(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に形成され、前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層を貫通し且つ前記第１の窒化物半導体層の一部を除去するように形成された凹部と、
前記凹部内を埋め込むように形成されたオーミック電極とを備え、
前記第１の窒化物半導体層における前記第２の窒化物半導体層との界面直下に、２次元電子ガス層が形成されており、
前記オーミック電極と前記第２の窒化物半導体層とは、少なくとも、前記凹部の側面の一部である第１のコンタクト面において接触し、
前記オーミック電極と前記第１の窒化物半導体層のうち前記２次元電子ガス層の部分とは、少なくとも、前記凹部の側面の一部であり且つ前記第１のコンタクト面の下に接続された第２のコンタクト面において接触し、
前記第１のコンタクト面は、前記凹部の幅が前記第２の窒化物半導体層の下面側から上面側に向かって広くなる形状であり、
前記第１のコンタクト面と前記第２のコンタクト面との接続箇所において、前記第２のコンタクト面は、前記第１のコンタクト面よりも前記第１の窒化物半導体層の上面を基準とする傾斜が急峻であり、
前記第１のコンタクト面は、前記第１の窒化物半導体層の側に膨らんだ曲面を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１の半導体装置において、
前記第２のコンタクト面は、前記第１の窒化物半導体層の上面に対して垂直であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２の半導体装置において、
前記第２のコンタクト面は、前記基板の側に膨らんだ曲面を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つの半導体装置において、
前記第１のコンタクト面は、前記第２の窒化物半導体層の上面から下面にまで達するように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの半導体装置において、
前記第２の窒化物半導体層は、複数の異なる窒化物半導体層からなる積層構造を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つの半導体装置において、
前記第２の窒化物半導体層は、導電性を示す不純物が導入された第３の窒化物半導体層を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６の半導体装置において、
前記第２の窒化物半導体層は、不純物非導入の第４の窒化物半導体層を含み、
前記第３の窒化物半導体層は、前記第４の窒化物半導体層上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つの半導体装置において、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に、ＡｌＮ層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つの半導体装置において、
前記オーミック電極は、互いに間隔をおいて２つ形成され、
前記２つのオーミック電極の間の領域において、前記第２の窒化物半導体層上に、ゲート電極が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１つの半導体装置において、
前記オーミック電極とは別の位置に形成され、前記第２の窒化物半導体層とショットキー接触するアノード電極を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つの半導体装置において、
前記第２のコンタクト面は、前記２次元電子ガス層よりも深く形成された部分を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
基板と、
前記基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に形成され、前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層を貫通し且つ前記第１の窒化物半導体層の一部を除去するように形成された凹部と、
前記凹部内を埋め込むように形成されたオーミック電極とを備え、
前記第１の窒化物半導体層における前記第２の窒化物半導体層との界面直下に、２次元電子ガス層が形成されており、
前記オーミック電極と前記第２の窒化物半導体層とは、少なくとも、前記凹部の側面の一部である第１のコンタクト面において接触し、
前記オーミック電極と前記第１の窒化物半導体層のうち前記２次元電子ガス層の部分とは、少なくとも、前記凹部の側面の一部であり且つ前記第１のコンタクト面の下に接続された第２のコンタクト面において接触し、
前記第１のコンタクト面は、前記凹部の幅が前記第２の窒化物半導体層の下面側から上面側に向かって広くなる形状であり、
前記第１のコンタクト面と前記第２のコンタクト面との接続箇所において、前記第２のコンタクト面は、前記第１のコンタクト面よりも前記第１の窒化物半導体層の上面を基準とする傾斜が急峻であり、
前記第２のコンタクト面は、前記基板の側に膨らんだ曲面を有しており、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に、ＡｌＮ層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
基板と、
前記基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に形成されたＡｌＮ層と、
前記ＡｌＮ層上に形成され、前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層を貫通し且つ前記第１の窒化物半導体層の一部を除去するように形成された凹部と、
前記凹部内を埋め込むように形成されたオーミック電極とを備え、
前記第１の窒化物半導体層における前記第２の窒化物半導体層との界面直下に、２次元電子ガス層が形成されており、
前記オーミック電極と前記第２の窒化物半導体層とは、少なくとも、前記凹部の側面の一部である第１のコンタクト面において接触し、
前記オーミック電極と前記第１の窒化物半導体層のうち前記２次元電子ガス層の部分とは、少なくとも、前記凹部の側面の一部であり且つ前記第１のコンタクト面の下に接続された第２のコンタクト面において接触し、
前記第１のコンタクト面は、前記凹部の幅が前記第２の窒化物半導体層の下面側から上面側に向かって広くなる形状であり、
前記第１のコンタクト面と前記第２のコンタクト面との接続箇所において、前記第２のコンタクト面は、前記第１のコンタクト面よりも前記第１の窒化物半導体層の上面を基準とする傾斜が急峻であることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体を用いた半導体装置に関し、特に、コンタクト抵抗が小さいオーミック電極を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表されるような窒化物半導体は、バンドギャップが大きいことに基づく高い破壊電圧、高い電子飽和速度及び高い電子移動度等の利点と、ヘテロ接合における高い電子濃度等の利点とを有する。そこで、パワー用高耐圧電子素子、ミリ波帯用高速素子等に応用することを目的として、研究開発が進められている。
【０００３】
特に、バンドギャップが異なる窒化物半導体層を積層したヘテロ接合構造や、当該ヘテロ接合構造を複数積層した量子井戸構造又は超格子構造は、素子内の電子濃度の変調度を制御することができるので、窒化物半導体を用いた素子の基本構造として利用されている。
【０００４】
ヘテロ接合構造を有する窒化物半導体を用いた半導体装置としては、例えば、ヘテロ接合電界効果トランジスタ（Heterojunction Field Effect Transistor：ＨＦＥＴ）がある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
ＨＦＥＴは、例えば、基板上に形成されたＧａＮからなる動作層と、アンドープの窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる障壁層と、障壁層上に形成されたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極とを備えている。
【０００６】
ＡｌＧａＮは、ＧａＮに比べてバンドギャップが大きい。このことから、動作層と障壁層とのヘテロ接合界面には、ＡｌＧａＮとＧａＮとの自発分極量差及びピエゾ分極量差に由来する電子、障壁層内に必要に応じてドープされたｎ型不純物に由来する電子、半導体層内の他の制御不能な欠陥に由来する電子等が高濃度に蓄積し、２次元電子ガス（2 Dimensional Electron Gas、２ＤＥＧ）層が形成される。２ＤＥＧ層は、電界効果トランジスタのチャネルキャリアとして動作する。
【０００７】
また、ヘテロ接合界面を形成するように積層された窒化物半導体層の上に、カソード（オーミック）電極及びアノード電極を形成すると、２ＤＥＧ層がダイオードのチャネルキャリアとして動作するショットキーダイオード（ＳＢＤ）が得られる（例えば、特許文献２を参照）。
【０００８】
窒化物半導体を用いた半導体装置をパワー用の高耐圧素子、ミリ波帯用の高速素子として応用するためには、オン抵抗を低減することが求められる。オン抵抗の主な要因としては、チャネル層のシート抵抗及び電極と半導体層とのコンタクト抵抗が挙げられる。
【０００９】
一般のＨＦＥＴ、ＳＢＤ等において、次の理由からコンタクト抵抗が大きくなる。つまり、ソース／ドレイン電極、カソード電極はアンドープのＡｌＧａＮ層の上に形成されている。この場合、電子は、アンドープのＡｌＧａＮ層のポテンシャル障壁を越えて２ＤＥＧ層に到達しなければならない。この結果、コンタクト抵抗が大きくなる。
【００１０】
コンタクト抵抗を低減する方法としては、例えば、電極と２ＤＥＧ層との距離を選択的に縮小する。このために、ＡｌＧａＮ障壁層の一部又は全部を除去して底面又は側面を傾斜させた凹状の断面を有するコンタクト部を形成し、当該コンタクト部にオーミック電極を形成する（例えば、特許文献３及び４を参照）。
【００１１】
特許文献３の構造では、ＡｌＧａＮ層内部に、傾斜したコンタクト部を形成する。このようにすると、トレードオフの関係にあったコンタクト部直下における２ＤＥＧ層の電子ガス濃度と、コンタクト部の底部から２ＤＥＧ層の距離とは、それぞれ様々な値をとることができる。この結果、コンタクト抵抗と電子ガス濃度とが最適化された領域にてオーミックコンタクトを実現できるとしている。
【００１２】
また、特許文献４の構造では、ＡｌＧａＮ層を貫通してヘテロ界面を越える深さまでリセス部を形成し、ヘテロ界面の深さにおいてリセス部の側面を傾斜させる。このようにすると、ＡｌＧａＮ層を介したオーミックコンタクトに加え、リセス部の側面において電極と２ＤＥＧ層とを直接コンタクトさせることができ、コンタクト抵抗が低減されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−１６２４５号公報
【特許文献２】特開２００４−３１８９６号公報
【特許文献３】特開２００５−１２９６９６号公報
【特許文献４】特開２００７−０５３１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、以上に説明した構造では、コンタクト抵抗の低減は不十分であり、更なる低減が望まれている。
【００１５】
このことに鑑み、本開示の目的は、コンタクト抵抗を更に低減できるオーミック電極を備えた窒化物半導体を用いた半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本願発明者等は、コンタクト抵抗の低減が不十分になる理由について検討した。
【００１７】
前記の構造のうち、ＡｌＧａＮ層内部に傾斜したコンタクト部を形成する構造の場合、オーミックコンタクトの部分を通る全ての電子がＡｌＧａＮ層のポテンシャル障壁を介して流れる。これに起因して、コンタクト抵抗が十分には低減されない。
【００１８】
また、ＡｌＧａＮ層を貫通し、ヘテロ界面の深さにおいて側面が傾斜したリセス部を形成する構造の場合、ＧａＮ層内部においてコンタクト部を傾斜させているので、ＧａＮ層内のコンタクト部においてはリセスが深くなるほど電極と２ＤＥＧ層とが離れてしまう。この結果、ＧａＮ層を介したコンタクト抵抗が増加する。
【００１９】
このような知見に基づき、本開示の半導体装置は、第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上に形成され、第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層を貫通し且つ第１の窒化物半導体層の一部を除去するように形成された凹部と、凹部内を埋め込むように形成されたオーミック電極とを備え、第１の窒化物半導体層における第２の窒化物半導体層との界面直下に、２次元電子ガス層が形成されており、オーミック電極と第２の窒化物半導体層とは、少なくとも、凹部の側面の一部である第１のコンタクト面において接触し、オーミック電極と第１の窒化物半導体層のうち２次元電子ガス層の部分とは、少なくとも、凹部の側面の一部であり且つ第１のコンタクト面の下に接続された第２のコンタクト面において接触し、第１のコンタクト面は、凹部の幅が第２の窒化物半導体層の下面側から上面側に向かって広くなる形状であり、第１のコンタクト面と第２のコンタクト面との接続箇所において、第２のコンタクト面は、第１のコンタクト面よりも第１の窒化物半導体層の上面を基準とする傾斜が急峻である。
【００２０】
このような半導体装置は、オーミック電極の幅が第２の窒化物半導体層の上面に向かって広くなるような第１のコンタクト面を有するので、オーミック電極の第１のコンタクト面とその直下の第１の窒化物半導体層との距離が様々な値を取ることができる。従って、第２の窒化物半導体層を介するコンタクト抵抗値が低減し且つ２次元電子ガスの濃度が十分である最適領域が得られる。
【００２１】
更に、第１のコンタクト面に比べて第２の窒化物半導体層の上面を基準とする傾斜が急峻になるように第２のコンタクト面が接続され、当該第２のコンタクト面において、オーミック電極と２次元電子ガス層とが接している。従って、２次元電子ガス層（２ＤＥＧ層）よりも下方の部分のオーミック電極と、２次元電子ガス層との距離を短くすることができ、第１の窒化物半導体層を介したコンタクト抵抗を低減できる。
【００２２】
尚、第１のコンタクト面は、第１の窒化物半導体層の上面に対して所定の角度を成す平面を有し、第２のコンタクト面は、第１の窒化物半導体層の上面に対して所定の角度よりも急峻な角度を成す平面を有していても良い。
【００２３】
また、第１のコンタクト面は、第１の窒化物半導体層の側に膨らんだ曲面を有していても良い。
【００２４】
第１のコンタクト面の形状として、このようになっていても良い。
【００２５】
また、第２のコンタクト面は、第１の窒化物半導体層の上面に対して垂直であっても良い。
【００２６】
このようにすると、２次元電子ガス層よりも下方の部分のオーミック電極と、２次元電子ガス層との距離をより短くすることができ、第１の窒化物半導体層を介したコンタクト抵抗を更に低減できる。
【００２７】
また、第２のコンタクト面は、基板の側に膨らんだ曲面を有していても良い。
【００２８】
つまり、オーミック電極と第１の窒化物半導体層とが接触する面の一部又は全部が曲面であっても良い。
【００２９】
また、第１のコンタクト面は、第２の窒化物半導体層の上面から下面にまで達するように形成されていても良い。
【００３０】
このようにすると、第２の窒化物半導体層を介するコンタクト抵抗値が低減し且つ２次元電子ガスの濃度が十分である最適領域を得るために、第２の窒化物半導体層の厚さ全体を利用できる。
【００３１】
また、第２の窒化物半導体層は、複数の異なる窒化物半導体層からなる積層構造を有していても良い。
【００３２】
また、第２の窒化物半導体層は、導電性を示す不純物が導入された第３の窒化物半導体層を含んでいても良い。
【００３３】
このようにすると、導電性の不純物を含む窒化物半導体層とオーミック電極との界面におけるポテンシャル障壁を小さくすることができ、コンタクト抵抗を更に低減することができる。
【００３４】
また、第２の窒化物半導体層は、不純物非導入の第４の窒化物半導体層を含み、第３の窒化物半導体層は、第４の窒化物半導体層上に形成されていても良い。
【００３５】
このようにすると、第４の窒化物半導体層が不純物非導入であることから、２次元電子ガス層におけるイオン散乱により電子走行を妨げることがない。従って、半導体装置の動作特性を向上させることができる。
【００３６】
また、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との間に、ＡｌＮ層が形成されていても良い。
【００３７】
また、オーミック電極は、互いに間隔をおいて２つ形成され、２つのオーミック電極の間の領域において、第２の窒化物半導体層上に、ゲート電極が形成されていても良い。
【００３８】
このようにすると、半導体装置は、２つのオーミック電極をソース電極及びドレイン電極とするヘテロジャンクション電界効果トランジスタとして機能する。また、そのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００３９】
また、オーミック電極とは別の位置に形成され、第２の窒化物半導体層とショットキー接触するアノード電極を備えていても良い。
【００４０】
このようにすると、半導体装置は、オーミック電極をカソード電極とするショットキーバリアダイオードとして機能する。また、そのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００４１】
また、第２の窒化物半導体層上に、窒化物半導体からなるキャップ層を備えていても良い。
【００４２】
また、第２のコンタクト面は、２次元電子ガス層よりも深く形成された部分を有していても良い。
【００４３】
このようにすると、第２のコンタクト面と２次元電子ガス層とを
【発明の効果】
【００４４】
本開示の半導体装置によると、コンタクト抵抗が小さいオーミック電極を備える窒化物半導体層を用いた半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１（ａ）は、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置（ＨＦＥＴ）の断面構成を示し、図１（ｂ）及び（ｃ）は、その効果について説明するための図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態の例示的半導体装置について、製造方法を説明する図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の変形例の半導体装置を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の変形例の半導体装置を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態の変形例の半導体装置を示す図である。
【図６】図６は、本開示の第２の実施形態の例示的半導体装置（ＨＦＥＴ）の断面構成を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態の例示的半導体装置について、製造方法を説明する図である。
【図８】図８は、第２の実施形態の変形例の半導体装置を示す図である。
【図９】図９は、第２の実施形態の変形例の半導体装置を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態の変形例の半導体装置を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態の半導体装置の一例について、オーミック電極部の断面を示すＴＥＭ写真である。
【図１２】図１２は、本開示の一実施例の半導体装置及び比較例の半導体装置について、コンタクト抵抗を示す図である。
【図１３】図１３は、本開示の第３の実施形態の例示的半導体装置（ＳＢＤ）の断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
（第１の実施形態）
本開示の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本実施形態の例示的半導体装置１０の断面を模式的に示す図である。
【００４７】
半導体装置１０は、ヘテロジャンクション電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）である。その構造として、まず、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる基板１１上に、厚さ約１μｍであり且つ窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層１２が形成されている。バッファ層１２上には、厚さ約１μｍであり且つｎ型キャリア密度が小さい（つまり、ｉ型の）窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層１３が形成されている。更にその上に、厚さ約２５ｎｍであり且つｉ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）からなる第２の窒化物半導体層１４が形成されている。
【００４８】
ここで、第２の窒化物半導体層１４を構成するＡｌ0.26Ｇａ0.74Ｎは、第１の窒化物半導体層１３を構成するＧａＮに比べて電子のバンドギャップエネルギーが大きい。このことから、第１の窒化物半導体層１３における第２の窒化物半導体層１４との界面の近傍（より具体的には、例えば該界面の直下１０ｎｍ程度の深さまで）に、２ＤＥＧ層１３ａ（２次元電子ガス層）が形成される。
【００４９】
第２の窒化物半導体層１４上に、第２の窒化物半導体層１４とショットキー接触するゲート電極１５が形成されている。これは、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなる。また、第２の窒化物半導体層１４上におけるゲート電極１５の両側において、第２の窒化物半導体層１４を貫通し且つ第１の窒化物半導体層１３の上部一部を除去するように凹部が形成され、当該凹部を埋め込むソース電極１７Ｓ及びドレイン電極１７Ｄ（以下、合わせて電極１７と呼ぶことがある）が形成されている。電極１７は、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層膜からなり、オーム性を有する（オーミック性である）。
【００５０】
電極１７と第２の窒化物半導体層１４とは、少なくとも、第１のコンタクト面１６ａにおいて接触している。第１のコンタクト面１６ａは、凹部の側壁であり、第１の窒化物半導体層１３の上面に対して所定の角度を成す傾斜面である。第１のコンタクト面１６ａの下には、接続箇所３１において第２のコンタクト面１６ｂが繋がっており、電極１７と２ＤＥＧ層１３ａとは当該第２のコンタクト面１６ｂにおいて接触している。第１のコンタクト面１６ａと第２のコンタクト面１６ｂとは接続箇所３１において電極１７の側に突状の角部を形成しており、第２のコンタクト面１６ｂは、第１のコンタクト面１６ａに比べて急峻な角度に変化している。従って、接続箇所３１において、コンタクト面は第１の窒化物半導体層１３とは反対側に凸になっている。また、電極１７は、接続箇所３１の近傍において凹んだ形状になっている。
【００５１】
更に、凹部は第１のコンタクト面１６ａの上面に平行な底面である第３のコンタクト面１６ｃを有しており、当該第３のコンタクト面１６ｃにおいて電極１７と第１の窒化物半導体層１３とが接触している。
【００５２】
以上のような構成により、コンタクト抵抗を低減することができる。
【００５３】
まず、電極１７と第２の窒化物半導体層１４とが接触する第１のコンタクト面１６ａは、第１の窒化物半導体層１３の上面に対して傾斜している。このことにより、第１のコンタクト面１６ａの下方における２ＤＥＧ層１３ａの電子ガス濃度と、第１のコンタクト面１６ａから２ＤＥＧ層の距離とについて最適となる領域が存在し、コンタクト抵抗を低減し且つデバイス特性を向上することができる。
【００５４】
また、第２のコンタクト面１６ｂについて、第１のコンタクト面１６ａよりも急峻な角度を有することにより、２ＤＥＧ層１３ａと電極１７との距離を短くすることができ、第１の窒化物半導体層１３を介するコンタクト抵抗を小さくすることができる。
【００５５】
これについて、図１（ｂ）及び（ｃ）に示す。図１（ｂ）は、本実施形態の半導体装置１０の電極１７近傍を拡大して示す図であり、図１（ｃ）は、第１のコンタクト面１６ａと同じ角度の第２のコンタクト面１６ｂを有する比較例を示す図である。
【００５６】
２ＤＥＧ層１３ａと電極１７との間の電流について、２ＤＥＧ層１３ａの深さにおいて第２のコンタクト面１６ｂを通じて流れる経路と、第１の窒化物半導体層１３を介して２ＤＥＧ層１３ａよりも下方の部分の第２のコンタクト面１６ｂと電極１７との間に流れる経路とがある。
【００５７】
半導体装置１０における２ＤＥＧ層１３ａよりも深く形成された部分の電極１７と第２のコンタクト面１６ｂとの間の距離Ａは、比較例における同様の距離Ｂに比べて短くなる。従って、第１の窒化物半導体層１３内を電子が走行する距離も半導体装置１０の方が短くなり、コンタクト抵抗が低減される。
【００５８】
次に、半導体装置１０の製造方法について、その工程を示す図２（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【００５９】
初めに、図２（ａ）に示す積層構造を形成する。つまり、シリコンからなる基板１１上に、窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなるバッファ層１２と、ｉ型の窒化ガリウムからなる第１の窒化物半導体層１３と、ｉ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）からなる第２の窒化物半導体層１４とを順次形成する。このためには、例えば、有機金属化学気相堆積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition、ＭＯＣＶＤ）法を用いる。この他には、分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy、ＭＢＥ）法を用いても良い。
【００６０】
尚、２ＤＥＧ層１３ａは、第１の窒化物半導体層１３よりも第２の窒化物半導体層１４の方がバンドギャップエネルギーが大きいことにより形成される。
【００６１】
次に、図２（ｂ）に示すように、リソグラフィ法及び塩素ガスを用いたドライエッチング法により、所定のレジストパターン（図示省略）をマスクとしてエッチングを行なう。これにより、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１４について、２ＤＥＧ層１３ａを越える深さまでエッチングし、底面が第３のコンタクト面１６ｃに対応し、側壁が第２のコンタクト面１６ｂと同じ傾斜である凹部２０を形成する。凹部２０は、ソース電極１７Ｓ及びドレイン電極１７Ｄに対応するように、所定の距離をおいて２つ形成している。
【００６２】
更に、図２（ｃ）に示すように、リソグラフィ法及び塩素ガスを用いたドライエッチング法により、所定のレジストパターン（図示省略）をマスクとしてエッチングを行なう。これにより、凹部２０の側壁にあたる部分の第２のコンタクト面１６ｂが一部除去されて、第２のコンタクト面１６ｂよりも緩やかに傾斜した第１のコンタクト面１６ａが形成される。
【００６３】
ここで、エッチングにより凹部の側壁を傾斜させるためには、レジストパターンの開口部（凹部）自体に深さ方向の傾斜部を形成しておく。具体的には、オーバードーズによりパターン露光を行なうか、又は、通常のパターニング後に熱処理を行なう。
【００６４】
尚、図２（ａ）の工程と、図２（ｂ）の工程とは、逆の順に行なっても良い。つまり、第１のコンタクト面１６ａに応じた傾斜の側壁を有する凹部を先に形成し、その後、下部に更にエッチングを行ない、第２のコンタクト面１６ｂ及び第３のコンタクト面１６ｃを形成しても良い。
【００６５】
次に、電極１７（ソース電極１７Ｓ及びドレイン電極１７Ｄ）とゲート電極１５とを形成することにより、図１（ａ）の半導体装置１０が製造される。
【００６６】
このためには、まず、リソグラフィ法を用い、第２の窒化物半導体層１４上に、凹部２０を露出させる開口部を有するレジストパターン（図示省略）を形成する。次に、例えば電子線蒸着法により、チタン及びアルミニウムの積層膜からなる電極形成膜を成膜した後、リフトオフによりソース電極１７Ｓ及びドレイン電極１７Ｄを形成する。
【００６７】
続いて、ゲート電極１５を形成する領域に開口が設けられたレジストパターン（図示省略）を形成し、例えば電子線蒸着法によりニッケル及び金からなるゲート電極形成膜を成膜する。その後、リフトオフによりゲート電極１５を形成する。
【００６８】
尚、先にゲート電極１５を形成し、その後にソース電極１７Ｓ及びドレイン電極１７Ｄを形成するという順序でも良い。
【００６９】
（変形例）
次に、オーミック形成領域である第１のコンタクト面１６ａ及び第２のコンタクト面１６ｂの断面形状について、他の構成例を図３〜図５に基づいて説明する。いずれの構成例についても、図１（ａ）に示す半導体装置１０と同様に、コンタクト抵抗を低減する効果を有する。
【００７０】
図３の構成では、第２のコンタクト面１６ｂを（特に、２ＤＥＧ層１３ａの深さにおいて）第１の窒化物半導体層１３の上面に対して垂直にしている。このようにすると、第２のコンタクト面１６ｂが第１の窒化物半導体層１３の上面に対して傾斜している場合に比べ、電極１７と２ＤＥＧ層１３ａとの距離が小さくなるので、更にコンタクト抵抗を低減することができる。
【００７１】
図４の構成では、第１のコンタクト面１６ａが、第２の窒化物半導体層１４の上面から下面（第２の窒化物半導体層１４と第１の窒化物半導体層１３とのヘテロ界面）まで達するように形成されている。このようにすると、第２の窒化物半導体層１４の厚さを全て利用して第１のコンタクト面１６ａと２ＤＥＧ層１３ａとの距離を変化させることができる。従って、より確実に、第２の窒化物半導体層１４を介したコンタクト抵抗の最適値を得ることができる。
【００７２】
また、図１（ａ）、図３及び図４の場合、図に示されている断面において電極１７は左右対称な形状をしており、その両側に第２のコンタクト面１６ｂが形成されている。しかしながら、これには限らず、例えば図５のようになっていても良い。図５の場合、電極１７において、第２のコンタクト面１６ｂは、いずれもゲート電極１５に近い側が浅くなるように傾斜している。
【００７３】
図４、図５の構成において、第２のコンタクト面１６ｂは第１の窒化物半導体層１３の上面に対して垂直に（図３の場合と同様に）なっているが、これには限らない。第１のコンタクト面１６ａよりも急峻な傾斜に（図１（ａ）の場合と同様に）なっていても良い。
【００７４】
また、第２の窒化物半導体層１４は、導電性を示す不純物が導入されていても良い。このようにすると、第２の窒化物半導体層１４と電極１７との界面におけるポテンシャル障壁が小さくなる。従って、オーム性を有する電極１７とのコンタクト抵抗をより低減することができる。
【００７５】
また、第２の窒化物半導体層１４は、不純物非導入の（意図的な不純物導入が行なわれていない）窒化物半導体層上に、導電性を示す不純物が導入された窒化物半導体層を形成した積層構造としても良い。このようにすると、導電性の不純物が導入された窒化物半導体層と電極１７とのポテンシャル障壁は小さいのでコンタクト抵抗が低減される。また、２ＤＥＧ層１３ａ上には不純物非導入の窒化物半導体層を配置し、２ＤＥＧ層１３ａにおけるイオン散乱による電子走行を妨げることがないようにして、半導体装置の動作特性を向上させることができる。
【００７６】
また、半導体装置１０は、ＡｌＮ層を更に備えていても良い。特に、第２の窒化物半導体層１４が複数の窒化アルミニウムガリウム層を含む積層構造であり、これらの窒化アルミニウムガリウム層の間にＡｌＮ層が挟まれているのが良い。この場合、ＡｌＮ層のを挟む窒化アルミニウムガリウム層の組成が異なっていても良い。
【００７７】
また、第１の窒化物半導体層１３と第２の窒化物半導体層１４との間にＡｌＮ層が形成されていても良い。
【００７８】
また、第２の窒化物半導体層１４の上に、キャップ層として、更に他の窒化物半導体層を備えていても良い。
【００７９】
これらの層を設けることにより、ＦＥＴの電気特性(シート抵抗、電流コラプス等)を改善することができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
以下に、本開示の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図６は、本実施形態の例示的半導体装置１０ａの断面を模式的に示す図である。半導体装置１０ａはＨＦＥＴであり、第１の実施形態の半導体装置１０と同一の構成を含むので、そのような構成要素には図１（ａ）と同じ符号を付している。以下には、主に相違点を説明する。
【００８１】
半導体装置１０ａにおいて、電極１７（ソース電極１７Ｓ及びドレイン電極１７Ｄ）と第２の窒化物半導体層１４とは、少なくとも第１のコンタクト面１６ａにおいて接触している。第１のコンタクト面１６ａは、第１の窒化物半導体層１３の側（図では下方）に膨らむように湾曲した断面形状（この例では、第１の窒化物半導体層１３の側に近付くほど、第１の窒化物半導体層１３の上面に対する傾きが緩やかになるような形状）を有する。第１のコンタクト面１６ａの下には第２のコンタクト面１６ｂが接続箇所３１において繋がっており、電極１７と２ＤＥＧ層１３ａとは当該第２のコンタクト面１６ｂにおいて接触している。
【００８２】
第１のコンタクト面１６ａと第２のコンタクト面１６ｂとは接続箇所３１において電極１７の側に突状の角部を形成している。第２のコンタクト面１６ｂは平面であって、第１のコンタクト面１６ａの下部（接続箇所３１近傍における第１のコンタクト面１６ａ）よりも第１の窒化物半導体層１３の上面に対して急峻に傾いている。従って、接続箇所３１近傍において、コンタクト面は第１の窒化物半導体層１３とは反対側に凸になっている。また、電極１７は接続箇所３１近傍において凹んだ形状を有している。
【００８３】
以上のような構成により、半導体装置１０ａは、第１の実施形態の半導体装置１０と同様の効果を有する。
【００８４】
まず、第１のコンタクト面１６ａが下方に膨らむ湾曲した形状であることから、２ＤＥＧ層１３ａとの距離が変化しており、第２の窒化物半導体層１４を介したコンタクト抵抗の最適値を得ることができる。
【００８５】
また、第２のコンタクト面１６ｂが急峻に傾斜しているので、第１のコンタクト面１６ａの形状のコンタクト面が２ＤＥＧ層１３ａと接している場合に比べて、第２のコンタクト面１６ｂと２ＤＥＧ層１３ａとの距離を小さくすることができる。従って、第１の窒化物半導体層１３を介したコンタクト抵抗を低減することができる。
【００８６】
次に、半導体装置１０ａの製造方法について、その工程を示す図７（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００８７】
初めに、図７（ａ）に示すように、シリコンからなる基板１１上に、窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなるバッファ層１２と、ｉ形の窒化ガリウムからなる第１の窒化物半導体層１３と、ｉ形の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）からなる第２の窒化物半導体層１４とを順次成長して形成する。成膜には、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等を用いることができる。
【００８８】
次に、図７（ｂ）に示すように、リソグラフィ法及び塩素ガスを用いたドライエッチング法により、所定のレジストパターン（図示省略）をマスクとしてエッチングを行なう。これにより、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１４について、２ＤＥＧ層１３ａを越える深さまでエッチングし、凹部２１を形成する。凹部２１の底面は第３のコンタクト面１６ｃとなり、側壁は第１の窒化物半導体層１３の上面に対して垂直である。また、凹部２１は、ソース電極１７Ｓ及びドレイン電極１７Ｄに対応するように、所定の距離をおいて２つ形成している。
【００８９】
次に、図７（ｃ）に示すように、リソグラフィ法及び塩素ガスを用いたドライエッチング法により、所定のレジストパターン（図示省略）をマスクとしてエッチングを行なう。これにより、第２の窒化物半導体層１４の一部を除去し、第１の窒化物半導体層１３の側に膨らんだ断面形状の第１のコンタクト面１６ａを形成する。これと共に、凹部２１の下方において第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１４の一部を除去して、傾斜した面である第２のコンタクト面１６ｂを得る。
【００９０】
このような形状を得るためには、ドライエッチングの条件を設定し、等方的な化学的エッチングが主になるようにすれば良い。より具体的には、ガス圧を高くする、試料に印加するバイアス電力を小さくする等である。
【００９１】
また、ドライエッチングに代えて、酸、アルカリ等を用いたウェットエッチングを行なっても良い。
【００９２】
次に、電極１７（ソース電極１７Ｓ及びドレイン電極１７Ｄ）とゲート電極１５とを形成することにより、図６の半導体装置１０ａが製造される。この工程については、第１の実施形態において説明したのと同様にして行なえばよい。
【００９３】
（変形例）
次に、オーミック形成領域である第１のコンタクト面１６ａ及び第２のコンタクト面１６ｂの断面形状について、他の構成例を図８〜図１０に基づいて説明する。いずれの構成例についても、図６に示す半導体装置１０ａと同様に、コンタクト抵抗を低減する効果を有する。
【００９４】
図８の構成では、第２のコンタクト面１６ｂを（特に、２ＤＥＧ層１３ａの深さにおいて）第１の窒化物半導体層１３の上面に対して垂直にしている。このようにすると、第２のコンタクト面１６ｂが第１の窒化物半導体層１３の上面に対して傾斜している場合に比べ、電極１７と２ＤＥＧ層１３ａとの距離が小さくなるので、更にコンタクト抵抗を低減することができる。
【００９５】
図９の構成では、第１のコンタクト面１６ａが、第２の窒化物半導体層１４の上面から下面（第２の窒化物半導体層１４と第１の窒化物半導体層１３とのヘテロ界面）まで達するように形成されている。つまり、接続箇所３１がヘテロ界面の高さに位置している。このようにすると、第２の窒化物半導体層１４の厚さを全て利用して第１のコンタクト面１６ａと２ＤＥＧ層１３ａとの距離を変化させることができる。従って、より確実に、第２の窒化物半導体層１４を介したコンタクト抵抗の最適値を得ることができる。
【００９６】
図１０の構成では、第２のコンタクト面１６ｂが、基板１１の方向（図では下方）に向かって膨らむように湾曲した断面形状を有している。但し、第２のコンタクト面１６ｂは、２ＤＥＧ層１３ａの深さにおいて、接続箇所３１近傍における第１のコンタクト面１６ａよりも急峻な傾斜となっている。このような形状であっても、コンタクト抵抗を低減する本実施形態の効果は発揮される。
【００９７】
また、第２の窒化物半導体層１４について、導電性の不純物が導入されていても良いこと、不純物非導入の窒化物半導体層と不純物の導入された窒化物半導体層との積層構造であっても良いこと、半導体装置１０ａがＡｌＮ層を備えていても良いことについては、第１の実施形態の場合と同様である。
【００９８】
図１１に、図１０の構成例における電極１７の断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）写真を示す。尚、この写真の横幅は約３００ｎｍに相当する。
【００９９】
また、図１２に、図１０の構成におけるコンタクト抵抗の値と、比較例（図１（ｃ）に示すように、電極１７の形成される凹部の側壁全体が同じ傾斜の面になった構造）におけるコンタクト抵抗の値とを示している。図１２に示すように、図１０の構造によると、比較例に比べてコンタクト抵抗は半分以下に低減されている。
【０１００】
（第３の実施形態）
以下、本開示の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図１３は、本実施形態の例示的半導体装置１０ｂの断面を模式的に示す図である。
【０１０１】
半導体装置１０ｂは、第１の実施形態の半導体装置１０と同一の構成を含むので、そのような構成要素には図１（ａ）と同じ符号を付している。以下には、主に相違点を説明する。
【０１０２】
第１の実施形態の半導体装置１０がＨＦＥＴであるのに対し、本実施形態の半導体装置１０ｂは、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＴ）である。従って、半導体装置１０の電極１７（ソース電極１７Ｓ又はドレイン電極１７Ｄ）と同様の構造を有するオーミック電極であるカソード電極１７ｃが形成されている。また、カソード電極１７ｃの両側において、第２の窒化物半導体層１４に対してショットキー接触するアノード電極１８が形成されている。アノード電極１８は、例えば、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなる。
【０１０３】
このような構造の半導体装置１０ｂにおいても、オーミック電極であるカソード電極１７ｃにおいて、第１のコンタクト面１６ａと２ＤＥＧ層１３ａとの距離の変化に応じた２ＤＥＧ濃度及びコンタクト抵抗が得られる。従って、第２の窒化物半導体層１４を介した枯淡区と抵抗の最適値を得ることができる。また、２ＤＥＧ層１３ａの深さにおいて、第２のコンタクト面１６ｂは、第１のコンタクト面１６ａに比べ、第１の窒化物半導体層１３の上面に対して急峻に傾斜している。従って、カソード電極１７ｃと２ＤＥＧ層１３ａとの距離は小さくなり、第１の窒化物半導体層１３を介したコンタクト抵抗を低減することができる。
【０１０４】
尚、カソード電極１７ｃとして、第１の実施形態（図１（ａ）の電極１７）と同様の構造に代えて、第１の実施形態の変形例、第２の実施形態及びその変形例（図３〜６、８〜１０に示す半導体装置）のいずれかと同様の構造としても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本開示の半導体装置は、窒化物半導体層においてコンタクト抵抗を低減することができるので、ＨＦＥＴ、ＳＢＴ等の半導体装置として有用である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０        半導体装置
１０ａ      半導体装置
１０ｂ      半導体装置
１１        基板
１２        バッファ層
１３        第１の窒化物半導体層
１３ａ      ２ＤＥＧ層（２次元電子ガス層）
１４        第２の窒化物半導体層
１５        ゲート電極
１６ａ      第１のコンタクト面
１６ｂ      第２のコンタクト面
１６ｃ      第３のコンタクト面
１７        電極
１７Ｄ      ドレイン電極
１７Ｓ      ソース電極
１７ｃ      カソード電極
１８        アノード電極
２０        凹部
２１        凹部
３１        接続箇所
【図１】
0005596495.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005596495.tif 000007
【図７】
0005596495.tif 000008
【図８】
0005596495.tif 000009
【図９】
0005596495.tif 000010
【図１０】
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【図１２】
0005596495.tif 000012
【図１３】
0005596495.tif 000013
【図１１】
0005596495.tif 000014