(57)【要約】【課題】ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体装置のコンタクト層として適用可能で、容易に形成することができる導電層を提供する。【解決手段】導電層を備える積層体は、下地部材と、下地部材上に形成され、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有し、アモルファス状のＧａＮで構成された導電層と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有し、アモルファス状のＧａＮで構成された導電層と、
を有する、導電層を備える積層体。
【請求項２】
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高い請求項１に記載の、導電層を備える積層体。
【請求項３】
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有するＧａＮで構成された導電層と、
を有し、
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高い、導電層を備える積層体。
【請求項４】
前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度は、１×１０１９／ｃｍ３以下である請求項１〜３にいずれか１項に記載の、導電層を備える積層体。
【請求項５】
前記導電層は、ｎ型不純物を実質的に含まない請求項１〜４のいずれか１項に記載の、導電層を備える積層体。
【請求項６】
前記導電層を構成するＧａＮにおいて、Ｇａ原子数に対するＮ原子数の比率は、１より小さい請求項１〜５のいずれか１項に記載の、導電層を備える積層体。
【請求項７】
前記導電層の厚さは、１００ｎｍ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の、導電層を備える積層体。
【請求項８】
前記下地部材において、前記導電層と接する表層部分は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）で構成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の、導電層を備える積層体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の、導電層を備える積層体と、
前記導電層上に形成された電極と、
を有する半導体装置。
【請求項１０】
下地部材を用意する工程と、
ＧａＮで構成されたターゲットを用意する工程と、
スパッタリングガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることで、前記下地部材上にＧａＮで構成された導電層を形成する工程と、
を有し、
前記スパッタリングガスにおいて、窒素を含有するガスの含有率は、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有する前記導電層が形成されるように、低く抑えられている、導電層を備える積層体の製造方法。
【請求項１１】
前記スパッタリングガスは、希ガスからなるガスであるか、または、希ガスと窒素を含有するガスとからなり窒素を含有するガスの分圧が２％以下であるガスである請求項１０に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
【請求項１２】
前記導電層を形成する際の成膜温度は、１００℃以上２５０℃以下の範囲の温度である請求項１０または１１に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
【請求項１３】
前記導電層は、アモルファス状のＧａＮで構成されている請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
【請求項１４】
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高い請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の、導電層を備える積層体の製造方法と、
前記導電層上に電極を形成する工程と、
を有する、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、導電層を備える積層体、半導体装置、および、それらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム等のＩＩＩ族窒化物半導体は、例えば、高周波・高耐圧用途の半導体装置の材料として、また例えば、可視から紫外に亘る波長の光を発光させる用途の半導体装置の材料として、注目されている。ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体装置として、例えば高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が提案されている。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体装置を作製する際に、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成された部材上に電極が形成される。電極のコンタクト抵抗を低減させるために、ＩＩＩ族窒化物半導体部材と電極との間に、コンタクト層が設けられる。例えばＨＥＭＴにおいて、ソース電極の下方およびドレイン電極の下方に、それぞれコンタクト層が設けられる。ＨＥＭＴのコンタクト層を形成する技術としては、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）等により電子供給層上または電子走行層上にｎ型ＧａＮ層を再成長させる技術が知られており（特許文献１参照）、また例えば、電子供給層または電子走行層にｎ型不純物をイオン注入する技術が知られている（非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−８５０６２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】J. Burm et al., “Ultra-low resistive ohmic contacts on GaN using Si implantation”, Appl. Phys. Lett. 70, p464(1997)
【非特許文献２】F. Recht et al., “Nonalloyed Ohmic Contacts in AlGaN/GaN HEMTs by Ion Implantation With Reduced Activation Annealing Temperature”, IEEE Electron Device Letters (Volume: 27, Issue: 4, April 2006)p. 205-207.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のようなコンタクト層形成技術は、再成長工程またはイオン注入工程を必要とするため、煩雑で高コストである。
【０００７】
本発明の一目的は、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体装置のコンタクト層として適用可能で、容易に形成することができる導電層を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有し、アモルファス状のＧａＮで構成された導電層と、
を有する、導電層を備える積層体、
が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有するＧａＮで構成された導電層と、
を有し、
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高い、導電層を備える積層体、
が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、
第１の態様または第２の態様の、導電層を備える積層体と、
前記導電層上に形成された電極と、
を有する半導体装置、
が提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、
下地部材を用意する工程と、
ＧａＮで構成されたターゲットを用意する工程と、
スパッタリングガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることで、前記下地部材上にＧａＮで構成された導電層を形成する工程と、
を有し、
前記スパッタリングガスにおいて、窒素を含有するガスの含有率は、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有する前記導電層が形成されるように、低く抑えられている、導電層を備える積層体の製造方法、
が提供される。
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、
第４の態様の、導電層を備える積層体の製造方法と、
前記導電層上に電極を形成する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法、
が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
上述の態様による導電層は、１×１０２０／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度を有することで、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体装置のコンタクト層として、好ましく用いることができる。このような導電層は、スパッタリングにより容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】実施形態による半導体装置（ＨＥＭＴ）の製造方法を示す概略断面図である。
【図３】スパッタリング装置の一例を示す概略断面図である。
【図４】実験例による、キャリア濃度とスパッタリングガス組成との関係を示すグラフである。
【図５】実験例による、スパッタリングガス組成の異なる試料ごとのＸ線回折プロファイルである。
【図６】実験例による、キャリアの移動度とスパッタリングガス組成との関係を示すグラフである。
【図７】他の実施形態による半導体装置（ＬＥＤ）を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態＞
本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態では、製造される半導体装置として、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）１００が例示される（図２（ｃ）参照）。本実施形態は、特徴的な工程として、窒化ガリウム（ＧａＮ）で構成されたターゲット２００を用いたスパッタリングにより、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有しＧａＮで構成された導電層５０を形成する工程、を有する。当該工程において導電層５０が形成される下地部材４０は、ＨＥＭＴ１００の半製品である。完成されたＨＥＭＴ１００において、導電層５０は、ソース電極６１のコンタクト層５１およびドレイン電極６２のコンタクト層５２を構成する。以下、詳細を説明する。
【００１６】
（１）下地部材の用意
図１は、本製造方法の概略を示すフローチャートである。ステップＳ１では、下地部材４０が用意される。図２（ａ）は、下地部材４０を示す概略断面図である。下地部材４０は、基板１０と、電子走行層（バッファ層、チャネル層）２０と、電子供給層（バリア層）３０と、を有する半導体積層物である。
【００１７】
基板１０は、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）基板である。基板１０として、より具体的には例えば、ポリタイプ４Ｈまたはポリタイプ６Ｈの半絶縁性ＳｉＣ基板が用いられる。基板１０上には、例えば、核生成層（不図示）が設けられている。核生成層は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分として構成される。
【００１８】
電子走行層２０は、基板１０上に核生成層を介して設けられている。電子走行層２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなり、例えば、ＧａＮを主成分として構成されている。電子走行層２０の厚さは、例えば、５００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である。電子走行層２０のうちの核生成層の側に位置する領域は、主に、核生成層と電子供給層３０との格子定数差を緩衝する緩衝層として機能する。電子走行層２０のうちの電子供給層３０側に位置する領域は、ＨＥＭＴ１００を駆動させたときに、電子が走行する領域として機能する。
【００１９】
電子供給層３０は、電子走行層２０上に設けられている。電子供給層３０は、電子走行層２を構成するＩＩＩ族窒化物半導体と比べて、広いバンドギャップと小さい格子定数とを有するＩＩＩ族窒化物半導体からなり、例えば、ＡｌＧａＮを主成分として構成されている。電子供給層３０の厚さは、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。電子走行層２０上に設けられた電子供給層３０の分極作用により、電子走行層２０内に２次元電子ガスが生成されるとともに、電子走行層２０内に空間的に２次元電子ガスが閉じ込められる。
【００２０】
下地部材４０は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）により、以下のように作製される。基板１０として、ポリタイプ４Ｈの半絶縁性ＳｉＣ基板を用意する。基板１０上に、ＩＩＩ族原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを供給するとともに、Ｖ族原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給することで、ＡｌＮからなる核生成層を成長させる。核生成層上に、ＩＩＩ族原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを供給するとともに、Ｖ族原料ガスとしてＮＨ３ガスを供給することで、単結晶のＧａＮからなる電子走行層２０をエピタキシャル成長させる。電子走行層２０上に、ＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧガスおよびＴＭＡガスを供給するとともに、Ｖ族原料ガスとしてＮＨ３ガスを供給することで、単結晶のＡｌＧａＮからなる電子供給層３０をエピタキシャル成長させる。このようにして、下地部材４０が作製される。下地部材４０は、作製することで用意されてもよいし、外部から入手することで用意されてもよい。
【００２１】
（２）ＧａＮターゲットの用意
上述のように、下地部材４０上には、ＧａＮで構成されたターゲット（ＧａＮターゲット）２００を用いたスパッタリングにより、導電層５０が形成される。ステップＳ２では、ターゲット２００を用意する。ターゲット２００は、ＧａＮで構成されたターゲットであれば、特に制限されず、例えばＧａＮ微結晶の焼結により形成されたものでもよく、また例えばＧａＮの成長により一体的に形成されたものでもよい。ターゲット２００を一体的に成長させる方法は、特に限定されないが、一例としてハイドライド気相堆積（ＨＶＰＤ）が挙げられる。成長により一体的に形成されたターゲット２００は、例えばＧａＮ多結晶で構成されたものでもよく、また例えばＧａＮ単結晶で構成されたものでもよい。ターゲット２００の形状、大きさ、厚さ等は、導電層５０の成膜に用いるスパッタリング装置３００（図３参照）の仕様等に応じて、適宜選択されてよい。ターゲット２００は、作製することで用意されてもよいし、外部から入手することで用意されてもよい。
【００２２】
本明細書において「ＧａＮで構成されたターゲット」は、ＧａＮを含むターゲットのことを意味し、何らかの不純物を含むＧａＮで構成されていてもよい。ターゲット２００は、例えばｎ型不純物を含んでいてよい。ここでｎ型不純物は、シリコン（Ｓｉ）または酸素（Ｏ）であり、全体的なｎ型不純物濃度は、Ｓｉ濃度とＯ濃度との合計で評価される。例えば２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）に関し、Ｓｉの検出下限濃度は１×１０１５／ｃｍ３程度であり、Ｏの検出下限濃度は１×１０１６／ｃｍ３程度である。本明細書では、ターゲット２００を構成するＧａＮ中の全体的なｎ型不純物濃度が１×１０１６／ｃｍ３以下である場合に「ターゲット２００はｎ型不純物を実質的に含まない」と評価される。なお、導電層５０を構成するＧａＮに含まれるｎ型不純物も、同様にして評価される。
【００２３】
（３）スパッタリングによる導電層の形成
ステップＳ１での下地部材４０の用意、および、ステップＳ２でのターゲット２００の用意の後、ステップＳ３では、スパッタリングにより導電層５０を形成する。なお、ステップＳ３の前に行われるのであれば、ステップＳ１およびＳ２のどちらが前に行われてもよく、ステップＳ１およびＳ２が同時に行われてもよい。
【００２４】
導電層５０の成膜に用いられるスパッタリング装置３００と、その動作とについて説明する。図３は、スパッタリング装置３００を示す概略断面図であり、高周波（ＲＦ）スパッタリング装置を例示する。スパッタリング装置３００は、チャンバ３１０と、ターゲット保持台３２０と、下地部材保持台３３０と、交流電源３４０と、を有する。ターゲット保持台３２０と下地部材保持台３３０とが、チャンバ３１０内に設けられている。ターゲット保持台３２０は、ターゲット２００を保持し、下地部材保持台３３０は、下地部材４０を保持する。ターゲット２００と下地部材４０とは、互いに対向した状態で配置される。
【００２５】
チャンバ３１０内に導入されたスパッタリングガス４００は、ターゲット２００と下地部材４０との間に介在する。交流電源３４０は、ターゲット２００と下地部材４０との間に交流電圧を印加する。当該交流電圧によりスパッタリングガス４００がプラズマ化され、プラズマ化されたスパッタリングガス４００によりターゲット２００がスパッタされることで、ターゲット２００からＧａＮ材料２１０が飛散する。飛散したＧａＮ材料２１０が下地部材４０上に堆積することで、導電層５０が形成される。
【００２６】
図２（ｂ）は、導電層５０が形成された下地部材４０を示す概略断面図である。本実施形態では、ＨＥＭＴ１００の、ソース電極６１のコンタクト層５１およびドレイン電極６２のコンタクト層５２として、導電層５０が形成される。このため、コンタクト層５１およびコンタクト層５２が形成されるべき領域に開口を有するマスク５５が形成された状態の下地部材４０に対して、スパッタリング処理を行うとよい。これにより、当該領域上に選択的に、導電層５０を形成することができる。
【００２７】
スパッタリングにより導電層５０を形成する工程は、より具体的には例えば以下のように行われる。コンタクト層５１およびコンタクト層５２が形成されるべき領域に開口を有するマスク５５を、下地部材４０の電子供給層３０上に形成する。マスク５５は、例えばレジストで形成され、また例えば酸化シリコンで形成される。マスク５５が形成された状態の下地部材４０を、スパッタリング装置３００の下地部材保持台３３０に保持する。また、ターゲット２００を、スパッタリング装置３００のターゲット保持台３２０に保持する。
【００２８】
下地部材４０およびターゲット２００が保持された状態で、チャンバ３１０内にスパッタリングガス４００を導入する。そして、所定の温度および圧力において、スパッタリングガス４００に交流電圧を印加することで、スパッタリング処理を行う。スパッタリング処理の条件としては、以下が例示される。
成膜温度  ：１００℃〜２５０℃
成膜圧力  ：１Ｐａ〜５Ｐａ
スパッタリングガス：アルゴンガス（Ａｒガス）と窒素ガス（Ｎ２ガス）との混合ガスであってＮ２ガスの分圧（Ｎ２／（Ｎ２＋Ａｒ））が２％以下、より好ましくは、Ａｒガス
ＲＦパワー密度：０．３７Ｗ／ｃｍ２〜１２．３Ｗ／ｃｍ２（例えば直径４インチのターゲット２００に対するＲＦパワーとして３０Ｗ〜１０００Ｗ）
【００２９】
成膜温度は、１００℃以上であることが好ましい。これは、チャンバ３１０内に残存した水分が導電層５０に混入することを抑えるためである。導電層５０に水分が混入すると、導電層５０の抵抗の低さが損なわれる。チャンバ３１０が大気開放型である場合、スパッタリング処理の前に、１００℃〜１５０℃で２時間程度のベーキング処理を行うことが好ましい。チャンバ３１０内への水分の混入を防ぐために、チャンバ３１０は、ロードロック型であることがより好ましい。成膜温度は、２５０℃以下であることが好ましい。これは、マスク５５の材料として、酸化シリコンのような無機材料と比べて耐熱性が低い、レジストの使用を容易にするためである。
【００３０】
詳細は後述するように、スパッタリングガス４００に含まれる窒素原子（Ｎ）を減らすほど、成膜される導電層５０のキャリア濃度を高めることができる。コンタクト層５１および５２として用いられる導電層５０のキャリア濃度は、１×１０２０／ｃｍ３以上であることが好ましい。したがって、スパッタリングガス４００における、Ｎを含有するガスの含有率は、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有する導電層５０が形成されるように、低く抑えられていることが好ましい。
【００３１】
スパッタリングガス４００としては、希ガスを含むガスが、好ましく用いられ、希ガスからなるガスが、より好ましく用いられる。スパッタリングガス４００に用いられる希ガスとしては、例えばＡｒ、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等が挙げられる。スパッタリングガス４００は、希ガスを含むとともに、少量であれば、Ｎを含有するガスを含んでもよい。スパッタリングガス４００に用いられる、Ｎを含有するガスとしては、例えばＮ２ガスが挙げられる。Ｎを含有するガスを含むスパッタリングガス４００として、例えば、希ガスと、Ｎを含有するガスとからなり、Ｎを含有するガスの分圧が好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下であるガスを用いることができる。なお、スパッタリングガス４００は、成膜される導電層５０のキャリア濃度が１×１０２０／ｃｍ３未満に低下しないのであれば、必要に応じて、他のガス、例えば水素ガス等を含んでもよい。
【００３２】
このようなスパッタリング処理により、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有し、ＧａＮで構成された導電層５０が形成される。本明細書において、導電層５０が「ＧａＮで構成されている」とは、導電層５０がＧａＮを含むことを意味し、導電層５０が不純物を含まないＧａＮで構成されている場合に限らず、導電層５０が何らかの不純物を含むＧａＮで構成されている場合も意味する。導電層５０を構成するＧａＮは、例えばｎ型不純物を含んでいてよい。ターゲット２００がｎ型不純物を含む場合、導電層５０は、ターゲット２００に起因するｎ型不純物を含むことになる。導電層５０のｎ型不純物濃度は、ターゲット２００のｎ型不純物濃度以下である。なお、導電層５０の抵抗を低く抑えるために、導電層５０の厚さは例えば１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
導電層５０は、導電層５０に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高いキャリア濃度、例えば、導電層５０に含まれるｎ型不純物の濃度と比べて１０倍以上の高いキャリア濃度を有し得る。例えば、導電層５０に含まれるｎ型不純物の濃度が１×１０１９／ｃｍ３以下であっても、また例えば、導電層５０がｎ型不純物を実質的に含まなくても、つまり導電層５０に含まれるｎ型不純物の濃度が１×１０１６／ｃｍ３以下であっても、導電層５０は、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有する。この理由は、導電層５０の主たるキャリアが、ｎ型不純物に起因して発生するものではなく、導電層５０を構成するＧａＮ自体の性質に起因して発生するものだからである。
【００３４】
本実施形態によるスパッタリング処理では、Ｎを含有するガスの含有率が低く抑えられたスパッタリングガス４００によりターゲット２００をスパッタリングすることで、導電層５０を構成するＧａＮに、Ｎ欠損を発生させる。つまり、導電層５０を構成するＧａＮにおいて、Ｇａ原子数に対するＮ原子数の比率を、１より小さくする。これにより、導電層５０における主たるキャリアとして、Ｎ欠損に起因するｎ型キャリアを発生させることができ、１×１０２０／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度を実現することができる。
【００３５】
導電層５０が形成された下地部材４０を、スパッタリング装置３００から搬出した後、マスク５５とともに、マスク５５上に形成された不要部の導電層５０も除去するリフトオフ処理により、マスク５５の開口内のみに、つまり、コンタクト層５１およびコンタクト層５２が形成されるべき領域のみに、導電層５０を残す。
【００３６】
（４）導電層上への電極の形成、および、ＨＥＭＴを完成させるためのその他の処理
ステップＳ３でのスパッタリングによる導電層５０の形成の後、ステップＳ４では、導電層５０上への電極の形成、および、ＨＥＭＴ１００を完成させるためのその他の処理が行われる。図２（ｃ）は、完成したＨＥＭＴ１００を示す概略断面図である。
【００３７】
導電層５０上の電極として、具体的には、ソース電極６１およびドレイン電極６２が形成される。ソース電極６１は、電子供給層３０上に、ソース電極６１のコンタクト層５１となる導電層５０を介して形成される。ドレイン電極６２は、電子供給層３０上に、ドレイン電極６２のコンタクト層５２となる導電層５０を介して形成される。一方、ゲート電極６３は、電子供給層３０上に、導電層５０を介さずに形成される。
【００３８】
ソース電極６１、ドレイン電極６２およびゲート電極６３は、ＨＥＭＴのソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を形成する公知の技術を適宜用いることで、形成される。ソース電極６１、ドレイン電極６２およびゲート電極６３として、例えば、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）電極が形成される。
【００３９】
ソース電極６１、ドレイン電極６２およびゲート電極６３の形成後、ソース電極６１、ドレイン電極６２およびゲート電極６３を覆って電子供給層３０上に、保護膜７０が形成される。保護膜７０は、ソース電極６１、ドレイン電極６２およびゲート電極６３のそれぞれの上面に開口を有し、これらの電極６１〜６３のそれぞれに外部配線が接続できるように構成される。保護膜７０は、ＨＥＭＴの保護膜を形成する公知の技術を適宜用いることで、形成される。保護膜７０として、例えば、窒化シリコン膜が形成される。なお、ステップＳ４は、ＨＥＭＴ１００を完成させるために行われるさらに他の処理、例えば、素子分離のための窒素イオン注入処理等を含んでもよい。以上のようにして、ＨＥＭＴ１００が製造される。ＨＥＭＴ１００は、導電層５０を備える積層体の一例であり、導電層５０を備える積層体を有する半導体装置の一例である。
【００４０】
（５）本実施形態により得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。
【００４１】
（ａ）上述のようなスパッタリング処理により、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有する導電層５０を形成することができる。導電層５０は、ＧａＮで構成されたターゲット２００を用いたスパッタリングにより、簡便に形成することができる。導電層５０は、１×１０２０／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度を有することで、例えばＨＥＭＴ１００の電子供給層３０とソース電極６１との間に介在するコンタクト層５１として、また例えばＨＥＭＴ１００の電子供給層３０とドレイン電極６２との間に介在するコンタクト層５２として、好ましく用いることができる。
【００４２】
ＨＥＭＴのコンタクト層を形成する技術としては、例えば、ＭＯＶＰＥ、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）等により電子供給層上または電子走行層上にｎ型ＧａＮ層を再成長させる技術が知られており、また例えば、電子供給層または電子走行層にｎ型不純物をイオン注入する技術が知られている。これらの技術は、再成長工程またはイオン注入工程を必要とするため、煩雑で高コストである。これに対し、本実施形態によれば、ＨＥＭＴ１００のコンタクト層５１および５２を、スパッタリングにより、簡便に低コストで形成することができる。なお、スパッタリングは、大面積の部材に対する処理への適用も容易である。
【００４３】
（ｂ）導電層５０のキャリア濃度は、導電層５０に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高くすることができる。このため、導電層５０にｎ型不純物を添加しなくてよい。つまり、ｎ型不純物を添加したターゲット２００を用意しなくてよい。なお、ターゲット２００に、ｎ型（またはｐ型）の不純物が添加されていてもよい。
【００４４】
（ｃ）導電層５０を作製するスパッタリング処理は、Ｎを含有するガスの含有率を低く抑えたスパッタリングガス４００を用いて行うことができる。スパッタリングガス４００としては、例えば、Ａｒガスを用いることができ、また例えば、ＡｒガスとＮ２ガスとの混合ガスであってＮ２ガスの分圧が好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下であるガスを用いることができる。スパッタリングガス４００として特殊なガスを用いなくてもよいため、導電層５０を容易に作製することができる。
【００４５】
＜他の実施形態＞
本発明は上述の実施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の変更を行ってもよい。また、種々の実施形態や変形例は、適宜組み合わせてよい。
【００４６】
上述の実施形態では、コンタクト層５１およびコンタクト層５２が形成されるべき領域に開口を有するマスク５５を用いて、下地部材４０の当該領域上に選択的に導電層５０を形成する態様を例示した（図２（ｂ）参照）。その他の方法として、マスク５５を用いず下地部材４０の全面上に導電層５０を形成した後、コンタクト層５１およびコンタクト層５２となる領域以外の導電層５０をエッチングにより除去するパターニングを行うことで、当該領域上に導電層５０を残してもよい。なお、必要に応じ、下地部材４０の全面上に導電層５０が形成された部材を半製品として用意しておき、当該部材に対して導電層５０のパターニング以後の処理を行うことで、ＨＥＭＴ１００を作製するようにしてもよい。
【００４７】
上述の実施形態では、スパッタリングにより形成された導電層５０をソース電極６１、ドレイン電極６２のコンタクト層５１、５２として適用するＨＥＭＴ１００として図２（ｃ）のような構造を例示したが、スパッタリングにより形成された導電層５０は、公知の他の構造のＨＥＭＴ１００におけるコンタクト層５１、５２として適用してもよい。つまり、公知の他の構造のＨＥＭＴ１００においても、ソース電極６１、ドレイン電極６２の下に配置されるコンタクト層５１、５２として、スパッタリングによる導電層５０を用いてよい。
【００４８】
上述の実施形態では、スパッタリングにより形成された導電層５０をコンタクト層５１、５２として適用する半導体装置として、ＨＥＭＴ１００を例示した。スパッタリングにより形成された導電層５０は、ＨＥＭＴ１００のコンタクト層５１、５２に限定されず、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ等の他の半導体装置の電極構造におけるコンタクト層として用いられてもよい。
【００４９】
図７は、他の実施形態の一例としてＬＥＤ５００を模式的に示す断面図である。ＬＥＤ５００は、ｎ型ＧａＮ基板５１０、ｎ型ＧａＮ層５２０、ｐ型ＧａＮ層５３０、ｐ側電極５４０、ｎ側コンタクト層５５０およびｎ側電極５６０を有する。なお、ｎ型ＧａＮ層５２０とｐ型ＧａＮ層５３０との間に量子井戸構造の発光層を設けてもよい。ｎ側コンタクト層５５０は、上述のようなスパッタリングにより形成された導電層として構成されている。
【００５０】
図７は、ｎ側電極５６０が、ｐ型ＧａＮ層５３０と反対側に配置され、ｎ型ＧａＮ基板５１０の下面上にｎ側コンタクト層５５０を介して配置されている素子構造を例示する。これに限らず、ｎ側電極５６０が、ｐ型ＧａＮ層５３０と同じ側に配置された素子構造を採用してもよい。つまり、ｐ型ＧａＮ層５３０の一部を除去することで露出させたｎ型ＧａＮ層５２０の上面上に、ｎ側電極５６０がｎ側コンタクト層５５０を介して配置された素子構造を採用してもよい。
【００５１】
上述の実施形態では、導電層５０と接する下地部材４０の表層部分（電子供給層３０）の材料として、ＡｌＧａＮを例示した。導電層５０と接する下地部材４０の表層部分の材料は、ＡｌＧａＮに限定されず、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）で示されるＩＩＩ族窒化物半導体を好ましく用いることができる。
【００５２】
上述の実施形態では、導電層５０の形成に用いられるスパッタリング方法としてＲＦスパッタリングを例示したが（図３参照）、導電層５０の形成には、様々なスパッタリング方法を用いることができる。例えば、直流（ＤＣ）スパッタリングを用いてもよい。また例えば、ＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリングのどちらについても、マグネトロンを用いてもよい。また例えば、イオンビームスパッタリングを用いてもよい。さらに、スパッタリングに限定されず、他の物理堆積法、例えばパルスレーザ堆積（ＰＬＤ）を用いてもよい。
【００５３】
＜実験例＞
次に、ＧａＮターゲットを用いたスパッタリングによりＧａＮ層を形成した実験について説明する。本実験は、以下のような条件で行った。ターゲットとしては、ＨＶＰＤによる成長で一体的に形成された多結晶ＧａＮ基板を用いた。このターゲットは、１×１０１８／ｃｍ３程度のＳｉ濃度を有し、１×１０１９／ｃｍ３程度のＯ濃度を有し、全体としては１×１０１９／ｃｍ３程度のｎ型不純物濃度を有するものであった。また、このターゲットの直径は４インチ（１０．１６ｃｍ）であった。このターゲットを用い、ＲＦスパッタリングにより、下地基板上にＧａＮ層を形成した。下地基板としては、ガラス基板を用いた。
【００５４】
成膜温度は２００℃とし、成膜圧力は２．４Ｐａとし、ＲＦパワーは５０Ｗ〜８０Ｗとした。スパッタリングガスの組成を変化させることで、形成されるＧａＮ層の特性がどのように変わるか調べた。スパッタリングガスとしてはＡｒガスおよびＮ２ガスを用い、Ｎ２ガスの分圧（Ｎ２／（Ｎ２＋Ａｒ））を０％から増加させることで、スパッタリングガスの組成を変化させた。Ａｒは、希ガスの一例であり、Ｎ２ガスは、窒素を含有するガスの一例である。
【００５５】
図４は、キャリア濃度とスパッタリングガス組成との関係を示すグラフである。キャリア濃度は、ホール測定で得られたｎ型キャリアの濃度である。横軸は、Ｎ２ガスの分圧（Ｎ２／（Ｎ２＋Ａｒ））を％単位で示し、縦軸は、キャリア濃度を対数表示のｃｍ−３単位で示す。
【００５６】
対数表示のキャリア濃度は、Ｎ２ガスの分圧に対し直線的に変化している。キャリア濃度は、Ｎ２ガスの分圧が低いほど高く、Ｎ２ガスの分圧が０％の場合、つまりスパッタリングガスがＡｒガスからなる場合に最大である。Ｎ２ガスの分圧を０％とすることで、１×１０２１／ｃｍ３程度の非常に高いキャリア濃度が得られる。また、Ｎ２ガスの分圧を好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下とすることで、１×１０２０／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度が得られる。このように、Ｎを含有するガスの含有率を低く抑えたスパッタリングガスを用いることで、１×１０２０／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度を有しコンタクト層等の導電層として好適なＧａＮ層を形成できることがわかった。
【００５７】
ターゲットのｎ型不純物濃度は１×１０１９／ｃｍ３程度であるため、形成されたＧａＮ層のｎ型不純物濃度は、高々１×１０１９／ｃｍ３程度である。しかし、図４に示す結果からわかるように、Ｎ２ガスの分圧を低く抑えることで、ＧａＮ層に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高いキャリア濃度を得ることができる。スパッタリングガスにおける、Ｎを含有するガスの含有率が低いことで、形成されたＧａＮ層にＮ欠損に起因するｎ型キャリアが発生し、Ｎ欠損に起因するｎ型キャリアによって、このような高いキャリア濃度が実現されている、と推測される。例えばＮ２ガス分圧０％でのキャリア濃度１×１０２１／ｃｍ３程度と比べて、ｎ型不純物濃度は高々１×１０１９／ｃｍ３程度あるため、ｎ型不純物に起因するキャリアは、全体的なキャリア濃度に対してほとんど寄与しない。なお、この結果より、形成されたＧａＮ層がｎ型不純物を実質的に含まなくても、上述のような高いキャリア濃度を得ることができると考えられる。
【００５８】
図５は、スパッタリングガス組成の異なる試料ごとのＸ線回折プロファイルを示す。Ｎ２ガスの分圧が０％の試料の結果と１０％の試料の結果とを示す。横軸は、２θを度単位で示し、縦軸は、強度を任意単位で示す。Ｎ２ガス分圧１０％の試料では、比較的強いピークとして（１０−１０）面のピークおよび（１０−１１）面のピークが観察され、比較的弱いピークとして（０００２）面のピークおよび（１１−２０）面のピークが観察される。つまり、Ｎ２ガス分圧１０％の条件で形成されたＧａＮは、ある程度の結晶性を示す。これに対し、Ｎ２ガス分圧０％の試料では、ＧａＮの結晶面に対応するピークは観察されない。つまり、Ｎ２ガス分圧０％の条件で形成されたＧａＮは、結晶性を示さず、アモルファス状である。
【００５９】
このように、Ｎ２ガス分圧が０％であるときアモルファス状のＧａＮ層が形成されることがわかった。このため、Ｎ２ガス分圧が２％以下あるいは１％以下の低い条件において、同様にアモルファス状のＧａＮ層が形成されるのではないかと推測される。なお、１×１０２０／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度が得られるのであれば、形成されたＧａＮ層は、アモルファス状であることが必須ではなく、何らかの結晶性を有してもよい。つまり、上述の（１０−１０）面等のいずれかの面に対応するＸ線回折ピークを示してもよい。ただし、アモルファス状であっても、または何らかの結晶性を有しても、形成されたＧａＮ層が示す１×１０２０／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度は、当該ＧａＮ層に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高い。
【００６０】
図６は、キャリアの移動度とスパッタリングガス組成との関係を示すグラフである。キャリアの移動度は、ホール測定で得られたｎ型キャリアの移動度である。横軸は、Ｎ２ガスの分圧（Ｎ２／（Ｎ２＋Ａｒ））を％単位で示し、縦軸は、キャリアの移動度を対数表示のｃｍ２／（Ｖ・ｓ）単位で示す。
【００６１】
１×１０２０／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度が得られるスパッタリングガス組成、つまりＮ２ガス分圧が例えば２％以下の範囲では、移動度が０．１ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）以下の低さを示す。一方、導電層として用いられるＧａＮ層の抵抗は、例えば１×１０−８Ω／ｃｍ２以下であることが好ましい。これらより、導電層として用いられるＧａＮ層の厚さは、過度に厚くないことが好ましく、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましい。なお、導電層として用いられるＧａＮ層の厚さの下限は、特に限定されず、成膜でき導電層として機能する厚さであればよい。
【００６２】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【００６３】
（付記１）
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有し、アモルファス状のＧａＮで構成された導電層と、
を有する、導電層を備える積層体。
【００６４】
（付記２）
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高い付記１に記載の、導電層を備える積層体。
【００６５】
（付記３）
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有するＧａＮで構成された導電層と、
を有し、
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高い、導電層を備える積層体。
【００６６】
（付記４）
前記導電層は、アモルファス状のＧａＮで構成されている付記３に記載の、導電層を備える積層体。
【００６７】
（付記５）
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度と比べて１０倍以上高い付記１〜４にいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体。
【００６８】
（付記６）
前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度は、１×１０１９／ｃｍ３以下である付記１〜５にいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体。
【００６９】
（付記７）
前記導電層は、ｎ型不純物を実質的に含まない付記１〜６のいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体。
【００７０】
（付記８）
前記導電層を構成するＧａＮにおいて、Ｇａ原子数に対するＮ原子数の比率は、１より小さい付記１〜７のいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体。
【００７１】
（付記９）
前記導電層を構成するＧａＮの移動度は、０．１ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）以下である付記１〜８のいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体。
【００７２】
（付記１０）
前記導電層の厚さは、１００ｎｍ以下である付記１〜９のいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体。
【００７３】
（付記１１）
前記下地部材において、前記導電層と接する表層部分は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１で構成されている付記１〜１０のいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体。
【００７４】
（付記１２）
付記１〜１１のいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体と、
前記導電層上に形成された電極と、
を有する半導体装置。
【００７５】
（付記１３）
ＨＥＭＴであって、
前記電極はソース電極またはドレイン電極である付記１２に記載の半導体装置。
【００７６】
（付記１４）
下地部材を用意する工程と、
ＧａＮで構成されたターゲットを用意する工程と、
スパッタリングガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることで、前記下地部材上にＧａＮで構成された導電層を形成する工程と、
を有し、
前記スパッタリングガスにおいて、窒素を含有するガスの含有率は、１×１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有する前記導電層が形成されるように、低く抑えられている、導電層を備える積層体の製造方法。
【００７７】
（付記１５）
前記スパッタリングガスは、希ガスからなるガスであるか、または、希ガスと窒素を含有するガスとからなり窒素を含有するガスの分圧が好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下であるガスである付記１４に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
【００７８】
（付記１６）
前記導電層を形成する際の成膜温度は、１００℃以上２５０℃以下の範囲の温度である付記１４または１５に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
【００７９】
（付記１７）
前記導電層は、アモルファス状のＧａＮで構成されている付記１４〜１６のいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
【００８０】
（付記１８）
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高い付記１４〜１７のいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
【００８１】
（付記１９）
付記１４〜１８のいずれか１つに記載の、導電層を備える積層体の製造方法と、
前記導電層上に電極を形成する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法。
【００８２】
（付記２０）
ＨＥＭＴの製造方法であって、
前記電極はソース電極またはドレイン電極である付記１９に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００８３】
１０  基板
２０  電子走行層
３０  電子供給層
４０  下地部材
５０  導電層
５１、５２  コンタクト層
５５  マスク
６１  ソース電極
６２  ドレイン電極
６３  ゲート電極
７０  保護膜
１００  ＨＥＭＴ
２００  ＧａＮターゲット
３００  スパッタリング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019186263.tif 000007
【図６】
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【図７】
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