(57)【要約】【課題】窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極において、コンタクト抵抗（接触抵抗）の低減と、表面モホロジー（表面粗さ）の悪化の抑制とを両立できるオーミック電極を提供することによって、半導体装置の性能向上を図ることができる技術を提供する。【解決手段】ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの間に挿入されている第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係が満たされている。このように構成された積層体ＬＡＢを、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極をＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成することができる。【選択図】図１３
2014239082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）窒化物半導体層上に積層体を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程後、前記積層体に対して、熱処理を施すことにより、電極を形成する工程と、を備え、
前記積層体は、
前記窒化物半導体層上に形成された第１モリブデン膜と、
前記第１モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、
前記アルミニウム膜上に形成された第２モリブデン膜と、
前記第２モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、
前記第１モリブデン膜の膜厚をＸとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たしている半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記アルミニウム膜の膜厚をＹとし、前記金膜の膜厚をＺとした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係を満たしている半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ａ）工程は、
（ａ１）前記窒化物半導体層上に、開口部を有するレジスト膜を形成する工程と、
（ａ２）前記開口部内を含む前記レジスト膜上に前記第１モリブデン膜を形成する工程と、
（ａ３）前記第１モリブデン膜上に前記アルミニウム膜を形成する工程と、
（ａ４）前記アルミニウム膜上に第２モリブデン膜を形成する工程と、
（ａ５）前記第２モリブデン膜上に金膜を形成する工程と、
（ａ６）前記（ａ５）工程後、前記レジスト膜を除去することにより、前記レジスト膜上に形成されている前記第１モリブデン膜、前記アルミニウム膜、前記第２モリブデン膜および前記金膜をリフトオフして、前記積層体を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ａ）工程の前に、基板上に前記窒化物半導体層を形成する工程をさらに有し、
前記基板は、サファイア基板、炭化シリコン基板、あるいは、シリコン基板のいずれかから形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体層は、ガリウムを含む窒化物半導体層である半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体層は、ＧａＮ層、あるいは、ＡｌＧａＮ層である半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｂ）工程で実施される熱処理の温度は、６５０℃以上８５０℃以下である半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｂ）工程で実施される熱処理の温度は、７００℃以上８００℃以下である半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記電極は、前記熱処理を施すことにより、前記窒化物半導体層とオーミック接触する半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
（ａ）窒化物半導体層上に積層体を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程後、前記積層体に対して、熱処理を施すことにより、電極を形成する工程と、を備え、
前記積層体は、
前記窒化物半導体層上に形成された第１モリブデン膜と、
前記第１モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、
前記アルミニウム膜上に形成された第２モリブデン膜と、
前記第２モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、
前記アルミニウム膜の膜厚をＹとし、前記金膜の膜厚をＺとした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係を満たしている半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ａ）工程は、
（ａ１）前記窒化物半導体層上に、開口部を有するレジスト膜を形成する工程と、
（ａ２）前記開口部内を含む前記レジスト膜上に前記第１モリブデン膜を形成する工程と、
（ａ３）前記第１モリブデン膜上に前記アルミニウム膜を形成する工程と、
（ａ４）前記アルミニウム膜上に第２モリブデン膜を形成する工程と、
（ａ５）前記第２モリブデン膜上に金膜を形成する工程と、
（ａ６）前記（ａ５）工程後、前記レジスト膜を除去することにより、前記レジスト膜上に形成されている前記第１モリブデン膜、前記アルミニウム膜、前記第２モリブデン膜および前記金膜をリフトオフして、前記積層体を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｃ）工程の前に、基板上に窒化物半導体層を形成する工程をさらに有し、
前記基板は、サファイア基板、炭化シリコン基板、あるいは、シリコン基板のいずれかから形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体層は、ガリウムを含む窒化物半導体層である半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体層は、ＧａＮ層、あるいは、ＡｌＧａＮ層である半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｂ）工程で実施される熱処理の温度は、６５０℃以上８５０℃以下である半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｂ）工程で実施される熱処理の温度は、７００℃以上８００℃以下である半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
（ａ）窒化物半導体層と、
（ｂ）前記窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有する電極と、を備え、
前記電極は、前記窒化物半導体層上に形成された積層体に対して熱処理を施すことにより形成され、
前記積層体は、
（ｃ１）前記窒化物半導体層上に形成された第１モリブデン膜と、
（ｃ２）前記第１モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、
（ｃ３）前記アルミニウム膜上に形成された第２モリブデン膜と、
（ｃ４）前記第２モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、
前記第１モリブデン膜の膜厚をＸとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たしている半導体装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の半導体装置であって、
前記アルミニウム膜の膜厚をＹとし、前記金膜の膜厚をＺとした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係を満たしている半導体装置。
【請求項１９】
（ａ）窒化物半導体層と、
（ｂ）前記窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有する電極と、を備え、
前記電極は、前記窒化物半導体層上に形成された積層体に対して熱処理を施すことにより形成され、
前記積層体は、
（ｃ１）前記窒化物半導体層上に形成された第１モリブデン膜と、
（ｃ２）前記第１モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、
（ｃ３）前記アルミニウム膜上に形成された第２モリブデン膜と、
（ｃ４）前記第２モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、
前記アルミニウム膜の膜厚をＹとし、前記金膜の膜厚をＺとした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係を満たしている半導体装置。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記電極は、前記窒化物半導体層との間でオーミック接触している半導体装置。
【請求項２１】
（ａ）窒化物半導体層と、
（ｂ）前記窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有し、かつ、前記窒化物半導体層との間でオーミック接触をしているオーミック電極と、を備え、
前記窒化物半導体層と前記オーミック電極との界面において、前記アルミニウムの原子％は、前記モリブデンの原子％よりも大きい半導体装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の半導体装置であって、
前記窒化物半導体層と前記オーミック電極との界面において、アルミニウム、モリブデン、および、金のうち、アルミニウムの原子％が最も大きい半導体装置。
【請求項２３】
（ａ）窒化物半導体層と、
（ｂ）前記窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有し、かつ、前記窒化物半導体層との間でオーミック接触をしているオーミック電極と、を備え、
前記窒化物半導体層と前記オーミック電極との界面において、前記アルミニウムの原子％は、前記金の原子％よりも大きい半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極を有する半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第３１５４３６４号（特許文献１）には、ｎ型ＧａＮ層上に、下から順に、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、高融点金属（ニッケル（Ｎｉ）またはチタン（Ｔｉ））、金（Ａｕ）を積層したオーミック電極が記載されている。そして、このオーミック電極を８００℃以上の高温で熱処理することにより、コンタクト抵抗の低い良好なオーミック電極が得られるとしている。
【０００３】
特開２００９−２００２９０号公報（特許文献２）には、アルミニウム（Ａｌ）膜とプラチナ（Ｐｔ）膜（あるいはモリブデン（Ｍｏ）膜）との間に、ニオブ（Ｎｂ）膜を挿入する構造をしたオーミック電極が記載されている。このオーミック電極に導入されているニオブ（Ｎｂ）膜は、アルミニウム（Ａｌ）膜が他の金属膜との間で共晶を形成することを抑制して、コンタクト抵抗の増加を防止する機能を有しているとしている。
【０００４】
非特許文献１には、ＡｌＧａＮ層上に、下から順に、モリブデン（Ｍｏ）（１５ｎｍ）、アルミニウム（Ａｌ）（６０ｎｍ）、モリブデン（Ｍｏ）（３５ｎｍ）、金（Ａｕ）（５０ｎｍ）を積層し、６５０℃以上の高温で熱処理することにより、良好なオーミック電極を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１５４３６４号
【特許文献２】特開２００９−２００２９０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Journal of Vacuum Science B22(5),2004,pp.2409-2416
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＧａＮ層やＡｌＧａＮ層に代表される窒化物半導体層を有する半導体装置においては、通常、この窒化物半導体層とオーミック接触を取るためのオーミック電極が形成されている。例えば、ｎ型の窒化物半導体層とオーミック接触を取るオーミック電極には、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造や、モリブデン（Ｍｏ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造が使用されている。このようなオーミック電極には、半導体装置の性能向上（信頼性向上を含む）の観点から、オーミック電極と窒化物半導体層とのコンタクト抵抗（接触抵抗）を低減するだけでなく、オーミック電極と窒化物半導体層との界面における表面モホロジー（表面粗さ）の悪化を抑制することが要求される。
【０００８】
ところが、本発明者がこれらの積層構造をしたオーミック電極について検討した結果、オーミック電極と窒化物半導体層との間のコンタクト抵抗（接触抵抗）の低減と、オーミック電極と窒化物半導体層との界面における表面モホロジー（表面粗さ）の悪化の抑制とを両立させることが、現状のオーミック電極の構造では困難であることが明らかになった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される課題を解決するための手段のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
（１）一実施の形態における半導体装置及びその製造方法は、積層体に熱処理を施すことにより形成された電極を有する。積層体は、窒化物半導体層上に形成された第１モリブデン膜と、第１モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、アルミニウム膜上に形成された第２モリブデン膜と、第２モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、かつ、第１モリブデン膜の膜厚をＸとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たす。
【００１１】
（２）一実施の形態における半導体装置及びその製造方法は、積層体に熱処理を施すことにより形成された電極を有する。積層体は、窒化物半導体層上に形成された第１モリブデン膜と、第１モリブデン膜上に形成されたアルミニウム膜と、アルミニウム膜上に形成された第２モリブデン膜と、第２モリブデン膜上に形成された金膜と、を有し、かつ、アルミニウム膜の膜厚をＹとし、前記金膜の膜厚をＺとした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係を満たす。
【００１２】
（３）一実施の形態における半導体装置は、窒化物半導体層上に形成され、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した構造を有し、かつ、窒化物半導体層との間でオーミック接触をしているオーミック電極を備える。このとき、窒化物半導体層とオーミック電極との界面において、アルミニウム、モリブデン、および、金のうち、アルミニウムの原子％が最も大きい。
【発明の効果】
【００１３】
一実施の形態によれば、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極において、コンタクト抵抗（接触抵抗）の低減と、表面モホロジー（表面粗さ）の悪化の抑制とを両立できる。これにより、半導体装置の性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ショットキー接触を構成する金属とｎ型半導体とを接触させる前のそれぞれのバンド構造を示す図である。
【図２】ショットキー接触において、平衡状態のバンド構造を示す図である。
【図３】ショットキー接触において、順方向状態のバンド構造を示す図である。
【図４】ショットキー接触において、逆方向状態のバンド構造を示す図である。
【図５】ショットキー接触における電流−電圧特性を示したグラフである。
【図６】オーミック接触を構成する金属とｎ型半導体とを接触させる前のそれぞれのバンド構造を示す図である。
【図７】オーミック接触において、平衡状態のバンド構造を示す図である。
【図８】オーミック接触において、順方向状態のバンド構造を示す図である。
【図９】オーミック接触において、逆方向状態のバンド構造を示す図である。
【図１０】オーミック接触における電流−電圧特性を示したグラフである。
【図１１】検討技術１に記載されているオーミック電極の構造を示す模式図である。
【図１２】検討技術２に記載されているオーミック電極の構造を示す模式図である。
【図１３】実施の形態１における積層体の構成を示す模式図である。
【図１４】実施の形態１における積層体の構成を示す模式図である。
【図１５】第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚と、オーミック電極と半導体層とのコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。
【図１６】第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚と、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示すグラフである。
【図１７】実施の形態１におけるオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図１８】図１７に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図１９】図１８に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図２０】図１９に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図２１】図２０に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図２２】図２１に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図２３】実施の形態２における積層体の構成を示す模式図である。
【図２４】実施の形態２における積層体の構成を示す模式図である。
【図２５】Ａｕ／Ａｌ膜厚比と、オーミック電極と半導体層とのコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。
【図２６】Ａｕ／Ａｌ膜厚比と、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示すグラフである。
【図２７】実施の形態２におけるオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図２８】図２７に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図２９】図２８に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図３０】図２９に続くオーミック電極の製造工程を示す断面図である。
【図３１】実施の形態３におけるＨＥＭＴの構成を示す断面図である。
【図３２】ＨＥＭＴのオフ動作を説明するためのバンド図である。
【図３３】ＨＥＭＴのオン動作を説明するためのバンド図である。
【図３４】実施の形態３におけるＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図３５】図３４に続くＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図３６】図３５に続くＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図３７】図３６に続くＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図３８】図３７に続くＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図３９】図３８に続くＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図４０】図３９に続くＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図４１】図４０に続くＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図４２】図４１に続くＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図４３】実施の形態４におけるＭＩＳＦＥＴの構成を示す断面図である。
【図４４】ＭＩＳＦＥＴのオフ動作を説明するための模式図である。
【図４５】ＭＩＳＦＥＴのオン動作を説明するための模式図である。
【図４６】実施の形態５における青色発光ダイオードの構成を示す断面図である。
【図４７】青色発光ダイオードのオフ動作を説明するためのバンド図である。
【図４８】青色発光ダイオードのオン動作を説明するためのバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１６】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１７】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１８】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１９】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２０】
（実施の形態１）
＜ショットキー接触＞
半導体装置では、例えば、半導体デバイスには半導体層が形成され、かつ、配線（電極も含む）には金属膜が使用されることから、半導体デバイスと配線とを電気的に接続して回路を構成するために、半導体層と金属膜とを接触させる必要あるが、一般的に、半導体層と金属膜とを接触させる場合、ショットキー接触になる場合とオーミック接触になる場合がある。半導体層と金属膜とを単に電気的に接続する場合には、ショットキー接触ではなく、オーミック接触にする必要がある。以下では、まず、ショットキー接触とオーミック接触について説明し、単に、半導体層と金属膜とを電気的に接続する場合には、オーミック接触にする必要がある点について説明する。
【００２１】
図１は、金属とｎ型半導体とを接触させる前のそれぞれのバンド構造を示す図である。図１の左側に金属のバンド構造が示されており、図１の右側にｎ型半導体のバンド構造が示されている。図１の破線で示されているものは真空準位であり、この真空準位は、真空のエネルギー準位を示している。図１の左側に示す金属のバンド構造においては、金属のフェルミ準位εＦＭが示されており、金属のフェルミ準位εＦＭと真空準位の差が仕事関数Φｍとなる。この仕事関数Φｍは、金属中でフェルミエネルギーを持つ電子を金属中から真空中に取り出すために必要なエネルギーという意味を有している。一方、図１の右側に示されるｎ型半導体のバンド構造において、価電子帯Ｅｖと伝導帯Ｅｃが示されており、ｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳは、伝導帯Ｅｃの近傍に存在する。そして、ｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳと真空準位の差が仕事関数Φｓとなる。この仕事関数Φｓは、ｎ型半導体中でフェルミエネルギーを持つ電子を真空中に取り出すために必要なエネルギーという意味を有している。
【００２２】
ここで、図１では、金属の仕事関数Φｍの大きさがｎ型半導体の仕事関数Φｓよりも大きくなっており、この場合、金属とｎ型半導体を接触させると、金属とｎ型半導体の接触がショットキー接触となる。言い換えれば、電子のエネルギーから見て、金属とｎ型半導体とを接触させる前の金属のフェルミ準位εＦＭの位置がｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳよりも低い場合、金属とｎ型半導体の接触がショットキー接触となる。
【００２３】
以下に、ショットキー接触が形成されるメカニズムついて説明する。例えば、図１に示す状態から、金属とｎ型半導体とを接触させると、金属のフェルミ準位εＦＭの位置がｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳよりも低いため、ｎ型半導体の伝導帯Ｅｃの底部近傍に多数存在する電子は、ｎ型半導体中にいるよりも金属中に存在した方が、エネルギーが低くなる。このことから、金属とｎ型半導体とを接触させると、ｎ型半導体の伝導帯Ｅｃの底部近傍に多数存在する電子は、ｎ型半導体から金属に向って流れ込む。この結果、金属に接触するｎ型半導体の表面領域に正に帯電したドナーイオンが取り残され、これと同量の負の電荷（電子）が金属側に誘起される。すると、ｎ型半導体から金属に向った方向に電界が発生し、この電界により、ｎ型半導体の伝導帯Ｅｃの底部近傍に多数存在する電子のｎ型半導体から金属への流入が抑制される。すなわち、ある程度の電子がｎ型半導体から金属へ流れ込んだ後、電子はそれ以上金属へ流入しなくなり、平衡状態が実現する。
【００２４】
図２は、この平衡状態のバンド構造を示す図である。すなわち、図２に示すように、平衡状態では、金属のフェルミ準位εＦＭとｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳとが一致する。このとき、ｎ型半導体の充分な内部において、電子密度は接触前の状態から変化しないので、ｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳと伝導帯Ｅｃの底のエネルギー差は変化せず、ｎ型半導体のバンドは、図２に示すように、上側へ曲がることになる。この結果、ｎ型半導体の金属との接触領域においては、伝導帯Ｅｃの底のエネルギーが、ｎ型半導体内部の伝導帯Ｅｃの底のエネルギーよりも高くなるため、このｎ型半導体の金属との接触領域には電子が存在せず、空乏層が形成されることになる。このようにして、金属の仕事関数Φｍの大きさがｎ型半導体の仕事関数Φｓよりも大きい場合、金属とｎ型半導体を接触させると、金属とｎ型半導体の接触がショットキー接触となる。このとき、ショットキー障壁の高さΦＢは、ｎ型半導体の金属との接触領域における伝導帯Ｅｃの底部のエネルギーと、金属のフェルミ準位εＦＭとの差として定義される。
【００２５】
ここで、ショットキー接触を形成している金属とｎ型半導体との間に順方向電圧を印加した場合を考える。すなわち、金属側がｎ型半導体側に対して正電位となるように電圧を印加した場合を考える。この場合、順方向電圧は、そのほとんどが抵抗の高い空乏層に加わるため、この順方向電圧による外部電界が、電子のｎ型半導体から金属への流入を抑制している空乏層内の電界を弱めることになる。この結果、電子がｎ型半導体から金属に流入し、電流が金属からｎ型半導体へ流れる。これが順方向である。
【００２６】
図３は、順方向状態のバンド構造を示す図である。図３に示すように、金属とｎ型半導体との間に順方向電圧Ｖを加えた場合、電子に対しては、ｎ型半導体の方が金属よりもエネルギー的に高くなるため、ｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳは、金属のフェルミ準位εＦＭよりもｑＶだけ高くなる。すると、ｎ型半導体中の電子から見たエネルギー障壁は、電圧を印加しない平衡状態のエネルギー障壁（ショットキー障壁の高さΦＢ）よりもｑＶだけ低くなる。この結果、ｎ型半導体から金属へ電子が流入して、金属からｎ型半導体に向って電流（順方向電流）が流れるのである。
【００２７】
一方、ショットキー接触を形成している金属とｎ型半導体との間に逆方向電圧を印加した場合を考える。すなわち、金属側がｎ型半導体側に対して負電位となるように電圧を印加した場合を考える。この場合、逆方向電圧は、そのほとんどが抵抗の高い空乏層に加わり、この逆方向電圧による外部電界は、空乏層内の電界を強める方向に発生する。この結果、電子のｎ型半導体から金属への流入は起こらず、電流はほとんど流れない。これが逆方向である。
【００２８】
図４は、逆方向状態のバンド構造を示す図である。図４に示すように、金属とｎ型半導体との間に逆方向電圧Ｖを加えた場合、電子に対しては、ｎ型半導体の方が金属よりもエネルギー的に低くなるため、ｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳは、金属のフェルミ準位εＦＭよりもｑＶだけ低くなる。すると、ｎ型半導体中の電子から見たエネルギー障壁は、電圧を印加しない平衡状態のエネルギー障壁（ショットキー障壁の高さΦＢ）よりもｑＶだけ高くなる。この結果、ｎ型半導体から金属へ電子が流入しにくくなり、金属からｎ型半導体に向って電流がほとんど流れなくなることがわかる。ここで、電流がほとんど流れないと言っているのは、逆方向状態の場合、金属からｎ型半導体へわずかに電子が流れる結果、ｎ型半導体から金属に向って、わずかに逆方向電流が流れる。すなわち、逆方向電圧Ｖを加えた場合には、図４に示すように、金属のフェルミ準位εＦＭがｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳはよりもｑＶだけ高くなるため、電子は、むしろ、金属からｎ型半導体へ流れる。つまり、逆方向状態では、金属のフェルミ準位εＦＭがｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳはよりもｑＶだけ高くなるため、金属中でフェルミ準位εＦＭからショットキー障壁の高さΦＢよりも大きなエネルギーを有する電子が、ｎ型半導体中でフェルミ準位εＦＳから（ΦＢ−ｑＶ）よりも大きなエネルギーを有する電子よりも多くなる。このことから、電子の濃度差に起因した拡散現象により、金属からｎ型半導体に電子が流れ込む。これにより、わずかであるがｎ型半導体から金属へ逆方向電流が流れるのである。
【００２９】
以上がショットキー接触の特性である。図５は、ショットキー接触における電流−電圧特性を示したグラフである。図５において、横軸がショットキー接触間に印加される電圧を示しており、縦軸がショットキー接触間を流れる電流を示している。図５に示すように、ショットキー接触に順方向電圧が印加される場合、順方向電圧の増加に伴って順方向電流が指数関数的に上昇する。一方、ショットキー接触に逆方向電圧が印加される場合、逆方向電圧が増加しても逆方向電流はほとんど小さな値で一定している。このことから、ショットキー接触の電流−電圧特性は、順方向における電流−電圧特性と、逆方向における電流−電圧特性がまったく相違していることがわかる。つまり、ショットキー接触は、順方向には充分に電流が流れる一方、逆方向にはほとんど電流が流れないという整流特性を有していることがわかる。
【００３０】
ここで、半導体層を有する半導体デバイスと、金属膜から形成される配線とを電気的に接続して回路を構成することを考える場合、半導体層と金属膜の接触がショットキー接触になると不都合が生じる。なぜなら、単に、半導体層と金属膜とを電気的に接続させる場合であっても、この半導体層と金属膜の接触がショットキー接触になると、このショットキー接触には、ダイオードのような整流特性があるため、あたかも、半導体層と金属膜との間にダイオードが付加接続された構成となってしまい、目的とする回路構成とは異なってしまうからである。このことから、半導体層と金属膜の接触には、整流特性のない抵抗性のオーミック接触が必要となるのである。
【００３１】
＜オーミック接触＞
以下に、このオーミック接触について説明する。図６は、金属とｎ型半導体とを接触させる前のそれぞれのバンド構造を示す図である。図６の左側に金属のバンド構造が示されており、図６の右側にｎ型半導体のバンド構造が示されている。図６では、金属の仕事関数Φｍの大きさがｎ型半導体の仕事関数Φｓよりも小さくなっており、この場合、金属とｎ型半導体を接触させると、金属とｎ型半導体の接触がオーミック接触となる。言い換えれば、電子のエネルギーから見て、金属とｎ型半導体とを接触させる前の金属のフェルミ準位εＦＭの位置がｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳよりも高い場合、金属とｎ型半導体の接触がオーミック接触となる。
【００３２】
次に、オーミック接触が形成されるメカニズムついて説明する。例えば、図６に示す状態から、金属とｎ型半導体とを接触させると、金属のフェルミ準位εＦＭの位置がｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳよりも高いため、金属中に存在する電子は、金属中にいるよりもｎ型半導体中に存在した方が、エネルギーが低くなる。このことから、金属とｎ型半導体とを接触させると、金属中に存在する電子は、金属からｎ型半導体に向って流れ込む。この結果、金属に接触するｎ型半導体の表面領域の電子濃度が高くなり、これと同量の正の電荷が金属側に誘起される。すると、金属からｎ型半導体に向った方向に電界が発生し、この電界により、金属中に存在する電子の金属からｎ型半導体への流入が抑制される。すなわち、ある程度の電子が金属からｎ型半導体へ流れ込んだ後、電子はそれ以上ｎ型半導体へ流入しなくなり、平衡状態が実現する。
【００３３】
図７は、この平衡状態のバンド構造を示す図である。すなわち、図７に示すように、平衡状態では、金属のフェルミ準位εＦＭとｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳとが一致する。このとき、ｎ型半導体の充分な内部において、電子密度は接触前の状態から変化しないので、ｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳと伝導帯Ｅｃの底のエネルギー差は変化せず、ｎ型半導体のバンドは、図７に示すように、下側へ曲がることになる。この結果、ｎ型半導体の金属との接触領域においては、伝導帯Ｅｃの底のエネルギーが、ｎ型半導体内部の伝導帯Ｅｃの底のエネルギーよりも低くなるため、このｎ型半導体の金属との接触領域には電子が多く存在することになる。このようにして、金属の仕事関数Φｍの大きさがｎ型半導体の仕事関数Φｓよりも小さい場合、金属とｎ型半導体を接触させると、金属とｎ型半導体の接触がオーミック接触となる。このとき、オーミック接触においては、ショットキー接触と異なる、ショットキー障壁は形成されないことがわかる。
【００３４】
ここで、オーミック接触を形成している金属とｎ型半導体との間に、金属側がｎ型半導体側に対して正電位となるような第１電圧を印加した場合を考える。図８は、金属側がｎ型半導体側に対して正電位となるように第１電圧を印加した場合のバンド構造を示す図である。図８に示すように、金属とｎ型半導体との間に上述した第１電圧Ｖを加えた場合、電子に対しては、金属の方がｎ型半導体よりもエネルギー的に低くなるため、金属のフェルミ準位εＦＭは、ｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳよりもｑＶだけ低くなる。すると、ｎ型半導体中の伝導帯近傍に存在する多数の電子が、ｎ型半導体から金属へ流入して、金属からｎ型半導体に向って電流が流れるのである。
【００３５】
一方、オーミック接触を形成している金属とｎ型半導体との間に、金属側がｎ型半導体側に対して負電位となるような第２電圧を印加した場合を考える。図９は、金属側がｎ型半導体側に対して負電位となるように第２電圧を印加した場合のバンド構造を示す図である。図９に示すように、金属とｎ型半導体との間に上述した第２電圧Ｖを加えた場合、電子に対しては、金属の方がｎ型半導体よりもエネルギー的に高くなるため、金属のフェルミ準位εＦＭは、ｎ型半導体のフェルミ準位εＦＳよりもｑＶだけ高くなる。すると、金属中に存在する電子が、金属からｎ型半導体へ流入して、ｎ型半導体から金属に向って電流が流れるのである。
【００３６】
以上がオーミック接触の特性である。図１０は、オーミック接触における電流−電圧特性を示したグラフである。図１０において、横軸がオーミック接触間に印加される電圧を示しており、縦軸がオーミック接触間を流れる電流を示している。図１０に示すように、オーミック接触に第１電圧が印加される場合、第１電圧の増加に伴ってプラス方向の電流が一次直線状に上昇する。一方、オーミック接触に第２電圧が印加される場合、第２電圧の増加に伴ってマイナス方向の電流が一次直線状に上昇する。このことから、オーミック接触の電流−電圧特性は、第１電圧極性における電流−電圧特性と、第２電圧極性における電流−電圧特性がまったく同等であることがわかる。つまり、オーミック接触は、抵抗性接触であり、ショットキー接触のように整流特性を有していないことがわかる。
【００３７】
したがって、半導体層を有する半導体デバイスと、金属膜から形成される配線とを電気的に接続して回路を構成することを考える場合、半導体層と金属膜の接触がオーミック接触であると、ショットキー接触のように整流特性がないため、好都合であることがわかる。つまり、半導体層と金属膜がオーミック接触する場合、半導体層と金属膜とは、整流特性のない抵抗性接触となり、目的とする回路構成を実現できることがわかる。
【００３８】
＜オーミック電極の特性向上の必要性＞
上述したように、半導体層を有するデバイスでは、多くの場合、集積回路を構成するために、半導体層と金属膜とを電気的に接続する必要性が生じる。このとき、半導体層と金属膜とをオーミック接触させることにより、半導体層を有するデバイスを使用した集積回路が実現される。オーミック電極は、例えば、トランジスタにおけるソース電極やドレイン電極、半導体層を抵抗素子として用いた場合の電極などに使用される。したがって、半導体層を有するデバイスを使用した集積回路を実現するためには、半導体層とオーミック接触するオーミック電極を形成する必要がある。そして、集積回路の性能向上（信頼性向上を含む）の観点から、オーミック電極と半導体層とのコンタクト抵抗（接触抵抗）をできるだけ低減するだけでなく、オーミック電極と半導体層との界面における表面モホロジー（表面粗さ）の悪化を抑制することが要求される。なぜなら、オーミック電極のコンタクト抵抗を低減することは、集積回路の特性向上を図る観点から必要であることは言うまでもないが、表面モホロジーの悪化は、オーミック電極と半導体層の密着性の低下を招き、オーミック電極の剥がれによるデバイス破壊や、不要なリーク電流の発生などを引き起こし、半導体装置の信頼性向上の観点から問題となると考えられるからである。
【００３９】
ここで、化合物半導体の一種である窒化物半導体を有するデバイスも例外ではなく、窒化物半導体層を有するデバイスを使用した集積回路を実現するためには、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極を形成する必要がある。そして、集積回路の性能向上（信頼性向上を含む）の観点から、オーミック電極と窒化物半導体層とのコンタクト抵抗（接触抵抗）を低減するだけでなく、オーミック電極と窒化物半導体層との界面における表面モホロジー（表面粗さ）の悪化も抑制する必要がある。特に、本願発明では、真性窒化物半導体層（ノンドープ窒化物半導体層）やｎ型窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極において、コンタクト抵抗（接触抵抗）の低減と、表面モホロジー（表面粗さ）の悪化の抑制とを両立できるオーミック電極を提供することを目的とするものである。本願発明は、特に、窒化物半導体におけるオーミック電極の特性向上を目指す技術的思想である。このとき、本願発明で窒化物半導体に着目しているのは、化合物半導体の中でも、窒化物半導体の特性が優れている点が多数存在するからである。以下に、まず、化合物半導体の一種である窒化物半導体が、ＧａＡｓに代表される化合物半導体と比較した場合の利点について説明する。
【００４０】
＜窒化物半導体を使用することによる利点＞
例えば、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓに代表される化合物半導体においては、一般に、シリコン（Ｓｉ）よりも電子の移動度が高いものが多い一方、正孔の移動度は、シリコン（Ｓｉ）と同程度かあるいはシリコン（Ｓｉ）よりも小さい。このため、例えば、デバイス（半導体素子）の構成要素として化合物半導体を使用する場合には、多数キャリアとして電子を用いたデバイスの方が化合物半導体の特徴を生かすことができる。
【００４１】
このような特性がある化合物半導体であるが、近年では、化合物半導体の中でも、ＧａＮやＡｌＧａＮに代表される窒化物半導体が注目されている。なぜなら、ＧａＮやＡｌＧａＮに代表される窒化物半導体（化合物半導体の一例）は、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓに代表される化合物半導体よりも、バンドギャップが大きく、この結果、絶縁耐圧が大きくなる特徴を有しているからである。したがって、近年では、ＧａＮやＡｌＧａＮに代表される窒化物半導体が、例えば、高周波デバイスや電力用デバイスの分野で使用されている。
【００４２】
さらに、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層のヘテロ接合を形成すると、そのバンド構造の相違から、両方の界面近傍に三角形状の井戸型ポテンシャルが形成され、この井戸型ポテンシャル内に電子が集中することが知られている（２次元電子ガス）。この２次元電子ガスの移動度は非常に高くなるため、両方の界面近傍に形成される井戸型ポテンシャルに発生した２次元電子ガスをキャリアに利用した電界効果トランジスタによれば、高速で動作する動作する電界効果トランジスタが実現される。この２次元電子ガスを利用した電界効果トランジスタは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）と呼ばれる。このＨＥＭＴとしては、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層のヘテロ接合を使用したものも存在するが、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層のヘテロ接合に基づく２次元電子ガスの面電荷（例えば、１×１０１３／ｃｍ２）は、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層のヘテロ接合に基づく２次元電子ガスの面電荷（例えば、１×１０１２／ｃｍ２）よりも充分に大きくなる（例えば、１０倍）。これは、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との伝導帯不連続ΔＥｃが、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の伝導帯不連続ΔＥｃよりも大きいとともに、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層のヘテロ接合では、自発分極によるピエゾ効果によって、井戸型ポテンシャルの底部が下側（価電子帯側）に引き下げられるからである。この結果、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層のヘテロ接合に形成される井戸型ポテンシャルの大きさが、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層のヘテロ接合に形成される井戸型ポテンシャルの大きさよりも大きくなることに起因して、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層のヘテロ接合に基づく２次元電子ガスの面電荷が、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層のヘテロ接合に基づく２次元電子ガスの面電荷よりも充分に大きくなるのである。このため、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層のヘテロ接合を使用したＨＥＭＴによれば、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層のヘテロ接合を使用したＨＥＭＴに比べて、大きな電流を得ることが容易になる利点がある。
【００４３】
以上のように、ＧａＮやＡｌＧａＮに代表される窒化物半導体が高周波デバイスや電力用デバイスの分野で使用されており、特に、窒化物半導体を使用したＨＥＭＴによれば、上述した利点を得ることができる。さらに、近年では、窒化物半導体の利用分野が光デバイスの分野にも広がっている。例えば、ＩｎＧａＮに代表される窒化物半導体は、青色発光ダイオードの発光層として利用されている。このように本願発明では、窒化物半導体の利点に着目し、窒化物半導体を使用した半導体装置の性能向上を図ることを目的としている。特に、本願発明では、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極の特性向上を図ることに着目している。以下では、まず、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極についての検討技術およびその問題点を説明し、その後、本願発明の技術的思想について説明する。
【００４４】
＜検討技術１＞
図１１は、検討技術１（特許第３１５４３６４号）に記載されているオーミック電極を参考に本発明者が作成した模式図である。図１１に示すように、検討技術１におけるオーミック電極ＯＥは、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬに形成されている。そして、このオーミック電極ＯＥは、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上に形成されたチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）からなる合金膜（または多層膜）ＴＡＦと、合金膜ＴＡＦ上に形成された高融点金属膜ＨＭＦと、この高融点金属膜ＨＭＦ上に形成された金膜ＡＵＦから構成されている。検討技術１では、この積層構造を８００℃以上の高温で熱処理することにより、コンタクト抵抗の低い良好なオーミック電極ＯＥが得られるとしている。
【００４５】
本発明者の検討の結果、この検討技術１には次のような課題のあることが分かった。検討技術１の第１の課題は、オーミック電極ＯＥの表面モホロジー（表面粗さ）が悪いことである。これは、アルミニウム（Ａｌ）と、ニッケル（Ｎｉ）などの高融点金属が低温で合金を形成しやすく、この合金が平面的に不均一に形成されることに起因するものである。表面モホロジーの悪化は、オーミック電極ＯＥのｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬからの剥離を助長し、オーミック電極ＯＥの剥離によるデバイス破壊（素子破壊）を引き起こす。あるいは電極エッジが不均一になる部分で局所的に電界が集中することによるデバイス破壊や、不要なリーク電流の発生などを引き起こす。この結果、半導体装置の信頼性低下を招くことになる。
【００４６】
また、本発明者の検討により新たに判明した第２の課題としては、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬと直接接触するようにチタン（Ｔｉ）を使用した場合、通常、基板とｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬの間に設けられる高抵抗バッファ層において不要なリーク電流が発生する問題点がある。これは、チタン（Ｔｉ）を高温で熱処理すると、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬの表面に存在する結晶転移を介して、チタン（Ｔｉ）がｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬの内部にまで侵入し、さらには、高抵抗バッファ層にまで拡散するためと考えられている。つまり、高抵抗バッファ層にまで、チタン（Ｔｉ）が拡散すると、この高抵抗バッファ層に拡散したチタンによって、不要なリーク電流が増加してしまうのである。このように検討技術１に記載されているオーミック電極ＯＥでは、オーミック電極ＯＥの特性向上を充分に図ることができない問題点が存在する。
【００４７】
＜検討技術２＞
続いて、検討技術２について説明する。図１２は、検討技術２（非特許文献１）に記載されているオーミック電極を参考に本発明者が作成した模式図である。図１２に示すように、検討技術２におけるオーミック電極ＯＥは、ＧａＮ層ＧＮＬ上にＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬが形成されており、このＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成されている。具体的に、検討技術２におけるオーミック電極ＯＥは、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成された第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１と、この第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと、このアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に形成された第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２と、この第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２上に形成された金膜ＡＵＦから構成されている。検討技術２では、この積層構造を６５０℃以上の高温で熱処理することにより、良好なオーミック電極ＯＥが得られるとしている。
【００４８】
このように構成されている検討技術２では、オーミック電極ＯＥの最下層に第１モリブデン（Ｍｏ）膜が形成されているが、モリブデン（Ｍｏ）は、チタン（Ｔｉ）に比べて高融点であるため、結晶転移を介して、モリブデン（Ｍｏ）が、例えば、高抵抗バッファ層に拡散する問題点は回避されている。しかし、本発明者による検討の結果、検討技術２におけるオーミック電極ＯＥでは、コンタクト抵抗および表面モホロジーが必ずしも良くないという点で問題のあることが分かった。例えば、検討技術２では、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚が１５ｎｍ、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚が６０ｎｍ、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２の膜厚が３５ｎｍ、金膜ＡＵＦの膜厚が５０ｎｍとなっているが、これらの膜厚では、コンタクト抵抗と表面モホロジーが必ずしも両立できないのである。つまり、コンタクト抵抗と表面モホロジーを両立させるためには、オーミック電極ＯＥを構成する各層の膜厚をうまく調整する必要があり、膜厚条件によっては、コンタクト抵抗の増加や表面モホロジーの悪化が生じるおそれがあるのである。
【００４９】
以上のように、検討技術１や検討技術２では、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極において、コンタクト抵抗（接触抵抗）の低減と、表面モホロジー（表面粗さ）の悪化の抑制とを両立できていない現状にある。そこで、本願発明では、窒化物半導体層とオーミック接触するオーミック電極において、コンタクト抵抗（接触抵抗）の低減と、表面モホロジー（表面粗さ）の悪化の抑制とを両立できる工夫を施している。以下に、この工夫を施した本願発明の技術的思想について説明する。
【００５０】
＜本願発明における積層体の構成＞
図１３は、本実施の形態１における積層体ＬＡＢの構成を示す模式図である。本実施の形態１では、図１３に示す積層体ＬＡＢに加熱処理を施すことにより、本実施の形態１におけるオーミック電極が形成される。つまり、図１３に示す積層体ＬＡＢは、加熱処理を施してオーミック電極を形成する前の構造である。図１３に示すように、本実施の形態１における積層体ＬＡＢは、ＧａＮ層ＧＮＬ上に形成されたＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成されている。この積層体ＬＡＢは、まず、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成された第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１と、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に形成された第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２と、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２上に形成された金（Ａｕ）膜ＡＵＦから構成されている。
【００５１】
ここで、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとオーミック接触する金属膜としてアルミニウム（Ａｌ）膜が挙げられる。つまり、図１３に示す積層体ＬＡＢで使用されているアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦは、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとのオーミック接触を確保する機能を有する膜である。このとき、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとのオーミック接触を確保する観点からは、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に、直接アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦを形成することが考えられる。ところが、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとは密着性が悪い。このため、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に直接アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦを接触させる構造では、加熱処理を施してオーミック電極を形成する際、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦが表面張力で盛り上がる現象（ボールアップ現象と呼ばれる）が生じ、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの界面における表面モホロジーが悪化してしまう。表面モホロジーの悪化は、オーミック電極と半導体層の密着性の低下を招き、オーミック電極の剥がれによるデバイス破壊や、不要なリーク電流の発生などを引き起こし、半導体装置の信頼性向上の観点から問題となる。
【００５２】
そこで、本実施の形態１では、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１を挿入している。つまり、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１は、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの密着性を向上させる機能を有し、この第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１を形成することによって、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの界面における表面モホロジーを改善することができる。
【００５３】
続いて、積層体ＬＡＢに形成されている金（Ａｕ）膜ＡＵＦは、積層体ＬＡＢに加熱処理を施すことにより、オーミック電極を形成する際、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの表面が酸化されることを防止する機能を有している。すなわち、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦに対して、加熱処理を実施する場合、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの表面は酸化されやすい。アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦが酸化されてしまうと、酸化アルミニウムは絶縁体であるため、オーミック電極の抵抗が上昇してしまい、オーミック電極の電気的特性の劣化が生じてしまう。このことから、加熱処理時におけるアルミニウム膜（Ａｌ）ＡＬＦの酸化を防止するため、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に金（Ａｕ）膜ＡＵＦを形成しているのである。ただし、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に、直接接触するように金（Ａｕ）膜ＡＵＦを形成すると、加熱処理を施した際、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと金（Ａｕ）膜ＡＵＦとの間で急速な合金反応が生じてしまう。この合金反応も、表面モホロジーを悪化させる要因となるため、できるだけ合金反応を抑制する必要がある。この観点から、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと金（Ａｕ）膜ＡＵＦとの間に中間層として高融点金属である第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２を形成している。つまり、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２は、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと金（Ａｕ）膜ＡＵＦとの間の急速な合金反応を抑制する機能を有していることになる。
【００５４】
以上のことから、本実施の形態１における積層体ＬＡＢは、第１モリブデン（Ｍｏ）膜と、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２と、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの積層膜から構成されていることになる。そして、本実施の形態１における積層体ＬＡＢを構成する各膜の機能をまとめると以下のようになる。
【００５５】
（１）まず、最下層の第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１は、密着膜として機能する膜であり、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１を挿入することにより、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの密着性を向上させることができる。これにより、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの界面における表面モホロジーを改善することができる。
【００５６】
（２）アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦは、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの間でオーミック接触を実現するためのオーミック金属として機能する膜であり、このアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦによって、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの間でオーミック接触するオーミック電極を形成することができる。そして、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの抵抗は比較的小さいため、オーミック電極とＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの接触抵抗（コンタクト抵抗）を低減することができる。
【００５７】
（３）第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２は、積層体ＬＡＢに加熱処理を施した際、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと金（Ａｕ）膜ＡＵＦとの間で急速な合金反応が生じることを抑制する機能を有する膜である。このように、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと金（Ａｕ）膜ＡＵＦとの間に、高融点金属である第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２を挿入することにより、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと金（Ａｕ）膜ＡＵＦとの間で生じる急速な合金反応を抑制することができる。
【００５８】
（４）金（Ａｕ）膜ＡＵＦは、積層体ＬＡＢに加熱処理を施した際、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの表面が酸化されることを防止する機能を有している。このようにアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に金（Ａｕ）膜ＡＵＦを形成することにより、アルミニウム（Ａｌ）膜の酸化を防止することができ、オーミック電極の抵抗上昇を抑制することができる。
【００５９】
以上のように構成されている本実施の形態１における積層体ＬＡＢによれば、まず、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの密着性を向上させる密着膜として、チタン（Ｔｉ）膜ではなく、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１を使用している。このとき、モリブデン（Ｍｏ）は、チタン（Ｔｉ）に比べて高融点であるため、結晶転移を介して、金属が半導体層（例えば、高抵抗バッファ層）に拡散することを抑制できる。つまり、本実施の形態１における積層体ＬＡＢに加熱処理を実施することにより、オーミック電極が形成されるが、この際、モリブデン（Ｍｏ）は、チタン（Ｔｉ）に比べて高融点であるため、結晶転移を介して、モリブデンが半導体層（例えば、高抵抗バッファ層）に拡散することを抑制できる。この結果、半導体層（例えば、高抵抗バッファ層）における不要なリーク電流の発生を抑制することができる。
【００６０】
また、本実施の形態１における積層体ＬＡＢでは、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの間に挿入される中間層として、最下層に形成される第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１と同種類の膜である第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２を使用している。このため、積層体ＬＡＢに加熱処理を実施することにより、オーミック電極を形成する際、不要な合金膜が形成されにくいという利点も有している。
【００６１】
＜本発明者が見出した新たな課題＞
上述したように、本実施の形態１における積層体ＬＡＢでは、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に、密着膜として機能する第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１を挿入している。これにより、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間の密着性が向上して、表面モホロジーを改善することができる。このように、表面モホロジーを改善する観点からは、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１を、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に挿入することが望ましい。ところが、本発明者は、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚が厚すぎると、コンタクト抵抗が増加することを見出した。つまり、コンタクト抵抗（接触抵抗）の低減の観点からは、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚が厚すぎることが問題となることを見出したのである。ここで、積層体ＬＡＢに加熱処理を施してオーミック電極を形成する場合、積層体ＬＡＢを構成する各層から原子が相互拡散する。このとき、オーミック電極とＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面において、例えば、アルミニウム原子の原子％が、モリブデン原子の原子％よりも多くなる場合には、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとオーミック電極との接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができると考えられる。ところが、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚が厚くなりすぎると、積層体ＬＡＢを構成する各層から原子が相互拡散した場合であっても、オーミック電極とＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面において、アルミニウム原子の原子％が、モリブデン原子の原子％よりも少なくなってしまう場合が多いものと考えられる。この場合には、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとオーミック電極との接触が、ショットキー接触を構成するモリブデンとの接触の影響を大きく受けることとなり、コンタクト抵抗の増加が起こると考えられるのである。
【００６２】
以上のように、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの密着性が悪いことから、密着性を向上させるために、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１を挿入する必要がある。だからといって、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚を厚くしすぎると、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとオーミック電極との間のコンタクト抵抗（接触抵抗）が増加してしまうという知見を本発明者は見出したのである。つまり、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減を両立させる観点からは、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に挿入される第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚に工夫を施す必要があるのである。そこで、本実施の形態１では、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に挿入される第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚に工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明する。
【００６３】
＜本実施の形態１における特徴＞
図１３に示すように、本実施の形態１における積層体ＬＡＢは、ＧａＮ層ＧＮＬ上に形成されたＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成されている。この積層体ＬＡＢは、まず、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成された第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１と、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に形成された第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２と、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２上に形成された金（Ａｕ）膜ＡＵＦから構成されている。
【００６４】
ここで、本実施の形態１の特徴は、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの間に挿入されている第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係が満たされている点に特徴がある。本実施の形態１では、このように構成された積層体ＬＡＢを、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極をＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成することができる。
【００６５】
ここで、例えば、本実施の形態１では、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１以外の膜（アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２、金（Ａｕ）膜ＡＵＦ）の膜厚は、特に、それぞれの膜の有する機能が発揮される範囲内であれば、特に限定されるものではない。例えば、一例として、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚が７０ｎｍであり、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２の膜厚が３０ｎｍであり、さらに、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚が５０ｎｍとなっている。
【００６６】
なお、図１３では、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に積層体ＬＡＢを形成する例について説明しているが、例えば、図１４に示すように、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上に積層体ＬＡＢを形成する場合にも、本実施の形態１における技術的思想を適用することができる。具体的には、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬとアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの間に挿入されている第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係が満たされるように積層体ＬＡＢを構成する。そして、この積層体ＬＡＢを、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極をｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上に形成することができる。
【００６７】
上述したように、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬやｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上に、直接、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦを接触させる構造では、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬやｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの密着性が悪くなる。この場合、積層体ＬＡＢに熱処理を施して、オーミック電極を形成すると、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦが表面張力で盛り上がる現象（ボールアップ現象と呼ばれる）が生じ、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬやｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの界面における表面モホロジーが悪化するという問題点が発生する。この対策として、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬやｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に、密着膜として機能する第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１を挿入することが有効である。ところが、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚を厚くしすぎると、コンタクト抵抗（接触抵抗）が増加することになる。したがって、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減を両立させる観点からは、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬやｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に挿入される第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚に工夫を施す必要があるのである。
【００６８】
そこで、本実施の形態１では、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬやｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に挿入される第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚に工夫を施している。具体的に、本実施の形態１では、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬやｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとの間に挿入されている第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たすように積層体ＬＡＢを構成している。本実施の形態１では、このように構成された積層体ＬＡＢを、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極を、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上やｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上に形成することができる。
【００６９】
図１５は、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚と、オーミック電極と半導体層（以下、ＡｌＧａＮ層やｎ型ＧａＮ層を半導体層と総称して言うことにする）とのコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。図１５において、横軸は、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚（ｎｍ）を示しており、縦軸は、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗（Ωｍｍ）を示している。
【００７０】
ここで、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚は、オーミック電極を形成する前の積層体を構成している際の膜厚を示している。そして、この積層体に熱処理を施すことにより、積層体を構成する各膜の原子が相互拡散し、これによって、オーミック電極が形成される。このとき、図１５に示すコンタクト抵抗は、このオーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を示している。このコンタクト抵抗は、通常のＴＬＭ法（Transmission Line Method）を使用して測定したものである。
【００７１】
図１５に示すように、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が０ｎｍから２ｎｍの間では、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が０．３Ωｍｍから０．２Ωｍｍに低減していることがわかる。第１モリブデン（Ｍｏ）膜厚が２ｎｍ以上７ｎｍ以下では、コンタクト抵抗が低い領域となっている。その後は、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚の増加とともに、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が増加していることがわかる。特に、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が１０ｎｍを超えると、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が大幅に増加することがわかる。
【００７２】
このような挙動を示すメカニズムは、以下に示すようなものと考えることができる。すなわち、まず、第１モリブデン（Ｍｏ）膜が形成されていない場合、アルミニウム（Ａｌ）膜と半導体層との間の密着性が悪いことから、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗は大きくなってしまうと考えられる。そして、第１モリブデン（Ｍｏ）膜が形成されると、アルミニウム（Ａｌ）膜と半導体層との間の密着性が改善して、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が小さくなる。この現象が、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が０ｎｍから２ｎｍの間で生じているものと考えられる。その後、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚の増加とともに、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が増加している。この現象は、以下のように考えることができる。すなわち、積層体に加熱処理を施してオーミック電極を形成する場合、積層体を構成する各層から原子が相互拡散する。このとき、例えば、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が小さい場合、アルミニウム（Ａｌ）膜から、オーミック電極と半導体層との界面に拡散するアルミニウム原子の原子％が、オーミック電極と半導体層との界面に存在するモリブデン原子の原子％よりも大きくなる場合が多いと考えられる。この場合、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、半導体層とオーミック電極との接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができると考えられる。
【００７３】
一方、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が厚くなりすぎると、積層体を構成する各層から原子が相互拡散した場合であっても、オーミック電極と半導体層との界面において、アルミニウム原子の原子％が、モリブデン原子の原子％よりも少なくなってしまう場合が多くなるものと考えられる。この場合には、半導体層とオーミック電極との接触が、ショットキー接触を構成するモリブデンとの接触の影響を大きく受けることとなり、コンタクト抵抗の増加が起こると考えられるのである。
【００７４】
特に、図１５からは、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が０ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を小さくできると考えられる。具体的に、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が０ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を０．４Ωｍｍ以下にすることができる。この場合、アルミニウム（Ａｌ）膜から、オーミック電極と半導体層との界面に拡散するアルミニウム原子の原子％が、半導体層の表面に存在するモリブデン原子の原子％よりも大きくなっている場合が多いものと推察される。
【００７５】
次に、図１６は、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚と、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示すグラフである。図１６において、横軸は、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚（ｎｍ）を示しており、縦軸は、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ（μｍ）を示している。
【００７６】
ここで、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚は、オーミック電極を形成する前の積層体を構成している際の膜厚を示している。そして、この積層体に熱処理を施すことにより、積層体を構成する各膜の原子が相互拡散し、これによって、オーミック電極が形成される。このとき、図１６に示す表面粗さは、このオーミック電極と半導体層との界面における表面粗さを示している。つまり、本実施の形態１では、表面モホロジーの指標として、表面粗さを使用している。この表面粗さは、例えば、表面粗さ計、レーザ顕微鏡、あるいは、原子間力顕微鏡などを使用することにより評価される。図１６では、レーザ顕微鏡を使用して表面粗さを評価した結果が示されている。
【００７７】
図１６に示すように、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が０ｎｍの場合（半導体層にアルミニウム（Ａｌ）膜が直接接触している場合）、表面粗さは０．３μｍである。これに対し、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が２ｎｍ以上の場合、表面粗さは０．１μｍよりも小さくなる。したがって、図１６から明らかなように、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が０ｎｍの場合（半導体層にアルミニウム（Ａｌ）膜が直接接触している場合）は、表面粗さが極端に悪化するが、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が２ｎｍ以上あれば、表面粗さを充分に改善できることを示している。これは、第１モリブデン（Ｍｏ）膜が、アルミニウム（Ａｌ）膜と半導体層との間の密着性改善に寄与しており、加熱処理によるアルミニウム（Ａｌ）膜のボールアップ現象を抑制する方向に作用していると考えられるからである。言い換えれば、第１モリブデン（Ｍｏ）膜が形成されていない場合には、アルミニウム（Ａｌ）膜と半導体層との密着性が悪化することから、加熱処理によるアルミニウム（Ａｌ）膜のボールアップ現象が顕著に発生し、これによって、表面粗さの大幅な悪化が引き起こされるためであると考えられる。
【００７８】
以上のことから、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を小さくする観点からは、図１５に示すように、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が０ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが望ましい。一方、オーミック電極と半導体層との界面における表面モホロジー（表面粗さ）を改善する観点からは、図１６に示すように、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が２ｎｍ以上であれば問題ない。したがって、図１５および図１６を考慮して、本実施の形態１では、アルミニウム（Ａｌ）膜と半導体層との間に挿入されている第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たすように積層体を構成している。本実施の形態１では、このように構成された積層体を、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極を、半導体層上に形成することができる。
【００７９】
なお、図１５から分かるように、２ｎｍ≦Ｘ≦７ｎｍとすれば、コンタクト抵抗は０．２Ωｍｍ程度となり、非常にコンタクト抵抗の低いオーミック電極を形成することができる。
【００８０】
＜本実施の形態１におけるオーミック電極の製造方法＞
続いて、本実施の形態１におけるオーミック電極の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図１７に示すように、基板１Ｓを用意する。この基板１Ｓは、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板、あるいは、シリコン（Ｓｉ）基板から構成される。そして、この基板１Ｓ上に、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を使用することにより、エピタキシャル層であるバッファ層ＢＵＦを形成する。バッファ層ＢＵＦは、例えば、基板を構成する結晶格子と、バッファ層ＢＵＦ上に形成されるＧａＮ層を構成する結晶格子との不整合を緩和する目的で形成される。その後、バッファ層ＢＵＦ上に、例えば、ＭＯＣＶＤ法を使用することにより、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるＧａＮ層ＧＮＬを形成し、このＧａＮ層ＧＮＬ上に、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬを形成する。
【００８１】
なお、以上の説明では、基板１Ｓを窒化物半導体基板から構成する例を示さなかったが、基板１ＳはＧａＮやＡｌＧａＮ等の窒化物半導体基板でもかまわない。この場合、基板１ＳはＧａＮと格子整合しているため、バッファ層ＢＵＦを薄く、または、無くすこともできる。
【００８２】
次に、図１８に示すように、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上にレジスト膜ＦＲ１を形成した後、このレジスト膜ＦＲ１に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜ＦＲ１をパターニングする。レジスト膜ＦＲ１のパターニングは、オーミック電極形成領域に開口部ＯＰ１が形成されるように行なわれる。
【００８３】
そして、図１９に示すように、例えば、電子線蒸着法などを使用することにより、パターニングしたレジスト膜ＦＲ１を形成した基板１Ｓ（ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ）上に積層膜を形成する。具体的に、積層膜は、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１と、この第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと、このアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に形成された第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２と、この第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２上に形成された金（Ａｕ）膜ＡＵＦから構成される。具体的に、図１９に示すように、この積層膜がレジスト膜ＦＲ１に形成された開口部ＯＰ１内およびレジスト膜ＦＲ１上に形成される。このとき、本実施の形態１では、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの間に挿入されている第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たすように積層膜を構成している。そして、例えば、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１以外の膜（アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２、金（Ａｕ）膜ＡＵＦ）の膜厚は、特に、それぞれの膜の有する機能が発揮される範囲内であれば、特に限定されるものではない。例えば、一例として、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚が７０ｎｍであり、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２の膜厚が３０ｎｍであり、さらに、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚が５０ｎｍとなっている。
【００８４】
続いて、図２０に示すように、レジスト膜ＦＲ１を除去する。レジスト膜ＦＲ１を除去する際、レジスト膜ＦＲ１上に形成されている積層膜もリフトオフによって除去される。したがって、レジスト膜ＦＲ１を除去した後は、レジスト膜ＦＲ１の開口部ＯＰ１に形成されていた積層膜だけが残存し、これによって、オーミック電極形成領域に、積層膜からなる積層体ＬＡＢを形成することができる。
【００８５】
その後、図２１に示すように、例えば、窒素雰囲気中で、かつ、６５０℃〜８５０℃の温度で、１分〜１０分間の加熱処理を、積層体ＬＡＢを形成した基板１Ｓに対して実施する。この加熱処理は、例えば、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）や熱処理炉によるファーネスアニールによって実施することができる。なお、上述した熱処理は、６５０℃〜８５０℃の温度範囲で実施されるが、望ましくは、７００℃〜８００℃の温度範囲で実施する。低い温度では、表面モホロジーは良くなるのに対し、コンタクト抵抗は増加する傾向にある一方、高い温度では、表面モホロジーは悪化するのに対し、コンタクト抵抗は低下する傾向がある。このため、上述した加熱処理の温度は、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減のバランスを考慮して決定される。例えば、表面モホロジーの改善を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的低温領域で実施されるのに対し、コンタクト抵抗の低減を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的高温領域で実施することが考えられる。
【００８６】
以上のような加熱処理を施すことにより、積層体ＬＡＢを構成する各膜を構成するアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）および金（Ａｕ）が相互拡散して、図２２に示すオーミック電極ＯＥが形成される。このとき、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面において、本実施の形態１では、第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚が小さいため、アルミニウム（Ａｌ）膜から、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子％が、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に存在するモリブデン原子の原子％よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。つまり、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面での平均のアルミニウム原子の量（原子％）は、平均のモリブデン原子の量（原子％）よりも大きくなっている。このとき、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとオーミック電極ＯＥとの接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができる。すなわち、本実施の形態１では、アルミニウム（Ａｌ）膜とＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの間に挿入されている第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たすように積層体ＬＡＢを構成している。そして、本実施の形態１では、このように構成された積層体ＬＡＢを、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極ＯＥを、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成することができる。
【００８７】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、半導体層とアルミニウム（Ａｌ）膜との間に挿入された第１モリブデン（Ｍｏ）膜の膜厚に着目して、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極ＯＥを半導体層上に形成する技術的思想について説明した。本実施の形態２では、積層体を構成するアルミニウム（Ａｌ）膜の膜厚と、金（Ａｕ）膜の膜厚との関係に着目して、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極ＯＥを半導体層上に形成する技術的思想について説明する。
【００８８】
＜本実施の形態２における特徴＞
図２３に示すように、本実施の形態２における積層体ＬＡＢは、ＧａＮ層ＧＮＬ上に形成されたＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成されている。この積層体ＬＡＢは、まず、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成された第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１と、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に形成された第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２と、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２上に形成された金（Ａｕ）膜ＡＵＦから構成されている。
【００８９】
ここで、本実施の形態２の特徴は、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚をＹ（ｎｍ）とし、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚をＺ（ｎｍ）とした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係が満たされている点にある。つまり、本実施の形態２では、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立するためには、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚と金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚との間に一定の相関関係を満たす必要があるという知見を見出し、この知見を具現化したものが本実施の形態２における技術的思想である。本実施の形態２では、このように構成された積層体ＬＡＢを、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極をＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成することができる。
【００９０】
ここで、例えば、本実施の形態２では、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚と金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚は、上述した相関関係の範囲内であればよく、さらに、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚や第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２の膜厚も、特に、それぞれの膜の有する機能が発揮される範囲内であれば、特に限定されるものではない。例えば、一例として、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚を７ｎｍ、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚を５０ｎｍ〜７５ｎｍ、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２の膜厚を３０ｎｍ〜５０ｎｍ、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚を７５ｎｍ〜１５０ｎｍとすることができる。
【００９１】
なお、図２３では、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に積層体ＬＡＢを形成する例について説明しているが、例えば、図２４に示すように、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上に積層体ＬＡＢを形成する場合にも、本実施の形態２における技術的思想を適用することができる。具体的には、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上に形成された積層体ＬＡＢにおいて、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚をＹ（ｎｍ）とし、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚をＺ（ｎｍ）とした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係が満たされているように構成する。そして、この積層体ＬＡＢを、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極をｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上に形成することができる。
【００９２】
このように本実施の形態２では、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚をＹ（ｎｍ）とし、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚をＺ（ｎｍ）とした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係が満たされている点に特徴があるが、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚と、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚との間に上述した相関関係を導入した定性的な理由について説明する。
【００９３】
例えば、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚に対して、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚が充分大きくなる場合、アルミニウム（Ａｌ）が金（Ａｕ）に対して過剰に存在することになる。この場合、積層体を加熱処理する際、過剰に存在するアルミニウム（Ａｌ）がモリブデン（Ｍｏ）や金（Ａｕ）と局所的な合金反応を起こす。この結果、局所的に表面モホロジーが悪化してしまうのである。つまり、アルミニウム（Ａｉ）が金（Ａｕ）に対して過剰に存在する場合、過剰に存在するアルミニウム（Ａｌ）が、モリブデン（Ｍｏ）や金（Ａｕ）との間で余計な合金反応を起こして、表面モホロジーが悪化するのである。このため、表面モホロジーの改善を図る観点から、アルミニウム（Ａｌ）の量は、金（Ａｕ）よりも過剰に存在しないことが望ましく、この観点から、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚を金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚以下にする必要があるのである。
【００９４】
一方、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚に対して、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚が充分に大きくなる場合、金（Ａｕ）がアルミニウム（Ａｌ）に対して過剰に存在することになる。この場合、積層体を加熱処理する際、過剰に存在する金（Ａｕ）が拡散し、積層体と半導体層との界面にまで達する。このとき、積層体と半導体層との界面にまで達する金（Ａｕ）が多くなると、積層体と半導体層との界面に拡散するアルミニウム（Ａｌ）の原子％よりも、積層体と半導体層との界面にまで達する金（Ａｕ）の原子％が多くなる場合が発生すると考えられる。このとき、積層体と半導体層との界面に拡散するアルミニウム（Ａｌ）は、半導体層との間でオーミック接触を形成するのに対し、積層体と半導体層との界面に拡散する金（Ａｕ）は、半導体層との間でショットキー接触を形成する。このため、積層体と半導体層との界面にまで達する金（Ａｕ）の原子％が多くなると、半導体層とオーミック電極との接触が、ショットキー接触を構成する金（Ａｕ）との接触の影響を大きく受けることとなり、コンタクト抵抗の増加が起こると考えられるのである。したがって、オーミック電極のコンタクト抵抗の低減を図る観点からは、金（Ａｕ）がアルミニウム（Ａｌ）に対して過剰に存在することは望ましくなく、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚に対して、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚があまり大きくならないようにする必要がある。このことから、本実施の形態２では、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚をアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚よりも充分に厚くすることは避けるべき知見が得られる。
【００９５】
以上のことから、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極を得るためには、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚と金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚とを適切な比率に設定する必要があることがわかる。
【００９６】
続いて、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚と、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚との間に上述した相関関係を導入した理由を定量的な観点から説明する。
【００９７】
図２５は、アルミニウム（Ａｌ）膜と金（Ａｕ）膜との膜厚比（以下、Ａｕ／Ａｌ膜厚比という）（Ａｕの膜厚／Ａｌの膜厚）と、オーミック電極と半導体層（以下、ＡｌＧａＮ層やｎ型ＧａＮ層を半導体層と総称して言うことにする）とのコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。図２５において、横軸は、Ａｕ／Ａｌ膜厚比を示しており、縦軸は、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗（Ωｍｍ）を示している。
【００９８】
ここで、Ａｕ／Ａｌ膜厚比は、オーミック電極を形成する前の積層体を構成している際の膜厚比を示している。そして、この積層体に熱処理を施すことにより、積層体を構成する各膜の原子が相互拡散し、これによって、オーミック電極が形成される。このとき、図２５に示すコンタクト抵抗は、このオーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を示している。このコンタクト抵抗は、通常のＴＬＭ法（Transmission Line Method）を使用して測定したものである。
【００９９】
図２５に示すように、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が０．５〜２．０の範囲においては、コンタクト抵抗が０．３Ωｍｍ以下となっており、充分にコンタクト抵抗を低減できることがわかる。ところが、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が２．０を超えると、急激にコンタクト抵抗が上昇していることがわかる。これは、以下に示す理由が考えられる。すなわち、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が２．０を超えるということは、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚に対して、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚が充分に大きくなることを意味し、これにより、金（Ａｕ）がアルミニウム（Ａｌ）に対して過剰に存在することになる。この場合、積層体を加熱処理する際、過剰に存在する金（Ａｕ）が拡散し、積層体と半導体層との界面にまで達する。このとき、積層体と半導体層との界面にまで達する金（Ａｕ）が多くなると、積層体と半導体層との界面に拡散するアルミニウム（Ａｌ）の原子％よりも、積層体と半導体層との界面にまで達する金（Ａｕ）の原子％が多くなる場合が発生すると考えられる。このため、積層体と半導体層との界面にまで達する金（Ａｕ）の原子％が多くなると、半導体層とオーミック電極との接触が、ショットキー接触を構成する金（Ａｕ）との接触の影響を大きく受けることとなり、コンタクト抵抗の急激な増加が起こると考えられるのである。このことから、オーミック電極のコンタクト抵抗を低減する観点から、Ａｕ／Ａｌ膜厚比は、０．５〜２．０の範囲内にあることが望ましいことがわかる。
【０１００】
次に、図２６は、Ａｕ／Ａｌ膜厚比と、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を示すグラフである。図２６において、横軸は、Ａｕ／Ａｌ膜厚比を示しており、縦軸は、オーミック電極と半導体層との界面における表面粗さ（μｍ）を示している。
【０１０１】
ここで、Ａｕ／Ａｌ膜厚比は、オーミック電極を形成する前の積層体を構成している際の膜厚を示している。そして、この積層体に熱処理を施すことにより、積層体を構成する各膜の原子が相互拡散し、これによって、オーミック電極が形成される。このとき、図２６に示す表面粗さは、このオーミック電極と半導体層との界面における表面粗さを示している。つまり、本実施の形態２では、表面モホロジーの指標として、表面粗さを使用している。この表面粗さは、例えば、表面粗さ計、レーザ顕微鏡、あるいは、原子間力顕微鏡などを使用することにより評価される。図２６では、レーザ顕微鏡を使用して表面粗さを評価した結果が示されている。
【０１０２】
図２６に示すように、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が１以上の範囲内においては、表面粗さが０．１μｍ以下となっており、充分に表面モホロジーを改善できることがわかる。ところが、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が１よりも小さくなると、急激に表面粗さが大きくなることがわかる。つまり、図２６には、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が１よりも小さくなると、表面モホロジーが急激に悪化することが示されている。これは、以下に示す理由が考えられる。すなわち、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が１よりも小さくなるということは、アルミニウム（Ａｌ）膜の膜厚が金（Ａｕ）膜の膜厚よりも充分大きくなることを意味し、これにより、アルミニウム（Ａｌ）が金（Ａｕ）に対して過剰に存在することになる。この場合、積層体を加熱処理する際、過剰に存在するアルミニウム（Ａｌ）がモリブデン（Ｍｏ）や金（Ａｕ）と局所的な合金反応を起こすと考えられ、これによって、局所的に表面モホロジーが悪化してしまうと考えられるのである。このことから、オーミック電極と半導体層の界面における表面モホロジーを改善する観点から、Ａｕ／Ａｌ膜厚比は、１以上の範囲内にあることが望ましいことがわかる。さらに好ましくは、Ａｕ／Ａｌ膜厚比は、１．３以上であることが望ましい。
【０１０３】
以上のことから、オーミック電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を小さくする観点からは、図２５に示すように、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が０．５〜２の範囲内にあることが望ましい。一方、オーミック電極と半導体層との界面における表面モホロジー（表面粗さ）を改善する観点からは、図２６に示すように、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が１以上の範囲内にあることが望ましい。したがって、図２５および図２６を考慮して、本実施の形態２では、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が１〜２の範囲内にあるように構成している。言い換えれば、アルミニウム（Ａｌ）膜の膜厚をＹ（ｎｍ）とし、金（Ａｕ）膜の膜厚をＺ（ｎｍ）とした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係を満たすように構成している。本実施の形態２では、このように構成された積層体を、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極を、半導体層上に形成することができる。図２６からはＡｕ／Ａｌ膜厚比が１．３以上であればさらに表面粗さを小さくできることから、金（Ａｕ）の膜厚Ｚは、１．３Ｙ≦Ｚ≦２Ｙであればさらに、表面を平坦にすることができ、好適である。
【０１０４】
＜本実施の形態２におけるオーミック電極の製造方法＞
続いて、本実施の形態２におけるオーミック電極の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図１７に示す前記実施の形態１と同様に、基板１Ｓを用意する。この基板１Ｓは、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、あるいは、ＧａＮ基板から構成される。そして、この基板１Ｓ上に、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を使用することにより、エピタキシャル層であるバッファ層ＢＵＦを形成する。バッファ層ＢＵＦは、例えば、基板を構成する結晶格子と、バッファ層ＢＵＦ上に形成されるＧａＮ層を構成する結晶格子との不整合を緩和する目的で形成される。その後、バッファ層ＢＵＦ上に、例えば、ＭＯＣＶＤ法を使用することにより、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるＧａＮ層ＧＮＬを形成し、このＧａＮ層ＧＮＬ上に、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬを形成する。
【０１０５】
次に、図１８に示す前記実施の形態１と同様に、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上にレジスト膜ＦＲ１を形成した後、このレジスト膜ＦＲ１に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜ＦＲ１をパターニングする。レジスト膜ＦＲ１のパターニングは、オーミック電極形成領域に開口部ＯＰ１が形成されるように行なわれる。
【０１０６】
そして、図２７に示すように、例えば、電子線蒸着法などを使用することにより、パターニングしたレジスト膜ＦＲ１を形成した基板１Ｓ上に積層膜を形成する。具体的に、積層膜は、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１と、この第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと、このアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に形成された第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２と、この第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２上に形成された金（Ａｕ）膜ＡＵＦから構成される。具体的に、図２７に示すように、この積層膜がレジスト膜ＦＲ１に形成された開口部ＯＰ１内およびレジスト膜ＦＲ１上に形成される。このとき、本実施の形態２では、例えば、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚は７ｎｍである。また、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚をＹ（ｎｍ）とし、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚をＺ（ｎｍ）とした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係を満たすように、それぞれの膜厚が調整される。例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚は７５ｎｍに設定され、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚は１２０ｎｍに設定される。さらに、第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２の膜厚については、特に範囲を設けないが、例えば、３０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で形成される。
【０１０７】
続いて、図２８に示すように、レジスト膜ＦＲ１を除去する。レジスト膜ＦＲ１を除去する際、レジスト膜ＦＲ１上に形成されている積層膜もリフトオフによって除去される。したがって、レジスト膜ＦＲ１を除去した後は、レジスト膜ＦＲ１の開口部ＯＰ１に形成されていた積層膜だけが残存し、これによって、オーミック電極形成領域に、積層膜からなる積層体ＬＡＢを形成することができる。
【０１０８】
その後、図２９に示すように、例えば、窒素雰囲気中で、かつ、６５０℃〜８５０℃の温度で、１分〜１０分間の加熱処理を、積層体ＬＡＢを形成した基板１Ｓに対して実施する。この加熱処理は、例えば、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）や熱処理炉によるファーネスアニールによって実施することができる。なお、上述した熱処理は、６５０℃〜８５０℃の温度範囲で実施されるが、望ましくは、７００℃〜８００℃の温度範囲で実施する。低い温度では、表面モホロジーは良くなるのに対し、コンタクト抵抗は増加する傾向にある一方、高い温度では、表面モホロジーは悪化するのに対し、コンタクト抵抗は低下する傾向がある。このため、上述した加熱処理の温度は、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減のバランスを考慮して決定される。例えば、表面モホロジーの改善を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的低温領域で実施されるのに対し、コンタクト抵抗の低減を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的高温領域で実施することが考えられる。
【０１０９】
以上のような加熱処理を施すことにより、積層体ＬＡＢを構成する各膜を構成するアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）および金（Ａｕ）が相互拡散して、図３０に示すオーミック電極ＯＥが形成される。このとき、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面において、本実施の形態２では、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚をＹ（ｎｍ）とし、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚をＺ（ｎｍ）とした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係が満たされている。このため、アルミニウム（Ａｌ）膜から、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子％が、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に拡散する金原子の原子％よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。このとき、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとオーミック電極ＯＥとの接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができる。すなわち、本実施の形態２では、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が１〜２の範囲内にあるように構成している。そして、本実施の形態２では、このように構成された積層体ＬＡＢを、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極ＯＥを、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成することができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態２では、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚をＹ（ｎｍ）とし、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚をＺ（ｎｍ）とした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係が満たされるように積層体ＬＡＢを構成する点に特徴がある。そして、この特徴点により、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したオーミック電極ＯＥを提供することができる。このため、本実施の形態２では、積層体ＬＡＢの最下層に形成される第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚については、特に限定されない。ただし、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たすように積層体ＬＡＢを構成することにより、前記実施の形態１の特徴と、本実施の形態２の特徴の相乗効果によって、さらなるオーミック電極ＯＥの表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。この場合、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面において、アルミニウム（Ａｌ）膜から、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子％が、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に拡散する金原子の原子％よりも大きくなる場合が多くなり、かつ、モリブデン原子の原子％よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。すなわち、半導体層とオーミック電極ＯＥとの界面において、アルミニウム、モリブデン、および、金のうち、アルミニウムの原子％が最も大きくなる場合が多くなるものと考えられる。
【０１１１】
（実施の形態３）
＜高電子移動度トランジスタの構成＞
本実施の形態３では、前記実施の形態１や前記実施の形態２で説明したオーミック電極ＯＥを高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）に利用する例について説明する。
【０１１２】
図３１は、本実施の形態３におけるＨＥＭＴのデバイス構造を示す断面図である。図３１に示すように、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、あるいは、ＧａＮ基板から構成される基板１Ｓ上に、ＧａＮ層からなるバッファ層ＢＵＦが形成されている。そして、このバッファ層ＢＵＦ上に、導電型不純物が導入されていないノンドープのＧａＮ層ＧＮＬが形成されており、このＧａＮ層ＧＮＬ上に、導電型不純物が導入されていないノンドープのＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬが形成されている。つまり、本実施の形態３におけるＨＥＭＴにおいては、基板１Ｓ上に、ＧａＮ層ＧＮＬとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬからなるヘテロ接合が形成されていることになる。
【０１１３】
次に、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上には、互いに離間して配置されたソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥが形成されている。このソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥは、オーミック電極ＯＥから構成されており、このオーミック電極ＯＥは、前記実施の形態１や前記実施の形態２で説明した特徴を有している。したがって、本実施の形態３におけるＨＥＭＴによれば、本願発明の技術的思想が適用されたオーミック電極ＯＥをソース電極ＳＥやドレイン電極ＤＥに使用しているので、ソース電極ＳＥやドレイン電極ＤＥにおける表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。具体的に、ソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥは、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散したオーミック電極ＯＥから形成されており、特に、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面において、アルミニウム原子の原子％は、モリブデン原子の原子％や金原子の原子％よりも大きくなっている場合が多いと考えられる。
【０１１４】
そして、ソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとの間のＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上には、ゲート電極ＧＥが形成されている。このゲート電極ＧＥは、ニッケル膜ＮＩＦと金膜ＡＵＦ２の積層膜から形成されており、ゲート電極ＧＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの接触はショットキー接触となっている。また、本実施の形態３におけるＨＥＭＴでは、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬの表面に、例えば、窒化シリコン膜からなる表面保護膜ＰＲＦが形成されている。
【０１１５】
＜高電子移動度トランジスタの動作＞
本実施の形態３におけるＨＥＭＴは上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。特に、本実施の形態３では、ノーマリオン型のＨＥＭＴを例に挙げて、その動作について説明する。
【０１１６】
図３２は、ゲート電極にしきい値電圧以下の負電圧が印加されてＨＥＭＴがオフしている場合のバンド構造を示す図である。図３２の左側にゲート電極を構成する金属のバンド構造が示されており、図３２の中央部にＡｌＧａＮ層のバンド構造が示されている。そして、図３２の右側にＧａＮ層のバンド構造が示されている。ここで、ゲート電極には、ＧａＮ層に対して負電圧が印加されているため、ゲート電極（金属）のフェルミ準位εＦＭは、ＧａＮ層のフェルミ準位εＦＳ２よりも印加した電圧分だけ高くなる。ゲート電極との界面でのＡｌＧａＮ層の伝導帯は所定のショットキー障壁高さΦＢだけ高くなり、また、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との界面では所定の伝導帯不連続ΔＥｃがあるため、ゲート電極のフェルミ準位εＦＭが高くなったのに伴い、伝導帯が引きずられて上昇する。その結果、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との界面には２次元電子ガスが形成されないため、ソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥを電気的に接続するチャネルが形成されない。この結果、本実施の形態３におけるＨＥＭＴは、ゲート電極にしきい値電圧以下の負電圧が印加されている場合、オフする。なお、ＡｌＧａＮ層の伝導帯とＧａＮ層の伝導帯のエネルギー差から、ＡｌＧａＮ層の伝導帯とＧａＮ層の伝導帯との間には所定の伝導帯不連続ΔＥｃが形成されている。
【０１１７】
続いて、図３３は、ゲート電極に０Ｖの電圧が印加されてＨＥＭＴがオンしている場合のバンド構造を示す図である。図３３の左側にゲート電極を構成する金属のバンド構造が示されており、図３３の中央部にＡｌＧａＮ層のバンド構造が示されている。そして、図３３の右側にＧａＮ層のバンド構造が示されている。ここで、ゲート電極には０Ｖが印加されていることから、ゲート電極を構成する金属のフェルミ準位εＦＭと、ＧａＮ層のフェルミ準位εＦＳ２は等しくなる。このとき、ＡｌＧａＮ層の伝導帯とＧａＮ層の伝導帯との間に形成されている伝導帯不連続ΔＥｃに起因して、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との界面にフェルミ準位よりも低い位置に井戸型ポテンシャルが形成される。この結果、この井戸型ポテンシャルに電子が蓄積され、２次元電子ガスが形成される。これにより、ゲート電極に０Ｖの電圧が印加されている場合、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との界面に２次元電子ガスが形成され、ソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥを電気的に接続するチャネルが形成されることになる。この結果、本実施の形態３におけるＨＥＭＴは、ゲート電極に０Ｖの電圧が印加されている場合、オンする。以上のようにして、本実施の形態３におけるＨＥＭＴでは、ゲート電極に印加する電圧を制御することにより、ＨＥＭＴのオン／オフ動作を実現できることがわかる。
【０１１８】
＜高移動度トランジスタの製造方法＞
次に、本実施の形態３におけるＨＥＭＴの製造方法について説明する。まず、図３４に示すように、基板１Ｓを用意する。この基板１Ｓは、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板、あるいは、シリコン（Ｓｉ）基板から構成される。そして、この基板１Ｓ上に、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を使用することにより、エピタキシャル層であるバッファ層ＢＵＦを形成する。バッファ層ＢＵＦは、例えば、基板を構成する結晶格子と、バッファ層ＢＵＦ上に形成されるＧａＮ層を構成する結晶格子との不整合を緩和する目的で形成される。その後、バッファ層ＢＵＦ上に、例えば、ＭＯＣＶＤ法を使用することにより、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるＧａＮ層ＧＮＬを形成し、このＧａＮ層ＧＮＬ上に、導電型不純物を添加していないノンドープのエピタキシャル層であるＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬを形成する。
【０１１９】
次に、図３５に示すように、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上にレジスト膜ＦＲ２を形成した後、このレジスト膜ＦＲ２に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜ＦＲ２をパターニングする。レジスト膜ＦＲ２のパターニングは、ソース電極形成領域およびドレイン電極形成領域に開口部ＯＰ２が形成されるように行なわれる。
【０１２０】
そして、図３６に示すように、例えば、電子線蒸着法などを使用することにより、パターニングしたレジスト膜ＦＲ２を形成した基板１Ｓ上に積層膜を形成する。具体的に、積層膜は、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１と、この第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦと、このアルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦ上に形成された第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２と、この第２モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ２上に形成された金（Ａｕ）膜ＡＵＦから構成される。具体的に、図３６に示すように、この積層膜がレジスト膜ＦＲ２に形成された開口部ＯＰ２内およびレジスト膜ＦＲ２上に形成される。このとき、本実施の形態３では、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの間に挿入されている第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たすように第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１を形成する。また、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚をＹ（ｎｍ）とし、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚をＺ（ｎｍ）とした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係を満たすように、それぞれの膜厚が調整される。
【０１２１】
続いて、図３７に示すように、レジスト膜ＦＲ２を除去する。レジスト膜ＦＲ２を除去する際、レジスト膜ＦＲ２上に形成されている積層膜もリフトオフによって除去される。したがって、レジスト膜ＦＲ２を除去した後は、レジスト膜ＦＲ２の開口部ＯＰ２に形成されていた積層膜だけが残存し、これによって、ドレイン電極形成領域に、積層膜からなる積層体ＬＡＢ１を形成することができるとともに、ソース電極形成領域に、積層膜からなる積層体ＬＡＢ２を形成することができる。
【０１２２】
その後、例えば、窒素雰囲気中で、かつ、６５０℃〜８５０℃の温度で、１分〜１０分間の加熱処理を、積層体ＬＡＢを形成した基板１Ｓに対して実施する。この加熱処理は、例えば、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）や熱処理炉によるファーネスアニールによって実施することができる。なお、上述した熱処理は、６５０℃〜８５０℃の温度範囲で実施されるが、望ましくは、７００℃〜８００℃の温度範囲で実施する。低い温度では、表面モホロジーは良くなるのに対し、コンタクト抵抗は増加する傾向にある一方、高い温度では、表面モホロジーは悪化するのに対し、コンタクト抵抗は低下する傾向がある。このため、上述した加熱処理の温度は、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減のバランスを考慮して決定される。例えば、表面モホロジーの改善を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的低温領域で実施されるのに対し、コンタクト抵抗の低減を優先させる場合には、上述した温度範囲のうち比較的高温領域で実施することが考えられる。
【０１２３】
以上のような加熱処理を施すことにより、積層体ＬＡＢを構成する各膜を構成するアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）および金（Ａｕ）が相互拡散して、図３８に示すオーミック電極ＯＥが形成される。つまり、オーミック電極ＯＥから構成されるソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥを形成することができる。このとき、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面において、本実施の形態３では、アルミニウム（Ａｌ）膜ＡＬＦの膜厚をＹ（ｎｍ）とし、金（Ａｕ）膜ＡＵＦの膜厚をＺ（ｎｍ）とした場合、Ｙ≦Ｚ≦２Ｙの関係が満たされている。このため、アルミニウム（Ａｌ）膜から、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子％が、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に拡散する金原子の原子％よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。このとき、アルミニウム原子との接触の影響が大きくなる結果、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとオーミック電極ＯＥとの接触がオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減することができる。すなわち、本実施の形態３では、Ａｕ／Ａｌ膜厚比が１〜２の範囲内にあるように構成している。そして、本実施の形態３では、このように構成された積層体ＬＡＢを、例えば、６５０℃〜８５０℃の高温で熱処理することにより、表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを両立したソース電極ＳＥ（オーミック電極ＯＥ）およびドレイン電極ＤＥ（オーミック電極ＯＥ）を、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬ上に形成することができる。
【０１２４】
また、本実施の形態３では、第１モリブデン（Ｍｏ）膜ＭＦ１の膜厚をＸｎｍとした場合、２ｎｍ≦Ｘ≦１０ｎｍの関係を満たすように積層体ＬＡＢを構成している。これにより、本実施の形態３では、前記実施の形態１の特徴と、前記実施の形態２の特徴の相乗効果によって、さらなるソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥの表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。この場合、オーミック電極ＯＥ（ソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥ）とＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面において、アルミニウム（Ａｌ）膜から、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に拡散するアルミニウム原子の原子％が、オーミック電極ＯＥとＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬとの界面に拡散する金原子の原子％よりも大きくなる場合が多くなり、かつ、モリブデン原子の原子％よりも大きくなる場合が多くなると考えられる。すなわち、半導体層とオーミック電極ＯＥとの界面において、アルミニウム、モリブデン、および、金のうち、アルミニウムの原子％が最も大きくなる場合が多くなるものと考えられる。
【０１２５】
次に、図３９に示すように、ＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬの表面に、例えば、窒化シリコン膜からなる表面保護膜ＰＲＦを形成する。その後、図４０に示すように、基板１Ｓ上にレジスト膜ＦＲ３を塗布し、このレジスト膜ＦＲ３に対して露光・現像処理を施してパターニングする。レジスト膜ＦＲ３のパターニングは、素子形成領域をレジスト膜ＦＲ３で覆う一方、素子形成領域間の絶縁形成領域を開口するように行われる。そして、パターニングしたレジスト膜ＦＲ３をマスクにしたイオン注入法により、例えば、ボロン（ホウ素）、窒素、または、ヘリウムを導入して絶縁領域を形成する。
【０１２６】
続いて、図４１に示すように、パターニングしたレジスト膜ＦＲ３を除去した後、新たなレジスト膜ＦＲ４を基板１Ｓ上に塗布する。そして、このレジスト膜ＦＲ４に対して露光・現像処理を施してパターニングする。レジスト膜ＦＲ４のパターニングは、ゲート電極形成領域に開口部ＯＰ３を形成するように行なわれる。その後、パターニングしたレジスト膜ＦＲ４をマスクにしたエッチングにより、開口部ＯＰ３から露出する表面保護膜ＰＲＦを除去する。この結果、開口部ＯＰ３の底部にＡｌＧａＮ層ＡＧＮＬが露出する。
【０１２７】
次に、図４２に示すように、例えば、電子線蒸着法などを使用することにより、パターニングしたレジスト膜ＦＲ４を形成した基板１Ｓ上に積層膜を形成する。具体的に、積層膜は、ニッケル膜ＮＩＦと金膜ＡＵＦ２から構成される。図４２に示すように、この積層膜がレジスト膜ＦＲ４に形成された開口部ＯＰ３内およびレジスト膜ＦＲ４上に形成される。
【０１２８】
続いて、レジスト膜ＦＲ４を除去する。レジスト膜ＦＲ４を除去する際、レジスト膜ＦＲ４上に形成されている積層膜もリフトオフによって除去される。したがって、レジスト膜ＦＲ４を除去した後は、レジスト膜ＦＲ４の開口部ＯＰ３に形成されていた積層膜だけが残存し、これによって、図３１に示すニッケル膜ＮＩＦと金膜ＡＵＦからなるゲート電極ＧＥを形成することができる。以上のようにして、本実施の形態３におけるＨＥＭＴを製造することができる。
【０１２９】
（実施の形態４）
＜電界効果トランジスタの構成＞
本実施の形態４では、前記実施の形態１や前記実施の形態２で説明したオーミック電極ＯＥを絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor））に利用する例について説明する。
【０１３０】
図４３は、本実施の形態４におけるＭＩＳＦＥＴのデバイス構造を示す断面図である。図４３に示すように、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板、ＧａＮ基板、あるいは、シリコン（Ｓｉ）基板から構成される基板１Ｓ上に、ＧａＮ層からなるバッファ層ＢＵＦが形成されている。そして、このバッファ層ＢＵＦ上に、ｎ型不純物が導入されたｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬが形成されている。
【０１３１】
次に、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上には、互いに離間して配置されたソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥが形成されている。このソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥは、オーミック電極ＯＥから構成されており、このオーミック電極ＯＥは、前記実施の形態１や前記実施の形態２で説明した特徴を有している。したがって、本実施の形態４におけるＭＩＳＦＥＴによれば、本願発明の技術的思想が適用されたオーミック電極ＯＥをソース電極ＳＥやドレイン電極ＤＥに使用しているので、ソース電極ＳＥやドレイン電極ＤＥにおける表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。具体的に、ソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥは、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散したオーミック電極ＯＥから形成されており、特に、オーミック電極ＯＥとｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬとの界面において、アルミニウム原子の原子％は、モリブデン原子の原子％や金原子の原子％よりも大きくなっている場合が多いと考えられる。
【０１３２】
そして、ソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとの間のｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上には、ゲート絶縁膜ＧＯＸを介して、ゲート電極ＧＥが形成されている。ゲート絶縁膜ＧＯＸは、例えば、酸化アルミニウム膜や酸化シリコン膜などから形成されている。また、ゲート電極ＧＥは、ポリシリコン膜や金属膜から構成されている。さらに、本実施の形態４におけるＭＩＳＦＥＴでは、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬの表面に、例えば、窒化シリコン膜からなる表面保護膜ＰＲＦが形成されている。
【０１３３】
＜電界効果トランジスタの動作＞
本実施の形態４におけるＭＩＳＦＥＴは上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。特に、本実施の形態４では、ノーマリオン型のＭＩＳＦＥＴを例に挙げて、その動作について説明する。
【０１３４】
図４４は、ゲート電極ＧＥにしきい値電圧以下の負電圧が印加されてＭＩＳＦＥＴがオフしている状態を示す模式図である。図４４に示すように、ゲート電極ＧＥに負電圧を印加した場合、ゲート電極ＧＥ直下のｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬに形成されている空乏層ＤＰＬが延びる。この結果、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬの底面にまで空乏層ＤＰＬが達する。この空乏層ＤＰＬは絶縁領域として機能することから、ソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとの電気的な接続は、空乏層ＤＰＬによって遮断される。このため、ゲート電極ＧＥにしきい値電圧以下の負電圧が印加された場合、ＭＩＳＦＥＴはオフする。
【０１３５】
続いて、図４５は、ゲート電極に０Ｖの電圧が印加されてＭＩＳＦＥＴがオンしている状態を示す模式図である。図４５に示すように、ゲート電極ＧＥに０Ｖが印加される場合、ゲート電極ＧＥに負電圧を印加する場合よりも空乏層ＤＰＬが延びないため、図４５に示すように、空乏層ＤＰＬの直下にｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬからなるチャネルが形成される。これにより、ソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとの間が電気的に接続される。すなわち、ソース電極ＳＥからドレイン電極ＤＥに向って電子が流れる。言い換えれば、ドレイン電極ＤＥからソース電極ＳＥに向って電流が流れる。このため、ゲート電極ＧＥに０Ｖが印加された場合、ＭＩＳＦＥＴはオンする。以上のようにして、本実施の形態４におけるＭＩＳＦＥＴでは、ゲート電極ＧＥに印加する電圧を制御することにより、ＭＩＳＦＥＴのオン／オフ動作を実現できることがわかる。
【０１３６】
（実施の形態５）
＜青色発光ダイオードの構成＞
本実施の形態５では、前記実施の形態１や前記実施の形態２で説明したオーミック電極ＯＥを青色発光ダイオードに利用する例について説明する。
【０１３７】
図４６は、本実施の形態５における青色発光ダイオードのデバイス構造を示す断面図である。図４６に示すように、サファイア基板ＳＳ上に、例えば、ＧａＮ層からなるバッファ層ＢＵＦが形成されており、このバッファ層ＢＵＦ上にｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬが形成されている。そして、このｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上には、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬとオーミック接触するｎ型オーミック電極ＯＥ（ｎ）が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬ上の別領域にはｎ型ＡｌＧａＮ層ｎＡＧＮＬが形成され、このｎ型ＡｌＧａＮ層ｎＡＧＮＬ上に、亜鉛（Ｚｎ）をドープしたＩｎＧａＮ層ＩＧＮＬが形成されている。そして、ＩｎＧａＮ層ＩＧＮＬ上にｐ型ＡｌＧａＮ層ｐＡＧＮＬが形成されており、このｐ型ＡｌＧａＮ層ｐＡＧＮＬ上にｐ型ＧａＮ層ｐＧＮＬが形成されている。さらに、ｐ型ＧａＮ層ｐＧＮＬ上には、ｐ型ＧａＮ層ｐＧＮＬとオーミック接触するｐ型オーミック電極ＯＥ（ｐ）が形成されている。
【０１３８】
上述した構成を有する青色発光ダイオードは、ｐ型ＧａＮ層ｐＧＮＬとｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬで、ｐ型ＡｌＧａＮ層ｐＡＧＮＬ／ＩｎＧａＮ層ＩＧＮＬ／ｎ型ＡｌＧａＮ層ｎＡＧＮＬからなる２重ヘテロ構造を挟んだ構成をしており、極めて高輝度な青色発光ダイオードとなっている。
【０１３９】
ここで、ｎ型オーミック電極ＯＥ（ｎ）は、前記実施の形態１や前記実施の形態２で説明した特徴を有している。したがって、本実施の形態５における青色発光ダイオードによれば、本願発明の技術的思想が適用されたｎ型オーミック電極ＯＥ（ｎ）を使用しているので、ｎ型オーミック電極ＯＥ（ｎ）における表面モホロジーの改善とコンタクト抵抗の低減とを図ることができる。具体的に、ｎ型オーミック電極ＯＥ（ｎ）は、アルミニウム、モリブデン、および、金が相互拡散した電極から形成されており、特に、オーミック電極ＯＥ（ｎ）とｎ型ＧａＮ層ｎＧＮＬとの界面において、アルミニウム原子の原子％は、モリブデン原子の原子％や金原子の原子％よりも大きくなっている場合が多いと考えられる。
【０１４０】
＜青色発光ダイオードの動作＞
本実施の形態５における青色発光ダイオードは上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。
【０１４１】
図４７は、青色発光ダイオードがオフしている際のダブル・ヘテロ構造のバンド構造を示す図である。図４７において、ＩｎＧａＮ層を両側からｐ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＡｌＧａＮ層で挟んだ構造がダブル・ヘテロ構造である。図４７に示すように、青色発光ダイオードがオフしている際には、それぞれの層のフェルミ準位は一致している。
【０１４２】
次に、図４８は、青色発光ダイオードがオンしている際のダブル・ヘテロ構造のバンド構造を示す図である。図４８に示すように、青色発光ダイオードに順方向電圧（ｐ型ＡｌＧａＮ層に正電圧を印加し、ｎ型ＡｌＧａＮ層に負電圧を印加する）を印加する。すると、電子は、バンドギャップの大きなｎ型ＡｌＧａＮ層からバンドギャップの小さなＩｎＧａＮ層に高密度で注入される。同様に、正孔は、バンドギャップの大きなｐ型ＡｌＧａＮ層からバンドギャップの小さなＩｎＧａＮ層に高密度で注入される。この結果、ＩｎＧａＮ層においては、電子および正孔の密度が熱平衡状態の密度よりも極めて高くなり、再結合の確率が大きくなる。そして、ＩｎＧａＮ層において、伝導帯に存在する電子と、価電子帯に存在する正孔が再結合して、バンドギャップに相当するエネルギーを有する光（ｈν）が射出される。以上のようにして、本実施の形態５における青色発光ダイオードが動作することになる。
【０１４３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１４４】
前記実施の形態では、窒化物半導体とオーミック接触するオーミック電極に本願発明の技術的思想を適用する例について説明し、特に、窒化物半導体の一例として、ガリウムを含む窒化物半導体を挙げて説明している。そして、ガリウムを含む窒化物半導体の具体的な例として、ＡｌＧａＮやＧａＮを例に挙げて説明したが、本願発明の技術的思想は、これに限らず、例えば、ＩｎＧａＮやＡｌＩｎＧａＮなどの窒化物半導体とオーミック接触するオーミック電極にも幅広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１４６】
１Ｓ  基板
ＡＧＮＬ  ＡｌＧａＮ層
ＡＬＦ  アルミニウム膜
ＡＵＦ  金膜
ＡＵＦ２  金膜
ＢＵＦ  バッファ層
ＤＥ  ドレイン電極
ＤＰＬ  空乏層
Ｅｃ  伝導帯
Ｅｖ  価電子帯
ＦＲ１  レジスト膜
ＦＲ２  レジスト膜
ＦＲ３  レジスト膜
ＦＲ４  レジスト膜
ＧＥ  ゲート電極
ＧＮＬ  ＧａＮ層
ＧＯＸ  ゲート絶縁膜
ＨＭＦ  高融点金属膜
ＩＧＮＬ  ＩｎＧａＮ層
ＬＡＢ  積層体
ＬＡＢ１  積層体
ＬＡＢ２  積層体
ＭＦ１  第１モリブデン膜
ＭＦ２  第２モリブデン膜
ｎＡＧＮＬ  ｎ型ＡｌＧａＮ層
ｎＧＮＬ  ｎ型ＧａＮ層
ＮＩＦ  ニッケル膜
ＯＥ  オーミック電極
ＯＥ（ｎ）  ｎ型オーミック電極
ＯＥ（ｐ）  ｐ型オーミック電極
ＯＰ１  開口部
ＯＰ２  開口部
ＯＰ３  開口部
ｐＡＧＮＬ  ｐ型ＡｌＧａＮ層
ｐＧＮＬ  ｐ型ＧａＮ層
ＰＲＦ  表面保護膜
ＳＥ  ソース電極
ＳＳ  サファイア基板
ＴＡＦ  合金膜
εＦＭ  フェルミ準位
εＦＳ  フェルミ準位
εＦＳ２  フェルミ準位
Φｍ  仕事関数
Φｓ  仕事関数
【図１】
2014239082.tif 000003
【図２】
2014239082.tif 000004
【図３】
2014239082.tif 000005
【図４】
2014239082.tif 000006
【図５】
2014239082.tif 000007
【図６】
2014239082.tif 000008
【図７】
2014239082.tif 000009
【図８】
2014239082.tif 000010
【図９】
2014239082.tif 000011
【図１０】
2014239082.tif 000012
【図１１】
2014239082.tif 000013
【図１２】
2014239082.tif 000014
【図１３】
2014239082.tif 000015
【図１４】
2014239082.tif 000016
【図１５】
2014239082.tif 000017
【図１６】
2014239082.tif 000018
【図１７】
2014239082.tif 000019
【図１８】
2014239082.tif 000020
【図１９】
2014239082.tif 000021
【図２０】
2014239082.tif 000022
【図２１】
2014239082.tif 000023
【図２２】
2014239082.tif 000024
【図２３】
2014239082.tif 000025
【図２４】
2014239082.tif 000026
【図２５】
2014239082.tif 000027
【図２６】
2014239082.tif 000028
【図２７】
2014239082.tif 000029
【図２８】
2014239082.tif 000030
【図２９】
2014239082.tif 000031
【図３０】
2014239082.tif 000032
【図３１】
2014239082.tif 000033
【図３２】
2014239082.tif 000034
【図３３】
2014239082.tif 000035
【図３４】
2014239082.tif 000036
【図３５】
2014239082.tif 000037
【図３６】
2014239082.tif 000038
【図３７】
2014239082.tif 000039
【図３８】
2014239082.tif 000040
【図３９】
2014239082.tif 000041
【図４０】
2014239082.tif 000042
【図４１】
2014239082.tif 000043
【図４２】
2014239082.tif 000044
【図４３】
2014239082.tif 000045
【図４４】
2014239082.tif 000046
【図４５】
2014239082.tif 000047
【図４６】
2014239082.tif 000048
【図４７】
2014239082.tif 000049
【図４８】
2014239082.tif 000050