(57)【要約】【課題】ＧａＮ層と絶縁層との間の界面準位を低減し、移動度を向上させて優れた電気特性を実現する化合物半導体装置、その製造方法を提供する。【解決手段】基板１１に順次、下地層１２、超格子バッファー層１３、ＧａＮ層１４、被覆層１５が積層形成されている。被覆層１５は、ＩＩＩ族元素の窒化物（例えば、ＡｌＧａＮ）とランタノイドの窒化物（例えば、ＧｄＮ）との混晶としてのＡｌ0.3Ｇａ0.6Ｇｄ0.1Ｎであり、厚さは２０ｎｍである。ソース領域１７とドレイン領域１８の間に位置する絶縁層１６は、ＧａＮ層１４を被覆する被覆層１５を酸化して形成された酸窒化物である。【選択図】図１
2012099617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ層と、前記ＧａＮ層に積層された絶縁層とを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系の化合物半導体装置であって、
前記絶縁層は、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物で形成されていること
を特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の化合物半導体装置であって、
前記絶縁層のバンドギャップは、前記ＧａＮ層のバンドギャップより大きいこと
を特徴とする化合物半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の化合物半導体装置であって、
前記酸窒化物は、前記ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物とが交互に積層された多層構造膜を酸化して形成され、前記ランタノイドの窒化物の各１層は、４分子層以下で形成されていること
を特徴とする化合物半導体装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の化合物半導体装置であって、
前記ランタノイドは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの少なくとも１つを含むこと
を特徴とする化合物半導体装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の化合物半導体装置であって、
前記ＩＩＩ族元素の窒化物は、ＡｌＧａＩｎＮであること
を特徴とする化合物半導体装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の化合物半導体装置であって、
表面側から前記ＧａＮ層に達する不純物領域で形成されたソース領域またはドレイン領域を備え、
前記絶縁層は、前記ソース領域および前記ドレイン領域の間でゲート絶縁膜として配置され、前記ソース領域および前記ドレイン領域の間の前記ＧａＮ層にチャネルが形成されること
を特徴とする化合物半導体装置。
【請求項７】
ＧａＮ層と、前記ＧａＮ層に積層された絶縁層とを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の製造方法であって、
基板上にバッファー層を介して前記ＧａＮ層を形成する工程と、
前記ＧａＮ層にＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶で構成される被覆層を形成する工程と、
開口部を有する酸化防止膜を前記被覆層の表面に形成する工程と、
前記開口部に露出した前記被覆層を酸化して酸窒化物の絶縁層を形成する工程とを備えること
を特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の化合物半導体装置の製造方法であって、
前記被覆層を形成する工程は、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物とを交互に積層して多層構造膜を形成する工程であり、
前記絶縁層を形成する工程は、前記多層構造膜を酸化する工程であること
を特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の化合物半導体装置の製造方法であって、
前記ランタノイドの窒化物の各１層は、４分子層以下で形成されていること
を特徴とする化合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、ＧａＮ層を備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系の化合物半導体装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体は、シリコンに比較してバンドギャップが大きく、高温度での動作が可能であり、高耐圧が可能であることから、種々の半導体装置に適用されつつある。例えば、電界効果トランジスタへの適用が提案されている。
【０００３】
電界効果トランジスタに適用した場合、ゲート絶縁膜が必要となる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を適用した電界効果トランジスタでのゲート絶縁膜として種々の酸化膜が提案されている（例えば、特許文献１ないし特許文献８参照。）。
【０００４】
特許文献１には、ＧａＮ層を酸化したＧａ2Ｏ3層が開示され、特許文献２には、窒素を含むＡｌの酸化物（ＡｌＯＮ）が開示されている。つまり、特許文献１、特許文献２の場合は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成した後に、最表面にあるＧａＮあるいはＡｌＮを酸化することでＧａ2Ｏ3やＡｌＯＮを形成している。しかし、ＧａＮやＡｌＮを酸化するためには高いエネルギー（高い温度）を必要とし、また転位部分が選択的に酸化されやすいことから、酸化層と窒化物半導体層との急峻な界面が形成されないため、期待するほどの効果が得られないという課題がある。
【０００５】
また、特許文献３には、比誘電率１０以上の高誘電体材料が開示され、特許文献４には、Ｓｉ単結晶薄膜を酸化したＳｉＯ2膜が開示され、特許文献５には、Ｔａ、Ｈｆ、ＨｆＡｌ、Ｌａ、Ｙの酸化物が開示され、特許文献６には、ハロゲン化物が開示され、特許文献７には、仕事関数が５．６ｅＶ以上でかつ導電性を有する酸化物が開示され、特許文献８には、比誘電率９以上２２以下の誘電体（ＨｆＡｌＯ）が開示されている。
【０００６】
つまり、特許文献３ないし特許文献８の場合は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成した後に、別の方法（例えばスパッター法など）で酸化物を堆積している。しかし、不連続なプロセス処理であることから、界面準位を十分に小さくすることができないという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３２９８６３号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３５９７号公報
【特許文献３】特開２００２−３２４８１３号公報
【特許文献４】特開２００５−２６８５０７号公報
【特許文献５】特開２００６−２４５３１７号公報
【特許文献６】特開２００７−８１３４６号公報
【特許文献７】特開２００７−１４９７９４号公報
【特許文献８】特開２００７−２８１４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような従来の電界効果トランジスタでは、十分な移動度が得られず、必要な電気的特性が得られないという課題があった。十分な移動度が得られない原因として、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体（例えばＧａＮ）とその表面に形成された絶縁膜（例えばＳｉＯ2）との界面での界面準位が大きいことが考えられる。
【０００９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物で形成された絶縁層を適用することによってＧａＮ層と絶縁層との間の界面準位を低減し、移動度を向上させて優れた電気特性を実現する化合物半導体装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、ＧａＮ層にＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を酸化して酸窒化物とした絶縁層を形成することから、ＧａＮ層と絶縁層との間に発生する界面準位を抑制し、ＧａＮ層でのキャリアの移動度を大きくして優れた電気的特性を有する化合物半導体装置の製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る化合物半導体装置は、ＧａＮ層と、前記ＧａＮ層に積層された絶縁層とを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系の化合物半導体装置であって、前記絶縁層は、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物で形成されていることを特徴とする。
【００１２】
したがって、本発明に係る化合物半導体装置は、ＧａＮ層を被覆する絶縁層をＩＩＩ族元素の窒化物とＩＩＩ族元素に比較して容易に酸化されやすいランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物で形成するので、ＧａＮ層に積層された絶縁層を少ないエネルギーで形成でき、ＧａＮ層と絶縁層との間に発生する界面準位の発生数を抑制して半導体層としての機能を実現する上で必要な移動度を大きく向上させ、電気的特性を改善して優れた電気的特性を実現する。
【００１３】
また、本発明に係る化合物半導体装置では、前記絶縁層のバンドギャップは、前記ＧａＮ層のバンドギャップより大きいことを特徴とする。
【００１４】
したがって、本発明に係る化合物半導体装置は、ＧａＮ層に対する絶縁層の絶縁性を確実に実現する。
【００１５】
また、本発明に係る化合物半導体装置では、前記酸窒化物は、前記ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物とが交互に積層された多層構造膜を酸化して形成され、前記ランタノイドの窒化物は、４分子層以下で形成されていることを特徴とする。
【００１６】
したがって、本発明に係る化合物半導体装置は、ランタノイドの窒化物の結晶構造による影響を防止してＩＩＩ族元素の窒化物の結晶構造を確保した状態での酸窒化物とすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る化合物半導体装置では、前記ランタノイドは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１８】
したがって、本発明に係る化合物半導体装置は、ランタノイド元素の少なくとも１つを含むので、ＧａＮ層に積層された絶縁層がより少ないエネルギーで確実に形成される。
【００１９】
また、本発明に係る化合物半導体装置では、前記ＩＩＩ族元素の窒化物は、ＡｌＧａＩｎＮであることを特徴とする。
【００２０】
したがって、本発明に係る化合物半導体装置は、ＩＩＩ族元素の窒化物としてＩｎを含むことから、Ｉｎを含まないＩＩＩ族元素の窒化物と比較してさらに低い酸化温度で酸化され、界面準位の発生をさらに抑制する。
【００２１】
また、本発明に係る化合物半導体装置では、表面側から前記ＧａＮ層に達する不純物領域で形成されたソース領域またはドレイン領域を備え、前記絶縁層は、前記ソース領域および前記ドレイン領域の間でゲート絶縁膜として配置され、前記ソース領域および前記ドレイン領域の間の前記ＧａＮ層にチャネルが形成されることを特徴とする。
【００２２】
したがって、本発明に係る化合物半導体装置は、移動度などの電気的特性に優れ、ノーマリオフ型の電界効果トランジスタとして機能する。
【００２３】
また、本発明に係る化合物半導体装置の製造方法は、ＧａＮ層と、前記ＧａＮ層に積層された絶縁層とを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の製造方法であって、基板上にバッファー層を介して前記ＧａＮ層を形成する工程と、前記ＧａＮ層にＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶で構成される被覆層を形成する工程と、開口部を有する酸化防止膜を前記被覆層の表面に形成する工程と、前記開口部に露出した前記被覆層を酸化して酸窒化物の絶縁層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００２４】
したがって、本発明に係る化合物半導体装置の製造方法は、ＧａＮ層にＩＩＩ族元素の窒化物とＩＩＩ族元素に比較して容易に酸化されやすいランタノイドの窒化物との混晶を積層し、積層した混晶を少ないエネルギーで酸化して酸窒化物としての絶縁層を形成することから、ＧａＮ層と絶縁層との間に発生する界面準位の発生数を抑制し、ＧａＮ層でのキャリアの移動度を大きくし、優れた電気的特性を有する化合物半導体装置を製造することができる。
【００２５】
また、本発明に係る化合物半導体装置の製造方法では、前記被覆層を形成する工程は、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物とを交互に積層して多層構造膜を形成する工程であり、前記絶縁層を形成する工程は、前記多層構造膜を酸化する工程であることを特徴とする。
【００２６】
したがって、本発明に係る化合物半導体装置の製造方法は、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を多層構造とすることで、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を多層構造としないで酸化する場合に比較して酸化速度を大きくするので、短時間で容易に混晶を酸窒化物に酸化する。
【００２７】
また、本発明に係る化合物半導体装置の製造方法では、前記ランタノイドの窒化物の１層は、４分子層以下で形成されていることを特徴とする。
【００２８】
したがって、本発明に係る化合物半導体装置の製造方法は、ランタノイドの窒化物の結晶構造が安定化することを防止してＩＩＩ族元素の窒化物の結晶構造への影響を防止するので、ＩＩＩ族元素の窒化物の結晶性を向上させる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る化合物半導体装置は、ＧａＮ層と、ＧａＮ層に積層された絶縁層とを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系の化合物半導体装置であって、絶縁層は、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物で形成されている。
【００３０】
したがって、ＧａＮ層を被覆する絶縁層をＩＩＩ族元素の窒化物とＩＩＩ族元素に比較して容易に酸化されやすいランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物で形成するので、ＧａＮ層に積層された絶縁層を少ないエネルギーで形成でき、ＧａＮ層と絶縁層との間に発生する界面準位の発生数を抑制して半導体層としての機能を実現する上で必要な移動度を大きく向上させ、電気的特性を改善して優れた電気的特性を実現する。
【００３１】
また、本発明に係る化合物半導体装置の製造方法は、ＧａＮ層と、ＧａＮ層に積層された絶縁層とを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置の製造方法であって、基板上にバッファー層を介してＧａＮ層を形成する工程と、ＧａＮ層にＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶で構成される被覆層を形成する工程と、開口部を有する酸化防止膜を被覆層の表面に形成する工程と、開口部に露出した被覆層を酸化して酸窒化物の絶縁層を形成する工程とを備える。
【００３２】
したがって、ＧａＮ層にＩＩＩ族元素の窒化物とＩＩＩ族元素に比較して容易に酸化されやすいランタノイドの窒化物との混晶を積層し、積層した混晶を少ないエネルギーで酸化して酸窒化物としての絶縁層を形成することから、ＧａＮ層と絶縁層との間に発生する界面準位の発生数を抑制し、ＧａＮ層でのキャリアの移動度を大きくし、優れた電気的特性を有する化合物半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る化合物半導体装置の断面を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る化合物半導体装置の断面を示す断面図である。
【図３Ａ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、被覆層を形成した状態を示す。
【図３Ｂ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、被覆層に表面保護膜を形成した状態を示す。
【図３Ｃ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、表面保護膜にフォトレジスト膜を形成した状態を示す。
【図３Ｄ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、フォトレジスト膜をマスクとしてソース領域、ドレイン領域に対応する位置へのイオン注入によって不純物領域を形成する状態を示す。
【図３Ｅ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、注入したイオンを活性化する状態を示す。
【図３Ｆ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、表面保護膜を除去した状態を示す。
【図３Ｇ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、酸化防止膜を形成した状態を示す。
【図３Ｈ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、酸化防止膜にフォトレジスト膜を形成した状態を示す。
【図３Ｊ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、酸化防止膜に開口部を形成した状態を示す。
【図３Ｋ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、被覆層を酸化して絶縁層を形成した状態を示す。
【図３Ｌ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、ソース電極、ドレイン電極を形成するためにフォトレジスト膜を形成した状態を示す。
【図３Ｍ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、ソース電極、ドレイン電極を形成した状態を示す。
【図３Ｎ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、ゲート電極を形成するためにフォトレジスト膜を形成した状態を示す。
【図３Ｐ】図１に示した化合物半導体装置の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、ゲート電極を形成した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
＜実施の形態１＞
図１を参照して、本実施の形態に係る化合物半導体装置１について説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態１に係る化合物半導体装置１の断面を示す断面図である。なお、図面の見易さを考慮してハッチングを一部省略している。
【００３７】
本実施の形態に係る化合物半導体装置１は、基板１１として厚さ６００μｍ程度のＳｉ基板が適用されている。ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法によって基板温度１１００℃で基板１１に順次、下地層１２、超格子バッファー層１３、ＧａＮ層１４、被覆層１５が積層形成されている。超格子バッファー層１３は、超格子としないで単なるバッファー層とすることも可能であるので、単にバッファー層１３とすることがある。なお、下地層１２から被覆層１５までは、連続的に形成されるので高精度に界面を制御することができる。
【００３８】
下地層１２は、ＡｌＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎの積層構造であり、厚さは１００ｎｍ／４０ｎｍである。超格子バッファー層１３は、下地層１２に引き続いて形成されたＧａＮ／ＡｌＮの超格子層（１層のＧａＮ層の厚さ２０ｎｍ、１層のＡｌＮ層の厚さ５ｎｍで、各層が２０層繰り返される繰返し周期２０で厚さ５００ｎｍの超格子層。）である。
【００３９】
ＧａＮ層１４は、例えばカーボンドープによって高抵抗化され、厚さは１μｍとされている。被覆層１５は、ＩＩＩ族元素の窒化物（例えば、ＡｌＧａＮ）とランタノイドの窒化物（例えば、ＧｄＮ）との混晶としてのＡｌ0.3Ｇａ0.6Ｇｄ0.1Ｎであり、厚さは２０ｎｍである。
【００４０】
ＩＩＩ族元素の窒化物として、ＡｌＧａＮを例示したが、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどでも良い。また、ランタノイドの窒化物として、ＧｄＮを例示したが、他のランタノイド（例えば、ＤｙＮ）も同様の性質を有することから、他のランタノイドの窒化物でも良い。
【００４１】
本実施の形態に係る化合物半導体装置１は、例えば電界効果トランジスタとして形成されている。しかし、電界効果トランジスタに限らず、例えば、ダイオードなどへの適用も可能である。
【００４２】
本実施の形態では、化合物半導体装置１は、電界効果トランジスタとされていることから、ゲート絶縁膜として作用する絶縁層１６、絶縁層１６の両側に対向して配置されたソース領域１７およびドレイン領域１８を備える。また、ソース領域１７にはソース電極２１が形成され、ドレイン領域１８にはドレイン電極２２が形成され、絶縁層１６には、ゲート電極２３が配置されている。ゲート電極２３は、ショットキー電極となる。
【００４３】
ソース領域１７とドレイン領域１８の間に位置する絶縁層１６は、ＧａＮ層１４を被覆する被覆層１５を酸化して形成された酸窒化物である。また、ソース領域１７、ドレイン領域１８は、例えばシリコン（Ｓｉ）をイオン注入することによってｎ型とされている。したがって、化合物半導体装置１は、ｐ型のＧａＮ層１４に対してｎ型のソース領域１７、ドレイン領域１８を備えるから、ゲート電極２３への印加電圧を制御してＧａＮ層１４にチャネルを形成することで、電界効果トランジスタとなる。
【００４４】
化合物半導体装置１は、ＧａＮ層１４と、ＧａＮ層１４に積層された絶縁層１６とを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系の化合物半導体装置であって、絶縁層１６は、ＩＩＩ族元素の窒化物（例えば、ＡｌＧａＮ）とランタノイドの窒化物（例えば、ＧｄＮ）との混晶（例えば、Ａｌ0.3Ｇａ0.6Ｇｄ0.1Ｎ）を酸化した酸窒化物（ＡｌＧａＧｄＯＮ）で形成されている。なお、ＡｌＧａＧｄＯＮのＧｄを一般式としてのＲＥ（希土類元素のランタノイド）に置き換えて表せば、ＡｌＧａＧｄＯＮは、ＡｌＧａＲＥＯＮとして表される。
【００４５】
したがって、化合物半導体装置は、ＧａＮ層１４を被覆する絶縁層１６をＩＩＩ族元素の窒化物とＩＩＩ族元素に比較して容易に酸化されやすいランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物で形成するので、ＧａＮ層１４に積層された絶縁層１６を少ないエネルギー（低い温度）で形成でき、ＧａＮ層１４と絶縁層１６との間に発生する界面準位の発生数を抑制して半導体層としての機能を実現する上で必要な移動度を大きく向上させ、電気的特性を改善して優れた電気的特性を実現する。
【００４６】
本件発明者は、絶縁膜、酸化膜を種々検討する中で、ランタノイドが、ＩＩＩ族元素に比較して酸化されやすいことを知見した。本実施の形態に係る化合物半導体装置１は、この知見に基づくものである。つまり、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物とを混晶（被覆層１５）とすることで、特許文献１、特許文献２に開示されたＩＩＩ族元素をそのままで酸化する場合に比較してより少ないエネルギーでの酸化が可能となる。したがって、下層に形成されたＧａＮ層１４への影響が少なく、界面準位を低減した酸化膜（酸窒化物：絶縁層１６）を形成することができ、移動度を向上させて優れた電気特性を実現する。
【００４７】
ＩＩＩ族元素の窒化物が例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮであり、ランタノイドの窒化物が例えばＧｄＮであれば、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物（・・ＲＥＯＮ）は、ＡｌＧｄＯＮ、ＧａＧｄＯＮ、ＡｌＧａＩｎＧｄＯＮとして表される。
【００４８】
なお、化合物半導体装置１では、絶縁層１６のバンドギャップは、ＧａＮ層１４のバンドギャップより大きいことが望ましい。この構成によって、ＧａＮ層１４に対する絶縁層１６の絶縁性を確実に実現する。
【００４９】
つまり、化合物半導体装置１では、バンドギャップに対する条件が必要となる場合がある。具体的には、絶縁層１６にＩｎが含まれる場合である。Ｉｎが含まれる場合、Ｉｎが含まれない場合に比較して低温での酸化が可能となる。しかし、Ｉｎの添加量が増えてＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物の混晶を酸化した酸窒化物のバンドギャップがＧａＮ層１４のバンドギャップより小さくなると電界効果トランジスタとして機能しなくなる。
【００５０】
化合物半導体装置１では、表面側からＧａＮ層１４に達する不純物領域で形成されたソース領域１７またはドレイン領域１８を備え、絶縁層１６は、ソース領域１７およびドレイン領域１８の間でゲート絶縁膜として配置され、ソース領域１７およびドレイン領域１８の間のＧａＮ層１４にチャネルが形成される構成とされている。この構成によって、化合物半導体装置１は、移動度などの電気的特性に優れ、ノーマリオフ型の電界効果トランジスタとして機能する。
【００５１】
なお、表面側からＧａＮ層１４に達するとは、化合物半導体装置１の表面側からということである。つまり、垂直方向でという意味合いである。したがって、化合物半導体装置１には、図示しない表面保護膜などが形成され、図示しない表面保護膜から不純物領域（ソース領域１７、ドレイン領域１８）が配置されていても良い。また、不純物領域は、例えばエッチングされて絶縁層１６の途中からＧａＮ層１４に向けて延長されていても良い。
【００５２】
化合物半導体装置１に適用されるランタノイドは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの少なくとも１つを含むことが望ましい。この構成によって、ランタノイド元素の少なくとも１つを含むので、ＧａＮ層１４に積層された絶縁層１６がより少ないエネルギーで確実に形成される。
【００５３】
化合物半導体装置１に適用されるＩＩＩ族元素の窒化物は、ＡｌＧａＩｎＮであることが望ましい。この構成によって、ＩＩＩ族元素の窒化物としてＩｎを含むことから、Ｉｎを含まないＩＩＩ族元素の窒化物と比較してさらに低い酸化温度で酸化され、容易に絶縁層１６としてのＡｌＧａＩｎＲＥＯＮを形成することから、界面準位の発生をさらに抑制する。
【００５４】
なお、本実施の形態の化合物半導体装置１では、絶縁層１６は、被覆層１５を低いエネルギーで酸化（例えば酸化温度５００℃。実施の形態３参照）することから、ＳｉＯ2を高温（例えば、１０００℃程度）で加熱する従来の場合に比較して、ＧａＮ層１４と絶縁層１６との間での界面準位を５×１０12から４×１０10程度へと低減することが可能であり、２桁の改善となる。
【００５５】
＜実施の形態２＞
図２を参照して、本実施の形態に係る化合物半導体装置１ｓについて説明する。
【００５６】
図２は、本発明の実施の形態２に係る化合物半導体装置１ｓの断面を示す断面図である。なお、図面の見易さを考慮してハッチングを一部省略している。
【００５７】
本実施の形態に係る化合物半導体装置１ｓの基本的な構成は、実施の形態１の化合物半導体装置１と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。なお、主に異なる事項は、実施の形態１での被覆層１５を被覆層１５ｓとし、実施の形態１での絶縁層１６を絶縁層１６ｓとしたことである。
【００５８】
本実施の形態に係る化合物半導体装置１ｓは、基板１１に下地層１２、超格子バッファー層１３、ＧａＮ層１４、被覆層１５ｓが積層形成されている。超格子バッファー層１３は、超格子としないで単なるバッファー層とすることも可能であるので、単にバッファー層１３とすることがある。
【００５９】
下地層１２は、ＡｌＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎの積層構造であり、厚さは１００ｎｍ／４０ｎｍである。超格子バッファー層１３は、ＧａＮ／Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ｎの超格子層（１層のＧａＮ層の厚さ２０ｎｍ、１層のＡｌＧａＮ層の厚さ５ｎｍで、各層が１０層繰り返される繰返し周期１００で厚さ２５００ｎｍの超格子層。）である。なお、繰り返し周期は、所望のトータル膜厚に応じて変えることができる。
【００６０】
ＧａＮ層１４は、例えばカーボンドープによって高抵抗化され、厚さは１μｍとされている。被覆層１５ｓは、ＤｙＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎの超格子層（１層のＤｙＮ層の厚さ０．５ｎｍ、１層のＡｌＧａＮ層の厚さ１ｎｍで、各層が１０層繰り返される繰り返し周期１０で厚さ１５ｎｍの超格子層。）である。なお、各１層のランタノイドの窒化物（例えばＤｙＮ）は、ＩＩＩ族元素の窒化物の結晶性を向上させるため４分子層以下であることが望ましい。
【００６１】
被覆層１５ｓを超格子層とするのは、超格子とすることで酸化しやすいランタノイド窒化物を分散させて配置することになり、酸化が容易になり、被覆層１５ｓ全体の酸化を容易にするからである。
【００６２】
本実施の形態では、ソース領域１７とドレイン領域１８の間に位置する絶縁層１６ｓは、ＧａＮ層１４を被覆する被覆層１５ｓを酸化して形成された酸窒化物である。本実施の形態に係る酸窒化物（絶縁層１６ｓ）は、ＩＩＩ族元素の窒化物（例えば、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ）とランタノイドの窒化物（例えば、ＤｙＮ）とが交互に積層された多層構造膜（被覆層１５ｓ）を酸化して形成されていることが望ましい。
【００６３】
この構成によって、被覆層１５ｓをＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との多層構造膜とすることで酸化をさらに容易にするので、確実に界面準位を抑制して安定した界面を形成する。
【００６４】
また、多層構造膜（被覆層１５ｓ）でのランタノイドの窒化物の各１層は、４分子層以下で形成されていることが望ましい。この構成によって、ランタノイドの窒化物の結晶構造が確定することを抑制し、ＩＩＩ族元素の窒化物の結晶構造に対する影響を防止してＩＩＩ族元素の窒化物の結晶性を安定化した酸窒化物とすることができる。
【００６５】
なお、ランタノイドの窒化物として、ＤｙＮを例示したが、他のランタノイド（例えば、ＧｄＮ）も同様の性質を有することから、他のランタノイドの窒化物でも良い。ランタノイドの窒化物は、少なくとも１分子層あれば良い。４分子以上の積層構造になるとランタノイドの窒化物の結晶（岩塩構造）が安定することから、ＩＩＩ族元素の窒化物の結晶性に影響があり、必要な単結晶（例えば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮでのウルツ鉱構造）が得られない。
【００６６】
化合物半導体装置１ｓは、ＧａＮ層１４と、ＧａＮ層１４に積層された絶縁層１６ｓとを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系の化合物半導体装置１ｓであって、絶縁層１６ｓは、ＩＩＩ族元素の窒化物（例えば、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ）とランタノイドの窒化物（例えば、ＤｙＮ）との混晶を酸化した酸窒化物（ＡｌＧａＤｙＯＮ）で形成されている。
【００６７】
したがって、化合物半導体装置１ｓは、ＧａＮ層１４を被覆する絶縁層１６ｓをＩＩＩ族元素の窒化物とＩＩＩ族元素に比較して容易に酸化されやすいランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物で形成するので、ＧａＮ層１４に積層された絶縁層１６ｓを少ないエネルギーで形成でき、ＧａＮ層１４と絶縁層１６ｓとの間に発生する界面準位の発生数を抑制して半導体層としての機能を実現する上で必要な移動度を大きく向上させ、電気的特性を改善して優れた電気的特性を実現する。
【００６８】
なお、化合物半導体装置１ｓでは、絶縁層１６ｓのバンドギャップは、ＧａＮ層１４のバンドギャップより大きいことが望ましい。この構成によって、ＧａＮ層１４に対する絶縁層１６ｓの絶縁性を確実に実現する。
【００６９】
化合物半導体装置１ｓでは、表面側からＧａＮ層１４に達する不純物領域で形成されたソース領域１７またはドレイン領域１８を備え、絶縁層１６ｓは、ソース領域１７およびドレイン領域１８の間でゲート絶縁膜として配置され、ソース領域１７およびドレイン領域１８の間のＧａＮ層１４にチャネルが形成される構成とされている。この構成によって、化合物半導体装置１ｓは、移動度などの電気的特性に優れ、ノーマリオフ型の電界効果トランジスタとして機能する。
【００７０】
化合物半導体装置１ｓに適用されるランタノイドは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの少なくとも１つを含むことが望ましい。この構成によって、ランタノイド元素の少なくとも１つを含むので、ＧａＮ層１４に積層された絶縁層１６ｓがより少ないエネルギーで確実に形成される。
【００７１】
化合物半導体装置１ｓに適用されるＩＩＩ族元素の窒化物は、ＡｌＧａＩｎＮであることが望ましい。この構成によって、ＩＩＩ族元素の窒化物としてＩｎを含むことから、Ｉｎを含まないＩＩＩ族元素の窒化物と比較してさらに低い酸化温度で酸化され、界面準位の発生をさらに抑制する。
【００７２】
なお、本実施の形態の化合物半導体装置１での界面準位は、ＳｉＯ2を高温（例えば、１０００℃程度）で加熱する従来の場合の５×１０12に比較して、４×１０10程度となり２桁の改善となる。
【００７３】
＜実施の形態３＞
図３Ａないし図３Ｐを参照して、実施の形態１に示した化合物半導体装置１（実施例としての電界効果トランジスタ）の製造方法を本実施の形態に係る化合物半導体装置の製造方法として説明する。
【００７４】
図３Ａは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、被覆層１５を形成した状態を示す。なお、以下の図では、図面の見易さを考慮してハッチングを一部省略している。また、工程の途中も含めて化合物半導体装置１として示す。
【００７５】
化合物半導体装置１では、基板１１に下地層１２、超格子バッファー層１３（バッファー層１３）、ＧａＮ層１４、被覆層１５が順次積層される。
【００７６】
主要な条件は実施の形態１で記載したとおりである。原料ガスは、通常使用される材料を適用することができる。なお、超格子バッファー層１３、ＧａＮ層１４は、減圧条件（１３．３ｋＰａ（パスカル））の下で積層（成長）される。カーボンドープとされるＧａＮ層１４は、成長圧力を調整することで形成される。
【００７７】
なお、超格子バッファー層１３は、基板１１の上に厚いＧａＮ層１４を成長するときの反りを緩和して転位の発生を防止し、結晶性を向上させるために挿入される。
【００７８】
被覆層１５の成長には、有機金属ガスに加えて原料ガスとしてトリシクロペンタジエニルガドリニウム（（Ｃｐ）3Ｇｄ）を用いた。有機金属ガスの流量を調整することで組成制御を施すことができる。
【００７９】
本実施の形態では、被覆層１５として、ＩＩＩ族元素の窒化物（ＡｌＧａＮ）とランタノイドの窒化物（ＧｄＮ）との混晶（Ａｌ0.3Ｇａ0.6Ｇｄ0.1Ｎ）、つまり、混晶状態のＡｌＧａＧｄＮを形成した。
【００８０】
本実施の形態に係る化合物半導体装置１の製造方法では、基板１１上にバッファー層１３を介してＧａＮ層１４を形成する工程と、ＧａＮ層１４にＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶で構成される被覆層１５を形成する工程とを備える。
【００８１】
図３Ｂは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、被覆層１５に表面保護膜３１を形成した状態を示す。
【００８２】
以降のプロセス処理への対応のため、被覆層１５の表面に表面保護膜３１を形成する。表面保護膜３１は、ＣＶＤ法あるいはスパッター法によって形成したシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）あるいはシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）膜である。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＮｘ膜を１００ｎｍ堆積したものを表面保護膜３１とした。
【００８３】
図３Ｃは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、表面保護膜３１にフォトレジスト膜３２を形成した状態を示す。
【００８４】
表面保護膜３１に開口部３２ｗを有するフォトレジスト膜３２をパターニングして形成する。開口部３２ｗは、ソース領域１７、ドレイン領域１８に対応してパターニング（開口）された領域である。
【００８５】
図３Ｄは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、フォトレジスト膜３２をマスクとしてソース領域１７、ドレイン領域１８に対応する位置へのイオン注入によって不純物領域を形成する状態を示す。
【００８６】
表面保護膜３１をスルー膜としてＳｉのイオン注入ＳＩを施す。フォトレジスト膜３２は、Ｓｉイオンに対してマスク作用を有する。したがって、Ｓｉイオンは、開口部３２ｗに対応する領域のみへ注入されるので、ソース領域１７、ドレイン領域１８に対応する領域に注入される。なお、イオン注入ＳＩによるソース領域１７、ドレイン領域１８の深さは、２００ｎｍ程度とした。
【００８７】
図３Ｅは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、注入したイオンを活性化する状態を示す。
【００８８】
フォトレジスト膜３２を除去し、表面保護膜３１を積層した状態でＳｉイオンに対する活性化処理を温度１２００℃、窒素雰囲気中で施す。活性化によって、ソース領域１７、ドレイン領域１８は、それぞれソース、ドレインとして機能する状態となる。
【００８９】
図３Ｆは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、表面保護膜３１を除去した状態を示す。
【００９０】
Ｓｉイオンの活性化処理を終了した後、表面保護膜３１をフッ酸系のエッチャントで除去し、被覆層１５を再度露出させる。
【００９１】
図３Ｇは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、酸化防止膜３３を形成した状態を示す。
【００９２】
後工程での被覆層１５の酸化を防止するため、被覆層１５の表面に酸化防止膜３３を形成する。酸化防止膜３３は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）とした。
【００９３】
図３Ｈは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、酸化防止膜３３にフォトレジスト膜３４を形成した状態を示す。
【００９４】
ゲート領域（相互に対向するように配置されたソース領域１７とドレイン領域１８に挟まれた領域）に対応する開口部３４ｗを有するフォトレジスト膜３４を酸化防止膜３３の上に形成する。つまり、開口部３４ｗは、ソース領域１７、ドレイン領域１８の間に配置され、他の領域はフォトレジスト膜３４で被覆される。
【００９５】
図３Ｊは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、酸化防止膜３３に開口部３３ｗを形成した状態を示す。
【００９６】
開口部３４ｗをマスクとして酸化防止膜３３に開口部３３ｗを形成する。開口部３３ｗは、酸化防止膜３３をフッ酸、あるいはバッファードフッ酸によってエッチングすることで形成される。開口部３４ｗがゲート領域に対応することから開口部３３ｗをゲート領域に対応させて形成することとなる。つまり、酸化防止膜３３は、パターニングされてゲート領域以外の領域の酸化を防止する酸化防止マスク膜３３ｐとなる。
【００９７】
本実施の形態に係る化合物半導体装置１の製造方法では、開口部３３ｗを有する酸化防止膜３３を被覆層１５の表面に形成する工程を備える。
【００９８】
図３Ｋは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、被覆層１５を酸化して絶縁層１６を形成した状態を示す。
【００９９】
フォトレジスト膜３４を除去し、酸化防止マスク膜３３ｐを酸化のマスクとして被覆層１５を酸化する。酸化は、温度５００℃、５０％酸素、５０％不活性ガスの雰囲気で実施した。
【０１００】
酸化防止マスク膜３３ｐは、ゲート領域に対応する開口部３３ｗを有し、その他を被覆している。つまり、開口部３３ｗでは、ソース領域１７、ドレイン領域１８の間で被覆層１５が露出している。
【０１０１】
露出している被覆層１５は、酸化されて絶縁層１６となる。本実施の形態では、被覆層１５は、ＩＩＩ族元素の窒化物（ＡｌＧａＮ）とランタノイドの窒化物（ＧｄＮ）との混晶（Ａｌ0.3Ｇａ0.6Ｇｄ0.1Ｎ）である。したがって、絶縁層１６は、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を酸化した酸窒化物（ＡｌＧａＧｄＯＮ）となる。
【０１０２】
ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶の組成が、本実施の形態以外の場合でも同様に酸窒化物を形成することは、実施の形態１で説明したとおりである。なお、絶縁層１６は、ソース領域１７とドレイン領域１８の間に形成されることからゲート絶縁膜として機能する。
【０１０３】
本実施の形態に係る化合物半導体装置１の製造方法では、開口部３３ｗに露出した被覆層１５を酸化して酸窒化物（被覆層１５）の絶縁層１６を形成する工程を備える。
【０１０４】
図３Ｌは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、ソース電極２１、ドレイン電極２２を形成するためにフォトレジスト膜３５を形成した状態を示す。
【０１０５】
ソース電極２１、ドレイン電極２２に対応する開口部３５ｗを有するフォトレジスト膜３５を形成する。
【０１０６】
図３Ｍは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、ソース電極２１、ドレイン電極２２を形成した状態を示す。
【０１０７】
フォトレジスト膜３５をマスクとしてオーミックメタルを真空蒸着あるいはスパッター法で堆積する。オーミックメタルは、開口部３５ｗでソース領域１７、ドレイン領域１８に堆積される。したがって、フォトレジスト膜３５を除去（リフトオフ）することでソース電極２１、ドレイン電極２２が形成される。
【０１０８】
オーミックメタルとしては、下層側から上層側へＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ（厚さ１５／６０／３５／５０ｎｍ）の積層構造とされる。なお、アニール条件は、温度８００℃、窒素雰囲気中１分間で、オーミック特性を得られる。
【０１０９】
その他の材料としては、Ｈｆ／Ａｌ／Ｈｆ／Ａｕ（厚さ１０／６０／１０／６０ｎｍ）とすることが可能であり、アニール条件は、温度８００℃、窒素雰囲気中１分間で、オーミック特性が得られる。
【０１１０】
また、Ｔｉ／Ａｕ（１６／２００ｎｍ）とすることも可能であり、ソース領域１７、ドレイン領域１８がイオン注入されていることから、アニール条件は、温度５５０℃、窒素雰囲気中１０分間でオーミック特性が得られる。
【０１１１】
図３Ｎは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、ゲート電極２３を形成するためにフォトレジスト膜３６を形成した状態を示す。
【０１１２】
ゲート電極２３に対応させて形成された開口部３６ｗを有するフォトレジスト膜３６を形成する。フォトレジスト膜３６は、ゲート電極２３に対応する領域を除いて全体を覆うように形成される。開口部３６ｗは、絶縁層１６の一部領域に対応させてゲート電極２３を形成するように開口される。
【０１１３】
図３Ｐは、図１に示した化合物半導体装置１の製造方法の製造工程での状態を示す工程図であり、ゲート電極２３を形成した状態を示す。
【０１１４】
フォトレジスト膜３６をマスクとしてゲート電極材料を堆積する。ゲート電極材料は、開口部３６ｗで絶縁層１６に堆積される。したがって、フォトレジスト膜３６を除去（リフトオフ）することでゲート電極２３が形成される。
【０１１５】
ゲート電極材料としては、ＷＮ（窒化タングステン）、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄを適用することができる。本実施の形態では、反応性スパッター法を用いてＡｒ：Ｎ2＝１６．８：５０（ｓｃｃｍ）、圧力Ｐ＝５Ｐａ（パスカル）、入力Ｐｉｎ＝３００Ｗ（ワット）でＷＮを１００ｎｍ堆積した。通常の金属（Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄなど）を堆積する場合は、ＥＢ蒸着法を適用することができる。
【０１１６】
上述したとおり、本実施の形態に係る化合物半導体装置１の製造方法は、ＧａＮ層１４と、ＧａＮ層１４に積層された絶縁層１６とを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置１の製造方法であって、基板１１上にバッファー層１３を介してＧａＮ層１４を形成する工程と、ＧａＮ層１４にＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶で構成される被覆層１５を形成する工程と、開口部３３ｗを有する酸化防止膜３３を被覆層１５の表面に形成する工程と、開口部３３ｗに露出した被覆層１５を酸化して酸窒化物の絶縁層１６を形成する工程とを備える。
【０１１７】
したがって、本実施の形態に係る化合物半導体装置１の製造方法は、ＧａＮ層１４にＩＩＩ族元素の窒化物とＩＩＩ族元素に比較して容易に酸化されやすいランタノイドの窒化物との混晶（被覆層１５）を積層し、積層した混晶を少ないエネルギーで酸化して酸窒化物としての絶縁層１６を形成することから、ＧａＮ層１４と絶縁層１６との間に発生する界面準位の発生数を抑制し、ＧａＮ層１４でのキャリアの移動度を大きくし、優れた電気的特性を有する化合物半導体装置を製造することができる。
【０１１８】
＜実施の形態４＞
実施の形態２に示した化合物半導体装置１ｓ（実施例としての電界効果トランジスタ）の製造方法を本実施の形態に係る化合物半導体装置の製造方法として説明する。なお、本実施の形態に係る化合物半導体装置１ｓの製造方法の基本的な構成は、実施の形態３の化合物半導体装置１の製造方法と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。
【０１１９】
なお、主に異なる事項は、実施の形態１での被覆層１５を被覆層１５ｓとし、実施の形態１での絶縁層１６を絶縁層１６ｓとしたことである。つまり、本実施の形態に係る化合物半導体装置１ｓの製造方法では、被覆層１５ｓ、絶縁層１６ｓの製造工程が実施の形態３の場合と異なる。以下の説明では、工程の途中も含めて化合物半導体装置１ｓとして示す。
【０１２０】
化合物半導体装置１ｓでは、基板１１に下地層１２、超格子バッファー層１３（バッファー層１３）、ＧａＮ層１４、被覆層１５ｓが積層形成される。
【０１２１】
下地層１２は、ＡｌＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎの積層構造であり、厚さは１００ｎｍ／４０ｎｍである。超格子バッファー層１３は、ＧａＮ／Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ｎの超格子層（１層のＧａＮ層の厚さ２０ｎｍ、１層のＡｌＧａＮ層の厚さ５ｎｍで、各層が１０層繰り返される繰返し周期１００で厚さ２５００ｎｍの超格子層。）である。なお、繰り返し周期は、所望のトータル膜厚に応じて変えることができる。
【０１２２】
ＧａＮ層１４は、例えばカーボンドープによって高抵抗化され、厚さは１μｍとされている。被覆層１５ｓは、ＤｙＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎの超格子層（１層のＤｙＮ層の厚さ０．５ｎｍ、１層のＡｌＧａＮ層の厚さ１ｎｍで、各層が１０層繰り返される繰り返し周期１０で厚さ１５ｎｍの超格子層。）である。
【０１２３】
被覆層１５ｓの成長には、有機金属ガスに加えて原料ガスとしてトリシクロペンタジエニルディスプロシウム（（Ｃｐ）3Ｄｙ））を用いた。有機金属ガスの流量を調整することで組成制御を施すことができる。
【０１２４】
上述したとおり、本実施の形態に係る化合物半導体装置１ｓの製造方法は、ＧａＮ層１４と、ＧａＮ層１４に積層された絶縁層１６ｓとを備えるＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体装置１ｓの製造方法であって、基板１１上にバッファー層１３を介してＧａＮ層１４を形成する工程と、ＧａＮ層１４にＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶で構成される被覆層１５を形成する工程と、開口部３３ｗを有する酸化防止膜３３を混晶の表面に形成する工程と、開口部３３ｗに露出した被覆層１５ｓを酸化して酸窒化物の絶縁層１６ｓを形成する工程とを備える。
【０１２５】
したがって、本実施の形態に係る化合物半導体装置１ｓの製造方法は、ＧａＮ層１４にＩＩＩ族元素の窒化物とＩＩＩ族元素に比較して容易に酸化されやすいランタノイドの窒化物との混晶（被覆層１５ｓ）を積層し、積層した混晶を少ないエネルギーで酸化して酸窒化物としての絶縁層１６ｓを形成することから、ＧａＮ層１４と絶縁層１６ｓとの間に発生する界面準位の発生数を抑制し、ＧａＮ層１４でのキャリアの移動度を大きくし、優れた電気的特性を有する化合物半導体装置を製造することができる。
【０１２６】
なお、本実施の形態の化合物半導体装置１での界面準位は、従来の場合の５×１０12に比較して、４×１０10程度となり２桁の改善となる。
【０１２７】
また、本実施の形態に係る製造方法では、被覆層１５を形成する工程は、ＩＩＩ族元素の窒化物（Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ）とランタノイドの窒化物（ＤｙＮ）とを交互に積層して多層構造膜を形成する工程であり、絶縁層１６ｓを形成する工程は、多層構造膜（被覆層１５ｓ）を酸化する工程である。
【０１２８】
したがって、本実施の形態に係る化合物半導体装置１ｓの製造方法は、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶（被覆層１５ｓ）を多層構造膜とすることで、ＩＩＩ族元素の窒化物とランタノイドの窒化物との混晶を多層構造としないで酸化する場合（実施の形態３）に比較して酸化速度を大きくするので、短時間で容易に混晶（被覆層１５ｓ）を酸窒化物（絶縁層１６ｓ）に酸化する。
【０１２９】
また、本実施の形態に係る製造方法では、ランタノイドの窒化物の各１層は、４分子層以下で形成されていることが望ましい。すなわち、本実施の形態に係る化合物半導体装置１ｓの製造方法は、ランタノイドの窒化物（例えばＤｙＮ）の結晶構造が安定化することを防止してＩＩＩ族元素の窒化物（例えばＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ）の結晶構造への影響を防止するので、ＩＩＩ族元素の窒化物の結晶性を向上させる。
【０１３０】
なお、実施の形態２で説明したとおり、化合物半導体装置１ｓ（被覆層１５ｓ）に適用されるＩＩＩ族元素の窒化物は、ＡｌＧａＩｎＮであることが望ましい。この構成によって、ＩＩＩ族元素の窒化物としてＩｎを含むことから、Ｉｎを含まないＩＩＩ族元素の窒化物と比較してさらに低い酸化温度で酸化され、界面準位の発生をさらに抑制する。
【符号の説明】
【０１３１】
１、１ｓ  化合物半導体装置
１１  基板
１２  下地層
１３  超格子バッファー層（バッファー層）
１４  ＧａＮ層
１５、１５ｓ  被覆層
１６、１６ｓ  絶縁層（ゲート絶縁膜）
１７  ソース領域（不純物領域）
１８  ドレイン領域（不純物領域）
２１  ソース電極
２２  ドレイン電極
２３  ゲート電極
３１  表面保護膜
３２  フォトレジスト膜
３２ｗ  開口部
３３  酸化防止膜
３３ｐ  酸化防止マスク膜
３３ｗ、３４ｗ、３５ｗ、３６ｗ  開口部
３４、３５、３６  フォトレジスト膜
ＳＩ  イオン注入
【図１】
2012099617.tif 000003
【図２】
2012099617.tif 000004
【図３Ａ】
2012099617.tif 000005
【図３Ｂ】
2012099617.tif 000006
【図３Ｃ】
2012099617.tif 000007
【図３Ｄ】
2012099617.tif 000008
【図３Ｅ】
2012099617.tif 000009
【図３Ｆ】
2012099617.tif 000010
【図３Ｇ】
2012099617.tif 000011
【図３Ｈ】
2012099617.tif 000012
【図３Ｊ】
2012099617.tif 000013
【図３Ｋ】
2012099617.tif 000014
【図３Ｌ】
2012099617.tif 000015
【図３Ｍ】
2012099617.tif 000016
【図３Ｎ】
2012099617.tif 000017
【図３Ｐ】
2012099617.tif 000018