(57)【要約】【課題】電子供給層をＡｌＮとＧａＮを交互に積層した擬似混晶構造とし上部に窒化物半導体フィールドプレートを用いる場合に、電子供給層の上方のフィールドプレート層のエッチングを、半導体装置の特性を悪化させることなく精密に制御すること。【解決手段】基体上に、アンドープのＧａＮ層からなる電子走行層１１、ＡｌＮ層とＧａＮ層とを交互に複数積層して構成した平均Ａｌ組成ｘの電子供給層１２、Ａｌ組成ｙのＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）からなるエッチングストップ層１３、ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜１）からなるフィールドプレート層１４を順次積層する。フィールドプレート層１４の一部をエッチングストップ層１３まで除去した領域に、エッチングストップ層１３と接続する電極を設けて半導体装置を構成する。平均Ａｌ組成ｘとＡｌ組成ｙとＡｌ組成ｚとをｘ≧ｙ＞ｚの関係にする。【選択図】図１
2014086707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に積層された電子走行層と、
前記電子走行層上にＡｌＮ層とＧａＮ層とが交互に複数積層されて構成された平均Ａｌ組成ｘの擬似混晶電子供給層と、
前記電子供給層上に積層されたＡｌ組成ｙのＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）からなるエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上に積層されたＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜１、ｚ＜ｙ）からなるフィールドプレート層と、
前記フィールドプレート層の一部が前記エッチングストップ層まで除去された領域に設けられた前記エッチングストップ層と接続する電極と、
を有することを特徴とする半導体装置
【請求項２】
前記電子供給層の平均Ａｌ組成ｘと、前記エッチングストップ層のＡｌ組成ｙと、前記フィールドプレート層のＡｌ組成ｚとが、
ｘ≧ｙ＞ｚ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記エッチングストップ層の膜厚が、前記電子供給層との間に２次元電子ガスを生じない膜厚であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記エッチングストップ層の膜厚が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記電子供給層を構成する擬似混晶中の前記ＡｌＮ層および前記ＧａＮ層の膜厚が、いずれの層においても前記電子供給層中に２次元電子ガスを生じない膜厚であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電子供給層の膜厚が、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記電子供給層における平均Ａｌ組成が、１０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記電子供給層における平均Ａｌ組成が、２０％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記電子供給層における平均Ａｌ組成が、２０％以上３５％以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記フィールドプレート層の膜厚が、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記電極はアノード電極であり、さらに、前記エッチングストップ層と接続するカソード電極を備えることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項１２】
前記電極が、ニッケルと金とを積層させたＮｉ／Ａｕ膜からなることを特徴とする請求項１１に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記電極はゲート電極であり、さらに、前記エッチングストップ層と接続するソース電極およびドレイン電極を備えることを特徴とするヘテロ接合電界効果トランジスタ。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記電極はゲート絶縁膜を介して前記エッチングストップ層と接続するゲート電極であり、さらに、前記エッチングストップ層と接続するソース電極およびドレイン電極を備えることを特徴とするＭＩＳ型電界効果トランジスタ。
【請求項１５】
基体と、前記基体上に積層された電子走行層と、前記電子走行層上にＡｌＮとＧａＮとが交互に複数積層されて構成された、平均Ａｌ組成ｘの電子供給層と、前記電子供給層上に積層されたＡｌ組成ｙのＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）からなるエッチングストップ層と、前記エッチングストップ層上に積層されたＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜１）からなるフィールドプレート層と、前記フィールドプレート層の一部が前記エッチングストップ層まで除去された領域に設けられた電極と、を有し、前記電子供給層の平均Ａｌ組成ｘと、前記エッチングストップ層のＡｌ組成ｙと、前記フィールドプレート層のＡｌ組成ｚが、ｘ≧ｙ＞ｚの関係を満たす半導体装置の製造方法において、
少なくとも前記フィールドプレート層における電極の形成領域を、塩素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチングする
ことを特徴とする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、超格子構造の電子供給層を有する半導体装置およびその製造方法、並びにショットキーバリアダイオードおよび電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡｌＮ／ＧａＮ擬似混晶をバリア層（活性層）に用いた構成が知られている（特許文献１）。具体的に特許文献１および非特許文献１には、従来のＡｌＧａＮ混晶のバリア層に比べて、キャリア濃度と移動度を増加させる効果を有する窒化物半導体材料を用いたヘテロ接合電界効果トランジスタ（Heterojunction Field Effect Transistor：ＨＦＥＴ）が記載されている。特許文献１に記載された擬似混晶層においては、組成および膜厚の関係から２次元電子ガス（2 Dimensional Electron Gas：２ＤＥＧ）が発生していると考えられる。
【０００３】
また、特許文献２には、電子供給層にＡｌＧａＮ混晶層を用いて、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるフィールドプレート構造が記載されている。
【０００４】
図４Ａは、従来技術による半導体装置の一例としての、フィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を示す。図４Ａに示すように、従来技術によるＳＢＤ１００は、Ｓｉ基板１０１上に、バッファ層１０２、アンドープＧａＮ層からなる電子走行層１０３、および電子供給層としてのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１０４が順次形成されている。また、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１０４上には、オーミック電極としてのカソード電極１０６Ｃが選択的に形成されているとともに、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるフィールドプレート層（ＧａＮ−ＦＰ層）１０５が選択的に形成されている。そしてＧａＮ−ＦＰ層１０５におけるアノード電極の形成領域がＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１０４までエッチング除去されて、ＧａＮ−ＦＰ層１０５上にショットキー電極としてのアノード電極１０６Ａが形成されている。Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１０４、ＧａＮ−ＦＰ層１０５、カソード電極１０６Ｃ、およびアノード電極１０６Ａの上層には、絶縁膜１０７が形成されている。絶縁膜１０７のカソード電極１０６Ｃおよびアノード電極１０６Ａのそれぞれの上部には、配線とコンタクトするためのコンタクトホール１０７ａが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７３３４２０号公報
【特許文献２】特許第４５９２９３８号公報
【０００６】
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ９０、２４２１１２  （２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さて、本発明者は、従来の半導体装置における特性の課題である、低シート抵抗化およびオーミック電極の接触抵抗の低減のために、障壁層（バリア層）としてＡｌＮ障壁層／ＧａＮ量子準位層の擬似混晶多層構造を採用することを案出した。図４Ｂおよび図４Ｃはそれぞれ、従来の半導体装置における積層構造および本発明者が案出した半導体装置における積層構造を示す断面図である。
【０００８】
すなわち、本発明者は、図４Ｂに示すＳＢＤ１００などの半導体装置における電子供給層を、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１０４の代わりに、図４Ｃに示すように、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層１０８ａと窒化ガリウム（ＧａＮ）層１０８ｂとを交互に順次積層させた、いわゆる擬似混晶構造をＡｌＮ／ＧａＮ超格子層１０８で実現する構成を案出した。この構成によれば、格子緩和させることなく擬似混晶の平均Ａｌ組成の増加と電子供給層の膜厚増加が容易であるため、２次元電子ガスのキャリア密度を容易に増加できるという効果が得られ、さらに同一Ａｌ組成のＡｌＧａＮ混晶と比較して電子供給層の伝導帯端が量子効果により持ち上がるため基体方向に片寄ることにより散乱因子が減少し移動度が高くできる効果を有する。
【０００９】
具体的には、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、半導体装置におけるショットキーリークの抑制のために、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層１０４上にさらにＧａＮフィールドプレート層（ＧａＮ−ＦＰ層）１０５を設けた従来構造の場合、２次元電子ガスのキャリア密度は８×１０12ｃｍ-2であった。これに対し、図４Ｃに示すように、本発明者が案出した、電子供給層を擬似混晶構造のＡｌＮ／ＧａＮ超格子層１０８とし、その上層にショットキーリークの抑制のためのＧａＮ−ＦＰ層１０５を設けた場合、２次元電子ガスのキャリア密度を１．３×１０13ｃｍ-2にでき、従来構造に比して２次元電子ガスのキャリア密度を約１．５倍に増加させることが可能となった。
【００１０】
ところが、本発明者がこの半導体装置の製造について検証したところ、図４Ｃに示すＧａＮ−ＦＰ層１０５を電子供給層の上面まで塩素系ガスによって選択的にエッチング除去すると、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層１０８の最上層のＧａＮ層１０８ｂまでエッチングしてしまい、ＡｌＮ層１０８ａが最表面に露出することが判明した。
【００１１】
本発明者の知見によれば、ＧａＮのエッチングレートはＡｌＮのエッチングレートに比して極めて大きい。そのため、ＧａＮ−ＦＰ層１０５やＧａＮ層１０８ｂのエッチングを精密に制御してＧａＮ層１０８ｂを残すようなエッチングストップを行うことは困難であった。そのため、ＡｌＮ層１０８ａの表面酸化などによってオン電圧やコンタクト抵抗が増加したり、電流コラプスが悪化したりするという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、電子供給層が少なくとも２種類の二元材料を順次積層して超格子層とした擬似混晶構造を有する場合に、電子供給層の上方に形成される層のエッチングを、半導体装置の特性を悪化させることなく制御可能な、半導体装置およびその製造方法、並びにショットキーバリアダイオードおよび電界効果トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、基体と、基体上に積層された電子走行層と、電子走行層上にＡｌＮ層とＧａＮ層とが交互に複数積層されて構成された平均Ａｌ組成ｘの擬似混晶電子供給層と、電子供給層上に積層されたＡｌ組成ｙのＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）からなるエッチングストップ層と、エッチングストップ層上に積層されたＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜１）からなるフィールドプレート層と、フィールドプレート層の一部がエッチングストップ層まで除去された領域に設けられたエッチングストップ層と接続する電極と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、電子供給層の平均Ａｌ組成ｘと、エッチングストップ層のＡｌ組成ｙと、フィールドプレート層のＡｌ組成ｚとが、ｘ≧ｙ＞ｚの関係を満たすことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、エッチングストップ層の膜厚が、電子供給層との間に２次元電子ガスを生じない膜厚であることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、エッチングストップ層の膜厚が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、電子供給層を構成する擬似混晶中のＡｌＮ層およびＧａＮ層の膜厚が、いずれの層においても電子供給層中に２次元電子ガスを生じない膜厚であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、電子供給層の膜厚が、いずれの層においても１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、電子供給層における平均Ａｌ組成が、１０％以上７０％以下であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、電子供給層における平均Ａｌ組成が、２０％以上５０％以下であることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、電子供給層における平均Ａｌ組成が、２０％以上３５％以下であることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、フィールドプレート層の膜厚が、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２３】
本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明による半導体装置における、電極はアノード電極であり、さらに、エッチングストップ層と接続するカソード電極を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、電極が、ニッケルと金とを積層させたＮｉ／Ａｕ膜からなることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係るヘテロ接合電界効果トランジスタは、上記の発明による半導体装置における、電極はゲート電極であり、さらに、エッチングストップ層と接続するソース電極およびドレイン電極を備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係るＭＩＳ型電界効果トランジスタは、上記の発明による半導体装置における、電極はゲート絶縁膜を介してエッチングストップ層と接続するゲート電極であり、さらに、エッチングストップ層と接続するソース電極およびドレイン電極を備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基体と、基体上に積層された電子走行層と、電子走行層上にＡｌＮとＧａＮとが交互に複数積層されて構成された、平均Ａｌ組成ｘの電子供給層と、電子供給層上に積層されたＡｌ組成ｙのＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）からなるエッチングストップ層と、エッチングストップ層上に積層されたＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜１）からなるフィールドプレート層と、フィールドプレート層の一部がエッチングストップ層まで除去された領域に設けられた電極と、を有し、電子供給層の平均Ａｌ組成ｘと、エッチングストップ層のＡｌ組成ｙと、フィールドプレート層のＡｌ組成ｚが、ｘ≧ｙ＞ｚの関係を満たす半導体装置の製造方法において、少なくともフィールドプレート層における電極の形成領域を、塩素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る半導体装置およびその製造方法、並びにショットキーバリアダイオードおよび電界効果トランジスタによれば、電子供給層が少なくとも２種類の材料を順次積層して超格子層とした擬似混晶構造を有する場合に、電子供給層の上方に形成される層のエッチングを、半導体装置の特性を悪化させることなく制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施形態における電子供給層、エッチングストップ層、およびフィールドプレート層の積層構造を示す断面図である。
【図２】図２は、ＡｌyＧａ1-yＮ層からなるエッチングストップ層における２次元電子ガスのキャリア密度の、Ａｌ組成ごとの膜厚依存性を示すグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施例による電子供給層上にエッチングストップ層を設けたフィールドプレート構造を有するＳＢＤの構造を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第２の実施例による電子供給層上にエッチングストップ層を設けたフィールドプレート構造を有するＨＥＭＴの構造を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、従来技術によるフィールドプレート構造を有する半導体装置の一例であるＳＢＤの基本構造を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示す従来技術による半導体装置の積層構造を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明者が案出した電子供給層の構造の詳細を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態による半導体装置における電子供給層近傍の積層構造を示す断面図である。すなわち、この実施形態による半導体装置１０においては、所定の基体（図１中、図示せず）に形成された例えばアンドープＧａＮ層からなる電子走行層１１の上層または上方に、ＡｌＮ層１２ａとＧａＮ層１２ｂとが交互に順次複数積層されたＡｌＮ／ＧａＮ層１２−１〜１２−ｎ（ｎ：自然数）からなる擬似混晶構造の電子供給層１２が設けられる。
【００３２】
ここで、この実施形態による電子供給層１２を構成するそれぞれのＡｌＮ／ＧａＮ層１２−１〜１２−ｎにより、電子供給層１２は、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層からなるＡｌＧａＮの擬似混晶構造を有する。また、それぞれのＡｌＮ層１２ａおよびＧａＮ層１２ｂは、少なくともその内部に２次元電子ガスが生じない膜厚に形成される。
【００３３】
また、これらのＡｌＮ／ＧａＮ層１２−１〜１２−ｎからなる電子供給層１２の平均Ａｌ組成ｘは、（１）式により算出される。なお、ｘは平均Ａｌ組成、ｘiはＡｌＮ／ＧａＮ層１２−ｉ（ｉ：１，２，…，ｎ）の平均Ａｌ組成、ｄiはＡｌＮ／ＧａＮ層１２−ｉの膜厚である。
【数１】
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【００３４】
そして、この実施形態において電子供給層１２の平均Ａｌ組成Xは、０＜Ｘ≦１を前提として、シート抵抗を低くすることを考慮すると、ＡｌＧａＮ単層の場合とＡｌＮ／ＧａＮの場合の中間程度の組成となることが好ましく、１０％以上７０％以下（０．１≦Ｘ≦０．７）が好ましい。また、擬似混晶バリア層を用いた場合におけるシート抵抗の観点から、電子供給層１２の平均Ａｌ組成Ｘは、超格子バリア層の場合に推定される、２０％以上５０％以下（０．２≦Ｘ≦０．５）がより好ましい。ひずみに対して自由に積層できる格子緩和の観点から、電子供給層１２の平均Ａｌ組成Xは、２０％以上３５％以下（０．２≦Ｘ≦０．３５）がさらに好ましい。
【００３５】
さらに、（１）式の分母に相当する電子供給層１２の膜厚は、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）のキャリア密度を増加させることを考慮すると、１０ｎｍ以上にするのが好ましく、ミスフィット転位が生じない臨界膜厚以下とし、オーミックコンタクトの限界を考慮すると、１００ｎｍ以下にするのが好ましい。
【００３６】
また、電子供給層１２を構成するそれぞれのＡｌＮ層１２ａおよびＧａＮ層１２ｂの膜厚は、層状になる最低膜厚である２原子層以上、具体的には例えば０．５ｎｍ以上とするのが好ましい。また、それぞれのＡｌＮ層１２ａおよびＧａＮ層１２ｂの膜厚は、ミスフィット転位を生じさせないためには臨界膜厚以下にするのが好ましい。そして、上述の条件に基づいて、各ＡｌＮ／ＧａＮ層１２−１〜１２−ｎの平均Ａｌ組成ｘおよび膜厚ｄｉは、半導体装置の設計に応じて適宜最適な値に算出される。
【００３７】
また、電子供給層１２を、ＡｌＮ層１２ａとＧａＮ層１２ｂとの膜厚の比が互いに等しいように、または、積層されるＡｌＮ層１２ａの膜厚がいずれも等しく且つ積層されるＧａＮ層１２ｂの膜厚がいずれも等しいように、積層して構成することが可能である。すなわち、平均Ａｌ組成ｘｉが積層方向に沿って変わらないように複数層のＡｌＮ／ＧａＮ層１２−ｉから電子供給層１２を構成する場合、平均Ａｌ組成ｘは以下の（２）式から算出できる。なお、ｄ１およびｄ２はそれぞれ、一対のＡｌＮ／ＧａＮ層におけるＡｌＮ層１２ａの膜厚およびＧａＮ層１２ｂの膜厚である。
【数２】
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【００３８】
このような平均Ａｌ組成ｘの電子供給層１２は、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層となり、ＡｌＮ層とＧａＮ層とが一対の組として順次積層されて構成される。
【００３９】
以上のように構成された電子供給層１２上には、Ａｌ組成ｙが平均Ａｌ組成ｘ以下（ｙ≦ｘ）のＡｌyＧａ1-yＮ層（０＜ｙ＜１）からなるエッチングストップ層１３、およびＡｌ組成ｚがＡｌ組成ｙ未満（ｚ＜ｙ）のＡｌzＧａ1-zＮ層（０≦ｚ＜１）からなるフィールドプレート層（ＦＰ層）１４が順次設けられる。
【００４０】
すなわち、この実施形態による半導体装置は、電子供給層１２の平均Ａｌ組成ｘと、エッチングストップ層１３のＡｌ組成ｙと、ＦＰ層１４のＡｌ組成ｚとが、ｚ＜ｙ≦ｘの関係を満たすように構成されている。このようにＡｌ組成が上層になるほど小さくなるようにしていることにより、電子供給層１２から発生する２次元電子ガスのキャリア密度に大きく影響させずさらには格子緩和させることなく、例えば、ＦＰ層１４のエッチングを、塩素系ガスを用いたドライエッチング法により行う場合に、ＦＰ層１４のエッチングレートとエッチングストップ層１３のエッチングレートとを大きく相違させることができ、ＦＰ層１４のエッチングを効率良く制御することが可能になる。また、このようなＦＰ層１４のエッチングを効率良く行うとともに、ＦＰ層１４端部での耐圧を維持し２次元電子ガスのキャリア密度を大きく低減させずに、半導体装置の特性を良好に維持することを考慮すると、ＦＰ層１４の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下（１０〜２００ｎｍ）にするのが好ましく、半導体装置の設計条件に応じて、この膜厚範囲から好適な膜厚が選択される。
【００４１】
また、本発明者は、エッチングストップ層１３と電子供給層１２との界面に発生する２次元電子ガスを極力抑制するために、２次元電子ガスのキャリア密度におけるエッチングストップ層１３の膜厚依存性について測定を行った。この測定においては、エッチングストップ層１３のＡｌ組成を種々変化させて行った。図２は、その計測結果を示すグラフである。
【００４２】
図２から、２次元電子ガスのキャリア密度を、その発生による半導体装置への影響が無視できる４×１０12ｃｍ-2以下とするためには、エッチングストップ層１３のＡｌ組成ｙとして考えられる２５％（ｙ＝０．２５）の場合でも、ＡｌyＧａ1-yＮ層からなるエッチングストップ層１３の膜厚を１０ｎｍ以下とすれば良いことが分かる。したがって、この実施形態において、エッチングストップ層１３に生じる２次元電子ガスを無視可能な程度に少なくするには、その膜厚を１０ｎｍ以下にすることが望ましい。
【００４３】
また、電子供給層１２上にＡｌyＧａ1-yＮ層を積層させ、このＡｌyＧａ1-yＮ層を用いて、ＦＰ層１４のエッチングを精密に制御することを考慮すると、エッチングストップ層１３の膜厚は、１ｎｍ以上であることが望ましい。これは、ＡｌyＧａ1-yＮ層上に設けられたＦＰ層１４が例えばＧａＮ層などのＡｌ組成ｚが０または極めて小さい場合、ＧａＮ層とのエッチングレートがＡｌＧａＮ層の約１００倍程度と極めて大きく、ＡｌＧａＮ層がＦＰ層１４を構成するＧａＮ層に対するエッチングストップ層１３として極めて有効に作用するためである。
【００４４】
以上のように構成された実施形態による積層構造を有する半導体装置においては、電子供給層１２の最上層、すなわち最上面のＧａＮ層１２ｂと、エッチングストップ層１３との界面に２次元電子ガスが発生することによるリーク電流の増大を抑制することができる。これによって、半導体装置の特性が悪化するのを防止することができる。
【００４５】
（実施例）
次に、以上のように構成された本発明の実施形態による電子供給層１２、エッチングストップ層１３、およびＦＰ層１４を有する半導体装置の実施例について説明する。
【００４６】
（第１の実施例）
図３Ａは、第１の実施例によるＦＰ層を備えたショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の一例を示す断面図である。図３Ａに示すように、この第１の実施例によるＳＢＤ２０は、基体２１上に、電子走行層２２、電子供給層２３、およびエッチングストップ層２４が順次積層されている。
【００４７】
基体２１は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、ガリウムリン（ＧａＰ）基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、炭素（Ｃ）基板、またはサファイア基板などの基板上に、例えばＧａＮ層やＡｌＮ層などからなるバッファ層などの、半導体装置の構成に要する種々の層が設けられて構成されている。電子走行層２２、電子供給層２３、およびエッチングストップ層２４はそれぞれ、上述した実施形態による電子走行層１１、電子供給層１２、およびエッチングストップ層１３と同様の構成を有する。
【００４８】
また、ＳＢＤ２０においては、エッチングストップ層２４上にはオーミック電極としてのカソード電極２５Ｃが選択的に設けられている。また、エッチングストップ層２４上には、アノード電極の形成領域を含む不要な部分が選択的にエッチング除去された、Ａｌ組成ｚが０のＧａＮ層からなるＧａＮ−ＦＰ層２６が設けられている。ＧａＮ−ＦＰ層２６は上述した実施形態によるＦＰ層１４と同様の構成を有する。なお、ＧａＮ層の不要な部分の選択的なエッチング除去は、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチング法により行われる。
【００４９】
エッチングストップ層２４上には、カソード電極２５ＣとＧａＮ−ＦＰ層２６との一部を覆うようにした絶縁膜２７が設けられている。さらに、ＧａＮ−ＦＰ層２６および絶縁膜２７上に乗り上げたフィールドプレート構造を有し、エッチングストップ層２４に接続したショットキー電極としてのアノード電極２５Ａが設けられている。アノード電極２５Ａは、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とを積層させたＮｉ／Ａｕ膜からなる。以上により、第１の実施例によるＳＢＤ２０が構成されている。
【００５０】
（第２の実施例）
図３Ｂは、第２の実施例によるＧａＮ−ＦＰ層を備えたＨＥＭＴの一例を示す断面図である。図３Ｂに示すように、この第２の実施例によるＨＥＭＴ３０は、第１の実施例と同様に、基体３１上に、電子走行層３２、電子供給層３３、およびエッチングストップ層３４が順次積層されている。基体３１は、基体２１と同様の構成を有するとともに、ＨＥＭＴ３０の構成に必要な従来公知の基板および各種の層が設けられている。また、電子走行層３２、電子供給層３３、およびエッチングストップ層３４はそれぞれ、上述した実施形態による電子走行層１１、電子供給層１２、およびエッチングストップ層１３と同様の構成を有する。
【００５１】
エッチングストップ層３４上には、ソース電極３５Ｓおよびドレイン電極３５Ｄが選択的に設けられている。ソース電極３５Ｓおよびドレイン電極３５Ｄは、エッチングストップ層３４の上に形成されるオーミック電極として機能する。また、ソース電極３５Ｓとドレイン電極３５Ｄとの間には、ゲート電極の形成領域を含む不要な部分が選択的にエッチング除去された、Ａｌ組成ｚが０のＧａＮ層からなるＧａＮ−ＦＰ層３６が設けられている。ＧａＮ−ＦＰ層３６は上述した実施形態によるＦＰ層１４と同様の構成を有する。なお、ＧａＮ層の不要な部分の選択的なエッチング除去は、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチング法により行われる。
【００５２】
また、エッチングストップ層３４上には、ソース電極３５Ｓ、ドレイン電極３５Ｄ、およびＧａＮ−ＦＰ層３６のそれぞれの一部を覆うように、絶縁膜３７が設けられている。また、ソース電極３５Ｓとドレイン電極３５Ｄとの間には、エッチングストップ層３４に接続しつつＧａＮ−ＦＰ層３６および絶縁膜３７上に乗り上げたフィールドプレート構造を有し、エッチングストップ層３４に接続した例えばＮｉ／Ａｕ膜からなるショットキー電極としてのゲート電極３５Ｇが設けられている。以上により、第２の実施例によるＨＥＭＴ３０が構成されている。なお、エッチングストップ層３４上に絶縁膜、ゲート電極３５Ｇを設けたＭＩＳ（Metal  Insulator  Semiconductor）ゲートとして電界効果トランジスタを構成してもよい。
【００５３】
以上説明した本発明の実施形態によれば、半導体装置の電子供給層をＡｌＮ／ＧａＮ層を順次積層した擬似混晶構造とした場合に、その上層にＡｌを含むＡｌＧａＮ層からなるエッチングストップ層を設けることにより、電子供給層の上方に形成される層のエッチングを、半導体装置の特性を悪化させることなく制御することが可能となる。さらに、電子供給層をＡｌＮ／ＧａＮ超格子層から構成した場合に、その上層にエッチングストップ層を設けることによって、エッチング時に電子供給層を構成するＡｌＮ層が、最表面に露出するのを防止することができるので、表面酸化などによってオン電圧やコンタクト抵抗が増加したり、電流コラプスが悪化したりするのを防止することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。また、上述の実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。
【００５５】
また、上述の第１および第２の実施例において、半導体装置における所望の特性に基づいた構造設計に応じて、電子供給層として上述した以外にも種々の擬似混晶構造を採用することが可能である。
【００５６】
また、上述の第１および第２の実施例において、電子走行層２２，３２と電子供給層２３，３３との間に、ＡｌＮ層からなるスペーサー層を介在させる構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  半導体装置
１１，２２，３２  電子走行層
１２，２３，３３  電子供給層
１２ａ  ＡｌＮ層
１２ｂ  ＧａＮ層
１２−１，…，１２−ｉ，…，１２−ｎ  ＡｌＮ／ＧａＮ層
１３，２４，３４  エッチングストップ層
１４  フィールドプレート層（ＦＰ層）
２０  ＳＢＤ
２１，３１  基体
２５Ａ  アノード電極
２５Ｃ  カソード電極
２６，３６  ＧａＮ−ＦＰ層
２７，３７  絶縁膜
３０  ＨＥＭＴ
３５Ｓ  ソース電極
３５Ｇ  ゲート電極
３５Ｄ  ドレイン電極
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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