(57)【要約】【課題】Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体電界効果型トランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極のオーミック電極部のコンタクト抵抗を低減する。【解決手段】ソース電極及びドレイン電極を構成するオーミック電極部が金属酸化物ＺｎＯ層を含むものであり、前記金属酸化物ＺｎＯの電子親和力をχＡ、前記Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ＡｌＧａＮの電子親和力をχＢとすると、χＡ≦χＢの関係がある。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有してなる電界効果型トランジスタにおいて、
前記ソース電極及びドレイン電極のオーミック電極部が金属酸化物層を含むものであり、前記金属酸化物層の電子親和力χＡと、前記Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の電子親和力χＢとの関係が、χＡ≦χＢであることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記オーミック電極部の金属酸化物層が、自発分極又はピエゾ分極を持つことを特徴とする請求項１記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記金属酸化物層が分極により、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層側の界面に正の電荷がチャージされていることを特徴とする請求項２記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記金属酸化物層が、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に、ＩＩＩ族元素をドープしてなるｎ型半導体であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記ＩＩ−ＶＩ族ｎ型半導体がＺｎＯであり、抵抗率が１０−３Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記オーミック電極部が、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に、前記金属酸化物層からなる第１層上に金属からなる第２層を形成した多層構造体により形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記第２層の金属が、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉからなるグループから選ばれる１種又は２種以上の金属であることを特徴とする請求項６記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と金属酸化物層の間に、当該金属酸化物層を形成する金属元素からなる金属層が介在することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
前記金属層がＺｎからなることを特徴とする請求項８記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と金属酸化物層の間にＩｎからなる金属層が介在することを特徴とする請求項１記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の電界効果型トランジスタにおいて、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、真空蒸着法、化学気相成長法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法のいずれかの薄膜形成方法により、金属酸化物層又は金属層を形成後３００℃〜８００℃、Ｎ２雰囲気中でアニールすることにより、ソース電極及びドレイン電極のオーミック電極部を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体電界効果型トランジスタに関し、特に前記ソース電極及びドレイン電極のオーミック電極部の構造及びその形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
図７に、従来のＩＩＩ−Ｖ族材料の電界効果型トランジスタ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：  ＨＥＭＴ）の基本的な構造を示す。
電界効果型トランジスタは、サファイア基板又はＳｉＣ基板２などに、半絶縁性ＧａＮ層３を形成し、その上にバリア層となるＡｌＮとＧａＮの混晶であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜０．５程度，以下ＡｌＧａＮと記す）層４を形成し、そしてそのＡｌＧａＮ層上に、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄと、ゲート電極Ｇとを設けている。
【０００３】
ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄと、ＡｌＧａＮ半導体層４とはオーミック性のコンタクトが必要であり、さらにそのコンタクト抵抗は極力低い方が望まれる。コンタクト抵抗を低減する方法として、電極を構成する金属と化合物半導体との間のショットキー障壁の低減や、化合物半導体側へのドーピングによる空乏層の薄層化がある。
従来、特開平７−４５８６７号公報に示されているように、ｎ型ＧａＮ又はｎ型ＡｌＧａＮからなるコンタクト層上に、ＴｉとＡｌの合金層又はＴｉとＡｌの多層膜を形成し、４００℃以上の温度でアニールしてオーミック特性を得る方法が開示されている。
【０００４】
また、特開平７−２２１１０３号公報に示されているようにＴｉ、Ａｌの２層金属膜あるいはｎ型半導体層上にＴｉとＡｌとの合金膜を形成した後、Ａｌよりも高融点の金属を積層する方法も開示されている。高融点金属としてはＡｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕなどが挙げられている。このような構造においても４００℃以上のアニールをすることによりオーミック特性が得られている。この場合、上部の高融点金属によりＡｌ層の酸化を防止している。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−４５８６７号公報
【特許文献２】特開平７−２２１１０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記特開平７−４５８６７号公報や特開平７−２２１１０３号公報に示されるようにオーミック特性を得るためには、４００℃以上のアニールが必要である。ところが、電極としてＡｌを用いた場合、アニール中の高温環境下において、オーミック電極部として用いた熱拡散して、Ａｌが、ＡｌＧａＮ層やドーピングを行ったコンタクト層に反応し、オーミック特性が劣化するといった問題がある。
【０００７】
また、通常ＡｌＧａＮ半導体層上には自然酸化膜が形成されており、酸処理等により除去されるが、この自然酸化膜が残留しているとコンタクト抵抗が極端に悪くなるといった問題があった。
さらに金属と半導体との界面におけるエネルギーバンド図を図８に示す。ＥＦはフェルミ準位を表す。
前述したように金属を用いたオーミック電極部では、金属固有の仕事関数φＭと半導体層の電子親和力χＳとを用いて、半導体層と金属層とのショットキー障壁高さφＢは、φＭ−χＳで表される。このようにショットキー障壁高さφＢは、金属固有の仕事関数φＭで決まってしまうため、コンタクト抵抗の低抵抗化に限度がある。
【０００８】
本発明は、Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体電界効果型トランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極のオーミック電極部のコンタクト抵抗を低減した電界効果型トランジスタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体電界効果型トランジスタにおけるオーミック電極部に金属ではなく、金属酸化物層を用いることで、ショットキー障壁を低下でき、コンタクト抵抗を低減できることを知見し、本発明に至った。
本発明の電界効果型トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極のオーミック電極部が金属酸化物層を含むものであり、前記金属酸化物層の電子親和力をχＡ、前記Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の電子親和力をχＢとすると、χＡ≦χＢの関係があることを特徴とするものである。
【００１０】
図２は、化合物半導体の電子親和力χＡと金属酸化物層の電子親和力χＢがχＡ＞χＢの場合における界面付近のエネルギーバンド図を示す。図２（Ａ）は接続前の状態を示し、図２（Ｂ）は接続後の状態を示す。ＥＣＯは金属酸化物の伝導帯の底、ＥＣＳは化合物半導体の伝導帯の底を表す。金属酸化物層には分極がないものとする。
図２（Ｂ）において、金属を用いた場合と同様に化合物半導体層側に電子親和力の差に起因する厚い障壁ΔＥＣが形成され電子の流れの障壁となる。化合物半導体側へのドーピングは、例えばＧａＮ系化合物半導体では困難であるため空乏層幅を狭めるには限界がある。
【００１１】
図１は、本発明の、化合物半導体の電子親和力χＡと金属酸化物層の電子親和力χＢがχＡ≦χＢの場合におけるエネルギーバンド図を示す。図１（Ａ）は接続前の状態を示し、図１（Ｂ）は接続後の状態を示す。χＡ＞χＢの場合と異なり、金属酸化物層側に障壁ΔＥＣが形成されるが、金属酸化物層にドーピングを行うことにより空乏層幅を狭めることができ、電子はトンネル効果により容易に移動できる。なお化合物半導体の電子親和力χＡと金属酸化物層の電子親和力χＢがχＡ≒χＢの場合、障壁はほとんど形成されないので容易に電子は移動することが可能である。
【００１２】
このように、本発明の構造によれば、金属酸化物層の伝導帯ＥＣＯと化合物半導体層の伝導体ＥＣＳとの差ΔＥＣにより形成される障壁を低くでき、容易に電子が移動できるためコンタクト抵抗の低減が可能となる。
前記オーミック電極部の金属酸化物層が、自発分極又はピエゾ分極を持つことが好ましい。
図２は、化合物半導体の電子親和力χＡと金属酸化物層の電子親和力χＢがχＡ＞χＢの場合におけるエネルギーバンド図を示し、図２（Ｃ）は金属酸化物層の化合物半導体側界面に、負の電荷（面密度−σ）が分極されている場合を示し、図２（Ｄ）は金属酸化物層の化合物半導体側界面に、正の電荷（面密度＋σ）が分極されている場合を示している。図２（Ｃ）では化合物半導体層側に生成される障壁の高さがさらに上がり、図２（Ｄ）では化合物半導体層側に生成される障壁の高さが低下するものの、障壁の厚さのため電子の流れを妨げていることを示している。
【００１３】
図１は、本発明の、化合物半導体の電子親和力χＡと金属酸化物層の電子親和力χＢがχＡ≦χＢの場合におけるエネルギーバンド図を示し、図１（Ｃ）は金属酸化物層の化合物半導体側界面に、負の電荷（面密度−σ）が分極されている場合を示し、図１（Ｄ）は金属酸化物層の化合物半導体側界面に、正の電荷（面密度＋σ）が分極されている場合を示している。図１（Ｃ）では化合物半導体層側に生成される障壁の高さは上がるものの、金属酸化物層に不純物を多量にドープすることによって、障壁の幅を狭くすれば、電子が通り抜けできることがわかる。図１（Ｄ）では化合物半導体層側に生成される障壁の高さが下り、電子が最も通りやすい状態となることを示している。
【００１４】
したがって、本発明では、金属酸化物層の化合物半導体側界面に、正又は負の電荷をチャージすることにより、金属と半導体層間に見られるようなショットキー障壁を低下でき、容易に電子が移動できるようになるため、コンタクト抵抗の低減が可能となる。
特に、金属酸化物層の化合物半導体側界面に、正の電荷をチャージすれば障壁の高さが下るため、オーミック抵抗の低下には最も好ましい。
【００１５】
なお、金属酸化物層の化合物半導体側界面に、負の電荷をチャージしても、障壁が薄ければ、電子は容易に移動できるようになり、オーミック抵抗の低下には好ましい。
また、前記金属酸化物層は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に、Ａｌ、ＧａなＩＩＩ族元素をドープしてなるｎ型半導体であることが好ましい。ＩＩ−ＶＩ族半導体にＩＩＩ族元素をドープしてｎ型半導体とした場合、ＧａＮ系化合物半導体にドープするより、多量にドーピングが行えるため空乏層幅を著しく狭めることが可能である。
【００１６】
前記ＩＩ−ＶＩ族ｎ型半導体がＺｎＯであり、Ａｌ、ＧａなどのＩＩＩ族元素のドープにより、抵抗率を１０−３Ω・ｃｍ以下とすることができる。ＩＩ−ＶＩ族のＺｎＯからなり、Ａｌ、ＧａなどのＩＩＩ族元素をドープしてなるｎ型半導体を用いることによって、融点も高く反応性も低い電極を形成することができる。またドープ元素がＩＩＩ族元素であるので、例えばＧａＮ系電界効果型トランジスタにおいて、もしＧａＮ系化合物半導体層の方からの元素が拡散してもＺｎＯ自体の抵抗率が上昇することはない。また、ＺｎＯ自体の抵抗率は金属に比較して高いが、１０−３Ω・ｃｍ以下であれば特に問題となることはない。しかし好ましくはＺｎＯの抵抗率は５×１０−４Ω・ｃｍ以下であることが望ましい。またＡｌ、ＧａなどのＩＩＩ族元素のドープ量は多量であることが好ましいが、３重量％以下であることが好ましい。極端に多量に添加するとＺｎＯ中に酸化物として残留し、抵抗率の上昇につながる。
【００１７】
さらに本発明の電界効果型トランジスタは、前記オーミック電極部として、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に、前記金属酸化物層からなる第１層、前記第１層上に金属からなる第２層を形成した多層構造体を用いてもよい。
この構造により、ＺｎＯなどの金属酸化物層が外部の雰囲気からの影響を受けにくくなり、たとえば酸化反応を抑制できることができ、電極の劣化を防ぐことができる。またチップマウントを行う際に電極取り出しを容易にすることができる。
【００１８】
前記第２層の金属は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉからなるグループから選ばれる１種又は２種以上の金属である。
また、本発明において、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と金属酸化物層の間に当該金属酸化物層を形成する金属元素からなる金属層を介在させることが好ましい。好ましくは、前記金属層はＺｎである。
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と金属酸化物層の間にＩｎからなる金属層を介在させてもよい。
【００１９】
通常ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上には自然酸化膜が形成されている。そこでＺｎやＩｎなどの金属層を介在させることで、ＺｎやＩｎが酸素と反応しＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３などになる。これらの酸化物は導電性があるため、金属酸化物層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層間に存在しても問題とならない。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の酸化物が除去されることで、オーミック特性を向上することができる。さらにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の自然酸化膜の影響がなくなるため、ウェハー間でのコンタクト抵抗のばらつきが少なくでき歩留まりが向上する。また、自然酸化物除去のための酸洗処理等のプロセスを行う必要がなくなる。
【００２０】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、真空蒸着法、化学気相成長法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法のいずれかの薄膜形成方法により、金属酸化物層又は金属層を形成後３００℃〜８００℃、Ｎ２雰囲気中でアニールすることにより、ソース電極及びドレイン電極のオーミック電極部を形成することができる。
上記の工程において、アニール温度が３００℃以下ではＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に残留している膜形成時のダメージが回復せずコンタクト抵抗の低下が見られない。また、８００℃以上のアニール温度では金属酸化物層又は金属層及びＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層間での熱拡散が起こり、オーミック特性が劣化する恐れがある。よって３００℃〜８００℃の範囲のアニール温度で行わなければならない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の電界効果型トランジスタは、Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有してなる電界効果型トランジスタにおいて、前記ソース電極及びドレイン電極のオーミック電極部が金属酸化物層を含むものであり、この金属酸化物層の電子親和力をχＡ、前記Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の電子親和力をχＢとすると、χＡ≦χＢの関係がある。さらに、金属酸化物層が、自発分極又はピエゾ分極を持つものである。
【００２２】
−第１の実施形態−
図３は本発明の第一の実施形態における電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である。この電界効果型トランジスタは、サファイア基板２上に半絶縁性ＧａＮ層３と、ＡｌＧａＮ層４とを順に形成している。その上に金属酸化物層５からなるオーミックソース電極、同じく金属酸化物層５からなるオーミックドレイン電極と、Ｎｉ，Ａｕの二重層６からなるショットキーゲート電極とを形成している。前記ＡｌＧａＮ層４は、バリア層を作るためのものであり、半絶縁性ＧａＮ層３の上部界面に電子の通るチャンネルＣＨが形成される。
【００２３】
第１の実施の形態においては金属酸化物層５として、ウルツァイト構造を有し、自発分極とピエゾ分極効果をもち、また、電子親和力が約４．１ｅＶであるＺｎＯを用いる。さらにＺｎＯの導電率を高めるためにＡｌをドープしている。
以下、この電界効果型トランジスタの製造方法の例を説明する。
最初に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などによりサファイア基板上に半絶縁性ＧａＮ、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎをエピタキシャル成長させる。そしてエピ結晶の表面をアセトン中煮沸、超音波洗浄を行い、メタノール、脱イオン水により洗浄し表面の脱脂を行う。
【００２４】
続いてこのウェハーをスパッタ装置のチャンバー内に設置し、チャンバー内を５×１０−６Ｔｏｒｒ以下の真空度に排気する。排気と同時にウェハーの温度を３００℃程度に加熱する。基板温度を３００℃に上げるのはスパッタ膜の結晶性を向上するために行う。その温度は抵抗率が１０−３Ω・ｃｍ以下になれば特に限定されるものではない。
ターゲットはＺｎＯに３重量％Ａｌ２Ｏ３を添加した焼結体を用い、Ａｒ雰囲気中にてＤＣマグネトロンスパッタを行い、ＡｌがドープされたＺｎＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）膜を形成する。膜厚は特に限定されるものではないが、あまり厚いと電極自身の抵抗分が大きくなるので、好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以下が望ましい。その後所定のマスクパターンを用いて、電極を、ＡｌＧａＮ層上にフォトリソグラフィー、エッチングなどにより形成する。また、ゲート電極としては、Ｎｉ／Ａｕ電極を電子ビーム蒸着及び抵抗加熱による真空蒸着法により形成する。
【００２５】
以上のような工程により作製された電極構造のコンタクト抵抗をＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｏｄｅｌ）により測定したところ、良好なオーミック特性を示した。さらにＮ２雰囲気下で室温から１００℃毎に１０分間アニールを施すことにより、コンタクト抵抗は３００℃から徐々に低下し、５００℃のアニールにより１０−６Ωｃｍ２以下にまで低下した。さらに８００℃以上のアニールを行うとコンタクト抵抗は１０−５Ωｃｍ２程度に増加した。
【００２６】
これらの結果を図４に示す。図４では、ＺｎＯ：Ａｌ層からなる電極のコンタクト抵抗値を細線で示している。比較例としてＴｉ／Ａｌ層を用いた電極におけるコンタクト抵抗の値も太線で示した。Ｔｉ／Ａｌ層による電極ではアニールなしではオーミック特性は得られず、約７００℃程度でオーミック特性を示したがコンタクト抵抗は１０−５Ωｃｍ２程度である。第１の実施の形態による電極では、アニールなしでもオーミック特性を得ることができ、５００℃程度のアニールで優れたオーミック特性を得ることができる。
【００２７】
−第２の実施形態−
図５は本発明の第２の実施の形態における電界効果型トランジスタ構造を示す断面図である。
この電界効果型トランジスタは、Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有してなる電界効果型トランジスタにおいて、前記ソース電極及びドレイン電極を形成するオーミック電極部が、自発分極、ピエゾ分極を持つ金属酸化物層からなる第１層５１、前記第１層上にＡｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉなどから選ばれる金属からなる第２層５２を含む多層構造体により形成されているものである。
【００２８】
第２の実施の形態においても金属酸化物層５１としてウルツァイト構造を有し自発分極とピエゾ分極効果をもち、また、電子親和力が約４．１ｅＶであるＺｎＯを用いた。さらに導電率を高めるためにＡｌをドープしている。
この電界効果型トランジスタの製造方法を説明すると、最初に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などによりサファイア基板上に半絶縁性ＧａＮ、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎをエピタキシャル成長させる。そしてエピ結晶の表面をアセトン中煮沸、超音波洗浄を行い、メタノール、脱イオン水により洗浄し表面の脱脂を行う。
【００２９】
続いてウェハーをスパッタ装置のチャンバー内に設置し、チャンバー内を５×１０−６Ｔｏｒｒ以下の真空度に排気する。排気と同時にウェハーの温度を３００℃程度に加熱する。基板温度を３００℃に上げるのはスパッタ膜の結晶性を向上するために行う。この温度は、抵抗率が１０−３Ω・ｃｍ以下になれば特に限定されるものではない。ターゲットはＺｎＯに３重量％Ａｌ２Ｏ３を添加した焼結体を用い、Ａｒ雰囲気中にてＤＣマグネトロンスパッタを行い、ＺｎＯ：Ａｌ膜を形成する。膜厚は特に限定されるものではないが、あまり厚いと電極自身の抵抗分が大きくなるので、好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以下が望ましい。その後その後所定のマスクパターンを用いて、電極をＡｌＧａＮ層上にフォトリソグラフィー、エッチングなどにより形成する。
【００３０】
続いて再度表面をアセトン中煮沸、超音波洗浄を行い、メタノール、脱イオン水により洗浄し表面の脱脂を行う。ウェハーを電子ビーム（ＥＢ）蒸着装置のチャンバー内にセットし、チャンバー内を５×１０−５Ｔｏｒｒ以下の真空度に排気する。所定の真空度に到達後、Ａｌの蒸着を１０００Å行う。ここでＡｌ層の厚さは特に限定されないが、あまり薄すぎると剥離しやすくなるので、好ましくは１００Å以上、さらに好ましくは５００Å以上が望ましい。また、Ａｌ蒸着後、抵抗加熱による真空蒸着法にてＡｕを２００Å積層した。
【００３１】
蒸着終了後リフトオフ法により、第１層の半導体層上にＡｌ金属からなる第２層を形成する。また、ゲート金属には第１の実施の形態と同様Ｎｉ／Ａｕ電極を用いた。
以上のような工程により作製された電極構造のコンタクト抵抗をＴＬＭ法により測定したところ、第１の実施の形態と同等のオーミック特性を示した。またアニール特性についても第１の実施の形態と同様な傾向を示した。
【００３２】
その結果を図４に破線で示す。約５００℃で１０−６Ωｃｍ２のコンタクト抵抗を示している。また上部に金属層が形成されていることにより高温でのアニールによるコンタクト抵抗の低下は減少している。
また本実施例と同様の構造を有する電極構造において各種金属の検討を行った結果、ＺｎＯ：Ａｌ層の上に形成する金属層として、Ａｌ／Ａｕの他に、Ｔｉ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉを用いても同様の結果が得られることがわかった。また、本実施例ではＡｌ／Ａｕを用いたが特に限定されるものではなくＴｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕなどの構造としても構わない。
【００３３】
−第３の実施形態−
図６は、本発明の第３の実施の形態における電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である。
この電界効果型トランジスタは、Ｇａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有してなる電界効果型トランジスタにおいて、前記ソース電極及びドレイン電極を形成するオーミック電極部がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４と自発分極、ピエゾ分極を持つ金属酸化物層５１の間に当該金属酸化物層を形成する金属元素からなる金属層５０が介在するものである。
【００３４】
第３の実施の形態においても金属酸化物層５１としてウルツァイト構造を有し自発分極とピエゾ分極効果をもち、また、電子親和力が約４．１ｅＶであるＺｎＯを用いた。さらに導電率を高めるためにＡｌをドープしている。そしてこのＺｎＯ層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との間に金属層であるＺｎ層５０を介在させている。
この電界効果型トランジスタの製造方法を説明すると、まず有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などによりサファイア基板上に半絶縁性ＧａＮ、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎをエピタキシャル成長させる。そしてエピ結晶の表面をアセトン中煮沸、超音波洗浄を行い、メタノール、脱イオン水により洗浄し表面の脱脂を行う。
【００３５】
続いてこのウェハーをスパッタ装置のチャンバー内に設置し、チャンバー内を１０−６Ｔｏｒｒ以下の真空度に排気する。排気と同時にウェハーの温度を２００℃程度に加熱する。この温度は限定されるものではないが融点の１／２〜１／３程度が好ましい。基板温度を上げるのは、スパッタ膜の結晶性向上とスパッタ金属とＡｌＧａＮ表面に存在する自然酸化膜中の酸素との反応を促進するためである。
【００３６】
ターゲットはＺｎ金属を用い、Ａｒ雰囲気中にてＤＣマグネトロンスパッタを行い、Ｚｎ膜を形成する。膜厚は特に限定されるものではないが、あまり厚いとＺｎ金属が残留し、ＡｌＧａＮ半導体層との間にショットキー障壁が形成され、コンタクト抵抗が大きくなるため、好ましくは１００Å以下、さらに好ましくは５０Å以下が望ましい。その後、同じチャンバー内においてターゲットとして、ＺｎＯに３重量％Ａｌ２Ｏ３を添加した焼結体を用い、Ａｒ雰囲気中にてＤＣマグネトロンスパッタを行い、ＺｎＯ：Ａｌ膜を形成する。膜厚は特に限定されるものではないが、あまり厚いと電極自身の抵抗分が大きくなるので、好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以下が望ましい。その後フォトリソグラフィー、エッチングによりＺｎ層、ＺｎＯ層の電極をＡｌＧａＮ層上に所定パターンに形成する。
【００３７】
さらに再度表面をアセトン中煮沸、超音波洗浄を行い、メタノール、脱イオン水により洗浄し表面の脱脂を行う。
このウェハーを電子ビーム（ＥＢ）蒸着装置のチャンバー内にセットし、チャンバー内を５×１０−５Ｔｏｒｒ以下の真空度に排気する。所定の真空度に到達後、Ａｌ／Ａｕの蒸着を１０００Å／２００Å行う。ここでＡｌ層、Ａｕ層の厚さは特に限定されないが、あまり薄すぎると剥離しやすくなるので、好ましくは１００Å以上、さらに好ましくは５００Å以上が望ましい。
【００３８】
蒸着終了後リフトオフ法により第１層の半導体層上にＡｌ／Ａｕ金属からなる第３層を形成する。
以上のような工程により作製された電極構造のコンタクト抵抗をＴＬＭ法により測定したところ第１の実施の形態と同様にアニールなしでもオーミック特性が得られた。さらにアニールを行うと３００℃のアニール温度から徐々にコンタクト抵抗は減少し、５００℃のアニールにおいて１０−６Ωｃｍ２のコンタクト抵抗となった。その結果を図４に一点鎖線で示す。
【００３９】
本構造の電極では第１の実施の形態や第２の実施の形態と比較して、アニール前、アニール後のいずれにおいても、さらにコンタクト抵抗を低減することができた。これはＺｎ層がＡｌＧａＮ表面の自然酸化膜の酸素と反応しＺｎＯと導電性の半導体になり、酸化物層が破壊されたものと考えられる。また、ＡｌＧａＮ層表面の自然酸化膜の付着のばらつきを無くすことができるため、コンタクト抵抗のウェハー間でのばらつきを小さくすることができ、安定して１０−６Ωｃｍ２のコンタクト抵抗を得ることができた。
【００４０】
また同様に他の金属についても検討を行った結果、Ｚｎの代わりにＩｎを介在させることでも１０−６Ωｃｍ２のコンタクト抵抗を得ることができた。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、以上の実施形態においては、金属酸化物層５，５１の形成方法としてスパッタ法を用いたが、本発明は特にこれに限定されるものではなく真空蒸着法、化学気相成長法、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などの他の成膜方法を用いても構わない。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系電界効果型トランジスタのソース、ドレイン電極を形成するオーミック電極部に、金属酸化物層を用い、金属酸化物層の  電子親和力χＡと、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の電子親和力χＢとの関係を、χＡ≦χＢとすることにより、アニールなしでもオーミック特性が得られ、またアニールすることでより低抵抗なオーミック電極部を安定して形成することができる。したがって、性能や安定性の面で優れたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系電界効果型トランジスタの性能や安定性の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、化合物半導体の電子親和力χＡと金属酸化物層の電子親和力χＢがχＡ≦χＢの場合におけるエネルギーバンド図を示す。
【図２】化合物半導体の電子親和力χＡと金属酸化物層の電子親和力χＢがχＡ＞χＢの場合における界面付近のエネルギーバンド図を示す。
【図３】本発明の第一の実施形態における電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である。
【図４】オーミック電極のコンタクト抵抗を、アニール温度に対してプロットしたグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態における電界効果型トランジスタ構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である。
【図７】従来のＩＩＩ−Ｖ族半導体系電界効果型トランジスタの基本的な構造を示す断面図である。
【図８】金属と半導体との界面におけるエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
２  サファイア基板
３  半絶縁性ＧａＮ層
４  ＡｌＧａＮ層
５  金属酸化物層
５０  金属層
５１  金属酸化物層
５２  金属層
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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