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JP3478005B2 - Method for etching nitride-based compound semiconductor and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP3478005B2 - Method for etching nitride-based compound semiconductor and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for etching nitride-based compound semiconductor and method for manufacturing semiconductor device

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JP3478005B2
JP3478005B2 JP17054196A JP17054196A JP3478005B2 JP 3478005 B2 JP3478005 B2 JP 3478005B2 JP 17054196 A JP17054196 A JP 17054196A JP 17054196 A JP17054196 A JP 17054196A JP 3478005 B2 JP3478005 B2 JP 3478005B2
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etching
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semiconductor
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/85Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
    • H10D62/8503Nitride Group III-V materials, e.g. AlN or GaN

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系化合物
半導体のエッチング方法および半導体装置の製造方法に
関し、特に、GaNなどの窒化物系III−V族化合物
半導体を用いた半導体装置の製造に適用して好適なもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for etching a nitride-based compound semiconductor and a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, it is applied to manufacturing a semiconductor device using a nitride-based III-V group compound semiconductor such as GaN. And is suitable.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN系半導体は、発光素子のみなら
ず、電子走行素子の材料としても大きな可能性を持って
いる。すなわち、GaNの飽和電子速度は約2.5×1
7 cm/sとSi、GaAsおよびSiCに比べて大
きく、破壊電界は約5×106 V/cmとダイヤモンド
に次ぐ大きさを持っている。このような理由により、G
aN系半導体は、高周波、大電力用半導体素子の材料と
して大きな可能性を持つことが予想されてきた。
2. Description of the Related Art GaN-based semiconductors have great potential as materials for not only light-emitting devices but also electron transit devices. That is, the saturated electron velocity of GaN is about 2.5 × 1.
It is 0 7 cm / s, which is larger than that of Si, GaAs, and SiC, and the breakdown electric field is about 5 × 10 6 V / cm, which is the second largest after diamond. For this reason, G
It has been expected that an aN-based semiconductor has great potential as a material for a semiconductor element for high frequency and high power.

【0003】しかしながら、GaN系半導体を用いて素
子を作る場合には、不純物拡散法および不純物のイオン
注入による導電層の形成という手法を適用することがで
きない点で、SiやGaAsなどを用いた従来の半導体
素子と大きく異なる。
However, in the case of making an element using a GaN-based semiconductor, it is not possible to apply the method of forming a conductive layer by impurity diffusion and ion implantation of impurities. It is very different from the semiconductor device of.

【0004】すなわち、例えば、図20に示す従来のG
aAs MESFETにおいては、半絶縁性GaAs基
板201上にアンドープGaAs層202を成長させた
後、このアンドープGaAs層202中にn型不純物を
選択的にイオン注入し、その後に活性化アニールを行う
という手法によりn型チャネル層203、n+ 型のソー
ス領域204およびドレイン領域205を形成し、n型
チャネル層203上にゲート電極205を形成するとと
もに、ソース領域204およびドレイン領域205上に
それぞれソース電極207およびドレイン電極208を
形成する。このGaAs MESFETによれば、ソー
ス領域204およびドレイン領域205のキャリア濃度
を実用上十分に高くすることができることにより、ソー
ス電極207およびドレイン電極208をそれぞれソー
ス領域204およびドレイン領域205に低接触抵抗で
オーミック接触させることができる。
That is, for example, the conventional G shown in FIG.
In the aAs MESFET, an undoped GaAs layer 202 is grown on a semi-insulating GaAs substrate 201, n-type impurities are selectively ion-implanted into the undoped GaAs layer 202, and then activation annealing is performed. Forming an n-type channel layer 203, an n + -type source region 204 and a drain region 205, forming a gate electrode 205 on the n-type channel layer 203, and a source electrode 207 on the source region 204 and the drain region 205, respectively. And a drain electrode 208 is formed. According to this GaAs MESFET, the carrier concentration of the source region 204 and the drain region 205 can be made sufficiently high practically, so that the source electrode 207 and the drain electrode 208 are respectively brought into contact with the source region 204 and the drain region 205 with low contact resistance. Ohmic contact can be made.

【0005】しかしながら、GaN系半導体を用いた場
合には、図20に示すようなGaAs MESFETと
同様な構造のMESFETを実現することは不可能であ
る。それは、GaN系半導体中にイオン注入された不純
物は熱的アニールによっては活性化されないため、キャ
リア濃度が実用上十分に高いソース領域およびドレイン
領域を形成することができず、したがってソース電極お
よびドレイン電極をそれぞれソース領域およびドレイン
領域に低接触抵抗でオーミック接触させることができな
いからである。
However, when a GaN-based semiconductor is used, it is impossible to realize an MESFET having the same structure as the GaAs MESFET as shown in FIG. This is because the impurities ion-implanted into the GaN-based semiconductor are not activated by thermal annealing, so that it is not possible to form a source region and a drain region in which the carrier concentration is practically high, and therefore the source electrode and the drain electrode are not formed. It is not possible to make ohmic contact with the source region and the drain region with low contact resistance.

【0006】一方、GaAs MESFETとしては、
図21に示すような、いわゆるリセスゲート構造を有す
るものもある。図21において、図20と同一または対
応する部分には同一の符号を付す。このGaAs ME
SFETにおいては、いわゆるリセスエッチングにより
n型チャネル層203を浅くし、等価的にソース領域2
04およびドレイン領域205を残している。
On the other hand, as a GaAs MESFET,
Some have a so-called recess gate structure as shown in FIG. 21, parts that are the same as or correspond to those in FIG. 20 are assigned the same reference numerals. This GaAs ME
In the SFET, the n-type channel layer 203 is shallowed by so-called recess etching, and the source region 2 is equivalently formed.
04 and the drain region 205 are left.

【0007】しかしながら、GaN系半導体を用いる場
合には、図21に示すようなGaAs MESFETと
同様な構造のMESFETを実現することも不可能であ
る。それは、GaN系半導体に対しては、有効なウエッ
トエッチング液がまだ開発されておらず、また、反応性
イオンエッチング(RIE)法のようなドライエッチン
グ法ではGaN系半導体を物理的に削ることは可能であ
るが、エッチングの際に損傷を伴い、その損傷は熱的ア
ニールによっては取り除くことができないからである。
However, when a GaN-based semiconductor is used, it is impossible to realize a MESFET having the same structure as the GaAs MESFET as shown in FIG. This is because an effective wet etching solution has not yet been developed for GaN-based semiconductors, and dry etching methods such as reactive ion etching (RIE) methods do not physically remove GaN-based semiconductors. This is possible, but it is accompanied by damage during etching, and the damage cannot be removed by thermal annealing.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、GaN
系半導体を用いて素子を作る場合には、高キャリア濃度
のソース領域およびドレイン領域の形成のための不純物
拡散やイオン注入あるいはRIE法によるリセスエッチ
ングという、GaAs系半導体を用いた素子で通常用い
られる手法を用いることができない。このため、GaN
系半導体を用いた電子走行素子は、ソース電極およびド
レイン電極の接触抵抗が高く、GaN系半導体を用いた
素子本来の性能を発揮することができなかった。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, GaN
In the case of making an element using a GaAs-based semiconductor, it is usually used in an element using a GaAs-based semiconductor, which is called impurity diffusion for forming a source region and a drain region having a high carrier concentration, ion implantation, or recess etching by the RIE method. The method cannot be used. Therefore, GaN
An electron transit device using a spheroidal semiconductor has a high contact resistance between the source electrode and the drain electrode, so that the original performance of the device using a GaN-based semiconductor cannot be exhibited.

【0009】一方、GaN系半導体を用いた半導体レー
ザについては、現在研究が活発に行われているが、いわ
ゆる埋め込みヘテロ構造(Buried Heterostructure, B
H)の半導体レーザの製造プロセスはまだ提案されてい
ない。それは、この埋め込みヘテロ構造の半導体レーザ
の製造においては、基板上に半導体層を複数層成長させ
た後、これらの半導体層をストライプ形状にエッチング
し、それにより除去された部分に半導体層を再成長させ
て埋める必要があるが、このエッチングにRIE法のよ
うなドライエッチング法を用いた場合には、半導体層に
大きな損傷が発生し、この損傷はその後の埋め込み用半
導体層の再成長時の温度では回復せず、レーザ特性が損
なわれてしまうからである。
On the other hand, a semiconductor laser using a GaN-based semiconductor is being actively researched, but a so-called buried heterostructure (B) is used.
The manufacturing process of the semiconductor laser of H) has not been proposed yet. In the manufacture of this buried heterostructure semiconductor laser, after growing a plurality of semiconductor layers on a substrate, these semiconductor layers are etched into stripe shapes, and the semiconductor layers are regrown at the portions removed by the etching. However, if a dry etching method such as the RIE method is used for this etching, a large damage occurs in the semiconductor layer, and this damage is caused by the temperature at the time of re-growing the semiconductor layer for embedding thereafter. This is because the laser characteristics are not recovered and the laser characteristics are impaired.

【0010】したがって、この発明の目的は、GaNな
どの窒化物系化合物半導体を、損傷を伴うことなく、し
かも良好な制御性でエッチングすることができる窒化物
系化合物半導体のエッチング方法およびこのエッチング
方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
Therefore, an object of the present invention is to etch a nitride compound semiconductor such as GaN without damage and with good controllability, and a method for etching the nitride compound semiconductor. It is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using the.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第1の発明による窒化物系化合物半導体
のエッチング方法は、水素ガスおよび不活性ガスのうち
の少なくとも一方からなる第1のガスとハロゲンガスお
よびハロゲンと炭素との化合物のガスからなる第2のガ
スとの混合ガスからなるエッチングガスを用いて窒化物
系化合物半導体を気相エッチングするようにしたことを
特徴とするものである。この発明の第2の発明による窒
化物系化合物半導体のエッチング方法は、水素ガスおよ
び不活性ガスのうちの少なくとも一方からなる第1のガ
スとハロゲンと炭素との化合物のガスからなる第2のガ
スとの混合ガスからなるエッチングガスを用いて窒化物
系化合物半導体を気相エッチングするようにしたことを
特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the method for etching a nitride-based compound semiconductor according to the first invention of the present invention comprises a first method comprising at least one of hydrogen gas and inert gas. the nitride-based compound semiconductor by using a mixed gas or Ranaru etching gas and characterized in that so as to vapor-phase etching of the compounds of the gas and halogen gas and halogen and carbon with a second gas comprising a gas To do. According to the second invention of the present invention
The method for etching a compound semiconductor is hydrogen gas and
And a first gas containing at least one of an inert gas
That the nitride-based compound semiconductor using an etching gas comprising a mixed gas of a second gas comprising Graphics and gas of a compound with a halogen and-carbon was such that vapor-phase etching
It is a feature.

【0012】 この発明の第1および第2の発明におい
ては、典型的には、エッチングすべき部分以外の部分の
窒化物系化合物半導体の表面を絶縁膜で覆い、絶縁膜を
マスクとして窒化物系化合物半導体をエッチングする。
In the first and second aspects of the present invention, typically, the surface of the nitride-based compound semiconductor in a portion other than the portion to be etched is covered with an insulating film, and the nitride-based compound semiconductor is used as a mask. Etching a compound semiconductor.

【0013】 この発明の第の発明は、窒化物系化合
物半導体を用いた半導体装置の製造方法において、エッ
チングすべき部分以外の部分の窒化物系化合物半導体の
表面を絶縁膜で覆い、絶縁膜をマスクとして、水素ガス
および不活性ガスのうちの少なくとも一方からなる第1
のガスとハロゲンガスおよびハロゲンと炭素との化合物
のガスからなる第2のガスとの混合ガスからなるエッチ
ングガスを用いて窒化物系化合物半導体を選択的に気相
エッチングする工程と、絶縁膜をマスクとして、窒化物
系化合物半導体の選択的に気相エッチングされた部分に
化合物半導体を選択的に成長させて埋め込む工程とを有
することを特徴とするものである。この発明の第4の発
明は、窒化物系化合物半導体を用いた半導体装置の製造
方法において、エッチングすべき部分以外の部分の窒化
物系化合物半導体の表面を絶縁膜で覆い、絶縁膜をマス
クとして、水素ガスおよび不活性ガスのうちの少なくと
も一方からなる第1のガスとハロゲンと炭素との化合物
のガスからなる第2のガスとの混合ガスからなるエッチ
ングガスを用いて窒化物系化合物半導体を選択的に気相
エッチングする工程と、絶縁膜をマスクとして、窒化物
系化合物半導体の選択的に気相エッチングされた部分に
化合物半導体を選択的に成長させて埋め込む工程とを有
することを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device using a nitride-based compound semiconductor, the surface of the nitride-based compound semiconductor in a portion other than a portion to be etched is covered with an insulating film, A first mask comprising at least one of hydrogen gas and an inert gas using the mask as a mask.
Selectively vapor-phase etching the nitride-based compound semiconductor by using an etching gas composed of a mixed gas of a gas containing the above gas and a halogen gas and a second gas containing the compound of a halogen and carbon, and an insulating film. As a mask, a step of selectively growing and burying a compound semiconductor in a portion of the nitride-based compound semiconductor that has been selectively vapor-phase etched is provided. Fourth aspect of the present invention
Akira is the manufacture of semiconductor devices using nitride compound semiconductors
In the method, nitriding of parts other than the part to be etched
A second gas consisting of a first gas consisting of at least one of hydrogen gas and an inert gas and a gas of a compound of halogen and carbon, which covers the surface of the physical compound semiconductor with an insulating film and uses the insulating film as a mask. A step of selectively vapor-etching a nitride-based compound semiconductor using an etching gas composed of a mixed gas of
Have the burying with the <br/> compound semiconductor selectively vapor-phase etching portions of the system compound semiconductor selectively grown
It is characterized by doing.

【0014】この発明において、第2のガスとして用い
られるハロゲンガスまたはハロゲン化合物ガスは、エッ
チング温度でハロゲンを分離するものであれば、基本的
にはどのようなものであってもよい。具体的には、ハロ
ゲンガスは、塩素(Cl2 )ガス、臭素(Br3 )ガ
ス、フッ素(F3 )ガスなどである。また、ハロゲン化
合物ガスは、ハロゲンと水素との化合物のガス(ハイド
ライドガスの一種)や、ハロゲンと炭素との化合物のガ
スなどである。前者のハロゲンと水素との化合物のガス
は具体的には例えば塩化水素(HCl)ガスなどであ
り、ハロゲンと炭素との化合物のガスは具体的には例え
ばCCl3 3 などである。
In the present invention, the halogen gas or halogen compound gas used as the second gas may be basically any gas as long as it separates halogen at the etching temperature. Specifically, the halogen gas is chlorine (Cl 2 ) gas, bromine (Br 3 ) gas, fluorine (F 3 ) gas, or the like. The halogen compound gas is a compound gas of halogen and hydrogen (a kind of hydride gas), a compound gas of halogen and carbon, or the like. The former compound gas of halogen and hydrogen is, for example, hydrogen chloride (HCl) gas, and the specific compound gas of halogen and carbon is, for example, CCl 3 F 3 .

【0015】この発明において、第1のガスと第2のガ
スとの組み合わせは基本的には任意に選ぶことが可能で
あるが、例えば、第1のガスは窒素ガスであり、第2の
ガスは塩化水素ガスである。また、他の例では、第1の
ガスは窒素ガスであり、第2のガスは塩素ガスである。
さらに他の例では、第1のガスは水素ガスであり、第2
のガスは塩素ガスである。
In the present invention, the combination of the first gas and the second gas can be basically selected arbitrarily. For example, the first gas is nitrogen gas and the second gas is Is hydrogen chloride gas. In another example, the first gas is nitrogen gas and the second gas is chlorine gas.
In yet another example, the first gas is hydrogen gas and the second gas is
The gas of is chlorine gas.

【0016】この発明において、典型的には、窒化物系
化合物半導体はAl、GaおよびInからなる群より選
ばれた少なくとも一種のIII族元素とNとからなる窒
化物系III−V族化合物半導体である。この窒化物系
III−V族化合物半導体の具体例をいくつか挙げる
と、GaN、AlGaN、GaInNなどである。
In the present invention, typically, the nitride-based compound semiconductor is a nitride-based III-V group compound semiconductor composed of N and at least one group III element selected from the group consisting of Al, Ga and In. Is. Some specific examples of the nitride-based III-V group compound semiconductor are GaN, AlGaN, and GaInN.

【0017】この発明において、エッチングは、必要な
エッチング速度が得られ、かつ、被エッチング物である
窒化物系化合物半導体の結晶の破壊あるいは結晶性の劣
化が起きない範囲の温度で行う。特に、被エッチング物
が窒化物系III−V族化合物半導体である場合には、
エッチングは、典型的には、400℃以上800℃以下
の温度で行い、好適には、500℃以上700℃以下の
温度で行う。
In the present invention, the etching is carried out at a temperature within a range where the necessary etching rate is obtained and the crystal of the nitride compound semiconductor as the object to be etched is not broken or the crystallinity is not deteriorated. Particularly, when the etching target is a nitride-based III-V group compound semiconductor,
The etching is typically performed at a temperature of 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, and preferably 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.

【0018】この発明において、選択エッチングおよび
選択成長のマスクとして用いられる絶縁膜は、例えば、
酸化シリコン膜または窒化シリコン膜である。
In the present invention, the insulating film used as a mask for selective etching and selective growth is, for example,
It is a silicon oxide film or a silicon nitride film.

【0019】この発明において、窒化物系化合物半導体
の選択的にエッチングされた部分に埋め込まれる化合物
半導体は、例えば、窒化物系化合物半導体が窒化物系I
II−V族化合物半導体である場合、ヒ素系III−V
族化合物半導体またはリン系III−V族化合物半導体
である。また、この化合物半導体の成長には、典型的に
は、有機金属化学気相成長(MOCVD)法が用いられ
る。
In the present invention, the compound semiconductor embedded in the selectively etched portion of the nitride-based compound semiconductor is, for example, a nitride-based compound semiconductor of the nitride-based compound I.
In the case of a II-V group compound semiconductor, arsenic III-V
It is a group III compound semiconductor or a phosphorus-based III-V group compound semiconductor. In addition, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method is typically used for growing the compound semiconductor.

【0020】上述のように構成されたこの発明による窒
化物系化合物半導体のエッチング方法においては、気相
で熱化学的にエッチングが行われるので、エッチングに
よる窒化物系化合物半導体の損傷が生じない。また、エ
ッチング速度は主に温度で制御されるので、エッチング
の制御性が良好である。
In the method of etching a nitride-based compound semiconductor according to the present invention having the above-described structure, since the gas-phase thermochemical etching is performed, the nitride-based compound semiconductor is not damaged by the etching. Further, since the etching rate is mainly controlled by the temperature, the controllability of etching is good.

【0021】上述のように構成されたこの発明による半
導体装置の製造方法によれば、窒化物系化合物半導体の
エッチングが気相で行われるので、このエッチングを気
相成長装置の反応炉内で行うことができる。そして、こ
の気相成長装置の反応炉内で窒化物系化合物半導体の選
択エッチングを行った後、引き続いて、この反応炉内
で、選択エッチングされた部分の清浄な表面に化合物半
導体を選択的に成長させて埋め込むことができる。ま
た、選択エッチングのマスクに用いられる絶縁膜をその
まま選択成長のマスクとして用いているので、選択エッ
チングにより除去された部分に化合物半導体を自己整合
的に埋め込むことができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention having the above-described structure, the etching of the nitride compound semiconductor is performed in the vapor phase, so this etching is performed in the reaction furnace of the vapor phase growth apparatus. be able to. Then, after performing selective etching of the nitride-based compound semiconductor in the reaction furnace of the vapor phase growth apparatus, subsequently, in this reaction furnace, the compound semiconductor is selectively selected on the clean surface of the selectively etched portion. Can be grown and embedded. Further, since the insulating film used as the selective etching mask is used as it is as the selective growth mask, the compound semiconductor can be embedded in a self-aligned manner in the portion removed by the selective etching.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals.

【0023】以下の実施形態においては、c面サファイ
ア基板上にGaN、AlGaN、GaInNなどの窒化
物系III−V族化合物半導体からなる層を積層した構
造を用いるが、まず、これらの窒化物系III−V族化
合物半導体を有機金属化学気相成長(MOCVD)法に
より成長させる一般的な方法について説明する。
In the following embodiments, a structure in which a layer made of a nitride-based III-V group compound semiconductor such as GaN, AlGaN, and GaInN is laminated on a c-plane sapphire substrate is used. First, these nitride-based materials are used. A general method for growing a III-V compound semiconductor by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method will be described.

【0024】この窒化物系III−V族化合物半導体の
成長の際の原料ガスとしては、Ga原料としてトリメチ
ルガリウム(TMG)、Al原料としてトリメチルアル
ミニウム(TMA)、In原料としてトリメチルインジ
ウム(TMIn)、N原料としてアンモニア(N
3 )、n型不純物のドーパントガスとしてシラン(S
iH4 )を用いる。そして、よく知られているように、
まず、c面サファイア基板上に低温でAlNまたはGa
Nからなるバッファ層を成長させた後、NH3 ガスを流
しながら成長温度を1000℃前後に上昇させ、バッフ
ァ層上にGaN、AlGaNなどを成長させる。ここ
で、GaInNなどのInを含む窒化物系III−V族
化合物半導体を成長させる場合には、成長温度を700
〜800℃に下げ、雰囲気ガスは窒素(N2 )とするこ
とも、よく知られている。
As a source gas for growing the nitride III-V compound semiconductor, trimethylgallium (TMG) as a Ga source, trimethylaluminum (TMA) as an Al source, trimethylindium (TMIn) as an In source, Ammonia (N
H 3 ) and silane (S as a dopant gas for n-type impurities)
iH 4 ) is used. And, as is well known,
First, on a c-plane sapphire substrate at low temperature, AlN or Ga
After growing the buffer layer made of N, the growth temperature is raised to around 1000 ° C. while flowing NH 3 gas to grow GaN, AlGaN, etc. on the buffer layer. Here, in the case of growing a nitride-based III-V group compound semiconductor containing In such as GaInN, the growth temperature is 700.
It is also well known that the temperature is lowered to 800 ° C. and the atmosphere gas is nitrogen (N 2 ).

【0025】次に、GaNのエッチング速度の温度依存
性の測定結果について説明する。この温度依存性の測定
のための試料は、次のようにして作製する。まず、c面
サファイア基板上にAlNまたはGaNからなる低温成
長によるバッファ層を成長させた後、このバッファ層上
に厚さ3μmのGaN層を成長させる。次に、このGa
N層上にストライプ形状を有するSiO2 膜からなるマ
スクを形成する。次に、このc面サファイア基板をMO
CVD装置の反応炉に導入する。次に、常圧のN2 ガス
雰囲気中において700℃まで基板温度を上昇させた
後、反応炉内にHClガスを分圧で0.01気圧まで導
入する。そして、その状態で20分間保った後、N2
ス雰囲気中において基板温度を下げた。
Next, the measurement result of the temperature dependence of the etching rate of GaN will be described. A sample for measuring the temperature dependence is prepared as follows. First, a low-temperature growth buffer layer made of AlN or GaN is grown on a c-plane sapphire substrate, and then a GaN layer having a thickness of 3 μm is grown on the buffer layer. Next, this Ga
A mask made of a SiO 2 film having a stripe shape is formed on the N layer. Next, this c-plane sapphire substrate is MO
It is introduced into the reaction furnace of the CVD device. Next, after raising the substrate temperature to 700 ° C. in a normal pressure N 2 gas atmosphere, HCl gas is introduced into the reaction furnace to a partial pressure of 0.01 atm. Then, after keeping that state for 20 minutes, the substrate temperature was lowered in an N 2 gas atmosphere.

【0026】以上のような処理を施したGaN層の表面
の段差の高さを測定したところ、約1μmであった。す
なわち、GaN層が約1μmエッチングされた。
When the height of the step on the surface of the GaN layer subjected to the above-mentioned treatment was measured, it was about 1 μm. That is, the GaN layer was etched by about 1 μm.

【0027】次に、HClガスの代わりにCl2 ガスを
用いて同様なエッチングを行ったところ、エッチング量
に顕著な差異は見られなかったものの、エッチング面の
モフォロジーはやや悪化した。
Next, when the same etching was carried out using Cl 2 gas instead of HCl gas, no significant difference was observed in the etching amount, but the morphology of the etched surface deteriorated slightly.

【0028】次に、N2 ガス雰囲気中にHClガスを導
入したエッチングガスを用いて、種々の温度でGaN層
のエッチングを行い、エッチング速度を測定した。その
結果を図1に示す。図1に示すように、エッチング速度
はアレニウス型の依存性を示し、これよりこのエッチン
グにおいては表面反応が支配的であることがわかる。ま
た、このエッチング速度の測定結果によると、エッチン
グ温度が400℃のときには、エッチング速度は1nm
/分となり、エッチング速度は実質的に0であるが、エ
ッチング温度が高くなるにつれてエッチング速度が増大
することがわかる。
Next, the GaN layer was etched at various temperatures using an etching gas prepared by introducing HCl gas into the N 2 gas atmosphere, and the etching rate was measured. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the etching rate shows an Arrhenius-type dependence, which indicates that the surface reaction is dominant in this etching. Further, according to the measurement result of the etching rate, when the etching temperature is 400 ° C., the etching rate is 1 nm.
/ Min, the etching rate is substantially 0, but it can be seen that the etching rate increases as the etching temperature increases.

【0029】ここで、HClガスを用いた場合のエッチ
ング反応は、 3GaN+3HCl→3GaCl+NH3 +N2 となり、Cl2 ガスを用いた場合のエッチング反応は、 2GaN+Cl2 →2GaCl+N2 と考えられる。これらのエッチングはいずれも熱化学的
に行われる。
Here, it is considered that the etching reaction using HCl gas is 3GaN + 3HCl → 3GaCl + NH 3 + N 2 , and the etching reaction using Cl 2 gas is 2GaN + Cl 2 → 2GaCl + N 2 . All of these etchings are performed thermochemically.

【0030】次に、常圧のH2 ガス中にCl2 ガスを
0.01気圧導入し、700℃、20分の条件でGaN
層のエッチングを行った。このとき、エッチング量は1
μm程度であり、かつ、表面の荒れは観察されなかっ
た。このエッチング反応は、 GaN+Cl2 +2H2 →GaCl+NH4 Cl と考えられる。このエッチング反応においては、水素が
反応を促進していると考えられる。
Next, 0.01 atmosphere of Cl 2 gas was introduced into H 2 gas at atmospheric pressure, and GaN was formed at 700 ° C. for 20 minutes.
The layers were etched. At this time, the etching amount is 1
It was about μm, and no surface roughness was observed. This etching reaction is considered to be GaN + Cl 2 + 2H 2 → GaCl + NH 4 Cl. It is considered that hydrogen promotes the reaction in this etching reaction.

【0031】次に、この発明の第1の実施形態によるG
aN MESFETの製造方法について説明する。
Next, G according to the first embodiment of the present invention
A method of manufacturing the aN MESFET will be described.

【0032】この第1の実施形態においては、まず、図
2に示すように、c面サファイア基板1上にAlNまた
はGaNからなるバッファ層(図示せず)を介してアン
ドープGaN層2およびn型GaNチャネル層3をMO
CVD法により順次成長させる。アンドープGaN層2
の厚さは例えば2μmである。また、n型GaNチャネ
ル層3のキャリア濃度は例えば4×1017cm-3、厚さ
は例えば160nmである。
In the first embodiment, first, as shown in FIG. 2, an undoped GaN layer 2 and an n-type GaN layer 2 are formed on a c-plane sapphire substrate 1 via a buffer layer (not shown) made of AlN or GaN. MO the GaN channel layer 3
Sequentially grow by the CVD method. Undoped GaN layer 2
Has a thickness of, for example, 2 μm. The carrier concentration of the n-type GaN channel layer 3 is, for example, 4 × 10 17 cm −3 , and the thickness thereof is, for example, 160 nm.

【0033】次に、例えばCVD法によりn型GaNチ
ャネル層3の全面に例えば厚さが100nmのSiO2
膜を形成した後、このSiO2 膜をリソグラフィーおよ
びエッチングによりストライプ形状にパターニングして
SiO2 マスク4を形成する。このSiO2 マスク4の
幅は例えば3μm、長さは例えば300μmである。な
お、SiO2 膜をCVD法により形成する際の反応ガス
としては例えばSi26 を用い、このSiO2 膜のエ
ッチングには例えばフッ酸系エッチング液を用いたウエ
ットエッチングまたはフッ素系エッチングガスを用いた
RIEを用いる。
Next, for example, a 100 nm thick SiO 2 film is formed on the entire surface of the n-type GaN channel layer 3 by, for example, the CVD method.
After forming the film, the SiO 2 film is patterned into a stripe shape by lithography and etching to form a SiO 2 mask 4. The SiO 2 mask 4 has a width of, for example, 3 μm and a length of, for example, 300 μm. Note that, for example, Si 2 H 6 is used as a reaction gas when the SiO 2 film is formed by the CVD method, and wet etching using a hydrofluoric acid-based etching solution or a fluorine-based etching gas is used for etching the SiO 2 film. The RIE used is used.

【0034】次に、MOCVD装置の反応炉内におい
て、SiO2 マスク4をエッチングマスクとして、n型
GaNチャネル層3を例えば700℃で例えば200n
mだけ選択的に気相エッチングする。この気相エッチン
グにおいては、例えばHClガスを1%混合したN2
スをエッチングガスとして用いる。この気相エッチング
により、図3に示すように、n型GaNチャネル層3お
よびアンドープGaN層2の上層部がストライプ形状に
パターニングされる。この気相エッチングにおいては、
熱化学的にエッチングが行われ、エッチング速度は温度
で良好に制御されるため、エッチングの制御性は良好で
ある。また、RIE法を用いてエッチングを行う場合と
異なり、エッチング面に損傷が生じたり、エッチング残
渣が生じたりすることがない。
Next, in the reaction furnace of the MOCVD apparatus, the SiO 2 mask 4 is used as an etching mask to form the n-type GaN channel layer 3 at 700 ° C., for example, at 200 n.
Vapor phase etching is selectively performed by m. In this vapor phase etching, for example, N 2 gas containing 1% of HCl gas is used as an etching gas. By this vapor phase etching, as shown in FIG. 3, the upper layers of the n-type GaN channel layer 3 and the undoped GaN layer 2 are patterned into a stripe shape. In this vapor phase etching,
Since the etching is carried out thermochemically and the etching rate is well controlled by temperature, the controllability of etching is good. Further, unlike the case where the etching is performed by using the RIE method, the etching surface is not damaged or the etching residue is not generated.

【0035】次に、一旦基板温度を下げ、反応炉内のH
Clガスを十分にパージした後、反応炉内にH2 ガスと
NH3 ガスとを導入しながら、950℃まで基板温度を
上昇させる。次に、反応炉内にGa原料としてTMGを
例えば約10μmol/分の流量で供給し、SiO2
スク4を成長マスクとして、図4に示すように、MOC
VD法によりn+ 型GaN層5を選択的に成長させ、上
述の気相エッチングにより除去された部分を埋める。こ
のn+ 型GaN層5のキャリア濃度は例えば5×1018
cm-3、厚さは例えば0.3μmである。ここで、n型
GaNチャネル層3の一方の側(例えば、図4中左側)
のn+ 型GaN層5がソース領域を構成し、他方の側
(例えば、図4中右側)のn+ 型GaN層5がドレイン
領域を構成する。この場合、同一の反応炉内において、
上述の気相エッチングにより形成された清浄な表面にn
+ 型GaN層5を成長させているので、良質のn+ 型G
aN層5を成長させることができる。また、n型GaN
チャネル層3のエッチングに用いたSiO2 マスク4を
そのままn+ 型GaN層5の成長マスクに用いているの
で、n型GaNチャネル層3に対してn+ 型GaN層5
を自己整合的に成長させることができる。
Next, the substrate temperature is once lowered, and H in the reaction furnace is lowered.
After sufficiently purging Cl gas, the substrate temperature is raised to 950 ° C. while introducing H 2 gas and NH 3 gas into the reaction furnace. Next, as a Ga raw material, TMG is supplied into the reaction furnace at a flow rate of, for example, about 10 μmol / min, and the SiO 2 mask 4 is used as a growth mask, as shown in FIG.
The n + -type GaN layer 5 is selectively grown by the VD method, and the portion removed by the above vapor phase etching is filled. The carrier concentration of the n + -type GaN layer 5 is, for example, 5 × 10 18.
The cm -3 and the thickness are, for example, 0.3 μm. Here, one side of the n-type GaN channel layer 3 (for example, the left side in FIG. 4)
N + -type GaN layer 5 constitutes the source region, the other side (for example, in FIG. 4 right) n + -type GaN layer 5 constituting the drain region of the. In this case, in the same reactor,
N on a clean surface formed by the vapor phase etching described above.
Since the + type GaN layer 5 is grown, a good quality n + type G
The aN layer 5 can be grown. In addition, n-type GaN
Since the SiO 2 mask 4 used in the etching of the channel layer 3 is used directly in the growth mask for n + -type GaN layer 5, the n + -type GaN layer with respect to n-type GaN channel layer 35
Can grow in a self-aligned manner.

【0036】次に、c面サファイア基板1を反応炉外に
取り出した後、図5に示すように、例えばレジストパタ
ーン(図示せず)をマスクとして、n+ 型GaN層5の
所定部分にアンドープGaN層2に達するエネルギーで
例えばHeを選択的にイオン注入することにより素子分
離領域6を形成する。この後、このイオン注入のマスク
に用いたレジストパターンを除去する。
Next, after the c-plane sapphire substrate 1 is taken out of the reaction furnace, as shown in FIG. 5, a predetermined portion of the n + -type GaN layer 5 is undoped using a resist pattern (not shown) as a mask, for example. The element isolation region 6 is formed by selectively implanting He, for example, with the energy reaching the GaN layer 2. After that, the resist pattern used as the mask for this ion implantation is removed.

【0037】次に、リソグラフィーによりソース電極お
よびドレイン電極形成用の所定形状のレジストパターン
(図示せず)を形成した後、例えば真空蒸着法により全
面に例えばTi/Al膜を形成する。次に、レジストパ
ターンをその上に形成されたTi/Al膜とともに除去
する(リフトオフ)。これによって、n型GaNチャネ
ル層3の一方の側のn+ 型GaN層5および他方の側の
+ 型GaN層5上にそれぞれソース電極7およびドレ
イン電極8が形成される。この後、ソース電極7および
ドレイン電極8の接触抵抗を低くするために、例えば8
00℃、30秒の条件で熱処理(フラッシュアニール)
を行う。
Next, a resist pattern (not shown) having a predetermined shape for forming the source electrode and the drain electrode is formed by lithography, and then, for example, a Ti / Al film is formed on the entire surface by, for example, a vacuum evaporation method. Next, the resist pattern is removed together with the Ti / Al film formed thereon (lift-off). Thus, one side of the n + -type GaN layer 5 and the other side of the n + -type GaN layer respectively on the 5 source electrode 7 and the drain electrode 8 of n-type GaN channel layer 3 is formed. After that, in order to reduce the contact resistance of the source electrode 7 and the drain electrode 8, for example, 8
Heat treatment (flash annealing) under conditions of 00 ° C and 30 seconds
I do.

【0038】次に、リソグラフィーおよびエッチングに
よりn型GaNチャネル層3上のSiO2 マスク4の所
定部分に開口4aを形成する。なお、このSiO2 マス
ク4のエッチングには、例えば、フッ酸系エッチング液
を用いたウエットエッチングまたはフッ素系エッチング
ガスを用いたRIE法が用いられる。次に、全面に例え
ばTi/W膜を形成した後、レジストパターンをその上
に形成されたTi/W膜とともに除去する。これによっ
て、開口4aを通じてn型GaNチャネル層3にショッ
トキ接触したゲート電極9が形成される。
Next, an opening 4a is formed in a predetermined portion of the SiO 2 mask 4 on the n-type GaN channel layer 3 by lithography and etching. For the etching of the SiO 2 mask 4, for example, wet etching using a hydrofluoric acid-based etching solution or RIE method using a fluorine-based etching gas is used. Next, after forming, for example, a Ti / W film on the entire surface, the resist pattern is removed together with the Ti / W film formed thereon. As a result, the gate electrode 9 is formed in Schottky contact with the n-type GaN channel layer 3 through the opening 4a.

【0039】以上により、目的とするGaN MESF
ETが製造される。図6に、このGaN MESFET
のエネルギーバンド図を示す。なお、図6において、E
F はフェルミ準位、Ec は伝導帯の下端のエネルギー、
v は価電子帯の頂上のエネルギーを示す(以下同
様)。
From the above, the desired GaN MESF
ET is manufactured. This GaN MESFET is shown in FIG.
The energy band diagram of is shown. In FIG. 6, E
F is the Fermi level, E c is the energy at the bottom of the conduction band,
E v represents the energy at the top of the valence band (same below).

【0040】以上のように、この第1の実施形態によれ
ば、MOCVD装置の反応炉内においてSiO2 マスク
4を用いてn型GaNチャネル層3およびアンドープG
aN層2を気相で選択的にエッチングした後、引き続い
て、このエッチングにより除去された部分にSiO2
スク4を用いてn+ 型GaN層5を選択的に成長させて
これらのn+ 型GaN層5をソース領域およびドレイン
領域とし、これらのソース領域およびドレイン領域上に
それぞれソース電極7およびドレイン電極8を形成する
とともに、n型GaNチャネル層3上にゲート電極9を
形成することにより、GaN MESFETを製造する
ことができる。また、キャリア濃度が4×1017cm-3
のn型GaNチャネル層3にソース電極7およびドレイ
ン電極8をコンタクトさせた場合の接触抵抗は10-4Ω
cm2 程度と高いが、この第1の実施形態においては、
キャリア濃度が5×1018cm-3と高いn+ 型GaN層
5を成長させ、このn+ 型GaN層5にソース電極7お
よびドレイン電極8をコンタクトさせているので、ソー
ス電極7およびドレイン電極8の接触抵抗を例えば3×
10-6Ωcm2 程度と格段に小さくすることができる。
さらに、ソース領域としてのn+ 型GaN層5はゲート
電極9と接近して形成することができるので、ソース抵
抗の大幅な低減を図ることができる。
As described above, according to the first embodiment, the n-type GaN channel layer 3 and the undoped G are formed by using the SiO 2 mask 4 in the reaction furnace of the MOCVD apparatus.
After selectively etching the aN layer 2 in the vapor phase, subsequently, an n + -type GaN layer 5 is selectively grown by using the SiO 2 mask 4 on the portion removed by this etching, and these n + -type By using the GaN layer 5 as a source region and a drain region, forming the source electrode 7 and the drain electrode 8 on the source region and the drain region, respectively, and forming the gate electrode 9 on the n-type GaN channel layer 3, A GaN MESFET can be manufactured. Further, the carrier concentration is 4 × 10 17 cm −3
The contact resistance when the source electrode 7 and the drain electrode 8 are brought into contact with the n-type GaN channel layer 3 of 10 -4 Ω
Although it is as high as cm 2 , in the first embodiment,
Since the n + -type GaN layer 5 having a high carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 is grown and the source electrode 7 and the drain electrode 8 are brought into contact with the n + -type GaN layer 5, the source electrode 7 and the drain electrode 8 contact resistance is 3 ×
It can be remarkably reduced to about 10 −6 Ωcm 2 .
Furthermore, since the n + -type GaN layer 5 as the source region can be formed close to the gate electrode 9, the source resistance can be significantly reduced.

【0041】以上により、n型GaNチャネル層3の特
徴を十分に発揮させることができ、高速、大電力の高性
能GaN MESFETを実現することができる。
As described above, the characteristics of the n-type GaN channel layer 3 can be fully exhibited, and a high-speed, high-power, high-performance GaN MESFET can be realized.

【0042】次に、この発明の第2の実施形態によるG
aN/GaInN擬似構造(pseudomorphic)高電子移動
度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor,
HEMT)の製造方法について説明する。
Next, G according to the second embodiment of the present invention
aN / GaInN Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor
A method of manufacturing HEMT will be described.

【0043】この第2の実施形態においては、まず、図
7に示すように、c面サファイア基板1上にAlNまた
はGaNからなるバッファ層(図示せず)を介してアン
ドープGaN層2およびチャネル層10をMOCVD法
により順次成長させる。アンドープGaN層2の厚さは
例えば800nmである。
In the second embodiment, first, as shown in FIG. 7, an undoped GaN layer 2 and a channel layer are formed on a c-plane sapphire substrate 1 via a buffer layer (not shown) made of AlN or GaN. 10 are sequentially grown by the MOCVD method. The thickness of the undoped GaN layer 2 is 800 nm, for example.

【0044】この場合、チャネル層10は、図8に示す
ように、n+ 型GaN層101、アンドープGaInN
層102、n+ 型GaN層103およびアンドープAl
GaN層104からなる。ここで、n+ 型GaN層10
1のキャリア濃度は例えば2×1018cm-3、厚さは例
えば10nmである。また、アンドープGaInN層1
02のIn組成比は例えば0.2、厚さは例えば15n
mである。また、n+型GaN層103のキャリア濃度
は例えば2×1018cm-3、厚さは例えば10nmであ
る。さらに、アンドープAlGaN層104のAl組成
比は例えば0.5、厚さは例えば30nmである。
In this case, as shown in FIG. 8, the channel layer 10 includes an n + -type GaN layer 101, an undoped GaInN layer.
Layer 102, n + -type GaN layer 103 and undoped Al
It is composed of the GaN layer 104. Here, the n + -type GaN layer 10
The carrier concentration of 1 is, for example, 2 × 10 18 cm −3 , and the thickness is, for example, 10 nm. In addition, the undoped GaInN layer 1
For example, the In composition ratio of 02 is 0.2 and the thickness is 15 n.
m. The carrier concentration of the n + -type GaN layer 103 is, for example, 2 × 10 18 cm −3 , and the thickness thereof is, for example, 10 nm. Further, the Al composition ratio of the undoped AlGaN layer 104 is, for example, 0.5, and the thickness thereof is, for example, 30 nm.

【0045】次に、図9に示すように、第1の実施形態
におけると同様にして、チャネル層10上にストライプ
形状のSiO2 マスク4を形成した後、このSiO2
スク4をエッチングマスクとして、チャネル層10およ
びアンドープGaN層2の上層部を例えば700℃で例
えば200nmだけ選択的に気相エッチングする。この
気相エッチングにより、チャネル層10およびアンドー
プGaN層2の上層部がストライプ形状にパターニング
される。
Next, as shown in FIG. 9, as in the first embodiment, a stripe-shaped SiO 2 mask 4 is formed on the channel layer 10, and this SiO 2 mask 4 is used as an etching mask. The upper layer portion of the channel layer 10 and the undoped GaN layer 2 is selectively vapor-phase etched at 700 ° C. by 200 nm, for example. By this vapor phase etching, the upper layer portion of the channel layer 10 and the undoped GaN layer 2 is patterned into a stripe shape.

【0046】次に、第1の実施形態におけると同様にし
て、SiO2 マスク4を成長マスクとして、MOCVD
法により例えば750℃でn+ 型GaInN層11を選
択的に成長させ、上述の気相エッチングにより除去され
た部分を埋める。このn+ 型GaInN層11のIn組
成は例えば0.2、キャリア濃度は例えば1×1019
-3、厚さは例えば15nmである。ここで、チャネル
層10の一方の側(例えば、図9中左側)のn+ 型Ga
InN層11がソース領域を構成し、他方の側(例え
ば、図9中右側)のn+ 型GaInN層11がドレイン
領域を構成する。
Next, as in the first embodiment, MOCVD is performed using the SiO 2 mask 4 as a growth mask.
The n + -type GaInN layer 11 is selectively grown by, for example, 750 ° C. by a method to fill the portion removed by the vapor phase etching described above. The In composition of the n + type GaInN layer 11 is, for example, 0.2, and the carrier concentration is, for example, 1 × 10 19 c.
m −3 and the thickness are, for example, 15 nm. Here, the n + -type Ga on one side of the channel layer 10 (for example, the left side in FIG. 9) is used.
The InN layer 11 constitutes a source region, and the n + -type GaInN layer 11 on the other side (for example, the right side in FIG. 9) constitutes a drain region.

【0047】次に、c面サファイア基板1を反応炉外に
取り出した後、図10に示すように、例えばレジストパ
ターン(図示せず)をマスクとして、n+ 型GaInN
層11の所定部分にアンドープGaN層2に達するエネ
ルギーで例えばHeを選択的にイオン注入することによ
り素子分離領域6を形成する。この後、このイオン注入
のマスクに用いたレジストパターンを除去する。
Next, after the c-plane sapphire substrate 1 is taken out of the reaction furnace, as shown in FIG. 10, for example, using a resist pattern (not shown) as a mask, n + type GaInN is used.
Element isolation regions 6 are formed by selectively ion-implanting, for example, He into the predetermined portion of the layer 11 with energy reaching the undoped GaN layer 2. After that, the resist pattern used as the mask for this ion implantation is removed.

【0048】次に、リソグラフィーおよびエッチングに
よりチャネル層10上のSiO2 マスク4に開口4aを
形成する。次に、リソグラフィーによりゲート電極、ソ
ース電極およびドレイン電極形成用の所定形状のレジス
トパターン(図示せず)を形成した後、例えば真空蒸着
法により全面に例えばTi/Al/Pt膜を形成する。
次に、レジストパターンをその上に形成されたTi/A
l/Pt膜とともに除去する。これによって、図10に
示すように、チャネル層10の一方の側のn+型GaI
nN層11および他方の側のn+ 型GaInN層11上
にそれぞれソース電極7およびドレイン電極8が形成さ
れるとともに、チャネル層10上にゲート電極9が形成
される。この後、ソース電極7およびドレイン電極8の
接触抵抗を低くするために、例えば800℃、30秒の
条件で熱処理(フラッシュアニール)を行う。
Next, an opening 4a is formed in the SiO 2 mask 4 on the channel layer 10 by lithography and etching. Next, after forming a resist pattern (not shown) having a predetermined shape for forming the gate electrode, the source electrode and the drain electrode by lithography, for example, a Ti / Al / Pt film is formed on the entire surface by, for example, a vacuum evaporation method.
Next, a resist pattern is formed on the Ti / A
It is removed together with the l / Pt film. As a result, as shown in FIG. 10, the n + -type GaI on one side of the channel layer 10 is formed.
A source electrode 7 and a drain electrode 8 are formed on the nN layer 11 and the n + -type GaInN layer 11 on the other side, respectively, and a gate electrode 9 is formed on the channel layer 10. After that, in order to reduce the contact resistance between the source electrode 7 and the drain electrode 8, heat treatment (flash annealing) is performed under the conditions of, for example, 800 ° C. and 30 seconds.

【0049】以上により、目的とするGaN/GaIn
N擬似構造HEMTが製造される。図11に、このGa
N/GaInN擬似構造HEMTのエネルギーバンド図
を示す。
From the above, the desired GaN / GaIn
An N-pseudostructure HEMT is manufactured. This Ga is shown in FIG.
The energy band diagram of N / GaInN pseudo structure HEMT is shown.

【0050】なお、このGaN/GaInN擬似構造H
EMTにおいては、チャネル層10の最上層のアンドー
プAlGaN層104にゲート電極9が直接コンタクト
したいわゆるMIS構造を有するので、ゲート電極9は
チャネル層10にショットキ接触させる必要がなく、し
たがってこのゲート電極9をソース電極7およびドレイ
ン電極8とともに同時に形成することが可能となったも
のである。
This GaN / GaInN pseudo structure H
In the EMT, since the gate electrode 9 has a so-called MIS structure in which the gate electrode 9 is directly in contact with the uppermost undoped AlGaN layer 104 of the channel layer 10, the gate electrode 9 does not need to be in Schottky contact with the channel layer 10. Can be formed simultaneously with the source electrode 7 and the drain electrode 8.

【0051】このGaN/GaInN擬似構造HEMT
においては、チャネル層10におけるアンドープGaI
nN層102が、実際にキャリアが走行するチャネル層
となる。この場合、このアンドープGaInN層102
の上下のn+ 型GaN層101およびn+ 型GaN層1
03からこのアンドープGaInN層102に電子が供
給されるいわゆる変調ドープ構造となっている。
This GaN / GaInN pseudo structure HEMT
In the channel layer 10, undoped GaI
The nN layer 102 serves as a channel layer in which carriers actually travel. In this case, the undoped GaInN layer 102
N + type GaN layer 101 and n + type GaN layer 1 above and below
A so-called modulation-doped structure in which electrons are supplied to the undoped GaInN layer 102 from 03.

【0052】以上のように、この第2の実施形態によれ
ば、MOCVD装置の反応炉内においてSiO2 マスク
4を用いてチャネル層10およびアンドープGaN層2
を気相で選択的にエッチングした後、引き続いて、この
エッチングにより除去された部分にSiO2 マスク4を
用いてn+ 型GaInN層11を選択的に成長させるこ
とにより埋めてこれらのn+ 型GaInN層11をソー
ス領域およびドレイン領域とし、これらのソース領域お
よびドレイン領域上にソース電極7およびドレイン電極
8を形成するとともに、アンドープAlGaN層104
上にゲート電極9を形成することにより、GaN/Ga
InN擬似構造HEMTを製造することができる。ま
た、この第2の実施形態においては、キャリア濃度が1
×1019cm-3と高いn+ 型GaInN層11を成長さ
せ、このn+ 型GaInN層11にソース電極7および
ドレイン電極8をコンタクトさせているので、ソース電
極7およびドレイン電極8の接触抵抗を十分に小さくす
ることができる。さらに、ソース領域としてのn+ 型G
aInN層11はゲート電極9と接近して形成すること
ができるので、ソース抵抗の大幅な低減を図ることがで
きる。
As described above, according to the second embodiment, the channel layer 10 and the undoped GaN layer 2 are formed by using the SiO 2 mask 4 in the reaction furnace of the MOCVD apparatus.
The after selectively etching in a gas phase, and subsequently, these n + -type buried by selectively growing an n + -type GaInN layer 11 by using a SiO 2 mask 4 to the removed portion by etching The GaInN layer 11 is used as a source region and a drain region, the source electrode 7 and the drain electrode 8 are formed on the source region and the drain region, and the undoped AlGaN layer 104 is formed.
By forming the gate electrode 9 on the GaN / Ga
An InN pseudostructure HEMT can be manufactured. Further, in the second embodiment, the carrier concentration is 1
× 10 19 cm -3 and grown high n + -type GaInN layer 11, since the n + -type GaInN layer 11 is contact with the source electrode 7 and the drain electrode 8, the contact of the source electrode 7 and drain electrode 8 resistance Can be made sufficiently small. Further, n + type G as a source region
Since the aInN layer 11 can be formed close to the gate electrode 9, the source resistance can be significantly reduced.

【0053】以上により、キャリアが走行するチャネル
層としてアンドープGaInN102を用いた、高速、
大電力の高性能GaN/GaInN擬似構造HEMTを
実現することができる。このGaN/GaInN擬似構
造HEMTはこの第2の実施形態による方法によっての
み製造することができるものである。すなわち、ソース
電極7およびドレイン電極8はチャネル層10のアンド
ープAlGaN層104を介してオーミックコンタクト
させることは不可能であるので、このソース電極7およ
びドレイン電極8のコンタクト部のアンドープAlGa
N層104はエッチングで除去する必要があるが、通常
のRIE法によるエッチングでは、その際にその下のn
+ 型GaN層103などに損傷が発生してキャリアが消
滅し、良好なオーミックコンタクトが得られないからで
ある。
As described above, the undoped GaInN102 is used as the channel layer in which carriers travel, at high speed,
A high-power, high-performance GaN / GaInN pseudostructure HEMT can be realized. This GaN / GaInN pseudo structure HEMT can be manufactured only by the method according to the second embodiment. That is, since it is impossible to make ohmic contact between the source electrode 7 and the drain electrode 8 via the undoped AlGaN layer 104 of the channel layer 10, the undoped AlGa in the contact portion of the source electrode 7 and the drain electrode 8 is not possible.
The N layer 104 needs to be removed by etching, but in the etching by the normal RIE method, the n underneath is removed at that time.
This is because the + -type GaN layer 103 and the like are damaged and the carriers disappear, and good ohmic contact cannot be obtained.

【0054】次に、この発明の第3の実施形態によるリ
セスゲート構造のGaN MESFETの製造方法につ
いて説明する。
Next explained is a method of manufacturing a GaN MESFET having a recess gate structure according to the third embodiment of the invention.

【0055】この第3の実施形態においては、まず、図
12に示すように、c面サファイア基板1上にAlNま
たはGaNからなるバッファ層(図示せず)を介してア
ンドープGaN層2、n型GaNチャネル層3およびn
+ 型GaInN層11をMOCVD法により順次成長さ
せる。アンドープGaN層2の厚さは例えば2μmであ
る。また、n型GaNチャネル層3のキャリア濃度は例
えば4×1017cm-3、厚さは例えば160nmであ
る。さらに、n+ 型GaInN層11のIn組成比は例
えば0.5、キャリア濃度は例えば1×1019cm-3
厚さは例えば100nmである。
In the third embodiment, first, as shown in FIG. 12, an undoped GaN layer 2 and an n-type GaN layer 2 are formed on a c-plane sapphire substrate 1 via a buffer layer (not shown) made of AlN or GaN. GaN channel layer 3 and n
The + type GaInN layer 11 is sequentially grown by the MOCVD method. The thickness of the undoped GaN layer 2 is, for example, 2 μm. The carrier concentration of the n-type GaN channel layer 3 is, for example, 4 × 10 17 cm −3 , and the thickness thereof is, for example, 160 nm. Further, the In composition ratio of the n + -type GaInN layer 11 is, for example, 0.5, the carrier concentration is, for example, 1 × 10 19 cm −3 ,
The thickness is 100 nm, for example.

【0056】次に、図13に示すように、第1の実施形
態におけると同様にして、n+ 型GaInN層11上に
ストライプ形状の開口4aを有するSiO2 マスク4を
形成した後、このSiO2 マスク4をエッチングマスク
として、n+ 型GaInN層11を例えば650℃、2
0分の条件で選択的に気相エッチングし、n型GaNチ
ャネル層3を露出させる。この気相エッチングにおいて
は、HClガスを1%混合したN2 ガスをエッチングガ
スとして用いる。この気相エッチングにより、n+ 型G
aInN層11にストライプ形状の開口11aが形成さ
れる。この気相エッチングにおいては、n+ 型GaIn
N層11の下地のn型GaNチャネル層3はほとんどエ
ッチングされず、平坦な表面が現れる。なお、n+ 型G
aInN層11のIn組成比が高いほど、n型GaNチ
ャネル層3に対するn+ 型GaInN層11のエッチン
グ選択比は高くなる。
Next, as shown in FIG. 13, an SiO 2 mask 4 having a stripe-shaped opening 4a is formed on the n + -type GaInN layer 11 in the same manner as in the first embodiment, and then this SiO is formed. 2 Using the mask 4 as an etching mask, the n + -type GaInN layer 11 is formed at 650 ° C., 2
Gas phase etching is selectively performed under the condition of 0 minutes to expose the n-type GaN channel layer 3. In this vapor phase etching, N 2 gas mixed with 1% of HCl gas is used as an etching gas. By this vapor phase etching, n + type G
Stripe-shaped openings 11a are formed in the aInN layer 11. In this vapor phase etching, n + type GaIn
The underlying n-type GaN channel layer 3 of the N layer 11 is hardly etched, and a flat surface appears. In addition, n + type G
The higher the In composition ratio of the aInN layer 11, the higher the etching selection ratio of the n + -type GaInN layer 11 to the n-type GaN channel layer 3.

【0057】次に、c面サファイア基板1を反応炉外に
取り出した後、図14に示すように、例えばレジストパ
ターン(図示せず)をマスクとして、n+ 型GaInN
層11の所定部分にアンドープGaN層2に達するエネ
ルギーで例えばHeを選択的にイオン注入することによ
り素子分離領域6を形成する。この後、このイオン注入
のマスクに用いたレジストパターンを除去する。
Next, after the c-plane sapphire substrate 1 is taken out of the reaction furnace, as shown in FIG. 14, for example, using a resist pattern (not shown) as a mask, n + type GaInN is used.
Element isolation regions 6 are formed by selectively ion-implanting, for example, He into the predetermined portion of the layer 11 with energy reaching the undoped GaN layer 2. After that, the resist pattern used as the mask for this ion implantation is removed.

【0058】次に、リソグラフィーおよびエッチングに
よりSiO2 マスク4に開口4b、4cを形成する。次
に、リソグラフィーによりゲート電極、ソース電極およ
びドレイン電極形成用の所定形状のレジストパターン
(図示せず)を形成した後、例えば真空蒸着法により全
面に例えばTi/W膜を形成する。次に、レジストパタ
ーンをその上に形成されたTi/W膜とともに除去す
る。これによって、ゲート電極9の一方の側のn+ 型G
aInN層11および他方の側のn+ 型GaInN層1
1上にそれぞれ開口4b、4cを通じてソース電極7お
よびドレイン電極8が形成されるとともに、n型GaN
チャネル層3上に開口4aを通じてゲート電極9が形成
される。この後、ソース電極7およびドレイン電極8の
接触抵抗を低くするために、例えば800℃、30秒の
条件で熱処理(フラッシュアニール)を行う。
Next, openings 4b and 4c are formed in the SiO 2 mask 4 by lithography and etching. Next, after forming a resist pattern (not shown) having a predetermined shape for forming the gate electrode, the source electrode and the drain electrode by lithography, a Ti / W film, for example, is formed on the entire surface by, for example, a vacuum evaporation method. Next, the resist pattern is removed together with the Ti / W film formed thereon. As a result, the n + type G on one side of the gate electrode 9 is formed.
aInN layer 11 and n + -type GaInN layer 1 on the other side
1 and a source electrode 7 and a drain electrode 8 are formed on the first substrate 1 through openings 4b and 4c, respectively.
A gate electrode 9 is formed on the channel layer 3 through the opening 4a. After that, in order to reduce the contact resistance between the source electrode 7 and the drain electrode 8, heat treatment (flash annealing) is performed under the conditions of, for example, 800 ° C. and 30 seconds.

【0059】以上により、目的とするリセスゲート構造
のGaN MESFETが製造される。
As described above, the intended GaN MESFET having the recess gate structure is manufactured.

【0060】以上のように、この第3の実施形態によれ
ば、アンドープGaN層2、n型GaNチャネル層3お
よびn+ 型GaInN層11をMOCVD法により順次
成長させた後、SiO2 マスク4を用いてn+ 型GaI
nN層11をエッチングすることによりソース領域およ
びドレイン領域を形成し、これらのソース領域およびド
レイン領域上にそれぞれソース電極7およびドレイン電
極8を形成するとともに、n型GaNチャネル層3上に
ゲート電極9を形成することにより、リセスゲート構造
のGaN MESFETを製造することができる。ま
た、この第3の実施形態においては、キャリア濃度が1
×1019cm-3と高いn+ 型GaInN層11にソース
電極7およびドレイン電極8をコンタクトさせているの
で、ソース電極7およびドレイン電極8の接触抵抗を十
分に小さくすることができる。さらに、ソース領域とし
てのn+ 型GaInN層11はゲート電極9と接近して
形成することができるので、ソース抵抗の大幅な低減を
図ることができる。
As described above, according to the third embodiment, the undoped GaN layer 2, the n-type GaN channel layer 3 and the n + -type GaInN layer 11 are sequentially grown by the MOCVD method, and then the SiO 2 mask 4 is formed. Using n + type GaI
A source region and a drain region are formed by etching the nN layer 11, a source electrode 7 and a drain electrode 8 are formed on these source region and drain region, respectively, and a gate electrode 9 is formed on the n-type GaN channel layer 3. By forming the GaN MESFET, a GaN MESFET having a recess gate structure can be manufactured. In addition, in the third embodiment, the carrier concentration is 1
Since the source electrode 7 and the drain electrode 8 are brought into contact with the n + -type GaInN layer 11 having a high x 10 19 cm −3 , the contact resistance between the source electrode 7 and the drain electrode 8 can be made sufficiently small. Further, since the n + type GaInN layer 11 as the source region can be formed close to the gate electrode 9, the source resistance can be significantly reduced.

【0061】以上により、n型GaNチャネル層3の特
徴を十分に発揮させることができ、高速、大電力の高性
能のリセスゲート構造のGaN MESFETを実現す
ることができる。
As described above, the characteristics of the n-type GaN channel layer 3 can be fully exhibited, and a high-speed, high-power, high-performance recess gate structure GaN MESFET can be realized.

【0062】次に、この発明の第4の実施形態によるリ
セスゲート構造のGaN/GaInN擬似構造逆HEM
Tの製造方法について説明する。
Next, a GaN / GaInN pseudo structure reverse HEM having a recess gate structure according to the fourth embodiment of the present invention.
A method of manufacturing T will be described.

【0063】この第4の実施形態によるリセスゲート構
造のGaN/GaInN擬似構造逆HEMTの製造方法
は、図15に示すように、c面サファイア基板1上にバ
ッファ層(図示せず)を介してアンドープGaN層2、
アンドープAlGaN層104、n+ 型GaN層10
1、アンドープGaInN層102、n+ 型GaN層1
03およびn+ 型GaInN層11を順次成長させるこ
とを除いて、第3の実施形態によるリセスゲート構造の
GaN MESFETの製造方法と同様である。ここ
で、アンドープGaN層2の厚さは例えば800nm、
アンドープAlGaN層104のAl組成比は例えば
0.15、厚さは例えば200nm、n+ 型GaN層1
01のキャリア濃度は例えば2×1018cm-3、厚さは
例えば10nm、アンドープGaInN層102のIn
組成比は例えば0.2、厚さは例えば15nm、n+
GaN層103のキャリア濃度は例えば4×1017cm
-3、厚さは例えば50nm、n+ 型GaInN層11の
In組成比は例えば0.5、キャリア濃度は例えば1×
1019cm-3、厚さは例えば100nmである。
As shown in FIG. 15, the method for manufacturing a GaN / GaInN pseudo structure reverse HEMT having a recess gate structure according to the fourth embodiment is such that an undoped layer is formed on a c-plane sapphire substrate 1 via a buffer layer (not shown). GaN layer 2,
Undoped AlGaN layer 104, n + type GaN layer 10
1, undoped GaInN layer 102, n + type GaN layer 1
03 and the n + -type GaInN layer 11 are sequentially grown, and the manufacturing method of the GaN MESFET having the recess gate structure according to the third embodiment is the same. Here, the thickness of the undoped GaN layer 2 is, for example, 800 nm,
The Al composition ratio of the undoped AlGaN layer 104 is, for example, 0.15, the thickness is, for example, 200 nm, and the n + -type GaN layer 1 is used.
The carrier concentration of 01 is, for example, 2 × 10 18 cm −3 , the thickness is, for example, 10 nm, and In of the undoped GaInN layer 102 is In.
The composition ratio is 0.2, the thickness is 15 nm, and the carrier concentration of the n + -type GaN layer 103 is 4 × 10 17 cm, for example.
-3 , the thickness is, for example, 50 nm, the In composition ratio of the n + -type GaInN layer 11 is, for example, 0.5, and the carrier concentration is, for example, 1 ×.
10 19 cm −3 , and the thickness is 100 nm, for example.

【0064】この第4の実施形態によれば、高速、大電
力の高性能のリセスゲート構造のGaN/GaInN擬
似構造逆HEMTを実現することができる。
According to the fourth embodiment, it is possible to realize a high-speed, high-power, high-performance recess gate structure GaN / GaInN pseudo-structure inverse HEMT.

【0065】次に、この発明の第5の実施形態による埋
め込みヘテロ構造(BH)の半導体レーザの製造方法に
ついて説明する。
Next explained is a method of manufacturing a semiconductor laser having a buried hetero structure (BH) according to the fifth embodiment of the invention.

【0066】この第5の実施形態においては、まず、図
16に示すように、n型SiC基板21上にMOCVD
法によりn+ 型GaN層22、n型AlGaNクラッド
層23、活性層24、p型AlGaNクラッド層25お
よびp型GaNキャップ層26を順次成長させる。ここ
で、活性層24は、アンドープGaInN層の上下をn
型GaN層およびp型GaN層ではさんだ構造を有す
る。この場合、n+ 型GaN層22のキャリア濃度は例
えば5×1018cm-3、厚さは例えば3μmである。n
型AlGaN層23のAl組成比は例えば0.15、キ
ャリア濃度は例えば5×1017cm-3、厚さは例えば5
00nmである。また、活性層24において、n型Ga
N層のキャリア濃度は例えば1×1017cm-3、厚さは
例えば100nm、アンドープGaInN層のIn組成
比は例えば0.2、厚さは例えば50nm、p型GaN
層のキャリア濃度は例えば1×1017cm-3、厚さは例
えば100nmである。p型AlGaNクラッド層25
のAl組成比は例えば0.15、キャリア濃度は例えば
1×1017cm-3、厚さは例えば500nmである。p
型GaN層26のキャリア濃度は例えば3×1017cm
-3、厚さは例えば500nmである。
In the fifth embodiment, first, as shown in FIG. 16, MOCVD is performed on an n-type SiC substrate 21.
The n + -type GaN layer 22, the n-type AlGaN cladding layer 23, the active layer 24, the p-type AlGaN cladding layer 25, and the p-type GaN cap layer 26 are sequentially grown by the method. Here, the active layer 24 has n layers above and below the undoped GaInN layer.
The p-type GaN layer and the p-type GaN layer have a sandwiched structure. In this case, the carrier concentration of the n + -type GaN layer 22 is, for example, 5 × 10 18 cm −3 , and the thickness thereof is, for example, 3 μm. n
The Al composition ratio of the type AlGaN layer 23 is, for example, 0.15, the carrier concentration is, for example, 5 × 10 17 cm −3 , and the thickness is, for example, 5
00 nm. In addition, in the active layer 24, n-type Ga
The carrier concentration of the N layer is, for example, 1 × 10 17 cm −3 , the thickness is, for example, 100 nm, the In composition ratio of the undoped GaInN layer is, for example, 0.2, the thickness is, for example, 50 nm, and p-type GaN is used.
The carrier concentration of the layer is, for example, 1 × 10 17 cm −3 , and the thickness is, for example, 100 nm. p-type AlGaN cladding layer 25
Has an Al composition ratio of 0.15, a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 , and a thickness of 500 nm, for example. p
Type GaN layer 26 has a carrier concentration of, for example, 3 × 10 17 cm
-3 , and the thickness is, for example, 500 nm.

【0067】次に、第1の実施形態におけると同様にし
て、p型GaN層26上に幅が例えば5μmのストライ
プ形状のSiO2 マスク4を形成する。次に、このSi
2 マスクを用いて、例えば深さ1.4μmまで第1の
実施形態におけると同様にして気相エッチングを行う。
これによって、図17に示すように、n+ 型GaN層2
2、n型AlGaNクラッド層23、活性層24、p型
AlGaN層25およびp型GaNキャップ層26がス
トライプ形状にパターニングされる。
Next, in the same manner as in the first embodiment, a stripe-shaped SiO 2 mask 4 having a width of, for example, 5 μm is formed on the p-type GaN layer 26. Next, this Si
Using the O 2 mask, vapor phase etching is performed to a depth of 1.4 μm in the same manner as in the first embodiment.
As a result, as shown in FIG. 17, the n + -type GaN layer 2
2, the n-type AlGaN cladding layer 23, the active layer 24, the p-type AlGaN layer 25, and the p-type GaN cap layer 26 are patterned into a stripe shape.

【0068】次に、図18に示すように、SiO2 マス
ク4を成長マスクとして、MOCVD法により、p型A
lGaNクラッド層25とほぼ同じ高さまでp- 型Al
GaN層27を選択的に成長させた後、引き続いてp型
GaNキャップ層26と同じ高さまでp型GaN層28
を選択的に成長させる。ここで、p- 型AlGaN層2
7のAl組成比は例えば0.2、キャリア濃度は例えば
1×1016cm-3、厚さは例えば900nmである。ま
た、p型GaN層28のキャリア濃度は例えば3×10
17cm-3、厚さは例えば500nmである。
Next, as shown in FIG. 18, p-type A was formed by MOCVD using the SiO 2 mask 4 as a growth mask.
p - type Al up to almost the same height as the lGaN cladding layer 25
After selectively growing the GaN layer 27, the p-type GaN layer 28 is subsequently grown to the same height as the p-type GaN cap layer 26.
Grow selectively. Here, the p -type AlGaN layer 2
7 has an Al composition ratio of 0.2, a carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 , and a thickness of 900 nm, for example. The carrier concentration of the p-type GaN layer 28 is, for example, 3 × 10.
It is 17 cm −3 and the thickness is, for example, 500 nm.

【0069】次に、SiO2 マスク4を例えばウエット
エッチング法によりエッチング除去する。次に、図19
に示すように、p型GaNキャップ層26およびp型G
aN層28の表面に例えばNi/Au電極のようなp側
電極29を形成するとともに、n型SiC基板21の裏
面に例えばTi/Al電極のようなn側電極30を形成
する。以上により、目的とする埋め込みヘテロ構造の半
導体レーザが製造される。
Next, the SiO 2 mask 4 is removed by etching, for example, by a wet etching method. Next, FIG.
, The p-type GaN cap layer 26 and the p-type G
A p-side electrode 29 such as a Ni / Au electrode is formed on the surface of the aN layer 28, and an n-side electrode 30 such as a Ti / Al electrode is formed on the back surface of the n-type SiC substrate 21. As described above, the intended semiconductor laser having a buried hetero structure is manufactured.

【0070】以上のように、この第5の実施形態によれ
ば、第1の実施形態と同様な選択エッチングおよび選択
成長により、GaN系半導体を用いた埋め込みヘテロ構
造の半導体レーザを実現することができる。この埋め込
みヘテロ構造の半導体レーザは、従来の屈折率導波型半
導体レーザの特徴を有するものである。また、p側電極
29は全面電極であるため、その接触抵抗を小さくする
ことができる。
As described above, according to the fifth embodiment, a buried heterostructure semiconductor laser using a GaN-based semiconductor can be realized by the selective etching and selective growth similar to those of the first embodiment. it can. This buried heterostructure semiconductor laser has the characteristics of a conventional index-guided semiconductor laser. Further, since the p-side electrode 29 is a full-surface electrode, its contact resistance can be reduced.

【0071】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
The embodiments of the present invention have been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

【0072】例えば、上述の実施形態において挙げた数
値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる
数値を用いてもよい。
For example, the numerical values given in the above embodiments are merely examples, and different numerical values may be used if necessary.

【0073】例えば、上述の第2の実施形態におけるチ
ャネル層10のアンドープGaInN層102の代わり
に、Siなどのn型不純物をドープしたGaInN層を
用いてもよい。また、上述の第1〜第4の実施形態にお
けるアンドープGaN層2は、成長条件によってはn型
化し、絶縁性が低下することがあるため、このn型化を
防止するために、例えばこのアンドープGaN層2の下
部または全体に、p型不純物であるMgを例えば1016
cm-3の濃度にドープするようにしてもよい。
For example, a GaInN layer doped with an n-type impurity such as Si may be used instead of the undoped GaInN layer 102 of the channel layer 10 in the second embodiment described above. In addition, the undoped GaN layer 2 in the above-described first to fourth embodiments may become n-type depending on the growth conditions, and the insulating property may be deteriorated. Mg, which is a p-type impurity, is added to the bottom or the whole of the GaN layer 2 by, for example, 10 16
You may make it dope to the density | concentration of cm <-3 >.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上説明したように、この発明による窒
化物系化合物半導体のエッチング方法によれば、気相で
熱化学的にエッチングが行われるので、GaNなどの窒
化物系化合物半導体を、損傷を伴うことなく、しかも良
好な制御性でエッチングすることができる。
As described above, according to the method for etching a nitride-based compound semiconductor according to the present invention, since the etching is performed thermochemically in the vapor phase, the nitride-based compound semiconductor such as GaN is damaged. It is possible to perform etching with good controllability and without causing.

【0075】また、この発明による半導体装置の製造方
法によれば、エッチングを気相成長装置の反応炉内で行
うことができるので、この気相成長装置の反応炉内で窒
化物系化合物半導体の選択エッチングを行った後、引き
続いて、この反応炉内で、選択エッチングされた部分の
清浄な表面に化合物半導体を選択的に成長させて埋め込
むことができる。また、選択エッチングのマスクに用い
られる絶縁膜をそのまま選択成長のマスクとして用いて
いるので、選択エッチングにより除去された部分に化合
物半導体を自己整合的に埋め込むことができる。これに
よって、窒化物系化合物半導体を用いた高性能の半導体
装置を高い歩留まりで製造することができる。
Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since etching can be performed in the reaction furnace of the vapor phase growth apparatus, the nitride-based compound semiconductor in the reaction furnace of the vapor phase growth apparatus can be etched. After performing the selective etching, subsequently, in this reaction furnace, the compound semiconductor can be selectively grown and embedded in the clean surface of the selectively etched portion. Further, since the insulating film used as the selective etching mask is used as it is as the selective growth mask, the compound semiconductor can be embedded in a self-aligned manner in the portion removed by the selective etching. As a result, a high-performance semiconductor device using a nitride compound semiconductor can be manufactured with a high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】GaN層のエッチング速度の温度依存性を示す
略線図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing temperature dependence of an etching rate of a GaN layer.

【図2】この発明の第1の実施形態によるGaN ME
SFETの製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 2 is a GaN ME according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the SFET.

【図3】この発明の第1の実施形態によるGaN ME
SFETの製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 3 is a GaN ME according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the SFET.

【図4】この発明の第1の実施形態によるGaN ME
SFETの製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 4 is a GaN ME according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the SFET.

【図5】この発明の第1の実施形態によるGaN ME
SFETの製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 5 is a GaN ME according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the SFET.

【図6】この発明の第1の実施形態によるGaN ME
SFETのエネルギーバンド図である。
FIG. 6 is a GaN ME according to the first embodiment of the present invention.
It is an energy band figure of SFET.

【図7】この発明の第2の実施形態によるGaN/Ga
InN擬似構造HEMTの製造方法を説明するための断
面図である。
FIG. 7 GaN / Ga according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the InN pseudo structure HEMT.

【図8】この発明の第2の実施形態によるGaN/Ga
InN擬似構造HEMTのチャネル層の構造の詳細を示
す一部拡大断面図である。
FIG. 8 is a GaN / Ga according to a second embodiment of the present invention.
It is a partially expanded sectional view which shows the detail of the structure of the channel layer of InN pseudo structure HEMT.

【図9】この発明の第2の実施形態によるGaN/Ga
InN擬似構造HEMTの製造方法を説明するための断
面図である。
FIG. 9 is a GaN / Ga according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the InN pseudo structure HEMT.

【図10】この発明の第2の実施形態によるGaN/G
aInN擬似構造HEMTの製造方法を説明するための
断面図である。
FIG. 10 is a GaN / G according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the aInN pseudo structure HEMT.

【図11】この発明の第2の実施形態によるGaN/G
aInN擬似構造HEMTのエネルギーバンド図であ
る。
FIG. 11 is a GaN / G according to a second embodiment of the present invention.
It is an energy band diagram of aInN pseudo structure HEMT.

【図12】この発明の第3の実施形態によるリセスゲー
ト構造のGaN MESFETの製造方法を説明するた
めの断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the GaN MESFET having the recess gate structure according to the third embodiment of the present invention.

【図13】この発明の第3の実施形態によるリセスゲー
ト構造のGaN MESFETの製造方法を説明するた
めの断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the GaN MESFET having the recess gate structure according to the third embodiment of the present invention.

【図14】この発明の第3の実施形態によるリセスゲー
ト構造のGaN MESFETの製造方法を説明するた
めの断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the GaN MESFET having the recess gate structure according to the third embodiment of the present invention.

【図15】この発明の第4の実施形態によるリセスゲー
ト構造のGaN/GaInN擬似構造HEMTの製造方
法を説明するための断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the GaN / GaInN pseudo structure HEMT having the recess gate structure according to the fourth embodiment of the present invention.

【図16】この発明の第5の実施形態による埋め込みヘ
テロ構造の半導体レーザの製造方法を説明するための断
面図である。
FIG. 16 is a sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser having the buried hetero structure according to the fifth embodiment of the present invention.

【図17】この発明の第5の実施形態による埋め込みヘ
テロ構造の半導体レーザの製造方法を説明するための断
面図である。
FIG. 17 is a sectional view for illustrating the method for manufacturing the buried hetero structure semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention.

【図18】この発明の第5の実施形態による埋め込みヘ
テロ構造の半導体レーザの製造方法を説明するための断
面図である。
FIG. 18 is a sectional view for illustrating the method for manufacturing the buried hetero structure semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention.

【図19】この発明の第5の実施形態によるリセスゲー
ト構造を有するGaN擬似整合HEMTの製造方法を説
明するための断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the GaN pseudo-match HEMT having the recess gate structure according to the fifth embodiment of the present invention.

【図20】従来のGaAs MESFETを示す断面図
である。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a conventional GaAs MESFET.

【図21】従来のリセスゲート構造のGaAs MES
FETを示す断面図である。
FIG. 21: GaAs MES having a conventional recess gate structure
It is sectional drawing which shows FET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・c面サファイア基板、2・・・アンドープGa
N層、3・・・n型GaNチャネル層、4・・・SiO
2 マスク、5・・・n+ 型GaN層、6・・・素子分離
領域、7・・・ソース電極、8・・・ドレイン電極、9
・・・ゲート電極、10・・・チャネル層、101、1
03・・・n+ 型GaN層、102・・・アンドープG
aInN層、104・・・アンドープAlGaN層、1
1・・・n+ 型GaInN層、21・・・n型SiC基
板、23・・・n型AlGaN層、24・・・活性層、
25・・・p型AlGaN層、27・・・p- 型AlG
aN層、28・・・p型GaN層、29・・・p側電
極、30・・・n側電極
1 ... c-plane sapphire substrate, 2 ... undoped Ga
N layer, 3 ... N-type GaN channel layer, 4 ... SiO
2 mask, 5 ... n + type GaN layer, 6 ... element isolation region, 7 ... source electrode, 8 ... drain electrode, 9
... Gate electrode, 10 ... Channel layer, 101, 1
03 ... n + type GaN layer, 102 ... undoped G
aInN layer, 104 ... Undoped AlGaN layer, 1
1 ... n + type GaInN layer, 21 ... n type SiC substrate, 23 ... n type AlGaN layer, 24 ... active layer,
25 ... p-type AlGaN layer, 27 ... p - type AlG
aN layer, 28 ... p-type GaN layer, 29 ... p-side electrode, 30 ... n-side electrode

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−254733(JP,A) 特開 平2−291125(JP,A) 特開 平8−46291(JP,A) 特開 平7−86183(JP,A) 特開 平9−45670(JP,A) 菅野卓雄,半導体ドライエッチング技 術,日本,産業図書,1992年10月 6 日,初版,P229−233 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/302 201 H01L 21/338 H01L 29/41 H01L 29/778 H01L 29/812 Continuation of front page (56) Reference JP-A-7-254733 (JP, A) JP-A-2-291125 (JP, A) JP-A-8-46291 (JP, A) JP-A-7-86183 (JP , A) JP-A-9-45670 (JP, A) Takuo Sugano, Semiconductor dry etching technology, Japan, Sangyo Tosho, October 6, 1992, first edition, P229-233 (58) Fields investigated (Int.Cl . 7, DB name) H01L 21/302 201 H01L 21/338 H01L 29/41 H01L 29/778 H01L 29/812

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 水素ガスおよび不活性ガスのうちの少な
くとも一方からなる第1のガスとハロゲンガスおよびハ
ロゲンと炭素との化合物のガスからなる第2のガスとの
混合ガスからなるエッチングガスを用いて窒化物系化合
物半導体を気相エッチングするようにしたことを特徴と
する窒化物系化合物半導体のエッチング方法。
1. A hydrogen gas and mixed gas or Ranaru etching gas of the second gas comprising a first gas and a halogen gas and a halogen gas of a compound with carbon composed of at least one of the inert gas A method for etching a nitride-based compound semiconductor, characterized in that the nitride-based compound semiconductor is vapor-phase-etched by using.
【請求項2】 水素ガスおよび不活性ガスのうちの少な
くとも一方からなる第1のガスとハロゲンと炭素との化
合物のガスからなる第2のガスとの混合ガスからなるエ
ッチングガスを用いて窒化物系化合物半導体を気相エッ
チングするようにしたことを特徴とする窒化物系化合物
半導体のエッチング方法。
2. A small amount of hydrogen gas and inert gas
That the nitride-based compound semiconductor using an etching gas comprising a mixed gas of a second gas comprising a first gas and a halogen gas of a compound with carbon made of one Kutomo was such that vapor-phase etching Characteristic nitride compounds
Semiconductor etching method.
【請求項3】 上記第2のガスの分圧が数Torr〜常
圧であることを特徴とする請求項1または2記載の窒化
物系化合物半導体のエッチング方法。
3. The partial pressure of the second gas is several Torr to normal.
According to claim 1 or 2 nitride-based compound semiconductor etching method according you being a pressure.
【請求項4】 400℃以上の温度で上記窒化物系化合
物半導体を気相エッチングするようにしたことを特徴と
する請求項1または2記載の窒化物系化合物半導体のエ
ッチング方法。
4. The nitride compound at a temperature of 400 ° C. or higher.
According to claim 1 or 2 nitride compound semiconductor etching method according to the object semiconductor, characterized in that as gas-phase etching grayed.
【請求項5】 上記第2のガスの分圧が数Torr〜常
圧であり、400℃以上の温度で上記窒化物系化合物半
導体を気相エッチングするようにしたことを特徴とする
請求項1または2記載の窒化物系化合物半導体のエッチ
ング方法。
5. The partial pressure of the second gas is several Torr to normal.
3. The method for etching a nitride-based compound semiconductor according to claim 1, wherein the nitride-based compound semiconductor is vapor-phase etched at a temperature of 400 ° C. or higher .
【請求項6】 エッチングすべき部分以外の部分の上記
窒化物系化合物半導体の表面を絶縁膜で覆い、上記絶縁
膜をマスクとして上記窒化物系化合物半導体を選択的に
気相エッチングするようにしたことを特徴とする請求項
1−5のいずれか一項記載の窒化物系化合物半導体のエ
ッチング方法。
6. The above-mentioned portion other than the portion to be etched
6. The nitride-based compound semiconductor is covered with an insulating film, and the nitride-based compound semiconductor is selectively vapor-phase etched using the insulating film as a mask. Item 7. A method for etching a nitride-based compound semiconductor according to the item.
【請求項7】 400℃以上800℃以下の温度で上記
気相エッチングを行うようにしたことを特徴とする請求
項1−5のいずれか一項記載の窒化物系化合物半導体の
エッチング方法。
7. The temperature above 400 ° C. and below 800 ° C.
Any one nitride-based compound semiconductor method of etching as claimed in claim 1-5, characterized in that there was Unishi by performing vapor phase etching.
【請求項8】 500℃以上700℃以下の温度で上記
気相エッチングを行うようにしたことを特徴とする請求
項1−5のいずれか一項記載の窒化物系化合物半導体の
エッチング方法。
8. The above at a temperature of 500 ° C. to 700 ° C.
Any one nitride-based compound semiconductor method of etching as claimed in claim 1-5, characterized in that there was Unishi by performing vapor phase etching.
【請求項9】 上記窒化物系化合物半導体はAl、Ga
およびInからなる群より選ばれた少なくとも一種のI
II族元素とNとからなることを特徴とする請求項1−
5のいずれか一項記載の窒化物系化合物半導体のエッチ
ング方法。
9. The nitride compound semiconductor is Al or Ga.
At least one I selected Ri by the group and consisting of In
2. A group II element and N are included.
6. The method for etching a nitride compound semiconductor according to any one of 5 above.
【請求項10】 窒化物系化合物半導体を用いた半導体
装置の製造方法においてエッチングすべき部分以外の部分の上記窒化物系化合物
半導体の表面を絶縁膜で覆い、 上記絶縁膜をマスクとし
て、水素ガスおよび不活性ガスのうちの少なくとも一方
からなる第1のガスとハロゲンガスおよびハロゲンと炭
素との化合物のガスからなる第2のガスとの混合ガスか
らなるエッチングガスを用いて上記窒化物系化合物半導
体を選択的に気相エッチングする工程と、上記絶縁膜をマスクとして、上記窒化物系化合物半導体
の上記選択的に気相エッチング された部分に化合物半導
体を選択的に成長させて埋め込む工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
10. A semiconductor using a nitride-based compound semiconductor
In the method of manufacturing a device, the nitride-based compound in the portion other than the portion to be etched
The surface of the semiconductor is covered with an insulating film, and the insulating film is used as a mask to form a second gas containing a first gas containing at least one of hydrogen gas and an inert gas, a halogen gas, and a gas containing a compound of halogen and carbon. A step of selectively vapor-phase etching the nitride-based compound semiconductor using an etching gas composed of a mixed gas with a gas, and using the insulating film as a mask, the nitride-based compound semiconductor
And a step of selectively growing and burying a compound semiconductor in the selectively vapor-phase-etched portion of
A method for manufacturing a characteristic semiconductor device.
【請求項11】 窒化物系化合物半導体を用いた半導体
装置の製造方法においてエッチングすべき部分以外の部分の上記窒化物系化合物
半導体の表面を絶縁膜で覆い、 上記絶縁膜をマスクとし
て、水素ガスおよび不活性ガスのうちの少なくとも一方
からなる第1のガスとハロゲンと炭素との化合物のガス
からなる第2のガスとの混合ガスからなるエッチングガ
スを用いて上記窒化物系化合物半導体を選択的に気相エ
ッチングする工程と、上記絶縁膜をマスクとして、上記窒化物系化合物半導体
の上記選択的に気相エッチング された部分に化合物半導
体を選択的に成長させて埋め込む工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
11. A semiconductor using a nitride compound semiconductor.
In the method of manufacturing a device, the nitride-based compound in the portion other than the portion to be etched
By covering the surface of the semiconductor with an insulating film and using the insulating film as a mask, a first gas containing at least one of hydrogen gas and an inert gas and a second gas containing a compound gas of halogen and carbon are formed. A step of selectively vapor-phase etching the nitride compound semiconductor using an etching gas composed of a mixed gas; and using the insulating film as a mask, the nitride compound semiconductor
And a step of selectively growing and burying a compound semiconductor in the selectively vapor-phase-etched portion of
A method for manufacturing a characteristic semiconductor device.
【請求項12】 上記第2のガスの分圧が数Torr〜
常圧であることを特徴とする請求項10または11記載
の半導体装置の製造方法。
12. The partial pressure of the second gas is from several Torr to
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the method is a normal pressure .
【請求項13】 400℃以上の温度で上記窒化物系化
合物半導体を気相エッチングするようにしたことを特徴
とする請求項10または11記載の半導体装置の製造方
法。
13. The nitride system conversion at a temperature of 400 ° C. or higher.
Method for producing a compound semiconductor device according to claim 10 or 11 wherein it has to be gas phase-etched ring.
【請求項14】 上記第2のガスの分圧が数Torr〜
常圧であり、400℃以上の温度で上記窒化物系化合物
半導体を気相エッチングするようにしたことを特徴とす
る請求項10または11記載の半導体装置の製造方法。
14. The partial pressure of the second gas is from several Torr to
Normal is pressure, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10 or 11, wherein the temperature on 400 ° C. or more and the nitride-based compound semiconductor so as to vapor-phase etching.
【請求項15】 400℃以上800℃以下の温度で上
記気相エッチングを行うようにしたことを特徴とする請
求項10−14のいずれか一項記載の半導体装置の製造
方法。
15. The temperature above 400 ° C. and below 800 ° C.
15. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein vapor phase etching is performed .
【請求項16】 500℃以上700℃以下の温度で上
記気相エッチングを行うようにしたことを特徴とする請
求項10−14のいずれか一項記載の半導体装置の製造
方法。
16. The temperature is above 500 ° C. and below 700 ° C.
15. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein vapor phase etching is performed .
【請求項17】 上記窒化物系化合物半導体はAl、G
aおよびInからなる群より選ばれた少なくとも一種の
III族元素とNとからなることを特徴とする請求項1
0−14のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
17. The nitride-based compound semiconductor is Al or G
2. At least one Group III element selected from the group consisting of a and In, and N.
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 0 to 14.
【請求項18】 上記埋め込まれる化合物半導体は少な
くともGaおよびNを含む窒化物系化合物半導体である
ことを特徴とする請求項10−14のいずれか一項記載
の半導体装置の製造方法。
18. The embedded compound semiconductor is small.
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 10-14, characterized in that the Kutomo Ga and N is including nitride compound semiconductor.
【請求項19】 上記埋め込まれる化合物半導体はヒ素
系III−V族化合物半導体であることを特徴とする請
求項10−14のいずれか一項記載の半導体装置の製造
方法。
19. The embedded compound semiconductor is arsenic.
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 10-14, characterized in that the system III-V compound semiconductors.
【請求項20】 上記埋め込まれる化合物半導体はリン
系III−V族化合物半導体であることを特徴とする請
求項10−14のいずれか一項記載の半導体装置の製造
方法。
20. The embedded compound semiconductor is phosphorus.
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 10-14 to system III-V compound semiconductor der wherein Rukoto.
【請求項21】 有機金属化学気相成長法により上記埋
め込まれる化合物半導体を成長させるようにしたことを
特徴とする請求項10−14のいずれか一項記載の半導
体装置の製造方法。
21. The above-mentioned filling by a metal organic chemical vapor deposition method.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein a compound semiconductor to be embedded is grown .
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