(57)【要約】【課題】  高耐圧化を実現し、周波数分散を抑制することができる窒化物半導体装置及びその製造方法を提供する。  【解決手段】  第１の窒化物半導体層上に、制御電極形成領域を被覆するように絶縁膜からなるマスク材を形成し、露出する第１の窒化物半導体層上に、不純物として鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを含む窒化物半導体層からなり、かつアルミニウムを含まない第２の窒化物半導体層を選択的に形成する。その後、マスク材上に、あるいはマスク材を除去して制御電極を形成する。  【選択図】  図１
2006165314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、
基板上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１の窒化物半導体層と、少なくとも制御電極形成領域を除く前記第１の窒化物半導体層上に選択的に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、アルミニウムを含まない第２の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層に直接、あるいは絶縁膜を介して接続する制御電極とを備え、
前記第２の窒化物半導体層は、不純物として鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の窒化物半導体装置において、
前記制御電極形成領域及び前記第１の窒化物半導体層にオーミック接触するオーミック電極形成領域を除く前記第１の窒化物半導体層上に選択的に積層した前記第２の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層に直接、あるいは絶縁膜を介して接触する前記制御電極と、前記第１の窒化物半導体層にオーミック接触する前記オーミック電極とを備えたことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２いずれか記載の窒化物半導体装置において、
前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に、前記第１の窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ、前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第３の窒化物半導体層を備えたことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載の窒化物半導体装置において、
前記第１の窒化物半導体層にオーミック接触する前記オーミック電極となるソース電極及びドレイン電極を備え、前記第１の窒化物半導体層からなるチャネル、あるいは前記第３の窒化物半導体層と前記第１の窒化物半導体層との間に形成されるチャネルを流れる電流を前記制御電極に印加する電圧により制御することを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項５】
ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置の製造方法において、
基板上に、前記III−Ｖ族窒化物半導体層からからなる第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
該第１の窒化物半導体層上に、制御電極形成領域を被覆する絶縁膜からなるマスク材を形成する工程と、
露出する前記第１の窒化物半導体層上に、不純物として鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つをドーピングした、アルミニウムを含まない前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第２の窒化物半導体層を選択的に形成する工程と、
前記マスク材上に、あるいは前記マスク材を除去して露出する前記第１の窒化物半導体層上に、制御電極を形成する工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記第２の窒化物半導体層を形成する工程は、
前記露出する前記第１の窒化物半導体層上に、前記III−Ｖ属窒化物からなり、かつアルミニウムを含まない窒化物半導体層を選択的に形成する工程と、
該窒化物半導体層の一部あるいは全部に、鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを不純物としてドーピングする工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５乃至６いずれか記載の窒化物半導体装置の製造方法において、
前記基板上に、前記第１の窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ、前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第３の窒化物半導体層を形成する工程を含み、該第３の窒化物半導体層上に、前記第１の窒化物半導体層を形成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８】
請求項５乃至７いずれか記載の窒化物半導体装置の製造方法において、
酸化珪素、窒化珪素、窒化チタン、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化ニッケル、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化アルミニウムからなる絶縁物で前記マスク材を形成し、ＭＯＣＶＤ法により、露出する前記第１の窒化物半導体層上に、前記第２の窒化物半導体層を選択的に形成することを特徴とする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、能動層に窒化物半導体を用いた窒化物半導体装置及びその製造方法に関し、特に高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）や電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）のような、半導体装置にショットキー接触する制御電極を有する窒化物半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来のIII−Ｖ族窒化物半導体からなる半導体装置の断面図を示している。図６に示す半導体装置は、いわゆるＨＥＭＴ構造を示しており、サファイアからなる基板１１上には、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層１２、窒化ガリウムからなるチャネル層１３、ノンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるスペーサ層１４、ｎ型窒化アルミニウムガリウムからなるキャリア供給層１５、ノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるショットキ層１６が順次積層した構造となっており、チャネル層１３とスペーサ層１４とからなるヘテロ接合界面近傍には、ポテンシャル井戸からなる電子移動度が極めて大きい２次元電子ガス層が形成される。このような構造の窒化物半導体装置では、ショットキ層１６にショットキ接触するゲート電極２０（制御電極）に印加する電圧を制御することにより、ソース電極１９ａとドレイン電極１９ｂとの間を流れるキャリア（２次元電子ガス）を制御している。
【０００３】
この種の半導体装置は、上記構造の他、例えば特許文献１に開示されているような様々な構造が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−３３５６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の窒化物半導体装置の耐圧は、ゲート金属と窒化物半導体層との接触で形成されるショットキ特性に大きく左右されていた。一般的に窒化物半導体層、例えば窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層や窒化ガリウム（ＧａＮ）層上に形成されるゲート金属のショットキ特性は、高いゲートリーク電流が流れ、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）系ＨＥＭＴに比べ、ゲートリーク電流は２桁程度大きくなる傾向がある。このリーク電流が衝突イオン化のトリガーとなり、高出力素子の窒化物半導体装置の重要なパラメータであるオフ耐圧（ＦＥＴがオフ状態でのドレイン耐圧）を予想される数値よりも低下させ、ワイドギャップ材料の高耐圧という性能を十分に引き出すことができないという問題があった。一方、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層や窒化ガリウム（ＧａＮ）層などの窒化物半導体層上にゲート電極を形成した半導体装置においても、窒化物半導体層の表面準位にトラップされた電子により、表面のポテンシャルが揺らぎ、電流−電圧特性の周波数分散が生じるという問題があった。
【０００５】
また、高出力素子における高利得・高効率化のために、いわゆるリセス構造をとるゲート電極形成やオーミック電極形成が試みられているが、リセス構造を形成する際のエッチングがばらつき、再現性良く窒化物半導体装置を形成できないという問題があった。更に、窒化物半導体の化学的結合力の強さのため、エッチングには主としてドライエッチングが用いられ、ドライエッチングの際に生じるダメージが素子特性を劣化させるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消し、窒化物半導体層に形成される制御電極（ゲート電極）のショットキ特性におけるリーク電流を大幅に低減し、窒化物半導体層内での衝突イオン化を抑制することにより高耐圧化を実現し、更には周波数分散を抑制することができる窒化物半導体装置を提供することを目的とする。また、再現性良く、制御電極やオーミック電極を形成をすることができ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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、基板上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１の窒化物半導体層と、少なくとも制御電極形成領域を除く前記第１の窒化物半導体層上に選択的に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、アルミニウムを含まない第２の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層に直接、あるいは絶縁膜を介して接続する制御電極とを備え、前記第２の窒化物半導体層は、不純物として鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを含むことを特徴とするものである。
【０００８】
本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の窒化物半導体装置において、前記制御電極形成領域及び前記第１の窒化物半導体層にオーミック接触するオーミック電極形成領域を除く前記第１の窒化物半導体層上に選択的に積層した前記第２の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層に直接、あるいは絶縁膜を介して接触する前記制御電極と、前記第１の窒化物半導体層にオーミック接触する前記オーミック電極とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項３に係る発明は、請求項１または２いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に、前記第１の窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ、前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第３の窒化物半導体層を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本願請求項４に係る発明は、  請求項１乃至３いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記第１の窒化物半導体層にオーミック接触する前記オーミック電極となるソース電極及びドレイン電極を備え、前記第１の窒化物半導体層からなるチャネル、あるいは前記第３の窒化物半導体層と前記第１の窒化物半導体層との間に形成されるチャネルを流れる電流を前記制御電極に印加する電圧により制御することを特徴とするものである。
【００１１】
本願請求項５に係る発明は、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置の製造方法において、基板上に、前記III−Ｖ族窒化物半導体層からからなる第１の窒化物半導体層を形成する工程と、該第１の窒化物半導体層上に、制御電極形成領域を被覆する絶縁膜からなるマスク材を形成する工程と、露出する前記第１の窒化物半導体層上に、不純物として鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つをドーピングした、アルミニウムを含まない前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第２の窒化物半導体層を選択的に形成する工程と、前記マスク材上に、あるいは前記マスク材を除去して露出する前記第１の窒化物半導体層上に、制御電極を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１２】
本願請求項６に係る発明は、請求項５記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記第２の窒化物半導体層を形成する工程は、前記露出する前記第１の窒化物半導体層上に、前記III−Ｖ属窒化物からなり、かつアルミニウムを含まない窒化物半導体層を選択的に形成する工程と、該窒化物半導体層の一部あるいは全部に、鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを不純物としてドーピングする工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
本願請求項７に係る発明は、請求項５乃至６いずれか記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記基板上に、前記第１の窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ、前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第３の窒化物半導体層を形成する工程を含み、該第３の窒化物半導体層上に、前記第１の窒化物半導体層を形成することを特徴とするものである。
【００１４】
本願請求項８に係る発明は、 請求項５乃至７いずれか記載の窒化物半導体装置の製造方法において、酸化珪素、窒化珪素、窒化チタン、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化ニッケル、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化アルミニウムからなる絶縁物で前記マスク材を形成し、ＭＯＣＶＤ法により、露出する前記第１の窒化物半導体層上に、前記第２の窒化物半導体層を選択的に形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による窒化物半導体装置は、制御電極を絶縁膜を介して窒化物半導体層に接触させる構造とするため、リーク電流を少なくすることができる。本発明の制御電極をＦＥＴあるいはＨＥＭＴ等のゲート電極とした場合、ゲートリーク電流は減少し、さらにチャネルでの衝突イオン化が抑制されることにより、高耐圧化が実現できる。
【００１６】
また、本発明による窒化物半導体装置では、ゲート−ドレイン電極の間に絶縁性の高い鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを不純物としてドーピングした窒化物半導体層を備える構造とするため、ゲート−ドレイン電極の間の表面準位にトラップされる電子の抑制若しくは表面準位密度の低減により電流コラプス現象が抑制され、高周波特性も改善される。
【００１７】
さらにオーミック電極をリセス構造とした窒化物半導体装置では、チャネル近傍にオーミック電極が形成され、コンタクト抵抗が低減し、窒化物半導体装置の高利得、高効率化が図られ、高出力半導体装置として好適である。
【００１８】
本発明による窒化物半導体装置の製造方法は、通常の窒化物半導体装置の製造工程による絶縁膜のパターン形成や、選択成長法等のみにより、窒化物半導体層をエッチングすることなく、所望の構造の窒化物半導体装置を形成することができるため、製造工程の制御性が良く、特性の優れた窒化物半導体装置をばらつきなく、歩留まり良く製造することができる。
【００１９】
本発明による制御電極をリセス構造とした窒化物半導体装置の製造方法では、制御電極が接触する第１の窒化物半導体層を薄くすることができ、しきい値電圧（ピンチオフ電圧）を浅くすることが可能となる。しかも、制御電極が接触する第１の窒化物半導体層は、エピタキシャル成長後に、ドライエッチングのようなダメージを受けることがないので、ダメージに起因するようは特性劣化の発生がない窒化物半導体装置を形成することができる。
【００２０】
また制御電極及びオーミック電極をリセス構造とした窒化物半導体装置の製造方法では、チャネル近傍にソース電極を形成することができるので、ソース抵抗が低減し、それに伴い、相互コンダクタンス（ｇｍ）も改善される窒化物半導体装置を、簡便に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法について、主に、不純物として鉄をドーピングする場合を例にとり、実施例を順に説明する。  
【実施例１】
【００２２】
まず本発明の窒化物半導体装置について、III−Ｖ族窒化物半導体装置であるＨＥＭＴを例にとり、詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例であるIII−Ｖ族窒化物半導体装置であるＨＥＭＴの断面図を示している。図１に示すように炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２、後述するキャリア供給層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ厚さ２μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３（第３の窒化物半導体層）、厚さ７ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるスペーサ層１４、厚さ１５ｎｍのｎ型窒化アルミニウムガリウムからなるキャリア供給層１５、厚さ３ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウムからなるショットキ層１６（第１の窒化物半導体層）が積層形成し、さらにショットキ層１６上に酸化珪素からなる厚さ１５ｎｍの絶縁膜１７（マスク材）と、厚さ１０ｎｍの鉄（Ｆｅ）をドーピングした窒化ガリウムからなるキャップ層１８（第２の窒化物半導体層）を積層形成している。ショットキ層１６上には、オーミック接触するチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａl）の積層体等からなるソース電極１９ａ、ドレイン電極１９ｂ（オーミック電極）を備え、キャリア供給層１５にオーミック接触している。また、絶縁膜１７上には、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層体等からなるゲート電極２０（制御電極）を備え、ショットキ接触を形成している。
【００２３】
鉄（Ｆｅ）をドーピングしたキャップ層１８は、絶縁膜１７が設けられた領域を除き、ショットキ層１６上に選択的に積層している。またそのシート抵抗は、１０9Ω/□以上の高抵抗となっている。
【００２４】
本発明の窒化物半導体装置は、ゲート電極２０の下に絶縁膜１７が設けられた構造であるため、ゲートリーク電流が低減し、チャネルでの衝突イオン化が抑制され、オフ耐圧が改善される。
【００２５】
また本発明の窒化物半導体装置は、ゲート−ドレイン電極の間に絶縁性の高いキャップ層１８が設けられているため、ゲート−ドレイン電極の間の表面準位にトラップされる電子の抑制若しくは表面準位密度の低減により、電流−電圧特性の周波数分散を抑制することができる。
【００２６】
次に図１に示す窒化物半導体装置の製造方法について説明する。まず、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法あるいはＭＢＥ（電子ビームエピタキシャル）法により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のバッファ層１２、厚さ２μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３、厚さ７ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるスペーサ層１４、厚さ１５ｎｍのｎ型窒化アルミニウムガリウムからなるキャリア供給層１５、厚さ３ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウムからなるショットキ層１６を順次積層成長させる（図２ａ）。
【００２７】
次に、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法またはＥＢ（電子ビーム）蒸着等によりショットキ層１６上に酸化珪素からなる厚さ１５ｎｍの絶縁膜１７（マスク材）を形成する。その後、通常のリソグラフ法及びエッチング法により、ゲート電極形成領域及びオーミック電極形成領域に絶縁膜１７を残し、それ以外の絶縁膜１７を除去し、ショットキ層１６を露出させる（図２ｂ）。なお、オーミック電極形成領域に絶縁膜１７を残すことは必ずしも必須ではないが、後述するオーミック電極の形成の際、チャネル近傍にオーミック接触を形成し、コンタクト抵抗を低減することができ好ましい。
【００２８】
ここで絶縁膜１７は、高い絶縁性を有し、絶縁膜１７上にキャップ層１８が成長しない膜であれば、本実施例の酸化珪素に限定されるものではない。他の絶縁膜材料としては、窒化珪素、窒化チタン、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化ニッケル、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化アルミニウムが、パターン形成や除去が容易で好ましい。また絶縁膜１７の厚さは、キャップ層１８の選択成長が可能で、制御電極に印加される電圧により、チャネルを流れるキャリアを制御できる厚さに適宜設定すれば良い。
【００２９】
その後、ドーピングソースとして二シクロペンタジエニール（bis(cyclopentadienyl)iron、Ｃｐ2Ｆｅ)を同時供給し、再度厚さ１０ｎｍの鉄（Ｆｅ）をドーピングした窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるキャップ層１８を成長させる。このように鉄（Ｆｅ）をドーピングすることにより、絶縁特性の高い層となる。また絶縁膜１７表面には、鉄（Ｆｅ）をドーピングした窒化ガリウムは成長しないので、図２ｃに示すように、選択的にキャップ層１８を形成することができる。
【００３０】
次に、通常のリソグラフ法及びエッチング法により、オーミック電極形成領域の絶縁膜１７ｂを除去し、リフトオフ法により露出するショットキ層１６上に電子ビーム蒸着法などで厚さ１０ｎｍ程度のチタン（Ｔｉ）膜、厚さ２００ｎｍ程度のアルミニウム（Ａl）膜を堆積させ、熱処理を行うことにより、少なくともキャリア供給層１５にオーミック接触するソース電極１９ａ、ドレイン電極１９ｂを形成する（図２ｄ）。このようにオーミック電極を、いわゆるリセス構造として形成すると、低抵抗化が可能となる。
【００３１】
続いて、通常のリソグラフ法及ぶリフトオフ法により、絶縁膜１７上に、厚さ２０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）／厚さ３００ｎｍの金（Ａｕ）からなる積層体等を電子ビーム蒸着法などにより積層してパターニングすることにより、ショットキ接触するゲート電極２０を形成する（図２ｅ）。以下、通常の半導体装置の製造工程に従い、ＨＥＭＴを完成させる。
【００３２】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、通常の窒化物半導体装置の製造工程のみで構成され、所望の構造の窒化物半導体装置を形成することができるため、製造工程の制御性が良く、特性の優れた窒化物半導体装置をばらつきなく、歩留まり良く製造することができる。
【実施例２】
【００３３】
図３は、別の窒化物半導体装置からなる第２の実施例の断面図を示している。第１の実施例同様、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２、後述するキャリア供給層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ厚さ２μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３（第３の窒化物半導体層）、厚さ７ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるスペーサ層１４、厚さ１５ｎｍのｎ型窒化アルミニウムガリウムからなるキャリア供給層１５、厚さ３ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウムからなるショットキ層１６（第１の窒化物半導体層）が積層形成し、さらにショットキ層１６上に厚さ１０ｎｍの鉄（Ｆｅ）をドーピングした窒化ガリウムからなるキャップ層１８（第２の窒化物半導体層）を積層形成している。ショットキ層１６上には、オーミック接触するチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａl）の積層体等からなるソース電極１９ａ、ドレイン電極１９ｂ（オーミック電極）を備え、キャリア供給層１５にオーミック接触している。本実施例では、第１の実施例と異なり、絶縁膜１７が除かれ、露出するショットキ層１６上に、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層体等からなるゲート電極２０（制御電極）を備え、ショットキ層１６にショットキ接触を形成している。
【００３４】
第１の実施例同様、鉄（Ｆｅ）をドーピングしたキャップ層１８は、ゲート電極２０形成領域、ソース電極１９ａ、ドレイン電極１９ｂ形成領域を除き、ショットキ層１６上に選択的に積層している。またそのシート抵抗は、１０9Ω/□以上の高抵抗となっている。
【００３５】
本発明の窒化物半導体装置は、ゲート−ドレイン電極の間に絶縁性の高いキャップ層１８が設けられているため、ゲート−ドレイン電極の間の表面準位にトラップされる電子の抑制若しくは表面準位密度の低減により電流−電圧特性の周波数分散を抑制することができる。
【００３６】
次に図３に示す窒化物半導体装置の製造方法について説明する。第１の実施例同様、まず炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のバッファ層１２、厚さ２μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３、厚さ７ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるスペーサ層１４、厚さ１５ｎｍのｎ型窒化アルミニウムガリウムからなるキャリア供給層１５、厚さ３ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウムからなるショットキ層１６を順次積層成長させる。（図４ａ）。
【００３７】
次に、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法またはＥＢ（電子ビーム）蒸着等によりショットキ層１６上に酸化珪素からなる厚さ１５ｎｍの絶縁膜１７（マスク材）を形成する。その後、通常のリソグラフ法及びエッチング法により、絶縁膜１７の一部を除去し、ショットキ層１６を露出する（図４ｂ）。
【００３８】
絶縁膜１７は、絶縁膜１７上にキャップ層１８が成長しない膜であれば、本実施例の酸化珪素に限定されるものではない。他の絶縁膜材料としては、窒化珪素、窒化チタン、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化ニッケル、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化アルミニウムが、パターン形成や除去が容易で好ましい。また絶縁膜１７の厚さは、ショットキ層１６の選択成長が可能で、制御電極に印加される電圧により、チャネルを流れるキャリアを制御できる厚さに適宜設定すれば良い。
【００３９】
その後、ドーピングソースとして二シクロペンタジエニール（bis(cyclopentadienyl)iron、Ｃｐ2Ｆｅ)を原料ガスと共に供給し、再度厚さ１０ｎｍの鉄（Ｆｅ）をドーピングした窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるキャップ層１８を成長させる。このように鉄（Ｆｅ）をドーピングすることにより、絶縁特性の優れた層となる（図４ｃ）。
【００４０】
更に、通常のリソグラフ法及びエッチング法により絶縁膜１７ｂを除去し、ショットキ層１６を露出する（図４ｄ）。続いて、通常のリソグラフ法及びリフトオフ法により、厚さ２０ｎｍ程度のチタン（Ｔｉ）膜、厚さ２００ｎｍ程度のアルミニウム（Ａl）膜を電子ビーム蒸着法などによりショットキ層１６に堆積させ、熱処理を行い、ソース電極１９a、ドレイン電極１９ｂを形成する。
【００４１】
続いて、通常のリソグラフ法及びリフトオフ法により、ショットキ層１６上に、厚さ２０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）／厚さ３００ｎｍの金（Ａｕ）からなる積層体等を電子ビーム蒸着法などにより積層してパターニングすることにより、ショットキ接触するゲート電極２０を形成する（図４ｅ）。以下、通常の半導体装置の製造工程に従い、ＨＥＭＴを完成させる。
【００４２】
本実施例では、ゲート電極２０をいわゆるリセス構造としているため、ソース抵抗の低減ならびに相互コンダクタンス（ｇｍ）が改善され、しきい値電圧を浅くすることも可能となる。また、ソース電極１９ａ、ドレイン電極１９ｂも同様にリセス構造として形成しているため、低抵抗化が可能となる。
【００４３】
また本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層をエッチングすることなく、通常の半導体装置の製造工程に従うため、極めて制御性が良く、歩留まり良く製造することができる。
【実施例３】
【００４４】
次にキャップ層１８の別の製造方法について説明する。図５に示すように、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のバッファ層１２、厚さ２μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３、厚さ７ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるスペーサ層１４、厚さ１５ｎｍのｎ型窒化アルミニウムガリウムからなるキャリア供給層１５、厚さ３ｎｍのノンドープ窒化アルミニウムガリウムからなるショットキ層１６を順次積層成長させる。（図５ａ）。
【００４５】
次に、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法またはＥＢ蒸着法等によりショットキ層１６上に、酸化珪素からなる厚さ１５ｎｍの絶縁膜１７を形成する。その後、通常のリソグラフ法及びエッチング法により、絶縁膜１７の一部を除去し、ショットキ層１６を露出する（図５ｂ）。
【００４６】
その後、本実施例では、不純物を含まない厚さ１０ｎｍのノンドープ窒化ガリウム層２１を、露出するショットキ層１６上に選択的に積層形成する（図５ｃ）。
【００４７】
次に、このノンドープ窒化ガリウム層２１表面に、鉄化合物を添加したＳＯＧ（スピンオングラス）膜２２を形成する。具体的には、シラノール化合物（ＲnＳｉ（ＯＨ）4-n）を含む有機溶剤（例えば東京応化社製ＯＣＤｔｙｐｅ−１）１００ｍｌに対し、鉄化合物（Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ）を１ｇ添加した溶液を用意し、ノンドープ窒化ガリウム層２１表面および絶縁膜１７上に回転塗布する。これを焼成してＳＯＧ膜２２を形成する（図５ｄ）。
【００４８】
その後加熱することで、ＳＯＧ膜に添加されている鉄(Ｆｅ)をノンドープ窒化ガリウム層２１中に拡散させ、鉄(Ｆｅ)が拡散したキャップ層１８を形成する。このキャップ層１８は、高い絶縁性（シート抵抗１×１０9Ω／□以上）を示す高抵抗膜となる。キャップ層１８上及び絶縁膜１７上に残るＳＯＧ膜２２を除去した後、前述の実施例１及び実施例２同様、絶縁膜１７ｂを除去して露出するショットキ層１６上にオーミック接触するチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａl）の積層体等からなるソース電極１９ａ、ドレイン電極１９ｂを形成する。更に絶縁膜１７ａ上（図５ｆ）、あるいは絶縁膜１７ａを除去して露出するショットキ層１６上に、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層体等からなるゲート電極２０をパターン形成し、窒化物半導体を形成することができる。
【００４９】
本実施例についても、実施例１、実施例２同様、ゲート−ドレイン電極の間に絶縁性の高い鉄（Ｆｅ）をドーピングした窒化物半導体キャップ層１８が設けられているため、ゲート−ドレイン電極の間の表面準位にトラップされる電子の抑制若しくは表面準位密度の低減により電流−電圧特性の周波数分散を抑制する窒化物半導体装置を、ばらつきなく、歩留まり良く製造することができる。
【実施例４】
【００５０】
以上本発明の実施例についてＨＥＭＴ構造の窒化物半導体装置について説明したが、本発明は、ＦＥＴ構造の窒化物半導体装置に適用することも可能である。即ち、半導体基板の構成が異なるのみで、本発明を適用することができる。以下、本発明の第３の実施例であるIII−Ｖ族窒化物半導体装置であるＦＥＴについて、製造工程に従い、説明する。まず、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板上に、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層を成長させ、厚さ３μｍ程度のｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる能動層（第１の窒化物半導体層）を順次積層成長する。
【００５１】
次に、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法またはＥＢ蒸着法等により能動層上に酸化珪素からなる厚さ１５ｎｍの絶縁膜（マスク材）を形成する。その後、通常のリソグラフ法及びエッチング法により、ゲート電極形成領域等の絶縁膜を残し、それ以外の絶縁膜を除去し、能動層を露出する。
【００５２】
その後、ＭＯＣＶＤ法により能動層上に、不純物として鉄（Ｆｅ）をドーピングした窒化ガリウムからなるキャップ層（第２の窒化物半導体層）を成長させる。次に、通常のリソグラフ法及びリフトオフ法により、キャップ層上にＥＢ蒸着法などにより、能動層にオーミック接触するソース電極及びドレイン電極と、絶縁膜上に、あるいは絶縁膜を除去して露出する能動層上に、ショットキ接触するゲート電極を形成する。以下、通常の半導体装置の製造工程に従い、ＦＥＴを完成する。
【００５３】
本発明はＦＥＴ構造の窒化物半導体装置であっても、ゲート電極の下に絶縁膜が設けられた構造であるため、ゲートリーク電流が低減され、チャネルでの衝突イオン化が抑制され、オフ耐圧が改善される。また、ゲート−ドレイン電極の間に絶縁性の高いキャップ層が設けられているため、ゲート−ドレイン電極の間の表面準位にトラップされる電子の抑制若しくは表面準位密度の低減により、電流−電圧特性の周波数分散を抑制することができる。
【００５４】
本発明はＦＥＴ構造の窒化物半導体装置を製造する場合であっても、通常の窒化物半導体装置の製造工程のみで構成され、所望の構造の窒化物半導体装置を形成することができるため、製造工程の制御性がよく、特性の優れた窒化物半導体装置をばらつきなく、歩留まり良く製造することができる。
【００５５】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでなく種々変更可能である。窒化物半導体層は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ系に限定されるものでなく、制御電極が形成される窒化物半導体層（上記実施例ではショットキー層１６に相当）は、ＧａＮ、ＩｎＮあるいはこれらの混晶化合物を含み、かつアルミニウムを含まない層で構成することができる。また第１の窒化物半導体層（上記実施例ではキャリア供給層１５に相当）は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮあるいはこれらの混晶半導体を含み、かつ少なくともアルミニウムを含む層で形成することができる。実施例において使用した炭化珪素（ＳｉＣ）基板の代わりにサファイア基板を用いても構わない。その場合はバッファ層１２として低温成長の窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いるほうが望ましい。また実施例において使用した炭化珪素（ＳｉＣ）基板の代わりにシリコン基板（Ｓｉ）を用いても構わない。また窒化物半導体とショットキ接触を形成する制御電極、オーミック接触する電極の組成は、使用する窒化物半導体層、絶縁膜等の種類に応じて、適宜選択されることは言うまでもない。
【００５６】
以上、不純物として鉄（Ｆｅ）をドーピングした場合について詳細に説明したが、本発明のドーピングされる不純物は、鉄（Ｆｅ）の他、炭素（Ｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）であっても良い。これらを不純物としてドーピングする場合には、周知の製造法に従う。
【００５７】
たとえば、ＭＯＣＶＤ法により窒化物半導体層を形成する場合には、ドーピングソースとしてジエチル亜鉛（di-ethyl zinc）を用いて亜鉛（Ｚｎ）を、二シクロペンタジエニールマグネシウム（bis(cyclopentadienyl)magnesium、Ｃｐ2Ｍｇ）を用いてマグネシウム（Ｍｇ）をそれぞれドーピングした窒化物半導体層を形成することができる。またＭＢＥ法により窒化物半導体層を形成する場合には、金属亜鉛、金属マグネシウムをドーパントとして用いることができる。炭素（Ｃ）をドーピングする場合は、ＭＯＣＶＤ法により、ドーピングソースとして四臭化炭素（ＣＢｒ4）を用いることができる。
【００５８】
また、ＳＯＧ膜を用いて亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングする場合には、シラノール化合物（ＲnＳｉ（ＯＨ）4-n）を含む有機溶剤に所望の金属化合物を添加した溶液を用意し、半導体層上に回転塗布した後、焼成して形成することができる。その他、イオン注入法によって、不純物をドーピングすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例である窒化物半導体装置の説明図である。
【図２】本発明の実施例である窒化物半導体装置の製造方法の説明図である。
【図３】本発明の別の実施例である窒化物半導体装置の説明図である。
【図４】本発明の別の実施例である窒化物半導体装置の製造方法の説明図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例である窒化物半導体装置の製造方法の説明図である。
【図６】従来の窒化物半導体装置の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１；基板、１２；バッファ層、１３；チャネル層、１４; スペーサ層、
１５;キャリア供給層、１６;ショットキ層、１７；絶縁膜、１８;キャップ層、
１９ａ;ソース電極、１９ｂ;ドレイン電極、２０;ゲート電極、
２１;ノンドープ窒化ガリウム層、２２;ＳＯＧ膜  
【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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