(57)【要約】【課題】閾値電圧（Ｖth）のばらつきの発生を抑制した、ゲートリセスの形成方法、ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法及びＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴを提供する。【解決手段】光電気化学エッチングにより、バンドギャップエネルギーが、ゲート開口部１９から層方向に変化する半導体層の表面から前記半導体層内の所定の半導体層のバンドギャップエネルギーに相当するエネルギーを有するＵＶ光を照射しながら、ＳｉＮ表面保護層１７の前記ゲート開口部から前記半導体層内の所定のバンドギャップエネルギーの半導体層をエッチングすることを特徴とするゲートリセス２０の形成方法。【選択図】図２
2011077122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電気化学エッチングにより、バンドギャップエネルギーが、ゲート開口部から層方向に変化する半導体層の表面から前記半導体層内の所定の半導体層のバンドギャップエネルギーに相当するエネルギーを有するＵＶ光を照射しながら、ＳｉＮ表面保護層の前記ゲート開口部から前記半導体層内の所定のバンドギャップエネルギーの半導体層をエッチングする
ことを特徴とするゲートリセスの形成方法。
【請求項２】
基板表面に、バッファ層、ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層及びＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層が順次積層されたエピタキシャル基板を用意する第１の工程と、
前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層は、前記ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層との界面から表面に向かって減少するＡｌ組成比を有するエピタキシャル層であり、
前記エピタキシャル基板表面にＳｉＮ表面保護層を形成する第２の工程と、
前記ＳｉＮ表面保護層に開口されたゲート開口部と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極とが形成されたエピタキシャルウエハを用意する第３の工程と、
前記光電気化学エッチングにより、前記エピタキシャルウエハの表面に前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層内の所定のＡｌ組成比のバンドギャップエネルギーに相当するエネルギーを有するＵＶ光を照射しながら、前記ＳｉＮ表面保護層をマスクに前記ゲート開口部から前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層内の前記所定のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層がエッチングすることによりゲートリセスを形成する第４の工程と、
該ゲートリセスにゲート電極を形成する第５の工程と
を少なくとも備えることを特徴とするＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法。
【請求項３】
前記第４の工程において、
前記所定のＡｌ組成比、バンドギャップエネルギー、及び、照射されるＵＶ光の波長は、それぞれ、０．３７５、４．４９９ｅＶ及び２７６ｎｍである
ことを特徴とする請求項２に記載のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法。
【請求項４】
基板表面に、バッファ層、ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層、第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層及び前記第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のＡｌ組成比より低いＡｌ組成比の第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層が順次積層されたエピタキシャル基板を用意する第１の工程と、
前記エピタキシャル基板表面にＳｉＮ表面保護層を形成する第２の工程と、
前記ＳｉＮ表面保護層に開口されたゲート開口部と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極とが形成されたエピタキシャルウエハを用意する第３の工程と、
前記光電気化学エッチングにより、前記エピタキシャルウエハの表面に、前記第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のバンドギャップエネルギーよりも低く、かつ、前記第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーを有するＵＶ光を照射しながら、前記ＳｉＮ表面保護層をマスクに前記ゲート開口部から前記第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のみエッチングすることによりゲートリセスを形成する第４の工程と、
該ゲートリセスにゲート電極を形成する第５の工程と
を少なくとも備えることを特徴とするＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法。
【請求項５】
基板表面に、バッファ層、ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層及びＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層が順次積層されたエピタキシャル基板であって、
前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層は、前記ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層との界面から表面に向かって減少するＡｌ組成比を有するエピタキシャル層であり、
前記エピタキシャル基板表面に形成されたＳｉＮ表面保護層と、
前記ＳｉＮ表面保護層に開口されたゲート開口部と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極とが形成されたエピタキシャルウエハと、
前記光電気化学エッチングにより、前記ＳｉＮ表面保護層をマスクに前記ゲート開口部から前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層内の所定のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層がエッチングされたゲートリセスと、
該ゲートリセスに形成されたゲート電極と
を少なくとも備えることを特徴とするＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ。
【請求項６】
基板表面に、バッファ層、ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層、第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層及び前記第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のＡｌ組成比より低いＡｌ組成比の第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層が順次積層されたエピタキシャル基板と、
前記エピタキシャル基板表面に形成されたＳｉＮ表面保護層と、
前記ＳｉＮ表面保護層に開口されたゲート開口部と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極とが形成されたエピタキシャルウエハと、
前記光電気化学エッチングにより、前記ＳｉＮ表面保護層をマスクに前記ゲート開口部から前記第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のみエッチングされたゲートリセスと、
該ゲートリセスに形成されたゲート電極と
を少なくとも備えることを特徴とするＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ゲートリセスの形成方法、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法及びＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リセスゲート構造を採用してノーマリオフ（Enhancement-Mode）特性を有するＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）において、非特許文献１に開示されている技術がある。図７（ａ）乃至図7（ｃ）を参照して、この開示技術によるノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの構造と製造方法について説明する。
【０００３】
ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ３８０を作製するために、エピタキシャル基板３００を用意する。このエピタキシャル基板３００は、ＳｉＣ、Ｓｉ、サファイアなどの基板３１上に、有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法等のエピタキシャル結晶成長法を用いて、順次積層されたバッファ層３２、ＵＩＤ（Un Intentionally Doped）−ＧａＮ電子走行層（以後、ＵＩＤ−ＧａＮ層と称す。）３３、及び、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層（以後、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ層と称す。）３４等の積層結晶層を備えて構成される。
【０００４】
そして、ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ３８０は、このエピタキシャル基板３００を構成するＵＩＤ−ＡｌＧａＮ層３４とＵＩＤ−ＧａＮ層３３との界面のＵＩＤ−ＧａＮ層側に生じる２次元電子ガス（Two Dimensional Electron Gas：２ＤＥＧ（以後２ＤＥＧと称す。））層３５を走行する電子を後記する３端子（ソース電極３８−１、ゲート３１０電極及びドレイン電極３８−２）により制御することでＨＥＭＴ動作する。
【０００５】
ついで、エピタキシャル基板３００上に、ＳｉＮ表面保護膜３６をプラズマ励起化学気相成長 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:ＰＥ−ＣＶＤ) 法によって成膜し、イオン注入法により素子分離のためのアイソレーション領域３７を形成した後、ＳｉＮ表面保護膜３６にオーミック電極３８形成用の開口部を開口し、オーミック電極３８であるソース電極３８−１及びドレイン電極３８−２を形成する。
【０００６】
次に、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング (Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching：ＩＣＰ−ＲＩＥ)法等によるドライエッチングにより、ゲート電極形成箇所のＳｉＮ表面保護膜の開口及びＵＩＤ−ＡｌＧａＮ層３４を２ＤＥＧ層３５より５ｎｍ程度上の深さまで、閾値電圧Ｖthを制御するためのリセスエッチングを行い、ゲートリセス３９を開口し、その開口部にゲート電極４０を形成することにより、ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ３８０が作製される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】中田健、川崎健、八重樫誠司；信学技報IEICE Technical Report ED2005-129、 pp.51-56.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、背景技術のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ３８０では、ドライエッチングによりゲートリセス３９を開口するため、このゲートリセス深さにばらつきの発生や、エッチング表面にプラズマイオンによるダメージが発生し、その結果ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ３８０の電気的特性である閾値電圧（Ｖth）のばらつきが発生する問題点があった。
【０００９】
本発明は、前記問題点を解決するために創案されたものであり、閾値電圧（Ｖth）のばらつきの発生を抑制した、ゲートリセスの形成方法、ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法及びＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ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】
【００１０】
前記目的を達成するために本発明のゲートリセスの形成方法は、光電気化学エッチングにより、バンドギャップエネルギーがゲート開口部から層方向に変化する半導体層の表面から前記半導体層内の所定の半導体層のバンドギャップエネルギーに相当するエネルギーを有するＵＶ光を照射しながら、ＳｉＮ表面保護層の前記ゲート開口部から前記半導体層内の所定のバンドギャップエネルギーの半導体層をエッチングすることを特徴とする。
【００１１】
このゲートリセスの形成方法によれば、ウェットエッチング法である光電気化学エッチングを用いていることと、そのエッチング深さの制御は時間コントロールではなく被エッチング層の半導体層のバンドギャップエネルギーに基づいたエッチング深さ制御である。したがって、ドライエッチングプロセスで発生するプラズマイオンダメージのない均一性のよいゲートリセス表面を得ることができる。
【００１２】
前記目的を達成するために本発明のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法の一の手段は、第１の工程乃至第５の工程を少なくとも備えることを特徴とする。第１の工程は、基板表面に、バッファ層、ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層及びＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層が順次積層されたエピタキシャル基板が用意される。ここで、前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層は、前記ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層との界面から表面に向かって減少するＡｌ組成比を有するエピタキシャル層である。次いで、第２の工程は、前記エピタキシャル基板表面にＳｉＮ表面保護層を形成される。第３の工程は、前記ＳｉＮ表面保護層に開口されたゲート開口部と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極とが形成されたエピタキシャルウエハが用意される。次に、第４の工程は、前記光電気化学エッチングにより、前記エピタキシャルウエハの表面に前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層内の所定のＡｌ組成比のバンドギャップエネルギーに相当するエネルギーを有するＵＶ光を照射しながら、前記ＳｉＮ表面保護層をマスクに前記ゲート開口部から前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層内の前記所定のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層がエッチングすることによりゲートリセスが形成される。そして、第５の工程は、該ゲートリセスにゲート電極を形成する。
【００１３】
前記第１の工程乃至第５の工程によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法によれば、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層がＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層との界面から表面に向かって線形的に減少するＡｌ組成比を有するエピタキシャル層であることから、光電気化学エッチングにおける照射されるＵＶ光のエネルギーを選択することで、ゲートリセスのエッチング深さを所望の深さに設定する製造方法を提供することができる。
【００１４】
そして、前記目的を達成するために本発明のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法の他の手段は、第１の工程乃至第５の工程を少なくとも備えることを特徴とする。第１の工程は、基板表面に、バッファ層、ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層、第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層及び前記第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のＡｌ組成比より低いＡｌ組成比の第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層が順次積層されたエピタキシャル基板が用意される。第２の工程は、前記エピタキシャル基板表面にＳｉＮ表面保護層が形成される。第３の工程は、前記ＳｉＮ表面保護層に開口されたゲート開口部と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極とが形成されたエピタキシャルウエハが用意される。第４の工程は、前記光電気化学エッチングにより、前記エピタキシャルウエハの表面に、前記第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のバンドギャップエネルギーよりも低く、かつ、前記第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーを有するＵＶ光を照射しながら、前記ＳｉＮ表面保護層をマスクに前記ゲート開口部から前記第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のみエッチングすることによりゲートリセスが形成される。そして、第５の工程は、該ゲートリセスにゲート電極が形成される。
【００１５】
前記第１の工程乃至第５の工程によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法によれば、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層を２層構成にすることで、ゲートリセスの深さを第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層の層厚により決定することが可能となり、ゲート電極と２ＤＥＧ層との距離は、第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層の層厚により決定する製造方法を提供することができる。また、光電気化学エッチングによるウェットプロセスで選択的にエッチング形成されたリセスゲートをドライエッチングプロセスで発生するプラズマイオンダメージのないリセスゲート表面とする製造方法を提供することができる。
【００１６】
また、前記目的を達成するために本発明のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの一の手段は、基板表面に、バッファ層、ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層及びＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層が順次積層されたエピタキシャル基板であって、前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層は、前記ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層との界面から表面に向かって線形的に減少するＡｌ組成比を有するエピタキシャル層であり、前記エピタキシャル基板表面に形成されたＳｉＮ表面保護層と、前記ＳｉＮ表面保護層に開口されたゲート開口部と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極とが形成されたエピタキシャルウエハと、前記光電気化学エッチングにより、前記ＳｉＮ表面保護層をマスクに前記ゲート開口部から前記ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層内の所定のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層がエッチングされたゲートリセスと、該ゲートリセスに形成されたゲート電極とを少なくとも備えることを特徴とする。
【００１７】
このような構成のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴは、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層がＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層との界面から表面に向かって線形的に減少するＡｌ組成比を有するエピタキシャル層であることから、光電気化学エッチングにおける照射されるＵＶ光のエネルギーを選択することで、ゲートリセスのエッチング深さを所望の深さに設定することができる。
【００１８】
前記目的を達成するために本発明のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの他の手段は、基板表面に、バッファ層、ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層、第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層及び前記第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のＡｌ組成比より低いＡｌ組成比の第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層が順次積層されたエピタキシャル基板と、前記エピタキシャル基板表面に形成されたＳｉＮ表面保護層と、前記ＳｉＮ表面保護層に開口されたゲート開口部と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極とが形成されたエピタキシャルウエハと、前記光電気化学エッチングにより、前記ＳｉＮ表面保護層をマスクに前記ゲート開口部から前記第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のみエッチングされたゲートリセスと、該ゲートリセスに形成されたゲート電極とを少なくとも備えることを特徴とする。
【００１９】
このような構成のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴは、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層を２層構成にすることで、ゲートリセスの深さを第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層の層厚により決定することが可能となり、ゲート電極と２ＤＥＧ層との間の距離は、第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層の層厚により決定することが可能となる。また、光電気化学エッチングによるウェットプロセスで選択的にエッチング形成されたリセスゲートは、ドライエッチングプロセスで発生するプラズマイオンダメージのないリセスゲート表面を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、閾値電圧（Ｖth）のばらつきの発生を抑制した、ゲートリセスの形成方法、ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法及びＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの構造及び製造方法を説明するための概略工程断面図（その１）である。
【図２】第１の実施形態のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの構造及び製造方法を説明するための概略工程断面図（その２）である。
【図３】第１の実施形態のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造工程を示す概略フローチャートである。
【図４】本発明の実施形態のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの製造方法において使用する光電気化学エッチング装置の概略構成図である。
【図５】第２の実施形態のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの構造及び製造方法を説明するための概略工程断面図（その１）である。
【図６】第２の実施形態のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの構造及び製造方法を説明するための概略工程断面図（その２）である。
【図７】開示技術によるノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの構造と製造方法を説明するための概略工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。各図は、本発明の特徴が明確になるように表記しており、寸法関係等は必ずしも実際のものに忠実に描いていないため、本発明を何ら制約するものではない。なお、各図において同じ構成要素には同一の符号を付している。以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２３】
（第1の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。
まず、図１乃至図２を参照して本発明の第１の実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ１８０について説明する。
【００２４】
本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ１８０特徴は、図１及び図２に示すように、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層の構成をＡｌ組成比の高い第１のＡｌＧａＮ層であるＵＩＤ−ＡｌxＧａ1-xＮ層（ｘ＝０．３７５）１４とＡｌ組成比の低い第２のＡｌＧａＮ層であるＵＩＤ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｘ＝０．２５）１５との２層構成とし、ゲートリセス２０を形成する際に光電気化学エッチングにより第２のＡｌＧａＮ層であるＵＩＤ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｘ＝０．２５）１５のみを選択的にエッチングすることでゲートリセス深さのばらつきを抑制するものである。
以下、図を参照して本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ１８０の構成及び製造方法を説明する。
【００２５】
（エピタキシャル基板１００）
図１（ａ）は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ１８０のエピタキシャル基板１００を説明するための断面図である。エピタキシャル基板１００は、１０００℃程度の温度において、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル結晶成長される。
【００２６】
基板１１としてＳｉＣ単結晶基板、Ｓｉ単結晶基板やサファイア単結晶基板等の表面上に、格子緩和効果を目的として形成したＧａＮ層又はＡｌＮ層のバッファ層１２、ＵＩＤ−ＧａＮ層１３、２層構成の内Ａｌ組成比の高いＵＩＤ−ＡｌxＧａ1-xＮ層（ｘ＝０．３７５）１４、Ａｌ組成比の低い第２のＡｌＧａＮ層であるＵＩＤ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｘ＝０．２５）１５が順次積層された構成である。そして、ＵＩＤ−ＧａＮ層１３内の表面側に２ＤＥＧ層１６が形成される。そして、Ａｌ組成比の高いＵＩＤ−ＡｌxＧａ1-xＮ層（ｘ＝０．３７５）１４の膜厚は、Ａｌ組成比に対応したノーマリオフ型のＨＥＭＴ動作が得られる膜厚に設定する。
【００２７】
（エピタキシャルウエハ１５０）
つぎに、図１（ｂ）に示すように、エピタキシャル基板１００の表面にＰＥ−ＣＶＤ法によりＳｉＮ表面保護層１７を成膜し、ＩＣＰ−ＲＩＥを用いたドライエッチングによりゲート開口部１９と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極１８とを形成することでエピタキシャルウエハ１５０となる。
【００２８】
次に、図２（ａ）に示すように、後記する光電気化学エッチング装置５００を用いて、ＵＶ光をエピタキシャルウエハ１５０の表面に照射しながら水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ、又は、塩酸等の酸を水・グリコース等に溶かした溶液中で、ＵＩＤ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｘ＝０．２５）１５のみを選択的にエッチングすることでゲートリセス２０を開口する。
【００２９】
この光電気化学エッチングの際に、エピタキシャルウエハ１５０の表面に照射するＵＶ光のエネルギーは、ＵＩＤ−ＡｌxＧａ1-xＮ層（ｘ＝０．３７５）１４のバンドギャップエネルギーよりも低く、かつ、ＵＩＤ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｘ＝０．２５）１５のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーになるよう設定する。
【００３０】
なお、ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比に対するバンドギャップエネルギーの値は、ＣＡＳＴＥＰ（Cambridge Serial Total Energy Package）による計算値（例えば、Y.K.Kuo and W.W.Lin ; Jpn. J. Appl. Phys. Vol.41 (2002) pp.73-74）を採用した。
【００３１】
本実施形態においては、ＵＩＤ−ＡｌxＧａ1-xＮ層（ｘ＝０．３７５）１４のバンドギャップエネルギーは、４．４９９ｅＶであり、そのバンドギャップ波長は、２７６ｎｍである。また、ＵＩＤ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｘ＝０．２５）１５のバンドギャップエネルギーは、４．１５８ｅＶであり、そのバンドギャップ波長は、２９８ｎｍである。
【００３２】
したがって、エピタキシャルウエハ１５０の表面に照射するＵＶ光は、波長２７５ｎｍ乃至波長２９８ｎｍの紫外光を照射することにより、ＵＩＤ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｘ＝０．２５）１５のみをエッチングすることでゲートリセス２０を開口することができる。
【００３３】
そして、図２（ｂ）に示すように、例えば、アルゴンイオンをイオン注入法により素子分離のためのアイソレーション領域２１を形成した後、ＳｉＮ表面保護膜１７にオーミック電極２２形成用の開口部を開口し、オーミック電極２２であるソース電極２２−１及びドレイン電極２２−２を形成した後、ゲートリセス２０の開口部にゲート電極２３を形成することにより、ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ１８０が作製される。
【００３４】
ここで、前記説明した本実施形態のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ１８０の主な製造工程を示すフローチャートを、図３を参照して説明する。主な工程は、基板上に２層構成のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ層を含むエピタキシャル基板を作製する（ステップＳ１）、ＳｉＮ表面保護層を成膜し、ゲート開口部と電流引き出し電極とを形成してエピタキシャルウエハとする（ステップＳ２）、光電気化学エッチングによりゲート開口部の表面側１層のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ層のみをゲートリセスエッチングする（ステップＳ３）、そして、アイソレーション領域、オーミック電極及びゲート電極を形成する（ステップＳ４）である。
【００３５】
以上、説明したように本実施形態によれば、ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ１８０は、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層を２層構成にすることで、ゲートリセスの深さを第２のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層の層厚により決定することが可能となり、ゲート電極と２ＤＥＧ層との間の距離は、第１のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層の層厚により決定することが可能となるため、閾値電圧のばらつきを抑制することができる。また、光電気化学エッチングによるウェットプロセスで選択的にエッチング形成されたリセスゲートは、ドライエッチングプロセスで発生するプラズマイオンダメージのないリセスゲート表面を得ることができる。
【００３６】
（光電気化学エッチング装置）
ここで、本実施形態において使用する光電気化学エッチング装置５００（例えば、特開２００７−２２７４５０号公報を参照）について図４を参照して説明する。
【００３７】
図４は、光電気化学エッチング装置５００を模式的に示した概略構成図である。ビーカー等のエッチング容器４００にエッチャント４０２として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ、又は塩酸（ＨＣｌ）等の酸を、水、グリコール等に溶かした溶液が満たされる。
【００３８】
容器４００中にエピタキシャルウエハ１５０を保持する治具４０４が備えられている。この治具４０４に、電流引出し電極１８を備えるエピタキシャルウエハ１５０が固定される。電流引出し線４１２は、エピタキシャルウエハ１５０に設けられている電流引出し電極１８に接続される。エッチング容器４００内には、カソード線４０８が備えられていて、カソード線４０８と電流引出し線４１２との間には、可変電圧源４１４と電流計４１０とが、直列に接続されている。カソード線４０８として、白金、金、銀、炭素等のイオン化傾向の大きい物質が用いられる。
【００３９】
光電気化学エッチング装置５００は、光源として、フィルタ４１８を取り付けた水銀ランプ４１６を備えている。水銀ランプ４１６は、照射面積が大きく取れ、均一な光をエピタキシャルウエハ１５０に対して照射できる。フィルタ４１８は、エピタキシャルウエハ１５０に照射される光を、ＵＩＤ−ＡｌxＧａ1-xＮ層（ｘ＝０．３７５）１４のバンドギャップエネルギーよりも低く、かつ、ＵＩＤ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｘ＝０．２５）１５のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーを有する光を、選択的に透過させる。なお、水銀ランプとして高圧水銀ランプ又は低圧水銀ランプを用いるのが好適である。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ２８０について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態における２層構成のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層を、ＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層との界面から表面に向かって線形的に減少するＡｌ組成比を有するエピタキシャル層としたこと、光電気化学エッチングにより、エピタキシャルウエハの表面にＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層内の所定のＡｌ組成比のバンドギャップエネルギーに相当するエネルギーを有するＵＶ光を照射しながら、ＳｉＮ表面保護層をマスクにゲート開口部からＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層内の所定のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比のＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層がエッチングされたゲートリセスとすること点が第１に実施形態と異なる。
【００４１】
したがって、第１の実施形態における説明と同様な説明は省略するとともに、同様の機能作用を有する構成要素部位については、第１の実施形態と同様の符号を付し説明を省略することもある
【００４２】
図５及び図６を参照して、本実施形態のノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ２８０の構成及び動作について説明する。
【００４３】
（エピタキシャル基板２００）
本実施形態のエピタキシャル基板２００は、図５（ａ）に示すように、基板１からバッファ層１２そしてＵＩＤ−ＧａＮ層１３までの構成は、第１の実施形態と同様である。そして、ＵＩＤ−ＧａＮ層１３の表面にＵＩＤ−ＡｌzＧａ1-zＮ層２４（０．２５≦ｚ≦０．５０）をＭＯＣＶＤ法により結晶成長する。
【００４４】
このＵＩＤ−ＡｌzＧａ1-zＮ層２４（０．２５≦ｚ≦０．５０）は、ＵＩＤ−ＧａＮ層１３との界面から表面に向かって、線形的に減少するＡｌ組成比を有するエピタキシャル層である。すなわち、Ａｌ組成比ｚが０．５０から０．２５まで線形的に減少するようにＵＩＤ−ＡｌzＧａ1-zＮ層２４のエピタキシャル成長条件で結晶成長を行うことでエピタキシャル基板２００を形成する。
【００４５】
（エピタキシャルウエハ２５０）
次に、図５（ｂ）に示すように、エピタキシャル基板２００の表面に、第１の実施形態と同様にＳｉＮ表面保護層１７を成膜して、ゲート開口部１９と光電気化学エッチング用の電流引き出し電極用開口部に形成された電流引き出し電極１８とを形成することでエピタキシャルウエハ２５０となる。
【００４６】
次に、図６（ａ）に示すように、光電気化学エッチング装置５００を用いて、ＵＶ光をエピタキシャルウエハ２５０の表面に照射しながら水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ、又は、塩酸等の酸を水・グリコース等に溶かした溶液中で、ＵＩＤ−ＡｌzＧａ1-zＮ層２４内の所望のゲートリセス深さ（矢印Ａで示す。）におけるＡｌ組成比まで選択的にエッチングすることでゲートリセス２９を開口する。
【００４７】
この光電気化学エッチングの際に、エピタキシャルウエハ２５０の表面に照射するＵＶ光の波長は、所望のＵＩＤ−ＡｌzＧａ1-zＮ層２４内の所望のゲートリセス深さにおけるバンドギャップの波長とすることができる。
【００４８】
たとえば、本実施形態において、所望のゲートリセス深さ（矢印Ａ）が２ＤＥＧ層２５より５ｎｍ表面側のＵＩＤ−ＡｌzＧａ1-zＮ層２４内のＡｌ組成比が０．３７５とすると、バンドギャップエネルギー値は４．４９９ｅＶであり、そのバンドギャップ波長は２７６ｎｍである。したがって、エピタキシャルウエハ２５０の表面に照射するＵＶ光の波長を２７６ｎｍとすることで、２ＤＥＧ層２５より５ｎｍ表面側のＵＩＤ−ＡｌzＧａ1-zＮ層２４が選択的にエッチングされゲートリセス２９を開口することができる。
【００４９】
そして、図６（ｂ）に示すように、第１の実施形態の図２（ｂ）を参照した説明と同様に、素子分離のためのアイソレーション領域２１を形成した後、ＳｉＮ表面保護膜１７にオーミック電極２２形成用の開口部を開口し、オーミック電極２２であるソース電極２２−１及びドレイン電極２２−２を形成した後、ゲートリセス２９の開口部にゲート電極２３を形成することにより、ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ２８０が作製される。
【００５０】
以上、説明したように本実施形態によれば、ノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ２８０は、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層のＡｌ組成比を通常のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴで使用されるＡｌ組成比の値よりも大きくした場合でもＡｌＧａＮ層表面のモホロジ悪化を防止することができる。また、ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ電子供給層がＵＩＤ−ＧａＮ電子走行層との界面から表面に向かって線形的に減少するＡｌ組成比を有するエピタキシャル層であることから、光電気化学エッチングにおける照射されるＵＶ光のエネルギーを選択することで、ゲートリセスのエッチング深さを所望の深さに設定することができる。
【００５１】
（変形例１）
前記説明した実施形態において、ＳｉＮ表面保護膜１７の成膜方法としてＰＥ−ＣＶＤ法を用いたが、熱ＣＶＤ法その他の成膜方法を用いても本実施形態のゲートリセス形成及びノーマリオフ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴを作製することが可能である。
【００５２】
（変形例２）
前記説明した実施形態において、ＳｉＮ表面保護層１７にＩＣＰ−ＲＩＥを用いたドライエッチングによりゲート開口部１９を開口したが、フッ酸（ＨＦ）等によるウェットエッチングやその他のドライエッチング法による開口を行うこともできる。
【００５３】
（変形例３）
また、前記の実施形態のゲートリセス深さの条件は、ノーマリオフ型のエッチング深さの条件になっているが、ゲートリセス深さの浅い通常のノーマリオン型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴにも本実施形態を用いることも可能である。
【００５４】
（変形例４）
前記の実施形態のゲート構造は、ショットキゲート接合となっているが、ゲート電極２３とゲートリセスとの間にゲート絶縁膜を有するＭＩＳ構造とすることも可能である。
【００５５】
（変形例５）
前記の実施形態の構造はＧａＡｓ等の他の化合物半導体に用いることも可能である。
【００５６】
（変形例６）
また、前記の実施形態では、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴにおけるゲートリセスのみに適用しているが、化合物系発光デバイスにおいて任意の深さまでエッチング処理を行う製造方法においても本実施形態を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１１、３１    基板
１２、３２    バッファ層
１３、３３    ＵＩＤ−ＧａＮ層（電子走行層）
１４    ＵＩＤ−ＡｌxＧａ1-xＮ層（ｘ＝０．３７５、第１の電子供給層）
１５    ＵＩＤ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｙ＝０．２５、第２の電子供給層）
１６、２５、３５    ２ＤＥＧ層（２次元電子ガス層）
１７、３６    ＳｉＮ表面保護層
１８    電流引き出し電極
１９    ゲート開口部
２０、２９、３９    ゲートリセス
２１、３７    アイソレーション領域
２２、３８    オーミック電極
２２−１、３８−１    ソース電極
２２−２、３８−２    ドレイン電極
２３、４０    ゲート電極
２４    ＵＩＤ−ＡｌzＧａ1-zＮ層（０．２５≦ｚ≦０．５０、電子供給層）
３４    ＵＩＤ−ＡｌＧａＮ層（電子供給層）
１００、２００、３００    エピタキシャル基板
１５０、２５０    エピタキシャルウエハ
１８０、２８０、３８０    ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ
４００    エッチング容器
４０２    エッチャント
４０４    治具
４０８    カソード線
４１０    電流計
４１２    電流引き出し線
４１４    可変電圧源
４１６    水銀ランプ
４１８    フィルタ
５００    光電気化学エッチング装置
【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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【図６】
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【図７】
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