(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】P2024124923
(43)【公開日】2024-09-13
(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法及び基板
(51)【国際特許分類】
H01L 21/20 20060101AFI20240906BHJP
H01L 21/338 20060101ALI20240906BHJP
H01L 21/337 20060101ALI20240906BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20240906BHJP
H01L 29/872 20060101ALI20240906BHJP
H01L 21/329 20060101ALI20240906BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20240906BHJP
H01L 29/47 20060101ALN20240906BHJP
【ＦＩ】
H01L21/20
H01L29/80 H
H01L29/80 C
H01L21/205
H01L29/86 301D
H01L29/86 301F
H01L29/86 301P
H01L29/91 A
H01L29/91 C
H01L29/91 F
H01L29/48 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023032914
(22)【出願日】2023-03-03
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、環境省、「革新的な省ＣＯ２実現のための部材（ＧａＮ）や素材（ＣＮＦ）の社会実装・普及展開加速化事業（カーボンニュートラル実現に向けたＧａＮによる高効率ＩＣＴ装置の開発と実証）」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000005223
【氏名又は名称】富士通株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002918
【氏名又は名称】弁理士法人扶桑国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山田 敦史
【テーマコード（参考）】
4M104
5F045
5F102
5F152
【Ｆターム（参考）】
4M104AA04
4M104AA07
4M104BB05
4M104BB17
4M104CC01
4M104CC03
4M104DD34
4M104DD68
4M104EE06
4M104EE17
4M104GG03
5F045AA04
5F045AB14
5F045AB17
5F045AB18
5F045AC08
5F045AC12
5F045AC15
5F045AF02
5F045AF04
5F045CA07
5F045CB02
5F045DP03
5F045EK07
5F102GB01
5F102GC01
5F102GD01
5F102GD04
5F102GD10
5F102GJ04
5F102GK04
5F102GL04
5F102GQ01
5F102GR04
5F102GT01
5F102GV08
5F102HC01
5F102HC11
5F102HC19
5F152LL05
5F152LM09
5F152NN09
5F152NN27
5F152NN30
5F152NQ09
(57)【要約】
【課題】ＧａＮ基板に高品質の窒化物半導体層を形成する。
【解決手段】Ｎ極性面１０ｂとそれとは反対側のＧａ極性面１０ａとを有するＧａＮ基板１０の、Ｎ極性面１０ｂ側に、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層６０が形成される。Ｎ極性面１０ｂ側に非晶質層６０が形成されたＧａＮ基板１０の、Ｇａ極性面１０ａ側に、窒化物半導体層２０が形成される。例えば、窒化物半導体層２０は、ＧａＮ基板１０を非晶質層６０側から加熱するＭＯＣＶＤ装置２００を用いて成長される。その際、ＧａＮ基板１０は、非晶質層６０により、Ｎ極性面１０ｂ側のＮ脱離及びそれに起因したＧａドロップレットの発生による融解が抑えられる。これにより、Ｇａ極性面１０ａ側における窒化物半導体層２０の成長面内温度分布の均一性悪化が抑えられ、それに起因した窒化物半導体層２０の品質低下が抑えられる。
【選択図】図６
【解決手段】Ｎ極性面１０ｂとそれとは反対側のＧａ極性面１０ａとを有するＧａＮ基板１０の、Ｎ極性面１０ｂ側に、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層６０が形成される。Ｎ極性面１０ｂ側に非晶質層６０が形成されたＧａＮ基板１０の、Ｇａ極性面１０ａ側に、窒化物半導体層２０が形成される。例えば、窒化物半導体層２０は、ＧａＮ基板１０を非晶質層６０側から加熱するＭＯＣＶＤ装置２００を用いて成長される。その際、ＧａＮ基板１０は、非晶質層６０により、Ｎ極性面１０ｂ側のＮ脱離及びそれに起因したＧａドロップレットの発生による融解が抑えられる。これにより、Ｇａ極性面１０ａ側における窒化物半導体層２０の成長面内温度分布の均一性悪化が抑えられ、それに起因した窒化物半導体層２０の品質低下が抑えられる。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｎ極性面と、前記Ｎ極性面とは反対側のＧａ極性面とを有するＧａＮ基板の、前記Ｎ極性面側に、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層を形成する工程と、
前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記窒化物半導体層を形成する工程は、有機金属化学気相成長法を用いて、前記Ｇａ極性面側に、前記窒化物半導体層を形成する工程を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記窒化物半導体層を形成する工程は、少なくとも水素及びアンモニアを含む雰囲気中、前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側の温度を９５０℃以上にする工程を含む、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記窒化物半導体層を形成する工程は、
前記ＧａＮ基板を、有機金属化学気相成長装置に、前記Ｎ極性面側に形成された前記非晶質層が前記有機金属化学気相成長装置の熱源側となるように配置する工程と、
前記熱源によって前記非晶質層側から加熱される前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、前記窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記ＧａＮ基板を、有機金属化学気相成長装置に、前記Ｎ極性面側に形成された前記非晶質層が前記有機金属化学気相成長装置の熱源側となるように配置する工程と、
前記熱源によって前記非晶質層側から加熱される前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、前記窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記非晶質層を形成する工程は、有機金属化学気相成長法、スパッタ法及び原子層堆積法のうちのいずれかの方法を用いて、前記ＧａＮ基板の前記Ｎ極性面側に前記非晶質層を形成する工程を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記窒化物半導体層を形成する工程は、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に、第１窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に、前記第１窒化物半導体層とはバンドギャップが異なる第２窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に、第１窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に、前記第１窒化物半導体層とはバンドギャップが異なる第２窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記窒化物半導体層を形成する工程後に、前記窒化物半導体層と接続される電極を形成する工程を更に含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記窒化物半導体層を形成する工程後に、前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板を、前記非晶質層側から研磨し、前記非晶質層と前記ＧａＮ基板の一部とを除去する工程を更に含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項9】
Ｎ極性面と、前記Ｎ極性面とは反対側のＧａ極性面とを有するＧａＮ基板と、
前記ＧａＮ基板の前記Ｎ極性面側に設けられ、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層と、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に設けられる窒化物半導体層と、
を含む、基板。
前記ＧａＮ基板の前記Ｎ極性面側に設けられ、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層と、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に設けられる窒化物半導体層と、
を含む、基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置の製造方法及び基板に関する。
【背景技術】
【0002】
ＧａＮ（窒化ガリウム）等のIII族窒化物半導体からなる基板の、III族極性面側に、アモルファス又は多結晶のＡｌＮ（窒化アルミニウム）等からなる高耐熱性の保護層を設け、Ｎ（窒素）極性面側に、ＧａＮ等の半導体層をエピタキシャル成長させる技術が知られている（特許文献１）。
【0003】
また、サファイア基板等の基板の、裏面側に、多結晶又はアモルファスのIII族窒化物半導体からなり基板とは線膨張係数が異なる層を形成し、表面側に、単結晶のIII族窒化物半導体からなり基板とは線膨張係数が異なる層を形成する技術が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－６３００７号公報
【特許文献2】国際公開第２０１７／２１６９９７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
窒化物半導体を用いる半導体装置の製造では、所定の基板上に、ＧａＮ等の窒化物半導体層が成長される。例えば、ＧａＮ基板のＧａ（ガリウム）極性面側に、ＧａＮ等の窒化物半導体層を成長する方法が知られている。この方法では、比較的転位が少ないＧａＮ基板を用いることで、そのＧａ極性面側に成長される窒化物半導体層に導入される転位数を抑え、高品質な窒化物半導体層を得ることが期待されている。
【0006】
しかし、窒化物半導体層の成長では、ＧａＮ基板上への成長時の雰囲気や温度等の条件、及び、成長時のＧａＮ基板の配置等に起因して、ＧａＮ基板の、窒化物半導体層が成長されるＧａ極性面側とは反対のＮ極性面側に、融解が発生することがある。ＧａＮ基板の融解は、窒化物半導体層の成長面内における温度分布の均一性を悪化させ、成長される窒化物半導体層の結晶構造や組成等の品質を低下させる恐れがある。
【0007】
１つの側面では、本発明は、ＧａＮ基板に高品質の窒化物半導体層を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
１つの態様では、Ｎ極性面と、前記Ｎ極性面とは反対側のＧａ極性面とを有するＧａＮ基板の、前記Ｎ極性面側に、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層を形成する工程と、前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、窒化物半導体層を形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0009】
１つの側面では、ＧａＮ基板に高品質の窒化物半導体層を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】基板上に成長される窒化物半導体層の例について説明する図である。
【図2】半導体装置の例について説明する図である。
【図3】ＧａＮ基板上への窒化物半導体層の成長プロセスの一例について説明する図である。
【図4】第１実施形態に係る基板の一例について説明する図である。
【図5】第１実施形態に係る基板への窒化物半導体層の成長プロセスの一例について説明する図である。
【図6】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する図（その１）である。
【図7】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する図（その２）である。
【図8】第３実施形態に係るＨＥＭＴを備えた半導体装置の構成例について説明する図である。
【図9】第３実施形態に係るダイオードを備えた半導体装置の構成例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
窒化物半導体を用いた半導体装置は、高い飽和電子速度やワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧且つ高出力のデバイスとしての開発が行われている。窒化物半導体を用いた半導体装置としては、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；ＦＥＴ）、例えば、高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor；ＨＥＭＴ）についての報告が数多くなされている。ＨＥＭＴの１つとして、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）をバリア層として用い、ＧａＮをチャネル層として用いたＨＥＭＴが知られている。このようなＨＥＭＴでは、ＡｌＧａＮの自発分極、及び、ＧａＮとの格子定数差に起因したひずみによってＡｌＧａＮに発生するピエゾ分極により、ＧａＮに二次元電子ガス（Two Dimensional Electron Gas；２ＤＥＧ）が生成され、高出力デバイスが実現される。
【0012】
ＧａＮやＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層は、例えば、所定の基板上に、有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ）法を用いたエピタキシャル成長（以下では単に「成長」とも言う）により形成される。例えば、ＧａＮやＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層を成長するための基板としてＧａＮ基板を用いることで、その上に成長される窒化物半導体層を高品質化し、半導体装置を高性能化することが提案されている。
【0013】
ここで、図１は基板上に成長される窒化物半導体層の例について説明する図である。図１（Ａ）には、基板及びその上に成長される窒化物半導体層の第１例の要部断面図を模式的に示している。図１（Ｂ）には、基板及びその上に成長される窒化物半導体層の第２例の要部断面図を模式的に示している。
【0014】
ＧａＮ等の窒化物半導体層を成長するための基板には、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板、Ｓｉ（シリコン）基板、サファイア基板等、成長する窒化物半導体層とは異種材料の基板を用いることができる。例えば、図１（Ａ）に示すように、基板としてＳｉＣ基板１０Ａが用いられ、その一方の面１０Ａａ側に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物半導体層としてＧａＮ層２０ａが成長される。この場合、ＳｉＣ基板１０Ａとその上に成長されるＧａＮ層２０ａとの間、即ち、ヘテロ接合界面には、比較的格子不整合が発生し易い。そのため、成長されるＧａＮ層２０ａには、ＳｉＣ基板１０Ａとの格子不整合に起因した転位１１０ａが形成され易い。
【0015】
一例として、ＳｉＣ基板１０Ａ上に成長されるＧａＮ層２０ａには、密度が１×１０８個／ｃｍ２程度といった比較的多くの転位１１０ａが発生する。ＳｉＣ基板１０Ａ上のＧａＮ層２０ａには、平面サイズが１００μｍ×１００μｍの領域に、１００００個程度の転位１１０ａが形成される計算になる。
【0016】
これに対し、例えば、図１（Ｂ）に示すように、ＧａＮ層２０ａを、それと同種材料の基板、即ち、ＧａＮ基板１０上に成長する技術が知られている。近年、ＧａＮ基板１０には、それ自体の転位１１０の密度が十分に低いものを準備することができるようになっている。ＧａＮ基板１０は、Ｎ極性面１０ｂ（（０００－１）面）と、それとは反対側のＧａ極性面１０ａ（（０００１）面）とを有する。例えば、ＧａＮ層２０ａは、転位１１０の密度が低い状態で準備されるＧａＮ基板１０の、そのＧａ極性面１０ａ側に、ＭＯＣＶＤ法を用いて成長される。ＧａＮ層２０ａは、同種材料の基板であるＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａに格子整合して成長される。そのため、ＧａＮ層２０ａに格子欠陥等が発生することが抑えられ、良好な結晶構造を有するＧａＮ層２０ａが成長される。この時、成長されるＧａＮ層２０ａには、ＧａＮ基板１０の転位１１０を反映した転位１１０ｂが形成される。転位１１０の密度が低いＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上には、転位１１０ｂの密度が低いＧａＮ層２０ａが成長される。
【0017】
一例として、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に成長されるＧａＮ層２０ａの転位１１０ｂの密度は、１×１０５個／ｃｍ２程度に抑えられる。ＧａＮ基板１０上のＧａＮ層２０ａに形成される転位１１０ｂは、平面サイズが１００μｍ×１００μｍの領域に１０個程度といったレベルに抑えられる計算になる。これは、上記ＳｉＣ基板１０Ａ上のＧａＮ層２０ａに形成される転位１１０ａの密度に比べて、極めて低いレベルであると言うことができる。
【0018】
このように、窒化物半導体層を成長するための基板としてＧａＮ基板を用いると、転位密度が低く、ＧａＮ基板と格子整合し、良好な結晶構造を有する、高品質の窒化物半導体層を成長することが可能になる。
【0019】
所定の基板上に成長された窒化物半導体層が用いられ、ＨＥＭＴ等の半導体装置が製造される。
図２は半導体装置の例について説明する図である。図２（Ａ）には、基板上に成長された窒化物半導体層を用いた半導体装置の第１例の要部断面図を模式的に示している。図２（Ｂ）には、基板上に成長された窒化物半導体層を用いた半導体装置の第２例の要部断面図を模式的に示している。
図２は半導体装置の例について説明する図である。図２（Ａ）には、基板上に成長された窒化物半導体層を用いた半導体装置の第１例の要部断面図を模式的に示している。図２（Ｂ）には、基板上に成長された窒化物半導体層を用いた半導体装置の第２例の要部断面図を模式的に示している。
【0020】
図２（Ａ）に示す半導体装置１００Ａ及び図２（Ｂ）に示す半導体装置１００はそれぞれ、窒化物半導体層２０を用いたＨＥＭＴの一例である。半導体装置１００Ａは、ＳｉＣ基板１０Ａの面１０Ａａ上に窒化物半導体層２０が設けられた構成を有する。半導体装置１００は、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に窒化物半導体層２０が設けられた構成を有する。半導体装置１００Ａ及び半導体装置１００の各々の窒化物半導体層２０上には、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０が設けられる。
【0021】
半導体装置１００Ａ及び半導体装置１００において、窒化物半導体層２０は、チャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３が順に積層された構造を有する。窒化物半導体層２０のチャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３は、半導体装置１００ＡではＳｉＣ基板１０Ａ上に、また半導体装置１００ではＧａＮ基板１０上に、それぞれＭＯＣＶＤ法を用いて順に成長される。チャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３には、それぞれ所定の窒化物半導体が用いられる。チャネル層２１には、例えば、ＧａＮが用いられる。スペーサ層２２には、例えば、ＡｌＮが用いられる。バリア層２３には、例えば、ＩｎＡｌＧａＮ（窒化インジウムアルミニウムガリウム）、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等が用いられる。バリア層２３及びスペーサ層２２には、チャネル層２１に用いられる窒化物半導体よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体が用いられる。バリア層２３及びスペーサ層２２の自発分極、及び、チャネル層２１との格子定数差に起因したひずみによってバリア層２３及びスペーサ層２２に発生するピエゾ分極により、チャネル層２１に２ＤＥＧ１０１が生成される。
【0022】
半導体装置１００Ａ及び半導体装置１００において、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０には、それぞれ所定の金属が用いられる。例えば、ゲート電極３０には、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）等が用いられる。ソース電極４０及びドレイン電極５０には、Ｔａ（タンタル）、Ａｌ（アルミニウム）等が用いられる。例えば、ゲート電極３０は、窒化物半導体層２０上に、ショットキー電極として機能するように設けられる。ソース電極４０及びドレイン電極５０は、窒化物半導体層２０上に、オーミック電極として機能するように設けられる。
【0023】
半導体装置１００Ａ及び半導体装置１００の動作時には、それぞれ、ソース電極４０とドレイン電極５０との間に所定の電圧が印加されると共に、ゲート電極３０に所定の電圧が印加される。ゲート電極３０に印加される電圧による電界効果により、ソース電極４０とドレイン電極５０との間の、ゲート電極３０直下のチャネル層２１を通過する電荷量が制御され、半導体装置１００Ａ及び半導体装置１００の出力が制御される。
【0024】
図２（Ａ）に示す半導体装置１００Ａでは、ＳｉＣ基板１０Ａの面１０Ａａ上に窒化物半導体層２０が成長される。このように窒化物半導体層２０が、それとは異種材料であるＳｉＣ基板１０Ａ上に成長される場合には、上記図１（Ａ）について述べたのと同様のことが起こる。即ち、窒化物半導体層２０のチャネル層２１は、その成長下地となるＳｉＣ基板１０Ａとの格子不整合に起因して、比較的高転位密度となる。半導体装置１００Ａでは、チャネル層２１が比較的高転位密度となることで、チャネル層２１内での転位による電子散乱が起こり易くなり、電子移動度（図２（Ａ）に太矢印ＡＲ０で模式的に図示）が比較的低くなり得る。
【0025】
これに対し、図２（Ｂ）に示す半導体装置１００では、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に窒化物半導体層２０が成長される。このように窒化物半導体層２０が、それと同種材料であるＧａＮ基板１０上に成長される場合には、上記図１（Ｂ）について述べたのと同様のことが起こる。即ち、ＧａＮ基板１０は、比較的低転位密度である。ＧａＮ基板１０上に成長される窒化物半導体層２０のチャネル層２１は、ＧａＮ基板１０に格子整合する。成長されるチャネル層２１には、ＧａＮ基板１０の転位を反映した転位が形成される。低転位密度のＧａＮ基板１０上には、低転位密度でチャネル層２１が成長される。半導体装置１００では、チャネル層２１が低転位密度となることで、チャネル層２１内での転位による電子散乱が抑えられ、電子移動度（図２（Ｂ）に太矢印ＡＲ１で模式的に図示）が比較的高くなる。
【0026】
以上述べたように、窒化物半導体層２０を成長するための基板としてＧａＮ基板１０を用いることで、高品質の窒化物半導体層２０を成長することが可能になる。そして、このように成長される高品質の窒化物半導体層２０を用いることで、高性能の半導体装置１００を実現することが可能になる。
【0027】
しかし、窒化物半導体層２０を成長するための基板としてＧａＮ基板１０を用いる場合、窒化物半導体層２０の成長プロセスにおいて、窒化物半導体層２０の品質低下を招き得る現象が発生することがある。この点について、次の図３を参照して説明する。
【0028】
図３はＧａＮ基板上への窒化物半導体層の成長プロセスの一例について説明する図である。図３（Ａ）には、ＧａＮ基板配置工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図３（Ｂ）には、窒化物半導体層成長工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図３（Ｃ）には、窒化物半導体層成長工程後のＧａＮ基板の一例の要部平面図を模式的に示している。
【0029】
ＧａＮ基板１０への窒化物半導体層２０の成長には、例えば、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すようなＭＯＣＶＤ装置２００が用いられる。ＭＯＣＶＤ装置２００は、チャンバ２１０、サセプタ２２０及びヒータ２３０を備える。サセプタ２２０は、ＧａＮ基板１０が配置される凹部２２１を有する。サセプタ２２０は、凹部２２１に配置されるＧａＮ基板１０を保持する機能を有してよい。ヒータ２３０は、サセプタ２２０の、ＧａＮ基板１０が配置される凹部２２１側とは反対側に設けられる。ヒータ２３０は、サセプタ２２０及びそれに配置されるＧａＮ基板１０を加熱するための熱源として機能する。サセプタ２２０及びヒータ２３０は、窒化物半導体層２０の原料ガス及びキャリアガスが導入可能なチャンバ２１０内に配置される。
【0030】
ＧａＮ基板１０への窒化物半導体層２０の成長では、まず、図３（Ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置２００のサセプタ２２０の凹部２２１に、ＧａＮ基板１０が配置される。ＧａＮ基板１０は、そのＮ極性面１０ｂが、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａに面し、サセプタ２２０を介してヒータ２３０と対向するように、配置される。よって、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａは、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａ及びヒータ２３０の側とは反対側に面するようになる。
【0031】
サセプタ２２０へのＧａＮ基板１０の配置後、図３（Ｂ）に示すように、ヒータ２３０を用いたＧａＮ基板１０の加熱（図３（Ｂ）に太矢印ＡＲ２で図示）が行われる。その際は、ヒータ２３０によってサセプタ２２０が加熱され、加熱されたサセプタ２２０によってＧａＮ基板１０が加熱される。ＧａＮ基板１０は、主として、Ｎ極性面１０ｂ側から加熱される。
【0032】
ヒータ２３０を用いて加熱されるＧａＮ基板１０が収容されるチャンバ２１０内には、図３（Ｂ）に示すように、窒化物半導体層２０の原料ガス及びキャリアガスが導入される。窒化物半導体層２０の原料ガスには、Ｎ源であるＮＨ３（アンモニア）、及び、III族元素原料が含まれる。III族元素原料として、Ｇａ源にはトリメチルガリウム（Tri-Methyl-Gallium；ＴＭＧａ）が用いられる。Ａｌ源にはトリメチルアルミニウム（Tri-Methyl-Aluminum；ＴＭＡｌ）が用いられる。Ｉｎ（インジウム）源にはトリメチルインジウム（Tri-Methyl-Indium；ＴＭＩｎ）が用いられる。また、キャリアガスには、Ｈ２（水素）及びＮ２（窒素）のうちの少なくとも一方、好ましくはＨ２又はＨ２を含むガスが用いられる。
【0033】
窒化物半導体層２０の、成長する窒化物半導体（例えば、上記チャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３等）の種類に応じて、III族元素原料であるＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎの各々の供給と停止（切り替え）、供給時の流量（他原料との混合比）が適宜設定される。成長時のチャンバ２１０内の圧力は、１ｋＰａ程度から１００ｋＰａ程度の範囲に設定される。ＧａＮ基板１０の、窒化物半導体層２０の成長面の温度は、６００℃程度から１５００℃程度の範囲、好ましくは９５０℃以上の範囲に設定される。
【0034】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すような成長プロセスにより、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に窒化物半導体層２０が成長される。
窒化物半導体層２０の上記成長プロセスにおいて、ＧａＮ基板１０は、ＭＯＣＶＤ装置２００のヒータ２３０（それによって加熱されるサセプタ２２０）によってＮ極性面１０ｂ側から加熱される。Ｎ極性面１０ｂ側から加熱されるＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側が窒化物半導体層２０の成長温度まで昇温され、Ｇａ極性面１０ａ側に窒化物半導体層２０が成長される。この時、ＧａＮ基板１０は、窒化物半導体層２０が成長されるＧａ極性面１０ａ側に比べて、ヒータ２３０によって加熱されるＮ極性面１０ｂ側の方が高温になる。
窒化物半導体層２０の上記成長プロセスにおいて、ＧａＮ基板１０は、ＭＯＣＶＤ装置２００のヒータ２３０（それによって加熱されるサセプタ２２０）によってＮ極性面１０ｂ側から加熱される。Ｎ極性面１０ｂ側から加熱されるＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側が窒化物半導体層２０の成長温度まで昇温され、Ｇａ極性面１０ａ側に窒化物半導体層２０が成長される。この時、ＧａＮ基板１０は、窒化物半導体層２０が成長されるＧａ極性面１０ａ側に比べて、ヒータ２３０によって加熱されるＮ極性面１０ｂ側の方が高温になる。
【0035】
また、窒化物半導体層２０の上記成長プロセスにおいて、ＭＯＣＶＤ装置２００のチャンバ２１０内は、キャリアガスに用いられるＨ２や、Ｎ源のＮＨ３及びIII族元素原料の分解によって生成されるＨ（水素）等、水素成分が含まれる水素含有雰囲気となり得る。ＭＯＣＶＤ法を用いた窒化物半導体層２０の成長は、少なくとも水素及びＮＨ３を含む水素含有雰囲気中で行われ得るとも言える。ＧａＮ基板１０は、高温の水素含有雰囲気中では、ＧａＮの構成元素の１つであるＮが脱離し易くなるという性質を有する。
【0036】
このため、ＧａＮ基板１０では、ヒータ２３０によって加熱され、窒化物半導体層２０が成長されるＧａ極性面１０ａ側に比べて高温になるＮ極性面１０ｂ側において、Ｎが脱離し易くなる。ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側においてＮが脱離すると、ＧａＮのもう１つの構成元素であるＧａのドロップレットが発生し、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側が融解してしまうという現象が発生する。例えば、図３（Ｃ）に示すように、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に、融解部１１が形成される。尚、融解部１１の形状や大きさは、図３（Ｃ）に示すようなものには限定されない。
【0037】
窒化物半導体層２０の成長時に、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側が融解し、融解部１１が形成されると、液体状態の融解部１１と、融解していない固体状態の非融解部１２との間で、熱伝導性に差が生じる。そのため、ヒータ２３０によってＮ極性面１０ｂ側から加熱されるＧａＮ基板１０内の温度分布が乱れ、窒化物半導体層２０が成長されるＧａ極性面１０ａ側における成長面内温度分布の均一性が悪化することが起こり得る。その結果、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に成長される窒化物半導体層２０内に、異なる成長温度で成長される部位が生じ、結晶構造や組成等の品質に差がある部位が生じ得る。
【0038】
窒化物半導体層２０内に、このような品質に差がある部位が生じると、窒化物半導体層２０を用いて製造される半導体装置１００等の性能や品質の低下を招く恐れがある。例えば、１つの窒化物半導体層２０（ウェハ状態）から製造される複数の半導体装置１００等の中に、性能や品質に差があるものが生じ、仕様を満たさないものが生じてくる恐れがある。これは、半導体装置１００等の歩留まりの低下を招く。
【0039】
また、ＧａＮ基板１０に形成される融解部１１の位置は、ＭＯＣＶＤ装置２００による成長の度に変化し得る。そのため、窒化物半導体層２０内の、品質に差がある部位の位置も変化し得る。その結果、高品質の窒化物半導体層２０を再現性良く成長すること、更には、窒化物半導体層２０を用いて高性能及び高品質の半導体装置１００等を再現性良く且つ歩留まり良く製造することができないことが起こり得る。
【0040】
窒化物半導体層２０の成長では、その成長温度が一定温度未満であると、Ｃ（炭素）等の不純物濃度が高くなる傾向があることが知られている。Ｃ等の不純物濃度が高くなることを抑えるためには、窒化物半導体層２０の成長温度を比較的高温に設定すること、例えば、成長面の温度を９５０℃以上といった高温に設定することが好ましい。しかし、窒化物半導体層２０の成長温度を高温にするためには、窒化物半導体層２０を成長するＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側を高温にすることを要する。ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側を高温にするためには、ヒータ２３０で加熱されるＮ極性面１０ｂ側を更に高温にすることを要する。従って、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側におけるＮ脱離及びそれに起因したＧａドロップレットの発生による融解が更に発生し易くなる。
【0041】
窒化物半導体層２０の成長温度を高温にするほど、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側における成長面内温度分布の均一性の悪化及びそれに起因した窒化物半導体層２０の品質の低下が起こり易くなる。窒化物半導体層２０の品質の低下により、窒化物半導体層２０の品質再現性の低下、及び、窒化物半導体層２０を用いて製造される半導体装置１００等の再現性及び歩留まりの低下が起こり易くなる。
【0042】
以上のような点に鑑み、ここでは以下に実施の形態として示すような構成を採用し、ＧａＮ基板１０に高品質の窒化物半導体層２０を形成する。
［第１実施形態］
図４は第１実施形態に係る基板の一例について説明する図である。図４（Ａ）には、ＧａＮ基板の一例の要部断面図を模式的に示している。図４（Ｂ）には、ＧａＮ基板とそれに設けられた非晶質層とを含む基板の一例の要部断面図を模式的に示している。
［第１実施形態］
図４は第１実施形態に係る基板の一例について説明する図である。図４（Ａ）には、ＧａＮ基板の一例の要部断面図を模式的に示している。図４（Ｂ）には、ＧａＮ基板とそれに設けられた非晶質層とを含む基板の一例の要部断面図を模式的に示している。
【0043】
図４（Ａ）に示すように、ＧａＮ基板１０は、Ｎ極性面１０ｂ（（０００－１）面）と、Ｎ極性面１０ｂとは反対側のＧａ極性面１０ａ（（０００１）面）とを有する。ＧａＮ基板１０には、例えば、ＧａＮ自立基板が用いられる。ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂは、後述のようなＭＯＣＶＤ法を用いた窒化物半導体層２０の成長において、加熱される側の面である。ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａは、後述のようなＭＯＣＶＤ法を用いた窒化物半導体層２０の成長において、窒化物半導体層２０が成長される側の面である。図４（Ｂ）に示す基板１は、このようなＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に、非晶質層６０が設けられた構成を有する。
【0044】
非晶質層６０は、結晶性を有しないアモルファスの層である。非晶質層６０には、非晶質のＡｌＮ、又は、非晶質のＡｌＧａＮが用いられる。即ち、非晶質層６０には、一般式ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）で表される非晶質の窒化物半導体が用いられる。非晶質層６０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に形成される。非晶質層６０の形成には、ＭＯＣＶＤ法のほか、スパッタ法又は原子層堆積（Atomic Layer Deposition；ＡＬＤ）法を用いることもできる。
【0045】
非晶質層６０は、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側が加熱され、Ｇａ極性面１０ａ側に窒化物半導体層２０が成長される際、その加熱されるＮ極性面１０ｂ側を覆い、Ｎ極性面１０ｂ側を保護する。図４（Ｂ）に示すような基板１、即ち、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０が設けられた基板１が用いられることで、Ｇａ極性面１０ａ側には、高品質の窒化物半導体層２０が成長されるようになる。
【0046】
ここで、基板１を用いた窒化物半導体層２０の成長について説明する。
図５は第１実施形態に係る基板への窒化物半導体層の成長プロセスの一例について説明する図である。図５（Ａ）には、基板配置工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図５（Ｂ）には、窒化物半導体層成長工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図５（Ｃ）には、窒化物半導体層成長工程後の基板の一例の要部平面図を模式的に示している。
図５は第１実施形態に係る基板への窒化物半導体層の成長プロセスの一例について説明する図である。図５（Ａ）には、基板配置工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図５（Ｂ）には、窒化物半導体層成長工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図５（Ｃ）には、窒化物半導体層成長工程後の基板の一例の要部平面図を模式的に示している。
【0047】
基板１への窒化物半導体層２０の成長には、例えば、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すようなチャンバ２１０、サセプタ２２０及びヒータ２３０を備えるＭＯＣＶＤ装置２００が用いられる。サセプタ２２０は、基板１が配置される凹部２２１を有する。サセプタ２２０は、凹部２２１に配置される基板１を保持する機能を有してよい。ヒータ２３０は、サセプタ２２０の、基板１が配置される凹部２２１側とは反対側に設けられる。ヒータ２３０は、サセプタ２２０及びそれに配置される基板１を加熱するための熱源として機能する。サセプタ２２０及びヒータ２３０は、窒化物半導体層２０の原料ガス及びキャリアガスが導入可能なチャンバ２１０内に配置される。
【0048】
基板１への窒化物半導体層２０の成長では、まず、図５（Ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置２００のサセプタ２２０の凹部２２１に、基板１が配置される。基板１は、そのＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に設けられた非晶質層６０が、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａに面し、サセプタ２２０を介してヒータ２３０と対向するように、配置される。よって、基板１は、そのＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａが、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａ及びヒータ２３０の側とは反対側に面するようになる。
【0049】
サセプタ２２０への基板１の配置後、図５（Ｂ）に示すように、ヒータ２３０を用いた基板１の加熱（図５（Ｂ）に太矢印ＡＲ３で図示）が行われる。その際は、ヒータ２３０によってサセプタ２２０が加熱され、加熱されたサセプタ２２０によって基板１が加熱される。基板１は、主として、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に設けられた非晶質層６０の側から加熱される。
【0050】
ヒータ２３０を用いて加熱される基板１が収容されるチャンバ２１０内には、図５（Ｂ）に示すように、窒化物半導体層２０の原料ガス及びキャリアガスが導入される。窒化物半導体層２０の原料ガスには、Ｎ源であるＮＨ３、及び、III族元素原料であるＴＭＧａ、ＴＭＡｌ及びＴＭＩｎのうちの少なくとも１種が含まれる。キャリアガスには、Ｈ２及びＮ２のうちの少なくとも一方、好ましくはＨ２又はＨ２を含むガスが用いられる。成長する窒化物半導体層２０の種類に応じて、III族元素原料であるＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎの各々の供給と停止（切り替え）、供給時の流量（他原料との混合比）が適宜設定される。成長時のチャンバ２１０内の圧力は、１ｋＰａ程度から１００ｋＰａ程度の範囲に設定される。ＧａＮ基板１０の、窒化物半導体層２０の成長面の温度は、６００℃程度から１５００℃程度の範囲、好ましくは９５０℃以上の範囲に設定される。
【0051】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すような成長プロセスにより、基板１の、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に、窒化物半導体層２０が成長され、形成される。
窒化物半導体層２０の上記成長プロセスにおいて、基板１は、ＭＯＣＶＤ装置２００のヒータ２３０（それによって加熱されるサセプタ２２０）によって非晶質層６０側から加熱される。非晶質層６０側から加熱される基板１の、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側が、窒化物半導体層２０の成長温度まで昇温され、Ｇａ極性面１０ａ側に窒化物半導体層２０が成長される。この時、基板１は、窒化物半導体層２０が成長されるＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に比べて、ヒータ２３０によって加熱される非晶質層６０側の方が高温になる。また、窒化物半導体層２０の上記成長プロセスにおいて、ＭＯＣＶＤ装置２００のチャンバ２１０内は、キャリアガスに用いられるＨ２や、Ｎ源のＮＨ３及びIII族元素原料の分解によって生成されるＨ等、水素成分が含まれる水素含有雰囲気となり得る。ＭＯＣＶＤ法を用いた窒化物半導体層２０の成長は、少なくとも水素及びＮＨ３を含む水素含有雰囲気中で行われ得るとも言える。
窒化物半導体層２０の上記成長プロセスにおいて、基板１は、ＭＯＣＶＤ装置２００のヒータ２３０（それによって加熱されるサセプタ２２０）によって非晶質層６０側から加熱される。非晶質層６０側から加熱される基板１の、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側が、窒化物半導体層２０の成長温度まで昇温され、Ｇａ極性面１０ａ側に窒化物半導体層２０が成長される。この時、基板１は、窒化物半導体層２０が成長されるＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に比べて、ヒータ２３０によって加熱される非晶質層６０側の方が高温になる。また、窒化物半導体層２０の上記成長プロセスにおいて、ＭＯＣＶＤ装置２００のチャンバ２１０内は、キャリアガスに用いられるＨ２や、Ｎ源のＮＨ３及びIII族元素原料の分解によって生成されるＨ等、水素成分が含まれる水素含有雰囲気となり得る。ＭＯＣＶＤ法を用いた窒化物半導体層２０の成長は、少なくとも水素及びＮＨ３を含む水素含有雰囲気中で行われ得るとも言える。
【0052】
基板１の非晶質層６０には、非晶質ＡｌＮ又は非晶質ＡｌＧａＮが用いられる。このような材料が用いられる非晶質層６０は、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に成長される窒化物半導体層２０の成長温度が比較的高温とされるような水素含有雰囲気中でも、比較的安定である。例えば、Ｇａ極性面１０ａ側に成長される窒化物半導体層２０の成長面の温度が、窒化物半導体層２０へのＣ等の不純物混入が抑えられる、９５０℃以上といった高温とされるような水素含有雰囲気中であっても、比較的安定である。そのため、窒化物半導体層２０が成長される際、ＧａＮ基板１０が９５０℃以上といった高温の水素含有雰囲気に曝されても、比較的安定な非晶質層６０で覆われるそのＮ極性面１０ｂ側のＮ脱離及びそれに起因したＧａドロップレットの発生による融解が抑えられる。図５（Ｃ）に示すように、Ｎ極性面１０ｂ側を非晶質層６０で覆ってＧａ極性面１０ａ側に窒化物半導体層２０を成長したＧａＮ基板１０の、そのＮ極性面１０ｂ側及び非晶質層６０には、融解の発生は認められない。
【0053】
非晶質層６０及びＮ極性面１０ｂの側から加熱されるＧａＮ基板１０の融解が抑えられることで、融解部と非融解部との形成によりＧａＮ基板１０内に熱伝導性に差がある部位が生じることが抑えられ、ＧａＮ基板１０内の温度分布が乱れることが抑えられる。これにより、窒化物半導体層２０が成長されるＧａ極性面１０ａ側における成長面内温度分布の均一性の悪化が抑えられる。よって、当該成長面内温度分布の均一性の悪化に起因した、窒化物半導体層２０の結晶構造や組成等の品質の低下が抑えられる。
【0054】
また、非晶質層６０に用いられる非晶質ＡｌＮ又は非晶質ＡｌＧａＮは、ＧａＮとの熱膨張係数差が比較的小さい。そのため、窒化物半導体層２０の成長プロセスにおいてＧａＮ基板１０が昇降温される場合でも、非晶質層６０との熱膨張係数差に起因してＧａＮ基板１０に反りが発生することが抑えられる。これにより、ＧａＮ基板１０及びその上に成長される窒化物半導体層２０に内部応力が発生することが抑えられ、内部応力に起因してＧａＮ基板１０及びその上の窒化物半導体層２０にクラックが発生することが抑えられる。更に、成長後の窒化物半導体層２０上にフォトリソグラフィ技術を用いてパターンを形成する場合にも、ＧａＮ基板１０及びその上の窒化物半導体層２０の反りに起因した焦点ずれによってパターンの形成不良が発生することが抑えられる。
【0055】
上記のような基板１、即ち、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０が設けられた基板１を用いることで、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に高品質の窒化物半導体層２０を形成することが可能になる。
【0056】
［第２実施形態］
ここでは、第２実施形態として、基板１及びそれを用いた窒化物半導体層２０の形成、並びに、窒化物半導体層２０を用いたＨＥＭＴの形成を含む、半導体装置の製造方法の一例を、図６及び図７を参照して説明する。
ここでは、第２実施形態として、基板１及びそれを用いた窒化物半導体層２０の形成、並びに、窒化物半導体層２０を用いたＨＥＭＴの形成を含む、半導体装置の製造方法の一例を、図６及び図７を参照して説明する。
【0057】
図６及び図７は第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する図である。図６（Ａ）には、非晶質層形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図６（Ｂ）には、窒化物半導体層成長工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図６（Ｃ）には、窒化物半導体層成長工程後の基板の一例の要部断面図を模式的に示している。図７（Ａ）には、電極形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図７（Ｂ）には、基板研磨工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図７（Ｃ）には、個片化工程の一例の要部断面図を模式的に示している。
【0058】
まず、図６（Ａ）に示すように、ＧａＮ基板１０に非晶質層６０が形成される。図６（Ａ）には一例として、ＭＯＣＶＤ法を用いた非晶質層６０の形成を示している。ＧａＮ基板１０は、Ｎ極性面１０ｂ（（０００－１）面）と、Ｎ極性面１０ｂとは反対側のＧａ極性面１０ａ（（０００１）面）とを有する。ＧａＮ基板１０には、例えば、ＧａＮ自立基板が用いられる。
【0059】
ＭＯＣＶＤ法を用いた非晶質層６０の形成では、ＧａＮ基板１０がＭＯＣＶＤ装置２００のサセプタ２２０に配置される。非晶質層６０の形成の際、ＧａＮ基板１０は、そのＧａ極性面１０ａが、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａに面し、サセプタ２２０を介してヒータ２３０と対向するように、配置される。よって、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂは、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａ及びヒータ２３０の側とは反対側に面するようになる。
【0060】
サセプタ２２０へのＧａＮ基板１０の配置後、ヒータ２３０を用いたＧａＮ基板１０の加熱（図６（Ａ）に太矢印ＡＲ４で図示）が行われる。その際は、ヒータ２３０によってサセプタ２２０が加熱され、加熱されたサセプタ２２０によってＧａＮ基板１０が加熱される。非晶質層６０の形成の際、ＧａＮ基板１０は、主として、Ｇａ極性面１０ａ側から加熱される。
【0061】
ヒータ２３０を用いてＧａ極性面１０ａ側から加熱されるＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に、非晶質層６０が形成される。非晶質層６０として、非晶質ＡｌＮ又は非晶質ＡｌＧａＮが形成される。非晶質層６０の形成の際、ヒータ２３０を用いて加熱されるＧａＮ基板１０が収容されるチャンバ２１０内には、図６（Ａ）に示すように、非晶質層６０の原料ガス及びキャリアガスが導入される。非晶質層６０の原料ガスには、Ｎ源であるＮＨ３、及び、III族元素原料が含まれる。非晶質層６０として非晶質ＡｌＮを形成する場合には、III族元素原料として、ＴＭＡｌが用いられる。非晶質層６０として非晶質ＡｌＧａＮを形成する場合には、III族元素原料として、ＴＭＡｌ及びＴＭＧａが用いられる。キャリアガスには、Ｈ２又はＮ２が用いられる。
【0062】
チャンバ２１０内の圧力は、１ｋＰａ程度から１００ｋＰａ程度の範囲に設定される。ＧａＮ基板１０の、非晶質層６０の形成面の温度は、非晶質層６０に用いられる窒化物半導体のＡｌＮ又はＡｌＧａＮが結晶化されずに形成されるような範囲に設定される。例えば、非晶質層６０に用いられるＡｌＮ又はＡｌＧａＮは、ＧａＮ基板１０の非晶質層６０の形成面が５００℃超となるような条件で形成されると、結晶化されて形成され易くなる。ＡｌＮ又はＡｌＧａＮが結晶化されてＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂに形成されると、ＧａＮ基板１０に反りが発生し易くなる。ＧａＮ基板１０の反りは、ＧａＮ基板１０及びその上に成長される窒化物半導体層２０のクラックの発生や、成長後の窒化物半導体層２０上に形成されるパターンの形成不良等を招き得る。従って、ＧａＮ基板１０の、非晶質層６０の形成面の温度は、５００℃以下の範囲に設定されることが好ましい。
【0063】
非晶質層６０の厚さは、例えば、２００ｎｍ程度に設定される。但し、非晶質層６０の厚さは、後述する窒化物半導体層２０の成長時にＧａＮ基板１０の融解を抑えることができれば、各種厚さに設定することが可能である。尚、非晶質層６０が薄過ぎると、窒化物半導体層２０の成長時にＧａＮ基板１０の融解を抑えることができなくなる可能性があることに留意する。また、非晶質層６０が厚過ぎると、窒化物半導体層２０の成長時にヒータ２３０から非晶質層６０を介してＧａＮ基板１０へ十分に熱が伝わり難くなる可能性があることに留意する。
【0064】
図６（Ａ）に示すような工程により、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０が形成される。これにより、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０が設けられた基板１が形成される。
【0065】
尚、ここでは、ＭＯＣＶＤ法を用いて非晶質層６０を形成する例を示したが、非晶質層６０は、ＭＯＣＶＤ法のほか、スパッタ法又はＡＬＤ法を用いて形成することもできる。例えば、スパッタ法が用いられ、非晶質層６０として、非晶質ＡｌＮ又は非晶質ＡｌＧａＮが形成される。例えば、ＡＬＤ法が用いられ、非晶質層６０として、非晶質ＡｌＮ又は非晶質ＡｌＧａＮが形成される。
【0066】
非晶質層６０の形成後、図６（Ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１０に窒化物半導体層２０が成長され、形成される。窒化物半導体層２０は、ＭＯＣＶＤ法を用いて成長される。
ＭＯＣＶＤ法を用いた窒化物半導体層２０の成長では、ＧａＮ基板１０に非晶質層６０が設けられた基板１が、ＭＯＣＶＤ装置２００のサセプタ２２０に配置される。基板１は、その非晶質層６０が、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａに面し、サセプタ２２０を介してヒータ２３０と対向するように、配置される。よって、基板１は、そのＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａが、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａ及びヒータ２３０の側とは反対側に面するようになる。
ＭＯＣＶＤ法を用いた窒化物半導体層２０の成長では、ＧａＮ基板１０に非晶質層６０が設けられた基板１が、ＭＯＣＶＤ装置２００のサセプタ２２０に配置される。基板１は、その非晶質層６０が、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａに面し、サセプタ２２０を介してヒータ２３０と対向するように、配置される。よって、基板１は、そのＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａが、サセプタ２２０の凹部２２１の底２２１ａ及びヒータ２３０の側とは反対側に面するようになる。
【0067】
サセプタ２２０への基板１の配置後、ヒータ２３０を用いた基板１の加熱（図６（Ｂ）に太矢印ＡＲ５で図示）が行われる。その際は、ヒータ２３０によってサセプタ２２０が加熱され、加熱されたサセプタ２２０によって基板１が加熱される。基板１は、主として、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に設けられた非晶質層６０の側から加熱される。
【0068】
ヒータ２３０を用いて加熱される基板１が収容されるチャンバ２１０内には、図６（Ｂ）に示すように、窒化物半導体層２０の原料ガス及びキャリアガスが導入される。窒化物半導体層２０の原料ガスには、Ｎ源であるＮＨ３、及び、III族元素原料であるＴＭＧａ、ＴＭＡｌ及びＴＭＩｎのうちの少なくとも１種が含まれる。キャリアガスには、Ｈ２及びＮ２のうちの少なくとも一方、好ましくはＨ２又はＨ２を含むガスが用いられる。成長する窒化物半導体層２０の種類に応じて、III族元素原料であるＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎの各々の供給と停止（切り替え）、供給時の流量（他原料との混合比）が適宜設定される。成長時のチャンバ２１０内の圧力は、１ｋＰａ程度から１００ｋＰａ程度の範囲に設定される。ＧａＮ基板１０の、窒化物半導体層２０の成長面の温度は、６００℃程度から１５００℃程度の範囲、好ましくは９５０℃以上の範囲に設定される。
【0069】
この例では、窒化物半導体層２０として、ＨＥＭＴを実現するためのチャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３が成長される。ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、チャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３が順に成長される。即ち、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に、チャネル層２１が成長される。そのチャネル層２１の、ＧａＮ基板１０側とは反対の面側に、スペーサ層２２が成長される。そのスペーサ層２２の、チャネル層２１及びＧａＮ基板１０の側とは反対の面側に、バリア層２３が成長される。
【0070】
チャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３には、それぞれ所定の窒化物半導体が用いられる。チャネル層２１には、例えば、ＧａＮが用いられる。スペーサ層２２には、例えば、ＡｌＮが用いられる。バリア層２３には、例えば、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等が用いられる。バリア層２３及びスペーサ層２２には、チャネル層２１に用いられる窒化物半導体よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体が用いられる。バリア層２３及びスペーサ層２２の自発分極、及び、チャネル層２１との格子定数差に起因したひずみによってバリア層２３及びスペーサ層２２に発生するピエゾ分極により、チャネル層２１に２ＤＥＧ１０１が生成される。
【0071】
尚、窒化物半導体層２０のうち、チャネル層２１を「第１窒化物半導体層」とも言い、チャネル層２１とはバンドギャップが異なるスペーサ層２２若しくはバリア層２３又はそれらの両方を「第２窒化物半導体層」とも言う。
【0072】
図６（Ｂ）に示すような成長プロセスにより、基板１の、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に、チャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３を含む窒化物半導体層２０が成長される。
【0073】
窒化物半導体層２０の上記成長プロセスにおいて、基板１は、ＭＯＣＶＤ装置２００のヒータ２３０（それによって加熱されるサセプタ２２０）によって非晶質層６０側から加熱される。非晶質層６０側から加熱される基板１の、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側が、窒化物半導体層２０のチャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３の各層の成長温度まで昇温され、Ｇａ極性面１０ａ側に当該各層が成長される。この時、基板１は、窒化物半導体層２０が成長されるＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に比べて、ヒータ２３０によって加熱される非晶質層６０側の方が高温になる。また、窒化物半導体層２０の上記成長プロセスにおいて、ＭＯＣＶＤ装置２００のチャンバ２１０内は、キャリアガスに用いられるＨ２や、Ｎ源のＮＨ３及びIII族元素原料の分解によって生成されるＨ等、水素成分が含まれる水素含有雰囲気となり得る。ＭＯＣＶＤ法を用いた窒化物半導体層２０の成長は、少なくとも水素及びＮＨ３を含む水素含有雰囲気中で行われ得るとも言える。
【0074】
基板１では、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に、窒化物半導体層２０の成長温度が比較的高温とされるような水素含有雰囲気中でも比較的安定な、非晶質ＡｌＮ又は非晶質ＡｌＧａＮが用いられた非晶質層６０が設けられる。ＧａＮ基板１０は、Ｎ極性面１０ｂ側に設けられた非晶質層６０の側から加熱され、Ｇａ極性面１０ａ側に窒化物半導体層２０のチャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３の各層が順に成長される。そのため、ＧａＮ基板１０は、Ｃ等の不純物混入が抑えられる９５０℃以上といった高温の水素含有雰囲気に曝されても、比較的安定な非晶質層６０で覆われるそのＮ極性面１０ｂ側のＮ脱離及びそれに起因したＧａドロップレットの発生による融解が抑えられる。よって、融解部と非融解部との形成によりＧａＮ基板１０内に熱伝導性に差がある部位が生じることが抑えられ、ＧａＮ基板１０内の温度分布が乱れることが抑えられる。これにより、窒化物半導体層２０のチャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３の各層が順に成長される際の、Ｇａ極性面１０ａ側における成長面内温度分布の均一性の悪化、それに起因した窒化物半導体層２０の結晶構造や組成等の品質の低下が抑えられる。
【0075】
また、非晶質ＡｌＮ又は非晶質ＡｌＧａＮが用いられた非晶質層６０は、ＧａＮ基板１０との熱膨張係数差が比較的小さい。そのため、窒化物半導体層２０の成長プロセスにおいてＧａＮ基板１０が昇降温される場合でも、ＧａＮ基板１０に反りが発生することが抑えられる。これにより、ＧａＮ基板１０及びその上に成長される窒化物半導体層２０の内部応力の発生が抑えられ、内部応力に起因したクラックの発生が抑えられる。
【0076】
窒化物半導体層２０が成長された基板１は、ＭＯＣＶＤ装置２００から搬出される。図６（Ｂ）に示すような成長プロセスにより、図６（Ｃ）に示すような基板１ａ、即ち、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０が設けられ、Ｇａ極性面１０ａ側に窒化物半導体層２０が設けられた基板１ａが形成される。
【0077】
基板１ａの形成後、基板１ａに素子間分離領域（図示せず）が形成される。その後、図７（Ａ）に示すように、基板１ａ上にゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０が形成される。例えば、基板１ａ上に、フォトリソグラフィ技術、蒸着技術及びリフトオフ技術を用いて、ソース電極４０用及びドレイン電極５０用の金属、例えば、ＴａとＡｌとの積層体が形成される。そして、熱処理によって金属のオーミックコンタクトが確立される。これにより、オーミック電極として機能するソース電極４０及びドレイン電極５０が形成される。更に、基板１ａ上に、フォトリソグラフィ技術、蒸着技術及びリフトオフ技術を用いて、ゲート電極３０用の金属、例えば、ＮｉとＡｕとの積層体が形成される。これにより、ショットキー電極として機能するゲート電極３０が形成される。このようにして、基板１ａの窒化物半導体層２０に接続されるゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の各電極が形成される。
【0078】
尚、ソース電極４０用及びドレイン電極５０用の金属の形成によってオーミックコンタクトが確立される場合には、当該金属の形成後の熱処理を省略することもできる。また、ゲート電極３０用の金属の形成後には熱処理を行うこともできる。
【0079】
基板１ａにおいて、非晶質ＡｌＮ又は非晶質ＡｌＧａＮが用いられた非晶質層６０は、ＧａＮ基板１０との熱膨張係数差が比較的小さい。そのため、ＧａＮ基板１０が昇降温される場合でも、ＧａＮ基板１０に反りが発生することが抑えられる。従って、図７（Ａ）に示すように基板１ａ上にゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０を形成する際、フォトリソグラフィ技術を用いてパターンを形成するような場合にも、焦点ずれによってパターンの形成不良が発生することが抑えられる。これにより、基板１ａ上の所定の領域に、精度良く、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０が形成される。
【0080】
尚、ソース電極４０及びドレイン電極５０は、基板１ａに設けられたリセスに形成されてもよい。ソース電極４０及びドレイン電極５０は、基板１ａに設けられたリセスに形成されたｎ型ＧａＮ等のコンタクト層（再成長層）の上に形成されてもよい。また、ゲート電極３０の形成前には、基板１ａ上に、ＳｉＮ（窒化シリコン）等のパッシベーション膜が形成されてもよい。この場合は、当該パッシベーション膜に基板１ａに通じる開口部が形成され、その開口部の位置に、ゲート電極３０が形成される。また、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０は、それぞれ複数のフィンガーを備える櫛歯形状とされてもよい。また、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の形成後には、それらに接続される配線、それらを覆う層間絶縁膜等が形成されてもよい。
【0081】
基板１ａ上へのゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の形成後、図７（Ｂ）に示すように、その基板１ａの、非晶質層６０及びそれが設けられたＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側の一部が除去される。例えば、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０等が形成された基板１ａが、非晶質層６０側から研磨（「バックグラインド」とも言う）され、非晶質層６０及びＧａＮ基板１０の一部が除去される。これにより、基板１ａが薄化される。基板１ａのＧａＮ基板１０には、Ｇａ極性面１０ａとは反対側に、バックグラインドされた面１０ｃが形成される。
【0082】
基板１ａのバックグラインド後、図７（Ｃ）に示すように、基板１ａの所定の位置でダイシングが行われる。これにより、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０等が形成された基板１ａが個片化され、個々の半導体装置１００ａが得られる。
【0083】
図６（Ａ）から図６（Ｃ）及び図７（Ａ）から図７（Ｃ）に示すような工程により、ＨＥＭＴを備える半導体装置１００ａが製造される。
尚、半導体装置１００ａの製造において、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の形成は、基板１ａのバックグラインド（図７（Ｂ））後に行うこともできる。また、基板１ａのバックグラインド（図７（Ｂ））後、それによって露出されたＧａＮ基板１０の面１０ｃ側に、金属層、半導体層、ダイヤモンド層等、導電性又は熱伝導性を有する別の層を形成することもできる。また、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の形成（図７（Ａ））後、基板１ａのバックグラインド（図７（Ｂ））を行わず、ダイシングによる個片化（図７（Ｃ））を行うこともできる。この場合、半導体装置１００ａは、ＧａＮ基板１０に設けられた非晶質層６０が残存した形態となる。また、ダイシングによる個片化（図７（Ｃ））が行われた半導体装置１００ａ等のほか、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の形成（図７（Ａ））が行われた基板１ａであって、ダイシングによる個片化が行われる前の基板１ａを、「半導体装置」と称してもよい。
尚、半導体装置１００ａの製造において、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の形成は、基板１ａのバックグラインド（図７（Ｂ））後に行うこともできる。また、基板１ａのバックグラインド（図７（Ｂ））後、それによって露出されたＧａＮ基板１０の面１０ｃ側に、金属層、半導体層、ダイヤモンド層等、導電性又は熱伝導性を有する別の層を形成することもできる。また、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の形成（図７（Ａ））後、基板１ａのバックグラインド（図７（Ｂ））を行わず、ダイシングによる個片化（図７（Ｃ））を行うこともできる。この場合、半導体装置１００ａは、ＧａＮ基板１０に設けられた非晶質層６０が残存した形態となる。また、ダイシングによる個片化（図７（Ｃ））が行われた半導体装置１００ａ等のほか、ゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の形成（図７（Ａ））が行われた基板１ａであって、ダイシングによる個片化が行われる前の基板１ａを、「半導体装置」と称してもよい。
【0084】
以上のように、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０が設けられた基板１が用いられることで、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に、チャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３を含む高品質の窒化物半導体層２０が成長され、形成される。更に、非晶質層６０が設けられたＧａＮ基板１０にそのような高品質の窒化物半導体層２０が形成された基板１ａが実現される。更にまた、そのような高品質の窒化物半導体層２０が形成された基板１ａにより、窒化物半導体層２０を用いた高性能及び高品質の半導体装置１００ａ等が実現される。
【0085】
［第３実施形態］
上記第２実施形態では、金属半導体接合ＦＥＴ（MEtal Semiconductor Field Effect Transistor）の一例として、ショットキーゲート構造を有するＨＥＭＴを備えた半導体装置１００ａの製造を例にした。上記のようなＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０を設けた基板１を用いることで、各種形態の半導体装置を製造することができる。例えば、非晶質層６０を設けた基板１上に、ＨＥＭＴを実現するための各種窒化物半導体層及び電極等を形成し、ＨＥＭＴを備えた各種半導体装置を得ることができる。或いは、非晶質層６０を設けた基板１上に、ダイオードを実現するための各種窒化物半導体層及び電極等を形成し、ダイオードを備えた各種半導体装置を得ることもできる。ここでは、第３実施形態として、非晶質層６０を設けた基板１を用いて得ることができる各種半導体装置のうちのいくつかの構成例を、図８及び図９を参照して説明する。
上記第２実施形態では、金属半導体接合ＦＥＴ（MEtal Semiconductor Field Effect Transistor）の一例として、ショットキーゲート構造を有するＨＥＭＴを備えた半導体装置１００ａの製造を例にした。上記のようなＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０を設けた基板１を用いることで、各種形態の半導体装置を製造することができる。例えば、非晶質層６０を設けた基板１上に、ＨＥＭＴを実現するための各種窒化物半導体層及び電極等を形成し、ＨＥＭＴを備えた各種半導体装置を得ることができる。或いは、非晶質層６０を設けた基板１上に、ダイオードを実現するための各種窒化物半導体層及び電極等を形成し、ダイオードを備えた各種半導体装置を得ることもできる。ここでは、第３実施形態として、非晶質層６０を設けた基板１を用いて得ることができる各種半導体装置のうちのいくつかの構成例を、図８及び図９を参照して説明する。
【0086】
図８は第３実施形態に係るＨＥＭＴを備えた半導体装置の構成例について説明する図である。図８（Ａ）には、ＨＥＭＴを備えた半導体装置の第１例の要部断面図を模式的に示している。図８（Ｂ）には、ＨＥＭＴを備えた半導体装置の第２例の要部断面図を模式的に示している。
【0087】
図８（Ａ）には、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型ゲート構造を有するＨＥＭＴを備えた半導体装置１００ｂを示している。半導体装置１００ｂは、上記半導体装置１００と同様に、ＧａＮ基板１０と、そのＧａ極性面１０ａ上に成長された窒化物半導体層２０とを含む。ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に、窒化物半導体層２０として、チャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３が順に成長される。窒化物半導体層２０上に、窒化物半導体層２０と接続されるゲート電極３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０の各電極が設けられる。半導体装置１００ｂにおいて、ゲート電極３０は、窒化物半導体層２０上に、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜等が用いられたゲート絶縁膜７０を介して、設けられる。ソース電極４０及びドレイン電極５０は、窒化物半導体層２０上に、オーミック電極として機能するように設けられる。上記第２実施形態の例に従い、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０を設けた基板１を用い、この図８（Ａ）に示すようなＨＥＭＴを備えた半導体装置１００ｂを得ることもできる。
【0088】
図８（Ｂ）に示す半導体装置１００ｃは、窒化物半導体層２０上に、窒化物半導体が用いられたキャップ層７１を介して、ゲート電極３０が設けられた構成を有する点で、上記半導体装置１００ｂと相違する。キャップ層７１は、ゲート電極３０直下に限らず、ソース電極４０とドレイン電極５０との間のバリア層２３上を覆うように設けられてもよい。キャップ層７１には、例えば、ドープ（ｐ型若しくはｎ型）又はノンドープのＧａＮ等の窒化物半導体を用いることができる。キャップ層７１には、ゲート電極３０直下におけるチャネル層２１の２ＤＥＧ１０１の濃度を変調する機能を持たせてもよい。上記第２実施形態の例に従い、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０を設けた基板１を用い、この図８（Ｂ）に示すようなＨＥＭＴを備えた半導体装置１００ｃを得ることもできる。
【0089】
また、図９は第３実施形態に係るダイオードを備えた半導体装置の構成例について説明する図である。図９（Ａ）には、ダイオードを備えた半導体装置の第１例の要部断面図を模式的に示している。図９（Ｂ）には、ダイオードを備えた半導体装置の第２例の要部断面図を模式的に示している。
【0090】
図９（Ａ）に示す半導体装置１００ｄは、ショットキーバリアダイオード（Schottky Barrier Diode；ＳＢＤ）の一例である。半導体装置１００ｄは、ＧａＮ基板１０と、そのＧａ極性面１０ａ上に成長された窒化物半導体層２０とを含む。ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に、窒化物半導体層２０として、チャネル層２１、スペーサ層２２及びバリア層２３が順に成長される。窒化物半導体層２０上に、窒化物半導体層２０に接続されるカソード電極８０及びアノード電極８１の各電極が形成される。カソード電極８０は、窒化物半導体層２０上に、オーミック電極として機能するように設けられる。アノード電極８１は、窒化物半導体層２０上に、ショットキー電極として機能するように設けられる。上記第２実施形態の例に従い、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０を設けた基板１を用い、この図９（Ａ）に示すようなＳＢＤを備えた半導体装置１００ｄを得ることもできる。
【0091】
図９（Ｂ）に示す半導体装置１００ｅは、ｐｎ接合ダイオードの一例である。半導体装置１００ｅは、ＧａＮ基板１０と、そのＧａ極性面１０ａ上に成長された窒化物半導体層２０ｂとを含む。窒化物半導体層２０ｂには、互いに導電型が異なる窒化物半導体が用いられた第１層２４及び第２層２５が含まれる。一例として、第１層２４にｎ型窒化物半導体が用いられ、第２層２５にｐ型窒化物半導体が用いられる。第１層２４及び第２層２５はそれぞれ、１種の窒化物半導体の単層構造であってもよいし、１種又は２種以上の窒化物半導体の積層構造であってもよい。ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ上に、窒化物半導体層２０ｂとして、第１層２４及び第２層２５が順に成長される。即ち、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に、第１層２４が成長される。その第１層２４の、ＧａＮ基板１０側とは反対の面側に、第２層２５が成長される。
【0092】
第２層２５は、一部が除去される。第２層２５が除去されることで露出する第１層２４の一部上と、第１層２４上に残存する第２層２５上とに、それぞれ電極が設けられる。例えば、第１層２４がｎ型窒化物半導体であり、第２層２５がｐ型窒化物半導体であれば、第１層２４上にカソード電極８０が設けられ、第２層２５上にアノード電極８１が設けられる。例えば、第１層２４及び第２層２５を含む窒化物半導体層２０ｂ上には、窒化物半導体層２０ｂと接続されるこのようなカソード電極８０及びアノード電極８１の各電極が形成される。上記第２実施形態の例に従い、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０を設けた基板１を用い、この図９（Ｂ）に示すようなｐｎ接合ダイオードを備えた半導体装置１００ｅを得ることもできる。
【0093】
尚、窒化物半導体層２０ｂのうち、第１層２４を「第１窒化物半導体層」とも言い、第１層２４とは導電型が異なる第２層２５を「第２窒化物半導体層」とも言う。
ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０を設けた基板１は、上記半導体装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅに限らず、各種半導体装置の製造に用いることが可能である。
ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０を設けた基板１は、上記半導体装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅに限らず、各種半導体装置の製造に用いることが可能である。
【0094】
以上の説明では、ＧａＮ基板１０のＮ極性面１０ｂ側に非晶質層６０を形成し、Ｇａ極性面１０ａ側に窒化物半導体層２０等を形成する例を示した。このほか、上記の例に従い、ＧａＮ基板１０のＧａ極性面１０ａ側に非晶質層６０を形成し、Ｎ極性面１０ｂ側に窒化物半導体層２０等を形成することも可能である。
【0095】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） Ｎ極性面と、前記Ｎ極性面とは反対側のＧａ極性面とを有するＧａＮ基板の、前記Ｎ極性面側に、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層を形成する工程と、
前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
（付記１） Ｎ極性面と、前記Ｎ極性面とは反対側のＧａ極性面とを有するＧａＮ基板の、前記Ｎ極性面側に、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層を形成する工程と、
前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【0096】
（付記２） 前記窒化物半導体層を形成する工程は、有機金属化学気相成長法を用いて、前記Ｇａ極性面側に、前記窒化物半導体層を形成する工程を含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【0097】
（付記３） 前記窒化物半導体層を形成する工程は、少なくとも水素及びアンモニアを含む雰囲気中、前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側の温度を９５０℃以上にする工程を含む、付記２に記載の半導体装置の製造方法。
【0098】
（付記４） 前記窒化物半導体層を形成する工程は、
前記ＧａＮ基板を、有機金属化学気相成長装置に、前記Ｎ極性面側に形成された前記非晶質層が前記有機金属化学気相成長装置の熱源側となるように配置する工程と、
前記熱源によって前記非晶質層側から加熱される前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、前記窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
前記ＧａＮ基板を、有機金属化学気相成長装置に、前記Ｎ極性面側に形成された前記非晶質層が前記有機金属化学気相成長装置の熱源側となるように配置する工程と、
前記熱源によって前記非晶質層側から加熱される前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、前記窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【0099】
（付記５） 前記非晶質層を形成する工程は、有機金属化学気相成長法、スパッタ法及び原子層堆積法のうちのいずれかの方法を用いて、前記ＧａＮ基板の前記Ｎ極性面側に前記非晶質層を形成する工程を含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【0100】
（付記６） 前記窒化物半導体層を形成する工程は、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に、第１窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に、前記第１窒化物半導体層とはバンドギャップが異なる第２窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に、第１窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に、前記第１窒化物半導体層とはバンドギャップが異なる第２窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【0101】
（付記７） 前記窒化物半導体層を形成する工程は、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に、第１窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に、前記第１窒化物半導体層とは導電型が異なる第２窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に、第１窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に、前記第１窒化物半導体層とは導電型が異なる第２窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【0102】
（付記８） 前記窒化物半導体層を形成する工程後に、前記窒化物半導体層と接続される電極を形成する工程を更に含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記電極を形成する工程は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程を含む、付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記電極を形成する工程は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程を含む、付記８に記載の半導体装置の製造方法。
【0103】
（付記１０） 前記電極を形成する工程は、カソード電極及びアノード電極を形成する工程を含む、付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記窒化物半導体層を形成する工程後に、前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板を、前記非晶質層側から研磨し、前記非晶質層と前記ＧａＮ基板の一部とを除去する工程を更に含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記窒化物半導体層を形成する工程後に、前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板を、前記非晶質層側から研磨し、前記非晶質層と前記ＧａＮ基板の一部とを除去する工程を更に含む、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【0104】
（付記１２） Ｎ極性面と、前記Ｎ極性面とは反対側のＧａ極性面とを有するＧａＮ基板と、
前記ＧａＮ基板の前記Ｎ極性面側に設けられ、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層と、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に設けられる窒化物半導体層と、
を含む、基板。
前記ＧａＮ基板の前記Ｎ極性面側に設けられ、非晶質のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層と、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に設けられる窒化物半導体層と、
を含む、基板。
【0105】
（付記１３） 前記窒化物半導体層は、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に設けられる第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に設けられ、前記第１窒化物半導体層とはバンドギャップが異なる第２窒化物半導体層と、
を含む、付記１２に記載の基板。
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に設けられる第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に設けられ、前記第１窒化物半導体層とはバンドギャップが異なる第２窒化物半導体層と、
を含む、付記１２に記載の基板。
【0106】
（付記１４） 前記窒化物半導体層は、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に設けられる第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に設けられ、前記第１窒化物半導体層とは導電型が異なる第２窒化物半導体層と、
を含む、付記１２に記載の基板。
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に設けられる第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に設けられ、前記第１窒化物半導体層とは導電型が異なる第２窒化物半導体層と、
を含む、付記１２に記載の基板。
【0107】
（付記１５） 前記窒化物半導体層と接続される電極を更に含む、付記１２に記載の基板。
【符号の説明】
【0108】
１、１ａ 基板
１０ ＧａＮ基板
１０ａ Ｇａ極性面
１０ｂ Ｎ極性面
１０ｃ、１０Ａａ 面
１０Ａ ＳｉＣ基板
１１ 融解部
１２ 非融解部
２０、２０ｂ 窒化物半導体層
２０ａ ＧａＮ層
２１ チャネル層
２２ スペーサ層
２３ バリア層
２４ 第１層
２５ 第２層
３０ ゲート電極
４０ ソース電極
５０ ドレイン電極
６０ 非晶質層
７０ ゲート絶縁膜
７１ キャップ層
８０ カソード電極
８１ アノード電極
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００Ａ 半導体装置
１０１ ２ＤＥＧ
１１０、１１０ａ、１１０ｂ 転位
２００ ＭＯＣＶＤ装置
２１０ チャンバ
２２０ サセプタ
２２１ 凹部
２２１ａ 底
２３０ ヒータ
１０ ＧａＮ基板
１０ａ Ｇａ極性面
１０ｂ Ｎ極性面
１０ｃ、１０Ａａ 面
１０Ａ ＳｉＣ基板
１１ 融解部
１２ 非融解部
２０、２０ｂ 窒化物半導体層
２０ａ ＧａＮ層
２１ チャネル層
２２ スペーサ層
２３ バリア層
２４ 第１層
２５ 第２層
３０ ゲート電極
４０ ソース電極
５０ ドレイン電極
６０ 非晶質層
７０ ゲート絶縁膜
７１ キャップ層
８０ カソード電極
８１ アノード電極
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００Ａ 半導体装置
１０１ ２ＤＥＧ
１１０、１１０ａ、１１０ｂ 転位
２００ ＭＯＣＶＤ装置
２１０ チャンバ
２２０ サセプタ
２２１ 凹部
２２１ａ 底
２３０ ヒータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】