(57)【要約】【課題】ヘテロ接合を有する電界効果トランジスタにおいて、ヘテロ界面における寄生抵抗の増大を抑制し、それによって高周波特性等のトランジスタ特性を向上させる。【解決手段】アンドープＧａＮバッファー層２の上に、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３及びｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４が順に形成されている。ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の上には、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４と接し且つソース電極及びドレイン電極となるＴｉ／Ａｌオーミック電極５が形成されている。ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続する。【選択図】図１
2006261642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層の上に形成されたＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（但し０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）と、
前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の上に形成され且つ前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層と接するソース電極及びドレイン電極とを備え、
前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続することを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
請求項１に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の分極は、前記窒化物半導体層の分極と等しいか又は前記窒化物半導体層の分極よりも大きいことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの格子定数が実質的に等しいことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの禁制帯幅が実質的に等しいことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記窒化物半導体層はＡｌを含み、
前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成は、前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面から離れるに従って大きくなるように変化していることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項６】
請求項５に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成は、前記界面から離れるに従って直線状に増加することを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項７】
請求項５に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成は、前記界面から離れるに従って階段状に増加することを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項８】
請求項５に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成は、前記界面から離れるに従って、上に凸の２次曲線状に増加することを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との間に、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に少なくとも一周期以上積層されてなる多層膜をさらに備えていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との間に、他のＩｎＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に少なくとも一周期以上積層されてなる多層膜をさらに備えていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記窒化物半導体層は、前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面に対して垂直な方向においてパルス状のプロファイルを生じるように前記窒化物半導体層の導電型に寄与する不純物が添加された領域を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記領域における前記不純物のピーク濃度が１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の所定の領域に、前記窒化物半導体層に達する凹部が形成されており、
前記凹部内に形成されたゲート電極をさらに備えていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１４】
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の窒化物半導体層の上に、前記第１の窒化物半導体層よりも禁制帯幅が大きい第２の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第２の窒化物半導体層の上にＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（但し０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）を形成する工程と、
前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の所定の領域に、前記第２の窒化物半導体層に達する凹部を形成する工程と、
前記凹部内にゲート電極を形成する工程と、
前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の上に、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層と接するソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを備え、
前記第２の窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
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の窒化物半導体層の上に、前記第１の窒化物半導体層よりも禁制帯幅が大きい第２の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第２の窒化物半導体層の所定の領域の上にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層に覆われていない前記第２の窒化物半導体層の上にＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（但し０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）を選択的に形成する工程と、
前記マスク層を除去することによって、前記第２の窒化物半導体層に達する凹部を形成する工程と、
前記凹部内にゲート電極を形成する工程と、
前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の上に、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層と接するソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記マスク層はＳｉＯ2 からなることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記マスク層の厚さは前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の厚さよりも大きいことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第２の窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
請求項１４又は１８に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第２の窒化物半導体層はＡｌを含み、
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、前記第２の窒化物半導体層におけるＡｌ組成を、前記第２の窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面から離れるに従って大きくなるように変化させることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、前記第２の窒化物半導体層におけるＡｌ組成を、前記界面から離れるに従って直線状に増加させることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、前記第２の窒化物半導体層におけるＡｌ組成を、前記界面から離れるに従って階段状に増加させることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、前記第２の窒化物半導体層におけるＡｌ組成を、前記界面から離れるに従って、上に凸の２次曲線状に増加させることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２３】
請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する工程よりも後に、前記基板に対して熱処理を行なう工程をさらに備え、
前記熱処理の温度は、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の形成温度よりも低いことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２４】
請求項１４〜２３のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層を形成する工程よりも後に、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層にｎ型導電型を供する不純物を、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の最上部における前記不純物の濃度が他の部分よりも高くなるように添加する工程と、当該工程の後に、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の形成温度よりも低い温度で前記基板に対して熱処理を行なう工程とをさらに備えていることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波用高出力トランジスタとして利用可能な電界効果トランジスタおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮに代表される III−Ｖ族窒化物化合物半導体（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（但し０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、以下ＩｎＡｌＧａＮと表記する）は、広いバンドギャップ（例えばＧａＮのバンドギャップは室温で３．４ｅＶ）を有すると共に非常に大きい絶縁破壊電界及び飽和電子速度を持つため、高出力の高速電子デバイス用材料として注目されている。特に、ＧａＮ膜上にＡｌＧａＮ膜を積層したヘテロ接合構造（以下、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造と称する）においては、（０００１）面上の強い分極電界によってＧａＮ膜中のヘテロ接合界面近傍に電子が高濃度に蓄積し、いわゆる二次元電子ガスが形成される。この二次元電子ガスは、ＡｌＧａＮ膜中に添加されるドナー不純物と空間的に分離されるので、高い電子移動度を示す。さらに、ＧａＮ系材料については、いわゆる飽和ドリフト速度が大きく、例えば１×１０5 Ｖ／ｃｍ程度の高電界領域においては、高周波トランジスタの材料として現在普及しているＧａＡｓ系材料と比較して２倍以上の電子速度を有するため、また、バンドギャップが大きく絶縁破壊電界が大きいため、高周波・高出力デバイスへの応用が期待されている。
【０００３】
しかしながら、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造を有する電界効果トランジスタ（ＨＥＦＴ：Heterojunction Field Effect Transistor）においては、現在まで、材料物性から期待される高周波特性が得られていない。この原因の１つとして、オーミック抵抗に起因する寄生抵抗が大きいことが挙げられる。以下、具体的に説明する。ＨＥＦＴの特性指標として、遮断周波数ｆT と相互コンダクタンスｇm とが挙げられるが、これらの間には下記（式１）で表される関係がある。
【０００４】
ｆT ＝ｇm ／（２πＬg ）  ・・・  （式１）
ここで、Ｌg はゲート長である。（式１）から明らかなように、遮断周波数ｆT を向上させるためには、相互コンダクタンスｇm を大きくすることが重要である。寄生抵抗を考慮した場合、ｇm は下記（式２）で表される。
【０００５】
ｇm ＝ｇm int  ／（１＋Ｒs ・ｇm int  ）  ・・・  （式２）
ここで、ｇm int  は真性相互コンダクタンスであり、材料と構造とによって決まる。また、Ｒs はオーミック電極からチャネルに至るまでの間の寄生抵抗であり、ソース抵抗と呼ばれる。（式２）から分かるように、相互コンダクタンスｇm はソース抵抗Ｒs が小さくなるに従って大きくなり、その結果、遮断周波数ｆT も向上する。従って、ＨＥＦＴの高周波特性を向上させるためには、寄生抵抗を減少させる必要がある。
【０００６】
ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＨＥＦＴにおいては、禁制帯幅（つまりバンドギャップ）の大きいＡｌＧａＮにオーミック電極を形成するため、コンタクト抵抗の低減が困難である。そこで、禁制帯幅の小さな材料からなるキャップ層を電極とＡｌＧａＮとの間に挟み込み、それによってコンタクト抵抗を低減する方法が用いられてきた。従来、このようなキャップ層としてはＧａＮが用いられてきた（非特許文献１参照）。しかしながら、この方法によれば、ＧａＮの分極とＡｌＧａＮの分極との間に差があるため、ＧａＮとＡｌＧａＮとの間のポテンシャルバリアが隆起してしまう。これにより、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面における寄生抵抗が増大し、その結果、高周波特性が劣化してしまう問題があった。
【０００７】
この問題に対処するため、特許文献１においては、ＧａＮと格子整合し且つＡｌＧａＮよりも分極が大きくなる組成を有するＩｎＡｌＧａＮをキャップ層に用いる構造が提案されている。
【０００８】
図９（ａ）は、特許文献１に開示された、従来の電界効果トランジスタの断面構成図である。図９（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上にアンドープＧａＮバッファー層１０２がエピタキシャル成長により形成されている。アンドープＧａＮバッファー層１０２の上部には２次元電子ガス１０７が発生しており、これにより、アンドープＧａＮバッファー層１０２の上部は電界効果トランジスタのチャネル層として機能する。アンドープＧａＮバッファー層１０２の上にはエピタキシャル成長によりｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１０３及びｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層１０４が順に形成されている。ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層１０４の所定の領域には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１０３に達する凹部が形成されていると共に、当該凹部にはゲート電極となるＰｄ−Ｓｉ（ＰｄとＳｉとの合金）ショットキー電極１０６が形成されている。また、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層１０４上におけるショットキー電極１０６の両側方には、ソース電極及びドレイン電極となるＴｉ／Ａｌ（Ｔｉ層とＡｌ層との積層構造を持つ）オーミック電極１０５が形成されている。
【０００９】
尚、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿ったＡｌ及びＩｎのそれぞれの組成の変化を示しており、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿った電子のポテンシャルエネルギーの変化を示している。
【非特許文献１】T.Egawa 他、Recessed gate AlGaN/GaN modulation-doped field-effect transistors on sapphire 、Applied Physics Letters Vol.76 P121-P123、アメリカ、American Institute of physics 、2000年１月３日
【特許文献１】特開２００２−２８９８３７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された、従来の電界効果トランジスタにおいては、図９（ｃ）に示すように、ＩｎＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面において大きなポテンシャルバリアが存在し、それによって寄生抵抗が増大してしまうという問題があった。
【００１１】
前記に鑑み、本発明は、ヘテロ接合を有する電界効果トランジスタにおいて、ヘテロ界面における寄生抵抗の増大を抑制し、それによって高周波特性等のトランジスタ特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明者らは、従来の電界効果トランジスタのＩｎＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面において大きなポテンシャルバリアが生じてしまう原因を検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、本願発明者らはＩｎＡｌＧａＮ層の結晶成長条件を詳細に検討し、その最適化を行なった結果、ＩｎＡｌＧａＮのボーイングパラメータが従来知られている値（１ｅＶ程度）と比較して２〜３倍大きいことを見出した。図１０は、カソードルミネッセンス（ＣＬ）法によりＩｎ0.09Ａｌ0.32Ｇａ0.59Ｎの禁制帯幅の評価を行なった結果を示す。ここで、ＩｎＡｌＧａＮの禁制帯幅ＥｇInAlGaN は下記（式３）で表される。
【００１３】
ＥｇInAlGaN ＝Ｉｎ組成×ＥｇInN ＋Ａｌ組成×ＥｇAlN ＋Ｇａ組成×ＥｇGaN
−Ｃ×（Ｉｎ組成＋Ａｌ組成）×Ｇａ組成            ・・・  （式３）
ここで、ＥｇInN 、ＥｇAlN 、ＥｇGaN はそれぞれＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮの禁制帯幅であり、Ｃはボーイングパラメータである。前述のように、ＩｎＡｌＧａＮのボーイングパラメータは従来１ｅＶ程度と考えられていたが、図１０に示す結果から求められるボーイングパラメータは２．３ｅＶとなる。Ｉｎ0.09Ａｌ0.32Ｇａ0.59Ｎを含むＩｎＡｌＧａＮの複数サンプルについて禁制帯幅Ｅｇとボーイングパラメータとを調べた結果を図１１に示す。以上の評価結果は、ＩｎＡｌＧａＮ中のＡｌ組成及びＩｎ組成を増加させたとしても、禁制帯幅があまり大きくならないことを意味する。その結果、特許文献１に示された組成を有するＩｎＡｌＧａＮをキャップ層として用いたとしても、図９（ｃ）に示すように、ＩｎＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面において大きなポテンシャルバリアが存在し、それによって寄生抵抗が増大してしまうという問題が生じることとなる。
【００１４】
以上の知見に基づき、本願発明者らは、ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成を変化させることによって、キャップ層とＡｌＧａＮ層との間のポテンシャルバリアをなくし、それによりヘテロ界面における寄生抵抗の増大を抑制することによって高周波特性等の素子特性を向上させることを着想した。すなわち、本発明は、ＡｌＧａＮ層とＩｎＡｌＧａＮ層との界面において、それぞれの伝導帯の下端の差をできるだけ小さく設定する、言い換えると、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続するように設定するものである。
【００１５】
具体的には、本発明に係る電界効果トランジスタは、窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層の上に形成されたＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（但し０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）と、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の上に形成され且つ前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層と接するソース電極及びドレイン電極とを備え、前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続する。
【００１６】
本発明の電界効果トランジスタによると、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（以下、ＩｎＡｌＧａＮ層と称する）上には、３×１０-6Ω・ｃｍ2 以下の非常に低抵抗なオーミック電極（ソース電極及びドレイン電極となる）を形成できる。また、キャップ層としてはたらくＩｎＡｌＧａＮ層の伝導帯の下端と、電子供給層としてはたらく窒化物半導体層の伝導帯の下端とが連続することから、窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層との界面におけるポテンシャルバリアを低くすることができるので、寄生抵抗を大幅に低減することが可能となり、高周波特性等のトランジスタ特性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の電界効果トランジスタにおいて、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の分極は、前記窒化物半導体層の分極と等しいか又は前記窒化物半導体層の分極よりも大きいことが好ましい。
【００１８】
このようにすると、窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層との界面における空乏層の発生を抑制し、それによって当該界面におけるポテンシャルバリアの増大をより一層抑制することができる。また、チャネル層に高濃度の電子を供給することができるので、ポテンシャルバリアに起因する寄生抵抗のみならず、チャネル抵抗に起因する寄生抵抗も低減することができる。
【００１９】
本発明の電界効果トランジスタにおいて、前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの格子定数が実質的に等しいことが好ましい。
【００２０】
このようにすると、ＩｎＡｌＧａＮ層を厚く形成することができるため、ＩｎＡｌＧａＮ層の抵抗をより低減することができるので、より一層の寄生抵抗の低減が可能となる。
【００２１】
本発明の電界効果トランジスタにおいて、前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの禁制帯幅が実質的に等しいことが好ましい。
【００２２】
このようにすると、窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層との間の電子親和力の差つまりポテンシャルバリアが、窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層との間の禁制帯幅の差に比例すると考えられることから、ポテンシャルバリアを非常に小さくすることができるので、ポテンシャルバリアに起因する寄生抵抗の増大をより一層抑制することが可能となる。
【００２３】
本発明の電界効果トランジスタにおいて、前記窒化物半導体層はＡｌを含み、前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成は、前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面から離れるに従って大きくなるように変化していることが好ましい。
【００２４】
このようにすると、窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層との界面において、それぞれの伝導帯の下端を確実に連続させることができる。従って、当該界面におけるポテンシャルバリアをなくすことができるので、寄生抵抗の増大を確実に抑制することが可能となる。尚、前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成は、前記界面から離れるに従って直線状に増加してもよい。また、前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成は、前記界面から離れるに従って階段状に増加してもよい。さらに、前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成は、前記界面から離れるに従って、上に凸の２次曲線状に増加してもよい。
【００２５】
本発明の電界効果トランジスタにおいて、前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との間に、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に少なくとも一周期以上積層されてなる多層膜をさらに備えていることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、ＩｎＡｌＧａＮ層と窒化物半導体層との間の実効的なポテンシャルバリアを低減し、当該ポテンシャルバリアに起因する寄生抵抗の増大を抑制できると共に、ＩｎＡｌＧａＮ層と窒化物半導体層との界面に平行な方向の抵抗も低減することが可能になる。
【００２７】
本発明の電界効果トランジスタにおいて、前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との間に、他のＩｎＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に少なくとも一周期以上積層されてなる多層膜をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、ＩｎＡｌＧａＮ層と窒化物半導体層との間の実効的なポテンシャルバリアを低減し、当該ポテンシャルバリアに起因する寄生抵抗の増大を抑制できると共に、ＩｎＡｌＧａＮ層と窒化物半導体層との界面に平行な方向の抵抗も低減することが可能になる。
【００２９】
本発明の電界効果トランジスタにおいて、前記窒化物半導体層は、前記窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面に対して垂直な方向においてパルス状のプロファイルを生じるように前記窒化物半導体層の導電型に寄与する不純物が添加された領域を有することが好ましい。
【００３０】
このようにすると、不純物添加により伝導帯が押し下げられるため、電子がポテンシャルバリアを通過しやすくなる。従って、ポテンシャルバリアの影響を低減することができるので、寄生抵抗の増大をより一層抑制することが可能となる。この場合、前記領域における前記不純物のピーク濃度が１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上であることが好ましい。
【００３１】
本発明の電界効果トランジスタにおいて、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の所定の領域に、前記窒化物半導体層に達する凹部が形成されており、前記凹部内に形成されたゲート電極をさらに備えていてもよい。
【００３２】
本発明に係る第１の電界効果トランジスタの製造方法は、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の窒化物半導体層の上に、前記第１の窒化物半導体層よりも禁制帯幅が大きい第２の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第２の窒化物半導体層の上にＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（但し０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）を形成する工程と、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の所定の領域に、前記第２の窒化物半導体層に達する凹部を形成する工程と、前記凹部内にゲート電極を形成する工程と、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の上に、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層と接するソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを備え、前記第２の窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続する。
【００３３】
第１の電界効果トランジスタの製造方法によると、ＩｎＡｌＧａＮ層上には、３×１０-6Ω・ｃｍ2 以下の非常に低抵抗なオーミック電極（ソース電極及びドレイン電極）を形成できる。また、キャップ層としてはたらくＩｎＡｌＧａＮ層の伝導帯の下端と、電子供給層としてはたらく第２の窒化物半導体層の伝導帯の下端とが連続することから、第２の窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層との界面におけるポテンシャルバリアを低くすることができるので、寄生抵抗を大幅に低減することが可能となり、高周波特性等のトランジスタ特性を向上させることができる。
【００３４】
本発明に係る第２の電界効果トランジスタの製造方法は、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の窒化物半導体層の上に、前記第１の窒化物半導体層よりも禁制帯幅が大きい第２の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第２の窒化物半導体層の所定の領域の上にマスク層を形成する工程と、前記マスク層に覆われていない前記第２の窒化物半導体層の上にＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（但し０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）を選択的に形成する工程と、前記マスク層を除去することによって、前記第２の窒化物半導体層に達する凹部を形成する工程と、前記凹部内にゲート電極を形成する工程と、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の上に、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層と接するソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを備えている。
【００３５】
第２の電界効果トランジスタの製造方法によると、ＩｎＡｌＧａＮ層上には、３×１０-6Ω・ｃｍ2 以下の非常に低抵抗なオーミック電極（ソース電極及びドレイン電極）を形成できる。また、チャネル部分に損傷を与えることなく、ゲート電極形成用の凹部を形成することができるので、チャネル抵抗に起因する寄生抵抗の増大を抑制することが可能になる。
【００３６】
第２の電界効果トランジスタの製造方法において、前記マスク層はＳｉＯ2 から構成されていてもよい。
【００３７】
第２の電界効果トランジスタの製造方法において、前記マスク層の厚さは前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の厚さよりも大きいことが好ましい。
【００３８】
このようにすると、マスク層の上にＩｎＡｌＧａＮ層が形成されることを防ぐことができるので、マスク層の除去により形成される凹部の寸法を精密に制御することができる。従って、微細なゲート電極を形成することができるため、チャネル長を短くすることができるので、チャネル抵抗に起因する寄生抵抗を低減することが可能になる。
【００３９】
第２の電界効果トランジスタの製造方法において、前記第２の窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続することが好ましい。
【００４０】
このようにすると、キャップ層としてはたらくＩｎＡｌＧａＮ層の伝導帯の下端と、電子供給層としてはたらく第２の窒化物半導体層の伝導帯の下端とが連続することから、第２の窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層との界面におけるポテンシャルバリアを低くすることができるので、寄生抵抗を大幅に低減することが可能となり、高周波特性等のトランジスタ特性を向上させることができる。
【００４１】
この場合において、又は第１の電界効果トランジスタの製造方法において、前記第２の窒化物半導体層はＡｌを含み、前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、前記第２の窒化物半導体層におけるＡｌ組成を、前記第２の窒化物半導体層と前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との界面から離れるに従って大きくなるように変化させることが好ましい。
【００４２】
このようにすると、第２の窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層との界面において、それぞれの伝導帯の下端を確実に連続させることができる。従って、当該界面におけるポテンシャルバリアをなくすことができるので、寄生抵抗の増大を確実に抑制することが可能となる。尚、前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成を、前記界面から離れるに従って直線状に増加させてもよい。また、前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成を、前記界面から離れるに従って階段状に増加させてもよい。さらに、前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、前記窒化物半導体層におけるＡｌ組成を、前記界面から離れるに従って、上に凸の２次曲線状に増加させてもよい。
【００４３】
第１又は第２の電界効果トランジスタの製造方法において、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する工程よりも後に、前記基板に対して熱処理を行なう工程をさらに備え、前記熱処理の温度は、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の形成温度よりも低いことが好ましい。
【００４４】
このようにすると、熱処理に起因するＩｎＡｌＧａＮ層の結晶性の劣化を抑制し、高い結晶性を維持することができるので、寄生抵抗の増大を抑制することが可能になる。
【００４５】
第１又は第２の電界効果トランジスタの製造方法において、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層を形成する工程よりも後に、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層にｎ型導電型を供する不純物を、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の最上部における前記不純物の濃度が他の部分よりも高くなるように添加する工程と、当該工程の後に、前記Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層の形成温度よりも低い温度で前記基板に対して熱処理を行なう工程とをさらに備えていることが好ましい。
【００４６】
このようにすると、ＩｎＡｌＧａＮ層の不純物濃度を高めることができるので、ＩｎＡｌＧａＮ層の抵抗を下げることができる。また、熱処理に起因するＩｎＡｌＧａＮ層の結晶性の劣化を抑制し、高い結晶性を維持することができるので、寄生抵抗の低減が可能になる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によると、窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層とのヘテロ界面における寄生抵抗の増大を抑制できるので、高周波特性等の素子特性を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る電界効果トランジスタの断面構成図である。
【００５０】
図１（ａ）に示すように、サファイア基板１上にアンドープＧａＮバッファー層２がエピタキシャル成長により形成されている。アンドープＧａＮバッファー層２の上部には２次元電子ガス７が発生しており、これにより、アンドープＧａＮバッファー層２の上部は電界効果トランジスタのチャネル層として機能する。アンドープＧａＮバッファー層２の上にはエピタキシャル成長によりｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３及びｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４が順に形成されている。ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の所定の領域には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３に達する凹部が形成されていると共に、当該凹部に露出するｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の上には、ゲート電極となるＰｄ−Ｓｉ（ＰｄとＳｉとの合金）ショットキー電極６が形成されている。また、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４上におけるショットキー電極６の両側方には、ソース電極及びドレイン電極となるＴｉ／Ａｌ（Ｔｉ層とＡｌ層との積層構造を持つ）オーミック電極５が形成されている。
【００５１】
尚、アンドープＧａＮバッファー層２の厚さは例えば２５００ｎｍであり、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の厚さは例えば２５ｎｍであり、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の厚さは例えば５０ｎｍである。また、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の不純物濃度は例えば４．０×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度であり、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の不純物濃度は例えば１．０×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度である。
【００５２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿ったＡｌ及びＩｎのそれぞれの組成の変化を示す図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った電子のポテンシャルエネルギーの変化を示す図である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態の特徴は、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成が膜厚方向に沿って変化していることである。具体的には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面において、それぞれの禁制帯幅Ｅｇが実質的に等しくなるように、言い換えると、当該界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続するように、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成を、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面から離れるに従って大きくなるように変化させている。これにより、図１（ｃ）に示すように、ＩｎＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面のポテンシャルバリアを完全になくすことができる。
【００５３】
尚、本実施形態において、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４として、例えばＩｎ0.09Ａｌ0.42Ｇａ0.59Ｎ（Ｅｇ＝３．６８ｅＶ、厚さ５０ｎｍ）を用いた場合には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３として、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４側からアンドープＧａＮバッファー層２側に向けて組成がＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ（Ｅｇ＝３．６８ｅＶ）からＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ（Ｅｇ＝３．９１ｅＶ）まで変化するＡｌＧａＮ（厚さ２５ｎｍ）を用いることにより、前述の効果を得る。
【００５４】
また、本実施形態において、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４として、例えばＩｎ0.10Ａｌ0.47Ｇａ0.43Ｎ（Ｅｇ＝３．８１ｅＶ、厚さ５０ｎｍ）を用いた場合には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３として、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４側からアンドープＧａＮバッファー層２側に向けて組成がＡｌ0.21Ｇａ0.79Ｎ（Ｅｇ＝３．８１ｅＶ）からＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ（Ｅｇ＝３．９１ｅＶ）まで変化するＡｌＧａＮ（厚さ２５ｎｍ）を用いることにより、前述の効果を得る。
【００５５】
また、本実施形態において、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成を、図１（ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面から離れるに従って直線状に増加させた（傾斜組成）が、これに代えて、例えば図１４に示すように、当該界面から離れるに従って階段状に増加させてもよい（階段状組成）。このようにすると、傾斜組成と比較して、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の平均的なＡｌ組成を増加させることが可能となるため、生成されるキャリア濃度が増加するので、寄生抵抗を低減することができる。また、階段状組成において生じる伝導帯の不連続の影響については、各段毎の不連続量を小さくすることによって軽減することができる。具体的には、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４として、例えばＩｎ0.09Ａｌ0.42Ｇａ0.59Ｎ（Ｅｇ＝３．６８ｅＶ、厚さ５０ｎｍ）を用いた場合には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３として、第１段目となるＡｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ（Ｅｇ＝３．７５ｅＶ、厚さ８ｎｍ）と第２段目となるＡｌ0.22Ｇａ0.78Ｎ（Ｅｇ＝３．８３ｅＶ、厚さ８ｎｍ）と第３段目となるＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ（Ｅｇ＝３．９１ｅＶ、厚さ９ｎｍ）とからなる階段状組成ＡｌＧａＮ（合計厚さ２５ｎｍ）を用いることにより、前述の効果を得る。また、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４として、例えばＩｎ0.10Ａｌ0.47Ｇａ0.43Ｎ（Ｅｇ＝３．８１ｅＶ、厚さ５０ｎｍ）を用いた場合には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３として、第１段目となるＡｌ0.22Ｇａ0.78Ｎ（Ｅｇ＝３．８３ｅＶ、厚さ５ｎｍ）と第２段目となるＡｌ0.24Ｇａ0.76Ｎ（Ｅｇ＝３．８６ｅＶ、厚さ５ｎｍ）と第３段目となるＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ（Ｅｇ＝３．９１ｅＶ、厚さ１５ｎｍ）とからなる階段状組成ＡｌＧａＮ（合計厚さ２５ｎｍ）を用いることにより、前述の効果を得る。尚、上記ＩｎＡｌＧａＮのバンドギャップの値はボーイングパラメータを２．６として算出したものであり、上記ＡｌＧａＮのバンドギャップの値はボーイングパラメータを１．０として算出したものである。
【００５６】
また、本実施形態において、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成を、例えば図１５に示すように、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面から離れるに従って、上に凸の２次曲線状に増加させてもよい（２次関数的組成）。このようにすると、傾斜組成と比較して、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の平均的なＡｌ組成を増加させることが可能となるため、生成されるキャリア濃度が増加するので、寄生抵抗を低減することができる。また、階段状組成と比較して、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３内において電子の移動を妨げる方向に伝導帯が傾斜するものの、階段状組成のような伝導帯の不連続は生じないので、当該不連続に起因する影響を抑制することができる。
【００５７】
以下、キャップ層４に用いられるＩｎＡｌＧａＮ層の組成に求められる条件について説明する。
【００５８】
まず、ＩｎＡｌＧａＮ層を厚く形成するため、つまりＩｎＡｌＧａＮ層の抵抗を低減して寄生抵抗の低減を図るため、キャップ層４となるＩｎＡｌＧａＮ層と、バッファー層２となるＧａＮ層とを格子整合させる必要がある。尚、通常、電子供給層（ＡｌＧａＮ層）３の格子定数と下地のバッファー層２の格子定数とは同等に設定される。ＩｎＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とを格子整合させるための条件は以下の通りである。ＩｎＡｌＧａＮの格子定数ａInAlGaN は下記（式４）で表される。
【００５９】
ａInAlGaN ＝Ｉｎ組成×ａInN ＋Ａｌ組成×ａAlN ＋Ｇａ組成×ａGaN
・・・  （式４）
ここで、ａInN 、ａAlN 、ａGaN はそれぞれＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮの格子定数である。このＩｎＡｌＧａＮの格子定数ａInAlGaN がＧａＮの格子定数と等しくなるという条件から、下記（式５）が導き出される。
【００６０】
Ａｌ組成＝４．６６×Ｉｎ組成  ・・・  （式５）
すなわち、キャップ層４に用いられるＩｎＡｌＧａＮ層中のＡｌ組成とＩｎ組成とは（式５）で表される関係を満たすことが好ましい。このようにすると、図２の点線で示す領域においてＩｎＡｌＧａＮ層の禁制帯幅を自由に変化させることが可能になる。尚、図２は、 III−Ｖ族窒化物化合物半導体における禁制帯幅と格子定数との関係を示している。
【００６１】
次に、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面における空乏層の発生を抑制して当該界面におけるポテンシャルバリアの増大をより一層抑制すると共にチャネル層に高濃度の電子を供給してチャネル抵抗に起因する寄生抵抗を低減するため、ＩｎＡｌＧａＮ層が電子供給層３であるＡｌＧａＮ層以上の分極を有する必要がある。そのためには、ＩｎＡｌＧａＮ層中のＡｌ組成とＩｎ組成とが、以下に説明するような関係を満たすことが求められる。すなわち、分極は、材料固有の自発分極Ｐspと、外部から加わる力等に起因して格子が歪むことによって生じるピエゾ分極Ｐpeとの和として与えられる。ここで、自発分極Ｐsp及びピエゾ分極Ｐpeはそれぞれ下記（式６）及び（式７）で表される（参考文献：Journal Of Applied Physics Vol.87、P334-P336）。
【００６２】
Ｐsp＝Ｉｎ組成×Ｐsp InN ＋Ａｌ組成×Ｐsp AlN ＋Ｇａ組成×Ｐsp GaN
・・・  （式６）
Ｐpe＝ｅ33・ｄz ＋ｅ31・（ｄx ＋ｄy ）                  ・・・  （式７）
ここで、Ｐsp InN 、Ｐsp AlN 、Ｐsp GaN はそれぞれＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮの自発分極であり、ｅ31及びｅ33はピエゾ係数であり、ｄx 及びｄy は格子の（０００１）面内方向の変位量であり、ｄz は格子の（０００１）面に対して垂直な方向の変位量である。（式６）及び（式７）から求められる、ＩｎＡｌＧａＮ層中に生じる分極の大きさのＩｎ組成依存性を図３に示す。ここで、ＩｎＡｌＧａＮとＧａＮとの格子整合を考慮して、（式５）に従い、Ａｌ組成がＩｎ組成の４．６６倍であるとして計算を行なった。尚、図３には、電子供給層３に用いるＡｌＧａＮ層の一例として、Ａｌ組成が２０％のＡｌＧａＮ層中に発生する分極の大きさも示している。図３に示すように、キャップ層４に用いられるＩｎＡｌＧａＮ層中に発生する分極を、電子供給層３に用いられるＡｌＧａＮ層中に発生する分極以上にするためには、Ｉｎ組成を８％以上に設定すると共にＡｌ組成をＩｎ組成の４．６６倍である３７％以上に設定すればよい。
【００６３】
図４は、本実施形態に係る電界効果トランジスタの電流電圧特性を示す（実線）。図４において、縦軸は単位ゲート幅当たりのドレイン電流を示し、横軸はドレイン電圧を示す。参考のため、図４には、図９（ａ）に示す従来の電界効果トランジスタの電流電圧特性も示している（破線）。図４に示すように、本実施形態の電界効果トランジスタによれば、従来の電界効果トランジスタと比較して、明らかにドレイン電流の立ち上がりが良くなっている。これは、従来の電界効果トランジスタにおいてはキャップ層と電子供給層との界面においてポテンシャルバリアが形成されているのに対して、本実施形態では当該ポテンシャルバリアが形成されていないことによるものである。
【００６４】
以上に説明したように、本実施形態の電界効果トランジスタによると、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４と、Ａｌ組成が膜厚方向に沿って変化しているｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とが積層された構造を用いている。このため、キャップ層４と電子供給層３とのヘテロ界面において、それぞれの伝導帯の下端を実質的に連続させることができる。従って、キャップ層４と電子供給層３とのヘテロ界面におけるポテンシャルバリアを低くすることができるので、寄生抵抗の増大を抑制でき、それによって高周波特性等の素子特性を大幅に向上させることが可能になる。
【００６５】
また、本実施形態の電界効果トランジスタによると、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４上には、３×１０-6Ω・ｃｍ2 以下の非常に低抵抗なオーミック電極５（ソース電極及びドレイン電極となる）を形成できる。
【００６６】
図１２は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮに対する金属の仕事関数とショットキー障壁高さφとの関係を本願発明者らが調べた結果を示す図である。図１２に示すように、ＩｎＡｌＧａＮについては、いずれの金属に対してもφが非常に小さい。これは、ＩｎＡｌＧａＮの電子親和力が大きいことを示唆しており、どのような金属を用いてもφが小さくなるため、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮにオーミック電極を形成しやすいということになる。
【００６７】
図１３は、Ｍｏ（モリブデン）をショットキー電極に用いた場合におけるＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのそれぞれの電流−電圧特性を本願発明者らが調べた結果を示す図である。図１３に示すように、ＧａＮの電流−電圧特性（破線）については整流性が見られるのに対して、ＩｎＡｌＧａＮの電流−電圧特性（実線）については正負どちらのバイアスに対しても電流が流れており、整流性は見られない。このことから、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮには非常に低抵抗なオーミック電極を形成できることが分かる。
【００６８】
以下、図１（ａ）に示す本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法について説明する。
【００６９】
図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法の各工程を示す断面図である。
【００７０】
まず、図５（ａ）に示すように、サファイア基板１の（０００１）面上に有機金属化学的気相堆積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：ＭＯＣＶＤ）法により、アンドープＧａＮバッファー層２、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３及びｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４を順に形成する。尚、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の禁制帯幅はアンドープＧａＮバッファー層２よりも大きい。また、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３及びｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４にはそれぞれ、ＳｉＨ4 ガスを用いてＳｉがドープされている。さらに、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３を形成する際には膜厚方向にＡｌ組成を変化させる。具体的には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成を、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面から離れるに従って大きくなるように変化させる。これによって、ＩｎＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ界面においてｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の禁制帯幅とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の禁制帯幅とが実質的に同程度となるように設定する。
【００７１】
続いて、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４上に、ストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（図示省略）を形成する。ここで、当該ストライプの幅は例えば約５μｍである。次に、前記フォトレジストをマスクとして、例えばＣｌ2 ガスを用いた誘導結合プラズマ（Induced Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチングにより、図５（ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４を選択的に除去して、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３を露出させるリセス（凹部）を形成する。
【００７２】
次に、図５（ｃ）に示すように、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４上における前記リセスの両側方に、例えば電子ビーム蒸着及びリフトオフにより、ソース電極及びドレイン電極となるＴｉ／Ａｌオーミック電極５を形成する。その後、コンタクト抵抗を低減させるために、例えば６００℃のＮ2 雰囲気中で熱処理を行なう。ここで、当該熱処理温度を、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の形成温度よりも低くすることが好ましい。このようにすると、熱処理に起因するｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の結晶性の劣化を抑制し、高い結晶性を維持することができるので、寄生抵抗の増大を抑制することが可能になる。
【００７３】
次に、図５（ｄ）に示すように、前記リセス内に露出するｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３上に、例えば電子ビーム蒸着及びリフトオフにより、ゲート電極となるＰｄ−Ｓｉ（ＰｄとＳｉとの合金）ショットキー電極６を形成する。これにより、図１（ａ）に示す本実施形態の電界効果トランジスタを完成させることができる。
【００７４】
以上に説明した本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法によると、図１（ａ）に示す本実施形態の電界効果トランジスタが得られるため、キャップ層４と電子供給層３とのヘテロ界面におけるポテンシャルバリアを低くすることができるので、寄生抵抗の増大を抑制でき、それによって高周波特性等の素子特性を大幅に向上させることが可能になる。
【００７５】
尚、本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法において、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の形成後、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４にｎ型導電型を供する不純物を添加する際には、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の最上部における不純物濃度を他の部分よりも高くすることが好ましい。また、不純物の添加後には、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の形成温度よりも低い温度で熱処理を行なうことが好ましい。このようにすると、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の不純物濃度を高めることができるので、Ｔｉ／Ａｌオーミック電極５とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との接触抵抗を下げることができると共に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の抵抗を下げることができる。また、熱処理に起因するｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の結晶性の劣化を抑制し、高い結晶性を維持することができるので、寄生抵抗の低減が可能になる。
【００７６】
（第１の実施形態の変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の変形例に係る電界効果トランジスタの製造方法について図面を参照しながら説明する。尚、本変形例は、図１（ａ）に示す第１の実施形態に係る電界効果トランジスタの製造方法である。
【００７７】
図６（ａ）〜（ｆ）は、本変形例の電界効果トランジスタの製造方法の各工程を示す断面図である。第１の実施形態においては、図５（ｂ）に示す工程で、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４に対してエッチングを行なうことにより、ゲート電極形成領域となるリセスを形成したが、これに代えて、本変形例では、後述するように、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３上のゲート電極形成領域をマスクしてからｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４を再成長させることにより、当該リセスを形成するものである。
【００７８】
まず、図６（ａ）に示すように、サファイア基板１の（０００１）面上にＭＯＣＶＤ法により、アンドープＧａＮバッファー層２及びｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３を順に形成する。尚、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の禁制帯幅はアンドープＧａＮバッファー層２よりも大きい。また、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３には、ＳｉＨ4 ガスを用いてＳｉがドープされている。さらに、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３を形成する際には膜厚方向にＡｌ組成を変化させる。具体的には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成を、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４（図６（ｃ）参照）との界面から離れるに従って大きくなるように変化させる。これによって、ＩｎＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ界面においてｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の禁制帯幅とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の禁制帯幅とを実質的に同じにする。言い換えると、ＩｎＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ界面において、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の伝導帯の下端と、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の伝導帯の下端とを実質的に連続させる。
【００７９】
次に、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３上に、例えばＳｉＨ4 ガスとＯ2 ガスとを用いた気相堆積法、具体的にはＣＶＤ（Chemical Vapor Depositon）法により、約１００ｎｍの厚さのＳｉＯ2 膜を形成する。続いて、当該ＳｉＯ2 膜を例えば幅５μｍのストライプ状に加工するため、例えばフォトレジストをマスクとしてフッ化水素酸（ＨＦ）水溶液を用いて当該ＳｉＯ2 膜を選択的にエッチングすることによって、図６（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 マスク８を形成する。
【００８０】
ここで、ＳｉＯ2 マスク８となるＳｉＯ2 膜の厚さは、後に形成するｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の厚さよりも大きいことが好ましい。このようにすると、ＳｉＯ2 マスク８の上にｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４が形成されることを防ぐことができるので、後の工程でＳｉＯ2 マスク８の除去により形成されるリセス（凹部）の寸法を精密に制御することができる。従って、微細なゲート電極を形成することができるため、チャネル長を短くすることができるので、チャネル抵抗に起因する寄生抵抗を低減することが可能になる。
【００８１】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＳｉＯ2 マスク８に覆われていない部分からＩｎＡｌＧａＮ層の成長を開始させ、それによってｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４を形成する。尚、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の厚さはｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の厚さよりも小さい。続いて、図６（ｄ）に示すように、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）水溶液を用いてＳｉＯ2 マスク８を除去することによって、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３に達する（凹部）を形成する。
【００８２】
次に、第１の実施形態の図５（ｃ）に示す工程と同様に、図６（ｅ）に示すように、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４上における前記リセスの両側方に、例えば電子ビーム蒸着及びリフトオフにより、ソース電極及びドレイン電極となるＴｉ／Ａｌオーミック電極５を形成する。その後、コンタクト抵抗を低減させるために、例えば６００℃のＮ2 雰囲気中で熱処理を行なう。ここで、当該熱処理温度を、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の形成温度よりも低くすることが好ましい。このようにすると、熱処理に起因するｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の結晶性の劣化を抑制し、高い結晶性を維持することができるので、寄生抵抗の増大を抑制することが可能になる。
【００８３】
次に、第１の実施形態の図５（ｄ）に示す工程と同様に、図６（ｆ）に示すように、前記リセス内のｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３上に、例えば電子ビーム蒸着及びリフトオフにより、ゲート電極となるＰｄ−Ｓｉ（ＰｄとＳｉとの合金）ショットキー電極６を形成する。これにより、図１（ａ）に示す本実施形態の電界効果トランジスタを完成させることができる。
【００８４】
本変形例によると、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、チャネル部分となるゲート電極の下側領域にエッチングに起因する損傷を与えることなく、ゲート電極形成用のリセスを形成することができるため、チャネル抵抗に起因する寄生抵抗の増大等のトランジスタ特性の劣化を防ぐことが可能になる。
【００８５】
尚、本変形例において、マスク８の材料としてＳｉＯ2 を用いたが、これに代えて、III−Ｖ族窒化物化合物半導体との間で選択比の得られる他の材料を用いてもよい。
【００８６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００８７】
図７は、第２の実施形態に係る電界効果トランジスタの断面構成図である。尚、図７において、図１（ａ）に示す第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付す。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、後述するように、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の直下に、他のＩｎＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に少なくとも一周期以上積層されてなる多層膜が設けられていること、及び、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３（第１の実施形態と同様にＡｌ組成が膜厚方向に沿って変化している）にデルタドープ層（ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面に対して垂直な方向においてパルス状のプロファイルを生じるようにｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の導電型に寄与する不純物が添加された領域）が設けられていることである。
【００８８】
図７に示すように、サファイア基板１上のアンドープＧａＮバッファー層２の上には、ＡｌＮスペーサ層１１及びｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３がエピタキシャル成長により形成されている。アンドープＧａＮバッファー層２の上部には２次元電子ガス７が発生しており、これにより、アンドープＧａＮバッファー層２の上部は電界効果トランジスタのチャネル層として機能する。また、アンドープＧａＮバッファー層２の下部にはＳｉＯ2 マスク２０が設けられている。ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の上には、例えば厚さ１．５ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮ薄膜と例えば厚さ１．５ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ薄膜とが交互に例えば７周期積層されてなる多層膜１０が形成されている。多層膜１０の上にはエピタキシャル成長によりｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４が形成されている。ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の所定の領域には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３に達する凹部が形成されていると共に、当該凹部に露出するｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の上には、ゲート電極となるＰｄ−Ｓｉ（ＰｄとＳｉとの合金）ショットキー電極６が形成されている。また、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４上におけるショットキー電極６の両側方には、ソース電極及びドレイン電極となるＴｉ／Ａｌ（Ｔｉ層とＡｌ層との積層構造を持つ）オーミック電極５が形成されている。
【００８９】
尚、本実施形態においても、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成は膜厚方向に沿って変化している。具体的には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面（本実施形態では当該界面に多層膜１０が介在する）において、それぞれの禁制帯幅Ｅｇが実質的に等しくなるように、言い換えると、当該界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続するように、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成を、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面から離れるに従って大きくなるように変化させている（図１（ｂ）参照）。これにより、ＩｎＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面のポテンシャルバリアを完全になくすことができる（図１（ｃ）参照）。
【００９０】
また、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３における多層膜１０の近傍領域にはデルタドープ層９が形成されている。尚、デルタドープ層９の不純物濃度は１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度以上である。
【００９１】
また、アンドープＧａＮバッファー層２の厚さは例えば２５００ｎｍであり、ＡｌＮスペーサ層１１の厚さは例えば１ｎｍであり、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の厚さは例えば２５ｎｍであり、デルタドープ層９の厚さは例えば５ｎｍ以下であり、多層膜１０の厚さは例えば２１ｎｍであり、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の厚さは例えば５０ｎｍである。また、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の不純物濃度は例えば４．０×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度であり、デルタドープ層９の不純物濃度は例えば１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上であり、多層膜１０全体としての不純物濃度は例えば１．０×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度であり、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の不純物濃度は例えば１．０×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度である。
【００９２】
本実施形態の電界効果トランジスタによると、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面（本実施形態では当該界面に多層膜１０が介在する）において、それぞれの禁制帯幅Ｅｇが実質的に等しくなるように、言い換えると、当該界面において、それぞれの伝導帯の下端が実質的に連続するように、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成を変化させている。このため、キャップ層４と電子供給層３とのヘテロ界面におけるポテンシャルバリアを低くすることができるので、寄生抵抗の増大を抑制でき、それによって高周波特性等の素子特性を大幅に向上させることが可能になる。
【００９３】
また、本実施形態の電界効果トランジスタによると、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３中にデルタドープ層９が設けられている。このため、不純物添加によりｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の伝導帯が押し下げられるため、電子がポテンシャルバリアを通過しやすくなる。すなわち、ポテンシャルバリアの影響を皆無にすることが可能になるため、寄生抵抗の増大をより一層抑制することが可能となる。
【００９４】
また、本実施形態の電界効果トランジスタによると、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との間に、ＩｎＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に少なくとも一周期以上積層されてなる多層膜１０が設けられている。このため、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との間のポテンシャルバリアの影響を抑制し、当該ポテンシャルバリアに起因する寄生抵抗の増大を抑制できると共に、水平方向（ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面に平行な方向）における寄生抵抗を大幅に低減することができる。
【００９５】
また、本実施形態の電界効果トランジスタによると、アンドープＧａＮバッファー層２とｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３との間にはＡｌＮスペーサ層１１が介在するため、合金散乱が抑制される結果、チャネル中の電子の移動度が向上し、それによってチャネル抵抗に起因する寄生抵抗が低減される。
【００９６】
以上に説明したように、本実施形態の電界効果トランジスタは、ＩｎＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とを交互に少なくとも一周期積層してなる多層膜１０が直下に設けられたｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４と、デルタドープ層が設けられ且つＡｌ組成が膜厚方向に沿って変化するｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３と備えているため、キャップ層４と電子供給層３とのヘテロ界面における寄生抵抗の増大を抑制でき、それによって高周波特性等の素子特性を大幅に向上させることが可能になる。
【００９７】
以下、図７に示す本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法について説明する。
【００９８】
図８（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法の各工程を示す断面図である。
【００９９】
まず、図８（ａ）に示すように、サファイア基板１の（０００１）面上にＭＯＣＶＤ法により、アンドープＧａＮバッファー層２を途中まで成長させる。続いて、例えばＳｉＨ4 ガスとＯ2 ガスとを用いた気相堆積法（具体的にはＣＶＤ法）により、アンドープＧａＮバッファー層２の上に厚さ約１００ｎｍのＳｉＯ2 膜を形成する。続いて、当該ＳｉＯ2 膜に、例えば幅５μｍのストライプ状の開口部を複数設けることによって、幅１０μｍの複数のＳｉＯ2 ストライプが形成されるよう、例えばフォトレジストをマスクとしてフッ化水素酸（ＨＦ）水溶液を用いて当該ＳｉＯ2 膜に対して選択的にエッチングを行なう。これにより、ＳｉＯ2 マスク２０が形成される。
【０１００】
続いて、図８（ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、ＳｉＯ2 マスク２０に覆われていないアンドープＧａＮバッファー層２の表面からＧａＮを再成長させることにより、所望の厚さを持つアンドープＧａＮバッファー層２を完成させる。このＭＯＣＶＤ法によるＧａＮの成長工程では、ＳｉＯ2 マスク２０上に横方向成長する形でＧａＮの結晶成長が進むので、ＳｉＯ2 マスク２０上では貫通転位密度が大幅に減少し、その結果、１０6 ｃｍ-2のオーダーの転位密度が得られる。続いて、アンドープＧａＮバッファー層２の上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮスペーサ層１１及びｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３を順次形成する。尚、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の禁制帯幅はアンドープＧａＮバッファー層２よりも大きい。また、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３にはそれぞれ、ＳｉＨ4 ガスを用いてＳｉがドープされている。
【０１０１】
ここで、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３を形成する途中において、一旦原料ガスの供給を止め、図８（ｃ）に示すように、ＳｉＨ4 ガスのみを流すことによってデルタドープ層９を形成し、その後、原料ガスの供給を再開することによって、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の形成を再開する。尚、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３を形成する際には膜厚方向にＡｌ組成を変化させる。具体的には、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３におけるＡｌ組成を、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との界面から離れるに従って大きくなるように変化させる。これによって、ＩｎＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ界面においてｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の禁制帯幅とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の禁制帯幅とが実質的に同程度となるように設定する。
【０１０２】
次に、図８（ｃ）に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３の上に、例えば厚さ１．５ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮ薄膜と例えば厚さ１．５ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ薄膜とを交互に少なくとも一周期以上積層した構造を有する多層膜１０をエピタキシャル成長により形成した後、多層膜１０の上にｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４を形成する。尚、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４にはＳｉＨ4 ガスを用いてＳｉがドープされている。
【０１０３】
続いて、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４上に、ストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（図示省略）を形成する。ここで、当該ストライプの幅は例えば約５μｍである。次に、前記フォトレジストをマスクとして、例えばＣｌ2 ガスを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングにより、図８（ｄ）に示すように、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４を選択的に除去して、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３を露出させるリセス（凹部）を形成する。このとき、デルタドープ層９よりも深い位置にあるｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３が露出するようにリセスを形成する。
【０１０４】
次に、図８（ｅ）に示すように、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４上における前記リセスの両側方に、例えば電子ビーム蒸着及びリフトオフにより、ソース電極及びドレイン電極となるＴｉ／Ａｌオーミック電極５を形成する。その後、コンタクト抵抗を低減させるために、例えば６００℃のＮ2 雰囲気中で熱処理を行なう。ここで、当該熱処理温度を、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の形成温度よりも低くすることが好ましい。このようにすると、熱処理に起因するｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の結晶性の劣化を抑制し、高い結晶性を維持することができるので、寄生抵抗の増大を抑制することが可能になる。
【０１０５】
次に、図８（ｆ）に示すように、前記リセス内に露出するｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３上に、例えば電子ビーム蒸着及びリフトオフにより、ゲート電極となるＰｄ−Ｓｉ（ＰｄとＳｉとの合金）ショットキー電極６を形成する。これにより、図７に示す本実施形態の電界効果トランジスタを完成させることができる。
【０１０６】
以上に説明した本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法によると、図７に示す本実施形態の電界効果トランジスタが得られるため、キャップ層４と電子供給層３とのヘテロ界面におけるポテンシャルバリアを低くすることができるので、寄生抵抗の増大を抑制でき、それによって高周波特性等の素子特性を大幅に向上させることが可能になる。
【０１０７】
尚、本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法において、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の形成後、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４にｎ型導電型を供する不純物を添加する際には、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の最上部における不純物濃度を他の部分よりも高くすることが好ましい。また、不純物の添加後には、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の形成温度よりも低い温度で熱処理を行なうことが好ましい。このようにすると、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の不純物濃度を高めることができるので、Ｔｉ／Ａｌオーミック電極５とｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４との接触抵抗を下げることができると共に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の抵抗を下げることができる。また、熱処理に起因するｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層４の結晶性の劣化を抑制し、高い結晶性を維持することができるので、寄生抵抗の低減が可能になる。
【０１０８】
また、本実施形態において、多層膜１０として、ＩｎＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に少なくとも一周期以上積層されてなる多層膜を用いたが、これに代えて、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に少なくとも一周期以上積層されてなる多層膜を用いても、同様の効果が得られる。
【０１０９】
また、第１又は第２の実施形態において、サファイア基板１の（０００１）面上にアンドープＧａＮバッファー層２及びｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３等を結晶成長させたが、当該結晶成長面の面方位は特に限定されるものではない。例えば（０００１）面等の代表面に対してオフアングルを持つ面方位を用いてもよい。
【０１１０】
また、第１又は第２の実施形態において、サファイア基板１を用いたが、これに代えて、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＺｒＢ2 、ＬｉＧａＯ2 、ＬｉＡｌＯ2 、ＧａＰ、ＩｎＰ又はこれらのうちの少なくとも２つの混晶からなる基板を用いても、本実施形態と同様に、結晶性の優れた窒化物半導体をエピタキシャル成長させることが可能である。
【０１１１】
また、第１又は第２の実施形態において、電界効果トランジスタを構成するエピタキシャル成長層（ＧａＮバッファー層２及びｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層３等）は、所望のデバイス特性が実現できる限りにおいて、いかなる組成比を有していてもよいし又はいかなる多層構造を含んでいてもよい。また、当該エピタキシャル成長層の結晶成長方法としては、ＭＯＣＶＤ法に限らず、例えば分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法又はハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy ：ＨＶＰＥ）法を用いてもよい。また、エピタキシャル成長層の中に互いに異なる結晶成長方法により形成された層が含まれていてもよい。また、当該エピタキシャル成長層は、Ａｓ若しくはＰ等のＶ族元素又はＢ等の III族元素を構成元素として含んでいてもよい。また、当該エピタキシャル成長層として、ＧａＮ系半導体層に限られず、ＧａＡｓ系半導体層又はＩｎＰ系半導体層を用いてもよい。
【０１１２】
具体的には、第１又は第２の実施形態において、バッファー層２及び電子供給層３としてそれぞれＧａＮ及びＡｌＧａＮを用いたが、これに代えて、ＧａＮ及びＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮ及びＡｌＮ、又はＩｎＧａＮ及びＧａＮを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、電界効果トランジスタおよびその製造方法に関し、高周波用高出力トランジスタに適用した場合、窒化物半導体層とＩｎＡｌＧａＮ層とのヘテロ界面における寄生抵抗の増大を抑制して高周波特性等の素子特性を大幅に向上させることができ、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る電界効果トランジスタの断面構成図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿ったＡｌ及びＩｎのそれぞれの組成の変化を示す図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った電子のポテンシャルエネルギーの変化を示す図である。
【図２】図２は、 III−Ｖ族窒化物化合物半導体における禁制帯幅と格子定数との関係を示す図である。
【図３】図３は、ＩｎＡｌＧａＮ層中に生じる分極の大きさのＩｎ組成依存性を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る電界効果トランジスタ及び従来の電界効果トランジスタのそれぞれの電流電圧特性を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る電界効果トランジスタの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る電界効果トランジスタの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る電界効果トランジスタの断面構成図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る電界効果トランジスタの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）は、従来の電界効果トランジスタの断面構成図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿ったＡｌ及びＩｎのそれぞれの組成の変化を示す図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿った電子のポテンシャルエネルギーの変化を示す図である。
【図１０】図１０は、本願発明者らがカソードルミネッセンス（ＣＬ）法によりＩｎ0.09Ａｌ0.32Ｇａ0.59Ｎの禁制帯幅の評価を行なった結果を示す図である。
【図１１】図１１は、本願発明者らがＩｎＡｌＧａＮの複数サンプルについて禁制帯幅Ｅｇとボーイングパラメータとを調べた結果を示す図である。
【図１２】図１２は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮに対する金属の仕事関数とショットキー障壁高さφとの関係を本願発明者らが調べた結果を示す図である。
【図１３】図１３は、Ｍｏをショットキー電極に用いた場合におけるＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのそれぞれの電流−電圧特性を本願発明者らが調べた結果を示す図である。
【図１４】図１４は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿ったＡｌ及びＩｎのそれぞれの組成の変化の変形例を示す図である。
【図１５】図１５は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿ったＡｌ及びＩｎのそれぞれの組成の変化の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１    サファイア基板
２    アンドープＧａＮバッファー層
３    ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層
４    ｎ型ＩｎＡｌＧａＮキャップ層
５    Ｔｉ／Ａｌオーミック電極
６    Ｐｄ−Ｓｉショットキー電極
７    ２次元電子ガス
８    ＳｉＯ2 マスク
９    デルタドープ層
１０    多層膜
１１    ＡｌＮスペーサ層
２０    ＳｉＯ2 マスク
【図１】
2006261642.tif 000003
【図２】
2006261642.tif 000004
【図３】
2006261642.tif 000005
【図４】
2006261642.tif 000006
【図５】
2006261642.tif 000007
【図６】
2006261642.tif 000008
【図７】
2006261642.tif 000009
【図８】
2006261642.tif 000010
【図９】
2006261642.tif 000011
【図１０】
2006261642.tif 000012
【図１１】
2006261642.tif 000013
【図１２】
2006261642.tif 000014
【図１３】
2006261642.tif 000015
【図１４】
2006261642.tif 000016
【図１５】
2006261642.tif 000017