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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-122364(P2015-122364A)
(43)【公開日】2015年7月2日
(54)【発明の名称】半導体層の表面処理方法および半導体基板
(51)【国際特許分類】
H01L 21/205 20060101AFI20150605BHJP
H01L 21/306 20060101ALI20150605BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20150605BHJP
H01L 21/338 20060101ALI20150605BHJP
H01L 29/778 20060101ALI20150605BHJP
H01L 29/812 20060101ALI20150605BHJP
【ＦＩ】
H01L21/205
H01L21/306 B
C23C16/34
H01L29/80 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2013-264346(P2013-264346)
(22)【出願日】2013年12月20日
(71)【出願人】
【識別番号】000154325
【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087480
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 整
【テーマコード（参考）】
4K030
5F043
5F045
5F102
【Ｆターム（参考）】
4K030AA11
4K030AA13
4K030AA17
4K030BA08
4K030BA38
4K030BB13
4K030CA04
4K030FA10
4K030JA01
4K030JA06
4K030JA10
4K030LA14
5F043AA16
5F043BB10
5F043GG10
5F045AA04
5F045AB14
5F045AB17
5F045AC08
5F045AC12
5F045AD14
5F045AF02
5F045AF03
5F045AF09
5F045BB15
5F045CA07
5F045DA52
5F045DP03
5F045EF05
5F045HA14
5F102GB01
5F102GC01
5F102GD01
5F102GJ02
5F102GJ03
5F102GJ04
5F102GJ10
5F102GK04
5F102GL04
5F102GM04
5F102GM08
5F102GQ01
5F102GS01
5F102GT01
5F102HC01
(57)【要約】
【課題】半導体層上に付着する降着物またはガリウムを含有する粒子を低減すること。【解決手段】成長装置内において、基板１０上に窒化ガリウムからなる第１ＧａＮ層２０を形成する工程と、前記第１ＧａＮ層の表面上に、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層２２を形成する工程と、前記第２ＧａＮ層を形成した後、前記成長装置から前記基板を取り出す工程と、前記基板を取り出す工程の後、前記第２ＧａＮ層を除去する工程と、を含む半導体層の表面処理方法。
【選択図】図１１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
成長装置内において、基板上に窒化ガリウムからなる第１ＧａＮ層を形成する工程と、
前記第１ＧａＮ層の表面上に、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層を形成する工程と、
前記第２ＧａＮ層を形成した後、前記成長装置から前記基板を取り出す工程と、
前記基板を取り出す工程の後、前記第２ＧａＮ層を除去する工程と、
を含む半導体層の表面処理方法。
前記第１ＧａＮ層の表面上に、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層を形成する工程と、
前記第２ＧａＮ層を形成した後、前記成長装置から前記基板を取り出す工程と、
前記基板を取り出す工程の後、前記第２ＧａＮ層を除去する工程と、
を含む半導体層の表面処理方法。
【請求項2】
前記第２ＧａＮ層を形成する工程は、前記第１ＧａＮ層上に、ＭＯＣＶＤ装置を用い基板温度が８００℃以下で前記第２ＧａＮ層を形成する請求項１記載の半導体層の表面処理方法。
【請求項3】
前記第２ＧａＮ層を除去する工程は、硫酸と過酸化水素とを含む混合液を用いる請求項１または２記載の半導体層の表面処理方法。
【請求項4】
前記成長装置は、前記基板上方にガスを導入する導入口を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体層の表面処理方法。
【請求項5】
前記第２ＧａＮ層を形成する工程の後、前記第２ＧａＮ層上に降着物が形成され、
前記第２ＧａＮ層を除去する工程において、前記降着物が除去される請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体層の表面処理方法。
前記第２ＧａＮ層を除去する工程において、前記降着物が除去される請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体層の表面処理方法。
【請求項6】
前記成長装置内において、前記第１ＧａＮ層および前記第２ＧａＮ層は、連続して形成される請求項１記載の半導体層の表面処理方法。
【請求項7】
窒化ガリウムからなる第１ＧａＮ層と、
前記第１ＧａＮ層上に形成され、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層と、
を備える半導体基板
前記第１ＧａＮ層上に形成され、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層と、
を備える半導体基板
【請求項8】
前記第２ＧａＮ層上に形成されたガリウムを含有する粒子を備える請求項７に記載の半導体基板。
【請求項9】
前記第２ＧａＮ層の膜厚は１００ｎｍ以上である請求項７または８記載の半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体層の表面処理方法および半導体基板に関し、例えば窒化物半導体層を有する半導体層の表面処理方法および半導体基板に関する。
【背景技術】
【0002】
窒化物半導体を用いた半導体装置は、高周波かつ高出力で動作するパワー素子などに用いられている。窒化物半導体を用いた半導体装置として、電子走行層と電子供給層とを有するＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が知られている。
【0003】
特許文献１には、エピタキシャルウエハ上に異物パーティクルが付着することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１１−３６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
Ｇａ（ガリウム）を含む窒化物半導体層を形成するときに、窒化物半導体層上にＧａを含有する粒子であるドロップレット等の降着物が付着する場合がある。窒化物半導体層を用いて半導体装置を製造した場合、ドロップレットにより、半導体装置内のショートが発生する。または、半導体装置内の配線が断線する。あるいは、半導体装置の製造工程において、レジストの塗布むらが生じる。これらにより、半導体装置の良品率が低下する。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、半導体層上に付着する降着物またはガリウムを含有する粒子を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本願発明は、成長装置内において、基板上に窒化ガリウムからなる第１ＧａＮ層を形成する工程と、前記第１ＧａＮ層の表面上に、層上に第１ＧａＮ層を形成する工程と、前記第１ＧａＮ層上に、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層を形成する工程と、前記第２ＧａＮ層を形成した後、前記成長装置から前記基板を取り出す工程と、前記基板を取り出す工程の後、前記第２ＧａＮ層を除去する工程と、を含む半導体層の表面処理方法である。
【0008】
本願発明は、窒化ガリウムからなる第１ＧａＮ層と、前記第１ＧａＮ層上に形成され、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層と、を備える半導体基板である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、半導体層上に付着する降着物またはガリウムを含有する粒子を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
［本願発明の実施形態の説明］最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明は、成長装置内において、基板上に窒化ガリウムからなる第１ＧａＮ層を形成する工程と、前記第１ＧａＮ層の表面上に、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層を形成する工程と、前記第２ＧａＮ層を形成した後、前記成長装置から前記基板を取り出す工程と、前記基板を取り出す工程の後、前記第２ＧａＮ層を除去する工程と、を含む半導体層の表面処理方法である。第１ＧａＮ層上に窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層を形成した後、成長装置から基板を取り出し、第２ＧａＮ層を除去することで、降着物またはガリウムを含有する粒子を除去することができる。
【0012】
前記第２ＧａＮ層を形成する工程は、前記第１ＧａＮ層上に、ＭＯＣＶＤ装置を用い基板温度が８００℃以下で前記第２ＧａＮ層を形成することが好ましい。これにより、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層を形成することができる。
【0013】
前記第２ＧａＮ層を除去する工程は、硫酸と過酸化水素とを含む混合液を用いることが好ましい。これにより、第２ＧａＮ層および降着物またはガリウムを含有する粒子を除去することができる。
【0014】
前記成長装置は、前記基板上方にガスを導入する導入口を有することが好ましい。これにより、降着物が発生しやすい成長装置を用いた場合であっても降着物を低減できる。
【0015】
前記第２ＧａＮ層を形成する工程の後、前記第２ＧａＮ層上に降着物が形成され、前記第２ＧａＮ層を除去する工程において、前記降着物が除去されることが好ましい。これにより、降着物を低減することができる。
【0016】
前記成長装置内において、前記第１ＧａＮ層および前記第２ＧａＮ層は、連続して形成されることが好ましい。
【0017】
本願発明は、窒化ガリウムからなる第１ＧａＮ層と、前記第１ＧａＮ層上に形成され、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層と、を備える半導体基板である。本願発明によれば、第２ＧａＮ層を除去することで、ガリウムを含有する粒子を除去することができる。
【0018】
前記第２ＧａＮ層上に形成されたガリウムを含有する粒子を備えることがこのましい。
【0019】
前記第２ＧａＮ層の膜厚は１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【0020】
［本願発明の実施形態の詳細］本発明の実施形態にかかる半導体装置およびその製造方法並びに半導体基板の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味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。
【0021】
まず、ドロップレット（降着物: ガス導入部（例えばシャワーヘッド）あるいは成長装置側壁（例えばサセプタ側壁）から剥離し基板表面に付着した金属）について説明する。図１から図３は、基板上に半導体層を形成する方法を示す図である。図１に示すように、成長装置１００は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置であり、リアクタ５０、導入部５２、サセプタ５４、ヒータ５６および排気部５８を備えている。リアクタ５０は、ウエハ６０を原料ガス６２中に保持する。導入部５２は、例えばシャワーヘッドであり、リアクタ５０内に原料ガス６２を導入する。導入部５２がウエハ６０上に設けられ、原料ガス６２がウエハ６０表面に均一に供給されることにより、形成する半導体層のウエハ６０面内での分布が良好となる。サセプタ５４は、１または複数のウエハ６０を保持する。ヒータ５６は、サセプタ５４を介しウエハ６０を加熱する。排気部５８は、リアクタ５０内の原料ガス６２を排気することにより、リアクタ５０内の圧力を一定に保持する。
【0022】
成長装置１００は、例えばフェースアップ炉であり、ウエハ６０の上方から下方に原料ガス６２が流れる。ウエハ近傍に到達した原料ガス６２は、ヒータ５６による熱エネルギーにより分解される。分解した原料はウエハ６０上に堆積し、ウエハ６０上に半導体層が形成される。
【0023】
図２に示すように、ウエハ６０上に形成された半導体層６４は、単結晶であり、窒化物半導体層である。サセプタ５４はヒータ５６により加熱されているため、サセプタ５４近傍において原料ガス６２が分解し、サセプタ５４上に、非晶質または多結晶の半導体層６６が付着する。さらに、導入部５２はサセプタ５４からの熱放射のため加熱されている。このため、導入部５２付近においても原料ガス６２が分解する。これにより、導入部５２の下面にも非晶質または多結晶な半導体層６６が堆積する。半導体層６４がＧａＮを含む半導体層の場合、半導体層６６は、Ｇａの組成比が半導体層６４より高くなる。
【0024】
図３に示すように、リアクタ５０内の気体の流れが変化すると、導入部５２の下面に付着した半導体層６６の一部が脱離し半導体層６４上に落ちる。これにより、半導体層６４上にドロップレット６８が形成される。リアクタ５０内の気体の流れが変化する原因としては、原料ガス６２の切り替え、停止、または導入等がある。
【0025】
図１から図３のように、フェースアップ炉において、ウエハ６０の上方に導入部５２が位置すると、導入部５２に付着した半導体層６６が重力により半導体層６４上に降下しやすい。導入部５２がウエハ６０の上方にない場合であっても、ウエハ６０の上方のリアクタ５０の天井に半導体層６６が付着する。よって、この場合も半導体層６４上にドロップレット６８が形成される。さらに、フェースアップ炉以外の成長装置においても、半導体層６６上に半導体層６４に起因したドロップレット６８が付着することがある。
【0026】
図４は、ドロップレットが付着した半導体基板の断面図である。図４に示すように、ウエハ６０上に半導体層６４が形成されている。半導体層６４上にドロップレット６８が付着している。ドロップレット６８の高さＨは例えば１００μｍ以上の場合もある。このため、半導体装置の導電層間にドロップレットが位置すると、半導体装置がショート不良となる可能性がある。また、半導体装置内の配線がドロップレットにより断線する可能性がなる。さらに、半導体装置の製造工程において、ウエハ６０にフォトレジストを塗布する際に塗布むらが生じる。このように、ドロップレットにより半導体装置の良品率が低下する。
【0027】
図５は、ドロップレットの光学顕微鏡画像の模式図である。半導体層６４上にドロップレット６８は略球形状である。半導体層６６から剥離したドロップレット６８は球形状でない場合もあるが、半導体層６４上に付着した後にヒータ５６からの熱により変形し表面張力に従い表面積が最も大きい球形状となる。半導体層６４上に付着した後の基板温度によっては、ドロップレット６８が球形状とならない場合もある。
【0028】
ドロップレットが生じないようにするため、成長装置内の清掃を頻繁に行なう方法が考えられる。しかし、この方法は、成長装置のスループットを低下させる。半導体層６４に付着したドロップレットを気体のブローによって除去することが考えられる。しかし、気体のブルーだけでは、ドロップレットは効率的には除去されない。これは、半導体層６４とドロップレットとが熱反応または分子間力により結合しているためである。
【0029】
ドロップレット６８をドライエッチングにより除去することも考えられる。この場合、半導体層６４に物理的または化学的なダメージが導入される。また、半導体層６４の表面がドライエッチングのためのプラズマに曝されることにより、半導体層６４に変質層が形成されることがある。
【0030】
ドロップレット６８をウエットエッチングにより除去することが考えられる。そこで、ドロップレット６８を、ウエットエッチングにより除去することを検討した。
【0031】
単結晶の半導体層６４としてＧａＮ電子走行層、ＡｌＧａＮ電子供給層およびＧａＮキャップ層を成長した。半導体層６４上に付着したドロップレットをＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法を用い分析した。
【0032】
図６は、ドロップレットのＥＤＸ分析結果を示す図である。横軸はネネルギーであり、縦軸はカウント数である。実線がドロップレットの分析結果であり、破線が単結晶のＧａＮ層の分析結果である。１．１ＫｅＶ近傍のＧａのピークはドロップレットとＧａＮ層で差がない。一方、０．４ｋｅＶ近傍のＮのピークは、ＧａＮ層に対しドロップレットで小さい。このように、ドロップレット６８内のＧａの組成比は単結晶ＧａＮ層より高い。ドロップレット６８は、例えばＧａを含有する粒子である。例えば、ドロップレット６８がＧａＮの場合には、窒素に対するガリウムの組成比が２より大きい。また、窒素に対するガリウムの組成比は３、または４より大きい場合がある。
【0033】
Ｇａは、硫酸と過酸化水素氏との混合液（硫酸過水）でウエットエッチングできる。そこで、ＧａＮ単結晶層上に形成されたドロップレットを硫酸過水を用いてエッチングした。硫酸過水は、硫酸（９６体積％）：過酸化水素（３０体積％）を５：１（体積比）とした。
【0034】
図７は、処理時間に対するドロップレットのサイズを示す図である。図７は、処理時間に対するＧａＮ層の膜厚を示す図である。処理時間は、硫酸過水に浸漬した時間である。ドロップレットサイズは、ドロップレットの大きさを顕微鏡で測定した結果である。ＧａＮ層の膜厚は、ＧａＮ単結晶層の膜厚をＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒｅｃｔｉｏｎ）法を用い測定した。
【0035】
図７に示すように、処理時間が長くなるとドロップレットサイズは小さくなる。処理時間が１０分において、ドロップレットサイズは０となる。これにより、ドロップレットが除去できる。
【0036】
図８に示すように、ＧａＮ層の膜厚は処理時間が２０分であってもほとんど変わらない。このように、硫酸過水は、ドロップレットをエッチングするが、ＧａＮ単結晶層はエッチングしない。図７および図８のように、硫酸過水によりＧａＮ単結晶層はエッチングされずドロップレットを除去できる。ドロップレットを除去したＧａＮ層の表面を光学顕微鏡を用い観察した。結果は次の通りである。
【0037】
図９は、ドロップレットの痕を示す光学顕微鏡画像の模式図である。図９に示すように、半導体層６４の表面に痕７０が観察される。痕７０は、深さが例えば１００ｎｍ程度の凹状となっている。痕７０により半導体装置が不良となる場合がある。
【0038】
以上のように、ドロップレットを削減することは容易ではない。以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例1】
【0039】
図１０Ａから図１１Ｃは、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１０Ａに示すように、基板１０を準備する。基板１０は、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板である。基板１０としては、例えばＳｉ（シリコン）基板、サファイア基板、ＧａＮ基板またはＧａ２Ｏ３（酸化ガリウム）基板を用いることもできる。
【0040】
図１０Ｂに示すように、基板１０上に、図１の成長装置１００を用い、窒化物半導体層１８として、バッファ層１２、電子走行層１４および電子供給層１６を形成する。バッファ層１２は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）層である。電子走行層１４は、例えばＧａＮ層である。電子供給層１６は、例えばＡｌＧａＮ層である。
【0041】
図１０Ｃに示すように、窒化物半導体層１８上にＧａＮキャップ層２０を形成する。ＧａＮキャップ層２０は、単結晶ＧａＮ層である。ＧａＮキャップ層２０の成長条件に例を以下に示す。
基板温度：１０６０℃
原料ガス：ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）
ＴＭＧ流量：４２ｓｃｃｍ（７×１０−７ｍ／ｓ）
ＮＨ３流量：２００００ｓｃｃｍ（３．３×１０−４ｍ／ｓ）
キャリアガス：Ｈ２（水素）
圧力：１００Ｔｏｒｒ（１３．３ｋＰａ）
膜厚：１ｎｍ〜１０ｎｍ
ＧａＮキャップ層２０は、電子供給層１６の酸化を抑制されるために形成される。酸化抑制のため膜厚が１ｎｍ以上であることが好ましい。Ｇａ原料としては、ＴＭＧ以外にＴＥＧ（トリエチルガリウム）を用いることもできる。
【0042】
図１０Ｄに示すように、ＧａＮキャップ層２０上に結晶性の低い低結晶性ＧａＮ層２２を形成する。低結晶性ＧａＮ層２２は、ＧａＮキャップ層２０よりＧａ組成比が高い。単結晶ＧａＮでは、原子組成比Ｇａ／Ｎは１である。低結晶性ＧａＮ層２２ではＧａ／Ｎが１より大きい。低結晶性ＧａＮ層２２は、非晶質または多結晶である。低結晶性ＧａＮ層２２の成長条件の例を以下に示す。
基板温度：９００℃未満
膜厚：１００ｎｍ以上かつ２μｍ以下
その他の条件：ＧａＮキャップ層２０と同じ
【0043】
ＮＨ３の分解温度は約９００℃である。よって、ＧａＮキャップ層２０を１０００℃以上の基板温度で形成する。これにより、ＧａＮキャップ層２０は単結晶として形成される。低結晶性ＧａＮ層２２を９００℃未満の基板温度で形成する。具体的には、基板温度は、８００℃以下が好ましく、７５０℃以下がより好ましい。また、基板温度は、６００℃以上が好ましい。これにより、Ｎの供給が低減されず、ＧａリッチなＧａＮ層が形成できる。
【0044】
図１０Ｂから図１０Ｄまでは、導入部５２から導入されるガスを停止せずに成長する。例えば、成長装置内においてＧａＮキャップ層２０および低結晶性ＧａＮ層２２が連続して成長される。これにより、図２のように、導入部５２近傍に半導体層６６が形成されていたとしても、図３のように、半導体層６６から窒化物半導体層１８またはＧａＮキャップ層２０上にはドロップレットが落下することを抑制できる。
【0045】
図１１Ａに示すように、基板１０を成長装置１００から取り出す。このとき、導入部５２から導入されるガスを停止することによりリアクタ５０内の気体の変化により、低結晶性ＧａＮ層２２上にドロップレット２４が落下する。半導体基板１０２は、この状態で、保管される。また、以降の工程を行なう工場に搬送される。このように、ＧａＮキャップ層２０上に低結晶性ＧａＮ層２２を形成する半導体基板１０２において、ＧａＮキャップ層２０の表面を保護（傷、降着物などの付着防止）することができる。
【0046】
図１１Ｂに示すように、硫酸過水を用い、ドロップレット２４および低結晶性ＧａＮ層２２を除去する。硫酸過水は、硫酸（９６体積％）を２２００ｍｌ、過酸化水素水を４４０ｍｌとして混合し作製する。処理時間を１５分とする。ドロップレット２４および低結晶性ＧａＮ層２２は、Ｇａ／Ｎが１より大きく、非晶質または多結晶である。例えば、この低結晶性ＧａＮ層２２のＧａ／Ｎは２より大きい、さらに、３より大きく、４より大きい場合がある。このため、図７のように、硫酸系エッチング溶液により除去される。ＧａＮキャップ層２０は、単結晶であり、Ｇａ／Ｎはほぼ１である。このため、図８のように、ＧａＮキャップ層２０は、硫酸系エッチング溶液を用いてもほとんどエッチングされない。
【0047】
図１１Ｃに示すように、ＧａＮキャップ層２０上にゲート電極２６を形成する。ゲート電極２６は、例えば基板１０側からＮｉ（ニッケル）膜およびＡｕ（金）膜である。ゲート電極２６を挟むようにＡｌＧａＮ電子供給層１６上にソース電極２８およびドレイン電極３０を形成する。ソース電極２８およびドレイン電極３０は、例えば基板１０側からＴｉ（チタン）膜およびＡｌ（アルミニウム）膜である。Ｔｉ膜はＴａ（タンタル）膜でもよい。ソース電極２８およびドレイン電極３０は、電子供給層１６に達するように埋め込まれてもよいし、ＧａＮキャップ層２０上に形成されていてもよい。以上により、半導体装置１０４が完成する。
【0048】
図１２は、図１１Ａの後の光学顕微鏡画像の模式図である。図１２に示すように、低結晶性ＧａＮ層２２上にドロップレット２４が観察できる。また、低結晶性ＧａＮ層２２の表面は、表面が荒れたように見える。これは、低結晶性ＧａＮ層２２の結晶性が劣るためである。
【0049】
図１３は、図１１Ｂの後の光学顕微鏡画像の模式図である。図１３に示すように、ドロップレット２４は、低結晶性ＧａＮ層２２とともに除去される。図９のような、ドロップレット２４を除去した痕は観察されない。ＧａＮキャップ層２０の表面には、Ｓ（硫黄）を含有した薬液により処理したことに起因するＳが残存している。
【0050】
図１４は、硫黄が残存したＧａＮ層表面のＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）観察結果を示す例である。横軸は結合エネルギー、縦軸は強度である。図１４に示すように、Ｇａ−Ｓ結合に起因するＳ２ｐのピークが１６０ｅＶ付近に観察される。Ｓを含有した薬液により処理していなければ、Ｓ２ｐのピークは観察されない。
【0051】
実施例１によれば、図１０Ｂのように、基板１０上に窒化物半導体層１８を形成する。図１０Ｃのように、窒化物半導体層１８上にＧａＮキャップ層２０（窒化ガリウムからなる第１ＧａＮ層）を形成する。図１０Ｄのように、ＧａＮキャップ層２０の表面上に、ＧａＮキャップ層２０よりＧａの組成比が大きく非晶質または多結晶である低結晶性ＧａＮ層２２（例えば窒化に対するガリウムの組成比が２より大きい窒化ガリウムからなる第２ＧａＮ層）を形成する。図１１Ａのように、成長装置から基板１０を取り出した後、低結晶性ＧａＮ層２２を除去する。これにより、図１３のように、ドロップレット２４を除去することができる。よって、半導体装置の良品率を向上できる。
【0052】
低結晶性ＧａＮ層２２の成長条件として、基板温度を窒素原料（例えばＮＨ３）の分解温度以下とする。例えば、ＭＯＣＶＤ装置を用い低結晶性ＧａＮ層２２を成長する場合、基板温度を８００℃以下とする。これにより、窒素の供給がＧａの供給より小さくなり、Ｇａ／Ｎが１より大きな低結晶性ＧａＮ層２２を形成できる。例えば、ＧａＮキャップ層２０を形成する工程においては、基板温度は、窒素原料の分解温度以上である。原料ガスの流量は維持した状態で、基板温度を窒素原料の分解温度以下まで下げる。これにより、ＧａＮキャップ層２０上に低結晶性ＧａＮ層２２が形成できる。原料ガスの流量（キャリアガスも含めた流量）を維持しているため、リアクタ５０内の気体の変化は少なく、ＧａＮキャップ層２０と低結晶性ＧａＮ層２２との間にドロップレットはほとんど形成されない。
【0053】
低結晶性ＧａＮ層２２の成長条件の別の例として、ＧａＮキャップ層２０を形成する工程におけるＧａ原料の比率（Ｇａ原料／Ｎ原料）より高いＧａ原料の比率を用いることもできる。例えば、低結晶性ＧａＮ層２２を形成する工程のＴＭＧガス流量／ＮＨ３ガス流量をＧａＮキャップ層２０を形成する工程より小さくする。これにより、Ｇａ／Ｎが１より大きな低結晶性ＧａＮ層２２を形成できる。基板温度を下げる例では、ＧａＮキャップ層２０から低結晶性ＧａＮ層２２に連続的に形成される場合がある。原料比率を変える例では、原料ガスの比率を切り替えることにより、ＧａＮキャップ層２０から低結晶性ＧａＮ層２２に急峻に変化させることができる。また、導入部５２からリアクタ５０内に導入されるガスの全体の流量の変化が小さく、ほとんど変化がなければ、ＧａＮキャップ層２０と低結晶性ＧａＮ層２２との間にドロップレットはほとんど形成されない。低結晶性ＧａＮ層２２を形成するときに、ＧａＮキャップ層２０を形成する条件に対し、基板温度とＧａ原料比の両方を変えてもよい。
【0054】
図１１Ｂにおいて、低結晶性ＧａＮ層２２を除去するときに、硫酸と過酸化水素とを含む混合液を用いる例を説明したが、低結晶性ＧａＮ層２２を除去でき、ＧａＮキャップ層２０をエッチングしない薬液を用いればよい。例えば、硫酸と過酸化水素との混合液に水を混合した薬液でもよい。
【0055】
硫酸を含むエッチング液を用い、低結晶性ＧａＮ層２２を除去すると、ＧａＮキャップ層２０の表面にＳが残存する。例えば、図１４のように、ＸＰＳ法を用いてＧａＮキャップ層２０の表面を測定したスペクトルにおいて、結合エネルギーが１６０ｅＶ近傍にピークが位置する。
【0056】
成長装置１００として、図１のように、ウエハ６０上方にガスを導入する導入部５２を有する場合、ドロップレットが発生しやすい。よって、実施例１の方法を用いることが好ましい。成長装置１００は、ＭＯＣＶＤ装置以外にもＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）装置、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）装置またはＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）装置でもよい。
【0057】
ＧａＮキャップ層２０は、窒化物半導体層１８の酸化を抑制する機能を有する。窒化物半導体層１８の酸化を抑制するため、ＧａＮキャップ層２０の膜厚は１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。ＧａＮキャップ層２０が厚ければ、図９のように、深さが１００ｎｍ以下の痕が残っても窒化物半導体層１８には影響しない。よって、ＧａＮキャップ層２０の膜厚は１００ｎｍ以下が好ましい。ＧａＮキャップ層２０の膜厚は１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。これにより、ゲート電極２６と電子供給層１６との距離を短くなり、半導体装置１０４の性能が向上する。
【0058】
深さが１００ｎｍ程度の痕を残さないため、低結晶性ＧａＮ層２２の膜厚は、１００ｎｍ以上が好ましく、２００ｎｍ以上がより好ましい。膜応力に起因したクラックを抑制するため、低結晶性ＧａＮ層２２の膜厚は、２μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましい。
【0059】
半導体装置として、ＨＥＭＴを例に説明したが、その他の半導体装置でもよい。窒化物半導体層１８としては、例えばＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮを含めばよい。また、窒化物半導体層１８、ＧａＮキャップ層２０および低結晶性ＧａＮ層には、本願発明の効果がある限りにおいて他の成分が含まれていてもよい
【0060】
今回開示された実施の形態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、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味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】
【0061】
１０ 基板１２ バッファ層
１４ 電子走行層
１６ 電子供給層
１８ 窒化物半導体層
２０ ＧａＮキャップ層
２２ 低結晶性ＧａＮ層
２４ ドロップレット
２６ ゲート電極
２８ ソース電極
３０ ドレイン電極
５０ リアクタ
５２ 導入部
５４ サセプタ
５６ ヒータ
５８ 排気部
６０ ウエハ
６２ 原料ガス
６４、６６ 半導体層
６８ ドロップレット
７０ 痕
１００ 成長装置
１０２ 半導体基板
１０４ 半導体装置