(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第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の窒化物半導体層の上面から貫通し、前記第１の窒化物半導体層に凹状に形成されたオーミックリセス部と、
前記オーミックリセス部に接触して設けられたオーミック電極とを備え、
前記オーミックリセス部は、前記オーミック電極と接触する面の少なくとも一部に、主に（−１１００）面と（０１−１０）面とからなる三角形状により構成される凹凸構造を有し、
前記第１の窒化物半導体層および前記第２の窒化物半導体層は、＜０００１＞方向に積層され、
前記凹凸構造は、前記オーミックリセス部において＜１１−２０＞方向と垂直な面に形成されている
窒化物半導体素子。
【請求項２】
基板上に形成された第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の窒化物半導体層の上面から貫通し、前記第１の窒化物半導体層に凹状に形成されたオーミックリセス部と、
前記オーミックリセス部に接触して設けられたオーミック電極とを備え、
前記オーミックリセス部は、前記オーミック電極と接触する面の少なくとも一部に、主に（−１１００）面と（０１−１０）面とからなる三角形状により構成される凹凸構造を有し、
前記第１の窒化物半導体層および前記第２の窒化物半導体層は、＜１−１００＞方向に積層され、
前記凹凸構造は、前記オーミックリセス部において＜１１−２０＞方向と垂直な面に形成されている
窒化物半導体素子。
【請求項３】
基板上に形成された第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の窒化物半導体層の上面から凹状に形成されたオーミックリセス部と、
前記オーミックリセス部に接触して設けられたオーミック電極とを備え、
前記オーミックリセス部は、前記オーミック電極と接触する面の少なくとも一部に、主に（−１１００）面と（０１−１０）面とからなる三角形状により構成される凹凸構造を有し、
前記第１の窒化物半導体層および前記第２の窒化物半導体層は、＜１１−２０＞方向に積層され、
前記凹凸構造は、前記オーミックリセス部において＜１１−２０＞方向と垂直な面に形成されている
窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記凹凸構造は、前記オーミックリセス部において＜１−１００＞方向と垂直な面に、＜１１−２０＞方向と平行に形成された（１０−１０）面を含む溝形状により構成されている
請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）をはじめとするIII族窒化物半導体は、シリコン（Ｓｉ）や砒化ガリウム（ＧａＡｓ）よりも禁制帯幅や電子の飽和速度が大きく絶縁破壊電界が高い。このため、III族窒化物半導体を材料として用いた高周波大電力の電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）などの開発が活発に行われている。
【０００３】
III族窒化物半導体ＦＥＴには結晶成長の容易さからウルツ鉱構造の結晶を用いるが、このときＡｌＧａＮとＧａＮとでヘテロ接合界面を作製すると、圧電分極と自発分極によって界面に電荷が形成される。これにより、不純物をドーピングしなくともヘテロ接合界面近傍に２次元電子ガスが形成される。III族窒化物半導体ＦＥＴにおいてはこれを電子の通り道であるチャネルとして利用する。
【０００４】
次に、図１０を用いて一般的な窒化物半導体ＦＥＴの構造について説明する。まず、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって、基板１１０１上にＧａＮチャネル層１１０２、ＡｌＧａＮバリア層１１０３を順次成長する。このとき、前述のようにＧａＮチャネル層１１０２のＡｌＧａＮバリア層１１０３とのヘテロ界面近傍に、図１０の点線部のように、２次元電子ガスによるチャネル１１０４が形成されている。
【０００５】
次に、ＡｌＧａＮバリア層１１０３上にゲート電極１１０８と、ソース、ドレインとして用いるオーミック電極１１０７を作製する。このとき、ＡｌＧａＮバリア層１１０３が電子に対する大きなポテンシャル障壁として働くため、オーミック電極１１０７からチャネル１１０４への電子の流入を妨げる。このためにオーミック電極１１０７におけるコンタクト抵抗が増大する。
【０００６】
そこで、図１１のように、ＡｌＧａＮバリア層１２０３をＧａＮチャネル層１２０２に到達するまでドライエッチングし、オーミックリセス部１２０５を形成することでチャネル１２０４を露出させ、チャネル１２０４に直接オーミック電極１２０７を接触させることがコンタクト抵抗の低減に効果的であることについて開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、ドライエッチングにより、ＡｌＧａＮバリア層１２０３を貫いて、ＡｌＧａＮバリア層１２０３の表面からチャネル１２０４より深い位置のＧａＮチャネル層１２０２までオーミックリセス部１２０５を形成し、オーミックリセス部１２０５の側面の面積を増大させることが、コンタクト抵抗の低減に有効であることについて開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−０５３１８５号公報
【特許文献２】特開２００７−１６５４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ドライエッチングによりオーミックリセス部の形成を行った場合、オーミックリセス部側面の面積は増大するが、ドライエッチングによってオーミックリセス部の側面に結晶欠陥が形成されて高抵抗層となることがある。この高抵抗層により、コンタクト抵抗が増大する。
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決し、オーミック電極とオーミックリセス部とのコンタクト抵抗を低減した窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の一形態における窒化物半導体素子は、基板上に形成された第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、少なくとも前記第２の窒化物半導体層に形成されたオーミックリセス部と、前記オーミックリセス部に接触して設けられたオーミック電極とを備え、前記オーミックリセス部は、前記オーミック電極と接触する面の少なくとも一部に凹凸構造を有する。
【００１２】
この構成によれば、オーミックリセス部の端面（壁面、底面）の少なくとも一部に凹凸構造を有するので、オーミックリセス部の表面積が大きくなる。したがって、オーミック電極とオーミックリセス部との接触面積を増大して、オーミック電極とオーミックリセス部とのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００１３】
ここで、前記凹凸構造は、ウェットエッチングにより形成されているようにしてもよい。
【００１４】
この構成によれば、ウェットエッチングにより、結晶欠陥による高抵抗層を除去するとともに、オーミックリセス部の端面（壁面、底面）の少なくとも一部に凹凸構造を形成することができる。したがって、オーミック電極とオーミックリセス部との接触面積を増大してコンタクト抵抗を低減することができる。
【００１５】
ここで、前記凹凸構造は、主に（−１１００）面と（０１−１０）面とからなる三角形状により構成されているようにしてもよい。
【００１６】
また、前記第１の窒化物半導体層および前記第２の窒化物半導体層は、＜０００１＞方向に積層され、前記凹凸構造は、前記オーミックリセス部において＜１１−２０＞方向と垂直な面に形成されているようにしてもよい。
【００１７】
また、前記第１の窒化物半導体層および前記第２の窒化物半導体層は、＜１−１００＞方向に積層され、前記凹凸構造は、前記オーミックリセス部において＜１１−２０＞方向と垂直な面に形成されているようにしてもよい。
【００１８】
また、前記第１の窒化物半導体層および前記第２の窒化物半導体層は、＜１１−２０＞方向に積層され、前記凹凸構造は、前記オーミックリセス部において＜１１−２０＞方向と垂直な面に形成されているようにしてもよい。
【００１９】
この構成によれば、結晶格子の（−１１００）面と（０１−１０）面とを利用して、（−１１００）面と（０１−１０）面とからなる三角形状の微小な凹凸構造を形成することができる。
【００２０】
また、前記凹凸構造は、前記オーミックリセス部において＜１−１００＞方向と垂直な面に、＜１１−２０＞方向と平行に形成された（１０−１０）面を含む溝形状により構成されているようにしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、結晶格子の（１０−１０）面を利用して、＜１１−２０＞方向と平行に溝形状の微小な凹凸構造を形成することができる。
【００２２】
また、上記課題を解決するために本発明の一形態における窒化物半導体素子の製造方法は、オーミック電極を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、基板上に第１の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第１の窒化物半導体層上に、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の窒化物半導体層を形成する工程と、少なくとも前記第２の窒化物半導体層にオーミックリセス部を形成する工程と、前記オーミックリセス部において前記オーミック電極と接触される面の少なくとも一部に、凹凸構造を形成する工程とを含む。
【００２３】
この構成によれば、オーミックリセス部の端面（壁面、底面）の少なくとも一部に凹凸構造が形成されるので、オーミックリセス部の表面積が大きくなる。したがって、オーミック電極とオーミックリセス部との接触面積を増大して、オーミック電極とオーミックリセス部とのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００２４】
ここで、前記凹凸構造を形成する工程において、前記凹凸構造はウェットエッチングにより形成されるようにしてもよい。
【００２５】
この構成によれば、ウェットエッチングにより、結晶欠陥による高抵抗層を除去するとともに、オーミックリセス部の端面（壁面、底面）の少なくとも一部に凹凸構造を形成することができる。したがって、オーミック電極とオーミックリセス部との接触面積を増大してコンタクト抵抗を低減することができる。
【００２６】
ここで、前記オーミックリセス部に、前記オーミック電極を接触して形成する工程をさらに含むようにしてもよい。
【００２７】
この構成によれば、微小な凹凸構造を有するオーミックリセス部の端面（壁面、底面）にオーミック電極が接触して形成されるので、オーミック電極とオーミックリセス部との接触面積を増大してコンタクト抵抗を低減することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にかかる窒化物半導体素子によれば、オーミック電極とオーミックリセス部とのコンタクト抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】本発明にかかる窒化物半導体素子の構成を説明するための断面図である。
【図１Ｂ】本発明にかかる窒化物半導体素子の構成を説明するための断面図である。
【図１Ｃ】本発明にかかる窒化物半導体素子の構成を説明するための断面図である。
【図２Ａ】ウェットエッチング前の窒化物半導体素子の上面図である。
【図２Ｂ】ウェットエッチング後の窒化物半導体素子の上面図である。
【図３】図２Ｂに示す窒化物半導体素子の上面図の詳細な説明のための図であり、（ａ）は窒化物半導体の面方位を示す概略図、（ｂ）は図２Ｂに示した窒化物半導体素子の部分拡大図である。
【図４】オーミックリセス部の＜１−１００＞方向および＜１１−２０＞方向におけるコンタクト抵抗値を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる窒化物半導体素子の構成を示す断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施の形態１にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施の形態１にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図６Ｃ】本発明の実施の形態１にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図６Ｄ】本発明の実施の形態１にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態２にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態２にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｃ】本発明の実施の形態２にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｄ】本発明の実施の形態２にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかる窒化物半導体素子の構成を示す断面図である。
【図９Ａ】本発明の実施の形態３にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図９Ｂ】本発明の実施の形態３にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図９Ｃ】本発明の実施の形態３にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図９Ｄ】本発明の実施の形態３にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図１０】従来の窒化物半導体素子の構成を示す断面図である。
【図１１】課題を説明するための窒化物半導体素子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明にかかる窒化物半導体素子の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態および添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。
【００３１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる窒化物半導体素子の構成について説明する。本実施の形態では、基板上に形成された第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、少なくとも第２の窒化物半導体層に形成されたオーミックリセス部と、オーミックリセス部に接触して設けられたオーミック電極とを備え、オーミックリセス部は、オーミック電極と接触する面の少なくとも一部に凹凸構造を有する窒化物半導体素子について説明する。これにより、オーミック電極とオーミックリセス部とのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００３２】
まず、本願発明者が見出した、従来よりもコンタクト抵抗を低減する方法について示す。
【００３３】
図１Ａに示すように、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、シリコン（Ｓｉ）もしくは窒化ガリウム（ＧａＮ）、サファイア、もしくはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなる基板３０１の主面上に、膜厚が２μｍのＧａＮチャネル層３０２、膜厚が２５ｎｍ（１０〜５００ｎｍ）のたとえばＡｌ0.30Ｇａ0.70ＮからなるＡｌＧａＮバリア層３０３を順次成長する。ＡｌＧａＮバリア層３０３のバンドギャップは、ＧａＮチャネル層３０２のバンドギャップよりも大きい。これにより、ＧａＮチャネル層３０２とＡｌＧａＮバリア層３０３とのヘテロ接合界面には、２次元電子ガスによるチャネル３０４が形成される。ＧａＮチャネル層３０２は、窒化物半導体ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）において、ｘ＝０、ｙ＝０とした窒化物半導体からなるチャネル層、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ｎは、ｘ＝０．３０、ｙ＝０とした窒化物半導体からなるバリア層である。
【００３４】
次に、所定のパターンを有するマスクをＡｌＧａＮバリア層３０３の上面に配置して、ＡｌＧａＮバリア層３０３をドライエッチングすることにより、図１Ｂに示すように、凹状のオーミックリセス部３０５が形成される。オーミックリセス部３０５は、図１Ｃに示すように、ＦＥＴのソース電極、ドレイン電極であるオーミック電極３０７をＧａＮチャネル層３０２、ＡｌＧａＮバリア層３０３に接触して設けるための、コンタクト部分である。オーミックリセス部３０５は、ＡｌＧａＮバリア層３０３の上面からＡｌＧａＮバリア層３０３を貫通してＧａＮチャネル層３０２に凹状に形成され、図１Ｂに示すように、壁面３０５ａと底面３０５ｂを有する。以上により、窒化物半導体素子を構成する積層構造体３０６が形成される。
【００３５】
この際、前記オーミックリセス部３０５の壁面３０５ａには、ドライエッチングにより高抵抗層が形成される。つまり、オーミックリセス部３０５はドライエッチングにより形成されたため、オーミックリセス部３０５の壁面はエッチングにより結晶欠陥が発生することがある。この結晶欠陥により、オーミックリセス部３０５の壁面は高抵抗化し、この高抵抗化された高抵抗層によりコンタクト抵抗が上昇する。そこで、コンタクト抵抗の低減のため、ウェットエッチングなどにより高抵抗層を除去する必要がある。
【００３６】
高抵抗層の除去は、積層構造体３０６を、２５℃、濃度０．１ｍｏｌ／ｌの水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液に４０分間浸しウェットエッチングを行う。これにより、前記オーミックリセス部３０５は、横方向、つまり、壁面３０５ａと垂直な方向にエッチングされ、高抵抗層が除去される。
【００３７】
図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれウェットエッチング前後の積層構造体３０６の上面図である。
【００３８】
図２Ａに示した窒化物半導体素子の上面図のように、オーミックリセス部３０５の長手方向の端面を＜１−１００＞方向に実質的に平行に形成すると、ＫＯＨ溶液でウェットエッチング処理することで、図２Ｂのような凹凸構造が形成される。具体的には、＜１１−２０＞方向に垂直な面と＜１−１００＞方向に垂直な面では、面方位が異なるため、エッチングにより形成される凹凸構造が異なる。
【００３９】
図３は、図２Ｂに示した窒化物半導体素子の上面図の詳細な説明のための図である。
ここで、図３（ａ）は、窒化物半導体ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の面方位を示している。ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮは、ウルツ鉱構造の結晶であり、図３（ａ）に示すように、サファイアやＳｉＣ等と同様の六方晶系結晶構造の結晶面の表記により面方位が定められる。また、図３（ｂ）に示すように、オーミックリセス部３０５は、ＡｌＧａＮバリア層３０３の上面から見て、＜１−１００＞方向に長手方向を有する長方形状に、２箇所に形成される。
【００４０】
上記したように、オーミックリセス部３０５の壁面３０５ａをＫＯＨ溶液によりウェットエッチング処理する場合、オーミックリセス部３０５の壁面３０５ａには、微小な凹凸構造が形成される。これは、ウェットエッチングにより、オーミックリセス部３０５の壁面３０５ａにおいて、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮが結晶格子単位でエッチングされ、図３（ｂ）に示すように、＜１１−２０＞方向と垂直なオーミックリセス部３０５の壁面３０５ａでは（−１１００）面および（０１−１０）面からなるファセットが、＜１−１００＞方向と垂直なオーミックリセス部３０５の壁面３０５ａでは（１０−１０）面を含むファセットが露出するためである。
【００４１】
これにより、オーミックリセス部３０５において＜１１−２０＞方向と垂直なオーミックリセス部３０５の壁面３０５ａには、図３（ｂ）に示すように、上面から見て主に（−１１００）面と（０１−１０）面とからなる、一辺が３０ｎｍ或いは約１０ｎｍ〜５００ｎｍほどの微小な三角形状の凹凸構造が形成される。このとき、オーミックリセス部３０５の長手方向が完全に＜１−１００＞方向と平行でない場合であっても、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮは結晶格子単位でエッチングされるので、ＫＯＨ溶液によるウェットエッチング処理により（−１１００）面と（０１−１０）面とからなる三角形状の凹凸構造が形成される。（−１１００）面と（０１−１０）面とからなる三角形状の一辺は、ＫＯＨ溶液のモル濃度が高いほど長くなり、たとえば、ＫＯＨ溶液のモル濃度が３ｍｏｌ／ｌのとき三角形状の一辺は１００ｎｍほど、０．１ｍｏｌ／ｌのときには３０ｎｍほどとなる。
【００４２】
また、オーミックリセス部３０５において＜１−１００＞方向と垂直なオーミックリセス部３０５の壁面３０５ａには、（１０−１０）面を含む溝形状が＜１１−２０＞方向と平行に多数形成される。このため、＜１−１００＞方向と垂直なオーミックリセス部３０５の壁面３０５ａは、図３（ｂ）に示すように、上面から見てほぼ直線状（（１０−１０）面と実質的に平行）となる。なお、ウェットエッチングに用いる溶液はＫＯＨに限らず、ＮａＯＨなどその他のアルカリ系溶液を用いてもよい。
【００４３】
オーミック電極３０７とオーミックリセス部３０５とのコンタクト抵抗を低減するには、オーミック電極３０７とオーミックリセス部３０５との接触面積が大きいほうがよく、オーミックリセス部３０５の壁面３０５ａに凹凸構造を設けることは、接触面積を増大するのに効果的である。一方、凹凸構造が大きいと、電界が凹凸構造に集中してデバイスが破壊されることがある。したがって、電界集中を防止するためには凹凸構造は微小なほうがよく、三角形状の一辺は可能な限り小さいほうがよい。微小な凹凸構造をするために、たとえば、電子線（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ：ＥＢ）露光により数ｎｍオーダーの微細な形状をレジストにパターニングし、その後レジストマスクによりドライエッチングを行う方法も挙げられる。しかし、この場合、ドライエッチングやレジストの剥離等により、形成されたパターンの壁面には多量の結晶欠陥が形成されてしまう。この欠陥により、コンタクト抵抗は高くなる。また、パターンの壁面の結晶欠陥を除去しようとして本手法以外のウェットエッチングにより欠陥除去を行うと、形成された微細なパターンがエッチングにより消失してしまう。しかし、発明者らは、本手法により一辺が数十ｎｍから数百ｎｍほどの三角形状からなる微細な形状を自己形成させることができることを見出した。
【００４４】
なお、ドライエッチングにより形成されたオーミックリセス部３０５の長手方向の壁面３０５ａは、上記した実施の形態に示したように＜１−１００＞方向と平行でなくてもよい。＜１−１００＞方向に対して、−４５°〜４５°程度傾いていても、オーミックリセス部３０５の壁面３０５ａおよび底面３０５ｂは、ウェットエッチングにより結晶格子単位でエッチングされるため、オーミックリセス部３０５の壁面３０５ａおよび底面３０５ｂには、微小な凹凸構造を形成することができるため、本発明の効果を奏する。
【００４５】
ここで、ＫＯＨ溶液エッチングによるコンタクト抵抗低減の効果を調べるため、オーミックリセス部３０５を＜１１−２０＞方向と＜１−１００＞方向に矩形に形成し、ＫＯＨ溶液で４０分間処理し、＜１−１００＞方向、＜１１−２０＞方向に通電した場合のＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｌｉｇｎ  Ｍｅｔｈｏｄ：ＴＬＭ）によるコンタクト抵抗の評価を実施した。
【００４６】
図４は、矩形のオーミックリセス部３０５を０．１ｍｏｌ／ｌの濃度で２５℃のＫＯＨ溶液にて４０分間ウェットエッチングし、オーミックリセス部３０５に、たとえば、図１Ｃに示すように、Ｔｉ／Ａｌからなるオーミック電極３０７を形成し、オーミック電極３０７の通電端面をそれぞれ＜１−１００＞方向、＜１１−２０＞方向として通電を行った場合のコンタクト抵抗値を示す。
【００４７】
図４より、ＫＯＨ溶液によるウェットエッチング処理を行った場合は、＜１１−２０＞方向に通電を行った場合のコンタクト抵抗値（０．９Ω・ｍｍ程度）のほうが、＜１−１００＞方向に通電を行った場合のコンタクト抵抗値（１．１Ω・ｍｍ程度）よりも明瞭に低かった。これは、＜１１−２０＞方向では、上記したように（−１１００）面と（０１−１０）面とからなる三角形状の凹凸構造が形成され、＜１−１００＞方向よりも表面積が増大しているので、コンタクト抵抗が下がったことによる。また、ＫＯＨ溶液処理を行わなかった場合、オーミックリセス部３０５の壁面３０５ａにドライエッチングに伴う結晶欠陥が発生し、これにより高抵抗化したためコンタクトがとれなかった。
【００４８】
次に、本願発明者が見出したコンタクト抵抗を低減する条件を適用した窒化物半導体素子について以下に説明する。
【００４９】
図５は、本実施の形態にかかる窒化物半導体素子４００の構成を示す断面図である。
図５に示すように、本実施の形態にかかる窒化物半導体素子４００は、基板４０１と、第１の窒化物半導体層であるＧａＮチャネル層４０２と、第２の窒化物半導体層であるＡｌＧａＮバリア層４０３と、オーミックリセス部４０５とにより構成される積層構造体４０６と、オーミック電極４０７と、ゲート電極４０８とを備えている。ＡｌＧａＮバリア層４０３のバンドギャップは、ＧａＮチャネル層４０２のバンドギャップよりも大きく、ＧａＮチャネル層４０２とＡｌＧａＮバリア層４０３とのヘテロ界面近傍には、２次元電子ガスによるチャネル４０４が形成されている。
【００５０】
図６Ａ〜図６Ｄは、本実施の形態にかかる窒化物半導体素子４００の製造工程を示す断面図である。
【００５１】
図６Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ法により、Ｓｉ、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣなどからなる基板４０１の主面上に、膜厚が２μｍのＧａＮチャネル層４０２、膜厚が２５ｎｍ（１０〜５００ｎｍ）のＡｌ0.30Ｇａ0.70ＮからなるＡｌＧａＮバリア層４０３を＋ｃ面方向（＜０００１＞方向）に順次成長する。このとき、前記ＧａＮチャネル層４０２の一部には、２次元電子ガスによるチャネル４０４が形成される。なお、基板４０１の主面は、ＧａＮチャネル層４０２およびＡｌＧａＮバリア層４０３が＋ｃ面方向に成長する面となっている。また、基板４０１がＧａＮからなる場合は、基板４０１とＧａＮチャネル層４０２との間に、バッファ層が必要となる。バッファ層は、高抵抗なＡｌＮが好ましいが、ＡｌＧａＮ、ＧａＮでもよい。また、基板４０１がＳｉ、サファイア、ＳｉＣからなる場合も、同様に、基板４０１とＧａＮチャネル層４０２との間に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなるバッファ層を形成してもよい。
【００５２】
次に、図６Ｂに示すように、所定のパターンを有するマスクを配置してＡｌＧａＮバリア層４０３をドライエッチングしてオーミックリセス部４０５を形成する。このとき、前記オーミックリセス部４０５は長手方向が＜１−１００＞方向に実質的に平行となるように形成する。また、オーミックリセス部４０５は、ＡｌＧａＮバリア層４０３を貫通し、ＧａＮチャネル層４０２は貫通せず、２次元電子ガスによるチャネル４０４よりも下まで届くように形成する。
【００５３】
以上により形成された積層構造体４０６を、２５℃、０．１ｍｏｌ／ｌの濃度のＫＯＨ溶液に４０分間浸し、ウェットエッチングを行う。これにより、ドライエッチングによる結晶欠陥により形成された高抵抗層が除去されると同時に、オーミックリセス部４０５の＜１１−２０＞方向と垂直な壁面４０５ａには（−１１００）面と（０１−１０）面とからなるファセットによる凹凸構造が形成される。
【００５４】
次に、図６Ｃに示すように、オーミックリセス部４０５を覆うように、たとえばＴｉ／Ａｌからなるオーミック電極４０７を形成する。オーミック電極４０７は、オーミックリセス部４０５の壁面４０５ａにおいて、ＡｌＧａＮバリア層４０３およびＧａＮチャネル層４０２に接し、オーミックリセス部４０５の底面４０５ｂにおいて、ＧａＮチャネル層４０２に接する。
【００５５】
次に、図６Ｄに示すように、たとえばＮｉ／Ａｕからなるゲート電極４０８を形成する。このとき、ゲート電極４０８は＜１−１００＞方向、つまり、オーミックリセス部４０５に形成されたオーミック電極４０７の長手方向と平行な方向に長手方向を有する直方体状に形成する。オーミック電極４０７およびゲート電極４０８は、たとえば、スパッタリング法により形成される。
【００５６】
以上により、オーミックリセス部４０５をＫＯＨ溶液にてウェットエッチングし、オーミックリセス部４０５の壁面４０５ａに形成された高抵抗層を除去すると同時に、オーミックリセス部４０５の壁面４０５ａに形成された微小な凹凸構造により、たとえば結晶欠陥部分に電界が集中するのを抑制しつつ、オーミックリセス部４０５の壁面４０５ａとオーミック電極４０７との接触面積を増大して、コンタクト抵抗を従来のものよりも低減することができる。
【００５７】
なお、オーミックリセス部４０５はＡｌＧａＮバリア層４０３を貫通しなくても、ＡｌＧａＮバリア層４０３のみに凹状に形成されてもよい。この場合であっても、オーミックリセス部４０５の壁面４０５ａにおけるＡｌＧａＮバリア層４０３には微小な凹凸構造が形成されるため、本発明の効果を奏する。
【００５８】
また、凹凸構造は、オーミックリセス部４０５の壁面４０５ａに限らず底面４０５ｂにも形成されてもよい。この場合、底面４０５ｂでもオーミックリセス部４０５とオーミック電極４０７との接触面積がより増大するため、コンタクト抵抗がさらに低減される。
【００５９】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、実施の形態１において結晶成長が＋ｃ面方向（＜０００１＞方向）になされていたものが、実施の形態２においては結晶成長が＋ｍ面方向（＜１−１００＞方向）になされている点である。実施の形態２においては、実施の形態１の場合と同様、オーミックリセス部の壁面の表面積を増大させることによってコンタクト抵抗低減が可能となる。
【００６０】
図７Ａ〜図７Ｄは、本実施の形態にかかる窒化物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【００６１】
図７Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ法により、Ｓｉ、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣなどからなる基板５０１の主面上に、膜厚が２μｍのＧａＮチャネル層５０２、膜厚が２５ｎｍ（１０〜５００ｎｍ）のＳｉドーピングを行った、ｎ型Ａｌ0.30Ｇａ0.70ＮからなるＡｌＧａＮバリア層５０３を、＋ｍ面方向（＜１−１００＞方向）に順次成長する。このとき、ＳｉドーピングによってＡｌＧａＮバリア層５０３とＧａＮチャネル層５０２とのヘテロ界面には電界が発生し、ヘテロ界面に電荷が引き寄せられる。これにより、ＧａＮチャネル層５０２の一部には、２次元電子ガスによるチャネル５０４が形成される。
【００６２】
なお、基板５０１の主面は、ＧａＮチャネル層５０２およびＡｌＧａＮバリア層５０３が＋ｍ面方向に成長する面となっている。基板５０１がＧａＮからなる場合は、基板５０１とＧａＮチャネル層５０２との間に、バッファ層が必要となる。バッファ層は、高抵抗なＡｌＮが好ましいが、ＡｌＧａＮ、ＧａＮでもよい。また、基板５０１がＳｉ、サファイア、ＳｉＣからなる場合も、同様に、基板５０１とＧａＮチャネル層５０２との間に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなるバッファ層を形成してもよい。
【００６３】
次に、図７Ｂに示すように、所定のパターンを有するマスクを配置してＡｌＧａＮバリア層５０３をドライエッチングしてオーミックリセス部５０５を形成する。このとき、前記オーミックリセス部５０５は長手方向が＜０００１＞方向に実質的に平行となるように形成する。また、オーミックリセス部５０５は、ＡｌＧａＮバリア層５０３を貫通し、ＧａＮチャネル層５０２は貫通せず、２次元電子ガスによるチャネル５０４よりも下まで届くように形成する。
【００６４】
以上により形成された積層構造体５０６を、２５℃、０．１ｍｏｌ／ｌの濃度のＫＯＨ溶液に４０分間浸し、ウェットエッチングを行う。これにより、ドライエッチングによる結晶欠陥により形成された高抵抗層が除去されると同時に、オーミックリセス部５０５の＜１１−２０＞方向と垂直な壁面５０５ａには（−１１００）面と（０１−１０）面とからなるファセットによる凹凸構造が形成される。
【００６５】
次に、図７Ｃに示すように、オーミックリセス部５０５を覆うように、たとえばＴｉ／Ａｌからなるオーミック電極５０７を形成する。オーミック電極５０７は、オーミックリセス部５０５の壁面５０５ａにおいて、ＡｌＧａＮバリア層５０３およびＧａＮチャネル層５０２に接し、オーミックリセス部５０５の底面５０５ｂにおいて、ＧａＮチャネル層５０２に接する。
【００６６】
次に、図７Ｄに示すように、たとえばＮｉ／Ａｕからなるゲート電極５０８を形成する。このとき、ゲート電極５０８は＜０００１＞方向、つまり、オーミックリセス部５０５に形成されたオーミック電極５０７の長手方向と平行な方向に長手方向を有する直方体状に形成する。オーミック電極５０７およびゲート電極５０８は、たとえば、スパッタリング法により形成される。
【００６７】
以上により、オーミックリセス部５０５をＫＯＨ溶液にてウェットエッチングし、オーミックリセス部５０５の壁面５０５ａに形成された高抵抗層を除去すると同時に、オーミックリセス部５０５の壁面５０５ａに形成された微小な凹凸構造により、たとえば結晶欠陥部分に電界が集中するのを抑制しつつ、オーミックリセス部５０５の壁面５０５ａとオーミック電極５０７との接触面積を増大して、コンタクト抵抗を従来のものよりも低減することができる。
【００６８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３が実施の形態１と異なる点は、本実施の形態にかかる窒化物半導体素子において、オーミックリセス部が第２の窒化物半導体層であるＡｌＧａＮバリア層のみに形成される点である。実施の形態１においては、オーミックリセス部の壁面における表面積の増大を図ったが、オーミックリセス部の底面がＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面よりも表面側に位置する場合、オーミックリセス部の底面から電流が流れる。このため、オーミックリセス部の底面の表面積が増大することにより電流が流れやすくなるため、コンタクト抵抗低減が可能となる。
【００６９】
以下、実施の形態３にかかる窒化物半導体素子６００について、製造方法と共に説明する。
【００７０】
図８は本実施の形態にかかる窒化物半導体素子６００の構成を示す断面図である。
図８に示すように、本実施の形態にかかる窒化物半導体素子６００は、基板６０１と、第１の窒化物半導体層であるＧａＮチャネル層６０２と、第２の窒化物半導体層であるＡｌＧａＮバリア層６０３と、オーミックリセス部６０７と、オーミック電極６０８と、ゲート電極６０９とを備えている。ＡｌＧａＮバリア層６０３のバンドギャップは、ＧａＮチャネル層６０２のバンドギャップよりも大きく、ＧａＮチャネル層６０２とＡｌＧａＮバリア層６０３とのヘテロ界面近傍には、２次元電子ガスによるチャネル６０４が形成されている。
【００７１】
図９Ａ〜図９Ｄは、本実施の形態にかかる窒化物半導体素子６００の製造工程を示す断面図である。
【００７２】
図９Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ法により、Ｓｉ、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣなどからなる基板６０１の主面上に、膜厚が２μｍのＧａＮチャネル層６０２、膜厚が２５ｎｍ（１０〜５００ｎｍ）のＳｉドーピングを行った、ｎ型Ａｌ0.30Ｇａ0.70ＮからなるＡｌＧａＮバリア層６０３を、＋ａ面方向（＜１１−２０＞方向）に順次成長する。このとき、ＳｉドーピングによってＡｌＧａＮバリア層６０３とＧａＮチャネル層６０２とのヘテロ界面には電界が発生し、ヘテロ界面に電荷が引き寄せられる。これにより、ＧａＮチャネル層６０２の一部には、２次元電子ガスによるチャネル６０４が形成される。
【００７３】
なお、基板６０１の主面は、ＧａＮチャネル層６０２およびＡｌＧａＮバリア層６０３が＋ａ面方向に成長する面となっている。また、基板６０１がＧａＮからなる場合は、基板６０１とＧａＮチャネル層６０２との間に、バッファ層が必要となる。バッファ層は、高抵抗なＡｌＮが好ましいが、ＡｌＧａＮ、ＧａＮでもよい。また、基板６０１がＳｉ、サファイア、ＳｉＣからなる場合も、同様に、基板６０１とＧａＮチャネル層６０２との間に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなるバッファ層を形成してもよい。
【００７４】
次に、図９Ｂに示すように、ＡｌＧａＮバリア層６０３上に、たとえばＳｉＯ2からなるマスク６０５を形成する。マスク６０５は、ＡｌＧａＮバリア層６０３上にＳｉＯ2層を設けた後、ＳｉＯ2層の上面にレジストを塗布してパターニングを行うことにより、所定位置に凹部を形成する。その後、フッ酸によりウェットエッチングを行い、レジスト除去を行うことで、オーミックリセス部６０７を形成するようにマスク６０５のパターニングを行っている。これにより、積層構造体６０６が形成される。なお、オーミックリセス部６０７は、壁面６０７ａと底面６０７ｂを有し、壁面６０７ａはマスク６０５を構成する材料であるＳｉＯ2、底面６０７ｂはＡｌＧａＮバリア層６０３からなる構成となる。
【００７５】
以上により形成された積層構造体６０６を、２５℃、０．１ｍｏｌ／ｌの濃度のＫＯＨ溶液に１２０分間浸し、ウェットエッチングを行う。これにより、ドライエッチングによる結晶欠陥により形成された高抵抗層が除去されると同時に、ＡｌＧａＮバリア層６０３の＜１１−２０＞方向と垂直な表面に形成されたオーミックリセス部６０７の底面６０７ｂには、（−１１００）面と（０１−１０）面とからなるファセット（１辺が約１０ｎｍ〜５００ｎｍ）による凹凸構造が形成される。
【００７６】
次に、図９Ｃに示すように、マスク６０５をフッ酸により除去し、所定のパターンを有するマスクを配置して、上記したオーミックリセス部６０７の底面６０７ｂの位置に、たとえばＴｉ／Ａｌからなるオーミック電極６０８を形成する。次に、図９Ｄに示すように、たとえばＮｉ／Ａｕからなるゲート電極６０９を形成する。オーミック電極６０８およびゲート電極６０９は、たとえば、スパッタリング法により形成される。
【００７７】
以上により、オーミックリセス部６０７をＫＯＨ溶液にてウェットエッチングし、オーミックリセス部６０７の底面６０７ｂに形成された高抵抗層を除去すると同時に、オーミックリセス部６０７の底面６０７ｂに形成された微小な凹凸構造により、たとえば結晶欠陥部分に電界が集中するのを抑制しつつ、オーミックリセス部６０７の底面６０７ｂとオーミック電極６０８の接触面積を増大することが可能である。これにより、コンタクト抵抗を従来のものよりも低減することができる。
【００７８】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。
【００７９】
たとえば、基板、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層、マスクの材料は、上記した実施の形態に示した例に限らず適宜変更してもよい。たとえば、ＧａＮチャネル層、ＡｌＧａＮバリア層は、窒化物半導体ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のｘ、ｙを変更して各原子の割合を変更してもよいし、これらの材料に限らず、その他の窒化物半導体材料であってもよい。
【００８０】
また、基板の種類は上記した実施の形態に示した例に限らず適宜変更してもよい。また、基板の主面は＋ｃ面（＜０００１＞方向）、＋ａ面（＜１１−２０＞方向）、＋ｍ面（＜１−１００＞方向）に限らず、オフ角を有する面、つまり、面方位がウエハ面からずれたものであってもよい。基板がＳｉ、サファイア、ＳｉＣからなる場合は、基板とＧａＮチャネル層との間に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなるバッファ層を形成してもよい。
【００８１】
また、窒化物半導体素子の形成方法やエッチング方法は、上記した方法に限定されず、これらの方法を組み合わせたり、その他の方法であってもよい。
【００８２】
また、オーミックリセス部の長手方向の壁面は、上記した実施の形態に示したように＜１−１００＞方向や＜０００１＞方向と平行でなくてもよい。＜１−１００＞方向や＜０００１＞方向に対して、−４５°〜４５°程度傾いていても、オーミックリセス部の壁面および底面は、ウェットエッチングにより結晶格子単位でエッチングされるため、オーミックリセス部の長手方向の壁面および底面には、微小な凹凸構造を形成することができるため、本発明の効果を奏する。
【００８３】
また、本発明にかかる窒化物半導体には、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明にかかる窒化物半導体素子を備えた各種デバイスなども本発明に含まれる。たとえば、本発明にかかる窒化物半導体素子を備えた高周波用デバイスも本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明にかかる窒化物半導体素子は、特に、高周波用のトランジスタおよびその製造方法等として有用である。
【符号の説明】
【００８５】
３０１、４０１、５０１、６０１、１１０１    基板
３０２、４０２、５０２、６０２、１１０２、１２０２    ＧａＮチャネル層（第１の窒化物半導体層）
３０３、４０３、５０３、６０３、１１０３，１２０３    ＡｌＧａＮバリア層（第２の窒化物半導体層）
３０４、４０４、５０４、６０４、１１０４、１２０４    チャネル
３０５、４０５、５０５、６０７、１２０５    オーミックリセス部
３０７、４０７、５０７、６０８、１１０７、１２０７    オーミック電極
４００、６００    窒化物半導体素子
【図１Ａ】
0005590874.tif 000002
【図１Ｂ】
0005590874.tif 000003
【図１Ｃ】
0005590874.tif 000004
【図２Ａ】
0005590874.tif 000005
【図２Ｂ】
0005590874.tif 000006
【図３】
0005590874.tif 000007
【図４】
0005590874.tif 000008
【図５】
0005590874.tif 000009
【図６Ａ】
0005590874.tif 000010
【図６Ｂ】
0005590874.tif 000011
【図６Ｃ】
0005590874.tif 000012
【図６Ｄ】
0005590874.tif 000013
【図７Ａ】
0005590874.tif 000014
【図７Ｂ】
0005590874.tif 000015
【図７Ｃ】
0005590874.tif 000016
【図７Ｄ】
0005590874.tif 000017
【図８】
0005590874.tif 000018
【図９Ａ】
0005590874.tif 000019
【図９Ｂ】
0005590874.tif 000020
【図９Ｃ】
0005590874.tif 000021
【図９Ｄ】
0005590874.tif 000022
【図１０】
0005590874.tif 000023
【図１１】
0005590874.tif 000024