(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-06
(45)【発行日】2024-11-14
(54)【発明の名称】スイッチングデバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/336 20060101AFI20241107BHJP
H01L 29/78 20060101ALI20241107BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20241107BHJP
H01L 21/314 20060101ALI20241107BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20241107BHJP
H01L 21/368 20060101ALI20241107BHJP
H01L 21/318 20060101ALI20241107BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 301G
H01L21/31 B
H01L21/314 M
H01L21/314 A
H01L29/78 652T
H01L29/78 652K
H01L29/78 658F
H01L29/78 658E
H01L29/78 658A
H01L21/368 Z
H01L21/318 C
H01L29/78 301B
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2021029177
(22)【出願日】2021-02-25
(65)【公開番号】P2022130163
(43)【公開日】2022-09-06
【審査請求日】2023-12-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(73)【特許権者】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】513067727
【氏名又は名称】高知県公立大学法人
(74)【代理人】
【識別番号】110000110
【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】富田 英幹
(72)【発明者】
【氏名】大川 峰司
(72)【発明者】
【氏名】川原村 敏幸
(72)【発明者】
【氏名】▲劉▼ ▲麗▼
【審査官】石川 雄太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０１８８８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１２６８９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１４２６３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２７３１９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１８３０５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０２１７５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／００４４０６７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３３６
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３１４
Ｈ０１Ｌ ２９／１２
Ｈ０１Ｌ ２９／７８
Ｈ０１Ｌ ２１／３６８
Ｈ０１Ｌ ２１／３１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スイッチングデバイス（１０、５００、６００）の製造方法であって、シリコンを含む第１有機成膜原料を窒化ガリウム半導体層（１２、６１２）の表面に供給するとともに酸化ガスを含む第１反応ガスを非プラズマ状態で前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給することによって、前記窒化ガリウム半導体層上に酸化シリコンにより構成された第１ゲート絶縁膜（２１、６２１）を形成する工程と、
シリコンを含む第２有機成膜原料を前記第１ゲート絶縁膜の表面に供給するとともに酸化ガスを含む第２反応ガスを非プラズマ状態で前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給することによって、前記第１ゲート絶縁膜上に酸化シリコンにより構成された第２ゲート絶縁膜（２２、６２２）を形成する工程と、
を有し、
前記第１反応ガスに含まれる前記酸化ガスと前記第２反応ガスに含まれる前記酸化ガスが同種のガスであり、
前記第１反応ガス中の前記酸化ガスの濃度が、前記第２反応ガス中の前記酸化ガスの濃度よりも低い、
製造方法。
【請求項2】
前記第１有機成膜原料が、シリコンを含む成膜原料が溶解しているとともに有機溶剤を含む第１溶液（８４ｄ）であり、前記第２有機成膜原料が、シリコンを含む成膜原料が溶解しているとともに有機溶剤を含む第２溶液（８４ｄ）である、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項3】
前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１溶液からミスト（８３）を発生させ、前記第１溶液の前記ミストを前記第１反応ガスとともに前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給し、前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２溶液からミスト（８３）を発生させ、前記第２溶液の前記ミストを前記第２反応ガスとともに前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給する、
請求項２に記載に記載の製造方法。
【請求項4】
前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１溶液を前記窒化ガリウム半導体層の前記表面にスプレー塗布しながら前記第１反応ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給し、前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２溶液を前記第１ゲート絶縁膜の前記表面にスプレー塗布しながら前記第２反応ガスを前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給する、
請求項２に記載に記載の製造方法。
【請求項5】
前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１溶液をインクジェット法によって前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に塗布しながら前記第１反応ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給し、前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２溶液をインクジェット法によって前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に塗布しながら前記第２反応ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給する、
請求項２に記載に記載の製造方法。
【請求項6】
前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１溶液中にバブルを発生させることによって前記第１溶液の液滴を発生させ、前記第１溶液の前記液滴を前記第１反応ガスとともに前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給し、前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２溶液中にバブルを発生させることによって前記第２溶液の液滴を発生させ、前記第２溶液の前記液滴を前記第２反応ガスとともに前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給する、
請求項２に記載に記載の製造方法。
【請求項7】
前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１有機成膜原料を含む第１原料ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給する工程と、前記第１反応ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給する工程と、を交互に複数回繰り返し、前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２有機成膜原料を含む第２原料ガスを前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給する工程と、前記第１反応ガスを前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給する工程と、を交互に複数回繰り返す、
請求項１に記載に記載の製造方法。
【請求項8】
前記第１反応ガスに含まれる前記酸化ガスと前記第２反応ガスに含まれる前記酸化ガスが、オゾンである請求項１～７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項9】
前記第２ゲート絶縁膜の平均炭素濃度が、前記第１ゲート絶縁膜の平均炭素濃度よりも低い、請求項１～８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項10】
前記第２ゲート絶縁膜の少なくとも一部の炭素濃度が、３×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である請求項９に記載の製造方法。
【請求項11】
前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程の実施後に、前記第１ゲート絶縁膜と前記第２ゲート絶縁膜をプラズマ状態の酸化ガスに曝す工程を有さない、請求項１～１０のいずれか一項に記載に記載の製造方法。
【請求項12】
前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程の実施後に、前記窒化ガリウム半導体層と前記第１ゲート絶縁膜の界面にガリウム酸化物層が存在しない、または、前記窒化ガリウム半導体層と前記第１ゲート絶縁膜の界面に存在するガリウム酸化物層の厚さが１ｎｍ以下である、請求項１～１１のいずれか一項に記載に記載の製造方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示の技術は、スイッチングデバイスの製造方法に関する。
【0002】
特許文献１には、スイッチングデバイスの製造方法が開示されている。この製造方法は、第１ゲート絶縁膜形成工程と、第２ゲート絶縁膜形成工程を有している。第１ゲート絶縁膜形成工程では、オゾンを酸化剤として用いたＡＬＤ法（atomic layer deposition）により、窒化ガリウム半導体層上に酸化シリコンにより構成された第１ゲート絶縁膜を形成する。第２工程では、酸素プラズマを酸化剤として用いたＡＬＤ法により、第１ゲート絶縁膜上に酸化シリコンにより構成された第２ゲート絶縁膜を形成する。第２ゲート絶縁膜上には、ゲート電極が形成される。
【0003】
第１の工程では、比較的酸化力が低いオゾンを酸化剤として使用するので、窒化ガリウム半導体層の酸化を抑制しながら窒化ガリウム半導体層上に第１ゲート絶縁膜を形成することができる。窒化ガリウム半導体層の酸化を抑制することで、スイッチングデバイスの特性を向上させることができる。但し、第１工程では、比較的酸化力が低いオゾンを酸化剤として使用するので、第１ゲート絶縁膜中に炭素が取り込まれ易い。このため、第１ゲート絶縁膜ではゲートリークを抑制できない。第２工程では、酸化力が高い酸素プラズマを酸化剤として使用するので、第２ゲート絶縁膜中に炭素が取り込まれ難い。したがって、高い絶縁性を有する第２ゲート絶縁膜を形成することができ、ゲートリークを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１９－０７１４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１の製造方法では、第１ゲート絶縁膜上に、酸化力が高い酸素プラズマを酸化剤として使用して第２ゲート絶縁膜を形成する。発明者らが行った実験により、第２工程において酸素プラズマ等の酸化力が高いプラズマ状態の酸化ガスを使用すると、第１ゲート絶縁膜の下部の窒化ガリウム半導体層が酸化されることが判明した。その結果、第１ゲート絶縁膜と窒化ガリウム半導体層の界面にガリウム酸化物層が形成される。当該界面にガリウム酸化物層が形成されると、スイッチングデバイスの特性が低下する。本明細書では、ゲート絶縁膜と窒化ガリウム半導体層の界面におけるガリウム酸化物層の形成を抑制しながら絶縁性が高いゲート絶縁膜を形成する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書が開示するスイッチングデバイスの製造方法は、シリコンを含む第１有機成膜原料を窒化ガリウム半導体層の表面に供給するとともに酸化ガスを含む第１反応ガスを非プラズマ状態で前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給することによって前記窒化ガリウム半導体層上に酸化シリコンにより構成された第１ゲート絶縁膜を形成する工程と、シリコンを含む第２有機成膜原料を前記第１ゲート絶縁膜の表面に供給するとともに酸化ガスを含む第２反応ガスを非プラズマ状態で前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給することによって、前記第１ゲート絶縁膜上に酸化シリコンにより構成された第２ゲート絶縁膜を形成する工程と、を有する。前記第１反応ガスに含まれる前記酸化ガスと前記第２反応ガスに含まれる前記酸化ガスが同種のガスである。前記第１反応ガス中の前記酸化ガスの濃度が、前記第２反応ガス中の前記酸化ガスの濃度よりも低い。
【0007】
なお、スイッチングデバイスは、ゲート絶縁膜を有するスイッチングデバイスであれば、いずれのスイッチングデバイスであってもよい。例えば、スイッチングデバイスは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：field effect transistor）であってもよいし、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high electron mobility transistor）であってもよい。
【0008】
また、窒化ガリウム半導体層は、窒化ガリウムを主成分とする半導体層である。例えば、窒化ガリウム半導体層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成されていてもよいし、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）により構成されていてもよいし、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）により構成されていてもよいし、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）により構成されていてもよい。
【0009】
また、酸化シリコンは、ＳｉとＯとの結合を含む化合物である。例えば、酸化シリコンは、ＳｉＯ２であってもよいし、ＳｉＯＮであってもよい。
【0010】
なお、第１有機成膜原料と第２有機成膜原料は、同種の原料であってもよいし、異なる原料であってもよい。
【0011】
この製造方法では、第１ゲート絶縁膜を形成する工程において、シリコンを含む第１有機成膜原料を窒化ガリウム半導体層の表面に供給するとともに酸化ガスを含む第１反応ガスを非プラズマ状態で前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給することによって酸化シリコンにより構成された第１ゲート絶縁膜を形成する。ここでは、酸化ガスの濃度が低い第１反応ガスが使用される。したがって、窒化ガリウム半導体層と第１ゲート絶縁膜との界面でのガリウム酸化物層の形成を抑制しながら、第１ゲート絶縁膜を形成することができる。また、第１反応ガス中における酸化ガスの濃度が低いので、第１ゲート絶縁膜中に炭素が取り込まれ易い。したがって、第１ゲート絶縁膜の絶縁性はそれほど高くない。第２ゲート絶縁膜を形成する工程では、シリコンを含む第２有機成膜原料を前記第１ゲート絶縁膜の表面に供給するとともに酸化ガスを含む第２反応ガスを非プラズマ状態で前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給することによって、前記第１ゲート絶縁膜上に酸化シリコンにより構成された第２ゲート絶縁膜を形成する。ここでは、酸化ガスの濃度が高い第２反応ガスが使用される。したがって、第２ゲート絶縁膜中に炭素が取り込まれ難い。したがって、絶縁性が高い第２ゲート絶縁膜を形成できる。したがって、第１ゲート絶縁膜と第２ゲート絶縁膜とを有するゲート絶縁膜は、全体として高い絶縁性を有している。このゲート絶縁膜によれば、ゲートリークを抑制できる。また、第２反応ガスは非プラズマ状態で第１ゲート絶縁膜の表面に供給される。非プラズマ状態の第２反応ガスの酸化力はプラズマ状態の酸化ガスの酸化力ほど高くはないので、第１ゲート絶縁膜の下部の窒化ガリウム半導体層の表面が酸化されることが抑制される。したがって、窒化ガリウム半導体層と第１ゲート絶縁膜との界面でのガリウム酸化物層の形成を抑制しながら、第２ゲート絶縁膜を形成することができる。以上に説明したように、この製造方法によれば、ゲート絶縁膜と窒化ガリウム半導体層の界面におけるガリウム酸化物層の形成を抑制しながら絶縁性が高いゲート絶縁膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】スイッチングデバイス１０の断面図。
【図2】スイッチングデバイス１０の製造方法の説明図。
【図3】スイッチングデバイス１０の製造方法の説明図。
【図4】スイッチングデバイス１０の製造方法の説明図。
【図5】スイッチングデバイス１０の製造方法の説明図。
【図6】ミストＣＶＤ法の説明図。
【図7】ゲート絶縁膜と窒化ガリウム半導体基板の界面のＸＰＳ分析結果を示すグラフ。
【図8】実施例１の製造方法により製造されたスイッチングデバイス１０の移動度を示すグラフ。
【図9】酸素プラズマを使用する製造方法により製造されたスイッチングデバイス１０の移動度を示すグラフ。
【図10】ゲート絶縁膜中の炭素濃度分布を示すグラフ。
【図11】ゲート絶縁膜に印加する電界とゲート絶縁膜に流れるリーク電流の関係を示すグラフ。
【図12】スプレー法の説明図。
【図13】インクジェット法の説明図。
【図14】バブリング法の説明図。
【図15】非プラズマ状態の酸化ガスを使用するＡＬＤ法の説明図。
【図16】スイッチングデバイス５００の断面図。
【図17】スイッチングデバイス５００の製造方法の説明図。
【図18】スイッチングデバイス５００の製造方法の説明図。
【図19】スイッチングデバイス５００の製造方法の説明図。
【図20】スイッチングデバイス５００の製造方法の説明図。
【図21】スイッチングデバイス５００の製造方法の説明図。
【図22】スイッチングデバイス５００の製造方法の説明図。
【図23】スイッチングデバイス５００の製造方法の説明図。
【図24】スイッチングデバイス６００の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本明細書が開示する一例のスイッチングデバイスの製造方法では、前記第１有機成膜原料がシリコンを含む成膜原料が溶解しているとともに有機溶剤を含む第１溶液であり、前記第２有機成膜原料が、シリコンを含む成膜原料が溶解しているとともに有機溶剤を含む第２溶液であってもよい。この場合、１つの構成においては、ミスト塗布法を用いてもよい。すなわち、前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１溶液からミストを発生させ、前記第１溶液の前記ミストを前記第１反応ガスとともに前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給してもよい。また、前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２溶液からミストを発生させ、前記第２溶液の前記ミストを前記第２反応ガスとともに前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給してもよい。また、別の構成においては、スプレー塗布法を用いてもよい。すなわち、前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１溶液を前記窒化ガリウム半導体層の前記表面にスプレー塗布しながら前記第１反応ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給してもよい。前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２溶液を前記第１ゲート絶縁膜の前記表面にスプレー塗布しながら前記第２反応ガスを前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給してもよい。また、別の構成においては、インクジェット法を用いてもよい。すなわち、前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１溶液をインクジェット法によって前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に塗布しながら前記第１反応ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給してもよい。前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２溶液をインクジェット法によって前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に塗布しながら前記第２反応ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給してもよい。また、別の構成においては、バブリング法を用いてもよい。すなわち、前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１溶液中にバブルを発生させることによって前記第１溶液の液滴を発生させ、前記第１溶液の前記液滴を前記第１反応ガスとともに前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給してもよい。前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２溶液中にバブルを発生させることによって前記第２溶液の液滴を発生させ、前記第２溶液の前記液滴を前記第２反応ガスとともに前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給してもよい。
【0014】
これらの構成によれば、好適に第１ゲート絶縁膜と第２ゲート絶縁膜を形成することができる。
【0015】
本明細書が開示する一例のスイッチングデバイスの製造方法では、前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第１有機成膜原料を含む第１原料ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給する工程と、前記第１反応ガスを前記窒化ガリウム半導体層の前記表面に供給する工程と、を交互に複数回繰り返してもよい。前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程では、前記第２有機成膜原料を含む第２原料ガスを前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給する工程と、前記第１反応ガスを前記第１ゲート絶縁膜の前記表面に供給する工程と、を交互に複数回繰り返してもよい。
【0016】
この構成によれば、好適に第１ゲート絶縁膜と第２ゲート絶縁膜を形成することができる。
【0017】
本明細書が開示するいずれかの製造方法においては、前記第１反応ガスに含まれる前記酸化ガスと前記第２反応ガスに含まれる前記酸化ガスが、オゾンであってもよい。
【0018】
本明細書が開示するいずれかの製造方法においては、前記第２ゲート絶縁膜の平均炭素濃度が、前記第１ゲート絶縁膜の平均炭素濃度よりも低くてもよい。この場合、前記第２ゲート絶縁膜の少なくとも一部の炭素濃度が、３×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であってもよい。
【0019】
これらの構成によれば、ゲートリークを好適に抑制できる。
【0020】
本明細書が開示するいずれの製造方法においては、前記第１ゲート絶縁膜を形成する前記工程の実施後に、前記第１ゲート絶縁膜と前記第２ゲート絶縁膜をプラズマ状態の酸化ガスに曝す工程を有さなくてもよい。
【0021】
この構成によれば、ゲート絶縁膜と窒化ガリウム半導体層の界面におけるガリウム酸化物層の形成を好適に抑制できる。
【0022】
本明細書が開示する一例の製造方法においては、前記第２ゲート絶縁膜を形成する前記工程の実施後に、前記窒化ガリウム半導体層と前記第１ゲート絶縁膜の界面にガリウム酸化物層が存在しない、または、前記窒化ガリウム半導体層と前記第１ゲート絶縁膜の界面に存在するガリウム酸化物層の厚さが１ｎｍ以下であってもよい。
【0023】
この構成によれば、スイッチングデバイスの特性をより向上させることができる。
【0024】
図１に示す実施形態のスイッチングデバイス１０は、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）である。スイッチングデバイス１０は、窒化ガリウム半導体基板１２を有している。窒化ガリウム半導体基板１２は、高濃度ｎ型層１４ａ、バッファ層１４ｂ、ドリフト層１４ｃ、ボディ層１６、ソース層１８、及び、ドレイン層２０を有している。高濃度ｎ型層１４ａは、窒化ガリウム半導体基板１２の下面を含む範囲に設けられている。バッファ層１４ｂは、高濃度ｎ型層１４ａよりもｎ型不純物濃度が低いｎ型層であり、高濃度ｎ型層１４ａ上に設けられている。ドリフト層１４ｃは、バッファ層１４ｂと同等のｎ型不純物濃度を有するｎ型層であり、バッファ層１４ｂ上に設けられている。ボディ層１６は、ｐ型層であり、ドリフト層１４ｃ上に設けられている。ソース層１８とドレイン層２０は、ｎ型層であり、ボディ層１６上に設けられている。ソース層１８とドレイン層２０は、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａを部分的に含む範囲に設けられている。ソース層１８とドレイン層２０は互いから分離されている。すなわち、ソース層１８とドレイン層２０の間にボディ層１６が設けられており、ボディ層１６によってソース層１８がドレイン層２０から分離されている。
【0025】
窒化ガリウム半導体基板１２の上部に、ゲート絶縁膜２３、ゲート電極２４、ソース電極２６、及び、ドレイン電極２８が配置されている。
【0026】
ゲート絶縁膜２３は、第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２を有している。第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２は、酸化シリコン（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ等）によって構成されている。第１ゲート絶縁膜２１は、窒化ガリウム半導体基板１２上に配置されている。第１ゲート絶縁膜２１は、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａのうち、ソース層１８の表面からドレイン層２０の表面まで伸びている。第１ゲート絶縁膜２１は、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａにおいて、ソース層１８、ボディ層１６、及び、ドレイン層２０に接している。第２ゲート絶縁膜２２は、第１ゲート絶縁膜２１上に配置されている。第２ゲート絶縁膜２２は、第１ゲート絶縁膜２１の上面の全域を覆っている。
【0027】
ゲート電極２４は、導体（例えば、金属やポリシリコン）により構成されている。ゲート電極２４は、第２ゲート絶縁膜２２上に配置されている。ゲート電極２４は、ソース層１８の上部からドレイン層２０の上部まで伸びている。ゲート電極２４は、ゲート絶縁膜２３を介して、ソース層１８、ボディ層１６、及び、ドレイン層２０に対向している。
【0028】
ソース電極２６は、導体により構成されている。ソース電極２６は、ソース層１８上に配置されている。ソース電極２６は、ソース層１８にオーミック接触している。
【0029】
ドレイン電極２８は、導体により構成されている。ドレイン電極２８は、ドレイン層２０上に配置されている。ドレイン電極２８は、ドレイン層２０にオーミック接触している。
【0030】
ゲート電極２４に閾値以上の電位を印加すると、ゲート絶縁膜２３の直下のドレイン層２０にチャネルが形成される。チャネルによってソース層１８とドレイン層２０が接続される。この状態で、ドレイン電極２８にソース電極２６よりも高い電位を印加すると、ソース層１８からチャネルを通ってドレイン層２０へ電子が流れる。すなわち、スイッチングデバイス１０がオンする。なお、後に詳述するが、スイッチングデバイス１０では、第１ゲート絶縁膜２１と窒化ガリウム半導体基板１２との界面３０における界面準位密度が低い。したがって、スイッチングデバイス１０のチャネル移動度は高い。また、後に詳述するが、スイッチングデバイス１０では、第２ゲート絶縁膜２２が高い絶縁性を有している。したがって、ゲート絶縁膜２３では、ゲートリークが生じ難い。
【実施例1】
【0031】
次に、実施例１のスイッチングデバイス１０の製造方法について説明する。図２は、加工前の窒化ガリウム半導体基板１２を示している。スイッチングデバイス１０は、図２の窒化ガリウム半導体基板１２から製造される。図２に示す窒化ガリウム半導体基板１２の全体は、高濃度ｎ型層１４ａにより構成されている。高濃度ｎ型層１４ａは、約４００μｍの厚さを有しており、約１×１０１８ｃｍ－３のｎ型不純物濃度を有している。
【0032】
まず、図３に示すように、高濃度ｎ型層１４ａ上に、窒化ガリウムにより構成されたバッファ層１４ｂをエピタキシャル成長させる。ここでは、バッファ層１４ｂのｎ型不純物濃度が約２×１０１６ｃｍ－３となり、バッファ層１４ｂの厚さが約０．３μｍとなるようにバッファ層１４ｂを形成する。次に、図３に示すように、バッファ層１４ｂ上に、窒化ガリウムにより構成されたドリフト層１４ｃをエピタキシャル成長させる。ここでは、ドリフト層１４ｃのｎ型不純物濃度が約２×１０１６ｃｍ－３となり、ドリフト層１４ｃの厚さが約１．０μｍとなるようにドリフト層１４ｃを形成する。次に、図３に示すように、ドリフト層１４ｃ上に、窒化ガリウムにより構成されたボディ層１６をエピタキシャル成長させる。ここでは、ボディ層１６がｐ型不純物（例えば、マグネシウム）を約５×１０１７ｃｍ－３の濃度で有しており、ボディ層１６の厚さが約１．５μｍとなるようにボディ層１６を形成する。その後、窒化ガリウム半導体基板１２を窒素雰囲気下において約８５０℃にて約５分間アニールし、ボディ層１６中のｐ型不純物を活性化させる。
【0033】
次に、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａからボディ層１６に選択的にｎ型不純物（例えば、シリコン）を約３×１０１５ｃｍ－２のドーズ量でイオン注入する。その後、窒化ガリウム半導体基板１２全体を窒素雰囲気下において約１０００℃にて約５分間アニールし、注入したｎ型不純物を活性化させる。これによって、図４に示すように、ボディ層１６の表層部の一部に、ソース層１８とドレイン層２０を形成する。
【0034】
次に、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａを洗浄する。次に、ゲート絶縁膜形成工程を実施する。ゲート絶縁膜形成工程では、図５に示すように、上面１２ａ上に酸化シリコンにより構成されたゲート絶縁膜２３を形成する。すなわち、上面１２ａ上に第１ゲート絶縁膜２１を形成し、第１ゲート絶縁膜２１上に第２ゲート絶縁膜２２を形成する。実施例１のゲート絶縁膜形成工程では、ミストＣＶＤ法（chemical vapor deposition）により第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２を形成する。
【0035】
図６は、ミストＣＶＤ法を実行するミストＣＶＤ装置８０を示している。ミストＣＶＤ装置８０は、炉８２、ミスト発生装置８４、キャリアガス供給源８６、第１反応ガス供給源８８ａ、及び、第２反応ガス供給源８８ｂを有している。
【0036】
炉８２は、チャンバー８２ａを有している。チャンバー８２ａ内に、窒化ガリウム半導体基板１２を載置することができる。炉８２は、ヒータを内蔵しており、チャンバー８２ａ内の窒化ガリウム半導体基板１２を加熱することができる。
【0037】
ミスト発生装置８４は、ミスト発生タンク８４ａ、容器８４ｂ、超音波振動子８４ｃを有している。ミスト発生タンク８４ａ内には、溶液８４ｄが貯留されている。溶液８４ｄは、有機溶剤にシリコンを含む成膜原料を溶解させたものである。例えば、シリコンを含む成膜原料として、ポリシラザン、テトラエトキシシラン、トリエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラン等のシリコン化合物を用いることができる。有機溶剤として、酢酸ブチル、ジメチルエーテル、酢酸メチル、アセトニトリル、ジブチルエーテル等を用いることができる。容器８４ｂは、液体８４ｅ（例えば、水）を貯留している。ミスト発生タンク８４ａの下部は、液体８４ｅ内に浸漬されている。容器８４ｂの底面に、超音波振動子８４ｃが固定されている。超音波振動子８４ｃは、液体８４ｅに超音波を加える。液体８４ｅに加えられた超音波は、液体８４ｅを介してミスト発生タンク８４ａ内の溶液８４ｄに伝わる。すると、溶液８４ｄの液面が振動し、溶液８４ｄの上部の空間に溶液８４ｄのミスト８３が発生する。このように、ミスト発生装置８４は、ミスト発生タンク８４ａ内に、溶液８４ｄのミスト８３を発生させる。ミスト発生タンク８４ａは、原料供給管９４を介して炉８２に接続されている。ミスト８３は、ミスト発生タンク８４ａから原料供給管９４を介して炉８２に供給される。炉８２内を下流端まで流れたミスト８３は、炉８２の外部へ排出される。
【0038】
キャリアガス供給源８６は、キャリアガス供給管９０を介してミスト発生タンク８４ａに接続されている。キャリアガス供給源８６は、ミスト発生タンク８４ａにキャリアガス（例えば、アルゴン等の不活性ガス）を供給する。
【0039】
第１反応ガス供給源８８ａと第２反応ガス供給源８８ｂは、反応ガス供給管９２を介して原料供給管９４の途中に接続されている。第１反応ガス供給源８８ａは、原料供給管９４に第１反応ガスを供給する。第２反応ガス供給源８８ｂは、原料供給管９４に第２反応ガスを供給する。ミストＣＶＤ装置８０では、使用する反応ガス供給源を第１反応ガス供給源８８ａと第２反応ガス供給源８８ｂの間で切り換えることができる。第１反応ガスは酸化ガス（本実施形態ではオゾン）を含んでいる。第２反応ガスは酸化ガス（本実施形態ではオゾン）を含んでいる。すなわち、第１反応ガスに含まれる酸化ガスと第２反応ガスに含まれる酸化ガスが同種のガスである。第１反応ガス中の酸化ガスの濃度は、第２反応ガス中の酸化ガスの濃度よりも低い。第１反応ガス中の酸化ガスの濃度は、１０ｇ／ｍ３未満であり、第２反応ガス中の酸化ガスの濃度は、１０ｇ／ｍ３以上である。
【0040】
ゲート絶縁膜形成工程は、第１ゲート絶縁膜２１を形成する第１ゲート絶縁膜形成工程と、第２ゲート絶縁膜２２を形成する第２ゲート絶縁膜形成工程を有している。
【0041】
第１ゲート絶縁膜形成工程では、まず、炉８２のチャンバー８２ａ内に窒化ガリウム半導体基板１２を載置する。ここでは、チャンバー８２ａ内を流れるミストに上面１２ａが曝される向きで、窒化ガリウム半導体基板１２をチャンバー８２ａ内に載置する。次に、炉８２によって窒化ガリウム半導体基板１２を加熱する。第１ゲート絶縁膜形成工程及び第２ゲート絶縁膜形成工程の間は、窒化ガリウム半導体基板１２の温度を約４００℃に維持する。次に、超音波振動子８４ｃを作動させて、溶液８４ｄからミスト８３を発生させる。同時に、キャリアガス供給源８６からミスト発生タンク８４ａへのキャリアガスの供給を開始し、第１反応ガス供給源８８ａから原料供給管９４への第１反応ガスの供給を開始する。キャリアガス供給管９０からミスト発生タンク８４ａ内に流入したキャリアガスは、ミスト発生タンク８４ａ内のミスト８３と共に原料供給管９４へ流れる。原料供給管９４内では、ミスト８３がキャリアガスとともに炉８２へ向かって流れる。原料供給管９４の途中で、反応ガス供給管９２から原料供給管９４内に第１反応ガスが流入する。このため、原料供給管９４のうちの反応ガス供給管９２との合流部よりも下流側の部分では、ミスト８３がキャリアガスと第１反応ガスとともに炉８２へ向かって流れる。ミスト８３、キャリアガス、及び、第１反応ガスは、原料供給管９４の下流端まで達すると、炉８２のチャンバー８２ａ内へ流入する。チャンバー８２ａ内を流れるミスト８３の一部は、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに付着する。すると、上面１２ａに付着したミスト８３に含まれる有機溶剤が揮発し、上面１２ａにシリコンを含む成膜原料が固着する。また、上面１２ａにシリコンを含む成膜原料が固着するのと同時に、成膜原料が第１反応ガスによって酸化されて酸化シリコンとなる。したがって、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに、酸化シリコンにより構成された第１ゲート絶縁膜２１が、例えば、１０ｎｍ成長する。
【0042】
第１ゲート絶縁膜２１が所定の厚さまで成長したら、第１ゲート絶縁膜形成工程から第２ゲート絶縁膜形成工程に移行する。第２ゲート絶縁膜形成工程では、ミストＣＶＤ装置８０で使用する反応ガス供給源を、第１反応ガス供給源８８ａから第２反応ガス供給源８８ｂに切り換える。したがって、第１ゲート絶縁膜２１の上面に、ミスト８３とともに第２反応ガスが供給される。第１ゲート絶縁膜２１の上面に付着したミスト８３に含まれる有機溶剤が揮発するので、第１ゲート絶縁膜２１の上面にシリコンを含む成膜原料が固着する。それと同時に、第１ゲート絶縁膜２１の上面に固着した成膜原料が第２反応ガスによって酸化されて酸化シリコンとなる。したがって、第１ゲート絶縁膜２１上に、酸化シリコンによって構成された第２ゲート絶縁膜２２が、例えば９０ｎｍ成長する。
【0043】
ゲート絶縁膜２３（すなわち、第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２）を１００ｎｍ形成したら、窒化ガリウム半導体基板１２を窒素雰囲気下において約８００℃にて約５分間アニールする。
【0044】
次に、図１に示すように、ソース層１８の上部、及び、ドレイン層２０の上部において、ゲート絶縁膜２３にコンタクトホール２６ａ、２８ａを形成する。次に、ゲート電極２４、ソース電極２６、及び、ドレイン電極２８を形成する。その後、必要に応じて、窒化ガリウム半導体基板１２に対して水素シンタ処理を実施する。以上の工程によって、図１に示すスイッチングデバイス１０が完成する。
【0045】
図７は、スイッチングデバイス１０においてガリウム酸化物層の有無を検証した実験結果を示している。図７のグラフＡ～Ｃは、スイッチングデバイス１０として３つのサンプルを作成し、各サンプルに対してＧａＬＭＭについてのＸＰＳ分析を行った結果を示している。グラフＡは、ゲート絶縁膜２１を形成していない状態（図４の状態）のボディ層１６の表面に対してＸＰＳ分析を行った結果である。すなわち、グラフＡは、ガリウム酸化物層が存在しない状態のボディ層１６の表面に対してＸＰＳ分析を行った結果である。グラフＢは、実施例１のゲート絶縁膜形成工程によってゲート絶縁膜２１を形成し、そのゲート絶縁膜２１とボディ層１６との界面３０にＸＰＳ分析を行った結果である。グラフＣは、酸素プラズマ（プラズマ状態の酸素ガス）を用いたＡＬＤ法によってゲート絶縁膜２１を形成し、そのゲート絶縁膜２１とボディ層１６との界面３０にＸＰＳ分析を行った結果である。なお、グラフＢ及びＣの測定では、ゲート絶縁膜２１をウェットエッチングすることによってゲート絶縁膜２１の厚さを約５ｎｍまで減少させ、その後に、ゲート絶縁膜２１とボディ層１６の界面３０に対してＸＰＳ分析を行った。
【0046】
図７に示すように、グラフＢはグラフＡとほぼ一致するのに対し、グラフＣはグラフＡに対して明らかなずれを有する。Noritake Isomura at el(2020). X-ray photoelectron spectroscopy insights on interfaces between SiO2 films and GaN substrates: differences due to depositional technique, Jpn. J. Appl. Phys. 59, 090902 (2020)に示されているように、ゲート絶縁膜と窒化ガリウム半導体との界面のＸＰＳ分析の結果を比較することで、当該界面にガリウム酸化物層が存在するか否かを検出することができる。この手法によれば、厚さが１ｎｍより厚いガリウム酸化物層を検出することができる。上述したように、グラフＡはガリウム酸化物層が存在しない状態のボディ層１６の表面に対してＸＰＳ分析を行った結果である。グラフＢはグラフＡと一致しているので、グラフＢのサンプルでは、界面３０にガリウム酸化物層が存在しない、または、界面３０に存在するガリウム酸化物層の厚さが１ｎｍ以下（検出限界以下）である。すなわち、実施例１の製造方法によりゲート絶縁膜２１を形成した場合には、界面３０にガリウム酸化物層が形成されない、または、界面３０に形成されるガリウム酸化物層の厚さが１ｎｍ以下である。グラフＣはグラフＡに対してずれを有しているので、グラフＣのサンプルでは、界面３０に厚さが１ｎｍよりも厚いガリウム酸化物層が存在する。すなわち、酸素プラズマを用いたＡＬＤ法によってゲート絶縁膜２１を形成した場合には、界面３０に厚さが１ｎｍよりも厚いガリウム酸化物層が形成される。
【0047】
以上に説明したように、実施例１の製造方法によれば、ガリウム酸化物層の形成を抑制できる。その理由は、以下のように考えられる。ゲート絶縁膜を形成するときに、プラズマ状態の酸化ガスを使用すると、プラズマ状態の酸化ガスの酸化力が高すぎるため、窒化ガリウム半導体基板の表面が酸化される。窒化ガリウム半導体基板の表面が酸化シリコン膜で覆われている状態でプラズマ状態の酸化ガスを使用する場合であっても、酸化シリコン膜の下部の窒化ガリウム半導体基板が酸化される。このように、プラズマ状態の酸化ガスを使用する場合には、ゲート絶縁膜と窒化ガリウム半導体基板との界面にガリウム酸化物層が形成される。これに対し、実施例１の第１ゲート絶縁膜形成工程では、酸化ガスを含む第１反応ガスを非プラズマ状態で使用する。すなわち、窒化ガリウム半導体基板１２上でシリコンを含む成膜原料を非プラズマ状態の第１反応ガスによって酸化することによって、第１ゲート絶縁膜２１（すなわち、酸化シリコン膜）を形成する。第１反応ガス中の酸化ガスの濃度が低く、かつ、第１反応ガスが非プラズマ状態であるので、第１反応ガスの酸化力はそれ程高くない。したがって、第１ゲート絶縁膜形成工程中に窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａが酸化されることを抑制できる。また、実施例１の第２ゲート絶縁膜形成工程では、酸化ガスを含む第２反応ガスを非プラズマ状態で使用する。すなわち、第１ゲート絶縁膜２１上でシリコンを含む成膜原料を非プラズマ状態の第２反応ガスによって酸化することによって、第２ゲート絶縁膜２２（すなわち、酸化シリコン膜）を形成する。第２反応ガス中の酸化ガスの濃度は第１反応ガス中の酸化ガスの濃度よりも高いので、第２反応ガスの酸化力は第１反応ガスの酸化力よりも高い。しかしながら、第２反応ガスが非プラズマ状態であるので、第２反応ガスの酸化力は、第１ゲート絶縁膜２１の下部の窒化ガリウム半導体基板１２を酸化させるほど強くはない。したがって、第２ゲート絶縁膜形成工程中に窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａが酸化されることを抑制できる。したがって、この製造方法によれば、ゲート絶縁膜２３と窒化ガリウム半導体基板１２との界面３０にガリウム酸化物層が形成されることを抑制できる。また、実施例１の製造方法では、ゲート絶縁膜形成工程でプラズマ状態の酸化ガスを使用せず、ゲート絶縁膜２３の形成後にゲート絶縁膜２３がプラズマ状態の酸化ガスに曝されることも無い。これによっても、界面３０にガリウム酸化物層が形成されることを抑制できる。したがって、実施例１の製造方法によれば、界面３０にガリウム酸化物層が存在しない、または、界面３０に存在するガリウム酸化物層の厚さが１ｎｍ以下であるスイッチングデバイス１０を製造することができる。
【0048】
界面３０におけるガリウム酸化物層の形成が抑制されると、界面３０における界面準位密度を低減することができる。スイッチングデバイス１０では、界面３０に沿ってチャネルが形成されるので、界面３０の界面準位密度を低減することで、チャネル移動度を向上させることができる。図８は、実施例１の製造方法により製造したスイッチングデバイス１０のチャネル移動度を測定した結果を示している。図８に示すように、この場合、１５０ｃｍ２／Ｖｓを超える移動度が得られた。図９は、酸素プラズマを用いたＡＬＤ法によってゲート絶縁膜２３を形成した場合のスイッチングデバイス１０のチャネル移動度を測定した結果を示している。図９に示すように、この場合、移動度は最大でも約５６ｃｍ２／Ｖｓであった。このように、実施例１の製造方法によれば、界面３０におけるガリウム酸化物層の形成を抑制でき、チャネル移動度の高いスイッチングデバイス１０を製造することができる。
【0049】
また、図１０は、ゲート絶縁膜の内部の炭素濃度を示している。図１０のグラフＤは、窒化ガリウム半導体基板１２上に第１ゲート絶縁膜２１を形成したサンプル（すなわち、低濃度の酸化ガスを有する第１反応ガスを使用して酸化シリコン膜を形成したサンプル）において炭素濃度を測定した結果を示している。図１０のグラフＥは、窒化ガリウム半導体基板１２上に第２ゲート絶縁膜２２を形成したサンプル（すなわち、高濃度の酸化ガスを有する第２反応ガスを使用して酸化シリコン膜を形成したサンプル）において炭素濃度を測定した結果を示している。図１０に示すように、グラフＥ（すなわち、第２ゲート絶縁膜２２）ではグラフＤ（すなわち、第１ゲート絶縁膜２１）に比べて低い平均炭素濃度が得られた。特に、グラフＥに示すように、第２ゲート絶縁膜２２の大部分（厚みの半分以上の範囲）では、３×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の極めて低い炭素濃度が得られた。このように、第２ゲート絶縁膜２２で第１ゲート絶縁膜２１よりも炭素濃度が低くなる理由は、以下の通りであると考えられる。ゲート絶縁膜（すなわち、酸化シリコン膜）を成長させるときには、有機溶剤に含まれる炭素が酸化シリコン膜中に取り込まれる。酸化ガスの濃度が高い第２反応ガスを使用して第２ゲート絶縁膜２２を形成する場合には、酸化ガスの濃度が低い第１反応ガスを使用して第１ゲート絶縁膜２１を形成する場合よりも、酸化シリコン膜の成長速度が速い。このため、第２ゲート絶縁膜形成工程では、第１ゲート絶縁膜形成工程よりも酸化シリコン膜中に炭素が取り込まれ難いと考えられる。また、窒化ガリウム半導体基板１２の上面に付着した炭素の大部分は、酸化ガスによって酸化されて除去される。酸化ガスの濃度が高い第２反応ガスを使用して第２ゲート絶縁膜を形成する場合には、酸化ガスの濃度が低い第１反応ガスを使用して第１ゲート絶縁膜を形成する場合よりも、炭素が酸化によって除去され易い。したがって、第２ゲート絶縁膜形成工程では、第１ゲート絶縁膜形成工程よりも酸化シリコン膜中に炭素が取り込まれ難いと考えられる。以上の理由によって、第２ゲート絶縁膜２２中の炭素濃度が、第１ゲート絶縁膜２１中の炭素濃度よりも低くなると考えられる。
【0050】
また、図１１は、ゲート絶縁膜に生じるリーク電流を示している。図１１のグラフＤは図１０のグラフＤのサンプル（すなわち、第１ゲート絶縁膜２１）での測定結果を示しており、図１１のグラフＥは図１０のグラフＥのサンプル（すなわち、第２ゲート絶縁膜２２）での測定結果を示している。図１１に示すように、いずれの電界強度においても、第２ゲート絶縁膜２２（すなわち、グラフＥ）では、第１ゲート絶縁膜２１（すなわち、グラフＤ）よりもゲートリークが生じ難い。このように、炭素濃度が低い第２ゲート絶縁膜２２は、炭素濃度が高い第１ゲート絶縁膜２１よりも高い絶縁性を有している。
【0051】
実施例１の製造方法によれば、第１ゲート絶縁膜２１上に絶縁性が高い第２ゲート絶縁膜２２を形成できるので、絶縁性が高いゲート絶縁膜２３を形成することができる。したがって、ゲート絶縁膜２３におけるゲートリークを抑制できる。
【0052】
以上に説明したように、実施例１の製造方法によれば、界面３０におけるガリウム酸化物層の形成を抑制しながら、第２ゲート絶縁膜２２を含む絶縁性が高いゲート絶縁膜２３を形成することができる。したがって、実施例１の製造方法によれば、チャネル抵抗が低いとともに、ゲートリークが少ないスイッチングデバイス１０を製造することができる。
【0053】
次に、実施例２～５の製造方法について説明する。なお、実施例２～５の製造方法では、ゲート絶縁膜形成工程のみが実施例１の製造方法とは異なる。したがって、以下では、実施例２～５のゲート絶縁膜形成工程について説明する。
【実施例2】
【0054】
実施例２のゲート絶縁膜形成工程では、スプレー塗布法によって第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２を形成する。すなわち、ここでは、窒化ガリウム半導体基板１２を加熱しながら、図１２に示すように、溶液８４ｄを窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａにスプレー塗布する。同時に、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに、酸化ガス（ここでは、オゾン）を含む反応ガスを供給する。上面１２ａに付着した溶液８４ｄから有機溶剤が揮発し、上面１２ａにシリコンを含む成膜原料が固着する。また、上面１２ａに成膜原料が固着するのと同時に、成膜原料が反応ガスによって酸化される。酸化された成膜原料は、酸化シリコンとなる。したがって、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに、酸化シリコンが成長する。第１ゲート絶縁膜形成工程では、溶液８４ｄを上面１２ａにスプレー塗布しながら、酸化ガスの濃度が低い第１反応ガスを上面１２ａに供給する。したがって、炭素濃度が高い第１ゲート絶縁膜２１が上面１２ａ上に形成される。第２ゲート絶縁膜形成工程では、溶液８４ｄを第１ゲート絶縁膜２１の上面にスプレー塗布しながら、酸化ガスの濃度が高い第２反応ガスを上面１２ａに供給する。したがって、炭素濃度が低い第２ゲート絶縁膜２２が第１ゲート絶縁膜２１上に形成される。
【実施例3】
【0055】
実施例３のゲート絶縁膜形成工程では、インクジェット法によって第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２を形成する。すなわち、ここでは、窒化ガリウム半導体基板１２を加熱しながら、図１３に示すように、インクジェットヘッド３００から窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに向かって溶液８４ｄの液滴を吐出する。同時に、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに、酸化ガス（ここでは、オゾン）を含む反応ガス供給する。上面１２ａに付着した溶液８４ｄから有機溶剤が揮発し、上面１２ａにシリコンを含む成膜原料が固着する。また、上面１２ａに成膜原料が固着するのと同時に、成膜原料が反応ガスによって酸化される。酸化された成膜原料は、酸化シリコンとなる。したがって、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに、酸化シリコンが成長する。第１ゲート絶縁膜形成工程では、溶液８４ｄをインクジェット法によって上面１２ａに塗布しながら、酸化ガスの濃度が低い第１反応ガスを上面１２ａに供給する。したがって、炭素濃度が高い第１ゲート絶縁膜２１が上面１２ａ上に形成される。第２ゲート絶縁膜形成工程では、溶液８４ｄをインクジェット法によって上面１２ａに塗布しながら、酸化ガスの濃度が高い第２反応ガスを上面１２ａに供給する。したがって、炭素濃度が低い第２ゲート絶縁膜２２が第１ゲート絶縁膜２１上に形成される。
【実施例4】
【0056】
実施例４のゲート絶縁膜形成工程では、バブリング法によって第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２を形成する。図１４は、バブリング法に使用するバブリング成膜装置４００を示している。バブリング成膜装置４００は、図６のミストＣＶＤ装置８０のミスト発生装置８４をバブリングタンク３１０に置き換えたものである。バブリングタンク３１０内には、溶液８４ｄが貯留されている。キャリアガス供給管９０の下流端は、バブリングタンク３１０内で溶液８４ｄ内に浸漬されている。原料供給管９４の上流端は、バブリングタンク３１０内で溶液８４ｄの液面よりも上側に配置されている。バブリング成膜装置４００によってゲート絶縁膜２３を形成する場合には、窒化ガリウム半導体基板１２を加熱しながら、キャリアガス供給源８６からキャリアガス供給管９０へキャリアガスを供給し、第１反応ガス供給源８８ａまたは第２反応ガス供給源８８ｂから反応ガス供給管９２へ酸化ガス（ここでは、オゾン）を含む反応ガス供給する。バブリングタンク３１０に供給されたキャリアガスは、溶液８４ｄ内を泡となって通過する。これによって、キャリアガス中に溶液８４ｄの液滴が発生する。溶液８４ｄの液滴は、キャリアガス及び反応ガスとともに炉８２内の窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに供給される。上面１２ａに溶液８４ｄの液滴が付着すると、溶液８４ｄから有機溶剤が揮発し、上面１２ａにシリコンを含む成膜原料が固着する。また、上面１２ａに成膜原料が固着するのと同時に、成膜原料が反応ガスによって酸化される。酸化された成膜原料は、酸化シリコンとなる。したがって、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに、酸化シリコンにより構成されたゲート絶縁膜が成長する。第１ゲート絶縁膜形成工程では、バブリング成膜装置４００で、第１反応ガス供給源８８ａから炉８２に第１反応ガスを供給しながら第１ゲート絶縁膜２１を成長させる。第１反応ガス中の酸化ガス濃度が低いので、炭素濃度が高い第１ゲート絶縁膜２１が上面１２ａ上に形成される。第２ゲート絶縁膜形成工程では、バブリング成膜装置４００で、第２反応ガス供給源８８ｂから炉８２に第２反応ガスを供給しながら第２ゲート絶縁膜２２を成長させる。第２反応ガス中の酸化ガス濃度が高いので、炭素濃度が低い第２ゲート絶縁膜２２が第１ゲート絶縁膜２１上に形成される。
【0057】
以上に説明したように、実施例２～４の製造方法は、いずれも、実施例１と同様に、成膜原料が溶解しているとともに有機溶剤を含む溶液８４ｄを、加熱した窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに供給する技術である。実施例２～４のいずれの製造方法でも、非プラズマ状態の酸化ガスを用いて、ゲート絶縁膜２３を形成する。また、実施例２～４のいずれの製造方法も、ゲート絶縁膜２３を形成した後にゲート絶縁膜２３をプラズマ状態の酸化ガスに曝す工程を有しない。したがって、実施例２～４のいずれの製造方法でも、ゲート絶縁膜２３とボディ層１６の界面３０におけるガリウム酸化物層の形成を抑制できる。実施例２～４のいずれの製造方法でも、チャネル移動度が高いスイッチングデバイス１０を製造することができる。また、実施例２～４のいずれの製造方法でも、炭素濃度が低い第２ゲート絶縁膜２２を含むゲート絶縁膜２３を形成することができる。したがって、ゲートリークが生じ難いスイッチングデバイス１０を製造することができる。
【0058】
なお、実施例１～４では、第１ゲート絶縁膜形成工程と第２ゲート絶縁膜形成工程で共通の溶液８４ｄを使用した。しかしながら、第１ゲート絶縁膜形成工程で使用する溶液（以下、第１溶液という）と第２ゲート絶縁膜形成工程で使用する溶液（以下、第２溶液という）が異なっていてもよい。例えば、第１溶液に溶解している成膜原料と第２溶液に溶解している成膜原料が異なっていてもよい。また、第１溶液に溶解している有機溶剤と第２溶液に溶解している有機溶剤が異なっていてもよい。
【実施例5】
【0059】
実施例５のゲート絶縁膜形成工程では、非プラズマ状態の反応ガスを用いたＡＬＤ法によって第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２を形成する。図１５は、実施例５のゲート絶縁膜形成工程を示している。図１５に示すように、第１ゲート絶縁膜形成工程にでは、ステップＳ２とステップＳ４を交互に複数回繰り返す。ステップＳ２では、窒化ガリウム半導体基板１２を加熱しながら、元素としてシリコンを含む有機原料ガスを窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに供給する。その結果、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに、シリコンを含む原料が堆積する。ステップＳ４では、窒化ガリウム半導体基板１２を加熱しながら、酸化ガス（ここでは、オゾン）を低濃度に含む第１反応ガスを窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに供給する。その結果、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに堆積したシリコンを含む原料が酸化されて酸化シリコンとなる。ステップＳ２とステップＳ４を繰り返すことで、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａに酸化シリコン膜が成長する。第１ゲート絶縁膜形成工程では、有機原料ガス中の炭素が酸化シリコン膜中に取り込まれる。第１反応ガス中の酸化ガスの濃度が低いので、第１ゲート絶縁膜形成工程では、炭素濃度が高い酸化シリコン膜（すなわち、第１ゲート絶縁膜２１）が形成される。図１５に示すように、第２ゲート絶縁膜形成工程では、ステップＳ６とステップＳ８を交互に複数回繰り返す。ステップＳ６では、窒化ガリウム半導体基板１２を加熱しながら、元素としてシリコンを含む有機原料ガスを第１ゲート絶縁膜２１の上面に供給する。その結果、第１ゲート絶縁膜２１の上面に、シリコンを含む原料が堆積する。ステップＳ８では、窒化ガリウム半導体基板１２を加熱しながら、酸化ガス（ここでは、オゾン）を高濃度に含む第２反応ガスを第１ゲート絶縁膜２１の上面に供給する。その結果、第１ゲート絶縁膜２１の上面に堆積したシリコンを含む原料が酸化されて酸化シリコンとなる。ステップＳ６とステップＳ８を繰り返すことで、第１ゲート絶縁膜２１上に酸化シリコン膜が成長する。第２ゲート絶縁膜形成工程では、有機原料ガス中の炭素が酸化シリコン膜中に取り込まれる。第２反応ガス中の酸化ガスの濃度が高いので、第２ゲート絶縁膜形成工程では、炭素濃度が低い酸化シリコン膜（すなわち、第２ゲート絶縁膜２２）が第１ゲート絶縁膜２１上に形成される。したがって、ゲートリークが抑制される。
【0060】
また、実施例５の製造方法でも、非プラズマ状態の酸化ガスを用いてゲート絶縁膜２３を形成する。また、実施例５の製造方法も、ゲート絶縁膜２３を形成した後にゲート絶縁膜２３をプラズマ状態の酸化ガスに曝す工程を有しない。したがって、実施例５の製造方法でも、ゲート絶縁膜２３とボディ層１６の界面３０におけるガリウム酸化物層の形成を抑制できる。実施例５の製造方法でも、チャネル移動度が高いスイッチングデバイス１０を製造することができる。但し、この手法は原理的に原子レベルでの成膜手法となる為、例えば、１００ｎｍ成膜するには１０時間以上要する。一般的なＣＶＤによる成膜手法では、成膜時間がせいぜい数１０分程度である事を考えると、プラズマ状態の酸化ガスを使わなくても、ＡＬＤ法では、長時間成膜中に界面３０にガリウム酸化膜が形成されてしまう為、実施例５は、特に、１０ｎｍ以下の成膜時に有効である。
【0061】
なお、実施例５では、第１ゲート絶縁膜形成工程で使用する有機原料ガスと第２ゲート絶縁膜形成工程で使用する有機原料ガスが同種であってもよいし、これらが異なっていてもよい。
【0062】
（変形例１）
次に、図１６に示す変形例のスイッチングデバイス５００について説明する。スイッチングデバイス５００は、縦型のＭＯＳＦＥＴである。スイッチングデバイス５００の各部のうち、スイッチングデバイス１０と機能が共通する部分には、スイッチングデバイス１０と同じ符号を付している。
次に、図１６に示す変形例のスイッチングデバイス５００について説明する。スイッチングデバイス５００は、縦型のＭＯＳＦＥＴである。スイッチングデバイス５００の各部のうち、スイッチングデバイス１０と機能が共通する部分には、スイッチングデバイス１０と同じ符号を付している。
【0063】
図１６に示すように、スイッチングデバイス５００の窒化ガリウム半導体基板１２は、スイッチングデバイス１０と同様に、高濃度ｎ型層１４ａ、バッファ層１４ｂ、ドリフト層１４ｃを有している。ドリフト層１４ｃ上に、複数のボディ層１６が設けられている。各ボディ層１６は、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａを部分的に含む範囲に設けられている。複数のボディ層１６は、互いに分離されている。２つのボディ層１６の間にドリフト層１４ｃが設けられており、ドリフト層１４ｃによって２つのボディ層１６が互いに分離されている。以下では、２つのボディ層１６の間に位置するドリフト層１４ｃを、ＪＦＥＴ層１４ｄ（junction field effect transistor層）という。各ボディ層１６は、ｐ型の高濃度層１６ａと、高濃度層１６ａよりもｐ型不純物濃度が低いｐ型の低濃度層１６ｂを有している。高濃度層１６ａは、ドリフト層１４ｃに対して上側から接している。低濃度層１６ｂは、高濃度層１６ａに対して上側から接している。各低濃度層１６ｂに囲まれた範囲内に、ソース層１８とコンタクト層５１０が設けられている。各ソース層１８は、上面１２ａを部分的に含む範囲に設けられている。各ソース層１８は、ボディ層１６によってドリフト層１４ｃから分離されている。各コンタクト層５１０は、高濃度層１６ａよりもｐ型不純物濃度が高いｐ型層である。各コンタクト層５１０は、上面１２ａを部分的に含む範囲に設けられている。
【0064】
窒化ガリウム半導体基板１２の上部に、ゲート絶縁膜２３、ゲート電極２４、ソース電極２６、及び、層間絶縁膜５２０が配置されている。ゲート絶縁膜２３は、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａの一部を覆っている。ゲート絶縁膜２３は、第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２を有している。第１ゲート絶縁膜２１は、上面１２ａのうちのソース層１８の表面、低濃度層１６ｂの表面、及び、ＪＦＥＴ層１４ｄの表面に跨る範囲を覆っている。第２ゲート絶縁膜２２は、第１ゲート絶縁膜２１上に配置されている。第２ゲート絶縁膜２２は、第１ゲート絶縁膜２１の上面全域を覆っている。ゲート電極２４は、第２ゲート絶縁膜２２上に配置されている。ゲート電極２４は、ゲート絶縁膜２３を介して、ソース層１８、ボディ層１６、及び、ＪＦＥＴ層１４ｄに対向している。ゲート電極２４の上部は、層間絶縁膜５２０により覆われている。ソース電極２６は、層間絶縁膜５２０を覆っており、ソース層１８とコンタクト層５１０にオーミック接触している。窒化ガリウム半導体基板１２の下面には、ドレイン電極２８が設けられている。ドレイン電極２８は、高濃度ｎ型層１４ａにオーミック接触している。
【0065】
ゲート電極２４に閾値以上の電位を印加すると、ゲート絶縁膜２３の直下の低濃度層１６ｂにチャネルが形成される。チャネルによってソース層１８とＪＦＥＴ層１４ｄが接続される。この状態で、ドレイン電極２８にソース電極２６よりも高い電位を印加すると、ソース層１８から、チャネル、ドリフト層１４ｃ、バッファ層１４ｂを通って高濃度ｎ型層１４ａへ電子が流れる。すなわち、スイッチングデバイス５００がオンする。
【0066】
スイッチングデバイス５００は、図２に示す窒化ガリウム半導体基板１２（全体が高濃度ｎ型層１４ａにより構成されている基板）から製造される。
【0067】
まず、図１７に示すように、高濃度ｎ型層１４ａ上に、窒化ガリウムにより構成されたバッファ層１４ｂをエピタキシャル成長させる。ここでは、バッファ層１４ｂのｎ型不純物濃度が約２×１０１６ｃｍ－３となり、バッファ層１４ｂの厚さが約０．３μｍとなるようにバッファ層１４ｂを形成する。次に、図１７に示すように、バッファ層１４ｂ上に、窒化ガリウムにより構成されたドリフト層１４ｃをエピタキシャル成長させる。ここでは、ドリフト層１４ｃのｎ型不純物濃度が約２×１０１６ｃｍ－３となり、ドリフト層１４ｃの厚さが約５．０μｍとなるようにドリフト層１４ｃを形成する。次に、図１７に示すように、ドリフト層１４ｃ上に、窒化ガリウムにより構成された高濃度層１６ａをエピタキシャル成長させる。ここでは、高濃度層１６ａのｐ型不純物濃度が約５×１０１９ｃｍ－３となり、高濃度層１６ａの厚さが約０．５μｍとなるように高濃度層１６ａを形成する。次に、図１７に示すように、高濃度層１６ａ上に、窒化ガリウムにより構成された低濃度層１６ｂをエピタキシャル成長させる。ここでは、低濃度層１６ｂのｐ型不純物濃度が約５×１０１７ｃｍ－３となり、低濃度層１６ｂの厚さが約１．５μｍとなるように低濃度層１６ｂを形成する。その後、窒化ガリウム半導体基板１２を窒素雰囲気化において約８５０℃にて約５分間アニールし、窒化ガリウム半導体基板１２中の不純物を活性化させる。
【0068】
次に、図１８に示すように、エッチングマスクを用いて窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａを選択的にドライエッチングすることによって、上面１２ａに凹部５３０を形成する。ここでは、凹部５３０の幅が約４μｍとなり、凹部５３０の深さがドリフト層１４ｃに達するように、凹部５３０を形成する。
【0069】
次に、図１９に示すように、窒化ガリウム半導体基板１２上にｎ型層５４０をエピタキシャル成長させる。ここでは、ｎ型層５４０のｎ型不純物濃度が約２×１０１６ｃｍ－３となり、ｎ型層５４０の厚さが約３．０μｍとなるように、ｎ型層５４０を形成する。このようにｎ型層５４０を形成すると、凹部５３０がｎ型層５４０によって埋まる。凹部５３０内のｎ型層５４０によって、ＪＦＥＴ層１４ｄが形成される。
【0070】
次に、図２０に示すように、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）によって窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａを平坦化する。ここでは、上面１２ａに低濃度層１６ｂが露出するように上面１２ａを平坦化する。
【0071】
次に、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａから低濃度層１６ｂに選択的にｎ型不純物（例えば、シリコン）を約３×１０１５ｃｍ－２のドーズ量でイオン注入する。その後、窒化ガリウム半導体基板１２全体を窒素雰囲気下において約１０００℃にて約５分間アニールし、注入したｎ型不純物を活性化させる。これによって、図２１に示すように、低濃度層１６ｂの表層部の一部に、ソース層１８を形成する。
【0072】
次に、図２２に示すように、窒化ガリウム半導体基板１２の上面１２ａ上に、ゲート絶縁膜２３（すなわち、第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２）を形成する。ここでは、上面１２ａ全体を覆うように第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２を形成する。第１ゲート絶縁膜２１と第２ゲート絶縁膜２２は、上述した実施例１～５のいずれかのゲート絶縁膜形成工程によって形成することができる。
【0073】
次に、図２２に示すように、第２ゲート絶縁膜２２上にゲート電極２４を形成する。ここでは、第２ゲート絶縁膜２２の上面全体を覆うようにゲート電極２４を形成する。
【0074】
次に、図２３に示すように、ゲート絶縁膜２３とゲート電極２４を部分的に除去することによって、ソース層１８と低濃度層１６ｂの一部を露出させる。次に、低濃度層１６ｂにｐ型不純物をイオン注入し、その後、活性化アニールを行うことで、図２３に示すように、コンタクト層５１０を形成する。その後、窒化ガリウム半導体基板１２の上部に層間絶縁膜５２０とソース電極２６を形成し、窒化ガリウム半導体基板１２の下部にドレイン電極２８を形成することで、図１６に示すスイッチングデバイス５００が完成する。
【0075】
以上に説明したように、変形例１のスイッチングデバイス５００のゲート絶縁膜２３は、上述した実施例１～５のいずれかのゲート絶縁膜形成工程によって形成される。したがって、高い絶縁性を有するゲート絶縁膜２３が形成される。また、ゲート絶縁膜２３と窒化ガリウム半導体基板１２の間の界面３０における酸化ガリウム層の形成が抑制される。すなわち、変形例１のスイッチングデバイス５００では、界面３０にガリウム酸化物層が存在しない、または、界面３０に存在するガリウム酸化物層の厚さが１ｎｍ以下である。したがって、変形例１のスイッチングデバイス５００では、界面３０における界面準位密度が低い。このため、変形例１のスイッチングデバイス５００のチャネル移動度は高い。
【0076】
（変形例２）
上述したスイッチングデバイス１０、５００は、ＭＯＳＦＥＴであった。しかしながら、他のスイッチングデバイスに本明細書に開示の技術を適用してもよい。例えば、ＨＥＭＴに本明細書に開示の技術を適用してもよい。図２４は、ＨＥＭＴの一例として変形例２のスイッチングデバイス６００を示している。図２４では、窒化ガリウム半導体基板６１２が、キャリア走行層６１８とキャリア供給層６２０を有している。キャリア走行層６１８は、ｎ型の窒化ガリウム（すなわち、ｎ－ＧａＮ）により構成されている。キャリア供給層６２０は、キャリア走行層６１８上に設けられている。キャリア供給層６２０は、ｉ型の窒化アルミニウムガリウム（すなわち、ｉ－ＡｌＧａＮ）により構成されている。キャリア走行層６１８とキャリア供給層６２０の界面６４０はヘテロ接合面であり、界面６４０に沿って二次元電子ガスが生じている。キャリア供給層６２０の上面にリセス６５０が設けられており、リセス６５０内にゲート絶縁膜６２３とゲート電極６２４が設けられている。ゲート絶縁膜６２３は、キャリア供給層６２０に接する第１ゲート絶縁膜６２１と、第１ゲート絶縁膜６２１上に配置された第２ゲート絶縁膜６２２を有している。ゲート電極６２４は、ゲート絶縁膜６２３を介してキャリア供給層６２０に対向している。また、窒化ガリウム半導体基板６１２の上面には、ゲート電極６２４の両側にソース電極６２６とドレイン電極６２８が設けられている。
上述したスイッチングデバイス１０、５００は、ＭＯＳＦＥＴであった。しかしながら、他のスイッチングデバイスに本明細書に開示の技術を適用してもよい。例えば、ＨＥＭＴに本明細書に開示の技術を適用してもよい。図２４は、ＨＥＭＴの一例として変形例２のスイッチングデバイス６００を示している。図２４では、窒化ガリウム半導体基板６１２が、キャリア走行層６１８とキャリア供給層６２０を有している。キャリア走行層６１８は、ｎ型の窒化ガリウム（すなわち、ｎ－ＧａＮ）により構成されている。キャリア供給層６２０は、キャリア走行層６１８上に設けられている。キャリア供給層６２０は、ｉ型の窒化アルミニウムガリウム（すなわち、ｉ－ＡｌＧａＮ）により構成されている。キャリア走行層６１８とキャリア供給層６２０の界面６４０はヘテロ接合面であり、界面６４０に沿って二次元電子ガスが生じている。キャリア供給層６２０の上面にリセス６５０が設けられており、リセス６５０内にゲート絶縁膜６２３とゲート電極６２４が設けられている。ゲート絶縁膜６２３は、キャリア供給層６２０に接する第１ゲート絶縁膜６２１と、第１ゲート絶縁膜６２１上に配置された第２ゲート絶縁膜６２２を有している。ゲート電極６２４は、ゲート絶縁膜６２３を介してキャリア供給層６２０に対向している。また、窒化ガリウム半導体基板６１２の上面には、ゲート電極６２４の両側にソース電極６２６とドレイン電極６２８が設けられている。
【0077】
ゲート電極６２４の直下の界面６４０では、ゲート電極６２４の電位によって二次元電子ガスが発生したり、消失したりする。ゲート電極６２４の直下の界面６４０に二次元電子ガスが生じていると、二次元電子ガスを通ってソース電極６２６からドレイン電極６２８へ電子が流れる。ゲート電極６２４の直下の界面６４０で二次元電子ガスが消失すると、ソース電極６２６からドレイン電極６２８へ向かう電子の流れが停止する。このように、ゲート電極６２４の電位によって、スイッチングデバイス６００がオン－オフする。
【0078】
図２４のスイッチングデバイス６００（すなわち、ＨＥＭＴ）において、ゲート絶縁膜６２３（すなわち、第１ゲート絶縁膜６２１と第２ゲート絶縁膜６２２）は、上述した実施例１～５のいずれかのゲート絶縁膜形成工程によって形成することができる。したがって、高い絶縁性を有するゲート絶縁膜６２３が形成される。また、第１ゲート絶縁膜６２１とキャリア供給層６２０の界面６３０におけるガリウム酸化物層の形成を抑制できる。すなわち、変形例２のスイッチングデバイス６００では、界面６３０にガリウム酸化物層が存在しない、または、界面６３０に存在するガリウム酸化物層の厚さが１ｎｍ以下である。したがって、界面６３０における界面準位密度が低い。界面６３０における界面準位密度は、その直下の２次元電子ガスの振る舞いに大きい影響を与える。したがって、界面６３０における界面準位密度を低減させることで、スイッチングデバイス６００の特性を改善することができる。
【0079】
なお、上述した実施例１～５のゲート絶縁膜形成工程では、酸化ガスとしてオゾンを使用した。しかしながら、酸化ガスとしてシリコンを酸化可能な他のガス（例えば、酸素、水蒸気等）を使用してもよい。但し、オゾンは、酸素及び水蒸気よりも高い酸化力を有するため、ゲート絶縁膜形成工程における窒化ガリウム半導体基板の加熱温度が比較的低くても、好適にゲート絶縁膜を形成することができる。また、このように窒化ガリウム半導体基板の加熱温度を比較的低温とすることで、ゲート絶縁膜形成工程中に窒化ガリウム半導体基板からゲート絶縁膜にガリウムが拡散することを抑制できる。これによって、スイッチングデバイスの特性の劣化を防止できる。
【0080】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【0081】
１０：スイッチングデバイス、１２：窒化ガリウム半導体基板、１６：ボディ層、１８：ソース層、２０：ドレイン層、２１：第１ゲート絶縁膜、２２：第２ゲート絶縁膜、２４：ゲート電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】