(57)【要約】【課題】ゲート電極へのリーク電流及び電流コラプスの双方を低減できる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供する。【解決手段】半導体基板１Ａの製造方法であって、チャネル領域１７を含む窒化物半導体層１２を基板１１上に形成する工程と、窒化物半導体を含むキャップ層１３を窒化物半導体層１２上に成長させる工程とを備える。キャップ層１３の成長温度は６００℃よりも高く１０００℃よりも低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル領域を含む窒化物半導体層を基板上にＭＯＣＶＤ法を用い形成する工程と、
窒化物半導体を含むキャップ層を前記窒化物半導体層上にＭＯＣＶＤ法を用い成長させる工程と、
ソース電極及びドレイン電極を前記窒化物半導体層上に形成する工程と、
ゲート電極を前記キャップ層上に形成する工程と、
を備え、
前記キャップ層を、炭素濃度が１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、前記キャップ層の表面のＲＭＳ値が０．４ｎｍ以下になるように成長させる、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記窒化物半導体層は、前記チャネル領域よりも高い電子親和力を有する電子供給層を前記チャネル領域上に有し、
前記電子供給層は、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＮからなり、前記キャップ層に接する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記キャップ層を６００℃よりも高く１０００℃よりも低い成長温度で成長させる、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】
前記窒化物半導体層を形成する工程では、キャリアガスとして水素ガスを使用し、
前記キャップ層を成長させる工程では、キャリアガスを窒素ガスに切り換える、請求項１〜３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】
前記キャップ層および前記チャネル領域はＧａＮからなり、前記キャップ層を成長させる際の原料ガスのＶ／III比は、前記チャネル領域を成長させる際の原料ガスのＶ／III比の半分以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
チャネル領域を含み、基板上に設けられた窒化物半導体層と、
窒化物半導体を含み、前記窒化物半導体層上に設けられたキャップ層と、
前記窒化物半導体層上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記キャップ層上に設けられたゲート電極と、
を備え、
前記キャップ層の炭素濃度は１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、前記キャップ層の表面のＲＭＳ値は０．４ｎｍ以下である、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ものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧａＮなどの窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor；ＨＥＭＴ）などのトランジスタが実用化されている。ＨＥＭＴを作製する際には、例えば、絶縁性基板上にバッファ層、ＧａＮ層、電子供給層、及びキャップ層を順次積層し、電子供給層とオーミック接触を成すソース電極及びドレイン電極、並びにこれらの電極間に位置するゲート電極を形成する。このような構造を備えるＨＥＭＴは、ＧａＮ層と電子供給層との界面に発生する高濃度の２次元電子ガス（２ＤＥＧ）をチャネルとして動作する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】高橋清監修、「ワイドギャップ半導体光・電子デバイス」、森北出版、２００６年３月３１日、ｐ．２４２−２４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなトランジスタにおいては、電気的特性において主に２つの課題がある。一つはゲート電極への電流のリークである。他の一つは電流コラプスと呼ばれる現象であり、ドレイン電圧が高くなるとオン抵抗が変動し、電流値が減少する。そこで本発明は、ゲート電極へのリーク電流及び電流コラプスの双方を低減できる半導体装置の製造方法および半導体装置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】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法は、チャネル領域を含む窒化物半導体層を基板上にＭＯＣＶＤ法を用い形成する工程と、窒化物半導体を含むキャップ層を窒化物半導体層上にＭＯＣＶＤ法を用い成長させる工程と、ソース電極及びドレイン電極を窒化物半導体層上に形成する工程と、ゲート電極をキャップ層上に形成する工程とを備え、キャップ層を、炭素濃度が１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、キャップ層の表面のＲＭＳ値が０．４ｎｍ以下になるように成長させる。
【０００６】
また、本発明の一実施形態による半導体装置は、チャネル領域を含み、基板上に設けられた窒化物半導体層と、窒化物半導体を含み、窒化物半導体層上に設けられたキャップ層と、窒化物半導体層上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、キャップ層上に設けられたゲート電極とを備え、キャップ層は、１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の炭素濃度値を有するか、０．４ｎｍ以下の表面ＲＭＳ値を有するか、或いはその両方の値を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による半導体装置の製造方法および半導体装置によれば、ゲート電極へのリーク電流及び電流コラプスの双方を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体基板の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、一実施形態による半導体基板を用いて作製される高電子移動度トランジスタの構成を示す断面図である。
【図３】図３は、製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図４】図４は、全工程を通じた基板温度の変化を示すグラフである。
【図５】図５は、一実施形態の効果を実験により確認した結果を示すグラフである。
【図６】図６は、各成長温度でのＲＭＳ値及びゲートリーク電流をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法は、チャネル領域を含む窒化物半導体層を基板上にＭＯＣＶＤ法を用い形成する工程と、窒化物半導体を含むキャップ層を窒化物半導体層上にＭＯＣＶＤ法を用い成長させる工程と、ソース電極及びドレイン電極を窒化物半導体層上に形成する工程と、ゲート電極をキャップ層上に形成する工程とを備え、キャップ層を、炭素濃度が１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、キャップ層の表面のＲＭＳ値が０．４ｎｍ以下になるように成長させる。
【００１０】
キャップ層表面のＲＭＳ値が０．４ｎｍ以下であることによって、ゲート電極へのリーク電流を低減することができる。また、キャップ層の炭素濃度が１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることによって、電子トラップ準位を効果的に埋めることができ、電流コラプスを低減することができる。
【００１１】
上記の製造方法において、窒化物半導体層は、チャネル領域よりも高い電子親和力を有する電子供給層をチャネル領域上に有し、電子供給層は、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＮからなり、キャップ層に接してもよい。このような場合には、電子供給層がキャップ層の下地層となるが、上記のキャップ層の成長温度範囲によれば、電子供給層のIII族原子（ＩｎもしくはＧａ）の昇華を抑えて表面粗さを改善し、且つキャップ層の結晶欠陥が減少するので、ゲート電極へのリーク電流を効果的に低減することができる。
【００１２】
上記の製造方法において、キャップ層を６００℃よりも高く１０００℃よりも低い成長温度で成長させてもよい。本発明者の知見によれば、キャップ層を高温（１０００℃以上）で成長させると、下地となる窒化物半導体層のIII族原子（例えばＩｎＡｌＮ電子供給層のＩｎ）が昇華し、窒化物半導体層の表面粗さが増大する。その結果、キャップ層表面の粗さも増してリーク経路が増え、ゲート電極へのリーク電流が大きくなってしまう。また、キャップ層を極低温（６００℃以下）で成長させると、キャップ層の結晶欠陥が増加してゲート電極へのリーク電流が大きくなってしまう。そこで、上記の各製造方法では、キャップ層の成長温度を６００℃よりも高く且つ１０００℃よりも低くしている。このような温度範囲内でキャップ層を成長させることにより、窒化物半導体層のIII族原子の昇華を抑えて表面粗さが改善されるとともにキャップ層の結晶欠陥が減少するので、ゲート電極へのリーク電流を低減することができる。また、キャップ層を１０００℃以上で成長させる場合と比較してキャップ層中の炭素濃度が高くなるので、電子トラップ準位を埋めることができ、電流コラプスを低減することができる。
【００１３】
上記の製造方法において、窒化物半導体層を形成する工程では、キャリアガスとして水素ガスを使用し、キャップ層を成長させる工程では、キャリアガスを窒素ガスに切り換えてもよい。
【００１４】
上記の製造方法において、キャップ層およびチャネル領域はＧａＮからなり、キャップ層を成長させる際の原料ガスのＶ／III比は、チャネル領域を成長させる際の原料ガスのＶ／III比の半分以下であってもよい。これにより、キャップ層の成長速度を抑えることができるので、１０００℃未満といった低温で成長させることによる成長速度の高速化を防ぎ、キャップ層表面の平坦化に寄与できる。従って、電流コラプスを更に低減することができる。
【００１５】
また、本発明の一実施形態による半導体装置は、チャネル領域を含み、基板上に設けられた窒化物半導体層と、窒化物半導体を含み、窒化物半導体層上に設けられたキャップ層と、窒化物半導体層上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、キャップ層上に設けられたゲート電極とを備え、キャップ層の炭素濃度は１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、キャップ層の表面のＲＭＳ値は０．４ｎｍ以下である。キャップ層表面のＲＭＳ値が０．４ｎｍ以下であることによって、ゲート電極へのリーク電流を低減することができる。また、キャップ層の炭素濃度が１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることによって、電子トラップ準位を効果的に埋めることができ、電流コラプスを低減することができる。
【００１６】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体基板１Ａの構造を示す断面図である。この半導体基板１Ａは、ＨＥＭＴの作製に好適に用いられるエピタキシャル基板であって、図１に示されるように、基板１１と、窒化物半導体層１２と、キャップ層１３とを備える。窒化物半導体層１２は、バッファ層（核生成層）１４と、ＧａＮ層１５と、電子供給層１６とを含む複数の層からなる。
【００１８】
基板１１は、結晶成長用の基板であり、例えばＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、サファイア基板といった異種基板である。一例では、基板１１は半絶縁性のＳｉＣからなる。基板１１は、主面１１ａ及び裏面１１ｂを有し、主面１１ａを半導体成長面として提供する。
【００１９】
バッファ層１４は、基板１１の主面１１ａ上に形成された層であり、ＳｉＣなどの異種基板上に窒化物半導体を成長させる際に結晶性を高めるための層である。バッファ層１４は、窒化物半導体を主に含み、一例ではアンドープＡｌＮからなる。バッファ層１４の厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００２０】
ＧａＮ層１５は、基板１１上（本実施形態ではバッファ層１４上）にエピタキシャル成長した層である。ＧａＮ層１５は、窒化物半導体を主に含み、一例ではアンドープＧａＮ層を含む。ＧａＮ層１５の厚さは、２００ｎｍ〜１２００ｎｍであり、一例では１０００ｎｍである。なお、この半導体基板１ＡからＨＥＭＴが作製されると、ＧａＮ層１５の表面１５ａ付近には、チャネル領域１７が形成される。チャネル領域１７は、ＧａＮ層１５と電子供給層１６との界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が生じることにより形成される。
【００２１】
電子供給層１６は、ＧａＮ層１５の表面１５ａ上（すなわちチャネル領域１７上）にエピタキシャル成長した層である。電子供給層１６の厚さは、例えば５〜３０ｎｍであり、一例では１０ｎｍである。電子供給層１６は、チャネル領域１７よりも高い電子親和力を有する窒化物半導体を主に含み、一例ではアンドープＡｌＧａＮ若しくはアンドープＩｎＡｌＮからなる。電子供給層１６がアンドープＡｌＧａＮからなるとき、Ｇａに対するＡｌの組成比は例えば０．２〜０．４５である。また、電子供給層１６がアンドープＩｎＡｌＮからなるとき、Ａｌに対するＩｎの組成比は例えば０．１〜０．２５である。電子供給層１６の表面１６ａの表面粗さは、例えば原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ法）によるＲＭＳ値で０．４ｎｍ以下といった極めて小さな値である。
【００２２】
キャップ層１３は、窒化物半導体層１２上（本実施形態では電子供給層１６上）にエピタキシャル成長した層である。キャップ層１３は、窒化物半導体層１２を保護する。キャップ層１３の厚さは、１〜７ｎｍであり、一例では５ｎｍである。キャップ層１３は、窒化物半導体を主に含み、一例ではアンドープＧａＮからなる。
【００２３】
図２は、本実施形態による半導体基板１Ａを用いて作製される、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）２Ａの構成を示す断面図である。図２に示されるように、このＨＥＭＴ２Ａは、基板１１と、窒化物半導体層１２と、キャップ層１３と、ソース電極２１と、ドレイン電極２２と、ゲート電極２３と、保護膜２４ａ，２４ｂとを備える。なお、基板１１、窒化物半導体層１２、及びキャップ層１３に関し、以下に記述する事項を除く構成は、前述した半導体基板１Ａと同様である。
【００２４】
ソース電極２１及びドレイン電極２２は、キャップ層１３の表面１３ａ上に設けられている。ソース電極２１及びドレイン電極２２は、オーミック電極であり、例えばチタン（Ｔｉ）層とアルミニウム（Ａｌ）層との積層構造を有する。この場合、キャップ層１３とチタン層とが接触する。アルミニウム層は、膜厚方向においてチタン層によって挟まれていてもよい。また、図示しないが、ソース電極２１及びドレイン電極２２は、電子供給層１６の表面に形成されていても良い。
【００２５】
ゲート電極２３は、キャップ層１３の表面１３ａ上であって、ソース電極２１とドレイン電極２２との間に設けられている。ゲート電極２３は、例えばニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層との積層構造を有する。
【００２６】
保護膜２４ａは、キャップ層１３の表面のうちソース電極２１、ドレイン電極２２及びゲート電極２３との接触部分を除く領域を覆うように設けられており、窒化物半導体層１２を保護する。保護膜２４ｂは、キャップ層１３、ソース電極２１、ドレイン電極２２、及びゲート電極２３を覆うように設けられており、これらを保護する。保護膜２４ａ，２４ｂは、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜である。
【００２７】
以上の構成を備える本実施形態の半導体基板１Ａ及びＨＥＭＴ２Ａの製造方法について説明する。図３は、この製造方法の各工程を示すフローチャートである。また、図４は、全工程を通じた基板温度の変化を示すグラフであって、縦軸は成長温度（℃）を示し、縦軸は経過時間（分）を示す。なお、本実施形態では、バッファ層１４、ＧａＮ層１５、電子供給層１６、及びキャップ層１３を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）により成長させる。
【００２８】
まず、基板１１の温度を所定温度に制御したのち、III族原料ガスとして例えばＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）をキャリアガスとともに反応室に供給し、同時に、Ｖ族原料ガスとして例えばアンモニアガスを反応室に供給する。キャリアガスは、例えば水素ガスである。これにより、ＡｌＮからなるバッファ層１４が基板１１上に成長する（バッファ層形成工程Ｓ１）。この工程Ｓ１では、基板１１の温度は１０００℃以上（例えば１０５０℃）に制御される（図４の期間Ｔ１）。
【００２９】
続いて、III族原料ガスとして例えばＴＭＧ（トリメチルガリウム）をキャリアガスとともに反応室に供給し、同時に、Ｖ族原料ガスとして例えばアンモニアガスを反応室に供給する。キャリアガスは、例えば水素ガスである。これにより、ＧａＮ層１５がバッファ層１４上にエピタキシャル成長する（ＧａＮ層形成工程Ｓ２）。この工程Ｓ２では、基板１１の温度は例えばバッファ層形成工程Ｓ１と同じ温度（１０００℃以上、一例では１０５０℃）のまま維持される（図４の期間Ｔ２）。
【００３０】
続いて、III族原料ガスとして例えばＴＭＡ及びＴＭＩ（トリメチルインジウム）をキャリアガスとともに反応室に供給し、同時に、Ｖ族原料ガスとして例えばアンモニアガスを反応室に供給する。キャリアガスは、例えば水素ガスである。これにより、ＩｎＡｌＮからなる電子供給層１６がＧａＮ層１５上にエピタキシャル成長する（電子供給層形成工程Ｓ３）。この工程Ｓ３では、基板１１の温度はＧａＮ層形成工程Ｓ２よりも低い温度（例えば７００℃）に制御される（図４の期間Ｔ３）。従って、この工程Ｓ３と前工程（ＧａＮ層形成工程Ｓ２）との間には、降温工程が設けられる。また、反応室内の圧力は例えば５０Ｔｏｒｒとされる。
【００３１】
続いて、III族原料ガスとして例えばＴＭＧをキャリアガスとともに反応室に供給し、同時に、Ｖ族原料ガスとして例えばアンモニアガスを反応室に供給する。キャリアガスは、前工程までの水素ガスから窒素ガスに切り換えられるとよい。これにより、水素ガスによるエピタキシャル層のエッチングを抑制できるため、ＧａＮからなるキャップ層１３を良好な結晶性及び平坦性にてエピタキシャル成長することができる（キャップ層形成工程Ｓ４）。この工程Ｓ４では、基板１１の温度は６００℃より高く１０００℃より低い温度に制御される（図４の期間Ｔ４）。なお、図４の破線は、比較例に係る基板温度（１０５０℃）を示す。電子供給層１６がＩｎＡｌＮからなる場合には、基板１１の温度は６５０〜７５０℃であることが好ましく、一実施例では７００℃である。また、電子供給層１６がＡｌＧａＮからなる場合には、基板１１の温度は１０００〜１１００℃であることが好ましく、一実施例では１０５０℃である。なお、反応室内の圧力は例えば５０Ｔｏｒｒとされる。
【００３２】
また、この工程Ｓ４では、キャップ層１３を成長させる際の原料ガスのＶ／III比を、チャネル領域１７（すなわちＧａＮ層１５）を成長させる際の原料ガスのＶ／III比の半分以下とする。一例としては、ＧａＮ層１５を成長させる際のＴＭＧとアンモニアガスとの比を５００とし、キャップ層１３を成長させる際のＴＭＧとアンモニアガスとの比を２００とする。
【００３３】
以上の工程により、本実施形態の半導体基板１Ａが作製される。続いて、ＨＥＭＴ２Ａを作製するために、保護膜２４ａを作成し、保護膜２４ａをエッチングすることにより開口を形成し、該開口内にソース電極２１、ドレイン電極２２、及びゲート電極２３を形成する（工程Ｓ５）。その後、保護膜２４ｂを形成して保護膜２４ａ、ソース電極２１、ドレイン電極２２、及びゲート電極２３を覆う（工程Ｓ６）。これらの工程を経て、ＨＥＭＴ２Ａが完成する。
【００３４】
以上に説明した本実施形態の半導体基板１Ａ及びＨＥＭＴ２Ａの製造方法によって得られる効果について説明する。本発明者の知見によれば、キャップ層１３を１０００℃以上といった高温（例えば、バッファ層１４やＧａＮ層１５の成長温度と同等の温度）で成長させると、下地となる窒化物半導体層１２のIII族原子（例えば電子供給層１６のＩｎ）が昇華し、窒化物半導体層１２の表面粗さが増大する。その結果、キャップ層１３の表面粗さも増してリーク経路が増え、ゲート電極２３へのリーク電流が大きくなってしまう。また、キャップ層１３を６００℃以下といった極低温で成長させると、キャップ層１３の結晶欠陥が増加してゲート電極２３へのリーク電流が大きくなってしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態では、キャップ層１３の成長温度を６００℃よりも高く且つ１０００℃よりも低くしている。このような温度範囲内でキャップ層１３を成長させることにより、窒化物半導体層１２のIII族原子の昇華を抑えて表面粗さが改善されるとともにキャップ層１３の結晶欠陥が減少するので、ゲート電極２３へのリーク電流を低減することができる。
【００３６】
特に、電子供給層１６がＩｎＡｌＮからなる場合、ＩｎＡｌＮの成長温度はＡｌＧａＮと比較して２００℃以上低いので、キャップ層１３をＡｌＧａＮと同等の温度（１０００℃）で成長させると、Ｉｎの昇華が多くなり、表面が粗くなってしまう。このような場合であっても、本実施形態の製造方法によれば、Ｉｎの昇華を抑えて窒化物半導体層１２の表面粗さを顕著に改善し、ゲート電極２３へのリーク電流を低減することができる。
【００３７】
また、キャップ層１３の成長温度を１０００℃よりも低くすると、１０００℃以上で成長させる場合と比較して、キャップ層１３中の炭素濃度が高くなる。これにより、電子トラップ準位を埋めることができ、電流コラプスを低減することができる。図５は、このような効果を実験により確認した結果を示すグラフであって、縦軸はコプラス率（％）を表し、横軸は炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）を表す。また、図中のプロットＰ１はキャップ層１３を１０５０℃で成長させた場合、プロットＰ２はキャップ層１３を１０００℃で成長させた場合、プロットＰ３はキャップ層１３を６００℃で成長させた場合をそれぞれ示す。なお、コラプス率及び炭素濃度の計測にあたっては、保護膜２４ｂを形成せず電極２１〜２３を露出させたＨＥＭＴ２Ａを作成し、各電極２１〜２３にプローブを当てて計測を行った。
【００３８】
図５から明らかなように、キャップ層１３の成長温度が高くなるほど炭素濃度が低くなり、コプラス率が低下する。例えば、１０００℃以上ではコプラス率が８０％以下となる。従って、８０％を許容レベルとするとき、キャップ層１３の成長温度は１０００℃よりも低いことが好ましい。なお、このような作用は、成長温度が低い場合、III族原料ガスにおけるIII族原子と炭素原子との結合が切れにくくなることに因ると考えられる。
【００３９】
また、本実施形態のように、窒化物半導体層１２は、チャネル領域１７よりも高い電子親和力を有する電子供給層１６をチャネル領域１７上に有し、電子供給層１６は、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＮからなり、キャップ層１３に接してもよい。このような場合には、電子供給層１６がキャップ層１３の下地層となるが、上記のキャップ層１３の成長温度範囲によれば、電子供給層１６のIII族原子（ＩｎもしくはＧａ）の昇華を抑えて表面粗さを改善し、且つキャップ層１３の結晶欠陥が減少するので、ゲート電極２３へのリーク電流を効果的に低減することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、キャップ層１３の炭素濃度が１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上となっている。図５に示されたように、炭素濃度が１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であることによって、コプラス率を８０％以下といった良好な値にすることができる。すなわち、このような炭素濃度によって、電子トラップ準位を多く埋めることができ、電流コラプスを効果的に低減することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、キャップ層１３の表面のＲＭＳ値が０．４ｎｍ以下となっている。図６は、各成長温度でのＲＭＳ値及びゲートリーク電流をプロットしたグラフである。このグラフから明らかなように、成長温度が１０００℃以下の場合、ＲＭＳ値が０．４ｎｍ以下となり、ゲート電極２３へのリーク電流が１×１０-5Ａ／ｍｍ以下となっている。すなわち、キャップ層１３の表面のＲＭＳ値は０．４ｎｍ以下であることにより、電極／キャップ層界面のリークパスを抑制でき、ゲート電極２３へのリーク電流を許容レベルの１×１０-5Ａ／ｍｍ以下に抑えることができる。
【００４２】
また、本実施形態のように、窒化物半導体層１２を形成する工程では、キャリアガスとして水素ガスを使用し、キャップ層１３を成長させる工程では、キャリアガスを窒素ガスに切り換えてもよい。水素ガスはエッチング作用があるため、窒素ガスに切り替えることによって表面のモフォロジーや平坦性を良好に保てる。従って、リーク電流を更に低減できる。
【００４３】
また、本実施形態のように、キャップ層１３およびチャネル領域１７はＧａＮからなり、キャップ層１３を成長させる際の原料ガスのＶ／III比は、チャネル領域１７を成長させる際の原料ガスのＶ／III比の半分以下であってもよい。これにより、キャップ層１３の成長速度を抑えることができるので、１０００℃未満といった低温で成長させることによる成長速度の高速化を防ぎ、キャップ層１３表面の平坦化に寄与できる。従って、リーク電流を更に低減することができる。
【００４４】
また、本実施形態のＨＥＭＴ２Ａにおいて、キャップ層１３の炭素濃度は１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、キャップ層１３の表面のＲＭＳ値は０．４ｎｍ以下である。キャップ層１３表面のＲＭＳ値が０．４ｎｍ以下であることによって、ゲート電極２３へのリーク電流を低減することができる。また、キャップ層１３の炭素濃度が１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることによって、電子トラップ準位を効果的に埋めることができ、電流コラプスを低減することができる。
【００４５】
本発明による半導体装置の製造方法および半導体装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では本発明をＨＥＭＴの製造に適用した場合について説明したが、本発明はＨＥＭＴに限らず様々な半導体装置（特にトランジスタ）の製造に適用され得る。
【符号の説明】
【００４６】
１Ａ…半導体基板、１１…基板、１２…窒化物半導体層、１３…キャップ層、１４…バッファ層、１５…ＧａＮ層、１６…電子供給層、１７…チャネル領域、２１…ソース電極、２２…ドレイン電極、２３…ゲート電極、２４ａ，２４ｂ…保護膜、Ｓ１…バッファ層形成工程、Ｓ２…ＧａＮ層形成工程、Ｓ３…電子供給層形成工程、Ｓ４…キャップ層形成工程。
【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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