(57)【要約】【課題】２８０ｎｍ以上の波長の光に対する感度を低減しつつ、高いＳ／Ｎを有する紫外線受光素子を提供する。【解決手段】基板１と、基板１上に形成され、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６）を含む第一窒化物半導体層１１と、第一窒化物半導体層１１上に形成され、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｘ＜Ｙ≦１）を含む第二窒化物半導体層１２と、第二窒化物半導体層１２上に形成されるソース電極１３ａ及びドレイン電極１３ｂと、を備え、ソース電極１３ａ及びドレイン電極１３ｂは、Ａｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、を含み、ソース電極１３ａ及びドレイン電極１３ｂはそれぞれ第二窒化物半導体層１２との界面の少なくとも一部に、膜厚が２ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌ層を有する。【選択図】      図１
2019129158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６）を含む第一窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上に形成され、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｘ＜Ｙ≦１）を含む第二窒化物半導体層と、
前記第二窒化物半導体層上に形成されるソース電極及びドレイン電極と、
を備え、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、Ａｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、を含み、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極はそれぞれ前記第二窒化物半導体層との界面の少なくとも一部に、膜厚が２ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌ層を有する紫外線受光素子。
【請求項２】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記Ａｌ層上の少なくとも一部にＡｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、を含む合金部を有する請求項１に記載の紫外線受光素子。
【請求項３】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記合金部の内部に、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｔａ及びＶのうち少なくとも１つを含む金属粒子部をさらに有する請求項２に記載の紫外線受光素子。
【請求項４】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の表面粗さが２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項５】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の距離が１μｍ以上３０μｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の紫外線受光素子。
【請求項６】
前記基板は、サファイア基板、ＡｌＮ基板またはＧａＮ基板のいずれかである請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の紫外線受光素子。
【請求項７】
前記第二窒化物半導体層上にゲート電極が存在しない請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項８】
基板上に、１０３０℃以上１２００℃以下の温度条件でＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６０）を含む第一窒化物半導体層と、前記第一窒化物半導体層上にＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｘ＜Ｙ≦１）を含む第二窒化物半導体層と、を堆積させる工程と、
前記第一窒化物半導体層及び前記第二窒化物半導体層の一部を、誘導結合プラズマエッチングにより該第一窒化物半導体層までエッチングする工程と、
前記第二窒化物半導体層上に、Ａｌと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、Ａｕと、をこの順に積層してソース電極及びドレイン電極を蒸着する工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極を６５０℃以上１０００℃以下の温度条件で赤外線ランプ加熱によりアニールする工程と、
を備える紫外線受光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紫外線受光素子及び紫外線受光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受光素子の一例として、ＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ構造を用いたｐ型ゲート光ＦＥＴからなる紫外線受光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／１３５７３９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の紫外線受光素子では、太陽光や蛍光灯に含まれる２８０ｎｍ以上の波長の光に対する感度を低減（ソーラーブラインド）し、十分なＳ／Ｎを得ることが困難であった。なお、ここでいうＳ／Ｎとは、光の照射が無い暗状態での暗電流に対する、紫外線を照射した状態での光電流の比（光電流／暗電流）を意味する。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、２８０ｎｍ以上の波長の光に対する感度を低減しつつ、高いＳ／Ｎを有する紫外線受光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る紫外線受光素子は、基板と、前記基板上に形成され、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６）を含む第一窒化物半導体層と、前記第一窒化物半導体層上に形成され、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｘ＜Ｙ≦１）を含む第二窒化物半導体層と、前記第二窒化物半導体層上に形成されるソース電極及びドレイン電極と、を備え、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、Ａｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、を含み、前記ソース電極及び前記ドレイン電極はそれぞれ前記第二窒化物半導体層との界面の少なくとも一部に、膜厚が２ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌ層を有することを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の他の態様に係る紫外線受光素子の製造方法は、基板上に、１０３０℃以上１２００℃以下の温度条件でＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６０）を含む第一窒化物半導体層と、前記第一窒化物半導体層上にＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｘ＜Ｙ≦１）を含む第二窒化物半導体層と、を堆積させる工程と、前記第一窒化物半導体層及び前記第二窒化物半導体層の一部を、誘導結合プラズマエッチングにより該第一窒化物半導体層までエッチングする工程と、前記第二窒化物半導体層上に、Ａｌと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、Ａｕと、をこの順に積層してソース電極及びドレイン電極を蒸着する工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を６５０℃以上１０００℃以下の温度条件で赤外線ランプ加熱によりアニールする工程と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、２８０ｎｍ以上の波長の光に対する感度を低減しつつ、高いＳ／Ｎを有する紫外線受光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子を示す断面図である。
【図２】ソース電極及びドレイン電極の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
【００１０】
＜紫外線受光素子＞
本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子は、基板と、基板上に形成され、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６）を含む第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上に形成され、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｘ＜Ｙ≦１）を含む第二窒化物半導体層と、第二窒化物半導体層上に形成されるソース電極及びドレイン電極と、を備え、ソース電極及び前記ドレイン電極は、Ａｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、を含み、ソース電極及びドレイン電極はそれぞれ第二窒化物半導体層との界面の少なくとも一部に、膜厚が２ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌ層を有する。
【００１１】
これにより、２８０ｎｍ以上の波長の光に対する感度を低減しつつ、高いＳ／Ｎ（光電流／暗電流）を有する紫外線受光素子を実現することができる。
ここで、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６）を含む第一窒化物半導体層上にＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｘ＜Ｙ≦１）を含む第二窒化物半導体層を形成することで、第一窒化物半導体層と第二窒化物半導体層の界面付近に高濃度の二次元電子ガス層が形成され、２８０ｎｍ以下の波長の光が入射した際に高い光電流が得られる。また第一の窒化物半導体層が上述のＡｌ組成を有することで、２８０ｎｍ以上の波長の光に対する感度を低減することが可能となる。さらに第二窒化物半導体層上に本実施形態のソース電極及びドレイン電極を形成することで、第二窒化物半導体層との間においてショットキー接合が形成され、二次元電子ガス層が空乏される。これによって紫外光非照射時に極めて低い暗電流が実現できる。以上のメカニズムにより、本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子の構造によれば、（１）２８０ｎｍ以上の波長の光に対する感度を低減させること、及び、（２）暗状態での電流値を低減しつつ、光入射時の受光感度を向上させることで高いＳ／Ｎが実現されること、の両立が可能となる。
【００１２】
なお、「基板上に形成され、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６）を含む第一窒化物半導体層」という表現における「上に」という文言は、基板の上に第一窒化物半導体層が形成されていることを意味するが、基板と第一窒化物半導体層の間に別の層がさらに存在する場合もこの表現に含まれる。その他の層同士の関係を表現する場合に「上の」という文言を使用する場合にも、同様の意味を有するものとする。
また、「ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６）を含む第一窒化物半導体層」という表現における「含む」という文言は、ＡｌとＧａとＮを層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、他の元素を少量（例えばＩｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐなどの元素を数％以下）加えるなどしてこの層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれることは当然である。その他の層の組成を表現する場合に「含む」という文言を使用する場合にも、同様の意味を有するものとする。
【００１３】
また本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子は、第二窒化物半導体層上にゲート電極が存在しないことが好ましい。これにより第一窒化物半導体層と第二窒化物半導体層の界面付近に形成される二次元電子ガス層が空乏されることなく高い光電流が得られ、またゲート層において光遮蔽が起きないため、充分な光が照射されることで高い光電流を得ることができる。なお、紫外線受光素子は、ゲート電極を備える構成であってもよく、ゲート電極を備えていない構成であってもよい。
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子の各構成部について、例を挙げて説明する。
＜基板＞
基板としては、その上に第一窒化物半導体層を形成可能なものであれば特に制限されない。具体的には、基板として、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶基板等が挙げられる。また、基板には不純物が混入していても良い。
基板の一方の面上に形成される第一窒化物半導体層との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点から、基板はサファイア基板、ＡｌＮ基板、またはＧａＮ基板であることが好ましい。
【００１５】
＜第一窒化物半導体層＞
第一窒化物半導体層は、基板の一方の面上に形成され、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６）を含む。第一窒化物半導体層のＡｌ組成Ｘを０．４５≦Ｘ≦０．６とすることで、太陽光や蛍光灯に含まれる２８０ｎｍ以上の波長の光に対する感度を低減（ソーラーブラインド）することができる。
ここで「含む」とは、第一窒化物半導体層にＡｌ、Ｇａ及びＮ以外の元素が含まれる場合も包含しており、特性に影響を与えない程度（数％程度）に他の元素（例えばＩｎ等のIII族元素やＭｇ、Ｓｉ等のドーパント）を含む場合も包含している。
（第一窒化物半導体層に含まれる元素の確認方法）
第一窒化物半導体層に含まれる元素の確認方法としては、蛍光Ｘ線元素分析法（ＸＲＦ）、ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）、二次イオン質量測定ＳＩＭＳ及びＸ線光電子分光（ＸＰＳ）により確認することが可能である。
【００１６】
（第一窒化物半導体層のＡｌＸＧａ（１―Ｘ）ＮのＡｌ組成Ｘの測定方法）
第一窒化物半導体層のＡｌＸＧａ（１―Ｘ）ＮのＡｌ組成Ｘは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による２θ−ωスキャン及び逆格子マッピング測定（ＲＳＭ）を行うことにより測定することができる。
具体的には、基板の表面の面方位に対応する面の面指数の２θ−ωスキャンにおけるピーク位置から第一窒化物半導体層のＡｌＸＧａ（１―Ｘ）Ｎの格子定数を求めることができる。ここで基板が所定の面方位に精度良く切断された基板（ジャスト基板）の場合には、上記のようにジャスト基板の面方位に対応する面の面指数の２θ−ωスキャンにおけるピーク位置から格子定数を求めることができる。
また基板が所定の面方位からオフ角を付与して切断された基板（オフ基板）の場合には、オフ基板の表面からオフ角の分だけずらした角度からＸ線を入射させて２θ−ωスキャンを行うことで、そこから第一窒化物半導体層のＡｌＸＧａ（１―Ｘ）Ｎの格子定数を求めることができる。
【００１７】
ここで第一窒化物半導体層のＡｌＸＧａ（１―Ｘ）Ｎの格子定数からＡｌ組成Ｘを求める際には、Ｖｅｇａｒｄ則を用いて混晶組成を決定することができる。Ｖｅｇａｒｄ則は具体的には以下の式（１）で表される。
ａＡＢ＝ＸａＡ＋（１−Ｘ）ａＢ          ……（１）
ここでａＡはＡｌＮ、ａＢはＧａＮの格子定数であり、ａＡＢは上記のＸ線回折により求まる第一窒化物半導体層のＡｌＸＧａ（１―Ｘ）Ｎの格子定数である。ここで、ａＡやａＢは「Ｓ．Ｓｔｒｉｔｅ  ａｎｄ  Ｈ．Ｍｏｒｋｏ，ＧａＮ，ＡＩＮ，ａｎｄ  ＩｎＮ：Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ１０，１２３７（１９９２）；ｄｏｉ：１０．１１１６／１．５８５８９７」に記載された値（ａＡ＝３．１１２Å、ａＢ＝３．１８９Å）を使用することができる。これにより式（１）からＡｌ組成Ｘの値を求めることができる。
【００１８】
一方、２θ−ωスキャンだけでは緩和率を求めることができないため、正確なＸ（Ａｌ組成）を算出することができない。
そこで、（１０５）面及び（２０４）面などの非対称面において、逆格子マッピングを行うことが有用である。具体的には、最も基板とＡｌＸＧａ（１―Ｘ）Ｎ層が逆格子空間で分離される（２０４）面で、基板の２θ−ωピークが最大となる点を測定する。そこからωを０．０１°間隔で変化させながら２θ−ωをスキャンする。これを繰り返し、得られたＱｘ、Ｑｙをマッピングすることにより、ＡｌＸＧａ（１―Ｘ）Ｎ層が基板に対してどれだけ緩和しているかを算出できる。この緩和率と上記で算出された格子定数を基に、正確なＸ（Ａｌ組成）を得ることできる。
【００１９】
また高濃度の二次元電子ガス層を第一窒化物半導体層と第二窒化物半導体層との界面に形成する観点から、第一窒化物半導体層はアンドープであることが好ましい。ここで、アンドープとは、不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３未満の状態を意味する。その他の場合に「アンドープ」という文言を使用する場合にも、同様の意味を有するものとする。
充分な二次元電子ガス層の形成及び平坦性の確保の観点から、第一窒化物半導体層の膜厚としては、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。第一窒化物半導体層の膜厚を評価する方法としては断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）が挙げられる。
【００２０】
＜第二窒化物半導体層＞
第二の窒化物半導体層は、第一窒化物半導体層上に形成され、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｘ＜Ｙ≦１）を含む層である。
結晶性を担保する観点から、第二窒化物半導体層はアンドープであることが好ましい。
また、二次元電子ガス層の調整という観点から、第二窒化物半導体層の膜厚としては、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることがより好ましい。第二窒化物半導体層の膜厚を評価する方法としては断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）が挙げられる。
【００２１】
＜バッファ層＞
本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子は、基板と第一窒化物半導体層との間にバッファ層をさらに備えてもよい。これにより、第一窒化物半導体層の結晶性を向上させ、さらに受光感度を高めることが可能となる。バッファ層の材料としては、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等を用いることができる。
＜ソース電極・ドレイン電極＞
ソース電極及びドレイン電極のそれぞれは、Ａｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、を含み、ソース電極及びドレイン電極はそれぞれ第二窒化物半導体層との界面の少なくとも一部に、膜厚が２ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌ層を有する。
【００２２】
（Ａｌ層の存在の確認方法・Ａｌ層の膜厚の測定方法）
第二窒化物半導体層との界面の少なくとも一部にＡｌ層が存在することの確認方法としては、断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）を組み合わせた方法により確認することが可能である。
またＡｌ層の膜厚の測定方法としては、同様に断面ＴＥＭ像に対してＥＤＸの測定結果よりＡｌが存在する箇所がＴＥＭ上に表示される、任意の３断面を測定しその測定範囲内の平均値をＡｌの膜厚とする。
Ａｌの酸化防止及び金属抵抗を低下させる観点から、ソース電極及びドレイン電極は、Ａｌ層上の少なくとも一部に合金部を有することが好ましい。合金部の具体的な構成としてはＡｌ−Ｍｏ−Ａｕ、Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ、Ａｌ−Ｚｒ−Ａｕ、Ａｌ−Ｒｔ−Ａｕ、Ａｌ−Ｐｄ−Ａｕ、Ａｌ−Ｗ−Ａｕ、Ａｌ−Ｔａ−Ａｕ、Ａｌ−Ｖ−Ａｕ、Ａｌ−Ｔｉ−Ａｕ合金などが挙げられるが、特にこれには限定されない。
【００２３】
合金化促進によるコンタクト抵抗制御の観点から、ソース電極及びドレイン電極は、合金部の間、つまり合金部の内部に、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｔａ及びＶのうちの少なくとも１つを含む金属粒子部をさらに有することが好ましい。ここで金属粒子部とは、ソース電極及びドレイン電極の内部に、合金ではなく、単一の元素をもつ粒子状の部分が存在することを意味する。金属粒子部は、合金部の間、つまり合金部の内部に層状の状態で存在することが好ましい。この層状の金属粒子部の膜厚は好ましくは数十ｎｍである。
【００２４】
金属粒子部の確認方法としては、ＴＥＭ及びＥＤＸ法により測定することが可能である。
実装時のボンディング実施の観点から、ソース電極及びドレイン電極の表面粗さは、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることが好ましい。
十分な電界を印加するという観点から、ソース電極及びドレイン電極間の距離は、１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。
（電極表面粗さの測定方法）
電極の表面粗さの測定方法としては共焦点レーザー顕微鏡を用いた方法が挙げられる。電極上の任意の３点を共焦点レーザー顕微鏡で測定を行い、得られた表面二乗粗さの平均値を表面粗さと定義することが可能である。
【００２５】
＜構造の具体例＞
次に、本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子の構造の具体例を、図１を参照して説明する。また、図１は模式的なものであり、各層の厚さは現実のものとは異なり、各層の厚さの比率も現実のものとは異なる場合がある。具体的な厚さと寸法は、本実施形態や実施例の説明を参酌して判断すべきものである。
図１は、本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子の構成の一例を示す断面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子１００は、基板１と、基板１上に形成された第一窒化物半導体層１１と、第一窒化物半導体層１１上に形成された第二窒化物半導体層１２と、を備える。第二窒化物半導体層１２上にはソース電極１３ａ及びドレイン電極１３ｂが形成されている。
ソース電極１３ａ及びドレイン電極１３ｂは、図２に示すように、それぞれ第二窒化物半導体層１２との界面の少なくとも一部に、Ａｌ層１４を有する。
【００２６】
＜紫外線受光素子の製造方法＞
次に、本発明の一実施形態の紫外線受光素子の製造方法について説明する。
本発明の一実施形態に係る紫外線受光素子の製造方法は、基板上に、１０３０℃以上１２００℃以下の温度条件でＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６０）を含む第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上にＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｘ＜Ｙ≦１）を含む第二窒化物半導体層と、を堆積させる工程と、第一窒化物半導体層及び第二窒化物半導体層の一部を、誘導結合プラズマエッチングにより第一窒化物半導体層までエッチングする工程と、第二窒化物半導体層上に、Ａｌと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、Ａｕと、をこの順に積層してソース電極及びドレイン電極を蒸着する工程と、ソース電極及びドレイン電極を６５０℃以上１０００℃以下の温度条件で赤外線ランプ加熱によりアニールする工程と、を備える。
【００２７】
第一窒化物半導体層１１及び第二窒化物半導体層１２の形成方法としては、有機金属堆積法（ＭＯＣＶＤ法）を用いることができる。この際に、Ａｌ原料とＧａ原料とＮ原料とを用いることができる。Ａｌ原料としては例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができる。またＧａ原料としては例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）などを用いることができる。またＮ原料としては例えば、アンモニア（ＮＨ３）を用いることができる。
なお、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００２８】
実施例及び比較例として表１に示す条件で紫外線受光素子を作製し、その特性を測定した。測定結果を表２に示す。
【００２９】
【表１】
2019129158.tif 000003
【００３０】
【表２】
2019129158.tif 000004
【００３１】
［実施例１］
直径２インチのサファイアウエハからなる基板上に、基板の表面温度を１２５０℃に保った状態で、有機金属堆積法によりＡｌＮ層（バッファ層）を３μｍ成長させた。次に、ＡｌＮ層の表面温度を１０５０℃に保った状態で、ＡｌＮ層上に、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（Ｘ＝０．４７）からなる第一窒化物半導体層を１５０ｎｍ成長させた。次に、第一窒化物半導体層の表面温度を１０５０℃に保った状態で、第一窒化物半導体層上に、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｙ＝０．５７）からなる第二窒化物半導体層を２０ｎｍ成長させた。
【００３２】
次に、この状態の基板を洗浄し、第二窒化物半導体層上に、４５０μｍ×４５０μｍの開口部を複数有するレジストマスクを形成した。次に、このレジストマスクと誘導結合方式（ＩＣＰ）エッチング装置を用いてメサ分離を行うことにより、ウエハ上に形成する複数の素子間を電気的に絶縁した。
次に、レジストマスクを除去した後、各素子に対して、第二窒化物半導体層上に、５μｍ間隔で２００μｍ×２００μｍサイズのソース電極及びドレイン電極を形成する積層体を、ＥＢ蒸着法により形成した。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとした。
【００３３】
次に、レジストマスクを除去し、「赤外線ランプアニール装置を用いて８００℃まで４０秒で昇温、３０秒保持を行った後、降温」というアニール工程を行った。これにより、Ｖ、Ａｌ、Ｍｏ、及びＡｕを含む合金からなるソース電極及びドレイン電極が形成された。
次に、サファイアウエハからなる基板をダイシングすることで、複数の紫外線受光素子を得た。
得られた紫外線受光素子の１つについて、断面ＴＥＭ及びＥＤＸ法により電極部の解析を行った結果、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に、２０ｎｍのＡｌ層が析出しており、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていた。またＭｏがＶとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４９ｎｍであった。
【００３４】
得られた紫外線受光素子の特性を以下の方法で測定した。
紫外線入射時の電流（光電流）の測定には、光源として疑似太陽光光源を用い、分光器を併用した。そして、第二窒化物半導体層の上面に波長２５０ｎｍの紫外光を強度１０μＷ／ｃｍ２で照射し、ソース・ドレイン電圧を３Ｖとした時のソース・ドレイン電極間に流れる電流を測定した。紫外線照射を行わない暗状態での電流（暗電流）の測定も、ソース・ドレイン電圧を３Ｖとして行った。なお、電流電圧測定には、パラメーターアナライザー及びプローブ測定器を用いた。また、受光端、つまり、光電流が１０−８Ａ／ｍｍ以上になる波長を測定した。
測定の結果、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍであり、光電流は５．０×１０−４Ａ／ｍｍであった。光電流を換算して得られた受光感度は５．０×１０５Ａ／Ｗであった。また、得られた暗電流値に対する光電流値（２５０ｎｍ紫外光照射時の電流値）の比（光電流／暗電流）、つまりＳ／Ｎは５．０×１０６であった。
【００３５】
［実施例２］
実施例１において、アニール工程のみ条件を変えて測定を行った。具体的には、「赤外線ランプアニール装置を用いて６８０℃まで４０秒で昇温、３０秒保持を行った後、降温」というアニール工程を行った。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に５ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＶとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは２５ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は７．０×１０−５Ａ／ｍｍ、受光感度は７．０×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は７．０×１０５であった。
【００３６】
［実施例３］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＴｉ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２４ｎｍのＡｌ層が析出し、ＴｉとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＴｉとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４６ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は４．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は４．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は４．０×１０６であった。
【００３７】
［実施例４］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＺｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＺｒ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２２ｎｍのＡｌ層が析出し、ＺｒとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＺｒとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４０ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は４．５×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は４．５×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は４．５×１０６であった。
【００３８】
［実施例５］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＮｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＮｉ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に１８ｎｍのＡｌ層が析出し、ＮｉとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＮｉとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは５５ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０６であった。
【００３９】
［実施例６］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｔｉ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２１ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＴｉがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３３ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は８．０×１０−５Ａ／ｍｍ、受光感度は８．０×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は８．０×１０５であった。
【００４０】
［実施例７］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｎｉ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２６ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＮｉがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３４ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は７．０×１０−５Ａ／ｍｍ、受光感度は７．０×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は７．０×１０５であった。
【００４１】
［実施例８］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｐｄ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｐｄ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に３１ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＰｄがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４２ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０６であった。
【００４２】
［実施例９］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｗ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｗ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に１４ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＷがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは２３ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は３．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は３．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は３．０×１０６であった。
【００４３】
［実施例１０］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｒｈ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に１０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＲｈがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３９ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は３．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は３．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は３．０×１０６であった。
【００４４】
［実施例１１］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｐｔ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＰｔがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３３ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．５×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は１．５×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．５×１０６であった。
【００４５】
［実施例１２］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｔａ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｔａ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に１５ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＴａがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは２９ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は２．５×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は２．５×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は２．５×１０６であった。
【００４６】
［実施例１３］
実施例１において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＡｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＡｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に４５ｎｍのＡｌ層が析出し、ＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３８ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は４．５×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は４．５×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は４．５×１０６であった。
【００４７】
［実施例１４］
実施例１において、電極の構成を変え、アニール工程の条件を変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＡｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＡｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。また、「赤外線ランプアニール装置を用いて７００℃まで４０秒で昇温、３０秒保持を行った後、降温」というアニール工程を行った。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に５５ｎｍのＡｌ層が析出し、ＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＡｌとＡｕ合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは２５ｎｍであった。
また、受光端は２７５ｎｍ、暗電流は５．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は５．５×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は５．５×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．１×１０６であった。
【００４８】
［実施例１５］
実施例１において、第一窒化物半導体層及び第二窒化物半導体層のＡｌの組成のみを変えて、紫外線受光素子を作製し、測定を行った。具体的には、基板上に形成したＡｌＮ層（バッファ層）の上にＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（Ｘ＝０．５３）からなる第一窒化物半導体層を１５０ｎｍ成長させ、第一窒化物半導体層上に、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｙ＝０．６３）からなる第二窒化物半導体層を２０ｎｍ成長させた。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＶとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４７ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は４．５×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は４．５×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は４．５×１０６であった。
【００４９】
［実施例１６］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＴｉ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２４ｎｍのＡｌ層が析出し、ＴｉとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＴｉとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４４ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は３．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は３．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は３．０×１０６であった。
【００５０】
［実施例１７］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＺｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＺｒ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２２ｎｍのＡｌ層が析出し、ＺｒとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＺｒとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３８ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は５．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は５．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は５．０×１０６であった。
【００５１】
［実施例１８］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＮｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＮｉ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に１８ｎｍのＡｌ層が析出し、ＮｉとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＮｉとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは５３ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は２．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は２．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は２．０×１０６であった。
【００５２】
［実施例１９］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｔｉ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２１ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＴｉがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは５５ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は９．０×１０−５Ａ／ｍｍ、受光感度は９．０×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は９．０×１０５であった。
【００５３】
［実施例２０］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｎｉ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２６ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＮｉがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３１ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は６．０×１０−５Ａ／ｍｍ、受光感度は６．０×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は６．０×１０５であった。
【００５４】
［実施例２１］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｐｄ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｐｄ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に３１ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＰｄがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４０ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．５×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は１．５×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．５×１０６であった。
【００５５】
［実施例２２］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｗ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｗ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に１４ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＷがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは２２ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は２．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は２．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は２．０×１０６であった。
【００５６】
［実施例２３］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｒｈ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に１０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＲｈがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３６ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は２．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は２．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は２．０×１０６であった。
【００５７】
［実施例２４］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｐｔ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＰｔがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３０ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０６であった。
【００５８】
［実施例２５］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｔａ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｔａ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に１５ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＴａがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは２５ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．５×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は１．５×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０６であった。
【００５９】
［実施例２６］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＡｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＡｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に３０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＶとＡｌとＡｕ合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは３４ｎｍであった。
また、受光端は２６５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は５．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は５．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は５．０×１０６であった。
【００６０】
［比較例１］
実施例１において、第一窒化物半導体層及び第二窒化物半導体層のＡｌの組成のみを変えて、紫外線受光素子を作製し、測定を行った。具体的には、基板上に形成したＡｌＮ層（バッファ層）の上にＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（Ｘ＝０．４３）からなる第一窒化物半導体層を１５０ｎｍ成長させ、第一窒化物半導体層上に、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｙ＝０．５３）からなる第二窒化物半導体層を２０ｎｍ成長させた。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４５ｎｍであった。
また、受光端は２８５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は４．０×１０−４Ａ／ｍｍ、受光感度は４．０×１０５Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は４．０×１０６であった。
【００６１】
［比較例２］
実施例１において、第一窒化物半導体層及び第二窒化物半導体層のＡｌの組成のみを変えて、紫外線受光素子を作製し、測定を行った。具体的には、基板上に形成したＡｌＮ層（バッファ層）の上にＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（Ｘ＝０．６５）からなる第一窒化物半導体層を１５０ｎｍ成長させ、第一窒化物半導体層上に、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｙ＝０．７５）からなる第二窒化物半導体層を２０ｎｍ成長させた。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４４ｎｍであった。
また、受光端は２５５ｎｍ、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−８Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０２であった。
【００６２】
［比較例３］
実施例１５において、第二窒化物半導体層のＡｌの組成のみを変えて、紫外線受光素子を作製し、測定を行った。具体的には、基板上に形成したＡｌＮ層（バッファ層）の上にＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（Ｘ＝０．５３）からなる第一窒化物半導体層を１５０ｎｍ成長させ、第一窒化物半導体層上に、ＡｌＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（Ｙ＝０．４５）からなる第二窒化物半導体層を２０ｎｍ成長させた。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＶとＡｌとＡｕの合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４７ｎｍであった。
また、受光端は測定不能、つまり、光電流が１０−８Ａ／ｍｍ以上が得られなかった。さらに、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０−１Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０であった。
【００６３】
［比較例４］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｍｏの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＶとＡｌの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、ＭｏがＶとＡｌ合金の内部に単一金属の粒子として存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは６７ｎｍであった。
また、受光端は測定不可能であった。さらに、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０−１Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０であった。
【００６４】
［比較例５］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極にＶ層が存在することが確認された。また、Ｍｏが単一金属の粒子としてＶとＡｕ合金の内部に存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４４ｎｍであった。
また、受光端は測定不可能であった。さらに、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０−１Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０であった。
【００６５】
［比較例６］
実施例１５において、電極の構成のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＡｌ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＡｌ：８０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に２０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。なお、ＡｌとＡｕの合金の内部には単一金属の粒子は存在しないことが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは１５ｎｍであった。
また、受光端は測定不可能であった。さらに、暗電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−１０Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０−１Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０であった。
【００６６】
［比較例７］
実施例１５において、電極の構成とアニール工程の条件のみを変えて測定を行った。具体的には、第二窒化物半導体層側からＡｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＡｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。また、「赤外線ランプアニール装置を用いて６００℃まで４０秒で昇温、３０秒保持を行った後、降温」というアニール工程を行った。
その結果、紫外線受光素子において、電極部の、第二窒化物半導体層との界面に８０ｎｍのＡｌ層が析出し、ＡｌとＡｕの合金がＡｌ層の上に形成されていることが確認された。また、Ｍｏが単一金属の粒子としてＡｌとＡｕの合金内部に存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは１２ｎｍであった。
また、光電流と暗電流は全ての波長において１０−８Ａ／ｍｍ以上が観測されており、受光端は測定不可能であった。さらに、暗電流は１．０×１０−３Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−３Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０６Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０であった。
【００６７】
［比較例８］
実施例１５において、アニール工程の条件のみを変えて測定を行った。具体的には、「赤外線ランプアニール装置を用いて６００℃まで４０秒で昇温、３０秒保持を行った後、降温」というアニール工程を行った。
その結果、紫外線受光素子において、電極にＶ層が存在することが確認された。また、Ｍｏが単一金属の粒子としてＡｌとＶとＡｕ合金の内部に存在していることが確認された。
また共焦点レーザー顕微鏡によって評価された表面二乗粗さは４３ｎｍであった。
また、受光端は測定不可能であった。さらに、暗電流は１．０×１０−３Ａ／ｍｍ、光電流は１．０×１０−３Ａ／ｍｍ、受光感度は１．０×１０６Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎ（光電流／暗電流）は１．０×１０であった。
【００６８】
上記実施例及び比較例から、第一窒化物半導体層（チャネル）のＡl組成が４３．０％（比較例１）の場合には、充分なＳ／Ｎを得ることはできるが、受光端が２８５ｎｍであって充分なソーラーブラインドを得ることができず、また、第一窒化物半導体層（チャネル）のＡl組成が６５．０％（比較例２）の場合には、受光端が２５５ｎｍであって充分なソーラーブラインドを実現することができるが、充分なＳ／Ｎを得ることができないことがわかる。また、第一窒化物半導体層（チャネル）のＡｌ組成が４５．０％以上、６０．０％以下であっても、第二窒化物半導体層（バリア）のＡｌ組成が第一窒化物半導体層（チャネル）のＡｌ組成よりも小さい場合（比較例３）には、受光端が測定不能であり、また、充分なＳ／Ｎを得ることができないことがわかる。また、ソース電極及びドレイン電極が、Ａｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｔａのうちの少なくとも１つと、を含んでいない場合（比較例４〜比較例６）には、受光端が測定不能であり、充分なＳ／Ｎを得ることができないことがわかる。
【００６９】
さらに、ソース電極及びドレイン電極が、Ａｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、を含んでいたとしても、アニール工程後に電極部と第二窒化物半導体層との界面に析出するＡｌ層の膜厚が８０ｎｍである場合（比較例７）、また、Ａｌ層ではなくＶ層が存在する場合（比較例８）には、受光端が測定不能であり、充分なＳ／Ｎを得ることができないことがわかる。
【００７０】
したがって、第一窒化物半導体層のＡｌ組成Ｘは４５．０％以上、６０．０％以下が好ましいこと、第二窒化物半導体層のＡｌ組成ＹはＸ＜Ｙ≦１が好ましいこと、がわかる。さらに、ソース電極及びドレイン電極は、Ａｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、を含み、ソース電極及びドレイン電極はそれぞれ第二窒化物半導体層との界面の少なくとも一部に、膜厚が２ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌ層を有すること、ソース電極及びドレイン電極は、Ａｌ層上の少なくとも一部にＡｌと、Ａｕと、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ及びＴａのうちの少なくとも１つと、を含む合金部を有すること、ソース電極及びドレイン電極は、合金部の内部に、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｔａ及びＶのうち少なくとも１つを含む金属粒子部を有すること、が好ましいことがわかる。
【符号の説明】
【００７１】
１  基板
１１  第一窒化物半導体層
１２  第二窒化物半導体層
１３ａ  ソース電極
１３ｂ  ドレイン電極
１００  紫外線受光素子
【図１】
2019129158.tif 000005
【図２】
2019129158.tif 000006