(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型またはノンドープ窒化物系半導体表面に形成されたオーミック電極であって、前記窒化物系半導体表面に接する第１の領域にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｓｉのうち少なくとも１種以上の金属が含まれ、かつ、その上に形成される第２の領域にＭｇが含まれ、さらに、前記Ｍｇを含む第２の領域の上に、Ａｕを含む第３の領域が設けられており、
前記第１〜３のいずれの領域にもＡｌが含まれない
ことを特徴とするｎ型窒化物半導体の電極。
【請求項２】
前記窒化物系半導体表面に接する第１の領域に、前記構成に加えてＭｇが含まれていることを特徴とする請求項１記載のｎ型窒化物半導体の電極。
【請求項３】
少なくとも前記第１の領域及び前記第２の領域が熱処理されることにより合金化されたことを特徴とする請求項１または２記載のｎ型窒化物半導体の電極。
【請求項４】
ｎ型またはノンドープ窒化物系半導体表面に形成されるオーミック電極の形成方法であって、
前記窒化物系半導体表面に接する位置にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｓｉのうち少なくとも１種以上の金属が含まれる第１の層を形成し、
当該第１の層の上に形成されるＭｇが含まれる第２の層を形成し、
前記Ｍｇを含む第２の層の上に、Ａｕが含まれる第３の層を形成し、
前記第１の層、前記第２の層及び前記第３の層を熱処理することによりオーミック電極を形成し、
かつ、前記第１〜３のいずれの層にもＡｌが含まれないこと
を特徴とするｎ型窒化物半導体の電極の形成方法。
【請求項５】
前記窒化物系半導体表面に接する第１の層に、前記構成に加えてＭｇが含まれていることを特徴とする請求項４記載のｎ型窒化物半導体の電極の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物系材料を用いた半導体装置の電極構造及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどの窒化物系半導体は、１．９５〜６ｅＶの広い範囲、特に３ｅＶ以上の大きなバンドギャップを有することから、青色〜紫外発光材料として有望であり、青色発光ダイオードや青色レーザダイオードが実用化されている。また、高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率、高い電子飽和速度を有していること、およびＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合界面に１×１０１３ｃｍ−２を超える高い２次元電子ガス濃度が比較的容易に得られることから、高周波のパワーデバイス材料として有望視され盛んに開発が行われている。
【０００３】
これらのデバイス製造には、ｎ型窒化物系半導体層と十分に低い接触抵抗でオーミック接触を形成する電極が必要となる。また、上述のＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合界面の２次元電子ガスをチャネルとして利用する電界効果トランジスタでは、不純物を添加しないノンドープＡｌＧａＮ層表面にオーミック電極が形成される場合もあるが、２次元電子ガスという高濃度の電子を含む層に対してオーミック接触を形成することから、ｎ型窒化物系半導体層に形成されるのと同じ構造、製法でオーミック電極が形成される。ここでは、ｎ型窒化物系半導体、および２次元電子ガスに対するオーミック電極については、いずれもｎ型オーミック電極（接触）と記述する。
【０００４】
ｎ型窒化ガリウム系半導体表面に良好なオーミック接触を形成する電極構造が特許文献１に開示されている。特許文献１によると、ｎ型窒化ガリウム系半導体層表面にチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）をこの順に積層した多層膜を形成した後、アニーリングすることにより、その多層膜の一部若しくは全部を合金化することで、接触抵抗の低い良好なオーミック電極が形成できるとしている。
【０００５】
このように、Ｔｉ／Ａｌ系オーミック電極は４００〜１２００℃の熱処理、特にＡｌの融点（６６０℃）以上での高温熱処理により、１０−６Ωｃｍ２台以下という接触抵抗の極めて低い良好なオーミック電極が形成できることが知られている。
【０００６】
また、非特許文献１には、半導体装置のショットキー障壁について記載されている。
【特許文献１】特許第２７８３３４９号公報
【非特許文献１】ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス  第８９巻、第１号、４２５頁〜４２９頁（２００１年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この従来のｎ型オーミック電極には、長期信頼性について、接触抵抗の増加や最終的には断線至るといった課題がある。その原因は、電極形成のための熱処理工程やパッケージへの組立工程、ワイヤボンディング工程などにおいて、ｎ型オーミック電極を形成するＡｌの極近傍にＡｕが配されるため、これらの工程における加熱や、デバイス使用時の高電流密度に起因する電極金属の相互拡散により、パープルプレイグと呼ばれるＡｌとＡｕの金属間化合物が形成されることによる。
【０００８】
例えば、上述のように低接触抵抗を得るために、Ａｌの融点（６６０℃）以上での高温熱処理を行う場合、電極の表面モフォロジーの悪化や電極エッジの乱れが生じるため、Ｔｉ／Ａｌ多層構造を、高融点の金属とＡｕとを含む電極でカバーして、熱処理による電極の不具合を防ぐとともに、Ａｕを含む電極にすることで電極自体の抵抗を低減する効果が得られる。ここでカバーとして用いられる電極材料としてはＭｏ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｂ／Ａｕ等の２層構造、あるいはＭｏ／Ｐｔ／Ａｕのような多層構造が用いられることもある。Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＮｂなどＡｕとＡｌの間に設けられる高融点金属がバリアとなって、ある程度ＡｕとＡｌの接触を妨げる働きをするが、これらの金属はせいぜい数十ｎｍから数百ｎｍの厚さで形成されるため、Ａｌの融点を超えるような高温熱処理や、デバイス使用時に高電流密度が流れる条件下において、ＡｕとＡｌの接触を完全に防ぐことは困難である。
【０００９】
また、Ａｕを含むカバー電極を用いない構造にした場合でも、Ａｕは酸化や腐食などに強い化学的に安定な金属であることから、デバイスチップをパッケージにマウントする際には、はんだ材としてＡｕＳｎ合金が、ボンディングワイヤにはＡｕが用いられるのが一般的である。Ａｌを含むｎ型オーミック電極はこのいずれかと接続されることから、Ａｌの近傍にＡｕが配されるのを避けることは難しい。
【００１０】
Ａｌ−Ａｕ接合部でパープルプレイグと呼ばれる金属間化合物が形成されることの問題は、Ａｕ２Ａｌ、Ａｕ５Ａｌ２、Ａｕ４Ａｌなど複数の金属間化合物が形成されることにあり、例えば、Ａｕ２Ａｌは電気抵抗が高く機械的に脆いという性質を有しており、またＡｕ５Ａｌ２とＡｕ４Ａｌとは熱膨張率が異なるために、両者の界面で接合強度が低下することが知られている。このようにＡｌ−Ａｕ合金系においては複数の性質の異なる金属間化合物が形成されることにより、ボイドの発生や接触抵抗の増加、ひいては断線を起こすといった問題が生じる。
【００１１】
一方、Ａｌ−Ａｕ接合に関する上述の不具合を避けるため、ｎ型オーミック電極としてＡｌを含まない構造も検討されており、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｉｎ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｓｎ／Ｔｉ／Ａｕなどが報告されているが、いずれもＴｉ／Ａｌ系電極で得られる１０−６Ωｃｍ２台以下の低い接触抵抗を得ることは難しい。
【００１２】
そこで、本発明は、以上述べた窒化物系半導体デバイスにおけるｎ型オーミック電極の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、製造工程における熱処理や高電流が流れる使用条件に対して信頼性に優れており、かつ低い接触抵抗が得られるｎ型オーミック電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の電極構造は、ｎ型またはノンドープ窒化物系半導体表面に形成されたオーミック電極であって、前記窒化物系半導体表面に接する第１の領域にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｓｉのうち少なくとも１種以上の金属が含まれ、かつ、その上に形成される第２の領域にＭｇが含まれていることを特徴とする。前記第１の領域には、前記構成に加えてＭｇが含まれていてもよい。また、前記第２の領域の上には、Ａｕを含む第３の領域が設けられていてもよい。さらに、通常は、少なくとも前記第１の領域及び前記第２の領域が熱処理されることにより合金化された電極となる。
【００１４】
本発明のｎ型窒化物半導体の電極の形成方法は、ｎ型またはノンドープ窒化物系半導体表面に形成されるオーミック電極の形成方法であって、前記窒化物系半導体表面に接する位置にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｓｉのうち少なくとも１種以上の金属が含まれる第１の層を形成し、当該第１の領域の上に形成されるＭｇが含まれる第２の層を形成し、前記第１の層及び前記第２の層を熱処理することによりオーミック電極を形成することを特徴とする。前記第１の層には、前記構成に加えてＭｇが含まれていてもよい。また、前記Ｍｇを含む第２の層の上に、Ａｕが含まれる第３の層を形成し、前記第１の層、前記第２の層及び前記第３の層を熱処理することによりオーミック電極を形成してもよい。
【００１５】
本発明による電極構造を用いることにより、従来のＴｉ／Ａｌ系ｎ型オーミック電極に比べて、製造工程における熱処理や高電流が流れる使用条件に対して信頼性に優れており、かつ、１０−６Ωｃｍ２台以下の低い接触抵抗を有する良好なｎ型オーミック電極を形成することが可能となる。
【００１６】
以下、本発明の構造により、これらの効果が得られる理由について詳細に説明する。まず信頼性向上の効果について説明する。従来のＡｌを含む電極の問題は、上述したようにＡｕとの接合部において、Ａｕ２Ａｌ、Ａｕ５Ａｌ２、Ａｕ４Ａｌなど性質の異なる複数の金属間化合物が形成されることに原因があった。これは、図１に示すＡｌ−Ａｕ系合金の状態図を見てもわかる通り、Ａｕ２Ａｌ、Ａｕ５Ａｌ２、Ａｕ４Ａｌなどが、５００〜６００℃の比較的低温で安定に存在できる金属間化合物であるためである。一方、本発明に用いたＭｇについて、Ｍｇ−Ａｕ系合金の状態図を図２に示す。６００℃以下で安定に存在できる金属間化合物はＭｇ３Ａｕであることがわかる。すなわち、本発明によるｎ型オーミック電極を用いることにより、Ａｌ−Ａｕ系で生じる複数の金属間化合物形成による問題を避けることができることから、従来のＴｉ／Ａｌ系ｎ型オーミック電極と比べて、信頼性に優れた電極の形成が可能となる。
【００１７】
次に本発明によるｎ型オーミック電極の低接触抵抗性について述べる。まず、従来のＴｉ／Ａｌ系ｎ型オーミック電極が他の材料系に比べて低い接触抵抗が得られる理由について考える。上述のように、この系では４００〜１２００℃の熱処理、特にＡｌの融点（６６０℃）より高い温度での熱処理により、１０−６Ωｃｍ２台以下という接触抵抗の極めて低い良好なオーミック電極が形成できることが知られている。これはＴｉがＮと結合しやすい金属であること、およびｎ型窒化物系半導体に対するＡｌのショットキー障壁が低いことによる。熱処理によりまず窒化物系半導体表面に接しているＴｉとＮが結合し、界面付近で窒化物系半導体からＮが抜けた状態、すなわちＮ空孔が多量に形成される。このＮ空孔は窒化物系半導体においてドナー（ｎ型不純物）と同じ働きをするため、Ｔｉと窒化物系半導体界面近傍にはｎ型不純物が多量に添加された領域（ｎ＋型領域）が形成されることになり、ｎ型オーミック電極との接触抵抗を下げる機能を果たす。また、Ａｌの融点以上の熱処理によりＡｌが溶融して速やかに移動し前述のｎ＋型領域に到達できるようになる。Ａｌは、ｎ型ＧａＮに対するショットキー障壁が０．６０ｅＶと低い（非特許文献１、表１参照）ことから、ｎ型窒化物系半導体に対してオーミック接触を形成し易い金属であり、ｎ＋型領域にＡｌを接触させることで接触抵抗の低い良好なオーミック電極が形成できる。
【００１８】
このことから、ｎ型窒化物系半導体に対して低い接触抵抗のオーミック電極を得るのに必要な条件は、第一に、ｎ型窒化物系半導体表面に接する第１の領域にはＮと結合しやすい金属が配されていること、第二に、前記第１の領域の上に形成される第２の領域には熱処理により速やかに前記ｎ型窒化物系半導体表面に到達できる金属すなわち比較的融点の低い金属が配されていること、第三に、前記第２の領域にはｎ型窒化物半導体に対するショットキー障壁が低い金属が配されていること、の３点が挙げられる。
【００１９】
本発明によるｎ型オーミック電極はこれらの条件を満たしているために、低い接触抵抗のオーミック電極が得られる。すなわち、ｎ型窒化物系半導体表面に接する第１の領域に配されるＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｓｉは、いずれもＮと結合しやすい金属であり、第一の条件を満たしている。また、前記第１の領域の上に配される金属は少なくともＭｇを含んでいる。すなわち、Ｍｇは融点が６５０℃とＡｌよりやや低い金属であり、第二の条件を満たしている。さらにＭｇはｎ型ＧａＮに対するショットキー障壁が０．６２ｅＶとＡｌとほぼ同じであり（非特許文献１、表１参照）、第三の条件も満たしている。以上のことから、本発明によるｎ型オーミック電極は、Ｍｇの融点である６５０℃より高い温度での熱処理により、１０−６Ωｃｍ２台以下の極めて低い接触抵抗が得られる。
【００２０】
以上説明してきたように、本発明によるｎ型オーミック電極を用いれば、従来のＴｉ／Ａｌ系オーミック電極で得られる１０−６Ωｃｍ２台以下の極めて低い接触抵抗を維持したまま、製造工程における熱処理や高電流が流れる使用条件に対して信頼性に優れたオーミック電極の形成が可能となる。
【００２１】
本発明によるｎ型オーミック電極では、ｎ型窒化物系半導体表面に接して形成される第１の領域に、前記構成に加えてＭｇが含まれていてもよい。これは上述のように熱処理を行った結果、Ｍｇがｎ型窒化物系半導体表面に到達したものであり、前記ｎ型窒化物系半導体表面に形成されている前記ｎ＋型領域にＭｇが接触することでより低い接触抵抗が得られるという効果がある。
【００２２】
また、Ｍｇを含む前記第２の領域の上には、Ａｕを含む第３の領域が設けられていてもよい。これにより、Ｍｇの融点（６５０℃）よりも高い温度での熱処理によるｎ型オーミック電極の表面モフォロジーの悪化や電極エッジの乱れを防ぐことができるという効果があり、またＡｕを含んだ電極でカバーされることにより、電極の酸化や腐食が起こりにくい化学的に安定なｎ型オーミック電極の形成が可能になるという効果もある。
【発明の効果】
【００２３】
第一の効果は、Ａｕとｎ型オーミック電極との間でＡｕ−Ａｌ反応がないため、従来のＴｉ／Ａｌ系オーミック電極で生じていた抵抗の増大、ボイドの発生、断線などの不具合を回避し、製造工程における熱処理や高電流が流れる使用条件に対して、信頼性・再現性に優れたｎ型オーミック電極が得られることである。
【００２４】
第二の効果は、従来Ｔｉ／Ａｌ系オーミック電極を用いないと実現困難であった１０−６Ωｃｍ２台以下の接触抵抗が、本発明によるｎ型オーミック電極で実現でき、第一の効果と合わせて、低接触抵抗性と高信頼性を両立したｎ型オーミック電極が得られることである。
【００２５】
第三の効果は、Ｍｇを含む領域の上に、Ａｕを含む第３の領域が設けられた場合、Ｍｇの融点（６５０℃）よりも高い温度での熱処理によるｎ型オーミック電極の表面モフォロジーの悪化や電極エッジの乱れを防ぐことができるという効果があり、またＡｕを含んだ電極でカバーされることにより、電極の酸化や腐食が起こりにくい化学的に安定なｎ型オーミック電極の形成が可能になるということである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
（第一実施形態）
第一実施形態は、本発明によるｎ型オーミック電極を、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に適用したものである。作製した電界効果トランジスタの断面構造を図３に示す。有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、サファイア基板３０１上にＡｌＮバッファ層３０２（０．２μｍ）、ノンドープＧａＮチャネル層３０３（２．０μｍ）、ノンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ電子供給層３０４（０．０２５μｍ）をこの順にエピタキシャル成長させた後、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法およびリフトオフ法を用いて、ウェハ表面から順にＴｉ／Ｍｇ／Ｍｏ／Ａｕ（膜厚１０／６５／３０／５０ｎｍ）よりなる積層構造を形成し、これらウェハをＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法を用いて、窒素ガス雰囲気中で３０秒の熱処理を行って、オーミック性を示すソース電極３０５、ドレイン電極３０６を形成した。この熱処理により、各電極３０５、３０６が合金化される。次にフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、素子分離領域をメサエッチングした。さらに、前記ソース電極３０５と前記ドレイン電極３０６の間にフォトリソグラフィ法、真空蒸着法およびリフトオフ法を用いてウェハ表面から順にＮｉ／Ａｕ（膜厚２０／３００ｎｍ）を堆積したゲート電極３０７を形成することにより、電界効果トランジスタが完成する。なお、Ｔｉ／Ｍｇ／Ｍｏ／ＡｕにおけるＴｉが本発明の第１の領域（第１の層）、Ｍｇが本発明の第２の領域（第２の層）、Ｍｏ／Ａｕが本発明の第３の領域（第３の層）に相当する。本実施例では、従来のＴｉ／Ａｌ系電極と比較するため、前記オーミック性を示すソース電極３０５、ドレイン電極３０６を、ウェハ表面から順にＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ（膜厚１０／６０／３０／５０ｎｍ）よりなる積層構造とした電界効果トランジスタも作製した。
【００２８】
前記電界効果トランジスタと同一ウェハ上に作製したＴＬＭテストパターンを用いて測定したオーミック電極の接触抵抗値とＲＴＡ熱処理温度との関係を図４に示す。Ｔｉ／Ｍｇ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕいずれの電極構造を用いた場合でも７５０〜９５０℃の範囲で１０−６Ωｃｍ２以下の良好な接触抵抗が得られていることがわかる。
【００２９】
次に、上述の実験で最も低い接触抵抗の得られたＲＴＡ温度８５０℃で製造した電界効果トランジスタを用い、環境温度２００℃、ドレイン電圧５０Ｖ、ドレイン電流１００ｍＡ／ｍｍの条件で２００時間の通電試験を行った。オーミック電極としてＴｉ／Ｍｇ／Ｍｏ／Ａｕ、およびＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕを用いた場合の通電試験前後の電流電圧特性をそれぞれ図５、図６に示す。従来のＴｉ／Ａｌ系オーミック電極であるＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕを用いたデバイスでは、ドレイン電流が大きく低下しており、かつドレイン電圧＜４Ｖ領域でのドレイン電流の立ち上がりの鈍い、いわゆる抵抗の高い状態に変化してしまっている（図６）。一方で、本発明のオーミック電極であるＴｉ／Ｍｇ／Ｍｏ／Ａｕを用いたデバイスでは、電流―電圧特性にほとんど変化は見られなかった（図５）。
【００３０】
それぞれのオーミック電極の接触抵抗について詳細に分析を行った結果、本発明のオーミック電極であるＴｉ／Ｍｇ／Ｍｏ／Ａｕでは、通電試験前後での接触抵抗はそれぞれ４．０×１０−６Ωｃｍ２、４．２×１０−６Ωｃｍ２であり、その増加は５％程度であったのに対し、従来の従来のＴｉ／Ａｌ系オーミック電極であるＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕでは、通電試験前後での接触抵抗はそれぞれ３．８×１０−６Ωｃｍ２、４．０×１０−５Ωｃｍ２であり、１０倍にも増加していることがわかった。
【００３１】
以上の実験から、本発明によるオーミック電極は、従来のＴｉ／Ａｌ系オーミック電極で得られるのと同等の極めて低い接触抵抗が得られ、かつ、高温通電環境下において従来のＴｉ／Ａｌ系オーミック電極より遥かに安定性の高い優れたオーミック電極であることがわかった。
【００３２】
本実施例では、本発明によるオーミック電極をＴｉ／Ｍｇ／Ｍｏ／Ａｕという多層構造を熱処理することによって製造したが、膜構成や膜厚、製造方法は本実施例の記載に限定されるものではない。例えば、半導体表面に接して形成される第１の領域の金属はＴｉの他、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｓｉなどでもよく、またこれら金属とＭｇの合金を用いることも可能である。また、Ｔｉ／Ｍｇをカバーする第３の領域の電極もＭｏ／Ａｕに限らず、例えばＡｕ単層構造、Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｂ／Ａｕ等の２層構造、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕのような多層構造、あるいはこれらの合金を用いることも可能で、いずれもＭｇの融点（６５０℃）よりも高い温度での熱処理によるｎ型オーミック電極の表面モフォロジーの悪化や電極エッジの乱れを防ぐことができるという効果が得られるとともに、電極の酸化や腐食が起こりにくい化学的に安定なｎ型オーミック電極の形成が可能になるという効果も得られる。また、第２の領域の材料は、Ｍｇのみでもよいが、Ｍｇ３Ａｕが好ましく用いられる。なお、電極の各領域の形成方法は、特に限定されないが、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法およびリフトオフ法等が用いられ、合金化のための熱処理方法も特に限定されないが、ＲＴＡ法等が用いられる。
【００３３】
また、本実施例では、本発明によるｎ型オーミック電極をショットキーゲート型電界効果トランジスタに適用した例を示したが、ｎ型窒化物系半導体に対する低接触抵抗性および高信頼性という本発明により得られる効果を考えると、適用範囲がこれに限定されないことは明らかで、およそ窒化物系半導体に対するｎ型オーミック接触を必要とするデバイスに、本発明を適用することが可能である。電界効果トランジスタ以外への応用としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、ｐｎ接合ダイオード、ショットキーダイオード、抵抗素子、ＭＩＳゲート型電界効果トランジスタ、ＭＯＳゲート型電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などが挙げられる。
【００３４】
（第二実施形態）
第二実施形態は、本発明によるｎ型オーミック電極を、レーザダイオード（ＬＤ）に適用したものである。この半導体レーザは、図７に示すように、ｎ型ＧａＮ基板７０１上にＳｉドープｎ型ＧａＮ層７０２（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層７０３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層７０４、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層とＳｉドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ４ｎｍ）バリア層からなる３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）層７０５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるキャップ層７０６、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｐ型ＧａＮガイド層７０７が積層した構造を有する。そしてこの上に、電流狭窄層７０８、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．５μｍ）からなるｐ型クラッド層７０９、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ０．０２μｍ）からなるコンタクト層７１０が積層している。この積層構造の上部および下部に、それぞれｐ型オーミック電極７１１および本発明のｎ型オーミック電極７１２が設けられている。
【００３５】
ここでは、本発明によるｎ型オーミック電極と従来のＴｉ／Ａｌ系オーミック電極を比較するため、前記ｎ型オーミック電極７１２を本発明のＴｉ／Ｍｇ（膜厚５／２３ｎｍ）としたもの、および従来のＴｉ／Ａｌ（膜厚５／２０ｎｍ）としたものを作製した。いずれの電極も真空蒸着法にて前記金属２層構造を形成した後、６５０℃３０秒の熱処理を行うことで前記ｎ型オーミック電極７１２を形成した。この熱処理により、ｎ型オーミック電極７１２が合金化される。また前記ｐ型オーミック電極７１１にはＮｉ／Ａｕ（膜厚１０／１０ｎｍ）を用いた。電極形成後の試料は、電極ストライプに垂直な方向に劈開し、ＬＤチップとした。
【００３６】
ｎ型オーミック電極としてＴｉ／ＭｇおよびＴｉ／Ａｌを用いたＬＤチップを、ＡｕＳｎはんだを用いて３００℃でヒートシンクに融着（マウント）して発光特性を確認したところ、レーザ発振の閾値電圧が、Ｔｉ／Ｍｇの場合で４．３±０．１Ｖ、Ｔｉ／Ａｌの場合で電圧４．９±０．４Ｖとなり、本発明によるｎ型オーミック電極を用いることにより、閾値電圧を低減するとともに、閾値電圧のばらつきも低減することができた。さらに詳細に分析した結果、Ｔｉ／Ａｌの場合には、３００℃での融着時にＡｕＳｎはんだ材とＴｉ／Ａｌオーミック電極との間でＡｌ−Ａｕ反応が起こり、反応部が抵抗の高い領域となっており、しかもこの部分の抵抗が大きくばらついていることがわかった。一方で、Ｔｉ／Ｍｇの場合には高抵抗領域は無く、その結果として閾値電圧の低減と同時にばらつきの低減も実現できたことがわかった。
【００３７】
以上の実験から、本発明によるｎ型オーミック電極を用いれば、ＡｕＳｎを用いた融着（マウント）やＡｕを用いたワイヤボンディングなど、Ａｕとｎ型オーミック電極が接続される工程を経た場合でも、従来のＴｉ／Ａｌ系ｎ型オーミック電極に見られたような抵抗の増大などの問題が生じず、オーミック接触抵抗に関わるデバイス特性の改善（例えばレーザダイオードの閾値電圧低減）および再現性の向上が図れることがわかった。
【００３８】
本実施例では、本発明によるオーミック電極をＴｉ／Ｍｇという２層構造を熱処理することによって製造したが、膜構成や膜厚、製造方法は本実施例の記載に限定されるものではない。例えば、半導体表面に接して形成される第１の領域の金属はＴｉの他、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｓｉなどでもよく、またこれら金属とＭｇの合金を用いることも可能である。また、Ｔｉ／ＭｇをＡｕを含む第３の領域の電極でカバーしてもよく、例えばＡｕ単層構造、Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｂ／Ａｕ等の２層構造、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕのような多層構造、あるいはこれらの合金を用いることも可能で、いずれもＭｇの融点（６５０℃）よりも高い温度での熱処理によるｎ型オーミック電極の表面モフォロジーの悪化を防ぐことができるという効果が得られるとともに、電極の酸化や腐食が起こりにくい化学的に安定なｎ型オーミック電極の形成が可能になるという効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の活用例として、窒化物系半導体材料を用いた半導体装置、例えば携帯電話や衛星通信、ＷＬＡＮなどの無線通信システムを構成するマイクロ波トランジスタ、大型ディスプレイや白色照明に使用される青色／紫外発光ダイオード、次世代光ディスクの記録・再生に必要な青色レーザダイオードなどが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】アルミニウム（Ａｌ）と金（Ａｕ）との合金の状態図である。
【図２】マグネシウム（Ｍｇ）と金（Ａｕ）との合金の状態図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態による電界効果トランジスタを説明する断面図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態に関わる、ｎ型オーミック電極の接触抵抗と熱処理温度の関係を示す図である。
【図５】従来のｎ型オーミック電極を電界効果トランジスタに適用した場合の、高温通電試験前後の電流―電圧特性を示す図である。
【図６】本発明のｎ型オーミック電極を電界効果トランジスタに適用した場合の、高温通電試験前後の電流―電圧特性を示す図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態によるレーザダイオードを説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
３０１      基板
３０２      ＡｌＮバッファ層
３０３      ＧａＮチャネル層
３０４      ＡｌＧａＮ電子供給層
３０５      ソース電極（本発明）
３０６      ドレイン電極（本発明）
３０７      ゲート電極
７０１      ｎ型ＧａＮ基板
７０２      Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
７０３      ｎ型クラッド層
７０４      ｎ型光閉じ込め層
７０５      多重量子井戸（ＭＱＷ）層
７０６      キャップ層
７０７      ｐ型ＧａＮガイド層
７０８      電流狭窄層
７０９      ｐ型クラッド層
７１０      コンタクト層
７１１      ｐ型オーミック電極
７１２      ｎ型オーミック電極（本発明）
【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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