(57)【要約】【課題】ＡｌＧａＮ層の裏面（Ｎ原子面）上に低抵抗なオーミック電極を形成することが可能なオーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】オーミック電極１６は、表面１３ａと、この表面１３ａと反対側の裏面１２ｂとを有し、表面１３ａが（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌＧａＮ層１１の裏面１２ｂに形成されたオーミック電極１６において、オーミック電極１６において裏面１２ｂに接触している領域はＷを含むことを特徴としている。オーミック電極１６の製造方法は、裏面１２ｂに接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むオーミック電極１６を形成することを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と、前記表面と反対側の裏面とを有し、前記表面が（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層の前記裏面に形成されたオーミック電極において、
前記オーミック電極において前記裏面に接触している領域はタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を含むことを特徴とする、オーミック電極。
【請求項２】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層に対する前記オーミック電極の接触抵抗は１ｍΩｃｍ2以下であることを特徴とする、請求項１に記載のオーミック電極。
【請求項３】
前記オーミック電極は前記裏面に接している層と、前記層上に形成された被覆層とを含み、
１つ以上の層で構成される前記被覆層の最表面層が金よりなることを特徴とする、請求項１または２に記載のオーミック電極。
【請求項４】
表面と、前記表面と反対側の裏面とを有し、前記表面は（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層と、
前記表面に形成された、表面電極と、
前記裏面に形成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオーミック電極とを備えた、半導体装置。
【請求項５】
表面と、前記表面と反対側の裏面とを有し、前記表面が（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層の前記裏面に形成されたオーミック電極の製造方法において、
前記裏面に接触する領域にタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を含む前記オーミック電極を形成することを特徴とする、オーミック電極の製造方法。
【請求項６】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層に対して１ｍΩｃｍ2以下の接触抵抗を有する前記オーミック電極を形成することを特徴とする、請求項５に記載のオーミック電極の製造方法。
【請求項７】
前記裏面に接している層と、前記層上に形成された被覆層とを含み、１つ以上の層で構成される前記被覆層の最表面層が金よりなる前記オーミック電極を形成することを特徴とする、請求項５または６に記載のオーミック電極の製造方法。
【請求項８】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずに前記オーミック電極を形成することを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載のオーミック電極の製造方法。
【請求項９】
表面と、前記表面と反対側の裏面とを有し、前記表面は（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層を準備する工程と、
表面電極を前記表面に形成する工程と、
請求項５〜８のいずれか１項に記載のオーミック電極の製造方法によりオーミック電極を前記裏面に形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記表面電極と前記オーミック電極とが同じ材料である、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面が（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層の裏面に形成されたオーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）（窒化アルミニウムガリウム、ＡｌＧａＮとも言う）層を備えた半導体装置が知られている。このような半導体装置において、たとえばＡｌＧａＮ層として表面が（０００１）面のＧａＮ（窒化ガリウム）基板およびこのＧａＮ基板の表面（Ｇａ（ガリウム）原子面）上に形成されたＧａＮエピタキシャル層を用いた縦型の半導体装置（たとえばＳＢＤ（Schottky Barrier Diode:ショットキーバリアダイオード）やＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）など）が提案されている。このような縦型の半導体装置においては、ＧａＮ基板の裏面（Ｎ（窒素）原子面）に接触抵抗（コンタクト抵抗）の低いオーミック電極を形成する必要がある。
【０００３】
ここで、従来は異種基板であるサファイア基板の（０００１）面上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法によりエピタキシャル成長させたＧａＮ層を用いて半導体装置を形成することが一般的であった。このことから、このＧａＮ層の表面は（０００１）面であり、この表面（Ｇａ原子面）上に電極が形成される。このため、Ｇａ原子面上に形成された電極の特性は多くの研究により明確になってきている。
【０００４】
一方、ＧａＮ基板の裏面（Ｎ原子面）に形成された電極の特性については報告例も少ない。また、ＧａＮ基板のＧａ原子面とＮ原子面とで、形成される電極の特性が異なるという報告もある（たとえば、非特許文献１参照）。非特許文献１では、ＧａＮ基板のＧａ原子面およびＮ原子面にチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）とを積層した導電体層を形成し、この導電体層を熱処理することで電極を形成し、これらの電極の特性を比較している。非特許文献１の図２において、Ｎ原子面に形成された電極は、Ｇａ原子面に形成された電極よりも電流が流れにくいことが報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Joon Seop Kwak, 他著、"Crystal-polarity dependence of Ti/Al contacts to freestanding n-GaN substrate"、APPLIED PHYSICS LETTERS、12 November 2001、Volume 79, Number 20、pp.3254-3256
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＧａＮ層の裏面（Ｎ原子面）上における電極形成についてはまだ十分な研究がなされていないことからも、上記非特許文献１に開示されているようにＮ原子面に形成された電極の抵抗は、Ｇａ原子面に形成された電極の抵抗よりも高い。このようにＡｌＧａＮ層の裏面（Ｎ原子面）上に接触抵抗の低い電極を形成するための方法や電極材料が明確になれば、ＡｌＧａＮ層を用いた縦型半導体装置の特性を向上できる可能性もある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、ＡｌＧａＮ層の裏面（Ｎ原子面）上に低抵抗なオーミック電極を形成することが可能なオーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者はＡｌＧａＮ層の裏面（Ｎ原子面）に形成するオーミック電極の材料を鋭意研究した結果、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一方を含むことにより、オーミック電極を低抵抗にできることを見い出した。
【０００９】
そこで、本発明のオーミック電極は、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面が（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層の裏面に形成されたオーミック電極において、オーミック電極において裏面に接触している領域はＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むことを特徴としている。
【００１０】
本発明のオーミック電極の製造方法は、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面が（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層の裏面に形成されたオーミック電極の製造方法において、裏面に接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むオーミック電極を形成することを特徴としている。
【００１１】
本発明のオーミック電極およびオーミック電極の製造方法によれば、オーミック電極において裏面に接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含んでいる。これにより、ＡｌＧａＮ層の裏面（Ｎ原子面）上に形成されたオーミック電極の接触抵抗を十分低くすることができる。
【００１２】
上記オーミック電極において好ましくは、ＡｌＧａＮ層に対するオーミック電極の接触抵抗は１ｍΩｃｍ2以下であることを特徴としている。
【００１３】
上記オーミック電極の製造方法において好ましくは、ＡｌＧａＮ層に対して１ｍΩｃｍ2以下の接触抵抗を有するオーミック電極を形成することを特徴としている。
【００１４】
本発明者は、オーミック電極において裏面に接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むことにより、ＡｌＧａＮ層に対するオーミック電極の接触抵抗は１ｍΩｃｍ2以下にできることを鋭意研究の結果、見い出した。このため、接触抵抗の非常に低いオーミック電極を実現することができる。
【００１５】
上記オーミック電極において好ましくは、オーミック電極は裏面に接している層と、この層上に形成された被覆層とを含み、１つ以上の層で構成される被覆層の最表面層が金（Ａｕ）よりなることを特徴としている。
【００１６】
上記オーミック電極の製造方法において好ましくは、裏面に接している層と、この層上に形成された被覆層とを含み、１つ以上の層で構成される被覆層の最表面層が金よりなるオーミック電極を形成することを特徴としている。
【００１７】
被覆層は安定なＡｕ原子からなるので、オーミック電極の酸化を抑制できる。このため、オーミック電極の酸化による特性の劣化を抑制できる。
【００１８】
上記オーミック電極の製造方法において好ましくは、ＡｌＧａＮ層とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極を形成することを特徴としている。
【００１９】
本発明者は、オーミック電極において裏面に接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むことにより、オーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極を形成できることを見い出した。このため、表面の劣化を抑制することができる。
【００２０】
本発明の半導体装置は、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面は（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層と、表面に形成された表面電極と、裏面に形成された上記のいずれかに記載のオーミック電極とを備えている。
【００２１】
本発明の半導体装置の製造方法は、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面は（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層を準備する工程と、表面電極を表面に形成する工程と、上記のいずれかに記載のオーミック電極の製造方法によりオーミック電極を裏面に形成する工程とを備えている。
【００２２】
本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、ＡｌＧａＮ層の裏面（Ｎ原子面）に上記のいずれかに記載のオーミック電極を形成している。このため、裏面に形成されたオーミック電極のＡｌＧａＮ層に対する接触抵抗が高いために半導体装置の電気的特性が劣化するといった問題の発生を抑制できる。
【００２３】
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、表面電極とオーミック電極とが同じ材料である。
【００２４】
これにより、表面電極とオーミック電極とを実質的に同時に形成することができるので、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のオーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法によれば、ＡｌＧａＮ層の裏面（Ｎ原子面）上に低抵抗なオーミック電極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるショットキーバリアダイオードの断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるショットキーバリアダイオードの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２におけるショットキーバリアダイオードの断面模式図である。
【図４】Ｗからなる電極のＧａＮ基板における接触抵抗と合金化の熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図５】Ｍｏからなる電極のＧａＮ基板における接触抵抗と合金化の熱処理温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。また、本明細書中においては、個別面を（）で示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明による半導体装置の一実施の形態であるショットキーバリアダイオードの断面模式図である。図１を参照して、本実施の形態によるショットキーバリアダイオード１０を説明する。
【００２９】
図１に示すように、ショットキーバリアダイオード１０は、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）層１１と、オーミック電極１６と、絶縁層１４と、表面電極としてのショットキー電極１５とを備えている。
【００３０】
ＡｌＧａＮ層１１は、導電型がｎ型のＧａＮ基板１２と、ＧａＮ基板１２上に形成されたｎ-ドリフト層としてのｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３とを含んでいる。ＧａＮ基板１２の表面１２ａは（０００１）面、つまりＧａ原子面である。ＧａＮ基板１２の裏面１２ｂは（０００−１）面、つまりＮ原子面である。ｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３の表面１３ａは（０００１）面、つまりＧａ原子面である。ｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３の裏面１３ｂは（０００−１）面、つまりＮ原子面である。したがって、ＡｌＧａＮ層１１の表面１３ａは（０００１）面、つまりＧａ面である。ＡｌＧａＮ層１１の裏面１２ｂは、（０００−１）面、つまりＮ面である。
【００３１】
なお、ｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３とＧａＮ基板１２との間に半導体層としてのｎ+ＧａＮエピタキシャル層を形成してもよい。このとき、ドリフト層のキャリア濃度としてはたとえば１×１０16ｃｍ−３としてもよい。
【００３２】
オーミック電極１６は、ＧａＮ基板１２においてｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３が形成されている表面１２ａと反対側の裏面１２ｂに形成されている。オーミック電極１６において、ＧａＮ基板１２の裏面１２ｂと接触する領域（本実施の形態ではＧａＮ基板１２との界面）はＷおよびＭｏの少なくとも一方を含んでいる。オーミック電極１６において裏面１２ｂと接触する領域は、ＷまたはＭｏを含んでいることが好ましく、Ｗよりなること、またはＭｏよりなることがより好ましい。
【００３３】
オーミック電極１６は、たとえば２００ｎｍの厚みを有している。またＧａＮ基板１２に対するオーミック電極１６の接触抵抗は１ｍΩｃｍ2以下であることが好ましく、０．１０ｍΩｃｍ2以下であることがより好ましい。
【００３４】
絶縁層１４は、ｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３の表面１３ａ上に形成されている。絶縁層１４は任意の厚みとすることができる。また、この絶縁層１４の中央部には平面形状が円形状の開口部１７が形成されている。
【００３５】
この開口部１７においてはｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３の上部表面が露出した状態となっている。この開口部１７の内部から絶縁層１４の上部表面上にまで延在するとともに、開口部１７の内部においてｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３の上部表面と接触するようにショットキー電極１５が形成されている。ショットキー電極１５の平面形状は円形状である。また、開口部１７の側壁を構成する絶縁層１４の端部は、開口部１７の底部に向けて徐々に厚みが薄くなるようにテーパ状の形状を有している。つまり、開口部１７の側壁は開口部１７の底壁に対して傾斜している。また、異なる観点から言えば、開口部１７の平面積は開口部１７の底壁から上部開口部に向けて徐々に大きくなっている。
【００３６】
ショットキー電極１５は、ｎ−ＧａＮエピタキシャル層１３と接触する下部電極層１５ａと、この下部電極層１５ａ上に積層して形成された上部電極層１５ｂとからなる。下部電極層１５ａはたとえばニッケル（Ｎｉ）からなる。また、上部電極層１５ｂはたとえばＡｕからなる。なお、ショットキー電極１５の外周部において、絶縁層１４の上部表面上に延在している部分は、フィールドプレート（ＦＰ）電極部分として作用する。
【００３７】
図２は、図１に示したショットキーバリアダイオードの製造方法を説明するためのフローチャートである。続いて、図１および図２を参照して、図１に示したショットキーバリアダイオード１０の製造方法を説明する。
【００３８】
図２に示すように、まず、ＡｌＧａＮ層準備工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）においては、表面１３ａと、表面１３ａと反対側の裏面１２ｂとを有し、表面１３ａは（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌＧａＮ層１１を準備する。本実施の形態における工程（Ｓ１０）では、以下の工程を実施する。
【００３９】
具体的には、基板準備工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）においては、導電型がｎ型のＧａＮ基板１２（図１参照）を準備する。このＧａＮ基板１２としては、任意の製造方法で形成された基板を用いることができるが、たとえばＨＶＰＥ法で作製された（０００１）面のＧａＮ基板１２を準備する。このＧａＮ基板１２における平均転位密度は、たとえば１×１０6ｃｍ-2以下である。なお、転位密度は、たとえば溶融ＫＯＨ（水酸化カリウム）中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、エッチングを行なった基板の面積で割るという方法によって測定することができる。また、ＧａＮ基板１２のキャリア濃度は、たとえば３×１０18ｃｍ-3である。
【００４０】
その後、エピタキシャル層形成工程（Ｓ１２）を実施する。具体的には、ＧａＮ基板１２の表面１２ａ（Ｇａ原子面）上にｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３（図１参照）を形成する。ｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３の形成方法としては、任意の方法を用いることができ、たとえば昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相成長法などを用いることができる。
【００４１】
次に、絶縁層形成工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）においては、ｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３上に絶縁層１４を形成する。絶縁層１４の製造方法としては任意の方法を用いることができる。また、絶縁層１４を構成する材料としては、任意の材料を用いることができるが、たとえば窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化スカンジウムなどを用いることができる。
【００４２】
次に、オーミック電極形成工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）においては、ＧａＮ基板１２の裏面１２ｂ（ＡｌＧａＮ層１１の裏面１２ｂ）に接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むオーミック電極１６を形成する。この工程（Ｓ３０）では、ＷまたはＭｏを含んでいるオーミック電極１６を形成することが好ましく、Ｗよりなるオーミック電極１６を形成すること、またはＭｏよりなるオーミック電極１６を形成することがより好ましい。
【００４３】
また、この工程（Ｓ３０）では、ＧａＮ基板１２に対して好ましくは１ｍΩｃｍ2以下、より好ましくは０．１０ｍΩｃｍ2以下の接触抵抗を有するオーミック電極１６を形成することが好ましい。
【００４４】
オーミック電極１６の形成方法としては、電子線蒸着法（ＥＢ蒸着法）など任意の方法を用いることができる。この工程（Ｓ３０）では、たとえば２００ｎｍの厚みを有するオーミック電極１６を形成する。
【００４５】
なお、このオーミック電極１６を形成する工程に先立って、ＧａＮ基板１２の少なくとも裏面１２ｂを洗浄することが好ましい。この洗浄方法としては、たとえば有機洗浄と塩酸洗浄とを組合せて実施してもよい。
【００４６】
また、オーミック電極１６を形成した後に、熱処理工程を実施してもよいが、ＧａＮ基板１２とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわないことが好ましい。本実施の形態におけるオーミック電極１６は、熱処理をしなくてもＧａＮ基板１２とオーミックコンタクトをとることができる。このため、熱処理を省略した場合には、ＡｌＧａＮ層１１の表面１３ａの劣化を防止することができる。
【００４７】
なお、上記「オーミックコンタクトをとるための熱処理」とは、オーミックコンタクトをとること以外を目的とした熱処理は含まれない。つまり、オーミックコンタクトをとること以外を目的とした熱処理（たとえばショットキー電極１５を形成するための熱処理）は、工程（Ｓ１０）〜工程（Ｓ５０）の少なくともいずれかの工程で行なわれてもよい。
【００４８】
次に、図２に示すように表面電極形成工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）においては、たとえば以下の工程を実施する。
【００４９】
具体的には、絶縁層１４上にフォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を形成する。このレジスト膜には、絶縁層１４においてショットキー電極１５（図１参照）が配置されるべき開口部１７を形成する領域上に開口パターンが形成されている。
【００５０】
そして、レジスト膜をマスクとして用いて、絶縁層１４をエッチングにより部分的に除去する。この結果、絶縁層１４において開口部１７が形成される。ここで、絶縁層１４を部分的に除去するためのエッチングとしては、ドライエッチングを用いてもよく、ウエットエッチングを用いてもよい。その後、レジスト膜を除去する。
【００５１】
そして、絶縁層１４上に、フォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を再度形成する。このレジスト膜には、ショットキー電極１５（図１参照）が配置されるべき領域上に開口パターンが形成されている。すなわち、絶縁層１４の開口部１７が内側において露出している開口パターンが形成される。
【００５２】
その後、ショットキー電極１５（図１参照）の下部電極層１５ａおよび上部電極層１５ｂとなるべき金属膜を積層する。なお、下部電極層１５ａを構成する金属膜としては、上述したＮｉ以外であって、Ａｕなどのショットキー特性の良好な材料を用いることができる。金属膜の形成方法としては、任意の方法を用いることができるが、たとえばＥＢ蒸着法などを用いることができる。なお、上述した金属膜を形成する工程に先立って、開口部において露出しているｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３の表面を塩酸などを用いた洗浄工程によって洗浄してもよい。
【００５３】
次いで、レジスト膜を除去することにより、レジスト膜上に形成されていた金属膜を同時に除去する（リフトオフ）。この結果、図１に示すように、開口部１７の内部から絶縁層１４の上部表面上にまで延在するように金属膜が残り、この金属膜からなるショットキー電極１５が形成される。
【００５４】
次に、後処理工程（Ｓ５０）を実施する。この後処理工程（Ｓ５０）では、ｎ-ＧａＮエピタキシャル層１３やショットキー電極１５、オーミック電極１６などが形成されたＧａＮ基板１２を個々のチップに分割する分割工程などを実施する。このようにして、図１に示したショットキーバリアダイオード１０を得ることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態におけるオーミック電極１６は、表面１３ａと、この表面１３ａと反対側の裏面１２ｂとを有し、表面１３ａが（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌＧａＮ層１１の裏面１２ｂに形成されたオーミック電極１６において、オーミック電極１６において裏面１２ｂに接触している領域はＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むことを特徴としている。
【００５６】
本発明のオーミック電極１６の製造方法は、表面１３ａと、この表面１３ａと反対側の裏面１２ｂとを有し、表面１３ａが（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌＧａＮ層１１の裏面１２ｂに形成されたオーミック電極１６の製造方法において、裏面１２ｂに接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むオーミック電極１６を形成することを特徴としている。
【００５７】
本発明のオーミック電極１６およびその製造方法によれば、オーミック電極１６においてＡｌＧａＮ層１１の裏面１２ｂに接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含んでいる。これにより、ＡｌＧａＮ層１１の裏面１２ｂ（Ｎ原子面）上に形成されたオーミック電極１６の接触抵抗を十分低くすることができる。
【００５８】
また、上述したＷおよびＭｏの少なくとも一方を含む材料によりオーミック電極１６を形成するといった簡単な方法で接触抵抗の低いオーミック電極１６を形成することができる。このため、オーミック電極１６を形成するために積層構造の導電体を形成する場合より製造コストを低減することができる。
【００５９】
さらに、ＷおよびＭｏは耐熱性が高いので、オーミック電極１６の耐熱性を向上することができる。このため、ショットキーバリアダイオード１０が高温になってもオーミック電極１６の特性の劣化を抑制することができる。また、オーミック電極１６形成後に熱が加えられた場合でも、オーミック電極１６の特性の劣化を抑制することができる。
【００６０】
上記オーミック電極１６において好ましくは、ＡｌＧａＮ層に対するオーミック電極１６の接触抵抗は１ｍΩｃｍ2以下であることを特徴としている。
【００６１】
上記オーミック電極１６の製造方法において好ましくは、ＡｌＧａＮ層に対して１ｍΩｃｍ2以下の接触抵抗を有するオーミック電極１６を形成することを特徴としている。
【００６２】
本発明者は、オーミック電極１６において裏面１２ｂに接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むことにより、ＡｌＧａＮ層に対するオーミック電極の接触抵抗は１ｍΩｃｍ2以下にできることを鋭意研究の結果、見い出した。このため、接触抵抗の非常に低いオーミック電極１６を実現することができる。この場合、このオーミック電極１６を備えたショットキーバリアダイオード１０の電気的特性を十分向上することができる。
【００６３】
上記オーミック電極の製造方法において好ましくは、ＡｌＧａＮ層１１とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極１６を形成することを特徴としている。
【００６４】
本発明者は、オーミック電極１６において裏面１２ｂに接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むことにより、オーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極１６を形成できることを見い出した。このため、ＡｌＧａＮ層１１の表面１３ａの劣化を抑制することができる。
【００６５】
本実施の形態における半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１０は、表面１３ａと、この表面１３ａと反対側の裏面１２ｂとを有し、表面１３ａは（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌＧａＮ層１１と、表面１３ａに形成された表面電極としてのショットキー電極１５と、裏面１２ｂに形成されたオーミック電極１６とを備えている。
【００６６】
本発明の半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１０の製造方法は、表面１３ａと、この表面１３ａと反対側の裏面１２ｂとを有し、表面１３ａは（０００１）面で、導電型がｎ型であるＡｌＧａＮ層１１を準備するＡｌＧａＮ層準備工程（Ｓ１０）と、表面電極であるショットキー電極１５を表面に形成する表面電極形成工程（Ｓ４０）と、上記オーミック電極の製造方法によりオーミック電極１６を裏面１２ｂに形成するオーミック電極形成工程（Ｓ３０）とを備えている。
【００６７】
本発明のショットキーバリアダイオード１０およびその製造方法によれば、ＡｌＧａＮ層１１の裏面１２ｂ（Ｎ原子面）に上記オーミック電極１６を形成している。このため、裏面１２ｂに形成されたオーミック電極１６のＡｌＧａＮ層１１に対する接触抵抗が高いために半導体装置の電気的特性が劣化するといった問題の発生を抑制できる。
【００６８】
特に、工程（Ｓ３０）においてＡｌＧａＮ層１１とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極１６を形成する場合、ショットキー電極１５の特性を向上できるので、ショットキーバリアダイオード１０の電気的特性を十分向上することができる。以下、この理由について説明する。従来、ＡｌＧａＮ層の裏面に金属層を形成した後、熱処理を施して合金化をすることにより、オーミック電極を形成していた。熱処理後にショットキー電極を形成する場合には、熱処理によりＡｌＧａＮ層の表面が劣化する。このため、劣化した表面上に形成するショットキー電極の特性が劣化する。また熱処理前にショットキー電極を形成する場合には、オーミックコンタクトをとるための６００℃〜８００℃程度の温度での熱処理によりショットキー電極が劣化する。このように、熱処理を行なうと、特性のよいショットキー電極を形成することが困難であった。しかし、本実施の形態では、オーミック電極１６を形成するために熱処理を施す必要がないので、ショットキー電極１５の特性を向上することができる。したがって、電気的特性を十分向上したショットキーバリアダイオードを実現することができる。
【００６９】
上記半導体装置およびその製造方法において好ましくは、ＡｌＧａＮ層はＧａＮ層である。これにより、３．４ｅＶのエネルギーバンドギャップおよび高い熱伝導率を有するＧａＮを用いることができるので、特性の高い半導体装置を実現できる。
【００７０】
（実施の形態２）
図３は、本発明による半導体装置の一実施の形態であるショットキーバリアダイオードの断面模式図である。図３を参照して、本実施の形態によるショットキーバリアダイオード２０は、基本的には図１に示す実施の形態１におけるショットキーバリアダイオード１０と同様の構成を備えているが、オーミック電極１６が複数の層を含んでいる点において異なっている。
【００７１】
具体的には、オーミック電極１６は、ＧａＮ基板１２の裏面１２ｂと接触する接触電極層１６ａと、接触電極層１６ａ上に形成された被覆層１６ｂとを含んでいる。接触電極層１６ａはＷおよびＭｏの少なくとも一方を含み、ＷまたはＭｏを含んでいることが好ましく、Ｗよりなること、またはＭｏよりなることがより好ましい。
【００７２】
接触電極層１６ａの厚みはたとえば１ｎｍ以上である。被覆層１６ｂは１つ以上の層で構成され、被覆層１６ｂの最表面層はＡｕよりなることが好ましい。つまり、被覆層１６ｂを構成する最上部はＡｕよりなることが好ましい。被覆層１６ｂの厚みはたとえば１０ｎｍ以上である。また、Ａｕからなる被覆層１６ｂは、反応を抑制する層、電極パッドおよび保護層としての機能を有する。
【００７３】
なお、接触電極層１６ａと被覆層１６ｂとの間に別の電極層（図示せず）が形成されていてもよい。別の電極層が形成されている場合には、別の電極層はたとえばチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）などからなる。なお、Ｔｉ、Ｐｔからなる別の電極層は拡散防止層としての機能を有する。
【００７４】
続いて、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオード２０の製造方法について説明する。本実施の形態におけるショットキーバリアダイオード２０の製造方法は、基本的には実施の形態１におけるショットキーバリアダイオード１０の製造方法と同様の構成を備えているが、複数の層を含むオーミック電極を形成する点において異なっている。
【００７５】
具体的には、裏面電極形成工程（Ｓ３０）では、ＧａＮ基板１２の裏面１２ｂ（Ｎ原子面）上にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含む接触電極層１６ａおよび被覆層１６ｂを順番に形成する。接触電極層１６ａは、ＷまたはＭｏを含んでいることが好ましく、Ｗよりなること、またはＭｏよりなることがより好ましい。被覆層１６ｂは最上層に位置することが好ましい。１つ以上の層で構成される被覆層１６ｂの最表面層はＡｕよりなることが好ましい。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態におけるオーミック電極１６は、裏面１２ｂに接している層である接触電極層１６ａと、接触電極層１６ａ上に形成された被覆層１６ｂとを含み、１つ以上の層で構成される被覆層１６ｂの最表面層がＡｕよりなることを特徴としている。
【００７７】
本実施の形態におけるオーミック電極１６の製造方法において好ましくは、裏面１２ｂに接している層である接触電極層１６ａと、接触電極層１６ａ上に形成された被覆層１６ｂとを含み、１つ以上の層で構成される被覆層１６ｂの最表面層がＡｕよりなるオーミック電極１６を形成することを特徴としている。
【００７８】
これにより、被覆層１６ｂは安定なＡｕ原子からなるので、オーミック電極１６の酸化を抑制できる。このため、オーミック電極１６の酸化による特性の劣化を抑制できる。
【００７９】
ここで、実施の形態１および２では、半導体装置としてショットキーバリアダイオード１０、２０を例に挙げて説明したが、半導体装置はショットキーバリアダイオードに限定されない。本発明の半導体装置として、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）、ＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）などにも適用することができる。ショットキーバリアダイオード、ＭＯＳＦＥＴなどのパワーデバイスは高温になるので、本発明の耐熱性の高いＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むオーミック電極１６はこのパワーデバイスに好適に用いられる。
【００８０】
また、ＭＯＳＦＥＴ、ＬＥＤ、ＬＤなどにオーミック電極を形成する場合には、上記工程（Ｓ３０）および工程（Ｓ４０）において、表面電極とオーミック電極１６とは同じ材料であってもよい。また、上記工程（Ｓ３０）および工程（Ｓ４０）は実質的に同時に実施してもよい。これにより、製造コストを低減することができる。
【実施例】
【００８１】
本実施例では、ＧａＮ基板の裏面（Ｎ原子面）および表面（Ｇａ原子面）にＷまたはＭｏからなるオーミック電極を形成し、このオーミック電極について熱処理温度と接触抵抗との関係を測定した。
【００８２】
（試料）
まず、測定用のＡｌＧａＮ層として、ＨＶＰＥ法により作製された（０００１）面のＧａＮ基板を準備した。このＧａＮ基板は導電型がｎ型であり、キャリア濃度は３×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ基板の平均転位密度は１×１０6ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ基板の厚みは４００μｍであった。
【００８３】
次に、上記ＧａＮ基板に対して有機洗浄を行なった。その後、ＧａＮ基板の裏面（Ｎ原子面）上に、フォトリソグラフィ法を用いてＴＬＭ（Transmission Line Model）法に用いる円形の電極パターン（円形ＴＬＭ電極用のパターン）をレジスト膜により形成した。具体的には、このレジスト膜において平面形状が円形状であるＴＬＭ電極用の開口パターンが複数個形成された。この開口パターンの半径は１００μｍであった。また、１対の開口パターンの間の距離が１０μｍ、２０μｍ、４０μｍ、８０μｍとなるように、各開口パターンを配置した。
【００８４】
次に、それぞれのＧａＮ基板の表面を塩酸洗浄した後、それぞれのＧａＮ基板の裏面にＷまたはＭｏをスパッタによりそれぞれ形成した。形成したＷ膜またはＭｏ膜の膜厚は２００ｎｍであった。この後、レジスト膜を除去することにより、円形ＴＬＭ電極となるＷ膜またはＭｏ膜以外の部分を除去した（リフトオフ）。
【００８５】
上記のようにＧａＮ基板の裏面側にＷまたはＭｏよりなる円形ＴＬＭ電極をそれぞれ形成したＧａＮ基板を準備した。そして、４００℃、６００℃および８００℃の３つの温度条件で２分間熱処理をそれぞれに行なった。この熱処理は窒素雰囲気で行なった。これにより、４００℃、６００℃および８００℃の３つの温度条件で熱処理した試料をそれぞれ準備した。
【００８６】
また、ＧａＮ基板の裏面側に円形ＴＬＭ電極を形成したＧａＮ基板のうち、熱処理を行なわなかったＧａＮ基板を、熱処理を行なわない場合のそれぞれの試料とした。
【００８７】
また、比較用として、ＧａＮ基板の表面（Ｇａ原子面）に、上述した方法と同様の方法によりＷまたはＭｏからなる円形ＴＬＭ電極を形成した基板をそれぞれ準備した。そして、上述のように３つの温度条件で２分間の熱処理を行なった。また、熱処理を行なわなかったそれぞれのＧａＮ基板については、熱処理を行なわない場合の試料とした。
【００８８】
（測定方法）
上述のように円形ＴＬＭ電極が形成されたそれぞれのＧａＮ基板について、ＴＬＭ法を用いて接触抵抗を測定した。具体的には、ＧａＮ基板の表面または裏面上に形成された、円形ＴＬＭ電極について、それぞれの電極の間の間隔が異なる複数の電極対について電気抵抗を測定した。そして、当該電極間隔を横軸とし、測定した結果得られた電気抵抗を縦軸とした座標上に、測定された電気抵抗をプロットした。そして、このプロットされた点から得られた近似的な一次直線の傾きおよび切片から当該電極の接触抵抗を求めた。
【００８９】
測定結果を図４および図５に示す。図４および図５は、ＷまたはＭｏからなる電極のＧａＮ基板における接触抵抗と合金化の熱処理温度との関係を示すグラフである。図４および図５は、ＧａＮ基板のＧａ原子面とＮ原子面とのいずれかにおいてＷまたはＭｏからなる円形ＴＬＭ電極を配置した試料についての熱処理温度と接触抵抗との関係を示す。なお、熱処理を行なわなかった試料については、熱処理温度が０℃として記載する。図４および図５において、横軸は熱処理温度（単位：℃）を示し、縦軸は接触抵抗Ｒｃ（単位：ｍΩｃｍ2）を示している。また、図中の凡例の菱形はＧａＮ基板のＮ原子面に電極が形成された試料のデータを示し、凡例の正方形はＧａＮ基板のＧａ原子面に電極が形成された試料のデータを示している。
【００９０】
（測定結果）
図４および図５からもわかるように、Ｎ原子面に形成されたオーミック電極は、Ｇａ原子面に形成されたオーミック電極と同様の接触抵抗を有していた。このことから、裏面であるＮ原子面に接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むオーミック電極を形成することにより、Ｇａ原子面に形成されたオーミック電極と同程度の低い接触抵抗を有するオーミック電極を形成できることがわかった。
【００９１】
また、熱処理を行なわなかった試料と、熱処理を行なった試料とを比較して、Ｇａ原子面に形成された表面電極およびＮ原子面に形成されたオーミック電極とも、接触抵抗は１ｍΩｃｍ2以下で、かつほとんど同じ低い値であった。つまり、熱処理の有無に関わらず、低い接触抵抗を有するオーミック電極を形成することができた。このことから、裏面であるＮ原子面に接触する領域にＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むオーミック電極を形成することにより、ＧａＮ基板とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極を形成できることがわかった。
【００９２】
以上より、本実施例によれば、オーミック電極においてＡｌＧａＮ層の裏面に接触している領域はＷおよびＭｏの少なくとも一方を含むことにより、低抵抗な電極を形成できることが確認できた。
【００９３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
この発明は、ＡｌＧａＮ層の裏面（Ｎ原子面）に接触抵抗の低いオーミック電極を有する半導体装置、たとえばＧａＮ基板を用いたショットキーバリアダイオード、ＭＯＳＦＥＴなどの縦型の半導体装置に有利に適用される。
【符号の説明】
【００９５】
１０，２０  ショットキーバリアダイオード、１１  ＡｌＧａＮ層、１２  ＧａＮ基板、１２ａ，１３ａ  表面、１２ｂ，１３ｂ  裏面、１３  ｎ-ＧａＮエピタキシャル層、１４  絶縁層、１５  ショットキー電極、１５ａ  下部電極層、１５ｂ  上部電極層、１６  オーミック電極、１６ａ  接触電極層、１６ｂ  被覆層、１７  開口部。
【図１】
2010166012.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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