(57)【要約】【課題】本願発明者の知見によれば、ＧａＮ基板のｍ面上にエピタキシャル形成したＧａＮ層は、シリコン（以下、Ｓｉ）に比べて酸素（以下、Ｏ）を取り込み易い。これに対して、ＧａＮ基板のｃ面上にエピタキシャル形成したＧａＮ層は、Ｏに比べてＳｉを取り込み易い。ｃ面上にエピタキシャル形成したＧａＮ層を縦型パワーデバイスに用いる場合には、縦型パワーデバイスの耐圧を向上させるべく、ＧａＮ層によるＳｉの取込みを制御することが求められる。【解決手段】三族窒化物半導体層を有する半導体装置の製造方法であって、シリコン以外の元素を有する酸化物で被覆または形成されたトレー上に三族窒化物半導体基板を置いた状態で、三族窒化物半導体基板のｃ面上に直接接して三族窒化物半導体層を形成する段階を備える、半導体装置の製造方法を提供する。【選択図】図２
2018041878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三族窒化物半導体層を有する半導体装置の製造方法であって、
シリコン以外の元素を有する酸化物で被覆または形成されたトレー上に三族窒化物半導体基板を置いた状態で、前記三族窒化物半導体基板のｃ面上に直接接して前記三族窒化物半導体層を形成する段階を備える
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン以外の元素を有する酸化物は酸化アルミニウムである
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記三族窒化物半導体層を形成する段階において、
２１００以上のＶ／ＩＩＩ比を有する原料ガスを前記三族窒化物半導体基板に供給することにより、前記三族窒化物半導体層を形成する
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記三族窒化物半導体基板は、前記三族窒化物半導体基板に原料ガスが供給されるフローチャネルの導入口と、前記原料ガスが排出される前記フローチャネルの排出口との間に位置し、
前記導入口から最も前記排出口に近い前記三族窒化物半導体基板の端部までの前記フローチャネルが、前記シリコン以外の元素を有する酸化物で被覆されている
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
三族窒化物半導体基板のｃ面上に直接接して設けられた三族窒化物半導体層を有する半導体装置であって、
前記三族窒化物半導体層におけるシリコン濃度が５．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下である
半導体装置。
【請求項６】
前記三族窒化物半導体層におけるシリコン濃度が４．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下である
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記三族窒化物半導体層における炭素濃度が５．７Ｅ＋１５ｃｍ−３以下である
請求項５に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
【０００２】
窒化ガリウム（以下、ＧａＮ）基板のｍ面上に、ＧａＮをエピタキシャル形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開２０１４−２０８５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明者の知見によれば、ＧａＮ基板のｍ面上にエピタキシャル形成したＧａＮ層は、シリコン（以下、Ｓｉ）に比べて酸素（以下、Ｏ）を取り込み易い。これに対して、ＧａＮ基板のｃ面上にエピタキシャル形成したＧａＮ層は、Ｏに比べてＳｉを取り込み易い。ｃ面上にエピタキシャル形成したＧａＮ層を縦型パワーデバイスに用いる場合には、縦型パワーデバイスの耐圧を向上させるべく、ＧａＮ層によるＳｉの取込みを制御することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、半導体装置の製造方法を提供する。半導体装置は、三族窒化物半導体層を有してよい。半導体装置の製造方法は、三族窒化物半導体層を形成する段階を備えてよい。三族窒化物半導体層を形成する段階においては、シリコン以外の元素を有する酸化物で被覆または形成されたトレー上に三族窒化物半導体基板を置いた状態で、三族窒化物半導体基板のｃ面上に直接接して三族窒化物半導体層を形成してよい。
【０００５】
シリコン以外の元素を有する酸化物は酸化アルミニウムであってよい。
【０００６】
三族窒化物半導体層を形成する段階においては、２１００以上のＶ／ＩＩＩ比を有する原料ガスを三族窒化物半導体基板に供給することにより、三族窒化物半導体層を形成してよい。
【０００７】
三族窒化物半導体基板は、フローチャネルの導入口と、フローチャネルの排出口との間に位置してよい。フローチャネルの導入口から、三族窒化物半導体基板に原料ガスが供給されてよい。フローチャネルの排出口から、原料ガスが排出されてよい。導入口から最も排出口に近い三族窒化物半導体基板の端部までのフローチャネルが、シリコン以外の元素を有する酸化物で被覆されていてよい。
【０００８】
本発明の第２の態様においては、半導体装置を提供する。半導体装置は、三族窒化物半導体基板のｃ面上に直接接して設けられた三族窒化物半導体層を有してよい。三族窒化物半導体層におけるシリコン濃度は、５．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下であってよい。
【０００９】
三族窒化物半導体層におけるシリコン濃度は、４．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下であってもよい。
【００１０】
三族窒化物半導体層における炭素濃度は、５．７Ｅ＋１５ｃｍ−３以下であってよい。
【００１１】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における反応炉２００を示す図である。
【図２】（Ａ）はトレー２２０の斜視図である。（Ｂ）はトレー２２０の断面図である。
【図３】第１実施形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ装置１００の断面図である。
【図４】第１実施形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ装置１００の製造方法を示す図である。
【図５】第２実施形態における反応炉２００を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
図１は、第１実施形態における反応炉２００を示す図である。反応炉２００は、フローチャネル２１０、トレー２２０、ヒーター２３０、支持台２４０および筐体２５０を有する。フローチャネル２１０は筐体２５０の内部に位置する。トレー２２０、ヒーター２３０および支持台２４０も、筐体２５０の内部に位置する。支持台２４０は、反応炉２００の下方から上方に向かって延びる。支持台２４０の上方端部には、ヒーター２３０およびトレー２２０が設けられる。トレー２２０は、ヒーター２３０上に位置する。トレー２２０の上面はフローチャネル２１０内に位置する。
【００１５】
本例では、まず、三族窒化物半導体基板１０の主面であるｃ面をフローチャネル２１０に曝した状態で、三族窒化物半導体基板１０がトレー２２０上に置く。この状態で、三族窒化物半導体基板１０に原料ガスを供給することにより、三族窒化物半導体層２０を形成する。つまり、本例の三族窒化物半導体層２０は、三族窒化物半導体基板１０のｃ面上に直接接してエピタキシャル形成される。なお、本例の三族窒化物半導体層２０は結晶性薄膜であるが、他の例においては、三族窒化物半導体層２０は非晶質薄膜であってもよい。
【００１６】
本明細書において、三族窒化物半導体とは、三族であるガリウム（以下、Ｇａ）、インジウム（以下、Ｉｎ）およびアルミニウム（以下、Ａｌ）の一種類以上の元素と、窒素（以下、Ｎ）とからなる半導体を意味する。つまり、三族窒化物半導体は、ＧａｘＩｎｙＡｌｚＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）であってよい。なお、ｘは非ゼロであり、かつ、ｙおよびｚのうち１つの以下の変数がゼロであってもよい。また、ＧａｘＩｎｙＡｌｚＮは、ＧａＮ（ｙ＝ｚ＝０，ｘ＝１）であってもよい。
【００１７】
但し、本例の三族窒化物半導体は、ｎ型および／またはｐ型の不純物を含んでもよい。三族窒化物半導体に対するｎ型不純物は、Ｓｉ、Ｇｅ（ゲルマニウム）、およびＯの一種類以上の元素であってよい。本例の三族窒化物半導体に対するｐ型不純物は、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｈｇ（水銀）、Ｂｅ（ベリリウム）およびＺｎ（亜鉛）の一種類以上の元素であってよい。
【００１８】
本例において、ｎまたはｐは、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎまたはｐの右肩に記載した＋または−について、＋はそれが記載されていないものよりもキャリア濃度が高く、−はそれが記載されていないものよりもキャリア濃度が低いことを意味する。
【００１９】
本例の三族窒化物半導体基板１０の結晶構造は、六方晶系である。本例の三族窒化物半導体基板１０はｃ面の主面を有するが、当該主面はｃ軸（即ち、［０００１］軸）に対して１度以下のオフ角を有してもよい。この程度のオフ角であれば、三族窒化物半導体基板１０の主面は、ｃ面であると見なしてよい。
【００２０】
反応炉２００においては、有機金属成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ。以下、ＭＯＣＶＤ）およびハライド気相成長法（Ｈａｌｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ。以下、ＨＶＰＥ）等により、三族窒化物半導体層２０をエピタキシャル形成してよい。本例ではＭＯＣＶＤを採用する。
【００２１】
フローチャネル２１０は、導入口２１２および排出口２１４を有する。本例の三族窒化物半導体基板１０およびトレー２２０は、導入口２１２と排出口２１４との間に位置する。導入口２１２から導入された原料ガスの一部は、三族窒化物半導体基板１０上において三族窒化物半導体層２０になる。三族窒化物半導体層２０の形成に寄与しなかった原料ガスは、排出口２１４から排出される。
【００２２】
ヒーター２３０は、三族窒化物半導体層２０の形成中に、トレー２２０を加熱する。これにより、三族窒化物半導体基板１０は、エピタキシャル形成に適した所定温度に維持される。例えば、三族窒化物半導体層２０の形成中に、三族窒化物半導体基板１０の温度は１０００℃以上の所定温度に維持される。
【００２３】
トレー２２０の表面または全体が石英（ＳｉＯ２の結晶）である場合には、１０００℃以上の所定温度に維持されると、トレー２２０からフローチャネル２１０へＳｉが放出される。それゆえ、三族窒化物半導体層２０には、原料ガスの成分に基づいて想定されるよりも多くのＳｉが取り込まれる。トレー２２０からＳｉが放出される場合には、ドリフト層の実効ドナー濃度を制御できない場合がある。例えば、三族窒化物半導体層２０の実効ドナー濃度が、２Ｅ＋１６ｃｍ−３（なお、Ｅは１０の冪を意味する。）よりも高くなる。なお、実効ドナー濃度は、例えば、ｎ型不純物濃度からｐ型不純物濃度を差し引いたｎ型不純物濃度を意味する。
【００２４】
本例においては、三族窒化物半導体層２０を、高耐圧パワーデバイスに利用される縦型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のｎ−型のドリフト層に用いる。このドリフト層においては、耐圧を向上させるべく実効ドナー濃度を低く制御する必要がある。例えば、１ｋｅＶ以上の耐圧を実現するには、ドリフト層の実効ドナー濃度を２．０Ｅ＋１６ｃｍ−３以下とすることが求められる。
【００２５】
本例のトレー２２０は、シリコン以外の元素を有する酸化物で被覆または形成されている。具体的には、トレー２２０は、酸化アルミニウム（以下、Ａｌ２Ｏ３）で被覆されている。これに代えて、トレー２２０は、その全体がＡｌ２Ｏ３で形成されていてもよい。また、Ａｌ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｙ、ＺｎまたはＺｒのうち、一種類または複数種類の金属の酸化物を用いてもよい。これにより、三族窒化物半導体層２０の形成中において、Ｓｉがトレー２２０から放出されることを低減または完全に抑制することができる。
【００２６】
したがって、本例においては、三族窒化物半導体基板１０の主面がＳｉを取り込み易いｃ面であっても、トレー２２０から三族窒化物半導体層２０へのＳｉの取込みを抑制することができる。それゆえ、ドリフト層の実効ドナー濃度を、原料ガス中のシラン（例えば、モノシラン：ＳｉＨ４）ガスの流量により制御することができる。なお、本例において流量とは、単位時間当たりの流量を意味する。
【００２７】
例えば、三族窒化物半導体層２０へのＳｉの取込みが抑制された結果、ドリフト層の実効ドナー濃度を１．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以上２．０Ｅ＋１６ｃｍ−３以下とすることができる。さらに、副次的な効果として、実効ドナー濃度が低減された結果として、三族窒化物半導体層２０における実効ドナー濃度の面内ばらつきを低減することもできる。ｃ面を主面とするＧａＮ基板は、市販されている自立型のＧａＮ基板の主流であるので、ドリフト層の実効ドナー濃度を制御することの意義は大きい。
【００２８】
図２の（Ａ）は、トレー２２０の斜視図である。本例のトレー２２０は円板状である。図２の（Ｂ）は、トレー２２０の断面図である。本例のトレー２２０は、中心部２２２および被覆部２２４を有する。被覆部２２４は、中心部２２２の全ての表面を覆う。本例の被覆部２２４は、中心部２２２の上面、底面および側面を覆う。
【００２９】
本例の中心部２２２は、炭化ケイ素（以下、ＳｉＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、ＳｉＯ２、ＧａＮまたはＡｌＮから成る。これに対して、本例の被覆部２２４は、Ａｌ２Ｏ３からなる。なお、これに代えて、中心部２２２および被覆部２２４の両方が、同じシリコン以外の元素を有する酸化物からなるとしてもよい。中心部２２２および被覆部２２４の両方がＡｌ２Ｏ３からなるとしてもよい。
【００３０】
図３は、第１実施形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ装置１００の断面図である。図３は、三族窒化物半導体層２０のおもて面２４に直交する面で縦型ＭＯＳＦＥＴ装置１００を切断した断面図である。図３では、縦型ＭＯＳＦＥＴ装置１００におけるＭＯＳＦＥＴの単位構造を示す。縦型ＭＯＳＦＥＴ装置１００は、Ｘ方向において複数の単位構造を有してよい。また、単位構造は、連続的にＹ方向に延在してよい。
【００３１】
本例において、Ｘ方向とＹ方向とは互いに垂直な方向であり、Ｚ方向はＸ‐Ｙ平面に垂直な方向である。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、いわゆる右手系を成す。本例において、＋Ｚ方向を上と称し、−Ｚ方向を下と称する。上および下は、層、領域および膜等の相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎない。Ｚ方向は、必ずしも重力方向または地面に垂直な方向を意味しない。
【００３２】
本例の縦型ＭＯＳＦＥＴ装置１００は、三族窒化物半導体基板１０、三族窒化物半導体層２０、層間絶縁膜４６、ソース電極５２およびドレイン電極６２を有する。なお、本例の三族窒化物半導体（ＧａｘＩｎｙＡｌｚＮ）は、ＧａＮ（ｙ＝ｚ＝０，ｘ＝１）である。より具体的には、本例の三族窒化物半導体基板１０はｎ＋型のＧａＮ基板である。また、本例の三族窒化物半導体層２０はｎ−型のＧａＮ層である。
【００３３】
本例の三族窒化物半導体基板１０における上側の主面１４はｃ面である。主面１４は、三族窒化物半導体基板１０と三族窒化物半導体層２０との境界面でもある。本例において、三族窒化物半導体基板１０の下側の主面を、三族窒化物半導体基板１０の裏面１２と称する。また、三族窒化物半導体層２０の上側の主面を、三族窒化物半導体層２０のおもて面２４と称する。
【００３４】
本例の三族窒化物半導体層２０は、ｎ−型のドリフト層３０と、ｐ型のベース領域３２と、ｐ＋型のコンタクト領域３４と、ｎ＋型のソース領域３６とを有する。本例のベース領域３２、コンタクト領域３４およびソース領域３６は、それぞれ部分的におもて面２４に露出する。
【００３５】
本例において、ベース領域３２の一部であって、ｘ方向において隣接するソース領域３６とドリフト層３０との間は、チャネル形成領域３８である。チャネル形成領域３８はゲート電極４２の直下に位置する。
【００３６】
本例の三族窒化物半導体層２０は上述の反応炉２００において形成される。それゆえ、ドリフト層３０のＳｉ濃度は、上述のトレー２２０を使用しない場合に比べて低い値に制御することができる。ドリフト層３０のＳｉ濃度は、２．０Ｅ＋１６ｃｍ−３以下であってよく、１．０Ｅ＋１６ｃｍ−３以下であってよく、８．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下であってよく、５．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下であってよく、４．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下であってもよい。
【００３７】
本例のゲート絶縁膜４４は、おもて面２４に直接接する。ゲート絶縁膜４４は、ＳｉＯ２からなる薄膜であってよい。本例のゲート電極４２は、ゲート絶縁膜４４に直接接してゲート絶縁膜４４上に位置する。ゲート電極４２は、ポリシリコンからなる電極であってよい。本例の層間絶縁膜４６は、ゲート電極４２に直接接してゲート電極４２の上部および側面を覆う。層間絶縁膜４６は、ゲート電極４２とソース電極５２とを電気的に分離する機能を有する。層間絶縁膜４６は、ＢＰＳＧ、ＰＳＧまたはＢＳＧからなる絶縁膜であってよい。
【００３８】
本例のソース電極５２は、おもて面２４および層間絶縁膜４６に直接接する。ソース電極５２は、おもて面２４においてコンタクト領域３４およびソース領域３６に直接接してよい。本例のドレイン電極６２は、三族窒化物半導体基板１０の裏面１２に直接接する。ソース電極５２およびドレイン電極６２の各々は、三族窒化物半導体に直接接するＴｉ層と、当該Ｔｉ層に直接接するＡｌ層との積層であってよい。
【００３９】
図４は、第１実施形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ装置１００の製造方法を示す図である。本例においては、段階Ｓ１０からＳ９０の順に各段階が行われる。まず、上述の反応炉２００を用いて、ＭＯＣＶＤにより、三族窒化物半導体基板１０（本例では、ｎ＋型のＧａＮ基板）上に三族窒化物半導体層２０（本例では、ｎ−型のＧａＮ層）をエピタキシャル形成する（段階Ｓ１０）。エピタキシャル形成に用いる原料ガスは、Ｇａ原料ガスとしてのトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧ）ガス、Ｎ原料ガスとしてのアンモニア（以下、ＮＨ３）ガス、および、ｎ型不純物の原料ガスとしてのＳｉＨ４ガスを含んでよい。
【００４０】
次に、エッチングチャンバにおいて三族窒化物半導体層２０のおもて面２４から所定の深さ範囲の領域を部分的に除去して、三族窒化物半導体層２０に凹部を形成する（段階Ｓ２０）。次に、反応炉において三族窒化物半導体層２０の凹部にｐ型のベース領域３２を選択的にエピタキシャル形成する（段階Ｓ３０）。エッチング技術および選択的エピタキシャル形成技術は当業者によく知られているので説明を省略する。なお、ｐ型のベース領域３２を形成する反応炉は、上述の反応炉２００であってよく、これとは異なる反応炉であってもよい。
【００４１】
次に、エッチングチャンバにおいて、おもて面２４から所定の深さ範囲のベース領域３２を部分的に除去して、ベース領域３２に凹部を形成する（段階Ｓ４０）。次に、段階Ｓ３０と同様に、ベース領域３２の凹部にｐ＋型のコンタクト領域３４を選択的にエピタキシャル形成する（段階Ｓ５０）。
【００４２】
次に、イオン注入装置においてベース領域３２およびコンタクト領域３４にｎ型不純物を局所的にイオン注入して、ｎ＋型のソース領域３６を形成する（段階Ｓ６０）。次に、反応炉において、おもて面２４全体上にキャップ層７０を形成する。キャップ層７０を形成する反応炉も同様に、上述の反応炉２００であってよく、これとは異なる反応炉であってもよい。本例のキャップ層７０は、ＧａＮ層からのＮ抜けを抑制し、アニール中に分解せず、ＧａＮ層に対して選択的に除去可能であるＡｌＮ層である。キャップ層７０を形成後、アニール装置３００において、三族窒化物半導体基板１０、三族窒化物半導体層２０およびキャップ層７０からなる積層体８０をアニールする（段階Ｓ７０）。アニール温度は１１００℃以上１５００℃以下の温度としてよい。
【００４３】
次に、ゲート絶縁膜４４、ゲート電極４２および層間絶縁膜４６を順次形成する（段階Ｓ８０）。次に、ソース電極５２およびドレイン電極６２を順次形成する（段階Ｓ９０）。これにより、縦型ＭＯＳＦＥＴ装置１００が完成する。
【００４４】
（実験例および比較例）上述の反応炉２００を用いて、三族窒化物半導体基板１０（本実験例ではＧａＮ基板）のｃ面上に三族窒化物半導体層２０（本実験例ではＧａＮ層）をＭＯＣＶＤによりエピタキシャル形成した。トレー２２０の中心部２２２の材料はＳｉＯ２とし、被覆部２２４の材料はＡｌ２Ｏ３とした。原料ガスのうちＳｉＨ４ガスの流量を異なる値に設定して、複数のＧａＮ層を形成した。
【００４５】
（実験例１）ＣＭＰ処理された、ｃ面を主面とする自立型のＧａＮ基板を準備した。なお、ＧａＮ基板はＨＶＰＥにより形成されている。ＧａＮ基板は、厚さ３００μｍであり、縦横長さ２０ｍｍの正方形であった。
【００４６】
ＧａＮ層の形成条件として、フローチャネル２１０内は大気圧とし、ＧａＮ基板の温度は１１００℃とした。Ｖ／ＩＩＩ比は、２１００とした。本例においてＶ／ＩＩＩ比とは、ＴＭＧガスにおける単位時間当たりのモル数に対するＮＨ３ガスにおける単位時間当たりのモル数の比である。ＳｉＨ４ガスの流量はゼロｓｃｃｍとした。エピタキシャル形成されるＧａＮ層の成長レートは２．５μｍ／ｈであった。エピタキシャル形成するＧａＮ層の厚みは４μｍとした。
【００４７】
ＧａＮ基板上にＧａＮ層が積層された複数のサンプルを準備した。各サンプルは主面に対して垂直に二分割した。分割したサンプルの一方は、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）評価に用いた。ＳＩＭＳにより、ＧａＮ層のＳｉおよびＯ濃度を測定した。
【００４８】
また、分割したサンプルの他の一方は、実効ドナー濃度の評価に用いた。実効ドナー濃度を測定するべく、ＧａＮ層のおもて面２４に直径８００μｍのＮｉ電極を蒸着形成した。さらに、ＧａＮ基板の裏面１２全体に、Ｔｉ層と当該Ｔｉに直接接するＡｌ層とからなる電極を蒸着形成した。そして、ＣＶ（容量‐電圧）測定により、当該サンプルの実効ドナー濃度を測定した。
【００４９】
（実験例２）ＳｉＨ４ガスの流量は０．０２ｓｃｃｍとした。その他は、実験例１と同じとした。
（実験例３）ＳｉＨ４ガスの流量は０．０５ｓｃｃｍとした。その他は、実験例１と同じとした。
（実験例４）ＳｉＨ４ガスの流量は０．１０ｓｃｃｍとした。その他は、実験例１と同じとした。
（実験例５）ＳｉＨ４ガスの流量は０．１５ｓｃｃｍとした。その他は、実験例１と同じとした。
（実験例６）ＳｉＨ４ガスの流量は０．２０ｓｃｃｍとした。その他は、実験例１と同じとした。
【００５０】
（比較例）トレー２２０の中心部２２２および被覆部２２４の材料を共にＳｉＯ２とした。つまり、トレー２２０全体がＳｉＯ２であった。なお、その他は、実験例１と同じとした。つまり、ＳｉＨ４ガスの流量も、実験例１と同様にゼロｓｃｃｍとした。
【００５１】
実験例１〜６および比較例において、ＳＩＭＳにより得られたＳｉ、Ｏおよび炭素（以下、Ｃ）濃度［ｃｍ−３］、ならびに、ＣＶ測定により得られた実効ドナー濃度［ｃｍ−３］を表１に記載する。
【表１】
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【００５２】
実験例１〜６においては、ＳｉＨ４ガスの流量が増加するに従い、Ｓｉ濃度および実効ドナー濃度が増加した。これに対して、比較例１のＳｉ濃度および実効ドナー濃度は、ＳｉＨ４ガスの流量がゼロｓｃｃｍであるにも関わらず、ＳｉＨ４ガスの流量が０．２０ｓｃｃｍである実験例６よりも高くなった。それゆえ、トレー２２０の被覆部２２４をＡｌ２Ｏ３とすることにより、ＧａＮ層へのＳｉの取込みが抑制されていると言える。このように、ＳｉＨ４ガスの流量に応じてＧａＮ層へのＳｉの取込みが制御された結果、ドリフト層３０の実効ドナー濃度を１．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以上２．０Ｅ＋１６ｃｍ−３以下に制御することができる。
【００５３】
また、実験例１〜６のＧａＮ層におけるＯ濃度は、５Ｅ＋１５ｃｍ−３以下であった。なお、５Ｅ＋１５ｃｍ−３は、本実験例におけるＳＩＭＳの測定下限である。これに対して、比較例１のＧａＮ層におけるＯ濃度は６．５Ｅ＋１５ｃｍ−３となった。これら実験結果によれば、トレー２２０の被覆部２２４をＡｌ２Ｏ３とすることにより、ＧａＮ層へのＯの取込みも抑制される効果があると言える。
【００５４】
ところで、実験例１〜６と比較例１とにおいて、Ｃ濃度については有意な差異が見られなかった。但し、三族窒化物半導体層２０を形成する段階（Ｓ１０）においては、ＴＭＧガス等に起因して三族窒化物半導体層２０中にＣが混入する。Ｃは、実効ドナー濃度の制御性を乱す要因となる場合がある。例えば、三族窒化物半導体層２０がＧａＮ層である例において、ＣはＮが抜けた空孔に収まる傾向がある。そこで、ＧａＮ層へのＣの取込みを低減するべく、Ｖ／ＩＩＩ比を、組成比を考慮した上で必要とされる値以上にしてよい。
【００５５】
例えば、三族窒化物半導体層２０をエピタキシャル形成するときの原料ガスのＶ／ＩＩＩ比を２１００以上としてよい。Ｖ／ＩＩＩ比を増加させた結果、三族窒化物半導体層２０におけるＣ濃度は、５．７Ｅ＋１５ｃｍ−３以下となってよく、５．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下、４．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下、３．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下、２．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以下、または、１．５Ｅ＋１５ｃｍ−３以下となってもよい。
【００５６】
（実験例７）実験例７においては、ＮＨ３ガスの流量とドリフト層３０のＣ濃度との関係を調べた。なお、実験例７は表１に記載していない。実験例７においては、ＴＭＧガスの流量を一定にして、ＮＨ３ガスの流量をそれぞれ１０、１５および２０（単位は全てｓｌｍ）としてＧａＮ基板上にＧａＮ層をエピタキシャル形成した。ＮＨ３ガスの流量以外の条件は、上述の実験例１と同じとした。
【００５７】
（実験例７‐１）ＮＨ３ガスの流量を１０ｓｌｍとした場合、おもて面２４からの深さ０．５μｍから４．０μｍまでの範囲のＧａＮ層において、Ｃ濃度が４．９Ｅ＋１５ｃｍ−３となった。なお、Ｖ／ＩＩＩ比は２１００とした。実験例７‐１は、実験例１と全く同じ条件である。
【００５８】
（実験例７‐２）また、ＮＨ３ガスの流量を１５ｓｌｍとした場合、おもて面２４からの深さ０．５μｍから３．５μｍまでの範囲のＧａＮ層において、Ｃ濃度が２．５Ｅ＋１５ｃｍ−３となった。なお、Ｖ／ＩＩＩ比は３１５０とした。
【００５９】
（実験例７‐３）さらに、ＮＨ３ガスの流量を２０ｓｌｍとした場合、おもて面２４からの深さ０．５μｍから３．０μｍまでの範囲のＧａＮ層において、Ｃ濃度が１．３Ｅ＋１５ｃｍ−３となった。なお、Ｖ／ＩＩＩ比は４２００とした。
【００６０】
このように、実験例７では、Ｖ／ＩＩＩ比に応じて、ＧａＮ層のＣ濃度を制御することができた。具体的には、Ｖ／ＩＩＩ比を高くするほど、ＧａＮ層のＣ濃度を低くすることができた。なお、本例においてＧａＮ層のＣ濃度とは、ＧａＮ層のおもて面（おもて面２４に対応）から深さ０．５μｍの位置から、ＧａＮ層（三族窒化物半導体層２０に対応）とＧａＮ基板（三族窒化物半導体基板１０に対応）との界面（主面１４に対応）の上方０．５μｍまでの深さ範囲におけるＣの平均濃度である。
【００６１】
図５は、第２実施形態における反応炉２００を示す図である。本例においては、導入口２１２から最も排出口２１４に近い三族窒化物半導体基板１０の端部１６までのフローチャネル２１０が、酸化物２１６で被覆される。図５においては、導入口２１２のＸ位置から端部１６のＸ位置（点線にて示す）までのフローチャネル２１０全体が酸化物２１６により覆われる。勿論、酸化物２１６は、フローチャネル２１０におけるＸ、ＹおよびＺ側の面に設けられてよい。なお、本例の酸化物２１６は、トレー２２０に被覆される、シリコン以外の元素を有する酸化物と同じである。
【００６２】
本例の変形例として、導入口２１２から最も排出口２１４に近いトレー２２０の端部２２６までのフローチャネル２１０が酸化物２１６で覆われてもよい。さらなる変形例として、導入口２１２から排出口２１４までのフローチャネル２１０全体が酸化物２１６で覆われてもよい。少なくとも三族窒化物半導体層２０のエピタキシャル形成に影響する部分を酸化物２１６で被覆することにより、より確実にＳｉの取込みを抑制することができる。これにより、実効ドナー濃度の制御性をさらに高くすることができる。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１０・・三族窒化物半導体基板、１２・・裏面、１４・・主面、１６・・端部、２０・・三族窒化物半導体層、２４・・おもて面、３０・・ドリフト層、３２・・ベース領域、３４・・コンタクト領域、３６・・ソース領域、３８・・チャネル形成領域、４２・・ゲート電極、４４・・ゲート絶縁膜、４６・・層間絶縁膜、５２・・ソース電極、６２・・ドレイン電極、７０・・キャップ層、８０・・積層体、１００・・縦型ＭＯＳＦＥＴ装置、２００・・反応炉、２１０・・フローチャネル、２１２・・導入口、２１４・・排出口、２１６・・酸化物、２２０・・トレー、２２２・・中心部、２２４・・被覆部、２２６・・端部、２３０・・ヒーター、２４０・・支持台、２５０・・筐体、３００・・アニール装置
【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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