガリウムフラックスを照射する強度の１０００分の１以上であって且つ１００分の１以下であることを特徴とする。
【００６０】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、窒化ガリウムが有するバンドギャップ及び格子定数を実質的に変えない程度の量だけの砒素、すなわち、極めて少量の砒素が添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域を形成することができる。
【００６１】
これにより、窒化ガリウムが有するバンドギャップを実質的に変えることなく、良好な高抵抗性の材料よりなる絶縁領域を提供すると共に、窒化ガリウムが有する格子定数を実質的に変えることなく、砒素が添加された窒化ガリウムを得ることができる。
【００６２】
このため、本発明に係る半導体装置の製造方法では、良好な高抵抗性の材料よりなる絶縁領域を形成することができるので、半導体装置の動作時に、リーク電流が発生することを防止することができる。
【００６３】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、絶縁領域を形成する工程は、マグネシウムフラックスを更に照射することにより、砒素及びマグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域を形成する工程を含み、マグネシウムフラックスを照射する強度は、ガリウムフラックスを照射する強度の１０００分の１以上であって且つ１００分の１以下であることが好ましい。
【００６４】
このようにすると、絶縁領域において、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアをマグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償することができる。これにより、絶縁領域の更なる高抵抗化を図ることができるので、半導体装置の動作時に、リーク電流が発生することをより効果的に防止することができる。
【００６５】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の上に絶縁領域を備えた半導体装置の製造方法であって、分子線エピタキシャル法を用いて、基板に対して、ガリウムフラックス、活性窒素ラジカル及びマグネシウムフラックスを照射することにより、マグネシウムが添加された窒化ガリウム層を形成する工程と、マグネシウムが添加された窒化ガリウム層に対して砒素を注入することにより、砒素及びマグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００６６】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、イオン注入を用いて、窒化ガリウム内に砒素を添加することができるので、製造の際に、チャンバー内に無駄なＡｓ（砒素）ビームを発生させることなく絶縁領域を形成することができる。このため、絶縁領域の形成後におけるチャンバー内に、有害な廃棄物であるＡｓが残り難いため、製造装置のメンテナンスが容易であるので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
【００６７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によると、絶縁領域において、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアをマグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償することができる。これにより、絶縁領域の更なる高抵抗化を図ることができるので、半導体装置の動作時に、リーク電流が発生することをより効果的に防止することができる。
【００６８】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の上に絶縁領域を備えた半導体装置の製造方法であって、有機金属気相成長法又は分子線エピタキシャル成長法を用いて、基板の上に窒化ガリウム層を形成する工程と、窒化ガリウム層に対して砒素及びマグネシウムを注入することにより、砒素及びマグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００６９】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、イオン注入を用いて、窒化ガリウム内に砒素を添加することができるので、製造の際に、チャンバー内に無駄なＡｓ（砒素）ビームを発生させることなく絶縁領域を形成することができる。このため、絶縁領域の形成後におけるチャンバー内に、有害な廃棄物であるＡｓが残り難いため、製造装置のメンテナンスが容易であるので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
【００７０】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によると、絶縁領域において、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアをマグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償することができる。これにより、絶縁領域の更なる高抵抗化を図ることができるので、半導体装置の動作時に、リーク電流が発生することをより効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００７１】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、良好な高抵抗性の材料よりなる絶縁領域を形成すると共に、該絶縁領域と該絶縁領域の形成領域直下における半導体層との格子整合を図ることができる。
【００７２】
このため、絶縁領域と該絶縁領域の形成領域直下における半導体層との間に、歪による結晶欠陥が発生することを防止することができるため、半導体装置の動作時に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止することができるので、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【００７３】
また、本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、高耐圧性の材料よりなる絶縁領域を備えた半導体装置を実現することができるため、高電圧印加が可能な半導体装置を実現することができるので、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００７４】
更には、本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、絶縁領域と該絶縁領域の形成領域直下における半導体層との間に、結晶欠陥によるリーク電流を発生させることなく、高温動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００７５】
このように、本発明に係る半導体装置では、絶縁領域と該絶縁領域の形成領域直下における半導体層との間に、結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止すると共に、高出力動作及び高温動作が可能な半導体装置を提供することができるので、半導体装置の信頼性及び特性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７６】
本発明は、良好な高抵抗性の材料よりなる絶縁領域を提供することができるので、絶縁領域を備えた半導体装置であれば、本発明を適用することが可能である。
【００７７】
本発明が適用可能な半導体装置の具体例として、例えば、電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴ（Ｆield  Ｅffect  Ｔransistor）と記す）、バイポーラトランジスタ、青色半導体レーザ、青紫色半導体レーザ、紫外半導体レーザ、ショットキーバリアダイオード、青色発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌight  Ｅmitting  Ｄiode）と記す）、白色ＬＥＤ等の半導体装置が挙げられる。
【００７８】
これらの半導体装置は全て絶縁領域を備えており、該絶縁領域として本発明を適用することにより、これらの半導体装置において、良好な高抵抗性の材料よりなる絶縁領域を提供することができる。
【００７９】
更に、絶縁領域の形成領域直下における半導体層が窒化ガリウム系化合物半導体層である場合、該絶縁領域として本発明を適用することにより、良好な高抵抗性の材料よりなる絶縁領域を提供するだけでなく、絶縁領域と窒化ガリウム系化合物半導体層との格子整合を図ることができる。
【００８０】
このため、絶縁領域と窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、歪による結晶欠陥が発生することを防止することができるため、半導体装置の動作時に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止することができるので、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【００８１】
また、高耐圧性の材料よりなる絶縁領域を備えた半導体装置を実現することができるため、高電圧印加が可能な半導体装置実現することができるので、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００８２】
更には、絶縁領域と窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、結晶欠陥によるリーク電流を発生させることなく、高温動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００８３】
したがって、本発明が適用された絶縁領域を備えた半導体装置では、半導体装置の信頼性及び特性の向上を図ることができる。
【００８４】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８５】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置、具体的には、窒化ガリウム系化合物半導体層を用いたＭＩＳＦＥＴの構造について、図１を参照しながら説明する。
【００８６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【００８７】
図１に示すように、サファイアよりなる基板１０の上には、ＧａＮよりなるバッファ層１１及びＧａＮよりなるチャネル層１２が下から順に形成されている。
【００８８】
チャネル層１２の上には、砒素が添加された窒化ガリウムよりなるゲート絶縁膜１３を介して、ゲート電極１７が形成されている。チャネル層１２におけるゲート電極１７の両側方に位置する領域には、チャネル層１２に対してＳｉがドープされてなるソース領域１５及びドレイン領域１６が形成されている。
【００８９】
ソース領域１５の上にはソース電極１８が形成されており、ドレイン領域１６の上にはドレイン電極１９が形成されている。
【００９０】
このようにして、チャネル層１２の上には、ソース電極１８、ゲート電極１７及びドレイン電極１９よりなるトランジスタが形成されている。
【００９１】
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図２(a) 〜(d) 及び図３(a) 〜(c) を参照しながら説明する。
【００９２】
図２(a) 〜(d) 及び図３(a) 〜(c) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す要部工程断面図である。
【００９３】
まず、図２(a) に示すように、分子線エピタキシャル成長装置（以下、ＭＢＥ装置と記す）におけるチャンバー（図示せず）内に基板１０を搬入し、該チャンバー内における雰囲気を１．３×１０-7Ｐａ（１×１０-9Ｔｏｒｒ）よりも高真空な状態（以下、超高真空状態と記す）に制御する。超高真空状態の下、基板１０の温度を例えば５００℃まで上昇させ、高周波プラズマ励起法によって、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内に活性窒素ラジカルを生成し、基板１０に対して、例えば、１０分間の間、活性窒素ラジカルを照射することにより、基板１０の表面における不純物の除去を行う。続いて、基板１０の温度を例えば８００℃まで上昇させ、超高真空状態の下、例えば、３０分間の間、基板１０を放置することにより、基板１０の表面に対して熱クリーニングを行う。
【００９４】
次に、図２(b) に示すように、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内において、超高真空状態の下、基板１０の温度を例えば３００℃〜５００℃まで下降させ、基板１０に対して、活性窒素ラジカル及びガリウムフラックスを照射することにより、基板１０の上に、窒化ガリウムよりなるバッファ層１１を形成する。
【００９５】
次に、図２(c) に示すように、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内において、超高真空状態の下、基板１０の温度を例えば７００℃〜８５０℃まで上昇させ、基板１０に対して、活性窒素ラジカル及びガリウムフラックスを照射することにより、バッファ層１１の上に、窒化ガリウムよりなるチャネル層１２を形成する。
【００９６】
次に、図２(d) に示すように、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内において、超高真空状態であって且つ基板１０の温度を例えば７００℃〜８５０℃に保った状態の下、基板１０に対して、活性窒素ラジカル、ガリウムフラックス及び砒素フラックスを照射することにより、チャネル層１２の上に、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる絶縁膜１３ａを形成する。
【００９７】
このとき、基板１０に対して照射される砒素フラックスの強度は、基板１０に対して照射されるガリウムフラックスの強度の１０００分の１以上であって且つ１００分の１以下である。
【００９８】
次に、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内から基板１０を取り出した後、リソグラフィ技術を用いて、絶縁膜１３ａの上に、所望の形状にパターニングされた保護膜１４を形成する。続いて、図３(a) に示すように、エッチング技術を用いて、絶縁膜１３ａにおける保護膜１４が存在していない部分の除去を行う。これにより、絶縁膜１３ａを所望の形状にパターニングすることにより、砒素が添加された窒化ガリウムよりなるゲート絶縁膜１３を形成する。
【００９９】
次に、図３(b) に示すように、イオン注入を用いて、チャネル層１２におけるゲート絶縁膜１３の両側方に位置する領域に対して、Ｓｉイオンを注入する。続いて、アニールを用いて、チャネル層１２におけるＳｉイオンが注入された領域の活性化を図ることにより、該領域が低抵抗化されてなるソース領域１５及びドレイン領域１６を形成する。このとき、保護膜１４はマスクとして機能するので、ゲート絶縁膜１３に対して、Ｓｉイオンが注入されることがないので、ゲート絶縁膜１３の形成領域直下におけるチャネル層１２内にＳｉイオンが注入されることはない。
【０１００】
次に、エッチング技術を用いて、保護膜１４を完全に除去した後、図３(c) に示すように、蒸着装置を用いて、ゲート絶縁膜１３の上にゲート電極１７を形成し、チャネル層１２におけるソース領域１５の上にソース電極１８を形成し、チャネル層１２におけるドレイン領域１６の上にドレイン電極１９を形成する。
【０１０１】
このようにして、チャネル層１２の上に、ソース電極１８、ゲート電極１７及びドレイン電極１９よりなるトランジスタを形成する。
【０１０２】
ここで、前述した絶縁膜１３ａの形成は、ＭＢＥ法を用いて、基板１０に対して、活性窒素ラジカル、ガリウムフラックス及び砒素フラックスを照射するだけでなく、マグネシウムフラックスを更に照射しても良い。このとき、基板１０に対して照射されるマグネシウムフラックスの強度は、基板１０に対して照射されるガリウムフラックスの強度の１０００分の１以上であって且つ１００分の１以下の強度である。
【０１０３】
このように、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアを補償するようにして、マグネシウムフラックスが照射される。
【０１０４】
これにより、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる絶縁膜１３ａ内にわずかに残留しているｎ型キャリアが、マグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償される。
【０１０５】
これにより、より一層、良好な高抵抗性の材料よりなるゲート絶縁膜を形成することができるので、ゲート絶縁膜の更なる耐圧性の向上を図ることができる。したがって、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置において、より一層、高電圧印加が可能な半導体装置を実現することができるので、より一層、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【０１０６】
以下に、砒素が添加された窒化ガリウムについて、様々な測定による評価を行った。
【０１０７】
まず、砒素が添加された窒化ガリウムについて、窒化ガリウム内に砒素が添加されていることを確認するために、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓecondary Ｉon Ｍass Ｓpectroscopy）の測定を行った。
【０１０８】
図４は、ＳＩＭＳの測定に利用されたサンプルの構造を示す断面図である。
【０１０９】
図４に示すように、窒化ガリウムよりなる基板２０の上に、膜厚が約２００ｎｍ〜３００ｎｍであって且つ砒素が添加された窒化ガリウムよりなる半導体層２１が形成されてなるサンプルを用いて、ＳＩＭＳの測定を行った。
【０１１０】
ここで、半導体層２１の形成はＭＢＥ法を用いて行った。具体的には、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内において、超高真空状態であって且つ基板２０の温度を約８００℃に保った状態の下、基板２０に対して、活性窒素ラジカル、ガリウムフラックス及び砒素フラックスを照射することにより、基板２０の上に、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる半導体層２１を形成した。
【０１１１】
このとき、基板２０に対して照射される砒素フラックスの強度は、基板２０に対して照射されるガリウムフラックスの強度の１０００分の１以上であって且つ１００分の１以下の強度である。
【０１１２】
このようにして、基板２０の上に砒素が添加された窒化ガリウムよりなる半導体層２１が形成されてなるサンプルを作製した。
【０１１３】
上記に示すサンプルを用いて行われたＳＩＭＳの測定結果について、図５を参照しながら説明する。
【０１１４】
図５は、ガリウム及び砒素に関するＳＩＭＳの測定結果を示す図である。
【０１１５】
図５に示される横軸、つまり、Ｘ軸は、図４に示されるＸ軸に相当する。また、図４に示すように、ＳＩＭＳの測定は、半導体層２１の表面を始点として、基板２０に対して垂直な方向、つまり、深さ方向に沿って、深さ１μｍの地点まで行った。
【０１１６】
また、図５に示される縦軸は、半導体層２１の表面からある深さ（Ｄepth）におけるＡｓ原子の濃度（Ｃoncentration）であって、単位体積当たりに含まれるＡｓ原子の数に相当する。ここで、縦軸における単位は、１Ｅ＋ｙ（cm-3）で表され、具体的には、１×１０y（cm-3） を意味する。
【０１１７】
図５に示すように、濃度が３×１０19（cm-3）〜１×１０17（cm-3）の範囲に、砒素（Ａｓ）のピークが確認され、窒化ガリウム内に砒素が添加されていることが確認された。
【０１１８】
このように、ノイズレベル（濃度が１×１０15（cm-3）〜１×１０17（cm-3））の範囲よりも、高い濃度の範囲にＡｓのピークが観測されるので、窒化ガリウム内に砒素が添加されていることは明らかである。
【０１１９】
次に、上記と同じ条件の下で作製されたサンプルを用いて、以下に示す様々な測定を行った。
【０１２０】
まず、砒素が添加された窒化ガリウムの導電性について評価を行うために、半導体層２１におけるホール測定を行った。
【０１２１】
ホール測定により、半導体層２１におけるキャリア密度は少なくとも１×１０15ｃｍ-3未満であることが分かった。これにより、砒素が添加された窒化ガリウムは、半絶縁性の材料であることが確認された。
【０１２２】
また、砒素が添加された窒化ガリウムの耐圧性について評価を行うために、半導体層２１における電流印加電圧測定を行った。
【０１２３】
電流印加電圧測定により、半導体層２１が少なくとも３００Ｖの電圧に耐えることが確認された。これにより、砒素が添加された窒化ガリウムは、高耐圧性の材料であることが確認された。
【０１２４】
また、砒素が添加された窒化ガリウムの格子定数について評価を行うために、半導体層２１におけるＸ線回折装置（以下、ＸＲＤと記す）による測定を行った。
【０１２５】
ＸＲＤによる測定により、半導体層２１の格子定数は、窒化ガリウムの格子定数と同等の数値を示すことが確認された。また、サンプルの温度に依存することなく、半導体層２１の格子定数と窒化ガリウムの格子定数とは同等の数値を示す関係にあることが確認された。これにより、砒素が添加された窒化ガリウム（半導体層２１）と窒化ガリウム（基板２０）とは格子整合し、砒素が添加された窒化ガリウムが有する熱膨張係数と窒化ガリウムが有する熱膨張係数とは同等であることが明らかとなった。
【０１２６】
また、砒素が添加された窒化ガリウムのバンドキャップについて評価を行うために、半導体層２１におけるフォトルミネセンス測定装置（以下、ＰＬと記す）による測定を行った。
【０１２７】
ＰＬによる測定により、半導体層２１のＰＬピークは、窒化ガリウムのＰＬピークと同等の波長であることが確認された。これにより、砒素が添加された窒化ガリウム（半導体層２１）が有するバンドギャップと窒化ガリウム（基板２０）が有するバンドギャップとは実質的に同等であると判断することができる。
【０１２８】
以上のように、砒素が添加された窒化ガリウムに対して、様々な測定による評価を行うことにより、ＭＢＥ法を用いて形成された絶縁領域は、窒化ガリウムが有するバンドギャップ及び格子定数を実質的に変えない程度の量だけの砒素、すなわち、極めて少量の砒素が添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域であることが分かった。
【０１２９】
これにより、窒化ガリウムが有するバンドギャップを実質的に変えることなく、良好な高抵抗性の材料よりなる絶縁領域を提供すると共に、窒化ガリウムが有する格子定数を実質的に変えることなく、砒素が添加された窒化ガリウムを得ることができる。
【０１３０】
このように、本発明は、窒化ガリウム内に極めて少量の砒素を添加することにより、該窒化ガリウムが有するバンドギャップ及び格子定数を実質的に変えることなく、良好な高抵抗性の材料を提供することができる。
【０１３１】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、ゲート絶縁膜１３の材料として、砒素が添加された窒化ガリウムを用いる。これにより、チャネル層１２とゲート電極１７との間に良好な高抵抗性の材料よりなるゲート絶縁膜１３を形成すると共に、ゲート絶縁膜１３とゲート絶縁膜１３の形成領域直下におけるチャネル層１２との格子整合を図ることができる。
【０１３２】
このため、ゲート絶縁膜１３とチャネル層１２との間に、歪による結晶欠陥が発生することを防止することができるため、半導体装置の動作時に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止することができるので、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【０１３３】
また、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、高耐圧性の材料よりなるゲート絶縁膜１３を備えた半導体装置を実現することができるため、高電圧印加が可能な半導体装置を実現することができるので、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【０１３４】
更には、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、ゲート絶縁膜１３とチャネル層１２との間に、結晶欠陥によるリーク電流を発生させることなく、高温動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【０１３５】
このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、絶縁領域（ゲート絶縁膜１３）として本発明が適用されている。これにより、絶縁領域と該絶縁領域の形成領域直下における半導体層（チャネル層１２）との間に、歪による結晶欠陥によってリーク電流が発生することを防止すると共に、高出力動作及び高温動作が可能な半導体装置を提供することができるので、半導体装置の信頼性及び特性の向上を図ることができる。
【０１３６】
尚、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、半導体装置の具体例として、ＭＩＳＦＥＴを挙げて説明したが、半導体装置はＭＩＳＦＥＴに限定されず、ＭＩＳ−ＨＦＥＴ等のように、窒化ガリウム系化合物半導体層よりなるチャネル層とゲート絶縁膜とを備えた全ての半導体装置において、上記と同様の効果を得ることができる。
【０１３７】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置、具体的には、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造について、図６を参照しながら説明する。
【０１３８】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【０１３９】
図６に示すように、サファイアよりなる基板３０の上には、バッファ層を兼ね備え且つｎ−ＧａＮよりなる第１のコンタクト層３１、ｎ−ＡｌＧａＮよりなる第１のクラッド層３２、ＧａＮよりなる第１のガイド層３３、ＩｎＧａＮよりなる活性層３４、ＧａＮよりなる第２のガイド層３５、ｐ−ＡｌＧａＮよりなる第２のクラッド層３６、及びｐ−ＧａＮよりなる第２のコンタクト層３７が下から順に積層されている。
【０１４０】
第２のクラッド層３６及び第２のコンタクト層３７には、断面凸状のリッジ部が形成されている。第２のクラッド層３６の上には、リッジ部における電流注入領域（ｐ電極３９の形成領域）以外の領域を被覆するようにして、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる電流狭窄層３８が形成されている。
【０１４１】
第２のコンタクト層３７における電流狭窄層３８が存在していない領域、すなわち、電流注入領域にはｐ電極３９が形成されており、第１のコンタクト層３１の上にはｎ電極４０が形成されている。
【０１４２】
このように、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置では、電流注入領域以外の領域が電流狭窄層３８によって被覆されることにより、電流狭窄構造が形成されている。
【０１４３】
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図６を参照しながら簡単に説明する。
【０１４４】
まず、ＭＢＥ装置におけるチャンバー（図示せず）内に基板３０を搬入し、該チャンバー内における雰囲気を超高真空状態に制御する。超高真空状態の下、基板３０の温度を例えば５００℃まで上昇させ、高周波プラズマ励起法によって、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内に活性窒素ラジカルを生成し、基板３０に対して、例えば、１０分間の間、活性窒素ラジカルを照射することにより、基板３０の表面における不純物の除去を行う。続いて、基板３０の温度を例えば８００℃まで上昇させ、超高真空状態の下、例えば、３０分間の間、基板３０を放置することにより、基板３０の表面に対して熱クリーニングを行う。
【０１４５】
次に、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内において、各半導体層（３１〜３７）の形成条件に応じて基板３０の温度を所望の温度に調整し、所望の温度であって且つ超高真空状態下、基板３０に対して、活性窒素ラジカル、ガリウムフラックス、アルミニウムフラックス及びインジウムフラックスを選択して照射することにより、各半導体層（３１〜３７）を形成する。
【０１４６】
次に、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内から基板３０を取り出した後、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、第２のクラッド層３６及び第２のコンタクト層３７における所望の領域を選択的に除去することにより、所望の形状にパターニングされたリッジ部を形成する。
【０１４７】
次に、ＭＢＥ装置におけるチャンバー内に基板３０を再び搬入し、該チャンバー内における雰囲気が超高真空状態の下、基板３０の温度を例えば７００℃〜８５０℃まで上昇させ、基板３０に対して、活性窒素ラジカル、ガリウムフラックス及び砒素フラックスを照射することにより、第２のクラッド層３６の上に、リッジ部を覆うようにして、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる絶縁層を形成する。
【０１４８】
このとき、基板３０に対して照射される砒素フラックスの強度は、基板３０に対して照射されるガリウムフラックスの強度の１０００分の１以上であって且つ１００分の１以下の強度である。
【０１４９】
次に、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、第２のコンタクト層３７を露出するように、絶縁層を選択的に除去することにより、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる電流狭窄層３８を形成する。
【０１５０】
次に、蒸着装置を用いて、第２のコンタクト層３７における電流狭窄層３８が存在していない領域、すなわち、電流注入領域にｐ電極３９を形成すると共に、第１のコンタクト層３１の上にｎ電極４０を形成する。
【０１５１】
ここで、前述した絶縁層の形成は、ＭＢＥ法を用いて、基板３０に対して、活性窒素ラジカル、ガリウムフラックス及び砒素フラックスを照射するだけでなく、マグネシウムフラックスを更に照射しても良い。このとき、基板３０に対して照射されるマグネシウムフラックスの強度は、基板３０に対して照射されるガリウムフラックスの強度の１０００分の１以上であって且つ１００分の１以下の強度である。
【０１５２】
このように、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアを補償するようにして、マグネシウムフラックスが照射される。
【０１５３】
これにより、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる絶縁層内にわずかに残留しているｎ型キャリアが、マグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償される。
【０１５４】
これにより、より一層、良好な高抵抗性の材料よりなる電流狭窄層を形成することができるので、電流狭窄層の更なる耐圧性の向上を図ることができる。したがって、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置において、より一層、高電圧印加が可能な半導体装置を実現することができるので、より一層、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【０１５５】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、電流狭窄層３８の材料として、砒素が添加された窒化ガリウムを用いる。これにより、第２のクラッド層３６の上に、リッジ部を覆うように、良好な高抵抗性の材料よりなる電流狭窄層３８を形成すると共に、電流狭窄層３８と電流狭窄層３８の形成領域直下における半導体層（３６及び３７）との格子整合を図ることができる。
【０１５６】
このため、電流狭窄層３８と半導体層（３６及び３７）との間に、歪による結晶欠陥が発生することを防止することができるため、半導体装置の動作時に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止することができるので、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【０１５７】
また、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、高耐圧性の材料よりなる電流狭窄層３８を備えた半導体装置を実現することができるため、高電圧印加が可能な半導体装置を実現することができるので、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【０１５８】
更には、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、電流狭窄層３８と半導体層（３６及び３７）との間に、結晶欠陥によるリーク電流を発生させることなく、高温動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【０１５９】
このように、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、絶縁領域（電流狭窄層３８）として本発明が適用されている。これにより、絶縁領域と該絶縁領域の形成領域直下における半導体層（３６及び３７）との間に、歪による結晶欠陥によってリーク電流が発生することを防止することができると共に、高出力動作及び高温動作が可能な半導体装置を提供することができるので、半導体装置の信頼性及び特性の向上を図ることができる。
【０１６０】
尚、本発明の第１〜第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、絶縁領域（ゲート絶縁膜１３及び電流狭窄層３８）の形成は、ＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法を用いて、基板（１０及び３０）の上に、窒化ガリウムよりなる半導体層を形成した後、イオン注入を用いて、窒化ガリウムよりなる半導体層に対してＡｓイオンを注入することにより、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域（ゲート絶縁膜１３及び電流狭窄層３８）を形成してもよい。
【０１６１】
また、本発明の第１〜第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、絶縁領域の材料として、砒素及びマグネシウムが添加された窒化ガリウムを用いる場合、該絶縁領域の形成は、以下に示す製造方法を用いて行ってもよい。
【０１６２】
例えば、ＭＢＥ法を用いて、基板（１０及び３０）に対して、活性窒素ラジカル、ガリウムフラックス及びマグネシウムフラックスを照射することによって、マグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる半導体層を形成した後、イオン注入を用いて、マグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる半導体層に対してＡｓイオンを注入することにより、砒素及びマグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域を形成する。
【０１６３】
また、例えば、ＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法を用いて、基板（１０及び３０）の上に、窒化ガリウムよりなる半導体層を形成した後、イオン注入を用いて、窒化ガリウムよりなる半導体層に対してＡｓイオン及びＭｇイオンを注入することにより、砒素及びマグネシウムが添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域を形成する。
【０１６４】
このように、ＭＢＥ法ではなくイオン注入法を用いて、窒化ガリウム内に砒素を添加することにより、製造の際に、チャンバー内に無駄なＡｓビームを発生させることなく絶縁領域を形成することができる。このため、絶縁領域の形成後におけるチャンバー内に、有害な廃棄物であるＡｓが残り難いため、製造装置のメンテナンスが容易であるので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
【０１６５】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置、具体的には、高周波増幅回路の構造について、図７を参照しながら説明する。
【０１６６】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【０１６７】
図７に示すように、サファイアよりなる基板５０の上には、ｎ−ＧａＮよりなるバッファ層５１及びｎ−ＧａＮよりなるチャネル層５２が下から順に形成されている。
【０１６８】
チャネル層５２の上には、各々のゲート絶縁膜（５３ａ及び５３ｂ）を介して、各々のゲート電極（５６ａ及び５６ｂ）が形成されている。チャネル層５２における各々のゲート電極（５６ａ及び５６ｂ）の両側方に位置する領域には、チャネル層５２に対してＳｉがドープされてなるソース領域（５４ａ及び５４ｂ）及びドレイン領域（５５ａ及び５５ｂ）が形成されている。
【０１６９】
各々のソース領域（５４ａ及び５４ｂ）の上には、各々のソース電極（５７ａ及び５７ｂ）が形成されており、各々のドレイン領域（５５ａ及び５５ｂ）の上には、各々のドレイン電極（５８ａ及び５８ｂ）が形成されている。
【０１７０】
このようにして、チャネル層５２の上には、ソース電極５７ａ、ゲート電極５６ａ及びドレイン電極５８ａよりなる第１のトランジスタ、並びにソース電極５７ｂ、ゲート電極５６ｂ及びドレイン電極５８ｂよりなる第２のトランジスタが形成されている。
【０１７１】
チャネル層５２には、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる素子分離領域５９が形成されており、これにより、第１のトランジスタと第２のトランジスタとが電気的に分離されている。また、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタは周辺回路（図示せず）に接続されており、以上のようにして、高周波増幅回路が構成されている。
【０１７２】
以下に、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図７及び前述した図３(a) 〜(c) を参照しながら簡単に説明する。
【０１７３】
まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイアよりなる基板５０の上に、ｎ−ＧａＮよりなるバッファ層５１及びｎ−ＧａＮよりなるチャネル層５２を形成する。
【０１７４】
次に、前述した図３(a) に示される工程と同様に、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、チャネル層５２の上に、所望の形状にパターニングされたゲート絶縁膜（５３ａ及び５３ｂ）を形成する。
【０１７５】
次に、前述した図３(b) に示される工程と同様に、イオン注入及びアニールを用いて、チャネル層５２における各々のゲート絶縁膜（５３ａ及び５３ｂ）の両側方に位置する領域に、該領域が低抵抗化されてなるソース領域（５４ａ及び５４ｂ）及びドレイン領域（５５ａ及び５５ｂ）を形成する。
【０１７６】
次に、前述した図３(c) に示される工程と同様に、蒸着装置を用いて、各々のゲート絶縁膜（５３ａ及び５３ｂ）の上に各々のゲート電極（５６ａ及び５６ｂ）を形成し、各々のソース領域（５４ａ及び５４ｂ）の上に各々のソース電極（５７ａ及び５７ｂ）を形成し、各々のドレイン領域（５５ａ及び５５ｂ）の上に各々のドレイン電極（５８ａ及び５８ｂ）を形成する。
【０１７７】
このようにして、チャネル層５２の上に、ソース電極５７ａ、ゲート電極５６ａ及びドレイン電極５８ａよりなる第１のトランジスタを形成すると共に、ソース電極５７ｂ、ゲート電極５６ｂ及びドレイン電極５８ｂよりなる第２のトランジスタを形成する。
【０１７８】
次に、イオン注入を用いて、チャネル層５２における所望の領域に対して、Ａｓイオンを注入することにより、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタとを電気的に分離するように、素子分離領域５９を形成する。
【０１７９】
ここで、前述した素子分離領域５９の形成は、イオン注入を用いて、チャネル層５２における所望の領域に対して、Ａｓイオンを注入するだけでなく、Ｍｇイオンを更に注入しても良い。このとき、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアを補償するように、Ｍｇイオンを注入する。
【０１８０】
これにより、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる素子分離領域５９内にわずかに残留しているｎ型キャリアが、マグネシウムに由来するｐ型キャリアによって補償される。
【０１８１】
これにより、より一層、良好な高抵抗性の材料よりなる素子分離領域を形成することができるので、素子分離領域の更なる耐圧性の向上を図ることができる。したがって、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置において、より一層、高電圧印加が可能な半導体装置を実現することができるので、より一層、高出力動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【０１８２】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、チャネル層５２における所望の領域に、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる素子分離領域５９を形成する。これにより、良好な高抵抗性の材料よりなる素子分離領域５９を形成すると共に、素子分離領域５９とチャネル層５２との格子整合を図ることができる。
【０１８３】
このため、素子分離領域５９とチャネル層５２との間に、歪による結晶欠陥が発生することを防止することができるため、半導体装置の動作時に、該結晶欠陥によるリーク電流が発生することを防止することができるので、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【０１８４】
また、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、従来のように、メサ分離法を用いて、チャネル層における所望の領域を除去することによって、各トランジスタの形成領域を互いに区画することなく、素子分離領域５９を形成することができる。
【０１８５】
このため、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、一様で平坦なチャネル層５２を備えた半導体装置を提供することができる。これにより、素子分離領域５９とチャネル層５２との間に、歪による結晶欠陥が局所的に集中することを防止することができるので、半導体装置の動作時に、半導体装置の更なる信頼性の向上を図ることができる。
【０１８６】
更に、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、各々のゲート絶縁膜（５３ａ及び５３ｂ）の材料として、砒素が添加された窒化ガリウムを用いることにより、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法と同様の効果を得ることができる。
【０１８７】
このように、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、絶縁領域（素子分離領域５９）として本発明を適用することにより、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。更には、素子分離領域５９だけでなく、ゲート絶縁膜（５３ａ及び５３ｂ）においても本発明を適用することにより、半導体装置の更なる信頼性及び特性の向上を図ることができる。
【０１８８】
尚、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、半導体装置の具体例として、高周波増幅回路を挙げて説明したが、半導体装置は高周波増幅回路に限定されず、窒化ガリウム系化合物半導体層における素子形成領域を区画するための素子分離領域を備えた全ての半導体装置において、上記と同様の効果を得ることができる。
【０１８９】
また、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、素子分離領域５９の形成は、ＭＢＥ法を用いて、基板５０の上に、窒化ガリウムよりなるチャネル層５２を形成した後、イオン注入を用いて、チャネル層５２における所望の領域に対してＡｓイオンを注入することにより、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる素子分離領域５９を形成してもよい。
【０１９０】
本発明の第１〜第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、前述したように、砒素が添加された窒化ガリウムよりなる絶縁領域（例えば、ゲート絶縁膜１３、電流狭窄層３８及び素子分離領域５９）に対して、マグネシウムを更に添加することにより、該絶縁領域の更なる高抵抗化を図ったが、マグネシウムに限定されることはなく、窒化ガリウム内に残留するｎ型キャリアを補償することのできる元素であれば良い。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
本発明は、絶縁領域を備えた半導体装置及びその製造方法に有用であり、特に、窒化ガリウム系化合物半導体層を用いた半導体装置及びその製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】(a) 〜(d) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す要部工程断面図である。
【図３】(a) 〜(c) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す要部工程断面図である。
【図４】ＳＩＭＳの測定に利用されたサンプルの構造を示す断面図である。
【図５】ＳＩＭＳの測定結果を示す図である
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図８】従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１９３】
１０、２０、３０、５０                  基板
１１、５１                              バッファ層
１２、５２                              チャネル層
１３ａ                                  絶縁膜
１３、５３ａ、５３ｂ                    ゲート絶縁膜
１４                                    保護膜
１５、５４ａ、５４ｂ                    ソース領域
１６、５５ａ、５５ｂ                    ドレイン領域
１７、５６ａ、５６ｂ                    ゲート電極
１８、５７ａ、５７ｂ                    ソース電極
１９、５８ａ、５８ｂ                    ドレイン電極
２１                                    半導体層
３１                                    第１のコンタクト層
３２                                    第１のクラッド層
３３                                    第１のガイド層
３４                                    活性層
３５                                    第２のガイド層
３６                                    第２のクラッド層
３７                                    第２のコンタクト層
３８                                    電流狭窄層
３９                                    ｐ電極
４０                                    ｎ電極
５９                                    素子分離領域
６０                                    基板
６１                                    第１のコンタクト層
６２                                    第１のクラッド層
６３                                    第１のガイド層
６４                                    活性層
６５                                    第２のガイド層
６６                                    第２のクラッド層
６７                                    第２のコンタクト層
６８                                    電流狭窄層
６９                                    ｐ電極
７０                                    ｎ電極
【図１】
2006210472.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006210472.tif 000007
【図６】
2006210472.tif 000008
【図７】
2006210472.tif 000009
【図８】
2006210472.tif 000010