(57)【要約】【課題】オフ耐圧が高い縦型トランジスタおよびその製造方法を提供する。【解決手段】縦型トランジスタ１は、第１のｎ型窒化ガリウム層２２と、ｐ型窒化ガリウム層２４と、第２のｎ型窒化ガリウム層２６と、がこの順に積層され、第２のｎ型窒化ガリウム層２６の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層２２に至る開口部２０ｗを有する窒化ガリウム積層体２０と、開口部２０ｗ上および第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に配置される第３のｎ型窒化ガリウム層３０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のｎ型窒化ガリウム層と、ｐ型窒化ガリウム層と、第２のｎ型窒化ガリウム層と、がこの順に積層され、前記第２のｎ型窒化ガリウム層の主面から前記第２のｎ型窒化ガリウム層および前記ｐ型窒化ガリウム層を貫通して前記第１のｎ型窒化ガリウム層に至る開口部を有する窒化ガリウム積層体と、前記開口部上および前記第２のｎ型窒化ガリウム層上に配置される第３のｎ型窒化ガリウム層と、を備える縦型トランジスタ。
【請求項２】
前記開口部上の前記第３のｎ型窒化ガリウム層上に配置される絶縁膜をさらに含む請求項１に記載の縦型トランジスタ。
【請求項３】
前記第３のｎ型窒化ガリウム層は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さと、１×１０15ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下のキャリア濃度と、を有する請求項１または請求項２に記載の縦型トランジスタ。
【請求項４】
基板上に、第１のｎ型窒化ガリウム層と、ｐ型窒化ガリウム層と、第２のｎ型窒化ガリウム層と、がこの順に配置される窒化ガリウム積層体を形成する工程と、
前記窒化ガリウム積層体に、前記第２のｎ型窒化ガリウム層の主面から前記第２のｎ型窒化ガリウム層および前記ｐ型窒化ガリウム層を貫通して前記第１のｎ型窒化ガリウム層に至る開口部を形成する工程と、
前記開口部上および前記第２のｎ型窒化ガリウム層上に、第３のｎ型窒化ガリウム層を形成する工程と、
を備える縦型トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記開口部上の前記第３のｎ型窒化ガリウム層上に、絶縁膜を形成する工程を、さらに備える請求項４に記載の縦型トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフ耐圧が高い縦型トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物の半導体は、バンドギャップが大きいため、トランジスタなどの半導体装置に好適に用いられる。たとえば、特開２０１１−０８２３９７号公報（特許文献１）は、オン抵抗が低く、移動度が高く、かつピンチオフ特性が良好で、ドレイン電圧を増大させてもキンク現象が生じない、大電流用の半導体装置およびその製造方法として、開口部が設けられたＧａＮ系積層体と、チャネルを含む再成長層と、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極とを備え、再成長層は電子走行層および電子供給層を含み、ＧａＮ系積層体には再成長層に開口部でその端面が被覆されるｐ型ＧａＮ層が含まれ、そのｐ型ＧａＮ層にオーミック接触するｐ部電極を備える半導体装置およびその製造方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０８２３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２０１１−０８２３９７号公報（特許文献１）が開示する半導体装置は、ＧａＮ系積層体の開口部上に形成される再成長層に酸素が多く取り込まれるため、再成長層の抵抗が低下して、オフ耐圧が低下するという問題点があった。また、再成長層に取り込まれる酸素を低減するためには、ＧａＮ系積層体の主面に対するＧａＮ系積層体の開口部の側面の角度を２０°程度以下にする必要があり、半導体装置が大型化するという問題点があった。
【０００５】
そこで、上記の問題点を解決して、小型でオフ耐圧が高い縦型トランジスタおよびそ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】
【０００６】
本発明のある局面に従う縦型トランジスタは、第１のｎ型窒化ガリウム層と、ｐ型窒化ガリウム層と、第２のｎ型窒化ガリウム層と、がこの順に積層され、第２のｎ型窒化ガリウム層の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層およびｐ型窒化ガリウム層を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層に至る開口部を有する窒化ガリウム積層体と、開口部上および第２のｎ型窒化ガリウム層上に配置される第３のｎ型窒化ガリウム層と、を備える。
【０００７】
本発明の別の局面に従う縦型トランジスタの製造方法は、基板上に、第１のｎ型窒化ガリウム層と、ｐ型窒化ガリウム層と、第２のｎ型窒化ガリウム層と、がこの順に配置される窒化ガリウム積層体を形成する工程と、窒化ガリウム積層体に、第２のｎ型窒化ガリウム層の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層およびｐ型窒化ガリウム層を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層に至る開口部を形成する工程と、開口部上および第２のｎ型窒化ガリウム層上に、第３のｎ型窒化ガリウム層を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記によれば、小型でオフ耐圧が高い縦型トランジスタおよびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のある局面にかかる縦型トランジスタのある例を示す概略断面図である。
【図２】本発明のある局面にかかる縦型トランジスタのある例を示す概略平面図である。
【図３】本発明のある局面にかかる縦型トランジスタの別の例を示す概略断面図である。
【図４】本発明のある局面にかかる縦型トランジスタの別の例を示す概略平面図である。
【図５】本発明の別の局面にかかる縦型トランジスタの製造方法のある例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の別の局面にかかる縦型トランジスタの製造方法の別の例を示す概略断面図である。
【図７】従来の縦型トランジスタのある例を示す概略断面図である。
【図８】従来から変更を加えた縦型トランジスタのある例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜本発明の実施形態の説明＞
図１〜図４に示すように、本発明のある実施形態にかかる縦型トランジスタ１は、第１のｎ型窒化ガリウム層２２と、ｐ型窒化ガリウム層２４と、第２のｎ型窒化ガリウム層２６と、がこの順に積層され、第２のｎ型窒化ガリウム層２６の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層２２に至る開口部２０ｗを有する窒化ガリウム積層体２０と、開口部２０ｗ上および第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に配置される第３のｎ型窒化ガリウム層３０と、を備える。本実施形態の縦型トランジスタ１は、高いオフ耐圧を有する。
【００１１】
図３および図４に示すように、本実施形態の縦型トランジスタは１、開口部２０ｗ上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に配置される絶縁膜４０をさらに含むことができる。かかる縦型トランジスタ１は、高いオフ耐圧を有する。
【００１２】
図１〜図４に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１において、第３のｎ型窒化ガリウム層３０は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さと、１×１０15ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下のキャリア濃度と、を有することができる。かかる縦型トランジスタ１は、高いオフ耐圧とともに低いオン抵抗を有する。
【００１３】
図５および図６に示すように、本発明の別の実施形態にかかる縦型トランジスタ１の製造方法は、基板１０上に、第１のｎ型窒化ガリウム層２２と、ｐ型窒化ガリウム層２４と、第２のｎ型窒化ガリウム層２６と、がこの順に配置される窒化ガリウム積層体２０を形成する工程（図５（Ａ））および図６（Ａ）と、窒化ガリウム積層体２０に、第２のｎ型窒化ガリウム層２６の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層２２に至る開口部２０ｗを形成する工程（図５（Ｂ）および図６（Ｂ））と、開口部２０ｗ上および第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に、第３のｎ型窒化ガリウム層３０を形成する工程（図５（Ｃ）および図６（Ｃ））と、を備える。本実施形態の縦型トランジスタ１の製造方法は、高いオフ耐圧を有する縦型トランジスタ１が得られる。
【００１４】
図６に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１の製造方法は、開口部２０ｗ上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、絶縁膜４０を形成する工程（図６（Ｃ））を、さらに備えることができる。かかる縦型トランジスタ１の製造方法は、高いオフ耐圧を有する縦型トランジスタ１が得られる。
【００１５】
＜本発明の実施形態の詳細＞
［実施形態１：縦型トランジスタ］
図１〜図４に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１は、第１のｎ型窒化ガリウム層２２と、ｐ型窒化ガリウム層２４と、第２のｎ型窒化ガリウム層２６と、がこの順に積層され、第２のｎ型窒化ガリウム層２６の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層２２に至る開口部２０ｗを有する窒化ガリウム積層体２０と、開口部２０ｗ上および第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に配置される第３のｎ型窒化ガリウム層３０と、を備える。本実施形態の縦型トランジスタ１は、高いオフ耐圧を有する。
【００１６】
図１および図２は、本実施形態の縦型トランジスタ１のある例（第１例）を示す。ここで、図２は第１例の縦型トランジスタ１の第３のｎ型窒化ガリウム層３０側の主面をその垂直な方向からみた概略平面図であり、図１は図２のＩ−Ｉにおける概略断面図である。また、図３および図４は、本実施形態の縦型トランジスタ１の別の例（第２例）を示す。ここで、図４は第２例の縦型トランジスタ１の第３のｎ型窒化ガリウム層３０側の主面をその垂直な方向からみた概略平面図であり、図３は図４のＩＩＩ−ＩＩＩにおける概略断面図である。
【００１７】
図７に示すように、特開２０１１−０８２３９７号公報は、開口部２０Ｒｗが設けられたＧａＮ系積層体２０Ｒと、ＧａＮ系積層体２０Ｒの開口部２０Ｒｗを覆うようにエピタキシャル成長した、チャネルを含む再成長層３０Ｒと、開口部２０Ｒｗにおいて再成長層３０Ｒの上に位置するゲート電極５０Ｇと、開口部２０Ｒｗの周囲のＧａＮ系積層体２０Ｒ上において再成長層３０Ｒに接して位置するソース電極５０Ｓと、ソース電極５０ＳからＧａＮ系積層体２０Ｒの厚み方向に隔たって、ソース電極５０Ｓとチャネルとを挟むように位置するドレイン電極５０Ｄと、を備え、上記再成長層３０ＲはＧａＮ電子走行層３２ＲおよびＡｌＧａＮ電子供給層３４Ｒを含み、上記チャネルがＧａＮ電子走行層３２ＲにおけるＡｌＧａＮ電子供給層３４Ｒとの界面に形成される二次元電子ガス２ＤＥＧであり、ＧａＮ系積層体２０Ｒには、開口部２０Ｒｗの側面において再成長層３０Ｒにその端面が被覆されるｎ-型ＧａＮドリフト層２２Ｒ、ｐ型ＧａＮ層２４Ｒおよびｎ+型ＧａＮキャップ層２６Ｒが含まれ、そのｐ型ＧａＮ層２４Ｒにオーミック接触するｐ部電極５０ＳＰを備える半導体装置を開示する。
【００１８】
特開２０１１−０８２３９７号公報に開示の上記の半導体装置は、ＧａＮ系積層体２０Ｒの開口部２０Ｒｗ上に形成される再成長層３０Ｒに酸素が多く取り込まれるため、再成長層３０Ｒの抵抗が低下して、オフ耐圧が低下するという問題点がある。また、再成長層３０Ｒに取り込まれる酸素を低減するためには、ＧａＮ系積層体２０Ｒの主面に対するＧａＮ系積層体２０Ｒの開口部２０Ｒｗの側面の角度を２０°程度以下にする必要があり、半導体装置が大型化するという問題点がある。
【００１９】
また、図８に示すように、図７の半導体装置のＧａＮ系再成長層３０Ｒに替えて絶縁膜４０が形成される半導体装置は、反転層であるｐ型ＧａＮ層２４Ｒのエッチングにより形成される露出面（エッチング面）に形成される二次元電子ガスがチャネルとなるため、ノーマリオフが容易になるが、制御性および信頼性に乏しいという問題点がある。
【００２０】
そこで、図１〜図４に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１は、窒化ガリウム積層体２０であるＧａＮ系積層体の開口部２０ｗ上に、上記のＧａＮ電子走行層およびＡｌＧａＮ電子供給層を含む再成長層あるいは絶縁膜に替えて、第３のｎ型窒化ガリウム層３０を形成することにより、ｐ型窒化ガリウム層２４上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０はチャネルとなることにより完全にキャリアが欠乏化するため、窒化ガリウム積層体２０の主面に対する窒化ガリウム積層体２０の開口部２０ｗの側面の角度を大きくして直角としても、オフ耐圧が低下しない。このため、本実施形態の縦型トランジスタ１は、大型化することなく小型で高いオフ耐圧を有し制御性および信頼性が高い縦型トランジスタ１が得られる。
【００２１】
ここで、ソース電極５０Ｓとゲート電極５０Ｇとの間のアクセス抵抗を低減する観点から、第２のｎ型窒化ガリウム層２６は、第１のｎ型窒化ガリウム層２２に比べて、高いキャリア濃度を有することが好ましい。第１のｎ型窒化ガリウム層２２は、特に制限はないが、トレードオフの関係にある高いオフ耐圧と低いオン抵抗との両立を図る観点から、１μｍ以上２５μｍ以下の厚さと、２×１０15ｃｍ-3以上２×１０17ｃｍ-3以下のキャリア濃度と、を有することが好ましい。ｐ型窒化ガリウム層２４は、特に制限はないが、トレードオフの関係にある高いオフ耐圧と低いオン抵抗との両立を図る観点から、０．１μｍ以上１０μｍ以下の厚さと、５×１０15ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下のキャリア濃度と、を有することが好ましい。第２のｎ型窒化ガリウム層２６は、特に制限はないが、オン抵抗を低減する観点から、０．１μｍ以上３μｍ以下の厚さと、１×１０17ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下のキャリア濃度と、を有することが好ましい。
【００２２】
図３および図４に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１は、高いオフ耐圧を有する観点から、開口部２０ｗ上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に配置される絶縁膜４０をさらに含むことが好ましい。絶縁膜４０の種類は、特に制限はないが、耐圧性能が高い観点から、二酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）、窒化シリコン膜（ＳｉＮx膜）、窒化アルミニウム膜（ＡｌＮ膜）などが好ましい。絶縁膜４０の厚さは、特に制限はないが、閾値電圧を制御する観点から、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。
【００２３】
図１〜図４に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１において、高いオフ耐圧を有する観点から、第３のｎ型窒化ガリウム層３０は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さと、１×１０15ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下のキャリア濃度と、を有することが好ましい。
【００２４】
本実施形態の縦型トランジスタ１は、その機械的強度を高くする観点から、窒化ガリウム積層体２０の第１のｎ型窒化ガリウム層２２側に配置される基板１０をさらに含むことが好ましい。基板１０は、基板１０側に後述のドレイン電極を配置する観点から、導電性基板がより好ましく、たとえば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、ケイ素（Ｓｉ）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板などが好適に挙げられる。
【００２５】
本実施形態の縦型トランジスタ１は、ゲート電極５０Ｇと、ソース電極５０Ｓと、ドレイン電極５０Ｄと、ｐ部電極５０ＳＰと、をさらに含む。
ゲート電極５０Ｇは、図１および図２に示すように窒化ガリウム積層体２０の開口部２０ｗ上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、または、図３および図４に示すようにその第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に絶縁膜４０が配置されている場合はその絶縁膜４０上に、配置される。ゲート電極５０Ｇは、上記の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に直接配置される場合は、第３のｎ型窒化ガリウム層３０とショットキー接触するようにする。ゲート電極５０Ｇは、上記観点から、ニッケル（Ｎｉ）電極、金（Ａｕ）電極、白金（Ｐｔ）電極などが好適に挙げられる。
【００２６】
ソース電極５０Ｓは、図１〜図４に示すように窒化ガリウム積層体２０の開口部２０ｗ以外の第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に配置されている第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に配置され、第３のｎ型窒化ガリウム層３０とオーミック接触する。ソース電極５０Ｓは、上記観点から、チタン（Ｔｉ）電極、アルミニウム（Ａｌ）電極などが好適に挙げられる。
【００２７】
ドレイン電極５０Ｄは、図１〜図４に示すように、窒化ガリウム積層体２０の第１のｎ型窒化ガリウム層２２側（第１のｎ型窒化ガリウム層２２側に基板１０として導電性基板が配置される場合は基板１０上に配置され、基板１０とオーミック接触する。ドレイン電極５０Ｄは、上記観点から、チタン（Ｔｉ）電極、アルミニウム（Ａｌ）電極などが好適に挙げられる。
【００２８】
図１〜図４に示す本実施形態の縦型トランジスタ１において、ゲート電極５０Ｇ、ソース電極５０Ｓおよびドレイン電極５０Ｄが上記のように配置されることにより、電子は、ソース電極５０Ｓから第３のｎ型窒化ガリウム層３０および第１のｎ型窒化ガリウム層２２を経由してドレイン電極５０Ｄへと、各層の厚さ方向すなわち縦型トランジスタ１の縦方向に流れる。ｐ型窒化ガリウム層２４は、第１のｎ型窒化ガリウム層２２と第２のｎ型窒化ガリウム層２６との間に配置される。ｐ型窒化ガリウム層２４は、電子を流すわけではないが、電子のバンドエネルギーを持ち上げ、かつ、耐圧特性を高くするなどのバックゲート効果を発揮する。
【００２９】
ｐ部電極５０ＳＰは、図１〜図４に示すように、ソース電極５０Ｓ下において、第３のｎ型窒化ガリウム層３０および第２のｎ型窒化ガリウム層２６を貫通して、ソース電極５０Ｓからｐ型窒化ガリウム層２４に至るように配置され、ソース電極５０Ｓおよびｐ型窒化ガリウム層２４とオーミック接触する。ｐ部電極５０ＳＰは、上記観点から、ニッケル（Ｎｉ）電極、白金（Ｐｔ）電極などが好適に挙げられる。かかるｐ部電極５０ＳＰにより、ソース電極５０Ｓとｐ型窒化ガリウム層２４とは共通の電位を有し、ｐ型窒化ガリウム層２４はたとえば接地電位に固定される。こうしてピンチオフ特性の向上、縦方向の耐圧性能の向上、およびキンク現象の防止などの作用を発揮する。
【００３０】
図２および図４に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１において、縦型トランジスタ１の第３のｎ型窒化ガリウム層３０側の主面をその垂直な方向から見た平面形状は、特に制限はないが、面積効率が高い観点から、窒化ガリウム積層体２０の開口部２０ｗの平面形状は六角形が好ましく、これに対応して、ゲート電極５０Ｇの平面形状は六角形が好ましく、ソース電極５０Ｓの平面形状およびｐ部電極５０ＳＰの平面形状はいずれも六角形環状が好ましい。
【００３１】
（第１例の縦型トランジスタ）
図１および図２を参照して、本実施形態における第１例の縦型トランジスタは、導電性基板である基板１０上に、第１のｎ型窒化ガリウム層２２と、ｐ型窒化ガリウム層２４と、第２のｎ型窒化ガリウム層２６と、がこの順に積層される窒化ガリウム積層体２０が配置される。窒化ガリウム積層体２０は、第２のｎ型窒化ガリウム層２６の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層２２に至る開口部２０ｗを有する。開口部２０ｗ上および第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に第３のｎ型窒化ガリウム層３０が配置される。開口部２０ｗ上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上にゲート電極５０Ｇが配置される。ゲート電極５０Ｇは、第３のｎ型窒化ガリウム層３０にショットキー接触する。窒化ガリウム積層体２０の開口部２０ｗ上以外の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上にソース電極５０Ｓが配置される。ソース電極５０Ｓは、第３のｎ型窒化ガリウム層３０にオーミック接触する。基板１０上にドレイン電極５０Ｄが配置される。ドレイン電極５０Ｄは、基板１０にオーミック接触する。ソース電極５０Ｓ下において、第３のｎ型窒化ガリウム層３０および第２のｎ型窒化ガリウム層２６を貫通して、ソース電極５０Ｓからｐ型窒化ガリウム層２４に至るようにｐ部電極５０ＳＰが配置される。ｐ部電極５０ＳＰは、ソース電極５０Ｓおよびｐ型窒化ガリウム層２４とオーミック接触する。
【００３２】
第１例の縦型トランジスタ１は、第３のｎ型窒化ガリウム層３０のキャリアを完全に欠乏化させることができるため、高いオフ耐圧を有する。
【００３３】
（第２例の縦型トランジスタ）
図３および図４を参照して、本実施形態における第２例の縦型トランジスタは、導電性基板である基板１０上に、第１のｎ型窒化ガリウム層２２と、ｐ型窒化ガリウム層２４と、第２のｎ型窒化ガリウム層２６と、がこの順に積層される窒化ガリウム積層体２０が配置される。窒化ガリウム積層体２０は、第２のｎ型窒化ガリウム層２６の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層２２に至る開口部２０ｗを有する。開口部２０ｗ上および第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に第３のｎ型窒化ガリウム層３０が配置される。開口部２０ｗ上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に絶縁膜４０が配置される。絶縁膜４０上にゲート電極５０Ｇが配置される。窒化ガリウム積層体２０の開口部２０ｗ上以外の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上にソース電極５０Ｓが配置される。ソース電極５０Ｓは、第３のｎ型窒化ガリウム層３０にオーミック接触する。基板１０上にドレイン電極５０Ｄが配置される。ドレイン電極５０Ｄは、基板１０にオーミック接触する。ソース電極５０Ｓ下において、第３のｎ型窒化ガリウム層３０および第２のｎ型窒化ガリウム層２６を貫通して、ソース電極５０Ｓからｐ型窒化ガリウム層２４に達するようにｐ部電極５０ＳＰが配置される。ｐ部電極５０ＳＰは、ソース電極５０Ｓおよびｐ型窒化ガリウム層２４とオーミック接触する。
【００３４】
第２例の縦型トランジスタ１は、絶縁膜４０によりゲートリーク電流が抑制されるため、高いオフ耐圧を有する。
【００３５】
［実施形態２：縦型トランジスタの製造方法］
図５および図６に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１の製造方法は、基板１０上に、第１のｎ型窒化ガリウム層２２と、ｐ型窒化ガリウム層２４と、第２のｎ型窒化ガリウム層２６と、がこの順に配置される窒化ガリウム積層体２０を形成する工程（図５（Ａ）および図６（Ａ））と、窒化ガリウム積層体２０に、第２のｎ型窒化ガリウム層２６の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層２２に至る開口部２０ｗを形成する工程（図５（Ｂ）および図６（Ｂ））と、開口部２０ｗ上および第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に、第３のｎ型窒化ガリウム層３０を形成する工程（図５（Ｃ）および図６（Ｃ））と、を備える。本実施形態の縦型トランジスタ１の製造方法は、高いオフ耐圧を有する実施形態１の縦型トランジスタ１が得られる。
【００３６】
（窒化ガリウム積層体を形成する工程）
図５（Ａ）および図６（Ａ）に示すように、窒化ガリウム積層体２０を形成する工程は、基板１０上に第１のｎ型窒化ガリウム層２２と、ｐ型窒化ガリウム層２４と、第２のｎ型窒化ガリウム層２６と、をこの順に形成して配置することにより行なう。基板１０上に第１のｎ型窒化ガリウム層２２と、ｐ型窒化ガリウム層２４と、第２のｎ型窒化ガリウム層２６と、をこの順に形成する方法は、特に制限はないが、品質のよい第１のｎ型窒化ガリウム層２２、ｐ型窒化ガリウム層２４および第２のｎ型窒化ガリウム層２６を形成する観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、昇華法などの気相法、高窒素圧溶液法、フラックス法などの液相法などが好ましい。
【００３７】
（開口部を形成する工程）
図５（Ｂ）および図６（Ｂ）に示すように、開口部２０ｗを形成する工程は、窒化ガリウム積層体２０に、第２のｎ型窒化ガリウム層２６の主面から第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層２２に至る開口部２０ｗを形成することにより行なう。開口部２０ｗを形成する方法は、寸法精度の高い開口部２０ｗを効率よく形成する観点から、エッチングが好ましく、その中でも最初にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）−ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりドライエッチングを行ない、これにより生じたエッチングダメージを除去するために薬液（たとえばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液）を用いたウエットエッチングを行なうことがより好ましい。
【００３８】
（第３のｎ型窒化ガリウム層を形成する工程）
図５（Ｃ）および図６（Ｃ）に示すように、第３のｎ型窒化ガリウム層３０を形成する工程は、開口部２０ｗ上および第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に、第３のｎ型窒化ガリウム層３０を形成することにより行なう。第３のｎ型窒化ガリウム層３０を形成する方法は、特に制限はないが、品質のよい第３のｎ型窒化ガリウム層３０を形成する観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、昇華法などの気相法、高窒素圧溶液法、フラックス法などの液相法などが好ましい。
【００３９】
（絶縁膜を形成する工程）
図６（Ｃ）に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１の製造方法は、開口部２０ｗ上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、絶縁膜４０を形成する工程をさらに備えることが好ましい。かかる縦型トランジスタ１の製造方法は、高いオフ耐圧を有する縦型トランジスタ１が得られる。絶縁膜４０を形成する工程は、開口部２０ｗ上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、絶縁膜４０を形成することにより行なう。絶縁膜４０を形成する方法は、特に制限はないが、品質のよい絶縁膜４０を効率よく形成する観点から、スパッタ法、ＥＢ（電子線）蒸着法、抵抗加熱蒸着法などが好ましい。
【００４０】
（ｐ部電極を形成する工程）
図５（Ｄ）および図６（Ｄ）に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１の製造方法は、ｐ部電極５０ＳＰを形成する工程をさらに備えることが好ましい。ｐ部電極５０ＳＰを形成する方法は、特に制限はないが、品質のよいｐ部電極５０ＳＰを効率よく形成する観点から開口部２０ｗ以外の第３のｎ型窒化ガリウム層３０の主面から第３のｎ型窒化ガリウム層３０および第２のｎ型窒化ガリウム層２６を貫通してｐ型窒化ガリウム層２４に至る開口部を形成した後、その開口部にｐ部電極５０ＳＰを形成することにより行なう。上記の開口部を形成する方法は、寸法精度よい開口部を効率よく形成する観点から、エッチングが好ましく、その中でも最初にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）−ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりドライエッチングを行ない、これにより生じたエッチングダメージを除去するために薬液（たとえばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液）を用いたウエットエッチングを行なうことがより好ましい。また、上記のｐ部電極５０ＳＰ形成する方法は、品質のよいｐ部電極５０ＳＰを効率よく生成する観点から、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法などが好ましい。
【００４１】
（ソース電極、ゲート電極およびドレイン電極を形成する工程）
図５（Ｅ）および図６（Ｅ）に示すように、本実施形態の縦型トランジスタ１の製造方法は、ソース電極５０Ｓ、ゲート電極５０Ｇおよびドレイン電極５０Ｄを形成する工程をさらに備えることが好ましい。
【００４２】
ソース電極５０Ｓは、ｐ部電極５０ＳＰ上にそれに電気的に接続するように形成する。ソース電極５０Ｓを形成する方法は、品質のよいｐ部電極５０ＳＰを効率よく形成する観点から、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法などが好ましい。
【００４３】
ゲート電極５０Ｇは、図５（Ｅ）に示すように開口部２０ｗ上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、または、図６（Ｅ）に示すようにその第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に絶縁膜４０が配置されている場合はその絶縁膜４０上に、形成する。ゲート電極５０Ｇを形成する方法は、品質のよいゲート電極５０Ｇを効率よく形成する観点から、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法などが好ましい。ゲート電極５０Ｇは、上記の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に直接形成する場合は、第３のｎ型窒化ガリウム層３０とショットキー接触するようにする。
【００４４】
ドレイン電極５０Ｄは、窒化ガリウム積層体２０の第１のｎ型窒化ガリウム層２２側の基板１０上に形成する。ドレイン電極５０Ｄを形成する方法は、品質のよいドレイン電極５０Ｄを効率よく形成する観点から、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法などが好ましい。
【００４５】
このようにして、高いオフ耐圧を有する実施形態１の縦型トランジスタ１が得られる。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）
本実施例は、図１、図２および図５に示すような第１例の縦型トランジスタ１についての実施例である。
【００４７】
１．縦型トランジスタの作製
（１）窒化ガリウム積層体の形成
まず、図５（Ａ）に示すように、基板１０である主面が（０００１）面で厚さが３５０μｍでキャリア濃度が５×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ基板の主面上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法により、第１のｎ型窒化ガリウム層２２である厚さが５．０μｍでキャリア濃度が５．０×１０15ｃｍ-3のｎ-型ＧａＮ層、ｐ型窒化ガリウム層２４である厚さが０．５μｍでキャリア濃度が５．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ層、および第２のｎ型窒化ガリウム層２６である厚さ０．３μｍでキャリア濃度が５．０×１０17ｃｍ-3のｎ+型ＧａＮ層をこの順に成長させることにより、窒化ガリウム積層体２０を形成した。なお、基板１０の主面の面方位は、Ｘ線回折により測定した。また、基板１０の主面上に成長させた第１のｎ型窒化ガリウム層２２、ｐ型窒化ガリウム層２４および第２のｎ型窒化ガリウム層２６のそれぞれの主面の面方位は、基板１０の主面の面方位と同じであることが既に知られている。
【００４８】
（２）開口部の形成
次に、窒化ガリウム積層体２０の第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に、フォトリソグラフィーにより、所定領域にレジストマスク（図示せず）を形成した。次いで、図５（Ｂ）に示すように、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）−ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、第２のｎ型窒化ガリウム層２６、ｐ型窒化ガリウム層２４、および第１のｎ型窒化ガリウム層２２の一部をエッチング除去することにより、第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４を貫通して第１のｎ型窒化ガリウム層２２に至る開口部２０ｗを形成した。次いで、有機洗浄およびアッシングなどによりレジストマスクを除去した。次いで、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）を用いたウエットエッチングにより、ＩＣＰ−ＲＩＥにより生じた開口部２０ｗの底面および側面のエッチングダメージを除去した。
【００４９】
得られた開口部２０ｗについて、第２のｎ型窒化ガリウム層２６側からその主面に垂直な方向から見た平面形状は、段差・表面あらさ・微細形状測定装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｐ−１６＋）により測定したところ、一辺の長さが５０μｍの正六角形であり、深さが１μｍであった。開口部２０ｗの底面（第２のｎ型窒化ガリウム層２６の主面にほぼ平行）に対する側面の角度は、段差・表面あらさ・微細形状測定装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｐ−１６＋）で測定したところ、ほぼ９０°であった。
【００５０】
（３）第３のｎ型窒化ガリウム層の形成
次に、図５（Ｃ）に示すように、開口部２０ｗ上および第２のｎ型窒化ガリウム層２６上に、ＭＯＣＶＤ法により、第３のｎ型窒化ガリウム層３０である厚さが０．０１μｍでキャリア濃度が５×１０15ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ層を成長させることにより、第３のｎ型窒化ガリウム層３０を形成した。
【００５１】
（４）ｐ部電極の形成
次に、図５（Ｄ）に示すように、第２のｎ型窒化ガリウム層２６上の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、フォトリソグラフィーにより、所定領域にレジストマスク（図示せず）を形成した。次いで、ＩＣＰ−ＲＩＥにより、第３のｎ型窒化ガリウム層３０、第２のｎ型窒化ガリウム層２６およびｐ型窒化ガリウム層２４の一部をエッチング除去することにより、第３のｎ型窒化ガリウム層３０の主面から第３のｎ型窒化ガリウム層３０および第２のｎ型窒化ガリウム層２６を貫通してｐ型窒化ガリウム層２４に至る開口部を形成した。次いで、有機洗浄およびアッシングなどによりレジストマスクを除去した。次いで、ＴＭＡＨを用いたウエットエッチングにより、ＩＣＰ−ＲＩＥにより生じた開口部の底面および側面のエッチングダメージを除去した。
【００５２】
得られた開口部２０ｗについて、第３のｎ型窒化ガリウム層３０側からその主面に垂直な方向から見た平面形状は、内側の一辺の長さが６０μｍで幅が１０μｍの正六角形環であり、深さが０．７５μｍであった。開口部の底面（第３のｎ型窒化ガリウム層３０の主面にほぼ平行）に対する側面の角度は、ほぼ９０°であった。
【００５３】
次いで、上記開口部を除く第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、フォトリソグラフィーにより、レジストマスク（図示せず）を形成した。次いで、上記開口部内に、ＥＢ（電子線）蒸着法により、ｐ部電極５０ＳＰであるＮｉ／Ａｕ電極（厚さ５０ｎｍのＮｉ層および厚さ１００ｎｍのＡｕ層からなる電極）を形成した。次いで、有機洗浄およびアッシングなどによりレジストマスクを除去した。
【００５４】
（５）ソース電極、ゲート電極およびドレイン電極
次に、図５（Ｅ）に示すように、ｐ部電極５０ＳＰ上およびｐ部電極５０ＳＰから５μｍまでの第３のｎ型窒化ガリウム層３０上の領域および開口部２０ｗおよび開口部２０ｗから５μｍまでの第３のｎ型窒化ガリウム層３０上の領域以外の第３のｎ型窒化ガリウム層３０上の領域に、フォトリソグラフィーにより、レジストマスク（図示せず）を形成した。次いで、ｐ部電極５０ＳＰ上およびｐ部電極５０ＳＰから５μｍまでの第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、ＥＢ蒸着法により、ソース電極５０ＳであるＴｉ／Ａｌ電極（厚さ１０ｎｍのＴｉ層および厚さ１００ｎｍのＡｌ層からなる電極）を形成した。また、開口部２０ｗおよび開口部２０ｗから５μｍまでの第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、ＥＢ蒸着法により、ゲート電極５０ＧであるＮｉ／Ａｕ電極（厚さ１００ｎｍのＮｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｕ層からなる電極）を形成した。ゲート電極５０Ｇは、第３のｎ型窒化ガリウム層３０にショットキー接触をしていた。次いで、有機洗浄およびアッシングなどによりレジストマスクを除去した。次いで、基板１０上に、ＥＢ蒸着法により、ドレイン電極５０ＤであるＴｉ／Ａｌ電極（厚さ１０ｎｍのＴｉ層および厚さ１００ｎｍのＡｌ層からなる電極）を形成した。こうして縦型トランジスタ１が得られた。
【００５５】
２．縦型トランジスタの特性評価
得られた縦型トランジスタ１について、半導体パラメータアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製Ｂ１５０５Ａ）により測定したところ、ソース電極５０Ｓは第３のｎ型窒化ガリウム層３０およびｐ部電極５０ＳＰとオーミック接触し、ｐ部電極５０ＳＰはｐ型窒化ガリウム層２４にオーミック接触し、ゲート電極５０Ｇは第３のｎ型窒化ガリウム層３０にショットキー接触し、ドレイン電極５０Ｄは基板１０にオーミック接触していた。半導体パラメータアナライザにより測定された逆方向電流密度１ｍＡ／ｃｍ2におけるオフ耐圧は８００Ｖと高かった。半導体パラメータアナライザにより測定された順方向電流密度５００Ａ／ｃｍ2となる閾値電圧は＋３Ｖであり、ノーマリオフ動作特性を示した。半導体パラメータアナライザにより測定された順方向電流密度５００Ａ／ｃｍ2におけるオン抵抗は１ｍΩｃｍ2と低抵抗であった。
【００５６】
（実施例２）
本実施例は、図３、図４および図６に示すような第２例の縦型トランジスタについての実施例である。
【００５７】
１．縦型トランジスタの作製
図６（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、開口部２０ｗおよび開口部２０ｗから５μｍまでの第３のｎ型窒化ガリウム層３０上に、ＣＶＤ（化学気相堆積）法により、絶縁膜４０である厚さ１０ｎｍの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜を形成し（図６（Ｃ）〜（Ｄ））、開口部２０ｗおよび開口部２０ｗから５μｍまでの絶縁膜４０上に、ＥＢ蒸着法により、ゲート電極５０ＧであるＮｉ／Ａｕ電極（厚さ１００ｎｍのＮｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｕ層からなる電極）を形成した（図６（Ｅ））こと以外は、実施例１と同様にして、本実施例の縦型トランジスタ１を作製した。
【００５８】
２．縦型トランジスタの特性評価
得られた縦型トランジスタ１について、実施例１と同様にして半導体パラメータアナライザ測定したところ、ソース電極５０Ｓは第３のｎ型窒化ガリウム層３０およびｐ部電極５０ＳＰとオーミック接触し、ｐ部電極５０ＳＰはｐ型窒化ガリウム層２４にオーミック接触し、ドレイン電極５０Ｄは基板１０にオーミック接触していた。実施例１と同様にして測定されたオフ耐圧は１０００Ｖと高く、閾値電圧は＋５Ｖであり、ノーマリオフ動作特性を示し、オン抵抗は１ｍΩｃｍ2と低抵抗であった。
【００５９】
（比較例１）
本比較例は、図７に示すような縦型トランジスタ１Ｒについての比較例である。
【００６０】
１．縦型トランジスタの作製
図７に示すように、窒化ガリウム積層体として、実施例１および実施例２と実質的に同様の、厚さが５．０μｍでキャリア濃度が５．０×１０15ｃｍ-3のｎ-型ＧａＮドリフト層２２Ｒ、厚さが０．５μｍでキャリア濃度が５．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ層２４Ｒ、および厚さ０．３μｍでキャリア濃度が５．０×１０17ｃｍ-3のｎ+型ＧａＮキャップ層２６Ｒがこの順に配置された窒化ガリウム積層体２０を形成したこと、開口部２０Ｒｗの底面（ｎ+型ＧａＮキャップ層２６Ｒの主面にほぼ平行）に対する側面の角度がほぼ２０°の開口部２０Ｒｗを形成したこと、第３のｎ型窒化ガリウム層に替えてＭＯＣＶＤ法により厚さが１００ｎｍの半絶縁性のＧａＮ電子走行層３２Ｒおよび厚さが２５ｎｍのＡｌとＧａとの組成原子比がそれぞれ０．２５と０．７５とである半絶縁性でノンドープのＡｌＧａＮ電子供給層３４Ｒがこの順に配置された再成長層３０Ｒを形成したこと、以外は実施例１と同様にして、縦型トランジスタ１Ｒを作製した。
【００６１】
得られた縦型トランジスタ１Ｒについて、実施例１と同様にして半導体パラメータアナライザ測定したところ、ソース電極５０ＳはＡｌＧａＮ電子供給層３４Ｒおよびｐ部電極５０ＳＰとオーミック接触し、ｐ部電極５０ＳＰはｐ型窒化ガリウム層２４にオーミック接触し、ゲート電極５０ＧはＡｌＧａＮ電子供給層３４Ｒにオーミック接触し、ドレイン電極５０Ｄは基板１０にオーミック接触していた。実施例１と同様にして測定されたオフ耐圧は６００Ｖと高く、閾値電圧は−５Ｖであり、ノーマリオン動作特性を示し、オン抵抗は８ｍΩｃｍ2と高抵抗であった。
【００６２】
（比較例２）
本比較例は、図８に示すような縦型トランジスタ１Ｒについての比較例である。
【００６３】
１．縦型トランジスタの作製
図８に示すように、再成長層３０Ｒに替えて、ＣＶＤ法により絶縁膜４０Ｒである厚さ１０ｎｍの二酸化ケイ素膜を形成し、開口部２０ｗおよび開口部２０ｗから５μｍまでの絶縁膜４０Ｒ上にゲート電極５０Ｇを形成したこと以外は、比較例１と同様にして、本比較例の縦型トランジスタ１を作製した。
【００６４】
得られた縦型トランジスタ１Ｒについて、実施例１と同様にして半導体パラメータアナライザ測定したところ、ソース電極５０Ｓはｐ部電極５０ＳＰとオーミック接触し、ｐ部電極５０ＳＰはｐ型窒化ガリウム層２４にオーミック接触し、ドレイン電極５０Ｄは基板１０にオーミック接触していた。実施例１と同様にして測定されたオフ耐圧は６００Ｖと高く、閾値電圧は−５Ｖであり、ノーマリオン動作特性を示し、オン抵抗は１０ｍΩｃｍ2と高抵抗であった。
【００６５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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およ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。
【符号の説明】
【００６６】
１，１Ｒ  縦型トランジスタ
２ＤＥＧ  二次元電子ガス
１０  基板
２０  窒化ガリウム積層体
２０Ｒ  ＧａＮ系積層体
２０ｗ，２０Ｒｗ  開口部
２２  第１のｎ型窒化ガリウム層
２２Ｒ  ｎ-型ＧａＮドリフト層
２４  ｐ型窒化ガリウム層
２４Ｒ  ｐ型ＧａＮ層
２６  第２のｎ型窒化ガリウム層
２６Ｒ  ｎ+型ＧａＮキャップ層
３０  第３のｎ型窒化ガリウム層
３０Ｒ  再成長層
３２Ｒ  ＧａＮ電子走行層
３４Ｒ  ＡｌＧａＮ電子供給層
４０，４０Ｒ  絶縁膜
５０Ｄ  ドレイン電極
５０Ｇ  ゲート電極
５０Ｓ  ソース電極
５０ＳＰ  ｐ部電極。
【図１】
2017050320.tif 000003
【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】
2017050320.tif 000008
【図７】
2017050320.tif 000009
【図８】
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